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饰面处理对刨花板VOCs释放的影响

蒋利群 沈隽 董华君 沈熙为

蒋利群, 沈隽, 董华君, 沈熙为. 饰面处理对刨花板VOCs释放的影响[J]. 北京林业大学学报, 2018, 40(5): 110-116. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180031
引用本文: 蒋利群, 沈隽, 董华君, 沈熙为. 饰面处理对刨花板VOCs释放的影响[J]. 北京林业大学学报, 2018, 40(5): 110-116. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180031
Jiang Liqun, Shen Jun, Dong Huajun, Shen Xiwei. Effects of surface finishes on VOCs emission from particleboards[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2018, 40(5): 110-116. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180031
Citation: Jiang Liqun, Shen Jun, Dong Huajun, Shen Xiwei. Effects of surface finishes on VOCs emission from particleboards[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2018, 40(5): 110-116. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180031

饰面处理对刨花板VOCs释放的影响

doi: 10.13332/j.1000-1522.20180031
基金项目: 

国家重点研发计划项目 2016YFD0600706

详细信息
    作者简介:

    蒋利群。主要研究方向:人造板生产工艺。Email:1126431608@qq.com 地址:150040 黑龙江省哈尔滨市香坊区和兴路26号东北林业大学材料科学与工程学院

    通讯作者:

    沈隽,教授,博士生导师。主要研究方向:人造板生产工艺。Email:shenjunr@126.com 地址:同上

  • 中图分类号: S784

Effects of surface finishes on VOCs emission from particleboards

  • 摘要: 目的为了研究饰面处理对刨花板挥发性有机化合物(VOCs)释放的影响,分析不同饰面刨花板VOCs释放的主控成分。方法以18mm厚刨花板为研究对象,采用1m3气候箱法, 利用气相色谱质谱联用仪检测不同饰面刨花板在一个周期28天内释放的总挥发性有机化合物(TVOC)及各组分VOCs质量浓度,从TVOC和VOCs单个组分质量浓度变化规律及各组分VOCs质量浓度衰减率方面分析不同饰面处理方式对刨花板挥发性有机化合物释放的影响,并根据第28天平衡状态下挥发性有机化合物的种类、质量浓度、化学性质,分析不同饰面刨花板挥发性有机化合物释放的主控成分。结果饰面处理不能改变刨花板TVOC的释放趋势,但能影响刨花板TVOC的释放速率,特别是在释放初期,影响最大。其中,PVC饰面方式对刨花板TVOC释放速率的降低作用最为明显,丙烯酸水性漆涂饰能加快刨花板TVOC的释放速率。不同饰面刨花板释放的挥发性有机化合物的主要物质不同,不同饰面方法对VOCs组分的封闭作用也不同。根据释放物质有害性分析,PVC饰面刨花板释放的VOCs推荐控制甲苯、芳香烃类化合物和邻苯二甲酸二丁酯;丙烯酸水性漆涂饰刨花板释放的VOCs推荐控制乙二醇、1,2-丙二醇、芳香烃类化合物、甲苯、二甲苯和环己酮;三聚氰胺浸渍胶膜纸饰面刨花板释放的VOCs推荐控制芳香烃类化合物、甲苯和菲。结论饰面处理不会改变刨花板TVOC的释放趋势,但对刨花板TVOC释放速率、单体VOC释放速率以及挥发性有机化合物的主要成分有显著影响。不同饰面刨花板VOCs释放的主控成分不同。
  • 图  1  在相同环境下不同刨花板TVOC释放速率

    Figure  1.  TVOC emission rates of different particleboards in the same environment

    图  2  PVC饰面刨花板6类VOCs释放速率

    Figure  2.  Emission rate of six sorts of VOCs from PVC faced particleboard

    图  3  三聚氰胺浸渍胶膜纸饰面刨花板6类VOCs释放速率

    Figure  3.  Emission rate of six sorts of VOCs from melamine faced particleboard

    图  4  丙烯酸水性漆涂饰的刨花板6类VOCs释放速率

    Figure  4.  Emission rate of six sorts of VOCs from acrylic water-based paint coated particleboard

    图  5  刨花板素板6类VOCs释放速率

    Figure  5.  Emission rate of six sorts of VOCs from particleboard

    表  1  不同刨花板TVOC和6类VOCs平均质量浓度衰减率

    Table  1.   Average concentration decay rate of TVOC and six sorts of substances emitted from decorative particleboards

