板式家具污染控制.doc

對(duì)板式家具甲醛釋放機(jī)理及其控制的探討1. 板式家具的甲醛來源 全球木質(zhì)家具中，實(shí)木家具占10，人造板家具占80，人造板家具已成了家具的主體。以人造板（主要指使用氨基類樹脂的膠合板、中密度纖維板和刨花板等）為基材的家具在使用過程中往往會(huì)程度不等地向外散發(fā)甲醛。家具作為一個(gè)產(chǎn)品，與它的主體構(gòu)成材料之間，即有密切的聯(lián)系，同時(shí)又有其特殊性。對(duì)人造板來講，其散發(fā)的甲醛來源主要是脲醛樹脂和木材原料中固有的甲醛。而家具在其生產(chǎn)過程中又增加了其它的甲醛來源，其總的甲醛釋放量要比普通板材高。因此，人造板材料的甲醛釋放量是不能等同于家具中的甲醛釋放量的。家具中的甲醛來源主要有以下幾種。 家具基材中殘留一部分未進(jìn)行反應(yīng)的游離甲醛，或者說固化了的樹脂因降解而產(chǎn)生了一部分不穩(wěn)定的甲醛。 家具貼面材料（三聚氰胺浸漬紙等）中殘留的或后來產(chǎn)生的一部分甲醛。 家具進(jìn)行各種形式的貼面時(shí)所用膠粘劑（脲醛樹脂等）中含有的甲醛。 家具進(jìn)行各種涂飾時(shí)涂料中的甲醛。 家具中除木質(zhì)材料外其它覆面材料、填充材料帶來的甲醛釋放，如織物、皮革、海綿等。 從上面的情況可以看出，即使家具的基材甲醛釋放量達(dá)到了E1級(jí)，最終家具的甲醛釋放量未必能達(dá)到E1級(jí)。更不用說用E2級(jí)或低于E2級(jí)的人造板制造家具了。因此，解決家具的甲醛達(dá)標(biāo)問題，并不是一件容易的事，要求我們不僅要解決板材甲醛釋放的問題，同時(shí)還要重視家具生產(chǎn)過程中的每一個(gè)環(huán)節(jié)，只有保證每一個(gè)環(huán)節(jié)都能有效地降低甲醛釋放量而不是增加釋放量，才能保證家具甲醛釋放量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。 2.板式家具甲醛釋放的機(jī)理 由于家具是不同材料的組合體，它的甲醛釋放機(jī)理理應(yīng)較單純板材的釋放機(jī)理復(fù)雜。這需要經(jīng)過大量的試驗(yàn)和研究進(jìn)行探索。但可以肯定，其釋放機(jī)理主要還是以人造板的甲醛釋放為主。為此，我們假設(shè)家具的甲醛釋放機(jī)理等同于人造板的。下面以刨花板為例進(jìn)行釋放機(jī)理的闡述。 2.1甲醛釋放的充分必要條件 經(jīng)過大量的試驗(yàn)，一些專家提出刨花板甲醛散發(fā)的充分必要條件是: 刨花板板內(nèi)的空氣壓強(qiáng)只有大于其所在環(huán)境的大氣壓強(qiáng)，而且有供空氣流通的通道，才會(huì)發(fā)生甲醛散發(fā)。 2.1.1 壓力差條件 2.1.1.1壓力差原理的理論依據(jù) 由于地域、海拔高度、溫度、容積、密度等等因素的不同或變化，都會(huì)造成某個(gè)范圍內(nèi)的壓力差。這往往是形成分子運(yùn)動(dòng)的主要原因。就刨花板而言，其在熱壓過程中，由于溫度和外加壓力的作用，內(nèi)部的水分雖然形成一定的蒸汽壓P1，但其數(shù)值小于外加給板坯的壓力，板內(nèi)的水蒸汽（包括待散發(fā)的甲醛）蓄積于板內(nèi)不散發(fā)；當(dāng)外加壓力解除后，板內(nèi)的水蒸氣壓力P1就會(huì)大于空氣壓強(qiáng)P2，水蒸氣就會(huì)通過各種途徑向大氣中散發(fā)，只要P1P2這個(gè)條件存在（不論這個(gè)條件是熱壓造成的還是板子在使用過程中人為造成的），就會(huì)產(chǎn)生板子中甲醛向外界散發(fā)的動(dòng)力。