板式家具用薄木贴面刨花板VOCs释放特性的研究

板式家具用薄木贴面刨花板VOCs释放特性的研究
陈峰;夏兴华;沈隽
【摘要】以板式家具用薄木贴面刨花板为研究对象,研究水曲柳薄木贴面的工艺条件:施胶配比、涂胶量、热压温度对薄木贴面刨花板挥发性有机化合物(VOCs)释放特性的影响.结果表明,薄木贴面能减少刨花板VOCs的释放,热压温度升高、施胶量增大都会使薄木刨花板的总有机挥发物(TVOC)释放量增大,初始释放浓度上升,施胶配比增加,TVOC释放量呈现先减小后增大的趋势;通过对试件VOCs成分进行分析表明,施胶量越高,萜和脂肪族类物质含量越低,饱和烃类和苯系物化合物挥发量越高;热压温度越高,苯系物化合物相对含量越大,而饱和烃类物质和萜类物质的相对含量越小.
【期刊名称】《山东林业科技》
【年(卷),期】2018(048)002
【总页数】5页(P11-14,18)
【关键词】薄木贴面;刨花板;VOCs;贴面工艺;释放特性
【作者】陈峰;夏兴华;沈隽
【作者单位】辽宁林业职业技术学院,辽宁沈阳110101;辽宁林业职业技术学院,辽宁沈阳110101;东北林业大学,黑龙江哈尔滨150040
【正文语种】中文
【中图分类】TS653
建筑装饰用人造板以及用人造板制造的家具是室内挥发性有机化合物(VOCs)的主
要来源[1]。

胶合板、细木工板、中密度纤维板、刨花板等人造板材以及这些板材
制造的板式家具是室内VOCs的主要来源[2,3]。

这些板材在原材料加工中使用胶
黏剂，其主要原料是醛类、尿素、苯系物和其他辅料，在热压过程中这些胶黏剂难以完全反应，从而使得这些板材在使用过程中会进行释放大量的VOCs[4-6]。

很
多学者在人造板源控制VOCs方面做了大量的工作，如使用改性脲醛树脂胶，调
整人造板的热压工艺参数，长时间的陈放和烘焙人造板，以及对人造板进行表面装饰来降低人造板VOCs的挥发[7-11]。

人造板表面装饰是控制VOCs释放的有效方法[12]。

国内外对饰面人造板VOCs
释放组分研究较少，目前还没有系统的针对饰面工艺对人造板VOCs释放的影响，本文选取脲醛树脂胶和聚醋酸乙烯酯乳液混合胶黏剂对刨花板进行薄木贴面，选取不同薄木贴面工艺参数进行单因素实验，分析薄木贴面工艺因素对陈放过程中薄木贴面板总有机挥发物（TVOC）释放的影响。

使用气相色谱—质谱联用仪
（GC/MS）研究薄木贴面工艺参数对刨花板VOCs成分的影响。

本研究旨在掌握
薄木贴面人造板的释放特性、释放规律，通过薄木工艺研究，为人造板薄木贴面提供优化工艺。

1 材料与方法
1.1 材料
试验用杨木刨花板素板由黑龙江绥化市复兴复合板厂提供，试件规格
240mm×230mm×16mm。

分别取 50：50-100：0 脲醛胶与 PVAc 配比、
100g/m2-180 g/m2涂胶量、90℃-130℃热压温度作为试验因素进行单因素试验，脲醛树脂胶由黑龙江省林科院邦德胶粘剂厂提供，固体含量52%，PH值7.7，粘度61s；聚醋酸乙烯乳液胶（PVAc）由哈尔滨明朗胶业提供；水曲柳薄木购于
市场，厚度0.25mm。

1.2 方法
将贴面后薄木刨花板精截为120mm×120mm×16mm试样，将样品的边缘用铝
胶带封上，露出面积为0.015m2。

将试件放入小型气候箱中，环境温度23±0.5℃，相对湿度45%±5%。

、空气流量 1.88L/min、空气交换率1.13h-1；试件在气候箱平衡后使用PGM-7240手持TVOC检测仪(RAE公司,美国)测试12h内TVOC
浓度变化。

