塑料包装降解试验
塑料包装降解试验是评估塑料包装材料在特定环境条件下（如自然环境、工业堆肥、土壤、水体等）被微生物分解或化学降解为无害物质（如二氧化碳、水、生物质等）的能力及速率的实验，是判断塑料包装是否为 “环境友好型” 的重要依据。以下从试验类型、关键指标、标准方法及注意事项等方面详细介绍：
一、常见降解试验类型
根据降解环境和机制的不同，塑料包装降解试验主要分为以下几类：
1. 堆肥降解试验（最常用）
原理：模拟工业堆肥或家庭堆肥环境（高温、高湿度、富含有机质和微生物），评估塑料在微生物作用下的降解能力。
关键条件：
工业堆肥：温度控制在 58±2℃，湿度 50%-60%，通入空气维持好氧环境，使用标准堆肥接种物（如市政污泥堆肥）。
家庭堆肥：温度相对较低（20-40℃），周期更长，更接近自然堆肥条件。
评估指标：材料质量损失率、二氧化碳释放量（与参比材料对比，判断生物降解率）、降解后残留物的生态毒性。
2. 土壤降解试验
原理：模拟土壤环境（不同类型土壤，如沙土、黏土），通过土壤中的微生物（细菌、真菌等）对塑料进行降解。
关键条件：控制土壤 pH（5.5-7.5）、温度（20-25℃）、湿度（田间持水量的 60%-80%），部分试验需定期翻土以保证透气性。
特点：降解周期较长（数月至数年），更贴近塑料在自然环境中被丢弃后的降解情况，常用于评估农业用塑料包装（如地膜）的降解性能。
3. 水体降解试验
原理：模拟淡水、海水或污水环境，评估塑料在水生微生物作用下的降解能力。
分类：
淡水降解：使用河流、湖泊水样或活性污泥接种，温度控制在 20-25℃。
海水降解：采用海洋沉积物或海水微生物接种，温度模拟海洋环境（如 15-20℃）。
注意事项：需避免塑料因水解（而非生物作用）导致的质量损失，需设置无菌对照组进行区分。
4. 厌氧消化降解试验
原理：在无氧环境中（如 landfill 或厌氧反应器），通过厌氧微生物将塑料分解为甲烷、二氧化碳等气体。
应用场景：评估塑料包装在垃圾填埋场中的降解潜力，适用于城市固体废弃物处理相关的材料检测。
5. 光氧化降解试验
原理：模拟自然光（尤其是紫外线）对塑料的氧化分解作用，常用于含光敏剂的塑料包装。
关键条件：使用氙灯或紫外灯模拟光源，控制光照强度、温度和湿度，监测材料的分子量下降、力学性能衰减及氧化产物生成。
二、核心评估指标
生物降解率
定义：塑料被微生物分解为二氧化碳（好氧条件）或甲烷 + 二氧化碳（厌氧条件）的量与理论最大释放量的比值。
计算方式：通过密闭系统中气体收集装置（如气体流量计、气相色谱）测量释放的气体量，与材料完全降解的理论值对比（通常要求 6 个月内生物降解率≥60%）。
质量损失率
公式：（初始质量 - 降解后残留质量）/ 初始质量 × 100%。
需注意：残留质量需去除附着的微生物和杂质（如通过酸 / 碱处理或灼烧），避免误差。
外观与力学性能变化
外观：通过肉眼或显微镜观察材料是否出现裂纹、破碎、粉化等现象。
力学性能：测试拉伸强度、断裂伸长率等指标，评估材料在降解过程中的物理完整性丧失程度。
分子量与化学结构变化
采用凝胶渗透色谱（GPC）测定分子量下降情况，红外光谱（FTIR）分析官能团变化（如羰基峰的出现或增强，表明氧化降解）。
生态毒性
降解残留物需通过藻类生长抑制、蚯蚓存活试验等评估其对环境生物的毒性，确保降解产物无害。
三、常用标准方法
不同国家和地区对塑料降解试验有明确的标准规范，以下为国际和国内常用标准：
试验类型 国际标准（ISO） 欧盟标准（EN） 中国标准（GB）
工业堆肥降解 ISO 14855-1:2012 EN 13432:2000 GB/T 19277.1-2011
土壤降解 ISO 17556:2019 EN 17033:2018 GB/T 28596-2012
淡水降解 ISO 18830:2016 - GB/T 32106-2015
海水降解 ISO 18830:2016（适用于海水） EN 17037:2018 -
厌氧消化降解 ISO 15985:2014 EN 15985:2014 GB/T 38797-2020
光氧化降解 ISO 4892-3:2016 EN ISO 4892-3:2016 GB/T 16422.3-2014
四、试验操作关键步骤（以工业堆肥降解为例）
样品制备
将塑料包装剪成约 10mm×10mm 的碎片，确保表面积一致；测定初始质量、分子量等基础参数。
准备参比材料（如纤维素，已知 100% 可降解）和空白对照组（仅堆肥，无样品）。
接种与培养
按比例将样品与堆肥接种物混合（通常样品占混合物干重的 1%-10%），放入反应器中。
控制温度（58±2℃）、湿度（50%-60%），持续通入洁净空气，确保好氧环境。
气体收集与分析
采用气体收集装置（如碱液吸收法或气体流量计）收集产生的二氧化碳。
定期（如每周）用气相色谱分析气体成分，计算二氧化碳释放量。
残留物处理与检测
试验结束后（通常为 6 个月），回收残留物，去除堆肥杂质，测定残留质量。
分析残留物的外观、力学性能及毒性，判断是否完全降解。
五、影响试验结果的因素
材料特性
化学结构：聚己二酸丁二酯（PBAT）、聚乳酸（PLA）等可降解塑料易被微生物分解，而聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）等传统塑料降解率极低。
添加剂：增塑剂、填充剂可能影响微生物活性，如某些抑菌剂会抑制降解。
环境条件
温度：高温（如工业堆肥）可加速微生物代谢，提升降解速率；低温会显著延缓降解。
微生物种类：不同环境中的微生物群落（如堆肥中的放线菌、土壤中的真菌）对塑料的降解能力差异较大。
氧气与湿度：好氧条件下，氧气充足可促进微生物呼吸，加速降解；湿度不足会抑制微生物活性。
试验操作
样品尺寸：碎片越小，比表面积越大，越易被微生物附着，降解更快。
接种物浓度：接种物中微生物数量不足会导致降解率偏低，需保证活性。
六、注意事项
安全性：部分塑料降解过程中可能释放挥发性有机物，试验需在通风橱中进行；堆肥接种物需符合卫生标准，避免 pathogenic 微生物污染。
数据有效性：空白对照组的气体释放量需扣除，以排除堆肥自身有机质降解的干扰；需进行平行试验（通常 3 次以上），确保结果重复性。
标准依从性：不同应用场景需对应不同标准（如食品包装需符合食品接触材料相关降解标准），试验结果需注明依据的标准编号。
塑料包装降解试验是推动 “限塑令” 实施、发展环保材料的重要技术支撑，通过科学的试验方法，可有效区分 “可降解” 与 “伪降解” 材料，引导行业向绿色可持续方向发展。
