避害技术
无害化是环境友好材料必须具有的特性。 无毒无害系：在材料生命周期全过程中选择原材 料提取原材料生产工艺过程中，生产以及废弃后 处置等各个阶段均不能对人身及环境造成能够危 害。
无毒无害
选择提取原材料 选择、提取原材料
生产过程 生产过程
废弃 废弃
举例
• 聚乳酸(PLA) 以乳酸为单体经化学合成 的一类高分子材料。 单个的乳酸分子中有一个 羟基和一个羧基,多个乳 酸分子在一起,-OH与别 的分子的-COOH脱水缩 合,-COOH与别的分子的OH脱水缩合 。
常用共聚单体及相应改进性能
• 聚氨酯 聚氨酯全称为聚氨基甲 酸酯 ,是主链上含有 是主链上含有 重复氨基甲酸酯基团 的大分子化合物的统 称。它是由有机二异 氰酸酯或多异氰酸酯 与二羟基或多羟基化 合物加聚而成。 合物加聚而成。
聚氨酯的优点
水溶性聚氨酯 无毒、不易燃烧、无污染、节能、安 全可靠、不易擦伤被涂饰表面。 近年来，水溶性聚氨酯取代溶剂型聚 氨酯成为重要方向。
• 环保中通常提到的“三废”包括气、液、固三种形态废弃 环保中通常提到的“三废”包括气、 可以相互转化的 物，是可以相互转化的。 如废气中的NOx 、 SOx升到空中 升到空中， 如废气中的 NOx、 SOx 升到空中 ， 经转化并溶于雨水降 NOx 落形成液态的酸雨； 落形成液态的酸雨； 废水中的溶解态物质， 废水中的溶解态物质 ， 经沉淀处理后分离出的污泥又 成为固态废渣； 成为固态废渣； 废渣中的可溶性成分被雨水淋滤进入局部蓄水区致使 该区域水质变为废水，三种状态如此循环转换。 该区域水质变为废水，三种状态如此循环转换。 • 控制、治理时要综合考虑，确保将有害物在进入环境之前 控制、治理时要综合考虑， 彻底转化为无害物。 彻底转化为无害物。
废弃木质材料循环利用技术
• 直接利用：修补、翻新 • 木塑复合材料：废弃塑料和木材用高温熔 化混合热成型、非气流铺装成型、挤塑成 型、模压成型之后形成可用于室外家具、 汽车工业等方面的复合材料。 • 纸质人造板和再生刨花板
锈钢制品以其优良的物理化学性能被广 泛应用。 • 不锈钢通常以镍镉作为主要合金元素，但 是镍是一种能够引起人体过敏和诱发癌症 的有毒化学元素，这种致癌毒性与其他因 素相互作用会诱发细胞中毒和基因中毒等 严重问题！
高分子材料的回收利用技术
• 热裂解和催化裂解技术：用于一般聚合物 • 一、310-350摄氏度将聚苯乙烯可控热解成 单体、二聚体和三聚体。 • 二、以二氧化硅-氧化铝作为
应用于 皮革涂饰（PU皮的主要原料） 纸张涂层（达到期望的亮光、好的手感及耐 磨性 ）、 钢材防锈、纤维处理、塑料与木材涂装、玻 璃涂布等领域。
制备方法
制备方法
自乳化法
外乳化法
预聚体法
溶液法
含基团NCO的预聚体 在不加或少加溶剂的 情况下 直接在水中乳化， 同时进行连增长
在丙酮中制得含亲水基的 聚氨酯溶液， 用水稀释，先形成油包水的 油相的乳液，再加入大 量水，发生相倒转， 最后减压脱溶剂。
PLA在生物医药领域 在生物医药领域 的应用 一次性输液工具、 免拆型手术缝合线、 药物缓解包装剂、 人造骨折内固定材 料、组织修复材料、 人造皮肤等。
三种主要制备方法
制备方法
1.直接聚合法
脱水剂，加热
乳酸
低聚物
在脱水机存在下，乳酸分子间受热分解，直接缩聚。 日本在这方面做了大量的研究，但最终没有成功实现产业 化。
环境材料的设计思路
• 在传统材料研究所追求的优异使用性能的 基础上，充分考虑资源的有限性和尽可能 降低环境负担等因素，采取有效措施，使 材料具有能够再生循环利用的特性，从材 料的设计阶段开始，就把材料的使用性能 同保护地球生态环境、保障生活环境的舒 适性充分结合起来，这是对传统材料技术 与工程的革新。
分子链中引入 （或不引入）含有少量 不足以自乳化的 亲水性连段或基团， 加入乳化剂得到乳液
方法
适用对象
优点
缺点
预聚体法 活性不高的 脂肪和脂环 族异氰酸酯 溶液法 活性较高的 芳香族异氰 酸酯 外乳化法 均可
不需回收大量 胶膜硬、缺 溶剂 乏柔软性 操作简单、重 回收溶剂困 复性好 难 适用范围广 乳液中乳化 剂残留，固 化后胶膜性 能受影响
• 除成分分离方法外 ， 相分离工艺技术 也可 除成分分离方法外， 相分离工艺技术也可 以用于减少有害物的体积或资源回收。 以用于减少有害物的体积或资源回收。 • 在镀铬生产工艺中 ， 可将雾化的镀铬废液 在镀铬生产工艺中， 进行收集并液化处理， 经过滤后， 进行收集并液化处理 ， 经过滤后 ， 再用隔 膜电解或脱水，即可再作为镀铬液使用； 膜电解或脱水，即可再作为镀铬液使用； • 沉淀铬渣中的6价铬为有害物，经处理可制 沉淀铬渣中的6价铬为有害物， 成带磁性的FeO CrO， FeO和 成带磁性的FeO和CrO，可作电磁块的原料
聚乳酸的优点
全程无毒无害
原材料：可再生 植物提取的淀粉
