塑料制品的广泛使用和过度消费导致了大量的塑料废弃物，其中许多需要几百年甚至更长时间才能分解。这一问题对地球的生态平衡和环境健康产生了巨大的威胁，迫切需要采用可持续的解决方案。在可持续材料研究的前沿，生物降解塑料已经成为一个备受关注的领域。与传统塑料不同，生物降解塑料可以在自然环境中相对较短的时间内分解为无害的物质，从而减轻了对环境的不良影响。

目前，GB/T 19277.1—2011是我国确定最终需氧生物分解能力及崩解程度的标准，该标准检测周期长、实验繁琐，根据材质需要1～3个月[1]。因此，迫切需要一种快速检测可降解塑料的方法。降解塑料结构的快速检测有光谱学分析法和核磁共振波谱法，核磁共振波谱法定量分析精度好，但仪器复杂、操作难度高，热裂解色谱法常用于相对分子质量大且难以挥发和溶解物质的分析研究[2][3][4]，但灵敏度低。光谱学分析中，拉曼光谱测量时间长、普及率没有红外光谱高，激光诱导击穿光谱成本高，另外傅里叶变换衰减全反射红外光谱法比普通红外光谱分析结果真实可靠[5]，因此本文选用衰减全反射红外光谱法。

魏晓晓等[6]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，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[7]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。

本文通过红外光谱图对不同共混物的特征峰位置和强度进行对比，研究其红外特征峰差异，探究其变化规律。

1 实验部分

1.1 主要原料

聚乳酸（PLA),FY601，熔体流动速率33.8 g/10 min，安徽丰原福泰来聚乳酸有限公司；

聚对苯二甲酸-己二酸丁二醇酯（PBAT),TH801T，熔体流动速率5.0 g/10 min，新疆蓝山屯河科技股份有限公司；

聚丁二酸丁二醇酯（PBS),FD92PB，东莞市伟才塑料原料有限公司；

淀粉，试剂级，上海麦克林生化科技有限公司；

高密度聚乙烯（PE-HD),L501-5000S，燕山石化；

氯仿，分析纯，茂名市雄大化工有限公司。

1.2 主要设备及仪器

电子分析天平，JA2003A，上海精大电子仪器有限公司；

傅里叶变换红外光谱仪（FTIR),Great 20，中科瑞捷科技有限公司；

开炼机，BL-6175-BL，宝轮精密检测仪器有限公司；

电热鼓风干燥箱，101-0AB，天津市泰斯特仪器有限公司；

平板硫化机，XLB-Q，常州市东南橡塑机械厂；

常州市东南橡塑机械厂，JB-2A，江苏金坛宏华仪器厂。

1.3 样品制备

两组分溶液共混：将不同比例的PLA与PBAT混合，其总量为10 g，分别放入烧杯中，PLA初始含量5%，每次增加10%，直至95%。加入50 mL氯仿使其溶解。溶解完成后倒入培养皿，放入干燥箱干燥，冷却至室温后用镊子取出样品放入样品袋，等待之后进行的红外光谱检测。

将不同比例的PLA与PBS混合，其总量为10 g，分别放入烧杯中，PLA初始含量5%，每次增加10%，直至45%。加入50 mL氯仿使其溶解。

保持PLA和PBS比例不变，加入质量分数为5%的ST，按相同步骤制成样品后装入样品袋。与PLA/PBS的共混物进行对照，验证ST的加入对红外光谱的特征峰有何影响。

保持PLA和PBS比例不变，加入质量分数为5%的PE-HD，按相同步骤制成样品后装入样品袋。与PLA/PBS的共混物进行对照，验证PE-HD的加入对红外光谱的特征峰有何影响。

两组分熔融共混：将不同比例的PLA与PBAT共称取10份各100 g药品，PLA初始含量5%，每次增加10%，直至95%。对开炼机的前辊和后辊进行预热，将其温度分别设定为140℃和180℃。在开炼机达到预设温度后，将PLA加入其中，待其熔融后加入PBAT，并使用割刀协助材料混合均匀，最后取料并将开炼机关闭。待成品冷却后，切割一部分用平板硫化机压成薄膜，此过程要控制时间一致，之后，将压好的薄膜装入样品袋中，等待之后进行的红外光谱检测。

将不同比例的PLA与PBS共称取5份各100 g药品，将开炼机辊和后辊进行预热，将其温度分别设定为140℃和180℃，具体步骤如上，PLA初始含量5%，每次增加10%，直至45%。

