《Polymer Degradation and Stability》：Insights into solid-waste management of poly(1,4-butylene adipate-co-1,4-butylene terephthalate): Degradation behavior under model industrial conditions
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PBAT基薄膜在不同环境（有氧堆肥、厌氧消化、水解）中降解动力学及RM-β-CD和制备方法对其影响研究。通过光学显微镜、扫描电镜等分析手段，系统评估了薄膜形态、结晶度及降解规律，揭示了溶剂 casting与压延成型工艺差异及RM-β-CD添加剂的调控作用，为可降解塑料的工业应用与有机回收提供理论依据。
Wanda Sikorska | Khadar Duale | Marta Musio? | Henryk Janeczek | Anna Hercog | Karolina Olszowska | Andrzej Marcinkowski | Silke Andr?-?muda | Marcin Godzierz | Marzena P?awszewska | Judit E. Puskas | Frederick C. Michel | Michael Klingman | Maria Letizia Focarete | Miroslawa El Fray | Krzysztof Gor?cy | Konrad Walkowiak | Joanna Rokicka | Malwina Nied?wied? | Iza Radecka | Joanna Rydz
波兰科学院聚合物与碳材料中心，M. Curie-Sk?odowskiej 34，41-819 Zabrze，波兰
摘要
本研究全面比较了不同环境条件下脂肪族-芳香族共聚酯聚(1,4-丁二醇酸酯-1,4-丁二醇对苯二甲酸酯)（PBAT，商业名称为Ecoflex?）的降解动态。有效管理固体废弃物并实现其有机回收，需要深入理解其好氧和厌氧降解过程。文章讨论了在模拟工业条件下（包括好氧堆肥、厌氧消化和水解降解）对基于PBAT的薄膜（包括溶剂浇铸和压制/模塑成型，无论是否添加随机甲基化的β-环糊精RM-β-CD）进行的降解研究结果。对形态和物理化学变化的全面评估为了解PBAT薄膜在模拟工业条件下的降解动态提供了宝贵见解，这是本研究的核心和创新之处。此外，精心选择的模型系统对于评估RM-β-CD对聚合物关键性能（如降解性和结晶度）的影响至关重要。研究结果表明，通过调整生产方法和/或添加合适的添加剂可以调节PBAT的降解特性。因此，有效的塑料废弃物管理和合适的堆肥策略对于减少环境影响仍然至关重要。
引言
可生物降解聚合物越来越多地被视为传统塑料的替代品，尤其是在包装和农业薄膜等领域。根据欧盟（EU）指令（2008/98/EC和2018/851），废物分离、回收和资源回收等策略在减少环境影响方面发挥着关键作用。在这种情况下，具有明确降解行为的可生物降解材料可以被整合到这些系统中，因为它们可以在适当条件下分解为更简单的化合物，从而促进环境中的养分循环[1]。可生物降解性是指材料在自然条件下能够被细菌和真菌等生物因子分解的能力。（生物）可降解这一术语表示材料可以通过非生物过程（如简单水解）或生物因子进行分解。
这一特性与非生物降解材料形成鲜明对比，后者在环境中会持续存在更长时间。由可生物降解聚合物制成的产品在使用完其预期功能后，可以按照适当的固体废弃物管理原则进行有机回收[[2], [3], [4], [5]]。在可生物降解聚合物中，聚(1,4-丁二醇酸酯-1,4-丁二醇对苯二甲酸酯)（PBAT）是一种广泛使用的脂肪族-芳香族共聚酯，具有高柔韧性、优异的加工性能以及与传统聚合物加工设备的兼容性[[6], [7], [8], [9]]。最近的研究集中在通过功能性添加剂修改PBAT以调整其性能和降解行为。其中，环糊精（CDs），包括随机甲基化的β-环糊精（RM-β-CD），由于其独特的结构和与聚合物基体的相互作用能力（可能影响结晶度、热性能和降解过程[[10], [11], [12], [13], [14], [15]]），成为有前景的添加剂。