板式家具中人造板甲醛釋放時(shí)間規(guī)律研究

張樹華　吳書凱　霍磊　黃燕　王鵬紅　張宏磊　李衛(wèi)新　姚曉潔

【摘要】：隨著裝修的日益普及，建筑材料中所用的人造板釋放的甲醛污染了我們周圍的居住環(huán)境。造成污染的罪魁禍?zhǔn)资侨嗽彀逯械挠袡C(jī)成分—膠黏劑中的甲醛。本文闡述了甲醛對(duì)人體的危害及釋放機(jī)理，采用氣候箱法和干燥器法，以刨花板、膠合板、細(xì)木工板為對(duì)象，分析了人造板甲醛的釋放量隨時(shí)間、溫度、濕度、換氣率、裝載率的變化規(guī)律，指出了一些簡(jiǎn)單易行的預(yù)防措施。

【關(guān)鍵詞】：板式家具；人造板；甲醛；釋放時(shí)間規(guī)律

【引言】：近年來，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提高，住宅裝修已日益普及。裝修材料尤其板式家具中人造板（主要指使用氨基類樹脂的膠合板、細(xì)木工板、中密度纖維板和刨花板等）在住宅室內(nèi)的大量使用已經(jīng)造成甲醛污染，對(duì)人們的健康造成了很大的危害，原因是裝修時(shí)廣泛使用甲醛膠黏劑的人造板，在應(yīng)用過程中會(huì)釋放甲醛，污染室內(nèi)空氣。而人們對(duì)甲醛釋放規(guī)律和影響因素了解很少，在處理時(shí)往往因不能掌握最好的時(shí)機(jī)而達(dá)不到理想效果。因此，研究人造板中甲醛釋放的原因、甲醛釋放量的檢測(cè)技術(shù)、甲醛釋放量的控制與治理顯得尤為必要。

1、甲醛的危害

1.1 甲醛對(duì)人體的危害

甲醛是一種原生毒質(zhì)，是室內(nèi)空氣主要污染物之一，被WHO確定為可疑致癌和致畸形物質(zhì)，是一種無色易溶的刺激性氣體，是一種活潑的化學(xué)物質(zhì)，極易溶于水。相對(duì)密度為1.06，略重于空氣，易融于水，其30%～40%的水溶液統(tǒng)稱為福爾馬林。沸點(diǎn)為-21℃，熔點(diǎn)為-91℃。我國(guó)的室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定甲醛一次最高允許濃度為0.05 mg/m3，當(dāng)室內(nèi)空氣中甲醛濃度為0.1mg/m3時(shí)，就有異味和不適感，會(huì)刺激眼而引起流淚；濃度高于0.1mg/m3時(shí)，將引起咽喉不適、惡心、嘔吐、咳嗽和肺氣腫等疾?。划?dāng)空氣中甲醛含量達(dá)到30mg/m3時(shí)，便能致人死亡。對(duì)人體的毒害作用涉及多系統(tǒng)、多器官，主要表現(xiàn)在嗅覺異常、刺激、過敏、肺功能異常、肝功能異常及免疫功能異常等[1]。人們長(zhǎng)期低劑量吸入時(shí)，會(huì)引起慢性呼吸道疾病，還會(huì)使婦女月經(jīng)紊亂，影響生育，并引起新生兒體質(zhì)下降和染色體異常，甚至可誘發(fā)鼻咽癌。

1.2 甲醛含量對(duì)人造板的影響

甲醛含量會(huì)直接影響膠黏劑的膠合強(qiáng)度與耐水性能，從而直接影響人造板的強(qiáng)度與耐水性，同時(shí)甲醛含量會(huì)影響人造板中游離甲醛的釋放量。人造板中甲醛釋放量對(duì)居住環(huán)境有很大影響，因?yàn)榭諝庵杏坞x甲醛含量直接影響人類的生命。所以空氣中游離甲醛的含量必須符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。因此人造板游離甲醛含量會(huì)對(duì)人造板的游離甲醛釋放量直接相關(guān)，影響人造板的生產(chǎn)。

