稻塑生态复合材料在家具与室内外装饰中的应用

■庞 瑶 赵宗琳 梅诗意 刘 毅 郭洪武 Pang Yao & Zhao Zonglin & Mei Shiyi & Liu Yi & Guo Hongwu

(1.2.3.4.5.北京林业大学木质材料科学与应用教育部重点实验室，北京 100083）

随着全球对环境资源可持续发展的重视以及人们环保意识的增强，环保材料和绿色设计越来越受到大众的认可与喜爱。近年来，越来越多的农业剩余物（如稻壳、秸秆、甘蔗渣等）被用来作为复合材料的增强剂，或替代木材纤维制备新型绿色复合材料，并且许多实验研究证明了其应用的可行性。笔者课题组对稻壳预处理、稻壳-聚乙烯复合材料及稻壳-聚乳酸复合材料制备进行了多年研究，并开发了相关材料和产品。以稻壳纤维作为基材制造的稻塑生态复合材料是木塑复合材料的发展和延伸，在家具与室内外装饰中具有广阔的应用前景。脂或塑料复合可制备许多高附加值的产品。所制备的稻塑材料加工工艺与木塑相近，并且其在材料性能、成本控制和资源循环等方面优于木塑复合材料，可应用于室内外家居、建筑、汽车、船舶、航天航空、包装运输，甚至电子等诸多领域。

基于我国森林资源匮乏的现实情况，稻塑生态复合材料的发展与应用为稻壳等农林剩余物的资源化利用提供了一条有效的途径，为减少木材资源消耗，缓解我国建材、家具、包装等行业中原料短缺问题提供了极大的可能性，不仅有利于森林资源的保护，还有助于推进资源全面节约和循环利用，具有较好的环保意义与社会经济效益。

1 稻塑生态复合材料概述

稻塑生态复合材料（以下简称稻塑材料），是由天然稻壳纤维与树脂、塑料等热塑性聚合物以及助剂经高温熔融，通过挤出、注塑、热压等工艺制备而成的[1-2]。我国作为水稻产量大国，每年产生约4000万吨的稻壳[3-4]。稻壳作为农业废弃物，直接丢弃或用于燃烧不仅是对资源的浪费，同时也对环境造成了污染[5]。稻壳具有一定的韧性、多孔性、低密度以及质地粗糙等特点，是一种储量丰富、价格低廉、轻质、易加工的可再生资源。稻壳成分与木材相似，但又大有不同。稻壳主要由纤维素、半纤维素、木质素、二氧化硅以及少量的脂类和粗蛋白等组成[6]。以稻壳为原料，与树

2 稻塑生态复合材料的应用

2.1 在室内墙板中的应用

在室内装修中，墙面装饰是不可忽视的一部分，随着定制化家居的潮流兴起，木制墙板逐渐成为墙面装饰的主流材料。我国室内装饰用的木制墙板主要有人造板类木制墙板、实木类木制墙板、软木类木制墙板及木塑类木制墙板四类。结合稻壳和木塑的特点，稻塑材料作为墙板具有众多优势。稻壳原料为可再生的天然生物质资源，可回收利用；其作为稻米的保护层，具有防腐防虫等功能，其效果在复合材料中仍然保留；稻壳内部为多孔蜂窝状结构，发泡类或预留有空腔的稻塑复合材料在隔音降噪、保温等方面具有优异的效果[7]。稻塑材料同木塑材料可塑性强，安装简单。此外，使用稻材料代替木材作为墙板，不仅可以提高房屋建筑耐久性、使房屋建筑易于保养和维修，同时也具有一定的艺术价值，通过采用墙板塑造立体的效果，可营造出独特的室内氛围。

2.2 在地板中的应用

近年来，木塑材料已大量应用于室内外地板中。早在2008年，北京奥运会会馆地板的建设使用的便是木塑地板；之后的上海世博会以及广州亚运会等活动场馆中也均使用了木塑地板。稻塑材料作为地板，需要满足防虫、防潮、防水、无毒、无有害气体释放等优点。稻塑材料复合过程中，热塑性树脂包裹在稻壳粉表面，形成了疏水性薄膜，从而可以大大提高稻塑地板的防水性，可满足产品在厨卫空间的使用需求。而稻壳天然的防虫、防白蚁性能，又可降低稻塑地板的后期维护成本。

现如今，市场上出现的地板样式越来越丰富，要使稻塑地板广泛应用，除了满足基础条件，还必须要满足消费者对花色纹理的不同需求。为实现木塑复合材料的表面仿木纹理装饰效果，采用的技术方法包括机械打纹法、贴面法、通体法、覆膜法和UV平板打印等[8-9]。此技术同理可应用于稻塑复合材料中，再加以表面修饰，使其实现仿木纹理与触感，保证原汁原味的自然感受，极大地提高复合材料的美学价值。来自德国的Resysta材料已在户外地板中广泛使用（图1），其也属于稻塑材料。它不仅在外观质感上和热带木材完全相近，触感不亚于天然木材，而且由于材料的特殊性，表面不会有裂缝和碎屑。

