UNIVERZA V LJUBLJANI BIOTEHNIŠKA FAKULTETA
ODDELEK ZA LESARSTVO
Aljaž ROBIDA
FORMALDEHID V BIVALNEM OKOLJU
DIPLOMSKO DELO Univerzitetni študij - 1. stopnja
Ljubljana, 2021
UNIVERZA V LJUBLJANI BIOTEHNIŠKA FAKULTETA
ODDELEK ZA LESARSTVO
Aljaž ROBIDA
FORMALDEHID V BIVALNEM OKOLJU
DIPLOMSKO DELO Univerzitetni študij - 1. stopnja
FORMALDEHYDE IN THE LIVING ENVIRONMENT
B. SC. THESIS Academic Study Programmes
Ljubljana, 2021
Diplomsko delo je zaključek Univerzitetnega študija Lesarstva – 1. stopnja. Delo je bilo opravljeno na Katedri za lepljenje, lesne kompozite, obdelavo površin in konstruiranje na Oddelku za lesarstvo, Biotehniške fakultete, Univerze v Ljubljani.
Senat Oddelka za lesarstvo je za mentorja diplomskega dela imenoval prof. dr. Sergeja Medveda, za recenzenta pa prof. dr. Milana Šerneka.
Komisija za oceno in zagovor:
Predsednik:
Član:
Član:
Datum zagovora:
Aljaž Robida
KLJUČNA DOKUMENTACIJSKA INFORMACIJA
ŠD Du1
DK UDK 630*862:661.727.1
KG formaldehid, bivalni prostor, emisija, lesne plošče AV ROBIDA, Aljaž
SA MEDVED, Sergej (mentor)/ŠERNEK, Milan (recenzent) KZ SI-1000 Ljubljana, Rožna dolina, c. VIII/34
ZA Univerza v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Oddelek za lesarstvo, Univerzitetni študijski program 1. stopnje Lesarstvo
LI 2021
IN FORMALDEHID V BIVALNEM OKOLJU
TD Diplomsko delo (Univerzitetni študij – 1. stopnja) OP VII, 35 str., 3 pregl., 28 sl., 17 vir.
IJ sl JI sl/en
AI V diplomski nalogi smo določili emisijo formaldehida iz različnih materialov, ki jih lahko najdemo v bivalnem okolju. Namen raziskave je bil ugotoviti vpliv različnih materialov na kakovost zraka v bivalnih prostorih. Ustrezno pripravljene vzorce smo testirali s pomočjo desikator metode. Emisijo formaldehida smo določili po preteku 3 in 24 ur. Rezultati so pokazali, da z naraščanjem časa merjenja narašča tudi emisija formaldehida. Po 3 urah smo največjo emisijo ugotovili pri vezani plošči, po 24 urah pa pri sendvič plošči (furnirna plošča, poliestrska plošča in XPS). Najmanjšo emisijo formaldehida po 3 urah smo ugotovili pri vzorcu talne obloge. Po preteku 24 ur pa je najmanjšo emisijo formaldehida pokazal vzorec pene.
KEY WORDS DOCUMENTATION ND Du1
DC UDC 630*862:661.727.1
CX formaldehyde, living environment, emissions, wood panels AU ROBIDA, Aljaž
AA MEDVED, Sergej (supervisor)/ŠERNEK, Milan (reviewer) PP SI-1000 Ljubljana, Rožna dolina, c. VIII/34
PB University of Ljubljana, Biotechnical Faculty, Department of Wood Science and Technology, Academic Study Programme in Wood Science and
Technology PY 2021
TY FORMALDEHYDE IN LIVING ENVIRONMENT
DT B. Sc. Thesis (Academic Study Programmes) NO VII, 35 p., 3 tab., 28 fig., 17 ref.
LA sl Al sl/en
AB In the graduation thesis we investigated the emission of formaldehyde from various materials that can be found in the living environment. The purpose of the research was to determine the influence of different materials on the air quality in living spaces. Samples were tested using the desiccator method. Formaldehyde emissions were determined after 3 and 24 hours. The results showed formaldehyde concentration increases with increasing time measurement. After 3 hours, the highest emissions were determined for plywood, and after 24 hours for sandwich board (veneer board, polyester board and XPS). The lowest formaldehyde emissions after 3 hours were found for the floor covering sample. After 24 hours, however, the lowest formaldehyde emissions were those of the foam sample.
KAZALO VSEBINE
KLJUČNA DOKUMENTACIJSKA INFORMACIJA ... III KEY WORD DOCUMENTATION ... IV KAZALO VSEBINE ... V KAZALO PREGLEDNIC ... VII KAZALO SLIK ... VIII
1 UVOD ... 1
1.1 OPREDELITEV PROBLEMA ... 2
1.2 CILJ NALOGE ... 2
2 PREGLED OBJAV ... 3
2.1 FORMALDEHID ... 3
2.1.1 Emisija formaldehida ... 3
2.1.2 Klasifikacija formaldehida ... 4
2.1.3 Uporaba formaldehida ... 5
2.1.4 Industrijski pristopi za zmanjšanje emisij formaldehida ... 6
2.1.4.1 Lepila z nizko vsebnostjo formaldehida... 6
2.1.4.2 Dodatki za zmanjšanje emisije formaldehida... 7
2.1.4.3 Alternativna lepila ... 8
2.1.5 Emisija formaldehida ... 8
3 MATERIALI IN METODE ... 10
3.1 MATERIALI ... 10
3.1.1 Dekorativna furnirna plošča - topol ... 10
3.1.2 Furnirna plošča ... 11
3.1.3 Pena ... 11
3.1.4 Dekorativna MDF plošča ... 12
3.1.5 Pena s tekstilom ... 12
3.1.6 Talna obloga ... 13
3.1.7 Sendvič plošča ... 13
3.1.7.1 Sestava A ... 13
3.1.7.2 Sestava B ... 14
3.1.7.3 Sestava C ... 14
3.2 METODE DELA ... 15
3.2.1 Analiza koncentracije formaldehida v bivalnem okolju ... 15
3.2.2 Priprava vzorcev ... 16
3.2.3 Določanje emisije formaldehida ... 16
4 REZULTATI ... 21
4.1 REZULTATI MERITEV ... 21
5 DISKUSIJA ... 27
5.1 RAZPRAVA ... 27
5.2 SKLEPI ... 32
6 VIRI ... 33 ZAHVALA
KAZALO PREGLEDNIC
Preglednica 1: Popis testiranih materialov in njegovih osnovnih lastnosti ... 25 Preglednica 2: Izračunane vrednosti koncentracije formaldehida v [mg/L]. ... 26 Preglednica 3: Razmerje G3/G24 ... 28
KAZALO SLIK
Slika 1: Pregled industrijske rabe formaldehida (Salthammer in sod., 2008) ... 5
Slika 2: Vzorec dekorativne furnirne plošče iz topola ... 10
Slika 3: Vzorec furnirne plošče iz bukovine ... 11
Slika 4: Vzorec pene ... 11
Slika 5: Vzorec MDF plošče ... 12
Slika 6: Vzorec pene s tekstilom ... 12
Slika 7: Vzorec talne obloge ... 13
Slika 8: Vzorec stenske plošče – sestava A ... 13
Slika 9: Vzorec sendvič plošče – opcija B ... 14
Slika 10: Vzorec strehe ... 14
Slika 11: Formaldemeter htV-m (vir: PPM Technology, 2016) ... 15
Slika 12: Desikator ... 16
Slika 13: Alkohol ... 17
Slika 14: Neprodušno zaprt eksikator ... 17
Slika 15: Mešanica reagenta ... 18
Slika 16: Laboratorijski sušilnik ... 19
Slika 17: Spektrometer ... 19
Slika 18: Koncentracija formaldehida v bivalnem prostoru ... 21
Slika 19: Gibanje koncentracije formaldehida glede na čas dneva ... 22
Slika 20: Nihanje temperature ... 23
Slika 21: Nihanje relativne zračne vlažnosti ... 23
Slika 22: Koncentracija formaldehida v odvisnosti od temperature ... 24
Slika 23: Koncentracija formaldehida v odvisnosti od relativne zračne vlažnosti ... 24
Slika 24: Spreminjanje emisije formaldehida ... 27
Slika 25: Emisija formaldehida po 3 in 24 urah ... 28
Slika 26: Emisija formaldehida v prvih 24 urah glede na maso in površino materiala ... 29
Slika 27: Emisija formaldehida v prvih 24 urah glede na maso materiala ... 30
Slika 28: Emisija formaldehida v prvih 24 urah glede na površino materiala ... 30
1 UVOD
Relativno veliko časa preživimo v zaprtih prostorih (po nekaterih podatkih tudi do 80 % časa), zato je kakovost zraka v takšnih prostorih izredno pomembna. Zaradi slabše kakovosti zraka se lahko pri osebah, ki se dlje časa zadržujejo v takšnem(šnih) prostorih, pojavi tako imenovani sindrom bolne stavbe, kar občutijo(mo) kot glavobol, slabo počutje, … Ko zapustijo(mo) takšen prostor oziroma zgradbo simptomi praviloma izginejo. Velik vpliv na kakovost zraka v prostoru imajo, ne samo materiali iz katere so zgradbe narejene ampak tudi materiali s katerimi uredimo ta prostor. Med komponentami, ki pomembno (negativno) vplivajo na kakovost zraka se omenja tudi formaldehid (Šestan in sod., 2013).
