刨花板VOCs释放的影响因素研究

摘要：挥发性有机物对人体的危害巨大，而其主要的挥发来源刨花板，在室内装修中又被广泛应用，因此研究刨花板生产工艺参数对VOCs释放影响因素和环境因素对VOCs释放的影响具有重要意义。本文首先对刨花板生产工艺进行分析，明确每个工艺参数对VOCs释放的影响，然后是环境对刨花板VOCs释放的影响分析，综合两方面分析得出最后结论。

关键词：刨花板;VOCs;工艺参数;环境因素

中图分类号：X701 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2019）11-0-01

Abstract： Volatile organic compounds are harmful to the human body， and its main source of volatile particleboard is widely used in interior decoration. Therefore， it is important to study the factors affecting the release of VOCs and the influence of environmental factors on the release of VOCs. This paper first analyzes the particleboard production process， clarifies the impact of each process parameter on the release of VOCs， and then analyzes the impact of the environment on the release of particle board VOCs.

Key words： Particle board; VOCs; Process parameters; Environmental factors

1 影响刨花板VOCs释放的工艺研究

1.1 刨花板原材料的VOCs釋放分析

刨花板的原料主要包括木材或者木质纤维材料、胶黏剂两类，木材中最为常见的是落叶松。使用顶空固相微萃取法（HS-SPME）对落叶松刨花中释放的VOCs成分提取分离发现，落叶松刨花释放的VOCs主要含有萜烯类、醇酮类、烷烃类、芳香烃类化合物等挥发性成分，其中萜烯类占比最大，占总检测物质的56%，其次是醛酮类物质，占比为16%。结合其他研究数据，萜烯类的化学物质最低感量（LCI）为2.00μg/m3，因此落叶松刨花板所释放的萜烯类化合物应引起人们的重视。

刨花板的生产中使用的胶黏剂主要是脲醛树脂胶，UF树脂胶在室温23℃时所释放的VOCs主要成分为醇类、醛酮类、烷烃类、芳香烃类、酯类和少量烯烃类化合物。随着温度的升高，UF树脂的VOCs的种类并没有变化，但是各类物质的相对含量就有明显的变化。常温下醇类占比85.6%，加热至140℃时醇类的占比只有1%，此时芳香烃类占比达到了30%左右。所以降低刨花板的VOCs，需要与原材料的特性相结合才能达到最好的效果。

1.2 刨花板的热压生产工艺分析

刨花板的热压工艺是指刨花的原料经过施胶、组坯后，在一定的时间内通过温度和压力作用下将刨花板坯压制成一定密度和厚度的板材的加工工艺。热压的主要作用有两个方面，首先是胶黏剂固化，其次为加工一定的厚度的保证。选取热压温度、热压时间、施胶量、板坯含水率、板坯结构、板密度、厚度等七个人造板热压工艺的主要参数，设计对比试验，分析热压工艺控制对刨花板VOCs释放的影响。试验设计原则，固定其中6个因素，改变单一因素进行对比分析，如下表1。通过分组试验，采用气相色谱-质谱-计算机联合技术检测刨花板挥发性有机化合物总离子。

（1）首先对热压过程中的热压温度进行分析，可以发现不同热压温度生产的刨花板随着暴露时间的延长其TVOC释放趋于平稳，前期的1h为快速释放期，热压温度越高，释放量也越大。温度较低时，胶黏剂的固化反应还不完全，刨花之间的间隙较大。 （2）热压时间对TVOC的释放量影响显著，释放初期1h和平衡期12h的总释放量随着热压时间的延长呈现增加趋势。热压时间的延长使得整个板坯受热均匀而充分，芯层刨花之间胶接界面结合的更加牢固。热压时间越长，VOCs的释放量越大，污染程度越高。（3）刨花板的TVOC释放量随着施胶量的增大而增大。初期11%施胶量的刨花板释放峰值为548ppb，7%施胶量的释放峰值为403ppb。施胶量的增加有助于板坯厚度方向的导热，使得板坯含水率上升，促进挥发物质的产生和释放。试验结果也表明施胶量7%、8%、9%时均属于未污染，10%属于轻度污染，11%属于中度污染。（4）不同板坯含水率刨花板TVOC的释放随着时间的变化趋势大体相同，即呈现先上升后平稳释放;随着板坯含水率增加，刨花板TVOC初期和平稳期释放量增加明显，但污染程度不同，含水率12%时污染最低，但是总体趋势不变，含水率越大，综合指数越高，危害越大。（5）在释放初期，单层结构刨花板的TVOC释放量为386ppb，三层刨花板释放量巍峨511ppb;进入稳定期后，单层TVOC释放量为376ppb，三层TVOC释放量为416ppb。采用综合指数法评估，二者均属于轻污染。（6）密度是影响刨花板物理力学性能的重要因素，密度越大物理性能越好。密度越大，初期的TVOC释放量也是明显增加，0.6g/cm3的初期释放量为379ppb，0.8g/cm3的初期释放量为662ppm。稳定释放期TVOC随着密度增加而缓慢上升，采用综合指数法评价：密度越高污染越严重。（7）刨花板的TVOC释放量随着板厚度增加而显著增加，厚度为8mm时，VOCs的释放峰值为270ppb，厚度为22mm时，VOCs的释放峰值达到了640ppb，12mm、16mm、19mm的醛酮类和烷烃类释放量相差不大，芳香烃仍最大释放物。通过综合指数法评价，除22mm厚度为中度污染，其他均属于未污染。

