研究背景：

塑料废物可以形成尺寸从1 μm到5 mm 和<1 μm 不等的微塑料 (MPs) 和纳米塑料 (NPs)，这些微塑料会持续存在于环境中，尤其是在水生环境中，从而造成潜在的环境风险。生物降解塑料（BP）由农作物、木浆和其他生物基原料制成。理论上，它们可以在自然环境中完全降解形成 CO2、水和生物质。但是其完全降解需要特定的环境条件，例如合适的 pH 值、温度、氧气和水，而其不完全降解可能会产生微/纳米塑料。来自BP的微纳米塑料具有类似于石油基塑料的特性。因此，对 BP 老化的研究不容忽视，阐明 BP 在老化过程中微纳米塑料的形成至关重要。塑料的光老化是导致塑料在环境中老化的主要过程之一，很少有研究关注水在塑料光老化中的作用。BP由于含氧官能团的存在，更容易发生断链，因此，BPs 的老化过程可能不同于石油基塑料。

研究内容：

江南大学的丁建南等人使用聚（乳酸）/聚（己二酸丁二醇酯 - 共对苯二甲酸酯）（PLA / PBAT）薄膜作为模型BP，研究了PLA / PBAT薄膜在四种条件下30 天的老化行为1）没有紫外线 (UV) 照射的空气，2）没有紫外线照射的水，3）有紫外线照射的空气和4）有紫外线照射的水）。通过扫描电子显微镜 (SEM)、傅里叶变换红外光谱 (FTIR)、X 射线光电子能谱 (XPS) 和氢核磁共振光谱 (1H NMR) 表征了 PLA/PBAT 共混物在老化过程中的物理和化学性质变化。这项工作探讨了 PLA/PBAT 薄膜在不同条件下的老化过程，这有助于阐明其环境行为，并为评估 BP 的潜在风险提供进一步的信息。

主要研究结果：

1. PLA/PBAT 薄膜在不同条件下的扫描电子显微镜图像：(a) 没有紫外线照射的空气，(b) 没有紫外线照射的水，(c) 有紫外线照射的空气，和 (d) 有紫外线照射的水。

2. PLA/PBAT 薄膜在波数为 600-2000 和 2700-3600 cm−1 的傅里叶变换红外 (FTIR) 光谱在不同条件下老化 30 天：(a) 没有紫外线照射的空气，(b) 没有紫外线照射的水，（c）有紫外线照射的空气，和（d）有紫外线照射的水。

3. PLA/PBAT 薄膜在不同条件下的羰基指数 (CI) 比。不同小写字母表示各条件下不同老化时间差异显著(p < 0.05)。（单向方差分析，LSD 检验，p < 0.05）。不同的大写字母表示每个老化时间条件之间的显著差异（单向方差分析，LSD 检验，p < 0.05）。误差线指示 ± SD (n = 3)。

*羰基指数 (CI)用于表示塑料的老化程度，并使用 FTIR 数据中的羰基 (C=O) 和亚甲基 (–CH2) 的吸光度之比计算：

4. PLA/PBAT 薄膜在不同条件下老化 30 d 的 X 射线光电子能谱 (XPS)：(a) 没有紫外线照射的空气，(b) 没有紫外线照射的水，(c) 有紫外线照射的空气，和（d）经紫外线照射的水。

5. 不同条件下PLA/PBAT薄膜的 1H NMR 光谱：(a) 原始，(b) 没有紫外线照射的空气，(c) 没有紫外线照射的水，(d) 有紫外线照射的空气，和 (e) 有紫外线照射的水。

6. PLA/PBAT 薄膜在不同条件下的同步 (a, c) 和异步 (b, d) 2D-COS 图：(a) 和 (b) 紫外线照射的空气，(c) 和 (d) 紫外线照射的水。红色代表正相关，蓝色代表负相关。

7.PLA/PBAT薄膜在有水条件下在紫外线照射下老化时的化学反应方程式：

8. 推测PLA/PBAT薄膜在紫外光照射条件下在水中的老化机理。

研究结论：

在这项研究中，作者研究了 PLA/PBAT 薄膜在不同条件下的老化，以加深对 PLA/PBAT 薄膜老化机理的理解。基于物理和化学表征，本研究表明，在特定条件下老化 30 天后，PLA/PBAT 薄膜的老化效率可能不如预期的那么好。而且，PLA/PBAT薄膜在紫外光照射条件下的水中老化效率更高，这与石油基塑料不同。除了水解和光解的联合作用增加接触面积加速老化外，表面产生的自由基也可能影响PLA/PBAT薄膜的老化速度。此外，作者观察到 PLA/PBAT 薄膜表面微纳米塑料的产生受老化条件的影响，这影响了对 BPs 产生的环境风险的评估。在未来的研究中应仔细考虑影响 BP 老化的因素，并应研究可能的降解机制。这对于评估 BP 在商业化过程中的影响及其对环境的风险具有重要意义。

参考文献：

Aging of poly (lactic acid)/poly (butylene adipate-co-terephthalate) blends under different conditions: Environmental concerns on biodegradable plastic

原文链接：

https://w.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S004896972206020X?via%3Dihub

DOI: 10.1016/j.scitotenv.2022.158921