装载率对饰面胶合板VOCs释放影响的研究

2022年6月2日15:49:11装载率对饰面胶合板VOCs释放影响的研究已关闭评论
摘要

黄天顺 许可 尚昱忻 赵乐阳 沈星雨 沈隽 曹田雨摘 要:为了探究胶合板在室内开放环境下VOCs(挥发性有机化合物)释放的规律,选取18 mm厚的三聚氰胺浸渍纸饰面胶合板(MI)、PVC饰面胶合板(PVC)、水性漆饰面胶合板(WP)以及胶合

    黄天顺 许可 尚昱忻 赵乐阳 沈星雨 沈隽 曹田雨

    

    

    

    摘 要:为了探究胶合板在室内开放环境下VOCs(挥发性有机化合物)释放的规律,选取18 mm厚的三聚氰胺浸渍纸饰面胶合板(MI)、PVC饰面胶合板(PVC)、水性漆饰面胶合板(WP)以及胶合板素板(UP)作为实验材料进行换气率为1次/h的循环试验,利用15 L VOCs动态采样舱和气相色谱-质谱联用仪,对4种胶合板在实验的第1、3、7、14、21、28 d进行采样分析,进而得到VOCs的释放浓度与组分特征。结果表明:4种胶合板的VOCs浓度在释放平衡期受到装载率的影响要小于释放初期;MI释放初期在4种装载率条件下VOCs浓度差最大;装载率对于WP释放的VOCs浓度影响最小。饰面材料可以有效地阻隔板材内部芳香烃等VOCs向外散发。4种胶合板释放的VOCs浓度随装载率的增大呈现非线性上升趋势。占比大、浓度高的芳香烃类化合物随着装载率的变化呈现不同的增长趋势,醛类物质浓度较低,但总体上也随着装载率的增大而增大。实验测得4种胶合板释放的VOCs浓度以及醛类化合物的浓度均不超过优等品释放限值规定,本次研究为进一步探索胶合板优等品的最大装载率限量提供理论基础,也为室内装修胶合板的科学选材用材提供参考。

    关键词:胶合板;开放环境;VOCs;装载率;释放特性

    中图分类号:TS653.5 ? ?文献标识码:A ? 文章編号:1006-8023(2020)05-0078-07

    Abstract:In order to explore the VOCs release characteristic of plywood in indoor open environment, 18mm thick melamine-impregnated paper overlaid veneered plywood (MI), polyvinyl chloride overlaid veneered plywood (PVC), water-based paint veneered plywood (WP) and un-veneered plywood (UP) were selected as experimental materials to carry out a cycle test with air exchange rate of 1time/hour. The 15L VOCs dynamic sampling chamber and gas chromatography-mass spectrometer were used, and the four kinds of plywood were sampled and analyzed on the 1, 3, 7, 14, 21, 28 days. Then the VOCs concentration and component release characteristics were obtained. The results showed that, the VOCs concentration of four kinds of plywood was less affected by loading rates in the release equilibrium period than that in the initial release period; the VOCs concentration difference was greater in the initial MI emission period under the four loading rates; the loading rate had the least influence on the VOCs concentration of WP emission. Decorative materials can effectively block VOCs such as aromatic hydrocarbon from the interior of the plywood. The VOCs concentration of four kinds of plywood increased nonlinearly with the increase of loading rates. The aromatic hydrocarbon with large proportion and high concentration had different growth trend with the change of loading rates, the concentration of aldehydes was lower, but also increased with the increase of loading rates. The VOCs concentration and aldehydes concentration of the four kinds of plywood were not more than the release limit of the superior products, which provided a theoretical basis for further exploring the maximum loading rate limit of the superior products, and the guiding significance of the plywood selection indoor was given.

    Keywords:Plywood; open environment; VOCs; loading rate; release characteristics

    0 引言

    随着限伐令的实施,我国的少林危机更加严峻[1],以胶合板、纤维板和刨花板为代表的人造板市场发展迅速,在工装、家装中的应用越来越广泛。胶合板作为广泛应用的人造板材料之一,具有尺寸稳定、不易变形等优点,与中密度纤维板和刨花板相比污染性更低[2-5]。另一方面,随着人们审美水平的提高,家居装修装饰也越来越多样化,无论是硬装还是软装,都有一些过度装修的情况,而过度装修带来的将是装载率超载,进而导致室内空气污染。不仅是胶合板等人造板材在其生产时使用的胶黏剂有挥发性有机化合物(VOCs),就连一些家庭装修中常用的织物、塑料与涂料也会成为VOCs的来源,开窗通风可以有效地降低室内VOCs的浓度[6-8]。

