老化和着色剂对聚烯烃环境降解的影响：来自海洋与陆地样本的多维度解析

塑料垃圾降解为微塑料（MPs）和纳米塑料（NPs）的环境寿命尚不明确。研究人员分析 44 个海洋聚乙烯（PE）龙虾笼标签和 40 年聚丙烯（PP）样本，发现着色剂显著影响降解，红蓝绿降解差异大，PP 表面严重破碎，为塑料污染研究提供新视角。

　　塑料污染如同一场跨越世纪的环境马拉松，在全球海洋与陆地织就无形却致命的网络。当我们随手丢弃一个塑料袋时，鲜少意识到它可能历经百年仍难完全消失。当前，塑料垃圾分解为微塑料（MPs）和纳米塑料（NPs）的环境寿命始终成谜，而着色剂这类看似普通的添加剂，是否在暗处加速着塑料的 "死亡蜕变"？为破解这些谜题，来自相关研究机构的研究人员将目光投向真实环境中的塑料废弃物，在《Emerging Contaminants》发表的研究中，他们以 44 个带有生产年份标记、最早可追溯至 1983 年的海洋聚乙烯（PE）龙虾笼标签，及一个历经 40 年阳光暴晒、表面严重光降解的聚丙烯（PP）洗衣盆为研究对象，展开了一场横跨化学、热学、力学与表面特性的多维度探秘。

研究团队采用了一系列关键技术方法：通过衰减全反射傅里叶变换红外光谱（ATR-FTIR）分析样品的化学结构，计算羰基指数（CI）、羟基指数（HI）等参数；利用 X 射线光电子能谱（XPS）探究表面元素组成；借助差示扫描量热法（DSC）和热重分析（TGA）揭示热性能变化；运用光学显微镜、扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）观察表面形貌；通过纳米压痕技术测定机械性能。样本来源包括美国缅因州多个海滩的 PE 标签和克罗地亚的 PP 洗衣盆。

3.1 红外光谱揭示化学降解特征

ATR-FTIR 结果显示，PE 标签均为高密度聚乙烯（HDPE），氧化程度与颜色密切相关。蓝色和绿色标签的 CI 值最低，降解程度最轻；红色标签 CI 值最高，表面破损最严重。PP 洗衣盆的外层（PP_out）CI 值达 1.50，内层（PP_in）仅 0.11，表明降解主要发生在表面。不同颜色标签的酯指数（EI）、乙烯基指数（VI）等也呈现类似趋势，印证着色剂通过吸收不同波长光影响光氧化降解速率。

3.2 X 射线光电子能谱验证氧化进程

XPS 分析发现，降解程度高的 PE 样本（如 PE₂₀₀₇）表面氧含量显著增加，C=O 峰明显增强，而 PP_out的 C-O 和 C=O 官能团含量远高于 PP_in。这表明随着降解加深，聚合物链断裂产生更多含氧官能团，与红外光谱结果一致。

3.3 热分析展现性能分化

DSC 数据显示，PE 标签的熔点和结晶度差异不大，但 PP_out熔点（139℃）显著低于 PP_in（162℃），结晶度也更低。TGA 结果表明，降解严重的 PE₂₀₀₇起始降解温度（T_os）为 488℃，低于 older samples，热稳定性下降。PP_out的活化能（E_a）高于 PP_in，反映其分子链断裂导致结构更不稳定。

3.4 显微成像直观呈现表面损伤

SEM 和 AFM 图像显示，PE₂₀₀₇表面粗糙，布满裂缝和凹坑；PE₁₉₈₃表面相对平滑，仅局部不平整。PP_out表面呈现微观脆化特征，而 PP_in因未受光照影响，表面仅见切割痕迹。纳米压痕实验表明，PE₂₀₀₇的杨氏模量最高，表面脆性增加，与降解导致的链交联和结晶度变化相关。

这项研究揭示了塑料降解的 "彩色密码"：着色剂不仅赋予塑料缤纷色彩，更在环境中扮演着降解加速器的角色。红色等长波长颜色因吸收更多光能，加速光氧化反应，而蓝绿色等短波长颜色相对稳定。同时，PP 等塑料的表面降解与内部完好形成鲜明对比，暗示厚壁塑料制品可能经历数十年表面破碎仍留存核心结构，持续释放微塑料。这些发现为塑料添加剂的环境风险评估提供了关键数据，也警示我们：减少有色塑料的使用、优化着色剂配方，或许是破解微塑料污染困局的重要一环。当我们重新审视手中的彩色塑料时，看到的不应仅是光鲜外表，更应是其背后隐藏的百年环境代价。