如果（P1P2）在數(shù)值上很小，則體現(xiàn)出板子內(nèi)部甲醛向外界散發(fā)的速率和強(qiáng)度比較小，或者說板內(nèi)的甲醛僅存在著向外界散發(fā)的趨勢(shì)。 假定家具系統(tǒng)中為常數(shù)，則取決于溫度，當(dāng)外界溫度升高時(shí)，家具內(nèi)的氣體壓力會(huì)增大，一旦滿足P1P2,家具系統(tǒng)內(nèi)的甲醛就會(huì)向外界散發(fā)。 在解釋家具中的甲醛向外界散發(fā)的現(xiàn)象時(shí)，不能忽略真空狀態(tài)下的所謂“真空現(xiàn)象”： 設(shè)有一物理量為G，分散在氣體中且不是均勻的（把G可以看成是甲醛），由于分子熱運(yùn)動(dòng)（紊亂運(yùn)動(dòng)），它們將把這個(gè)量由濃度大的地方輸送到濃度低的地方。如果沒有任何因素保持著一定的濃度差，則量的輸送必將持續(xù)到均勻分布在體積的各個(gè)部分為止。主要的輸送現(xiàn)象有三種，即熱傳導(dǎo)，內(nèi)摩擦和擴(kuò)散。 把這三種輸送現(xiàn)象對(duì)應(yīng)到家具中的甲醛散發(fā)上，它們常常表現(xiàn)為這樣的形式： aP1P2時(shí)，家具中甲醛向室內(nèi)環(huán)境散發(fā)正向散發(fā) bP1=P2時(shí)，家具中甲醛與室內(nèi)環(huán)境中的甲醛處于平衡狀態(tài)臨界散發(fā) cP12.1.1.2 可以歸結(jié)為壓力差原理的各種現(xiàn)象 基于以上的原理，就很容易解釋為什么家具內(nèi)部的甲醛濃度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于家具外部的？為什么當(dāng)天氣炎熱時(shí)家具釋放的甲醛濃度明顯增高？還有當(dāng)使用了空調(diào)的制冷功能后，為什么室內(nèi)家具中的甲醛濃度明顯降低？另外當(dāng)室內(nèi)環(huán)境的空氣流通加強(qiáng)后，為什么其甲醛濃度明顯降低？根據(jù)大量的外文資料和其它學(xué)科的研究成果，可將由于壓力差原理造成的甲醛散發(fā)現(xiàn)象歸納如表1中。 表1 刨花板甲醛散發(fā)的壓力差原理現(xiàn)象 現(xiàn) 象 產(chǎn) 生 的 結(jié) 果 溫度現(xiàn)象 氣壓波動(dòng)現(xiàn)象 濕度現(xiàn)象 海拔高度現(xiàn)象 室內(nèi)通風(fēng)現(xiàn)象 加快分子運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致板內(nèi)溫度升高，促使甲醛向外外界散發(fā) 氣壓降低，有利于甲醛向外界散發(fā) 空氣中相對(duì)濕度增加，造成樹脂分解，從而散發(fā)甲醛 海拔高的地區(qū)，有利于甲醛散發(fā) 通風(fēng)強(qiáng)度增大，有利于板子內(nèi)部甲醛向外界散發(fā) 2.1.2.1 散發(fā)通道假設(shè) 即使板子內(nèi)外存在著壓力差，如果沒有暢通的散發(fā)通道，板內(nèi)的甲醛還是不可能散發(fā)到大氣中的。對(duì)于家具來說，其散發(fā)通道主要就是構(gòu)成它的材料。對(duì)于板式家具，主要就是人造板。而對(duì)于人造板，其散發(fā)甲醛的通道有兩個(gè)可能，即斷面和平面。目前，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的人造板，由于溫度梯度、含水率梯度的原因，板子存在著端面密度梯度，尤其是漸變結(jié)構(gòu)的刨花板，其緊靠外表面處的密度比芯部密度高得多。在防治家具甲醛釋放的研究中，就要重點(diǎn)考慮這些因素，通過減小擴(kuò)散系數(shù)，從而遏制甲醛散發(fā)。 