Detailed Analysis of an Unknown Polymer Using the Py-GC/MS System with Polymer Additives and F-Search Polymer Libraries

Význam tématu

Analýza stopových přísad v polymerních materiálech je klíčová pro zajištění kvality, zlepšování vlastností plastů a splnění rostoucích regulatorních požadavků na chemické látky. Identifikace původních přísad a jejich termických produktů umožňuje přesné hodnocení stability materiálu a jeho složení.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem studie bylo detailně charakterizovat neznámý vzorek vulkanizované pryže a určit jeho polymerní bázi i zabudované přísady. K tomu byly použity tři režimy analýzy na systému Py-GC/MS a dvě specializované knihovny spekter (Polymer Additives Library a F-Search Polymer Library).

Použitá instrumentace

• EGA/PY-3030D multi-shot pyrolyzer (Frontier Laboratories)
• GCMS-QP2020 quadrupolový GC/MS (Shimadzu)
• Polymer Additives Library (Shimadzu)
• F-Search Polymer Library Ver. 3.5 (Frontier Laboratories)
• NIST Library 2014

Použitá metodika

Vzorek vulkanizované pryže (tloušťka 2 mm) byl dělen do malých střepin (0,5 mm) a vážen (~0,5 mg). Prozkoumány byly tyto režimy:

• Evolved gas MS: sledování termogramu od 100 °C do 700 °C pro separaci volných přísad a pyrolysátů polymeru.
• Pyrolysis GC/MS: jednorázové pyrolyzování při 600 °C a chromatografická separace pyrolysátů.
• Thermal extraction GC/MS: tzv. heart-cut extrakce volatibilních složek mezi 100 °C a 340 °C.

Hlavní výsledky a diskuse

Analýza termogramu odhalila volatilní složky do 340 °C a polymerní pyrolysáty nad touto teplotou. Hledáním ve F-Search Polymer Library i v pyrolytickém režimu bylo prokázáno 97% shody s kopolymerem styren-butadienového kaučuku (SBR). Termický rozklad uvnitř 100–340 °C odhalil přítomnost několika přísad:

• Antioxidant p-(p-Toluenylsulfonylamido)diphenylamin (Nocrac TD)
• Tributylthiourea (pyrolyzáty: dibutylamin, butylisothiokyanát)
• BHT (2,6-di-terc-butyl-p-hydroxytoluenu)

Knihovna Polymer Additives Library umožnila přímé přiřazení původních látek na základě pyrolytických produktů a retence, což by s obecnou knihovnou bylo výrazně obtížnější.

Přínosy a praktické využití metody

Komplexní přístup s Py-GC/MS a specializovanými knihovnami zkracuje dobu identifikace neznámých polymerů a jejich přísad. Metoda umožňuje kvalitativní i semikvantitativní hodnocení stabilizátorů a dalších modifikátorů, vhodné pro QA/QC a výzkum polymerů.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření knihoven o nové komerčně používané přísady a biomechanické regulátory.
• Automatizace vyhodnocení termogramů v rámci Industry 4.0.
• Integrace s dalšími neničivými technikami (FTIR, DSC) pro multidisciplinární charakterizaci.
• Podpora přísnějších environmentálních regulací a sledování degradace polymerů v reálném čase.

Závěr

Kombinace Py-GC/MS metod a specializovaných spektrálních knihoven umožňuje detailní rozbor neznámých polymerů a identifikaci zabudovaných přísad. Polymer Additives Library usnadňuje přiřazení původních antioxidantů a dalších modifikátorů na základě jejich termických produktů a retence.

Reference

• K. D. Jansson, C. P. Zawodny, T. P. Wampler, Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 79 (2007) 353–361
• A. Hosaka, K. Ito, I. Watanabe, C. Watanabe, Shimadzu GC/MS Technical Report No. 9