杉木和尾葉桉干燥中有機揮發(fā)物及人造板甲醛釋放的研究.pdf

1、木質(zhì)材料在加工利用過程中釋放甲醛等各種醛類，萜烯類，有機酸、醇類等揮發(fā)物，對環(huán)境和人體造成一定的危害。本論文以杉木、尾葉桉為研究對象，對木材精油和木材生材在常溫狀態(tài)下釋放的有機揮發(fā)物(VOC)成分進(jìn)行了分析研究，重點研究了木材在高溫和常規(guī)干燥條件下VOC釋放成分，釋放規(guī)律及影響因素，評價了木材干燥過程中VOC釋放對環(huán)境的影響，為有效合理控制VOC排放和制定其排放標(biāo)準(zhǔn)提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。同時對影響人造板甲醛釋放的因素進(jìn)行了深入的研究，為我國甲

2、醛檢測相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的修訂提供了部分理論依據(jù)。研究結(jié)論如下： 1.采用水蒸汽蒸餾法，獲得杉木生材精油的得油率為1.57％，尾葉桉生材精油的得油率為0.02％。利用氣相色譜儀(GC-FID)、氣-質(zhì)聯(lián)用儀(GC-MS)分析檢出杉木精油中23種化學(xué)物質(zhì)，其中α-蒎烯含量最多，其次是柏木腦，并在杉木精油中發(fā)現(xiàn)以前未檢出的大香根葉烯(germacreneD)和庫貝醇(cubenol)。尾葉桉精油中分析檢出21種化學(xué)物質(zhì)，其中主要成分為柏木腦，

3、其次是α-柏木烯。 2.在常溫下利用高純氦氣快速帶出木材中VOC，用2，4-二硝基苯阱(DNPH)采集管和活性碳管分別對醛類和萜烯類VOC采樣，利用高效液相色譜儀和氣相色譜儀分析其成分及含量。結(jié)果表明：杉木、楊木、馬尾松和尾葉桉生材常溫下可釋放甲醛、乙醛、己醛等多種醛類物質(zhì)以及α-蒎烯、β-蒎烯、D-檸檬烯等萜烯類物質(zhì)，其中乙醛釋放量最高。杉木和楊木釋放的醛類明顯高于馬尾松和尾葉桉；杉木釋放的萜烯類VOC明顯高于其它3種木材。溫

4、度由20℃上升到40℃，杉木醛類和萜烯類釋放量顯著增加。 3.采用小型干燥機干燥木材，在冰浴中用酸化的DNPH溶液和去離子水分別對尾氣中醛類和有機酸醇類采樣，用活性碳管對萜烯類采樣，采用HPLC和GC-FID對VOC進(jìn)行分析。結(jié)果表明，杉木干燥釋放的醛類物質(zhì)主要有甲醛、乙醛、丙烯醛/丙酮；極性揮發(fā)物主要有甲醇、乙酸、甲酸；萜烯類揮發(fā)物主要有α-蒎烯、莰烯、D-檸檬烯、β-蒎烯、β-水芹烯。杉木高溫干燥釋放的醛類和酸、醇類揮發(fā)物遠(yuǎn)

5、高于常規(guī)干燥，但萜烯類揮發(fā)物總量差異很小。 杉木高溫干燥中，揮發(fā)物總量為262.0mg/kg，其中甲醛15.7mg/kg，乙醛18.5mg/kg，甲醇110.1mg/kg，乙酸61.3mg/kg，甲酸35.0mg/kg，萜烯類9.2mg/kg。在常規(guī)干燥過程中，揮發(fā)物總量為89.8mg/kg，其中甲醛3.5mg/kg，乙醛6.9mg/kg，甲醇17.6mg/kg，乙酸29.8mg/kg，甲酸16.6mg/kg，萜烯類8.9mg/

6、kg。 杉木干燥時終含水率對醛類和極性揮發(fā)物釋放量影響較大。終含水率從10％下降到4％左右，高溫干燥的總揮發(fā)物將增加16.2％，其中甲醛釋放量增加27％，甲醇增加17％，甲酸增加14.9％，乙酸增加14.5％；常規(guī)干燥的總揮發(fā)物將增加8.5％。終含水率對萜烯類揮發(fā)物釋放量影響較小。 4.尾葉桉干燥釋放的主要物質(zhì)是甲醇、乙酸、甲酸，其次是乙醛、甲醛、丙烯醛/丙酮，而萜烯類有機揮發(fā)物釋放量很少。尾葉桉釋放的酸、醇類物質(zhì)明顯高