    刨花板种类
    Sorts of particleboard
    总挥发性有机化合物质量浓度
    Mass concentration of TVOC/(μg·m-3)
    TVOC/
    %
    烷烃类
    Alkanes/%
    芳香烃类
    Arenes/%
    醛类
    Aldehydes/%
    酯类
    Esters/%
    醇酮类
    Alcohol ketones/%
    萜烯类
    Terpenes/%
    丙烯酸水性漆饰面刨花板
    Acrylic water-based paint coated particleboard
    196.1 -27.42 -19.02 48.55 15.28 52.17 -884.33 45.13
    三聚氰胺浸渍胶膜纸饰面刨花板
    Melamine faced particleboard
    126.4 17.87 6.34 57.26 -31.78 44.04 -265.17 93.06
    PVC饰面刨花板
    PVC faced particleboard
    115.4 25.02 -181.23 61.33 30.35 56.08 -191.44 84.15
    刨花板素板
    Particleboard
    153.9
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    表  2  PVC饰面刨花板在第28天释放的VOCs主要组分的质量分数

    Table  2.   Mass fraction of major VOCs released by PVC faced particleboard on the 28th day

    序号
    Serial No.
    化合物
    Chemical compound
    化学式
    Chemical formula
    质量分数
    Mass fraction
    1 乙苯Ethylbenzene C8H10 11.16%
    2 甲苯Toluene C7H8 9.07%
    3 二甲苯Xylene C8H10 7.93%
    4 邻苯二甲酸二丁酯
    Dibutyl phthalate
    C16H22O4 7.39%
    5 邻苯二甲酸单(2-乙基己基)酯
    1, 2-benzene dicarboxylic acid,mono (2-ethylhexyl) ester
    C16H22O4 3.09%
    6 芳香烃类物质
    Aromatic hydrocarbons
    42.00%
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    表  3  丙烯酸水性漆涂饰刨花板在第28天释放的VOCs主要组分的质量分数

    Table  3.   Mass fraction of major VOCs emitted by acrylic water-based paint finishes particleboard on the 28th day

    序号
    Serial No.
    化合物
    Chemical compound
    化学式
    Chemical formula
    质量分数
    Mass fraction
    1 己烷Hexane C6H14 10.53%
    2 2, 4, 6-三甲基-癸烷
    2, 4, 6-trimethyl-decane
    C13H28 9.15%
    3 乙苯Ethylbenzene C8H10 9.11%
    4 乙二醇Ethanediol C2H6O2 9.00%
    5 环己酮Cyclohexanone C6H10O 8.24%
    6 1, 2-丙二醇1, 2- propanediol C3H8O2 7.11%
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    表  4  三聚氰胺浸渍胶膜纸饰面刨花板在第28天释放的VOCs主要组分的质量分数

    Table  4.   Mass fraction of VOCs emitted by melamine finishes particleboard on the 28th day

    序号
    Serial No.
    化合物
    Chemical compound
    化学式
    Chemical formula
    质量分数
    Mass fraction
    1 甲苯Toluene C7H8 9.85%
    2 邻苯二甲酸二甲酯
    Dimethyl phthalate
    C10H10O4 9.11%
    3 菲Phenanthrene C14H10 8.53%
    4 乙苯Ethylbenzene C8H10 7.60%
    5 己烷Hexane C6H14 7.01%
    6 苯Benzene C6H6 6.91%
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    , 温秀凤3, 冯仲科, 严晓素, 吴坚, 张志翔, 尹伟伦, 王瑛, 谢磊, 李凯, 刘玉军, 赵兵, 王华芳, 骈瑞琪, 冯晓峰, 王冬梅, 王建中, 邹坤, 高荣孚, 王玉兵, 郭晓萍, 于京民2, 呼晓姝, 李镇宇, 陶凤杰, 孙建华, 丁霞, 张兴杰, 刘玉军, 李凤兰, 张庆, 刘艳, 林善枝, 杨伟光, 王民中, 沈应柏, 陈卫平, 王玉春, 汪植, 马建海, 赵新丽, 付瑞海, 蒋平.  侧柏挥发性物质组成及其释放速率的日变化 . 北京林业大学学报, 2007, 29(5): 84-87.
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-01-24
  • 修回日期:  2018-03-16
  • 刊出日期:  2018-05-01

