可降解塑料的结构与性能快速检测研究进展
发布时间：2023-08-26作者：小编来源：点击：次
当今世界，随着塑料用量的日益增长，塑料垃圾的污染已经成为了一个严重的环境问题。据统计，全球每年生产的塑料制品数量已经超过4亿吨，其中，仅有9%的塑料被回收，而大部分最终被焚烧或丢弃在自然环境中，造成了大量的环境污染和生态破坏。此外，传统的塑料制品往往需要数百年才能降解，导致了大量塑料垃圾的积累和对环境长期的影响。
为了应对这一环境问题，降解塑料及其产品作为环保型材料已经逐渐得到人们的关注和重视，也被认为是解决“白色污染”的有效手段[2]。据预测，全球降解塑料市场规模将在近几年以年均复合增长率14.5%增长，到2026年达到150亿美元。可降解塑料产业的迅速发展，也得益于我国的限塑政策，2020年，我国国家发改委发布的《关于进一步加强塑料污染治理的意见》中明确指出，自2020年起，全国各地将阶段性禁用一次性不可降解塑料产品。然而，生物降解塑料产业的迅速发展，也伴随着一系列的问题。第一，可降解塑料生产成本较传统塑料高，部分商家为降低成本用传统塑料冒充可降解的塑料或用大量的传统塑料填充到可降解塑料中以改善性能，这种情况使得市场环境越来越恶劣，不利于可降解塑料的良性循环发展[3]。第二，降解塑料的检测和监管仍然是一个待解决的问题，传统的检测方法往往耗时、耗费人力和物力，并且容易造成污染。据报道，单一的化学方法检测降解塑料的效率很低，需要耗费大量时间和资源。因此，开发快速、准确、环保的降解塑料检测方法显得尤为重要。
常见的降解塑料快速检测主要包括傅里叶变换红外光谱（FTIR）、傅里叶变换衰减全反射红外光谱法（ATR-FTIR）、拉曼光谱（Raman）、中红外光谱分析（MIR）、近红外高光谱成像（NIR-HIS）、激光诱导击穿光谱（LIBS）、核磁共振波谱法（NMR）、热裂解色谱法（Py-GC）、差示扫描量热法（DSC）、热失重分析法（TG）等。本文介绍了这些方法的优缺点以及应用，旨在为降解塑料的快速检测提供帮助。
1 结构快速检测
1.1 光谱学分析
1.1.1 FTIR
FTIR是一种基于傅里叶变换的光谱分析仪器，广泛应用于化学、材料科学、生命科学等领域。FTIR技术可以用于分析各种物质的化学结构、官能团、键合等信息。
FTIR主要由光源、样品室、干涉仪、检测器、光源、数据采集系统组成，其中迈克尔逊（Michelson）干涉仪是FTIR的核心部分[4]，它将红外辐射分成2个光束并进行干涉。检测器将光信号转换为电信号，如氨化确探测器（DTGS）、锗探测器（Insb）、焦平面探测器（FPA）等。FTIR光源通常使用的是红外线灯，能够产生波长在2.5～25μm之间的红外辐射。样品室用于放置样品，有不同的样品池（如溴化钾压片、气体池、液体池等）供用户根据需要选择。数据采集系统包括放大器、转换器，电信号转化为数字信号，并通过傅里叶变换处理后得到光谱图[5]。FTIR具有高分辨率，可以检测到微小的结构变化和样品的细微差异，提供了准确度高的分析结果。另外，FTIR可以通过校准曲线等方法进行定量分析，得到比较准确的浓度结果，与此同时还具有较快的分析能力，一般只需要几分钟就可以完成检测，且具有非破坏性，这些不可替代的优点，使得FTIR成为最常见的红外光谱仪，但它容易受背景影响，且不适用于深色、黑色的样品[3]。
尚超男等[6]以海南禁塑名录（第一批）中禁用不可降解塑料聚乙烯（PE）和乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）为目标物，按不等质量梯度分别与聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯（PBAT）和聚乳酸（PLA）等可生物降解聚合物熔融共混，进行复合物中PE和EVA的定性定量分析研究。FTIR结合聚类分析（图1），对PE/PBAT、EVA/PBAT、PE/PLA和EVA/PLA二元共混体系中的68个自制样品进行目标物鉴别及定量分析。结果表明，FTIR技术在禁塑组PE和EVA定性定量分析中方法可靠，可实现简便快捷的半定量分析。张玉佩等[7]通过热重-红外联用技术（TGA-FTIR）建立了微塑料的定量定性分析方法，对微塑料热解，用FTIR分析微塑料的热解气体，通过热解气体的特征峰对微塑料进行快速识别和量化，对生活中常用的4种微塑料进行了测试，结果表明，大部分微塑料的热解物质红外信号相互重叠。
