室内装饰装修已成为人们改善生活条件、提高生活质量的重要组成部分，同时因装饰装修引发的室内污染问题备受人们关注。刨花板、胶合板、中密度纤维板大量应用于室内装修中，而人造板生产中使用的大部分是脲醛树脂胶黏剂，板材中残留的和未参与反应的甲醛会逐渐释放而导致室内空气中甲醛含量超标。针对人造板甲醛释放，各国对不同人造板制品中的甲醛释放限量和检测方法作出了规定，并从胶黏剂原料改性、人造板工艺改进和后期处理等方面入手降低人造板制品中甲醛的释放量(陆仁书，2002；陆军等，2003；沈连峰等，2008)。

目前，人造板及其制品中除甲醛外其他挥发性有机化合物的释放所引起的室内污染也受到国内外学者的关注。对新建筑住宅室内空气中挥发性有机化合物(VOC)进行测定发现，室内萜烯类、醛类、酮类物质主要来源于木质人造板及其制品(Wolkoff，1998；Melissa et al., 2000)。美国国家标准协会也出台了低释放量家具甲醛和其他VOC释放总量(TVOC)释放标准，对低释放量产品的定义作出了规定(管宁，2008)。针对人造板VOC释放的大量研究发现，人造板从原料、热压到后期处理过程中都会有不同程度的VOC释放。龙玲等(2008)在对杉木(Cunninghamia lanceolata)的干燥过程中发现，有大量的醛类、萜烯类、醇类化合物释放，干燥温度和终含水率对挥发物的释放量影响较大。Maria(2003)对木材干燥过程优化，降低人造板VOC的释放，同时发现对人造板进行表面处理也可减少VOC的释放。Douglas等(2002)、Wang等(2003)研究热压过程中刨花板VOC的释放发现，在热压过程中刨花板会释放出乙酸、甲醛、甲醇以及萜烯类物质，且热压温度、热压时间、胶种、树种的改变对刨花板VOC释放种类有不同程度的影响。

本研究以兴安落叶松(Larix gmelinii)刨花和脲醛树脂胶黏剂为原料，采用正交试验，研究热压温度、热压时间、施胶量和密度工艺因子对刨花板甲醛和TVOC的影响，优化刨花板生产工艺，以降低刨花板在使用中甲醛和VOC的释放。

1 材料与方法 1.1 材料

试验用兴安落叶松取自黑龙江伊林林场，经削片、刨片后制得平均尺寸为17.55 mm×2.46 mm×0.53 mm的针状刨花，初含水率为43%。胶黏剂选用哈尔滨邦德胶黏剂厂生产的脲醛树脂胶黏剂，pH值为7.8，黏度为61 s(25℃，涂-4杯)，游离甲醛含量0.16%，固体含量为51.9%。防水剂选用浓度40%的石蜡乳液，固化剂选用浓度20%的NH₄Cl。

1.2 仪器与设备

DL-HFQT-1人造板有机挥发气体采集装置；PGM-7240手持式VOCs气体检测仪；亚都KJG3001空气净化器；超声波YC-D204A型加湿器；穿孔萃取仪；套式恒温器；天平；水银温度计；空气对流干燥箱；分光光度计。

1.3 方法 1.3.1 热压工艺因子初选与试验设计

本研究考察热压温度、热压时间、施胶量和密度4个热压工艺因子对刨花板甲醛及其他VOC释放总量的影响。采用正交表L₉3⁴设计压制刨花板，进行重复试验，具体试验设计方案见表 1。

1.3.2 刨花板甲醛测定方法

依据国家标准《人造板及其制品中甲醛释放限量》(GB 18580-2001)的要求，采用穿孔萃取法对刨花板中甲醛的释放量进行测定。

1.3.3 刨花板VOC(除甲醛)测定方法

刨花板热压后在室温条件下放置24 h，使刨花板的温度和含水率趋于平衡。刨花板4个边部采用本身低释放性的铝质黏胶带密封，以防止边部产生高VOC释放。边部处理后的刨花板裸露面积为0.192 m²(320 mm×300 mm×2面)。

东北林业大学80 L人造板有机挥发气体采集装置由密封舱、清洁空气供给装置、环境参数自动控制装置和加湿控制装置组成。试验前分别用强碱性清洗剂、自来水、去离子水清洗舱内表面。调整采样装置至标准测试条件(温度23 ℃，相对湿度50%，空气交换率1.13 L·min^-1)，放入待测样本运行1 h后开始8 h连续测试。将手持式VOC气体检测仪与采样装置的出气口连接记录读数。由于该VOC气体检测仪所选用10.6 eV的PID灯，甲醛的电离电位为10.9 eV，因此试验中检测到的VOCs不包含甲醛。

2 结果与讨论

选用热压温度、热压时间、施较量、密度4因子3水平L₉3⁴正交表进行试验，在热压压力2.5 MPa的条件下压制幅面尺寸为340 mm×320 mm×8 mm落叶松刨花板。每组平行试验重复3次，试验结果如表 2所示。

2.1 热压工艺因子对刨花板甲醛释放量的影响

应用穿孔法测定的落叶松刨花板甲醛释放量离散度较大，最高释放量可达10.62 mg·(100 g)^-1，最低释放量仅为1.55 mg·(100 g)^-1，平均值为4.97 mg·(100 g)^-1。对试验数据进行极差分析和显著性分析，确定各因子的影响程度，进而优选工艺。

