納米技術在紙漿模塑家具中的應用分析

張小彤ZHANG Xiaotong　萬輝WAN Hui東北林業大學，哈爾濱 150040（Northeast forestry university，150040 Harbin）

納米技術在紙漿模塑家具中的應用分析

張小彤ZHANG Xiaotong萬輝WAN Hui
東北林業大學，哈爾濱 150040（Northeast forestry university，150040 Harbin）

對當前納米技術及紙漿模塑家具在社會生活中的發展趨勢進行了分析，提出可以將納米技術引用到紙漿模塑家具當中，來進行系統的研究與實踐。簡要分析了納米技術在國內外家具設計中的研究狀況，并對紙漿模塑家具的優良特性如環保型、安全性、經濟性、時尚性等予以了解析，認為可以利用納米技術來進行改良紙漿模塑家具性能的研究。通過分析納米技術對紙漿模塑家具的改良優勢，認為將納米技術引入到紙漿模塑家具產品中是必要且是可行的，認為在未來的消費市場中，紙漿模塑家具產品必將有著極大的市場潛力。同時，對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性能等針對性方案。

納米技術；紙漿模塑家具；綠色環保；發展方向

一、引言

納米技術是當今社會應用最廣泛、最高端的科學技術。自從20世紀50年代末著名諾貝爾獎獲得者物理學家理查德·菲利浦·費曼（Richard Phillips Feynman）提出納米這個設想，人們就在不斷的質疑或是堅定的聲音中研究和發展納米技術。從納米技術一開始應用于航天、軍工、生物醫藥等行業，到現在被應用到人們日常生活之中，經過不斷的發展已經走向成熟。

納米技術可基本概括為納米材料學、納米加工學和納米力學等諸多納米科學技術［1］。由于納米分子的列陣結構十分緊密，這就使納米材料有許多其他材料所不具備的優點，如高強度和高韌性以及良好的延展性、導熱導電、防水性及阻燃等。

二、納米技術在紙漿模塑家具中的研究現狀

納米技術是研究用單個原子、分子制造的科學技術，是由尺寸在0.1～100nm范圍之間的物質組成的體系的運動軌跡和相互影響，是一門多學科融合的綜合學科。將納米技術引入到紙漿模塑家具中，可以更好地發揮其優勢特性。

1.紙漿模塑家具現狀

紙漿模塑家具，簡單地講就是紙濃漿和化學試劑按照比例調制而成，先經過專業加工過濾機器再經過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、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，在經過進一步脫水脫模、干燥、定型，就形成了簡單的家具制品。紙漿模塑家具的主要材料，是回收率高達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，既節約又環保。

因此，紙漿模塑家具的原料來源非常廣泛，符合了現代社會低碳、綠色、環保的理念。紙漿模塑家具具有制造成本低、易回收、綠色環保等特性優勢，已經獲得了越來越多的家具設計師及家具公司的青睞。

2.國內外家具設計中納米技術的研究現狀

在國外家具設計中，納米技術很早就有所涉及。美國、日本、歐洲等發達國家，很早就嘗試把納米技術引入到家具材料中，開發納米材料以滿足不同家具設計的需求。現今發達國家的可發性聚苯乙烯（EPS）制品，基本上已經被紙漿模塑制品替代。

發達國家家具設計中納米技術發展的特點主要如下：應用領域范圍廣；制品設計標準化、機械化；生產設備先進并工藝合理［2］。

紙漿模塑工藝在我國有幾十年的歷史，發展十分迅速，在政府的大力扶持下近年國內的眾多高校及家具公司也不斷在創新，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、紙漿模塑家具的優點

紙漿模塑家具也有許多其他材質家具所不具有的優良特性，如環保型、安全性、經濟性、時尚性等。

1.環保型

綠色制造是在基本制造模式的基礎上，結合全球環境的可持續發展，從產品的生產到投放市場賣入消費者手中的各個環節，對環境影響較小而資源合理利用，并使企業的經濟效益及社會效應最大化［3］2-12。

