■龐 瑤 趙宗琳 梅詩(shī)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(yè)大學(xué)木質(zhì)材料科學(xué)與應(yīng)用教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083）

隨著全球?qū)Νh(huán)境資源可持續(xù)發(fā)展的重視以及人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，環(huán)保材料和綠色設(shè)計(jì)越來(lái)越受到大眾的認(rèn)可與喜愛。近年來(lái)，越來(lái)越多的農(nóng)業(yè)剩余物（如稻殼、秸稈、甘蔗渣等）被用來(lái)作為復(fù)合材料的增強(qiáng)劑，或替代木材纖維制備新型綠色復(fù)合材料，并且許多實(shí)驗(yàn)研究證明了其應(yīng)用的可行性。筆者課題組對(duì)稻殼預(yù)處理、稻殼-聚乙烯復(fù)合材料及稻殼-聚乳酸復(fù)合材料制備進(jìn)行了多年研究，并開發(fā)了相關(guān)材料和產(chǎn)品。以稻殼纖維作為基材制造的稻塑生態(tài)復(fù)合材料是木塑復(fù)合材料的發(fā)展和延伸，在家具與室內(nèi)外裝飾中具有廣闊的應(yīng)用前景。脂或塑料復(fù)合可制備許多高附加值的產(chǎn)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(huán)等方面優(yōu)于木塑復(fù)合材料，可應(yīng)用于室內(nèi)外家居、建筑、汽車、船舶、航天航空、包裝運(yùn)輸，甚至電子等諸多領(lǐng)域。

基于我國(guó)森林資源匱乏的現(xiàn)實(shí)情況，稻塑生態(tài)復(fù)合材料的發(fā)展與應(yīng)用為稻殼等農(nóng)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(guó)建材、家具、包裝等行業(yè)中原料短缺問(wèn)題提供了極大的可能性，不僅有利于森林資源的保護(hù)，還有助于推進(jìn)資源全面節(jié)約和循環(huán)利用，具有較好的環(huán)保意義與社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

1 稻塑生態(tài)復(fù)合材料概述

稻塑生態(tài)復(fù)合材料（以下簡(jiǎn)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(jīng)高溫熔融，通過(guò)擠出、注塑、熱壓等工藝制備而成的[1-2]。我國(guó)作為水稻產(chǎn)量大國(guó)，每年產(chǎn)生約4000萬(wàn)噸的稻殼[3-4]。稻殼作為農(nóng)業(yè)廢棄物，直接丟棄或用于燃燒不僅是對(duì)資源的浪費(fèi)，同時(shí)也對(duì)環(huán)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(zhì)地粗糙等特點(diǎn)，是一種儲(chǔ)量豐富、價(jià)格低廉、輕質(zhì)、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(zhì)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(tài)復(fù)合材料的應(yīng)用

2.1 在室內(nèi)墻板中的應(yīng)用

在室內(nèi)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(guó)室內(nèi)裝飾用的木制墻板主要有人造板類木制墻板、實(shí)木類木制墻板、軟木類木制墻板及木塑類木制墻板四類。結(jié)合稻殼和木塑的特點(diǎn)，稻塑材料作為墻板具有眾多優(yōu)勢(shì)。稻殼原料為可再生的天然生物質(zhì)資源，可回收利用；其作為稻米的保護(hù)層，具有防腐防蟲等功能，其效果在復(fù)合材料中仍然保留；稻殼內(nèi)部為多孔蜂窩狀結(jié)構(gòu)，發(fā)泡類或預(yù)留有空腔的稻塑復(fù)合材料在隔音降噪、保溫等方面具有優(yōu)異的效果[7]。稻塑材料同木塑材料可塑性強(qiáng)，安裝簡(jiǎn)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(yǎng)和維修，同時(shí)也具有一定的藝術(shù)價(jià)值，通過(guò)采用墻板塑造立體的效果，可營(yíng)造出獨(dú)特的室內(nèi)氛圍。

2.2 在地板中的應(yīng)用

近年來(lái)，木塑材料已大量應(yīng)用于室內(nèi)外地板中。早在2008年，北京奧運(yùn)會(huì)會(huì)館地板的建設(shè)使用的便是木塑地板；之后的上海世博會(huì)以及廣州亞運(yùn)會(huì)等活動(dòng)場(chǎng)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(wú)毒、無(wú)有害氣體釋放等優(yōu)點(diǎn)。稻塑材料復(fù)合過(guò)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(chǎn)品在廚衛(wèi)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(hù)成本。

現(xiàn)如今，市場(chǎng)上出現(xiàn)的地板樣式越來(lái)越豐富，要使稻塑地板廣泛應(yīng)用，除了滿足基礎(chǔ)條件，還必須要滿足消費(fèi)者對(duì)花色紋理的不同需求。為實(shí)現(xiàn)木塑復(fù)合材料的表面仿木紋理裝飾效果，采用的技術(shù)方法包括機(jī)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(shù)同理可應(yīng)用于稻塑復(fù)合材料中，再加以表面修飾，使其實(shí)現(xiàn)仿木紋理與觸感，保證原汁原味的自然感受，極大地提高復(fù)合材料的美學(xué)價(jià)值。來(lái)自德國(guó)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(zhì)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(huì)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(yīng)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(yīng)用

