竹木复合砧板基材对其硬度和甲醛释放量的影响

冯旋雪 郑 平 李晓平 吴章康

(西南林业大学材料科学与工程学院 昆明 650224)

砧板是每个家庭必备的厨房用具，砧板的质量与健康密切相关[1]。市场上常见的竹木复合砧板以韧性强、材质硬度高、尺寸多样、性价比高等优点备受人们喜爱[2]。竹砧板的使用方式决定了硬度对其性能的重要性，但目前关于竹砧板硬度方面的研究文献较少，其研究多集中在竹材物理力学性能与竹材构造之间的关系方面。比如：葛建春等[3]研究了竹材的硬度，发现硬度与其构造密切相关，维管束的数量和其排列方式以及维管束自身的力学强度是主要影响因素；尹维等[4]解释了竹材纤维丝角度和含水率对其力学性能的影响。

由于竹砧板在制造过程中会使用胶黏剂或其他基材，因此会增加甲醛释放来源，甚至可能对接触砧板的食物安全和人体健康产生影响。李序长[5]采用干燥器法(9～11 L) 测试了30 个批次的竹砧板甲醛释放量，其中有25 个批次的产品甲醛释放量高于1.5 mg/L，超过了限量值；李霞镇等[6]研究认为，与竹地板相比竹砧板少了表面层的处理，竹砧板频繁与食物接触，其释放的游离甲醛会吸附在食物表面；方崇荣等[7]研究了甲醛从竹砧板迁移到食物表面的过程，发现随着食物温度的增加，甲醛迁移量增加，且在酸性食物中的迁移量最大，脂肪类的食物迁移量较小。

本文选用市场上常见的几类竹木复合砧板，研究不同基材种类对竹木复合砧板的硬度和甲醛释放量的影响，以期为生活中选择竹木复合砧板提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

在贵州市场上随机购买基材为竹材、木材、人造板的3 类竹木复合砧板各15 个批次。竹木复合砧板的结构分为3 层：上下两面为竹材，中间为基材(图1)。基材为木材时，多为锯解成半圆形的小径材拼接而成；基材为竹材时，多为厚度相同的竹片拼接而成；基材为人造板时，多为厚度相同的一种或多种人造板(胶合板或刨花板为主) 填充而成；且多数竹砧板表面的竹材为拼接竹材，并非整竹结构。

图1 不同基材的竹木复合砧板Fig.1 Bamboo and wood composite cutting board of different substrates

1.2 测试仪器设备

热老化试验箱(成都天宇试验设备有限公司，型号：LR-02)，微机控制电子万能试验机(美斯特工业系统有限公司，型号：CMT4104)，马氏精密推台锯 (马氏工业设备，型号：MJ6132B)，电子恒温水浴锅(天津泰斯特仪器有限公司，型号：DK-98-1)，可见分光光度计(上海仪电分析仪器有限公司，型号：L3S)，9～11 L干燥器，结晶皿，移液枪及其他玻璃配件等。

1.3 试验方法

1.3.1 硬度测定

按照《木材硬度试验方法》 (GB/T 1941—2009) 中的金氏硬度法[8－9]进行测定，测试正反两面硬度各1 次，默认竹木复合砧板未开封时，有产品标识的一面为正面，另一面为背面。选择木砧板的中心部位，锯解成长70 mm ×宽50 mm的试样。将试样放置于试验机上，用半径为(5.64±0.01) mm 的半球型刚压头正对试验面的中心位置且基材非空心位置(测试反面硬度的位置与测试正面硬度的压头中心位置相距50 mm)，以5 mm/min 的均匀速度将半球型钢压头压入试验面，直至压入深为5.64 mm 止，记录载荷，精确至10 N。依据公式(1) 计算竹木复合砧板的硬度。

公式(1) 中，H12为试样含水率达12%时的硬度，单位为N；W为试样含水率，单位为%。

1.3.2 含水率测定

按1.3.1 测试试样的载荷后，立即在压痕处截取20 mm × 20 mm × 20 mm 的试样测试其含水率，截取处应包含基材。

1.3.3 甲醛释放量测定

目前，我国对于竹砧板甲醛释放量的测定方法和限量值还缺乏国家标准[10]。本文参照《人造板及饰面人造板理化性能试验方法》 (GB/T 17657—2013)[11]中的干燥器法测定试样的甲醛释放量，甲醛释放量限量值参照《室内装饰装修材料木家具中有害物质限量》 (GB 18584—2001)[12]中的规定，具体测定过程如下。

不改变竹砧板厚度，将其锯解为长150 mm、宽50 mm 的试样，共计10 块，除边长为50 mm的端面不封边外，其他端面均用蜡对其进行封边。准备直径为240 mm，容积为9～11 L 的干燥器，干燥器底部放置直径120 mm、高60 mm 的结晶皿，且在结晶皿中加入300 mL 蒸馏水。然后将试样放置于金属支架上，置于干燥器上部，且试件间互不接触。盖上干燥器盖子，在温度为(20±2)℃的环境下放置24 h。蒸馏水会吸收从试件释放出的甲醛，此溶液作为待测液。取乙酸铵(质量分数为20%)、乙酰丙酮(体积分数为0.4%)和待测液各10 mL，放置于(40±2)℃水浴加热15 min，待冷却后，使用波长为412 nm 的分光光度计和5 mm 的比色皿测定其吸光度，并用其转化为甲醛释放量。

