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Quantifying the fragmentation of polypropylene upon exposure to accelerated weathering

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Meides, Nora ; Mauel, Anika ; Menzel, Teresa ; Altstädt, Volker ; Ruckdäschel, Holger ; Senker, Jürgen ; Strohriegl, Peter:
Quantifying the fragmentation of polypropylene upon exposure to accelerated weathering.
In: Microplastics and Nanoplastics. Bd. 2 (2022) . - 23.
ISSN 2662-4966
DOI: https://doi.org/10.1186/s43591-022-00042-2

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Angaben zu Projekten

Projekttitel:
Offizieller Projekttitel
Projekt-ID
SFB 1357 Mikroplastik
391977956
Open Access Publizieren
Ohne Angabe

Projektfinanzierung: Deutsche Forschungsgemeinschaft
DEAL

Abstract

Polymers are omnipresent in our everyday lives. For specific applications, their properties can be extensively modified by various types of additives, e.g., processing stabilizers, antioxidants, UV-stabilizers, flame retardants, and plasticizers. While several additives are nowadays considered to be toxic or persistent in the environment, quantitative data characterizing plastic fragmentation and microplastic formation have not yet been discussed in detail. Here, we present a long-term, laboratory-controlled accelerated weathering study on polypropylene (PP) particles with and without processing stabilizers. We were able to identify the stabilizers as Irgafos® 168, and Irganox® 1010. For both PP sample sets, we monitored the degradation using a combination of various analytical methods, such as gel permeation chromatography, particle size distributions, scanning electron microscopy, solid-state 13C magic-angle spinning NMR and liquid-state 1H, 13C, 31P NMR spectroscopy, differential scanning calorimetry and matrix-assisted laser desorption ionization time of flight mass spectrometry. The stabilizers prevent degradation by simulated solar radiation for about 350 h. Then, degradation sets in rapidly, leading to an exponential decrease in molecular weight and particle size, accompanied by an increase in crystallinity and the formation of oxygen-containing functional groups. After 3200 h, representing approximately 2 years of outdoor weathering, both PP samples exhibit comparable characteristics and sizes, regardless if a stabilizer was initially present. During degradation, an extremely large number of 100,000 daughter particles (4 µm) are formed and released from one MP particle of 192 µm diameter. Their physical properties and chemical composition have largely changed, resulting in a very low molecular weight and a hydrophilic character. These particles no longer resemble pristine PP. We thus expect them to be more prone to biodegradation compared to the starting material.

Weitere Angaben

Publikationsform: Artikel in einer Zeitschrift
Begutachteter Beitrag: Ja
Keywords: Degradation; Microplastic; Nanoplastic particles; Photooxidation; Additives; Secondary daughter MP particle production
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Fakultäten
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Forschungseinrichtungen > Sonderforschungsbereiche, Forschergruppen
Titel an der UBT entstanden: Ja
Themengebiete aus DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 500 Naturwissenschaften
500 Naturwissenschaften und Mathematik > 540 Chemie
Eingestellt am: 27 Sep 2022 09:45
Letzte Änderung: 29 Nov 2023 10:20
URI: https://eref.uni-bayreuth.de/id/eprint/72015