納米技術(shù)在紙漿模塑家具中的應(yīng)用分析

張小彤ZHANG Xiaotong　萬(wàn)輝WAN Hui東北林業(yè)大學(xué)，哈爾濱 150040（Northeast forestry university，150040 Harbin）

納米技術(shù)在紙漿模塑家具中的應(yīng)用分析

張小彤ZHANG Xiaotong萬(wàn)輝WAN Hui
東北林業(yè)大學(xué)，哈爾濱 150040（Northeast forestry university，150040 Harbin）

對(duì)當(dāng)前納米技術(shù)及紙漿模塑家具在社會(huì)生活中的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了分析，提出可以將納米技術(shù)引用到紙漿模塑家具當(dāng)中，來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)的研究與實(shí)踐。簡(jiǎn)要分析了納米技術(shù)在國(guó)內(nèi)外家具設(shè)計(jì)中的研究狀況，并對(duì)紙漿模塑家具的優(yōu)良特性如環(huán)保型、安全性、經(jīng)濟(jì)性、時(shí)尚性等予以了解析，認(rèn)為可以利用納米技術(shù)來(lái)進(jìn)行改良紙漿模塑家具性能的研究。通過(guò)分析納米技術(shù)對(duì)紙漿模塑家具的改良優(yōu)勢(shì)，認(rèn)為將納米技術(shù)引入到紙漿模塑家具產(chǎn)品中是必要且是可行的，認(rèn)為在未來(lái)的消費(fèi)市場(chǎng)中，紙漿模塑家具產(chǎn)品必將有著極大的市場(chǎng)潛力。同時(shí)，對(duì)于紙漿模塑家具的不足方面，提出改良原料、改善防水性能、改良外觀造型以及改善力學(xué)性能等針對(duì)性方案。

納米技術(shù)；紙漿模塑家具；綠色環(huán)保；發(fā)展方向

一、引言

納米技術(shù)是當(dāng)今社會(huì)應(yīng)用最廣泛、最高端的科學(xué)技術(shù)。自從20世紀(jì)50年代末著名諾貝爾獎(jiǎng)獲得者物理學(xué)家理查德·菲利浦·費(fèi)曼（Richard Phillips Feynman）提出納米這個(gè)設(shè)想，人們就在不斷的質(zhì)疑或是堅(jiān)定的聲音中研究和發(fā)展納米技術(shù)。從納米技術(shù)一開始應(yīng)用于航天、軍工、生物醫(yī)藥等行業(yè)，到現(xiàn)在被應(yīng)用到人們?nèi)粘Ｉ钪?，?jīng)過(guò)不斷的發(fā)展已經(jīng)走向成熟。

納米技術(shù)可基本概括為納米材料學(xué)、納米加工學(xué)和納米力學(xué)等諸多納米科學(xué)技術(shù)［1］。由于納米分子的列陣結(jié)構(gòu)十分緊密，這就使納米材料有許多其他材料所不具備的優(yōu)點(diǎn)，如高強(qiáng)度和高韌性以及良好的延展性、導(dǎo)熱導(dǎo)電、防水性及阻燃等。

二、納米技術(shù)在紙漿模塑家具中的研究現(xiàn)狀

納米技術(shù)是研究用單個(gè)原子、分子制造的科學(xué)技術(shù)，是由尺寸在0.1～100nm范圍之間的物質(zhì)組成的體系的運(yùn)動(dòng)軌跡和相互影響，是一門多學(xué)科融合的綜合學(xué)科。將納米技術(shù)引入到紙漿模塑家具中，可以更好地發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)特性。

1.紙漿模塑家具現(xiàn)狀

紙漿模塑家具，簡(jiǎn)單地講就是紙濃漿和化學(xué)試劑按照比例調(diào)制而成，先經(jīng)過(guò)專業(yè)加工過(guò)濾機(jī)器再經(jīng)過(guò)擠壓成型法或真空成型法，固定紙漿在脫水之前的纖維組織形態(tài)、纖維排列方向及纖維分布一致，形成與家具模具形狀基本相同的濕紙模坯，在經(jīng)過(guò)進(jìn)一步脫水脫模、干燥、定型，就形成了簡(jiǎn)單的家具制品。紙漿模塑家具的主要材料，是回收率高達(dá)90%的廢紙，可以減少木材砍伐、減少碳排放、減少用水用電，使廢物重新得到利用，既節(jié)約又環(huán)保。