Formaldehid je brezbarven, zdravju škodljiv plin z močnim vonjem. Je snov, ki je dobro topna v vodi in se posledično pogosto uporablja kot konzervans v medicinskih laboratorijih.
Pri izpostavljenosti lahko formaldehid izzove odziv imunskega sistema, ob akutni izpostavljenosti pa lahko draži oči, nos in grlo. Pogosto vdihavanje formaldehida lahko povzroči različne simptome, kot npr. vneto grlo, kašelj ali celo krvavenje iz nosu.
Formaldehid največkrat zaznamo v izdelkih kot so kemikalije, lepila, ki se uporabljajo za proizvodnjo lesnih ploščnih kompozitov (urea-formaldehidno, melamin-urea- formaldehidno, melamin-formaldehidno ali fenol-formaldehidno lepilo), gospodinjski izdelki (nekatera čistila in razkužila), tekstil, različnih penah, premazih, papirnih izdelkov, ipd. Pogosto se formaldehid v industriji uporablja tudi kot dezinfekcijsko sredstvo, razkužilo in industrijski fungicid.
Intenzivnost emitiranja formaldehida je odvisna tako od materiala samega, kakor tudi klimatskih pogojev v objektu. Pomemben vidik pa je tudi sama zasnova objekta oziroma zračnost prostora oziroma objekta. V slabo prezračevanih oz. zaprtih prostorih namreč prihaja do akumulacije formaldehida, kar njegov vpliv še intenzivira. Za zmanjšanje negativnih vplivov je potrebno prostor ustrezno zračiti, oziroma omogočiti čimbolj učinkovito izmenjavo zraka.
V raziskavi smo spremljali spreminjanje koncentracije formaldehida v bivalnem okolju v odvisnosti od sprememb klimatskih pogojev, kakor tudi emisijski potencial materialov uporabljenih v bivalnem okolju, kar bo omogočilo ocenitev prispevka uporabljenih materialov k skupni koncentraciji formaldehida v objektu.
1.1 OPREDELITEV PROBLEMA
Kakovost zraka v bivalnem okolju je pomemben dejavnik človekovega dobrega počutja.
Med substancami, ki lahko negativno vplivajo na naše počutje, pa vsekakor sodi tudi formaldehid, katerega prisotnost je mogoče zaznati skorajda v vseh materialih, ki jih najdemo v bivalnem okolju in ne zgolj v lesnih ploščnih kompozitih.
1.2 CILJ NALOGE
Cilj naloge je ugotoviti vpliv emisije posameznega materiala na skupno koncentracijo formaldehida v bivalnem prostoru.
2 PREGLED OBJAV
Les je poznan kot zelo uporaben in razširjen material pri oblikovanju in opremljanju bivalnega okolja. Predstavlja pojem kakovosti in občutka topline. Primeren je za predelavo v lesne plošče, ki se množično uporabljajo pri izdelavi notranjega pohištva. Za izdelavo lesnih plošč se večinoma uporabljajo lepila na osnovi formaldehida, kar pa ni edini vir formaldehida v grajenem okolju. Poleg lesnih ploščnih kompozitov so vir emitiranja formaldehida tudi razne pene, tekstil, uporabljena čistila, ….
2.1 FORMALDEHID
Formaldehid (HCHO) je najpreprostejši in najpogostejši aldehid. Pri normalnih sobnih temperaturah je brezbarven plin z ostrim vonjem. Njegovo vrelišče je pri -21 °C, tališče pa pri -92°C. Formaldehid se pojavlja naravno in je v današnjem času pomembna industrijska kemikalija (Mertens in sod., 1990).
2.1.1 Emisija formaldehida
Formaldehid je snov, ki se nahaja v našem okolju, saj ga tvorijo predvsem številni naravni viri in antropogene dejavnosti. V okolje se sprošča z zgorevanjem biomase (večinoma gozdni požari) ali z razgradnjo (prek vulkanov). Med antropogene vire spadajo neposredni viri kot so industrijske emisije in izgorevanje goriva v prometu. Vir emisije formaldehida v ozračje predstavljajo tudi drugi postopki zgorevanja (elektrarne, sežigalnice itd.). Zaradi širokega spektra uporabe se formaldehid izdeluje tudi industrijsko in sicer s katalitsko oksidacijo metanola. Zaradi svoje reaktivnosti se več kot polovica industrijsko izdelanega formaldehida porabi za sintezo različnih lepil na osnovi uree (sečnine), melamina in/ali fenola, za industrijsko uporabo v proizvodnji smol, kot razkužilo in kot konzervans v potrošniških izdelkih. Vsi ti izdelki in njihova uporaba so potencialni viri formaldehida.
Sekundarna tvorba formaldehida se v zraku pojavi z oksidacijo hlapnih organskih spojin (HOS) in reakcijami med ozonom in alkeni (zlasti terpeni). Prispevek teh sekundarnih kemijskih postopkov k koncentraciji v okolju in zaprtih prostorih še vedno ni v celoti količinsko opredeljen (Adamkiewicz in sod., 2009).
Čeprav prihaja do nastanka formaldehida na prostem (oksidacija biogenih in antropogenih ogljikovodikov) je za človeka problematična predvsem izpostavljenost formaldehidu v zaprtih bivalnih prostorih, kjer je koncentracija večja kot zunaj, kar je posledica manjše stopnje izmenjave zraka v bivalnem prostoru (Salthammer in sod., 2010). Možni viri formaldehida v zaprtih prostorih so leseni materiali, izolacijski materiali, premazi, tekstil, razne talne obloge, itd.
Formaldehid je ena glavnih sestavin aminoplastičnih in fenolnih smol, ki se uporabljajo pri proizvodnji lesnih plošč. Formaldehid je pomembna komponenta lepila, sodeluje pri reakciji utrjevanja, kar posledično pripomore k ustvarjanju trdne, trajne in stabilne vezi med gradniki. Z vidika uporabnika vezan formaldehid ne predstavlja problemov, kot problematično se izkaže nevezan in/ali šibko vezan formaldehid, ki lahko emitira v okolje.
