EcoMat:多重表征证实聚苯乙烯发泡餐盒等塑料包装材料在正常使用中会释放大量微塑料

塑料因其具有重量轻、成本低以及可加工性好等优点,已成为继钢铁、木材和水泥之后的第四类基础材料。据估计,截至2017年,全球已生产约92亿吨塑料,其中大量的通用塑料被丢弃,而塑料的难以降解直接导致塑料废弃物的持续增加。在阳光、温度、机械磨损和其他因素的作用下,塑料会破碎成较小的碎片,即所谓的微塑料(MPs),它们被认为是一类新兴的污染物。微塑料对环境的污染以及对生态系统乃至最终对人类健康的潜在威胁,引起了公众和科学界的广泛关注。现有的科学研究显示,在海洋、河流、冰雪、土壤、水生植物和陆生植物中都检测到了微塑料。然而,目前大量的研究工作集中在环境中微塑料的检测,关于塑料包装材料使用过程中微塑料释放的研究和表征依然不足。

近日,中国科学技术大学俞书宏院士团队通过多重手段表征,证实包括聚苯乙烯(PS)发泡餐盒在内的多种塑料食品包装材料在日常使用中都会释放微塑料。在模拟实际日常使用环境下,结合多重物理(例如显微镜)和化学(例如光谱学)表征和分析手段,证实了微塑料的释放并直观地观察了微塑料的形态及大小,提出了解决塑料关键是发展可持续的塑料替代材料。相关研究成果以“Microplastics release from victuals packaging materials during dailyusage”为题发表在EcoMat期刊上(http://doi.org/10.1002/eom2.12107)。

对于大多数食品包装材料而言,由于使用寿命短,温度是影响日常使用中微塑料释放的最关键因素。研究人员在一定温度下处理聚苯乙烯发泡餐盒模拟其使用场景,发现聚苯乙烯发泡餐盒会释放出形状、尺寸各异的微塑料。聚苯乙烯发泡餐盒在50℃下进行处理后,释放的微塑料如图1G所示。拉曼光谱、傅里叶变换红外光谱(FTIR)以及X射线衍射(XRD)等表征手段共同证实了聚苯乙烯微塑料确实源于发泡餐盒(图1A-C)。此外,扫描电子显微镜/X射线能谱分析(SEM / EDS)帮助我们更直观地观察了聚苯乙烯微塑料。使用硅片作为基底收集微塑料,可以清楚地看到,微米级和亚微米级的聚苯乙烯微塑料对应于碳元素的分布(红色),其他区域对应于硅元素的分布(绿色)(图1G-I)。此外,在原子力显微镜、偏光显微镜下也能够清楚地观察到微塑料(图1E,F)。

过度使用塑料包装材料,尤其是频繁在高温下使用,极易摄入过多微塑料,对有益的肠道微生物产生负面影响。另一种潜在风险是微塑料通过消化道转移至细胞及组织,引起免疫反应。由于微塑料的巨大潜在风险,迫切需要开发更有效的方法来缓解微塑料的问题。归根结底,微塑料的问题仍然是石油基塑料的问题。不可否认,解决塑料污染的问题需要科学、工程、技术、材料设计、人文、人类行为、政策、法规、经济学和商业等不同领域之间的重大合作。尽管完全解决塑料污染问题在短期内是难以实现的,但科学家们正在尽最大努力来解决石油基塑料的问题。除了控制塑料废弃物的排放并提高塑料回收率外,开发可持续的塑料替代品是一种有前途的方法。好消息是,科学家们已经开发了多种可生物降解的聚合物[例如,生物基聚合物聚乳酸(PLA),微生物合成的聚合物聚羟基脂肪酸酯(PHA)等]以及基于可再生资源[例如纤维素纳米纤维(CNF)]的各种可持续材料。经过不断的探索和发展,这些可持续的替代品可能是未来解决微塑料问题的关键。