表面裝飾對刨花板總有機揮發物和甲醛釋放的影響1)

陳 峰 沈 雋 蘇雪瑤

(東北林業大學，哈爾濱，150040)

刨花板等人造板材料釋放出來的揮發性有機化合物(VOCs)和甲醛已經成為室內主要污染之一。VOCs在常溫下可以蒸氣的形式存在于空氣中，會影響皮膚和黏膜，對人體產生急性損害，常用總有機揮發物質量濃度來表示空氣中VOCs總質量濃度。在很多裝修施工中，總有機揮發物質量濃度和甲醛超標數十倍。控制刨花板等裝修材料釋放的總有機揮發物質量濃度和甲醛已經成為國內外學者的研究熱點。國內有學者已經從人造板熱壓工藝等不同參數角度研究對其人造板VOCs釋放的影響［1－3］。實際上，對人造板進行表面裝飾也能減少人造板總有機揮發物和甲醛的釋放［4］。國內對人造板VOCs釋放的研究還在起步的階段。有關人造板二次加工的VOCs釋放，還沒有學者從這方面入手，并對人造板產品揮發性有機污染物釋放危險程度進行評估。

筆者選用室內裝修市場中常見的幾種飾面材料對刨花板進行表面處理，應用人造板VOCs小型氣候箱、手持式VOCs氣體檢測儀和甲醛檢測儀對飾面刨花板釋放的總有機揮發物質量濃度和甲醛進行測定，并結合氣相色譜—質譜法(GCMS)對薄木貼面和未貼面素板釋放的污染物成分進行分析。

1 材料與方法

E1級落葉松刨花板、脲醛樹脂膠(UF)、聚醋酸乙烯酯乳液膠(PVAc)、面粉、氯化銨固化劑、二氯甲烷(分析純、色譜純)、低壓三聚氰胺浸漬紙(定量80 g，120 g)、薄木(松木和胡桃楸)、聚乙烯薄膜裝飾紙、水性聚氨酯木器漆涂料(底漆、面漆)和水性聚丙烯木器漆涂料(底漆、面漆)。PGM－7240(TVOC)手持檢測儀、80L小型環境艙、氣相色譜—質譜聯用儀(GC－MS)、干燥塔、旋轉蒸發器、15 L干燥器、智能真空泵、活性炭、無水氯化鈣、脫脂棉。

試件按ASTM D 5116—97所描述的實驗過程封閉試樣［5］。實驗試件取自刨花板中心位置，分別取幅面尺寸為230 mm×240 mm的刨花板試件10組，試件貼面后立即用鋁質膠帶密封邊部，防止刨花板邊部產生高釋放。用鋁箔紙包裹試件，再用聚四氟乙烯塑料薄膜包裹，密封后放于－30℃的冰箱內保存，待測飾面人造板試件必須保持密封狀態，整個過程要在24 h之內完成。經過涂飾的人造板要經過表干后進行包裹。每次實驗前，小環境艙用蒸餾水清洗干凈晾干并空載運行1 h，保持艙內環境達到測試條件，并調整環境艙參數:環境溫度為(23±0.5)℃，相對濕度為(45±5)%。艙體內總有機揮發物質量濃度<10 μg/m3。然后迅速放入板材樣品1—樣品10號連續運行6 h。根據預實驗的結果，每20 min測1次，取6 h內的總有機揮發物和甲醛的質量濃度平均值進行對比。

將薄木貼面刨花板試樣和未貼面試樣分別放置15 L干燥器中，密閉放置24 h準備采樣，干燥器與智能真空泵進氣口連接。干燥塔底端用氯化鈣作為干燥劑進行填充，以吸收氣體中的水蒸汽，在氯化鈣干燥劑上方用脫脂棉進行隔離，干燥塔上部填充活性炭，用以吸收VOCs。保持采樣艙內條件連續吸附24 h。用二氯甲烷作溶劑浸泡吸附了VOCs的活性炭20～30 min。將浸泡在溶劑中的活性炭過濾，濾液經旋轉蒸發器濃縮后制備成試樣，采用氣相色譜—質譜聯用儀(GCMS)分析VOCs的具體成分和含量。結合氣質聯用儀測定結果，分析薄木刨花板材VOCs的成分。通過實驗分析應用儀器自帶軟件對總離子流色譜圖進行分析，NIST和WILEY譜庫檢索定性，確定VOCs中的主要成分，最終分析得出薄木刨花板和素板VOCs中的化合物、相似度和質量分數。

