Sustainability: Challenges in Polymer characterization and applications of Pyrolysis-GC/MS

Význam tématu

Analytická pyrolytická separační technika spojená s GC/MS umožňuje komplexní charakterizaci polymerních materiálů, identifikaci organických a anorganických přísad, hodnocení degradace plastů a sledování mikroplastů v životním prostředí. Metoda nachází uplatnění ve výzkumu polymerů, v průmyslové QA/QC, v forenzních analýzách i v environmentálních studiích.

Cíle a přehled studie / článku

Prezentace Frontier Laboratories Europe předkládá několik aplikačních případů: analýzu žloutnutí PVC, charakterizaci komerčních bioplastových sáčků, kvantifikaci stabilizátorů a lubrikantů, zkoumání příčin vad u recyklovaného ABS výrobku a identifikaci mikroplastů v mořských sedimentech.

Použitá metodika a instrumentace

Ultramoderní pyrolyzery a příslušenství:

• Multi-Shot pyrolyzer EGA/PY-3030D (EGA, TD, Py, RxPY)
• Tandem mikro-reaktor Rx-3050TR
• Cryogenní mlýn IQ MILL-2070
• Mikro-vstřikovací pasivní chladicí modul (MFS), Micro-Jet Cryo-Trap (MJT), Split/Splitless adaptér (SS), autosampler (AS)
• Ultra ALLOY® kovové kapilární GC kolony
• GC/MS systém s quadrupólovou detekcí
• SEM-EDX pro analýzu anorganických retardérů hoření
• Software F-Search a F-Search MPs pro identifikaci a kvantifikaci polymerů a mikroplastů

Hlavní výsledky a diskuse

Analýza žloutnutí PVC ukázala depleci organických stabilizátorů (metylcín-merkaptidy), vznik a únik HCl a tvorbu konjugovaných dvojných vazeb v PVC řetězci. U bioplastových sáčků bylo prokázáno rozlišení PE, PP, PLA, PBAT, PBS(A) i přítomnost typických antioxidantů a lubrikantů (Irgafos 168, erukamid). Quantifikace prokázala koncentrace v rozsahu stovek ppm. U vadného recyklovaného ABS bylo odhaleno výrazné snížení obsahu AO-40 a Irganox 1076, naopak přítomnost PVC retardérů Tinuvin a Nocrac. Analýza mikroplastů ze sedimentů pomocí mikro-furnace pyrolyzéru a F-Search MPs odhalila hlavní polymerní frakce PE, PP, PS, SBR, N6 a kvantifikovala je pomocí charakteristických pyrolyzátů.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda umožňuje rychlé, citlivé a zároveň selektivní určení polymerů i nízkokoncentrovaných přísad bez nutnosti rozsáhlé předúpravy. Uplatní se při kontrole kvality plastových výrobků, vyšetřování poruch materiálů, vývoji nových bioplastů a monitoringu mikroplastů v životním prostředí.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se další integrace online s GC×GC, rozšíření spekter knihoven pro nano- a mikroplasty, automatizace datové analýzy a využití umělé inteligence pro predikci degradace polymerů. Kombinace s dalšími detekčními metodami (FTIR, Raman) podpoří multidisciplinární přístupy v environmentální i průmyslové analytice.

Závěr

Multifunkční pyrolytická GC/MS platforma vybavená doplňkovými moduly a pokročilým softwarovým zázemím představuje univerzální nástroj pro detailní charakterizaci polymerů, kvantifikaci přísad a spolehlivou detekci mikroplastů. Metoda přispívá k řešení klíčových výzev v oblasti udržitelnosti, recyklace a environmentální bezpečnosti.

Reference

• X. Zhao et al., Environ. Sci. Technol., 54 (2020) 4712
• K. Matsui et al., J. Anal. Appl. Pyrolysis, 149 (2020) 104834
• K. Tei et al., J. Anal. Appl. Pyrolysis, 168 (2022) 105707