因此，紙漿模塑家具的原料來(lái)源非常廣泛，符合了現(xiàn)代社會(huì)低碳、綠色、環(huán)保的理念。紙漿模塑家具具有制造成本低、易回收、綠色環(huán)保等特性優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)獲得了越來(lái)越多的家具設(shè)計(jì)師及家具公司的青睞。

2.國(guó)內(nèi)外家具設(shè)計(jì)中納米技術(shù)的研究現(xiàn)狀

在國(guó)外家具設(shè)計(jì)中，納米技術(shù)很早就有所涉及。美國(guó)、日本、歐洲等發(fā)達(dá)國(guó)家，很早就嘗試把納米技術(shù)引入到家具材料中，開發(fā)納米材料以滿足不同家具設(shè)計(jì)的需求?，F(xiàn)今發(fā)達(dá)國(guó)家的可發(fā)性聚苯乙烯（EPS）制品，基本上已經(jīng)被紙漿模塑制品替代。

發(fā)達(dá)國(guó)家家具設(shè)計(jì)中納米技術(shù)發(fā)展的特點(diǎn)主要如下：應(yīng)用領(lǐng)域范圍廣；制品設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、機(jī)械化；生產(chǎn)設(shè)備先進(jìn)并工藝合理［2］。

紙漿模塑工藝在我國(guó)有幾十年的歷史，發(fā)展十分迅速，在政府的大力扶持下近年國(guó)內(nèi)的眾多高校及家具公司也不斷在創(chuàng)新，如利用納米的特性改良木材；制造抑菌納米貼膜貼附在家具表面；新型防油防水碳氟鏈化合物納米紙；新型納米家具漆、家具噴涂；新型納米包裝材料；等等。

三、紙漿模塑家具的優(yōu)點(diǎn)

紙漿模塑家具也有許多其他材質(zhì)家具所不具有的優(yōu)良特性，如環(huán)保型、安全性、經(jīng)濟(jì)性、時(shí)尚性等。

1.環(huán)保型

綠色制造是在基本制造模式的基礎(chǔ)上，結(jié)合全球環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，從產(chǎn)品的生產(chǎn)到投放市場(chǎng)賣入消費(fèi)者手中的各個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)環(huán)境影響較小而資源合理利用，并使企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效應(yīng)最大化［3］2-12。

根據(jù)綠色制造理論應(yīng)運(yùn)而生的紙漿模塑家具，是作為環(huán)保型綠色科技產(chǎn)品的代表，其對(duì)環(huán)境資源的可持續(xù)發(fā)展的積極影響，正在逐漸被人們所認(rèn)同。紙漿模塑家具的主要材料，是以綠色環(huán)保為特征可持續(xù)循環(huán)使用的植物紙纖維和廢棄的報(bào)紙、書籍等，符合現(xiàn)代社會(huì)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。

現(xiàn)階段的世界環(huán)境面臨著十分嚴(yán)峻的考驗(yàn)，綠色制造將從根本上改變世界工業(yè)和輕工業(yè)的生產(chǎn)結(jié)構(gòu)及產(chǎn)業(yè)模式。

2.安全性

家具作為人們生活中使用次數(shù)最多的器具，家具的安全性十分重要。紙質(zhì)材料質(zhì)地柔軟，力學(xué)性能好，制成紙漿模塑家具更加安全、健康。其在破損時(shí)，也不會(huì)碎裂成細(xì)小的碎片及突出的邊角。同時(shí)，紙漿模塑家具也不含威脅人們身體健康的有害物質(zhì)，在生產(chǎn)及使用環(huán)節(jié)不會(huì)造成人員傷害。此外，由于紙類導(dǎo)熱性能低，透氣性能好，紙漿模塑家具在夏季使用時(shí)讓人感覺清爽舒適，在冬季使用時(shí)讓人接觸感覺不冰冷（見圖1）。