另外，采用真空袋对分别在第24、48、72、96、120h 对气候箱的VOCs进行收集。

采用气相色谱质谱联用仪GC/MS（美国热电有限公司，美国）分析VOCs成分。

将薄木刨花板放置15L干燥器中对所选工艺进行平行试验。

密闭24小时后进行采样，干燥器连接真空泵进气口，干燥器通过真空泵连接干燥塔，利用干燥塔内填充的活性炭对VOCs连续吸附24小时，再利用二氯甲烷作溶剂进行解吸，采用
GC/MS分析对释放物成分进行分析。

2 结果与分析
2.1 薄木贴面贴面工艺对刨花板TVOC的影响
在进行单因素试验时，选择单一因素发生变化，其它因素保证不变，观察其对TVOC的释放的影响。

图1-图4分别代表不同工艺条件对刨花板TVOC释放的影响，从图中可以看出，薄木贴面刨花板的TVOC的释放随时间的变化趋势大体相同，即在0-60min的初期阶段为快速释放期，VOCs的浓度迅速降低；60min-180min为缓慢释放期，VOCs释放趋于平缓；180min-720min为稳定释放期，VOCs释放趋于平衡。

对比不同胶配比的薄木贴面板的TVOC初始值（图 1），在 50：50、60：40 和70：30 范围内，TVOC的初始值随着胶配比的增加而减小，由于聚醋酸乙烯醋乳液粘度高，胶配比越大，混合胶中的水蒸汽蒸发少；在比例70：30情况下，胶合
效果较好，使其得到充分固化，有效地封闭了刨花板中的VOCs挥发。

在 80：20、90：10、100：0 范围内，TVOC 的初始值随着胶配比的增加而增加，这是由于脲醛树脂胶含有大量的挥发性有机化合物，脲醛树脂胶比例增加，会导致脲醛树脂胶在热压过程中未完全固化。

在 100g/m2、120 g/m2、140 g/m2、160 g/m2、180 g/m2 施胶量条件下，薄木贴面板TVOC初始值随施胶量的增大而增大（图2）。

这是由于施胶量的增加使刨花板板坯的表面含水率上升，在一定温度的作用下，刨花板中的主要成分饱和烃类化合物、苯系物化合物以及未完全反应的胶粘剂就会随着水分迁移到表面，在陈放过程中产生更多的释放。

在90℃、100℃、110℃、120℃、130℃热压温度条件下，薄木贴面板TVOC初始值随热压温度的增大而增大（图3），130℃条件下TVOC初始值相比90℃条件下TVOC初始值增加了52.57%。

这可能是由于热压温度越高，刨花板中的化合物越容易分解并挥发出来，导致TVOC初始值增大。

图1 施胶配比对薄木刨花板TVOC释放的影响Figure 1 Effect of sizing ratio on the release of TVOC in veneer particleboard
图2 施胶量对薄木刨花板TVOC释放的影响Figure 2 Effect of coating amount on the release of TVOC in veneer particleboard
图3 热压温度对薄木刨花板TVOC释放的影响Figure 3 Effect of hot pressing temperature on the release of TVOC in veneer particleboard
2.2 薄木贴面贴面工艺对刨花板VOCs成分的影响
通过对薄木刨花板挥发的VOCs出现频率较高的9种物质进行比较（表1），薄木贴面刨花板挥发的邻苯二甲酸二辛酯相对含量远远低于素板，说明通过薄木贴面可以控制这类物质的挥发；试验还检测到3,7,7-三甲基双环 (4,1,0)-3-庚烯萜类物质，而萜类物质主要是木质素主要成分，说明热压工艺条件使这类物质挥发出来。

从脲醛树脂胶配比来看，邻二甲苯、正二十烷和癸烷相对含量随着脲醛胶的比例增大而增大，说明邻二甲苯、正二十烷和癸烷是脲醛胶的主要挥发成分，在70：30胶配比情况下，检测出甲苯、3,7,7-三甲基双环 (4,1,0)-3-庚烯和邻苯二甲酸二辛
酯相对分数最小。

