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Reconstructing the Environmental Degradation of Polystyrene by Accelerated Weathering

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Meides, Nora ; Menzel, Teresa ; Pötzschner, Björn ; Löder, Martin G. J. ; Mansfeld, Ulrich ; Strohriegl, Peter ; Altstädt, Volker ; Senker, Jürgen:
Reconstructing the Environmental Degradation of Polystyrene by Accelerated Weathering.
In: Environmental Science & Technology. Bd. 55 (2021) Heft 12 . - S. 7930-7938.
ISSN 0013-936X
DOI: https://doi.org/10.1021/acs.est.0c07718

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Angaben zu Projekten

Projekttitel:
Offizieller Projekttitel
Projekt-ID
SFB 1357 Mikroplastik
SFB1357

Projektfinanzierung: Deutsche Forschungsgemeinschaft

Abstract

The fragmentation of macro- into microplastics (MP) is the main source of MP in the environment. Nevertheless, knowledge about degradation mechanisms, changes in chemical composition, morphology, and residence times is still limited. Here, we present a long-term accelerated weathering study on polystyrene (PS) tensile bars and MP particles using simulated solar radiation and mechanical stress. The degradation process was monitored by gel permeation chromatography (GPC), scanning electron microscopy (SEM), energy-dispersive X-ray (EDX), 13C magic-angle spinning (MAS) NMR spectroscopy, tensile testing, and Monte Carlo simulations. We verified that degradation proceeds in two main stages. Stage I is dominated by photooxidation in a near-surface layer. During stage II, microcrack formation and particle rupturing accelerate the degradation. Depending on the ratio and intensity of the applied stress factors, MP degradation kinetics and lifetimes vary dramatically and an increasing amount of small MP fragments with high proportions of carboxyl, peroxide, and keto groups is continuously released into the environment. The enhanced surface area for adsorbing pollutants and forming biofilms modifies the uptake behavior and interaction with organisms together with potential ecological risks. We expect the proposed two-stage model to be valid for predicting the abiotic degradation of other commodity plastics with a carbon–carbon backbone.

Weitere Angaben

Publikationsform: Artikel in einer Zeitschrift
Begutachteter Beitrag: Ja
Keywords: microplastics; polymer degradation; photooxidation; two-stage degradation model; quantitative 13C MAS NMR spectroscopy; Monte Carlo simulations; microcrack formation; particle fragmentation
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Eingestellt am: 26 Mai 2021 06:22
Letzte Änderung: 25 Jan 2022 14:15
URI: https://eref.uni-bayreuth.de/id/eprint/65332