材料視角下的旅行便攜牙具產(chǎn)品再設計

廣東科技學院 余佳

旅行、出差是人們?nèi)粘Ｉ钪械闹匾M成部分，通常在住宿酒店時為圖方便省事，人們普遍會使用酒店提供的一次性牙具[1]。由于產(chǎn)品用后即棄所造成的垃圾產(chǎn)量逐年遞增，導致全球生態(tài)環(huán)境問題日益嚴重，設計者開始在使用綠色材料進行設計的同時注重資源節(jié)約、提高效率和循環(huán)利用，維護社會、經(jīng)濟與環(huán)境之間的協(xié)調(diào)，最終達到可持續(xù)發(fā)展。因此，文章從材料視角出發(fā)對原有牙具產(chǎn)品進行再設計。

1 旅行牙具的現(xiàn)狀及存在問題

1.1 旅行牙具的現(xiàn)狀

牙具，顧名思義是人們?nèi)粘Ｉ钪兴⒀朗诘挠镁撸渲醒浪⒑脱栏嗍侨藗兘佑|最多、使用最多的牙具。旅行用牙具，可分為酒店提供的一次性牙具和消費者自帶的旅行組合裝牙具兩類，見表1。酒店提供的一次性牙具對包裝成本和產(chǎn)品材質(zhì)都進行了壓縮，產(chǎn)品內(nèi)容主要包括3 g—6 g的牙膏、塑料或秸稈材質(zhì)的簡單牙刷，通常使用塑料袋或內(nèi)部塑料袋外部紙盒的方式進行整體包裝。除了酒店提供的一次性牙具，部分頻繁差旅的消費者還會選擇自帶牙具，由于家用的牙刷牙膏尺寸大、重量大，不方便旅途攜帶，旅行組合裝牙具應運而生。消費者自行購買的旅行組合裝牙具，配套的牙膏克數(shù)更高，牙刷一般以PP、PE、TPR或PBT等塑料材質(zhì)制成。

表1 差旅牙具分類

1.2 旅行牙具的存在問題

酒店一次性牙具中的牙刷、牙膏和外包裝基本為不可降解的塑料材質(zhì)，消費者使用1—2次后便丟棄，廢塑料垃圾隨即產(chǎn)生。雖有小部分酒店旅館開始使用秸稈材料牙刷，但牙具套裝中的其余產(chǎn)品在丟棄后依然會對環(huán)境造成一定隱患。并且牙膏包裝容積小、開口小，難擠出、易殘留浪費，牙具套裝整體使用感差。相較于酒店一次性牙具，消費者自行購買的旅行組合裝牙具，雖可使用次數(shù)更多，但目前市面上的旅行組合裝牙具套裝材質(zhì)還是主要以難降解的塑料材質(zhì)為主。尤其是牙膏的鋁塑復合材料軟管包裝，在使用后期會有部分牙膏粘在軟管內(nèi)壁不便擠出，不僅會造成浪費，還會加大降解難度[2]。

2 材料視角下的旅行便攜牙具產(chǎn)品再設計原則

由于旅行牙具使用場景的特殊性，與其他產(chǎn)品相比，在產(chǎn)品品質(zhì)的保證性、攜帶收納的便捷性、材料的生態(tài)環(huán)保性等方面，產(chǎn)品要求比其他一般產(chǎn)品更高。為了滿足較高的產(chǎn)品要求，需針對旅行牙具的現(xiàn)存問題進行改進。因此，材料視角下的旅行便攜牙具產(chǎn)品再設計還需遵循以下幾條原則。

2.1 環(huán)保性原則

材料是設計的物質(zhì)起點，任何設計都需要通過材料來實現(xiàn)。針對現(xiàn)有市場上旅行牙具材料易造成環(huán)境污染的問題，遵循環(huán)保性原則，使用環(huán)保材料進行設計創(chuàng)新是一個最直接的觸點和突破口。