说明这两种胶的胶配比直接影响胶黏剂的胶合效果，在热压过程中由于最上层的胶黏剂先固化，封闭刨花板基材上饱和烃的挥发。

从施胶量来看，除邻苯二甲酸二辛酯和3,7,7-三甲基双环(4,1,0)-3-庚烯外，其余
物质的相对含量随着施胶量的增大而增大。

而邻苯二甲酸二辛酯和3,7,7-三甲基双环(4,1,0)-3-庚烯随着施胶量的增大而减小，说明这两种化合物主要来源于素板，
涂胶量越大，基材中的邻苯二甲酸二辛酯和3,7,7-三甲基双环(4,1,0)-3-庚烯挥发
受到阻碍，有效地封闭了这两种物质挥发。

从热压温度来看，甲苯和邻二甲苯等苯系物化合物相对含量随着温度的升高而增大，因为在热压过程中，这两种成分大部分被迁移到表面部分，苯系物化合物迅速释放，导致相对含量增加；而一些饱和烃类物质和2,6-二叔丁基苯醌随着温度的升高而
减小，其中，癸烷等物质在130℃和140℃条件下没有被检出，说明低沸点饱和
烃类物质，如癸烷和2,6,10,14-四甲基-十六烷，在高温条件下这类物质会优先挥
发出来；邻苯二甲酸二辛酯在100℃以上热压条件下随着温度的升高相对含量增大，说明该物质在100℃以上条件下，导致高温条件下的VOCs相对含量大于低
温条件相对含量。

2.3 水曲柳薄木贴面刨花板VOCs释放规律分析
通过对水曲柳薄木刨花板释放规律分析，共得出多种成分，其中饱和烃、苯系物和萜类化合物为水曲柳薄木贴面刨花板的主要挥发物质。

通过对三大主要成分释放规律进行分析，结果表明，前期的释放主要成分为饱和烃类，24h相对含量的
48.3%，随着释放时间增大，在120h时，相对含量降为16%，这是由于初始挥
发出来的饱和烃带有较长支链，这类饱和烃及其不稳定，容易释放出来，随着释放
时间增大，带有支链的饱和烃类物质减少，高沸点的饱和烃逐渐挥发出来。

而苯系物化合物虽然也不稳定，但是检测出来的成分较少，说明这类苯系物物质不是水曲柳贴面用胶粘剂主要成分，而是人造板基材挥发出来的，这类物质由于贴面的阻碍导致挥发量较少。

而萜类物质随着时间增加而增多，这是由于萜类物质沸点较高，需要很长的时间才能挥发出来，这类物质的挥发主要是贴面材料和人造板基材共同作用的结果。

表1 不同贴面工艺的薄木刨花板VOCs气相色谱分析结果Table 1 Analysis of the results of gas chromatographic analysis of particleboard with different veneering processes序号Number温度/℃Hot pressing temperature/℃50：50 60：40 70：30 80：20 100 120 140 90 100 110 120 130 素板1 甲苯Methylbenzene 5.1 2.2 1.3 3.4 5.8 7.7 7.9 4.1 5.2 6.2 7.5 8.0 5.1 2 邻二甲苯O-xylene 1.2 1.5 3.4 3.9 2.1 1.7 2.4 0.1 0.2 0.2 0.5 0.8 2.2化合物Compounds 相对含量/%Relative amount施胶配比Sizing涂胶量/g/m2 Coating
amount/g/m2 3 2,6,10,14-四甲基-十六烷 2,6,10,14-tetramethyl-hexadecane 0.4 0.3 0.2 0.4 8.0 7.8 13.6 2.3 0.5 0.4 0.8 0.3 4.7 4 乙苯Ethylbenzene 0.2 0.2 0.3 0.4 1.9 2.1 3.4 1.9 3.4 2.0 0.6 1.2 1.7 5 正二十烷N-octadecane 0.1 0.4 1.4 2.8 0.1 0.7 1.0 0.2 -- -- -- -- --6 癸烷Decane 0.2 2.5 3.6 6.3 2.6 2.7 3.4 3.1 2.1 0.4 -- -- --7 3,7,7-三甲基双环(4,1,0)-3-庚烯 3-carene 1.4 0.9 0.6 0.9 1.4 0.9 0.6 2.1 10.1 5.6 3.4 1.2 --8 2,6-二叔丁基苯醌 2,6-ditertbutylbenzoquinone 0.8 2.7 4.0 7.3 2.3 1.7 1.9 3.2 2.2 1.3 0.4 -- 0.9 9 邻苯二甲酸二辛酯2-ethylhexyl hydrogen phthalate 4.2 3.2 1.6 1.7 0.3 0.2 -- 2.4 4.6 19.6 37.3 15.6 34.2
表2 水曲柳薄木贴面刨花板三大类成分相对含量的变化Table2 threecategoriesofcomponentsrelativecontent
changesfromparticleboardwithFraxinusMandshurica veneer时间(h)Time(h)萜Terpene 24 48.3 27.2 4.9 48 36.5 24.1 12.6 72 25.1 23.1 29.1 96 18.6 23.0 34.6 120 16.0 22.3 37.2相对含量/%Relative content/%饱和烃Alkane苯系物Aromatic
3 结论
通过单因素试验观察施胶配比、涂胶量和热压温度对家具用薄木刨花板VOCs释放特性的影响。

