低碳社会与材料科学

1、低碳社会与材料科学一、中国低碳环保的现状处于经济高速发展的中国，低碳问题已经日益突显出来，无论是在低碳环保材料的研发，还是生态化的室内外前瞻设计，都要把大众环保的理念放在首位。现在很多人对环保和低碳时代到来的认识还是不够，这应该是影响我们低碳环保发展的首要因素。另外，低碳环保材料的研发也不够，我们现在很多的装饰材料都不是低碳的，还在消耗大量资源，为了强调其表面装饰效果，特别是人工化的制作之后，在一些材料结构和组成上都还是有毒有害的，极不符合低碳要求。低碳设计、生态化设计、绿色设计是相辅相成的，几个方面要结合在一起，是我们设计发展的方向和趋势。这样才能够使我们这个还处在发展中的国家能够可持续良性

2、发展。二、低碳材料的特点21材料具有碳汇能力：材料具有碳汇能力是材料成为低碳材料的关键因素。碳汇能力是料在形成过程能从空气中消除二氧化碳的能力，材木工机床料在形成过程吸收二氧化碳，减少了大气中的温室气体，直接体现了低碳经济的核心目标。22材料是可再生资源：通过天然作用等，能被人类反复利用的自然资源，如植物、动物、森林、草原等，有些材料以可再生资源为原材料的也可认定为具有可再生性。23材料在使用的过程中耗材少：在保证产品正常使用的前提下，材料消耗越少，越节约资源，材料利用率越高。24材料在自身的生产和制造产品的过程中能耗低：目前能耗主要指工厂中电能的消耗，因为目前的电能主要是火力发电，而火力发电

3、要消耗大量煤炭，所以材料的能耗越低，就相应的消耗较少的煤炭，同时减少排放，复合低碳经济的特点。25材料在自身的生产和制造产品的过程中污染低：污染具体包括：水污染、大气污染、噪声污染、放射性污染、重金属污染等。26材料制作成产品后使用寿命长：产品的使用寿命越长，在一定时期内，总的使用的材料消耗就越少。27材料制作成产品后，在使用的过程中不产生有害物质：此处的有害物质主要指对环境或人体产生不利的有害物质，如甲醛、甲苯、重金属等。28材料在产品废弃后可以回收再利用，如果材料不可回收再利用，材料应不破坏环境。三、低碳材料的主要类别3.1天然高分子材料天然高分子材料具有的共同特点是：该类材料都是可再生资

4、源，这一点保证了永久原材料来源；在制造过程中，因为材质较软，易加工而能耗较少；因为是天然材料而污染都较低；在使用时，材料基本不会产生新的污染；废弃后基本都可以回收，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，但因为是天然材料也不会对环境有破坏作用总体来说此类材料属于较良好的低碳材料。311木质材料木质材料是目前常用的材料中唯一具有碳汇能力的一大类材料，尤其是木材的碳汇能力较明显，通过光和作用，吸收二氧化碳，排放出氧气，树木直径可高几米，高达可达几十米，而且是实心的，木材在干燥条件下的使用寿命约3O年，而藤和竹的直径相对较小，竹材是空心的，竹和藤的使用寿命相对木材较短。木材还

5、具有美丽的纹理、图案，有良好的装饰效果，而且会释放出天然的香气，使人心旷神怡，木材还具有冬暖夏凉的特性。表I显示，在常用的一些材料中，和其他大类材料相比，木材是目前能耗最低、碳汇最高、碳释放量最小的材料。312纸质材料纸质材料一般是通过木质材料经过加工处理而制成，基本具备木质材料的特点，但有不同之处：在生产纸质材料时会有污水产生，对环境有不利影响，且生产过程肯定要消耗能源、消耗人力；纸质材料多采用胶贴形式，而目前的胶粘剂基本属于不可再生资源，而且胶粘剂会释放出有害气体，未来在胶粘剂应用方面会限制纸质材料的应用；纸质材料中的蜂窝纸，由于其特殊的力学结构，在能保证正常使用的情况下，能大大降低耗材量

6、，是目前较理想的纸质材料中的一种。313皮革主要用在沙发中的皮革都是动物皮，主要是牛羊皮，牛羊在生长过程中要消耗草，而草本身具有碳汇能力，所以皮革在形成过程中是消耗碳的，不具有碳汇能力，而且牛羊在呼吸过程中会排放出二氧化碳；此外还有皮革在加工过程中会产生水等污染。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产品，而石油化工产品是不可再生资源，有专家统计，石油只够人类再开采使用50年左右，而且此类材料在废弃后，如不能回收利用的，一般较难降解，会破坏土壤环境；胶粘剂在应用中会释放出甲醛等有害人体健康的气体；涂料在应用过程中也会产生有害人体健康的气体。但是此类合成高分子材料却起着很大