Del formaldehida emitira iz plošč že v fazi oblepljanja in stiskanja (iz plošče prehaja skupaj s paro) pri proizvajalcih in sicer v fazi klimatiziranja in kondicioniranja plošč. Čas skladiščenja plošč naj bo torej čim daljši, saj se s tem omogoči efektivno emitiranje formaldehida (manjša emisija pri uporabnikih) (Dunky, 2003). Intenzivnost sproščanja formaldehida iz lesnih plošč je odvisno od notranjih in zunanjih dejavnikov. Prvi vključujejo vrsto uporabljenega lesa, vrsto in delež lepila ter uporabljenih dodatkov, smole, parametre in pogoje izdelave plošč kakor tudi starost plošč. Zunanji dejavniki pa so povezani predvsem s klimatskimi pogoji, ki vladajo v okolju, kjer so plošče uporabljene/vgrajene (temperatura, relativna zračna vlažnost, hitrost izmenjave zraka) in prosto površino plošče oz. velikost površine preko katere lahko formaldehid emitira v okolje (Carvalho in sod., 2012).
2.1.2 Klasifikacija formaldehida
O škodljivih učinkih formaldehida na počutje in zdravje prebivalcev v montažnih hišah (zlasti draženje oči in zgornjih dihalnih poti), so prvič poročali že sredi šestdesetih let (Salthammer in sod., 2010). Leta 2004 je Mednarodna agencija za raziskave raka (IARC) Svetovne zdravstvene organizacije priporočila prerazvrstitev formaldehida v substanco
»rakotvorno za ljudi (skupina 1)«. Leta 2006 je bilo to poročilo javno objavljeno, kar je rezultiralo v novih predpisih, ki so upoštevali novejša dognanja (dopustne mejne vrednosti izpostavljenosti formaldehidu so se znižale). V Evropski uniji je formaldehid trenutno razvrščen kot snov 3-R40 (omejeni dokazi o rakotvornem učinku), vendar se razvrstitev pregleduje v skladu z novo uredbo o kemikalijah (REACH) (Carvalho in sod., 2012).
2.1.3 Uporaba formaldehida
Formaldehid je kemična substanca uporabljena v številnih proizvodih (slika 1). Poleg reagenta se formaldehid uporablja tudi kot konzervans, razkužilo in biocid. Formaldehid lahko zaznamo v različnih izdelkih za notranjo uporabo, kot so:
- Razni lesni ploščni kompoziti (iverne plošče, OSB plošče, vlaknene plošče, vezane plošče)
- Izdelki iz plute (talni materiali)
- Izolacijski materiali iz UF pene, mineralne volne ali steklene volne - Izdelki iz papirja
- Premazni materiali, barve in laki, ki vsebujejo formaldehid kot konzervans - Tekstil
- Izdelki za čiščenje in nego - Razkužila in konzervansi - Kemikalije za foto obdelavo - Kozmetika
Slika 1: Pregled industrijske rabe formaldehida (Salthammer in sod., 2008)
Slika 1 prikazuje stopnje oz. materiale (kot so: naravni plin, alkohol, formaldehid, urea formaldehidne smole, fenolne smole, melaminske smole in druge smole), ki se v industriji porabljajo za pridobivanje različnih produktov (kot so: gorivne komponente, površinski premazi, lesna lepila, eksploziva, lesne plošče, pene, izolacije itd.)
2.1.4 Industrijski pristopi za zmanjšanje emisij formaldehida 2.1.4.1 Lepila z nizko vsebnostjo formaldehida
Lepila na osnovi formaldehida so še vedno najprimernejša vrsta lepila za industrijsko proizvodnjo lesnih plošč. Najpogosteje se uporabljajo urea-formaldehidna (UF), sledijo jim fenol-formaldehidna (PF) in melamin-formaldehidna (MF) ter melamin-urea-formaldehidna (MUF) lepila. UF lepila so zaradi nizke cene, visoke reaktivnosti in relativno dobrih lastnosti pogosto uporabljena lepila, vendar pa je pri uporabi teh lepil emisija formaldehida nekoliko večja. Večja emisija pri UF lepilih je tako posledica sproščanja nezreagiranega formaldehidnega monomera (adsorbiran v lesu, raztopljen v ujeti vlagi ali zadržan v praznem prostoru) in razgradnja vezi zaradi hidrolize šibkih kovalentnih vezi (Dunky, 2013).
Aminometilenske vezi v utrjenih UF lepilih so še posebej dovzetne za hidrolitični vdor v vlažnih razmerah, medtem ko so utrjene PF lepila odporne na hidrolizo, posledično je emisija formaldehida (zaradi hidrolize) nižja. Zaradi višjih stroškov pa se PF lepila uporabljajo predvsem v vlažnih ali spreminjajočih ali celo zunanjih pogojih (Carvalho in sod., 2012).
Glede na vse strožje predpise so tako proizvajalci lepil, kakor tudi proizvajalci plošč, iskali rešitve za zmanjšanje emisije formaldehida. Zmanjšanje molskega razmerja formaldehid / uree (F/U) v formulacijah za sintezo se je pokazalo kot efektiven pristop (Myers, 1989). V zadnjih desetletjih so se vrednosti F/U v smolah zmanjšale s približno 1,6 na vrednosti med 0,9 in 1,1. Vzporedno s tem pa je prišlo tudi do nekaterih nezaželjenih posledic kot npr.
slabša kakovost vezi med gradniki, večja stopnja absorpcije vode, itn., kar pa se lahko spremeni s povečevanjem deleža lepila. Ugotovitev najugodnejših reakcijskih pogojev je zato bistvenega pomena za optimizacijo celotne učinkovitosti smole (Ferra in sod., 2012).
Ena od strategij za preprečevanje negativnih učinkov zmanjšanja razmerja F/U je modifikacija UF lepila z drugimi monomeri, kot npr. melaminom ali fenolom. UF lepila, utrjena že z razmeroma majhno količino melamina, so danes pogost pristop (Sun in sod., 2010; Paiva in sod., 2011) s ciljem zmanjšanja emisije formaldehida in ohranjanje relativno dobrih lastnosti plošč, kar je predvsem posledica stabilnosti vezi med metilensko in amidno skupino iz melaminskega obroča. Zaradi veliko višjih stroškov melamina v primerjavi z drugimi monomeri pa je, s stroškovnega vidika, opravičljiv delež relativno majhen in sicer mora biti nižji od 5%. Za doseganje dobrega ravnovesja med mehanskimi lastnostmi in emisijo formaldehida lahko uporabimo druge komonomere, kot npr. resorcinol, diizocianati
in sukcinaldehid (Basta in sod., 2006). Poročali so o sečninskih smolah brez formaldehida (Despres in sod., 2010), ki temeljijo na nehlapnem in nestrupenem dimetoksietanalu.
Vendar je reaktivnost veliko nižja kot pri običajnih UF smolah, oz. je reakcija utrjevanja lepila počasnejša. Krajši časi stiskanja in dobre mehanske lastnosti so bile dosežene v kombinacija s približno 20% izocianata. Hkrati z zmanjševanjem razmerja med formaldehidom in sečnino je, s ciljem zmanjševanja emisije formaldehida, potrebno upoštevati tudi naslednje dejavnike (Dunky in sod., 2001):
• Vsebnost vlage v lesnih delcih ali vlaknih. Višja vsebnost vlage običajno pomeni višjo emisijo formaldehida bodisi zaradi zadrževanje raztopljenega formaldehida, manj učinkovitega utrjevanja ali večje stopnje hidrolize.
