近年来，可降解塑料行业发展迅猛，PLA、PBAT、PBS等材料在产能和生产技术上不断有突破。许多此类材质也通过降解测试证明了优秀的降解性能。

当前餐饮、外卖等行业对一次性餐饮具使用和需求量越来越大，相关的国家标准在2020年进行了一次重要改版，原来的GB/T 18006.1-2009《塑料一次性餐饮具通用技术要求》中的可降解餐饮具相关内容变为新的国家标准GB/T 18006.3-2020《一次性可降解餐饮具通用技术要求》。

新标准除了对可降解材料和产品除了继续保留原来物理性能指标要求外，还规定其应该满足可堆肥降解性能的要求。崩解性能作为可堆肥降解性能的重要技术指标之一，具有与降解率指标不同的特点。本文带您了解崩解性能及其测试方法。

01.崩解≠降解

GB/T 18006.3-2020中规定，可降解测试样品的相对生物分解率、崩解率和生态毒性均≥90%方可视为达标！

▲ GB/T 18006.3-2020对可降解材料的堆肥降解性能要求

可见，崩解率、生态毒性、生物分解率合起来就是可降解材料需要满足合规要求的三大技术指标。

何谓崩解性能？

如何进行测试评价？

与降解性能相比，崩解性能有许多不同之处：

简单的说，在可堆肥降解范畴，降解性能实际上是考察材料或制品在堆肥化条件下转变为水和二氧化碳的能力。而崩解性能实际上是考察材料在堆肥化条件下从较大体积形态(如较大的块状、片状、薄膜状等)裂变成为较小体积形态(如小碎片)的能力。

崩解率测试的堆肥通常是自然引发的堆肥化，测试时无需规定特定的起始温度条件；而降解率测试用到堆肥通常是已经腐熟的堆肥，且需要在通常认为的最佳堆肥化条件(如标准中规定的58℃、50%湿度环境)下进行。

在结果计算方面，生物分解率(降解率)通过测定降解过程中实际产生的二氧化碳，并与材料理论上100%降解所应该产生的二氧化碳相比较，通过计算得到材料的生物降解率；而崩解率的测试则是考察材料在堆肥结束后的碎裂程度，材料在堆肥过程中通过生物、化学、物理等过程转变成为很小碎片后，称量能通过一定筛网(如2mm)的小碎片质量，并与试验初始时加入的样品质量相比较，通过计算得到崩解率。与降解试验相比，崩解试验在目测感官上可以给人更为直观的感受。

▲ 崩解性能与降解性能的差异

无论是崩解率测试中用到的中试规模堆肥，还是降解率测试中用到的小规模堆肥，都是对大规模真实堆肥进行不同形式的模拟。堆肥化处理是一种将废弃塑料转化为可利用资源（如肥料）的一种途径，不仅可有效减少塑料对环境的污染，堆肥结束后的腐熟产物还可以提升土壤肥效，使土壤环境适用于农作物的生长，同时可减少化肥对土壤的侵蚀，这为塑料行业的可持续性发展提供了一种有效的解决方案。

02.崩解试验（堆肥化）介绍

堆肥化，是在自然界中广泛存在的微生物作用下，促进塑料等材料中可降解有机物转化为稳定的腐殖质的生物化学过程，此过程的产物称之为“堆肥”(compost)。腐熟后的堆肥通常呈深褐色，质地松软，是一种有较佳肥效的土壤调理剂。根据堆肥化过程中的供氧情况，堆肥化可分为厌氧堆肥和好氧堆肥两种。

早在宋代《陈旉农书》中就有记载农村中广为采用的堆肥技术，包括了堆肥设施、方法和使用的过程：“粪屋之中，凿为深池，筑以砖壁，勿使渗透，凡扫除之土，燃烧之灰，簸扬之糠秕，断篙落叶，积而焚之，沃以粪汁积而久之，不觉甚多，凡欲播种，筛去瓦石，取其细者，和匀种子，疏把撮之，待其苗长，又撒以壅之，合欢收成不倍厚也哉”。古籍中提到的方法正是传统农家使用的厌氧堆肥，因为通气不充分，氧气供应不足，在一定的密闭空间中需要靠厌氧微生物群发酵消化厨余、落叶等有机物，形成堆肥。

相比厌氧堆肥，好氧堆肥是在良好通气条件下，借助好氧微生物的生命活动降解有机物。崩解试验的测试原理就是模拟实际的好氧堆肥化过程，使微生物在强烈通氧条件下将试样中的聚合物大分子和有机物添加剂等逐渐转化成二氧化碳、水和腐熟质，同时使得样品在微生物和外部因素的作用下，物理特性逐渐降低，尺寸也由原先5cm*5cm或10cm*10cm的大块逐渐碎裂成小块的过程。

