低碳社會與材料科學(xué)

1、低碳社會與材料科學(xué)一、中國低碳環(huán)保的現(xiàn)狀處于經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的中國，低碳問題已經(jīng)日益突顯出來，無論是在低碳環(huán)保材料的研發(fā)，還是生態(tài)化的室內(nèi)外前瞻設(shè)計，都要把大眾環(huán)保的理念放在首位?，F(xiàn)在很多人對環(huán)保和低碳時代到來的認(rèn)識還是不夠，這應(yīng)該是影響我們低碳環(huán)保發(fā)展的首要因素。另外，低碳環(huán)保材料的研發(fā)也不夠，我們現(xiàn)在很多的裝飾材料都不是低碳的，還在消耗大量資源，為了強(qiáng)調(diào)其表面裝飾效果，特別是人工化的制作之后，在一些材料結(jié)構(gòu)和組成上都還是有毒有害的，極不符合低碳要求。低碳設(shè)計、生態(tài)化設(shè)計、綠色設(shè)計是相輔相成的，幾個方面要結(jié)合在一起，是我們設(shè)計發(fā)展的方向和趨勢。這樣才能夠使我們這個還處在發(fā)展中的國家能夠可持續(xù)良性

2、發(fā)展。二、低碳材料的特點(diǎn)21材料具有碳匯能力：材料具有碳匯能力是材料成為低碳材料的關(guān)鍵因素。碳匯能力是料在形成過程能從空氣中消除二氧化碳的能力，材木工機(jī)床料在形成過程吸收二氧化碳，減少了大氣中的溫室氣體，直接體現(xiàn)了低碳經(jīng)濟(jì)的核心目標(biāo)。22材料是可再生資源：通過天然作用等，能被人類反復(fù)利用的自然資源，如植物、動物、森林、草原等，有些材料以可再生資源為原材料的也可認(rèn)定為具有可再生性。23材料在使用的過程中耗材少：在保證產(chǎn)品正常使用的前提下，材料消耗越少，越節(jié)約資源，材料利用率越高。24材料在自身的生產(chǎn)和制造產(chǎn)品的過程中能耗低：目前能耗主要指工廠中電能的消耗，因為目前的電能主要是火力發(fā)電，而火力發(fā)電

3、要消耗大量煤炭，所以材料的能耗越低，就相應(yīng)的消耗較少的煤炭，同時減少排放，復(fù)合低碳經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)。25材料在自身的生產(chǎn)和制造產(chǎn)品的過程中污染低：污染具體包括：水污染、大氣污染、噪聲污染、放射性污染、重金屬污染等。26材料制作成產(chǎn)品后使用壽命長：產(chǎn)品的使用壽命越長，在一定時期內(nèi)，總的使用的材料消耗就越少。27材料制作成產(chǎn)品后，在使用的過程中不產(chǎn)生有害物質(zhì)：此處的有害物質(zhì)主要指對環(huán)境或人體產(chǎn)生不利的有害物質(zhì)，如甲醛、甲苯、重金屬等。28材料在產(chǎn)品廢棄后可以回收再利用，如果材料不可回收再利用，材料應(yīng)不破壞環(huán)境。三、低碳材料的主要類別3.1天然高分子材料天然高分子材料具有的共同特點(diǎn)是：該類材料都是可再生資

4、源，這一點(diǎn)保證了永久原材料來源；在制造過程中，因為材質(zhì)較軟，易加工而能耗較少；因為是天然材料而污染都較低；在使用時，材料基本不會產(chǎn)生新的污染；廢棄后基本都可以回收，可以重新制造出其他的材料或者可以做燃料，即使有些材料不可再利用，但因為是天然材料也不會對環(huán)境有破壞作用總體來說此類材料屬于較良好的低碳材料。311木質(zhì)材料木質(zhì)材料是目前常用的材料中唯一具有碳匯能力的一大類材料，尤其是木材的碳匯能力較明顯，通過光和作用，吸收二氧化碳，排放出氧氣，樹木直徑可高幾米，高達(dá)可達(dá)幾十米，而且是實心的，木材在干燥條件下的使用壽命約3O年，而藤和竹的直徑相對較小，竹材是空心的，竹和藤的使用壽命相對木材較短。木材還

