环境协调性材料和耐久性材料

环境协调性材料和耐久性材料

摘要环境保护是我国的一项基本国策，目前，在充分认识到经济与环境协调发展的重要性之后，各级政府部门在可持续发展战略的指引下，普遍开始重视环境保护工作。环境保护产业这一新兴的经济门类，近年来，在全球范围内得到了蓬勃发展，成为最具生机活力的产业部门之一。众所周知，材料、能源、信息是未来经济社会的三大支柱，材料更是人类社会生存和发展的强大物质基础。所以，在传统材料科学理论的指导下，开发新型环境协调性材料就显得至关重要。本文针对环境协调性材料和耐久性材料进行说明，并阐释其原理、开发方法、开发过程中可能出现的问题及解决方式。

绪论

在各国大力发展经济的今天，人类已经开始越来越多的注意到经济发展与环境相协调的理念。i材料是社会经济发展的物质基础和先导。90年代初期以来，在国际新材料的研究中，形成了一个新的研究领域，即生态环境材料，由于环境问题以及环境问题的复杂化、多层次化和全球化，可持续发展战略深得人心，人们越来越重视材料的环境协调性能。ii

环境协调性是指对资源和能源消耗尽可能少、对生态环境影响小、循环再生利用率高。它要求从材料制造、使用、废弃直至再生利用的整个寿命周期中都必需具有与环境的协调共存性。生态环境材料可以指赋予传统结构材料、功能材料以特别优异的环境协调性的材料。它并不仅仅特指新开发的新型材料。生态环境材料还包括那些直接具有净化和修复环境等功能的材料。

日本的山本良一教授1992 年研究材料与环境间的关系时指出：传统材料科学在产品的设计和使用方面，重在改善与提高材料的潜在性能，而几乎未考虑开发工作对环境、资源、生态平衡所造成的威胁，因此一定程度上也给材料的再生循环利用增加了难度，属于环境不友好产品。iii

1.材料的环境协调性设计的原理和方法

传统的材料设计主要是开发高性能材料，结果使材料的组成越来越复杂，造

成材料再生循环的可能性越来越小。材料的环境协调性设计困难是将方法应用到材料设计过程中产生的新概念，它要求在设计时要充分兼顾性能、质量、成本和环境协调性，从环境协调性的角度对材料设计提出指标及建议。材料的环境协调性设计主要研究材料在再生循环过程中的性能演变机理及其影响研究再生循环过程中去除有害杂质技术和使杂质无害化技术研究通用合金技术材料的性能预测技术等。

2.制约环境协调性材料开发的关键问题

环境协调性材料开发是可持续发展的先决条件，是材料产业界保持市场竞争力及改善环境的核心手段之一，得到了众多方面的认同与推行。然而，和许多新生事物一样，在实施过程中也不可避免地遇到了重重阻力，所以，在现行条件下，还存在一系列问题需要解决。

2.1企业自身障碍（内因）

多数企业目前仍缺乏研究工作所必需的基础设施与资金供给，推行起来当然困难，可是有些企业即便具备了相当的实力，但职能部门的管理协调水平偏低，职工中也部分存在环境意识薄弱或缺乏岗位技能的系统培训问题，一些关键技术问题往往难以找到合适的解决途径，也无法独立完成项目计划；加之环境协调性材料的开发是一项长远战略，一种新的经济增长模式，边际效益不明显，技术成熟度（部分由于专利拥有者的人为保密）甚至比不上现今某些生产过程，价值短时间内难以转化，对企业直接经济回报和近期财政收益来说，常常被认为是巨大损失，因此那些急功近利的企业，原则上同意环境协调这种提法，但如无法律强制执行，多数不愿意把材料开发方案列入其总体投资规划之中。

2.2大环境影响（外因）

法律法规管理力度不够。有些环保主管部门对任意排放污染行为态度不坚决，睁只眼闭只眼，或是片面强调不超过有关法规限定的排放标准。

环境意识薄弱。多数企业只对最终成品感兴趣，因为对他们来说，成品就是生产力，而对生产工艺的具体细节及控制不太注重，错误地认为，只有产品才是与企业利益密不可分的组成部分，环境的污染与治理是环保部门的事，淡化了环境是社会公共财富，人人都有对环境承担保护义务的观念。同时来自上级主管部

