綠色環保型人造板生產工藝初探★

鞏柏韜 刁倩倩 鄒迪明 劉 玉 朱曉冬*

(東北林業大學材料科學與工程學院，黑龍江哈爾濱 150040)

0 引言

目前家裝問題中，室內空氣污染問題越來越突出。在裝修或布置完新房后，總有很強烈的刺激氣味，其很大一部分來自于建材及家具的人造板中。由于人造板材在生產過程中加入的合成樹脂膠粘劑中含有大量揮發性有機化合物(Volatile Organic Compounds，簡稱VOC)，如游離甲醛、游離苯酚等，在常溫下釋放緩慢，最長釋放期可達15年，大大提高了VOC對人體健康所產生的潛在危害，解決此問題迫在眉睫。多年來國內外專家針對降低人造板VOC的釋放開展了大量的研究工作。本文從原材料的選擇、生產工藝的控制、后期處理三個方面對目前的研究現狀進行了系統的整理和分析，并對其應用前景做出展望，以利于今后相關研究的開展。

1 原材料的選擇和控制

目前對于環保型人造板的研究焦點在于賦予材料“自清潔”“自降解”功能，力圖從源頭上基本解決有害氣體釋放問題，源控制是對人造板VOC釋放進行控制的基本途徑［1］。目前國內外學者研究認為，最有效的源控制方法就是使用低尿素甲醛摩爾比(F/U)的改性脲醛樹脂膠。通過降低摩爾比以降低VOC及甲醛的揮發，但此法由于摩爾比太低，會引起板材的抗拉強度下降，影響板材的性能，并且改性脲醛樹脂膠應用會增加人造板的成本。

與此相比，光催化氧化技術在處理有毒、難降解有機污染物方面表現更為優異。在1972年Fujishima和Honda發現在光照條件下用單晶體TiO2和鉑作電極能將水電解，并可降解水中的一些微量有機物(Fujishima-Honda 效應)［2］。以后，關于 TiO2，特別是納米TiO2和摻雜型納米TiO2光催化降解大氣和廢水中有機物的相關研究得到了快速發展［3-6］。經過了大量實驗，Linsebigler等人認為，TiO2顆粒表面的羥基數量會直接影響其光催化效果，由于空穴能和顆粒表面的羥基作用，生成氫氧自由基(h++OH—*·OH)，因此含有較多表面羥基的催化劑通常有較高的光催化活性［7］。黃杰等采用玻璃、玻璃纖維和不銹鋼網作為二氧化鈦的載體，分別對甲醛進行光催化降解實驗，結果表明降解效率都很高［8］。如果能將納米TiO2引入到人造板的生產中來，就可以降低其有機污染物的釋放，但是其具體工藝還需要開展進一步的研究工作。

2 生產工藝的控制

通過調整人造板的熱壓工藝參數也可有效控制板材VOC的釋放，但VOC的釋放速度會隨著木材樹種、膠粘劑類型、施膠量、生產工藝的不同而發生變化［9-12］。顧麗莉等人研究表明適當降低脲醛樹脂在縮聚反應時的pH值對于羥甲基異化為陽離子和亞甲醇有促進作用，因此可以加快縮聚反應的速度，減少體系中羥甲基的含量，從而降低游離甲醛的釋放量［13］。劉永丹等人研究結果顯示，淺色樹種單板生產的板材甲醛釋放量相對于深色樹種的生產板材明顯增加，甲醛釋放量會隨著單板的含水率的增加而增加;而減少施膠量則會減少甲醛的釋放［14］。東北林業大學沈雋、孫世靜通過對不同含水率和施膠量刨花板VOC釋放量進行研究的結果表明:不同含水率和施膠量產生的污染程度綜合指數與VOC釋放量的趨勢近似，隨著板材密度、板材厚度、施膠量以及熱壓時間的增加，VOC釋放總量也相應增大，同時芳香烴的釋放量占總釋放量比例達到最高，污染程度增大;單層結構的刨花板比三層結構的刨花板VOC釋放量少，涂飾后刨花板中VOC的釋放總量會隨著暴露時間的延長而呈一直下降的趨勢［15］。沈雋、張文超等指出影響涂飾刨花板TVOC釋放顯著性的因素依次是陳放時間、涂飾量和涂料種類。通過對水性清漆、醇酸清漆和硝基清漆涂飾刨花板的VOC進行衰減測試顯示，水性清漆涂飾的刨花板使用環保性能優于醇酸清漆和硝基清漆涂飾的刨花板［16］。

