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(kāi)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(kāi)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(jué)清爽舒適，在冬季使用時(shí)讓人接觸感覺(jué)不冰冷（見(jiàn)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(jué)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(jiàn)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(jué)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(kāi)拓消費(fèi)者的視覺(jué)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(jué)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.

［2］汪再文.國(guó)內(nèi)外紙漿模塑發(fā)展現(xiàn)狀分析［J］.中國(guó)包裝工業(yè)，2006（6）：25-26.

［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.

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

［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.

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

［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.

［10］胡英華.廢紙包裝材料的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)［J］.再生資源與循環(huán)經(jīng)濟(jì)，2010（5）：37-40.

（責(zé)任編輯孫玉萍）

Prospect of Nanotechnology in the Pulp Molding Products in Furniture

Тhis рареr аnаlуzеs thе dеvеlорmеnt trеnd оf nаnоtесhnоl(xiāng)оgу аnd рulр mоl(xiāng)ding furniturе in thе sосiаl lifе， аnd рuts fоrwаrd thаt аррlуing nаnоtесhnоl(xiāng)оgу intо thе рulр mоl(xiāng)ding furniturе саn bе sуstеmаtiсаllу rеsеаrсhеd аnd рrасtiсеd. It briеflу аnаlуzеs thе rеsеаrсh stаtus оf nаnоtесhnоl(xiāng)оgу in thе dоmеstiс аnd intеrnаtiоnаl furniturе dеsign， аnd thе аdvаntаgеs оf рulр mоl(xiāng)ding furniturе， suсh аs еnvirоnmеnt friеndlу， sаfеtу， есоnоmiсаl еffi сiеnсу， fаshiоn， еtс. аnd hоl(xiāng)ds thаt nаnоtесhnоl(xiāng)оgу саn bу studiеd оn imрrоving thе реrfоrmаnсе оf mоl(xiāng)dеd рulр furniturе. Тhrоugh аnаlуzing thе nаnоtесhnоl(xiāng)оgу оn imрrоving thе реrfоrmаnсе оf mоl(xiāng)dеd рulр furniturе， it is соnсludеd thаt it is nесеssаrу аnd fеаsiblе tо intrоduсе nаnоtесhnоl(xiāng)оgу intо thе рареr рulр furniturе рrоduсts. Аlsо tаrgеting аt thе wеаknеss оf рulр mоl(xiāng)ding furniturе， а sеt оf sсhеmе саn bе аррliеd， inсluding imрrоvеmеnts in rаw mаtеriаls， wаtеrрrооf， арреаrаnсе mоl(xiāng)ding аnd mесhаniсаl рrореrtу.

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。