環(huán)境協(xié)調(diào)性材料和耐久性材料

1、環(huán)境協(xié)調(diào)性材料和耐久性材料摘要 環(huán)境保護(hù)是我國的一項(xiàng)基本國策，目前，在充分認(rèn)識到經(jīng)濟(jì)與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā) 展的重要性之后，各級政府部門在可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的指引下，普遍開始重視環(huán)境 保護(hù)工作。環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)這一新興的經(jīng)濟(jì)門類，近年來，在全球范圍內(nèi)得到了蓬 勃發(fā)展，成為最具生機(jī)活力的產(chǎn)業(yè)部門之一。眾所周知，材料、能源、信息是未 來經(jīng)濟(jì)社會的三大支柱，材料更是人類社會生存和發(fā)展的強(qiáng)大物質(zhì)基礎(chǔ)。所以， 在傳統(tǒng)材料科學(xué)理論的指導(dǎo)下，開發(fā)新型環(huán)境協(xié)調(diào)性材料就顯得至關(guān)重要。本文 針對環(huán)境協(xié)調(diào)性材料和耐久性材料進(jìn)行說明，并闡釋其原理、開發(fā)方法、開發(fā)過 程中可能出現(xiàn)的問題及解決方式。緒論在各國大力發(fā)展經(jīng)濟(jì)的今天，人類已經(jīng)開

2、始越來越多的注意到經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán) 境相協(xié)調(diào)的理念。i材料是社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)和先導(dǎo)。90年代初期以來， 在國際新材料的研究中，形成了一個新的研究領(lǐng)域，即生態(tài)環(huán)境材料，由于環(huán)境 問題以及環(huán)境問題的復(fù)雜化、多層次化和全球化，可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略深得人心，人 們越來越重視材料的環(huán)境協(xié)調(diào)性能。環(huán)境協(xié)調(diào)性是指對資源和能源消耗盡可能少、對生態(tài)環(huán)境影響小、循環(huán)再生 利用率高。它要求從材料制造、使用、廢棄直至再生利用的整個壽命周期中都必 需具有與環(huán)境的協(xié)調(diào)共存性。生態(tài)環(huán)境材料可以指賦予傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料、功能材料 以特別優(yōu)異的環(huán)境協(xié)調(diào)性的材料。它并不僅僅特指新開發(fā)的新型材料。生態(tài)環(huán)境 材料還包括那些直接具有凈化和修復(fù)環(huán)

3、境等功能的材料。日本的山本良一教授1992年研究材料與環(huán)境間的關(guān)系時(shí)指出：傳統(tǒng)材料科 學(xué)在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和使用方面，重在改善與提高材料的潛在性能，而幾乎未考慮開 發(fā)工作對環(huán)境、資源、生態(tài)平衡所造成的威脅，因此一定程度上也給材料的再生 循環(huán)利用增加了難度，屬于環(huán)境不友好產(chǎn)品。而材料的環(huán)境協(xié)調(diào)性設(shè)計(jì)的原理和方法傳統(tǒng)的材料設(shè)計(jì)主要是開發(fā)高性能材料，結(jié)果使材料的組成越來越復(fù)雜，造 成材料再生循環(huán)的可能性越來越小。材料的環(huán)境協(xié)調(diào)性設(shè)計(jì)困難是將方法應(yīng)用到 材料設(shè)計(jì)過程中產(chǎn)生的新概念，它要求在設(shè)計(jì)時(shí)要充分兼顧性能、質(zhì)量、成本和 環(huán)境協(xié)調(diào)性，從環(huán)境協(xié)調(diào)性的角度對材料設(shè)計(jì)提出指標(biāo)及建議。材料的環(huán)境協(xié)調(diào) 性設(shè)計(jì)主要研

