王蕤

摘要：新冠病毒肆虐，为减少餐具的交叉感染，聚丙烯材料制作的一次性餐盒需求量大大增加。本文以聚丙烯產品为研究对象，利用生命周期评价原理，分析其对环境影响，并选择替代方案，以减少聚丙烯产品对环境造成的影响。应用环境设计（Design for Environment）工具作为方案评估工具，帮助选择出一种最优的替代方案。

Abstract： The 2019-nCoV is raging. In order to reduce cross-infection of tableware， the demand for disposable lunch boxes made of polypropylene materials has greatly increased. This article takes polypropylene products as the research object， uses the life cycle evaluation principle， analyzes its impact on the environment， and chooses alternatives to reduce the impact of polypropylene products on the environment. The Design for Environment tool is used as a program evaluation tool to help select an optimal alternative.

关键词：聚丙烯产品;环境影响分析;替代方案

Key words： polypropylene products;environmental impact analysis;alternatives

中图分类号：TB472                                      文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）27-0164-02

0  引言

聚丙烯（PP）经常用于制作一次性餐盒，如常见的外卖食品盒、便当盒和盛装街头小吃的塑料盒等。在新冠状病毒爆发期间，为了减少交叉感染、保证卫生，学校食堂、餐厅等使用聚丙烯材料的一次性餐具越来越普遍。聚丙烯材料需求量的不断增加导致其对环境的影响越来越大。本文首先通过产品生命周期评价理论对聚丙烯一次性餐盒进行环境影响分析，从生命周期的各个阶段分析并罗列该产品对环境的潜在影响因素，并找出存在潜在影响因素最多的阶段，作为主要改善的阶段。之后将针对这一阶段提出关于聚丙烯材料替代方案，并且使用环境设计工具对方案进行可行性评估，最后择优选出最佳方案。本文也分析了最优方案存在的局限性，并给出了针对其局限性的建议。

1  聚丙烯产品环境影响分析

1.1 产品生命周期评价理论

生命周期评价理论是一种分析材料对环境影响的工具。材料的生命周期分为五个阶段：原材料采集、加工生产、运输分配、使用、回收。生命周期评价理论将从这五个方面分别分析该材料对环境的影响，并定性决定该材料生命周期的哪个阶段对环境影响最大。由该理论分析出的结果，有利于更好且更高效地改善该材料对环境的影响。

1.2 聚丙烯产品环境影响分析

应用产品生命周期评价理论，聚丙烯产品生命周期图如图1所示。该图分析了聚丙烯产品生命周期中5个阶段潜在的环境影响。

如图1，X轴显示了生命周期中的5个过程，分别是原材料采集、加工生产、运输分配、使用和回收。Y轴表示影响因素的数量，可以反应不同阶段对环境的影响程度。每一格都列出了具体的环境影响。原料方面，聚丙烯采用裂解石油收集[1]。获取石油时，土地遭到破坏，进而对此地生态环境造成负面影响，导致生物多样性减少和土地退化[2]。并且石油属于不可再生能源，大量开采会导致宝贵的石油资源枯竭。生产加工方面，聚丙烯的生产采用气相本体法[3]。这是一种环保的方法，过程中几乎不产生有害气体与废物，但它的运作需要很高的能量。运输分配方面，由于聚丙烯在低温下的不耐久性和脆性[4]，为保护聚丙烯在运输过程中不受环境影响而产生老化、失效等问题，聚丙烯的运输包装会有更严苛的要求，造成运输成本的提高与包装材料的浪费。至于使用阶段，聚丙烯不可避免地受到外界环境温度、光照等影响，产生老化、失效问题会缩短聚丙烯材料的使用寿命，增加需求量，加大环境压力。至于回收，聚丙烯是不可降解的材料[5]，陆地或水中的聚丙烯残留物以及焚烧聚丙烯材料产生的有害物质，将导致废物的产生、填埋土地的损害、地下水的污染和有害气体的焚烧排放[5]。从图1可以看出，回收这一列最高，意味着这一阶段对环境的影响程度最高，共计有4项环境影响。因此，找到一种替代方案以解决聚丙烯在回收方面产生的环境问题非常必要。