饰面处理对刨花板VOCs释放的影响

doi: 10.13332/j.1000-1522.20180031
    基金项目:

    国家重点研发计划项目 2016YFD0600706

    作者简介:

    蒋利群。主要研究方向:人造板生产工艺。Email:1126431608@qq.com 地址:150040 黑龙江省哈尔滨市香坊区和兴路26号东北林业大学材料科学与工程学院

    通讯作者: 沈隽,教授,博士生导师。主要研究方向:人造板生产工艺。Email:shenjunr@126.com 地址:同上
  • 中图分类号: S784

摘要: 目的为了研究饰面处理对刨花板挥发性有机化合物(VOCs)释放的影响,分析不同饰面刨花板VOCs释放的主控成分。方法以18mm厚刨花板为研究对象,采用1m3气候箱法, 利用气相色谱质谱联用仪检测不同饰面刨花板在一个周期28天内释放的总挥发性有机化合物(TVOC)及各组分VOCs质量浓度,从TVOC和VOCs单个组分质量浓度变化规律及各组分VOCs质量浓度衰减率方面分析不同饰面处理方式对刨花板挥发性有机化合物释放的影响,并根据第28天平衡状态下挥发性有机化合物的种类、质量浓度、化学性质,分析不同饰面刨花板挥发性有机化合物释放的主控成分。结果饰面处理不能改变刨花板TVOC的释放趋势,但能影响刨花板TVOC的释放速率,特别是在释放初期,影响最大。其中,PVC饰面方式对刨花板TVOC释放速率的降低作用最为明显,丙烯酸水性漆涂饰能加快刨花板TVOC的释放速率。不同饰面刨花板释放的挥发性有机化合物的主要物质不同,不同饰面方法对VOCs组分的封闭作用也不同。根据释放物质有害性分析,PVC饰面刨花板释放的VOCs推荐控制甲苯、芳香烃类化合物和邻苯二甲酸二丁酯;丙烯酸水性漆涂饰刨花板释放的VOCs推荐控制乙二醇、1,2-丙二醇、芳香烃类化合物、甲苯、二甲苯和环己酮;三聚氰胺浸渍胶膜纸饰面刨花板释放的VOCs推荐控制芳香烃类化合物、甲苯和菲。结论饰面处理不会改变刨花板TVOC的释放趋势,但对刨花板TVOC释放速率、单体VOC释放速率以及挥发性有机化合物的主要成分有显著影响。不同饰面刨花板VOCs释放的主控成分不同。

English Abstract

蒋利群, 沈隽, 董华君, 沈熙为. 饰面处理对刨花板VOCs释放的影响[J]. 北京林业大学学报, 2018, 40(5): 110-116. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180031
引用本文: 蒋利群, 沈隽, 董华君, 沈熙为. 饰面处理对刨花板VOCs释放的影响[J]. 北京林业大学学报, 2018, 40(5): 110-116. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180031
Jiang Liqun, Shen Jun, Dong Huajun, Shen Xiwei. Effects of surface finishes on VOCs emission from particleboards[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2018, 40(5): 110-116. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180031
Citation: Jiang Liqun, Shen Jun, Dong Huajun, Shen Xiwei. Effects of surface finishes on VOCs emission from particleboards[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2018, 40(5): 110-116. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180031
  • 近年来,人造板在室内装饰装修中的应用越来越广泛,刨花板、胶合板等人造板作为基材常用于生产家具、地板和其他家居用品[1]。而人造板释放的挥发性有机化合物(VOCs)会影响室内空气质量,并可引起人的干咳、疲劳、头痛、眩晕及注意力不集中等症状,成为危害人类健康的安全隐患[2-3]。因此,有效地控制和降低人造板挥发性有机化合物的释放成为提高室内空气质量的关键。

    影响人造板挥发性有机化合物释放的因素有很多,除了热压生产工艺、产品二次加工[4]和外部环境因素(温度、相对湿度、气体交换率)[5-8]外,人造板饰面处理对VOCs的释放也有显著的影响。实际上,人造板释放的挥发性有机化合物很大一部分来自板材表面的涂饰材料以及涂饰工艺。Barry等对不同表面装饰人造板材的甲醛、总挥发性有机化合物(TVOC)释放进行评价,发现不同饰面材料对甲醛、TVOC的封闭率不同[9-10];陈锋[11]经过研究发现聚乙烯薄膜贴面和松木薄木贴面都较好地降低了人造板甲醛的释放量。由于饰面材料、工艺不同,不同饰面人造板释放特性是不同的,这方面的研究较少。