图1 4个体系的聚类分析结果[
Fig.1 Classification results of the four systems[6]
衰减全反射（ATR）是FTIR的一种操作模式。ATR晶体是ATR-FTIR的核心部件，其通常由高折射率材料制成，例如硒化锌钠氯化物、钦金石等[8]。ATR晶体通过内部全反射的原理，将样品中的红外辐射光反射入FTIR光谱仪中进行分析。样品接触窗口是ATR-FTIR的另一个关键组成部分，它与ATR晶体相连，接触样品并传递光线，样品接触窗口通常由金属或半透明晶体制成，如锌硒、锗、钻石等。对于一些特殊的样品，制样困难，就很难进行红外光谱检测[9]，而采用ATR-FTIR无须对样品进行任何处理或制备，能够直接分析固体、液体和半固体等不同形态的样品，ATR-FTIR还可以识别黑色样品。而且，ATR-FTIR技术采用全反射原理，样品与棱镜之间只有一个微薄的接触面，对样品几乎没有破坏作用。在结果方面，ATR-FT-IR比FTIR更加直观，样品直接与ATR棱镜接触，没有空气介质的影使得分析结论更加真实可靠[10]。
魏晓晓等[11]研究了快速鉴别可降解一次性塑料制品成分的方法。首先利用ATR-FTIR采集市场常见生物降解塑料的FTIR谱图（图2），作为标准对照谱图。然后收集市场一次性可降解塑料制品，包括塑料袋、餐盒、餐具、杯子、吸管等，用手术刀切下制品薄层，采用ATR-FTIR对薄层进行表征，结合生物降解塑料标准对照谱图及常见塑料填料标准谱图确定一次性塑料制品成分。在此基础上选择有代表性的一次性塑料制品的FTIR谱图，建立一次性可降解塑料制品标准FTIR谱图库。结果表明：采集样品材质可分3大类，分别以PLA、淀粉、PBAT为主体添加适当填料。未知样品与谱库数据匹配度，可作为未知样品的初步判定依据。可见通过ATR-FTIR可以对可降解一次性塑料制品材质成分进行分析，该方法无须前处理，操作简单，为大批量可降解包装制品检测提供了一种简便、快捷、准确的方法。周淑美等[12]采用ATR-FTIR建立了对可降解塑料包装的成分鉴别的方法。应用FTIR光谱对可降解塑料包装进行分析，通过对可降解塑料PBAT、PLA等主要吸收带的分析，得到了PBAT、PLA等原料及其制品FTIR光谱的特点，此方法操作简便，快速高效。
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图2 生物降解塑料的FTIR谱图
Fig.2 FTIR of biodegradable plastics[11]
1.1.2 Raman
20世纪20年代，印度科学家Raman发现了Raman散射，以此命名Raman光谱。Raman光谱是一种光谱技术，用于研究分子的振动和转动。Raman光谱利用Raman散射现象，通过测量物质与激光光源交互作用后散射的光的频移和强度变化来研究物质的结构和性质。这种光谱技术可以用于分析化学、生物化学、材料科学等领域。
Raman光谱的简单构造如下，激光源是产生激光的装置，常用的激光源包括氨气激光器、二极管激光器等。激光的波长和功率会影响到拉曼散射的强度和频移，不同的样品和分析需求需要选择合适的激光源。样品室是装置样品和激光照射的空间。通常，样品室内会有一个旋转平台，以便调整样品与激光的相对位置，从而获取最佳的信号强度。光学系统用于收集散射光，并将其导入光谱仪进行信号处理和分析。探测器用于检测收集到的散射光信号，并将其转化为电信号。光谱仪用于信号处理和数据分析，包括波长测量、光谱图像显示、数据存储等[13]。Raman光谱的优势非常明显，它的分析不需要与样品进行直接接触，这使得它在分析液态、气态和固态样品时都非常方便，但测量时间较长。同时，由于不需要样品处理或预处理，因此可以提高实验的效率和减少实验过程中可能产生的误差[14]。
