厦门大学董炎明教授：鉴别降解塑料主材质的快速流程图
董炎明教授
1970年北京大学化学系毕业。
1987年英国剑桥大学留学。
2001年日本福井大学客座教授。
1994年就开始在厦门大学任教，从2004年到2014年，董炎明教授平均每年著书一本，共出版14本教材，基本上都是他主编的，少数参编，教材总字数近500万字，完成了庞大的工作量。其中《高分子科学简明教程》被列为十一五规划国家级教材，每年再印两次，已被60多所高校采用，在全国范围内这本教材每年培养的学生至少是几千名。
董炎明教授曾任教育部高分子材料与工程教学指导委员会委员，获得福建省教学名师奖，宝钢优秀教师奖，主讲一门国家精品课程。科研上主持国家自然科学基金4项，国防863项目一项，和其他科研项目20多项。发表论文超过250篇，有一大半被SCI收录。
2020.1.19国家发改委、生态环境部公布“关于进一步加强塑料污染治理的意见”的“升级版限塑令”中，按步骤到2025年逐步禁止一系列不可降解的塑料产品，如一次性塑料吸管、一次性塑料餐具、塑料购物袋、一次性酒店用品、一次性快递包装、一次性发泡餐具、一次性塑料棉签、超薄农业薄膜等等。原来的一次性塑料产品都要更新换代成环保的可降解塑料产品。
以前可降解塑料分为生物降解、光降解和热氧化降解等。由于光降解和热氧化降解实际上并不能完全降解，2020年新国标（GB/T20197-202X “降解塑料的定义、分类、标志和降解性能的要求”）已经把它们排除在降解塑料之外。而以往的生物降解塑料多半是聚乙烯和淀粉或其他生物质的共混物（即淀粉基塑料或崩坏型塑料），这种生物降解塑料只是部分降解，不是真正意义上的全降解，虽然淀粉被细菌消化掉了，但还残余大量聚乙烯成为微球状或碎片状存在于土壤中破坏土壤结构，或进入江河湖海的水体中而无法排除，造成严重污染。
所以我国降解专委会已经明确聚乙烯+淀粉或聚乙烯+碳酸钙不属于“可降解标识指南”规定所指的完全可降解塑料类产品。于是可降解塑料只剩下真正能全生物降解的脂肪族聚酯及其与填料的混合物，以及天然高分子基的塑料（如热塑性淀粉）。由于在市场上能遇到的可全生物降解的塑料已经缩小到很小的范围，使得本发明有可能做到用一个简洁的鉴定流程图就能做到甄别一次性塑料用品主材质的目的。
▼ 鉴别降解塑料主材质
流程图含六种不可降解的通用塑料（即PET、HDPE、PVC、LDPE、PP、PS）、四种可全生物降解的脂肪族聚酯（即PLA、PBS和PBAT）和热塑性淀粉（TPS），及其所含三类填料（淀粉类、纤维素类和无机填料类）的混合物。仅利用人体五官和水、开水、火、碘酒等家庭必备的条件，通过这个简易流程图按图索骥，就能开展基本的主材质的成分鉴别，初步判别降解塑料的真伪。
无机填料包括碳酸钙、滑石粉、高岭土、贝壳粉等，有机填料包括木粉、竹粉、秸秆粉、甘蔗渣粉、花生壳粉、竹木纤维等纤维素类和淀粉、改性淀粉等。
所涉及树脂的名称、英文缩写和代码见表1。其实，可全生物降解的树脂除上述几种脂肪族聚酯外，还有聚己内酯PCL（代码60）、聚乙交酯PGA（代码84）、聚3-羟基丁酸PHB（代码86）、聚3-羟基丁酸-3-羟基戊酸酯PHBV（代码87）、二氧化碳和环氧丙烷共聚物PPC（代码99）等。但是由于产量少、价格贵、熔点低等原因，在一次性塑料产品中极少见到，所以没有列入流程图。
这里的塑料不包括纤维素为主体，聚合物只是粘合剂的材料，比如纸类。也不包括无机物是主体，聚合物只是粘合剂的材料，比如所谓“石头纸”。
表1 流程图涉及的塑料的名称、英文缩写和代码
降解性 | 塑料的名称 | 英文缩写 | 代码 |
|---|---|---|---|
不可降解 | 聚对苯二甲酸乙二醇酯 | PET | 01 |
高密度聚乙烯 | HDPE | 02 | |
聚氯乙烯 | PVC | 03 | |
低密度聚乙烯 | LDPE | 04 | |
聚丙烯 | PP | 05 | |
聚苯乙烯 | PS | 06 | |
可降解 | 丁二醇、己二酸和对苯二甲酸的三元共聚物 | PBAT | 53 |
聚丁二酸丁二醇酯 | PBS | 56 | |
聚乳酸（又称聚丙交酯） | PLA | 92 | |
热塑性淀粉 | TPS | -- |
1. 样品表面用细砂纸略微打磨，利于吸水性和显色反应的鉴别。
2. 酒精与淀粉的显色反应是蓝色的，但与碘酒的黄色叠加，可能观察到绿色。
3. 含有机填料的实验结果不排除同时还有无机填料。
4. 薄膜样品的沉浮实验由于表面张力会影响结果，可以通过添加少量表面活性剂来解决。
5. PLA、PBAT和PBS经常是混合使用的，因而性质可能介于其间，或者呈现含量较大的一种的性质。
6. 添加量很少的颜料和/或加工助剂，如润滑剂、相容剂和扩链剂等对鉴定没有影响。
如需进一步确证，下面比较简易的化学和物理方法可以作为补充（它们并不是鉴别流程图的一部分）：
1. PLA的溶解性鉴别法。
PLA溶于室温的二氯甲烷，其他树脂不溶，而得以鉴别。
2. PBAT与PBS的鉴别。
（1）对苯二甲酸的鉴别
将试样放入试管中裂解，在试管口盖一片浸有新配制的邻硝基苯甲醛溶于2mol/L氢氧化钠的饱和溶液的试纸。试纸呈现蓝绿色，并对稀盐酸稳定，表明有对苯二甲酸（PBAT的成分之一）。
（2）己二酸的的鉴别
将少许样品与等量间苯二酚和2滴浓硫酸一起在试管中加热，冷后用碱液调至碱性，如呈现暗红紫色表明有己二酸（PBAT的成分之一）。
（3）丁二酸的的鉴别
将3~4滴树脂的溶液与约1g对苯二酚和2mL浓硫酸一起小火加热至190℃。冷却后用25mL水稀释，然后加50~70mL苯振摇。如果苯层出现红色表明存在丁二酸。将苯层用水洗涤后用0.1mol/L氢氧化钠的溶液振摇，如果出现蓝色则进一步证实存在丁二酸（PBS的成分之一）。
3. 纤维素的定性甄别（刚果红染色法）。
刚果红能与培养基中的纤维素形成红色复合物，菌落呈现红色。
参考文献：
1. 董炎明《高分子材料实用剖析技术》 中国石化出版社，1997。
2. 董炎明 《高分子分析手册》 中国石化出版社， 2004。
3. 董炎明，熊晓鹏，郑薇，杨柳林 《高分子研究方法》 中国石化出版社， 2011
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