板式家具用薄木貼面刨花板VOCs釋放特性的研究

陳 峰，夏興華*，沈 雋

（1.遼寧林業職業技術學院，遼寧 沈陽 110101；2.東北林業大學，黑龍江 哈爾濱 150040）

建筑裝飾用人造板以及用人造板制造的家具是室內揮發性有機化合物(VOCs)的主要來源[1]。膠合板、細木工板、中密度纖維板、刨花板等人造板材以及這些板材制造的板式家具是室內VOCs的主要來源[2,3]。這些板材在原材料加工中使用膠黏劑，其主要原料是醛類、尿素、苯系物和其他輔料，在熱壓過程中這些膠黏劑難以完全反應，從而使得這些板材在使用過程中會進行釋放大量的VOCs[4-6]。很多學者在人造板源控制VOCs方面做了大量的工作，如使用改性脲醛樹脂膠，調整人造板的熱壓工藝參數，長時間的陳放和烘焙人造板，以及對人造板進行表面裝飾來降低人造板VOCs的揮發[7-11]。

人造板表面裝飾是控制VOCs釋放的有效方法[12]。國內外對飾面人造板VOCs釋放組分研究較少，目前還沒有系統的針對飾面工藝對人造板VOCs釋放的影響，本文選取脲醛樹脂膠和聚醋酸乙烯酯乳液混合膠黏劑對刨花板進行薄木貼面，選取不同薄木貼面工藝參數進行單因素實驗，分析薄木貼面工藝因素對陳放過程中薄木貼面板總有機揮發物（TVOC）釋放的影響。使用氣相色譜—質譜聯用儀（GC/MS）研究薄木貼面工藝參數對刨花板VOCs成分的影響。本研究旨在掌握薄木貼面人造板的釋放特性、釋放規律，通過薄木工藝研究，為人造板薄木貼面提供優化工藝。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗用楊木刨花板素板由黑龍江綏化市復興復合板廠提供，試件規格240mm×230mm×16mm。分別取 50：50-100：0 脲醛膠與 PVAc 配比、100g/m2-180 g/m2涂膠量、90℃-130℃熱壓溫度作為試驗因素進行單因素試驗，脲醛樹脂膠由黑龍江省林科院邦德膠粘劑廠提供，固體含量52%，PH值7.7，粘度61s；聚醋酸乙烯乳液膠（PVAc）由哈爾濱明朗膠業提供；水曲柳薄木購于市場，厚度0.25mm。

1.2 方法

將貼面后薄木刨花板精截為120mm×120mm×16mm試樣，將樣品的邊緣用鋁膠帶封上，露出面積為0.015m2。將試件放入小型氣候箱中，環境溫度23±0.5℃，相對濕度 45%±5%。 、空氣流量 1.88L/min、空氣交換率1.13h-1；試件在氣候箱平衡后使用PGM-7240手持TVOC檢測儀(RAE公司,美國)測試12h內TVOC濃度變化。另外，采用真空袋對分別在第24、48、72、96、120h 對氣候箱的 VOCs進行收集。 采用氣相色譜質譜聯用儀GC/MS（美國熱電有限公司，美國）分析VOCs成分。

將薄木刨花板放置15L干燥器中對所選工藝進行平行試驗。密閉24小時后進行采樣，干燥器連接真空泵進氣口，干燥器通過真空泵連接干燥塔，利用干燥塔內填充的活性炭對VOCs連續吸附24小時，再利用二氯甲烷作溶劑進行解吸，采用GC/MS分析對釋放物成分進行分析。

2 結果與分析

2.1 薄木貼面貼面工藝對刨花板TVOC的影響

在進行單因素試驗時，選擇單一因素發生變化，其它因素保證不變，觀察其對TVOC的釋放的影響。圖1-圖4分別代表不同工藝條件對刨花板TVOC釋放的影響，從圖中可以看出，薄木貼面刨花板的TVOC的釋放隨時間的變化趨勢大體相同，即在0-60min的初期階段為快速釋放期，VOCs的濃度迅速降低；60min-180min為緩慢釋放期，VOCs釋放趨于平緩；180min-720min為穩定釋放期，VOCs釋放趨于平衡。

