生物基塑料包装需氧生物降解研究进展

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2024.04.018

中国塑料 ›› 2024, Vol. 38 ›› Issue (4): 109-115.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2024.04.018

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生物基塑料包装需氧生物降解研究进展

孟凡悦(), 文悦, 李琛(), 高珊

东北林业大学家居与艺术设计学院，哈尔滨 150040

收稿日期:2023-11-17 出版日期:2024-04-26 发布日期:2024-04-22
通讯作者: 李琛（1979-），女，副教授，从事生物质功能性包装材料、运输包装技术研究工作，lichen_nefu@163.com
E-mail:16645130227@163.com;lichen_nefu@163.com
作者简介:孟凡悦（1999-），女，硕士研究生，主要从事生物基材料改性研究工作，16645130227@163.com

Research progress in aerobic biodegradation of bio⁃based plastic packaging materials

MENG Fanyue(), WEN Yue, LI Chen(), GAO Shan

College of Home Furnishing and Art Design，Northeast Forestry University，Harbin 150040，China

Received:2023-11-17 Online:2024-04-26 Published:2024-04-22
Contact: LI Chen E-mail:16645130227@163.com;lichen_nefu@163.com

摘要/Abstract

摘要：

综述了生物基塑料包装组分、应用现状及趋势，分析了微生物的需氧降解环境条件以及影响塑料生物降解性的因素，指出目前降解过程中的问题及不足，对未来可降解生物基材料的普遍应用作出展望性分析。

关键词: 生物基塑料, 需氧降解, 生物降解性, 降解速率

Abstract:

This paper reviewed the composition， application status， and development trend of bio⁃based plastics and analyzed the aerobic degradation of microorganisms and the factors affecting the biodegradability of plastics. The problems and shortcomings in the current degradation process were also pointed out. Finally， the future applications of bio⁃based materials was prospected.

Key words: bio?based plastics, aerobic degradation, biodegradability, degradation rate

中图分类号:

TQ321

孟凡悦, 文悦, 李琛, 高珊. 生物基塑料包装需氧生物降解研究进展[J]. 中国塑料, 2024, 38(4): 109-115.

MENG Fanyue, WEN Yue, LI Chen, GAO Shan. Research progress in aerobic biodegradation of bio⁃based plastic packaging materials[J]. China Plastics, 2024, 38(4): 109-115.

图/表 7

参考文献 71

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生物基塑料种类	环境	实验条件	生物降解测量方式	降解程度	参考文献
淀粉/非异氰酸酯聚羟基聚氨酯复合薄膜	市售天然肥沃土壤	温度：20~28 ℃ 相对湿度：40 %	CO₂产量	120天后完全降解	［34］
淀粉/低密度聚乙烯复合薄膜	土壤堆肥	温度：28~32 ℃ 相对湿度：60 %	质量损失	336天后质量损失6.3 %	［35］
淀粉/壳聚糖纳米颗复合薄膜	种植土壤	温度：20~25 ℃ 相对湿度：<25 %	质量损失	32天内完全降解	［36］
PLA/PHB复合薄膜	与珍珠岩等量混合的农业土壤	温度：20 °C， pH=7.5	CO₂产量	365天降解55 %	［37］
PHA薄膜	农田表层土	土壤湿度：30 %~40 %	质量损失	60天降解25 %	［38］
PHB薄膜	农业土壤	温度：28 ℃ 相对湿度：50 %	质量损失	35天后质量损失95 %	［39］
PLA	农业土壤	相对湿度：35 %	质量损失	60天后质量损失33 %	［40］
PLA/壳聚糖复合材料	花园土掩埋	温度：35 ℃ 相对湿度：50 %	质量损失	12个月后质量损失约22 %	［41］

生物基塑料种类	环境	实验条件	生物降解测量方式	降解程度	参考文献
淀粉/非异氰酸酯聚羟基聚氨酯复合薄膜	市售天然肥沃土壤	温度：20~28 ℃ 相对湿度：40 %	CO₂产量	120天后完全降解	［34］
淀粉/低密度聚乙烯复合薄膜	土壤堆肥	温度：28~32 ℃ 相对湿度：60 %	质量损失	336天后质量损失6.3 %	［35］
淀粉/壳聚糖纳米颗复合薄膜	种植土壤	温度：20~25 ℃ 相对湿度：<25 %	质量损失	32天内完全降解	［36］
PLA/PHB复合薄膜	与珍珠岩等量混合的农业土壤	温度：20 °C， pH=7.5	CO₂产量	365天降解55 %	［37］
PHA薄膜	农田表层土	土壤湿度：30 %~40 %	质量损失	60天降解25 %	［38］
PHB薄膜	农业土壤	温度：28 ℃ 相对湿度：50 %	质量损失	35天后质量损失95 %	［39］
PLA	农业土壤	相对湿度：35 %	质量损失	60天后质量损失33 %	［40］
PLA/壳聚糖复合材料	花园土掩埋	温度：35 ℃ 相对湿度：50 %	质量损失	12个月后质量损失约22 %	［41］