2、人造板甲醛釋放的原因與機(jī)理

我國(guó)人造板生產(chǎn)幾乎都使用脲醛樹脂膠。這樣人造板 在制造和使用過程中都會(huì)程度不同地向外界釋放出游離甲醛。有研究表明，板材中甲醛散發(fā)主要有以下四個(gè)方面：（1）木材本身散發(fā)出的甲醛：木材是人造板的集材，無論是單板制造膠合板，用刨花制造刨花板，還是用纖維制造中密度纖維板，都需要對(duì)木材進(jìn)行剖解、分離和干燥，在這些過程中木材本身產(chǎn)生的甲醛會(huì)向外逸出。特別是在熱、水和酸的作用下，木材本身的降解會(huì)導(dǎo)致甲醛生成和外逸；（2）膠粘劑中未參與反應(yīng)的游離狀甲醛：游離狀甲醛通常是指存在于樹脂中未參與反應(yīng)的甲醛，游離甲醛量因制膠時(shí)采用不同的配方和工藝而異，通常在1.5%左右；（3）熱壓時(shí)未完全固化產(chǎn)生的甲醛：在制膠結(jié)束時(shí)形成的脲醛樹脂仍是線型結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，當(dāng)線型樹脂涂刷到單板上或噴灑到刨花或纖維上以后，再送入壓機(jī)進(jìn)行加溫加壓，在溫度達(dá)到一定值并保持一定時(shí)間后，原來呈線狀的樹脂就成為不溶的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)或稱為體型結(jié)構(gòu)。由于板坯加壓時(shí)大多采用壓板接觸，在板坯厚度方向上存在著表面到芯層溫度逐步降低的梯度曲線，或者說板坯芯層含水率稍高不利于膠粘劑固化。因此，在板坯內(nèi)部，尤其在芯層，就存在著一些未發(fā)生固化反應(yīng)的線型結(jié)構(gòu)樹脂，當(dāng)它們應(yīng)用到室內(nèi)環(huán)境中時(shí)很容易分解出甲醛而釋放到空氣中；（4）人造板在使用過程中結(jié)構(gòu)降解釋放甲醛：人造板在使用過程中，板內(nèi)原先未固化的樹脂會(huì)發(fā)生降解釋放甲醛，即使完全固化的甲醛也會(huì)離析導(dǎo)致甲醛散發(fā)。呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的脲醛樹脂在后續(xù)使用過程中，會(huì)發(fā)生降解，緩慢的釋放出甲醛氣體。脲醛樹脂的體型結(jié)構(gòu)中，含有相當(dāng)數(shù)量的醚鍵（-CH2O CH2-），在酸性條件和富濕環(huán)境中，會(huì)發(fā)生分解重組，生成甲醛并向外界散發(fā)：

R- CH2-O- CH2- R→R- CH2- R+HCHO↑

脲醛樹脂的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體系中，也有部分的一羥甲醛（HOCH2NH-CO-NH2）、二羥甲醛（HOCH2NH-CO- NHCH2OH）及其羥甲基（-CH2OH）會(huì)分解產(chǎn)生甲醛：

R-CH2O→R-H+HCHO↑

人們?cè)趯?shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，歷經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間使用的人造板與剛剛熱壓成型的同類型人造板的甲醛散發(fā)量相差不大，有時(shí)甚至有所增加，這表明人造板甲醛散發(fā)的長(zhǎng)期性和頑固性。通常所說的“人造板甲醛釋放”指的是成品板中殘留的游離甲醛，以及板中脲醛樹脂降解產(chǎn)生的甲醛，而已前者為主。在常溫、干燥及中性環(huán)境中，短期內(nèi)可以認(rèn)為板材甲醛散發(fā)僅由游離部分引起，而游離狀態(tài)的甲醛氣體的散發(fā)符合氣體擴(kuò)散規(guī)律。因此，本文研究只考慮人造板材內(nèi)殘留的游離甲醛釋放規(guī)律。

