可生物降解材料知多少

編輯/秦悅

綠色生態(tài)材料是綠色低碳發(fā)展的基礎(chǔ)，而生物降解性能是衡量材料的重要指標(biāo)

在“雙碳”目標(biāo)的大背景下，綠色低碳發(fā)展是當(dāng)今時(shí)代產(chǎn)業(yè)變革的鮮明特征。在企業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程中，綠色生態(tài)材料的廣泛應(yīng)用是綠色低碳發(fā)展的基礎(chǔ)，而生物降解性能是衡量綠色生態(tài)材料的重要指標(biāo)。

通用技術(shù)中紡院中紡標(biāo)檢驗(yàn)認(rèn)證股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“中紡標(biāo)”）可以為塑料、紙類(lèi)、紡織品等材料提供生物降解性能測(cè)試及分析服務(wù)，助力產(chǎn)品綠色升級(jí)。針對(duì)業(yè)界對(duì)于生物降解性能測(cè)試相關(guān)的疑問(wèn)，可生物降解材料的分類(lèi)及發(fā)展前景，中紡標(biāo)進(jìn)行了解讀。

生物降解性能測(cè)試

生物降解是指由生物活動(dòng)引起的降解，尤其是酶的作用引起材料化學(xué)結(jié)構(gòu)的顯著變化。由于材料被微生物或某些生物作為營(yíng)養(yǎng)源而逐步消解，導(dǎo)致質(zhì)量損失、性能如物理性能下降等，并最終導(dǎo)致材料被分解成成分較簡(jiǎn)單的化合物或單質(zhì)，如二氧化碳（CO2）或/和甲烷（CH4）、水（H2O）及其所含元素的礦化無(wú)機(jī)鹽以及新的生物質(zhì)。

常用測(cè)試方法

GB/T 19277.1-2011《受控堆肥條件下材料最終需氧生物分解能力的測(cè)定 采用測(cè)定釋放的二氧化碳的方法 第1 部分：通用方法》為通用方法，在材料的可降解性能的測(cè)試中應(yīng)用最為廣泛。

測(cè)試結(jié)果

由于降解過(guò)程和環(huán)境介質(zhì)有關(guān)，介質(zhì)本身也會(huì)微生物降解釋放二氧化碳，所以在試驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)進(jìn)行同樣質(zhì)量的介質(zhì)進(jìn)行空白試驗(yàn)。含試樣的試驗(yàn)反應(yīng)器得到二氧化碳釋放量減去空白介質(zhì)釋放的二氧化碳釋放量才為實(shí)際樣品的二氧化碳釋放量得到試樣的生物分解率（絕對(duì)生物分解率）；另外，為驗(yàn)證介質(zhì)的降解和試驗(yàn)有效性，將已知是完全降解的材料如纖維素作為正參比材料，同時(shí)進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，試樣絕對(duì)生物分解率和正參比材料絕對(duì)生物分解率的百分含量即為相對(duì)生物分解率。

測(cè)試對(duì)象

塑料、紙類(lèi)、紡織品等。

測(cè)試周期

根據(jù)材料的降解速度不同，測(cè)試周期為45天～180天。

考核生物降解性能的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)

GB/T 38082-2019 生物降解塑料購(gòu)物袋

GB/T 33798-2017 生物聚酯連卷袋

GB/T 35795-2017 全生物降解農(nóng)用地面覆蓋薄膜

GB/T 37857-2019 聚乳酸熱成型一次性驗(yàn)?zāi)虮?/p>

GB/T 18006.3-2020 一次性可降解餐飲具通用技術(shù)要求

GB/T 37866-2019 綠色產(chǎn)品評(píng)價(jià) 塑料制品

GB/T 30406-2013 植物纖維模塑制品通用技術(shù)要求

GB/T 28206-2011 可堆肥塑料技術(shù)要求

GB/T 38727-2020 全生物降解物流快遞運(yùn)輸與投遞用包裝塑料膜、袋

GB/T 33897-2017 生物聚酯聚羥基烷酸酯（PHA）吹塑薄膜

GB/T 29284-2012 聚乳酸

GB/T 33796-2017 熱塑性淀粉通用技術(shù)要求

GB/T 32366-2015 生物降解聚對(duì)苯二甲酸-己二酸丁二酯（PBAT）

GB/T 31124-2014 聚碳酸亞丙酯（PPC）

GB/T 34255-2017 聚丁二酸-己二酸丁二酯（PBSA）樹(shù)脂

GB/T 37642-2019 聚己內(nèi)酯（PCL）

可降解產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)指標(biāo)比較

近年來(lái)，我國(guó)密集出臺(tái)了多項(xiàng)生物降解塑料產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。這些產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的降解性能評(píng)價(jià)指標(biāo)可分為四類(lèi)。

