GBPI标际 全生物降解塑料购物袋测试应用与分析——智能堆肥降解试验仪

　　近年来，随着电商、快递、外卖等新业态的发展，塑料购物袋的消耗量呈快速上升趋势，由此对环境造成的污染愈演愈烈。自《生物降解塑料购物袋》国家标准（GB/T 38082-2019）实施五年多以来，配合国家“限塑令”政策，我国每年减少传统塑料袋约200亿只，相当于节约石油资源120万吨，减少二氧化碳排放84万吨。
 

　　生物降解塑料是指在自然界中如土壤和/或沙土等条件下，和/或特定条件如堆肥化条件下或厌氧消化条件下或水性培养基中，由自然界存在的微生物作用引起降解，并最终降解变成二氧化碳(CO2)或/和甲烷(CH4)、水(H2O)及其所含元素的矿化无机盐以及新的生物质的一种塑料。可生物降解塑料的降解机理见图1。推进生物降解塑料代替一次性不可生物降解塑料可在一定程度上解决塑料污染问题。
 

图1  可生物降解塑料的降解机理
 

　　目前市面上主要的膜袋类生物降解塑料制品成分多为聚对苯二甲酸己二酸丁二醇酯(PBAT)、聚乳酸(PLA)、淀粉(ST)的两种或两种以上，以及无机填料滑石粉(TALC) 或碳酸钙(CaCO3)制成。在我国政府的推动下，中国降解塑料技术取得了显著进步，PLA、PBAT、PHA等生物降解材料的技术水平不断提高，生产成本逐渐降低，为生物降解塑料购物袋的广泛应用提供了技术保障。
 

　　1 可降解技术与可堆肥法检测方法技术变化
 

　　降解性能检验方法有可堆肥降解(GB/T19277.1，GB/T19277.2等)，淡水环境降解(GB/T19276.1，GB/T19276.2等)，可土壤环境降解(GB/T22047)，海洋环境降解(GB/T40612，GB/T40611，GB/T40367等)，污泥厌氧消化降解(GB/T 38737)，高固态厌氧消化降解(GB/T 33797)。堆肥法作为可降解检测技术中的仲裁法，被广泛应用于目前可降解材料与制品的测试，测试标准依据GB/T 19277.1-2025《受控堆肥条件下材料最终需氧生物分解能力的测定采用测定释放的二氧化碳的方法 第1部分：通用方法》(ISO 14855-1:2012, IDT)。该测试方法已正式实施。本方法模拟混入城市固体废料中有机部分的典型需氧堆肥处理条件，试验材料曝置在堆肥产生的接种物中，在温度、氧浓度和湿度都受到严格检测和控制的环境条件下进行堆肥。测定试验材料中碳转化成释放出的二氧化碳的转化百分率。
 

　　本文基于堆肥法测试原理，对全生物降解塑料购物袋(材质：PBAT+PLA+ST)进行生物分解率的测试和达标分析。
 

　　2 试验
 

　　2.1材料与设备
 

　　微晶纤维素(薄层色谱级)，国药集团化学试剂有限公司；全生物降解购物袋，材质：PBAT+PLA+ST，市售。腐熟堆肥土，肥龄2~4个月，市售。
 

　　
       AUTO GBDA-180智能堆肥降解试验仪，广州标际；TOC-L CPH+SSM-5000A 总有机碳分析仪，SHIMADZU；PHS-3E便携式PH计，雷磁；GSX2-4-10G马弗炉，广州标际；DHG-9030A鼓风干燥箱，广州标际。
 

　　2.2 试验方法
 

　　2.2.1 性能测试
 

　　总干固体测试：样品在105℃鼓风干燥条件下，冷却恒重后的质量与原样品的占比
 

　　挥发性固体(有机成分)测试：样品在550℃高温条件灼烧后损失质量占总干固体含量百分比
 

　　总有机碳含量(TOC)测试：干基结果采用TOC-L CPH+固体样品模块SSM-5000A 总有机碳分析仪
 

　　对接种物，参比材料，试验材料分别进行总干固体，挥发性固体，总有机碳和PH测试。使用堆肥土前去除较大的惰性物质后，用0.5 cm筛子筛选，把试验材料(塑料袋)剪碎，最大表面积不超过2cm*2cm。处理好的样品见图2。
 

图2 预处理后的参比材料、试验材料和接种物
 

　　参考GB/T19277.1-2025和GB/T 38082-2019标准的要求，样品预处理和指标见表2，样品测试结果见表3。
 

表2 样品外观和指标

 

表3 样品测试结果
 

 

　　基于标准GB/T19277.1-2025，在好氧工业堆肥条件下进行生物降解性能测试。试验温度为58℃±2℃，接种物的水分含量控制在50%~55%，试样材料(或参比材料)和接种物以1:6的干重比例充分搅拌混合，装入到反应釜中，试验过程需保持充分曝气，氧气浓度不低于6%，定期搅拌。空白试验、参比试验和样品试验需各测试3个平行样，取均值。常规45天~6个月的试验周期内，采用连续红外二氧化碳传感器来定量测试每个堆肥容器排放的二氧化碳含量，试验扣除空白后二氧化碳累计释放量与二氧化碳理论释放量的比值，为生物分解率。
 

 

　　本次测试的试验材料在试验128天生物分解率曲线达到相对平稳状态，终止测试。根据GB/T38082-2019的要求，混合物的相对生物分解率应≥90%。相对生物分解率为样品生物分解率与参比生物分解率之比。本次试验参比材料的生物分解率为89.34%，试验材料的生物分解率为81.27%，相对生物分解率为90.97%，满足标准的生物分解率的指标要求。试验周期的试验材料和参比材料的二氧化碳释放量见图3，生物分解率见图4。
 

图3 试验材料及参比材料二氧化碳释放量
 

图4 试验材料及参比材料生物分解率
 

　　在堆肥法试验早期需要重点留意3个指标：
 

　　(1)45d后参比材料分解率超70%；
 

　　(2)试验期间，每个堆肥容器的生物降解率相对偏差不超过20%；
 

　　(3)培养前10d内，空白容器每克挥发性固体(均值)接种物产生的CO250mg~150mg。只有试验符合指标，才可认可有效。
 

　　试验周期相对较长，温度保持在58℃，接种物容易失水产生板结，需要定期补充蒸馏水和定期搅拌来确保接种物和材料混合物处于水分含量约50%的湿润状态，有利于微生物保持有效的活性。
 

　　虽然目前降解检测市场推出较多快速检测技术，利用材料表征手段(如FTIR，DSC等)进行快速度成分分析。但单一的表征手段无法正确识别混合材料/制品成分组成，也无法确定生物分解率是否达标。采用堆肥法测试单一材质或混合材质的可生物降解制品仍然是现阶段最权威的方法之一。
 

　　堆肥法的定量方式有滴定法，重量法，气相色谱法，连续红外分析仪等方式，为了解决测试时间长，费用高，人工值守等难题，建议采用连续红外二氧化碳传感器定量测试的智能化设备来完成可生物降解材料/制品的降解性能测试。可实现全过程智能监控，自动温度控制，定期搅拌，充分曝气，自动判断数据有效性，试验期间每个堆肥容器的每日的二氧化碳生成量和降解率数据，释放的二氧化碳曲线图和生物分解率曲线图均可直接导出用于最终报告。有助于可堆肥降解检测项目质效提升。