《International Journal of Molecular Sciences》：Maternal Omega-3 PUFA Supplementation and Mitochondrial Function in a Newborn Piglet Model: A Preliminary Investigation
Pawe? Kowalczyk,
Monika Sobol,
Ewa ?wi?ch,
Anna Tu?nio,
Marcin Barszcz,
Jaros?aw Woliński,
Joanna Makulska,
Andrzej W?glarz and
Grzegorz Skiba
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为生产超低甲醛释放的MDF板材，同时兼顾树脂加工性能和成品力学性能，本研究以低摩尔比（F/U=1.06）UF树脂为对象，系统比较了亚硫酸铵与尿素-偏亚硫酸氢钠两种捕捉剂的添加效果。结果表明，两种捕捉剂均能显著降低穿孔法甲醛值，并在添加量不超过5 wt%时不会对板材物理力学性能产生显著负面影响，为开发环境友好型人造板产品提供了重要参考。
在追求绿色、健康家居生活的今天，家具和室内装修中广泛使用的人造板释放的甲醛，一直是公众关注的焦点。为了满足日益严苛的环保标准，人造板行业普遍采用降低脲醛（UF）树脂中甲醛与尿素摩尔比的方法，但这把“双刃剑”在削减甲醛释放潜力的同时，也削弱了树脂的反应活性，使得固化过程更难控制，加工窗口变窄。为了突破这一瓶颈，在UF树脂中添加甲醛捕捉剂成为一种重要的辅助手段。然而，捕捉剂虽然能“捕捉”甲醛，却也可能会干扰树脂的固化路径、影响最终板材的性能。在众多的捕捉剂中，亚硫酸铵和尿素-偏亚硫酸氢钠备受关注，但它们对低摩尔比UF树脂体系的固化过程究竟有何具体影响？哪种在降低甲醛和维持板材性能之间能取得更好的平衡？这些问题尚未在制造中密度纤维板（MDF）的具体应用场景中得到清晰解答。
为此，由Pawe? Kowalczyk、Monika Sobol等人组成的研究团队在《International Journal of Molecular Sciences》上发表了研究论文，他们采用同步热分析技术评估了捕捉剂对树脂固化行为的影响，并实际制备了实验室MDF板材，系统测试了其甲醛含量（穿孔法，EN ISO 12460-5:2015）及一系列物理力学性能。这项工作的核心目标，就是将树脂层面的固化特征与板材层面的最终性能联系起来，从而评估这两种捕捉剂在低摩尔比UF树脂体系中的综合表现。
为了开展这项研究，研究人员采用了工业级的MDF木纤维和低摩尔比UF树脂，并引入了两种商业化甲醛捕捉剂：亚硫酸铵和尿素-偏亚硫酸氢钠。首先，他们通过同步热分析（TGA）在空气气氛中评估了不同添加量下改性UF树脂体系的固化热行为。基于热分析结果，他们在实验室制备了厚度10mm、目标密度760 kg m-3的MDF板材，热压温度为180°C，热压因子设定为30秒/毫米。最后，板材经过调节后，被切割成测试样本，并根据相关欧洲标准对其密度、吸水率、厚度膨胀率、静曲强度、弹性模量、内结合强度等物理力学性能进行了测试，并特别采用穿孔法测定了甲醛含量。
3.1. 以亚硫酸铵和尿素-偏亚硫酸氢钠改性的UF粘合剂体系的热分析