3、人造板中甲醛的檢測(cè)方法

3.1 干燥器法

3.1.1 原理

利用干燥器法測(cè)定甲醛釋放量基于下面兩個(gè)步驟：（1）收集甲醛：在干燥器底部放置盛有蒸餾水的結(jié)晶皿，在其上方固定的金屬支架上放置試樣，釋放出的甲醛被蒸餾水吸收作為試樣溶液。（2）測(cè)定甲醛的濃度：用分光光度計(jì)測(cè)定試樣溶液的吸光度，由預(yù)先繪制的標(biāo)準(zhǔn)曲線求得甲醛的含量。

3.1.2 方法

（1）甲醛的收集：在直徑為240mm（容積9～11L）的干燥器底部放置直徑為120 mm 、高度為60mm的結(jié)晶皿，在結(jié)晶皿內(nèi)加入300ml蒸餾水。在干燥器上部放置金屬支架。金屬支架上固定試件，試件之間互不接觸。測(cè)定裝置在（20±2）℃下放置24h，蒸餾水吸收從試件釋放出的甲醛，此溶液為待測(cè)液。

（2）甲醛含量的測(cè)定方法：量取10ml乙酸丙酮（體積百分?jǐn)?shù)0.4%）和10ml乙酸銨溶液（質(zhì)量百分?jǐn)?shù)20%）于50ml帶塞三角燒瓶中，再?gòu)慕Y(jié)晶皿中移取10ml待測(cè)液到該燒瓶中。塞上瓶塞，搖勻，再放到（40±2）℃的恒溫水浴鍋中加熱15min，然后把這種黃綠色的溶液靜置暗處，冷卻至室溫18-28度約1h。在分光光度計(jì)上412nm處，以蒸餾水作為對(duì)比溶液，調(diào)零。用厚度為0.5cm的比色皿測(cè)定萃取溶液的吸光度As， 同時(shí)用蒸餾水代替萃取液做空白試驗(yàn)，確定空白值A(chǔ)b。

（3）標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制：把5ml， 10ml，25ml，50ml和100ml的甲醛校定溶液分別移加到100ml容量瓶中，并用蒸餾水稀釋至刻度。分別取10ml進(jìn)行光度測(cè)量，量取10ml乙酸丙酮（體積百分?jǐn)?shù)0.4%）和10ml乙酸銨溶液（質(zhì)量百分?jǐn)?shù)20%）于50ml帶塞三角燒瓶中，再準(zhǔn)確吸取10ml萃取液到該燒瓶中。塞上瓶塞，搖勻，再放到40度的恒溫水浴鍋中加熱15min，然后把這種黃綠色的溶液靜置暗處，冷卻至室溫18-28度約1h。在分光光度計(jì)上412nm處，以蒸餾水作為對(duì)比溶液，調(diào)零。用厚度為0.5cm的比色皿測(cè)定溶液的吸光度A，根據(jù)吸光情況繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，得出曲線斜率，保留四位有效數(shù)字。

（4）樣品的測(cè)定：量取10ml乙酸丙酮（體積百分?jǐn)?shù)0.4%）和10ml乙酸銨溶液（質(zhì)量百分?jǐn)?shù)20%）于50ml帶塞三角燒瓶中，再準(zhǔn)確吸取10ml萃取液到該燒瓶中。塞上瓶塞，搖勻，再放到40度的恒溫水浴鍋中加熱15min，然后把這種黃綠色的溶液靜置暗處，冷卻至室溫18-28度約1h。在分光光度計(jì)上412nm處，以蒸餾水作為對(duì)比溶液，調(diào)零。用厚度為0.5cm的比色皿測(cè)定溶液的吸光度As，用蒸餾水作空白試驗(yàn)，確定空白值A(chǔ)b。

