綠色材料

　　高分子材料在給人類帶來巨大物質(zhì)文明的同時也對環(huán)境造成了嚴重的污染。傳統(tǒng)的處理方法多采用對廢舊高分子材料回收焚燒、掩埋及簡單的分類回收利用等方法，這種環(huán)境末端治理方法不能從根本上解決高分子材料的環(huán)境污染問題。更有效的方法必須從源頭即材料研究和選擇方面入手，在選擇材料時應用環(huán)境友好、便于回收再利用和可自然降解的綠色材料，達到產(chǎn)品與環(huán)境的和諧。

　　綠色高分子材料包括高分子材料本身與應用及處理方面的內(nèi)容。前者是指高分子合成的無害化及其對環(huán)境的友好，后者是指可降解高分子材料的合成與使用及其對環(huán)境穩(wěn)定型高分子材料的回收與循環(huán)使用。面向綠色低碳制造的綠色材料是一種全新的理念和思路，追求的是產(chǎn)品與環(huán)境的和諧，它是技術(shù)性原則、經(jīng)濟性原則和環(huán)境協(xié)調(diào)性原則的綜合與集成。材料選擇的環(huán)境協(xié)調(diào)性原則主要考慮材料資源的豐富程度、材料的環(huán)境友好性、材料的可回收利用性等方面。

　　可降解高分子材料是近年來綠色材料研究的熱點。所謂可降解是指在一定的使用期內(nèi)具有與普通塑料相同的使用性能，當達到一定使用期限后其分子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，能夠在一定條件下自動降解而被自然同化。根據(jù)降解方式不同，目前主要包括三種類型：光降解塑料、生物降解塑料和光/生物降解塑料。

　　目前對生物降解塑料和光降解塑料開發(fā)研究較多，但這兩種降解塑料還存在著一些問題：首先是成本問題，生物降解塑料的巿場價格比普通塑料的價格高出幾倍甚至十幾倍，所以靠巿場來推廣生物降解材料具有很大阻力。其次是技術(shù)問題，降解塑料的降解速度可控性還有待提高，在不同應用領域 對降解塑料的降解速度要求不同，目前對可控降解塑料的研究還需要投入很大的精力。除了這兩方面的問題，還有類似于應用的安全性等問題需要解決。

　　面對生物降解塑料和光降解塑料存在的問題，同時考慮這兩種降解塑料的突出特點，科研人員嘗試將兩者結(jié)合，制成生物/光雙降解塑料，目前這一方法已經(jīng)成為降解塑料的主要研究方向之一。

　　正確認識傳統(tǒng)的石化基高分子材料本身的綠色性質(zhì)也是近年來頗受關注的一個重要方面。合理地選用、應用塑料、橡膠等高分子材料，已為汽車、電子、建筑、食品飲料包裝等領域帶來顯著的節(jié)能、減碳效果。通過合理選擇材料與改性以實現(xiàn)針對性的用途，兼之塑料本身優(yōu)異的可回收性，我們應認識到高分子材料的綠色低碳本質(zhì)，關鍵在于用好、回收好。

　　綠色設計

　　研究表明，產(chǎn)品性能的70~80%是由設計階段決定的，設計階段是產(chǎn)品生命周期的源頭。

　　塑料之所以能獲得廣泛的應用，便在于優(yōu)異的性能與形狀的靈活設計性，以及易于高效地大批量生產(chǎn)的特點。所謂綠色設計就是保護地球綠色環(huán)境的設計，是指在產(chǎn)品生命周期全過程的設計中，充分考慮對環(huán)境和資源的影響，在考慮功能、質(zhì)量、開發(fā)周期和成本的同時優(yōu)化設計因素，使產(chǎn)品及制造過程對環(huán)境和資源消耗的總體影響減到最小，產(chǎn)品失效后可回收，無廢物產(chǎn)生。

　　與傳統(tǒng)設計方法相比，綠色設計是將綠色產(chǎn)品的要求作為設計約束的一部分，從可持續(xù)發(fā)展的高度審視產(chǎn)品的整個生命周期，提倡無廢物、可回收設計，將3R原則(reduce，reuse，recycle)直接引入產(chǎn)品研發(fā)階段。

　　綠色設計的核心思想在于徹底拋棄傳統(tǒng)的“先污染，后治理”的環(huán)境治理方式，代之以“預防為主，治理為輔”的環(huán)境保護策略。

　　綠色設計過程中以下的設計原則可以為高分子材料制品的設計提供有益的參考：

　　1) 慎重選擇材料。選擇生態(tài)環(huán)境材料，即那些具有良好使用性能和工藝性能，資源和能源消耗少，對生態(tài)環(huán)境污染小，有利于人類健康，再生利用率高或可降解循環(huán)利用，在整個生命周期都與環(huán)境友好協(xié)調(diào)的利于可持續(xù)發(fā)展的材料。

