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        基于氣候箱的中密度纖維板甲醛散發(fā)特征研究

        2015-11-28 08:41:16鹿振友張雙保
        建筑材料學(xué)報(bào) 2015年4期
        關(guān)鍵詞:影響

        興 豐,宋 偉,鹿振友,張雙保

        (1.北京林業(yè)大學(xué),木材科學(xué)與工程北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100083;2.柯諾(北京)木業(yè)有限公司,北京 100068)

        中密度纖維板(medium density fiberboard,MDF)是以植物纖維、膠黏劑為原料,經(jīng)熱壓制造的木基復(fù)合材料.憑借優(yōu)良的物理力學(xué)、裝飾加工等性能,MDF已廣泛用于家具制造、室內(nèi)裝修、建筑材料等領(lǐng)域.由于多采用脲醛樹(shù)脂作為膠黏劑,MDF制品在使用中容易釋放甲醛,污染室內(nèi)空氣并引發(fā)多種健康問(wèn)題[1-8].但現(xiàn)有研究就MDF厚度、甲醛散發(fā)通道及環(huán)境溫度、相對(duì)濕度和空氣交換率等對(duì)MDF甲醛散發(fā)量影響的探討較少,也缺少對(duì)MDF甲醛散發(fā)機(jī)理的分析.

        本文借助氣候箱模擬室內(nèi)環(huán)境,測(cè)試了MDF甲醛散發(fā)量,探討了MDF 厚度和封閉方式(即甲醛散發(fā)通道)及氣候箱溫度、相對(duì)濕度和空氣交換率對(duì)MDF甲醛散發(fā)量的影響,并詮釋了MDF甲醛散發(fā)機(jī)理,從而為控制MDF甲醛污染提供理論依據(jù).

        1 試驗(yàn)

        1.1 材料及預(yù)處理

        所用MDF 取自柯諾(北京)木業(yè)有限公司,已存放約2周.測(cè)試前每邊截去100mm,然后切割成試件.將試件密封并以(23.0±0.5)℃、相對(duì)濕度(45±5)%調(diào)質(zhì),避免甲醛損失,降低試驗(yàn)誤差.測(cè)試用MDF信息見(jiàn)表1.

        表1 測(cè)試用MDF信息Table 1 Information of MDF for experiment

        1.2 測(cè)試及分析方法

        以強(qiáng)堿洗滌劑清潔氣候箱內(nèi)壁,并依次用自來(lái)水和軟化水沖洗,除去可能殘留的污染物,隨后借助熱吹風(fēng)干燥.按圖1所示連接各試驗(yàn)部件.開(kāi)啟恒溫水浴設(shè)備使氣候箱內(nèi)溫度保持在(23.0±0.5)℃,啟動(dòng)攪拌風(fēng)扇并通入相對(duì)濕度(45±5)%的潔凈空氣吹掃2h,檢查氣候箱密閉性并調(diào)節(jié)空氣流速.按表2設(shè)定氣候箱的溫度、相對(duì)濕度和空氣交換率,空載運(yùn)行2h后放入已按表2設(shè)置條件處理的試件.每隔一定時(shí)間抽取10 L氣候箱內(nèi)空氣并使之通過(guò)吸收瓶,令甲醛全部溶于蒸餾水.依據(jù)GB/T 15516—1995《空氣質(zhì)量 甲醛的測(cè)定 乙酰丙酮分光光度法》測(cè)量吸收液中的甲醛濃度,分析氣候箱內(nèi)MDF甲醛散發(fā)量.

        圖1 MDF甲醛散發(fā)測(cè)試系統(tǒng)Fig.1 Experimental system for formaldehyde emission of MDF

        表2 測(cè)試方案Table 2 Experimental schemes

        2 結(jié)果與討論

        2.1 MDF厚度對(duì)甲醛散發(fā)量的影響

        MDF厚度對(duì)甲醛散發(fā)量的影響見(jiàn)圖2.由圖2可見(jiàn):(1)試驗(yàn)初期,MDF釋放甲醛較快,氣候箱內(nèi)甲醛散發(fā)量快速上升,原因在于氣候箱內(nèi)氣流速率較小,導(dǎo)致MDF 表面氣膜阻力和氣候箱內(nèi)甲醛濃度差均可忽略,令甲醛擴(kuò)散阻力較?。?-10].(2)MDF厚度較小時(shí),甲醛釋放速率較快,散發(fā)量較大,原因在于板材越薄,甲醛釋放路徑越短,降低了板內(nèi)甲醛擴(kuò)散到板面的耗時(shí).

        圖2 MDF厚度對(duì)甲醛散發(fā)量的影響Fig.2 Effect of thickness of MDF on formaldehyde emission

        2.2 MDF封閉方式對(duì)甲醛散發(fā)量的影響

        MDF封閉方式對(duì)甲醛散發(fā)量的影響見(jiàn)圖3.由圖3可見(jiàn),四周端面封閉和上、下表面封閉的MDF(4#,5#組板材),其甲醛散發(fā)量峰值明顯低于未封閉的MDF(1#組板材),說(shuō)明MDF 四周端面和上、下表面是其甲醛散發(fā)的重要通道.4#組板材甲醛散發(fā)量最低,說(shuō)明MDF 四周端面是甲醛散發(fā)的最主要通道.MDF四周端面甲醛初始散發(fā)量是其上、下表面甲醛初始散發(fā)量的1倍以上.

