人造板甲醛成因及检测方法浅析

2010-02-19 03:55

人造板工业是高效利用和节约木材资源的重要产业，是建筑、家具、装饰等行业的基础材料。随着我国国民经济的快速发展和居民生活水平的日益提高，利用木材及其它植物碎料和纤维制作的人造板逐渐得到广泛的推广和应用。目前我国人造板的种类很多，常用的有大芯板、胶合板、饰面板、纤维板、刨花板、防火板、塑料贴面板、纸制饰面板等。人造板在建筑、家具及室内装饰中用量不断增加,人们越来越关注人造板的产品质量和环保指标，越来越关心人造板甲醛释放量的影响。因此，减少甲醛对人体健康的危害，正确认识人造板甲醛形成的原因，根据国家标准正确检测人造板的甲醛释放量就成为质量检测工作中的重要任务。,

1 人造板产生甲醛的原因

人造板甲醛释放量与其生产过程中使用的胶粘剂、木材原料、生产制造工艺及使用环境等因素密切相关。

1.1 胶粘剂自身含有的游离甲醛释放。人造

板的加工方式是将木材废料打碎成纤维或颗粒状，再加入粘胶剂压制而成。在加工过程中，大部分甲醛通过加热固化与尿素聚合成尿醛树脂，起粘合木材的作用，但还有一部分残留在板上释放出来。具体说：一是树脂合成时反应不充分而余留下来未参与反应的游离甲醛逐渐释放；二是树脂合成时参与反应生成不稳定基团的甲醛，在热压和成板使用过程释放出来；三是在树脂合成时吸附在胶体粒子周围的甲醛分子，在电解质的作用下凝固树脂的同时释放出甲醛。人造板中的游离甲醛绝大部分来自胶粘剂, 这是人造板释放甲醛的主要原因。

1.2 木材原料的影响。木材原料在一定条件下发生化学变化释放出甲醛, 不同树种木材的化学组成不同, 在人造板制浆、干燥、热压等生产过程中会发生不同的变化, 这些变化直接影响人造板产品的甲醛释放量。木材的穿孔值为1-3mg/100g，木材在干燥时会部分分解生成醋酸与蚁酸，木素中甲氧基断链而释放出甲醛。不同树种释放量不同。水曲柳实木为3.39mg/100g；杉木实木为1.32mg/100g； 柳木实木为1.60mg/100g。树皮的释放量大于实木，锯屑人造板释放量比刨花人造板高出10倍；低密度树种制成的刨花板释放量高于高密度树种制成的刨花板。而刨花尺寸越小，甲醛释放能力就越强。以马尾松为例，实木的释放量2.65mg/100g，刨花则为3.69mg/100g，增加了40%。

1.3 生产制造工艺的影响。施胶后含水率、胶粘剂用量、固化剂用量、热压温度和时间等工艺环节都直接或间接影响人造板产品的甲醛释放量。一是原料板坯含水率的影响。含水率与甲醛释放量成正比。含水率在8. 5 %时,板材的甲醛释放量值最小。二是热压温度和热压时间的影响。热压温度升高或延长热压时间甲醛释放量会降低，但从经济性出发，升高温度延长时间则会增加成本。三是板材厚度的影响。板材吸收热能越多甲醛释放量越低。生产厚板时温度较高，吸收热能多于薄板，因此甲醛释放量较低。

1.4 成品堆放方式和使用环境的影响。成品堆放采用冷却后堆放比未经冷却而直接堆放甲醛释放量降低44 %左右。堆放场地的温度、湿度、酸碱、风化、光照等环境条件都可以使板内固化的树脂发生降解而释放出甲醛。即便是完全固化的树脂也会因条件变化散发甲醛。其中温度和湿度有明显的作用，板材在80℃时甲醛释放量比50℃时增加10%，湿度从35%升至80%，释放量增加50%。温度提高5～8℃甲醛释放量浓度提高一倍,相对湿度增加12 %、甲醛释放量浓度将增加5 %～20 %左右。同样，成板使用环境的高温、高湿、负压和高负载等因素都会强化人造板甲醛释放的速度。

2 人造板甲醛释放量检测方法及影响因素

采用科学的方法测定人造板甲醛释放量是科学合理地控制人造板甲醛释放量的有利保障。目前测定人造板甲醛释放有多种方法。如穿孔萃如取法、干燥器法、气候箱法、气体分析法、大容量测试室法、WKI法、双缸法、TNO法等。其中穿孔萃取法、干燥器法和气候箱法因具有广泛的实用性，已被列入国家标准，使人造板甲醛释放量检测标准而得到广泛应用。在实际检测中，影响人造板甲醛释放量测定结果的因素也是多方面的,除了产品自身由于树种、生产工艺、胶粘剂、板种类等差别及测定操作过程中仪器设备人为等因素外,直接影响人造板甲醛释放量测定结果的有试验方法的选定、测定时的温湿度、样品存放时间、制备与预处理、板材的表面处理情况等。下面就检测中常用的三种方法分别进行分析：

2.1 穿孔萃取法

穿孔萃取法是测定人造板材中游离甲醛含量的传统方法。（GB1850 – 2001）标准规定刨花板、定向刨花板、中密度及高密度纤维板中甲醛释放量的测定均采用穿孔萃取法。分为两个步骤进行，一是穿孔萃取，将试件在沸腾温度下的甲苯溶剂中蒸煮，把游离甲醛从板材中分离出来。通过液-固萃取使甲醛从板材中溶解出来,再将溶有甲醛的溶剂通过穿孔器与水进行液-液萃取,把甲醛转溶于水中,制成甲醛水溶液进行定量分析。用被测液的甲醛浓度、试件含水率、试件质量等计算出被测人造板的甲醛释放量。二是选用碘量法和分光光度法测定甲醛水溶液的浓度。按标准要求计算出所测人造板的甲醛释放量数值。

