广义而言，环境因素包括土地、海洋、空气、植物、动物以及所有生物和非生物的因素。在本文的内容中，生态学可以简略地定义为：根据工业聚合物使用对环境所造成的有害作用和有益作用研究，从而对生态环境进行预防和保护。生物因素包括生物体本身以及他们的食物和相互作用。非生物的环境因素包括阳光、土壤、大气、水、气候以及污染。

我们的行为与周围的环境密切相关，并且所有的这些因素都会受到聚合物的损害也会对聚合物造成损害。

而对于经济性的考虑，则可以使得在聚合物产品的整个寿命周期中对资源、原材料和能源进行节约。

整个情形可以很简单地概括为“今天的行为不得危及明天地球的环境”或者“当今的行为不得危及未来人们的需要”。

或许，生态设计是对于这些考虑的一个总体答案，并相应地建立了一种新的设计方法。这种新的设计方法特别考虑到了产品在其采购、生产、使用以及处理整个寿命周期内对于生态和环境的影响。

下图“生态设计图表”系统化地表述了生态设计策略的主要目标和要求。

图 1: 生态设计图表

生态设计的基本要素

生态设计策略需要考虑大量的参数，例如：

因此，我们必须想出一种创新的解决方案，其中包括：新的零件设计、聚合物配方、加工方法、后整理以及废弃物处理（见图“生态设计方法”）。创新解决方案要能够：

图 2: 生态设计路线

生态设计的路线是多种多样的。对于每种设计路线而言，通常都是包含创新体系概念、零件图、聚合物的选择和混合物配方在内的解决方案。这些解决方案可以：

很明显地，聚合物、添加剂和增强剂必须顺应现有的和可预测的法律规定，并能较好地顺应环境发展趋势，只有这样才能走到竞争的前面。

生态设计的典型示范之一：汽车行业

多年来，汽车工业已经应用了部分生态设计步骤。但是现在由于经济和环境的要求，汽车行业正在开发整套的生态设计策略。

现在已经存在许多采用生态设计策略制造的概念车。我们从中选出一款作为示例。

Toyota公司采用生态设计策略生产的1/X概念车，由于其尺寸有了创新的轻微的缩小，从而使得质量和耗油量有了显著的降低。塑料的大量使用使得设计自由化、产品具有高效的空气动力学、独特的发光性能，从而显著降低了消耗。这些是由于：

在具体的条件中，诸如PRIUS商务模式规模的轻微缩小：用4座位概念车取代通用的5座位商务模式，PRIUS相关性能变化的大体范围为（见表1）：

表2为CFRP性能的一些例子，用以证明其巨大的发光性能：

表3为一些天然纤维的物理和机械性能实例，显著地表现出了天然纤维的应用可能性。由于来源的天然性，纤维处理、加工和质量的差异，其他数据可以在其他地方找到。

针对子集的创新型概念是关于：使用具有三维编制结构的聚酯纤维制成超轻质座位，使用LED制灯等等。

这些初始的发光装置促使其他相关的支柱、车轮、发动机等也采用发光装置。

独特的空气动力学和超轻质设计使得燃料电池的效率变为原来的二倍，而Prius行进150英里只需一加仑的燃料。

生态设计的另一典型示范：具有高效绝缘泡沫材料和室内温度控制用相变微胶囊（Phase-Change Microcapsules，PCM）的生态建筑

在德国，大约三分之一的一次能源生产都用于私人家庭的加热中（见图“家庭耗油量”）。平均而言，较旧的公寓建筑每年每平方米的耗油量大于20升。现在，德国能源节约计划规定新建筑每平方米的年均耗油量限制在7升以内，旧建筑的相应值为11升。

2001年，BASF物业公司在路德维希港的Brunck区推出了耗油量为3升的示范工程。该工程促使了20世纪50年代建筑的现代化为低能耗住宅（见图“近零加热成本住宅”）。这一过程是通过以下方法实现的：

图 3: 近零加热成本住宅

图 4: 家庭耗油量

泡沫塑料的类型必须与具体的热绝缘问题相适应。例如，BASF公司在考虑了位置和周围环境的基础上，提供了一系列的针对标准应用和特殊应用的泡沫塑料。

在热绝缘应用中，广泛使用的是BASF生产的Neopor。Neopor作为Styropor的改进产品，是BASF公司众多绝缘材料中的杰出产品。Neopor是一种可发性聚苯乙烯，其中使用了创新的技术从而在泡沫塑料中集成了红外吸收体和反射体。即使在较低的材料密度条件下，Neopor都可以防止热量的传导。因此，Neopor具有远高于传统材料的绝缘性能。与Styropor相比，较少的材料就可以达到与Styropor相同的绝缘性能。这就意味着泡沫塑料生产商可以节约高达50%的原材料成本。Neopor面板重量也大约为Styropor材料的一半。

