生態(tài)環(huán)境材料的定義
        生態(tài)環(huán)境材料是指那些具有良好的使用性能和優(yōu)良的環(huán)境協(xié)調(diào)性的材料。良好的環(huán)境協(xié)調(diào)性是指資源、能源消耗少，環(huán)境污染小，再生循環(huán)利用率高。生態(tài)環(huán)境材料是人類(lèi)主動(dòng)考慮材料對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響而開(kāi)發(fā)的材料，是充分考慮人類(lèi)、社會(huì)、自然三者相互關(guān)系的前提下提出的新概念，這一概念符合人與自然和諧發(fā)展的基本要求，是材料產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必由之路。生態(tài)環(huán)境材料是由日本學(xué)者山本良一教授于20世紀(jì)90年代初提出的一個(gè)新的概念，它代表了21世紀(jì)材料科學(xué)的一個(gè)新的發(fā)展方向。
發(fā)展生態(tài)環(huán)境材料的意義
        人類(lèi)的生產(chǎn)過(guò)程從材料的生產(chǎn)－使用－廢棄的過(guò)程來(lái)看，可以說(shuō)是將大量的資源提取出來(lái)，又將大量廢棄物排回到自然環(huán)境的循環(huán)過(guò)程，人類(lèi)在創(chuàng)造社會(huì)文明的同時(shí)，也在不斷的破壞人類(lèi)賴以生存的環(huán)境空間。傳統(tǒng)的材料研究、開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)往往過(guò)多的追求良好的使用性能，而對(duì)材料的生產(chǎn)、使用和廢棄過(guò)程中需消耗大量的能源和資源，并造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，危害人類(lèi)生存的嚴(yán)峻事實(shí)重視不夠。
生態(tài)環(huán)境材料是在人類(lèi)認(rèn)識(shí)到生態(tài)環(huán)境保護(hù)的重要戰(zhàn)略意義和世界各國(guó)紛紛走可持續(xù)發(fā)展道路的背景下提出來(lái)的，是國(guó)內(nèi)外材料科學(xué)與工程研究發(fā)展的必然趨勢(shì)。
生態(tài)環(huán)境材料的評(píng)價(jià)
        目前通常采用生命周期評(píng)價(jià)(Life cycle assessment，LCA)的基本概念、原則和方法對(duì)材料或產(chǎn)品進(jìn)行環(huán)境行為評(píng)估。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(IS014040：2005)對(duì)LCA的定義：對(duì)一個(gè)產(chǎn)品系統(tǒng)的生命周期輸入、輸出及其潛在環(huán)境影響的匯編和評(píng)價(jià)。生命周期是指產(chǎn)品系統(tǒng)中前后銜接的一系列階段，包括產(chǎn)品原材料的提取與加工、制造、運(yùn)輸和銷(xiāo)售、使用、再使用、維持、循環(huán)回收，直至最終處理。在LCA研究中有四個(gè)階段：1）目標(biāo)和范圍的確定；2）清單分析；3）影響評(píng)價(jià)；4）解釋。
生態(tài)環(huán)境材料研究的主要方向
        生態(tài)環(huán)境材料研究的主要方向有：① 減少人均材料流量，減少材料集約化程度 ；② 減少壽命周期中的環(huán)境負(fù)荷，使用生態(tài)化的生產(chǎn)工藝 ；③開(kāi)發(fā)天然能源，使用藏量豐富的礦物和天然材料；④ 避免使用有害物質(zhì)，使用“清潔”材料 ；⑤使用長(zhǎng)壽命材料，強(qiáng)化再生利用，強(qiáng)化生物降解性；⑥修復(fù)環(huán)境，強(qiáng)調(diào)生態(tài)效率(性能一環(huán)境負(fù)荷比)；⑦環(huán)境負(fù)荷小的高分子合金設(shè)計(jì)；⑧可再生循環(huán)高分子材料的設(shè)計(jì)；⑨完全降解高分子材料設(shè)計(jì)；⑩高分子材料加工和使用過(guò)程中產(chǎn)生的有害物質(zhì)無(wú)害化處理技術(shù)。
生物降解材料