■图1 稻塑地板的使用案例

■图2 稻塑/木塑材料在户外家具中的应用

■图3 以模压工艺制造的椅子及儿童家具

■图4 含有注塑部件的欧式家具

■图5 稻塑砧板、餐具

2.3 在家具中的应用

家具是室内装饰中的重要组成部分，也是人们日常生活中不可缺少的一部分。由于稻塑材料优异的性能，其作为新型环保材料在绿色家居领域中具有潜在的发展空间[10]。稻塑家具的应用可涵盖户外家具和室内家具。为达到家具材料的性能要求，稻塑研究过程中主要关注的问题在于表面性能、抗菌性能、阻燃抑烟性能和力学性能等多方面性能的改善。纹理、色彩、光泽度、质地、触感等表面性能直接地影响人们对家具的喜好与否[11]。此外，家具是人们日常生活中接触较为频繁的物件之一，因而要求稻塑材料具备一定的抗菌性能。许多研究通过在材料表面接枝具有抗菌功能的高分子单体或添加纳米二氧化钛、银离子等抗菌剂来改善其抗菌功能[12-14]。经过预处理的稻壳粉表面被塑料包裹，保证了防水性能的同时也使真菌难以侵入到稻壳粉中，使得真菌缺乏了必备的生存环境，从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关特性，所以，加工木材所采用的方法也能够应用到稻塑复合材料上。家具部件可通过榫卯结构、胶黏剂粘合、五金件连接等方式进行结构组合。此外，采用砂光、拉丝、轧花、木纹剂、热转印等表面处理方式修饰材料表面，可满足家具设计多样化、个性化的需求，从而拓展其在该领域的应用。

2.3.1 在户外家具中的应用

户外家具是用于户外或半室外供公共活动所使用的家具，它是决定建筑物室外空间功能的物质基础和表现室外空间形式的重要元素[15]。目前，已被广泛使用的木塑户外家具多为永久固定在户外的家具类型，较为常见有露天桌椅、长凳等，可供游人或社区居民在游玩过程中进行短暂休息（图2）。户外家具对材料的耐腐性、抗老化性、耐水防潮性、抗紫外线能力等要求相对更高。稻塑材料具有突出的耐水、防腐、防虫等特性，完全适用于户外家具。相较于实木家具，其后期维护量可大大减小，即使是在风吹日晒下也难以产生材料碎裂、褪色等问题。在进行户外稻塑家具设计时，应综合考虑使用环境，与周围凉亭、栈道、花池等其它木塑景观结合，使其更具创意及观赏性，实现人造景观与自然环境的完美融合。

2.3.2 在室内家具中的应用

木塑家具的发展已经是势在必行，但其在室内家具领域的应用还有待突破。室内家具可见于整个家居环境中，按应用场所可以分为客厅家具、卧室家具、厨卫家具等。木塑复合材料通过结构设计以及工艺控制可获得优良的物理力学性能，适合于家具预制生产。稻塑复合材料同木塑板材，适用于制造框式家具、板式家具、曲木家具以及异形家具等。

稻塑材料应用于制造框式家具时不需要很高的强度，其可以与木塑、实木、金属框架等结合，创造出更多新颖、表面装饰性强的框式家具产品。稻塑板材作为板式家具基材，则需要注重板材的结构强度以及板材间的专用连接方式，能够适应板式家具的32mm系统。与木材相比，稻塑复合材料含有热塑性聚合物，具有较低的弯曲变形温度，利用模压、注塑等工艺比较容易得到弯曲造型。因此，其可以用于制造弯曲异形的家具产品或复杂表面的家具部件，例如曲形座椅、形状各异的儿童家具、具有复杂纹饰的欧式家具及部件等。此外，还可根据不同人群的需求进行个性化定制。对于广大家具产品设计师来说，稻塑材料具有较大的可塑性和丰富的可能性（图3、图4）。

2.5 其它应用

目前，市面上已经出现稻塑托盘、砧板、餐具（杯、刀、叉、勺等）、洁具（牙刷、梳子、肥皂盒等）等家居日常中使用的各类器具，由于其轻便、耐摔、耐热等优点以及产品的环保理念，受到了广大消费者的喜爱。常见的餐具和洁具多以瓷器、塑料制造而成，其作为一种日常消耗品，需要经常更换，若丢弃于自然环境中，会因难以降解而破坏环境。而采用稻壳纤维作为基材制造的生物质复合材料则可实现废弃后自然降解或回收利用，安全无污染，具有良好的环保意义（图5）。

3 结语

结合新时代发展中的资源再生利用、绿色环保等热点问题进行展望，新型的生态环保复合材料将逐渐成为建筑与室内家居市场的主流。稻塑生态复合材料同时拥有纤维与聚合物的优点，能够满足室内外场所对家具特殊功能的需求，如防水、防潮、耐腐蚀、抗菌、隔音降噪等。与传统木制材料相比，具有更强的可塑性与创造性。总之，稻塑作为木塑材料的延伸与发展，有望替代传统木质材料大量应用于室内家居中，并在家具制造业中发挥越来越重要的作用。