類(lèi)型一

a）相對(duì)生物分解率應(yīng)大于或等于90%，且材料中組分大于或等于1%的單一有機(jī)成分絕對(duì)生物降解率應(yīng)大于或等于60%。

b）如果生物降解塑料與制品由混合物或多種材質(zhì)復(fù)合組成，則組分小于1%的有機(jī)成分也應(yīng)生物降解，但可不提供能力證明，組分小于1%的各組分加和總量應(yīng)小于5%。

對(duì)應(yīng)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)

GB/T 41010-2021 生物降解塑料與制品降解性能及標(biāo)識(shí)要求

GB/T 41008-2021 生物降解飲用吸管

GB/T 18006.3-2020 一次性可降解餐飲具通用技術(shù)要求

類(lèi)型二

單一聚合物加工而成的材料生物分解率應(yīng)≥60%。

如果材料是混合物，其有機(jī)成分應(yīng)≥51%，生物分解率應(yīng)≥60%，且材料中組分≥l%的有機(jī)成分的生物分解率應(yīng)≥60%；或混合物的相對(duì)生物分解率應(yīng)≥90%，混合物中組分含量＜1%的有機(jī)成分，也應(yīng)可生物分解，但可不提供生物分解能力證明，其總量應(yīng)＜5%。

對(duì)應(yīng)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)

GB/T 38727-2020 全生物降解物流快遞運(yùn)輸與投遞用包裝塑料膜、袋

GB/T 38082-2019 生物降解塑料購(gòu)物袋

GB/T 33798-2017 生物聚酯連卷袋

GB/T 33897-2017 生物聚酯聚羥基烷酸酯（PHA）吹塑薄膜

類(lèi)型三

相對(duì)生物分解率≥90%

對(duì)應(yīng)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)

GB/T 37866-2019 綠色產(chǎn)品評(píng)價(jià) 塑料制品

*GB/T 35795-2017 全生物降解農(nóng)用地面覆蓋薄膜

GB/T 30406-2013 植物纖維模塑制品通用技術(shù)要求

GB/T 28206-2011 可堆肥塑料技術(shù)要求

*同時(shí)規(guī)定有機(jī)成分應(yīng)≥51%

類(lèi)型四

生物分解率≥60%

對(duì)應(yīng)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)

GB/T 37857-2019 聚乳酸熱成型一次性驗(yàn)?zāi)虮?/p>

GB/T 37642-2019 聚己內(nèi)酯（PCL）

GB/T 34255-2017 聚丁二酸-己二酸丁二酯（PBSA）樹(shù)脂

GB/T 32366-2015 生物降解聚對(duì)苯二甲酸-己二酸丁二酯（PBAT）

GB/T 31124-2014 聚碳酸亞丙酯（PPC）

GB/T 29284-2012 聚乳酸

從以上歸類(lèi)可知，不同產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的降解性能評(píng)價(jià)指標(biāo)存在差異，部分標(biāo)準(zhǔn)采用生物分解率，部分采用相對(duì)生物分解率。采用生物分解率評(píng)價(jià)的指標(biāo)為≥60%，而采用相對(duì)生物分解率評(píng)價(jià)的指標(biāo)為≥90%。由于在降解過(guò)程中材料中的有機(jī)碳最終被微生物降解，可能會(huì)有一部分有機(jī)碳變成生物死體或變成礦化無(wú)機(jī)鹽中的碳，所以測(cè)得的二氧化碳的碳含量達(dá)不到材料本身所含的碳含量。

生物降解原料和單一原料生物降解制品的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)均以生物分解率作為指標(biāo)要求；生物降解制品的部分產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)以相對(duì)生物分解率為指標(biāo)要求，大部分標(biāo)準(zhǔn)對(duì)有機(jī)成分含量有所要求，從而限制過(guò)多添加無(wú)機(jī)物，還有部分標(biāo)準(zhǔn)對(duì)大于1%含量和小于1%含量的成分有所要求。總體而言，國(guó)內(nèi)生物降解性能測(cè)試方法上較為統(tǒng)一，但在降解評(píng)價(jià)要求上不同產(chǎn)品間存在一定差異。所以作為原料測(cè)試和評(píng)定時(shí)，也要考慮未來(lái)在混合物中的降解效果，不能僅以原料測(cè)試結(jié)果作為最終產(chǎn)品的評(píng)價(jià)依據(jù)。

關(guān)于可生物降解材料

在“雙碳”目標(biāo)的大背景下，可生物降解材料因其環(huán)境友好特性而受到關(guān)注。這種材料能夠和垃圾一起處理，也可制成堆肥回歸大自然；因降解而使其體積減小，延長(zhǎng)填埋場(chǎng)使用壽命；不需要垃圾焚燒處理，減少有害氣體的排放；可減少隨意丟棄對(duì)環(huán)境及動(dòng)植物的危害；應(yīng)用范圍廣，不但可以應(yīng)用于農(nóng)業(yè)和包裝行業(yè)，還可以廣泛應(yīng)用于紡織、醫(yī)療行業(yè)。