在此过程中，从微观视角上，微生物通过新陈代谢分解有机物来维持自身的生命活动，进而有机物中的可溶性小分子有机物质透过微生物的细胞壁和细胞膜而被微生物吸收和利用，由微生物所分泌的胞外酶分解为可溶性小分子物质，再输送入细胞内被微生物利用，如下图所示。

▲ 有机物的好氧堆肥分解，出处：《固体废物堆肥原理与技术》第二版

经过约12周后的有氧发酵周期，试验样品的崩解程度用崩解率来进行评价：将能通过2 mm试验筛的残余样品碎片干重与初始时样品加入量的总干固体量进行比较，其比值即为崩解率。崩解试验结束后得到的堆肥（< 10 mm 的碎片）还需进行化学分析和生态毒性试验。

▲ GB/T 19811-2005 崩解程度计算

堆肥化过程影响因素

影响堆肥过程的因素很多，主要包括堆肥的原料、水分含量、碳氮比、pH值、通风情况等。

堆肥原料选择、碳氮比、样品量

堆肥前的工作之一是要准备生物质材料(通常是生物质废弃物)，作为合适的堆肥原料。根据崩解性能测试标准GB/T 19811-2005，可以选择以下材料：

新鲜蔬菜/水果（厨余）

兔粮

木屑/树皮

稻草

麦麸

腐熟堆肥等

堆肥过程中有一个重要控制参数是碳氮比（C/N），该参数能反映堆肥中微生物的代谢活动程度。标准中规定的C/N范围在20~30之间；根据国内外研究结果，最佳的堆肥C/N为25:1。

为评价可降解塑料材料制品的崩解程度和生态毒性，按照测试标准GB/T 19811-2005的规定，以下三种不同的测试目的分别对应了不同的样品量要求：

▲ GB/T 19811-2005中规定的崩解率测试所需样品量

通风情况、水分和pH值

持续通风能使堆肥过程顺利进行。应定期测量堆肥混合物中的含氧量，使其高于10%，以保持微生物的活性；若含氧量过低，好氧微生物的生命活动将受到限制，容易使堆肥进入厌氧状态而产生恶臭。

在通风的前提下，堆肥混合物应保持至少40%的水分含量以保证堆肥化过程的正常进行；如在夏季进行堆肥，周围环境温度较高时，堆肥混合物中水分消耗较快，需要及时补水。若水分含量过高，堆肥也会朝厌氧方向发展，进而产生恶臭。

在好氧堆肥期间，应及时进行翻堆，定期翻转堆肥混合物以防止板结，使水分、微生物和酶再充分混合，在此期间，应避免产生厌氧环境进而生成挥发性脂肪酸，因此应控制堆肥的pH值大于7。

温度

GB/T 19811-2005对堆肥过程的温度控制要求如下：

▲ GB/T 19811-2005对崩解试验中的堆肥温度控制要求

一般来说，好氧堆肥过程的温度变化可大致分为三个阶段，中温阶段、高温阶段、以及降温阶段。典型的温度变化曲线如下图所示

▲ 崩解试验中堆肥温度随时间变化的曲线

(该图来自IQTC对实际样品的测试过程监控)

堆肥初始，嗜常温微生物利用混合物中可溶性的有机物（糖类、淀粉）进行生命活动，使堆肥进入中温阶段，混合物整体温度较快升至约45℃或以上。

经过1周后，堆肥温度超过45℃，甚至70℃进入高温阶段，有机物开始分解，腐熟质开始形成；同时，大部分病原体因为放热致死，如沙门菌属、大肠杆菌、流产布鲁市菌等。

堆肥后期，剩下较难分解的有机物和新生成的腐熟质，整体混合物内微生物活性下降，温度下降，嗜温性微生物再一次占据优势，对剩余的有机物分解，腐熟质逐步增加且稳定，堆肥混合物逐渐进入腐熟阶段。

03.结语

崩解性能作为可降解材料需要满足的三大技术指标之一，在对样品的考察目的、堆肥规模、测试条件、控制因素、测试周期、结果计算等方面，都呈现出与降解率测试不同的特点。将崩解率测试结果与降解率测试结果综合起来，大致上可判断出样品的可降解性究竟如何。新发布的国家标准GB/T 18006.3-2020中对崩解性能给出了具体的指标要求，而GB/T19811-2005给出了崩解率的标准测试方法。因此可降解材料生产企业在研发和生产时，除了要考虑材料或产品的降解率之外，也应该充分考虑产品的崩解性能并进行严格的测试，确保产品符合国家标准的要求。

参考文献：

【1】尹瑞,张鹤,邱慧珍,杨慧珍,李孟婵,张春红,王友玲.不同碳氮比牛粪玉米秸秆堆肥的碳素转化规律[J].甘肃农业大学学报,2019,54(05):68-78.DOI:10.13432/j.cnki.jgsau.2019.05.009.

【2】固体废物堆肥原理与技术(第二版)[J].农业环境科学学报,2017,36(10):2006.

【3】GB/T 19811-2005 在定义堆肥化中试条件下塑料材料崩解程度的测定