圖1　套裝式紙漿模塑裝飾家具［3］39

3.經(jīng)濟(jì)性

紙質(zhì)材料來(lái)源十分廣泛，一般比較環(huán)保的做法是回收廢棄的報(bào)紙、書籍、生活中的廢紙、工程紙等。將廢舊回收紙張經(jīng)過(guò)分類后碎解、疏解、篩選分離、凈化、濃縮、脫磨等形成一定濃度的原漿，再經(jīng)過(guò)施膠、成型、烘干等過(guò)程生產(chǎn)為特定產(chǎn)品。

因此，紙漿模塑家具較比普通木質(zhì)家具的價(jià)格成本更低，非常適用于兒童家具、短期用戶、室內(nèi)外展示設(shè)施。如Ramler（拉姆勒）家具公司為2000年悉尼奧運(yùn)會(huì)提供了超過(guò)50萬(wàn)件的紙質(zhì)家具，會(huì)后經(jīng)過(guò)回收轉(zhuǎn)化成辦公紙箱、展示箱、筆記本和辦公用紙等，提升并增加了家具的經(jīng)濟(jì)實(shí)用性［3］7。

4.時(shí)尚性

由于時(shí)代的不斷變化發(fā)展，消費(fèi)者的審美水平也在不斷提高。無(wú)論是在家具產(chǎn)品的使用上還是在家具產(chǎn)品的外觀造型上、產(chǎn)品舒適度及顏色搭配上，消費(fèi)者都提出了很高的要求。在不斷創(chuàng)新的思想主張下，許多設(shè)計(jì)人員提出對(duì)家具予以全方位改變，尋求設(shè)計(jì)上的突破。

在造型上，紙漿模塑家具變化多樣，具有較強(qiáng)的設(shè)計(jì)可塑性。結(jié)合現(xiàn)代中西方家具的優(yōu)良特性，可以改變傳統(tǒng)家具單一、僵直的造型樣式，更具審美觀賞性及時(shí)尚感［4］。在色彩上，根據(jù)消費(fèi)者的喜好及當(dāng)下流行顏色進(jìn)行特定的顏色搭配，能夠顯現(xiàn)出時(shí)尚、高端、大氣的視覺效果。在家具產(chǎn)品質(zhì)感上，紙漿模塑家具表面粗糙的肌理效果，兼?zhèn)淠玖霞懊蘼榧徔椢锏募±硇Ч?，莊重典雅且透氣性能好，在滿足消費(fèi)者使用需求的前提下，能夠及時(shí)追求時(shí)尚，張揚(yáng)個(gè)性，并體現(xiàn)時(shí)代感，符合當(dāng)前消費(fèi)者的生理和心理需求（見圖2）。

圖2　紙漿模塑家具與其他材料結(jié)合更具時(shí)尚感［3］39

四、納米技術(shù)在紙漿模塑家具產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的展望

紙漿模塑家具以來(lái)源十分廣泛的回收紙、草本植物纖維原料及棉麻纖維等為主要原料，本著減少能源消耗、綠色可持續(xù)發(fā)展的設(shè)計(jì)理念，提出將納米技術(shù)引入到紙漿模塑家具產(chǎn)品中。

1.改良原料

納米結(jié)構(gòu)通常是指物質(zhì)結(jié)構(gòu)在0～100nm范圍內(nèi)的納米物體。當(dāng)材料粒子達(dá)到納米級(jí)時(shí)，其本身就具有量子尺寸效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)等特性。原有紙漿模塑家具的原料基本上以回收廢棄的報(bào)紙、書籍、海報(bào)、包裝紙等，再加入木材纖維原料、草類纖維原料、棉麻纖維原料及各種化學(xué)試劑等，其制成的紙漿，纖維分子之間縫隙較大，制作出來(lái)的紙漿模塑家具表面粗糙、不平整、承重情況不足，十分影響家具的視覺感受及使用效果。

