「可持续设计理念」课程系列16丨文：环保手机壳真的环保吗？
可持续设计理念
Sustainability consciousness
我们的星球是一个巨大的生态系统，由无数相互关联互动的子系统构成，可持续性既在于宏观星球尺度，也在于无数细小短暂的微观层面。
设计属于人类的基本活动，而每一件设计都将对可持续性产生积极或消极的影响。如果设计师能理解人类活动是如何影响环境的，设计就能使人类的命运重获生机。在年轻的设计专业学生中根植可持续意识，是迈向真正的可持续发展的重要一步。
在这样的背景下，同济大学设计创意学院多年前便开设了 “可持续设计理念”(Sustainability consciousness)课程，希望培养具有“可持续理念”的设计师。课程的核心是引导同学们理解人类系统与自然系统之间的互动关联，洞察生活中可持续性的议题：在衣、食、住、行、文、弃等诸多生活场景中，研究人类行为对生态环境的影响；探讨现有的设计实践、潜在的设计策略，可以/可能在哪些环节、怎样的层面上、如何影响到人类系统的衣、食、住、行、文、弃，进而影响到自然系统的大气、水体、土地环境、生物圈等等，领悟设计所能产生的影响。
近年来我院朱小村、姚雪艳、曹静、刘洋、莫娇、童毓舟等多位老师，与校内外专家共同开展了这项课程的教学和指导工作。课程结题作业要求学生们3-6人一组，从日常生活出发挖掘可持续议题，探究“熟视无睹、习以为常、理所当然”的现象背后的深远影响，并通过设计专业技能，将这些分析和思考呈现传达出来，鼓励同学们在探究的基础上提出新颖、创新的想法和概念。
我们选取了自2017年至2021年五年间的共约20个有代表性的学生作业，按照衣、食、住、行、文、弃几个方面的顺序依次向读者呈现，希望与社会各界人士共同交流和探讨“可持续”相关议题的同时，激发和引导公众在日常生活中增强可持续发展意识，践行可持续发展理念。
「可持续设计理念」课程系列 16
随着智能手机的发展，大量消费者使用各种各样的手机壳来保护和装饰手机，其中TPU塑胶手机壳以较低廉的价格和较好的保护效果占据了较大市场份额。那么塑胶手机壳的生产过程中会对环境产生哪些影响呢?
据 eMarketer 统计数据显示，2019年全球智能手机用户数约为29.5亿，2022年将增长至33.2亿。随着智能手机的蓬勃发展，由此衍生的手机周边配件行业也呈现火爆态势。手机壳作为最常见的手机周边配件产品之一，近几年伴随智能手机发展而产生了新的模式，手机壳不再局限于保护手机的作用，而是成为一个独立商品，并且逐渐形成了颇具特色的产业链。
图1 全球智能手机用户数量趋势（作者自绘 数据来源于网络）
手机壳市场上，硅胶和TPU塑胶（聚氨酯）市场份额始终保持领先。其中又以TPU塑胶更为常见。据中国聚氨酯工业协会弹性体专委会统计，2018 年我国聚氨酯制品消费总量达到1130万吨，其中聚氨酯弹性体消费量约为110万吨，约占聚氨酯总消费量的10%。本文将以TPU塑胶手机壳为主要研究对象。
图2 2019年11月各材质手机壳淘宝月销量（万）（作者自绘 数据来源于淘宝）
2.赠品手机壳带来的浪费
我们针对此话题在大学生群体中抽选了300人进行市场调研。
结果显示，有58.9%的用户会选择在淘宝、京东等网络购物平台购买手机。商家为了促进销售会为用户赠送配套的透明手机壳，然而98%的用户都会丢弃赠送手机壳。
图3 商家赠送手机壳数据 （作者自绘 数据来源于淘宝与调研结果）
88% 的年轻用户会选择在一年内购买至少更换一次手机壳，40%的年轻用户一年内至少更换2次。
图4 手机壳更换时间（作者自绘 数据来源于调研结果）
TPU(Thermoplastic polyurethanes)的中文名称为热塑性聚氨酯弹性体橡胶。主要分为聚酯型和聚醚型，是介于橡胶和塑料的一类高分子材料。
它质地透明，具有硬度范围广(60HA-85HD)、机械强度高、耐磨、耐油、耐水等多种优点。同时多数易降解， 通常需要 4-5 年的时间可完全降解，具有良好的再生利用性。
因此，可以说它是一种环保材料。
图5 TPU材质颗粒（图片来源于网络）
主要生产原料就是TPU塑料颗粒。前后的生产工艺包括金属模具开模、防划涂料等。
主要生产原料有TPU塑料颗粒、工业色粉。前后生产工艺包括金属模具 开模、防划、固色涂料等。
主要生产原料有TPU塑料颗粒、工业色粉和UV油墨。前后生产工艺包括金属模具开模、前处理漆(PVC漆) 防划、固色涂料等 。
图6 不同类型的TPU手机壳（作者自绘）
TPU 不会产生刺激性的味道，也不会散发有毒气体。将 TPU 材料燃烧，其烟雾是为白色烟雾，其毒性较小。将TPU埋入土壤只需1年左右的时间就能分解，分解后变成水、氢气和氧气，因此TPU 材料不会造成大自然环境的破坏，同时也几乎不会对人体产生危害。
