控釋肥膜材料降解標(biāo)準(zhǔn)初探及材料的選擇

1、山東茂施生態(tài)肥料有限公司山東茂施生態(tài)肥料有限公司 鐘成虎鐘成虎 * * 控釋肥膜材料可降解的重要性控釋肥膜材料可降解的重要性 * * 塑料降解材料的分類塑料降解材料的分類 * * 中國現(xiàn)有的塑料生物降解國家標(biāo)中國現(xiàn)有的塑料生物降解國家標(biāo) 準(zhǔn)準(zhǔn) * * 控釋肥膜材料降解標(biāo)準(zhǔn)建議控釋肥膜材料降解標(biāo)準(zhǔn)建議 * * 控釋肥膜生物降解材料的選擇控釋肥膜生物降解材料的選擇 （一）控釋肥膜材料降解的重（一）控釋肥膜材料降解的重 要性要性 *提高了肥料利用率，節(jié)約了資源提高了肥料利用率，節(jié)約了資源 *降低了農(nóng)民的施肥成本，提高了產(chǎn)量降低了農(nóng)民的施肥成本，提高了產(chǎn)量 *減少了肥料流失對環(huán)境的污染減少了肥料流失對

2、環(huán)境的污染 *減少了溫室氣體氧化亞氮的排放減少了溫室氣體氧化亞氮的排放 控釋肥的優(yōu)點(diǎn)控釋肥的優(yōu)點(diǎn) * 難降解膜進(jìn)入環(huán)境后，由于其很難降解，造成難降解膜進(jìn)入環(huán)境后，由于其很難降解，造成 長期的、深層次的生態(tài)環(huán)境問題。大量的膜混長期的、深層次的生態(tài)環(huán)境問題。大量的膜混 在土壤中，破壞土壤結(jié)構(gòu)，影響農(nóng)作物吸收養(yǎng)在土壤中，破壞土壤結(jié)構(gòu)，影響農(nóng)作物吸收養(yǎng) 分和水分，將導(dǎo)致農(nóng)作物減產(chǎn)分和水分，將導(dǎo)致農(nóng)作物減產(chǎn) * 對土壤生物的危害，如：蚯蚓、微生物對土壤生物的危害，如：蚯蚓、微生物 控釋肥膜的潛在危害控釋肥膜的潛在危害 可降解膜材料控釋肥是未來技術(shù)可降解膜材料控釋肥是未來技術(shù) 發(fā)展的必然趨勢發(fā)展的必然趨勢

3、 （二）塑料降解材料的分類（二）塑料降解材料的分類 *光降解塑料：光降解塑料： 在塑料中摻入光敏劑，在日照下在塑料中摻入光敏劑，在日照下 使塑料逐漸分解；使塑料逐漸分解； *生物降解塑料：在微生物的作用下，可完全分生物降解塑料：在微生物的作用下，可完全分 解為低分子化合物的塑料；解為低分子化合物的塑料； *光光/生物降解：生物降解： 光降解和微生物相結(jié)合的一類塑光降解和微生物相結(jié)合的一類塑 料，它同時(shí)具有光和微生物降解塑料的特點(diǎn)；料，它同時(shí)具有光和微生物降解塑料的特點(diǎn)； *水降解塑料：在塑料中添加吸水性物質(zhì)，用完水降解塑料：在塑料中添加吸水性物質(zhì)，用完 后棄于水中即能溶解掉；后棄于水中即能溶解

4、掉； 1、按降解方式分類、按降解方式分類 * 控釋肥膜埋入土壤中，見光少；控釋肥膜埋入土壤中，見光少； * 水降解塑料不適合做控釋肥膜材料水降解塑料不適合做控釋肥膜材料 控釋肥膜的降解方式主要為生物控釋肥膜的降解方式主要為生物 降解降解 *微生物合成型：微生物合成型： 微生物合成高分子聚合物，生物發(fā)酵法，微生物合成高分子聚合物，生物發(fā)酵法， 包括微生物聚酯、乳酸、聚合乳酸和微生物多糖；包括微生物聚酯、乳酸、聚合乳酸和微生物多糖； * 天然高分子型：包括淀粉、纖維素、甲殼素、蛋白質(zhì)等天然高分子型：包括淀粉、纖維素、甲殼素、蛋白質(zhì)等 天然高分子材料；天然高分子材料； *化學(xué)合成型：化學(xué)合成型： 包

5、括脂肪聚酯、芳香聚酯包括脂肪聚酯、芳香聚酯 、聚乙烯醇、聚乙烯醇、 改性聚烯烴、醇酸樹脂、聚氨基甲酸酯、環(huán)氧樹脂等；改性聚烯烴、醇酸樹脂、聚氨基甲酸酯、環(huán)氧樹脂等； *摻混型：兩種或者兩種以上高分子材料共混或者共混聚摻混型：兩種或者兩種以上高分子材料共混或者共混聚 合，至少一種組分是生物降解的，典型的是填充淀粉；合，至少一種組分是生物降解的，典型的是填充淀粉； 2、按來源方式分類、按來源方式分類 控釋肥膜半透膜的性質(zhì)，要求比較強(qiáng)的控釋肥膜半透膜的性質(zhì)，要求比較強(qiáng)的 疏水性，因此膜材料的選擇為生物降解疏水性，因此膜材料的選擇為生物降解 “化學(xué)合成型和摻混型化學(xué)合成型和摻混型” 控釋肥膜材料來源控