2020年，國(guó)家出臺(tái)《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)塑料污染治理的意見(jiàn)》，修訂通過(guò)《中華人民共和國(guó)固體廢物污染環(huán)境防治法》，一系列政策和法律文件都明確提出支持推廣可降解材料，有序禁止、限制部分塑料制品的生產(chǎn)、銷(xiāo)售和使用，積極推廣可降解產(chǎn)品?？梢灶A(yù)見(jiàn)，未來(lái)生物降解材料的應(yīng)用領(lǐng)域會(huì)更加廣泛，會(huì)向著性能優(yōu)異、功能全面的方向發(fā)展。

可生物降解材料的分類(lèi)

可生物降解材料的來(lái)源包括生物來(lái)源和石化來(lái)源，生物來(lái)源包括植物、動(dòng)物和微生物來(lái)源，石化來(lái)源即從石油中獲得的原料來(lái)源。還可按以下方式分類(lèi)：

天然材料：直接從植物、動(dòng)物中獲取的材料，常見(jiàn)的有紡織材料中的棉纖維、麻纖維、蠶絲、動(dòng)物毛纖維等。

天然材料再生材料：以天然動(dòng)植物高分子材料為來(lái)源。植物來(lái)源包括淀粉、纖維素、木質(zhì)素及其衍生物等，動(dòng)物來(lái)源包括甲殼質(zhì)、蛋白質(zhì)等。不改變材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)，僅僅改變天然材料的物理結(jié)構(gòu)，經(jīng)過(guò)化學(xué)處理等加工而成的也稱(chēng)為可生物降解材料，常見(jiàn)的有紡織材料中的粘膠纖維、萊賽爾纖維、殼聚糖纖維、銅氨纖維、海藻纖維等。

可降解合成材料：絕大多數(shù)合成材料是很難自然降解的，即使降解也至少需要幾百年，因此人們投入了很大精力研究開(kāi)發(fā)可降解的合成材料，以減少其棄用后對(duì)環(huán)境的影響。可降解合成材料主要是以生物原料、石油化工原料中得到的低分子化合物，經(jīng)化學(xué)聚合后加工而成的高分子物質(zhì)。通過(guò)添加其它化學(xué)成分、改變組成成分、改性、再生形成高分子衍生物等方式，使其具有可降解性能。如生物基來(lái)源的聚乳酸（PLA）、聚羥基脂肪酸酯（PHA）、聚丁二酸丁二醇酯（PBS），石油基來(lái)源的聚己二酸/對(duì)苯二甲酸丁二醇酯（PBAT）、聚己內(nèi)酯（PCL）、聚乙交酯（PGA）等。

常見(jiàn)再生、合成生物降解材料的應(yīng)用

殼聚糖：廣泛應(yīng)用于食品添加劑、紡織、農(nóng)業(yè)、環(huán)保、美容保健、化妝品、抗菌劑、醫(yī)用敷料、人造組織材料、藥物緩釋材料、基因轉(zhuǎn)導(dǎo)載體、生物醫(yī)用領(lǐng)域、組織工程載體材料、醫(yī)療以及藥物開(kāi)發(fā)等眾多領(lǐng)域和其他日用化學(xué)工業(yè)。

聚乳酸（PLA）：可用于加工各種塑料制品、食品包裝、快餐飯盒、無(wú)紡布、工業(yè)及民用織物、服裝，一次性輸液工具、免拆型手術(shù)縫合線、藥物緩解包裝劑、人造骨折內(nèi)固定材料、組織修復(fù)材料、人造皮膚。

聚羥基脂肪酸酯（PHA）：可用于包裝材料、組織工程材料、緩釋材料、電學(xué)材料以及醫(yī)療材料等方面。

聚己二酸/對(duì)苯二甲酸丁二醇酯（PBAT）：主要用于包裝袋、地膜。

聚丁二酸丁二醇酯（PBS）：用于垃圾袋、包裝袋、化妝品瓶、各種塑料卡片、嬰兒尿布、農(nóng)用材料及藥物緩釋載體基質(zhì)等；還有其它涉及環(huán)境保護(hù)的各種塑料制品，如土木綠化用網(wǎng)、膜等?？捎糜诓途?、藥品瓶、一次性醫(yī)療用品、農(nóng)用薄膜、農(nóng)藥及化肥緩釋材料、生物醫(yī)用高分子材料等領(lǐng)域。

聚乙交酯（PGA）、聚己內(nèi)酯（PCL）：主要應(yīng)用于可控釋藥物載體、手術(shù)縫合線等醫(yī)用材料。

可降解滌綸、錦綸：主要應(yīng)用于服裝、鞋類(lèi)等，可降解錦綸在漁網(wǎng)、魚(yú)線上的應(yīng)用前景較好。但是，可降解滌綸、錦綸的價(jià)格偏高，降解能力上也存在一定的局限性，還需要進(jìn)一步的研究，因此并沒(méi)有大規(guī)模應(yīng)用。