• Temperatura stiskanja in čas stiskanja. Višje temperature utrjevanja in/ali časi, pomenijo podaljšanje reakcije. Torej se vsebnost prostega formaldehida zmanjša, zato je emisija formaldehida manjša.
• Delež lepila (faktor lepljenja). Emisija formaldehida ni odvisna zgolj od deleža dodanega lepila ampak tudi od same gostote plošč. Čeprav z naraščanjem deleža lepila v ploščo vnesemo tudi več formaldehida, ni nujno, da bo tudi emisija formaldehida naraščala. V primeru, da bomo z naraščanjem lepila dosegli tudi naraščanje gostote plošče, potem lahko pričakujemo tudi zmanjšanje emisije formaldehida, saj bodo zgoščeni gradniki ovirali prehajanje prostega formaldehida iz plošče v okolico.
2.1.4.2 Dodatki za zmanjšanje emisije formaldehida
Zadrževalci oz. lovilci formaldehida, ki se uporabljajo kot dodatek lepilu ali gradnikom, lahko vežejo nase formaldehid in tako tvorijo stabilne strukture. Ti dodatki predvidoma zagotavljajo dolgoročno zmanjšanje emisije formaldehida oz. vsaj znatno počasnejše emitiranje formaldehida v okolico. Kot zadrževalce oz. lovilce formaldehida se uporabljajo naslednji dodatki: vodna raztopina sečnine, dodatek sečnine v prašni obliki, organski amine, čistilne smole, sulfite in funkcionalizirani parafinski vosek. Negativni učinek zadrževalcev oz. lovilcev formaldehida pa je negativen vpliv na trdnost vezi in druge mehanske lastnosti, saj del formaldehida reagira s temi dodatki, kar posledično pomeni, da je na voljo manj formaldehida potrebnega za ustvarjanje trajne in stabilne vezi.
Hematabadi in sod. (2012), so uspešno vpeljali sistem rabe dodatka vodne raztopine sečnine.
Pred oblepljanjem so na pšenično slamo napršili vodno raztopino sečnine (temperatura vodne raztopine je bila 95 °C). Poleg zmanjšanja emisije formaldehida so ugotovili tudi boljše mehanske in fizikalne lastnosti izdelanih plošč.
Prav tako so zmanjšanje emisije formaldehida, ob ohranjanju primernih mehanskih lastnosti ugotovili pri uporabi natrijeve meta-bisulfitne smole (Hematabadi in sod., 2012).
Zmanjšanje emisije formaldehida se lahko doseže tudi z obdelavo že izdelanih plošč. Ta naknadna obdelava vključuje impregnacijo plošč s snovmi, kot so vodne raztopine amonijaka in amonijeve soli (Dunky in sod., 2001). Uporaba amonijaka se zaradi potencialne toksičnosti počasi opušča. Druga strategija je ustvarjanje difuzijskih ovir na površinah lesnih plošč, ki formaldehid zadržujejo v sami plošči, kar lahko dosežemo s površinsko obdelavo (barvanje, lakiranje, nanos praškastih premazov, oblaganje s papirji, folijami, laminati, furnirji, itn.). Epoksidni praškasti premazi in laminati običajno pomenijo najvišje stopnje zmanjšanja, nad 90%. Kombinacija tekočih premazov z lovilci formaldehida lahko znatno zmanjša emisijo formaldehida (Carvalho in sod., 2012).
2.1.4.3 Alternativna lepila
Namesto smol na osnovi formaldehida se lahko pri izdelavi lesnih ploščnih kompozitov uporabljajo lepila na osnovi izocianata. Najpogostejši material je pMDI, kompleksna mešanica treh izomerov. pMDI se uporablja bodisi v obliki brez topil bodisi kot emulzija v vodi (EMDI) (Papadopoulos in sod., 2002).
Industrijska uporaba lepil, pridobljenih iz naravnih virov (imenovane tudi bioadhezivi ali biosmole), se raziskuje že od 70. let, vendar je industrijska uporaba še vedno omejena.
Omejevalni dejavniki so bili proizvodni stroški, omejena razpoložljivost in variabilnost surovin. Prednosti naravnih lepil vključujejo manjšo toksičnost, biorazgradljivost in pridobivanje iz obnovljivih virov (Dennis, 2007; Dunky, 2003). Kot najbolj perspektivna so se pokazala lepila na osnovi taninov, lignina in/ali rastlinskih proteinov.
2.1.5 Emisija formaldehida
Znano je, da so lesni ploščni kompoziti emitorji formaldehida, še posebej, če je bilo za lepljenje uporabljeno lepilo na osnovi formaldehida, pri čemer je stopnja emitiranja formaldehida odvisna od vrste materiala, starosti materiala, površine emitiranja, materiala uporabljenega za površinsko obdelavo in klimatskih pogojev. Kljub temu, da so lesni ploščni kompoziti pomemben konstrukcijski in dekorativni element našega bivalnega prostora pa po mnenju (Hines in sod. 1993, Parthasarathy in sod. 2011, Maddalena in sod. 2009) ne smemo zanemariti vpliva drugih uporabljenih materialov, kot npr. pen, tekstila (oblazinjeno pohištvo, talne obloge, zavese), barv. Salthammer in sod. 2010 k temu spisku dodajajo še kajenje, gretje, kuhanje, sveče, … Na emisijo formaldehida iz uporabljenih materialov pa pomembno vplivajo tudi klimatski pogoji v bivalnem prostoru (Zhang in sod. 2009, Wolkoff in Kjaergaard 2007, Parthasarathy in sod. 2011). Ugotovljeno je bilo, da z naraščanjem temperature in relativne zračne vlažnosti koncentracija formaldehida v prostoru narašča, pri
čemer Haghighat in De Bellis 1998 opozarjata tudi na absorbcijko/desorpcijski potencial naravnih materialov. Zaradi absorpcije in desorpcije vlage lesni ploščni kompoziti absorbirajo oz. oddajajo vlago (v odvisnosti od klimatskih pogojev), kar pomeni, da pri tem prihaja tudi deloma do "vpijanja" in "oddajanja" formaldehida. Poleg temperature in relativne zračne vlažnosti v prostoru pa moramo omeniti tudi stopnjo izmenjave zraka. Z večanjem stopnje izmenjave zraka (odvajanje "kontaminiranega" in dovajanje "čistega"
zraka) se pozitivno vpliva na zmanjšanje emisije formaldehida. Zaradi manjše koncentracije formaldehida v čistem zraku, prihaja do "hitrejšega" emitiranja formaldehida iz materialov, kar je posledica različnih koncentracij formaldehida v materialu in v zraku. V zaprtem prostoru namreč pride do tako imenovane egalizacije koncentracije, kar pomeni, da bo doseženo neko ravnovesno stanje med materiali (torej nekateri bodo emitorji formaldehida, drugi pa absorberji formaldehida, do točke, ko bo doseženo navidezno ravnovesje). Gilbert in sod. (2008) in Gressel & Wilder (2009) so ugotovili, da se koncentracija formaldehida veča pri nizki stopnji izmenjave zraka.
Koncentracija formaldehida v prostoru pa je odvisna tudi od časa. Groah (2005) je ugotovil, da se koncentracija formaldehida v 4 – 8 tednih zmanjša za 25 do 40 %, 50 % zmanjšanje pa je doseženo v 18 do 24 mesecih.
3 MATERIALI IN METODE
V nalogi smo izvedli analizo koncentracije formaldehida v bivalnem okolju in emisijo formaldehida iz najpogosteje uporabljenih materialov v bivalnem okolju.