        生物降解材料是20世紀(jì)80年代后由于環(huán)境和能源之間的矛盾凸顯而發(fā)展起來(lái)的一種新型高分子材料 。它是指在一定條件下、一定時(shí)間內(nèi)能被細(xì)菌、霉菌、藻類(lèi)等微生物降解的一類(lèi)高分子材料。真正的生物降解高分子在有水存在的環(huán)境下，能被酶或微生物水解降解，從而使高分子主鏈斷裂，分子量逐漸變小，以致最終成為單體或代謝成二氧化碳和水。
生物降解材料的作用機(jī)理
        生物降解性高分子材料的降解通常是以化學(xué)方式進(jìn)行的，即在微生物活性的作用下，酶進(jìn)入聚合物的活性位置并滲透至聚合物的作用點(diǎn)后，使聚合物發(fā)生水解，從而使聚合物的分子骨架發(fā)生斷裂，成為小的鏈段，并最終斷裂成穩(wěn)定的小分子產(chǎn)物，完成降解過(guò)程。一般高分子材料通過(guò)生物物理作用、生物化學(xué)作用和酶的直接作用等途徑而進(jìn)行降解。
生物降解材料的研究進(jìn)展
        目前在生物降解材料方面研究最熱、發(fā)展最快的為醫(yī)用生物降解高分子材料。主要為聚乳酸(PLA)類(lèi)醫(yī)用高分子降解材料，因其無(wú)毒、無(wú)刺激性、強(qiáng)度高、易加工成型，具有優(yōu)良的生物兼容性，可生物降解吸收，在生物體內(nèi)經(jīng)過(guò)酶解，最終分解成水和二氧化碳，所以廣泛用于醫(yī)療方面。筆者以PLA類(lèi)醫(yī)用生物降解材料為例說(shuō)明生物降解材料的研究進(jìn)展。
幾種重要的生物降解材料及應(yīng)用
        當(dāng)前國(guó)內(nèi)外研究的高分子生物降解材料主要有：①淀粉基降解材料 。淀粉基降解材料指的是其組成中含有淀粉或其衍生物作為共混體系的一類(lèi)材料。淀粉作為可再生資源價(jià)廉易得，淀粉填料能促進(jìn)基體樹(shù)脂的降解，加工和成型利用現(xiàn)有的填充塑料加工技術(shù)和設(shè)備，使用性能與基體樹(shù)脂接近或相當(dāng)。②PLA類(lèi)降解材料 』。PLA無(wú)毒、無(wú)刺激性、強(qiáng)度高、易加工成型，具有優(yōu)良的生物兼容性，可生物降解吸收，在生物體內(nèi)經(jīng)過(guò)酶解，最終分解成水和二氧化碳。PLA類(lèi)降解材料是一種新型功能性醫(yī)用高分子材料。③ 聚酸酐降解材料 。20世紀(jì)70年代人們利用其水解不穩(wěn)定性，開(kāi)發(fā)出生物降解材料。由于其優(yōu)良的生物兼容性和表面溶蝕性，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。④ 聚氨酯(PUR)降解材料 。可降解性PUR主要有纖維素／木質(zhì)素／樹(shù)皮改性PUR、單糖或二糖改性PUR和淀粉改性PUR。廣泛用于建筑、家具、電器等行業(yè)。⑤ 聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(PET)／聚乙二醇(PEG)降解材料 。PET是一種性能優(yōu)良的通用高分子材料，當(dāng)其中加入PEG進(jìn)行熔融共縮聚，可以合成具有微相分離結(jié)構(gòu)的嵌段共聚物，其降解速度明顯加快，為聚合物用作環(huán)境友好材料和生物醫(yī)學(xué)材料奠定了基礎(chǔ)。
生物降解材料的應(yīng)用極為廣泛，包括醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、工業(yè)包裝、家庭娛樂(lè)等 。近年來(lái)發(fā)展的生物降解性吸收高分子材料是指材料完成醫(yī)療作用后，在一定時(shí)間內(nèi)被水解或酶解成小分子參與正常的代謝循環(huán)，從而被人體吸收或排泄。生物降解塑料已被用在血管外科、矯形外科、體內(nèi)藥物釋放基體和吸收性縫合線等醫(yī)療領(lǐng)域。農(nóng)用降解材料最終轉(zhuǎn)化成提高土質(zhì)的材料，主要有農(nóng)用覆膜、藥物的控制釋放。在塑料卡中(如信用卡、IP卡等)加入降解性材料也能使其在廢棄后迅速降解而不污染環(huán)境。目前在美國(guó)等西方發(fā)達(dá)國(guó)家 ，包裝材料和方便袋等都已使用可降解的紙材料或紙袋。這些材料的使用大大降低了對(duì)環(huán)境的白色污染，提高了環(huán)境質(zhì)量。我國(guó)目前已經(jīng)開(kāi)始重視白色污染的問(wèn)題，2008年6月1日開(kāi)始實(shí)行的“限塑令”就充分說(shuō)明了這一點(diǎn)。
長(zhǎng)壽命高分子材料
