基于LCA理論的再生塑料家具設(shè)計研究

■張藝鴻 黃 彬 Zhang Yihong & Huang Bin

(1.中南林業(yè)科技大學(xué) 湖南長沙 410004；2.南寧職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 廣西南寧 530008）

在很多人看來，“塑料”就代表著污染、不環(huán)保，但其實有很多種塑料都是可回收再利用的，只是很多塑料產(chǎn)品在設(shè)計時沒有遵循生態(tài)設(shè)計、綠色設(shè)計等環(huán)保設(shè)計理念，導(dǎo)致其不便于回收而成為垃圾。有研究表明，從20世紀(jì)50年代起生產(chǎn)塑料至今，人類已經(jīng)產(chǎn)生了83億噸塑料，其中的63億噸已成為垃圾[1]。我國是塑料生產(chǎn)和消費大國，平均每年要回收的廢棄塑料在4000萬t以上，且每年以8%的速度增長[2]。2016年，新加坡共產(chǎn)生了822200噸塑料垃圾，回收率僅為7%[3]，塑料的回收處理問題形勢已經(jīng)十分嚴(yán)峻，廢棄塑料的資源化利用已經(jīng)迫在眉睫。目前也有許多設(shè)計師和設(shè)計團隊在關(guān)注這個問題，并嘗試用循環(huán)經(jīng)濟、可持續(xù)發(fā)展等生態(tài)環(huán)保理念進行再生塑料的設(shè)計和應(yīng)用，家具行業(yè)也是如此。就是用回收再生的PET和PP塑料制作而成。以及MINIWIZI小智研發(fā)團隊用回收咖啡杯再生制作的塑料原料設(shè)計的系列家具，其最大的特點是材料的再生只經(jīng)過了物理變化，即是通過打碎后直接壓制成型，沒有添加新的原料，不會產(chǎn)生新的污染，且還可以被再次回收利用。塑料家具同樣也可以進行回收再生利用。熱塑性塑料熔融重塑后，可以改變原有家具形態(tài)，制成新的產(chǎn)品，重新進入產(chǎn)品生命周期循環(huán)[6]。

1 再生塑料家具設(shè)計概述

1.1 再生塑料回收技術(shù)與材料特性

再生塑料是指經(jīng)過清潔等預(yù)先處理、熔融造粒、改性等物理或化學(xué)的措施對廢舊塑料進行加工處理后再次得到的塑料原料，是對塑料的再利用。現(xiàn)常見的廢舊塑料回收再生的方法有三種：物理回收、化學(xué)回收和能量回收[4]。機械回收即物理回收，指的是將回收的塑料進行清洗、壓扁、攪碎等物理加工工序后直接再利用。機械回收塑料能夠代替原生塑料，還可以簡化加工過程和減少新污染的產(chǎn)生，這是機械回收的優(yōu)勢。但是機械回收的塑料要達到原生塑料的同等質(zhì)量難度很大。盡管如此，機械回收的環(huán)保特性使其具有較好的應(yīng)用前景；化學(xué)回收是指通過熱解和解聚的方法，將廢舊塑料變成有用成分后再利用。這種化學(xué)回收工藝有利于回收塑料恢復(fù)外觀、修復(fù)力學(xué)性能，并達到穩(wěn)定成型，提升了再生塑料的材料性能和商業(yè)價值；熱能回收是對燃料的替補，指將無價值的廢塑進行燃燒轉(zhuǎn)化為能源的方法。再生塑料家具可以運用物理改性回收或化學(xué)回收得到的再生塑料進行設(shè)計和制造。

根據(jù)塑料回收再利用研究進展的資料顯示，目前應(yīng)用最廣泛的再生方式是加新料再利用，因為其工藝簡單，投入成本低，但它也有性能差、附加值低、回收次數(shù)有限等不足[5]。這時就需要家具設(shè)計師運用設(shè)計的力量，提升其產(chǎn)品附加值了。

