塑料、橡膠等高分子材料制品的應(yīng)用已遍布我們生活的各個(gè)方面，并成為我們生活中須臾不可或缺的重要組成部分。但是，隨著制造技術(shù)和高分子材料技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的制造模式對(duì)我們的生態(tài)環(huán)境帶來了日益嚴(yán)重的威脅和破壞。采用新的環(huán)境友好性的綠色低碳制造模式以改善高分子材料廣泛應(yīng)用帶來的環(huán)境問題成為塑料橡膠工業(yè)發(fā)展必須解決的迫在眉睫的問題。全新的綠色低碳制造模式需要系統(tǒng)考慮綠色材料、綠色設(shè)計(jì)、綠色制造工藝、綠色包裝和產(chǎn)品的使用及用后處理等各個(gè)方面。
綠色材料
高分子材料在給人類帶來巨大物質(zhì)文明的同時(shí)也對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染。傳統(tǒng)的處理方法多采用對(duì)廢舊高分子材料回收焚燒、掩埋及簡(jiǎn)單的分類回收利用等方法，這種環(huán)境末端治理方法不能從根本上解決高分子材料的環(huán)境污染問題。更有效的方法必須從源頭即材料研究和選擇方面入手，在選擇材料時(shí)應(yīng)用環(huán)境友好、便于回收再利用和可自然降解的綠色材料，達(dá)到產(chǎn)品與環(huán)境的和諧。
綠色高分子材料包括高分子材料本身與應(yīng)用及處理方面的內(nèi)容。前者是指高分子合成的無害化及其對(duì)環(huán)境的友好，后者是指可降解高分子材料的合成與使用及其對(duì)環(huán)境穩(wěn)定型高分子材料的回收與循環(huán)使用。面向綠色低碳制造的綠色材料是一種全新的理念和思路，追求的是產(chǎn)品與環(huán)境的和諧，它是技術(shù)性原則、經(jīng)濟(jì)性原則和環(huán)境協(xié)調(diào)性原則的綜合與集成。材料選擇的環(huán)境協(xié)調(diào)性原則主要考慮材料資源的豐富程度、材料的環(huán)境友好性、材料的可回收利用性等方面。
可降解高分子材料是近年來綠色材料研究的熱點(diǎn)。所謂可降解是指在一定的使用期內(nèi)具有與普通塑料相同的使用性能，當(dāng)達(dá)到一定使用期限后其分子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，能夠在一定條件下自動(dòng)降解而被自然同化。根據(jù)降解方式不同，目前主要包括三種類型：光降解塑料、生物降解塑料和光/生物降解塑料。
安全是綠色材料的一個(gè)重要考量。塑料添加劑的選擇同樣要考慮安全、環(huán)保等要素。
目前對(duì)生物降解塑料和光降解塑料開發(fā)研究較多，但這兩種降解塑料還存在著一些問題：首先是成本問題，生物降解塑料的巿場(chǎng)價(jià)格比普通塑料的價(jià)格高出幾倍甚至十幾倍，所以靠巿場(chǎng)來推廣生物降解材料具有很大阻力。其次是技術(shù)問題，降解塑料的降解速度可控性還有待提高，在不同應(yīng)用領(lǐng)域?qū)到馑芰系慕到馑俣纫蟛煌�，目前�?duì)可控降解塑料的研究還需要投入很大的精力。除了這兩方面的問題，還有類似于應(yīng)用的安全性等問題需要解決。
面對(duì)生物降解塑料和光降解塑料存在的問題，同時(shí)考慮這兩種降解塑料的突出特點(diǎn)，科研人員嘗試將兩者結(jié)合，制成生物/光雙降解塑料，目前這一方法已經(jīng)成為降解塑料的主要研究方向之一。
正確認(rèn)識(shí)傳統(tǒng)的石化基高分子材料本身的綠色性質(zhì)也是近年來頗受關(guān)注的一個(gè)重要方面。合理地選用、應(yīng)用塑料、橡膠等高分子材料，已為汽車、電子、建筑、食品飲料包裝等領(lǐng)域帶來顯著的節(jié)能、減碳效果。通過合理選擇材料與改性以實(shí)現(xiàn)針對(duì)性的用途，兼之塑料本身優(yōu)異的可回收性，我們應(yīng)認(rèn)識(shí)到高分子材料的綠色低碳本質(zhì)，關(guān)鍵在于用好、回收好。
綠色設(shè)計(jì)