    本研究以PVC、三聚氰胺浸渍胶膜纸、丙烯酸水性漆饰面刨花板以及刨花板素板为研究对象,采用1 m3气候箱法,利用气相色谱质谱联用仪检测不同材料饰面的刨花板和刨花板素板的VOCs释放速率、主要VOCs的单体种类及质量浓度,探究不同饰面处理方式对VOCs释放特性的影响,并根据第28天稳定状态下VOCs的种类和质量浓度,分析不同饰面刨花板挥发性有机化合物释放的主控成分。

    • 刨花板素板和以相同素板作为基材的饰面刨花板(PVC饰面刨花板、三聚氰胺浸渍胶膜纸饰面刨花板、丙烯酸水性漆饰面刨花板),广东省某厂生产,规格为1200mm(长)×1200mm(宽)×18mm(厚),甲醛释放等级为E1级。将板材锯割成单面面积为1000mm×500mm的试样,为了防止边部VOCs的高度释放,将刨花板的边部用锡箔纸密封,采用双面释放的方法采集气体。

    • 按照GB/T29899—2013《人造板及其制品中挥发性有机化合物释放量试验方法—小型释放舱法》[12]的规定,设置1m3气候箱(广东东莞升微机电设备有限公司)的参数,使用恒流气体采样器和Tenax-Ta吸附管(英国Markes公司)分别在第1天、第3天、第7天、第14天、第21天以及第28天抽样2L,利用气相色谱质谱联用仪(GC/MS,英国Markes公司)对采集的气体进行分析。

    • 根据GB/T 18883—2002《室内空气质量标准》中的定义,即利用Tenax-GC或者Tenax-TA采样,非极性色谱柱(极性指数小于10)进行分析,保留时间在正己烷和正十六烷之间的挥发性有机化合物, 总体称为TVOC。本研究中的TVOC质量为保留时间在正己烷和正十六烷之间的挥发性有机化合物质量的总和。

      为了研究饰面处理对刨花板TVOC释放的影响,利用内标曲线计算28天内不同饰面刨花板在相同环境下的箱体挥发性有机化合物质量浓度变化趋势。箱体内VOCs质量浓度与板材单位面积释放量关系如下:

      $$ \mathrm{SER}=C q $$ (1)

      式中:SER为板材单位面积单位时间内释放VOCs质量, 即释放速率,单位为μg/(m2·h);C为箱体内挥发性有机化合物的质量浓度,单位为μg/m3q为单位面积单位时间换气量,单位为m3/(h·m2)。

    • 刨花板释放的挥发性有机化合物分为6大类:烷烃类、芳香烃类、醛类、酯类、醇酮类和萜烯类。根据公式(1)求出各类物质一个周期的释放速率,研究饰面刨花板释放的6类物质的释放规律。

    • 以3种饰面刨花板TVOC在释放初期的平均质量浓度和烷烃类、芳香烃类、醛类、酯类、醇酮类、萜烯这6类物质在释放初期的平均质量浓度为主要考察指标,并与刨花板素板TVOC和6类物质在释放初期的平均质量浓度进行对比,计算衰减率,平均质量浓度衰减率的计算公式如下:

      $$ A=\frac{C_{0}-C_{i}}{C_{0}} \times 100 \% $$ (2)

      式中:A为板材平均质量浓度衰减率(%);C0为释放初期,刨花板素板释放的挥发性有机化合物的平均质量浓度(μg/m3);Ci为释放初期,饰面刨花板释放的挥发性有机化合物的平均质量浓度(μg/m3)。