2020年底，海南发布了Raman指纹图谱快速检测法，此方法可用于生物降解塑料制品的快速检测，给出了常见塑料的主要特征峰（表1）。测试时，将被测试样与电子监管的光谱指纹图谱进行对比，可以快速、定性的鉴别成分[15]。姜红等[16]利用差分Raman光谱对收集的42个不同品牌不同厂家不同容量的塑料瓶进行检验，根据差分Raman光谱图可将样品分为PE与聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）两大类，每类样品的拉曼特征峰存在一定差异。使用判别分析法对处理后的光谱数据进行分析，建立8个判别函数，实现对数据变量取值的预测，同时检验上述判别函数的判别能力，并建立判别分布图，判别图中9组样品质心明显区分，效果较好。对Raman光谱数据进行系统聚类、K-Means快速聚类和皮尔逊相关系数分析，验证判别结果的准确性，为塑料瓶类物证的检验提供依据，可用于公安实际办案。
表1 常见全生物降解塑料原料的Raman光谱主要特征峰[15] 下载原图
Tab.1 The main characteristic peaks of Raman spectra of com-mon biodegradable plastic materials[15]
1.1.3 MIR、NIR
红外光谱可分为近红外、中红外和远红外3个谱区[17]，在红外光谱的发展中，中红外的发展比较迅速，大多数的专家认为近红外谱区利用率不大，因此一直被忽略[18,19]。1980年后，出现了高分辨率的FTIR仪器，此时技术成熟，性能完善。在构造上与其他光谱基本一致，光源通常使用白炽灯、卤素灯、灯等，同样需要对待测样品进行适当的处理[20]，但NIR则通常使用较简单的仪器和设备，成本也相对较低。
Yan等[21]提出了近红外光谱波长范围为1 000～2 500 nm的塑料识别模型，用于使用丙烯腈丁二烯苯乙烯（ABS）、聚苯乙烯（PS）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）、PE、PET的表征和分类，应用主成分分析（PCA）建立标准样品的特征波长，分析了模型的准确性、性质和交叉验证。该模型仅包含一个简单的方程、质心坐标和径向距离，通过这些方程可以轻松开发分类和排序软件。结果表明，未知样品的识别准确率为100%。李文环等[22]利用NIR技术对塑料进行鉴别分类，并做了一系列定性或定量分析，分析精度非常高。利用近红外光谱仪采集样品在900～2 500 nm波段的近红外光谱，最终得到11种塑料样品的347条近红外反射光谱。建立了基于BP神经网络、概率神经网络和支持向量机3种方法的鉴别模型，其对未知塑料样品的预测正确率分别达到92%、91%和94%，表明利用这3种模式识别方法建立的鉴别模型能够有效区分不同种类的塑料。第二种方法是基于光谱特征波长反射率比值建立鉴别模型，能够区分11种塑料，结果表明整体鉴别正确率达到98%，证明了该方法的可行性。
在原理上，MIR和FTIR都是基于样品中分子的振动吸收来确定样品的成分和结构。它们使用的是红外辐射来激发样品的分子振动，然后检测样品吸收特定波数的红外辐射，从而生成红外吸收谱图。其次，在仪器上，MIR和FTIR使用的是不同类型的光谱仪。MIR使用的是单色仪和分光计来选择特定波数的红外辐射，然后测量样品的吸收率。FTIR使用的是傅里叶变换仪器来同时测量所有波数的红外辐射，然后将吸收谱转换为波数谱。MIR与FTIR相比它的波长范围更小，分辨率更差[23],MIR更适用于表征样品的结构和组成。Wang等[24]以纯PLA杯盖和改性PLA吸管2种PLA材料产品为研究对象（图3），借助MIR对降解进行了表征，提出了太赫兹广谱峰面积校准方法，可以在不收集二氧化碳的情况下同时堆肥多个样品，从而大大提高了单样品检测的数量。该研究没有破坏产品的原始形式，检测方法快速、方便、高效，测试结果与国际标准测试结果进行比较，巧合度非常高，验证了该方法的可行性和可靠性。
