Jaki jest proces wykrywania stopnia biodegradacji podczas kontroli jakości-włókniny PLA?

Podczas kontroli jakości włókniny-PLA jednym z głównych wskaźników jest stopień biodegradacji. Jego wykrycie wymaga symulacji specyficznych środowisk (takich jak kompostowanie przemysłowe, gleba, woda itp.) i jest określane poprzez pomiar stopnia degradacji materiału pod działaniem mikroorganizmów (np. proporcja pierwiastków węglowych zamienionych na CO₂). Obecnie standardowe metody powszechnie stosowane zarówno na arenie międzynarodowej, jak i w kraju opierają się głównie na warunkach kompostowania przemysłowego (ponieważ włóknina PLA-jest najczęściej używana w sytuacjach jednorazowego użytku i musi szybko ulegać degradacji w kontrolowanym środowisku kompostowania). Poniżej przedstawiono szczegółowe metody i procesy testowania

I. Podstawowe standardy badawcze: Badanie szybkości biodegradacji musi opierać się na wiarygodnych standardach, aby zapewnić spójność i porównywalność wyników. Powszechnie stosowane normy obejmują: • Normy międzynarodowe: ISO 13432 „Materiały opakowaniowe - Metody badań i wymagania dotyczące kompostowalności i biodegradowalności”, ASTM D6400 „Standardowa specyfikacja dotycząca kompostowalności materiałów z tworzyw sztucznych dla kompostowni komunalnych lub przemysłowych”. • Normy krajowe: GB/T 19277.1-2011 „Oznaczanie końcowej biodegradacji tlenowej i zdolności rozpadu materiałów w kontrolowanych warunkach kompostowania – Część 1: Metody ogólne”, GB/T 28206-2011 „Wymagania techniczne dotyczące tworzyw sztucznych kompostowalnych”. Normy te zawierają jasne przepisy dotyczące środowiska testowego, źródła mikroorganizmów, cyklu testowego itp. (Na przykład warunki kompostowania przemysłowego: temperatura 58±2 stopni, wilgotność 50%-60%, a inokulum to dojrzałość kompostu).

Specyficzny proces testowania (na przykładzie ISO 13432)

1. Przygotowanie próbki • Potnij-włókninę PLA na drobne cząstki (zwykle mniejsze lub równe 10 mm), dokładnie zważ masę próbki (oznaczoną jako m, jednostka: g) i oblicz zawartość węgla w niej (określoną na podstawie analizy elementarnej, oznaczoną jako C_próbka).

Jednocześnie należy przygotować „kontrole pozytywne” (takie jak celuloza, o której wiadomo, że ulega 100% rozkładowi) i „kontrole ślepe” (zawierające wyłącznie modyfikatory i bufory kompostowe, bez próbek), aby zweryfikować skuteczność systemu detekcji.

2. Materiały do ​​zaszczepiania i budowa układu reakcyjnego

• Materiały do ​​zaszczepiania: Używa się osadów komunalnych lub produktów kompostowych (zawierających naturalne zbiorowiska drobnoustrojów), które miesza się z wodą destylowaną i roztworem buforowym (utrzymując pH 7,0±0,5) w standardowych proporcjach, tworząc substrat reakcji.

• Naczynie reakcyjne: Użyj zamkniętego aparatu do pomiaru oddechu (takiego jak system stałego ciśnienia lub stałej objętości), aby zmieszać odpowiednio próbkę, kontrolę dodatnią i kontrolę ślepą z zaszczepioną matrycą, a następnie umieść je w inkubatorze o stałej temperaturze w temperaturze 58±2 stopni.

3. Monitorowanie procesu degradacji i zbieranie CO₂

• Stale monitoruj CO₂ wytwarzany przez system reakcyjny w ciągu 6 miesięcy (maksymalny okres wykrywania wymagany przez normę): ◦ Jeśli jest to system o stałym ciśnieniu, oblicz wydajność poprzez pomiar objętości gazowego CO₂ (po wysuszeniu i usunięciu gazów zakłócających); Jeżeli jest to system o stałej objętości, moc wyjściową oblicza się poprzez pomiar zmiany stężenia CO₂ w gazie (np. za pomocą detektora podczerwieni). Od grupy próbek należy odjąć CO₂ wytwarzany przez ślepą kontrolę (z wyłączeniem wpływu samo-degradacji zaszczepionych substancji).

4. Obliczanie teoretycznej ilości CO₂: Na podstawie zawartości węgla w próbce oblicz całkowitą ilość CO₂, jaka powinna powstać po całkowitym rozkładzie: Teoretyczna ilość CO₂ (g)=(C_próbka × 44) ÷ 12 (Uwaga: 44 to masa molowa CO₂, a 12 to masa molowa węgla, czyli 1g węgiel jest całkowicie przekształcany w 1× 44/12 g CO₂.

5. Określenie szybkości biodegradacji: Jeżeli szybkość biodegradacji kontroli pozytywnej jest większa lub równa 70% (co wskazuje na skuteczność systemu), a szybkość biodegradacji próbki w ciągu 6 miesięcy jest większa lub równa 90%, określa się ją jako „biodegradowalną”. Jeżeli w ciągu 6 miesięcy nie zostanie osiągnięte 90%, okres testowania należy przedłużyć do 2 lat (przy czym PLA, jako materiał ulegający degradacji, zwykle spełnia normę w ciągu 3 do 6 miesięcy).