塑料的水解是什么？

塑料在水中通过水解降解。水分子能够与聚合物链中的特定化学键反应形成新分子。

这些新分子的长度通常要短得多。这个过程分为几个阶段，如下图所示。

水合阶段（阶段1）：水相介质渗透聚合物基体并破坏次级力。这导致聚合物放松并降低其玻璃转变温度。

在这个初始阶段，水分子像微小的楔子一样逐渐渗透到聚合物基体的复杂网络结构中。持有聚合物链处于相对有序状态的氢键和范德华力等次级力因水的侵入而减弱。

就像整齐叠放的纸牌被轻 gently 扰动一样，聚合物链开始更自由地移动，这导致材料结构的放松。

因此，玻璃转变温度（聚合物从硬脆状态转变为更柔韧状态的温度）降低。这使得聚合物更容易受到进一步的化学和物理变化的影响，因为聚合物链现在更具流动性，更容易接触其他反应物。

例如，在潮湿环境中，基于聚酰胺的塑料水合相对较快，并且在短时间内可以观察到其玻璃转变温度的下降，这反过来又改变了材料在室温下的机械性能。

初始降解阶段（阶段2）：在聚合物水合的区域，聚合物主链中的共价键开始断裂。

这导致聚合物的分子量下降。随着水解的进行，聚合物基体内的水解反应被越来越多的羧基末端基团自催化，从而导致聚合物的分子量继续下降。

随着分子量的降低，聚合物也失去了其机械强度，但聚合物仍然保持其完整性。当聚合物主链中的共价键（例如酯键、酰胺键或碳酸盐键）与水分子接触时，发生化学反应。

水分子分解，一个氢原子附着在聚合物链的一部分上，羟基则附着在另一部分，有效地打破了共价键。

例如，在聚酯基塑料如聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）中，酯键特别容易发生水解。随着这些键的断裂，长聚合物链分解成更短的链，分子量降低。

新形成的羧基末端促进进一步的水解反应。这个自我加速的过程意味着一旦水解开始，其速率往往会随着时间的推移而增加。随着分子量的降低，聚合物抵抗外力的能力，如拉伸或压力，也减弱。然而，材料仍然保持其整体形状，尽管变得更加灵活且不那么耐用。

进一步降解（阶段3）：聚合物的分子量继续降低，直到达到一个阈值，此时聚合物无法再维持其完整性，开始出现明显的质量损失。随着水解反应的持续进行，分子量进一步降低，聚合物达到一个临界点。

剩余的分子链变得过短和过弱，无法维持材料的结构完整性。这就像一根已经磨损并断裂成许多小块的绳子，无法再支撑任何重量。在这个阶段，聚合物开始分解成更小的碎片。

例如，一种正在进行水解的塑料薄膜可能开始出现小孔，边缘可能开始崩溃。这些碎片随后被其他环境因素进一步分解，例如水流或微生物，导致显著的质量损失。

曾经具有特定形状和大小的聚合物开始解体，并在环境中变得更加分散。

溶解或侵蚀阶段（阶段4）：聚合物的质量减少，其碎片进一步分解为在介质中可溶解的分子。在这个最后阶段，聚合物的小碎片分解成更小的分子并溶解在水中。

这些可溶解的分子随后被水流带走，导致塑料从其原始位置消失。这个过程类似于糖在水中的溶解。

以塑料为例，在聚乳酸（PLA）水解过程中可能形成的乳酸低聚物能够溶解在水中并被运输到环境的其他部分。

这不仅导致原始塑料材料的完全消失，还对周围生态系统产生影响。

这些溶解的分子可能被水生生物吸收，可能通过生物累积造成伤害，或干扰正常的生物过程。

塑料水解的速率和程度受到许多因素的影响。温度起着关键作用，通常温度越高，化学反应提供的能量越多，水解反应越快。

水的pH值也影响水解过程，一些塑料在酸性或碱性环境中降解得更快。

此外，天然或合成催化剂的存在可以加速水解过程。理解塑料的水解对于制定水生环境中塑料废物的管理策略至关重要，例如设计更可生物降解的塑料或改善废物处理过程以防止有害降解产物的释放。

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