УДК 674.815-41

анализ эмиссииформальдегида из древесных плит

 

ANALYSIS OF THE FORMALDEHYDE EMISSION FROM WOOD BOARDS

 

Плотников С.М., Руденко Б.Д.

(Красноярский институт железнодорожного транспорта, г. Красноярск, РФ)

Plotnikow S.M., Rudenko B.D.

(Krasnoyarsk Institute of Railway Transport, Krasnoyarsk)

 

Показано что при уменьшении начальной концентрации формальдегида в несколько раз за счет использования акцепторов формальдегида или облицовки плиты, во столько же раз увеличивается время эмиссии формальдегида.

 

It is shown that with a decrease in the initial concentration of formaldehyde by several times due to the use of formaldehyde binders of substances or cladding of the board, the emission time increases by the same amount.

 

Ключевые слова: древесная плита, выделение формальдегида, постоянная времени эмиссии, акцепторы, облицовка

Keywords:  release of formaldehyde, emission time constant, acceptors, cladding

 

        Формальдегид в домах выделяют многие отделочные материалы: окна и потолки из ПВХ, некоторые виды обоев, напольные покрытия, плинтусы, но главным источником формальдегида являются древесные плиты, использующиеся в мебели. Мебель из фанеры, ДСП, ДВП, МДФ выделяет формальдегид несколько месяцев и даже лет.

        В исследованиях, проводимых в США и Германии, снижение эмиссии формальдегида характеризуется периодом полураспада – временем, требующимся для снижения концентрации формальдегида до половины величины исходной или первой определенной концентрации. Значения периода полураспада в различны исследованиях сильно варьируются и составляют от 1 года до 5 лет.

        В [1] показано, что эмиссия формальдегида из древесных плит происходит по экспоненциальной зависимости.В [2] представлен график снижения концентрации формальдегида с 1 ppm до 0,3 ppm в течение 4 месяцев и даны формулы по определению периода полураспада формальдегида в зависимости от различных производственных факторов.

        В исследованиях,проведенныхв США Национальной Ассоциацией ДСП (NPA)[3] получена логарифмическая регрессионная модель снижения концентрации формальдегида

А = 0.245 – 0.029 ln(t).                                         (1)

Здесь А - концентрация формальдегида в воздухе (ppm);

t - время после изготовления плиты в днях.

         Период полураспада в выражении (1) соответствует200 дням.

 

        Для описания процесса эмиссии формальдегида более удобно оперировать не с периодом полураспада Т1/2, а с постоянной времени эмиссии ТЭ, которая входит в выражения, описывающие процесс эмиссии. ТЭ– период за который процесс эмиссии достиг бы установившегося (конечного) значения, если бы протекал с начальной интенсивностью. Процесс эмиссии завершится на 95% за время 3ТЭ и на 98% - за время 4ТЭ. Период полураспада и постоянная времени эмиссии связаны соотношением Т1/2 = 0,693ТЭ.

        Изменениеэмиссии формальдегида из древесных плит, в [4] описаноэкспоненциальной моделью

,                                           (2)

гдеА - концентрация формальдегида в ppm;

t  текущее время в днях .

        В уравнении (2) постоянная времени эмиссии Тэ = 4,2 года.

Снизить концентрацию формальдегида в древесной плите возможно химически (добавлением акцепторов, способных поглощать свободный формальдегид или вступать с ним в химическое взаимодействие) и механически (облицовкой плит, т.е. их покрытием декоративным материалом, например, шпоном, ламинатом, меламином, полимерными пленками). Кривые эмиссии формальдегида из необлицованной и облицованной плитыпри снижении начальной концентрации в 2 раза показаны на рисунке 1.

        Рисунок 1 – Кривые эмиссии формальдегида:1 – из необлицованной плиты; 2 – из облицованной плиты

 

Допустим, уровень начальной концентрации выделяемого формальдегида А1 за счет облицовки плиты или за счет введения в плиту акцепторов снижен до уровня А2 (рисунок 1). Тогда интенсивность эмиссии формальдегида уменьшается, однако его количество в плите остается постоянным. Это означает, что площади, ограниченные экспонентами, одинаковы, что можно описать уравнением

,                                    (3)

 

гдеА1, А2 – начальные (первые определенные) значения концентрации формальдегида, мг/м3 или ppm;

ТЭ1, ТЭ2 – соответствующие постоянные времени эмиссии формальдегида.