可降解材料是新興的環(huán)保材料，其中生物降解高分子材料應用最為廣泛，主要有以下兩類：（1）天然生物降解高分子材料，來源于自然界，能夠自然分解且產(chǎn)物無毒。（2）人工合成生物降解材料，可在自然界中被微生物分解[3]。但并不是所有的生物降解高分子材料都適用于制造牙具產(chǎn)品。牙具產(chǎn)品中的牙刷因為使用頻率高、與人體接觸親密度大，所以其制作材料需要具有良好的強度和彈性，無毒、無臭、無味，保證人們的使用安全。而牙膏屬于堿性或弱堿性的中間態(tài)物質(zhì)，其包裝材料需要安全無毒、有較好的力學性能、耐熱性與一定的抗菌性，確保阻隔外界的空氣、水分、陽光、熱力、微生物和異物接觸膏體，保證牙膏在運輸、儲存、銷售過程中的產(chǎn)品安全。因此，根據(jù)上述產(chǎn)品的材料要求，筆者選取了6種目前市場上應用最廣的生物降解高分子材料進行對比分析，見表2。

表2 不同可降解材料優(yōu)缺點

從環(huán)保性、經(jīng)濟性、實用性與可行性等方面比較，聚乳酸（PLA）雖具有高的彈性模量、強度，良好的生物相容性和生物降解性[4]，但耐水解性能不佳，遇酸堿降解速度加快，無法在自然條件下實現(xiàn)快速降解；聚丁二酸丁二醇酯（PBS）同樣無法在自然條件下實現(xiàn)快速降解，造價較PLA高，性價比較低；殼聚糖雖含量豐富，生物降解性好，并具有抗氧化和抗菌性能[4]，但制作成本較高，對氣體、水和蒸汽具有滲透性，不適宜作為經(jīng)常遇水的牙具產(chǎn)品制作材料；淀粉基塑料雖然來源豐富、價格低廉，但由于力學性能和耐水性能較差，是整體性能最低的可降解材料。因此，以上4種生物降解高分子材料均不是制造牙具產(chǎn)品的較好選擇。

綜合來看，PBAT與稻殼纖維這兩種環(huán)保可降解材料更為適合，因為PBAT的性能與普通的日用消費級塑料比較接近。由于延展性好、斷裂伸長率好、成膜性能好，非常適宜制造軟質(zhì)產(chǎn)品，抗菌耐熱，且在濕度足夠的土壤條件下5個月便可完全降解。PBAT制作的產(chǎn)品雖然剛性和挺度較低，但已有添加植物纖維全降解材料的解決辦法，如稻殼纖維、秸稈纖維、椰子殼纖維等等，在保證材料力學性能的同時無需擔心降解問題。因此，PBAT+植物纖維全降解材料是制作牙膏包裝等軟質(zhì)牙具產(chǎn)品較為適合的環(huán)保可降解材料。稻殼纖維的原材料為稻殼，稻殼屬于農(nóng)業(yè)廢棄物，其主要成分是粗纖維，粉碎后可得到纖維粉，纖維粉經(jīng)加膠合劑、加溫加壓，可粘結(jié)制成具有一定強度彈性和抗水性能，且降解性能好、無毒無害的環(huán)保產(chǎn)品。我國是農(nóng)業(yè)大國，每年的稻殼產(chǎn)量約有3 600萬噸[5]。有效利用稻殼提取纖維制成產(chǎn)品，不僅可以變廢為寶緩解“白色污染”，還可以節(jié)約資源創(chuàng)造更大的經(jīng)濟效益。因此，稻殼纖維是制作牙刷等硬質(zhì)牙具產(chǎn)品較為適合的環(huán)保可降解材料。

2.2 減量化原則

減量化原則是綠色設計的核心，指導思想是保護環(huán)境，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，核心思想是物盡其用，是目前實現(xiàn)全生命周期綠色設計最有效的方法之一[6]。 旅游用牙具在現(xiàn)有的市場上，想要達到生態(tài)環(huán)保，實行產(chǎn)品減量化必不可少。