4、究材料在再生循環(huán)過程中的性能演變機(jī)理及其影響研究再生循環(huán) 過程中去除有害雜質(zhì)技術(shù)和使雜質(zhì)無害化技術(shù)研究通用合金技術(shù)材料的性能預(yù) 測技術(shù)等。制約環(huán)境協(xié)調(diào)性材料開發(fā)的關(guān)鍵問題環(huán)境協(xié)調(diào)性材料開發(fā)是可持續(xù)發(fā)展的先決條件，是材料產(chǎn)業(yè)界保持市場競爭 力及改善環(huán)境的核心手段之一，得到了眾多方面的認(rèn)同與推行。然而，和許多新 生事物一樣，在實(shí)施過程中也不可避免地遇到了重重阻力，所以，在現(xiàn)行條件下， 還存在一系列問題需要解決。2.1企業(yè)自身障礙（內(nèi)因）多數(shù)企業(yè)目前仍缺乏研究工作所必需的基礎(chǔ)設(shè)施與資金供給，推行起來當(dāng)然 困難，可是有些企業(yè)即便具備了相當(dāng)?shù)膶?shí)力，但職能部門的管理協(xié)調(diào)水平偏低， 職工中也部分存在環(huán)境意識

5、薄弱或缺乏崗位技能的系統(tǒng)培訓(xùn)問題，一些關(guān)鍵技術(shù) 問題往往難以找到合適的解決途徑，也無法獨(dú)立完成項(xiàng)目計(jì)劃；加之環(huán)境協(xié)調(diào)性 材料的開發(fā)是一項(xiàng)長遠(yuǎn)戰(zhàn)略，一種新的經(jīng)濟(jì)增長模式，邊際效益不明顯，技術(shù)成 熟度（部分由于專利擁有者的人為保密）甚至比不上現(xiàn)今某些生產(chǎn)過程，價(jià)值短 時(shí)間內(nèi)難以轉(zhuǎn)化，對企業(yè)直接經(jīng)濟(jì)回報(bào)和近期財(cái)政收益來說，常常被認(rèn)為是巨大 損失，因此那些急功近利的企業(yè)，原則上同意環(huán)境協(xié)調(diào)這種提法，但如無法律強(qiáng) 制執(zhí)行，多數(shù)不愿意把材料開發(fā)方案列入其總體投資規(guī)劃之中。2.2大環(huán)境影響（外因）法律法規(guī)管理力度不夠。有些環(huán)保主管部門對任意排放污染行為態(tài)度不堅(jiān)決， 睜只眼閉只眼，或是片面強(qiáng)調(diào)不超過有關(guān)法規(guī)限

6、定的排放標(biāo)準(zhǔn)。環(huán)境意識薄弱。多數(shù)企業(yè)只對最終成品感興趣，因?yàn)閷λ麄儊碚f，成品就是 生產(chǎn)力，而對生產(chǎn)工藝的具體細(xì)節(jié)及控制不太注重，錯誤地認(rèn)為，只有產(chǎn)品才是 與企業(yè)利益密不可分的組成部分，環(huán)境的污染與治理是環(huán)保部門的事，淡化了環(huán) 境是社會公共財(cái)富，人人都有對環(huán)境承擔(dān)保護(hù)義務(wù)的觀念。同時(shí)來自上級主管部 門的經(jīng)濟(jì)鼓勵措施也是促成企業(yè)過分強(qiáng)調(diào)短期效益，而忽視長遠(yuǎn)環(huán)境影響的一個 重要原因。另一方面，企業(yè)財(cái)力有限，無法籌集資金的投入，也是不容忽視的因 素。材料的耐久性材料在長期使用的過程中，能保持其原有性能不變，并不被破壞的性能，統(tǒng) 稱為耐久性，它是一種復(fù)雜的、綜合的性質(zhì)。材料在使用過程中，除受到各種外 力

