细木工板的甲醛散发特性实验研究

张 玥 ，张 宇 ，杨 珅 ，王志成 *

（1.黑龙江省科学院 能源环境研究院，黑龙江 哈尔滨,150027；2.清华大学 建筑技术科学系，北京,100084）

引 言

细木工板又称大芯板，是由两片单板中间胶压拼接木板而成的人造板。目前，我国的细木工板产量已经超过1000万m3。细木工板里的甲醛主要来自于制造过程中使用的脲醛树脂胶，具有胶接强度高、不易开胶的特点，是目前生产各种细木工板普遍使用的粘合剂，但是脲醛树脂中含有一定的甲醛，会形成游离甲醛释放到空气中。甲醛被世界卫生组织确定为可疑致癌物质，空气中的游离甲醛有辛辣刺激性气味。长期接触低剂量甲醛可引发慢性呼吸道疾病、鼻咽癌、月经紊乱、细胞核的基因突变等多种严重疾病，对人体健康构成严重威胁，对儿童和孕妇的危害更大[1]。

人造板的甲醛散发速率由三个内在关键参数决定，即初始可散发浓度C0、污染物在建材中的扩散系数Dm和分配系数K[2,3]。现有研究表明，室内甲醛的浓度变化和室内温湿度有显著的关系[4]。因此，准确测定不同温湿度情况下细木工板的甲醛散发关键参数，尤其是初始可散发甲醛浓度，对于污染物散发的模型预测及室内甲醛污染防治具有重要意义。

1 实验部分

1.1 实验材料

由于细木工板具有强度高、吸声、绝热等特点，常用于家具、门板、壁板等的制造，用途最为广泛，因此本实验选择细木工板作为研究对象。本实验所用细木工板购买于本市的建材市场，购买时选择了两个品牌（简称A品牌和K品牌），产地均为哈尔滨市，生产时间均为2016年11月，板材厚度均为17 mm。

其它材料与试剂：封边材料为铝箔胶带；清洗气候箱内壁使用BEMCOT M-3II无尘纸；气泡吸收管；硅胶管；酚试剂（山东西亚化学工业有限公司）；硫酸铁铵（天津市致远化学试剂有限公司）；甲醛标准溶液（天津市光复精细化工研究所）；去离子水；甲醇（天津市科密欧化学试剂有限公司）等。

1.2 仪器设备

气相色谱仪（日本岛津）；TD-100热脱附仪（英国Markes）；QC-2BI型双气路大气采样器（青岛路博伟业环保科技有限公司）；VEOUS-E+型1m3环境气候箱（北京伟奥仕科技有限公司）；T6新悦型可见分光光度计（北京普析通用仪器有限责任公司）。

1.3 实验方法

实验前用酚试剂溶液、甲醇和蒸馏水对气候箱内壁进行清洗擦拭，并且在标准测试条件下通风至少12h。待气候箱达到预定实验条件后，采集气候箱采样口处的空气，对气候箱的背景浓度进行采样测试分析。

细木工板试样制作方法：按照1m2/m3的负载率制作试样，细木工板尺寸为0.8m×0.625m×0.017m。测试时试样正反面均暴露在气候箱中，面积计算包括正反面。沿着产品长度方向，在中心部位选取测试试件，然后用铝箔胶带对试件进行封边处理。

将处理后的细木工板试样沿着环境气候箱内气流方向，放置于箱的中心部位，保证空气气流均匀分布于测试试件的释放表面。空气交换率设定为1次/h，试样测试周期为96h，按照一定时间间隔采集箱内空气样本，采样体积为10L。参照国标GB/T 18204.2-2014，采用酚试剂分光光度法分析测定甲醛浓度。

1.4 甲醛标准曲线

图1 甲醛标准曲线Fig.1 Formaldehyde standard curve.

样品按GB/T18204.2-2014中的酚试剂分光光度法进行检测，以甲醛含量为横坐标，吸光度为纵坐标，计算回归线斜率，以斜率倒数作为样品测定的计算因子Bg。标准曲线如图1所示。

空气中甲醛浓度按式（1）计算。

式中，C为空气中甲醛浓度，mg/m3；A为样品溶液的吸光度；A0为空白溶液吸光度；Bg为计算因子；V0为换算成标准状态下的采样体积，L。

1.5 散发关键参数计算

利用建材在环境气候舱内散发过程甲醛浓度变化的数据，结合初始可散发浓度C0、污染物在建材中的扩散系数Dm和分配系数K的甲醛散发模型，基于数值解法，采用最小二乘法拟合求解散发关键参数[5,6]。

2 结果与讨论

2.1 不同品牌细木工板甲醛散发情况

本实验选择了两个品牌的细木工板作为研究对象，分别为A品牌和K品牌。实验时环境气候箱温度设为25℃，相对湿度设为45%，采集不同时刻的空气样品，分析测定96h内不同时刻的甲醛释放浓度。从图2可以看出，A品牌和K品牌的细木工板甲醛散发趋势相似，均符合先增后减的规律。根据传质阻力的变化特点，散发过程可划分为3个阶段。散发初期持续时间较短，环境舱浓度变化剧烈。散发中期，持续时间稍长，环境舱浓度变化渐缓。散发后期，持续时间较长，环境舱浓度较为稳定[7]。