3.1 MATERIALI
3.1.1 Dekorativna furnirna plošča - topol
Dekorativna furnirna plošča iz topola je bila debeline 13,5 mm in gostote 559 g/m3. Plošča je bila obložena z dekorativnim papirjem impregniranim z melaminsko smolo (slika 2). Za določanje emisije formaldehida smo v desikator namestili 5 preizkušancev velikosti 150 x 50 mm2, s skupno maso 281,80 g. Skupna površina emitiranja formaldehida je bila 1.418 cm2.
Slika 2: Vzorec dekorativne furnirne plošče iz topola
3.1.2 Furnirna plošča
Furnirna plošča iz bukovine (slika 3) je bila debeline 5 mm in gostote 765 kg/m3. Za določanje emisije formaldehida smo v desikator namestili 10 preizkušancev velikosti 150 x 50 mm2, s skupno maso 280,80 g. Skupna površina emitiranja formaldehida je bila 1.700 cm2 .
Slika 3: Vzorec furnirne plošče iz bukovine
3.1.3 Pena
Za analizo emisije smo uporabili tudi peno (brez tekstilne obloge), ki se običajno uporablja pri izdelavi oblazinjenega pohištva (slika 4). Celotna velikost preizkušanca je bila 290 x 140 mm2. Gostota pene je bila 22 kg/m3, njena debelina pa 100 mm. Za določanje emisije formaldehida smo v desikator namestili 1 vzorec preizkušanca s skupno maso 88,03 g.
Skupna površina emitiranja formaldehida je bila 4.060 cm2.
Slika 4: Vzorec pene
3.1.4 Dekorativna MDF plošča
Dekorativna MDF plošča je bila debeline 15,5mm in gostote 532 kg/m3. Plošča je bila obložena z dekorativnim papirjem impregniranim z melaminsko smolo (slika 5). Za določanje emisije formaldehida smo v desikator namestili 5 preizkušancev velikosti 150 x 50 mm2, s skupno maso 311,70 g. Skupna površina emitiranja formaldehida je bila 1.628 cm2.
Slika 5: Vzorec MDF plošče
3.1.5 Pena s tekstilom
Pena s tekstilom (slika 6) je bila velikosti 290 x 140 mm2. Gostota pene s tekstilom je 38 kg/m3, njena debelina pa 100 mm. Za določanje emisije formaldehida smo v desikator namestili 1 vzorec preizkušanca s skupno maso 154,50 g. Skupna površina emitiranja formaldehida je bila 4.060 cm2.
Slika 6: Vzorec pene s tekstilom
3.1.6 Talna obloga
Vzorec tkanine talne obloge (slika 7) je bil debeline 4,5mm in gostote 124 kg/m3. Za določanje emisije formaldehida smo v desikator namestili 1 preizkušanec velikosti 300 x 300 mm2, s skupno maso 50,30 g. Skupna površina emitiranja formaldehida je bila 1.854 cm2.
Slika 7: Vzorec talne obloge
3.1.7 Sendvič plošča 3.1.7.1 Sestava A
Sendvič plošča A je bila sestavljena iz dveh različnih površinskih slojev in sicer furnirne plošče iz topola debeline 3 mm in poliesterske plošče debeline 2 mm ter XPS debeline 29 mm kot sredice. Skupna debelina sendvič plošče sestave A je bila 34 mm (slika 8).
Povprečna gostota sendvič plošče opcije A je bila 162 kg/m3. Za določanje emisije formaldehida smo v desikator namestili 6 preizkušancev velikosti 150 x 50 mm2, s skupno maso 275,00 g. Skupna površina emitiranja formaldehida je bila 1.692 cm2.
Slika 8: Vzorec stenske plošče – sestava A
3.1.7.2 Sestava B
Sendvič plošča B (slika 9) je bila sestavljena iz dveh furnirnih plošč iz topola debeline 5 mm oz. 8 mm ter 29 mm debelega XPS-a kot sredice. Obe furnirni plošči sta bili površinsko obloženi, pri čemer je bila debelejša plošča obložena z 1 mm debelo vinilno oblogo, tanjša pa dekorativnim papirjem impregniranim z melaminsko smolo. Sendvič plošča B je bila debeline 42 mm in gostote 215 kg/m3. Za določanje emisije formaldehida smo v desikator namestili 10 preizkušancev velikosti 150 x 50 mm2, s skupno maso 418,60 g. Skupna površina emitiranja formaldehida je bila 609 cm2.
Slika 9: Vzorec sendvič plošče – opcija B
3.1.7.3 Sestava C
Sendvič plošča C (slika 10) je imela podobno sestavo kot A, le da je pri tej sestavi debelina XPS znašala 24 mm. Skupna debelina sendvič plošče je bila 29 mm in gostote 187 kg/m3. Za določanje emisije formaldehida smo v desikator namestili 10 preizkušancev velikosti 150 x 50 mm2, s skupno maso 474,80 g. Skupna površina emitiranja formaldehida je bila 619,5 cm2.
Slika 10: Vzorec strehe
3.2 METODE DELA
3.2.1 Analiza koncentracije formaldehida v bivalnem okolju
Analizo formaldehida smo izvedli na dveh lokacijah in sicer smo eno merilno napravo postavili v spalnico, eno pa v kuhinjo z jedilnico. Za merjenje koncentracije formaldehida v zraku smo uporabili FormaldemeterTM htV-m (PPM Technology, ZK) (slika 11).
Slika 11: Formaldemeter htV-m (vir: PPM Technology, 2016)
Določanje koncentracije formaldehida v merilniku FormaldemeterTM htV –m temelji na elektrokemičnem senzorju. Zrak iz okolice se črpa v senzor, kjer zaradi oksidacije formaldehida na katalitično aktivni elektrodi pride do nastanka nizkovoltažnega signala. Ta signal se ojača, pretvori in preračuna v koncentracijo formaldehida v mg HCHO/m3 zraka ali število delcev na milijon delcev zraka (ppm - parts-per-million (ang.).
Pred izvedbo nadzora smo merilnik kalibrirali po navodilih proizvajalca. Kalibracijo smo izvedli v prostoru, kjer smo namestili merilnik. Vzorčenje zraka in analiza je potekala vsakih 15 minut (avtomatsko spremljanje). Naprava poleg koncentracije formaldehida beleži tudi temperaturo in relativno zračno vlažnost v prostoru.
3.2.2 Priprava vzorcev
Vzorce smo razžagali na dimenzije 150 x 50 mm2 (skladno s standardom ISO 12460-4) in jih pred testiranjem stehtali. Vzorci so bili med transportom in vse do trenutka, ko smo jih razžagali zaviti v neprodušno folijo.
3.2.3 Določanje emisije formaldehida
Emisijo formaldehida smo določili po tako imenovani desikator metodi (ISO 12460-4:2008).
Pri izbiri metode je glavno vlogo odigral njen časovni model, ki je krajši od drugih metod.
Ravno čas, ki ga porabimo za preizkus pa je pomemben zaradi uporabe metode v industriji.
V našem primeru je bilo zahtevano v industriji pridobiti podatke o emisiji formaldehida čim hitreje. Desikator metoda pa je tem potrebam zadostila. Poleg tega smo se za eksikator metodo odločili tudi zaradi njene enostavnosti in relavantnosti podatkov. Metoda pri kateri uporabljamo za določanje emisije formaldehida eksikator prav tako kaže primerno korelacijo s komorno metodo.
Za učinkovito izvedbo preizkusa potrebujemo eksikator posodo, ki dobro tesni in ne prepušča zraka. Tesnenje eksikatorja je potrebno iz dveh razlogov in sicer, da se prepreči uhajanje formaldehida iz desikatorja v okolico (nižja ugotovljena emisija iz preizkušanca) oz. da se prepreči potencialna kontaminacija prostora v eksikatorju (višja ugotovljena emisija iz preizkušanca).
