可生物降解材料知多少

編輯/秦悅

綠色生態材料是綠色低碳發展的基礎，而生物降解性能是衡量材料的重要指標

在“雙碳”目標的大背景下，綠色低碳發展是當今時代產業變革的鮮明特征。在企業的生產過程中，綠色生態材料的廣泛應用是綠色低碳發展的基礎，而生物降解性能是衡量綠色生態材料的重要指標。

通用技術中紡院中紡標檢驗認證股份有限公司（以下簡稱“中紡標”）可以為塑料、紙類、紡織品等材料提供生物降解性能測試及分析服務，助力產品綠色升級。針對業界對于生物降解性能測試相關的疑問，可生物降解材料的分類及發展前景，中紡標進行了解讀。

生物降解性能測試

生物降解是指由生物活動引起的降解，尤其是酶的作用引起材料化學結構的顯著變化。由于材料被微生物或某些生物作為營養源而逐步消解，導致質量損失、性能如物理性能下降等，并最終導致材料被分解成成分較簡單的化合物或單質，如二氧化碳（CO2）或/和甲烷（CH4）、水（H2O）及其所含元素的礦化無機鹽以及新的生物質。

常用測試方法

GB/T 19277.1-2011《受控堆肥條件下材料最終需氧生物分解能力的測定 采用測定釋放的二氧化碳的方法 第1 部分：通用方法》為通用方法，在材料的可降解性能的測試中應用最為廣泛。

測試結果

由于降解過程和環境介質有關，介質本身也會微生物降解釋放二氧化碳，所以在試驗過程中應進行同樣質量的介質進行空白試驗。含試樣的試驗反應器得到二氧化碳釋放量減去空白介質釋放的二氧化碳釋放量才為實際樣品的二氧化碳釋放量得到試樣的生物分解率（絕對生物分解率）；另外，為驗證介質的降解和試驗有效性，將已知是完全降解的材料如纖維素作為正參比材料，同時進行對比試驗，試樣絕對生物分解率和正參比材料絕對生物分解率的百分含量即為相對生物分解率。

測試對象

塑料、紙類、紡織品等。

測試周期

根據材料的降解速度不同，測試周期為45天～180天。

考核生物降解性能的產品標準

GB/T 38082-2019 生物降解塑料購物袋

GB/T 33798-2017 生物聚酯連卷袋

GB/T 35795-2017 全生物降解農用地面覆蓋薄膜

GB/T 37857-2019 聚乳酸熱成型一次性驗尿杯

GB/T 18006.3-2020 一次性可降解餐飲具通用技術要求

GB/T 37866-2019 綠色產品評價 塑料制品

GB/T 30406-2013 植物纖維模塑制品通用技術要求

GB/T 28206-2011 可堆肥塑料技術要求

GB/T 38727-2020 全生物降解物流快遞運輸與投遞用包裝塑料膜、袋

GB/T 33897-2017 生物聚酯聚羥基烷酸酯（PHA）吹塑薄膜

GB/T 29284-2012 聚乳酸

GB/T 33796-2017 熱塑性淀粉通用技術要求

GB/T 32366-2015 生物降解聚對苯二甲酸-己二酸丁二酯（PBAT）

GB/T 31124-2014 聚碳酸亞丙酯（PPC）

GB/T 34255-2017 聚丁二酸-己二酸丁二酯（PBSA）樹脂

GB/T 37642-2019 聚己內酯（PCL）

可降解產品標準評價指標比較

近年來，我國密集出臺了多項生物降解塑料產品標準。這些產品標準的降解性能評價指標可分為四類。

類型一

a）相對生物分解率應大于或等于90%，且材料中組分大于或等于1%的單一有機成分絕對生物降解率應大于或等于60%。

b）如果生物降解塑料與制品由混合物或多種材質復合組成，則組分小于1%的有機成分也應生物降解，但可不提供能力證明，組分小于1%的各組分加和總量應小于5%。

對應產品標準

GB/T 41010-2021 生物降解塑料與制品降解性能及標識要求

GB/T 41008-2021 生物降解飲用吸管

GB/T 18006.3-2020 一次性可降解餐飲具通用技術要求

類型二

單一聚合物加工而成的材料生物分解率應≥60%。

如果材料是混合物，其有機成分應≥51%，生物分解率應≥60%，且材料中組分≥l%的有機成分的生物分解率應≥60%；或混合物的相對生物分解率應≥90%，混合物中組分含量＜1%的有機成分，也應可生物分解，但可不提供生物分解能力證明，其總量應＜5%。

對應產品標準

GB/T 38727-2020 全生物降解物流快遞運輸與投遞用包裝塑料膜、袋

GB/T 38082-2019 生物降解塑料購物袋

GB/T 33798-2017 生物聚酯連卷袋

GB/T 33897-2017 生物聚酯聚羥基烷酸酯（PHA）吹塑薄膜

類型三

相對生物分解率≥90%

對應產品標準

GB/T 37866-2019 綠色產品評價 塑料制品

*GB/T 35795-2017 全生物降解農用地面覆蓋薄膜

GB/T 30406-2013 植物纖維模塑制品通用技術要求

GB/T 28206-2011 可堆肥塑料技術要求

*同時規定有機成分應≥51%

類型四

生物分解率≥60%

對應產品標準

GB/T 37857-2019 聚乳酸熱成型一次性驗尿杯

GB/T 37642-2019 聚己內酯（PCL）

GB/T 34255-2017 聚丁二酸-己二酸丁二酯（PBSA）樹脂

GB/T 32366-2015 生物降解聚對苯二甲酸-己二酸丁二酯（PBAT）

GB/T 31124-2014 聚碳酸亞丙酯（PPC）

GB/T 29284-2012 聚乳酸

從以上歸類可知，不同產品標準的降解性能評價指標存在差異，部分標準采用生物分解率，部分采用相對生物分解率。采用生物分解率評價的指標為≥60%，而采用相對生物分解率評價的指標為≥90%。由于在降解過程中材料中的有機碳最終被微生物降解，可能會有一部分有機碳變成生物死體或變成礦化無機鹽中的碳，所以測得的二氧化碳的碳含量達不到材料本身所含的碳含量。

