生物分解添加剂

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本文简述了美国生物分解塑料研究所对于在传统聚合物（如PE,PP,PS和PVC等）中使用添加剂来实现“生物分解性能”的观点。
背景
有一些生产商称他们的产品以1-5%的浓度含量与传统聚合物混合，这样的混合物具备了“生物分解性能”。另外，这些生产商指出他们的添加剂能够使聚合物在有氧条件（如堆肥和垃圾处理）下 具有“生物分解性能”，有些在厌氧条件下（典型如垃圾场）。
今天，这些添加剂分为两个大种类，“氧化-生物分解”和“添加有机填料”：

1. 氧化生物分解：这些含有过渡性金属（有些事常规金属）在热、氧或光的条件下可以引发塑料的氧化和断链。基于BPI在过去4年中进行的20项研究，这些金属包含钴，锰，镁，铁等。引发断链的理论是这些物质可以是聚合物链段变短，当链段小至一定程度时其可以被自然界一些微生物分解。

研究显示潮气会阻碍氧化过程的进行，延迟生物分解发生的潜在可能。另外，对堆肥环境来说，没有数据支持在厌氧环境中的完全生物分解性能。
试验中发现，在干燥，有光照和高温条件下，氧化降解添加剂可以加速传统聚合物的碎裂过程。数据显示，在干燥，高温与紫外同时具备的条件下，碎裂过程可以再2-3个月完成。但是，碎裂并不能代表“生物分解”，而且也没有数据可以显示这些碎片可以在土壤和海洋环境中存在多久。除此之外，数据还显示潮湿的环境将阻碍碎裂过程的进行，阻碍时间为1个月或更久。
实际上，这意味着需要将塑料袋置于沙漠中放置数月，其可能会碎裂。然而这些碎片将会存在几年甚至更久。更多的，如果同样的塑料袋被扔在寒冷，黑暗潮湿的环境，数月甚至数年可能都不会碎裂。
EPI（EPI环境技术），Well/Bioxo，Addiflex，Symphony是一些氧化-生物分解添加剂的供应商。然而，一些使用这些添加剂的营销商并没有引用特定制造商名称，而是称它们使用“氧化-生物分解”浓缩物或添加剂。

2. 添加有机材料：在这类材料中，一些添加剂本身可以生物分解并产生二氧化碳或甲烷气体。添加剂微粒可以生物分解的部分可以是天然材料，如纤维素，淀粉或由树脂（被公认是生物分解的，如EVA或PVOH）组成。现在的关键是添加剂只有一部分是可以生物分解的，没有数据可以显示塑料包装剩下的95-99%部分也可以生物分解。在一些方面，这类添加剂与原始的“生物分解塑料”相似，都是淀粉部分可以生物分解，剩下的塑料只是变成碎片。

基于BPI的调查，使用这种技术（不局限于这种技术）的生产商有ECM BioFilms，BioBatch，Green Films和Good Earth。
最新的认证发展
添加剂供应商的说法不好解释，因为他们通常引用一系列ASTM标准和其他文献。
加利福尼亚州给出了进一步的说明（很多还不被支持），并决定通过了两项法律采取进一步的行动。这些法律适用范围是塑料袋和食品供应方面（包含纸制和塑料制）并于2009年1月生效。立法的效果是使得挂有“可生物分解”和“可降解”的标签更为困难。另外，为了使用“可堆肥”塑料袋和食品供应方面的标签，必须达到ASTM D6400或D6868标准。
ASTM D6400：规范可堆肥塑料的标准
ASTM D6868：规范被用于覆膜纸或其他基材的生物分解塑料
另外，联邦贸易委员会（FTC）要求商家在使用“可生物分解”的声明前，应当出示科学数据来证实：

1） 整个产品（而非添加剂）能够生物分解为自然界元素

2）在正常丢弃后（对大多数塑料来说是堆肥）能够在较短时间内分解

除此之外，基于美国化学品协会的调查，当消费者看到包装上有“可生物分解”的字样时，他们相信包装能够在12-18各月内，无论丢弃打哪里（堆肥场，河流或垃圾场）都会完全消失。
生物分解的科学：
当微生物能够使用某种材料作为碳源而生长时，可以引发这种材料的生物分解过程。碳物质成为“食物”，微生物引以为生。在有氧环境中，碳在生物体内被生物氧化为二氧化碳释放出能量，并对微生物无害。在厌氧环境中产生CO2和CH4。通过测定CO2或CO2和CH4的释放速率和数量来测定材料的生物分解率。这是许多国家（ASTM,EN）和国际(ISO)测定生物分解率或微生物消耗化学品和生物分解塑料标准的依据。
对购买和包装专职人员的建议
再给出了消费者的期望，FTC的方向和加利福尼亚的新法规后，BPI建议希望使用“生物分解添加剂”的组织要求其供应商提供“科学数据”来确定以下几个事情：

1）对于“可堆肥”产品，是不是全部申请（薄膜或包装）都达到ASTM D6400或ASTM D6868的要求？

2）对于“海洋生物分解型”，是否全部申请（薄膜或包装）都达到ASTM 7081的要求?

3）没有ASTM标准通过规定必须达到的整体生物分解水平而声明其它“生物分解”。然而，BPI建议供应商能够证明他们生产的薄膜或包装产品（而不仅仅是添加物）有90%是可以在有氧或厌氧（厌氧消化仪或垃圾场）环境下转化为二氧化碳或甲烷等，通常使用以下国际认可方法通过重量和碳含量来进行测定。

注：只需使用一种试验方法就可证明“生物分解性能”或可堆肥声明。
与正控制相比的90%临界值将会确保整个塑料产品能够被微生物消化（生物分解）而不留下残渣，必须达到以下条件：
·在指定的试验方法中，正控制的生物分解值至少达到70%。
·试验和控制样品必须达到曲线的平稳段。这些平稳段标志生物分解已达到最大限度。
·实验数据的差补法不能作为达到这些标准的根据。
·试验样品不应当受“前提条件”的影响来推动或加速氧化/降解过程（如在高热和干燥环境中放置长时间），而别是对于垃圾场的应用声明。
·生产商应当为感兴趣的组织提供测试报告。
以下是两个图表来显示数据如何表示
关于垃圾场生物分解的评论

生产商应当明白，发生在垃圾场的生物分解会产生游离甲烷，这种气体会导致温室效应。甲烷是二氧化碳产生温室强度的25倍。出于这个原因，BPI建议有“生物分解”潜能的材料转其他方法。