然而，尽管有这些研究，RM-β-CD对PBAT降解行为的影响，尤其是在不同薄膜制备方法下的影响，尚未完全阐明。综合考虑所有因素，理解可生物降解材料的降解过程对于符合欧盟指令的有效固体废弃物管理至关重要[16,17]。因此，本研究旨在批判性地评估和全面比较PBAT薄膜在模拟工业系统（包括好氧堆肥、厌氧消化和水解条件）下的降解动态。特别是，该工作评估了制备方法（溶剂浇铸与压制/模塑）和RM-β-CD的存在对降解行为的影响。为此，对多种类型的样品进行了受控降解实验，并使用光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）、凝胶渗透色谱（GPC）、核磁共振（NMR）、差示扫描量热法（DSC）、X射线衍射（XRD）和热重分析（TGA）对材料在降解前后的性能进行了表征。这种综合分析方法详细评估了物理化学性质，特别是形态和结晶度的变化，并揭示了PBAT薄膜在不同条件下的降解特性。同时，还确定了RM-β-CD添加和薄膜制备方法对PBAT基体性能的影响。我们假设，通过添加RM-β-CD和选择适当的薄膜制备方法，可以在不影响其工业条件下有机回收适用性的前提下调整PBAT薄膜的降解行为。
材料
使用的随机甲基化β-环糊精（RM-β-CD，DS ～12，CycloLab Ltd，匈牙利）为市售产品。作为聚合物基体的PBAT颗粒包括Ecoflex? Batch AB1 [18]（BASF，德国）和Ecoflex? F BX 7011（Songhan Plastic Technology Co., Ltd，中国）。在厌氧消化实验中，使用微晶纤维素（50 μm，ThermoScientific Chemicals，美国）作为阳性对照。
薄膜制备
通过将PBAT颗粒溶解在氯仿（10 wt%）中制备了溶剂浇铸的PBAT（Ecoflex? Batch AB1）薄膜
结果与讨论
通过在三种不同环境中进行一系列受控降解实验，评估了PBAT薄膜在工业固体废弃物管理系统相关条件下的性能变化。这些实验中，PBAT薄膜在水性环境中于37°C和70°C下降解70天，在好氧堆肥条件下降解97天，在厌氧消化系统中降解99天。
结论
环保包装市场的增长源于监管压力和消费者需求的增加，这些趋势越来越重视可生物降解性、回收材料和再利用。在这种情况下，PBAT特别受到关注，因为它是一种多功能且可生物降解的聚合物，在自然条件下可以通过水解和微生物作用分解。本研究考察了PBAT薄膜在好氧堆肥、厌氧消化等条件下的降解情况。
作者贡献声明
本手稿由所有作者共同完成。所有作者均同意最终版本的手稿。
作者贡献：
Wanda Sikorska – 方法论、资源、研究、监督、撰写 – 初稿。
Khadar Duale – 资源、研究、撰写 – 审稿与编辑。
Marta Musio? – 形式分析、撰写 – 审稿与编辑。
Henryk Janeczek – 形式分析、撰写 – 审稿与编辑。
Anna Hercog – 形式分析。
Karolina Olszowska
CRediT作者贡献声明
Wanda Sikorska： 撰写 – 初稿、监督、资源、方法论、研究。
Khadar Duale： 撰写 – 审稿与编辑、资源、研究。
Marta Musio?： 撰写 – 审稿与编辑、形式分析。
Henryk Janeczek： 撰写 – 审稿与编辑、形式分析。
Anna Hercog：
形式分析。
Karolina Olszowska：
Andrzej Marcinkowski：
形式分析。
Silke Andr?-?muda：
形式分析。
Marcin Godzierz：
形式分析。
Marzena P?awszewska：
形式分析。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
本工作得到了欧盟“Horizon 2020”研究与创新计划（Marie Sk?odowska-Curie资助协议编号872152）的支持，该项目是“GREEN-MAP”国际项目的一部分，该项目由波兰科学与高等教育部“PMW”计划在2020–2024年间共同资助（合同编号5092/H2020/2020/2），以及波兰科学院与保加利亚科学院之间的科学合作项目共同支持。