      平均质量浓度衰减率A越大,饰面刨花板释放的相应的挥发性有机化合物相对于素板越少,饰面方法对相应的挥发性有机化合物释放的阻碍作用越强。

    • 不同饰面刨花板TVOC释放速率由大到小依次为:丙烯酸水性漆饰面刨花板、刨花板素板、三聚氰胺浸渍胶膜纸饰面刨花板、PVC饰面刨花板(图 1)。从第1天到第7天,4种刨花板的TVOC平均释放速率分别为196、154、116、106μg/(m2·h),TVOC释放速率分别下降了59%、57%、62%、57%。从第7天到第28天,4种刨花板的TVOC平均释放速率分别为59、54、48、46μg/(m2·h),TVOC释放速率分别下降了27%、25%、25%、24%。因此,不同饰面刨花板的TVOC释放趋势是相同的,即一个周期内,TVOC释放速率整体呈现下降趋势,释放初期进行高释放,释放速率快,速率急剧下降,到了后期释放速率变缓,速率稳定。以刨花板素板的释放速率为标准,在释放初期(前7天),丙烯酸水性漆涂饰刨花板、三聚氰胺浸渍胶膜纸饰面刨花板、PVC饰面刨花板的平均释放速率比刨花板素板的平均释放速率分别快了37%、-24%、-31%。在释放后期,3种饰面刨花板的平均释放速率比刨花板素板的平均释放速率分别快了9%、-11%、-15%。由此可见,释放初期,饰面材料的种类对刨花板TVOC的释放速率影响显著,到了后期影响减弱。

      图  1  在相同环境下不同刨花板TVOC释放速率

      Figure 1.  TVOC emission rates of different particleboards in the same environment

    • 不同饰面刨花板释放的挥发性有机化合物分为6大类:烷烃类、芳香烃类、醛类、酯类、醇酮类和萜烯类。根据6类物质一个周期的平均质量浓度占总挥发性有机化合物平均质量浓度的百分比,确定刨花板释放的挥发性有机化合物的主要组分。其中PVC饰面刨花板释放的6类物质的平均质量浓度分别占总挥发性有机化合物平均质量浓度的21%、13%、10%、25%、24%、3%,三聚氰胺浸渍胶膜纸饰面刨花板释放的6类物质的平均质量浓度分别占总挥发性有机化合物平均质量浓度的8%、15%、13%、23%、25%、1%,丙烯酸水性漆涂饰刨花板释放的6类物质的平均质量浓度分别占总挥发性有机化合物平均质量浓度的5%、12%、6%、13%、49%、4%,刨花板素板释放的6类物质的平均质量浓度分别占总挥发性有机化合物平均质量浓度的5%、28%、9%、27%、7%、11%。因此,PVC饰面刨花板释放的主要物质是烷烃类、酯类、醇酮类,三聚氰胺浸渍胶膜纸饰面刨花板释放的主要物质是酯类、醇酮类,丙烯酸水性漆饰面刨花板释放的主要物质是醇酮类,刨花板素板释放的主要物质是芳香烃类、酯类。

      4种刨花板6类物质的释放速率变化见图 2~5。由图 2~5可以看出:单一组分VOCs的释放不能笼统地描述为在释放初期释放速率大,速率下降快,因为有些物质的释放速率一直很平稳,变化不大,而有些物质的释放速率先增大后减小。通过对比不同饰面刨花板一个周期释放速率的变化发现:刨花板释放的挥发性有机化合物中主要物质的释放规律与TVOC的释放规律相似,即在释放初期进行高释放,释放速率快,速率变化大,在释放后期释放速率慢且稳定;主要物质的释放速率远远大于次要物质,这种差距在释放初期尤为明显,在释放后期,差距减小;次要物质的释放速率在整个释放周期都很平稳,无论是上升还是下降,变化都很微弱。由此可见,刨花板TVOC释放速率及质量浓度的变化主要是由刨花板释放的主要物质引起的,释放初期,主要物质进行高释放,释放速率快,提高了TVOC的释放速率以及质量浓度。因此在人造板挥发性有机化合物的治理过程中,最关键的是在释放初期控制和抑制挥发性有机化合物中主要物质的释放。