由BASF公司所提出的隐藏型热能存储器Micronal PCM是一种用于诸如石膏板等室内建筑材料的新型微封装技术。这一技术可以在降低能量成本的同时，提高房间的舒适度。BASF公司的Micronal相变微胶囊采用的是一种已经建立并且在空间探测中所使用的技术对建筑的室内温度进行管理。塑料胶囊中填充有熔点为25.8℃的石蜡，并且通过石蜡的熔化和凝固分别吸收或者释放能量。当将其加入石膏或者石膏板墙壁中时，胶囊增加了材料的热容并且起到了阻尼温度摆动的作用。使用Micronal改性石膏材料建造的建筑物具有更好的居住舒适度，并且根据总体的建筑设计，空气调节系统的能量需求值下降了三分之一。Micronal含量为30%、厚度为2厘米的塑料层的热容大约与厚度为24厘米砖墙的对应值相同。因此，如果建筑采用Micronal改性塑料层可以获得与石墙或砌筑墙体同样凉爽的室内感觉。

将所有的现有技术结合，对老建筑进行革新或者建造新的建筑都可以降低热能消耗并且可以明显地减少二氧化碳的排放，如表4所示。

所有工业部门按照多种其他路线开发的一些生态设计实例

针对水的PET包装瓶提出了一种新的概念：Sidel公司的NoBottle概念。Sidel公司已经研制出了一种用于装水的最轻型PET瓶。这种PET瓶具有雅致的外观、优异的性能和环境友好性。传统的500mL容量PET瓶的质量为13克到16克，而这种新型PET瓶的对应质量仅为9.9克。质量减轻了25%到40%，从而使得需要聚合、加工、运载和回收的塑料减少。这种新型概念是利用Flex新技术得到的。该技术利用的是聚合物的柔性和形状记忆性，从而使得包装可以回弹到它们的初始形状。新的设计方法为设计师门提供了更多的设计自由性。

图 5: 三星使用“生物塑料”制造的第一款手机

三星电子有限公司发表了两个环境友好型手机，W510和F268。这两款手机具有以下特点：

与铝材门窗相比，塑料门窗由于宽度减小以及采用了更有效的能量设计概念，热传导值提高了30%。窗异型材生产商Bouvet使用专门开发的拉挤成型技术，将玻璃与PET纤维（由Owens Corning玻璃纤维制得）进行Twintex共混，生产了Twinea高性能异型材。共聚酯纤维的低熔点使其对PVC树脂的粘结性增强。Bouvet称，在设计中采用的技术消除了对于加固不锈钢梁的需要。公司称可以凭借Twinea异型材将推拉窗中央轴柱的宽度减少50%，边框宽度减少30%。

100%回收型PET瓶：Method Products公司已经将其在美国的三条生产线进行了转换，用于生产与Amcor公司PET包装相同的100%使用回收型（post consumer recycled，PCR）聚对苯二甲酸乙二酯PET瓶。通过向容量为28盎司的100%PCR包装瓶的生产转换，二氧化碳的排放量显著降低了60%，或者每生产千个容器的二氧化碳排放量为63千克。当使用纯PET生产包装瓶时，每千个包装瓶的二氧化碳排放量为105千克。我们列举了一些已经解决的问题：

结论

生态设计是一种利用聚合物和其他材料生产具有生态学的、环境友好型的、经济性的设备或零件。这种新的设计方法考虑了包括采购、生产、使用和处理在内的整个寿命周期。

生态设计策略必须确定众多因素的最佳平衡并且能够促使发明出包括新的零件设计、聚合物配方、加工、整理、新的工作条件和废弃物处理在内的创新型解决方案。除了众所周知的自然资源保护规则、有利于资源再生、节约能量、禁用有毒元素和单体、减少VOC、加工反应过程中有毒物质的解吸附之外，生态设计者们还必须考虑一下因素：更多精细的限制条件以避免使得可再生植物资源与粮食作物形成竞争，二氧化碳排放量的最优化，循环利用的有效性……

汽车工业是生态设计的先驱，但是所有其他行业都已经做出了反应，例如：建筑行业、信息行业、电力电子行业、包装行业等等

参考文献

技术类书籍和指南，论文，网址： Amcore, Arkema, BASF, Bayer, Borealis, Bouvet, BP, Degussa, Dow, DSM, DuPont, ExxonMobil, GE, Lanxess, Method Products, Mitsui, Omnexus, Owens Corning Fibreglass, PRW, Samsung, Sidel, Solvay Advanced Polymers, SpecialChem, Total Petrochemicals, Toyota,… Additives & Compounding