2 结果与分析

2.1 竹木复合砧板硬度

图2 为不同基材的竹木复合砧板正面硬度和反面硬度的测定值。由图2 可知：竹材为基材的竹砧板正面硬度范围在2 720～8 123 N，反面硬度范围在2 338～9 284 N；木材为基材的竹木复合砧板正面硬度范围在1 680～7 508 N，反面硬度范围在2 139～5 872 N；人造板材为基材竹木复合砧板正面硬度范围在1 351～6 791 N，反面硬度范围在1 661～6 786 N。

图2 不同基材的竹木复合砧板正面(左) 和反面(右) 硬度Fig.2 Front (left) and back (right) hardness of bamboo and wood composite cutting board of different substrates

从砧板硬度的平均值看(图3)，基材为竹材、木材和人造板的竹木复合砧板正面硬度的平均值分别为4 719、4 489 和3 888 N，反面硬度平均值分别为4 924、4 105 和4 256 N。虽然个别人造板基材的竹木复合砧板硬度低至1 351 N，但总体来看，3 种基材的正反面硬度平均值均大于3 100 N，达到竹砧板使用面硬度的限量值标准。其中，正反两面硬度平均值相差最小的是竹材基材，为4.3%；相差最大的是人造板基材，为9.4%。

图3 竹木复合砧板双面硬度平均值Fig.3 Average hardness of both sides of bamboo and wood composite cutting board

表面竹材是影响硬度的直接因素，而竹材的硬度与其密度和生长部位相关[13]，密度越大则硬度越大，竹秆高度越高其竹材硬度越大[14]。此外，硬度与基材材性紧密相关，基材为竹材时硬度最高，木材次之，人造板最低。木材硬度受密度、心边材和取样部位等因素影响[15－16]。人造板种类影响测试竹木复合砧板的硬度，部分胶合板为基材的竹砧板硬度较低，硬度范围为1 200～2 800 N。

基材类型影响竹砧板的含水率，进而影响砧板的硬度。不同基材的砧板含水率测定结果见表1。

表1 不同基材的砧板含水率Tab.1 The moisture content of cutting board with different substrates

可以看出：当基材为竹材时，砧板含水率在7%左右，较其他2 种基材的砧板含水率为低；当基材为木材和人造板时，砧板含水率分别在8%～9%和9%～10%。竹材为基材的砧板硬度与竹种种类和竹龄密切相关[17－18]，木材为基材的砧板硬度受木材材性(早晚材)、密度和含水率等因素的影响[19]，而人造板为基材的砧板硬度则受人造板生产工艺的影响[20]。

2.2 竹木复合砧板甲醛释放量

不同基材的砧板甲醛释放量的测定结果见图4。可以看出，基材为竹材、木材、人造板的砧板甲醛释放量分别为0.2～0.7 mg/L、0.5～1.4 mg/L和1.2～4.6 mg/L，平均值分别为0.39、1.01 和3.13 mg/L。以《室内装饰装修材料木家具中有害物质限量》 (GB 18584—2001) 中限量值1.5 mg/L作为参考限量值，人造板基材的砧板甲醛释放量平均值为参考值的2 倍多，部分试样的甲醛释放量甚至高达4.56 mg/L，合格率仅为6.6%，而基材为竹材和木材的砧板的合格率均为100%。

图4 不同基材的竹木复合砧板甲醛释放量Fig.4 Formaldehyde release of bamboo and wood composite cutting board with different substrates

砧板甲醛释放量的测定结果显示，基材对砧板甲醛释放的影响明显，当人造板为基材时甲醛释放量最高，而基材为竹材时甲醛释放量最低。当人造板为基材时，砧板甲醛释放量波动较大，且基本都大于1.5 mg/L；而基材为竹材和木材时，砧板甲醛释放量均低于1.5 mg/L。

影响竹砧板甲醛释放的主要因素有胶黏剂和基材类型。竹砧板使用的胶黏剂绝大部分是以甲醛为主要原料生产的脲醛树脂胶[21]，虽然砧板在热压时部分游离甲醛会释放掉，但是仍有部分甲醛残留于竹砧板中。竹木复合竹砧板的基材多样，主要是木材、竹材和人造板，不同基材的砧板甲醛释放量不一。相比于基材为天然材料(竹材和木材) 的竹木复合砧板，人造板为基材的竹砧板增加了胶黏剂和添加剂的甲醛释放源。

3 结论与讨论

1) 基材类型影响竹木复合砧板的硬度。本研究表明，按照基材不同，砧板的硬度大小排序为竹材＞木材＞人造板。硬度是评价竹砧板的一个重要指标，竹砧板硬度与表面的竹材和基材相关。多数竹砧板的表面为拼接竹材，影响硬度的因素为竹种和竹龄。对于不同种类的竹子，其生长的环境和物理性质不一，硬度也不同；不同竹龄也会影响硬度，竹龄小的竹材脆性好、硬度低，但是较大竹龄的竹材硬度也会下降。此外，对于基材为木材时，砧板硬度受木材早晚材、密度和含水率等因素的影响，不同的树种适用范围不一，有的树种脆性较好，会使硬度降低。对于基材为人造板时，砧板硬度较低，可能与人造板生产工艺相关。

2) 基材类型影响竹木复合砧板的甲醛释放量。不同基材的砧板释放的甲醛量不同。基材为人造板的砧板甲醛释放量远高于基材为竹材和木材的砧板，其合格率仅为6.6%，基材为竹材和木材的砧板合格率均为100%。原因在于，除竹砧板生产中使用的胶黏剂会释放部分甲醛外，相比于木材和竹材这样的天然材料，当基材为人造板时，甲醛释放量受人造板生产工艺的影响，增加了甲醛的来源。

3) 建议生产厂家在关注竹木复合砧板成本的同时，尽可能减少不合格人造板基材的使用，尽可能选用天然材料，以增加砧板硬度和降低甲醛释放量。