Micro/Nanoplastic Formation by Polymer Processing
这项研究表明，熔融挤出作为一种标准的聚合物加工步骤，由于氧化链断裂导致的相分离，是多种聚合物化学性质中微塑料和纳米塑料的内在来源，因此有必要采取新的缓解策略，以从源头防止链降解。
原始论文采用 CC BY 4.0 许可（https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。 这是对下方论文的AI生成解释。它不是由作者撰写或认可的。如需技术准确性，请参阅原始论文。 阅读完整免责声明
想象一个这样的世界：海洋和河流中那些微小的、肉眼看不见的塑料污染，不仅仅是旧瓶子在阳光下分解或轮胎在道路上磨损的结果。长期以来，科学家们一直认为这些“微塑料”和“纳米塑料”——比一粒沙子甚至一根头发还要小的碎片——主要是我们在购买塑料之后，通过风化和磨损才产生的。但如果制造塑料的过程本身就在秘密地孕育这些微小的入侵者呢？这篇论文深入探讨了这个谜团，探索了隐藏在将原材料转化为我们日常使用的塑料的机器内部的一个“隐形工厂”。要理解这个故事，你需要知道两件事：首先，当塑料被熔化并通过机器挤压（这个过程称为挤出）时，它会变得炎热且承受压力，这会导致其长长的分子链断裂成较短的碎片。其次，自然界讨厌混合不相容的东西；如果你把油和水混合在一起，它们会分离。研究人员在研究中想知道，这些破碎的、“生病的”塑料链是否会表现得像油一样，拒绝与健康的塑料混合，而是形成自己的微小、脆弱的孤岛，并最终脱落。
研究人员（来自哥伦比亚大学及其他机构的一个团队）决定测试一个大胆的想法：即常规的塑料熔化和成型过程实际上是微塑料污染的主要来源，甚至在塑料接触环境之前就已经产生了。他们不仅仅是在猜测；他们制作了六种不同类型的塑料——从我们使用的柔性购物袋到电子产品的硬壳——并将它们送入工业风格的熔化机中。当他们用水清洗新鲜熔化的塑料时，水并没有保持清澈，而是变得浑浊，充满了微小的颗粒。通过干燥这些水，他们收集到了微塑料的白色粉末。他们发现，即使在仅仅经过5分钟的处理后，塑料就开始脱落这些颗粒。事实上，在经过更长时间的15分钟运行后，大约1%的总塑料质量转化成了这些微小的碎片。这听起来可能很少，但在一个每天生产数吨塑料的工厂里，这意味着在源头就产生了大量的污染。
为了弄清楚为什么会发生这种情况，团队化身为侦探对这些颗粒进行了调查。他们在强力显微镜下观察，发现这些颗粒形状参差不齐、形态怪异，且比原始塑料小得多。至关重要的是，他们发现这些微小颗粒在化学性质上有所不同：它们被“氧化”了，这意味着它们在高温熔化过程中吸收了氧原子，从而变得短小且破碎。健康的、长链的塑料并不想与这些短小的、氧化的链条混在一起。这就像试图把一只巨大的、友好的大狗和一只微小的、脾气暴躁的仓鼠混合在一起；最终，仓鼠会被推向边缘。科学家们利用计算机模拟来观察这场戏剧是如何展开的。他们看到，当塑料冷却时，这些短小的、氧化的链条会被推向材料的表面，形成一层薄弱、脆性的“皮肤”。当塑料被处理或清洗时，这层脆弱的皮肤就会剥落，从而产生微塑料。
团队还使用计算机模型测试了一个“假设”场景，以观察塑料冷却的方式是否重要。他们发现，如果塑料冷却速度较慢，短小的、氧化的链条就有时间迁移到整个表面，从而形成一层厚厚的弱材料层。但如果冷却速度极快，这些链条就会被困在内部，卡在中间。这表明，冷却速度的变化会改变产生的污染量。他们甚至尝试通过剥离那层脆弱的外皮来“治愈”塑料。当他们这样做时，剩余的塑料变得更加坚固和强韧，这证明了这种污染并非随机发生的意外，而是一个位于外层的特定弱材料层。
这一发现改变了关于塑料污染的故事。污染不仅仅是关于乱扔垃圾或旧垃圾的分解；污染在塑料制造的那一刻就已经开始了。该论文排除了这种现象仅仅是由混合在塑料中的添加剂（如颜色或增塑剂）引起的可能性，证明即使是纯塑料也会发生这种情况。它还暗示，我们通常看待回收的方式——即将塑料熔化以制造新物品——实际上可能会让问题变得更糟，因为每当我们重新熔化材料时，都会产生更多的这些微小的、破碎的链条。虽然这项研究目前还没有提供“魔法般的解决方案”，但它指明了一个新的方向：如果我们能从源头上阻止塑料链的断裂，或者如果我们能控制冷却方式以将这些弱的部分困在内部，我们或许就能在这些污染离开工厂车间之前就阻止它们。作者谨慎地表示，这是一个他们通过实验和模拟所发现的新路径，但这是一个明确的信号：通往更清洁塑料的旅程可能需要比我们预想的开始得更早。
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