图2 不同品牌细木工板甲醛释放浓度随时间变化情况Fig.2 Variation of formaldehyde concentrations with time for different blockboards

2.2 温度对甲醛散发浓度和关键参数的影响

为了研究环境温度对细木工板散发特性的影响，选取A品牌细木工板，将环境气候箱设置成4个温度，分别为 21℃、23℃、25℃、27℃，相对湿度设为45%，采集不同时刻气候箱内的空气样品，分析测定96h内不同时刻游离甲醛释放浓度。图3结果表明，不同温度条件下甲醛浓度变化均符合先增后减的规律，温度对细木工板中游离甲醛释放浓度的影响较为显著，游离甲醛释放浓度随温度升高而增加。这是由于温度升高不仅使甲醛分子热运动加强，而且可以导致板材孔径结构特性改变，有利于内部甲醛快速释放，降低板材对甲醛的吸附容量和吸附能力[8]。同时，温度升高会促使细木工板中脲醛树脂的水解反应增强，使得游离态甲醛的浓度升高[9]。温度对散发关键参数的影响见表1，由结果可知，初始可散发浓度C0和扩散系数Dm均随温度升高而增大，而分配系数K随温度升高而降低。

图3 不同温度下甲醛释放浓度随时间变化情况Fig．3 Variation of formaldehyde concentrations with time for different temperatures．

表1 温度对关键参数的影响Table 1 The effect of temperature on key parameters．

2.3 相对湿度对甲醛散发关键参数的影响

选取K品牌细木工板进行相对湿度对细木工板散发特性影响的研究。由图4可知，相同温度（25℃）不同相对湿度条件下，甲醛浓度变化均符合先增后减的规律，环境舱内甲醛浓度在实验初始阶段（0～12h）升高较快，随后浓度变化趋于平缓。随环境舱内相对湿度的增加甲醛浓度增高幅度逐渐增大，当相对湿度达到65%时，舱内甲醛浓度增高幅度明显加大。拟合求解得到的散发关键参数见表2，由结果可知，初始可散发浓度C0和扩散系数Dm均随相对湿度升高而增大，而分配系数K保持不变，说明分配系数受温度影响而不受相对湿度影响。相对湿度的增高会使得细木工板中脲醛树脂的水解反应向正向移动，使得游离态甲醛浓度升高，进而表现为初始可散发浓度C0的升高[10]。

表2 相对湿度对关键参数的影响Table 2 The effect of relative humidity on key parameters．

图4 不同相对湿度下甲醛释放浓度随时间变化情况Fig．4 Variation of formaldehyde concentrations with time for different relative humidity．

3 结论

（1）细木工板释放甲醛浓度变化符合先增后减的规律，环境舱内甲醛浓度在实验初始阶段（0～12h）迅速上升，随后浓度变化逐渐降低趋于平缓。

（2）环境温度和相对湿度对细木工板甲醛释放浓度具有显著影响。甲醛释放浓度随温度和相对湿度的增大而升高。

（3）环境温度和相对湿度对细木工板甲醛释放特性参数具有显著影响。温度升高，甲醛初始可散发浓度C0和扩散系数Dm随之增大，而分配系数K随之降低。相对湿度升高温度不变时，甲醛初始可散发浓度C0和扩散系数Dm随之增大，而分配系数K保持不变。

［1］ 赵江平，陈盼．通风条件下室内甲醛气体释放规律及其预测模型［J］．环境工程，2014,（2）：131～134．

［2］ 熊建银，杨韬，黄少丹．室内材料和物品中气态有害物散发特性测定方法评述［J］．暖通空调，2013，43（12）：8～13．

［3］ 曹连英．人造板释放多相传质模型及释放特性参数研究［D］．东北林业大学，2013．

［4］ LIANG W,YANG S,YANG X．Long-Term Formaldehyde Emissions from Medium-Density Fiberboard in a Full-Scale Experi－mental Room:Emission Characteristics and the Effects of Temperature and Humidity［J］．Environmental Science&Technology,2015,49（17）:10349～10356．

［5］ DENG B,CHANG N K．An analytical model for VOCs emission from dry building materials［J］．Atmospheric Environment,2004,38（8）:1173～1180．

［6］ HE G,YANG X,SHAW C Y．Material Emission Parameters Obtained Through Regression［J］．Indoor&Built Environment,2005,14（1）:59～68．

［7］ 宋伟，孔庆媛，李洪枚．建材VOC散发过程模拟与传质参数测定新方法［J］．化工学报，2013，64（3）：912～923．

［8］ 张浩，钱付平，朱庆明．细木工板中甲醛释放特征及规律［J］．过程工程学报，2012，12（2）：335～339．

［9］ LIANG W,LV M,YANG X．The combined effects of temperature and humidity on initial emittable formaldehyde concentration of a medium-density fiberboard［J］．Building&Environment,2016,98:80～88．

［10］ LIANG W,LV M,YANG X．The effect of humidity on formaldehyde emission parameters of a medium-density fiberboard:Experimental observations and correlations［J］．Building&Environment,2016,101:110～115．