稻塑生態復合材料在家具與室內外裝飾中的應用

■龐 瑤 趙宗琳 梅詩意 劉 毅 郭洪武 Pang Yao & Zhao Zonglin & Mei Shiyi & Liu Yi & Guo Hongwu

(1.2.3.4.5.北京林業大學木質材料科學與應用教育部重點實驗室，北京 100083）

隨著全球對環境資源可持續發展的重視以及人們環保意識的增強，環保材料和綠色設計越來越受到大眾的認可與喜愛。近年來，越來越多的農業剩余物（如稻殼、秸稈、甘蔗渣等）被用來作為復合材料的增強劑，或替代木材纖維制備新型綠色復合材料，并且許多實驗研究證明了其應用的可行性。筆者課題組對稻殼預處理、稻殼-聚乙烯復合材料及稻殼-聚乳酸復合材料制備進行了多年研究，并開發了相關材料和產品。以稻殼纖維作為基材制造的稻塑生態復合材料是木塑復合材料的發展和延伸，在家具與室內外裝飾中具有廣闊的應用前景。脂或塑料復合可制備許多高附加值的產品。所制備的稻塑材料加工工藝與木塑相近，并且其在材料性能、成本控制和資源循環等方面優于木塑復合材料，可應用于室內外家居、建筑、汽車、船舶、航天航空、包裝運輸，甚至電子等諸多領域。

基于我國森林資源匱乏的現實情況，稻塑生態復合材料的發展與應用為稻殼等農林剩余物的資源化利用提供了一條有效的途徑，為減少木材資源消耗，緩解我國建材、家具、包裝等行業中原料短缺問題提供了極大的可能性，不僅有利于森林資源的保護，還有助于推進資源全面節約和循環利用，具有較好的環保意義與社會經濟效益。

1 稻塑生態復合材料概述

稻塑生態復合材料（以下簡稱稻塑材料），是由天然稻殼纖維與樹脂、塑料等熱塑性聚合物以及助劑經高溫熔融，通過擠出、注塑、熱壓等工藝制備而成的[1-2]。我國作為水稻產量大國，每年產生約4000萬噸的稻殼[3-4]。稻殼作為農業廢棄物，直接丟棄或用于燃燒不僅是對資源的浪費，同時也對環境造成了污染[5]。稻殼具有一定的韌性、多孔性、低密度以及質地粗糙等特點，是一種儲量豐富、價格低廉、輕質、易加工的可再生資源。稻殼成分與木材相似，但又大有不同。稻殼主要由纖維素、半纖維素、木質素、二氧化硅以及少量的脂類和粗蛋白等組成[6]。以稻殼為原料，與樹

2 稻塑生態復合材料的應用

2.1 在室內墻板中的應用

在室內裝修中，墻面裝飾是不可忽視的一部分，隨著定制化家居的潮流興起，木制墻板逐漸成為墻面裝飾的主流材料。我國室內裝飾用的木制墻板主要有人造板類木制墻板、實木類木制墻板、軟木類木制墻板及木塑類木制墻板四類。結合稻殼和木塑的特點，稻塑材料作為墻板具有眾多優勢。稻殼原料為可再生的天然生物質資源，可回收利用；其作為稻米的保護層，具有防腐防蟲等功能，其效果在復合材料中仍然保留；稻殼內部為多孔蜂窩狀結構，發泡類或預留有空腔的稻塑復合材料在隔音降噪、保溫等方面具有優異的效果[7]。稻塑材料同木塑材料可塑性強，安裝簡單。此外，使用稻材料代替木材作為墻板，不僅可以提高房屋建筑耐久性、使房屋建筑易于保養和維修，同時也具有一定的藝術價值，通過采用墻板塑造立體的效果，可營造出獨特的室內氛圍。

2.2 在地板中的應用

近年來，木塑材料已大量應用于室內外地板中。早在2008年，北京奧運會會館地板的建設使用的便是木塑地板；之后的上海世博會以及廣州亞運會等活動場館中也均使用了木塑地板。稻塑材料作為地板，需要滿足防蟲、防潮、防水、無毒、無有害氣體釋放等優點。稻塑材料復合過程中，熱塑性樹脂包裹在稻殼粉表面，形成了疏水性薄膜，從而可以大大提高稻塑地板的防水性，可滿足產品在廚衛空間的使用需求。而稻殼天然的防蟲、防白蟻性能，又可降低稻塑地板的后期維護成本。

現如今，市場上出現的地板樣式越來越豐富，要使稻塑地板廣泛應用，除了滿足基礎條件，還必須要滿足消費者對花色紋理的不同需求。為實現木塑復合材料的表面仿木紋理裝飾效果，采用的技術方法包括機械打紋法、貼面法、通體法、覆膜法和UV平板打印等[8-9]。此技術同理可應用于稻塑復合材料中，再加以表面修飾，使其實現仿木紋理與觸感，保證原汁原味的自然感受，極大地提高復合材料的美學價值。來自德國的Resysta材料已在戶外地板中廣泛使用（圖1），其也屬于稻塑材料。它不僅在外觀質感上和熱帶木材完全相近，觸感不亞于天然木材，而且由于材料的特殊性，表面不會有裂縫和碎屑。

