聚丁二酸丁二醇酯在不同土壤环境中的降解研究*

寇 莹

(安康学院化学化工系，陕西安康725000)

聚丁二酸丁二醇酯(PBS)因其具有良好的力学性能、机械加工性能和可降解性，在脂肪族聚酯中得到广泛的关注［1－3］。除了力学性能、加工性能外，可生物降解性能也是PBS十分重要的特点。本文重点研究PBS的可降解性。对PBS进行降解试验的方法有土埋法，酶溶液降解法，CO2释放法，可控堆肥法及其他方法等。这几种方法中土埋法是最接近塑料实际降解情况的方法［4，5］。为了能更接近自然情况下塑料的降解情况。该试验采用土埋法对PBS进行降解试验。在当地选取堆肥土、污泥土、垃圾土及花园土四种土壤进行土埋试验，从而进行PBS在不同土壤中的土埋法降解试验。通过降解过程中的失重率和降解前后PBS薄膜表面形貌的变化来表征降解性能从而为实际的降解研究提供参考。

1 实验部分

1.1 实验原料

PBS树脂(poly butylenes succinate)，自制，数均相对分子质量8.95×104。

1.2 PBS薄膜制备

将PBS树脂配制成浓度高于20%的CHCl3溶液，然后缓慢滴入5～10倍体积的工业酒精中，边滴加边用玻璃棒搅拌，PBS树脂以白色絮状物形式析出，过滤，50℃下真空干燥后备用。

将干燥后的PBS絮状物放在金属箔上，金属箔的上下均用聚四氟乙烯薄片盖上，将其放入加热托盘，缓缓升温至130℃，这时PBS絮状物熔融，马上调节液压器，对托盘中的样品施以一定压力，保持压力20分钟，打开加热托盘，将样品放入冷却托盘中，快速降温，一定时间后将压制成的薄膜裁剪成100μm，1cm×1cm大小的薄膜，备用。

1.3 降解实验

选取堆肥土、花园土、污泥土、和垃圾土进行培养。将裁剪好的PBS薄膜准确称量W0后，夹在塑料网纱间，放入以上四种土壤中。保持土壤湿润。每隔5天，取一次样，蒸馏水洗涤后，用滤纸吸干其表面水分，50℃下真空干燥至恒重W1。利用公式loss%=(W0－W1)/W0×100%，计算失重率。

1.4 仪器设备

循环水用真空泵，SHB－95型，郑州杜甫仪器厂;真空干燥器，2K－82A，上海市实验仪器总厂;高精度电子天平，LP503，常熟市衡器厂;pH仪，PB－10，Sartorius公司;玻璃仪器若干。

2 结果与讨论

2.1 PBS薄膜的失重率随时间的变化

由图1可以看到随着时间的增长，不同土壤的土埋法试验中PBS薄膜的失重率变化。为了更明显地观察到降解趋势，我们选取90天作为降解周期。从90天的土埋试验中可以看出，PBS具有良好的生物降解性能，而且随着时间的增长，降解的失重率呈逐渐增大的趋势。在堆肥土，污泥土，垃圾土和花园土四种土壤中，堆肥土中含有丰富的微生物细菌种群，具有很好的降解能力，其次是污泥土，垃圾土和花园土。降解研究中，从20天开始PBS薄膜逐渐开始降解，并随时间的增长降解失重率越来越大。堆肥土中PBS失重率最大，超过6%。其次是污泥土，经过90天的降解，PBS薄膜在污泥土中降解的失重率为4%。PBS薄膜在垃圾土中经过90天降解后的失重率为3%。花园土中PBS的失重率最小，在1%左右。由此可以看出在土埋法降解中土壤的种类对PBS降解会产生不同的影响。

图1 不同土壤的土埋法降解中PBS薄膜的失重率随时间的变化曲线Fig.1 The weight loss rate of PBS

2.2 降解前后PBS薄膜的形貌变化

图2为PBS薄膜在不同土壤中通过土埋法降解前后的表面形貌变化图。由图2(a)可见，降解前的PBS薄膜表面光滑，无褶皱;由图2(b)可以看出，经过堆肥土降解后的PBS薄膜表面褶皱，并且出现大的裂缝;由图2(c)可见，经过污泥土降解后的PBS表面褶皱，并在薄膜的侧边出现了裂纹;由图2(d)可见，垃圾土降解后的PBS薄膜表面褶皱，薄膜侧边出现裂纹，但裂纹长度比堆肥土和污泥土降解后的薄膜裂纹小;由图2(e)看出，经过花园土土埋法降解后的PBS薄膜表面褶皱，有一道小的裂纹。试验过程中，随着时间的增长，褶皱增加，裂纹长度增大。而且通过图2可以看出，土埋法降解中微生物的侵蚀是从边缘开始进行的。薄膜表面形态变化和失重率的结果一致，表明在四种土壤降解中，降解失重率顺序为堆肥土＞污泥土＞垃圾土＞花园土。

图3 不同土壤的土埋法试验降解前后PBS薄膜的表面形貌变化Fig.3 The morphologies of PBS

2.3 不同土壤环境下PBS降解情况的比较

通过在堆肥土、污泥土、垃圾土和花园土、四种土壤中对PBS薄膜进行90天的降解试验，可以看出，随着时间的增长，PBS薄膜降解的失重率逐渐增大。由此看出PBS在当地土壤中具有一定的降解能力。

四种土壤中堆肥土的微生物最为富集，PBS薄膜在堆肥土中降解的失重率最大，薄膜表面出现的裂纹最大。花园土中微生物含量相对较少，PBS薄膜降解失重率最小，薄膜表面出现的裂纹较其他几个小。降解失重率大小顺序为堆肥土＞污泥土＞垃圾土＞花园土。通过表面形态的观察还可以看出，土埋法降解中微生物是从薄膜的侧边开始进行降解的。

3 结论

PBS薄膜在堆肥土、污泥土、垃圾土、花园土中进行土埋法降解试验，通过失重率和表面形态观察，在堆肥土中降解率最大，其次是污泥土，垃圾土，和花园土。通过表面形态观察，土埋法降解中PBS薄膜的表面形貌变化最大。通过PBS薄膜土埋试验的表面形貌变化还观察到土埋试验时土壤中微生物通过侵蚀薄膜侧边来进行降解的。通过PBS薄膜在土埋法的降解试验得出PBS在土壤中具有一定的降解能力，为PBS在实际自然界中的降解提供依据。

［1］周卫东，张维，王小威，等.聚丁二酸丁二醇酯作为生物材料的应用及研究进展［J］.化工新型材料，2012，(7):145 －147.

［2］张世平，宫铭，党媛，等.聚丁二酸丁二醇酯的研究进展［J］.高分子通报，2011，(3):86－93.

［3］寇莹.熔融溶液法合成聚丁二酸丁二醇酯的工艺研究［J］.广州化工，2013，41(10):89－91.

［4］赵剑豪，王晓青，曾军，等.聚丁二酸丁二醇酯在堆肥条件下的生物降解性能研究［J］.功能高分子学报，2004，17(4):666 －670.

［5］赵剑豪，王晓青，曾军，等.聚丁二酸丁二醇酯及聚丁二酸/己二酸丁二醇酯在微生物作用下的降解行为［J］.高分子材料科学与工程，2006，22(2):137 －140.