2.1.2.2人造板不同部位的甲醛散發(fā)特征 就人造板而言，大量的試驗(yàn)證實(shí)78，甲醛散發(fā)主要通道是端面而不是平面，端面一般至少是平面甲醛釋放量的2倍以上，尤其當(dāng)成堆的板子堆垛在一起時(shí)，端面就顯得更加重要了。因此家具的每一個(gè)零部件的端部必須封邊，除了美觀和防治變形的作用外，更重要的是它能有效地降低甲醛釋放量。 因此，有些國(guó)家在制定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，已經(jīng)考慮了板子厚度不同則表面積不同及其對(duì)板子甲醛散發(fā)可能產(chǎn)生的影響。例如，德國(guó)規(guī)定的刨花板和中密度纖維板的甲醛散發(fā)允許值都根據(jù)厚度來限制（見表2）910。 表2 德國(guó)規(guī)定的人造板甲醛散發(fā)值允許值 板子厚度 mm 穿孔法，DIN EN120(mg/100g) 氣體分析法，DIN 52386(mg/h.m2) A B C A B C 刨花板 25 25 6.0 7.0 8.0 7.5 8.5 9.5 4.0 5.0 6.0 5.5 6.5 7.5 中密度 纖維板 10 25 7.0 8.0 9.0 5.0 5.5 6.0 注：A為平均值，B為隨機(jī)值，C為最高值。 而我國(guó)最新發(fā)布的人造板甲醛釋放限量標(biāo)準(zhǔn)中，就沒有考慮板子厚度的影響，這是一個(gè)缺憾，同時(shí)也缺乏公正性。 綜上所述，當(dāng)家具中壓力差條件和散發(fā)通道條件都滿足的情況下，家具的甲醛散發(fā)已成必然，當(dāng)然這是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過程，當(dāng)溫度、濕度、承載率、換氣次數(shù)、空氣中的甲醛濃度等因素發(fā)生變化時(shí)，它都會(huì)發(fā)生一定的變化。因此，我們可以利用家具甲醛散發(fā)的機(jī)理，從而去控制甲醛的散發(fā)。 3. 影響板式家具甲醛釋放量的因素 影響家具甲醛釋放量的因素是錯(cuò)綜復(fù)雜的。拋開整體的產(chǎn)品，就其基材人造板而言，影響人造板甲醛釋放的因素就有很多，材種、膠種、用膠量、熱壓條件、后期處理等均可能對(duì)甲醛釋放產(chǎn)生影響。作為家具的甲醛釋放，還有必要特別強(qiáng)調(diào)以下幾個(gè)因素： 裝飾方式。家具的表面裝飾方式對(duì)甲醛的封閉作用是很明顯的，在具體的實(shí)施工藝中，應(yīng)注意選用低甲醛釋放的膠粘劑、各種裝飾材料和涂料以及合理的工藝，以確保裝飾后不引發(fā)新的甲醛釋放。 承載率。大量的試驗(yàn)已經(jīng)證明，承載率對(duì)家具的甲醛釋放特性影響很大。所謂承載率是指室內(nèi)家具暴露在空氣中的表面積與室內(nèi)容積的比率。承載率越大，甲醛濃度就越高。因此，在功能基本滿足的情況下，應(yīng)盡量減少室內(nèi)空間中的家具件數(shù)和體量，從而降低家具中的甲醛散發(fā)。 擴(kuò)散途徑。文章前面已有論述。值得強(qiáng)調(diào)的是家具封邊的重要性，同時(shí)在設(shè)計(jì)家具時(shí)在滿足強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)的前提下，應(yīng)盡量使用薄板。 使用環(huán)境。使用環(huán)境的實(shí)際使用條件，對(duì)家具甲醛散發(fā)有很大的影響。溫度、濕度以及通風(fēng)都會(huì)影響甲醛散發(fā)。在通常氣候條件下，溫度提高8，空氣中的甲醛濃度將提高一倍；濕度增加12，甲醛釋放量將增加15左右11。因此，在有條件的前提下，可以利用空調(diào)和新風(fēng)系統(tǒng)裝置等來調(diào)節(jié)室內(nèi)的溫濕度和新風(fēng)量，從而使甲醛散發(fā)得到適度控制。 