Quantitative Analysis of Anti-Degradant Additive (6PPD) in Tire Rubber Using Pyrolysis-GC-MS

Význam tématu

6PPD je běžně používaný protidegradant v pneumatikách, jehož reakce s ozónem vytváří vysoce toxickou 6PPD-quinon. Malé částice abradovaného kaučuku (TRWP) přispívají k znečištění vodních zdrojů a ohrožují akvatické organismy, zejména lososy. Proto je klíčové přesně kvantifikovat obsah 6PPD v pryžových výrobcích a posuzovat ekologické dopady náhradních sloučenin.

Cíle a přehled studie / článku

Studie si klade za cíl vyvinout rychlou a jednoduchou metodu pro stanovení 6PPD v pneumatikové pryži bez nutné složité předúpravy. Provedlo se optimalizované pyrolyticko-GC-MS měření, včetně kalibrace s pryskyřičným standardem, a identifikace látek pomocí specializované knihovny polymerových aditiv.

Použitá instrumentace

• Pyrolyzer: EGA/PY-3030D Multi-Shot Pyrolyzer s AS-1020E Auto-Shot Sampler (Frontier Laboratories Ltd.)
• GC-MS: Shimadzu GCMS-QP2020 NX
• Kolona: SH-5Sil MS (30 m × 0,25 mm I.D., df = 0,25 µm)
• Nosič plynu: heliu, konstantní lineární rychlost 40 cm/s, split 15:1
• Rozpouštědlo pro standard: toluen; pryskyřice: styren-butadienová pryž

Použitá metodika

Analytický postup se skládal z evoluční analýzy plynu (EGA-MS) pro volbu teploty termického desorpčního stupňovacího rampování a následného TD-GC/MS měření. Vzorek pneumatiky se snadno připravil nařezáním ~0,5 mg fragmentu do kelímku se skleněnou vlnou. Kalibrace proběhla smísením standardu 6PPD (50–1000 ng) se SBR pryskyřicí, sušením při pokojové teplotě a přímou analýzou.

Hlavní výsledky a diskuse

• Identifikace: knihovny NIST-23 a Shimadzu Polymer Additives Library potvrdily přítomnost 6PPD (Nocrac 6C).
• Volba kvantifikačních iontů: m/z 211 (kvantifier) a m/z 268 (referenční).
• Kalibrační přímka: lineární v rozsahu 50–1000 ng s R2 > 0,999.
• Opakovatelnost: %RSD 3,3 % při 50 ng standardu.
• LOQ a LOD: 10,2 ng a 3,0 ng na injekci.
• Množství 6PPD v pneumatikové pryži: 1200 mg/kg.

Přínosy a praktické využití metody

• Minimální předúprava vzorku – jednoduché řezání a aplikace na vzorkovací kelímek.
• Kalibrace v pryskyřičném prostředí odpovídá reálné matrici vzorků a zvyšuje přesnost kvantifikace.
• Rychlá identifikace aditiv díky rozšířené polymerové knihovně.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření metody na analýzu dalších protidegradantů a aditiv v polymerních materiálech.
• Integrace do monitoringu mikroplastů v životním prostředí (voda, sedimenty).
• Vývoj náhradních látek s menším ekologickým dopadem a ověření jejich stability.

Závěr

Optimalizované Py-GC-MS s termickou desorpcí poskytuje citlivou a spolehlivou metodu pro kvantifikaci 6PPD v pneumatikové pryži. Přímá analýza fragmentů bez náročné předúpravy a využití vhodné kalibrace umožňuje rychlé a reprodukovatelné stanovení, což je klíčové pro hodnocení ekologických rizik.

Reference

• Tian et al., Science, 371 (2021) 185–189
• ISO/TS 21396:2017 Rubber — Determination of mass concentration of tire and road wear particles (TRWP) in soil and sediments — Pyrolysis-GC/MS method