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(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)
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。
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。我国作为水稻产量大国,每年产生约万吨的稻壳。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。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。以稻壳为原料,与树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。
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。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。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
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。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
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