研究表明，產(chǎn)品性能的70~80%是由設(shè)計(jì)階段決定的，設(shè)計(jì)階段是產(chǎn)品生命周期的源頭。
塑料之所以能獲得廣泛的應(yīng)用，便在于優(yōu)異的性能與形狀的靈活設(shè)計(jì)性，以及易于高效地大批量生產(chǎn)的特點(diǎn)。所謂綠色設(shè)計(jì)就是保護(hù)地球綠色環(huán)境的設(shè)計(jì)，是指在產(chǎn)品生命周期全過程的設(shè)計(jì)中，充分考慮對(duì)環(huán)境和資源的影響，在考慮功能、質(zhì)量、開發(fā)周期和成本的同時(shí)優(yōu)化設(shè)計(jì)因素，使產(chǎn)品及制造過程對(duì)環(huán)境和資源消耗的總體影響減到最小，產(chǎn)品失效后可回收，無廢物產(chǎn)生。
與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法相比，綠色設(shè)計(jì)是將綠色產(chǎn)品的要求作為設(shè)計(jì)約束的一部分，從可持續(xù)發(fā)展的高度審視產(chǎn)品的整個(gè)生命周期，提倡無廢物、可回收設(shè)計(jì)，將3R原則（reduce，reuse，recycle）直接引入產(chǎn)品研發(fā)階段。
塑料在汽車的應(yīng)用越來越多，尤其是新能源車，為汽車輕量化節(jié)省燃油做出了重要貢獻(xiàn)。圖為三菱化學(xué)在CHINAPLAS2011展示的應(yīng)用了多種塑料新材料技術(shù)的電動(dòng)概念車
綠色設(shè)計(jì)的核心思想在于徹底拋棄傳統(tǒng)的“先污染，后治理”的環(huán)境治理方式，代之以“預(yù)防為主，治理為輔”的環(huán)境保護(hù)策略。
綠色設(shè)計(jì)過程中以下的設(shè)計(jì)原則可以為高分子材料制品的設(shè)計(jì)提供有益的參考：
1)慎重選擇材料。選擇生態(tài)環(huán)境材料，即那些具有良好使用性能和工藝性能，資源和能源消耗少，對(duì)生態(tài)環(huán)境污染小，有利于人類健康，再生利用率高或可降解循環(huán)利用，在整個(gè)生命周期都與環(huán)境友好協(xié)調(diào)的利于可持續(xù)發(fā)展的材料。
2)選擇采用節(jié)省材料、節(jié)約能源的新技術(shù)新工藝。
3)盡可能選用短缺材料資源的替代材料，材料選擇時(shí)考慮材料資源的豐富程度，考慮可持續(xù)發(fā)展問題。
4)減少所用材料的種類。這樣有利于產(chǎn)品報(bào)廢后的回收利用，降低制造加工難度并降低回收處理的成本。
5)選用可回收利用材料，如產(chǎn)品材料選用時(shí)選擇相容性好的材料組合，在回收時(shí)可以直接作為一個(gè)整體回收處理，方便廢棄塑料的回收，這樣減少了廢棄物、節(jié)約了資源，有益于環(huán)境保護(hù)。
6)設(shè)計(jì)過程中設(shè)計(jì)容易拆卸的結(jié)構(gòu)，方便廢舊材料的分類回收。
7)在產(chǎn)品包裝設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)能夠重復(fù)利用的包裝材料和包裝方式，放棄使用超薄塑料，盡可能減少廢料產(chǎn)生。
綠色制造工藝
綠色制造工藝是未來工藝技術(shù)的發(fā)展方向之一，在產(chǎn)品制造過程中采用綠色工藝是實(shí)現(xiàn)綠色制造的重要環(huán)節(jié)。綠色制造工藝是指物料和能源消耗最小化、廢棄物最小化、環(huán)境污染最小化的加工工藝。