7、作用外，還要受到環(huán)境中自然因素的破壞作用，這種破壞作用可分為物理作用、 化學(xué)作用和生物作用。耐久性的簡潔準(zhǔn)確的表述為：材料潛在的抵抗其自身或環(huán) 境因素長期破壞作用的能力。iv按功能設(shè)計(jì)材料的耐久性，是耐久性研究的發(fā)展 趨勢。v例如混凝土，混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性問題是一個十分復(fù)雜的工程問題，不 僅影響到結(jié)構(gòu)的使用壽命，更加影響到整個社會的經(jīng)濟(jì)效益。vi在實(shí)際應(yīng)用中， 如何提高建筑物的耐久性是保護(hù)優(yōu)秀歷史建筑的關(guān)鍵。建筑物是由建筑材料筑成， 建筑物的耐久性在很大程度上取決于建筑材料的耐久性。vii耐久性設(shè)計(jì)就是按工 程要求設(shè)計(jì)材料的耐久性，是耐久性研究的發(fā)展趨勢。viii影響耐久性的因素4.1外在因素

8、外在因素主要包括機(jī)械作用、物理作用、化學(xué)作用、生物作用及大氣作用等。 機(jī)械作用包括沖擊、疲勞荷載，以及各種氣體、液體和固體引起的磨耗等。物理 作用包括光、熱、電、干濕變化、溫度變化、凍融變化等，可使材料的結(jié)構(gòu)發(fā)生 變化，長期或反復(fù)作用會使材料逐漸破壞?；瘜W(xué)作用包括各種酸、堿、鹽及其水 溶液和各種腐蝕性氣體對材料產(chǎn)生侵蝕作用，使材料產(chǎn)生質(zhì)的變化而被破壞。生 物作用包括菌類、昆蟲對材料產(chǎn)生腐朽、蟲蛀等破壞。大氣作用是指在陽光、空 氣及輻射作用下，瀝青與高分子材料會逐漸老化、變形而被破壞。ix4.2內(nèi)在因素內(nèi)在因素是造成材料耐久性下降的根本原因。內(nèi)在因素主要包括材料的化學(xué) 成分或組成性質(zhì)、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造

9、性質(zhì)。當(dāng)材料的成分或組成易溶于水或其他液體， 或易與其他物質(zhì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)，材料的耐久性、耐蝕性等較差；無機(jī)礦物質(zhì)脆 性材料在溫度劇變時(shí)，耐急冷急熱性較差；品體材料較同組成的非晶體材料的化 學(xué)穩(wěn)定性高；含不飽和鍵（雙鍵或三鍵）的有機(jī)材料，抗老化性較差；構(gòu)造為開口 貫通且空隙率較大的材料，耐久性通常較差；密實(shí)性較大的材料，耐久性通常較 好。x促進(jìn)協(xié)調(diào)性材料開發(fā)產(chǎn)業(yè)化的建議一、深入持久地開展宣傳培訓(xùn)工作，提高全民環(huán)保意識，充分認(rèn)識到開發(fā)環(huán) 境協(xié)調(diào)性材料對當(dāng)前經(jīng)濟(jì)發(fā)展和長遠(yuǎn)環(huán)境保護(hù)的重要性，破除現(xiàn)階段存在于社會 某些層次的先污染，后治理的思想以及先發(fā)展，再還原的近利觀念，逐步將開發(fā) 工作納入產(chǎn)業(yè)政策

10、、優(yōu)惠信貸、稅收政策中去；通過技能培訓(xùn)，提高職能部門對 生產(chǎn)制度、生產(chǎn)部門對過程控制的管理水平。二、結(jié)合材料生命周期全過程，首先應(yīng)考慮的是清潔能源及原材料的使用。 為此，有必要對現(xiàn)行的產(chǎn)業(yè)和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，發(fā)展少污染甚至無污染產(chǎn)業(yè)， 給材料開發(fā)提供少污染甚至無污染的產(chǎn)品、能源和原材料；其次，運(yùn)用系統(tǒng)工程 學(xué)觀點(diǎn)，對自然界生物體生命活動過程行為規(guī)律的研究成果進(jìn)行分析，將這些規(guī) 律、機(jī)理借鑒過來，應(yīng)用到環(huán)境協(xié)調(diào)性材料研制中，也是一條有望開發(fā)智能型環(huán) 境協(xié)調(diào)性材料的新思路。三、進(jìn)行物料閉路循環(huán)設(shè)計(jì)，減少生產(chǎn)過程的跑、冒、漏現(xiàn)象，最大限度地 利用能源和原材料，搞好原料的就地再利用，實(shí)現(xiàn)最大程度上的內(nèi)