2 結果與分析

2.1 飾面方式對甲醛和總有機揮發物的影響

2.1.1 對甲醛和總有機揮發物封閉率的影響

以10種樣品的總有機揮發物和甲醛6h短期平均質量濃度為主要考查指標，并與刨花板素板總有機揮發物質量濃度和甲醛質量濃度進行對比，計算出衰減率，實驗數據見表1。可見，不同飾面方法對揮發物釋放質量濃度差異有顯著性影響，其中三聚氰胺浸漬紙(120 g)貼面方式相對素板可減少總有機揮發物63.07%，三聚氰胺浸漬紙(80 g)貼面方式可減少總有機揮發物60.80%。這兩種定量貼面相比，120 g定量的浸漬紙比80 g定量封閉效果更好。聚乙烯薄膜貼面方式可減少總有機揮發物84.18%，封閉效果最好。松木薄木貼面方式和胡桃楸貼面方式刨花板在6 h的值比未貼面素板略高，封閉效果低，原因可能是兩種薄木貼面過程中使用含有VOCs的膠黏劑的材料，如脲醛樹脂和聚醋酸乙烯酯乳液混合膠會影響測定結果，需要對薄木貼面進行長期檢測觀察釋放趨勢。水性漆自身揮發性強，實干時間長，短期實驗總有機揮發物質量濃度較高，其中底漆涂飾刨花板釋放的總有機揮發物質量濃度略小于面漆涂飾的刨花板釋放的總有機揮發物質量濃度。由此可知，市場上銷售的環保水性漆并不環保，建議用水性漆涂飾的裝飾材料中，要多通風，加速水性涂料實干，降低VOCs的釋放。

表1 不同飾面刨花板總有機揮發物和甲醛平衡質量濃度和衰減率

試樣釋放的甲醛平均質量濃度均低于素板釋放的甲醛質量濃度，說明不同的飾面方法對甲醛均有封閉效果。其中聚乙烯薄膜貼面方式封閉效果最好，封閉效果均達70%以上;三聚氰胺浸漬紙貼面封閉效果為57.14%，薄木貼面板封閉效果為28.57%;而水性漆也有一定的封閉效果，封閉率分別為14.29%和7.14%。

2.1.2 對總有機揮發物釋放速率的影響

以5種貼面板短期的釋放速率為考查指標，如表2所示。聚乙烯薄膜貼面板、三聚氰胺浸漬紙貼面板在短期的釋放速率均呈指數下降的趨勢，都是初始總有機揮發物釋放速率最快，后來速率逐漸下降趨于平衡。兩種三聚氰胺浸漬紙貼面板總有機揮發物差異不大，速率相當;松木和胡桃楸兩種薄木貼面方式的刨花板總有機揮發物釋放速率相當，胡桃楸的逐時速率略高于松木;聚乙烯薄膜貼面刨花板速率始終處于1 μg·m－3·min－1以下，說明聚乙烯薄膜起到了很好的封閉效果。

