PBAT全生物降解地膜在土壤试验中的降解行为研究

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2022.01.010

中国塑料 ›› 2022, Vol. 36 ›› Issue (1): 67-72.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2022.01.010

PBAT全生物降解地膜在土壤试验中的降解行为研究

管彤晖¹^,², 付烨¹^,², 翁云宣¹^,²()

^1.北京工商大学化学与材料工程学院，北京 100048
^2.塑料卫生与安全质量评价技术北京市重点实验室，北京 100048

收稿日期:2021-08-09 出版日期:2022-01-26 发布日期:2022-01-21
基金资助:
国家自然科学基金(52073004)

Degradation behaviors of PBAT biodegradable mulch in soil

GUAN Tonghui¹^,², FU Ye¹^,², WENG Yunxuan¹^,²()

^1.College of Chemistry and Materials Engineering，Beijing Technology and Business University，Beijing 100048，China
^2.Beijing Key Laboratory of Quality Evaluation Technology for Hygiene and Safety of Plastics，Beijing 100048，China

Received:2021-08-09 Online:2022-01-26 Published:2022-01-21
Contact: WENG Yunxuan E-mail:wyxuan@th.btbu.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

研究了以聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯（PBAT）为主要原料的全生物降解地膜在实地埋土降解实验过程中的降解行为。采用红外光谱、X射线光电子能谱、凝胶渗透色谱、热失重分析、扫描电子显微镜对PBAT薄膜在降解过程中化学结构、表面元素、热稳定性、表面微观形貌以及分子量的变化进行分析。结果表明，随埋土时间的延长，PBAT地膜红外光谱中C—O吸收峰的峰强减弱，分子链中酯键发生断裂；表面O/C原子个数比由0.27升高至0.77，结合能下降，热稳定性降低，聚集态发生改变；在埋土实验过程中，PBAT发生了分子级别的降解过程，以PBAT为主要原料的全生物降解膜在埋土实验中可完全降解。

关键词: 聚乙二酸/对苯二甲酸丁二酯, 地膜, 降解, 土壤

Abstract:

This paper focused on the degradation behaviors of poly （butylene?adipate?co?terephthalate）（PBAT） mulch under the soil?buried condition. Fourier transform infrared spectroscopy （FTIR）， X?ray photoelectron spectroscopy， thermogravimetric analysis， scanning electron microscopy， and gel permeation chromatography were conducted to analyze the changes of chemical structure， surface element analysis， thermal stability， surface micro?morphology， and molecular weight of PBAT films during the degradation process. After bury for four months， the FTIR spectra of PBAT showed attenuation in the intensity of C—O absorption peaks due to the broken ester bond in their molecular chains. The atomic ratio of O to C increased from 0.27 to 0.77， whereas the bonding energy of these elements decreased. The thermal stability of PBAT decreases due to the changes of aggregation state. The results indicated that the degradation of PBAT occurred at the molecular level during the burying experiment， resulting in a complete degradation of the whole biodegradable membrane in the soil.

Key words: poly （butylene?adipate?co?terephthalate）, mulch film, degradation, soil

中图分类号:

TQ323.4

管彤晖, 付烨, 翁云宣. PBAT全生物降解地膜在土壤试验中的降解行为研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(1): 67-72.

GUAN Tonghui, FU Ye, WENG Yunxuan. Degradation behaviors of PBAT biodegradable mulch in soil[J]. China Plastics, 2022, 36(1): 67-72.

图/表 9

图1 PBAT的化学结构式

Fig. 1 Chemical structure of PBAT

样品编号	PBAT含量/%	PE含量/%	CaCO₃含量/%	炭黑含量/%
1^#	80	—	20	—
2^#	—	80	-	20
3^#	60	—	40	—
4^#	90	—	—	10
5^#	—	90	10	—
6^#	80	—	—	20
7^#	—	80	20	—
8^#	70	—	30	—
9^#	—	90	—	10

表1 不同地膜的配方表

Tab.1 Formula of different mulch films

图2 不同埋土时间的地膜样品的FTIR谱图

Fig.2 FTIR of plastic film samples with different buried time

图3 地膜样品1#埋土60 d前后宽谱、C 1s、O 1s的XPS谱图

Fig.3 XPS spectra of broad spectrum， C 1s， O 1s of mulch film sample 1# before and after 60 days of soil burial

样品	0 d	60 d
1^#	403	324
3^#	246	218
4^#	270	238
6^#	336	246

表2 不同PBAT地膜样品埋土60 d前后样品数均分子量变化

Tab.2 Mn of 1#~9# mulch film samples before and after 60 days of burying in soil

图4 1#~9#地膜样品埋土60 d前后的TG曲线

Fig.4 TG curves of samples 1~9 before and after 60 days of burial

样品	60 d前			60 d后
样品	T_{d，10 %}/ ℃	T_{d，50 %}/ ℃	残炭率/ %	T_{d，10 %}/ ℃	T_{d，50 %}/ ℃	残炭率/ %
1^#	369	413	21	367	411	4
3^#	346	—	61	338	420	34
4^#	355	408	3	347	404	2
6^#	379	433	42	349	410	5
8^#	357	420	40	324	406	23

表3 降解前和降解60 d后PBAT地膜的热降解参数

Tab.3 Thermal degradation parameter of PBAT film before and after degradation of 60 days

图5 1#~9#地膜样品埋土60 d前后的外观照片

Fig.5 Appearance photos of 1#~9# mulch film samples before and after 60 days of burying in soil

图6 1#~9#地膜样品埋土60 d前后的SEM照片

Fig.6 SEM of 1#~9# mulch film samples before and after 60 days of soil burial

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Degradation behaviors of PBAT biodegradable mulch in soil

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样品编号	PBAT含量/%	PE含量/%	CaCO₃含量/%	炭黑含量/%
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6^#	80	—	—	20
7^#	—	80	20	—
8^#	70	—	30	—
9^#	—	90	—	10

样品编号	PBAT含量/%	PE含量/%	CaCO₃含量/%	炭黑含量/%
1^#	80	—	20	—
2^#	—	80	-	20
3^#	60	—	40	—
4^#	90	—	—	10
5^#	—	90	10	—
6^#	80	—	—	20
7^#	—	80	20	—
8^#	70	—	30	—
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样品编号	PBAT含量/%	PE含量/%	CaCO₃含量/%	炭黑含量/%
1^#	80	—	20	—
2^#	—	80	-	20
3^#	60	—	40	—
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7^#	—	80	20	—
8^#	70	—	30	—
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样品编号	PBAT含量/%	PE含量/%	CaCO₃含量/%	炭黑含量/%
1^#	80	—	20	—
2^#	—	80	-	20
3^#	60	—	40	—
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5^#	—	90	10	—
6^#	80	—	—	20
7^#	—	80	20	—
8^#	70	—	30	—
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样品编号	PBAT含量/%	PE含量/%	CaCO₃含量/%	炭黑含量/%
1^#	80	—	20	—
2^#	—	80	-	20
3^#	60	—	40	—
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样品编号	PBAT含量/%	PE含量/%	CaCO₃含量/%	炭黑含量/%
1^#	80	—	20	—
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