      图  2  PVC饰面刨花板6类VOCs释放速率

      Figure 2.  Emission rate of six sorts of VOCs from PVC faced particleboard

    • 饰面处理对刨花板TVOC以及VOCs组成成分释放会产生影响。经过饰面处理以后,饰面材料会抑制刨花板本身挥发性有机化合物的释放,同时,饰面材料和饰面处理使用的胶黏剂也会释放出VOCs。PVC会释放少量酯类化合物,三聚氰胺浸渍胶膜纸会释放出一定量的醛类和醇类化合物,水性漆会挥发出大量醇酮类化合物,胶黏剂会释放出较多的醛类、醇类化合物。饰面处理对刨花板挥发性有机化合物释放的影响是饰面材料和胶黏剂等多方面共同作用的结果。由表 1得到:三聚氰胺浸渍胶膜纸饰面刨花板比素板少释放17.87%的总挥发性有机化合物,PVC饰面刨花板比素板少释放25.02%的总挥发性有机化合物, PVC饰面方法对素板的封闭效果更好。丙烯酸水性漆饰面刨花板比素板多释放27.42%的总挥发性有机化合物,原因是水性漆具有很强的挥发性,不断向环境中释放VOCs。3种饰面方法对芳香烃类物质和酯类物质的释放都有很强的阻碍作用,都可减少50%左右的芳香烃和酯类物质。对于萜烯类物质,3种饰面方法都可以减少其释放,其中三聚氰胺浸渍胶膜纸饰面方法封闭作用最强,可减少93%。3种饰面刨花板释放的醇酮类物质远远多于刨花板素板,醇酮类物质主要来自贴面用的脲醛树脂胶黏剂和水性漆的挥发。PVC饰面方法对醛类物质封闭作用最好。因此,PVC和三聚氰胺浸渍胶膜纸饰面方式都可以减少刨花板TVOC的释放,水性漆由于自身的强挥发性,增加了刨花板TVOC的释放。3种饰面方式都可以抑制刨花板释放萜烯类物质、酯类物质和芳香烃类物质,其中三聚氰胺浸渍胶膜纸饰面方式对萜烯类的抑制作用最明显,PVC饰面对芳香烃类物质和酯类物质的抑制作用最明显。3种饰面方式都增加了醇酮类物质的释放。

      表 1  不同刨花板TVOC和6类VOCs平均质量浓度衰减率

      Table 1.  Average concentration decay rate of TVOC and six sorts of substances emitted from decorative particleboards

      刨花板种类
      Sorts of particleboard
      总挥发性有机化合物质量浓度
      Mass concentration of TVOC/(μg·m-3)
      TVOC/
      %
      烷烃类
      Alkanes/%
      芳香烃类
      Arenes/%
      醛类
      Aldehydes/%
      酯类
      Esters/%
      醇酮类
      Alcohol ketones/%
      萜烯类
      Terpenes/%
      丙烯酸水性漆饰面刨花板
      Acrylic water-based paint coated particleboard
      196.1 -27.42 -19.02 48.55 15.28 52.17 -884.33 45.13
      三聚氰胺浸渍胶膜纸饰面刨花板
      Melamine faced particleboard
      126.4 17.87 6.34 57.26 -31.78 44.04 -265.17 93.06
      PVC饰面刨花板
      PVC faced particleboard
      115.4 25.02 -181.23 61.33 30.35 56.08 -191.44 84.15
      刨花板素板
      Particleboard
      153.9

      图  3  三聚氰胺浸渍胶膜纸饰面刨花板6类VOCs释放速率

      Figure 3.  Emission rate of six sorts of VOCs from melamine faced particleboard

      图  4  丙烯酸水性漆涂饰的刨花板6类VOCs释放速率

      Figure 4.  Emission rate of six sorts of VOCs from acrylic water-based paint coated particleboard

      图  5  刨花板素板6类VOCs释放速率

      Figure 5.  Emission rate of six sorts of VOCs from particleboard

    • 3种饰面刨花板在第28天达到释放平衡状态时的VOCs主要组分的质量分数如表 2~4所示。

      表 2  PVC饰面刨花板在第28天释放的VOCs主要组分的质量分数

      Table 2.  Mass fraction of major VOCs released by PVC faced particleboard on the 28th day

      序号
      Serial No.
      化合物
      Chemical compound
      化学式
      Chemical formula
      质量分数
      Mass fraction
      1 乙苯Ethylbenzene C8H10 11.16%
      2 甲苯Toluene C7H8 9.07%
      3 二甲苯Xylene C8H10 7.93%
      4 邻苯二甲酸二丁酯
      Dibutyl phthalate
      C16H22O4 7.39%
      5 邻苯二甲酸单(2-乙基己基)酯
      1, 2-benzene dicarboxylic acid,mono (2-ethylhexyl) ester
      C16H22O4 3.09%
      6 芳香烃类物质
      Aromatic hydrocarbons
      42.00%