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图3 不同降解阶段纯PLA杯盖和改性PLA吸管的MIR光谱比较[24] 下载原图
Fig.3 Comparison of MIR spectra between pure PLA cup cap and modified PLA straw at different degradation stages[24]
1.1.4 LIBS
LIBS技术基于脉冲激光发射高能激光的理论，该激光聚焦在材料表面并烧蚀样品以形成等离子体。随后收集和分析等离子体的发射光谱，从中可以定量和定性地检测组成元素的类型和丰度[25]，且它在塑料识别方面用途广泛。Sattmannd等[26]将LIBS与前馈神经网络相结合，识别出5种不同的塑料，平均准确率为90%～100%。LIBS系统的构造主要包括以下组件。LIBS技术的激光系统使用高功率、短脉冲的激光作为激发源，通常使用Nd:YAG激光器或铜蒸气激光器等[27]。样品探测系统用于定位样品表面和保持激光束和样品的距离稳定。光谱分析系统用于检测和分析激发等离子体发射的光谱信号，包括光谱仪、光电倍增管（PMT）、多道光电子学仪器等。气体控制系统用于改变等离子体的环境，以增强或减少特定元素的光谱信号，可以控制等离子体温度、气体流速、气体压力等参数。与传统的塑料分选方法相比，LIBS允许远程操作，无须接触样品表面或进行预处理。此外，LIBS具有很强的适应恶劣环境的能力[25]。
Lukas等[28]提出了LIBS作为一种新颖而强大的空间分辨聚合物分类分析方法。作为可行性研究，找取了5种聚合物的选定光谱LIBS特征（图4），并使用多变量统计方法[主成分分析（PCA）和K均值聚类]成功对2种不同合成聚合物的空间分布进行了分类，即ABS、PLA、PE、PVC和聚丙烯酸（PAK）。通过获得的二维结构样品的分布与其中一种合成聚合物中存在的污染物的元素分布进行比较，验证了空间分辨的分类结果。通过获得的结果与微观横截面进行比较，验证了聚合物多层体系的分类。结果表明，LIBS不仅可以用于研究5D结构聚合物样品，还可以用于深度剖面的直接分析，展示了LIBS结合不同多元统计方法进行快速可靠的聚合物分类的能力。Vinicius等[29]使用LIBS与判别函数分析，对电子工业中最常用的5组聚合物进行了鉴定和分类，使用从LIBS获得的发射线和分子带的理论比率开发了分类模型（KNN和SIMCA）。模型的预测表明可用于识别和分类所研究的聚合物，LIBS与化学计量学工具相结合是一种准确、快速的方法，可用于聚合物的鉴定和分类。
图4 5种聚合物的选定光谱LIBS特征[28] 下载原图
Fig.4 Selected spectral LIBS characteristics of five polymers[28]
1.2 NMR
NMR是一种分析化学技术，用于研究分子的结构、组成和反应动力学等方面。该技术基于原子核的磁性和电子云的相互作用，并利用外加磁场和高频电磁辐射对样品进行激发，从而观察分子的核磁共振信号，进而得到分子的结构和组成信息。该现象由伯塞尔（E·M·Purcell）和布洛赫（E·Bloch）使用不同实验方法发现，伯塞尔使用的是吸收法，布洛赫使用的是感应法，因此两人获得了1952年诺贝尔物理学奖[30]。