强度高， 可塑性好 加工方便， 应用广泛
可生物分解吸收 焚化无有害气体
PLA整个循环过程
PLA在哪些方面应用呢？
聚乳酸对人体绝对无害 的特性使得聚乳酸在一次性 餐具、食品包装材料等一次 性用品领域具有独特的优势。
PLA在电子电器领域也广泛应用 在电子电器领域也广泛应用 日本富士通公司的笔记本电脑机壳材料 ，富士 通最新款式笔记本电脑其外壳整体的93%几乎都 采用了PLA树脂。 手机部件及机壳材料 ，索尼爱立信移动通讯公 司于2005年4月试制了在机壳中采用PLA的手机。 日本索尼公司DVD影碟机壳材料 光盘盘片
制备方法
2.开环聚合法 第一步：乳酸生成环状二聚体丙交酯， 第二步：开环缩聚成聚乳酸。
此方法使用广泛，美国NatureWorks公司生产聚 乳酸的工艺即为该工艺。中国的海正与中科院共 同研制的聚乳酸生产技术也与此相似。
制备方法
3.共聚法 PLA为疏水性物质，降解周期难以控制，与 其他单体共聚可改变材料的亲水疏水性、 结晶性。 降解速度可根据共聚物的相对分子质量、 共聚单体种类和配比加以控制。
控制技术
• 当工业过程产生的废弃物既不能重新再生 循环利用， 循环利用 ， 也不能通过工艺更新减少有害 物的产生， 物的产生 ， 同时也不能在该工艺过程内部 进行消化处理时， 进行消化处理时 ， 为了维持生产过程的继 续进行， 续进行 ， 不得不向环境排放一定量的污染 物。 • 所谓污染控制技术是指对向环境排放的污 染物， 在 排放到环境以前进行处理的工艺 染物 ， 排放到环境以前进行处理 的工艺 过程和技术。 过程和技术。
金属材料的生态设计
• 可循环再生设计 • 高性能长寿命金属材料
可循环再生设计
• 低合金化：降低合金中合金元素的含量， 满足性能即可，以避免在重熔回收时所发 生的难以去除合金元素问题。 • 杂质无害化：开发新的合成方法，减少合 金中有害杂质的含量。
高性能长寿命金属材料
• • • • 高强度结构钢 铝锂合金 超级铝 镁合金
环境材料举例
• 再生利用型材料,包括再生的可以降解的塑料、,在生产和 使用过程中污染较少并且能够回收再生的纸张等。 • 能够经自然界微生物分解或者能够自动降解的材料如新型 的包装袋,由天然材料加工成的高分子材料等。 • 为净化环境和防止污染而设计的材料如新型的不释放有害 气体的墙体材料,高吸油性树脂等。 • 替代传统有污染的材料的新型材料如冰箱内的全无氟制冷 剂等。 • 与洁净能源相关并且能够利用它们的材料,如燃料电池中 的储氢材料。
资源 能源
生产
废物处理
产品 无害废物 环境
• 减少有害物排放的 分离处理方法是将生产过程产 减少有害物排放的分离处理方法是将生产过程产 分离处理方法 生的废弃物进行分离，将有害物和无害物分开， 生的废弃物进行分离 ， 将有害物和无害物分开 ， 回收利用有用成分，直接排放无害物， 回收利用有用成分 ， 直接排放无害物 ， 对有害成 分进行处理后再排放。 分进行处理后再排放。 • 典型的污染物分离处理方法是 成分分离处理工艺 ， 典型的污染物分离处理方法是成分分离处理工艺 成分分离处理工艺， 特别是单相多组分共存体系， 特别是单相多组分共存体系 ， 可按其不同成分的 离子或分子进行分离。 离子或分子进行分离。 • 如采用 电磁快速加热法处理金属塑料复合体系 ， 如采用电磁快速加热法处理金属塑料复合体系 电磁快速加热法处理金属塑料复合体系， 利用交变磁场中金属部件产生的热， 利用交变磁场中金属部件产生的热 ， 使金属与高 分子聚合物之间的粘合剂失去作用，达到分别回 分子聚合物之间的粘合剂失去作用 ， 达到 分别回 收金属和废塑料的目的 的目的。 收金属和废塑料的目的。
第一组
材料的环境友好加工与制备
• • • • 环境问题的现状 环境友好材料的概念与意义 材料的加工制备技术 清洁生产的理论
资源利用与经济发展
环 境 破 坏 与 资 源 开 发 染 污 境 环 与 展 发 济
经
环境友好材料的概念
• 要求：具有优良的使用性能和环境协调性， 并且具有环境意识 • 特征：节约资源和能源、减少环境负荷， 如温室效应、臭氧层破坏等。 • 重要意义：环境友好材料符合人与自然和 谐发展的基本要求，是人与织染协调发展 的理性选择，也是材料产业可持续发展的 必由之路。
高分子材料的回收利用技术
• 电磁快速加热法：用于回收金属-聚合物组 件。利用在交变磁场中金属部件产生的热 使升温速度高达每秒15摄氏度，使金属与 聚合物间的黏合剂失去作用，达到回收利 用的目的。
高分子材料的回收利用技术
• 固相剪切挤出法：用于回收废弃硫化橡胶 和交联聚乙烯，这两种分子由于含有教练 结构，不溶，不熔，难以用一般技术回收。 • 首先将硫化橡胶或交联聚乙烯的碎片与 20%-30%LDPE树脂在双螺杆挤出机中于高 于LDPE的熔点下共混，然后在单螺杆挤出 机中借助强大的压力和剪切盈利进行固相 挤出，再压塑成型而得到回收利用。