      表 2可以看出:在第28天,PVC饰面刨花板释放的挥发性有机化合物主要是酯类、芳香烃类与醇酮类;单体中乙苯、甲苯、二甲苯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸单(2-乙基己基)酯的质量分数大,分别为11.16%、9.07%、7.93%、7.39%、3.09%。PVC饰面刨花板释放达到平衡时,乙苯的质量浓度最高。但是根据资料,一次性吸入或接触乙苯后,大部分代谢物在2h内被排出,少部分代谢物约在48h后排出,在体内的残留和蓄积较少,因此较低质量浓度的乙苯不会对人身体造成伤害。由于乙苯具有低毒性,所以国内外很多机构对高浓度的乙苯进行限量。我国标准草案规定人造板及木制品在第28天稳定状态下释放的乙苯的质量浓度不能高于400μg/m3,欧洲最新标准草案规定室内建筑装饰材料释放的乙苯质量浓度的限量值是750μg/m3[10]。本研究测得的PVC饰面刨花板在第28天时释放的乙苯的质量浓度远远低于400μg/m3,不会对人体造成伤害。甲苯的毒性强于乙苯,一定浓度的甲苯会刺激人的皮肤、黏膜,对人的中枢神经系统有麻醉作用。因此甲苯是人造板释放的VOCs中重点限量的物质。我国将室内装饰装修用人造板及其制品释放的甲苯的质量浓度限定在260μg/m3以内,美国BIFMA规定座椅释放的甲苯不得高于250μg/m3,日本工业标准将室内空气中甲苯限定在260μg/m3以内[10]。本研究测得的甲苯的质量浓度在VOCs达到释放平衡时低于200μg/m3。虽然单种芳香烃物质只有在高浓度时才对人产生危害,但是芳香烃物质的总浓度较高,毒性很大,是影响室内空气质量的重要污染物质。Nature Plus规定建筑材料和室内装饰材料在第28天释放的芳香烃类物质的质量浓度不得高于50μg/m3[13]。酯类物质中的邻苯二甲酸二丁酯可通过胃肠道、呼吸道和皮肤吸收而进入机体,具有强毒性,最敏感的人可嗅到的阈质量浓度为0.00026mg/L,对眼的光感反射作用的阈质量浓度为0.00016mg/L[14]。基于以上分析,PVC饰面刨花板释放的VOCs中主要控制物质推荐甲苯、芳香烃类物质、邻苯二甲酸二丁酯。

      表 3可以看出:第28天,丙烯酸水性漆涂饰刨花板释放的挥发性有机化合物主要是芳香烃类、烷烃与醇酮类;单体中己烷、2,4,6-三甲基-癸烷、乙苯、乙二醇的质量分数较大,分别为10.53%、9.15%、9.11%、9.00%。乙二醇在水性涂料中的作用主要是充当溶剂,它能将涂料中的成膜物质溶解或分散为均匀的液态,以便于施工成膜。乙二醇对动物有毒性,人类致死剂量估计为1.6g/kg,成人服食30mL可引致死亡。乙二醇在水性涂料中作为抗冻剂使用,它可以使涂料在0℃时不至于结冰[14]。1,2-丙二醇具有轻微毒性,10.7mL/kg的丙二醇就能使小鼠死亡[15]。芳香烃类物质中甲苯和二甲苯都对人的眼睛、呼吸系统以及神经系统有危害,低浓度的情况下危害不大,但是在整个饰面过程中胶黏剂、涂料等都会释放甲苯、二甲苯,而且刨花板本身也会释放出较多的芳香烃类物质;虽然环己酮的浓度不高,但是25mg/L的环己酮就能刺激人的皮肤与呼吸系统,毒性较大。因此,丙烯酸水性漆涂饰刨花板释放的VOCs中主要控制物质推荐乙二醇、1,2-丙二醇、总的芳香烃类物质、甲苯、二甲苯、环己酮。

      表 3  丙烯酸水性漆涂饰刨花板在第28天释放的VOCs主要组分的质量分数

      Table 3.  Mass fraction of major VOCs emitted by acrylic water-based paint finishes particleboard on the 28th day

      序号
      Serial No.
      化合物
      Chemical compound
      化学式
      Chemical formula
      质量分数
      Mass fraction
      1 己烷Hexane C6H14 10.53%
      2 2, 4, 6-三甲基-癸烷
      2, 4, 6-trimethyl-decane
      C13H28 9.15%
      3 乙苯Ethylbenzene C8H10 9.11%
      4 乙二醇Ethanediol C2H6O2 9.00%
      5 环己酮Cyclohexanone C6H10O 8.24%
      6 1, 2-丙二醇1, 2- propanediol C3H8O2 7.11%

