纳米技术在纸浆模塑家具中的应用分析

张小彤ZHANG Xiaotong　万辉WAN Hui东北林业大学，哈尔滨 150040（Northeast forestry university，150040 Harbin）

纳米技术在纸浆模塑家具中的应用分析

张小彤ZHANG Xiaotong万辉WAN Hui
东北林业大学，哈尔滨 150040（Northeast forestry university，150040 Harbin）

对当前纳米技术及纸浆模塑家具在社会生活中的发展趋势进行了分析，提出可以将纳米技术引用到纸浆模塑家具当中，来进行系统的研究与实践。简要分析了纳米技术在国内外家具设计中的研究状况，并对纸浆模塑家具的优良特性如环保型、安全性、经济性、时尚性等予以了解析，认为可以利用纳米技术来进行改良纸浆模塑家具性能的研究。通过分析纳米技术对纸浆模塑家具的改良优势，认为将纳米技术引入到纸浆模塑家具产品中是必要且是可行的，认为在未来的消费市场中，纸浆模塑家具产品必将有着极大的市场潜力。同时，对于纸浆模塑家具的不足方面，提出改良原料、改善防水性能、改良外观造型以及改善力学性能等针对性方案。

纳米技术；纸浆模塑家具；绿色环保；发展方向

一、引言

纳米技术是当今社会应用最广泛、最高端的科学技术。自从20世纪50年代末著名诺贝尔奖获得者物理学家理查德·菲利浦·费曼（Richard Phillips Feynman）提出纳米这个设想，人们就在不断的质疑或是坚定的声音中研究和发展纳米技术。从纳米技术一开始应用于航天、军工、生物医药等行业，到现在被应用到人们日常生活之中，经过不断的发展已经走向成熟。

纳米技术可基本概括为纳米材料学、纳米加工学和纳米力学等诸多纳米科学技术［1］。由于纳米分子的列阵结构十分紧密，这就使纳米材料有许多其他材料所不具备的优点，如高强度和高韧性以及良好的延展性、导热导电、防水性及阻燃等。

二、纳米技术在纸浆模塑家具中的研究现状

纳米技术是研究用单个原子、分子制造的科学技术，是由尺寸在0.1～100nm范围之间的物质组成的体系的运动轨迹和相互影响，是一门多学科融合的综合学科。将纳米技术引入到纸浆模塑家具中，可以更好地发挥其优势特性。

1.纸浆模塑家具现状

纸浆模塑家具，简单地讲就是纸浓浆和化学试剂按照比例调制而成，先经过专业加工过滤机器再经过挤压成型法或真空成型法，固定纸浆在脱水之前的纤维组织形态、纤维排列方向及纤维分布一致，形成与家具模具形状基本相同的湿纸模坯，在经过进一步脱水脱模、干燥、定型，就形成了简单的家具制品。纸浆模塑家具的主要材料，是回收率高达90%的废纸，可以减少木材砍伐、减少碳排放、减少用水用电，使废物重新得到利用，既节约又环保。

因此，纸浆模塑家具的原料来源非常广泛，符合了现代社会低碳、绿色、环保的理念。纸浆模塑家具具有制造成本低、易回收、绿色环保等特性优势，已经获得了越来越多的家具设计师及家具公司的青睐。

2.国内外家具设计中纳米技术的研究现状

在国外家具设计中，纳米技术很早就有所涉及。美国、日本、欧洲等发达国家，很早就尝试把纳米技术引入到家具材料中，开发纳米材料以满足不同家具设计的需求。现今发达国家的可发性聚苯乙烯（EPS）制品，基本上已经被纸浆模塑制品替代。

发达国家家具设计中纳米技术发展的特点主要如下：应用领域范围广；制品设计标准化、机械化；生产设备先进并工艺合理［2］。

纸浆模塑工艺在我国有几十年的历史，发展十分迅速，在政府的大力扶持下近年国内的众多高校及家具公司也不断在创新，如利用纳米的特性改良木材；制造抑菌纳米贴膜贴附在家具表面；新型防油防水碳氟链化合物纳米纸；新型纳米家具漆、家具喷涂；新型纳米包装材料；等等。

三、纸浆模塑家具的优点

纸浆模塑家具也有许多其他材质家具所不具有的优良特性，如环保型、安全性、经济性、时尚性等。

1.环保型

绿色制造是在基本制造模式的基础上，结合全球环境的可持续发展，从产品的生产到投放市场卖入消费者手中的各个环节，对环境影响较小而资源合理利用，并使企业的经济效益及社会效应最大化［3］2-12。

根据绿色制造理论应运而生的纸浆模塑家具，是作为环保型绿色科技产品的代表，其对环境资源的可持续发展的积极影响，正在逐渐被人们所认同。纸浆模塑家具的主要材料，是以绿色环保为特征可持续循环使用的植物纸纤维和废弃的报纸、书籍等，符合现代社会可持续发展战略。