根據綠色制造理論應運而生的紙漿模塑家具，是作為環保型綠色科技產品的代表，其對環境資源的可持續發展的積極影響，正在逐漸被人們所認同。紙漿模塑家具的主要材料，是以綠色環保為特征可持續循環使用的植物紙纖維和廢棄的報紙、書籍等，符合現代社會可持續發展戰略。

現階段的世界環境面臨著十分嚴峻的考驗，綠色制造將從根本上改變世界工業和輕工業的生產結構及產業模式。

2.安全性

家具作為人們生活中使用次數最多的器具，家具的安全性十分重要。紙質材料質地柔軟，力學性能好，制成紙漿模塑家具更加安全、健康。其在破損時，也不會碎裂成細小的碎片及突出的邊角。同時，紙漿模塑家具也不含威脅人們身體健康的有害物質，在生產及使用環節不會造成人員傷害。此外，由于紙類導熱性能低，透氣性能好，紙漿模塑家具在夏季使用時讓人感覺清爽舒適，在冬季使用時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.經濟性

紙質材料來源十分廣泛，一般比較環保的做法是回收廢棄的報紙、書籍、生活中的廢紙、工程紙等。將廢舊回收紙張經過分類后碎解、疏解、篩選分離、凈化、濃縮、脫磨等形成一定濃度的原漿，再經過施膠、成型、烘干等過程生產為特定產品。

因此，紙漿模塑家具較比普通木質家具的價格成本更低，非常適用于兒童家具、短期用戶、室內外展示設施。如Ramler（拉姆勒）家具公司為2000年悉尼奧運會提供了超過50萬件的紙質家具，會后經過回收轉化成辦公紙箱、展示箱、筆記本和辦公用紙等，提升并增加了家具的經濟實用性［3］7。

4.時尚性

由于時代的不斷變化發展，消費者的審美水平也在不斷提高。無論是在家具產品的使用上還是在家具產品的外觀造型上、產品舒適度及顏色搭配上，消費者都提出了很高的要求。在不斷創新的思想主張下，許多設計人員提出對家具予以全方位改變，尋求設計上的突破。

在造型上，紙漿模塑家具變化多樣，具有較強的設計可塑性。結合現代中西方家具的優良特性，可以改變傳統家具單一、僵直的造型樣式，更具審美觀賞性及時尚感［4］。在色彩上，根據消費者的喜好及當下流行顏色進行特定的顏色搭配，能夠顯現出時尚、高端、大氣的視覺效果。在家具產品質感上，紙漿模塑家具表面粗糙的肌理效果，兼備木料及棉麻紡織物的肌理效果，莊重典雅且透氣性能好，在滿足消費者使用需求的前提下，能夠及時追求時尚，張揚個性，并體現時代感，符合當前消費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合更具時尚感［3］39

四、納米技術在紙漿模塑家具產品設計中的展望

紙漿模塑家具以來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、綠色可持續發展的設計理念，提出將納米技術引入到紙漿模塑家具產品中。

1.改良原料

納米結構通常是指物質結構在0～100nm范圍內的納米物體。當材料粒子達到納米級時，其本身就具有量子尺寸效應、小尺寸效應、表面效應和宏觀量子隧道效應等特性。原有紙漿模塑家具的原料基本上以回收廢棄的報紙、書籍、海報、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試劑等，其制成的紙漿，纖維分子之間縫隙較大，制作出來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。

因為納米分子的列陣結構十分緊密，可以添加到紙漿模塑家具原料中，所以運用納米技術可以增強原料特性，改善紙漿中紙纖維的密度，提高紙纖維如強度、韌性及良好的延展性、導熱導電、防水性及阻燃性等［5］。

在原有紙漿中加入納米分子，能使松散的纖維結構變得更加緊密，制成的家具表面更加平滑，家具更薄，纖維密度的增強，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時間不會受到污染，更加便于清潔，十分符合現在都市的生活及工作方式，等等。同時，納米技術可以在很大程度上提高紙漿率，減少對環境的影響，紙及紙制品可生物降解、更容易回收，納米過濾技術還可以幫助廢水清潔生產。

2.改善防水性能

紙纖維既有力學強度變形的結構特性，又有流體的力學強度變形與塑性變形成正比的性質，也同時還有變形及變形之后可恢復的力學滯后效應［6］。紙漿模塑家具未被大規模地使用，是因其承壓承重強度、防水防油、表面處理等方面存在不足，易破裂、易變性。