研究发现，这两种基于亚硫酸盐的甲醛捕捉剂以截然不同的方式影响了低摩尔比UF树脂的固化进程。未经改性的参考树脂在124.45°C处有一个相对集中的主放热峰。而亚硫酸铵系列将主要的固化峰系统地移向了更高温度，尤其是在3-5 wt%的添加量下，这表明主缩聚阶段发生了迟滞。相比之下，尿素-偏亚硫酸氢钠体系则呈现出更宽广、多峰的固化曲线，尤其是在3-5 wt%的添加量下，这意味着固化过程被重新分配成一个不太同步、跨越更宽温度区间的过程。pH测试结果为此提供了佐证：亚硫酸铵使体系pH逐渐降低，而尿素-偏亚硫酸氢钠则使pH明显升高，这与两者对UF缩合催化条件的不同影响有关。总体而言，热分析表明亚硫酸铵主要通过将主要的固化峰移向更高温度来影响固化，而尿素-偏亚硫酸氢钠则导致了更复杂、多阶段的固化行为。
3.2. MDF板材的物理和机械性能
物理力学测试结果显示，在1、3和5 wt%的添加量下，无论添加亚硫酸铵还是尿素-偏亚硫酸氢钠，实验室制造的MDF板材的服务相关性能均未发生实质性变化。所有板材系列的密度、吸水率、厚度膨胀率、弹性模量、静曲强度和内结合强度的测量值均在相对较窄的范围内，方差分析（ANOVA）证实，观测到的差异在统计学上并不显著。这表明，在选定的制造条件下，含有亚硫酸盐捕捉剂的UF改性体系可以保持与对照UF树脂相当的板材性能。这一结果在技术上具有重要意义，因为它表明可以在不牺牲关键板材性能的前提下降低甲醛含量。
具体来看，板材密度稳定在约752至774 kg m-3的窄幅范围内，与目标密度接近。吸水率均值在37.3%到41.4%之间，厚度膨胀率在16.05%到17.39%之间，均无显著差异。在力学性能方面，弹性模量在约3702至4103 N mm-2之间，静曲强度在约30.6至34.7 N mm-2之间，内结合强度在0.757至0.823 N mm-2之间，各组间差异也均不显著。这说明，尽管热分析显示固化行为发生了改变，但所采用的热压工艺为延迟或重新分布的固化提供了足够的热量和时间储备，从而保障了最终板材的机械强度和尺寸稳定性。
3.3. MDF板材的甲醛含量
穿孔法测试表明，低摩尔比UF树脂本身就提供了一个较低的甲醛释放基线，而两种捕捉剂都进一步以剂量依赖的方式显著降低了甲醛含量。对照MDF的甲醛含量为3.84 mg/100g（干板），已满足E0级标准。添加亚硫酸铵后，甲醛含量在低添加量时（1 wt%为1.58 mg/100g）就急剧下降，并在更高添加量下达到1.36-1.24 mg/100g的超E0级水平。尿素-偏亚硫酸氢钠也呈现渐进式下降，在5 wt%时达到1.26 mg/100g。从应用角度看，要达到超E0级目标，亚硫酸铵在3 wt%时即可实现，而尿素-偏亚硫酸氢钠则需要5 wt%的添加量才能达到同等水平。
结论与重要意义
本研究对亚硫酸铵和尿素-偏亚硫酸氢钠在低摩尔比UF树脂中用作甲醛捕捉剂的效果进行了比较评估。其关键贡献在于将树脂层面的固化行为与板材层面的性能进行了综合评估，从而实现对固化发展、甲醛减排和板材性能的全面评价。
研究得出的核心结论是：两种捕捉剂以不同的方式改变了UF树脂的固化特征，但都能有效降低MDF板材的甲醛含量，使产品达到超E0级标准。更关键的是，在最高5 wt%的添加量下，这两种捕捉剂均未对板材的密度、吸水率、厚度膨胀、弹性模量、静曲强度和内结合强度造成统计学上的显著负面影响。这意味着，在适当的热压工艺下，可以兼顾低甲醛排放和高性能的板材生产。
这项研究的重要意义在于，它从理论和实践两个层面为解决“低甲醛”与“高性能”之间的两难问题提供了清晰的路径。它证实了亚硫酸铵（特别是3 wt%添加量）是生产超E0级MDF板材的一个实用且高效的选择。同时，研究也指出，确保足够的热压固化裕度对于抵消捕捉剂可能带来的固化延迟至关重要。这项研究为人造板制造商在选用甲醛捕捉剂、优化配方和工艺参数以生产环保健康型产品方面，提供了宝贵的、有数据支撑的科学依据。