3.1.3 結(jié)果顯示

（1）甲醛溶液的含量按下式計(jì)算，精確至0.1mg/mL。

c = f ×（As-Ab） 式中： c—甲醛含量， mg/ml；

f—標(biāo)準(zhǔn)曲線斜率，mg/ml；

As—待測(cè)液的吸光度；Ab——蒸餾水的吸光度。

（2）一張板的甲醛釋放量是同一張板內(nèi)兩個(gè)試件甲醛釋放量的算術(shù)平均值，精確至0.1mg/mL。

3.2 氣候箱法

3.2.1 原理

將1m2表面積的樣品放入溫度、相對(duì)濕度、空氣流速和空氣置換率控制在一定值的氣候箱內(nèi)。甲醛從樣品中釋放出來，與箱內(nèi)空氣混合，定期抽取箱內(nèi)空氣，將抽出的空氣通過盛有蒸餾水的吸收瓶，空氣中的甲醛全部融入水中；測(cè)定吸收液中的甲醛量及抽出的空氣體積，計(jì)算出每立方米空氣中的甲醛量，以毫克每立方米（mg/m3）表示，抽氣是周期性的，直到氣候箱內(nèi)的空氣中甲醛濃度達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)為止。

3.2.2 設(shè)備

（1）氣候箱 容積為1m3，箱體內(nèi)表面應(yīng)為惰性材料，不會(huì)吸附甲醛。箱內(nèi)應(yīng)有空氣循環(huán)系統(tǒng)以維持箱內(nèi)空氣充分混合及試樣表面的空氣速度為0.1m/s～0.3m/s。箱體上應(yīng)有調(diào)節(jié)空氣流量的空氣入口和空氣出口裝置?？諝庵脫Q率保持在（1.0±0.05）h-1要保證箱體的密封性。進(jìn)入箱內(nèi)的空氣甲醛濃度在0.006 mg/m3以下。

（2）溫度和相對(duì)濕度體調(diào)節(jié)系統(tǒng) 應(yīng)能保持箱內(nèi)溫度為（23±0.5）℃，相對(duì)濕度為（45±3）%。

（3）空氣抽樣系統(tǒng) 空氣抽樣系統(tǒng)包括：抽樣管、兩個(gè)100mL的吸收瓶、硅膠干燥器、氣體抽樣泵、氣體流量計(jì)、氣體計(jì)量表。

（4）試樣 試樣表面積為1m2（雙面計(jì)，長(zhǎng)=1000mm±2mm，寬=500mm±2mm，1塊；或長(zhǎng)=500mm±2mm，寬=500mm±2mm，2塊），有帶榫舌的突出部分應(yīng)去掉，四邊用不含甲醛的鋁膠帶密封。

4、人造板甲醛釋放規(guī)律研究

4.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制及數(shù)據(jù)記錄

4.2 結(jié)果與數(shù)據(jù)討論

在本次實(shí)驗(yàn)中，分別對(duì)刨花板、膠合板、細(xì)木工板在時(shí)間、溫度、濕度、換氣率、裝載率的影響因素下對(duì)甲醛的釋放量進(jìn)行了研究，具體說明見表2。

一般情況下按照GB 18580-2001《室內(nèi)裝飾裝修材料人造板及其制品中甲醛釋放限量》規(guī)范中的要求執(zhí)行，設(shè)計(jì)了影響甲醛釋放的主要因素，包括時(shí)間、溫度、濕度、換氣率、裝載率單因素試驗(yàn)。測(cè)試結(jié)果以最后三個(gè)濃度差在5%之內(nèi)，認(rèn)為甲醛釋放達(dá)到平衡濃度。

4.2.1 時(shí)間對(duì)人造板中甲醛釋放量的影響

截取試樣表面積為1m2，厚度為15mm。經(jīng)過20天與空氣自然接觸后開始試驗(yàn)，根據(jù)氣候箱法測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及變化趨勢(shì)見表3和圖2。

注：橫軸為t（h），縱軸為C（mg/m3） 系列1：刨花板（菱形）甲醛釋放量 系列2：膠合板（方形）甲醛釋放量 系列3：細(xì)木工板（三角形）甲醛釋放量

由圖2可以看出，刨花板、膠合板、細(xì)木工板甲醛釋放濃度在初始階段（0～6h）內(nèi)均迅速增大，隨后慢慢減緩為平衡濃度。釋放過程可分為快速釋放期、緩慢增長(zhǎng)期、穩(wěn)定平衡期三個(gè)階段。刨花板、膠合板、細(xì)木工板在0～6h甲醛濃度為快速釋放期，6～14h甲醛濃度為緩慢增長(zhǎng)期，在14h以后甲醛濃度為穩(wěn)定平衡期。相同厚度和表面積的刨花板、膠合板、細(xì)木工板的甲醛釋放量大小為刨花板>膠合板>細(xì)木工板。這可能與板材制作工藝、施膠量及板材密封程度有關(guān)。