7、于杉木。尾葉桉高溫干燥釋放的揮發(fā)物比常規(guī)干燥明顯增多。 在高溫干燥中，尾葉桉總揮發(fā)量為1068mg/kg，其中甲醛8.3mg/kg，乙醛33.4mg/kg，甲醇450.9mg/kg，乙酸463.6mg/kg，甲酸56.5mg/kg。在常規(guī)干燥過程中，揮發(fā)物總量為359.4mg/kg，其中甲醛1.9mg/kg，乙醛6.9mg/kg，甲醇214.3mg/kg，乙酸113.1mg/kg，甲酸10.9mg/kg。 5.木材干燥過

8、程中，VOC釋放速率隨時間延長的變化規(guī)律因揮發(fā)物種類不同而有差異。 在干燥初期，木材總有機揮發(fā)物(TVOC)釋放速率出現(xiàn)最大峰值，以后隨干燥時間延長TVOC釋放速率逐漸降低。TVOC高溫干燥釋放速率遠(yuǎn)高于常規(guī)干燥。含水率對甲醇、乙酸、甲酸、甲醛和乙醛釋放速率的影響程度較大，但對萜烯類釋放速率的影響程度相對較小。甲醛高溫干燥時隨含水率降低釋放速率增大，其它物質(zhì)在高溫和常規(guī)干燥時的釋放速率隨含水率減少呈下降趨勢。降低干燥溫度和提高木

9、材終含水率，可以顯著減少醛類物質(zhì)和甲醇、乙酸、甲酸的排放量。 6.杉木高溫干燥排放的甲醛、甲醇和乙酸，尾葉桉高溫干燥排放的甲醛、甲醇、甲酸、乙酸以及常規(guī)干燥排放的甲醇、乙酸，其濃度均較大。尤其是尾葉桉高溫干燥排放的甲醇，其濃度已超過我國“大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)(GB16297-1996)”的最高限值，這必然對工廠周邊局部大氣環(huán)境造成污染。 萜烯類釋放量比醛類和酸醇類明顯偏低，但由于萜烯是形成光化學(xué)煙霧以及室內(nèi)有機浮塵的前

10、驅(qū)性物質(zhì)，因而對環(huán)境和人體的影響也不容忽視。 7.人造板甲醛釋放量檢測中，含水率對不同種類板材的干燥器值影響有較大不同，但干燥器值受檢測過程中試件含水率變化的影響較小。對于刨花板和中密度纖維板，含水率的影響規(guī)律基本相同，即含水率從4％～9％，干燥器值隨含水率增加呈對數(shù)增加；含水率從9％～13％，干燥器值比較穩(wěn)定；而含水率從13％～15％，中纖板的干燥器值迅速下降。對于飾面中纖板，干燥器值與含水率呈現(xiàn)顯著的二次函數(shù)關(guān)系。對于細(xì)木工

11、板和膠合板，干燥器值隨含水率增加呈直線增加。若采用干燥器法檢測甲醛釋放量，建議檢測前對板材進(jìn)行含水率平衡處理：即中纖板和刨花板的含水率在9％～13％，飾面中纖板含水率在7％～9％。含水率對穿孔值的影響非常顯著，含水率從3％到16％，穿孔值隨含水率增大呈線性增加；在含水率為3％～13％的范圍內(nèi)，穿孔值采用含水率修正系數(shù)是有效的。 8.干燥器法中甲醛釋放模型較好地表述了干燥器法中影響甲醛釋放的因素，甲醛濃度與吸收水體積成反比；隨吸收

12、水表面積增加，甲醛濃度逐漸增加。對于邊部面積與表面面積之比相同的試樣，40L與10L干燥器法甲醛測定值之間存在顯著的一元線性關(guān)系，40L干燥器值約為10L的3.5～3.9倍。但對于表面甲醛釋放速率不同的試樣，如果不封邊或邊部面積與表面積之比不同，則10L干燥器法與40L干燥器法沒有可比性。試樣邊部釋放甲醛的速率明顯高于試樣表面。對于刨花板和中密度纖維板(MDF)，邊部釋放速率約為表面的2倍；對飾面MDF，約87％以上的甲醛從邊部釋放；對

13、于膠合板，約40％的甲醛從邊部釋放。 9.采用小型氣候箱(0.225m3)檢測甲醛釋放量，發(fā)現(xiàn)溫度、相對濕度和換氣速率對甲醛釋放量影響顯著。溫度對甲醛釋放量的影響最大，其次是通風(fēng)條件，相對濕度的影響相對較小。溫度從23℃上升到40℃，甲醛濃度明顯增加，但溫度對不同的中密度板材甲醛釋放速率的影響程度不同。相對濕度從45％到80％，甲醛濃度逐漸增大，甲醛釋放量與相對濕度呈顯著的對數(shù)曲線關(guān)系。換氣速率從每小時1次到3次，甲醛釋放量迅速