聚乳酸塑料袋厚度對生物分解性能的影響

郭迎迎 ，關(guān) 欣 ，劉俊會 ，李尚禹 ，李桂杰 ，張 健 ，葛 磊

（1.吉林省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗院，吉林長春130103；2.吉林省安信食品技術(shù)服務有限責任公司，吉林長春130012）

聚乳酸作為一種可生物降解的高分子聚合物，可廣泛應用于醫(yī)療、藥學、農(nóng)業(yè)、包裝業(yè)、服裝業(yè)等領(lǐng)域，以替代傳統(tǒng)材料；聚乳酸還是一種低能耗產(chǎn)品，比以石油產(chǎn)品為原料生產(chǎn)的聚合物低30%～50%能耗。由于2015年1月1日吉林省“禁塑令”的實施，聚乳酸類塑料袋作為環(huán)境友好型材料代替了不可降解類塑料產(chǎn)品，聚乳酸塑料袋產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展。隨著聚乳酸產(chǎn)業(yè)的迅速崛起，相應的產(chǎn)品標準、方法檢驗標準較少，禁塑前期按照國家標準《塑料購物袋的環(huán)保、安全和標識通用技術(shù)要求》（GB 21660-2008）控制產(chǎn)品質(zhì)量，標準中強制性條款限制了聚乳酸塑料袋厚度不能低于0．025 mm，許多生產(chǎn)廠家提出對于聚乳酸類可降解塑料袋厚度可相對減小，同時國家標準GB 21660-2008于2017年3月轉(zhuǎn)化為推薦性標準。

本文旨在研究聚乳酸塑料薄膜袋厚度對其生物分解性能的影響，考察厚度與生物分解性能的內(nèi)在聯(lián)系，為聚乳酸塑料袋的生產(chǎn)、使用、貯存提供理論依據(jù)，從而推進聚乳酸產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，同時為聚乳酸塑料袋的監(jiān)督檢驗提供技術(shù)支持。

1 實驗部分

1.1 儀器與材料

總有機碳分析儀（德國元素公司，Vario）。薄層色譜級（TLC）纖維素（正控制參比材料，粒度小于20um）；蛭石（粗糙型，表觀密度 80kg/m3±16 kg/m3；粒徑：80%在 4～12mm 之間，2%的顆?？赏ㄟ^0．5mm篩）。

1.2 樣品研制

分別選取 3家承重量為 6 kg，厚度為 0．010 mm、0．015 mm、0．020 mm、0．025 mm、0．030 mm、0．035 mm 的聚乳酸塑料袋。

1.3 實驗方法

1.3.1 蛭石前處理 將蛭石置于馬弗爐中，550℃煅燒2h。

1.3.2 配制營養(yǎng)液實驗方法采用蛭石代替堆肥，首次接種在含有有機物、無機物和腐熟堆肥培養(yǎng)液中進行，培養(yǎng)液的組分見表1、表2和表3，蛭石與培養(yǎng)液的比例為1∶3（質(zhì)量/體積）。

表1 1升微量元素溶液的組分

表2 1升礦物溶液的組分

表3 1升接種溶液中的組分

1.3.3 活化蛭石 配制所需質(zhì)量的蛭石與培養(yǎng)液混合物，在每個活化反應器中放入1 kg蛭石和3升培養(yǎng)液混合物?；罨磻鞣謩e稱量后，在50℃的環(huán)境下培育3d。

1.3.4 粉碎樣品 稱取聚乳酸塑料袋50g，粉碎至表面積為2×2cm正方形，待用。

1.3.5 裝樣 稱取培育好的活化蛭石200g（干重）和粉碎好的樣品50g（干重），混合均勻后放入實驗材料堆肥容器中，平行實驗3個；用薄層色譜級纖維素代替樣品，按照上述比例放入?yún)⒈炔牧隙逊嗜萜髦?，作為參比對照實驗，平行實?個；同時進行3個空白實驗，空白實驗只含接種物，空白實驗與樣品實驗中接種物的總干固體量相等。

1.3.6 監(jiān)測CO2排出量 將上述實驗材料堆肥容器、參比材料堆肥容器及空白容器放置在58℃的實驗環(huán)境中培養(yǎng)，每天監(jiān)測CO2排出量，計算生物分解率，45天后參比材料的生物分解百分率超過70%，繼續(xù)培養(yǎng)，直至實驗材料即樣品生物分解趨于平穩(wěn)或生物分解百分率達到90%，實驗結(jié)束。

2 結(jié)果與討論

2.1 結(jié)果有效性判斷

根據(jù)實驗結(jié)果可知：45天后參比材料的生物分解百分率為88．21%，超過70%，說明細菌生長良好，分解能力正常，實驗結(jié)果有效；實驗結(jié)束時不同容器的參比材料的生物分解百分率的相對偏差＜20%，說明實驗精密度較好，實驗結(jié)果有效；實驗前10天內(nèi)空白容器產(chǎn)生的CO2的平均值為115 mg/g揮發(fā)性固體，說明細菌存活，實驗結(jié)果有效。

綜上，聚乳酸塑料袋生物分解實驗結(jié)果有效。

2.2 實驗結(jié)果與分析

本研究以承重量6kg聚乳酸塑料袋為例，分別測試廠家A、B、C生產(chǎn)的不同厚度聚乳酸塑料袋的生物分解百分率。根據(jù)測試結(jié)果可知：不同厚度聚乳酸塑料袋在生物分解實驗45天后，生物分解率均不低于60%，在150天后生物分解百分率達84%以上，說明聚乳酸塑料袋生物分解性能較好；不同厚度聚乳酸塑料袋在生物分解實驗過程中均表現(xiàn)為遲滯、生物分解及平穩(wěn)3個階段，即聚乳酸塑料袋生物分解百分率隨著時間的增加，生物分解百分率逐漸增大，最終趨于平穩(wěn)；不同厚度聚乳酸塑料袋在生物分解實驗前10天，生物分解百分率幾乎無差別，10天后，厚度較小的聚乳酸塑料袋生物分解百分率明顯高于厚度較大者，且厚度較小者生物分解百分率提前達到90%，但總體生物分解百分率低于纖維素參比材料。

3 結(jié)論

聚乳酸塑料袋厚度對其生物分解性能存在一定的影響，在生物分解階段，厚度越小，生物分解性能越好。因此，在滿足塑料袋物理性能條件時，可生產(chǎn)厚度較小的聚乳酸塑料袋，既能節(jié)約資源，降低成本，又可提高生物分解性能，但在使用過程中需注意聚乳酸塑料袋保質(zhì)期，從而減少由于聚乳酸塑料袋在自然條件下生物分解導致物理性能下降從而對消費者造成一定的損失與不便。