6、釋肥膜材料來源 *完全生物降解材料：完全生物降解材料： 在微生物的作用下，在一定的時(shí)間在微生物的作用下，在一定的時(shí)間 內(nèi)完全分解為二氧化碳或甲烷和水的化合物；內(nèi)完全分解為二氧化碳或甲烷和水的化合物； * 破壞性生物降解材料：即部分生物降解材料，在微生物破壞性生物降解材料：即部分生物降解材料，在微生物 的作用下，高分子材料被分解散亂碎片，未降解的部的作用下，高分子材料被分解散亂碎片，未降解的部 分將殘留相當(dāng)長的時(shí)間，只能改變膜的形狀，或者說分將殘留相當(dāng)長的時(shí)間，只能改變膜的形狀，或者說 只能部分降解的膜材料。按照只能部分降解的膜材料。按照“限塑令限塑令”的國家標(biāo)準(zhǔn)的國家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 21661

7、-2008和國家環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)和國家環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)HJ/T 209-2005， 采用采用15%的完全降解材料即為環(huán)保型塑料袋，這種并的完全降解材料即為環(huán)保型塑料袋，這種并 非是完全環(huán)保的。非是完全環(huán)保的。 3、按生物降解程度分類、按生物降解程度分類 （三）中國現(xiàn)有的塑料生物降（三）中國現(xiàn)有的塑料生物降 解國家標(biāo)準(zhǔn)解國家標(biāo)準(zhǔn) *全稱：受控堆肥條件下材料最終需氧生物分解和崩解能全稱：受控堆肥條件下材料最終需氧生物分解和崩解能 力的測定，等同于國際標(biāo)準(zhǔn)力的測定，等同于國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 14855：1999 *采用測定釋放的二氧化碳的方法：在模擬的強(qiáng)烈需氧堆采用測定釋放的二氧化碳的方法：在模擬的強(qiáng)烈需氧堆

8、肥條件下，測定試驗(yàn)材料最終需氧生物分解能力和崩肥條件下，測定試驗(yàn)材料最終需氧生物分解能力和崩 解程度，試驗(yàn)材料需氧生物分解過程中，二氧化碳、解程度，試驗(yàn)材料需氧生物分解過程中，二氧化碳、 水、礦化無機(jī)鹽和新的生物質(zhì)都是最終生物分解的產(chǎn)水、礦化無機(jī)鹽和新的生物質(zhì)都是最終生物分解的產(chǎn) 物，在試驗(yàn)過程中連續(xù)監(jiān)測、定期測量產(chǎn)生的二氧化物，在試驗(yàn)過程中連續(xù)監(jiān)測、定期測量產(chǎn)生的二氧化 碳，累計(jì)產(chǎn)生的二氧化碳的總量。碳，累計(jì)產(chǎn)生的二氧化碳的總量。 *生物分解率：試驗(yàn)材料在試驗(yàn)中實(shí)際產(chǎn)生的二氧化碳量生物分解率：試驗(yàn)材料在試驗(yàn)中實(shí)際產(chǎn)生的二氧化碳量 與材料可以產(chǎn)生的二氧化碳的理論量之比為生物分解與材料可以產(chǎn)生的

9、二氧化碳的理論量之比為生物分解 百分率。百分率。 1、生物降解率國家標(biāo)準(zhǔn)、生物降解率國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 19277-2003 *培養(yǎng)土：來自于穩(wěn)定的、腐熟的堆肥，如可能，從城市培養(yǎng)土：來自于穩(wěn)定的、腐熟的堆肥，如可能，從城市 固體廢棄物中有機(jī)物的堆肥中獲取固體廢棄物中有機(jī)物的堆肥中獲取 *試驗(yàn)條件：在室內(nèi)、黑暗或弱光下進(jìn)行，沒有任何會(huì)影試驗(yàn)條件：在室內(nèi)、黑暗或弱光下進(jìn)行，沒有任何會(huì)影 響微生物生長的蒸汽，溫度為響微生物生長的蒸汽，溫度為582；時(shí)間為時(shí)間為2-6個(gè)個(gè) 月月 *生物分解率不包括已轉(zhuǎn)化成新的細(xì)胞生物質(zhì)的碳量，因生物分解率不包括已轉(zhuǎn)化成新的細(xì)胞生物質(zhì)的碳量，因 為在試驗(yàn)周期內(nèi)不代謝為二

