基于LCA理論的再生塑料家具設計研究

■張藝鴻 黃 彬 Zhang Yihong & Huang Bin

(1.中南林業科技大學 湖南長沙 410004；2.南寧職業技術學院， 廣西南寧 530008）

在很多人看來，“塑料”就代表著污染、不環保，但其實有很多種塑料都是可回收再利用的，只是很多塑料產品在設計時沒有遵循生態設計、綠色設計等環保設計理念，導致其不便于回收而成為垃圾。有研究表明，從20世紀50年代起生產塑料至今，人類已經產生了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十分嚴峻，廢棄塑料的資源化利用已經迫在眉睫。目前也有許多設計師和設計團隊在關注這個問題，并嘗試用循環經濟、可持續發展等生態環保理念進行再生塑料的設計和應用，家具行業也是如此。就是用回收再生的PET和PP塑料制作而成。以及MINIWIZI小智研發團隊用回收咖啡杯再生制作的塑料原料設計的系列家具，其最大的特點是材料的再生只經過了物理變化，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，制成新的產品，重新進入產品生命周期循環[6]。

1 再生塑料家具設計概述

1.1 再生塑料回收技術與材料特性

再生塑料是指經過清潔等預先處理、熔融造粒、改性等物理或化學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。現常見的廢舊塑料回收再生的方法有三種：物理回收、化學回收和能量回收[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生，這是機械回收的優勢。但是機械回收的塑料要達到原生塑料的同等質量難度很大。盡管如此，機械回收的環保特性使其具有較好的應用前景；化學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。這種化學回收工藝有利于回收塑料恢復外觀、修復力學性能，并達到穩定成型，提升了再生塑料的材料性能和商業價值；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回收得到的再生塑料進行設計和制造。

根據塑料回收再利用研究進展的資料顯示，目前應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、回收次數有限等不足[5]。這時就需要家具設計師運用設計的力量，提升其產品附加值了。

1.2 再生塑料在家具設計中的應用

20世紀50年代，潘頓用增強塑料制作的一把潘頓椅讓現代家具設計取得了革命性突破，塑料家具也開始廣為生產和使用。塑料家具有著色彩豐富、小巧質輕、易于造形、方便保養、適應面廣、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計

2.1 基于LCA理論的設計模型

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

■圖1 基于LCA的再生塑料家具設計模型

■圖2 基于LCA的再生塑料家具設計A型組合

■圖3 基于LCA的再生塑料家具設計B型組合

■圖4 基于LCA的再生塑料家具設計C型組合

2.2 基于LCA理論的設計原則

從價格、環境影響、性能等生態設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計原則可以總結為材料適用原則、低耗能原則、安全無毒性原則、延長產品壽命原則。

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

主要反映在產品的生產加工上，所以在造型設計和結構設計的時候，盡量采取輕量化、簡約化設計，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

家具是陪伴人們日常生活的用品，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。應該盡量減少一些有毒性輔助劑的使用，或一定要嚴格按照相關國家標準用量，確保不會對人體造成危害。同時可以研發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小智研發團隊的模壓塑料家具。

2.2.4 延長產品壽命原則

物品再利用帶來的環境影響總體而言比將其材料進行循環再生后制成產品的要小，因為循環再生的過程總會排放造成環境負荷的物質，所以延長產品的使用壽命顯得很有必要。有許多方式可以達到延長產品使用壽命的目的，一是多采用模塊化設計、可拆卸設計。塑料因其良好的塑形能力，很適合制作模塊化家具。當模塊化家具中的某些部件損壞后，用戶可以只進行部分產品更替，保護了大部分產品的使用壽命；二是使用多功能、情感化設計，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品的生產，從而減少廢料的產生。

3 基于LCA理論的再生塑料家具設計實踐

根據前面對再生塑料家具設計的模型建立和原則分析，進行再生塑料家具的設計實踐，如圖2、3、4所示。這是筆者設計的一個模塊化、組合式家具設計方案，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品的使用壽命，符合延長產品壽命的設計原則；單體的造型簡潔大方，采用一體模壓成型，便于生產加工，符合低耗能的設計原則；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 生態設計特征解析

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計特征的解析。

①設計決策：在保護生態環境的大背景下，去思考每個設計環節應該注意的地方并制定相應的設計策略。重點考慮人-機-環境的相互影響，不能單純以用戶需求和市場需求為導向進行設計，這就要求企業要有較強的社會責任感，而不是只追求利益最大化；

②設計研發：材料上，運用回收材料，降低原料成本；結構上，造型簡潔，可一體模壓成型，既簡化生產流程，又便于包裝運輸；功能上，注重產品的多功能性，可以實現多種用途。

③生產制造：進行模壓成型，生產過程快速簡易。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；模塊化的設計也便于廢舊產品的更換。

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 結語

廢舊塑料作為全球關注的白色污染的原料，亟待合理有效地回收再利用。基于LCA理論的再生塑料家具設計，通過從價格、環境影響、產品性能的生態設計三要素出發，以及LCA理論指導形成的設計模型，為廢舊塑料的再生利用提供了一個好的解決方案。