對比不同膠配比的薄木貼面板的TVOC初始值（圖 1），在 50：50、60：40 和 70：30 范圍內，TVOC的初始值隨著膠配比的增加而減小，由于聚醋酸乙烯醋乳液粘度高，膠配比越大，混合膠中的水蒸汽蒸發少；在比例70：30情況下，膠合效果較好，使其得到充分固化，有效地封閉了刨花板中的VOCs揮發。 在 80：20、90：10、100：0 范圍內，TVOC 的初始值隨著膠配比的增加而增加，這是由于脲醛樹脂膠含有大量的揮發性有機化合物，脲醛樹脂膠比例增加，會導致脲醛樹脂膠在熱壓過程中未完全固化。

在 100g/m2、120 g/m2、140 g/m2、160 g/m2、180 g/m2施膠量條件下，薄木貼面板TVOC初始值隨施膠量的增大而增大（圖2）。這是由于施膠量的增加使刨花板板坯的表面含水率上升，在一定溫度的作用下，刨花板中的主要成分飽和烴類化合物、苯系物化合物以及未完全反應的膠粘劑就會隨著水分遷移到表面，在陳放過程中產生更多的釋放。

在 90℃、100℃、110℃、120℃、130℃熱壓溫度條件下，薄木貼面板TVOC初始值隨熱壓溫度的增大而增大（圖3），130℃條件下TVOC初始值相比90℃條件下TVOC初始值增加了52.57%。這可能是由于熱壓溫度越高，刨花板中的化合物越容易分解并揮發出來，導致TVOC初始值增大。

圖1 施膠配比對薄木刨花板TVOC釋放的影響Figure 1 Effect of sizing ratio on the release of TVOC in veneer particleboard

圖2 施膠量對薄木刨花板TVOC釋放的影響Figure 2 Effect of coating amount on the release of TVOC in veneer particleboard

圖3 熱壓溫度對薄木刨花板TVOC釋放的影響Figure 3 Effect of hot pressing temperature on the release of TVOC in veneer particleboard

2.2 薄木貼面貼面工藝對刨花板VOCs成分的影響

通過對薄木刨花板揮發的VOCs出現頻率較高的9種物質進行比較（表1），薄木貼面刨花板揮發的鄰苯二甲酸二辛酯相對含量遠遠低于素板，說明通過薄木貼面可以控制這類物質的揮發；試驗還檢測到3,7,7-三甲基雙環 (4,1,0)-3-庚烯萜類物質，而萜類物質主要是木質素主要成分，說明熱壓工藝條件使這類物質揮發出來。

從脲醛樹脂膠配比來看，鄰二甲苯、正二十烷和癸烷相對含量隨著脲醛膠的比例增大而增大，說明鄰二甲苯、正二十烷和癸烷是脲醛膠的主要揮發成分，在70：30膠配比情況下，檢測出甲苯、3,7,7-三甲基雙環 (4,1,0)-3-庚烯和鄰苯二甲酸二辛酯相對分數最小。說明這兩種膠的膠配比直接影響膠黏劑的膠合效果，在熱壓過程中由于最上層的膠黏劑先固化，封閉刨花板基材上飽和烴的揮發。

從施膠量來看，除鄰苯二甲酸二辛酯和3,7,7-三甲基雙環(4,1,0)-3-庚烯外，其余物質的相對含量隨著施膠量的增大而增大。而鄰苯二甲酸二辛酯和3,7,7-三甲基雙環(4,1,0)-3-庚烯隨著施膠量的增大而減小，說明這兩種化合物主要來源于素板，涂膠量越大，基材中的鄰苯二甲酸二辛酯和3,7,7-三甲基雙環(4,1,0)-3-庚烯揮發受到阻礙，有效地封閉了這兩種物質揮發。

從熱壓溫度來看，甲苯和鄰二甲苯等苯系物化合物相對含量隨著溫度的升高而增大，因為在熱壓過程中，這兩種成分大部分被遷移到表面部分，苯系物化合物迅速釋放，導致相對含量增加；而一些飽和烴類物質和2,6-二叔丁基苯醌隨著溫度的升高而減小，其中，癸烷等物質在130℃和140℃條件下沒有被檢出，說明低沸點飽和烴類物質，如癸烷和2,6,10,14-四甲基-十六烷，在高溫條件下這類物質會優先揮發出來；鄰苯二甲酸二辛酯在100℃以上熱壓條件下隨著溫度的升高相對含量增大，說明該物質在100℃以上條件下，導致高溫條件下的VOCs相對含量大于低溫條件相對含量。