減量化設計并非完全否定現(xiàn)有的產(chǎn)品設計，而是在確保產(chǎn)品基本功能的前提下對多余的裝飾、材料、部件進行去除，并在去除的同時優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構，最大限度地節(jié)約資源。具體可從三個方面進行考慮：第一，滿足產(chǎn)品本身基本功能需求的同時，在材料和結(jié)構的使用設計上都需適度。如現(xiàn)有酒店一次性的牙膏容量一般為3 g，與家用的牙膏產(chǎn)品相比容量縮減了50倍左右。旅行組合裝里的牙膏一般容量為30 g，與家用的牙膏產(chǎn)品相比容量也縮減了5倍。但不論是酒店一次性的牙膏，還是旅行組合裝的牙膏，其包裝形式依然是鋁塑復合材料，或是“塑料管+塑料頂蓋”，包裝形式一樣對消費者而言并無太大的意義，但容積減少使得產(chǎn)品被快速用后即棄消耗了大量的資源，產(chǎn)生了許多不必要的污染。第二，產(chǎn)品應易于重復利用或易于回收再生，如令旅行牙具產(chǎn)品不再只是一次性的使用品，而是能在使用結(jié)束后進行回收再重復利用或回收處理后用作其他用途，賦予產(chǎn)品第二次生命。第三，所使用產(chǎn)品材料需無毒、無害于人體和生物，在保證產(chǎn)品品質(zhì)和消費者使用感的同時，避免使用結(jié)束后可能對環(huán)境造成的污染。

2.3 便攜性原則

旅行用產(chǎn)品，質(zhì)輕、便攜是消費者的主要購買需求。為最大程度滿足消費者需求，在旅行牙具設計中遵循輕便性原則，從兩個方面進行便攜式設計考慮。首先，結(jié)構簡便易用、外形簡單易收納，便于差旅辦公隨身攜帶使用。牙刷類產(chǎn)品可考慮通過結(jié)構設計減小占據(jù)收納空間的面積，更加輕便易用易攜；牙膏類產(chǎn)品包裝在盡可能增大容積滿足消費者多次使用需求的同時，產(chǎn)品結(jié)構設計需最大化利用空間，產(chǎn)品外形設計需合理易攜帶、簡單易收納。其次，考慮在設計中增添收納包裝部分。在店鋪內(nèi)銷售時，收納包裝呈打開狀態(tài)可對牙具產(chǎn)品進行展示，閉合狀態(tài)是方便攜帶的安全包裝，易開啟、嚴閉合、方便保存用品，帶給消費者良好的使用感。

2.4 通用性原則

通用設計又名“全民設計”，主旨為設計生產(chǎn)的每件產(chǎn)品能在最大程度上被每個人使用，并提供無差別的使用感受。不同年齡段的人都會在日常生活中進行差旅活動，所設計的牙具產(chǎn)品僅為某一年齡段人群限定使用，產(chǎn)品缺乏通用性，降低了使用價值；根據(jù)不同目標人群設計多款牙具產(chǎn)品，則違背了資源節(jié)約、提高效率和減量化的目標。如牙刷握柄是與人手接觸最多的部位，其尺寸的設定應充分考慮使用者的手部尺寸和活動范圍，盡量減輕手的疲勞程度。經(jīng)調(diào)研，成年人把握長度約為12.2 cm左右，牙刷握柄的長度一般大于或等于12.2 cm，但兒童的把握長度一般僅為成年人的一半，所以所需牙刷的握柄長度也要相應縮小，以滿足大多數(shù)人的使用需求。