10、氧化碳為在試驗(yàn)周期內(nèi)不代謝為二氧化碳 生物降解率測定條件生物降解率測定條件 生物降解二氧化碳測試裝置生物降解二氧化碳測試裝置 不含二氧化碳的空氣 二氧化碳測試系統(tǒng) 培養(yǎng)土 堆肥條件下的生物降解堆肥條件下的生物降解 某種聚合物的分子鏈在酯酶或脂肪酶、水以及熱的作用下催化水解，形成了低相對分某種聚合物的分子鏈在酯酶或脂肪酶、水以及熱的作用下催化水解，形成了低相對分 子質(zhì)量的可以被微生物同化的碎片，從而完成了子質(zhì)量的可以被微生物同化的碎片，從而完成了“初步降解初步降解”。降解過程中生成的低。降解過程中生成的低 分子質(zhì)量碎片進(jìn)入微生物細(xì)胞中，在喜氧環(huán)境中，進(jìn)一步發(fā)生同化作用轉(zhuǎn)化為二氧化分子質(zhì)量碎片進(jìn)入

11、微生物細(xì)胞中，在喜氧環(huán)境中，進(jìn)一步發(fā)生同化作用轉(zhuǎn)化為二氧化 碳、水、以及氮的氧化物；在厭氧環(huán)境中，同化作用不生成二氧化碳和水，主要的產(chǎn)碳、水、以及氮的氧化物；在厭氧環(huán)境中，同化作用不生成二氧化碳和水，主要的產(chǎn) 物是甲烷，這樣微生物就完成了最終的生物降解。物是甲烷，這樣微生物就完成了最終的生物降解。 可降解標(biāo)準(zhǔn)：生物降解率可降解標(biāo)準(zhǔn)：生物降解率15% 2、塑料制品國家環(huán)境保護(hù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、塑料制品國家環(huán)境保護(hù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)HJ/T 209-2005 生物降解率生物降解率15% 3、限塑令：塑料購物袋國家標(biāo)準(zhǔn)、限塑令：塑料購物袋國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 21661-2008 4、降解塑料國家標(biāo)準(zhǔn)、降解塑料國家標(biāo)準(zhǔn)G

12、B/T 20197-2006 *生物分解塑料：生物分解率生物分解塑料：生物分解率60% *可堆肥塑料：生物分解率可堆肥塑料：生物分解率60%，崩解程度，崩解程度90% （四）控釋肥膜材料降解標(biāo)準(zhǔn)建議（四）控釋肥膜材料降解標(biāo)準(zhǔn)建議 *即達(dá)到生物降解率即達(dá)到生物降解率15% * 達(dá)到破壞性生物降解材料標(biāo)準(zhǔn)，膜材料在田間達(dá)到破壞性生物降解材料標(biāo)準(zhǔn)，膜材料在田間 不會(huì)造成大量積累不會(huì)造成大量積累 第一步達(dá)到國家環(huán)境保護(hù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)第一步達(dá)到國家環(huán)境保護(hù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)HJ/T 209- 2005或者或者“限塑令限塑令”國家標(biāo)準(zhǔn)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 21661-2008 *即達(dá)到生物降解率即達(dá)到生物降解率60% * 膜

13、材料基本不會(huì)造成環(huán)境污染膜材料基本不會(huì)造成環(huán)境污染 第二步逐步達(dá)到生物降解塑料國家標(biāo)第二步逐步達(dá)到生物降解塑料國家標(biāo) 準(zhǔn)準(zhǔn)GB/T 20197-2006 （五）控釋肥膜生物降解材料的選擇（五）控釋肥膜生物降解材料的選擇 生物基材料是生物降解膜材料選生物基材料是生物降解膜材料選 擇的富礦擇的富礦 *熱塑性材料（聚乙烯和聚丙烯）：將聚烯烴進(jìn)行改性，熱塑性材料（聚乙烯和聚丙烯）：將聚烯烴進(jìn)行改性， 例如：在塑料中例如：在塑料中添加添加加拿大加拿大EPI公司的公司的TDPA(完全可降完全可降 解性塑料助劑）和解性塑料助劑）和DCP（過氧化二異丙苯，可堆肥處（過氧化二異丙苯，可堆肥處 理塑料），可將聚烯烴降解為低相對分子質(zhì)量的化合理塑料），可將聚烯烴降解為低相對分子質(zhì)量的化合 物助劑，能夠使材料變脆、破裂以至于最終被微生物物助劑，能夠使材料變脆、破裂以至于最終被微生物 所消化；所消化； *醇酸樹脂：基于大豆油與亞麻油醇酸樹脂具有優(yōu)良的生醇酸樹脂：基于大豆油與亞麻油醇酸樹脂具有優(yōu)良的生 物降解性；物降解性； 1、溶劑型材料選擇、溶劑型材料選擇 *環(huán)氧樹脂：環(huán)氧樹脂： 基于基于腰果殼油固化劑的環(huán)氧樹脂；光固化環(huán)腰果殼油固化劑的環(huán)氧樹脂；光固化環(huán) 氧大豆油丙烯酸樹脂；基于二聚酸縮水甘油醚的環(huán)氧氧大豆油丙烯酸樹脂；基于二聚酸縮水甘油醚的環(huán)氧 樹脂樹脂 * 聚氨酯：生物基（蔗糖、山梨醇、甘油等