Page 65 - 《橡塑智造与节能环保》2024年8期

产业市场

响，以及对人类健康的严重危害而受到越来越多的关 海洋生物的人工模拟海洋环境中的降解行为过程中，
注。中国作为世界上最大的塑料生产国和消费国，海 聚酯材料的相对分子质量逐渐降低，材料的C-O键含
洋塑料废弃物排放量位居世界第一。因此，寻找可靠 量逐渐升高，这证明PBAT和PBS的分子链在降解过程
的方法来解决海洋塑料污染问题迫在眉睫。从材料本 中发生断裂。聚酯材料的热稳定性和结晶度的变化也
身入手，研究在海水中可以自行降解的塑料，是实现 进一步证明了降解的发生。通过收集二氧化碳释放量
可持续发展，解决海洋塑料污染问题最根本、最有效 得到了聚酯材料的生物降解率，发现PBS的生物降解
的途径。 率高于PBAT。通过对降解过程中PBAT/PGA样品的聚
聚乙醇酸（PGA）和聚己二酸丁二醇酯-邻苯二甲 集态结构分析发现，半结晶聚酯的无定形区优先于结
酸酯（PBAT）作为应用广泛的可生物降解聚合物， 晶区降解，简单的分子链段结构有利于生物降解的进
其混合物在海洋环境中的降解行为尚未得到证实。最 行。通过分析降解过程中样品相对分子质量的变化发
近，北京工商大学翁云宣教授课题组研究了模拟海洋 现，具有较大相对分子质量、复杂分子链段结构、低
环境中不同比例的PGA/PBAT混合物的宏观和微观形 链自由体积和紧密缠结链的聚酯材料在降解过程中容
貌、热学性质、结晶和化学结构、降解率的变化。 易发生交联，不利于生物降解的快速进行。通过分析
本实验中使用的PGA、PBAT及其共混物的薄膜 降解过程中样品的分子结构变化发现，聚酯材料的降
样品均采用神华公司提供的原料通过吹塑加工获得。 解主要表现为酯键的断裂，先降解成不同组成的低聚
PGA 和 PBAT 代表 PGA 和 PBAT 的纯样品。PGA-x 物，进一步降解成简单的二聚体或三聚体，同时逐渐
（x=80,60,20） 代表 PGA/PBAT 混合物，其中 x 是混 被微生物代谢成二氧化碳和水等小分子物质。通过研
合物中 PGA 的质量分数。用于共混改性的扩链剂是 究PBAT/PGA样品的生物降解速率发现，PGA的生物
巴斯夫的ADR 4368。每种组分混合均匀，并通过双 降解速率高于PBAT，共混物的生物降解规律综合了单
螺杆挤出机造粒。然后在80°C下干燥过夜去除粒料中 一组分的降解规律。本研究为构建具有可控生物降解
含有的水分，之后通过吹膜机制备薄膜。螺杆温度为 性能的聚酯材料进行了前期探索，发现对聚酯的分子
190~240℃，制备的薄膜厚度约为 50±5 μm。在浙江宁 结构进行设计、降低相对分子质量、提高端羧基含量
波的低水位线下收集海泥用于模拟海底沉积物，海泥 以及引入无机填料都可以促进聚酯的生物降解行为。
在4℃下保存并在取样后4周内使用。沉积物的总有机 从图2中可以看出，降解后薄膜样品的起始分解
碳、pH和氮含量分别为0.77 mg/g，8.0和0.16 mg/L。 温度和峰值分解温度均向低温方向移动，这是由于降
使用的人工海水根据标准进行配制，具有34 ‰实际 解后酯键断裂，相对分子质量下降导致热稳定性下
盐度单位。模拟环境中引入了海洋生物、海葵和小丑 降。降解前共混材料的TGA曲线上可以看到样品质量
鱼。采用沉积物/海水界面降解试验方法，降解样品的 损失的温度范围较宽，而降解后样品的质量损失有两
尺寸为5 cm×5 cm，定期取样用于后续的测试分析。 个较窄的温度范围，分别为PGA和PBAT部分的热分
解，这表明共混材料遵循了单一聚合物的分解过程。
共混样品中PGA的含量越高，热稳定性下降越明显，
证明其降解速率更快。
根据图3，样品的结晶度在降解初期突然下降，
这是因为加工过程诱导的结晶结构被破坏。随着降解
的进行，纯PGA和含部分PGA结构的共混物的结晶度
逐渐降低，而纯PBAT的结晶度则逐渐升高。这是由于
PGA的分子长链结构相对简单，其在微生物和酶的直
图1 降解前后不同组成PBAT/PGA样品的(a)外观和(b) 接作用下导致结晶区的酯键断裂；而PBAT由于具有复
SEM图像 杂的分子链段结构且存在芳香族苯环，所以PBAT的无
定形区比结晶区优先发生降解。
研究发现，PBAT和PBS薄膜在同时具有沉积物和
-1
根据图4，对于纯PGA的红外光谱，2960 cm 处

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