    不同的环境舱模拟实验结果相差不大,并且有良好的相关性[9],15 L VOCs动态采样舱和容积更小的实验微舱等都可以快速简便地检测板材释放VOCs的规律,并且有节约成本、缩短实验周期的优点[10-13]。在人们对室内空气污染的认知里,甲醛超标的危害是普及最广的,其次是VOCs超标的危害,而关于装载率参数对室内空气污染影响的了解较少[14-15]。装载率指的是板材暴露的总面积与环境舱的体积之比,换言之,就是各类板式家具的暴露总面积与房间容积的比值,由于不同的基材(包括实木、人造板等)有各自的VOCs释放规律,因此,受到装载率的影响也各不相同[16-17]。

    现代家居生活中,多采用人造板材制作地板、橱柜等,并且会在粗糙的人造板表面加以装饰,常用的PVC饰面、三聚氰胺饰面以及各种水性/油性涂饰可以起到美观的作用,但装饰材料也是影响人造板释放VOCs的因素之一[18-21]。

    本文探究不同饰面胶合板在室内开放环境下VOCs释放规律,分析不同饰面胶合板在保证室内空气质量条件下的合理装载率,为家庭装饰装修科学选材、用材提供参考。

    1 材料与方法

    1.1 试验板材

    本试验采用来自广州某公司生产的E1(板材甲醛释放量等级)级的胶合板,初始尺寸为1 200 mm×1 200 mm×18 mm,主要树种为桉木,含水率为9%~12%,主要板种为PVC贴面胶合板(PVC)、三聚氰胺贴面胶合板(MI)以及胶合板素板(WP)。胶合板基材采用三聚氰胺改性脲醛树脂胶黏剂(MUF),热压温度为180~200 ℃,热压因子为20 s/mm;PVC贴面胶合板和三聚氰胺贴面胶合板的贴面采用改性脲醛树脂胶黏剂,热压温度为165~215 ℃,热压时间为60~80 s。

    将原始幅面的胶合板素板裁剪成400 mm×400 mm的尺寸,采用脲醛树脂胶黏剂与乳白胶按照6∶4的配比比例,施胶量为100 g/m2。以厚度为0.25 mm的水曲柳薄木顺纹理进行双面热压贴面,热压温度为100~120 ℃,热压时间为3 min,取出后检查无鼓泡、透胶等缺陷后,晾至室温进行齐边,并手工涂饰彩色通用水性漆底漆一道,面漆两道,要求漆膜薄且均匀。

    将胶合板裁剪成150 mm×50 mm×18 mm和150 mm×75 mm×18 mm两种尺寸,用铝制胶带封住边部以防止基材的VOCs从粗糙的边部快速逸散,按照装载率要求进行编号,并且用食品级密封袋分别进行真空密封,放入-30 ℃的环境中储藏。

    1.2 试验仪器与设备

    (1)15 L VOCs动态采样舱,由东北林业大学自主研发,舱体由玻璃与金属制成,设备简化示意图如图1所示[10],并且舱体的本底浓度≤20 μg/m3,符合相关的国家标准[22]。环境舱设置了流量计用以观测载气的流速,99.99%的高纯氮气作为载气分别进入干流量计和蒸馏水瓶-湿流量计,汇總至总流量计后进入环境舱内部。

    (2)Tenax-TA吸附管,由英国MARKES公司生产,长为89 mm,外径为6.4 mm,内含对VOCs吸附性良好的填料,两端配有黄铜螺帽以便气体采样后保存。

    (3)通用型热解析仪(TP-5000),由北京北分天普仪器技术有限公司生产,用于Tenax-TA吸附管的热解析老化清理。

    (4)微型真空泵(ANJ6513-220V),由成都新为诚科技有限公司生产,用硅胶管连接Tenax-TA吸附管和微型真空泵,通过抽真空将环境舱内的VOCs采集到吸附管内。

    (5)热脱附自动进样器,ultra,英国MARKES公司生产;热脱附仪,unity,英国MARKES公司生产,99.99%的高纯氦气做载气,解析温度300 ℃,管路温度为180 ℃,热解析时间为10 min,进样时间为1 min。

    (6)气相色谱-质谱联用仪(GC-MS),DSQⅡ,由美国Thermo Fisher生产,色谱柱(DB-5MS)规格为30 m×0.25 mm×0.25 μm的石英毛细管柱,99.99%的高纯氦气做载气,分流比为40∶20,初始温度40 ℃保持2 min,升温至50 ℃保持4 min,升温至150 ℃保持4 min,最后升温至250 ℃保持8 min。采用EI电离,扫描范围为50~450 amu。