3 材料視角下的旅行便攜牙具產(chǎn)品再設計實踐

3.1 材料設計

通過前期設計分析，最終確定的牙具再設計方案由牙具盒、牙刷和牙膏包裝設計組成。

在產(chǎn)品材料使用方面，遵循材料的環(huán)保性原則，設計方案所采用的材料有效利用農(nóng)業(yè)廢棄物，符合資源消耗合理，在廢物處理環(huán)節(jié)能夠做到在自然條件下完全降解，實現(xiàn)良性有效循環(huán)，切實解決現(xiàn)有一次性牙具的廢棄污染問題。具體材料使用方案如下：牙膏的包裝將傳統(tǒng)的鋁塑復合材料，替換成可降解PBAT+稻殼纖維全降解材料，充分考慮包裝材料的密封性和力學性能，保證產(chǎn)品的使用安全。牙刷和牙具盒的制作材料設計為稻殼纖維，產(chǎn)品主體以廢棄稻殼為主要原料加工而成，自然條件下可自行降解，避免對環(huán)境的污染，節(jié)約不可再生資源。稻殼纖維制成的牙刷和牙具盒表面纖維組織光潔均勻、嚴密無縫，自然溫和的色澤也為消費者帶來良好的材料體驗感與使用感，在運輸和使用的過程中其材料也符合生態(tài)健康、人類健康。設計方案三維渲染效果尺寸，如圖1所示。

圖1 效果尺寸圖

3.2 結(jié)構設計

在產(chǎn)品結(jié)構設計方面，遵循產(chǎn)品減量化、便攜性與通用性原則。首先，牙膏的包裝結(jié)構設計將傳統(tǒng)的一次性牙膏容器，從軟管和蓋子兩個部件瘦身為一個整體，有效提高了產(chǎn)品的利用率、包裝生產(chǎn)效率，同時減少了用材，降低了成本。再設計后的牙膏包裝整體為一扁平矩形，最大化利用包裝空間容納膏體的同時，方便在一定空間內(nèi)規(guī)整存放、便捷攜帶。牙膏包裝開啟方式為撕拉式，上下均有可撕拉凹槽，通過結(jié)構設計解決了牙膏容積越小越難擠出、在使用后期有部分牙膏粘在包裝內(nèi)壁不便擠出造成膏體殘留浪費的問題，如圖2所示。

圖2 產(chǎn)品使用步驟圖

其次，在牙刷的設計中加入牙刷握柄伸縮結(jié)構設計，其原理主要為將牙刷握柄設計為空心并在其中添加內(nèi)鎖。牙刷進行伸縮時僅需拉伸握柄后順時針或逆時針旋轉(zhuǎn)解鎖、開鎖，內(nèi)鎖兩個配件外圓同心，在旋轉(zhuǎn)時配件因外圓摩擦力大所以不會和偏心軸一起轉(zhuǎn)動，從而形成靜止狀態(tài)，偏心軸旋轉(zhuǎn)擠壓小配件形成壓力，扭得越緊壓力越大，從而達到固定作用。牙刷的空心可伸縮設計，使得牙刷握柄長度在符合人體工程學的同時，還可以根據(jù)兒童和成人的不同需求使用，在一定程度上節(jié)約了生產(chǎn)材料。最后，再配以體積小巧的稻殼纖維牙具收納盒，節(jié)省空間、便于攜帶的同時，優(yōu)化創(chuàng)新產(chǎn)品結(jié)構使得整套牙具產(chǎn)品在生產(chǎn)、流通和消費的過程中減少資源消耗和廢物產(chǎn)生達到減量化目標，如圖3、圖4所示。

圖4 產(chǎn)品使用步驟與使用周期圖

4 結(jié)語

文章提出了材料視角下的旅行便攜牙具產(chǎn)品再設計方法，使設計方案能夠迎合當今社會提倡的綠色、低碳的理念。此外，材料視角下的產(chǎn)品設計是基于材料特性進行創(chuàng)造性應用，在通過材料來實現(xiàn)設計、發(fā)展設計的同時，也可以潛移默化地促進新材料的發(fā)展與應用，推動技術的進步，使得產(chǎn)品成本下降、產(chǎn)能提升，從而邁向更為多元化的市場。