        Решение уравнения (3) дает

А1·TЭ1 = A2·TЭ2.                                              (4)

       

Это следует также из графиков: треугольники, ограниченные касательными и осями координат имеют одинаковые площади.

        Таким образом, еслиза счет использования связывающих формальдегид веществ или облицовки плитыначальную концентрацию формальдегида снижают в М раз, во столько же раз увеличивается постоянная времени эмиссии.До момента tх формальдегид выделяется более интенсивно по кривой 1, после – по кривой 2. Время tх можно определить из уравнения

,                                    (5)

 

         откуда

.

       

 

Например, при сокращении начальной эмиссии формальдегида вдвое (А1 = 2А2, ТЭ1 = 0,5 ТЭ2), момент времени пересечения кривых 1 и 2 принимает значение tх = 1,39 ТЭ1 = 0,69 ТЭ2.  После этого момента концентрация формальдегида в облицованных плитах или плитах, содержащих акцепторы, будет превышать концентрацию в плитах, в которых данные факторы не использованы.

        Для фактического уменьшения концентрации формальдегида за весь срок службы плит, следует использовать на этапе их производства вещества, разлагающие формальдегид, либо снизить в них количество связующего. Во втором случаенеобходимо принять определенные меры для компенсации потери прочности плит, например, за счет более качественногоориентирования исходных древесных частиц [5].

        При снижении начальной концентрации формальдегида в N раз (А3 = А1/N) площадь, охватываемая кривой эмиссии, уменьшается также в N раз

,

 

откудаТ1 = Т3, то есть постоянная времени эмиссии не изменится. При этом за весь период эксплуатации плиты концентрация формальдегида в ней будет в N раз меньше.

        Кривые эмиссии формальдегида при снижении его начальной концентрации в 2 раза показаны на рисунке 2.

Рисунок 2 – Кривые эмиссии формальдегида:

1 – высокая начальная концентрация; 2 – низкая начальная концентрация

 

Выводы:

- при исследовании процессов эмиссии токсичных газов целесообразно оперировать не с периодом полураспада формальдегида, а с постоянной времени эмиссии, непосредственно входящей в выражение, описывающее процесс эмиссии формальдегида;

- при уменьшении начальной концентрации формальдегида в M раз за счет использования связывающих формальдегид веществ или облицовки плиты, в М раз увеличивается постоянная времени эмиссии, т.к. количество формальдегида в плите не изменяется. По прошествии времени tх концентрация формальдегида в «малотоксичных» плитах будет превышать концентрацию в обычных плитах.

- при уменьшении начальной концентрации формальдегида в N раз за счет использования разлагающих формальдегид веществ или за счет уменьшения исходного количества связующего, также в N раз снижается концентрация формальдегида на протяжении всего срока службы плиты.

 

Список использованных источников

1.    Berge A., Mellegaard B., Hanetho P., E. Ormstad. Formaldehyde releasefrom particleboard– evaluation of a mathematical model. HolzalsRoh-undWerkstoff 38 (1980):p.251-255.

2.    DunkyM. DieLangzeit-FormaldehydemissionausSpannplatten / HolzalsRoh- undWerksoff 48(1990) p.371-375.

3.      Zinn, T. W., D. Cline, and W.F. Lehmann. Long-term study of formaldehyde emission decay from particleboard. Forest Prod J. 40(1990)p.15-18.

4.    Formaldehydeexposuremodel - descriptionanddemonstration. Report of Versar Inc. to the U. S. Environmental Protection Agency. 1986.

5.    Плотников, С.М. Снижение формальдегида в древесных плитах за счет улучшения ориентирования частиц / С.М. Плотников // Экология и промышленность России. – 2014. – №3. – С.44-47.