CN1785617A

CN1785617A - 一种消除人造板内游离甲醛的方法及装置

Info

Publication number: CN1785617A
Application number: CN 200510115868
Authority: CN
Inventors: 韩旭; 狄洪发; 王悦
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2005-11-10
Filing date: 2005-11-10
Publication date: 2006-06-14
Anticipated expiration: 2025-11-10
Also published as: CN1329171C

Abstract

本发明涉及一种消除人造板内游离甲醛的方法及装置，本发明方法包括以下步骤：(1)向水中或含有5～10％过氧化氢的水中通入臭氧，每公斤溶液所匹配的臭氧发生器的臭氧发生量不小于1000mg/h，通入时间不少于10分钟；(2)将制得的溶液喷涂在人造板的表面，平均喷涂密度为10～30g/m²；(3)将人造板放在连续产生臭氧的密闭处理箱中，臭氧小时发生量平均到处理箱内部净空体积不小于1g/h·m³；(4)与步骤(3)同时用紫外光照射人造板的表面，紫外灯的总功率平均到所处理人造板的面积上不低于1W/m²；本发明通过调节臭氧产量或紫外灯照射支数可实现对羟基自由基(·OH)生成量的控制，可以很方便地调节装置的净化能力。本发明装置结构简单，制作方便，可以有效地实现本发明方法。

Description

一种消除人造板内游离甲醛的方法及装置

技术领域

本发明涉及一种消除甲醛的方法，特别是关于一种消除人造板内游离甲醛的方法及装置。

背景技术

在室内装修过程中，不可避免地会产生多种污染物，其中污染最严重的就是甲醛。甲醛是无色、具有强烈气味的刺激性气体，比重略大于空气，易溶于水，是一种挥发性有机化合物。甲醛是原浆毒物，能与蛋白质结合，吸入高浓度甲醛会导致呼吸道严重刺激和水肿、眼刺痛、头痛、支气管哮喘等症状。皮肤直接接触甲醛，可引起皮炎、色斑、坏死。长期接触甲醛，会出现粘膜充血、头痛、恶心、失眠、植物神经紊乱等一系列的症状甚至造成鼻癌。若空气中甲醛浓度达到30mg/m³时甚至会立即使人致死。

人造板甲醛污染的成因及规律如下：1、人造板的材料90％左右是木材，木材本身散发甲醛。用单板制造胶合板，用刨花和纤维制造刨花板和中密度纤维板，都需要对木材进行剖解和分离并经历干燥，这就使木材本身产生的甲醛向外界逸出。在相同生产条件下，橡树刨花板的甲醛释放量明显低于松木刨花板。桦木刨花板比云杉刨花板的甲醛释放量高20％，云杉板比栎木板的甲醛释放量高10％。含大量树皮的刨花板，其甲醛释放量较低。云杉树皮和松树皮的刨花板，甲醛释放量低于山毛榉树皮刨花板。刨花板中大而扁平的刨花占的比例越大，刨花板的甲醛释放量就越低。在相同条件下，锯屑板释放的甲醛量比刨削刨花板高出10倍。另外，板材木质含水率越高，板材甲醛释放量越大。2、人造板在制造过程中要施胶，胶粘剂中有未参与反应的游离状甲醛。目前常用的胶为脲醛树脂和三聚氰胺树脂胶，这些胶在生产时由于所采用的配方不同或者制胶工艺不同，导致制成的树脂胶中含有一定量的游离甲醛(通常控制在1.5％左右)。树脂中甲醛与尿素的摩尔比(F/U)越大，游离甲醛含量越高。人造板在制造过程中施胶量越大，甲醛释放越多。在其它条件相同的情况下，当施胶量提高5％，板材的甲醛释放量将增加20％。3、板材制造过程中要经过热压，热压时未完全固化产生甲醛。使线型结构的树脂胶变成网状结构，即固化反应。但是由于在板坯加压的过程中，通常在板坯厚度方向存在着从表面到芯层逐步降低的温度梯度，使得这一过程通常很难进行完全，造成板坯内部，尤其是芯层，存在一些未发生固化反应的线型结构树脂，很容易分解出甲醛向外界散发。人造板的甲醛释放量随固化剂(氯化铵)的用量增加而减少，不使用固化剂压制的板子，其甲醛释放量最大。但由于固化速度的限制，生产中氯化铵的加入量不能过多。固化组分中加入氨水和尿素，也可以降低甲醛释放量，但是过多加入氨水会减缓固化速度。至于尿素，只可用于游离甲醛超过0.4％的树脂，对于游离甲醛低于0.4％的树脂，使用尿素会增大刨花板的膨胀率。板材制造过程中热压温度越高，热压时间越长，板材在热压时释放掉的甲醛越多，成品板材甲醛释放量越低。4、人造板成品堆放一般有自热压机出来后立即堆放、自然冷却后堆放和强制冷却后堆放三种堆放方法。试验证明，冷却后堆放的板材与未经冷却而直接堆放的板材相比，甲醛释放量降低44％，而自然冷却后堆放比强制冷却后堆放的板材，甲醛释放量减少5％。刨花板冷却至60～70℃时再堆放，对降低板内甲醛含量效果较好。5、人造板甲醛散发存在长期性和顽固性，人造板在各种不尽相同的使用条件下，往往会受到温度、湿度、酸碱、风化、光照等环境条件的影响，使板内原先未百分之百固化的树脂发生降解而释放出甲醛，即使完全固化的树脂也会因为日久天长的恶劣条件的磨难而分崩离析导致甲醛散发。这些原因造成使用过相当长时间后的人造板，其甲醛散发量与刚刚热压后的同类板子的甲醛散发量相差无几，有时甚至有所增加。使用环境的温度和相对湿度越大，板材的甲醛释放量越大。

