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1、,第三章 绿色产品材料的选择,第三章 绿色产品材料的选择,一.产品材料对环境的影响 从产品全生命周期的角度进行分析，在原材料制备、产品制造加工、使用、回收处理的每一个过程中，材料都在直接地影响着环境。,原材料制备,产品制造加工,使用,回收处理,环境,所用材料 本身的制备过程 对环境的影响,材料 产品加工制造过程 中对环境的影响,材料在 产品使用报废后 对环境造成的影响,材料在 产品使用过程 中对环境的影响,工程材料（钢铁、有色金属、塑料等）相关的行业包括冶金、化工等，造成环境污染比较大。因此避免或减少选择制备过程中对环境污染大的材料，减少其需求量，对保护环境具有重要意义。,对材料进行加工的工艺
2、对环境造成污染,材料在加工过程中产生了大量的切屑、粉尘，以及超标的噪声等。,材料中含有有毒有害物质,主要是由于材料的自身原因，许多产品在使用过程中不断地对环境造成污染，,不便于回收利用和废弃后难以降解的材料都将造成环境污染,1所用材料本身的制备过程对环境的影响 工程材料（如钢铁、有色金属、塑料等）制备相关的行业包括冶金、化工等，这些行业都是造成环境污染的主要行业，因此避免或减少选择制备过程中对环境污染大的材料，减少其需求量，对保护环境具有重要意义。 2材料在产品加工制造过程中对环境的影响 材料在产品制造加工过程中对环境造成的污染主要有以下几种情况： 对材料进行加工的工艺对环境造成污染，如在机械
3、加工工艺中，铸造、锻造、热处理、电镀、油漆、焊接等工艺对环境的影响都比较大，可尽量通过材料的选择避免这些工艺的采用或选用先进的替代工艺。 由于材料的性能导致可加工性差，在加工过程中产生了大量的切屑、粉尘，以及超标的噪声等。 材料中含有有毒有害物质，如卤素、重金属元素等，造成材料本身在被加工或作为催化剂时对人体和环境造成危害。,3材料在产品使用过程中对环境的影响 许多产品在使用过程中不断地对环境造成污染，主要是由于材料的原因引起的。例如，含氟电冰箱在使用过程中对环境造成污染是由于选用了氟里昂作为制冷材料，因为氟里昂会对大气臭氧层产生破坏，从而导致严重的环境影响。另外，还要避免材料在使用过程中对人
4、体的伤害。 4材料在产品使用报废后对环境造成的影响 产品在报废后的处理通常是回收利用或废弃，因此不便于回收利用和废弃后难以降解的材料都将造成环境污染。例如当前许多塑料制品使用后造成的白色污染问题，就是一个典型的例子。,二、绿色材料的内涵,1.绿色材料的定义 绿色材料是指在原料采取，产品制造使用和再循环利用以及废物处理等环节中与生态环境和谐共存并有利于人类健康的材料，它们要具备净化吸收功能和促进健康的功能。 绿色材料是在1988年第一届国际材料会议上首次提出来的，并被定为下世纪人类要实现的目标材料之一。,原料采取,产品制造,使用,再循环利用,废物处理,环境,人类健康,2.绿色材料的特征,按照相关
5、的研究报道和生态环境材料的要求，有学者将环境材料的特征归纳如下:,绿色材料 的特征,节约能源,节约资源,可循环 再生,结构 可靠性,化学 稳定性,生物 安全性,舒适性,环境清洁 治理功能,可重复 使用,有毒、 有害替代,结构可靠性：材料使用时具有不会发生任何断裂或意外的性质，是通过 其可靠的机械性能（强度、延展性、刚度、硬度、蠕变等）实现的。,节约能源：材料能降低某一系统的能量消耗。通过具有更优异的性能（如质轻、耐热、绝热性、探测功能、能量转换等）提高能量效率，即改善材料的性能可以降低能量消耗，达到节能目的。,节约资源：材料能降低系统的资源消耗。通过更优异的性能（强度、耐磨损、耐热、绝热性、催