生物降解原料和單一原料生物降解制品的產品標準均以生物分解率作為指標要求；生物降解制品的部分產品標準以相對生物分解率為指標要求，大部分標準對有機成分含量有所要求，從而限制過多添加無機物，還有部分標準對大于1%含量和小于1%含量的成分有所要求。總體而言，國內生物降解性能測試方法上較為統一，但在降解評價要求上不同產品間存在一定差異。所以作為原料測試和評定時，也要考慮未來在混合物中的降解效果，不能僅以原料測試結果作為最終產品的評價依據。

關于可生物降解材料

在“雙碳”目標的大背景下，可生物降解材料因其環境友好特性而受到關注。這種材料能夠和垃圾一起處理，也可制成堆肥回歸大自然；因降解而使其體積減小，延長填埋場使用壽命；不需要垃圾焚燒處理，減少有害氣體的排放；可減少隨意丟棄對環境及動植物的危害；應用范圍廣，不但可以應用于農業和包裝行業，還可以廣泛應用于紡織、醫療行業。

2020年，國家出臺《關于進一步加強塑料污染治理的意見》，修訂通過《中華人民共和國固體廢物污染環境防治法》，一系列政策和法律文件都明確提出支持推廣可降解材料，有序禁止、限制部分塑料制品的生產、銷售和使用，積極推廣可降解產品。可以預見，未來生物降解材料的應用領域會更加廣泛，會向著性能優異、功能全面的方向發展。

可生物降解材料的分類

可生物降解材料的來源包括生物來源和石化來源，生物來源包括植物、動物和微生物來源，石化來源即從石油中獲得的原料來源。還可按以下方式分類：

天然材料：直接從植物、動物中獲取的材料，常見的有紡織材料中的棉纖維、麻纖維、蠶絲、動物毛纖維等。

天然材料再生材料：以天然動植物高分子材料為來源。植物來源包括淀粉、纖維素、木質素及其衍生物等，動物來源包括甲殼質、蛋白質等。不改變材料的化學結構，僅僅改變天然材料的物理結構，經過化學處理等加工而成的也稱為可生物降解材料，常見的有紡織材料中的粘膠纖維、萊賽爾纖維、殼聚糖纖維、銅氨纖維、海藻纖維等。

可降解合成材料：絕大多數合成材料是很難自然降解的，即使降解也至少需要幾百年，因此人們投入了很大精力研究開發可降解的合成材料，以減少其棄用后對環境的影響。可降解合成材料主要是以生物原料、石油化工原料中得到的低分子化合物，經化學聚合后加工而成的高分子物質。通過添加其它化學成分、改變組成成分、改性、再生形成高分子衍生物等方式，使其具有可降解性能。如生物基來源的聚乳酸（PLA）、聚羥基脂肪酸酯（PHA）、聚丁二酸丁二醇酯（PBS），石油基來源的聚己二酸/對苯二甲酸丁二醇酯（PBAT）、聚己內酯（PCL）、聚乙交酯（PGA）等。

常見再生、合成生物降解材料的應用

殼聚糖：廣泛應用于食品添加劑、紡織、農業、環保、美容保健、化妝品、抗菌劑、醫用敷料、人造組織材料、藥物緩釋材料、基因轉導載體、生物醫用領域、組織工程載體材料、醫療以及藥物開發等眾多領域和其他日用化學工業。

聚乳酸（PLA）：可用于加工各種塑料制品、食品包裝、快餐飯盒、無紡布、工業及民用織物、服裝，一次性輸液工具、免拆型手術縫合線、藥物緩解包裝劑、人造骨折內固定材料、組織修復材料、人造皮膚。

聚羥基脂肪酸酯（PHA）：可用于包裝材料、組織工程材料、緩釋材料、電學材料以及醫療材料等方面。

聚己二酸/對苯二甲酸丁二醇酯（PBAT）：主要用于包裝袋、地膜。

聚丁二酸丁二醇酯（PBS）：用于垃圾袋、包裝袋、化妝品瓶、各種塑料卡片、嬰兒尿布、農用材料及藥物緩釋載體基質等；還有其它涉及環境保護的各種塑料制品，如土木綠化用網、膜等。可用于餐具、藥品瓶、一次性醫療用品、農用薄膜、農藥及化肥緩釋材料、生物醫用高分子材料等領域。

聚乙交酯（PGA）、聚己內酯（PCL）：主要應用于可控釋藥物載體、手術縫合線等醫用材料。

可降解滌綸、錦綸：主要應用于服裝、鞋類等，可降解錦綸在漁網、魚線上的應用前景較好。但是，可降解滌綸、錦綸的價格偏高，降解能力上也存在一定的局限性，還需要進一步的研究，因此并沒有大規模應用。