1.2 再生塑料在家具設(shè)計中的應(yīng)用

20世紀(jì)50年代，潘頓用增強塑料制作的一把潘頓椅讓現(xiàn)代家具設(shè)計取得了革命性突破，塑料家具也開始廣為生產(chǎn)和使用。塑料家具有著色彩豐富、小巧質(zhì)輕、易于造形、方便保養(yǎng)、適應(yīng)面廣、價格實惠等特點，在家具市場中占有重要地位。所以用再生塑料進行家具設(shè)計和制造無疑是一個很好的塑料再利用途徑。例如家具品牌Pentatonic和Snarkitecture共同設(shè)計制作的“Fractured破裂”系列家具，

2 基于LCA理論的再生塑料家具設(shè)計

2.1 基于LCA理論的設(shè)計模型

1969年，美國第一次提出“Life Cycle Assessment”( LCA 生命周期評價) 的概念，它是指對一個產(chǎn)品系統(tǒng)的生命周期中的輸入、輸出及潛在環(huán)境影響的綜合評估[7]?，F(xiàn)階段中生命周期評價在產(chǎn)品設(shè)計時，主要完成2項工作：①對已經(jīng)完成初步設(shè)計的產(chǎn)品進行評價，判斷其是否滿足生態(tài)設(shè)計要求；②針對已有產(chǎn)品進行評價，挖掘出對環(huán)境影響較嚴(yán)重的產(chǎn)品特性或生產(chǎn)工藝特性，為產(chǎn)品改進提供依據(jù)[8]。本文主要針對完成初步設(shè)計的再生塑料家具產(chǎn)品進行評價，可以根據(jù)再生塑料家具設(shè)計生命周期的各個環(huán)節(jié)，“設(shè)計決策—設(shè)計研發(fā)—生產(chǎn)制造—使用維護—回收再利用”[9]，建立基于LCA的再生塑料家具設(shè)計模型（圖1），并對再生塑料家具設(shè)計進行生命周期評價。對于一個成熟的家具設(shè)計體系， 家具產(chǎn)品除了要滿足終端使用環(huán)境的生態(tài)需求以外， 還應(yīng)在整個產(chǎn)品生命周期中表現(xiàn)出足夠的環(huán)境親和力[10]。

■圖1 基于LCA的再生塑料家具設(shè)計模型

■圖2 基于LCA的再生塑料家具設(shè)計A型組合

■圖3 基于LCA的再生塑料家具設(shè)計B型組合

■圖4 基于LCA的再生塑料家具設(shè)計C型組合

2.2 基于LCA理論的設(shè)計原則

從價格、環(huán)境影響、性能等生態(tài)設(shè)計的三要素進行考慮，基于生命周期評價的再生塑料家具設(shè)計原則可以總結(jié)為材料適用原則、低耗能原則、安全無毒性原則、延長產(chǎn)品壽命原則。

2.2.1 材料適用原則

再生塑料的種類很多，但不是每種都適用于家具設(shè)計和制造，所以要把握住回收塑料的特性。比較適合用于制作家具的常見塑料種類有PP、PC、PET等。

2.2.2 低耗能原則

主要反映在產(chǎn)品的生產(chǎn)加工上，所以在造型設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計的時候，盡量采取輕量化、簡約化設(shè)計，使用最少的材料、最簡潔的造型滿足使用需求，這樣在生產(chǎn)加工的時候能耗自然就會降低。

2.2.3 安全無毒性原則

家具是陪伴人們?nèi)粘Ｉ畹挠闷?，必須要保證安全無毒。而回收的塑料可能盛裝過有毒有害液體等，所以在再生的時候一定要做好清潔和消毒處理。應(yīng)該盡量減少一些有毒性輔助劑的使用，或一定要嚴(yán)格按照相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)用量，確保不會對人體造成危害。同時可以研發(fā)一些新的再生加工方式，使不用添加輔助劑，如前面介紹的MINIWIZI小智研發(fā)團隊的模壓塑料家具。

