环保选材指南：如何选择环境友好的材料？

1.环境友好型设计对材料的要求

目前国内外生命周期设计都十分关注原材料的选择和使用，主要考虑以下几个方面。

1）避免使用有毒有害材料和添加物，并考虑替代材料的使用；在无法替代时，考虑毒性物质的稳定性并采取措施使其不易释放。可以参考工业和信息化部、科学技术部、环境保护部等联合发布的《国家鼓励的有毒有害原料（产品）替代品目录》（2016年版）以及工业和信息化部等8个单位联合发布的《电器电子产品有害物质限制使用管理办法》的有关规定。

2）避免使用不可再生的原材料，如化石燃料、热带硬木等。

3）选择具有环境协调性的材料，顺应环境的良性循环。

4）选择具有环境适应性的材料，体现人与环境的共存性。人直接接触的材料应具有宜人性，对人体没有不良影响。

5）注重舒适性。其主要表现是：①具有对人不产生有害和不愉快的物质因子，或者对其具有屏障、隔断的功能；②具有积极引出和产生舒适感觉的功能，即能与人的感官进行愉悦的反应，能使人感到愉快，如生物材料、绝热材料和隔音材料等。

6）所用材料应是易加工的，并且在加工过程中无污染或污染最小，在材料的生产环节中资源和能源的消耗少，噪声尽可能低，具有较高的资源利用率。

7）所用材料应具有较长的使用寿命。

8）需要从材料生命周期全过程进行择优选择。例如，有些高分子材料在其制备过程中的环境污染相对较小，而在其废弃处置过程中的环境污染却很大。因此如果从这些材料的某一阶段来看，它们是与环境协调的，但是从其生命周期全过程看就不一定了。又如，某些环境净化材料，虽然其在使用阶段具有净化环境的能力，但是其在生产和废弃处理过程中产生的环境污染量也许远远大于其净化量。

材料生命周期中材料的环境友好性，如图6-8所示。

图6-8 材料生命周期中材料的环境友好性

2.环境友好型材料的概念

环境友好型材料（Environmentally Friendly Materials）又称为绿色材料（Green Material）、环境意识材料（Environmental Conscious Materials）和生态材料（Eco-material）。

环境友好型材料是指那些具有良好的使用性能或功能，具有最大的资源利用率和最小的环境影响，有利于人类健康，再生利用率高或者可以降解循环利用，在制备、使用、废弃直至再生循环利用的整个过程中都与环境协调共存的一大类材料。环境友好型材料的制备不仅包括直接具有净化环境、修复环境等功能的高新技术材料的开发，也包括对使用量大、使用面广的传统材料及其产品的改造，使其“绿色化”。

1988年第一届国际材料会议上首次提出“绿色材料”的概念，并将其定为21世纪人类要实现的目标材料之一。环境友好型材料既满足了人类对材料的基本要求，同时也表达了人类对环境的关注和重视。

3.环境友好型设计中的材料选择(www.xing528.com)

环境友好型产品对材料的选择有严格要求。如果没有环境友好型材料作为保证，产品的环境友好性将受到很大影响。在环境友好型设计中，材料选择因素如下。

1）材料的产品性能。这是指材料用于产品后形成的性能：①基本的力学性能、物理性能与化学性能，包括材料的常规机械性能、疲劳断裂性能、抗复杂环境侵蚀的性能等；②用于特殊机电产品的特殊材料，如压电陶瓷材料、功能梯度材料、电磁致流变材料和各种纳米材料等的特殊性能；③舒适性，包括色彩感、触觉感、味觉、卫生性和吸声降噪性；④环境适应性，如材料废弃后的可降解性。

2）材料的加工性能。有些材料在加工过程中会产生危害健康的污染。例如，碳纤维材料在加工过程中的碳纤维微粒会使操作工的皮肤过敏并奇痒无比；纳米材料在加工过程中会产生比PM2.5更小的颗粒物，人吸入后对肺部的危害很大。

3）材料的性能价格比。材料的性能价格比是制约产品设计选材的一个重要因素。在产品生命周期设计中材料的成本部分应该考虑到材料的环境成本，即消除产品在制造和使用过程中材料对环境的不良影响所需要的成本。

4）材料选择与结构设计的集成。在产品生命周期设计中，材料的选择和结构详细设计是一种集成和互动的关系。

①当材料性能难以满足产品性能或使用寿命要求时，需要改进产品结构设计。

②工程材料往往是具有各向异性的，因此需要充分考虑材料使用时的取向和产品力学分析，使材料性能得到充分发挥。

③按照结构性能要求，重构工程材料，利用3D打印技术可以满足这方面的要求。

在许多情况下，产品设计人员意识不到其设计选择行为对废弃物及环境的影响。

案例1：程序员不需要花费多少精力和资金，就可以收到减少废水排放的效果。合理简化的表格设计减少废水排放，如图6-9所示。

图6-9 合理简化的表格设计减少废水排放

案例2：在通信设施建设中电缆的选择，若采用光缆代替铜电缆，既可以减少能耗，又可以减轻环境污染。因为铜的生产过程不但会产生有毒的重金属废弃物，如砷等，而且铜矿的开采会破坏大量的土地，对生态环境造成影响，而光缆的生产对环境的危害要小得多，并且其生产能耗仅为铜的生产能耗的5%左右。

4.环境友好型设计中的材料选择过程

环境友好型设计中的材料选择过程，如图6-10所示。

图6-10 环境友好型设计中的材料选择过程