因?yàn)榧{米分子的列陣結(jié)構(gòu)十分緊密，可以添加到紙漿模塑家具原料中，所以運(yùn)用納米技術(shù)可以增強(qiáng)原料特性，改善紙漿中紙纖維的密度，提高紙纖維如強(qiáng)度、韌性及良好的延展性、導(dǎo)熱導(dǎo)電、防水性及阻燃性等［5］。

在原有紙漿中加入納米分子，能使松散的纖維結(jié)構(gòu)變得更加緊密，制成的家具表面更加平滑，家具更薄，纖維密度的增強(qiáng)，也可以改善紙模家具的承重能力及外觀美感。如若加入抗菌抑菌的納米分子，則可以使紙漿模塑家具的表面長(zhǎng)時(shí)間不會(huì)受到污染，更加便于清潔，十分符合現(xiàn)在都市的生活及工作方式，等等。同時(shí)，納米技術(shù)可以在很大程度上提高紙漿率，減少對(duì)環(huán)境的影響，紙及紙制品可生物降解、更容易回收，納米過(guò)濾技術(shù)還可以幫助廢水清潔生產(chǎn)。

2.改善防水性能

紙纖維既有力學(xué)強(qiáng)度變形的結(jié)構(gòu)特性，又有流體的力學(xué)強(qiáng)度變形與塑性變形成正比的性質(zhì)，也同時(shí)還有變形及變形之后可恢復(fù)的力學(xué)滯后效應(yīng)［6］。紙漿模塑家具未被大規(guī)模地使用，是因其承壓承重強(qiáng)度、防水防油、表面處理等方面存在不足，易破裂、易變性。

因此，我們可以通過(guò)納米技術(shù)改善紙漿模塑家具的表面疏水性和表面強(qiáng)度。如河南漯河銀鴿投資實(shí)業(yè)股份公司和華中科技大學(xué)納米科技研究院聯(lián)合研制的新型納米紙，通過(guò)利用超疏水納米結(jié)構(gòu)圖層技術(shù)，來(lái)提升紙張表面疏水性和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，工藝設(shè)備不繁復(fù)，生產(chǎn)產(chǎn)品具有同類紙制品所不具備的表面超疏水性及防潮性，提高了表面強(qiáng)度，降低了伸縮率，提高了防水性能［7］。

3.改良外觀造型

由于納米分子能使松散的纖維結(jié)構(gòu)變得更加緊密，制成的家具表面更加平滑，家具更薄，纖維密度的增強(qiáng)可以改善紙漿模塑家具承重能力及外觀的美感，這就使紙漿模塑家具中的纖維可塑性增強(qiáng)，在造型上能夠更加富于變化。如用其制成兒童家具，則符合安全標(biāo)準(zhǔn)，其在破損時(shí)也不會(huì)出現(xiàn)鋒利的邊角，不含威脅人體健康的有害物質(zhì)，有利于兒童身心健康。

便于移動(dòng)的辦公家具，以及應(yīng)用面比較廣的便于移動(dòng)、拆卸安裝的展示類家具，在更大程度上擴(kuò)展紙漿模塑家具的應(yīng)用場(chǎng)所。在造型方面，應(yīng)遵循功能效用、物質(zhì)技術(shù)和形式美感等設(shè)計(jì)原則，強(qiáng)調(diào)造型、材質(zhì)的多元化策略，并在設(shè)計(jì)中加入更多的線狀、塊狀形態(tài)的應(yīng)用，以體現(xiàn)不同的造型風(fēng)格［8］。在色彩上，注重運(yùn)用色彩的優(yōu)勢(shì)，搭配出賞心悅目的顏色，開拓消費(fèi)者的視覺感受。在外觀上，可以與不同風(fēng)格的材料做搭配，配以裝飾效果，使紙漿模塑家具在外觀上更具有視覺沖擊力。

4.改善力學(xué)性能

紙漿模塑家具的成型方法一般是注漿成型法，就是把調(diào)配好一定濃度的漿料注入家具產(chǎn)品的模具中，抽真空脫水后獲得濕紙模胚，然后濕紙模胚轉(zhuǎn)移至熱壓干燥或微波干燥定型。紙漿模塑家具在結(jié)構(gòu)承重上一般采用的是型腔與加強(qiáng)筋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