结果表明，家具用贴面刨花板TVOC释放规律呈下降的趋势。

相对刨花板素板，薄木贴面能有效地减少邻苯二甲酸二辛酯的相对含量。

薄木刨花板中的总挥发性有机物初始浓度随着热压温度和脲醛含量增大而增大。

通过GC/MS 对VOCs成分分析，比较相对含量最多的9种物质：脲醛相对含量越大，薄木刨花板释放的正二十烷、乙苯和邻二甲苯相对含量呈上升趋势。

涂胶量越大，饱和烃类、苯系物类化合物增多，而萜类物质和邻苯二甲酸二辛酯相对含量呈下降趋势；热压温度越高，释放的苯系物化合物的相对含量越大，而饱和烃类和萜类化合物的相对含量越小。

饱和烃类物质随着挥发时间的增大相对含量逐渐降低，而萜类物质相对含量逐渐增大，而苯系物相对含量变化较小。

参考文献：
[1]马少俊.室内空气中挥发性有机物的测定[J].江苏科技信息,2015,25：026.
[2]王高超.室内装饰材料甲醛,VOC释放与检测分析[D].东北林业大学,2014.
[3]孟黎鹏,何超,沈佳龙,等.购买室内家具及装修材料时要防范有害气体超标 [J].中国人造板,2016,23(3)：31-34.
[4]王敬贤.木质材料甲醛和 VOCs释放控制技术研究进展[J].辽宁林业科技,2017，（3)：44-46.
[5]陈峰.饰面刨花板挥发性有机化合物释放特性及影响因子的研究[D].哈尔滨：东北林业大学,2010.
[6]巩柏韬,刁倩倩,邹迪明,等.绿色环保型人造板生产工艺初探[J].山西建筑, 2014,40(15)：212-213.
[7]李要彬.改性 Pd/TiO2催化剂氧化室内甲醛研究[J].2016.
[8]Kim K W,Lee B H,Kim S,et al.Reduction of VOC emission from natural flours filled biodegradable biocompositesforautomobile interior
[J].Journalof hazardous materials,2011,187(1)：37-43.
[9]类成帅,沈隽,王高超.阻燃杨木胶合板挥发性有机化合物释放研究[J].森林工
程,2014,30(2)：43-47.
[10]Zhang W C,Shen J,Chen F.Study on the Volatile OrganicCompounds (VOC)Emission ofWood Composites[C].Advanced Materials Research.Trans Tech Publications,2010,113：474-478.
[11]A.Barry, D.Corneau.Effectiveness of barriers to minimize VOC emissions including formaldehyde [J].Forest Products Journal,2006,56(9)：38～42. [12]陈峰，沈隽，苏雪瑶.表面装饰对降低刨花板TVOC和甲醛释放的初步研究 [J].东北林业大学学报,2010,38(6)：76-77.。