2 刨花板VOCs释放的环境因素研究

2.1 温度与刨花板TVOC的释放

有关温度对人造板VOCs的释放研究已有很多报道。本文主要研究温度对不同工艺参数刨花板的VOCs释放，测试不同环境温度下对各种刨花板释放VOCs的研究。从市面上选取6种刨花板，不同板之间工艺参数存在略微差异，采用气候箱法进行温度影响测试。试验前箱内温度、湿度保持稳定后运行1h，要求箱体内TVOC的浓度小于10μg/m3。将板材放入气候箱中心位置。TVOC检测仪接入装置出气口进行测定，前1h每15min测一次，测5min，取5min的平均值作为该点的甲醛和TVOC浓度值。后面2～4h每隔30min测一次，之后随着浓度变化幅度的减小，测量间隔时间延长。测试时间持续46h。

通过不同温度下TVOC的连续测定，可以发现随着温度的升高，板材的TVOC释放量也随之明显升高，温度在释放活跃期影响更为显著，低温下板材的VOCs的释放更容易达到稳定期，且VOCs的组分和各组分含量也明显升高。笔者选择的6种常见人造板产品，基于气候箱法测得的15℃和35℃下释放的TVOC峰值为39～85μg/m3和60～189μg/m3，平衡值范围分别在20～30μg/m3和29～53μg/m3。其中最低释放值均为贴面刨花板测得，最高释放值均为18mm的刨花板测得。

2.2 湿度与刨花板TVOC的释放

由于相对湿度的稳定性在实验中较难控制，并且它对人造板VOCs释放的影响机理尚无完整的定论。目前关于建立相对湿度对VOCs释放量及释放特征的研究很少。针对相对湿度对气体释放的复杂性影响，笔者选用工艺、厚度及板种有差异的人造板进行研究。

试验条件：温度23℃，相对湿度为30%、45%、60%和75%;气体交换率1h-1;装载量1m2/m3;样件暴露尺寸230mm*220mm。试验过程中监控TVOC的释放量。

在30%湿度下，板材P1的TVOC的释放峰值为89μg/m3，当湿度为60%、75%时，其峰值分别增加了5.62%、15.73%。对比试验数据，相对湿度的提高，可以促进挥发性有机化合物的释放，且TVOC的释放效果因板材的不同而存在差异。

3 结论

环境参数——温度和相对湿度可以加速板材中挥发性有机化合物的释放，在相同的温度或湿度下，各板材的TVOC释放量大小顺序不变，说明材料本身特性对VOCs的释放水平起着主导作用。材料本身的VOCs释放特性取决于材料生产工艺，通过不同工艺参数的成本、VOCs释放量及污染指数等，确定最优的生产工艺方案：12%含水率，0.6g/cm3密度，8mm厚度，8%施胶量，4min热压时间，在此工艺条件下，既能达到清洁生产的目的，也能降低成本。

参考文献

[1]李爽.小型环境舱设计制作与人造板VOC释放特性研究[D].东北林业大学，2013.

[2]王启繁.饰面刨花板气味释放特性及环境因素影响研究[D].東北林业大学，2018.

[3]杜明，王佳丽.环境因素对人造板VOC释放影响的研究[J].江西建材，2016（18）：267.

收稿日期：2019-06-23

作者简介：周游（1984-），男，汉族，南京林业大学本科学士学位，工程师，研究方向为环保管家、污染场地调查评估、环保治理工程、环保验收、环境检测、排污许可证申报、环境影响评价、清洁生产审核、应急预案、在线运维等环境技术服务。