      表 4可以看出:第28天,三聚氰胺浸渍胶膜纸饰面刨花板释放的挥发性有机化合物主要是芳香烃、烷烃、醛类。单体中甲苯、邻苯二甲酸二甲酯、菲、乙苯、己烷的含量较高,质量分数分别为的9.85%、9.11%、8.53%、7.60%、7.01%。PVC饰面刨花板释放的VOCs中,已经分析了甲苯和乙苯的化学性质。邻苯二甲酸二甲酯具有低毒性,对人体皮肤没有刺激作用,只有很高浓度的邻苯二甲酸二甲酯才会刺激人体的呼吸系统以及神经系统。菲是一种含3个苯环的稠环芳烃,它可以通过人的呼吸系统和消化系统进入人体,也会通过皮肤被人体吸收,对皮肤有刺激作用和致敏作用。菲对动物有致癌作用,2017年10月27日,世界卫生组织国际癌症研究机构将菲列为了致癌物质。因此,三聚氰胺浸渍胶膜纸饰面刨花板释放的VOCs中主要的控制物质推荐芳香烃类物质、甲苯、菲。

      表 4  三聚氰胺浸渍胶膜纸饰面刨花板在第28天释放的VOCs主要组分的质量分数

      Table 4.  Mass fraction of VOCs emitted by melamine finishes particleboard on the 28th day

      序号
      Serial No.
      化合物
      Chemical compound
      化学式
      Chemical formula
      质量分数
      Mass fraction
      1 甲苯Toluene C7H8 9.85%
      2 邻苯二甲酸二甲酯
      Dimethyl phthalate
      C10H10O4 9.11%
      3 菲Phenanthrene C14H10 8.53%
      4 乙苯Ethylbenzene C8H10 7.60%
      5 己烷Hexane C6H14 7.01%
      6 苯Benzene C6H6 6.91%
    • 根据饰面刨花板在一个周期28天内释放的TVOC、VOCs单个组分质量浓度变化规律及各组分VOCs质量浓度衰减率3个方面研究不同饰面方法对刨花板挥发性有机化合物释放的影响,并根据第28天平衡状态下挥发性有机化合物的种类、质量浓度、化学性质,分析不同饰面刨花板释放的VOCs的主控成分。得出以下结论:

      (1) 饰面处理不能改变刨花板TVOC释放趋势,即一个周期内,TVOC释放速率整体呈现下降趋势,释放初期进行高释放,释放速率快,速率急剧下降,到了后期释放速率变缓,速率稳定。饰面处理会影响刨花板TVOC的释放速率,特别是在释放初期,影响最大。PVC和三聚氰胺浸渍纸饰面方法能降低刨花板TVOC的释放速率,其中PVC饰面方式对刨花板TVOC释放速率的降低作用最为明显,丙烯酸水性漆涂饰能加快刨花板TVOC的释放速率。

      (2) 饰面处理改变了刨花板释放的主要物质,丙烯酸水性漆涂饰的刨花板释放的主要物质是醇酮类物质,刨花板素板释放的主要物质是酯类、芳香烃类和萜烯类,三聚氰胺浸渍胶膜纸饰面刨花板释放的主要物质是醇酮类、酯类,PVC饰面刨花板释放的主要物质是醇酮类、酯类、烷烃类。主要物质是影响TVOC释放速率、质量浓度的主要因素,也是治理和控制挥发性有机化合物的关键,它的释放规律与TVOC的释放规律相似。

      (3) 饰面处理对刨花板TVOC以及VOCs组成成分释放会产生影响。PVC饰面方法对总挥发性有机化合物的封闭作用最强;三聚氰胺浸渍胶膜纸饰面方法对萜烯类物质封闭作用最强;3种饰面方法都对酯类和芳香烃类有很强的封闭作用,也都增加了醇酮类物质的释放。

      (4) 不同饰面刨花板释放的VOCs中推荐控制的主要物质不同。PVC饰面刨花板释放的VOCs中推荐控制的主要物质是甲苯、芳香烃类物质、邻苯二甲酸二丁酯;丙烯酸水性漆涂饰的刨花板释放的VOCs中推荐控制的主要物质是乙二醇、1,2-丙二醇、总的芳香烃类物质、甲苯、二甲苯、环己酮;三聚氰胺浸渍胶膜纸饰面刨花板释放的VOCs中推荐控制的主要物质是芳香烃类物质、甲苯、菲。

参考文献 (15)

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