门的经济鼓励措施也是促成企业过分强调短期效益，而忽视长远环境影响的一个重要原因。另一方面，企业财力有限，无法筹集资金的投入，也是不容忽视的因素。

3.材料的耐久性

材料在长期使用的过程中，能保持其原有性能不变，并不被破坏的性能，统称为耐久性，它是一种复杂的、综合的性质。材料在使用过程中，除受到各种外力作用外，还要受到环境中自然因素的破坏作用，这种破坏作用可分为物理作用、化学作用和生物作用。耐久性的简洁准确的表述为：材料潜在的抵抗其自身或环境因素长期破坏作用的能力。iv按功能设计材料的耐久性，是耐久性研究的发展趋势。v例如混凝土，混凝土结构的耐久性问题是一个十分复杂的工程问题，不仅影响到结构的使用寿命，更加影响到整个社会的经济效益。vi在实际应用中，如何提高建筑物的耐久性是保护优秀历史建筑的关键。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决于建筑材料的耐久性。vii耐久性设计就是按工程要求设计材料的耐久性，是耐久性研究的发展趋势。viii

4.影响耐久性的因素

4.1外在因素

外在因素主要包括机械作用、物理作用、化学作用、生物作用及大气作用等。机械作用包括冲击、疲劳荷载，以及各种气体、液体和固体引起的磨耗等。物理作用包括光、热、电、干湿变化、温度变化、冻融变化等，可使材料的结构发生变化，长期或反复作用会使材料逐渐破坏。化学作用包括各种酸、碱、盐及其水溶液和各种腐蚀性气体对材料产生侵蚀作用，使材料产生质的变化而被破坏。生物作用包括菌类、昆虫对材料产生腐朽、虫蛀等破坏。大气作用是指在阳光、空气及辐射作用下，沥青与高分子材料会逐渐老化、变形而被破坏。ix

4.2 内在因素

内在因素是造成材料耐久性下降的根本原因。内在因素主要包括材料的化学成分或组成性质、结构和构造性质。当材料的成分或组成易溶于水或其他液体，或易与其他物质产生化学反应时，材料的耐久性、耐蚀性等较差；无机矿物质脆

性材料在温度剧变时，耐急冷急热性较差；晶体材料较同组成的非晶体材料的化学稳定性高；含不饱和键(双键或三键)的有机材料，抗老化性较差；构造为开口贯通且空隙率较大的材料，耐久性通常较差；密实性较大的材料，耐久性通常较好。x

5.促进协调性材料开发产业化的建议

一、深入持久地开展宣传培训工作，提高全民环保意识，充分认识到开发环境协调性材料对当前经济发展和长远环境保护的重要性，破除现阶段存在于社会某些层次的先污染，后治理的思想以及先发展，再还原的近利观念，逐步将开发工作纳入产业政策、优惠信贷、税收政策中去；通过技能培训，提高职能部门对生产制度、生产部门对过程控制的管理水平。

二、结合材料生命周期全过程，首先应考虑的是清洁能源及原材料的使用。为此，有必要对现行的产业和产品结构进行调整，发展少污染甚至无污染产业，给材料开发提供少污染甚至无污染的产品、能源和原材料；其次，运用系统工程学观点，对自然界生物体生命活动过程行为规律的研究成果进行分析，将这些规律、机理借鉴过来，应用到环境协调性材料研制中，也是一条有望开发智能型环境协调性材料的新思路。

三、进行物料闭路循环设计，减少生产过程的跑、冒、漏现象，最大限度地利用能源和原材料，搞好原料的就地再利用，实现最大程度上的内部物料循环。

四、在材料生命周期的另2 个重要环节——原材料采掘和产品使用上，研究工作关注较少，而事实上很多环境问题与这2个环节密切相关，所以必须将生产过程与原材料采掘结合起来进行内部管理优化，开展科学研究与技术攻关，尽可能地实现源头的污染物零排放，同时有必要刺激公众消费方式的根本转变，使消费环境协调产品成为一种自觉的普遍行为。

结语

环境协调思想是一个综合考虑环境影响和资源效率的现代科技模式，它发挥的主要作用体现在从材料的设计、加工、包装、使用、失效的整个生命周期中，对环境的负效应影响最小，资源效率最高。环境协调性材料生产是经济、环境与社会的有机结合体，它既可以提高企业的经济效益，增加企业产品在国际和国内