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※一部、英文及び仏文を自動翻訳した日本語訳を使用しています。
序章
プラスチックの生分解度を測定するために、ISO によっていくつかの試験方法が開発されています。好気性条件下では、材料の生分解反応は次の反応で表されます。
BM + O 2 → + H 2 O + CB
どこ
| M | 試験材料（ポリマーやプラスチック材料など）に存在する有機炭素です。 | |
| 二酸化炭素として進化した炭素です。 | ||
| C B | 微生物によって同化され、微生物の生化学に取り込まれる炭素です。 |
試験方法では、酸素の取り込み (反応物の消失) または CO 2の発生 (生成物の形成) を測定することにより、生分解反応を追跡します。テスト メソッドは、生物分解のパーセンテージ (厳密に言えば、「ミネラル化」のパーセンテージ) を返します。この値は、反応収率パーセンテージ、つまり、最大可能収率 (理論収率) と比較した、反応中に CO 2に酸化された炭素の質量 (実際の収率) です。これは、発生 CO 2/理論 CO 2として表され、後者の値は、試験物質に存在する元の炭素が完全に酸化された場合に得られる CO 2の量です。
C B 、すなわちバイオマスに同化された C Mの量を決定するための信頼できる試験方法は、公開日現在では利用できません。
試験方法は、最終的な生分解度の測定には適していますが、試験サンプルの表面積を考慮していないため、生分解速度の測定には適していません。一方、この文書は、既存の試験方法を使用して生分解速度を測定する方法に関するガイダンスを提供します。
固体の非水溶性ポリマーとプラスチックの生分解は、ポリマーが固体状態にあり、微生物と酵素が液相にあるため、不均一な反応です。試験材料が固体マトリックス (堆肥、土壌、海底堆積物など) にさらされた場合でも、微生物は固体マトリックス (マイクロポア、マクロポアなど) 内に存在する液相にあります。したがって、生分解の反応は液体/固体界面で発生し、利用可能な表面積が制限要因になる可能性があります。粉砕がプラスチックサンプルの生分解速度を増加させることはよく知られています。生分解速度、すなわち CO 2の発生と O 2の取り込み速度は、試験サンプルの表面積によって制御されます。したがって、生分解速度は利用可能な表面積の関数として表さなければなりません。そうしないと、情報が無意味になり、逆説的な結果が得られる可能性があります。
場合のリスクを評価するために、生分解速度および関連パラメータ (消失時間 50, DT50, すなわち被験物質の初期濃度が 50% 減少する時間など) を決定することに関心が高まっています。環境への生分解性プラスチックの偶発的または故意の漏出。環境中の有機物質の分解は曝露に影響を与えるため、生物相への長期的な悪影響のリスクを推定するための重要なパラメーターです。
この文書は、特定の好気性生分解速度、すなわち、適用される試験方法によって定義された条件下で、単位表面積あたりの単位時間あたりにミネラル化される炭素の量を決定することを可能にします。
このドキュメントで示したアプローチは、鉱化率を測定することを目的としています。これは、プラスチック材料の物理的分解速度と崩壊度を決定するための試験方法を説明する ISO 23832 とは異なります。一方、ISO 22403 は、中温好気性実験室条件下で海洋接種物にさらされたときに固有の生分解性を示すプラスチック材料を特定しています。
Introduction
Several test methods have been developed by ISO to measure the biodegradation degree of plastics. Under aerobic conditions, the biodegradation reaction of a material is described by the following reaction:
CM + O2 → + H2O + CB
where
| CM | is the organic carbon present in the test material (e.g. a polymer or a plastic material); | |
| is the carbon evolved as carbon dioxide; | ||
| CB | is the carbon assimilated by microorganism and incorporated in the microbial biochemistry. |
The test methods follow the biodegradation reaction by measuring either the oxygen uptake (disappearance of the reactant) or the CO2 evolution (formation of the product). The test methods return a biodegradation percentage (which, strictly speaking, is a"mineralization" percentage). This value is the reaction yield percentage, i.e. the mass of carbon oxidised to CO2 during the reaction (actual yield) in comparison with the maximum possible yield (theoretical yield). This is expressed as evolved CO2/theoretical CO2, the latter value being the amount of CO2 obtained in case of total oxidation of the original carbon present in the test substance.
A reliable test method for the determination of the CB, i.e. the amount of CM that has been assimilated in the biomass is not available at the date of publication.
The test methods are suitable for measuring the final degree of biodegradation but are not suitable for measuring the biodegradation rate, because they do not take into account the surface area of the tested sample. On the other hand, this document provides a guidance on how to measure the biodegradation rate using existing test methods.
Biodegradation of solid, non-water soluble polymers and plastics is a heterogeneous reaction because the polymer is in the solid state while microbes and enzymes are in the liquid phase. Even when the tested material is exposed to solid matrices (e.g. compost, soil, marine sediment) the microbes are in the liquid phase present within the solid matrix (e.g. micropores, macropores). Thus, the reaction of biodegradation happens in the liquid/solid interphase and the available surface area can become a limiting factor. It is a common knowledge that milling increases the biodegradation rate of a plastic sample. The biodegradation speed, i.e. the CO2 evolution and the O2 uptake rates, is controlled by the surface area of the tested sample. Therefore, biodegradation rate must be expressed as a function of the available surface area, otherwise the information is pointless and paradoxical results can be obtained.
There is an increasing interest in determining the biodegradation rate and related parameters (such as the disappearance time 50, DT50, i.e. the time within which the initial concentration of the test substance is reduced by 50 %) in order to assess the risk in the case of accidental or deliberate leakage of biodegradable plastics into the environment. Degradation of organic substances in the environment influences exposure and, hence, it is a key parameter for estimating the risk of long-term adverse effects on biota.
This document enables to determine the specific aerobic biodegradation rate i.e. the amount of carbon mineralized per unit time per unit surface area, under the conditions defined by the applied test method.
The approach showed in this document is aimed to measure mineralization rate. It differs from ISO 23832 that describes a test method for the determination of the physical degradation rate and disintegration degree of plastic materials. On the other hand, ISO 22403 identifies the plastic materials that show intrinsic biodegradability when exposed to marine inocula under mesophilic aerobic laboratory conditions.