4.2.2 溫度對(duì)人造板中甲醛釋放量的影響

截取試樣表面積為1m2，厚度為15mm。根據(jù)氣候箱法設(shè)定溫度后，試驗(yàn)數(shù)據(jù)和變化趨勢(shì)見表4、圖3～圖5：

由圖3～圖5可以看出，隨著溫度的升高，刨花板、膠合板和細(xì)木工板釋放的甲醛含量逐漸升高。溫度較低時(shí)，三種板材甲醛釋放量較低，隨著溫度的增加，甲醛釋放量隨之升高，刨花板的甲醛釋放量最高。

4.2.3 濕度對(duì)人造板中甲醛釋放量的影響

截取試樣表面積為1m2，厚度為15mm。根據(jù)氣候箱法設(shè)定濕度后，試驗(yàn)數(shù)據(jù)和變化趨勢(shì)如表5和圖6：

圖6刨花板、膠合板、細(xì)木工板甲醛釋放濃度隨濕度變化圖

注：橫軸為濕度 縱軸為甲醛釋放量 刨花板（菱形）甲醛釋放量 膠合板（方形）甲醛釋放量 細(xì)木工板（三角形）甲醛釋放量

由以上圖表中的數(shù)據(jù)可以看出，濕度在30%～90%之間刨花板、膠合板、細(xì)木工板中甲醛的釋放量隨著濕度的增加先升高后小幅下降最后快速上升。隨著濕度的增加，甲醛分子與空氣中的水分子在范德華力的作用下形成氫鍵，促使板內(nèi)的甲醛揮發(fā)與蒸發(fā)過程加快，同時(shí)板材內(nèi)脲醛樹脂膠生成甲醛的速度加快，使甲醛濃度迅速增加。此外，空氣中大量的水分子與甲醛分子競(jìng)爭(zhēng)板材表面的吸附點(diǎn)，使甲醛脫附速率加大，也會(huì)增大甲醛的釋放量[5-6]。

4.2.4 換氣率對(duì)人造板中甲醛釋放量的影響

截取試樣表面積為1m2，厚度為15mm。將切割好的板材分散放在通風(fēng)走道內(nèi)進(jìn)行充分的空氣接觸，設(shè)定好換氣率進(jìn)行試驗(yàn)。

由以上數(shù)據(jù)不難發(fā)現(xiàn)，通風(fēng)量較低時(shí)，隨著通風(fēng)量的增加，刨花板、膠合板、細(xì)木工板的甲醛釋放速度加快，通風(fēng)量較高時(shí)，隨著通風(fēng)量的增加，甲醛的釋放量快速下降，完全通風(fēng)時(shí)，刨花板、膠合板、細(xì)木工板的甲醛釋放濃度就是空氣中的甲醛濃度。

4.2.5 裝載量對(duì)人造板中甲醛釋放量的影響

截取試樣表面積為1m2，厚度為15mm。將切割好的板材分散放在通風(fēng)走道內(nèi)進(jìn)行充分的空氣接觸，設(shè)定好裝載量進(jìn)行試驗(yàn)。研究裝載量對(duì)刨花板、膠合板、細(xì)木工板的甲醛釋放濃度的影響。

根據(jù)以上圖表得出，隨著裝載量的增加，刨花板、膠合板、細(xì)木工板的甲醛釋放量逐漸升高，當(dāng)裝載量增加到一定程度后，增幅下降。因?yàn)殡S著裝載量的增大，板材中釋放出的甲醛對(duì)甲醛的產(chǎn)生與釋放存在抑制作用，從而出現(xiàn)了甲醛釋放量增速緩慢的現(xiàn)象，而在低甲醛濃度時(shí)影響很小。

