我們今天使用的塑料的一個(gè)主要問題是它們的巨大穩(wěn)定性—多年不能分解，從而對(duì)環(huán)境產(chǎn)生影響。最近，一些研究項(xiàng)目已經(jīng)開始開發(fā)在短時(shí)間內(nèi)可在環(huán)境中降解的塑料。

到目前為止，人們一直采用兩種不同的方法來制備可生物降解的塑料。第一種是用玉米或小麥等生物質(zhì)生產(chǎn)塑料，這些塑料在使用后會(huì)迅速分解成更小的、可生物降解的化合物。另一種方法是對(duì)聚乙烯等常用聚合物進(jìn)行改性，使其降解更快，然后被微生物消化。

本文中主要涉及第二類塑料，也被稱為含氧生物可降解塑料。這種塑料的降解是通過添加少量金屬鹽實(shí)現(xiàn)的，這些金屬鹽充當(dāng)催化劑并促進(jìn)聚合物鏈的氧化。由于只有在氧氣存在時(shí)才會(huì)發(fā)生氧化，因此這種類型的分解只有在當(dāng)塑料暴露于露天環(huán)境時(shí)才會(huì)起作用，如果塑料在厭氧條件下在填埋場處理，分解速度并不比普通塑料快。添加的金屬鹽是鐵、鎂、錳、鋅或鎳類的鹽，在自然界中非常常見。

實(shí)驗(yàn)：

通過梅特勒托利多DSC3和TGA/DSC3+研究了一種含氧生物降解包裝膜的聚合物的組成，并以粒料純PE-LD作為對(duì)照。對(duì)兩種材料都進(jìn)行OOT（氧化起始溫度）測(cè)試，氧化起始溫度由聚合物的穩(wěn)定性決定。

結(jié)果與分析：

圖 1 顯示了兩種材料的 DSC 熔融曲線，兩種樣品的熔點(diǎn)非常相似。然而，含氧生物可降解薄膜是 PE-LD 和 PE-LLD 的混合物。它在 112 °C 和 121 °C 處表現(xiàn)出兩個(gè)清晰的熔融峰。平均結(jié)晶度與 PE-LD相當(dāng)。圖 1 中顯示的曲線是單個(gè)樣品的第二次加熱曲線，以消除生產(chǎn)和儲(chǔ)存歷史對(duì) DSC 曲線的影響。

然后進(jìn)行OOT（氧化起始溫度）的測(cè)量以比較兩種材料的穩(wěn)定性，獲得的曲線顯示在圖 2 中，測(cè)量在氧氣 (50 mL/min) 中進(jìn)行，坩堝敞口測(cè)試。使用與之前相同的 10 K/min 加熱速率。當(dāng)達(dá)到 5 W/g 的放熱熱流時(shí)，測(cè)量會(huì)自動(dòng)停止，以保護(hù) DSC 加熱爐免受分解產(chǎn)物的影響。OOT 測(cè)量值顯示氧化生物降解薄膜的溫度為 201.3°C，PE-LD 顆粒的溫度為 214.7°C，溫差是顯著的并且可重復(fù)，生物可降解 PE 薄膜的氧化起始溫度實(shí)際上比純 PE-LD 顆粒低約 13 ℃，表明其穩(wěn)定性要低得多。

除了 DSC 測(cè)量之外，還進(jìn)行了 TGA 測(cè)量。兩種材料的結(jié)果曲線如圖 3 所示，圖中可以看出兩種材料分解的區(qū)別。樣品在600 °C之前是在氮?dú)庵袦y(cè)試的，純 PE-LD 樣品在氮?dú)庵?熱解，特征起始溫度為 457 °C。在 600 °C 時(shí)，吹掃氣體從氮?dú)馇袚Q到空氣，聚合物殘留物的氧化立即開始。含氧生物降解薄膜的熱解在 472 °C 之后開始，切換為空氣后質(zhì)量有所下降，這表明樣品中仍然含有未*熱解的物質(zhì)，在空氣中顯示出重量損失。在 DSC 曲線中，這個(gè)過程表現(xiàn)為吸熱。

兩種材料也通過 TGA/DSC 在空氣中進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量結(jié)果如圖 4 所示。在空氣中的測(cè)量時(shí)， PE-LD 顆粒的分解表現(xiàn)出更低的溫度。對(duì)比同時(shí)測(cè)量的 DSC 曲線，氧化可生物降解薄膜的氧化開始得更早，DSC 測(cè)量比 TGA 測(cè)量對(duì)氧化更敏感，可氧化生物降解的薄膜會(huì)留下殘留物，而 PE-LD 顆粒則*燃燒，且含氧生物可降解膜在 600 °C 的空氣中仍表現(xiàn)出吸熱效應(yīng)，這可解釋為氧化物的分解。

結(jié)論：

與普通 PE 薄膜相比，含氧生物降解薄膜的氧化行為有顯著差異。該行為證實(shí)了此類薄膜在空氣氣氛中降解得更快。添加的鹽不會(huì)加速氮?dú)庀碌膮捬醴纸?，它們的存在甚至可能?duì)分解不利。TGA曲線表明，含氧生物降解薄膜含有更多的無機(jī)添加劑，并且可以通過TGA曲線很容易地確定無機(jī)添加劑的含量。