在保持PLA和PBS比例不变的前提下，添加质量分数为5%的PE-HD。按照相同的步骤，依次添加PLA、PBAT和PE-HD，进行切割翻料和混合物料，冷却后切割一部分并将其压成薄膜，装入样品袋中，等待之后进行的红外光谱检测。

在保持PLA、PBS比例不变的前提下，加入质量分数为5%的St，按相同步骤依次加入PLA、PBAT和St，切割翻料，混合物料，冷却后切割一部分压成薄膜，装入样品袋中，等待之后进行的红外光谱检测。

3组分熔融共混：将不同比例的PLA与PBAT与PBS共称取100 g药品，具体配方见表1，按以上操作相同步骤，等待之后进行的红外光谱检测。

1.4 性能测试与结构表征

FTIR分析：将制备得到的样品热压成膜，通过FTIR对其进行测试。波数扫描范围700～4 000 cm-1，分辨率0.4 cm-1，扫描次数32次。

2 结果与讨论

2.1 生物降解原材料的红外光谱

图1为标准的PLA、PBAT和PBS的红外光谱。PLA的红外特征峰中，2 999 cm-1和2 925 cm-1分别为甲基CH3的不对称和对称伸缩振动峰，1 749 cm-1为羰基C=O伸缩振动峰，1 453 cm-1为CH3的弯曲振动峰，1 268、1 182、1 129、1 042、1 082 cm-1均为C—O—C伸缩振动峰，871 cm-1则是O—CH—CH3伸缩振动峰，757 cm-1处对应于CH3的面内摇摆震动峰[8][9]。PBAT的红外特征峰中，2 956 cm-1和2 876 cm-1分别为亚甲基CH2的不对称和对称伸缩振动峰，1 715 cm-1为羰基C=O伸缩振动产生的强峰；1 578 cm-1和1 504 cm-1是苯环的骨架振动，C—O的伸缩振动在1 268 cm-1、1 118 cm-1、1 102 cm-1处；1 017 cm-1是对位取代苯环上相邻两个氢原子的面内弯曲振动，874、727 cm-1处的吸收峰代表苯环上CH面外弯曲振动峰[10][11][12]。PBS的红外特征峰中，2 949 cm-1和2 858 cm-1分别为CH2的反对称伸缩振动和对称伸缩振动，1 715 cm-1处是C=O伸缩振动，1 154 cm-1处是C—O的伸缩振动，1 047 cm-1处是O[CH2]4O左右式异构体的振动；956 cm-1处是C—O对称伸缩振动。

2.2 溶液共混的红外光谱

在图2中，有以下特征峰：2 956、1 713、1 264、1 167、1 104、1 019、939、875、727 cm-1。这些特征峰与PBAT的特征峰基本一致。这也就说明样品中PBAT含量比较高。在2 956 cm-1和2 870 cm-1处为C—H的伸缩振动峰，在表现上更偏向于PBAT，在1 713 cm-1处的峰为羰基C=O伸缩振动峰，在表现中PBAT为强峰，并且随着PBAT含量的减小，峰强度也在变小。在1 264、1 180、1 040 cm-1处均为C—O—C伸缩振动峰，其中在1 268 cm-1处，随着PBAT含量的减少，峰的强度渐渐变小。727 cm-1处的吸收峰代表PBAT苯环上CH面外弯曲振动峰，随着PBAT含量的减少，峰的强度也渐渐变小。

在图3中，有以下特征峰：2 996、1 749、1 455、1 380、1 362、1 183、1 084、1 045、870、754 cm-1。这些特征峰与PLA的特征峰基本一致。这也就说明样品中PLA含量比较高。当PLA含量在65%及以下时，在1 715 cm-1处的峰为羰基C=O伸缩振动峰，表现为PBAT的强峰。当PLA含量为75%及以上时，在1 749 cm-1处的峰为羰基C=O伸缩振动峰，表现为PLA的强峰。在1 264、1 183、1 126、1 084、1 045 cm-1均为C—O—C伸缩振动峰。729 cm-1则是PBAT苯环上CH面外弯曲振动，且随着PLA含量的增加，峰强度逐渐减小。

通过对两图的分析，最终得出结论：PLA和PBAT的溶液共混物没有其他副产物的生成，且随着PBAT含量的减少，其特征峰的强度渐渐变小。

图4表明，在2 959 cm-1和2 850 cm-1处为C—H的伸缩振动峰，在表现上更趋近于PBS。1 720 cm-1为C=O的伸缩振动峰，表现为PBS强峰。在1 155、1 084、1 045 cm-1处均为C—O—C的伸缩振动峰，其中，在1 155 cm-1处随着PBS占比的减少，峰的强度逐渐减小。当PLA含量增加时，1 084 cm-1处峰的强度越来越强。结果表明，PLA和PBS的溶液共混物中未发现干扰物质生成，或者出现明显的振动峰，表明两种物质混合并没有产生化学键的反应。