图7 TPU化学成分组成（作者自绘）
主要是为手机壳外观喷上各种图案以美观产品。UV 油墨已成为一种较成熟的油墨技术，其污染物排放几乎为零。但普通UV油墨中需要加入的稀释剂丙烯酸酯类化合物，会造成不同程度的皮肤刺激和毒性。
图8 UV油墨化学成分组成（作者自绘）
图9 色粉成分组成（作者自绘）
4.生产流程污染
图10 手机壳生产流程图（作者自绘）
在生产的五个环节中最重要的是三类的污染——固体废弃物、有机废气和噪声。
固体废弃物主要来自原料与包装环节；有机废气主要来自注塑成型与UV打印，噪声污染则涵盖了整个生产流线。其中，有机废气是整个生产环节中污染最大的部分。
以广州省聚胜电子科技的手机壳建项报告(生产总量为200万个)为例，在注塑成型的过程中，会产生0.014t/a的VOCs(有机废气)，UV打印过程中会产生 0.0175t/a的VOCs。一年共有0.0315t 的VOCs排放量。
根据国家标准——0.08mg/m³ 的标准计算 :
0.0315t=31.5kg=31500000mg
31500000/0.08=393750000m³
一个手机壳工厂其中一种材料的手机壳生产，一年就排放高达将近4亿立方米的 VOCs。
图11 某手机壳厂废气年排放量体积示例（作者自绘）
5.UV 打印涂装加工存在的环境问题
图12 手机壳涂装加工流程（作者自绘）
（1）喷涂过程中产生的大量漆雾
在喷涂过程中，空气压力经过自动喷枪使经过喷嘴的油漆雾化，雾化后的油漆颗粒具有一定的速度，部分附着在手机壳表面并随着烘干固化工序固化成膜，多余的雾状油漆颗粒则在喷漆室内水帘机抽风作用下，进入水帘机和后续废气处理设备。喷涂采用自动喷枪空气喷涂，参照 《现代涂装手册》，其喷涂效率约50%，这意味着有50%的雾装油漆微粒形成了漆雾扩散，一方面油漆利用效率低，另一方面也形成了大量的漆雾，对环境影响较大。
（2）油漆涂料中含有的大量有机溶剂挥发
塑料类手机壳喷涂多数采用油性漆喷涂，其有机溶剂的含量高达 50% 甚至更高。有机溶剂在喷涂及烘干或固化过程中均形成了有机废气，扩散在大气环境中，对环境影响较大。
（3）废气治理过程中产生高浓度废水
为了降低漆雾对环境的影响，喷漆室多配套水帘机对漆雾进行处理，同时为了保障后续有机废气处理设备对有机废气的处理效果，在水帘机后有机废气处理设备前多设置水喷淋塔对漆雾进行处理。水帘机和水喷淋塔中循环用水随着循环次数增加，其污染物浓度提升不能循环使用，需定期更换形成生产废水。该生产废水具有污染物浓度高的特点。
（4）废气治理过程中产生大量废活性炭
目前，塑胶手机壳涂装过程中油漆有机溶剂挥发出来的废气多采用单极或两级处理设施进行处理，为了保护有机废气的治理效率，地方环保管理部门多要求有机废气的最后一级处理设施为活性炭吸附塔。活性炭吸附法处理有机废气是利用活性炭内部孔隙结构发达、比表面积 大、吸附能力强、使气相分子吸附在活性炭表面以防止有机废气直接排放到大气环境中。当活性炭吸附能力趋向饱和时，须更换塔内活性炭。根据《现代涂装手册》，活性炭对有机废气对吸附能力为0.1~0.4g/g, 即吸附1t有机废气，需要2.5~10t的活性炭，产生的废活性炭还需委托有相应资质的机构回收处理。
但在生产手机壳的过程中仍旧会产生废水、废气、废料污染环境。另外根据我们的调查，虽然废旧手机壳多为可回收垃圾，但高达98%的消费者只是将其丢弃，大量的手机壳难以回收利用。因此，“环保材料”制作的手机壳也不见得十分环保。
想要使手机壳的使用更加可持续，可以研发天然有机材料使手机壳自然降解速度更快，然而新材料的开发与制作过程大大提高成本，也就提高了售价，这使得其难以替代现有市场。
图13 设计思考图解（作者自绘）
我们还注意到，市场上已经悄然出现一种不同于手机壳的手机保护套——手机边框。用同样的材料制作手机边框，省材省料，可节约大量能源，减少大量污染。然而手机边框由于各种原因并不受大多人的欢迎。接下来或许可以提升手机边框的设计，使其兼具实用性、可持续性与美感;同时探索在“边框”的基础上更节省材料的办法，例如，“手机保护角”。
最后，可以将目光转到手机本身，或许在不远的将来，每一个智能手机足够坚实也足够个性，手机壳将成为一个不再被需要的产品。
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手机壳作为手机的衍生产品，在日常生活中比手机更新换代的的频率更为快速。作者们从手机壳出发，关注身边的事物对于环境的影响。总体表达比较清晰，且在推进过程中，进步比较明显。设计思考中关于手机包装做手机壳的想法很有设计师的眼光。另外，“环保手机壳”的定义没有十分明确，需要打一个引号。（指导老师：莫娇）