老年家具材料的選擇與應(yīng)用探析

張 健，趙柳絮，姜飛宇，卞陳程，王鴻飛，華 偉，林 琳

(1.2.4.6.7.北華大學(xué)理學(xué)院，吉林 132013；3.北華大學(xué)吉林省木質(zhì)材料科學(xué)與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，吉林 132013）

近年來(lái)，人口老齡化已成為全球不可避免的趨勢(shì)和不可逆轉(zhuǎn)的社會(huì)事實(shí)。（圖1）所示，截至2020年初我國(guó)老齡人口已達(dá)2.5億，占全國(guó)總?cè)丝诘?8.1%。作為人口大國(guó)，中國(guó)在應(yīng)對(duì)全球老齡化問(wèn)題中扮演著重要角色。中央和各地方政府已頒布一系列法律法規(guī)及相關(guān)配套政策來(lái)支持養(yǎng)老事業(yè)、養(yǎng)老行業(yè)、養(yǎng)老產(chǎn)業(yè)。

在我國(guó)，近九成的老人采用居家的方式安度晚年，因此良好的家居環(huán)境能顯著提升老年人的生活質(zhì)量。相對(duì)于年輕人而言，老年人的行為能力、身體機(jī)能和認(rèn)知能力存在一定程度退化，而這些變化也正是設(shè)計(jì)老年家具的核心依據(jù)。基于上述認(rèn)知，結(jié)合現(xiàn)階段市場(chǎng)熱門(mén)的家具材料，本文選取具有老年家具應(yīng)用前景的輕質(zhì)材料、抗菌材料和無(wú)醛材料進(jìn)行分析，為老年家具設(shè)計(jì)提供參考和思路。

1. 輕質(zhì)材料

由于老年人的肢體力量和運(yùn)動(dòng)能力隨著年齡增長(zhǎng)而逐年下降，老年家具應(yīng)滿足質(zhì)量輕、便于移動(dòng)的特點(diǎn)，因此選用輕質(zhì)材料作為老年家具用材是可行的嘗試。目前具有應(yīng)用前景的輕質(zhì)材料包括：碳纖維復(fù)合材料、蜂窩板、鋁合金型材、速生材等。

碳纖維復(fù)合材料是由有機(jī)纖維經(jīng)熱處理轉(zhuǎn)化而成的含碳量高于90%的高性能無(wú)機(jī)纖維，具有密度小，強(qiáng)度大、抗腐蝕、抗蠕變、抗高溫等特點(diǎn)。其力學(xué)性能十分優(yōu)異，密度僅為鈦合金的30%，鋼材20%，抗拉強(qiáng)度為3500 MPa，抗拉彈性模量為33000 MPa,，是鋼材的8倍。由于碳纖維復(fù)合材料特有的材性，可用其制備強(qiáng)度大質(zhì)量輕的構(gòu)件，為家具設(shè)計(jì)提供了無(wú)限的可能性[1]。

蜂窩板是由上下表板和中間蜂窩狀紙芯夾層黏合而成，包括框架式蜂窩板、無(wú)框式蜂窩板、熱塑性塑料芯層蜂窩芯板等。與刨花板、密度板等傳統(tǒng)板材相比，蜂窩狀紙芯不但造價(jià)更低，且具有質(zhì)輕、環(huán)保、吸音、厚度范圍廣、幅面范圍大等優(yōu)點(diǎn)[2]。但是，蜂窩板特殊的結(jié)構(gòu)形式無(wú)法與傳統(tǒng)的封邊方式和五金配件匹配，因此封邊技術(shù)的更新和五金配件的研發(fā)是無(wú)框式蜂窩板得以廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵所在。頤邁（IMA）、愛(ài)格（Egger）和海蒂詩(shī)（Hettich）是目前研發(fā)無(wú)框式蜂窩板的三家領(lǐng)軍企業(yè)，合作研發(fā)了適用于無(wú)框式蜂窩板的板材加工設(shè)備、板材生產(chǎn)工藝和五金配件，為蜂窩板在家具領(lǐng)域的應(yīng)用提供了更多解決方案。

鋁合金型材是一種質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、加工性能好地新型家具用材，同時(shí)我國(guó)也是世界上最大的鋁型材生產(chǎn)基地和消費(fèi)市場(chǎng)，鋁型材在我國(guó)有著廣闊的發(fā)展前景和上升空間[3]。鋁合金型材具有防潮、防火、防腐、隔熱、生產(chǎn)周期短、易于工業(yè)化生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)，因此鋁型材家具應(yīng)用范圍廣、結(jié)構(gòu)造型多樣，是極具發(fā)展?jié)摿Φ募揖卟牧稀?/p>

