Методы тестирования биоразлагаемости пластиков в лабораторных условиях

Современная индустрия пластиков сталкивается с вызовами экологической устойчивости, что делает биоразлагаемость полимерных материалов важным критерием их оценки. Для проверки разложения пластиков в различных условиях используются стандартизированные лабораторные методы. В статье рассмотрим ключевые этапы и методы тестирования, включая аэробные, анаэробные тесты и исследования в контролируемых компостных условиях.

Методы тестирования биоразлагаемости пластиков в лабораторных условиях

1. Подготовка образцов к тестированию

Перед началом тестов важно правильно подготовить образцы. Включает в себя:

• Измельчение и гомогенизацию – для обеспечения равномерного разложения материала.
• Выбор среды тестирования – водная среда, почва, компост или анаэробные условия.
• Контрольные образцы – используются натуральные полимеры (например, целлюлоза) для сравнения скорости разложения.

2. Аэробное тестирование

Аэробное тестирование оценивает разложение пластика в присутствии кислорода, измеряя выделение углекислого газа (CO₂).

2.1. Метод определения биоразлагаемости в почве (ISO 17556)

• Пластиковый образец смешивают с почвой, богатой микроорганизмами.
• В течение нескольких месяцев фиксируют количество выделенного CO₂.
• Критерий биоразлагаемости – разложение не менее 90% за 6 месяцев.

2.2. Испытания в водной среде (ISO 14851, ISO 14852)

• Образцы помещают в воду с микроорганизмами.
• Оценивают разложение по выделению CO₂ или потреблению кислорода.
• Применимо для водорастворимых и гидролизуемых пластиков.

2.3. Компостное тестирование (ISO 14855)

• Материал компостируют при 58°C в течение 6 месяцев.
• Измеряют объем выделенного CO₂ для оценки степени биоразложения.
• Подходит для проверки пригодности пластика для промышленного компостирования.

оценки степени биоразложения

3. Анаэробное тестирование

Анаэробные тесты моделируют условия свалок или анаэробных реакторов, оценивая выделение метана (CH₄).

3.1. Тест в анаэробных условиях (ISO 11734)

• Образцы помещают в безкислородную среду с анаэробными бактериями.
• Измеряют выделение CH₄ и CO₂ в течение нескольких недель.
• Метод применим для оценки разложения в сточных водах и свалочных условиях.

3.2. Испытания в анаэробном компосте (ASTM D5511)

• Оценивают способность пластика разлагаться в органических отходах в анаэробных биореакторах.
• Используется для проверки биоразлагаемости в биогазовых установках.

4. Испытания в контролируемых компостных условиях

4.1. Лабораторное компостирование (ASTM D5338)

• Имитация промышленного компостирования при температуре 58°C.
• Оценивается биоразложение в условиях высокого содержания влаги и активных микроорганизмов.

4.2. Домашнее компостирование (ISO 20200)

• Моделирование разложения пластика при 20-30°C в садовом компосте.
• Критерий успешного разложения – потеря массы образца и изменение его структуры.

5. Дополнительные методы анализа

Для более детальной оценки биоразлагаемости используют:

• Газовый хроматограф с масс-спектрометром (GC-MS) – анализирует химический состав разложения.
• ИК-Фурье спектроскопия (FTIR) – изучает изменения в структуре полимера.
• Определение молекулярной массы (GPC) – фиксирует степень разложения полимера.

На изображении показана оценка степени биоразложения

Заключение

Лабораторные методы тестирования биоразлагаемости пластмасс позволяют объективно оценить их экологичность и соответствие стандартам. Выбор методики зависит от предполагаемых условий эксплуатации материала. Комбинирование аэробных, анаэробных и компостных тестов дает наиболее полную картину разложения пластика, позволяя разрабатывать более устойчивые и безопасные полимерные материалы.