在加工过程中减少人造板甲醛释放量的现有技术方法，包括减小木材中的刨花含量，热压后自然冷却，增加热压温度，延长热压时间，添加甲醛捕捉剂或甲醛抑制剂，减少施胶量或者调低脲醛树脂胶中甲醛的含量等。但这些方法或是增加了人造板的生产成本和生产周期，或是在加工过程中增加了新的污染物，或是降低了人造板的粘合质量，其结果并不理想，具有一定的局限性。而作为消费者，人们在使用人造板时，不得不采取加强通风、推迟新房入住时间、在成品家具上喷涂甲醛消除剂、在室内使用空气净化器或者种植花草、或以实木家具代替人造板材家具等被动方法来避免人造板甲醛释放带来的危害。但在寒冷季节采用加强室内通风的方法有实际困难，板材裸露表面多存在于家具内部，一般的通风方法也没有太好的效果。调查显示，装修且搬入家具，放置6个月后，室内甲醛浓度会有明显降低，此时人员再入住能显著减少甲醛污染带来的危害。这种方法虽然有效，但是周期太长，一般不具有实际意义。大量使用实木家具代替人造板材家具的方法，从木材资源紧缺和消费能力有限来讲，在我国都不具有推广的意义。

甲醛消除剂的成分主要分三类：一类为亚硫酸盐、氨、有机胺等药剂。喷涂在人造板表面后，能与人造板释放出的甲醛起聚合反应。缺点在于喷涂量有限，药剂很快消耗完后，消除作用即失效。第二类为封闭剂。这类物质并不能消除甲醛，其原理是在人造板表面形成一层致密保护膜。缺点对于粗燥表面使用效果差，对于有装饰表面无法使用。第三类为能分解甲醛的生物活性酶。缺点在于价格昂贵，不宜推广。由于人造板甲醛散发是一个漫长的过程，因此使用传统意义上的空气净化方法，费时费力且效果有限。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种反应效率高、稳定性好、价格低廉、无新的有害物生成的、且基于高级氧化法原理的消除人造板内游离甲醛的方法及装置。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种消除人造板内游离甲醛的方法，它包括以下步骤：(1)向水中或含有5～10％过氧化氢的水中通入臭氧，每公斤溶液所匹配的臭氧发生器的臭氧发生量不小于1000mg/h，通入时间不少于10分钟；(2)将制得的溶液喷涂在人造板的表面，平均喷涂密度为10～30g/m²；(3)将人造板放在连续产生臭氧的密闭处理箱中，臭氧小时发生量平均到处理箱内部净空体积不小于1g/h·m³；(4)与步骤(3)同时用紫外光照射人造板的表面，紫外灯的总功率平均到所处理人造板的面积上不低于1W/m²；通过上述步骤使臭氧与潮湿的人造板表面接触并溶解，当臭氧被紫外光照射时，产生游离氧自由基(·O)，游离氧自由基(·O)与水分子反应产生羟基自由基(·OH)；与此同时在高湿材料表面产生过氧化氢(H₂O₂)，过氧化氢(H₂O₂)在紫外光的照射下分解生成·OH(羟基自由基)；随着羟基自由基(·OH)向板材内部渗透，将所渗透区域内的游离甲醛氧化为二氧化碳和水，从而消除人造板内的游离甲醛。