速生材是指生長(zhǎng)快、成材早、輪伐期短的樹(shù)木品種。我國(guó)人工速生林種植面積世界第一，產(chǎn)量達(dá)7000萬(wàn)m3/a。速生材具有密度低、材質(zhì)軟、顏色淺、紋理直、結(jié)構(gòu)均勻的特點(diǎn)，以其為原材料制作實(shí)木家具可有效減輕家具重量。然而速生材力學(xué)性能和尺寸穩(wěn)定性能較差，因此需要對(duì)其進(jìn)行改性處理，克服自身缺陷，才能達(dá)到家具用材所需的性能要求[4]。

2 抗菌材料

細(xì)菌性及病毒性感染是危害全球公共健康的重要問(wèn)題，也是威脅老年群體生命安全的重大隱患。2003年的SARS病毒、2005年的H5N1禽流感病毒、2009年的H1N1流感病毒、2012年的MERS病毒所引起的全球性傳染病都給人類(lèi)造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。2020年初新型冠狀病毒（COVID-19）引起的重癥肺炎，再一次掀起了全球性流行病潮。截至2020年8月10日，全球新冠肺炎累計(jì)確診病例數(shù)突破2000萬(wàn)例，累計(jì)死亡病例超過(guò)70萬(wàn)例，亞洲開(kāi)發(fā)銀行（ADB）預(yù)估新冠肺炎疫情對(duì)全球經(jīng)濟(jì)造成的損失在5.8萬(wàn)億至8.8萬(wàn)億美元。值得注意的是，老年人群更易受到病毒感染且致死率更高，以美國(guó)為例，老年人死亡病例占總死亡病例的40%，因此，研發(fā)具有抗菌殺菌功能的家具材料必將是未來(lái)老年家具發(fā)展的新趨勢(shì)。

2.1 抗菌木質(zhì)材料

抗菌木質(zhì)材料的種類(lèi)繁多，性能各異，按照加入的抗菌劑種類(lèi)分為三類(lèi)：有機(jī)系抗菌木質(zhì)材料、無(wú)機(jī)系抗菌木質(zhì)材料和天然生物系抗菌木質(zhì)材料。其中天然生物系抗菌木質(zhì)材料因具有安全環(huán)保的特點(diǎn)，是極具潛力的老年家具材料。天然生物系抗菌木質(zhì)材料是利用植物源、動(dòng)物源或微生物源所具有的天然抗菌物質(zhì)對(duì)實(shí)木或人造板進(jìn)行處理，從而使木質(zhì)材料兼?zhèn)淇咕δ芎蛯?duì)人畜無(wú)公害的效果。常見(jiàn)的天然抗菌劑包括樹(shù)皮、根莖葉、果實(shí)、種子等提取物、心材提取物、中藥活性成分等[5]。

圖1 中國(guó)老年人口趨勢(shì)

2.2 抗菌塑料

塑料家具因其顏色豐富、輕巧便攜、抗污耐磨、風(fēng)格多樣的特點(diǎn)在現(xiàn)階段生活中得到廣泛地應(yīng)用和發(fā)展。由于塑料具有防水抗污的特性，所以塑料家具常被用于潮濕或骯臟的環(huán)境，在此類(lèi)環(huán)境中使用容易產(chǎn)生結(jié)露現(xiàn)象，有利于微生物生長(zhǎng)，從而影響材料性能并危害使用者健康[6]。在塑料中加入抗菌劑能夠賦予塑料抗菌性能，可以有效解決微生物帶來(lái)的安全隱患。目前市場(chǎng)是以PE（聚乙烯）、PVC（聚氯乙烯）、PP（聚丙烯）和ABS（丙烯腈－丁二烯－苯乙烯共聚物）為基體的抗菌功能塑料應(yīng)用范圍最廣，添加抗菌劑的工藝包括熔融共混法、涂布法、流延法等[7]。