        圖3 MDF封閉方式對(duì)甲醛散發(fā)量的影響Fig.3 Effect of sealed method of MDF on formaldehyde emission

        2.3 溫度對(duì)MDF甲醛散發(fā)量的影響

        溫度對(duì)MDF 甲醛散發(fā)量的影響如圖4 所示.由圖4可見(jiàn),MDF甲醛散發(fā)量隨溫度升高而顯著增加.這是因?yàn)椋环矫?,高溫下甲醛分子熱運(yùn)動(dòng)加強(qiáng),更容易脫附并釋放出來(lái)[11];另一方面,固化的脲醛樹(shù)脂在高溫下發(fā)生分解,生成甲醛.

        2.4 相對(duì)濕度對(duì)MDF甲醛散發(fā)量的影響

        圖4 溫度對(duì)MDF甲醛散發(fā)量的影響Fig.4 Effect of temperature on formaldehyde emission of MDF

        相對(duì)濕度對(duì)MDF甲醛散發(fā)量的影響如圖5所示.由圖5可見(jiàn),MDF 甲醛散發(fā)量隨相對(duì)濕度增大而顯著上升.這是因?yàn)?,高濕?huì)促使脲醛樹(shù)脂水解,加重甲醛釋放[12];甲醛散發(fā)的傳質(zhì)阻力主要在板材內(nèi)部,而MDF孔隙結(jié)構(gòu)會(huì)因吸濕而膨脹,從而有利于甲醛散發(fā)的進(jìn)行.

        圖5 相對(duì)濕度對(duì)MDF甲醛散發(fā)量的影響Fig.5 Effect of relative humidity on formaldehyde emission of MDF

        2.5 空氣交換率對(duì)MDF甲醛散發(fā)量的影響

        空氣交換率對(duì)MDF甲醛散發(fā)量的影響見(jiàn)圖6.由圖6可知,(1)隨時(shí)間延長(zhǎng),11#組板材的甲醛散發(fā)量不斷上升至穩(wěn)定,這是因?yàn)樵谠摋l件下氣候箱沒(méi)有進(jìn)行換氣,隨時(shí)間延長(zhǎng),甲醛散發(fā)量不斷增加,同時(shí),空氣自身對(duì)甲醛有降解作用,最終甲醛散發(fā)與降解達(dá)到平衡.(2)當(dāng)空氣交換率由0增大至1次/h或2次/h時(shí),MDF甲醛散發(fā)量下降,原因在于新鮮空氣稀釋了氣候箱內(nèi)甲醛的濃度.

        圖6 空氣交換率對(duì)MDF甲醛散發(fā)量的影響Fig.6 Effect of air exchange rate on formaldehyde emission of MDF

        3 MDF甲醛散發(fā)機(jī)理

        氣候箱內(nèi)MDF 的甲醛散發(fā)過(guò)程包括:板內(nèi)的甲醛分子擴(kuò)散、板邊界層甲醛的吸附/脫附、氣流邊界層甲醛的對(duì)流、氣候箱內(nèi)主流空氣中甲醛的傳輸.參照本研究試驗(yàn)結(jié)果,可將甲醛散發(fā)過(guò)程分為3個(gè)階段:(1)短期快速散發(fā)階段.在此階段,MDF表面和淺層殘留的未反應(yīng)甲醛快速釋放,板表面滯止氣膜阻力以及氣膜與氣相主體間甲醛濃度差引起的擴(kuò)散阻力因氣候箱內(nèi)的風(fēng)扇作用均可忽略;(2)中期緩慢散發(fā)階段.MDF 表層的甲醛基本釋放后,其內(nèi)部甲醛分子在內(nèi)部和表層濃度差推動(dòng)下逐漸釋放出來(lái),釋放速率主要取決于MDF 孔隙結(jié)構(gòu);(3)長(zhǎng)期穩(wěn)定散發(fā)階段.此階段MDF 內(nèi)甲醛濃度梯度逐漸形成,但由于甲醛擴(kuò)散阻力隨路徑增加而不斷增大,MDF甲醛散發(fā)過(guò)程將持續(xù)低速進(jìn)行.

        4 結(jié)論

        (1)在氣候箱中,MDF 甲醛散發(fā)量會(huì)在短時(shí)間上升到峰值,然后逐漸衰退,最終趨于穩(wěn)定.

        (2)MDF 四周端面是甲醛散發(fā)的主要通道.MDF四周端面甲醛初始散發(fā)量是其上、下表面甲醛初始散發(fā)量的1倍以上.此外,甲醛散發(fā)量隨MDF厚度增大而減小、隨氣候箱溫度和相對(duì)濕度升高而增大、隨氣候箱空氣交換率升高而降低.

        (3)MDF 甲醛散發(fā)過(guò)程分為短期快速散發(fā)階段、中期緩慢散發(fā)階段和長(zhǎng)期穩(wěn)定散發(fā)階段.

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