所述处理箱内装有风扇，所述风扇的小时风量大于等于处理箱内部净空体积。

在所述处理箱上设置有加湿器，所述加湿器的加湿量至少能将处理箱内的空气加湿达到80％的相对湿度。

所述处理箱内设置有一加热装置，其加热温度为30～60℃。

一种消除人造板内游离甲醛的装置，其特征在于：它包括一密闭处理箱，一臭氧发生器，一加湿器和数支紫外灯；所述处理箱具有一可开启的箱门，所述臭氧发生器通过管路分别连接所述处理箱的进、出气孔，所述加湿器通过管路连接所述处理箱的加湿孔，所述紫外灯安装在所述处理箱内。

所述处理箱内设置有风扇。

所述处理箱上设置有加湿器。

所述处理箱内设置有加热装置。

所述加热装置为电加热器。

所述加热装置为设置在所述处理箱中的水-气型换热器，所述换热器通过进、出水口与位于所述处理箱外部的加热管路相连。

所述加热装置为设置在所述处理箱壁面上夹层水套，所述水套中的水通过进、出水口与位于所述处理箱外部的加热管路相连。

所述臭氧发生器和加湿器设置在所述处理箱内。

本发明方法与现有技术相比，具有以下优点和突出性效果：1、本发明采用臭氧生成羟基自由基(·OH)来消除人造板材中的游离甲醛，羟基自由基(·OH)标准电极电势为2.8V，氧化能力很强，因此净化效率高。2、本发明将有害物质最终氧化成二氧化碳和水，因此无二次污染。3、本发明与使用亚硫酸盐、氨、尿素等甲醛消除剂处理人造板中游离甲醛的方法相比，成本低廉，无重新分解产生甲醛的可能或产生新有害物的危险。4、本发明所使用的臭氧发生技术、紫外灯制造技术是较为成熟的现有技术，因此生成羟基自由基(·OH)的过程稳定，人造板净化效率稳定。5、本发明流程简单，所用组件都可以直接在市场上购买到，易于实现。6、本发明通过调节臭氧产量或紫外灯照射支数可实现对羟基自由基(·OH)生成量的控制，可以很方便地调节装置的净化能力。本发明装置结构简单，制作方便，可以有效地实现本发明方法。

附图说明

图1是本发明方法中专用的一种装置结构示意图

图2～图7是本发明在臭氧发生量为3g，处理温度分别为45℃、60℃时，将细木工板各自处理2h、4h、6h后，细木工板的甲醛浓度变化曲线图

具体实施方式

下面结合附图和较佳实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，为实现本发明方法，需要设置一密闭处理箱1，在处理箱1表面安装有数支紫外灯3、一臭氧发生器5，一加湿器6。臭氧发生器5通过管路分别与处理箱上的进气孔10、出气孔11相连。加湿器6通过管路与处理箱1上的加湿孔12相连。

上述装置中，处理箱1的尺寸可以根据计划一次处理的人造板的数量和尺寸设计，如果处理箱1空间允许，可将臭氧发生器5和加湿器6设置在处理箱1内部。处理箱1内可以在底部或两侧设置人造板固定支架7，人造板可以间隔地垂向或水平方向夹设在固定支架7之间，固定支架7的数目由所处理人造板的数量决定。处理箱1的进出口可以是处理箱1的顶盖、某个侧壁的全部或局部，最好是制作一活动的箱门2，以方便人造板从打开的箱门2出入处理箱1。在处理箱1上还设置一采样孔8，以进行甲醛浓度测试。

臭氧发生器5的发生量、加湿器6的加湿量根据处理箱1的具体尺寸决定，一般臭氧发生器5的臭氧小时发生量平均到处理箱1内部净空体积不小于1g/h·m³，加湿器6的加湿量一般要能保证将处理箱1内的空气在通常处理温度为30～60℃时，加湿至少达到80％的相对湿度，目的是防止人造板表面水分的过度蒸发。