6、化性等）可降低材料消耗，从而节省资源。如能提高资源利用率的材料（催化剂等）和可再生的材料也能节省资源。,可重复使用：材料产品经过收集后允许再次使用的性质，仅需要净化过程如清洗、灭菌、磨光和表面处理等即可实现。,可循环再生：材料产品经过收集并重新处理后作为另一种新产品使用的性质。收集产品视为原材料。,环境清洁、治理功能：材料具有的对污染物分离、固定、移动和解毒以便净化废气、废水和粉尘等的性质，也包括探测污染物的功能。,化学稳定性：材料在很长的使用时间内通过抑制其在使用环境中（暴风雨、化学、光、氧气、水、土壤、温度、细菌等）的化学降解实现的稳定性。,生物安全性：材料在使用环境中不会对动物、植物和生
7、态系统造成危害的性质。不含有毒、有害、导致过敏和发炎、致癌和环境激素的元素和物质的材料，具有很高的生物学安全性。,有毒、有害替代：可以用来替代已经在环境中传播并引起环境污染的材料。因为已经扩散的材料是不可收回的，使用具有可置换性的材料是为了防止进一步的污染。如氯氟甲烷的替代材料、生物降解塑料等都有很高的可置换性。,舒适性：材料在使用时能给人提供舒适感的性质。包括抗振性、吸收性、抗菌性、湿度控制、除臭性等。,经过10年的研究，材料工作者较普遍接受的观点认为：生态环境材料是同时具有满意的使用性能和优良的环境协调性，或者能够改善环境的材料。所谓环境协调性是指对资源和能源的消耗少，对环境的污染小和循环
8、再生利用率高.,满意的 使用性能,优良的 环境协调性,Drill Design（用户体验设计）推出新款的凳子，采用木质单板和可循环利用的纸张制成。该款凳子不仅强调自身重量和承受力，还特别注意了凳子的高度，适合各种身高的人群。同时，凳子本身还可以自由拆卸，安装在需要的空间。,氢燃料模型赛车：它使用氢燃料储蓄电池作为动力能源，并配备了专门设计的氢燃料控制系统板，这一模型车,索尼环保手机，玉米材料,1994年,斯塔克为沙巴法国公司设计的一台电视机采用了一种用可回收的材料-高密度纤维模压成型的机壳,同时也为家用电器创造了一种“绿色”的新视觉。,索尼公司所销售的光存储产品，全面采用先进的环保措施，在整个
9、的生产制造过程中，全程采用无铅焊接材料，限制使用普通电子产品中含有的铅、汞、镉、六价铬、多溴联苯及多溴联苯醚等六项有害物质，符合欧盟法令所提出的健康要求。同时，索尼光存储产品采用的全新包装将使用回收纸材料及纯天然不挥发印刷油墨进行生产，更加符合健康环保的标,目前采用纸制品代替塑料制品和研制 使用可降解型塑料袋成为缓解“白色污染”的主要方法。可降解型塑料袋就是在 使用普通塑料袋原料基础上，加入降解母料，通过降低分子量使塑料袋在短时间 内被自然环境中的微生物所利用，变成二氧化碳、水和其他有机物，达到自然分 解销纳的目的。,缺点：生物降解高分子材料的价格高，不易推广应用。 其次，力学性能一般。和同类
10、应用的现行塑料相比，其使用性能主要缺点之一是凡含淀粉的降解塑料耐水性都不好，湿强度差，一遇水则力学性能大降，而耐水性恰恰是现行塑料在使用过程中表现的优点。 第三，降解高分子材料的降解控制问题有待于解决。 作为包装材料要求有一定的使用期；准确的时控性和用后完全、快速降解离实用要求还有相当大的差距 第五，降解高分子材料的使用会影响高分子材料的回收利用， 对使用后的生物降解材料需要建立相应的基础处理设施等。 第四，高分子材料的生物降解性评价方法有待完善。由于降解 塑料的降解性能制约因素很多，各国的地理环境、气候、土壤成分、垃圾处理方式等又有许多差异。,3、环境材料的应用及发展,（1）材料的环境协调性
11、评价方法及其应用 围绕生态环境材料研究，无论是材料的协调性评价还是具体的生态环境材料设计，研究与开发方面都取得了重要的进展。 目前世界上有10多个有影响的材料生命周期评价数据库，是由不同国家、组织或研究机构建立的。这些数据库在LCA研究中发挥着重要作用。,主要包括： 1.日本 2.德国 3.奥地利，加拿大，法国等欧美国家,（2）、生态环境材料的设计、研制与开发,国际上生态环境材料的研究，已不局限于理论上的研究，众多的材料科学工作者在研究具有净化环境、防止污染、替代有害物质、减少废弃物、利用自然能和材料的再资源化等方面做了大量的工作，并取得了重要进展。 日本的知名企业，如佳能，东芝，日立，富士，