2.2.4 延長產(chǎn)品壽命原則

物品再利用帶來的環(huán)境影響總體而言比將其材料進行循環(huán)再生后制成產(chǎn)品的要小，因為循環(huán)再生的過程總會排放造成環(huán)境負(fù)荷的物質(zhì)，所以延長產(chǎn)品的使用壽命顯得很有必要。有許多方式可以達到延長產(chǎn)品使用壽命的目的，一是多采用模塊化設(shè)計、可拆卸設(shè)計。塑料因其良好的塑形能力，很適合制作模塊化家具。當(dāng)模塊化家具中的某些部件損壞后，用戶可以只進行部分產(chǎn)品更替，保護了大部分產(chǎn)品的使用壽命；二是使用多功能、情感化設(shè)計，一件家具如果可以扮演多種功能的家具，可以大大增加用戶對家具產(chǎn)品的依賴和喜愛，從而減少用戶想要扔掉或更換它的想法。這些方式都可以減少新產(chǎn)品的生產(chǎn)，從而減少廢料的產(chǎn)生。

3 基于LCA理論的再生塑料家具設(shè)計實踐

根據(jù)前面對再生塑料家具設(shè)計的模型建立和原則分析，進行再生塑料家具的設(shè)計實踐，如圖2、3、4所示。這是筆者設(shè)計的一個模塊化、組合式家具設(shè)計方案，由一個長700mm＊高350mm＊寬300mm的單體通過色彩的變換和組合形式的變換變成不同造型、不同使用功能的家具。本設(shè)計實踐提供了A、B、C三種組合形式，A型是一個組合式書架，B型是一個多人的桌+凳組合，C型是一個單人或雙人簡易的桌+凳組合。模塊化組合式的形式給用戶提供了多種選擇機會，按需購買，方便更換；不同功能的變換也可以延長產(chǎn)品的使用壽命，符合延長產(chǎn)品壽命的設(shè)計原則；單體的造型簡潔大方，采用一體模壓成型，便于生產(chǎn)加工，符合低耗能的設(shè)計原則；材料上使用回收再生PP塑料，減少了新原料的消耗，而且保持了材料的單一性，可以便于再次回收。

3.1 生態(tài)設(shè)計特征解析

用基于LCA的再生塑料家具模型的五個方面進行再生塑料家具設(shè)計特征的解析。

①設(shè)計決策：在保護生態(tài)環(huán)境的大背景下，去思考每個設(shè)計環(huán)節(jié)應(yīng)該注意的地方并制定相應(yīng)的設(shè)計策略。重點考慮人-機-環(huán)境的相互影響，不能單純以用戶需求和市場需求為導(dǎo)向進行設(shè)計，這就要求企業(yè)要有較強的社會責(zé)任感，而不是只追求利益最大化；

②設(shè)計研發(fā)：材料上，運用回收材料，降低原料成本；結(jié)構(gòu)上，造型簡潔，可一體模壓成型，既簡化生產(chǎn)流程，又便于包裝運輸；功能上，注重產(chǎn)品的多功能性，可以實現(xiàn)多種用途。

③生產(chǎn)制造：進行模壓成型，生產(chǎn)過程快速簡易。不添加輔助劑和其他原料，只使用一種材料，保持材料的單純性，使其制成的產(chǎn)品可以便于再次回收。

④使用維護：PP塑料家具的耐熱、耐腐蝕性好，且易清潔，方便使用維護；模塊化的設(shè)計也便于廢舊產(chǎn)品的更換。

⑤廢棄回收：模塊化的單體便于回收和再加工，且因其只使用了一種材料，所以無需分揀。

4 結(jié)語

廢舊塑料作為全球關(guān)注的白色污染的原料，亟待合理有效地回收再利用?；贚CA理論的再生塑料家具設(shè)計，通過從價格、環(huán)境影響、產(chǎn)品性能的生態(tài)設(shè)計三要素出發(fā)，以及LCA理論指導(dǎo)形成的設(shè)計模型，為廢舊塑料的再生利用提供了一個好的解決方案。