Chương 3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
3.5. Sự phát thải formaldehyde đối với ván nhân tạo
3.5.1. Các phương pháp xác định hàm lượng formaldehyde phát thải
Vấn đề phát thải formaldehyde từ ván nhân tạo có liên quan trực tiếp đến việc sử dụng loại keo làm chất kết dính. Trong ngành công nghiệp sản xuất ván nhân tạo, keo UF được sử dụng làm chất kết dính đã trở nên rất phổ biến. Chính vì vậy, việc
kiểm soát hàm lượng formaldehyde trong keo luôn được quan tâm. Nhiều công trình nghiên cứu đã tiếp cận theo hướng giảm formaldehyde tự do trong keo nhằm nâng cao chất lượng ván thành phẩm. Sự phát thải có nguồn gốc từ lượng formaldehyde tự do dư có trong keo chưa tham gia phản ứng, thành phần formaldehyde có trong vật liệu gỗ, formaldehyde thoát ra từ sự thoái hóa kết cấu của ván. Trong đó, nguyên nhân từ lượng formaldehyde dư trong keo hiện tồn tại trong ván được cho là nguồn chính gây ra sự phát thải này.
Formaldehyde trong ván có thể được chia làm 2 dạng, loại dễ phát thải và loại khó phát thải khi đã liên kết. Tỷ lệ formaldehyde phát thải được chia làm 2 giai đoạn.
Giai đoạn đầu, sự phát thải chủ yếu là formaldehyde tự do. Tỷ lệ phát thải phụ thuộc vào tỷ lệ khuếch tán của formaldehyde tự do trong ván. Việc thông gió có thể thúc đẩy quá trình phát thải diễn ra nhanh hơn. Giai đoạn này thường mất từ vài tuần hoặc vài tháng tùy thuộc vào lượng formaldehyde tự do trong ván. Ở giai đoạn thứ hai, sự phát thải từ formaldehyde đã liên kết phụ thuộc vào lực liên kết, việc thông gió lúc này không có tác dụng thúc đẩy formaldehyde phát thải như ở giai đoạn đầu. Giai đoạn này có thể mất tới vài năm.
Chun-hui [22] đã phát hiện ra rằng, điều kiện cần và đủ để formaldehyde có thể phát tán từ ván nhân tạo là khi áp lực không khí bên trong ván cao hơn môi trường bên ngoài và có sự lưu thông không khí. Xingong [83] đã kết luận, formaldehyde phát thải chủ yếu từ cạnh ván, sự phát thải từ cạnh nhiều gấp 2 lần từ mặt ván. Vì vậy ván càng mỏng thì sự phát thải càng nhiều.
Việc xác định sự phát thải formaldehyde có thể được tiến hành bởi một số phương pháp. Tại Châu Âu, bốn phương pháp được sử dụng, gọi là các tiêu chuẩn Châu Âu, gồm có: EN 120 (phương pháp đục lỗ), EN 717-1 (phương pháp buồng), EN 717-2 (phương pháp phân tích khí) và EN 717-3 (phương pháp bình). Ngoài các phương pháp trên, tại Nhật và Trung Quốc còn sử dụng phương pháp bình hút ẩm (JIS A 1460).
Phương pháp đục lỗ là phương pháp được sử dụng phổ biến nhất đối với ván dăm và ván MDF. Quá trình thực hiện, formaldehyde được chiết tách từ mẫu thử bằng
cách đun sôi toluene và sau đó được thấp thụ bằng nước. Hàm lượng formaldehyde trong dung dịch nước này được xác định bằng phát hiện trắc quang hoặc quang phổ huỳnh quang và được biểu thị bằng trọng lượng (mg) trên mỗi 100 g ván khô. Các giá trị của phương pháp đục lỗ áp dụng đối với ván có độ ẩm 6,5 %. Trong trường hợp ván có trị số độ ẩm khác nhau (khoảng từ 3 ≤ H ≤ 10 %) thì giá trị thu được sẽ nhân thêm với hệ số theo công thức F = - 0,133 H + 1,86. Giá trị của hàm lượng formaldehyde thu được có thể dùng để ước tính lượng phát thải formaldehyde thực tế bằng cách sử dụng mối tương quan nhất định. Risholm-Sundman và cộng sự [51] đã chuyển đổi giá trị thử nghiệm từ EN 120 (mg HCHO / 100 g) sang giá trị (mg HCHO / m3). Nhược điểm của phương pháp đục lỗ là sử dụng toluene – một loại hóa chất có độc tính cao, độ chính xác của phương pháp cũng không cao đối với ván có mức phát thải formaldehyde rất thấp nhưng ưu điểm của phương pháp này là cho kết quả trong thời gian ngắn (khoảng 2,5 giờ).
Phương pháp buồng là phương pháp hiện được sử dụng rất rộng rãi ở khắp nơi trên thế giới, phù hợp với nhiều loại ván. Thể tích buồng là phạm vi không gian được giới hạn để đặt mẫu thử, trong đó được bố trí sao cho không khí được thổi vào buồng.