12、索尼等，德国的西门子AEG等从从产品的材料和技术开发等角度一直关注生态效率和资源环境效率以保持企业的竞争力。,主要表现在： 1.钢铁产业： 2.生态建材： 3.信息技术：,（3）环境材料在我国的发展前景,在我国，目前和未来的相当相当的一段时期里面生态环境材料的研究分为以下几个层次：,全民特别是材料界观念意识的改变（如宣传和教育）,宏观上的国家行为（如立法，立规等问题）,国家就有关生态环境材料的科学计划问题（包括基础研究，高技术研究等科学和经济发展计划，都需支持生态环境材料的发展）,在科学，学科上面培养学科交叉人才,建立相关的组织和学术团体，加强生态环境材料方面的交流和合作,（3）环境材料在我国
13、的发展前景,关于生态环境材料的以下几点已为世界公认： 、材料的环境性能将成为21世纪新材料的一个基本性能； 、在21世纪，结合IS014000标准，用LCA方法评价材料产业的资源和能源消耗、三废排放等将成为一项常规的评价方法； 、结合资源保护、资源综合利用，对不可再生资源的替代和再资源化研究将成为材料产业的一大热门； 、各种生态环境材料及其产品的开发将成为材料产业发展的方向。,生态环境材料对于保持资源平衡、能量平衡和环境平衡，实现社会和经济的可持续发展，有着重要的意义。其中，完善材料环境协调性评价的理论体系，开发各种环境相容性新材料及绿色产品，研究降低材料环境负荷的新工艺、新技术和新方法等已成
14、为21世纪材料科学与技术发展的主导方向。,完善材料环境协调性评价的理论体系,开发各种环境相容性新材料及绿色产品,研究降低材料环境负荷的新工艺、新技术和新方法,21世纪材料科学与技术发展的主导方向,三、绿色设计中的材料选择,绿色设计中的材料选择是绿色产品设计中的重要环节。绿色设计对产品提出了更高的要求，产品不仅应满足功能、使用性能以及经济性要求，还应能有效地保护环境，即具有很好的环境协调性。所以，在设计阶段，就必须对产品材料进行认真选择。,将绿色设计中的材料选择原则归纳为材料的技术性原则、材料环境协调性原则以及材料经济性原则。,材料的技术性原则,材料环境协调性原则,材料经济性原则,(1)根据工作
15、载荷的大小性质，应力的大小性质 及其分布状况选择。 (2)根据零件的工作环境选择 (3)根据零件的尺寸选材 (4)根据零件结构的复杂程度选材 (5)根据材料的工艺性能选择,(1)材料的最佳利用原则 (2)能源的最佳利用原则 (3)污染最小原则 (4)损害最小原则,（1)材料的成本效益分析 (2)材料的供应状况,四、产品材料选择的案例分析,下面主要讨论冰箱的隔热材料和制冷剂的改进：,产生破坏臭氧层的有害气体，使紫外线直射到地面的幅度增加，造成人和生态系统的破坏。,氟,氟,CFC-12（二氯二氟甲烷）为制冷剂,CFC-11（三氯一氟甲烷）为发泡剂做隔热材料,低氟，无氟,绿色冰箱,1.改进隔热材料C
16、FC-11（三氯一氟甲烷）,2.环戊烷代替CFC-11 （三氯一氟甲烷） ： 环戊烷虽然和CEC-11 （三氯一氟甲烷）不同，对臭氧没有破坏，但导热系数比HCFC-141B高，隔热性能差，美国在这个问题上认为，这种物质是冰箱能耗损失10%-20%，对全球变暖有促进作用。而欧洲作为环戊烷的支持则则认为：这种冰箱抗老化性能较好，就整个生命周期而言隔热效果与HCFC大致相同，欧洲经过几年的实践，对于环戊烷代替CEC-11 （三氯一氟甲烷）在冰箱的能耗，成本，生产使用安全，维修等方面积累了一定的经验。,1. HCFC-141B (二氯一氟乙烷)代替CFC-11（三氯一氟甲烷）： 与CFC-11 （三氯一氟甲烷）相比， HCFC-141B (二氯一氟乙烷)的臭氧破坏值小，全球升温的潜能值也小，但是HCFC-141B含有氯原子不能成为CFC-11 （三氯一氟甲烷）的最终代替物，将在2020年在全球停止使用。此外， HCFC-141B (二氯一氟乙烷代替)对
