三. 测试体系
国外许多发达国家在降解塑料测试方面投入了大量资金。美国是研究和开发降解塑料的主要国家之一,主要单位有十几家,如塑料降解研究联合体(PDRC)、生物/环境降解塑料研究会(BEOPS)等,他们的宗旨是进行有关降解材料合成、加工工艺、降解试验、测试技术和方法标准体系的建立。近年来日本对降解塑料的研究开发给予了极大的关注,日本通产省已将生物分解塑料作为继金属材料、无机材料、高分子材料之后的“第四类新材料”,并拨款1440万美元支持生物分解塑料的开发,内容包括生物分解性塑料研制及试验评价方法的研究开发。欧洲Brite-Euram对降解塑料之一的生物分解塑料就投资200万美元,用于跨国研究和开发,并计划建立完善的降解评价体系。到目前,国外制定的测试技术涉及物理性能、羰基指数、熔点、分子量、质量变化及电镜表面扫描、14C放射线跟踪法与生物菌种浸蚀、堆肥法,国外测试技术总的趋势就是用加速降解试验在短时间内来评价降解塑料的可降解性能。总之,降解塑料材料越来越得到重视,其测试和标准体系正在得到不断的完善。
国内对降解塑料的研究开始于80年代末和90年代初,开发的产品主要有包装材料、一次性餐饮具、办公用品及农业用品如农业薄膜等。在前期,国内没有完善的评价降解塑料材料的测试技术和标准体系。20世纪90年后期开始,轻工业塑料加工应用研究所,开始逐步建立可降解塑料的测试体系,并于2001年获得了科技部的专项基金支持来建立与完善降解塑料的测试与标准体系。轻工业塑料加工应用研究所接到任务后,及时组织全国塑料标准化中心生物分解材料工作组、国家塑料制品质量监督检验中心、科研单位和企业如宁波天安生物材料技术有限公司来积极参与项目的执行,目前完成了下列主要工作和取得了一定成果:
(1) 完成了四个有关生物分解试验方法的国家标准征求意见稿;
(2) 建立了霉菌和细菌侵蚀塑料测试技术体系;
(3) 建立了受控条件下堆肥试验装置;
(4) 建立了塑料野外曝晒场;
(5) 配置了氙灯、紫外灯人工加速老化箱;
(6) 已为社会100多家企业的400余个样品进行了光降解或生物分解检
验,并接受国家质量监督检验检疫总局委托对一次性可降解餐饮具进行了国家监督抽查,为规范降解塑料的市场做出了一定贡献,取得了较好的社会效果,并逐步形成国内检测降解塑料的最权威试验室和标准主要制定单位。
但是,由于国际生物分解塑料检验方法的发展和经费的限制,需要完善的测试装置如下:
(1)继续配置评价测试装置
① 研制更新降解产品的卫生、理化性能检验设备;
② 扩大堆肥生物分解试验装置的规模;
③ 购买“活性污泥”生物分解试验装置;
④ 研制室内土壤填埋试验装置;
⑤ 研制实验室水平的垃圾处理装置;
⑥ 研制酶法快速生物分解试验装置;
⑦ 购买水性培养基下塑料生物分解性能的测定仪器(设备)(含厌氧和需氧条件);
⑧ 研制热氧化降解试验用的热氧化降解试验箱;
⑨ 研制14C放射线跟踪法的检验设备。
(2)需继续完善的分析方法
①适用各种可降解材料的酶加速降解试验方法;
②用高聚物流变性能数据计算分子量的分析方法。
(3)制定相关的试验方法标准
(4)探索降解机理
(5)建立社会共享数据库
①可光降解塑料在国内不同纬度气候地理条件下的野外光降解结果;
②可生物分解塑料在国内不同地域土中、水域的野外填埋、浸渍降解结果。
③国内外降解塑料和标准研究开发基本情况。
预期本项目完成后,能形成一个面向全国开放的国家级降解塑料测试实验室,其形成的测试技术、分析方法、标准体系和建立的数据库将向社会开放和共享,一些分析方法和数据库将具有国际领先的水平。
降解塑料的各种试验方法和评价方法可分别用相应的符号来表示,具体如表8和表9。
表8 试验方法和评价方法分别用相应的符号表
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试验方法 |
表示代号 |
评价方法 |
表示代号 |
|
户外光曝晒试验 |
M1 |
微生物生长级别 |
E1 |
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户外填埋试验 |
M2 |
光学显微镜观察 |
E2 |
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实验室氙弧灯光源曝露试验方法 |
M3 |
质量损失 |
E3 |
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实验室紫外灯光源曝露试验方法 |
M4 |
物理性能变化 |
E4 |
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特定微生物侵蚀法 |
M5 |
红外分析法 |
E5 |
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实验室土壤填埋法 |
M6 |
DSC法 |
E6 |
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实验室堆肥试验方法 |
M7 |
分子量变化 |
E7 |
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活性污泥法 |
M8 |
消耗氧气测定 |
E8 |
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水性培养液中材料最终需氧生物分解能力的测定——采用测定密闭呼吸计中需氧量的方法 |
M9 |
释放二氧化碳测定 |
E9 |
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水性培养液中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 |
M10 |
电镜(SEM) |
E10 |
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酶的生物降解试验 |
M11 |
其它的分析方法如X-射线衍射、电子能谱(ESCA)、电子探针微量分析(EPMA)、GC-MS等方法 |
E11 |
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微生物的加速降解试验 |
M12 |
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实验室水平的垃圾处理装置的加速试验 |
M13 |
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放射性14C跟踪测定法测定 |
M14 |
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其他如高固态介质下生物降解试验方法、实验室水平下堆肥试验等 |
M15 |
表9 各种降解塑料推荐检验方法
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降解塑料类型 |
适用试验方法 |
常用试验方法 |
适用评价方法 |
常用评价方法 |
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光降解塑料 |
M1、M3、M4 |
M1、M3 |
E1、E3、E4、E5、E6、E7、E10、E11 |
E3、E4、E5、E7 |
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光-生物降解高分子 |
M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7、M14、M15 |
M1、M3、M5、M7 |
E1、E2、E3、E4、E5、E6、E7、E9、E10 |
E1、E3、E4、E5、E7 |
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水降解高分子 |
M2、M5、M7、M8、M9、M10、M12 |
M5、M7、M8、M9 |
E1、E3、E4、E5、E7、E8、E9 |
E1、E8、E7、E9 |
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热降解高分子 |
M2、M7、M13、M15 |
M7、M15 |
E1、E3、E4、E5、E7、E9、E10 |
E3、E4、E7、E9 |
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氧化降解高分子 |
M2、M7、M13、M15 |
M15 |
E1、E3、E4、E5、E6、E7、E9、E10 |
E3、E4、E5、E7 |
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生物降解高分子 |
M2、M5、M6、M7、M8、M9、M10、M1、M12、M13、M15 |
M2、M5、M6、M9、M10 |
E1、E2、E3、E4、E5、E7、E8、E9、E10 |
E1、E3、E4、E5、E7、E8、E9 |
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崩解型高分子 |
M2、M5、M6、M7、M13、M14、M15 |
M2、M5、M7、M14、M15 |
E1、E3、E4、E5、E6、E7、E9、E10、E11 |
E1、E3、E4、E5、E7、E9 |