紫外灯的紫外光波长可位于A、B、C三波段的任一范围，其中A波段为320～400nm；B波段为275～320nm；C波段为200～275nm。紫外灯的总功率根据人造板的处理量决定，紫外灯的总功率平均到所处理人造板的总面积上应不低于1W/m²。

可以在处理箱1内装有一部或两部或更多风扇4，风扇4的位置可选择，风扇4的小时风量应大于等于处理箱内部净空体积，以达到促进箱内臭氧均匀分布的效果。

处理箱1可以设置一加热装置13，该加热装置可以采取各种不同的方式，比如：第一种是将电加热器直接放在处理箱1中；第二种是将水-气型换热器放在处理箱1中，换热器中以水为换热介质，换热器通过进、出水口14、15与位于处理箱1外部的加热管路相连；第三种是将处理箱1的各壁面或部分壁面设计为带有夹层的水套，水套中的水通过进、出水口与位于处理箱1外部的加热管路相连。

实施例1：

购得同一厂家同一批次的三张人造板，分别锯成两半，然后测试这六张人造板试样的甲醛散发量。测试结果表明，同一张人造板的两个半块板的甲醛散发量基本相等。从来源于同一张人造板的两块试样中任选一张放在通风处，让其自然散发，并将另一张试样采用本发明方法进行处理。处理方法和过程如下：

(1)向含有5％过氧化氢的水溶液中通入臭氧，每公斤溶液所匹配的臭氧发生器的臭氧发生量为1200mg/h，通入时间10分钟。

(2)将此溶液以10g/m²的密度喷涂在三张半块的人造板试样表面。

(3)预先将处理箱1内的温度加热到45℃，打开处理箱1的箱门2，将人造板放入处理箱1中，固定在二个固定支架7上，将一电热蒸汽加湿器6通过加湿孔将处理箱1内相对湿度增加到80％。打开风扇4，开启紫外灯3，紫外光直接或通过反射照射在人造板的各个表面。同时启动臭氧发生器5向处理箱1中通入臭氧，臭氧发生量为3g/h，处理时间分别设定为2h、4h和6h。

(4)到设定时间后，关闭臭氧发生器5、紫外灯3、风扇4，取出被处理的人造板试样，放在与自然散发的另三张人造板试样相同的通风环境中干燥。

(5)72小时后，对采用本发明方法处理的三张人造板试样和采用自然散发处理过的另三张人造板试样进行甲醛散发量比照测试。测试在处理箱1中进行。分别将所测试样放入处理箱1中密闭，开风扇4，通过采样孔8测取处理箱1中的甲醛浓度。各试样在处理箱1中的甲醛浓度变化如图2、图3、图4所示，图中的“A”曲线为经过处理的细木工板的甲醛浓度变化曲线，“B”曲线为不经处理的用来对照的细木工板的甲醛浓度变化曲线。

如图2所示，在臭氧发生量为3g/h，处理温度45℃，处理时间2h的条件下，处理后试件的甲醛散发量与采用自然散发处理的试件相比大约减少了64％。

如图3所示，在臭氧发生量为3g/h，处理温度45℃，处理时间4h的条件下，处理后试件的甲醛散发量与采用自然散发处理的试件相比大约减少了73％。

如图4所示，在臭氧发生量为3g/h，处理温度45℃，处理时间6h的条件下，处理后试件的甲醛散发量与采用自然散发处理的试件相比大约减少了76％。

实施例2：

本实施例的步骤与实施例1相同。除了将处理温度改为60℃外，其余处理参数相同，各试样在处理箱1中的甲醛浓度变化如图5、图6、图7所示，。图中的“A”曲线为经过处理的细木工板的甲醛浓度变化曲线，“B”曲线为不经处理的用来对照的细木工板的甲醛浓度变化曲线。