Slika 12: Desikator
Pred začetkom preizkusa smo eksikator prezračili na zraku in se tako izognili možnosti, da bi bilo v posodi že ujet s formaldehidom onesnažen zrak. Prav tako smo eksikator očistili z alkoholom.
Slika 13: Alkohol
Ko je bil eksikator pripravljen, smo vanj postavili posodo, v katero smo nalili 300 mL destilirane vode. Že pripravljene in nažagane vzorce smo nato stehtali, izmerili dimenzije in jih postavili v eksikator. Eksikator smo neprodušno zaprli in zabeležili čas, ko smo začeli poizkus.
Slika 14: Neprodušno zaprt eksikator
Zaradi namena uporabe eksikator metode v industriji, smo si določili najbolj primerne čase meritev oz. odvzemov vzorcev. Zato smo vzorce destilirane vode odvzeli po 3 in 24 urah.
Pri nekaterih vzorcih smo poleg določanja emisije formaldehida pri običajnih (sobnih) pogojih, emisijo le tega določili tudi pri višji temperaturi (T=70 °C).
Po preteku časa izpostavitve smo iz digestorija, s pipeto, odvzeli 25mL vode, kateri smo dodali 25mL reagenta. Reagent je mešanica amonijevega acetata, acetil acetona, ledocetne kisline in destilirane vode.
Slika 15: Mešanica reagenta
Epruveto z ekstraktom in reagentom smo nato za 10 minut postavili v laboratorijski sušilnik s temperaturo 65 °C, ter nato za 60 minut v temen prostor (ohlajanje).
Slika 16: Laboratorijski sušilnik
Detekcijo smo opravljali s spektrometrom pri 412nm.
Slika 17: Spektrometer
Emisijo formaldehida iz danih vzorcev smo nato izračunali po naslednji enačbi:
𝐺 = ƒ × (𝛼_𝑑 − 𝛼_𝑏 ) × 1800 ÷ 𝐴 …(1)
kjer je 𝛼𝑏 absorpcija pri destilirani vodi (prazen eksikator, slepa proba), 𝛼𝑑 absorpcija določena pri preskušancu,
A skupna površina preizkušancev v mm2 in
ƒ naklon kalibracijske krivulje v miligramih na liter.
Koncentracija formaldehida v odvisnosti od površine (CAHCHO), mase (CmHCHO) oz.
površinske teže (CMHCHO) izračunali po naslednjih enačbah:
𝐶𝐴𝐻𝐶𝐻𝑂 =(𝑎𝑑− 𝑎𝑏) × 𝑓 × 𝑉𝑠𝑜𝑙 𝐴
…(2)
𝐶𝑚𝐻𝐶𝐻𝑂= (𝑎𝑑 − 𝑎𝑏) × 𝑓 × 𝑉𝑠𝑜𝑙 𝑚
…(3)
𝐶𝑀𝐻𝐶𝐻𝑂 =(𝑎𝑑− 𝑎𝑏) × 𝑓 × 𝑉𝑠𝑜𝑙 𝑀
…(4)
kjer je M površinska teža (m/A).
4 REZULTATI
4.1 REZULTATI MERITEV
Podatki meritev v bivalnem prostoru kažejo na dva dejavnika in sicer (a) časovni vpliv in (b) vpliv klimatskih pogojev.
Slika 18: Koncentracija formaldehida v bivalnem prostoru
Primerjava podatkov (slika 18), gledano celostno (brez upoštevanja vpliva klimatskih pogojev), kaže na časovno pogojeno manjšanje koncentracije formaldehida v prostoru in sicer lahko ugotovimo, da se koncentracija formaldehida, v m3 zraka, spreminja s stopnjo - 0,0003 mg/h.
Po 180 urah smo spremenili klimatske pogoje (ustvarili smo konstantne pogoje) in sicer smo spalnico segreli na povprečno temperaturo 35,17 °C (od 28,36 °C do 37,72 °C, standardni odklon 1,631) oz. kuhinjo z jedilnico na 39,23 °C (od 32,41 °C do 40,91 °C, standardni odklon 1,328). S segrevanje prostorov smo dosegli znižanje relativne zračne vlažnosti in sicer je bila povprečna ravnovesna vlažnost v spalnici 17,96 % (od 15,25 % do 30,95 %, standardni odklon 1,893), v kuhinji z jedilnico pa 13,39 % (od 11,25 % do 25,95 %, standardni odklon 1,557). V teh 180-ih urah je bila povprečna koncentracija formaldehida v spalnici 0,136 mg·m-3 (od 0,078 mg·m-3 do 0,209 mg·m-3, standardni odklon 0,025), v
kuhinji z jedilnico pa 0,140 mg·m-3 (od 0,042 mg·m-3 do 0,206 mg·m-3, standardni odklon 0,033). Glede na izmerjene vrednosti lahko ugotovimo, da so razlike v koncentraciji formaldehida v posameznem prostoru, poleg razlik v uporabljenih materialih, tudi posledica različnih klimatskih pogojev (različna temperatura) v samem prostoru.
Pred izpostavitvijo konstantnim pogojem je bila povprečna koncentracija formaldehida 0,169 mg·m-3 (v spalnici) oz. 0,191 mg·m-3 (v kuhinji z jedilnico). Ob ponovni vzpostavitvi normalnemu dnevnemu ciklusu (spreminjanje temperature in relativne zračne vlažnosti) pa je koncentracija formaldehida v spalnici padla na 0,095 mg·m-3, v kuhinji z jedilnico pa na 0,104 mg·m-3 (slika 19).
Slika 19: Gibanje koncentracije formaldehida glede na čas dneva
Kot lahko ugotovimo je koncentracija formaldehida najnižja med 8-mo in 10-to uro zjutraj in najvišje med 16-to in 20-to uro, kar je posledica nihanja klimatskih pogojev oz., predvsem nihanja temperature v prostoru (slika 20, slika 21, slika 22 in slika 23).
Slika 20: Nihanje temperature
Slika 21: Nihanje relativne zračne vlažnosti
0 10 20 30 40 50 60
00:00 02:00 04:00 06:00 08:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 00:00 02:00 04:00 06:00 08:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 00:00 02:00 04:00 06:00 08:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00
28.01. 29.01. 30.01.
Relativna zračna vlažnost v %
Datum in ura Kuhinja in jedilnica Spalnica
Slika 22: Koncentracija formaldehida v odvisnosti od temperature
Slika 23: Koncentracija formaldehida v odvisnosti od relativne zračne vlažnosti
Koncentracija formaldehida v prostoru, kakor smo ugotovili, je sicer odvisna od klimatskih pogojev, vendar moramo omeniti tudi vpliv materialov, ki se nahajajo v določenem prostoru, saj uporabljeni materiali nimajo enakega emisijskega potenciala (preglednica 2). Osnovni podatki o preizkušancih so predstavljeni v preglednici 1.
Izmerjeni osnovni podatki o preizkušancih so predstavljeni v preglednici 1.