家具是室內(nèi)裝飾中的重要組成部分，也是人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚囊徊糠?。由于稻塑材料?yōu)異的性能，其作為新型環(huán)保材料在綠色家居領(lǐng)域中具有潛在的發(fā)展空間[10]。稻塑家具的應(yīng)用可涵蓋戶外家具和室內(nèi)家具。為達(dá)到家具材料的性能要求，稻塑研究過(guò)程中主要關(guān)注的問(wèn)題在于表面性能、抗菌性能、阻燃抑煙性能和力學(xué)性能等多方面性能的改善。紋理、色彩、光澤度、質(zhì)地、觸感等表面性能直接地影響人們對(duì)家具的喜好與否[11]。此外，家具是人們?nèi)粘Ｉ钪薪佑|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(guò)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(lái)改善其抗菌功能[12-14]。經(jīng)過(guò)預(yù)處理的稻殼粉表面被塑料包裹，保證了防水性能的同時(shí)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(huán)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(guān)特性，所以，加工木材所采用的方法也能夠應(yīng)用到稻塑復(fù)合材料上。家具部件可通過(guò)榫卯結(jié)構(gòu)、膠黏劑粘合、五金件連接等方式進(jìn)行結(jié)構(gòu)組合。此外，采用砂光、拉絲、軋花、木紋劑、熱轉(zhuǎn)印等表面處理方式修飾材料表面，可滿足家具設(shè)計(jì)多樣化、個(gè)性化的需求，從而拓展其在該領(lǐng)域的應(yīng)用。

2.3.1 在戶外家具中的應(yīng)用

戶外家具是用于戶外或半室外供公共活動(dòng)所使用的家具，它是決定建筑物室外空間功能的物質(zhì)基礎(chǔ)和表現(xiàn)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(zhǎng)凳等，可供游人或社區(qū)居民在游玩過(guò)程中進(jìn)行短暫休息（圖2）。戶外家具對(duì)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(duì)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(shí)木家具，其后期維護(hù)量可大大減小，即使是在風(fēng)吹日曬下也難以產(chǎn)生材料碎裂、褪色等問(wèn)題。在進(jìn)行戶外稻塑家具設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)綜合考慮使用環(huán)境，與周圍涼亭、棧道、花池等其它木塑景觀結(jié)合，使其更具創(chuàng)意及觀賞性，實(shí)現(xiàn)人造景觀與自然環(huán)境的完美融合。

2.3.2 在室內(nèi)家具中的應(yīng)用

木塑家具的發(fā)展已經(jīng)是勢(shì)在必行，但其在室內(nèi)家具領(lǐng)域的應(yīng)用還有待突破。室內(nèi)家具可見于整個(gè)家居環(huán)境中，按應(yīng)用場(chǎng)所可以分為客廳家具、臥室家具、廚衛(wèi)家具等。木塑復(fù)合材料通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及工藝控制可獲得優(yōu)良的物理力學(xué)性能，適合于家具預(yù)制生產(chǎn)。稻塑復(fù)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(yīng)用于制造框式家具時(shí)不需要很高的強(qiáng)度，其可以與木塑、實(shí)木、金屬框架等結(jié)合，創(chuàng)造出更多新穎、表面裝飾性強(qiáng)的框式家具產(chǎn)品。稻塑板材作為板式家具基材，則需要注重板材的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度以及板材間的專用連接方式，能夠適應(yīng)板式家具的32mm系統(tǒng)。與木材相比，稻塑復(fù)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(chǎn)品或復(fù)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(fù)雜紋飾的歐式家具及部件等。此外，還可根據(jù)不同人群的需求進(jìn)行個(gè)性化定制。對(duì)于廣大家具產(chǎn)品設(shè)計(jì)師來(lái)說(shuō)，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(yīng)用

目前，市面上已經(jīng)出現(xiàn)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(yōu)點(diǎn)以及產(chǎn)品的環(huán)保理念，受到了廣大消費(fèi)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(jīng)常更換，若丟棄于自然環(huán)境中，會(huì)因難以降解而破壞環(huán)境。而采用稻殼纖維作為基材制造的生物質(zhì)復(fù)合材料則可實(shí)現(xiàn)廢棄后自然降解或回收利用，安全無(wú)污染，具有良好的環(huán)保意義（圖5）。

3 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合新時(shí)代發(fā)展中的資源再生利用、綠色環(huán)保等熱點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行展望，新型的生態(tài)環(huán)保復(fù)合材料將逐漸成為建筑與室內(nèi)家居市場(chǎng)的主流。稻塑生態(tài)復(fù)合材料同時(shí)擁有纖維與聚合物的優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足室內(nèi)外場(chǎng)所對(duì)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(tǒng)木制材料相比，具有更強(qiáng)的可塑性與創(chuàng)造性?？傊?，稻塑作為木塑材料的延伸與發(fā)展，有望替代傳統(tǒng)木質(zhì)材料大量應(yīng)用于室內(nèi)家居中，并在家具制造業(yè)中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。