从实际检测工作来看, 选择不同的分析方法对试验结果产生不同的的影响, 碘量法在测定高纯度的甲醛溶液时具有较高的精度, 但当被测吸收液中含有其他物质时, 会使测定值产生偏差。因此（GB /T17657 – 1999）标准规定甲醛含量较低时,采用分光光度法。这是因为碘量法滴定实际测得的是萃取液中所有还原性物质, 滴定结果均被视作甲醛。其次是碘量法检验还会受到甲苯质量的影响。穿孔萃取过程中使用的甲苯在萃取过程中有可能转移到蒸馏水中,在定量时可能产生干扰,使检验结果偏大。与碘量法相比分光光度法采用的是甲醛与乙酰丙酮在过量铵盐存在下的特征反应, 具有较高的排他性,选择性很强,少量的其他醛、酮及醇等物质对测定的干扰很小。因此测定结果精度高。特别是在测试低甲醛释放量的人造板时, 应优先采用光度法。

2.2 干燥器法

（GB /T18580 – 2001）规定胶合板,装饰单板,贴面胶合板,细木工板及各种饰面人造板均采用干燥器法。分为两个步骤进行，一是收集甲醛，在干燥器底部放置盛有蒸馏水的结晶皿,在其上方固定的金属支架上放置试样,释放出的甲醛被蒸馏水吸收,作为试样溶液。二是测定甲醛浓度，用分光光度计测定试样溶液的吸光度,由预先绘制的标准曲线测定计算甲醛的浓度。此方法操作简单,检测周期相对较短,因此应用非常普遍。

影响干燥器法的因素很多,如温湿度和时间、试件密封方式、吸收容器的容积、吸收皿直径、存放时间及含水率等。吸收温度和湿度对人造板甲醛释放量测定值影响很大,建立恒温恒湿实验室保证环境条件的均匀性和稳定性也十分重要。吸收容器容积对人造板甲醛释放量测定值的影响同产品自身甲醛释放量有关,产品自身甲醛释放量越低其测定值的结果误差越大。吸收皿直径即水吸收面大小是影响人造板甲醛释放量测定值的重要因素,吸收面越大测定值越大。吸收皿直径与甲醛释放量测定值成线性关系。由于温湿度影响样品甲醛的释放, 样品须在一定条件下处理一段时间,国家标准规定为20℃±1 ℃最少平衡一天。经过封边处理的样品甲醛释放量低于未封边处理的样品。

2.3 气候箱法

气候箱法的工作原理是将1m²表面积的样品放入气候箱内，保持规定的各种参数在一定值内，甲醛从样品中释放出来,与箱内空气混合, 按要求抽取箱内含有甲醛的空气，抽出的空气通过盛有蒸馏水的吸收瓶,将空气中的甲醛全部溶入水中,测定吸收液中的甲醛含量及抽取的空气体积,计算出每m³空气中的甲醛含量,以每立方米毫克(mg/m³)表示, 周期性抽取箱内空气,直到气候箱内的空气中甲醛浓度达到稳定状态， 此时测试室内空气的甲醛浓度即为测试值。

气候箱法模拟实际使用的典型温度、湿度和通风状况等,最接近于实际使用状态，,检测结果也最能反映实际情况。在整个检测过程中受外界环境的影响程度很低，可以反映出甲醛的实际释放量。因而气候箱法是一种比较稳定的检测手段。在测试过程中要保证气候箱的密封性和气候箱仪器性能，要按照国家标准规定保持温度(23± 0.5) ℃、相对湿度(45 ± 3) %、承载率(1.0±0.02) m²/m³、空气置换率：(1.0±0.05) m³/h、试样表面空气流速0.1-0.3 m/s等各种参数值，严格按照国家标准规定程序操作。由于这种方法需要大型检测设备,检测周期长、检测成本高、可重复性差、因而实用性受到。但气候箱法测定值具有较高的可信度，同时也可为其他测试方法的制定和研究提供参考，成为测定甲醛释放量的标准试验方法，因此，我国将气候箱法作为人造板甲醛释放量的仲裁检测方法。

3 结论

3.1 降低和控制人造板中的甲醛释放量, 技术上已不存在问题, 但采用先进技术和先进工艺会相应增加生产成本。随着强制性国家标准的实施和检测方法的完善，必将促进生产企业加快技术进步，合理控制生产成本,不断提高产品质量，严格保证环保指标。

3.2 检测方法各有优劣，选择不同检测方法是保证检测准确性的前提条件。穿孔萃取法测量结果稳定性最佳，操作便捷且测量周期短，是较实用的检测方法，但其甲苯萃取液的毒性问题应引起足够的重视。干燥器法使用设备简单,检测成本低，但受环境因素影响较为严重，导致其稳定性最差，其检验结果的可信度较低.

3.3影响人造板甲醛释放量检测的因素很多,因此在对人造板产品进行甲醛释放量测定时,应在依据国家标准规定的同时,在检测过程中注意各种因素的影响，如温度空间上的均匀性及时间上的稳定性控制,实验室仪器设备技术性能的保证, 检测人员业务素质的提高等，从而得出比较客观准确的数值。