如图5所示，在臭氧发生量为3g/h，处理温度60℃，处理时间2h的条件下，处理后试件的甲醛散发量与采用自然散发处理的试件相比大约减少了74％。

如图6所示，在臭氧发生量为3g/h，处理温度60℃，处理时间4h的条件下，处理后试件的甲醛散发量与采用自然散发处理的试件相比大约减少了74％。

如图7所示，在臭氧发生量为3g/h，处理温度60℃，处理时间6h的条件下，处理后试件的甲醛散发量与采用自然散发处理的试件相比大约减少了72％。

本实施例的比较结果表明：采用本发明方法消除人造板内的游离甲醛，其处理效果由高级氧化效率、处理温度、处理时间共同决定。当处理温度为60℃时，由于臭氧和自由羟基的还原速度加快，向人造板内部进行渗透的作用深度减少。所以随着处理时间的延长，处理效果逐渐接近并低于45℃时的处理效果。

Claims

1、一种消除人造板内游离甲醛的方法，它包括以下步骤：

(1)向水中或含有5～10％过氧化氢的水中通入臭氧，每公斤溶液所匹配的臭氧发生器的臭氧发生量不小于1000mg/h，通入时间不少于10分钟；

(2)将制得的溶液喷涂在人造板的表面，平均喷涂密度为10～30g/m²；

(3)将人造板放在连续产生臭氧的密闭处理箱中，臭氧小时发生量平均到处理箱内部净空体积不小于1g/h·m³；

(4)与步骤(3)同时用紫外光照射人造板的表面，紫外灯的总功率平均到所处理人造板的面积上不低于1W/m²；

通过上述步骤使臭氧与潮湿的人造板表面接触并溶解，当臭氧被紫外光照射时，产生游离氧自由基(·O)，游离氧自由基(·O)与水分子反应产生羟基自由基(·OH)；与此同时在高湿材料表面产生过氧化氢(H₂O₂)，过氧化氢(H₂O₂)在紫外光的照射下分解生成·OH(羟基自由基)；随着羟基自由基(·OH)向板材内部渗透，将所渗透区域内的游离甲醛氧化为二氧化碳和水，从而消除人造板内的游离甲醛。

2、如权利要求1所述的一种消除人造板内游离甲醛的方法，其特征在于：所述处理箱内设置有风扇，所述风扇的小时风量大于等于处理箱内部净空体积。

3、如权利要求1或2所述的一种消除人造板内游离甲醛的方法，其特征在于：在所述处理箱上设置有加湿器，所述加湿器的加湿量至少能将处理箱内的空气加湿达到80％的相对湿度。

4、如权利要求1或2所述的一种消除人造板内游离甲醛的方法，其特征在于：所述处理箱内设置有加热装置，其加热温度为30～60℃。

5、如权利要求3所述的一种消除人造板内游离甲醛的方法，其特征在于：所述处理箱内设置有加热装置，其加热温度为30～60℃。

6、一种消除人造板内游离甲醛的装置，其特征在于：它包括一密闭处理箱，一臭氧发生器，一加湿器和数支紫外灯；所述处理箱具有一可开启的箱门，所述臭氧发生器通过管路分别连接所述处理箱的进、出气孔，所述加湿器通过管路连接所述处理箱的加湿孔，所述紫外灯安装在所述处理箱内。

7、如权利要求6所述的一种消除人造板内游离甲醛的装置，其特征在于：所述处理箱内设置有风扇。

8、如权利要求6所述的一种消除人造板内游离甲醛的装置，其特征在于：在所述处理箱上设置有加湿器。

9、如权利要求7所述的一种消除人造板内游离甲醛的装置，其特征在于：在所述处理箱上设置有加湿器。

10、如权利要求6或7或8或9所述的一种消除人造板内游离甲醛的装置，其特征在于：所述处理箱内设置有加热装置。

11、如权利要求10所述的一种消除人造板内游离甲醛的装置，其特征在于：所述加热装置为电加热器。

12、如权利要求10所述的一种消除人造板内游离甲醛的装置，其特征在于：所述加热装置为设置在所述处理箱中的水-气型换热器，所述换热器通过进、出水口与位于所述处理箱外部的加热管路相连。

13、如权利要求10所述的一种消除人造板内游离甲醛的装置，其特征在于：所述加热装置为设置在所述处理箱壁面上夹层水套，所述水套中的水通过进、出水口与位于所述处理箱外部的加热管路相连。

14、如权利要求6或7或8或9或11或12或13所述的一种消除人造板内游离甲醛的装置，其特征在于：所述臭氧发生器和加湿器设置在所述处理箱内。

15、如权利要求10所述的一种消除人造板内游离甲醛的装置，其特征在于：所述臭氧发生器和加湿器设置在所述处理箱内。