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장기 평가를 위한 고급 분석 접근 방식

npj 재료 분해량 7, 문서 번호: 59(2023) 이 기사 인용 668 액세스 측정항목 세부 정보 미세 플라스틱(MP, <5mm)으로 인한 위험을 확인하려면 다음 사항을 이해해야 합니다.

npj Materials Degradation 7권, 기사 번호: 59(2023) 이 기사 인용

668 액세스

측정항목 세부정보

미세 플라스틱(MP, <5mm)으로 인한 위험을 확인하려면 환경 풍화력에 노출되었을 때 플라스틱 분해 과정을 이해해야 합니다. 그러나 인지된 위험에도 불구하고 해양 환경에서 미세플라스틱의 자연 풍화 진행에 대한 정보는 제한적입니다. 환경적으로 현실적인 조건에서 얻은 우리의 연구 결과에 따르면 장기적인 해양 풍화로 인해 시간과 플라스틱 폴리머 유형에 따라 플라스틱 표면과 벌크 상이 크게 저하되는 것으로 나타났습니다. 플라스틱은 생물 오손, 변경된 표면 형태, 열 안정성 및 화학적 특징을 나타냅니다. 2차 미세나노플라스틱(MNP, <1 µm)은 풍화된 플라스틱 표면에서 형성되었으며, 이는 PCL 및 PVC 펠렛의 크기가 크게 감소한 덕분입니다. 실제 데이터를 사용하여 우리는 플라스틱 표면이 연간 최대 469.73μm의 속도로 저하될 수 있다는 사실을 밝혔습니다. 이는 이전 추정치보다 12배 더 빠른 수치입니다. 당사의 시계열 데이터는 플라스틱 관련 위험 평가 프레임워크 및 미래 플라스틱 정책 개발에 귀중한 정보를 제공합니다.

플라스틱은 많은 환경 오염 물질입니다. 전체 플라스틱 폐기물의 79%가 매립지와 환경에 유입되는 것으로 추정되며1, 점점 더 우려되는 오염 물질로 부상하고 있습니다. 현재 전 세계 플라스틱 소비 속도로 볼 때 해양 플라스틱의 양은 2015년 5천만 톤(MT)에서 2025년 150MT로 3배 증가할 것으로 추산되며2,3 이는 해양 환경의 건강과 생태계 기능에 중요한 영향을 미칩니다. 플라스틱은 환경에 유입되면 지속적으로 풍화 작용을 받아 미세 플라스틱(MP, 크기 <5mm)과 플라스틱 분해 과정에서 잠재적으로 독성이 있는 부산물이 생성됩니다4. 플라스틱은 주변 환경과 지속적으로 상호 작용하여 노출된 표면을 변형시키는 동시에 독성 효과를 강화합니다. 열, 습도, 자외선(UV) 복사, 오존, 기계적 힘, 화학 물질 및 미생물과 같은 환경 요인이 플라스틱 분해에 영향을 미칩니다. 플라스틱을 무독성 화합물로 완전히 광물화하는 데 필요한 조건은 가능성이 낮거나 자연적으로 느리지만4,5 풍화 작용은 해양 플라스틱의 운명에 영향을 미치는 가장 중요한 과정 중 하나이며 아직 이해되지 않았습니다. 플라스틱 분해는 해수면의 온도와 UV 강도가 낮기 때문에 육상 환경보다 해양 환경에서 몇 배 더 느리게 발생합니다5. 여기에서 플라스틱은 분해 과정의 촉매제 역할을 할 수 있는 물, 용해된 화학 및 생물학적 화합물, 미생물과 지속적으로 접촉합니다6.

풍화 플라스틱에 대한 현재 지식은 대부분 노화 시뮬레이션과 현장에서 수집된 플라스틱 관찰을 통해 생성되는데, 이는 필요한 시간 규모 정보가 부족합니다. 인공 노화 연구는 박리, 균열, 표면 거칠기 변화7, 미세한 플라스틱 입자 방출8 등 풍화 과정의 영향에 대한 증거를 제공합니다. 플라스틱 재료의 자연 풍화 거동을 조사한 연구는 소수에 불과합니다9,10,11. 그러나 대부분은 소수의 플라스틱 폴리머 유형 및/또는 상대적으로 짧은 기간에 초점을 맞춰 범위가 제한되어 있습니다. 고급 분석 도구가 없기 때문에 이전 연구에서는 환경 플라스틱의 풍화 작용을 완전히 특성화할 수 없었기 때문에 환경 위험에 대한 심층적인 이해가 불가능했습니다. 소수성/친수성, 표면 전하 및 거칠기를 포함한 표면 특성의 변화는 화학 오염물질의 흡착, 천연 콜로이드와의 상호 작용 및 미생물 생물막의 존재에 영향을 미칠 수 있습니다12,13. 동시에, 플라스틱의 벌크 특성(예: 결정도, 확산도 및 분자 구조)은 플라스틱 입자의 기계적 안정성과 화학적 흡착-탈착 공정에 심각한 영향을 미칠 수 있습니다14.

esters>olefins) (Fig. 4). Plastics containing aromatic compounds in their polymer chains (e.g., ePS and PA) ranked highest overall in terms of the degree of ageing, attributed to the strong absorption of benzene rings (C6H6) in the UV range (~300 nm). Additionally, the amide bond (RC( = O)NR′R″) can be readily hydrolysed following prolonged exposure to acids and/or bases37, such as those naturally occurring in seawater (e.g. H2CO3, NaOH). Following 12 months of insitu ageing, we observed a significant increase in the hydroxyl index (HI > 10.0) and carbonyl index (CI ~ 7.0) for weathered PA, attributed to the combined effects of UV radiation, enzymatic hydrolysis and the absorption of seawater38. Furthermore, the loss of anti-weathering coatings and extensive oxidation of the crystalline surface of PA fibres, evidenced by crack propagation under SEM (Fig. 2), resulted in exposure of the highly absorbent amorphous PA core38./p> LLDPE > PP > PVC > PCL>ePS>PET (Fig. 5). We note that some plastics deviated from their reported crystalline content, attributed to differences in the mass number, degree of chain branching and thermal history among batches of the model plastic polymers27./p> XRD > FTIR, which can be considered inversely proportionate to the values obtained for the crystallinity of plastic materials in this study (FTIR > XRD > DSC) (Supplementary Fig. 7). In this regard, we recommend that future research into the crystalline behaviour of weathered plastics consider the sample region of interest when selecting the appropriate analytical technique. Furthermore, crystallinity results calculated from IR spectroscopy may be influenced by the presence of marine biofilms on weathered plastic surfaces and must therefore be interpreted with caution. Nevertheless, these complementary techniques agree that the crystallinity of weathered plastics largely decreases over time and confirms that the degradation of plastic materials is initiated by weathering of the surface, which is highly relevant for understanding the formation of secondary MNPs and contaminant adsorption-desorption processes./p> 0.1) and PET (virgin: 2630.15 ± 26.42 µm, aged: 2632.20 ± 29.74 µm; t (8) = –0.05, p > 0.1), suggesting these materials were less susceptible to degradation over the timeframe of ageing./p>

3.0.CO;2-Q" data-track-action="article reference" href="https://doi.org/10.1002%2F%28SICI%291097-4628%2819980118%2967%3A3%3C405%3A%3AAID-APP3%3E3.0.CO%3B2-Q" aria-label="Article reference 42" data-doi="10.1002/(SICI)1097-4628(19980118)67:33.0.CO;2-Q"Article CAS Google Scholar /p>