现阶段的世界环境面临着十分严峻的考验，绿色制造将从根本上改变世界工业和轻工业的生产结构及产业模式。

2.安全性

家具作为人们生活中使用次数最多的器具，家具的安全性十分重要。纸质材料质地柔软，力学性能好，制成纸浆模塑家具更加安全、健康。其在破损时，也不会碎裂成细小的碎片及突出的边角。同时，纸浆模塑家具也不含威胁人们身体健康的有害物质，在生产及使用环节不会造成人员伤害。此外，由于纸类导热性能低，透气性能好，纸浆模塑家具在夏季使用时让人感觉清爽舒适，在冬季使用时让人接触感觉不冰冷（见图1）。

图1　套装式纸浆模塑装饰家具［3］39

3.经济性

纸质材料来源十分广泛，一般比较环保的做法是回收废弃的报纸、书籍、生活中的废纸、工程纸等。将废旧回收纸张经过分类后碎解、疏解、筛选分离、净化、浓缩、脱磨等形成一定浓度的原浆，再经过施胶、成型、烘干等过程生产为特定产品。

因此，纸浆模塑家具较比普通木质家具的价格成本更低，非常适用于儿童家具、短期用户、室内外展示设施。如Ramler（拉姆勒）家具公司为2000年悉尼奥运会提供了超过50万件的纸质家具，会后经过回收转化成办公纸箱、展示箱、笔记本和办公用纸等，提升并增加了家具的经济实用性［3］7。

4.时尚性

由于时代的不断变化发展，消费者的审美水平也在不断提高。无论是在家具产品的使用上还是在家具产品的外观造型上、产品舒适度及颜色搭配上，消费者都提出了很高的要求。在不断创新的思想主张下，许多设计人员提出对家具予以全方位改变，寻求设计上的突破。

在造型上，纸浆模塑家具变化多样，具有较强的设计可塑性。结合现代中西方家具的优良特性，可以改变传统家具单一、僵直的造型样式，更具审美观赏性及时尚感［4］。在色彩上，根据消费者的喜好及当下流行颜色进行特定的颜色搭配，能够显现出时尚、高端、大气的视觉效果。在家具产品质感上，纸浆模塑家具表面粗糙的肌理效果，兼备木料及棉麻纺织物的肌理效果，庄重典雅且透气性能好，在满足消费者使用需求的前提下，能够及时追求时尚，张扬个性，并体现时代感，符合当前消费者的生理和心理需求（见图2）。

图2　纸浆模塑家具与其他材料结合更具时尚感［3］39

四、纳米技术在纸浆模塑家具产品设计中的展望

纸浆模塑家具以来源十分广泛的回收纸、草本植物纤维原料及棉麻纤维等为主要原料，本着减少能源消耗、绿色可持续发展的设计理念，提出将纳米技术引入到纸浆模塑家具产品中。

1.改良原料

纳米结构通常是指物质结构在0～100nm范围内的纳米物体。当材料粒子达到纳米级时，其本身就具有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应等特性。原有纸浆模塑家具的原料基本上以回收废弃的报纸、书籍、海报、包装纸等，再加入木材纤维原料、草类纤维原料、棉麻纤维原料及各种化学试剂等，其制成的纸浆，纤维分子之间缝隙较大，制作出来的纸浆模塑家具表面粗糙、不平整、承重情况不足，十分影响家具的视觉感受及使用效果。

因为纳米分子的列阵结构十分紧密，可以添加到纸浆模塑家具原料中，所以运用纳米技术可以增强原料特性，改善纸浆中纸纤维的密度，提高纸纤维如强度、韧性及良好的延展性、导热导电、防水性及阻燃性等［5］。

在原有纸浆中加入纳米分子，能使松散的纤维结构变得更加紧密，制成的家具表面更加平滑，家具更薄，纤维密度的增强，也可以改善纸模家具的承重能力及外观美感。如若加入抗菌抑菌的纳米分子，则可以使纸浆模塑家具的表面长时间不会受到污染，更加便于清洁，十分符合现在都市的生活及工作方式，等等。同时，纳米技术可以在很大程度上提高纸浆率，减少对环境的影响，纸及纸制品可生物降解、更容易回收，纳米过滤技术还可以帮助废水清洁生产。

2.改善防水性能

纸纤维既有力学强度变形的结构特性，又有流体的力学强度变形与塑性变形成正比的性质，也同时还有变形及变形之后可恢复的力学滞后效应［6］。纸浆模塑家具未被大规模地使用，是因其承压承重强度、防水防油、表面处理等方面存在不足，易破裂、易变性。

