人造板材中甲醛释放的实验研究

人造板材中甲醛释放的实验研究

目前，广泛应用于装饰用混合型板、细木工板、中密度纤维板和刨花板。由于甲醛具有较强的粘附性，板的硬度以及昆虫和预防腐败的功能得到了很好的提高。因此，目前生产的人造板主要使用以甲醛为主要成分的福脂胶。参与人造板的残留和未反应的废水逐渐进入环境，并受到严重污染。本实验通过模拟居室中的环境条件,测量市场中3种具有代表性的人造板材在小型环境测试舱中甲醛的释放浓度,然后依据实验结果,建立所用木质人造板材在不同条件下甲醛释放浓度的预测模型.1实验部分1.1钢丝网的出气口依据美国材料和试验协会标准E1333—96(ASTM)自行设制小型环境测试舱:舱体材料采用内表面光滑洁净的有机玻璃;边角处采用圆角处理,以免产生沉积效应;开口处使用具有气密性且无吸附作用的密封垫圈;舱体尺寸为300mm×400mm×500mm;舱两侧的进气口和出气口均设有钢丝网;舱内装有速度可调节的低速风扇,以保证舱内空气的充分混合;舱中荷载(单位体积舱中污染源的释放面积)为1m2/m3.为了保证测试舱外部环境温度稳定,整个测试过程在空调房间内进行.图1为所用小型环境测试舱系统的示意图.在实验前,先用强碱性清洗剂冲洗舱体内表面,然后再依次用自来水和去离子水冲洗.用皂膜流量计分别测量测试舱进气口和出气口的气体流速,以确定舱体的密封性能.将测试舱放在空调房间中,调节空调房内的温湿度,并稳定1～2d.测试舱通风2h,以排除空舱内污染性气体.在进行甲醛释放浓度测量前,还需调节进风速率,使换气次数在3～5次/h.在实验过程中,测试舱出气口气体用导管排出房间,以防止人造板材所释放出的甲醛气体循环进入测试舱中.1.2甲醛释放浓度测定主要实验设备为:恒流采样器、722型可见光分光光度计和超声波加湿器.采用GBT18204.26—2000《公共场合空气中甲醛的测定方法》规定的酚试剂分光光度法检测甲醛的释放浓度.1.3实验材料实验材料为中密度板、细木工板和胶合板.1.4人造面板尺寸检测人造板材样品购入后,将其置于室温下避光保存.实验前对人造板材进行截边处理,每边截去100mm.将人造板材分割成尺寸为300mm×100mm大小的试块,并用不干胶(不干胶无甲醛释放)对其四周断裂面进行封闭,然后放入测试舱内.1.5流量实际测量过程人造板材放入测试舱后每间隔一定时间测量舱内甲醛的浓度,直到最后3d数据之间相差不超过5%,即可视为其释放状态已经基本稳定,结束测量.2中密度板甲醛释放的日变化实验分为以下8组,分别对3种不同人造板材在不同温度、湿度、换气速率条件下(见表1)甲醛的释放浓度作跟踪测量,测量结果见图2～5.由图2可以看出:3种板材在相同条件下的甲醛释放浓度均为在初始时段时逐渐增大,经过一段时间后达到峰值,随后再逐渐降低;中密度板在检测过程中其甲醛释放的平均浓度最大,出现峰值的时间最早,而细木工板的甲醛释放平均浓度较小,出现峰值的时间最晚.由于中密度板由粘合剂与木质纤维经热压制成,其含胶量较大,内外质地均匀,所以较早出现甲醛浓度峰值.细木工板粘合剂主要含在内层,即甲醛从内部散发至表面需要一段时间,故甲醛浓度出现峰值的时间较晚.由图3可见,不同湿度对中密度板甲醛的初期释放稍有影响,而对甲醛的后期释放基本无影响.由图4可以发现,在不同的温度条件下,中密度板中甲醛的释放浓度随温度的增加而增大.另外,温度对于甲醛释放浓度峰值出现时间也有一定的影响.温度较高时,峰值出现较早,温度较低时,情况则相反.这主要是因为温度升高,分子热运动加剧,甲醛分子扩散加快所致.由图5可见,当换气速率增大时,测试舱内甲醛的释放浓度降低.这是由于当舱内新鲜空气进入量增大时,舱内甲醛的浓度便被稀释的缘故.3t、dcdr、t-t的公式依据人造板材甲醛释放浓度随时间递减的特性,笔者假定人造板材中甲醛的释放率R(t)与时间(t)关系满足指数衰减规律R(t)=R0×e−at(1)R(t)=R0×e-at(1)式中:a为衰减系数;R0为甲醛初始释放率;R0,R的单位均为mg/(m2·h).经过Δt后,甲醛释放浓度由c(t)变为c(t+Δt),释效率R(t+Δt)=R0×e-a(t+Δt).由于Δt很短时,R(t)的变化可以不计,故有c(t+Δt)×V−c(t)×V=R(t)×S×Δt+c(t)×V×Q×Δt(2)c(t+Δt)×V-c(t)×V=R(t)×S×Δt+c(t)×V×Q×Δt(2)将式(1)代入式(2)中,并对t求导,可以推出dcdt=R0SVe−at−Qc(3)dcdt=R0SVe-at-Qc(3)式中:S为人造板材的甲醛释放面积,单位m2;V为测试舱的体积,单位m3;Q为测试舱换气速率,单位次/h-1;c的单位为mg/m3.在Q=1时,解初值为c(0)=0的常微分方程,得c=R0SV(1−a)(e−at−e−t)(4)c=R0SV(1-a)(e-at-e-t)(4)用式(4)对标准条件下中密度板材的甲醛释放过程进行拟合,其中:V=0.06m3,S=0.06m2,R0取0.7881mg/(m2·h),a取0.0213h-1,得到下面的拟合曲线方程c=0.8026[exp(−0.0213t)−exp(−t)](5)c=0.8026[exp(-0.0213t)-exp(-t)](5)将由式(5)所得拟合数据与实验数据进行比较,结果表明,用指数衰减模型式式(5)所拟合的曲线与实际情况吻合较好(见图6,相关系数为0.9704),可以用以对甲醛实际释放过程进行模拟.4温度和烟气速率对甲醛释放的影响1.木质人造板材的甲醛释放通常在较短时间内急速上升达到最大值,然后逐渐衰减直到趋于稳定值.2.环境因素对木质板材中的甲醛释放有一定影响,其中温度是最主要的影响因素.温度升高,