陳放時(shí)間和條件。家具的甲醛散發(fā)濃度與生產(chǎn)后的陳放時(shí)間呈正向相關(guān)。因此，在使用之前應(yīng)陳放一段時(shí)間，并且在陳放時(shí)置于高溫高濕環(huán)境，加速甲醛散發(fā)，以減少以后使用中的污染。 為了盡可能降低家具的甲醛釋放量，可以從以下幾個(gè)方面入手： 使用甲醛釋放量達(dá)到E1級(jí)或E2級(jí)或無甲醛含量的人造板基材。使用E1級(jí)或E2級(jí)的人造板制造家具，再通過家具的裝飾方式進(jìn)行有效封閉，家具的甲醛釋放量就有可能達(dá)標(biāo)。無甲醛含量的人造板大多是使用非醛系粘合劑制造的。非甲醛系粘合劑主要指聚氨酯，乙烯基脲樹脂，環(huán)氧樹脂，以及不飽和聚酯樹脂等。也可以使用添加了甲醛捕捉劑的脲醛樹脂，這些捕捉劑往往與甲醛有較高的反應(yīng)活性，例如：尿素，硫脲，淀粉，三聚氰胺，聚乙烯醇，低級(jí)醇(含碳35)等，而且它們不僅能降低甲醛含量和釋放量，同時(shí)對(duì)脲醛樹脂還有改性作用。 使用具有甲醛捕捉性的裝飾板 由于采用直接向甲醛系樹脂中添加有機(jī)化合物作為甲醛捕捉刑，會(huì)影響到粘合強(qiáng)度，特別是初期的粘合強(qiáng)度，所以有人采用在裝飾板的紙質(zhì)基材上制造甲醛捕捉層，以及在其表面保護(hù)層中加入甲醛捕捉劑的方法，用來有效地捕捉從其內(nèi)層材料(膠合板，刨花板和中密度纖維板)中釋放的甲醛，同時(shí)也可捕捉從室內(nèi)其它物品中放出的甲醛。直接使用它來進(jìn)行家具的表面裝飾，效果很好，但成本較高。 在家具內(nèi)部貼含水溶性甲醛捕捉劑的紙 這種紙上附著的水溶性亞硫酸氫鈉或鉀，其可與空氣中的甲醛和乙醛反應(yīng)，生成羥甲基和羥乙基鈉或鉀，從而達(dá)到捕捉甲醛的目的。亞硫酸氫鹽和乳液混合后涂布在紙質(zhì)上，形成含有水溶性物質(zhì)1.050g/m2的具有捕捉甲醛性能的紙。它可貼在家具的內(nèi)側(cè)，吸收家具里釋放的甲醛。 對(duì)脲醛樹脂木制品進(jìn)行后處理。 對(duì)用甲醛系樹脂膠制得的木制品，可用氨水，氯化胺或尿素的水溶液進(jìn)行清洗或浸漬，以達(dá)到其加工或使用的過程中減少甲醛的釋放量。對(duì)熱壓纖維板，可將其放置于真空容器中，在2545和(6.276.93)104Pa的條件下處理3040分鐘可減少20的甲醛釋放量。 改善使用條件。 加強(qiáng)室內(nèi)通風(fēng)次數(shù)和強(qiáng)度，防治室內(nèi)溫濕度的大起大落，避免家具在酸性條件下引起的基材中的膠粘劑的降解，從而導(dǎo)致甲醛釋放量的增加。 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)室內(nèi)裝飾裝修材料木家具中有害物質(zhì)限量7月1日強(qiáng)制執(zhí)行以后，家具企業(yè)感到了來自各方面的壓力。家具甲醛釋放量達(dá)標(biāo)問題已日益強(qiáng)烈地困擾著家具生產(chǎn)者和經(jīng)營(yíng)者。他們應(yīng)如何應(yīng)對(duì)當(dāng)前的局面？跟國(guó)際接軌的時(shí)刻也已到來，這已不僅僅是一句口號(hào)了，必須拿出硬的指標(biāo)。這些都是擺在我們目前的緊迫任務(wù)。因此，人造板及家具專家和環(huán)境保護(hù)方面的專家以及所有相關(guān)專業(yè)的專家應(yīng)通力合作，當(dāng)務(wù)之急做好幾件事： 通過大量調(diào)查和實(shí)測(cè)，對(duì)我國(guó)現(xiàn)行的人造板家具的甲醛釋放情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，了