2.3 抗菌織物

在居室環(huán)境中，軟體家具、窗簾、床上用品等均以織物為基材，此類(lèi)物品與人體直接接觸，因此使用抗菌織物代替普通織物能顯著提高老人的生活品質(zhì)和生命安全[8]。目前抗菌織物的生產(chǎn)方法主要有三種：一是將抗菌劑加入紡絲原液，制成抗菌纖維，進(jìn)而制成抗菌紡織品；二是在紡織品的后整理過(guò)程中加入抗菌整理劑，制成抗菌紡織品；三是先將抗菌整理劑加入紡絲原料中制備成具有抗菌性能的纖維，同時(shí)在織物后整理過(guò)程中加入抗菌劑制成抗菌織物[9]。值得注意的是，選取的抗菌劑需要具有廣譜抗菌性、抗菌耐久性、耐洗滌性和熱壓燙性。

3 無(wú)醛人造板

甲醛是室內(nèi)環(huán)境污染的重要來(lái)源之一，2017年世界衛(wèi)生組織國(guó)際癌癥研究機(jī)構(gòu)公布的致癌物清單中，將甲醛列為一類(lèi)致癌物。目前人造板膠黏劑以“三醛膠”（脲醛樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂和三聚氰胺甲醛樹(shù)脂）應(yīng)用最為廣泛，而這些膠黏劑都以甲醛為主要合成原料。隨著人們環(huán)保意識(shí)的提高，無(wú)醛人造板逐漸受到人們的關(guān)注。目前市場(chǎng)上已初步產(chǎn)業(yè)化的無(wú)醛人造板所使用的膠黏劑包括大豆蛋白基膠黏劑、淀粉基膠黏劑、異氰酸酯類(lèi)膠黏劑、熱塑性樹(shù)脂膠黏劑等[10]。

4 負(fù)氧離子材料

負(fù)氧離子在自然界中廣泛存在，它是空氣在強(qiáng)射線或高壓作用下被電離，產(chǎn)生的自由電子被氧氣所捕獲而形成的，在自然環(huán)境中，閃電、暴雨、瀑布都能使空氣電離形成負(fù)氧離子。研究表明，負(fù)氧離子能提高睡眠質(zhì)量、緩解緊張易怒的情緒、增加愉悅感和警覺(jué)性、促進(jìn)傷口愈合和疤痕修復(fù)，因此負(fù)氧離子也被稱(chēng)為“自然療養(yǎng)因子”。根據(jù)世界衛(wèi)生組織的規(guī)定，當(dāng)空氣中的負(fù)氧離子濃度超過(guò)1000～1500 ions/cm3時(shí)被認(rèn)為是新鮮的空氣。而在城市室內(nèi)環(huán)境中，負(fù)氧離子含量為40～50ions/cm3，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于新鮮空氣的水平[11]。

許多天然礦石、無(wú)機(jī)氧化物和稀土復(fù)合鹽等都能夠產(chǎn)生負(fù)氧離子，同時(shí)具有環(huán)保無(wú)潛在危害的特點(diǎn)。目前商業(yè)化的礦石負(fù)氧離子催化劑主要有五種：電氣石、奇冰石、蛋白石、古代海底礦物層、奇才石，將這些石材加工后用于室內(nèi)裝飾材料，能有效增加室內(nèi)負(fù)氧離子含量。與此同時(shí)，越來(lái)越多的研究人員探索利用光觸媒材料所激發(fā)的電子使空氣中的水分子電離產(chǎn)生負(fù)氧離子，而木材和人造板作為多孔材料是光觸媒良好的載體，因此負(fù)氧離子木質(zhì)材料成為了研究熱點(diǎn)。TiO2/Cu2O膜覆木材在紫外線的照射下具有釋放負(fù)氧離子的功能，Ag/WO3納米顆粒對(duì)負(fù)氧離子的產(chǎn)生也有促進(jìn)作用，Ag/WO3木板在60min 的可見(jiàn)光照射后負(fù)氧離子的濃度能達(dá)到1660 ions/cm3[12-14]。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著老年人口占比的增加和國(guó)家對(duì)養(yǎng)老產(chǎn)業(yè)的重視，提高老齡人群生活質(zhì)量是全社會(huì)需要共同面對(duì)的問(wèn)題。老年家具產(chǎn)品的研發(fā)不僅要深入研究高齡群體的身體機(jī)能特征，還要將新興技術(shù)和材料引入產(chǎn)品設(shè)計(jì)中。隨著老年家具市場(chǎng)的日益擴(kuò)大，老年家具產(chǎn)品必將展現(xiàn)出細(xì)分和深化的態(tài)勢(shì)，本文針對(duì)老年家具材料的思考也將具有其現(xiàn)實(shí)意義和實(shí)用價(jià)值。