7、作用，胶粘剂在人造板制作方面起着决定性的作用，涂料可以保护材料，从而使材料的使用寿命明显延长。3 3无机非金属材料石材和玻璃都是不可再生资源，但在一定时期内，这两类材料还不会被使用完。材料的使用寿命都较长；二者的回收再利用价值不高，一般不回收再利用，废弃玻璃会对环境造成不利影响。3.4 金属材料金属材料属于不可再生资源，在金属冶炼过程中要耗费大量能源，而且会产生大量污染；金属可重复利用；金属的使用寿命一般也较长；金属配件材料具有重要的作用，它的应用能节约材料、简化工艺、增强使用功能。3.5 复合材料针对传统材料在实际应用中的不足，为了提高材料的性能、使用寿命、材）料利用率等，人类发明了各种复合

8、材料，主要有人造板、人造石材、人造皮革等，目前此类材料在实际应用上都有较良好的效果，但是基本上所有的复合材料都要依赖目前的石油化工产品，如胶粘剂、合成树脂等，从对石油化工产品的依赖方面考虑，目前此类复合材料的应用，在未来会受到限制。四、低碳材料的应用实例4.1、 、低碳改性母粒低碳塑料是指经过改性处理的非金属无机矿物粉体，与塑料原料混配使用，从而降低塑料热焓，降低塑料制品原料成本，节约加工过程的能耗，而又不降低制成品物理性能的塑料。在塑胶垃圾焚烧发电处理时，可大量减少二氧化碳排放量。4.2、 环保降解母粒低碳环保降解塑料是指其各项物理指标与普通塑料相同或相近，在库存和试用期内性能稳定，废弃后，

9、在自然环境中，经阳光照射，土壤中水分、氧气、微生物共同作用下，在36个月内，降解成对自然环境无害的低分子物质，最终降解为二氧化碳和水的新型塑料。成功研发销售的低碳降解塑料有三类：氧化生物降解塑料类。该产品比普通塑料的价格更便宜，用它制成的包装物废弃后，在自然环境中，36个月内生成醛、酮、酒精、酚、酯等新物质，在生物同化作用下，转化为有利植物生长的有机肥料，最终生成二氧化碳和水。淀粉基降解塑料。该类产品以60比例的淀粉，经过改性后于聚乙烯混合使用，废弃后在自然环境中发生生物降解，其价格是普通塑料的1.15倍。淀粉基与聚酯混配降解塑料。其价格是普通塑料的15倍，制品废弃后直接降解为二氧化碳和水。4

10、.3、 低碳改性塑料合金低碳改性塑料合金是指两种或两种以上符合相容性原理的原料多元有机组合混配，达到各种原料之有优点组合，具有特殊效能的低碳新材料。一般来说，材料刚性和韧性难以兼得，但通过多元复合接枝改性、纳米插层等高科技工艺最终得到最佳组配效能。低碳塑胶制品中广泛应用的船、艇专用聚乙烯合金改性材料，达到了刚性和韧性兼得的效果；节能型电解槽专用料达到了15年70稀硫酸环境中始终稳定、不变型。4.4、 高性能黑白母料、彩色母料、电缆母料、阻燃母料、抗菌、抗静电、抗老化等母料，回收塑料改性再利用料颗粒和产品系列回收塑料再利用，行业里称“回料”。一般理解为低品质原料的代名词，往往不能派上大用场。回收

11、处理进口废旧塑料，采用多元复合、改性、合金化等各种科技手段，研发出聚乙烯排水管道专用料，其各项物理指标达到和超过了同类材料，滚塑整体聚乙烯检查井专用粉料及电视机背壳专用HIPS粒料等。六、结论常用材料中，天然高分子材料是目前唯一的可再生资源，而其中的木质材料是唯一具有碳汇能力的材料，且木质材料各方面较符合低碳材料的特点，特别是木材，木材具备低碳材料的所有特点，木材工业具有资源可再生、加工能耗少、环境污染小等独特的优点，是环境友好型的低碳产业，未来天然高分子材料一类的可再生资源的传统材料还会被广泛应用，特别是木质材料中的木材，实木类材料在未来将越来越受欢迎；合成高分子材料为不可再生资源，会被消耗殆尽，而且通常会污染环境，消耗资源，但是此类材料具有重要的功能和作用，未来应开发具备此类功能和作用的材料来替代目前的合成高分子材料；无机非金属材料是不可再生资源，但相对合成高分子材料来说，此类