生物基塑料种类	环境	实验条件	生物降解测量标准	降解程度	参考文献
淀粉/聚酯混合材料	海水	温度：25.7~27.9 ℃ pH：约8.17	傅里叶变换红外光谱技术	120天后淀粉含量减少约14 %	［50］
PHA薄膜	热带河水	温度：27~30 ℃	质量损失	86天后质量损失71 %	［51］
PHB薄膜	中国南海	温度：20~25 ℃	质量损失	160天后降解58 %	［52］
PHBV薄膜	河水	温度：25 ℃	CO₂产量	90天后降解90 %	［53］
PLA/淀粉复合材料	海水	温度：25 ℃	质量损失	12个月后质量减少约13 %	［54］
PBAT （53 %）/PLA（10 %）/淀粉（20 %）薄膜	中国海口湾海水	温度：24~26 ℃	扫描电子显微镜观察	90天后形成小碎片	［55］
PLA薄膜	人工海水	温度：25 ℃	质量损失	12个月内无明显降解	［56］

生物基塑料种类	环境	实验条件	生物降解测量标准	降解程度	参考文献
淀粉/聚酯混合材料	海水	温度：25.7~27.9 ℃ pH：约8.17	傅里叶变换红外光谱技术	120天后淀粉含量减少约14 %	［50］
PHA薄膜	热带河水	温度：27~30 ℃	质量损失	86天后质量损失71 %	［51］
PHB薄膜	中国南海	温度：20~25 ℃	质量损失	160天后降解58 %	［52］
PHBV薄膜	河水	温度：25 ℃	CO₂产量	90天后降解90 %	［53］
PLA/淀粉复合材料	海水	温度：25 ℃	质量损失	12个月后质量减少约13 %	［54］
PBAT （53 %）/PLA（10 %）/淀粉（20 %）薄膜	中国海口湾海水	温度：24~26 ℃	扫描电子显微镜观察	90天后形成小碎片	［55］
PLA薄膜	人工海水	温度：25 ℃	质量损失	12个月内无明显降解	［56］

生物基塑料的种类	环境	实验条件	生物降解测量方式	降解程度	参考文献
热塑性淀粉薄膜	商业堆肥箱	加入由杂货店丢弃的蔬菜和水果组成的生物垃圾和树皮和木屑的混合物。	质量损失	49天后完全降解	［60］
淀粉基生物聚合物Mater⁃Bi®薄膜	梯形堆肥器	由食物垃圾和绿色垃圾（20 %草料、10 %木屑、20 %蔬菜、30 %水果、4 %金枪鱼、6 %酸奶、9 %牛粪接种物）组成。	质量损失	45天后淀粉损失40 %	［61］
木薯淀粉基生物塑料	Sahabat Tani堆肥土壤商品	温度：24.3~29.2 ℃。相对湿度：74 %~93 %。	质量损失	30天降解56 %	［62］
PHA微塑料	堆肥	新鲜牛粪和锯末。	质量损失	60天降解29 %	［63］
PHB薄膜	堆肥	堆肥工厂有机废物。	质量损失	110天后降解79.9 %	［64］
PLA	堆肥	根据ASTM国际D5338⁃15标准方案中对堆肥的理化特性进行了修改。	CO₂产量	90天内体重减轻了86 %	［65］
PLA薄膜	堆肥	从污水处理厂提取微生物混合物。	O₂消耗量	7天耗氧mgO₂/L	［66］

生物基塑料包装需氧生物降解研究进展

Research progress in aerobic biodegradation of bio⁃based plastic packaging materials

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材料性质	影响因素	生物降解性影响
表面条件	表面积	表面积越高越有利于微生物附着和降解
表面条件	亲水性和疏水性	较高的亲水性有利于微生物吸附和降解
一阶结构	化学结构	化学结构不同的材料微生物的降解能力有差异，含侧链的聚酯较难被微生物降解
	分子量	低分子量聚合物更易降解
	分子量分布	窄分子量分布有利于降解，广分子量分布降解较慢
高阶结构	T_g	聚合物较低的玻璃转变温度有利于生物降解
	熔点	具有较低的熔点材料更容易降解
	弹性模量	低弹性模量聚合物有利于降解
	结晶度	低结晶度生物基塑料有利于降解，无定形区域的分子松散堆积，使其更容易被降解

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