基于LCA理论的再生塑料家具设计研究

■张艺鸿 黄 彬 Zhang Yihong & Huang Bin

(1.中南林业科技大学 湖南长沙 410004；2.南宁职业技术学院， 广西南宁 530008）

在很多人看来，“塑料”就代表着污染、不环保，但其实有很多种塑料都是可回收再利用的，只是很多塑料产品在设计时没有遵循生态设计、绿色设计等环保设计理念，导致其不便于回收而成为垃圾。有研究表明，从20世纪50年代起生产塑料至今，人类已经产生了83亿吨塑料，其中的63亿吨已成为垃圾[1]。我国是塑料生产和消费大国，平均每年要回收的废弃塑料在4000万t以上，且每年以8%的速度增长[2]。2016年，新加坡共产生了822200吨塑料垃圾，回收率仅为7%[3]，塑料的回收处理问题形势已经十分严峻，废弃塑料的资源化利用已经迫在眉睫。目前也有许多设计师和设计团队在关注这个问题，并尝试用循环经济、可持续发展等生态环保理念进行再生塑料的设计和应用，家具行业也是如此。就是用回收再生的PET和PP塑料制作而成。以及MINIWIZI小智研发团队用回收咖啡杯再生制作的塑料原料设计的系列家具，其最大的特点是材料的再生只经过了物理变化，即是通过打碎后直接压制成型，没有添加新的原料，不会产生新的污染，且还可以被再次回收利用。塑料家具同样也可以进行回收再生利用。热塑性塑料熔融重塑后，可以改变原有家具形态，制成新的产品，重新进入产品生命周期循环[6]。

1 再生塑料家具设计概述

1.1 再生塑料回收技术与材料特性

再生塑料是指经过清洁等预先处理、熔融造粒、改性等物理或化学的措施对废旧塑料进行加工处理后再次得到的塑料原料，是对塑料的再利用。现常见的废旧塑料回收再生的方法有三种：物理回收、化学回收和能量回收[4]。机械回收即物理回收，指的是将回收的塑料进行清洗、压扁、搅碎等物理加工工序后直接再利用。机械回收塑料能够代替原生塑料，还可以简化加工过程和减少新污染的产生，这是机械回收的优势。但是机械回收的塑料要达到原生塑料的同等质量难度很大。尽管如此，机械回收的环保特性使其具有较好的应用前景；化学回收是指通过热解和解聚的方法，将废旧塑料变成有用成分后再利用。这种化学回收工艺有利于回收塑料恢复外观、修复力学性能，并达到稳定成型，提升了再生塑料的材料性能和商业价值；热能回收是对燃料的替补，指将无价值的废塑进行燃烧转化为能源的方法。再生塑料家具可以运用物理改性回收或化学回收得到的再生塑料进行设计和制造。

根据塑料回收再利用研究进展的资料显示，目前应用最广泛的再生方式是加新料再利用，因为其工艺简单，投入成本低，但它也有性能差、附加值低、回收次数有限等不足[5]。这时就需要家具设计师运用设计的力量，提升其产品附加值了。

1.2 再生塑料在家具设计中的应用

20世纪50年代，潘顿用增强塑料制作的一把潘顿椅让现代家具设计取得了革命性突破，塑料家具也开始广为生产和使用。塑料家具有着色彩丰富、小巧质轻、易于造形、方便保养、适应面广、价格实惠等特点，在家具市场中占有重要地位。所以用再生塑料进行家具设计和制造无疑是一个很好的塑料再利用途径。例如家具品牌Pentatonic和Snarkitecture共同设计制作的“Fractured破裂”系列家具，

2 基于LCA理论的再生塑料家具设计

2.1 基于LCA理论的设计模型

1969年，美国第一次提出“Life Cycle Assessment”( LCA 生命周期评价) 的概念，它是指对一个产品系统的生命周期中的输入、输出及潜在环境影响的综合评估[7]。现阶段中生命周期评价在产品设计时，主要完成2项工作：①对已经完成初步设计的产品进行评价，判断其是否满足生态设计要求；②针对已有产品进行评价，挖掘出对环境影响较严重的产品特性或生产工艺特性，为产品改进提供依据[8]。本文主要针对完成初步设计的再生塑料家具产品进行评价，可以根据再生塑料家具设计生命周期的各个环节，“设计决策—设计研发—生产制造—使用维护—回收再利用”[9]，建立基于LCA的再生塑料家具设计模型（图1），并对再生塑料家具设计进行生命周期评价。对于一个成熟的家具设计体系， 家具产品除了要满足终端使用环境的生态需求以外， 还应在整个产品生命周期中表现出足够的环境亲和力[10]。