2.3 水曲柳薄木貼面刨花板VOCs釋放規律分析

通過對水曲柳薄木刨花板釋放規律分析，共得出多種成分，其中飽和烴、苯系物和萜類化合物為水曲柳薄木貼面刨花板的主要揮發物質。通過對三大主要成分釋放規律進行分析，結果表明，前期的釋放主要成分為飽和烴類，24h相對含量的48.3%，隨著釋放時間增大，在120h時，相對含量降為16%，這是由于初始揮發出來的飽和烴帶有較長支鏈，這類飽和烴及其不穩定，容易釋放出來，隨著釋放時間增大，帶有支鏈的飽和烴類物質減少，高沸點的飽和烴逐漸揮發出來。而苯系物化合物雖然也不穩定，但是檢測出來的成分較少，說明這類苯系物物質不是水曲柳貼面用膠粘劑主要成分，而是人造板基材揮發出來的，這類物質由于貼面的阻礙導致揮發量較少。而萜類物質隨著時間增加而增多，這是由于萜類物質沸點較高，需要很長的時間才能揮發出來，這類物質的揮發主要是貼面材料和人造板基材共同作用的結果。

表1 不同貼面工藝的薄木刨花板VOCs氣相色譜分析結果Table 1 Analysis of the results of gas chromatographic analysis of particleboard with different veneering processes

表2 水曲柳薄木貼面刨花板三大類成分相對含量的變化Table2 threecategoriesofcomponentsrelativecontent changesfromparticleboardwithFraxinusMandshurica veneer

3 結論

通過單因素試驗觀察施膠配比、涂膠量和熱壓溫度對家具用薄木刨花板VOCs釋放特性的影響。結果表明，家具用貼面刨花板TVOC釋放規律呈下降的趨勢。相對刨花板素板，薄木貼面能有效地減少鄰苯二甲酸二辛酯的相對含量。薄木刨花板中的總揮發性有機物初始濃度隨著熱壓溫度和脲醛含量增大而增大。通過GC/MS對VOCs成分分析，比較相對含量最多的9種物質：脲醛相對含量越大，薄木刨花板釋放的正二十烷、乙苯和鄰二甲苯相對含量呈上升趨勢。涂膠量越大，飽和烴類、苯系物類化合物增多，而萜類物質和鄰苯二甲酸二辛酯相對含量呈下降趨勢；熱壓溫度越高，釋放的苯系物化合物的相對含量越大，而飽和烴類和萜類化合物的相對含量越小。飽和烴類物質隨著揮發時間的增大相對含量逐漸降低，而萜類物質相對含量逐漸增大，而苯系物相對含量變化較小。

[1]馬少俊.室內空氣中揮發性有機物的測定[J].江蘇科技信息,2015,25：026.

[2]王高超.室內裝飾材料甲醛,VOC釋放與檢測分析[D].東北林業大學,2014.

[3]孟黎鵬,何超,沈佳龍,等.購買室內家具及裝修材料時要防范有害氣體超標 [J].中國人造板,2016,23(3)：31-34.

[4]王敬賢.木質材料甲醛和 VOCs釋放控制技術研究進展[J].遼寧林業科技,2017，（3)：44-46.

[5]陳峰.飾面刨花板揮發性有機化合物釋放特性及影響因子的研究[D].哈爾濱：東北林業大學,2010.

[6]鞏柏韜,刁倩倩,鄒迪明,等.綠色環保型人造板生產工藝初探[J].山西建筑, 2014,40(15)：212-213.

[7]李要彬.改性 Pd/TiO2催化劑氧化室內甲醛研究[J].2016.

[8]Kim K W,Lee B H,Kim S,et al.Reduction of VOC emission from natural flours filled biodegradable biocompositesforautomobile interior [J].Journalof hazardous materials,2011,187(1)：37-43.

[9]類成帥,沈雋,王高超.阻燃楊木膠合板揮發性有機化合物釋放研究[J].森林工程,2014,30(2)：43-47.

[10]Zhang W C,Shen J,Chen F.Study on the Volatile OrganicCompounds (VOC)Emission ofWood Composites[C].Advanced Materials Research.Trans Tech Publications,2010,113：474-478.

[11]A.Barry, D.Corneau.Effectiveness of barriers to minimize VOC emissions including formaldehyde [J].Forest Products Journal,2006,56(9)：38～42.

[12]陳峰，沈雋，蘇雪瑤.表面裝飾對降低刨花板TVOC和甲醛釋放的初步研究 [J].東北林業大學學報,2010,38(6)：76-77.