3 后期處理的控制

板子熱壓后是否進行過旨在降低人造板甲醛散發能力的后期處理是十分重要的［17］。這類處理主要包括化學處理和貼面處理兩個方面?；瘜W處理是指將板材置于化學處理室內持續一段時間，使板內的游離甲醛得到一個再固化。貼面處理是指通過人工貼面堵塞甲醛散發通道進而達到控制板子甲醛散發量的目的。貼面的方法和材料很多，但以下幾條必須遵循:貼面材料本身不應當含有甲醛;貼面用的膠粘劑不應當散發甲醛;貼面材料應具有良好的封閉性能［18］。Alpha B等人研究了幾種飾面方式對人造板VOC釋放的影響，提出飾面材料和涂料通過阻礙人造板VOC揮發路徑降低其釋放，其中，表面涂飾環氧粉末涂料的中密度纖維板甲醛及VOC釋放的封閉效果最為明顯，分別達到99%和94%;而中密度纖維板經過紫外光固化油漆和丙烯酸面漆處理后對甲醛和VOC的封閉率僅達到89%/85%和11%/27%［19］。在國內，張一帆教授提出了幾種環保型人造板表面裝飾產品及工藝技術，提出了幾種針對不同使用范圍的人造板表面裝飾產品和工藝，旨在降低人造板VOC的釋放［20］。

此外也可以用氨對人造板作后期處理，但問題在于氨氣本身也屬于污染源。因此可以通過改進處理室來解決這個問題，方法是將三個處理室串連，對人造板作三級處理，分別稱為吸收室、脫氣室、固定室。工作原理為先向室內噴入35℃的氨氣，讓人造板對其進行吸收;再使用鼓風機吹凈室內及附于板面的氨氣;最后將殘留在板內的游離氨和甲醛生成甲酸銨。樹脂水解后的甲醛會和甲酸銨結合，從而降低了甲醛的釋放量，而決定甲醛釋放量降低程度的因素，則是板的密度和厚度、人造板在吸收室內與氨接觸的時間及處理前的人造板的甲醛釋放量等［21］。美國學者研究了一種氨氣處理裝置，該裝置由上下罩子形成整體;液氨氣化后從上罩引入，在下罩內形成負壓，人造板由上下罩之間連續或間斷通過，氨氣在負壓的狀態下進入板材內部，此項技術的關鍵在于對氨氣量的控制。有資料表明，由于尿素可與甲醛反應，在人造板成板后尚未冷卻時用一定濃度的尿素溶液進行噴灑處理，可降低30%～50%的甲醛釋放量［22］。另外，尿素水溶液在熱分離時，特別是在酸性條件下可生成銨離子，銨離子會與甲醛生成六次甲基四胺。通過用含有銨鹽的水溶液對人造板噴灑處理，甲醛釋放量從 25 mg/100 g～30 mg/100 g下降到5 mg/100 g～10 mg/100 g，效果顯著。

4 今后的發展方向

目前國內外許多研究者對環保型人造板的開發做了大量的研究，對其技術廣泛應用于人造板生產做出了巨大的貢獻。但是，由于此項技術涉及范圍較廣，跨學科較多等因素，所以仍存在很多需要繼續探討之處:

1)應深入研究人造板VOC降解的機理，完善降解過程，增長有效降解時間，使其具有可持續性。

2)應繼續探索人造板的生產原料的綠色無害化，從源頭上杜絕污染。

3)應結合多學科的知識對人造板工藝性以及降解性能做系統的分析對比，從整體上把握，最終找到最佳的生產方式，以大量投入生產，使之轉化為成熟可靠的技術。

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