11、部物料循環(huán)。四、在材料生命周期的另2個重要環(huán)節(jié)一一原材料采掘和產(chǎn)品使用上，研 究工作關(guān)注較少，而事實(shí)上很多環(huán)境問題與這2個環(huán)節(jié)密切相關(guān)，所以必須將生 產(chǎn)過程與原材料采掘結(jié)合起來進(jìn)行內(nèi)部管理優(yōu)化，開展科學(xué)研究與技術(shù)攻關(guān)，盡 可能地實(shí)現(xiàn)源頭的污染物零排放，同時(shí)有必要刺激公眾消費(fèi)方式的根本轉(zhuǎn)變，使 消費(fèi)環(huán)境協(xié)調(diào)產(chǎn)品成為一種自覺的普遍行為。結(jié)語環(huán)境協(xié)調(diào)思想是一個綜合考慮環(huán)境影響和資源效率的現(xiàn)代科技模式，它發(fā)揮 的主要作用體現(xiàn)在從材料的設(shè)計(jì)、加工、包裝、使用、失效的整個生命周期中， 對環(huán)境的負(fù)效應(yīng)影響最小，資源效率最高。環(huán)境協(xié)調(diào)性材料生產(chǎn)是經(jīng)濟(jì)、環(huán)境與 社會的有機(jī)結(jié)合體，它既可以提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，增加

12、企業(yè)產(chǎn)品在國際和國內(nèi) 市場的競爭力，并使污染物排放大大減少，相應(yīng)地減少管端處置的壓力，而且處 理設(shè)施投資及運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用也降低，間接地提高了經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)研究工作緊緊 圍繞減少污染、改善環(huán)境的宗旨，更多地注意了污染的預(yù)防，有效地摒棄了長期 以來管端處理的各種弊端，不存在二次污染問題，從根本上解決了環(huán)境問題。另 一方面，環(huán)境協(xié)調(diào)性產(chǎn)品的研究為提高產(chǎn)品質(zhì)量及保證環(huán)境安全方面創(chuàng)造了條件， 特別是聯(lián)合國環(huán)境署及其他政府機(jī)構(gòu)在綠色科技上所作的努力，以及世界各國對 環(huán)境協(xié)調(diào)性材料的重視程度，都為開發(fā)與研究工作提供了極其有利的條件，該類 產(chǎn)品的開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化為企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展鋪平了道路。因此，環(huán)境協(xié)調(diào)性材料開

13、發(fā)是保護(hù)環(huán)境最為有效的手段之一，它不僅僅是材料生產(chǎn)領(lǐng)域的革新，也是生產(chǎn) 管理和環(huán)保意識領(lǐng)域的深化。i張光磊，楊宏，李彥芳，付華，呂臣敬.環(huán)境協(xié)調(diào)性陶瓷材料的發(fā)展及其探討.中國陶瓷.2009, 06: 57-61ii石孝洪，李軍，桑雪梅.材料的環(huán)境協(xié)調(diào)性設(shè)計(jì).重慶環(huán)境科學(xué).2003, 07: 54-57 而楊伏生，葛嶺梅.環(huán)境協(xié)調(diào)性材料.環(huán)境科學(xué)研究.2000, Vol. 13, No . 4: 56-58 iv李志國，葛勇鈕，鈕長仁.建筑材料學(xué)中有關(guān)材料耐久性概念的評述.建材 高教理論與實(shí)踐.1997, 01: 48-50v李志國，葛勇鈕，鈕長仁.材料耐久性機(jī)理及控制的理論研究.哈爾濱建筑大學(xué) 學(xué)報(bào).1996, 12: 79-