图5表明，与PLA/PBS共混物的红外光谱相比，PLA/PBS/St共混物的红外光谱中C—H、C=O和C—O—C伸缩振动峰未出现较大变化，其形状、位置几乎无差别。当PLA含量增加时，1 084 cm-1处峰的强度明显越来越强。结果表明，St的加入，对PLA/PBS的熔融共混样品的红外光谱并没有影响。

图6表明，PBS/PLA/PE-HD共混物的红外特征峰的C=O和C—O—C伸缩振动峰与PBS/PLA共混物的红外特征峰形状和位置无较大变化。但PE-HD的加入使得2 959～2 850 cm-1处的C—H基团特征峰强度和形状发生了变化，C—H的不对称和对称伸缩振动峰的强度显著增强，峰形略尖锐。在1 155 cm-1处，随着PBS含量的降低，C—O峰强度逐渐减小结果表明，PE-HD的添加对溶液共混样品的红外谱图有影响，可以通过C—H基团的形状和峰强度变化判断PE-HD是否加入。

2.3 熔融共混的红外光谱

2.3.1 两组分熔融共混

图7中，有以下特征峰：2 956、1 713、1 264、1 167、1 362、1 122、1 100、939、872、729 cm-1。这些特征峰与PBAT的特征峰基本一致。这也就说明样品中PBAT含量比较高。图7表明，在2 956 cm-1和2 872 cm-1处都为C—H的伸缩振动峰，在表现上更偏向于PBAT。在1 713 cm-1处的峰为羰基C=O伸缩振动峰，在表现中PBAT为强峰，并且随着PBAT含量的减小，峰强度也在变小。在1 264、1 167、1 100、1 042 cm-1处均为C—O—C伸缩振动峰。729 cm-1是PBAT苯环上CH面外弯曲振动，且随着PBAT含量的减少，峰强度逐渐减小。

图8中，有以下特征峰：2 953、1 751、1 379、1 359、1 183、1 083、1 045、870 cm-1。这些特征峰与PLA的特征峰基本一致。这也就说明样品中PLA含量比较高。图8表明，在2 996 cm-1和2 953 cm-1处都为C—H的伸缩振动峰，在表现上更偏向于PLA。当PLA含量为75%及以上时，在1 751 cm-1处的峰为羰基C=O伸缩振动峰，表现为PLA的强峰。在1 267、1 183、1 083、1 045 cm-1处均为C—O—C伸缩振动峰，其中在特征峰为1 267 cm-1时，随着PBAT含量的减少，峰强度逐渐减小；结果表明，PLA和PBAT的熔融混合物中无其他副产物的生成，或者出现明显增强的振动峰，说明两种物质只是混合而没有化学键的反应。

图9表明，在2 959 cm-1和2 850 cm-1处为C—H的伸缩振动峰，在表现上更趋近于PBS。C=O的伸缩振动峰1 720 cm-1，表现为PBS强峰。1 155 cm-1和1 045 cm-1为C—O—C的伸缩振动峰，其中，在1 155 cm-1处随着PBS占比的减少，峰的强度逐渐减小。C—O—C的伸缩振动峰还位于1 080 cm-1处，随着PLA占比的增加，峰的强度逐渐增大。结果表明，PLA和PBS的熔融共混并没有产出其他副产物，且随着PBS占比的降低，峰的强度逐渐降低。

图10表明，与PLA/PBS共混物的红外光谱相比，PLA/PBS/St共混物的红外光谱的C—H、C=O和C—O—C伸缩振动峰未出现较大变化。其形状、位置几乎无差别。当PBS含量增加时，1 155 cm-1处峰的强度明显越来越强。结果表明，St的加入，对PLA/PBS的熔融共混样品的红外光谱并没有影响。

图11表明，PBS/PLA/PE-HD共混物的C=O和C—O—C伸缩振动峰与PBS/PLA共混物的红外特征峰形状和位置无较大变化。但PE-HD的加入使得2 959～2 850 cm-1处的C—H基团特征峰强度和形状发生了变化，C—H的不对称和对称伸缩振动峰的强度显著增强，峰形略尖锐。在1 082 cm-1处，随着PLA含量的增加，C—O—C峰的强度逐渐增加。在1 155 cm-1处，随着PBS含量的降低，C—O峰强度逐渐减小。结果表明，PE-HD的添加对溶液共混样品的红外光谱有影响，可以通过C—H基团的形状和峰强度变化判断PE-HD是否加入。