　　2) 選擇采用節(jié)省材料、節(jié)約能源的新技術(shù)新工藝。

　　3) 盡可能選用短缺材料資源的替代材料，材料選擇時考慮材料資源的豐富程度，考慮可持續(xù)發(fā)展問題。

　　4) 減少所用材料的種類。這樣有利于產(chǎn)品報廢后的回收利用，降低制造加工難度并降低回收處理的成本。

　　5) 選用可回收利用材料，如產(chǎn)品材料選用時選擇相容性好的材料組合，在回收時可以直接作為一個整體回收處理，方便廢棄塑料的回收，這樣減少了廢棄物、節(jié)約了資源，有益于環(huán)境保護。

　　6) 設計過程中設計容易拆卸的結(jié)構(gòu)，方便廢舊材料的分類回收。

　　7) 在產(chǎn)品包裝設計過程中，設計能夠重復利用的包裝材料和包裝方式，放棄使用超薄塑料，盡可能減少廢料產(chǎn)生。

　　綠色制造工藝

　　綠色制造工藝是未來工藝技術(shù)的發(fā)展方向之一，在產(chǎn)品制造過程中采用綠色工藝是實現(xiàn)綠色制造的重要環(huán)節(jié)。綠色制造工藝是指物料和能源消耗最小化、廢棄物最小化、環(huán)境污染最小化的加工工藝。

　　傳統(tǒng)制造過程中的工藝選擇一般追求3個決策目標：時間T(Time)、質(zhì)量Q(Quality)和成本C(Cost)，其中時間T指產(chǎn)品加工時間和生產(chǎn)周期，也指生產(chǎn)效率;質(zhì)量Q指產(chǎn)品質(zhì)量，包括產(chǎn)品性能、使用壽命、可靠性、安全性和經(jīng)濟性;成本C指材料成本、設施設備成本、勞動力成本、能源動力成本、維護和培訓成本等。與傳統(tǒng)制造過程中的工藝選擇相比，綠色制造工藝考慮上述三個決策目標的同時也要考慮制造過程中的資源消耗R(Resource)和環(huán)境影響E(Environment)因素。其中資源消耗R指能源動力消耗、原材料消耗和設備資源的消耗等，環(huán)境影響E指所選擇的工藝對生態(tài)環(huán)境的影響，包括環(huán)境廢物對生態(tài)環(huán)境的破壞，工藝種類對勞動者的健康侵蝕及因故障可能引發(fā)的安全隱患等。綠色制造工藝追求的總體目標是縮短時間、提高質(zhì)量、降低成本、極小的資源消耗、對環(huán)境的影響最小，即優(yōu)質(zhì)、高效、清潔、低耗、成本低廉。

　　綜合考慮制造過程中的資源消耗問題和環(huán)境影響問題，綠色制造工藝應該具有以下特點：

　　1) 綠色制造工藝的技術(shù)先進性，這是實施綠色制造工藝的前提。其中技術(shù)先進性是指滿足綠色制造要求的先進技術(shù)，而非不切實際、不計成本的使用最新技術(shù)。

　　2) 綠色制造工藝的綠色性，資源消耗少和環(huán)境污染小是綠色制造工藝的最顯著特征，制造過程中不僅對環(huán)境和社會的污染小，同時有利于勞動者的安全和身體健康。

　　3) 綠色制造工藝的經(jīng)濟性是綠色制造工藝必不可少的條件。產(chǎn)品價格如果不能被消費者所接受產(chǎn)品就不能推向巿場，因此必須要考慮綠色制造工藝的成本。

　　綠色包裝

　　據(jù)有關資料統(tǒng)計，包裝廢棄物的排放量約占城巿固態(tài)廢棄物重量的1/3，體積的1/2。傳統(tǒng)包裝產(chǎn)生的包裝廢棄物對生態(tài)環(huán)境和人類健康造成了危害，同時造成自然資源的極大浪費。為此綠色包裝成為循環(huán)經(jīng)濟和綠色制造概念的一個重要組成部分。綠色包裝又稱無公害包裝或環(huán)境之友包裝，是指不損害自然生態(tài)環(huán)境和人類健康，能夠重復使用和再生，符合可持續(xù)發(fā)展的包裝。包括兩個方面的含義：環(huán)境保護和節(jié)約資源，二者相輔相成，不可分割。

　　包裝同樣是塑料工業(yè)最重要的組成部分，基本上全球塑料工業(yè)35-40%的塑料原料被用于各種包裝生產(chǎn)，而這些包裝制品中60-70%為一次性包裝。因此綠色包裝對塑料工業(yè)綠色制造而言，同樣具有十分重要的意義。