為具體觀察薄木貼面板釋放趨勢，對兩種薄木貼面板和素板進行了24h總有機揮發物質量濃度逐時檢測，如表3所示。

表2 5種貼面方式的刨花板總有機揮發物的釋放速率 μg·m－3·min－1

表3 薄木貼面刨花板和素板24 h總有機揮發物逐時質量濃度 μg·m－3

結果表明:松木和胡桃楸這兩種薄木貼面板在長期密閉條件下，薄木貼面能很好地封閉刨花板內有機揮發物。根據24 h內不同時間的薄木與刨花板素板總有機揮發物釋放速率的比較結果，可將薄木貼面刨花板的總有機揮發物釋放分為初期、中期、后期3個時期:在初期階段，即前3 h階段，松木和胡桃楸貼面板總有機揮發物釋放速率低于素板的總有機揮發物釋放速率，薄木貼面板在初期總有機揮發物質量濃度低于素板總有機揮發物質量濃度，且揮發速率慢。在中期階段，即第3小時—第10小時階段，薄木貼面板的總有機揮發物釋放速率相比素板略快，原因可能是貼面用膠本身揮發和薄木的本身木材物理特性影響薄木貼面板的總有機揮發物的釋放數值。在后期階段，即第10個小時之后，素板總有機揮發物質量濃度又超過了薄木板，說明貼面用膠黏劑對總有機揮發物質量濃度的影響相對很小，其封閉性占據了主導地位。這表明了薄木貼面在10 h后還是對總有機揮發物的釋放起到了封閉效果，且第24小時薄木貼面總有機揮發物質量濃度比未貼面的質量濃度低50%左右。

2.2 對刨花板有機揮發物組成成分釋放的影響

應用氣相色譜儀和質譜儀對采集樣品進行分析，得出下面分析結果。貼面板和未貼面板所含化合物成分和百分比的實驗結果見表4。

表4 薄木刨花板和素板所含化合物成分及質量分數 %

可見，在薄木貼面和未貼面刨花板揮發物氣相色譜分析中，共識別出包括甲苯、乙苯等芳香族化合物、烷烴、萜烯類物質，還有少量的醌類、酮類、酯類、酸類物質。其中未貼面刨花板檢測出21種成分，貼面刨花板檢測出15種成分。未貼面刨花板VOCs中占比例較大的主要的是鄰苯二甲酸酯，占總有機揮發物質量濃度的34.19%，貼面刨花板VOCs中占比例較大的主要的是鄰二甲苯，占總有機揮發物質量濃度的5.96%。鄰苯二甲酸酯類物質有劇毒，一般吸附在刨花板基材固相膠黏劑中，緩慢釋放到環境中，可經由食物、空氣吸入等途徑進入人體，對生物體生殖機能產生較大損害，引發惡性腫瘤，容易造成畸形兒。而薄木貼面刨花板鄰苯二甲酸酯所占的百分比則非常低，說明薄木貼面表面以及貼面用膠阻礙了鄰苯二甲酸酯的揮發。而其他物質除少數苯系物和酸類成分外，薄木貼面能減少刨花板的50%以上的VOCs釋放。貼面刨花板主要釋放的苯系物和烷烴成分減少程度不明顯，說明在貼面過程中使用的膠黏劑，也會揮發苯類物質，貼面刨花板揮發物的成分和含量是貼面材料和未貼面材料交聯作用的結果。

3 結束語

三聚氰胺浸漬紙、薄木、聚丙烯薄膜貼面方式均能減少刨花板VOCs和甲醛的釋放。其中聚丙烯貼面封閉效果最好。水性涂料釋放的總有機揮發物質量濃度要遠遠大于素板質量濃度，但是水性涂料對甲醛的封閉效果較好，對于市場中環保水性漆揮發成分有待進一步檢測。薄木貼面刨花板比未貼面刨花板釋放的VOCs成分少6種。除少數苯類和烷烴類物質，貼面刨花板釋放的VOCs質量濃度比未貼面刨花板的VOCs質量濃度要少50%以上。其中，未貼面刨花板中鄰苯二甲酸酯質量分數最高，貼面刨花板中鄰二甲苯質量分數最高。

［1］ 常德龍，李堅，王群有.降低中密度纖維板甲醛釋放量技術［J］.東北林業大學學報，2004，32(4):88－89.

［2］ 唐朝發，楊庚，張士成，等.生產工藝條件對楊木膠合板甲醛釋放量的影響［J］.林業科技，2005，30(1):32－34.

［3］ 劉玉，沈雋，朱曉東.熱壓工藝參數對刨花板VOCs釋放的影響［J］.北京林業大學學報，2008，30(5):139－142.

［4］ 張一帆.幾種環保型人造板表面裝飾產品及工藝技術［J］.林產工業，2002，29(4):26－28.

［5］ American Society for Testing and Material.ASTM D 5116－97:Standard guide for small-scale environmental chamber determination organic emissions from indoor materials/products［S］.USA:ASTM，2000.