Preglednica 1: Popis testiranih materialov in njegovih osnovnih lastnosti
Material Dolžina [cm] Širina [cm] Debelina [cm] Masa enega preizkuš anca [g] Masa [g] Površina [cm2 ] Število preizkuš ancev Skupna površina [cm2 ]
Vezana plošča
15,00 5,00 1,35 56,60 281,80 283,50 5 1418
Furnirna plošča
15,00 5,00 0,50 28,70 280,80 170,00 10 1700
Stena 15,00 5,00 3,30 40,02 275 282,00 6 1692
Pena 29,00 14,00 10,00 88,03 88,03 4060 1 4060
MDF plošča
15,00 5,00 1,55 61,85 311,70 325,50 5 1628
Naslon 29,00 14,00 10,00 154,50 154,50 4060 1 4060
Talna obloga
30,00 30,00 0,45 50,30 50,30 1854 1 1854
Pohodna
površina 15,00 5,00 2,90 46,80 418,6 609 8 4872
Streha 15,00 5,00 2,95 41,30 474,80 619,50 10 6195
V preglednici 2 so predstavljene izmerjene in izračunane vrednosti koncentracije formaldehida G [mg/L] po 3 in 24 urah.
Preglednica 2: Izračunane vrednosti koncentracije formaldehida v [mg/L].
Material Emisija formaldehida G v mg·L-1
Po 3 urah Po 24 urah
Dekorativna furnirna plošča
- topol 0.490 0.929
Furnirna plošča - bukev 0.073 0.343
MDF - dekorativna 0.385 0.670
Pena 0.090 0.139
Pena s tekstilom 0.159 0.180
Talna obloga 0.026 0.655
Stenska plošča - sestava A 0.185 0.460
Sendvič plošča - opcija B 0.191 0.576
Streha - sestav C 0.126 0.800
Podatki v preglednici kažejo tako na časovno odvisnost emisije formaldehida, kakor tudi na odvisnost od materiala. Največjo emisijo formaldehida lahko opazimo pri lesnih ploščnih kompozitih oz. materialih katerih sestavni deli so tudi lesni ploščni kompoziti. Visoke vrednosti pri teh materialih so predvsem posledica uporabe lepil na osnovi formaldehida (urea-formaldehidno ali melamin-urea-formaldehidno lepilo). Emisija formaldehida pri lesnih ploščnih kompozitih je tako povezana z vrsto plošče, njeno debelino in gostoto.
Visoke vrednosti emisije formaldehida pa smo zaznali tudi pri talni oblogi, kjer se prav tako uporablja formaldehid in sicer s ciljem povečanja odpornosti proti vodi, izboljšanje prodiranja barvila (fiksacije) in tudi kot sredstvo za zmanjšanje gubanja.
5 DISKUSIJA
5.1 RAZPRAVA
Meritve koncentracije formaldehida v prostoru kažejo na približno enako stopnjo zmanjševanja emisije formaldehida in sicer je stopnja zmanjševanja emisije formaldehida 0,0074 mg·m3/dan (spalnica) oz. 0,0081 mg·m3/dan (kuhinja + jedilnica) (slika 24).
Slika 24: Spreminjanje emisije formaldehida
Ob upoštevanju, da smo največjo dnevno povprečno koncentracije izmerili 0,233 mg·m3 (izmerjena četrti dan) v kuhinji in jedilnici oz. 0,235 mg·m3 (izmerjena četrti dan) v spalnici in stopnji spreminjanja koncentracije lahko ugotovimo, da bi 25 % znižanje koncentracije formaldehida dosegli v 4,8 dnevih (kuhinja + jedilnica) oz. 2,5 dnevih (spalnica), 50 % znižanje pa v 12 (kuhinja + jedilnica) oz. 10,4 dnevih (spalnica). Dnevno povprečno vrednost nižjo od priporočljive vrednost 0,1 mg·m3 za notranje prostore (glede na priporočilo WHO, 2010, 30 minutna povprečna koncentracija) pa bi bile dosežene v 12,8 (spalnica) oz. 14 dnevih (kuhinja + jedilnica).
Kot smo že ugotovili je hitrost emitiranja formaldehida odvisna od vrste materiala. Pri nekaterih materialih smo po treh urah analize ugotovili relativno nizko emisijo formaldehida, ki pa je z nadaljevanjem meritve naraščala intenzivneje (preglednica 3 in slika 25).
Preglednica 3: Razmerje G3/G24
Material Razmerje G3/G24
Dekorativna furnirna plošča - topol
0.53
Furnirna plošča 0.21
MDF - dekorativna 0.57
Pena 0.65
Pena s tekstilom 0.88
Talna obloga 0.04
Sendvič A 0.40
Sendvič B 0.33
Sendvič C 0.16
Slika 25: Emisija formaldehida po 3 in 24 urah
Pri vseh uporabljenih materialih lahko ugotovimo, da je začetno emitiranje formaldehida znatno večje, medtem ko je pri talni oblogi začetna stopnja emitiranja nizka, kasneje pa intenzivno narašča. Pri vseh materialih lahko ugotovimo, da prihaja do tendence ustvarjanja ravnovesja koncentracije formaldehida v materialu in okoliškem zraku, saj bo čas trajanja emisija formaldehida odvisen od količine nevezanega (prostega) oz. šibko vezanega formaldehida oz. dokler ne bo doseženo ravnovesje.
Glede na določene vrednosti emisije formaldehida, gledano zgolj po 24 urni emisiji, smo ugotovili najnižjo vrednost pri peni oz. peni s tekstilom najvišje pa pri dekorativni furnirni plošči iz topola in sendvič plošči sestave C. Za oceno realnega doprinosa posameznega materiala pa moramo določiti emisijski potencial posameznega materiala glede na njegovo maso in površino emitiranja (slika 26).
Slika 26: Emisija formaldehida v prvih 24 urah glede na maso in površino materiala
Slika 27: Emisija formaldehida v prvih 24 urah glede na maso materiala
Slika 28: Emisija formaldehida v prvih 24 urah glede na površino materiala
Čeprav bi lahko predvidevali, da je stopnja emitiranja formaldehida najbolj odvisna od površine materiala, pa analiza podatkov prikazana na sliki 26, sliki 27 in sliki 28 kaže na soodvisnost tako mase materiala, kakor tudi površine preko katere se bo formaldehid emitiral v okolico.
Glede na predstavljene podatke lahko ugotovimo, da m2 materiala v 24 urah emitira med 0,23 in 1,55 mg formaldehida oz. kg materiala med 0,34 in 4,02 mg formaldehida. Glede na predstavljene vrednosti in z upoštevanjem znane sestave materialov v bivalnem okolju (tako z vidika mase, kakor tudi površine) bi lahko (teoretično) določili, kakšna bo potencialna koncentracija formaldehida v bivalnem okolju z znano prostornino (največja koncentracija ob akumulacijskem učinku – brez prezračevanja oz. zamenjave zraka). Na takšen način bi lahko učinkovito določili kritične materiale ter seveda iskali njihove zamenjave.
Z upoštevanjem površine oz. mase uporabljenih materialov, prostornine bivalnega prostora in emisijskega potenciala posameznega materiala, potem lahko ugotovimo, da je skupna izračunana koncentracija formaldehida, ki ga materiali emitirajo v bivalni prostor, med 0,12 in 0,19 ppm. Razlika med dejansko izmerjeno koncentracijo formaldehida v bivalnem prostoru in teoretičnim izračunom je posledica realnosti računskih podatkov (točnosti podatkov o površini in masi uporabljenih materialov), ter dejstva, da smo pri določanju emisije desikator skoraj neprodušno zaprli, medtem, ko je v bivalnem prostoru prišlo tudi do nenadzorovane izmenjave zraka, ter posledično uhajanja formaldehida izven bivalnega prostora.
5.2 SKLEPI
V raziskavi analize emisije nekaterih materialov, ki se nahajajo v bivalnem prostoru smo ugotovili, da je emisija formaldehida odvisna od časa določanja emisije formaldehida, kakor tudi od vrste materiala.
Najnižjo začetno emisijo formaldehida smo ugotovili pri vzorcu talne obloge, najvišjo pa pri vzorcu dekorativne furnirne plošče – topol.
