堆肥試驗：生物基塑膠的實際降解效能如何？

2022年12月14-16日，生物降解材料研究院、TK生物基材料主辦，

中科國生、微構工場、豐原生物

協辦的

《生物基與降解材料2022年度大會暨頒獎典禮》

將在蘇州舉辦，會議將釋出

PBAT、BDO、PLA等材料年度資料

，現誠邀行業專家、企業代表出席，歡迎報名參展參會。

重點快速閱讀：

針對市場上用於餐具的生物基塑膠，收集不同材質產品，採用3種不同的直接堆肥降解方法，在樣品未經粉碎處理、保持原有形狀的條件下開展降解試驗。透過測量樣品在3種方法下，經過不同時間堆肥後其質量、外觀、表面

結構的變化情況，研究直接堆肥測量生物基塑膠降解的可行性，以及不同生物基結構材料的直接降解效果。

結果表明：生物基塑膠在3種直接堆肥降解方法下均有不同程度降解表現；降解效果從高到低排序依次為箱式堆肥法、自然土埋法和酵素降解法。

塑膠汙染的本質是塑膠垃圾排入到土壤 、水體等自然環境中且難以降解，從而破壞土壤，影響農作物的生長環境。其中，石油基塑膠容易透過食物鏈回到人體，威脅人類健康。

塑膠汙染的治理是世界性難題，可降解塑膠作為傳統塑膠的替代材料成為近年來解決塑膠汙染問題的焦點話題之一，其降

解效能是研究的熱點 。

降解效能是評價可降解塑膠質量的關鍵指標。

我國現有關於塑膠降解效能的評價標準基本由國外標準轉化而來，主要透過

模擬堆肥、淡水環境、海洋環境、厭氧消化環境等，測定生物降解過程中釋放的生物氣體量，計算聚合物所含有機碳轉化為生物氣體的百分比來獲得生物降解率。

該評價方法為間接測量法，測試樣品經過人為的粉碎處理後，與實際處理場景中塑膠廢物常常被直接填埋入土壤中有很大的不同。

因此，透過現行的實驗室間接測量方法，很難表徵產品的實際降解水平。將未經處理的樣品直接填入自然土壤環境或人為設計的降解環境中，使樣品不經粉碎便開展降解，以尋求和實際處置場景更接近的方法，可以更好地表徵生物基塑膠的實際堆肥降解能力和水平 。

針對市場上用於餐具的不同材質生物基塑膠，分別採用

自然土埋法、箱式堆肥法、酵素降解法，

在樣品未經粉碎處理、保持原有形狀下開展降解試驗。透過測量分析樣品經過不同時間堆肥後的質量、外觀、表面/截面結構等變化，研究不同生物基塑膠的實際降解性。

1、實驗部分

1.1 實驗樣品

對3種含有生物基的塑膠產品開展研究，降解實驗樣品見表1，外觀照片見圖 1。

1.2 實驗過程

分別採用

自然土埋法、箱式堆肥法、酵素降解法

以直接堆肥的降解方式進行降解實驗，實驗樣品保持原有形狀、未經粉碎處理。每種方法均進行2組平行實驗。

自然土埋法主要用於模擬人們日常生活中使用完塑膠製品後，進行填埋處置，依靠自然界微生物進行降解的情況；箱式堆肥法主要用於模擬應用工廠化生產的標準廚餘物堆肥材料，配置特定菌種，在設計的特定箱體內讓產品進行降解的情況；酵素降解法主要利用人工製造的酵素進行降解測試。

1.2.1 自然土埋法

隨機選擇可以種植植物的土壤，根據樣品數量，挖出適當大小的坑，深度一般為 15cm，樣品間距為10cm。取適量樣品，用八籃烘箱以（105 ± 2）℃烘至恆重，記錄恆重質量。將實驗樣品平放入事先挖好的坑內（見圖2），然後將挖出的土層覆蓋在實驗樣品上壓實，於露天自然環境條件下進行降解。

以3個月為1個降解週期，每個降解週期結束後均進行取樣分析，測量其在恆重條件下質量的變化，以及外觀表面結構的變化等。

1.2.2 箱式堆肥法

自制2個堆肥箱（可通風、排水），箱體內設定1層架空層，在架空層上可以平鋪堆肥材料，便於在實驗過程中控制堆肥材料的含水率。實驗所用堆肥材料為工廠製造的標準廚餘垃圾和櫸木屑（以

7：1

的質量比混合），加入特定菌種，攪拌均勻後使用。

先將一半堆肥材料平鋪在箱體架空層上，然後將實驗樣品按10cm間隔平放在堆肥材料上，將另一半堆肥材料覆蓋在實驗樣品上壓實，見圖3。放入樣品後，每天監測溫度變化情況，並保持每天開啟風扇通風2~5min。

以3個月為 1個降解週期，每個降解週期結束後均進行取樣分析測量指標。

1.2.3 酵素降解法

將切碎的包心菜、紅糖和水以

3∶1∶10

的質量比依次放入2Ｌ酵素瓶中攪拌均勻備用。取適量樣品，用帶籃的烘箱以（105± 2） ℃烘至恆重，記錄恆重質量；將樣品直接放入酵素瓶內，讓液體浸沒實驗樣品，在室內常溫環境下進行降解實驗，見圖4。

2、實驗結果

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實驗結果資料

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3、結語

採用3種降解方法，在實驗樣品未經粉碎處理、保持原有形狀下直接進行降解實驗，降解效果從強到弱排序依次為箱式堆肥法、自然土埋法和酵素降解法。3種降解方法在降解效能測試中均不同程度表徵了材料的降解特徵，其中箱式堆肥法透過選擇合適的菌種和堆肥材料，

結合質量失重率變化和結構效能表徵等手段，是轉化為實驗室標準方法的首選。

不同塑膠在降解過程中均會發生不同程度的降解，但PP＋澱粉材質6個月內基本不降解，被PP材質包裹的澱粉等生物質很難得到降解。下一步可適當加長降解實驗時間，以進一步研究生物基塑膠的實際降解狀況。