5、人造板中甲醛的預(yù)防治理建議

5.1 建議裝修要選擇正規(guī)的裝修公司

盡量采用符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的室內(nèi)裝修材料裝修設(shè)計(jì)，要嚴(yán)格選用環(huán)保安全型材料，如不含甲醛的粘膠劑、夾芯板、貼面板等，從而提高裝修后的空氣質(zhì)量。切忌由于價(jià)格的因素而選用一些劣質(zhì)的裝修板材。即使是一些達(dá)標(biāo)產(chǎn)品甚至是環(huán)保材料，也應(yīng)該盡量少用。當(dāng)使用的板材過多時(shí)，必然會(huì)導(dǎo)致污染物超標(biāo)。

5.2 通風(fēng)法去除甲醛

消除室內(nèi)空氣污染，最有效的方法是增加新風(fēng)量。新風(fēng)量是指室內(nèi)新鮮空氣的總量。長(zhǎng)期處于新風(fēng)量不足的室內(nèi)易患“室內(nèi)綜合癥”，出現(xiàn)頭痛、胸悶、易疲勞的癥狀，還容易引發(fā)呼吸系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)等疾病。通過室內(nèi)空氣的流通，增加室內(nèi)新鮮空氣的總量，可以降低室內(nèi)空氣中有害物質(zhì)的含量，從而減少此類物質(zhì)對(duì)人體的危害。

5.3 利用植物除去甲醛

一般室內(nèi)環(huán)境污染在輕度和中度污染、污染值在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)3倍以下的環(huán)境，采用植物凈化能達(dá)到比較好的效果。根據(jù)房間的不同功能、面積的大小選擇和擺放植物。一般情況下，10平方米左右的房間，1.5米高的植物放兩盆比較合適。下面推薦十種除甲醛植物高手：鴨跖草，菊花，吊蘭，月季，虎尾蘭，龍舌蘭，綠蘿，龜背竹，蘆薈，常春藤。

5.4合理處理人造板成品。為了降低人造板甲醛的危害，可以對(duì)人造板成品進(jìn)行尿素溶液處理法吸收成品中的甲醛含量來降低甲醛的釋放量，還能夠?qū)θ嗽彀宄善愤M(jìn)行表面加工抑制甲醛的釋放從而降低甲醛的釋放量，并在人造板的應(yīng)用過程中在表面裝飾一些可以吸收甲醛的裝飾品來降低甲醛對(duì)外界的釋放量。

5.5合理控制調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度和相對(duì)溫度。甲醛這種物質(zhì)是一種緩慢揮發(fā)性物質(zhì)，隨著溫度的升高，揮發(fā)會(huì)更快一些。因此，在剛裝修過的房間中，采取烘烤的辦法，或在室內(nèi)擺上幾盆清水，可以加快裝修材料中甲醛的揮發(fā)。

5.6 降低溫度。由于甲醛的釋放隨著溫度的增而增加，減少溫度同樣可以達(dá)到減少空氣中甲醛濃度的目的。在淋浴或者洗澡時(shí)，開啟排氣扇、打開浴室窗戶，都是降低室內(nèi)溫度的重要途徑?？照{(diào)器在干燥制熱狀態(tài)下，也能降低室內(nèi)的濕度。如果居住在濕度特別大的地區(qū)，可以便用去濕器。

總結(jié)

影響人造板中甲醛釋放量的因素為時(shí)間、溫度、濕度、換氣率、裝載率，溫度越高，人造板中甲醛釋放速度越快，相對(duì)濕度越大，人造板中甲醛釋放速度越快。刨花板、膠合板、細(xì)木工板的甲醛釋放規(guī)律是一致的，掌握其釋放規(guī)律對(duì)其適時(shí)處理有很重要的意義，對(duì)人造板中的甲醛處理應(yīng)盡量避開甲醛釋放的高峰，待釋放穩(wěn)定以后再進(jìn)行相應(yīng)處理，根據(jù)對(duì)甲醛釋放量影響因素的分析建議室內(nèi)裝修時(shí)應(yīng)盡量提高環(huán)境的溫度、濕度和空氣流通速度，從而使甲醛的處理達(dá)到最佳效果。真心希望未來的人造板所使用的膠黏劑制造中能夠真正的有效控制甲醛的釋放量，讓人們毫無畏懼地過上無污染的綠色生活。

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