Najnižja emisija formaldehida določena po 24 urah je bila pri vzorcu pene, najvišja pa pri vzorcu dekorativne furnirne plošče – topol.
Največjo spremembo smo opazili pri vzorcu sendvič plošče C, najmanjšo pa pri vzorcu pene s tekstilom.
Prispevek emitiranja formaldehida iz posameznega materiala na koncentracijo v prostoru je odvisen tako od mase materiala, kakor tudi od površine emitiranja.
Koncentracija formaldehida v prostoru je poleg uporabljenih materialov odvisna tudi od klimatskih pogojev. Pri višji temperaturi je koncentracija formaldehida v prostoru večja. S časom se emisija formaldehida manjša, stopnja sprememba pa je odvisna količine materialov, ki emitirajo formaldehid.
Glede na ugotovitve naše raziskave bi bilo smiselno podrobno analizirati materiale, ki se nahajajo v bivalnem okolju, tudi v daljšem časovnem obdobju in ne zgolj v 24 urah. Prav tako bi bilo smiselno analizirati realen doprinos posameznega materiala k celotni koncentraciji formaldehida v prostoru, kakor tudi akumulacijski potencial posameznega materiala zaradi doseganja ravnovesja koncentracije.
6 VIRI
Adamkiewicz G., Harrison P., Choi H., Jarvis D. 2010. WHO guidelines for indoor air quality: Selected pollutants. Copenhagen, Denmark : 103-105
Basta A.H., El-saied H., Gobran R.H., Sultan M.Z. 2006. Enhancing environmental performance of formaldehyde-based adhesives in lignocellulosic composites, part III:
evaluation of some starch derivatives Designed Monomers and Polymers, 9: 325-347 de Carvalho L.M.H. 2012. Estudo da Operação de Prensagem do Aglomerado de Fibras de
Média Densidade (MDF): Prensa Descontínua de Pratos Quentes University of Porto, Doktorska disertacija. 467 str.
Dennis J. 2007. Review of existing bioresins and their applications. Building Research Establishment report fort he Forestry commission BRE Ltd.
Despres A., Pizzi,A., Vu C., Delmotte L. 2010. Colourless formaldehyde-free urea resin adhesives for wood panels. European Journal of Wood and Wood Products, 68: 13-20 Dunky M., Grunwald D., Haelvoet W. 2001. Emissions, in Wood Adhesion and Glued
Products. WG2: Glued Wood Products, State of the art Report of COST Action E13, Carl Johan Johansson, Tony Pizzi, Marc Van Leemput (Ur..)
Dunky M. 2003. Adhesives in the Wood Industry in Handbook of Adhesive Technology, Pizzi, A., Mittal, K. (Ur.), Marcel Dekker, New York, ZDA,
Dunky, M. 2013. Challenges with formaldehyde based adhesives, In: Proceedings of the COST COST E34 Conference, Innovations in Wood Adhesives, M. Properzi, F. Pichelin and M. Lehmann (Ur), Bern University of Applies Sciences, HSB, Biel, Švica, 91-106 Ferra J.M.M., Henriques A., Mendes A.M., Costa M.R.N., de Carvalho L.H., Magalhães F.D.2012. Comparison of UF Synthesis by Alkaline-Acid and Strongly Acid Processes.
Journal of Applied Polymer Science, 123: 1764-1772
Gilbert N. L., Guay M., Gauvin D., Dietzs N. R. 2008. Air change rate and concentration od formaldehyde in residential indoor air. Atmospheric Environment: 2424-2428 Gressel G. M., Wilder L. 2009. Evaluation od mitigation strategies for reducing
formaldehyde cencentrations in unoccupied federal emergency management ageny- owned travel trailers. Division od Environmental Hazards and Health Effects: 51-54 Groah W. J. 2005. Decay or the Decrease in Formaldehyde Concentrations or Emissions
over Time and UF-bonded Wood Panel Products. Green Builder.
Haghighat F., De Bellis L. 1998. Material emission rates: Literature review and the impact of indoor air temperature and relative humidity. Building and Environment: 261-277 Hematabadi H., Behrooz R., Shakibi A., Arabi M. 2012. The reduction of indoor air
formaldehyde from wood based composites using urea treatment for building materials Construction Building Materials, 28: 743-746
Hines A. L., T.K. Ghosh, S.K. Loylka and R.C.Warder, Jr. 1993. Indoor air: Quality and con-trol. Prentice Hall, Englewood Cliffs, NJ.
Maddalena R., Russell M., Sullivan D., Apte M. 2009. Environmental science and technology: 5626-5632
Mertens R., Fanger P., Wright P. A., Maroni M., Reggiani A., Molina C., Seiferd B., Siskos P., Valavanidis A., Smith L., Suess M. J., Hongslo J., 1990. Indoor air pollution by formaldehyde in European countries. Commission of the European communities. 1-4 Myers G.E. 1989. Advances in methods to reduce formaldehyde emission, in Composite
Board Products for Furniture and Cabinet-Innovations in Manufacture and Utilization, M. P. Hamel (eUr.), Forest Products Society, Madison, WZDA
Paiva T., Henriques A., Cruz P., Ferra, M. de Carvalho L.H. 2011. Production of
Melamine Fortified Urea-Formaldehyde Resins with Low Formaldehyde, Emission 124:
2311–2317
Papadopoulos A.N., Hill C.A.S., Traboulay E., Hague J.R.B. 2002. Isocyanate Resins for Particleboard: pMDI vs EMDI. Holz als Roh- und Werkstoffe, 60: 81-83
Parthasarathy S., Maddalena R., Russell M. L., Apte M. 2011. Effect of temperature and humidity on formaldehyde emissions in temporary housing units. Journal of the Air and Waste Management Association: 689-695
Salthammer T., Mentese S., Marutzky R. 2010. Formaldehyde in the Indoor Environment Chemical Reviews, 110: 2536–2572
Sun, Q.N.,, Hse C.Y., Shupe, T.F. 2010. Characterization and Performance of Melamine Enhanced Urea Formaldehyde Resin for Bonding Southern Pine Particleboard. Journal of Applied Polymer Science, 119: 3538–3543
Šestan P., Kristl Ž., Dovjak M. 2013. Formaldehid v grajenem okolju in možen vpliv na zdravje ljudi. Gradbeni vestnik, 62: 190 – 203
Zhang L., Smith M. T., Li L., Duong A., Bai Y., Tang X. 2009. Formaldehyde in China:
Production, consumption, exposure levels and health effects. Environment International.
Wolkoff P., Kjaergaard S. 2007. The dichotomy of relative humidity on indoor air quality.
Environment International: 850-857 Formaldehid. 2018
http://www.osha.mddsz.gov.si/resources/files/FORMALDEHYDE-SVN.pdf (12. nov. 2020)
Formaldehid. 2020
https://sl.wikipedia.org/wiki/Formaldehid (22. nov. 2020)
Standard ISO 12460-4:2008 Wood based panels - Determination of formaldehyde release 2008: desiccator method
ZAHVALA
Ob tej priložnosti bi se rad iskreno zahvalil svoji družini in partnerki, za vso podporo, ki so mi jo izkazali tekom študija.
Rad bi se zahvalil tudi mentorju prof. dr. Sergeju Medvedu za strokovno pomoč in podporo pri izdelavi diplomske naloge.
Zahvaljujem se tudi recenzentu prof. dr. Milanu Šerneku za strokovno pomoč pri popravi diplomske naloge.
Zahvalil bi se tudi podjetju Adria Mobil d.o.o., za dostavljene materiale, ki smo jih uporabili pri izvedbi poskusa.
Aljaž Robida