5、具有美麗的紋理、圖案，有良好的裝飾效果，而且會釋放出天然的香氣，使人心曠神怡，木材還具有冬暖夏涼的特性。表I顯示，在常用的一些材料中，和其他大類材料相比，木材是目前能耗最低、碳匯最高、碳釋放量最小的材料。312紙質(zhì)材料紙質(zhì)材料一般是通過木質(zhì)材料經(jīng)過加工處理而制成，基本具備木質(zhì)材料的特點(diǎn)，但有不同之處：在生產(chǎn)紙質(zhì)材料時會有污水產(chǎn)生，對環(huán)境有不利影響，且生產(chǎn)過程肯定要消耗能源、消耗人力；紙質(zhì)材料多采用膠貼形式，而目前的膠粘劑基本屬于不可再生資源，而且膠粘劑會釋放出有害氣體，未來在膠粘劑應(yīng)用方面會限制紙質(zhì)材料的應(yīng)用；紙質(zhì)材料中的蜂窩紙，由于其特殊的力學(xué)結(jié)構(gòu)，在能保證正常使用的情況下，能大大降低耗材量

6、，是目前較理想的紙質(zhì)材料中的一種。313皮革主要用在沙發(fā)中的皮革都是動物皮，主要是牛羊皮，牛羊在生長過程中要消耗草，而草本身具有碳匯能力，所以皮革在形成過程中是消耗碳的，不具有碳匯能力，而且牛羊在呼吸過程中會排放出二氧化碳；此外還有皮革在加工過程中會產(chǎn)生水等污染。3.2合成高分子材料目前采用的合成高分子材料基本都是石油化工產(chǎn)品，而石油化工產(chǎn)品是不可再生資源，有專家統(tǒng)計，石油只夠人類再開采使用50年左右，而且此類材料在廢棄后，如不能回收利用的，一般較難降解，會破壞土壤環(huán)境；膠粘劑在應(yīng)用中會釋放出甲醛等有害人體健康的氣體；涂料在應(yīng)用過程中也會產(chǎn)生有害人體健康的氣體。但是此類合成高分子材料卻起著很大

7、作用，膠粘劑在人造板制作方面起著決定性的作用，涂料可以保護(hù)材料，從而使材料的使用壽命明顯延長。3 3無機(jī)非金屬材料石材和玻璃都是不可再生資源，但在一定時期內(nèi)，這兩類材料還不會被使用完。材料的使用壽命都較長；二者的回收再利用價值不高，一般不回收再利用，廢棄玻璃會對環(huán)境造成不利影響。3.4 金屬材料金屬材料屬于不可再生資源，在金屬冶煉過程中要耗費(fèi)大量能源，而且會產(chǎn)生大量污染；金屬可重復(fù)利用；金屬的使用壽命一般也較長；金屬配件材料具有重要的作用，它的應(yīng)用能節(jié)約材料、簡化工藝、增強(qiáng)使用功能。3.5 復(fù)合材料針對傳統(tǒng)材料在實際應(yīng)用中的不足，為了提高材料的性能、使用壽命、材）料利用率等，人類發(fā)明了各種復(fù)合

8、材料，主要有人造板、人造石材、人造皮革等，目前此類材料在實際應(yīng)用上都有較良好的效果，但是基本上所有的復(fù)合材料都要依賴目前的石油化工產(chǎn)品，如膠粘劑、合成樹脂等，從對石油化工產(chǎn)品的依賴方面考慮，目前此類復(fù)合材料的應(yīng)用，在未來會受到限制。四、低碳材料的應(yīng)用實例4.1、 、低碳改性母粒低碳塑料是指經(jīng)過改性處理的非金屬無機(jī)礦物粉體，與塑料原料混配使用，從而降低塑料熱焓，降低塑料制品原料成本，節(jié)約加工過程的能耗，而又不降低制成品物理性能的塑料。在塑膠垃圾焚燒發(fā)電處理時，可大量減少二氧化碳排放量。4.2、 環(huán)保降解母粒低碳環(huán)保降解塑料是指其各項物理指標(biāo)與普通塑料相同或相近，在庫存和試用期內(nèi)性能穩(wěn)定，廢棄后，