紙漿模塑家具本身的彈性，主要是依靠紙模家具的加強(qiáng)筋設(shè)計(jì)。因其形狀出現(xiàn)的型腔，在設(shè)計(jì)上基本依據(jù)產(chǎn)品本身的形狀和用途，目的就是為了增加紙漿模塑制品的力學(xué)強(qiáng)度及穩(wěn)定均勻分散重力的作用。在紙漿模塑家具中使用納米技術(shù)，可以使家具的可塑性、耐磨性、硬度、強(qiáng)度等，更大程度地得到提升［9］。

五、結(jié)語(yǔ)

中國(guó)是紙類產(chǎn)品的消費(fèi)大國(guó)，隨著時(shí)代的發(fā)展更應(yīng)當(dāng)節(jié)約資源、減少污染變廢為寶［10］。紙漿模塑家具是一種以綠色環(huán)保為特征、可持續(xù)再利用的植物纖維和棉麻纖維等為主要原料的一種產(chǎn)品。本著減少能源消耗、綠色可持續(xù)發(fā)展的設(shè)計(jì)

［］［］理念，我們提出將納米技術(shù)引入到紙漿模塑家具產(chǎn)品中，進(jìn)行系統(tǒng)的研究與應(yīng)用，是有著積極意義的。

隨著全球綠色可持續(xù)發(fā)展，紙漿模塑家具作為環(huán)保型綠色科技產(chǎn)品的代表，其對(duì)環(huán)境資源的可持續(xù)發(fā)展的積極影響，也正在逐漸被人們所認(rèn)同。通過(guò)納米技術(shù)對(duì)紙漿模塑家具各方面的改良，家具的承重強(qiáng)度、耐久度及外觀效果等，都可以在很大程度上得到提升，更容易得到大多數(shù)消費(fèi)者的認(rèn)同，具有極大的發(fā)展空間。因此，將納米技術(shù)引入到紙漿模塑家具產(chǎn)品中是必要及可行的，在未來(lái)的家具市場(chǎng)紙漿模塑家具必將會(huì)有巨大的市場(chǎng)潛力及廣闊的發(fā)展前景。

［1］楊龍平，章建浩，黃明明，嚴(yán)文靜.納米材料在食品包裝中的應(yīng)用及安全性評(píng)價(jià)［J］.包裝工程，2015（1）：19-23，56.

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［3］萬(wàn)輝.紙漿模塑家具的設(shè)計(jì)與研究［D］.哈爾濱：東北林業(yè)大學(xué)，2011.

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［5］黃俊彥，朱婷婷.紙漿模塑生產(chǎn)實(shí)用技術(shù)［M］.北京：印刷工業(yè)出版社，2008：31-40.

［6］陶媛，于帆.基于共生觀的紙漿模塑內(nèi)包裝材料再設(shè)計(jì)研究［J］.包裝工程，2015（8）：100-103.

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［8］楊文龍，熊微.延續(xù)與轉(zhuǎn)變：對(duì)塑料家具設(shè)計(jì)發(fā)展的思考與認(rèn)識(shí)［J］.設(shè)計(jì)藝術(shù)研究，2012（5）：43-48，74.

［9］姚培培，肖生苓，岳金權(quán).不同干燥方式對(duì)紙漿模塑材料性能的影響［J］.包裝工程，2014（7）：22-28.

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（責(zé)任編輯孫玉萍）

Prospect of Nanotechnology in the Pulp Molding Products in Furniture

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nаnоtесhnоl(xiāng)оgу；рulр mоl(xiāng)ding；grееn аnd еnvirоnmеntаl рrоtесtiоn；dеvеlорmеnt dirесtiоn

J525

Adoi：10.3963/j.issn.2095-0705.2015.06.021（120-05）

2015-10-04

張小彤，東北林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院碩士生；萬(wàn)輝，東北林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院副教授。