綠色環(huán)保型人造板生產(chǎn)工藝初探★

鞏柏韜 刁倩倩 鄒迪明 劉 玉 朱曉冬*

(東北林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150040)

0 引言

目前家裝問題中，室內(nèi)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(qiáng)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(chǎn)過程中加入的合成樹脂膠粘劑中含有大量揮發(fā)性有機(jī)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(dá)15年，大大提高了VOC對(duì)人體健康所產(chǎn)生的潛在危害，解決此問題迫在眉睫。多年來國內(nèi)外專家針對(duì)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(chǎn)工藝的控制、后期處理三個(gè)方面對(duì)目前的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了系統(tǒng)的整理和分析，并對(duì)其應(yīng)用前景做出展望，以利于今后相關(guān)研究的開展。

1 原材料的選擇和控制

目前對(duì)于環(huán)保型人造板的研究焦點(diǎn)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(duì)人造板VOC釋放進(jìn)行控制的基本途徑［1］。目前國內(nèi)外學(xué)者研究認(rèn)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(fā)，但此法由于摩爾比太低，會(huì)引起板材的抗拉強(qiáng)度下降，影響板材的性能，并且改性脲醛樹脂膠應(yīng)用會(huì)增加人造板的成本。

與此相比，光催化氧化技術(shù)在處理有毒、難降解有機(jī)污染物方面表現(xiàn)更為優(yōu)異。在1972年Fujishima和Honda發(fā)現(xiàn)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(jī)物(Fujishima-Honda 效應(yīng))［2］。以后，關(guān)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(jī)物的相關(guān)研究得到了快速發(fā)展［3-6］。經(jīng)過了大量實(shí)驗(yàn)，Linsebigler等人認(rèn)為，TiO2顆粒表面的羥基數(shù)量會(huì)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(wǎng)作為二氧化鈦的載體，分別對(duì)甲醛進(jìn)行光催化降解實(shí)驗(yàn)，結(jié)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(chǎn)中來，就可以降低其有機(jī)污染物的釋放，但是其具體工藝還需要開展進(jìn)一步的研究工作。

2 生產(chǎn)工藝的控制

通過調(diào)整人造板的熱壓工藝參數(shù)也可有效控制板材VOC的釋放，但VOC的釋放速度會(huì)隨著木材樹種、膠粘劑類型、施膠量、生產(chǎn)工藝的不同而發(fā)生變化［9-12］。顧麗莉等人研究表明適當(dāng)降低脲醛樹脂在縮聚反應(yīng)時(shí)的pH值對(duì)于羥甲基異化為陽離子和亞甲醇有促進(jìn)作用，因此可以加快縮聚反應(yīng)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(jié)果顯示，淺色樹種單板生產(chǎn)的板材甲醛釋放量相對(duì)于深色樹種的生產(chǎn)板材明顯增加，甲醛釋放量會(huì)隨著單板的含水率的增加而增加;而減少施膠量則會(huì)減少甲醛的釋放［14］。東北林業(yè)大學(xué)沈雋、孫世靜通過對(duì)不同含水率和施膠量刨花板VOC釋放量進(jìn)行研究的結(jié)果表明:不同含水率和施膠量產(chǎn)生的污染程度綜合指數(shù)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(shí)間的增加，VOC釋放總量也相應(yīng)增大，同時(shí)芳香烴的釋放量占總釋放量比例達(dá)到最高，污染程度增大;單層結(jié)構(gòu)的刨花板比三層結(jié)構(gòu)的刨花板VOC釋放量少，涂飾后刨花板中VOC的釋放總量會(huì)隨著暴露時(shí)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(shí)間、涂飾量和涂料種類。通過對(duì)水性清漆、醇酸清漆和硝基清漆涂飾刨花板的VOC進(jìn)行衰減測試顯示，水性清漆涂飾的刨花板使用環(huán)保性能優(yōu)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(jìn)行過旨在降低人造板甲醛散發(fā)能力的后期處理是十分重要的［17］。這類處理主要包括化學(xué)處理和貼面處理兩個(gè)方面。化學(xué)處理是指將板材置于化學(xué)處理室內(nèi)持續(xù)一段時(shí)間，使板內(nèi)的游離甲醛得到一個(gè)再固化。貼面處理是指通過人工貼面堵塞甲醛散發(fā)通道進(jìn)而達(dá)到控制板子甲醛散發(fā)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(yīng)當(dāng)含有甲醛;貼面用的膠粘劑不應(yīng)當(dāng)散發(fā)甲醛;貼面材料應(yīng)具有良好的封閉性能［18］。Alpha B等人研究了幾種飾面方式對(duì)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(fā)路徑降低其釋放，其中，表面涂飾環(huán)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(dá)到99%和94%;而中密度纖維板經(jīng)過紫外光固化油漆和丙烯酸面漆處理后對(duì)甲醛和VOC的封閉率僅達(dá)到89%/85%和11%/27%［19］。在國內(nèi)，張一帆教授提出了幾種環(huán)保型人造板表面裝飾產(chǎn)品及工藝技術(shù)，提出了幾種針對(duì)不同使用范圍的人造板表面裝飾產(chǎn)品和工藝，旨在降低人造板VOC的釋放［20］。

此外也可以用氨對(duì)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(jìn)處理室來解決這個(gè)問題，方法是將三個(gè)處理室串連，對(duì)人造板作三級(jí)處理，分別稱為吸收室、脫氣室、固定室。工作原理為先向室內(nèi)噴入35℃的氨氣，讓人造板對(duì)其進(jìn)行吸收;再使用鼓風(fēng)機(jī)吹凈室內(nèi)及附于板面的氨氣;最后將殘留在板內(nèi)的游離氨和甲醛生成甲酸銨。樹脂水解后的甲醛會(huì)和甲酸銨結(jié)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(nèi)與氨接觸的時(shí)間及處理前的人造板的甲醛釋放量等［21］。美國學(xué)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(nèi)形成負(fù)壓，人造板由上下罩之間連續(xù)或間斷通過，氨氣在負(fù)壓的狀態(tài)下進(jìn)入板材內(nèi)部，此項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵在于對(duì)氨氣量的控制。有資料表明，由于尿素可與甲醛反應(yīng)，在人造板成板后尚未冷卻時(shí)用一定濃度的尿素溶液進(jìn)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(shí)，特別是在酸性條件下可生成銨離子，銨離子會(huì)與甲醛生成六次甲基四胺。通過用含有銨鹽的水溶液對(duì)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(fā)展方向

目前國內(nèi)外許多研究者對(duì)環(huán)保型人造板的開發(fā)做了大量的研究，對(duì)其技術(shù)廣泛應(yīng)用于人造板生產(chǎn)做出了巨大的貢獻(xiàn)。但是，由于此項(xiàng)技術(shù)涉及范圍較廣，跨學(xué)科較多等因素，所以仍存在很多需要繼續(xù)探討之處:

1)應(yīng)深入研究人造板VOC降解的機(jī)理，完善降解過程，增長有效降解時(shí)間，使其具有可持續(xù)性。

2)應(yīng)繼續(xù)探索人造板的生產(chǎn)原料的綠色無害化，從源頭上杜絕污染。

3)應(yīng)結(jié)合多學(xué)科的知識(shí)對(duì)人造板工藝性以及降解性能做系統(tǒng)的分析對(duì)比，從整體上把握，最終找到最佳的生產(chǎn)方式，以大量投入生產(chǎn)，使之轉(zhuǎn)化為成熟可靠的技術(shù)。

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