傳統(tǒng)制造過程中的工藝選擇一般追求3個(gè)決策目標(biāo)：時(shí)間T（Time）、質(zhì)量Q（Quality）和成本C（Cost），其中時(shí)間T指產(chǎn)品加工時(shí)間和生產(chǎn)周期，也指生產(chǎn)效率；質(zhì)量Q指產(chǎn)品質(zhì)量，包括產(chǎn)品性能、使用壽命、可靠性、安全性和經(jīng)濟(jì)性；成本C指材料成本、設(shè)施設(shè)備成本、勞動(dòng)力成本、能源動(dòng)力成本、維護(hù)和培訓(xùn)成本等。與傳統(tǒng)制造過程中的工藝選擇相比，綠色制造工藝考慮上述三個(gè)決策目標(biāo)的同時(shí)也要考慮制造過程中的資源消耗R（Resource）和環(huán)境影響E（Environment）因素。其中資源消耗R指能源動(dòng)力消耗、原材料消耗和設(shè)備資源的消耗等，環(huán)境影響E指所選擇的工藝對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響，包括環(huán)境廢物對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞，工藝種類對(duì)勞動(dòng)者的健康侵蝕及因故障可能引發(fā)的安全隱患等。綠色制造工藝追求的總體目標(biāo)是縮短時(shí)間、提高質(zhì)量、降低成本、極小的資源消耗、對(duì)環(huán)境的影響最小，即優(yōu)質(zhì)、高效、清潔、低耗、成本低廉。
綜合考慮制造過程中的資源消耗問題和環(huán)境影響問題，綠色制造工藝應(yīng)該具有以下特點(diǎn)：
1)綠色制造工藝的技術(shù)先進(jìn)性，這是實(shí)施綠色制造工藝的前提。其中技術(shù)先進(jìn)性是指滿足綠色制造要求的先進(jìn)技術(shù)，而非不切實(shí)際、不計(jì)成本的使用最新技術(shù)。
2)綠色制造工藝的綠色性，資源消耗少和環(huán)境污染小是綠色制造工藝的最顯著特征，制造過程中不僅對(duì)環(huán)境和社會(huì)的污染小，同時(shí)有利于勞動(dòng)者的安全和身體健康。
3)綠色制造工藝的經(jīng)濟(jì)性是綠色制造工藝必不可少的條件。產(chǎn)品價(jià)格如果不能被消費(fèi)者所接受產(chǎn)品就不能推向巿場(chǎng)，因此必須要考慮綠色制造工藝的成本。
綠色包裝
據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，包裝廢棄物的排放量約占城巿固態(tài)廢棄物重量的1/3，體積的1/2。傳統(tǒng)包裝產(chǎn)生的包裝廢棄物對(duì)生態(tài)環(huán)境和人類健康造成了危害，同時(shí)造成自然資源的極大浪費(fèi)。為此綠色包裝成為循環(huán)經(jīng)濟(jì)和綠色制造概念的一個(gè)重要組成部分。綠色包裝又稱無公害包裝或環(huán)境之友包裝，是指不損害自然生態(tài)環(huán)境和人類健康，能夠重復(fù)使用和再生，符合可持續(xù)發(fā)展的包裝。包括兩個(gè)方面的含義：環(huán)境保護(hù)和節(jié)約資源，二者相輔相成，不可分割。
包裝同樣是塑料工業(yè)最重要的組成部分，基本上全球塑料工業(yè)35-40%的塑料原料被用于各種包裝生產(chǎn)，而這些包裝制品中60-70%為一次性包裝。因此綠色包裝對(duì)塑料工業(yè)綠色制造而言，同樣具有十分重要的意義。
綠色包裝不是一個(gè)獨(dú)立的過程，它包括使用包裝材料“綠色化”，包裝設(shè)計(jì)“綠色化”，更重要的是綠色消費(fèi)。
綠色包裝材料常見的種類有：可重復(fù)再用和再生的包裝材料類；可食性包裝材料類，如可食性包裝膜，包括多糖類可食性包裝膜、蛋白質(zhì)類可食性包裝膜、微生物共聚酯可食性包裝膜和復(fù)合型可食性包裝膜等；可降解材料類，如生物降解塑料、光降解塑料和生物/光雙降解塑料等；紙質(zhì)材料類，紙的原材料是天然植物纖維，可回收且與自然地融合性強(qiáng)。（編者注：考慮每種材料的綠色性同樣需要從整個(gè)材料的產(chǎn)品生命周期考慮對(duì)環(huán)境的影響，因此這些綠色包裝材料的概念也隨著人們認(rèn)識(shí)的發(fā)展與提高而不斷變化。）
包裝設(shè)計(jì)“綠色化”則是要在包裝設(shè)計(jì)方面從材料選擇、結(jié)構(gòu)功能、制造工程、包裝方式、儲(chǔ)運(yùn)方式、產(chǎn)品使用和后處理等方面綜合考慮，遵循設(shè)計(jì)的減量化原則、單一化原則、輕量化原則、無害化原則和清潔生產(chǎn)的原則。