■圖1 稻塑地板的使用案例

■圖2 稻塑/木塑材料在戶外家具中的應用

■圖3 以模壓工藝制造的椅子及兒童家具

■圖4 含有注塑部件的歐式家具

■圖5 稻塑砧板、餐具

2.3 在家具中的應用

家具是室內裝飾中的重要組成部分，也是人們日常生活中不可缺少的一部分。由于稻塑材料優異的性能，其作為新型環保材料在綠色家居領域中具有潛在的發展空間[10]。稻塑家具的應用可涵蓋戶外家具和室內家具。為達到家具材料的性能要求，稻塑研究過程中主要關注的問題在于表面性能、抗菌性能、阻燃抑煙性能和力學性能等多方面性能的改善。紋理、色彩、光澤度、質地、觸感等表面性能直接地影響人們對家具的喜好與否[11]。此外，家具是人們日常生活中接觸較為頻繁的物件之一，因而要求稻塑材料具備一定的抗菌性能。許多研究通過在材料表面接枝具有抗菌功能的高分子單體或添加納米二氧化鈦、銀離子等抗菌劑來改善其抗菌功能[12-14]。經過預處理的稻殼粉表面被塑料包裹，保證了防水性能的同時也使真菌難以侵入到稻殼粉中，使得真菌缺乏了必備的生存環境，從而提高了材料的抗菌性能。

稻塑型材本身具有木材及木塑的相關特性，所以，加工木材所采用的方法也能夠應用到稻塑復合材料上。家具部件可通過榫卯結構、膠黏劑粘合、五金件連接等方式進行結構組合。此外，采用砂光、拉絲、軋花、木紋劑、熱轉印等表面處理方式修飾材料表面，可滿足家具設計多樣化、個性化的需求，從而拓展其在該領域的應用。

2.3.1 在戶外家具中的應用

戶外家具是用于戶外或半室外供公共活動所使用的家具，它是決定建筑物室外空間功能的物質基礎和表現室外空間形式的重要元素[15]。目前，已被廣泛使用的木塑戶外家具多為永久固定在戶外的家具類型，較為常見有露天桌椅、長凳等，可供游人或社區居民在游玩過程中進行短暫休息（圖2）。戶外家具對材料的耐腐性、抗老化性、耐水防潮性、抗紫外線能力等要求相對更高。稻塑材料具有突出的耐水、防腐、防蟲等特性，完全適用于戶外家具。相較于實木家具，其后期維護量可大大減小，即使是在風吹日曬下也難以產生材料碎裂、褪色等問題。在進行戶外稻塑家具設計時，應綜合考慮使用環境，與周圍涼亭、棧道、花池等其它木塑景觀結合，使其更具創意及觀賞性，實現人造景觀與自然環境的完美融合。

2.3.2 在室內家具中的應用

木塑家具的發展已經是勢在必行，但其在室內家具領域的應用還有待突破。室內家具可見于整個家居環境中，按應用場所可以分為客廳家具、臥室家具、廚衛家具等。木塑復合材料通過結構設計以及工藝控制可獲得優良的物理力學性能，適合于家具預制生產。稻塑復合材料同木塑板材，適用于制造框式家具、板式家具、曲木家具以及異形家具等。

稻塑材料應用于制造框式家具時不需要很高的強度，其可以與木塑、實木、金屬框架等結合，創造出更多新穎、表面裝飾性強的框式家具產品。稻塑板材作為板式家具基材，則需要注重板材的結構強度以及板材間的專用連接方式，能夠適應板式家具的32mm系統。與木材相比，稻塑復合材料含有熱塑性聚合物，具有較低的彎曲變形溫度，利用模壓、注塑等工藝比較容易得到彎曲造型。因此，其可以用于制造彎曲異形的家具產品或復雜表面的家具部件，例如曲形座椅、形狀各異的兒童家具、具有復雜紋飾的歐式家具及部件等。此外，還可根據不同人群的需求進行個性化定制。對于廣大家具產品設計師來說，稻塑材料具有較大的可塑性和豐富的可能性（圖3、圖4）。

2.5 其它應用

目前，市面上已經出現稻塑托盤、砧板、餐具（杯、刀、叉、勺等）、潔具（牙刷、梳子、肥皂盒等）等家居日常中使用的各類器具，由于其輕便、耐摔、耐熱等優點以及產品的環保理念，受到了廣大消費者的喜愛。常見的餐具和潔具多以瓷器、塑料制造而成，其作為一種日常消耗品，需要經常更換，若丟棄于自然環境中，會因難以降解而破壞環境。而采用稻殼纖維作為基材制造的生物質復合材料則可實現廢棄后自然降解或回收利用，安全無污染，具有良好的環保意義（圖5）。

3 結語

結合新時代發展中的資源再生利用、綠色環保等熱點問題進行展望，新型的生態環保復合材料將逐漸成為建筑與室內家居市場的主流。稻塑生態復合材料同時擁有纖維與聚合物的優點，能夠滿足室內外場所對家具特殊功能的需求，如防水、防潮、耐腐蝕、抗菌、隔音降噪等。與傳統木制材料相比，具有更強的可塑性與創造性。總之，稻塑作為木塑材料的延伸與發展，有望替代傳統木質材料大量應用于室內家居中，并在家具制造業中發揮越來越重要的作用。