因此，我们可以通过纳米技术改善纸浆模塑家具的表面疏水性和表面强度。如河南漯河银鸽投资实业股份公司和华中科技大学纳米科技研究院联合研制的新型纳米纸，通过利用超疏水纳米结构图层技术，来提升纸张表面疏水性和结构强度，工艺设备不繁复，生产产品具有同类纸制品所不具备的表面超疏水性及防潮性，提高了表面强度，降低了伸缩率，提高了防水性能［7］。

3.改良外观造型

由于纳米分子能使松散的纤维结构变得更加紧密，制成的家具表面更加平滑，家具更薄，纤维密度的增强可以改善纸浆模塑家具承重能力及外观的美感，这就使纸浆模塑家具中的纤维可塑性增强，在造型上能够更加富于变化。如用其制成儿童家具，则符合安全标准，其在破损时也不会出现锋利的边角，不含威胁人体健康的有害物质，有利于儿童身心健康。

便于移动的办公家具，以及应用面比较广的便于移动、拆卸安装的展示类家具，在更大程度上扩展纸浆模塑家具的应用场所。在造型方面，应遵循功能效用、物质技术和形式美感等设计原则，强调造型、材质的多元化策略，并在设计中加入更多的线状、块状形态的应用，以体现不同的造型风格［8］。在色彩上，注重运用色彩的优势，搭配出赏心悦目的颜色，开拓消费者的视觉感受。在外观上，可以与不同风格的材料做搭配，配以装饰效果，使纸浆模塑家具在外观上更具有视觉冲击力。

4.改善力学性能

纸浆模塑家具的成型方法一般是注浆成型法，就是把调配好一定浓度的浆料注入家具产品的模具中，抽真空脱水后获得湿纸模胚，然后湿纸模胚转移至热压干燥或微波干燥定型。纸浆模塑家具在结构承重上一般采用的是型腔与加强筋的结构设计。

纸浆模塑家具本身的弹性，主要是依靠纸模家具的加强筋设计。因其形状出现的型腔，在设计上基本依据产品本身的形状和用途，目的就是为了增加纸浆模塑制品的力学强度及稳定均匀分散重力的作用。在纸浆模塑家具中使用纳米技术，可以使家具的可塑性、耐磨性、硬度、强度等，更大程度地得到提升［9］。

五、结语

中国是纸类产品的消费大国，随着时代的发展更应当节约资源、减少污染变废为宝［10］。纸浆模塑家具是一种以绿色环保为特征、可持续再利用的植物纤维和棉麻纤维等为主要原料的一种产品。本着减少能源消耗、绿色可持续发展的设计

［］［］理念，我们提出将纳米技术引入到纸浆模塑家具产品中，进行系统的研究与应用，是有着积极意义的。

随着全球绿色可持续发展，纸浆模塑家具作为环保型绿色科技产品的代表，其对环境资源的可持续发展的积极影响，也正在逐渐被人们所认同。通过纳米技术对纸浆模塑家具各方面的改良，家具的承重强度、耐久度及外观效果等，都可以在很大程度上得到提升，更容易得到大多数消费者的认同，具有极大的发展空间。因此，将纳米技术引入到纸浆模塑家具产品中是必要及可行的，在未来的家具市场纸浆模塑家具必将会有巨大的市场潜力及广阔的发展前景。

［1］杨龙平，章建浩，黄明明，严文静.纳米材料在食品包装中的应用及安全性评价［J］.包装工程，2015（1）：19-23，56.

［2］汪再文.国内外纸浆模塑发展现状分析［J］.中国包装工业，2006（6）：25-26.

［3］万辉.纸浆模塑家具的设计与研究［D］.哈尔滨：东北林业大学，2011.

［4］祖彬，吴学栋.功能纸与纸装功能性材料［M］.哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，2007：136-145.

［5］黄俊彦，朱婷婷.纸浆模塑生产实用技术［M］.北京：印刷工业出版社，2008：31-40.

［6］陶媛，于帆.基于共生观的纸浆模塑内包装材料再设计研究［J］.包装工程，2015（8）：100-103.

［7］拜存星.河南银鸽公司新型防水纳米纸通过鉴定［J］.造纸信息，2004（2）：24.

［8］杨文龙，熊微.延续与转变：对塑料家具设计发展的思考与认识［J］.设计艺术研究，2012（5）：43-48，74.

［9］姚培培，肖生苓，岳金权.不同干燥方式对纸浆模塑材料性能的影响［J］.包装工程，2014（7）：22-28.

［10］胡英华.废纸包装材料的研究现状及发展趋势［J］.再生资源与循环经济，2010（5）：37-40.

（责任编辑孙玉萍）

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

张小彤，东北林业大学材料科学与工程学院硕士生；万辉，东北林业大学材料科学与工程学院副教授。