        長(zhǎng)壽命高分子材料的開(kāi)發(fā)是未來(lái)高分子材料重要研究?jī)?nèi)容之一，但是應(yīng)根據(jù)用途和是否對(duì)環(huán)境產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響進(jìn)行綜合研究 。通過(guò)延長(zhǎng)高分子材料的使用壽命，從而提高資源的利用率，降低資源開(kāi)發(fā)速度。目前日本在長(zhǎng)壽命高分子材料研究方面處于領(lǐng)先地位，日本出興光產(chǎn)公司開(kāi)發(fā)了長(zhǎng)壽命藍(lán)光和綠光有機(jī)發(fā)光材料 ，此材料改進(jìn)了藍(lán)光有機(jī)發(fā)光材料的分子結(jié)構(gòu)，因而得到電流發(fā)光效率為9 cd／A，半壽命為223 000 h，不僅改進(jìn)了綠光有機(jī)發(fā)光材料的色純度，而且提高了壽命。蘭偉等 對(duì)用于長(zhǎng)壽命熱電池的氣相SiO，復(fù)合保溫材料進(jìn)行了研究。其所研制的保溫材料在500~C，密度為0．265 g／em 時(shí)，導(dǎo)熱系數(shù)為0．0629 W／(Ill·K)，接近美國(guó)同類(lèi)材料Min—K的水平。
仿生物材料
        人工制造的具有生物功能、生物活性或者與生物體相容的材料稱為仿生物材料。仿生物材料在生物兼容性的基礎(chǔ)上，從材料的制備到應(yīng)用都與環(huán)境、人體有著自然的協(xié)調(diào)性。已經(jīng)研究開(kāi)發(fā)的仿生物材料主要有生物陶瓷及其復(fù)合材料、組織工程材料和仿生智能材料等。組織工程材料是用于取代某些生物體組織器官或恢復(fù)、維持以及改善其功能的一類(lèi)仿生物材料。常見(jiàn)的組織工程材料包括組織引導(dǎo)材料、組織誘導(dǎo)材料、組織隔離材料、組織修復(fù)材料和組織替換材料等。仿生智能材料是指能模仿生命系統(tǒng)，同時(shí)具有感知和驅(qū)動(dòng)雙重功能的材料。仿生智能材料剛剛出現(xiàn)十余年，但已經(jīng)發(fā)展成為生物材料領(lǐng)域最引人注目的研究熱點(diǎn)之一。目前主要有智能高分子凝膠材料、智能藥物釋放體系以及仿生薄膜材料等。
生態(tài)環(huán)境材料的發(fā)展趨勢(shì)
         生態(tài)環(huán)境材料經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展和研究，以下幾點(diǎn)已為世界公認(rèn)：① 材料的環(huán)境性能將成為2l世紀(jì)新材料的一個(gè)基本性能；②用LCA方法評(píng)價(jià)材料產(chǎn)業(yè)的資源和能源消耗、三廢排放等將成為一項(xiàng)常規(guī)的評(píng)價(jià)方法；③結(jié)合資源保護(hù)、資源綜合利用，對(duì)不可再生資源的替代和再資源化研究將成為材料產(chǎn)業(yè)的重要發(fā)展方向；④各種生態(tài)環(huán)境材料及其產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和廣泛應(yīng)用是其發(fā)展的重點(diǎn)。
高分子生態(tài)環(huán)境材料未來(lái)的發(fā)展方向是：① 開(kāi)發(fā)高效生產(chǎn)技術(shù)，使高分子材料精細(xì)化、功能化、高性能化以及生態(tài)化；②優(yōu)化設(shè)計(jì)，根據(jù)各種高分子材料制品用途進(jìn)行可降解或長(zhǎng)壽命高分子材料的設(shè)計(jì)；③探討與環(huán)境協(xié)調(diào)的再生循環(huán)方法，使高分子材料廢棄物變廢為寶，實(shí)現(xiàn)資源再生利用。
總之，生態(tài)環(huán)境材料必將成為未來(lái)新材料的一個(gè)重要分支，作為跨材料科學(xué)、環(huán)境科學(xué)以及生態(tài)科學(xué)等學(xué)科的新型材料，在保持資源平衡、能源平衡和環(huán)境平衡，實(shí)現(xiàn)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展等方面將起到非常重要的作用。如果在生產(chǎn)和生活中廣泛使用該類(lèi)材料，就可以實(shí)現(xiàn)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，使資源和能源得到有效的利用，使我們的生產(chǎn)和生活環(huán)境得到有效的保護(hù)。該類(lèi)材料代表著科學(xué)技術(shù)發(fā)展的方向和社會(huì)發(fā)展進(jìn)步的趨勢(shì)，必將對(duì)人類(lèi)社會(huì)進(jìn)步起到巨大的推動(dòng)作用。