9、在自然環(huán)境中，經(jīng)陽光照射，土壤中水分、氧氣、微生物共同作用下，在36個月內(nèi)，降解成對自然環(huán)境無害的低分子物質(zhì)，最終降解為二氧化碳和水的新型塑料。成功研發(fā)銷售的低碳降解塑料有三類：氧化生物降解塑料類。該產(chǎn)品比普通塑料的價格更便宜，用它制成的包裝物廢棄后，在自然環(huán)境中，36個月內(nèi)生成醛、酮、酒精、酚、酯等新物質(zhì)，在生物同化作用下，轉(zhuǎn)化為有利植物生長的有機(jī)肥料，最終生成二氧化碳和水。淀粉基降解塑料。該類產(chǎn)品以60比例的淀粉，經(jīng)過改性后于聚乙烯混合使用，廢棄后在自然環(huán)境中發(fā)生生物降解，其價格是普通塑料的1.15倍。淀粉基與聚酯混配降解塑料。其價格是普通塑料的15倍，制品廢棄后直接降解為二氧化碳和水。4

10、.3、 低碳改性塑料合金低碳改性塑料合金是指兩種或兩種以上符合相容性原理的原料多元有機(jī)組合混配，達(dá)到各種原料之有優(yōu)點(diǎn)組合，具有特殊效能的低碳新材料。一般來說，材料剛性和韌性難以兼得，但通過多元復(fù)合接枝改性、納米插層等高科技工藝最終得到最佳組配效能。低碳塑膠制品中廣泛應(yīng)用的船、艇專用聚乙烯合金改性材料，達(dá)到了剛性和韌性兼得的效果；節(jié)能型電解槽專用料達(dá)到了15年70稀硫酸環(huán)境中始終穩(wěn)定、不變型。4.4、 高性能黑白母料、彩色母料、電纜母料、阻燃母料、抗菌、抗靜電、抗老化等母料，回收塑料改性再利用料顆粒和產(chǎn)品系列回收塑料再利用，行業(yè)里稱“回料”。一般理解為低品質(zhì)原料的代名詞，往往不能派上大用場。回收

11、處理進(jìn)口廢舊塑料，采用多元復(fù)合、改性、合金化等各種科技手段，研發(fā)出聚乙烯排水管道專用料，其各項物理指標(biāo)達(dá)到和超過了同類材料，滾塑整體聚乙烯檢查井專用粉料及電視機(jī)背殼專用HIPS粒料等。六、結(jié)論常用材料中，天然高分子材料是目前唯一的可再生資源，而其中的木質(zhì)材料是唯一具有碳匯能力的材料，且木質(zhì)材料各方面較符合低碳材料的特點(diǎn)，特別是木材，木材具備低碳材料的所有特點(diǎn)，木材工業(yè)具有資源可再生、加工能耗少、環(huán)境污染小等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，是環(huán)境友好型的低碳產(chǎn)業(yè)，未來天然高分子材料一類的可再生資源的傳統(tǒng)材料還會被廣泛應(yīng)用，特別是木質(zhì)材料中的木材，實木類材料在未來將越來越受歡迎；合成高分子材料為不可再生資源，會被消耗殆盡，而且通常會污染環(huán)境，消耗資源，但是此類材料具有重要的功能和作用，未來應(yīng)開發(fā)具備此類功能和作用的材料來替代目前的合成高分子材料；無機(jī)非金屬材料是不可再生資源，但相對合成高分子材料來說，此類