因此，我們可以通過納米技術改善紙漿模塑家具的表面疏水性和表面強度。如河南漯河銀鴿投資實業股份公司和華中科技大學納米科技研究院聯合研制的新型納米紙，通過利用超疏水納米結構圖層技術，來提升紙張表面疏水性和結構強度，工藝設備不繁復，生產產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構變得更加緊密，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，在造型上能夠更加富于變化。如用其制成兒童家具，則符合安全標準，其在破損時也不會出現鋒利的邊角，不含威脅人體健康的有害物質，有利于兒童身心健康。

便于移動的辦公家具，以及應用面比較廣的便于移動、拆卸安裝的展示類家具，在更大程度上擴展紙漿模塑家具的應用場所。在造型方面，應遵循功能效用、物質技術和形式美感等設計原則，強調造型、材質的多元化策略，并在設計中加入更多的線狀、塊狀形態的應用，以體現不同的造型風格［8］。在色彩上，注重運用色彩的優勢，搭配出賞心悅目的顏色，開拓消費者的視覺感受。在外觀上，可以與不同風格的材料做搭配，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，就是把調配好一定濃度的漿料注入家具產品的模具中，抽真空脫水后獲得濕紙模胚，然后濕紙模胚轉移至熱壓干燥或微波干燥定型。紙漿模塑家具在結構承重上一般采用的是型腔與加強筋的結構設計。

紙漿模塑家具本身的彈性，主要是依靠紙模家具的加強筋設計。因其形狀出現的型腔，在設計上基本依據產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強度及穩定均勻分散重力的作用。在紙漿模塑家具中使用納米技術，可以使家具的可塑性、耐磨性、硬度、強度等，更大程度地得到提升［9］。

五、結語

中國是紙類產品的消費大國，隨著時代的發展更應當節約資源、減少污染變廢為寶［10］。紙漿模塑家具是一種以綠色環保為特征、可持續再利用的植物纖維和棉麻纖維等為主要原料的一種產品。本著減少能源消耗、綠色可持續發展的設計

［］［］理念，我們提出將納米技術引入到紙漿模塑家具產品中，進行系統的研究與應用，是有著積極意義的。

隨著全球綠色可持續發展，紙漿模塑家具作為環保型綠色科技產品的代表，其對環境資源的可持續發展的積極影響，也正在逐漸被人們所認同。通過納米技術對紙漿模塑家具各方面的改良，家具的承重強度、耐久度及外觀效果等，都可以在很大程度上得到提升，更容易得到大多數消費者的認同，具有極大的發展空間。因此，將納米技術引入到紙漿模塑家具產品中是必要及可行的，在未來的家具市場紙漿模塑家具必將會有巨大的市場潛力及廣闊的發展前景。

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

［2］汪再文.國內外紙漿模塑發展現狀分析［J］.中國包裝工業，2006（6）：25-26.

［3］萬輝.紙漿模塑家具的設計與研究［D］.哈爾濱：東北林業大學，2011.

［4］祖彬，吳學棟.功能紙與紙裝功能性材料［M］.哈爾濱：哈爾濱工程大學出版社，2007：136-145.

［5］黃俊彥，朱婷婷.紙漿模塑生產實用技術［M］.北京：印刷工業出版社，2008：31-40.

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

［7］拜存星.河南銀鴿公司新型防水納米紙通過鑒定［J］.造紙信息，2004（2）：24.

［8］楊文龍，熊微.延續與轉變：對塑料家具設計發展的思考與認識［J］.設計藝術研究，2012（5）：43-48，74.

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

［10］胡英華.廢紙包裝材料的研究現狀及發展趨勢［J］.再生資源與循環經濟，2010（5）：37-40.

（責任編輯孫玉萍）

Prospect of Nanotechnology in the Pulp Molding Products in Furniture

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nаnоtесhnоlоgу；рulр mоlding；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，東北林業大學材料科學與工程學院碩士生；萬輝，東北林業大學材料科學與工程學院副教授。