　　綠色包裝不是一個獨立的過程，它包括使用包裝材料“綠色化”，包裝設計“綠色化”，更重要的是綠色消費。

　　綠色包裝材料常見的種類有：可重復再用和再生的包裝材料類;可食性包裝材料類，如可食性包裝膜，包括多糖類可食性包裝膜、蛋白質(zhì)類可食性包裝膜、微生物共聚酯可食性包裝膜和復合型可食性包裝膜等;可降解材料類，如生物降解塑料、光降解塑料和生物/光雙降解塑料等;紙質(zhì)材料類，紙的原材料是天然植物纖維，可回收且與自然地融合性強。(編者注：考慮每種材料的綠色性同樣需要從整個材料的產(chǎn)品生命周期考慮對環(huán)境的影響，因此這些綠色包裝材料的概念也隨著人們認識的發(fā)展與提高而不斷變化。)

　　包裝設計“綠色化”則是要在包裝設計方面從材料選擇、結(jié)構(gòu)功能、制造工程、包裝方式、儲運方式、產(chǎn)品使用和后處理等方面綜合考慮，遵循設計的減量化原則、單一化原則、輕量化原則、無害化原則和清潔生產(chǎn)的原則。

　　包裝材料“綠色化”和包裝設計“綠色化”能夠減少環(huán)境污染和資源損耗，但是只有在消費理念上實現(xiàn)綠色消費，綠色包裝才能得到巿場運行機制的支撐而成為一種必然，才能在根本上解決包裝產(chǎn)生的問題。

　　綠色使用及用后處置

　　對綠色使用的研究主要集中在兩個領域：一是延長產(chǎn)品生命周期。延長產(chǎn)品的生命周期可最終減少產(chǎn)品報廢后的各種處置，從而提高資源利用率，減少對環(huán)境的負面影響。要延長產(chǎn)品的生命周期，就要增加產(chǎn)品的可維護性，實行面向可維護性的設計。

　　二是面向節(jié)省能源的設計。德國聯(lián)邦環(huán)境署的研究表明，德國家庭和辦公室消耗的電力中，至少11%被處于待機狀態(tài)的設備消耗。據(jù)美國能源部估計，美國每年要為關機的電視機和錄像機支付大約10億美元的電費。

　　實現(xiàn)產(chǎn)品使用的綠色化十分重要，產(chǎn)品用后的處理不當對環(huán)境的沖擊性往往更大。目前，對高分子聚合物材料制品用后的處理包括：簡單再生利用、改性再生利用以及資源化處理等。

　　其中廢塑料改性生產(chǎn)新的高附加值材料最為重要，這是當前廢舊塑料回收技術(shù)研究的熱門領域，如PET瓶到瓶回收、廢舊塑料通過改性處理生產(chǎn)高性能工程塑料等等。對廢塑料進行改性再利用后不僅消除其對環(huán)境的不良作用，而且還變廢為寶，彌補了緊缺材料的需求缺口。

　　不同廢棄物的再生利用也已在越來越多的領域發(fā)揮更廣泛的應用，如廢塑料再生用于改性瀝青，可在減少環(huán)境污染的同時改善道路瀝青的性能，減輕道路維護壓力。利用廢舊塑料制備的保溫磚筑砂漿能夠起到良好的保溫效果，利用廢舊聚苯乙烯泡沫生產(chǎn)的粘接劑耐酸堿、耐凍。將再生塑料粉碎成不同粒徑的顆粒加入混凝土材料中制成再生塑料改性混凝土，改善混凝土的性能。將植物秸稈和木材下腳料等木質(zhì)纖維材料與塑料混合在一起，將混合好的物料置于模具內(nèi)，在高溫高壓下經(jīng)過一定的加工工藝即可形成新型的木塑材料。

　　塑料廢棄物資源化，既可以節(jié)省和利用資源，降低處理費用，又可消除或減輕廢塑料對環(huán)境的影響，也是近年來廢塑料資源化研究的焦點。資源化方法包括：油化再生、高爐噴吹、與煤共焦化和垃圾衍生燃料技術(shù)(RDF)等。

　　現(xiàn)代制造業(yè)快速推動著人類社會的物質(zhì)文明發(fā)展。具有優(yōu)良性能的高分子材料制品給人們的生活帶來了非常多的便利，但同時也造成了嚴重地生態(tài)影響，人與自然地關系空前緊張，人類社會追求短期利益的行為造成的嚴重后果已經(jīng)開始威脅著人類的生存和經(jīng)濟、社會的持續(xù)發(fā)展。因此，發(fā)展綠色低碳制造模式是非常必要的措施，在高分子材料領域?qū)嵤┚G色制造與循環(huán)利用也是必然趨勢。

　　在高分子材料領域采用生態(tài)環(huán)境友好的綠色制造模式，通過資源的綜合利用，短缺資源的代用，二次資源的利用，減緩資源的消耗，達到節(jié)能的目的;減少廢棄物和污染物的排放，達到生產(chǎn)、消費的工業(yè)產(chǎn)品與自然環(huán)境相容，實現(xiàn)人類社會、經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。