NMR的主要组成部分包括：样品、磁场、射频辐射源、探测器、计算机等[31]。在NMR中，样品通常是一种有机分子或无机化合物，其含有核磁共振活性核，样品可以以液态、固态或气态存在，但通常以溶液形式使用。磁场是核磁共振波谱法的核心部分，它用于将样品中的核磁共振活性核置于磁场，使它们的核自旋在磁场作用下产生能量分裂，并且可实现对核磁共振信号的分辨和测量。射频辐射源用于向样品中辐射一定频率的高频电磁辐射，使核磁共振活性核能够被激发，并产生一定频率的核磁共振信号。探测器用于接收并放大样品中的核磁共振信号，并将其转换为电信号。常用的探测有原子磁力学探测器（AM）、磁感应强度探测器（BIM）等。计算机用于数据采集、处理和分析，通常使用专业的核磁共振数据处理软件，利用计算机可以进一步处理核磁共振信号，并提取样品中的化学信息，如化学位移、耦合常数等。核磁共振波谱法可以测量官能团含量，定量分析的精度高，分析数据可靠，但仪器复杂、操作技术要求高。
海南省发布了适用于以PBAT、PLA、聚丁二酸丁二醇酯（PBS），淀粉或改性淀粉为主要原料加工而成的塑料制品的NMR检测法，可实现定性和定量检测。该方法采用核磁共振波谱仪对提取成分进行检测，选取了3种降解材料的特征峰，在对试样进行氢谱检测时，若出现定性的特征峰，可表明含有3种成分。该标准使用塑料成分定量特征峰的峰面积与内标物定量特征峰的峰面积的比值，结合试样和内标物的质量，来计算各组分的含量，实现了定量分析，在重复性条件下获得的2次独立测定结果的绝对差值不得超过算术平均值的15%[32]。陈新启等[33]采用核磁共振氢谱法，以1,2,4,5-四氯苯为内标（图5），建立了生物降解塑料中PLA、PBS、PBAT,3种组分的定量分析方法。该方法明确了PLA、PBS和PBAT的定量特征峰，建立了定量计算公式。同时测定了7批市售生物降解购物袋中上述3种组分的含量。结果表明，在内标物与目标物定量特征峰面积比1∶5～5∶1范围内，该方法表现出良好的线性关系，相关系数（R）均>0.99,3种组分精密度、重复性的相对标准偏差均≤3%，定量分析结果相对误差绝对值均≤3.0%，该方法准确且简便可行，该方法适用于生降解塑料样品中PLA、PBS、PBAT含量的快速测定。苏哪锋等[34]采用固体核磁共振谱学手段对常用的塑料原材料PE、PP、淀粉、PLA、聚羟基脂肪酸酯（PHA）、PBAT、聚己内酯（PCL）等进行了交叉极化NMR图谱采集并对各种NMR信号进行了归属。根据分析结果，对塑料实际样品的组成成分进行了快速定性鉴别。该方法前处理过程简便易行，为生物降解塑料制品的定性分析提供了一种有效、快捷、准确的实验方案。
图5 PBAT、PLA、PBS与1,2,4,5-四氯苯混合物的1H-NMR谱图[33] 下载原图
Fig.5 1H-NMR spectrum of the mixture of PBAT,PLA,PBS and 1,2,4,5-tetrachlorobenzene[33]
1.3 Py-GC
Py-GC是一种分析技术，它结合了热裂解和气相色谱技术。通常由以下几个部分组成。热裂解器用于将样品加热至高温并将其裂解为小分子气体，可采用炉管式、注射器式或反应器式等不同结构形式，其中最常用的是炉管式热裂解器。气相色谱仪用于将裂解产物分离并进行检测，气相色谱仪通常由进样口、柱组、检测器和数据处理系统等部分组成。气源和流量控制器用于提供载气（如氮气、氨气等）和流量控制[35]。它的原理简单，将固态、液态或气态的有机物样品加热至高温条件下，一般为500～1 000℃，使其发生热裂解反应，分解成小分子气体[36]。加热过程中，样品中的高分子物质被破坏为单体、二聚体和小分子物质，将热裂解产物通过气流引入气相色谱柱中，在柱中进行分离[37]。气相色谱柱通常采用长毛细管柱或毛细管柱组，用以提供高分辨率的分离。在柱中，化合物会按照各自的挥发性和亲水性在柱内不同位置上以不同的速率移动，从而实现分离，再经检测器检测，可得到色谱图，就可以定性定量的研究组成和结构[38,39]。它的优点十分突出，常用于相对分子质量大、结构较复杂且难以挥发和难以溶解物质的鉴定分析和研究[40,41,42]，但样品损失大，灵敏度低。
