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人造板甲醛释放的若干机理问题
2013-3-7    来源:    作者:佚名  阅读:

为什么用酚醛树脂胶制造的人造板不需要考虑甲醛释放问题?为什么使用脲醛树脂胶生产的人造板会有甲醛释放问题?这些问题已有定论,毋须再议。这里想说的是为什么人造板的甲醛释放是一个漫长的过程?在这之前首先要说的是人造板必须先有对甲醛的吸附,其后才有对甲醛的释放问题。

1.1 甲醛吸附

为什么人造板是首先吸附甲醛的?这是因为任何固体中的分子或原子,均由相互之间的化学键力或分子间引力而结合在一起,但在固体表面上的分子或原子由于其外侧没有该物质的分子或原子存在,产生了剩余价键力或分子间引力,所以可以捕集其外侧的流体中的分子,这是产生吸附作用的原因所在。木材及内部空隙的表面也是如此。

有关文献将吸附剂大致分成三类。一类是有强烈带电吸附位的吸附剂,第二类是没有强烈带电吸附位但具有极性的吸附剂,第三类是非极性吸附剂。吸附的产生是由于普遍存在的分子间的色散力而形成。木材及内部孔隙的表面总体上呈非极性,不属于第一类,虽然表面的局部可能存在极性,对表面吸附性能带来一定影响,但这些局部可能所占比例很小,因此木材或人造板吸附的产生主要是由于分子间的色散力,这是没有异议的。但色散力是分子间引力中最小的,其产生的吸附能远远小于第一类和第二类吸附剂产生的吸附能。甲醛分子上的羰基是极化的,氧原子带部分负电荷,碳原子带部分正电荷。如果甲醛分子因木材及人造板局部表面带有极性而被吸附,这较难发生脱附,而如果因色散力而产生的吸附,则相对较容易发生脱附。

1.2 甲醛脱附

造成甲醛脱附并释放为什么是一个漫长的过程,原因大致是这样的:甲醛分子在人造板内部空隙中的存在属于物理吸附,靠分子间的引力(而且主要是色散力)暂时地捕集在表面上,但当被吸附的甲醛分子获得必要的能量时,就会从吸附剂(即空隙表面)脱离,即发生脱附,吸附和脱附是可逆的,气体分子速度的分布由麦克斯威尔——波尔兹曼分配定律描述,与正态分布的概率密度曲线类似,以极高或极低速度运动的分子都是很少的,绝大多数的气体分子处于平均速度附近(可通过气体分子运动理论计算),只有那些达到一定速度(也即一定的动能)的甲醛分子才能脱附和被释放。为了维持系统的平衡,一定又会有一些甲醛分子处于速度极高的状态,并继续发生脱附和被释放。另外,当孔隙表面被一层甲醛分子占满之后,依靠吸附剂(即甲醛分子)的残余力场或占据在表面的甲醛分子所形成的新力场,可以继续进行吸附,而继续进行吸附的甲醛分子也更容易被脱附,这也是甲醛释放持续时间可以十分漫长的原因之一。再一个原因是被脱附的甲醛分子需要经过不同长度的路径才能释放到空气中去,而且在脱附后的释放过程中还可能产生新的吸附。最后一个原因是大家都知道的即脲醛树脂人造板在使用过程中,还会产生新的游离甲醛分子,又会经历一个吸附和脱附的漫长历程。

多年前,有的企业曾试图用对人造板表面进行密封处理的办法防止甲醛释放,但这有很大的风险,一旦密封材料有所破损,由于板材内部已经积累了许多可以被释放的甲醛气体,因此,即使破损处很小,甲醛的短期释放速度也远远大于未密封处理的同一种板材,有企业曾按资料介绍,用氨气处理板材,消除甲醛释放,但板材吸附的氨气同样会缓慢释放,此法不可取,该现象可以用实验证实。

1.3 外部环境

以上分析的是甲醛释放的内在原因,下面分析外部环境对人造板甲醛释放的影响。一是外部环境空气中的甲醛浓度的影响,浓度越大,则释放越慢,当浓度达到一定值时,板材可能还会吸附甲醛,当然释放和吸附总是同时存在的,只是平时释放总是远大于吸附,综合效应是空气中的甲醛浓度在增加,但也不能排除吸附大于释放的情况,因此有的标准中对甲醛释放测定的试件预处理时特别强调,不要把释放量差别很大的试件放在同一个预处理室内,以免发生干扰。二是环境温度的影响,所有的测定方法标准都规定有温度要求,二者呈正相关这是很容易理解的。三是环境湿度的影响,根据美国大、小气候箱法测定甲醛释放量时,均要求考虑环境的相对湿度(RH)的影响,当实际的RH小于规定时,要乘以一个大于1的系数;反之,则乘以一个小于1的系数,这表示环境的RH与甲醛的释放呈正相关。但笔者认为,如果环境的RH造成了试件含水率的增加,则肯定会降低甲醛释放量。美国的干燥器法中不考虑RH的影响是正确的,下面将谈及。四是环境气流速度的影响,当环境的气流速度与板面平行时,速度越大则释放量也将增加,这是毋庸质疑的,所以气候箱法测定甲醛释放量时,会规定一个气流速度的范围,而在干燥器法中则无需考虑

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