2  聚丙烯替代方案及评估

2.1 面向环境设计（Design for Environment）工具

面向环境设计（Design for Environment）工具用于评估针对材料对环境影响改进策略的可行性，简称DfE工具。具体流程为：产品策划、概念开发、系统设计、细节设计、工艺开发。本文只专注于概念开发阶段，首先需要通过生命周期评价理论得出的结论，确定主要环境影响阶段。接着针对该阶段提出一种或多种替代方案，并通过面向环境设计指南评估方案可行性，最后确定一种最优方案作为该产品的替代方案。

2.2 聚丙烯替代方案

根据产品生命周期图，开发了面向环境设计（DfE）工具的应用。该应用的过程以流程图的形式呈现，如图2所示。

如上所述，聚丙烯最需要被改善的阶段是回收。聚丙烯的不可降解性是材料回收难度大的主要原因。然而改变回收、利用、分配和生产的方式对于改善这种状况收效甚微，因此有必要寻找其他可降解的材料来取代原来的材料。第一种材料是淀粉基塑料（如图3所示），用以代替聚丙烯作为一次性餐盒。淀粉基塑料是改性淀粉和可生物降解聚酯的结合物[6]，如聚羟基脂肪酸酯（PHA）和聚甲基丙烯酸甲酯（PPC）等。第二种材料是E-co共聚物（如图4所示），它是一种含羰基的聚乙烯[7]。这两种材料的区别在于淀粉基塑料可进行生物降解[6]，而E-co共聚物可进行光降解[7]。

淀粉基塑料和E-co共聚物满足四个基本面向环境设计的规则。首先，淀粉基塑料和E-co共聚物都是热塑性材料，这意味着这些材料经过加热和冷却后可回收用于制造其他产品，因此在这一过程中，材料可以继续循环使用，而不会造成原材料的损失。其次，这两种物质最终可以降解为二氧化碳和水[6]，二氧化碳和水可以完全回到地球的自然循环中，再次，由于二氧化碳和水无毒无害，故降解过程不会产生有毒有害物质。最后，用于生物降解和光降解的能源分别是生物能[6]源和光能[7]，是清洁的可再生能源。总之，淀粉基塑料和E-co共聚物都是可持续替代材料的合理选择。

本文面向环境设计的参考标准选择从降解率的高低和生产难度两个方面来考虑最终方案。根据参考标准1（如图2所示），淀粉基聚合物的降解将花费大约2到6个月的时间[6]，而E-co共聚物的降解将花費大约1个月[8]。这种现象表明E-co共聚物的降解速度比淀粉基塑料快。在参考标准2中，应该考虑塑料合成条件是否易于满足。在生物降解过程中，只有极性的聚合物才能附着在酶上并具有良好的亲和力[9]。而在光降解方面，对聚合物的结构和性能没有一定要求。降解时间甚至可以通过光敏单体的加入量来控制。综上所述，E-co共聚物是替代PP材料作为一次性饭盒的更好选择。

E-co共聚物通常用于食品包装袋，比容器所需的软得多。这可能是由于聚合物的结构支链过多而变得不够坚韧。另外，可降解材料的价格仍然很高[10]，因为这种材料目前非常新颖，制造工艺的不成熟，所以应用范围较窄。综合以上两点不足，建议发展并完善这种材料的生产工艺，使这种材料更具交联性，进而提高硬度。生产工艺的熟练程度也需要进一步提高，以备将来大规模生产应用，降低成本。

3  结论

本文依据产品生命周期理论分析了聚丙烯产品对环境的主要影响，并提出了新的设计建议，以减少原材料对环境的影响，最后使用环境设计工具判断新设计的可行性，并对替代方案做出最终选择。聚丙烯是一种回收率低的材料，它可以被一种叫做E-co共聚物的光降解材料取代。E-co共聚物满足四个简单的DfE规则。它还具有快速降解和易于生产的优点。但生产工艺与生产熟练程度需要改进和提高，使这种材料具有更高的硬度与更低廉的成本。

参考文献：

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