Elvis D等[43]提出了一种定量方法，用于提取和分析生物固体样品中的7种塑料（PS、PC、PMMA、PP、PET、PE、PVC），将单步顺序加压液体萃取（PLE）与两阶段（双注射）Py-GC相结合，无须提取前净化步骤或样品预处理。第一注射组分用于热解吸从生物固体样品中共提取的潜在干扰有机化合物/材料，并在第二次注射中进行塑料鉴定和定量。工作结果表明，单步PLE与双注射Py-GC联用是快速有效地鉴定和定量生物固体样品中PE、PP、PVC、PMMA和PS的合适方法，可能适用于其他塑料类型和环境基质。
2 性能快速检测
2.1 热分析法
2.1.1 DSC
DSC是一种分析相变和放热或吸热现象而导致的材料物理和化学变化（如熔化，结晶和玻璃化转变）的方法[44]。它利用降解材料热性能参数的不同可定性的鉴别生物降解材料的成分[45]，灵敏度高、易于校准[46]，作为快速简单的分析工具，也用于识别常见的塑料和海洋微塑料[47]。主要由以下部分构成，样品舱用于放置待测试的样品，通常使用铝制舱体，可以承受高温高压条件。参比舱放置参比物，使用铝制舱体，与样品舱完全一致。加热系统使用加热器提供样品舱和参比舱的温度控制。传感器使用温度传感器和热电偶传感器测量样品舱和参比舱的温度和热量信号。控制器根据传感器的信号控制加热系统，以保持样品舱和参比舱的恒定温度差。数据处理器用于记录和处理传感器信号，生成样品热量-温度曲线以及计算热量变化等数据。冷却系统降低实验过程中的温度，使样品和参比物能够被快速冷却或恢复到初始状态。
Zhang等[48]主要采用DSC分析可生物降解塑料PLA、PBAT、PBAT/PLA共混物和不可降解塑料PET、高密度聚乙烯（PE-HD）、低密度聚乙烯（PE-LD）、PP。利用正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）建立了验证模型。结果表明，可生物降解和不可降解塑料的熔点分别为120～176℃和105～253℃，可生物降解PLA和不可降解PP的熔点重叠。通过组合DSC变量，建立了100个OPLS-DA模型（图6）。3个有效的识别模型能够对比和分类可生物降解和不可降解塑料（模型1），生物降解塑料（模型2）和不可降解塑料（模型3），准确率超过85%,PLA的判别准确率达到100%。这种方法可能有助于生物降解塑料的市场监管。
图6 不同OPLS-DA模型的评分加载图[48] 下载原图
Fig.6 Score-loading plot of different OPLS-DA models[48]
2.1.2 TG
TG是一种常见的热分析技术，用于研究材料的热稳定性和分解机制[49]。TG通常由以下部分构成[50]。样品室是放置样品的地方，通常是一个高温炉或炉膛，它必须具有恒定的温度控制能力，以确保样品受到准确的温度升降速率的控制。电子天平用于测量样品的质量变化，它必须具有高精度和高稳定性，以确保准确测量样品质量的变化。温度控制器用于控制样品室的温度，它必须能够以准确的升温速率和温度保持稳定地控制温度。样品支架用于固定样品，并保证样品在加热过程中的稳定性和均匀性。气体流量控制器用于控制样品室中的气体流量，可以是氮气、空气或其他气体。数据采集系统用于记录并处理电子天平的输出数据，生成质量随时间的变化曲线。计算机用于控制仪器的运行，实时采集和处理数据，并绘制相关图表。TG通常与其他分析方法结合使用来实现塑料的识别，Majewsky等[51]利用TG和DSC相结合的方法测定了7种塑料聚合物的相变温度，PE和PP能够被清晰地识别。表2对快速检测的优缺点进行了对比。
表2 快速检测方法优缺点对比
Tab.2 Comparison of advantages and disadvantages of fast detection methods
2.2 降解分析