由表 3，4可知，热压温度A因子极差值最大，即热压温度的改变对刨花板甲醛释放量的影响最大，其次为施胶量C、热压时间B，密度D对甲醛释放量影响最小。由表 4可以看出，热压温度、热压时间、施胶量、密度对刨花板甲醛释放量均影响显著。在刨花板热压过程中，对甲醛的释放量进行控制需要同时考虑热压温度、热压时间、施胶量、密度4个因素，得到较佳工艺条件为A₃B₃C₁D₁，即热压温度180 ℃，热压时间37.5 s·mm^-1，施胶量7%，密度0.6 g·cm^-3。

人造板中的甲醛释放主要来自4个方面：树脂中的游离甲醛、热压时树脂的分解、使用过程中树脂的降解及木材组分中的甲醛(陈宏刚等，2006)。热压温度的升高、热压时间的延长有助于树脂交联度的提高，使刨花板中大量的甲醛随水蒸气蒸发而迁移，加速其在热压过程中的大量释放，从而降低了甲醛的释放量。在高温条件下，木材中的半纤维素分解，木素中的甲氧基键断裂释放出甲醛。减少刨花使用量，降低UF树脂胶黏剂施胶量，施胶后板坯含水率降低，促进热压时胶黏剂交联反应，从而降低板材中甲醛释放量。

2.2 热压工艺因子对刨花板TVOC(除甲醛)释放量的影响

应用PGM7240手持式VOC气体检测仪对正交试验样本进行连续8 h的测定，得到标准条件下刨花板VOCs(除甲醛)释放量平均值。由表 3可知，热压温度因子A对刨花板VOCs释放影响最大，其次是热压时间B和施胶量C，密度因子D对刨花板VOCs释放量影响最小。显著性分析表明(表 4)，在a=0.05时，热压温度、热压时间、施胶量、密度对刨花板VOCs释放量均影响显著。结合极差分析结果得到控制刨花板VOCs(除甲醛)释放量的较佳工艺条件为A₃B₃C₃D₁，即热压温度180 ℃，热压时间37.5 s·mm^-1，施胶量11%，密度0.6 g·cm^-3。

VOC大都为沸点在50~260 ℃以蒸汽形式存在的有机物，兴安落叶松中含有较多的水抽提物，其中多为挥发性物质。热压温度升高，时间延长，木材主要成分纤维素、半纤维素和木素在高温条件下降解，木材提取物中部分成分发生裂解而大量挥发。UF树脂施胶量增加，使参与反应的一些高分子质量有机挥发物质释放降低(Ting et al., 2002)，但板坯的含水率会明显升高，试验用落叶松刨花干燥后含水率在4%左右，施胶后板坯含水率达到9%~14%。板坯含水率提高，板坯中心温度达到热压温度迅速，板坯内部易挥发抽出物与裂解产物在高温、较高蒸汽压力作用下随着水分大量迁移而迅速释放，从而使刨花板后期使用中VOCs的释放降低。

2.3 优化工艺因子对刨花板有机挥发物释放的影响

通过不同热压工艺因子对刨花板甲醛和VOCs释放影响的极差分析和显著性分析，综合考虑甲醛和VOCs释放量，在甲醛释放量符合国家标准GB 18580-2001的条件下，选择VOCs(除甲醛)释放总量最低的热压工艺，即热压温度180 ℃，热压时间37.5 s·mm^-1，施胶量11%，密度0.6 g·cm^-3。以该工艺因子进行优化试验，得到落叶松刨花板甲醛和VOCs(除甲醛)释放量见表 5。

由表 5可知，优化工艺条件下的落叶松刨花板甲醛释放量仅为1.67 mg·(100 g)^-1，远低于国家标准中E₁级人造板9 mg·(100 g)^-1的限量值。目前我国尚未对人造板中TVOC的释放限量加以限定，优化工艺的刨花板VOCs(除甲醛)释放量明显降低，0.192 m²刨花板8 h释放平均值为31.33 μg·m^-3，该结果可为今后刨花板VOCs释放限量标准的制定提供依据。对其进行7天连续测定发现，刨花板VOCs(除甲醛)释放缓慢，且随着暴露时间的延长而稳步下降，如图 1所示。

3 结论

目前，市售刨花板大都以木材碎料和UF树脂胶黏剂为主要原料，再添加填料压制而成。板材的各种组成原料成为刨花板VOCs释放的主要来源，因此为降低刨花板VOCs的释放，研究集中于刨花原料VOCs的释放的定性与定量。本研究采用正交试验优化热压工艺因子，得到刨花板低VOCs释放的最优生产工艺条件。

本研究结果表明：热压温度、热压时间、施胶量及板密度工艺因子对刨花板在存放过程中甲醛及其他VOCs的释放影响显著，具有统计学意义。其中以热压温度的变化对甲醛及其他VOCs释放量影响最为显著。

在高温条件下，UF树脂胶黏剂交联度提高，木材半纤维素、木素发生降解，木材抽提物中部分成分的裂解造成了热压过程中甲醛及其他VOCs大量释放；同时，UF树脂胶黏剂的添加引起刨花板板坯含水率的上升也是造成刨花板热压过程中VOCs大量释放的主要原因。受各热压因子间交互作用的影响，刨花板后期使用过程中VOCs的释放降低。

正交试验分析确定低甲醛、VOCs释放量的刨花板较佳工艺因子为：热压温度180℃，热压时间37.5 s·mm^-1，施胶量11%，密度0.6 g·cm^-3。

优化工艺刨花板的甲醛释放量满足GB 18580-2001《人造板及其制品甲醛释放限量》标准要求，其VOCs(除甲醛)释放量明显降低，且随暴露时间延长呈缓慢释放、稳步下降的趋势。