2.3.2 3组分熔融共混

图1表明，1 719 cm-1为羰基C=O的伸缩振动峰，表现为PBS的强峰，当PBS含量从80%下降到20%时，羰基C=O的伸缩振动峰的强度也逐渐下降。PBS的含量从20%下降到0时，PBS的羰基C=O的伸缩振动峰被PLA的羰基C=O的伸缩振动峰取代，位置从1 719 cm-1偏移到1 752 cm-1。1 082 cm-1表现为PLA的C—O—C的伸缩振动，当PLA含量从80%下降到20%时，C—O—C的伸缩振动峰的强度逐渐下降，当PLA含量从20%下降到0时，1 155 cm-1处PBS的C—O的伸缩振动峰取代C—O—C的伸缩振动峰。当PLA含量从80%下降到0时，870 cm-1处的O—CH—CH3的吸收峰强度逐渐下降。结果表明，PBAT含量一定时，PLA和PBS的熔融共混并没有产出其他副产物。

图13表明，1 715 cm-1为羰基C=O的伸缩振动峰，表现为PBAT的强峰，当PBAT含量从80%下降到20%时，羰基C=O的伸缩振动峰的强度也逐渐下降。PBAT的含量从20%下降到0时，PBAT的羰基C=O的伸缩振动峰被PLA的羰基C=O的伸缩振动峰取代，位置从1 715 cm-1偏移到1 752 cm-1。1 083 cm-1表现为PLA的C—O—C的伸缩振动，当PLA含量从80%下降到60%时，C—O—C的伸缩振动峰的强度下降，当PLA含量从60%下降到20%时也即PBAT从20%增加到60%，峰位置向1 100 cm-1处C—O发生了偏移。结果表明，PBS含量一定时，PLA和PBAT的熔融共混并没有产出其他副产物。

图14表明，1 719 cm-1为羰基C=O的伸缩振动峰，表现为PBS和PBAT的强峰，当PBS含量从80%下降到0时，PBAT含量从0增加到80%，羰基C=O的伸缩振动峰的强度变化不明显。1 267 cm-1表现为PBAT的C—O的伸缩振动，当PBAT含量从80%下降到0时，C—O的伸缩振动峰强度逐渐下降；730 cm-1是苯环上C—H面外弯曲振动峰，表现为PBAT的强峰，当PBAT的含量从80%下降到20%时，PBAT的苯环上C—H面外弯曲振动峰强度逐渐下降；PBAT含量从20%降到0时，苯环上C—H面外弯曲振动峰消失。结果表明，PLA含量一定时，PBAT和PBS的熔融共混并没有产出其他副产物。

2.4 不同制备方案的红外光谱

对不同制备方法得到的PBAT/PLA样品所测得的红外光谱进行对比分析。结果表明，溶液共混法、熔融共混法得到的共混物无新官能团的产生，无副产物的生成，对快速检测的判定依据没有影响。

2.5 实际样品红外分析

选取3个样品进行分析，A主要成分为PBAT、PLA、淀粉，B主要成分为PBAT、PLA、钙粉，C主要成分为PBAT、PLA、钙粉。3个样品与PBAT的特征峰高度重合，可明显看出主要成分为PBAT,1 713 cm-1为羰基C=O伸缩振动产生的强峰，C-O的伸缩振动在1 268、1 118、1 102 cm-1处；1 017 cm-1是对位取代苯环上相邻两个氢原子的面内弯曲振动，874、727 cm-1处的吸收峰代表苯环上CH面外弯曲振动峰。在1 648 cm-1处是淀粉中吸附水中无定型区域的吸收峰，1 440 cm-1附近是钙粉宽强吸收式C—O伸缩振动。

3 结论

(1）不同的制备方法对同种生物降解材料无影响。St的加入未对PLA/PBAT的特征峰产生影响，PE-HD的加入使得PLA/PBAT在2 961～2 858 cm-1处的C—H基团峰强度和形状发生了明显变化。PLA/PBAT/PBS三元熔融共混后，无其他副产物生成。

(2)St的加入对生物降解塑料红外光谱无影响，非降解材质的加入可通过特征基团的峰位置、强度和形状变化来判断，可快速确定检测的生物降解塑料是否含有非降解材质。这有助于对未知生物降解塑料的快速检测，形成了一种简单便捷、成本低的红外光谱检测方法。