可生物降解塑料的降解方式主要有土壤掩埋法和堆肥法，但都存在检测周期长、操作繁琐、测试费用高等缺点。
李荣秋等[52]通过水热法降解，研究了聚乳酸薄膜的降解行为及其降解性能快速检测方法。当降解温度从130℃升高到170℃时，聚乳酸薄膜薄膜降解性能的检测时间从8 h降低到2 h；水热法与传统降解方法比较，其降解时间从3个月降低到2小时，其降解速度从低于10%升高到最高70%左右，由此说明水热法能够加速降解聚乳酸薄膜。对聚乳酸薄膜水热法降解所得失重率和降解时间进行非线性拟合，结果表明非线性拟合参数值R2都接近于1，说明实验数据与理论模型能够很好拟合，由此可见，利用水热法降解检测聚乳酸薄膜降解性能具有可行性。相对于聚乳酸薄膜降解性能的传统检测方法，使用水热法具有检测周期短、操作简便、测试费用低等优点，由此说明该方法具有应用前景。Zhou等[53]为了准确测定聚烯烃基降解塑料的降解性能，首次提出了生物同化碳的概念。开发了一种检测聚烯烃可降解塑料中炭基指数和生物同化碳转化率的方法，以快速鉴定其降解性能。测定结果表明，70%以上的生物同化碳转化率可以替代生物降解率指标，达到快速鉴定塑料降解性能的目的。美国材料试验协会现行通用标准提出的劣化检测周期：ASTM D6400《堆肥塑料规范》可以从1年缩短到1个月。塑料催化降解标准体系提供了聚烯烃基催化降解物质（微塑料）的检测方法，解决了检测周期长、检测效率低的问题。因此，该方法有望作为相关标准方法，为评估准确提供参考。Rosli等[54]研究了PLA/天然橡胶（NR）共混物无定形区域，发现高含量的NR提高了PLA/NR共混物在土壤中的生物降解速率。
Awale等[55]经过土壤掩埋实验后发现纯PLA的体重损失和物理外观保持不变，添加5%质量的淀粉使PLA的降解率增加了2%，添加20%质量的EPO（环氧棕榈油）后，降解率增加至17.35%。Liu等[56]通过在聚丁二酸丁二醇酯（PBS）主链中加入乳酸（LA），获得了名为聚丁二酸丁二醇醋-L-丙交酯（PB-SL）的无规共聚酯，LA单元的加入破坏了PBS分子链的规律性，导致结晶度下降，抗拉强度下降。在海水中进行降解实验，发现PBSL样品表面孔隙普遍比PBS多。降解后，PBSL力学性能显著下降，拉伸强度几乎完全消失，实验表明该方法显著提高了在海水中的降解性。陈咏等[57]采用熔融纺丝法制得生物可降解的PBAT纤维，在低温、干燥的非生物环境因素对PBAT纤维的降解性影响最小，在该环境中储存1个月纤维断裂强度仅下降3.6%；相较于酶解和水解生物环境条件下，土壤环境对PBAT纤维的影响更明显，可使纤维的结晶度从34.45%下降到19.36%。柴喜存等[58]将竹纤维（BF）和海藻酸钠（SA）与PLA共混，结果表明，降解21天后，BF/PLA和SA-BF/PLA材料的质量损失率相较于纯PLA的0.11%提高了7.55和23.09倍。降解后，SA-BF/PLA复合材料的表面出现大量的裂痕与凹陷，增大了与土壤中的接触面积，加速了复合材料的降解。相比于纯PLA,BF/PLA和SA-BF/PLA复合材料的结晶度大幅度降低，表明SA和BF可降低PLA复合材料的结晶度，提高其降解性。
3 结论
(1）综述了降解塑料结构快速检测的几种技术：FTIR、ATR-FTIR、Raman、MIR、NIR-HIS、LIBS、NMR、Py-GC，简单列举了降解塑料性能检测包括DSC和TG，对降解性能进行了分析；
(2）近年来，针对降解塑料快速检测的研究得到了广泛的关注，涉及的技术主要包括红外光谱、拉曼光谱等，这些技术已经成功地应用于降解塑料的监测和分析，并且在实际应用中已经取得了一些重要的成果，但是降解塑料快速检测技术将仍面临更多的挑战和机遇；
(3）目前，可生物降解的检测周期长、过程复杂，对快速检测不利，因此对快速检测方法的研究有利于可降解塑料的良性发展。由于可降解塑料属于可持续发展的绿色资源，且随着科学技术的发展以及政策的支持，相信可降解塑料会蓬勃发展。