包裝材料“綠色化”和包裝設(shè)計(jì)“綠色化”能夠減少環(huán)境污染和資源損耗，但是只有在消費(fèi)理念上實(shí)現(xiàn)綠色消費(fèi)，綠色包裝才能得到巿場(chǎng)運(yùn)行機(jī)制的支撐而成為一種必然，才能在根本上解決包裝產(chǎn)生的問題。
綠色使用及用后處置
對(duì)綠色使用的研究主要集中在兩個(gè)領(lǐng)域：一是延長(zhǎng)產(chǎn)品生命周期。延長(zhǎng)產(chǎn)品的生命周期可最終減少產(chǎn)品報(bào)廢后的各種處置，從而提高資源利用率，減少對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響。要延長(zhǎng)產(chǎn)品的生命周期，就要增加產(chǎn)品的可維護(hù)性，實(shí)行面向可維護(hù)性的設(shè)計(jì)。
二是面向節(jié)省能源的設(shè)計(jì)。德國(guó)聯(lián)邦環(huán)境署的研究表明，德國(guó)家庭和辦公室消耗的電力中，至少11%被處于待機(jī)狀態(tài)的設(shè)備消耗。據(jù)美國(guó)能源部估計(jì)，美國(guó)每年要為關(guān)機(jī)的電視機(jī)和錄像機(jī)支付大約10億美元的電費(fèi)。
實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品使用的綠色化十分重要，產(chǎn)品用后的處理不當(dāng)對(duì)環(huán)境的沖擊性往往更大。目前，對(duì)高分子聚合物材料制品用后的處理包括：簡(jiǎn)單再生利用、改性再生利用以及資源化處理等。
其中廢塑料改性生產(chǎn)新的高附加值材料最為重要，這是當(dāng)前廢舊塑料回收技術(shù)研究的熱門領(lǐng)域，如PET瓶到瓶回收、廢舊塑料通過改性處理生產(chǎn)高性能工程塑料等等。對(duì)廢塑料進(jìn)行改性再利用后不僅消除其對(duì)環(huán)境的不良作用，而且還變廢為寶，彌補(bǔ)了緊缺材料的需求缺口。
不同廢棄物的再生利用也已在越來越多的領(lǐng)域發(fā)揮更廣泛的應(yīng)用，如廢塑料再生用于改性瀝青，可在減少環(huán)境污染的同時(shí)改善道路瀝青的性能，減輕道路維護(hù)壓力。利用廢舊塑料制備的保溫磚筑砂漿能夠起到良好的保溫效果，利用廢舊聚苯乙烯泡沫生產(chǎn)的粘接劑耐酸堿、耐凍。將再生塑料粉碎成不同粒徑的顆粒加入混凝土材料中制成再生塑料改性混凝土，改善混凝土的性能。將植物秸稈和木材下腳料等木質(zhì)纖維材料與塑料混合在一起，將混合好的物料置于模具內(nèi)，在高溫高壓下經(jīng)過一定的加工工藝即可形成新型的木塑材料。
塑料廢棄物資源化，既可以節(jié)省和利用資源，降低處理費(fèi)用，又可消除或減輕廢塑料對(duì)環(huán)境的影響，也是近年來廢塑料資源化研究的焦點(diǎn)。資源化方法包括：油化再生、高爐噴吹、與煤共焦化和垃圾衍生燃料技術(shù)(RDF)等。
現(xiàn)代制造業(yè)快速推動(dòng)著人類社會(huì)的物質(zhì)文明發(fā)展。具有優(yōu)良性能的高分子材料制品給人們的生活帶來了非常多的便利，但同時(shí)也造成了嚴(yán)重地生態(tài)影響，人與自然地關(guān)系空前緊張，人類社會(huì)追求短期利益的行為造成的嚴(yán)重后果已經(jīng)開始威脅著人類的生存和經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的持續(xù)發(fā)展。因此，發(fā)展綠色低碳制造模式是非常必要的措施，在高分子材料領(lǐng)域?qū)嵤┚G色制造與循環(huán)利用也是必然趨勢(shì)。
在高分子材料領(lǐng)域采用生態(tài)環(huán)境友好的綠色制造模式，通過資源的綜合利用，短缺資源的代用，二次資源的利用，減緩資源的消耗，達(dá)到節(jié)能的目的；減少廢棄物和污染物的排放，達(dá)到生產(chǎn)、消費(fèi)的工業(yè)產(chǎn)品與自然環(huán)境相容，實(shí)現(xiàn)人類社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。