Phương pháp này có 3 loại buồng với các thể tích khác nhau: buồng lớn (12 m3), buồng trung bình (1 m3) và buồng nhỏ (0,225 m3). Lượng khí formaldehyde bay hơi ra từ mẫu được trộn với không khí trong buồng. Không khí này sẽ được hấp thụ vào nước thông qua đường ống dẫn khí, sau đó xác định nồng độ formaldehyde trong nước. Hàm lượng formaldehyde trong buồng thử được tính từ lượng formaldehyde trong nước và thể tích của mẫu khí lấy (mg/m3). Mẫu được lấy định kỳ cho đến khi nồng độ formaldehyde trong buồng đạt trạng thái ổn định. Ưu điểm của phương pháp này là các thông số thử nghiệm tương tự như điều kiện phòng, độ chính xác cao. Tuy nhiên thời gian để thu được kết quả khá dài (từ 10 – 28 ngày).
Phương pháp phân tích khí được áp dụng tại Mỹ vào năm 2009, phù hợp với nhiều loại ván. Mẫu thử có diện tích bề mặt đã xác định trước được đặt trong buồng kín với nhiệt độ, độ ẩm, luồng khí thổi vào kiểm soát đến các giá trị xác định.
Formaldehyde thoát ra từ mẫu thử trộn với không khí trong buồng. Hỗn hợp không
khí này liên tục được hút ra khỏi buồng và đi qua các bình sục khí có chứa nước để hấp thụ khí formaldehyde. Vào cuối của quá trình thử nghiệm, nồng độ formaldehyde được xác định bằng phương pháp trắc quang. Sự phát thải formaldehyde được tính từ nồng độ này. Thời gian lấy mẫu và diện tích tiếp xúc của mẫu thử được biểu thị bằng mg trên mỗi m2 trong mỗi giờ (mg/m2h). Ưu điểm của phương pháp này là cho kết quả trong thời gian ngắn (khoảng 4 giờ) và quá trình xử lý mẫu đơn giản. Tuy nhiên chi phí cho thiết bị khá lớn.
Phương pháp bình sử dụng bình có dung tích 1000 ml. Mẫu được kẹp chặt và gắn vào nắp bình thông qua móc cố định mẫu thử bằng dây thun cao su, thêm nước cất ở 20 oC vào bình chứa. Mẫu thử được treo cách mặt nước một khoảng 40 mm, đóng kín nắp bình. Bình được đặt vào tủ sấy có nhiệt độ 40 oC. Hàm lượng formaldehyde phát thải từ mẫu sẽ hấp thụ vào nước, sau 180 phút lấy mẫu thử ra khỏi bình và chuyển dung dịch vào bình chứa có dung tích 50 ml, đóng kín nắp và để nguội. Hàm lượng formaldehyde phát thải từ mẫu được tính toán dựa vào nồng độ formaldehyde có trong dung dịch này. Nồng độ formaldehyde trong nước hấp thụ được xác định thông qua việc sử dụng máy phân tích quang phổ UV-VIS ở bước sóng 412 nm. Kết quả được biểu thị bằng mg HCHO trên 100 g ván khô (mg/100g). Ưu điểm của phương pháp là thời gian thử nghiệm tương đối nhanh (khoảng 3 giờ).
Phương pháp bình hút ẩm cũng là phương pháp phù hợp với hầu hết các loại ván. Mẫu thử được đặt trong bình hút ẩm, được gắn cố định bằng giá đỡ mẫu, đặt trên tấm đỡ bằng lưới thép. Phía dưới tấm đỡ là đĩa thủy tinh có chứa nước. Formaldehyde từ ván phát thải ra sẽ được hấp thụ vào nước này, sau 24 giờ đem nước đi phân tích.
Phép xác định hàm lượng formaldehyde của dung dịch nước dựa trên phản ứng Hantzsch trong đó formaldehyde phản ứng với các ion amoni và acetylaceton sinh ra diacetyldihydrolutidin (DDL). DDL có độ thấp thụ lớn nhất tại bước sóng 412 nm.
Hàm lượng formaldehyde từ mẫu thử được tính bằng tổng lượng formaldehyde trong đĩa thủy tinh, biểu thị bằng miligam trên lít (mg/l). Ưu điểm của phương pháp là thiết bị đơn giản, tuy thời gian thu được kết quả trong quá trình thử nghiệm là 24 giờ,
nhưng phương pháp này bắt buộc phải có thời gian ổn định mẫu thử đến khi đạt khối lượng không đổi, khoảng 7 ngày trước khi thử.
Trong các phương pháp kể trên, phương pháp buồng được sử dụng phổ biến ở Mỹ và Đức. Phương pháp bình hút ẩm sử dụng tại Nhật. Tại Trung Quốc, phương pháp đục lỗ sử dụng chủ yếu cho ván dăm và MDF, trong khi ván dán (plywood) và ván ghép thanh (block board) dùng phương pháp bình hút ẩm. Mỗi phương pháp thử đều có ưu điểm và nhược điểm khác nhau. Mặt khác mỗi phương pháp sử dụng đơn vị đo cũng khác nhau. Thậm chí, giá trị giới hạn hàm lượng formaldehyde của các mức (E0, E1, E2, F****) cũng không hoàn toàn giống nhau giữa các phương pháp thử.
Mỗi quốc gia cũng có sự khác nhau về mức độ giới hạn hàm lượng formaldehyde trong ván. Vì vậy, rất khó để xác định rằng phương pháp thử được áp dụng tại quốc gia này có tương đương với phương pháp thử được áp dụng tại quốc gia khác hay không.
Một số học giả đã phân tích và so sánh các phương pháp thử khác nhau để đưa về một công thức chung bằng việc sử dụng phép quy nạp dữ liệu để chuyển đổi dữ liệu giữa các phương pháp thử khác nhau [33, 46, 89].