    1.3 试验方法

    实验前将试件取出,在室温下自然解冻,恢复至室温(仅试验第1天的试件采用此方法),用无水乙醇和蒸馏水分两次清洁环境舱内壁,打开风扇并通入高纯氮气使环境舱内残留的空气排出,调节干/湿玻璃转子流量计使得环境舱内相对湿度达到50%±5%,通过空调控制实验温度在23.5 ℃±1 ℃,将对应编号的试件放入环境舱中央的金属架上,使其悬空以达到双面释放的目的,保持载气循环速率在1次/h的实验条件下循环3.5~5 h。

    将通用型热解析仪升温到325 ℃,清洁载气为高纯氮气,将Tenax-TA吸附管按照逆吸附方向安装,老化清洁30 min,之后取下恢复至室温,通过硅胶管链接Tenax-TA吸附管、环境舱采样口和微型真空泵,以250 mL/min的流速采集环境舱中的气体,采集12 min,共计采集气体3 L。采样完成后将Tenax-TA吸附管两端安装好黄铜帽,将试件从环境舱内取出,竖立在金属架上于通风处存放,以模拟通风环境中的室内胶合板制品,此后的第3、7、14、21、28 d试验无须再冷藏储存试件。

    就醛類化合物而言,由图5可以看出,只有胶合板素板在实验的1 d和28 d都随着装载率的增加而浓度上升,1 d时装载率每升高0.5 m2/m3醛类化合物浓度依次增加5 ~8 μg/m3,释放平衡期浓度差值不大。WP在释放初期醛类化合物的浓度最高,并且随着时间的延长,醛类化合物的衰减率最大,总体上呈现随装载率增大而增大的浓度差异;释放平衡期MI的醛类物质浓度最高,且高于胶合板素板,说明三聚氰胺饰面材料中含有醛类化合物的释放源。有研究表明,三聚氰胺浸渍纸贴面的中纤板和刨花板的VOCs中确有明显的醛类化合物[27-28]。PVC释放醛类浓度在实验1 d随着装载率的增高而增高,但是在实验28 d反而无明显规律。总的来说,醛类化合物受到装载率的影响具有波动性,一方面因为醛类物质的不稳定性,在高温解析过程中易分解,另一方面醛类化合物浓度较低,考虑系统误差以及偶然误差的影响。醛类化合物大部分来自胶合板基材热压时添加的胶黏剂以及饰面材料热压贴面用胶黏剂,还有一部分来自木材本身以及饰面材料所用添加剂。沈隽等[26]在人造板VOCs及气味研究中规定优等品的醛类化合物浓度限值为 170 μg/m3,实验测得的4种胶合板释放的醛类浓度均符合标准要求。

    3 结论

    (1) 4种胶合板所释放的VOCs浓度随实验时间的延长而下降趋势相似并逐渐达到平衡,其中1~7 d为快速释放期,14~28 d为缓慢释放期。4种胶合板的VOCs浓度在释放平衡期受到装载率的影响要小于释放初期。释放初期时,在4种装载率条件下,MI释放VOCs的增加幅度最大。装载率对于WP释放VOCs的影响最小,尤其是在释放平衡时期。

    (2)释放初期WP所释放的VOCs浓度最大,下降速率高达40%以上。但释放平衡期胶合板素板的VOCs浓度最高,因为饰面胶合板的饰面材料可以有效地阻隔板材内部VOCs向外散发。

    (3) 4种胶合板所释放的VOCs都随着装载率的增大而呈现不同的浓度上升趋势,但都不与装载率的增高成线性相关。其中,PVC和MI受到装载率的影响较大。实验采用的4种胶合板在释放平衡期的VOCs浓度均小于220 μg/m3标准制定值,为人造板优等品在保证室内空气质量条件下最大装载率研究提供了参考。

    (4)芳香烃类化合物占比大、浓度高,随着装载率的变化规律也更加明显。4种胶合板中,PVC释放的芳香烃浓度受到装载率影响最小。在VOCs的众多组分中,平衡期芳香烃的浓度最为稳定,受到装载率影响小。饰面材料对于基材中芳香烃的释放有一定的阻隔作用,其中以PVC饰面材料效果最优。醛类化合物的浓度受到装载率的影响规律性较差,但总体上随着装载率的增大呈现升高趋势。实验测得的4种胶合板释放的醛类浓度均不超过170 μg/m3标准限值规定。

    【参 考 文 献】

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