■图1 基于LCA的再生塑料家具设计模型

■图2 基于LCA的再生塑料家具设计A型组合

■图3 基于LCA的再生塑料家具设计B型组合

■图4 基于LCA的再生塑料家具设计C型组合

2.2 基于LCA理论的设计原则

从价格、环境影响、性能等生态设计的三要素进行考虑，基于生命周期评价的再生塑料家具设计原则可以总结为材料适用原则、低耗能原则、安全无毒性原则、延长产品寿命原则。

2.2.1 材料适用原则

再生塑料的种类很多，但不是每种都适用于家具设计和制造，所以要把握住回收塑料的特性。比较适合用于制作家具的常见塑料种类有PP、PC、PET等。

2.2.2 低耗能原则

主要反映在产品的生产加工上，所以在造型设计和结构设计的时候，尽量采取轻量化、简约化设计，使用最少的材料、最简洁的造型满足使用需求，这样在生产加工的时候能耗自然就会降低。

2.2.3 安全无毒性原则

家具是陪伴人们日常生活的用品，必须要保证安全无毒。而回收的塑料可能盛装过有毒有害液体等，所以在再生的时候一定要做好清洁和消毒处理。应该尽量减少一些有毒性辅助剂的使用，或一定要严格按照相关国家标准用量，确保不会对人体造成危害。同时可以研发一些新的再生加工方式，使不用添加辅助剂，如前面介绍的MINIWIZI小智研发团队的模压塑料家具。

2.2.4 延长产品寿命原则

物品再利用带来的环境影响总体而言比将其材料进行循环再生后制成产品的要小，因为循环再生的过程总会排放造成环境负荷的物质，所以延长产品的使用寿命显得很有必要。有许多方式可以达到延长产品使用寿命的目的，一是多采用模块化设计、可拆卸设计。塑料因其良好的塑形能力，很适合制作模块化家具。当模块化家具中的某些部件损坏后，用户可以只进行部分产品更替，保护了大部分产品的使用寿命；二是使用多功能、情感化设计，一件家具如果可以扮演多种功能的家具，可以大大增加用户对家具产品的依赖和喜爱，从而减少用户想要扔掉或更换它的想法。这些方式都可以减少新产品的生产，从而减少废料的产生。

3 基于LCA理论的再生塑料家具设计实践

根据前面对再生塑料家具设计的模型建立和原则分析，进行再生塑料家具的设计实践，如图2、3、4所示。这是笔者设计的一个模块化、组合式家具设计方案，由一个长700mm＊高350mm＊宽300mm的单体通过色彩的变换和组合形式的变换变成不同造型、不同使用功能的家具。本设计实践提供了A、B、C三种组合形式，A型是一个组合式书架，B型是一个多人的桌+凳组合，C型是一个单人或双人简易的桌+凳组合。模块化组合式的形式给用户提供了多种选择机会，按需购买，方便更换；不同功能的变换也可以延长产品的使用寿命，符合延长产品寿命的设计原则；单体的造型简洁大方，采用一体模压成型，便于生产加工，符合低耗能的设计原则；材料上使用回收再生PP塑料，减少了新原料的消耗，而且保持了材料的单一性，可以便于再次回收。

3.1 生态设计特征解析

用基于LCA的再生塑料家具模型的五个方面进行再生塑料家具设计特征的解析。

①设计决策：在保护生态环境的大背景下，去思考每个设计环节应该注意的地方并制定相应的设计策略。重点考虑人-机-环境的相互影响，不能单纯以用户需求和市场需求为导向进行设计，这就要求企业要有较强的社会责任感，而不是只追求利益最大化；

②设计研发：材料上，运用回收材料，降低原料成本；结构上，造型简洁，可一体模压成型，既简化生产流程，又便于包装运输；功能上，注重产品的多功能性，可以实现多种用途。

③生产制造：进行模压成型，生产过程快速简易。不添加辅助剂和其他原料，只使用一种材料，保持材料的单纯性，使其制成的产品可以便于再次回收。

④使用维护：PP塑料家具的耐热、耐腐蚀性好，且易清洁，方便使用维护；模块化的设计也便于废旧产品的更换。

⑤废弃回收：模块化的单体便于回收和再加工，且因其只使用了一种材料，所以无需分拣。

4 结语

废旧塑料作为全球关注的白色污染的原料，亟待合理有效地回收再利用。基于LCA理论的再生塑料家具设计，通过从价格、环境影响、产品性能的生态设计三要素出发，以及LCA理论指导形成的设计模型，为废旧塑料的再生利用提供了一个好的解决方案。