Analysis Examples Using Carrier Gas Selector Part 4: Pyrolysis of Polyethylene (PE) in Air

Význam tématu

Polyethylen (PE) patří mezi nejrozšířenější polymery s širokým spektrem průmyslových aplikací. Detailní analýza produktů termického rozkladu umožňuje odhalit mechanizmus štěpení řetězce i vliv atmosféry na povahu vznikajících látek. Tato informace je klíčová nejen pro výzkum recyklace a zpracování plastů, ale i pro environmentální monitoring a hodnocení emisí škodlivin.

Cíle a přehled studie

Cílem práce bylo porovnat produkty pyrolytické dezintegrace PE při konstantní teplotě 550 °C provedené ve dvou typech atmosféry – inertním (He) a oxidačním (vzduch). Použité přístrojové uspořádání mělo zajistit rychlou a selektivní analýzu rozkladných produktů pomocí GC/MS.

Použitá metodika a instrumentace

Vzorek PE o hmotnosti 30 µg byl vystaven flash pyrolýze při 550 °C. Rozkladné produkty byly převedeny do GC/MS systemu se separační kolonou Ultra ALLOY-5 (5 % diphenyldimethylpolysiloxane; délka 30 m, vnitřní průměr 0,25 mm, tloušťka filmu 0,25 µm). Program teploty peci: 40 °C (1 min), poté nárůst 20 °C/min až na 320 °C. Injekční port byl nastaven na 320 °C. Celkový průtok plynu činil 60 ml/min (Kolonový tok 1 ml/min).

Použitá instrumentace

• Double-Shot Pyrolyzer® PYA-4
• Carrier Gas Selector CGS-1050E
• Selective Sampler SS-1010E
• MicroJet Cryo Trap MJT-1030E
• GC/MS s kolónou Ultra ALLOY-5

Hlavní výsledky a diskuse

V inertní heliové atmosféře dominovaly n-parafiny, olefiny a diolefiny vzniklé náhodným štěpením hlavního řetězce. V oxidačním prostředí vzduchu se významně uplatnil vznik nižších karbonylových sloučenin (aldehydy C10–C15) a CO2, což odráží termickou oxidaci a dekarboxylaci během pyrolytického rozkladu. Porovnání pyrogramů ukázalo výrazné posuny chromatografických špiček odpovídajících těmto třídám sloučenin.

Přínosy a praktické využití metody

• Rychlá diferenciace mezi inertní a oxidační pyrolytickou cestou rozkladu PE.
• Možnost sledovat emisní profil uhlovodíků a karbonylových produktů.
• Uplatnění v polymerní forenzní analýze, kontrole kvality a environmentálních studiích.

Budoucí trendy a možnosti využití

Další rozvoj metodiky směřuje k integraci real-time detekce pro sledování emisních píků, využití vyšších teplot a modulované atmosféry pro detailní mapování rozkladných drah a propojení s technikami vysokorozlišovací hmotové spektrometrie. Rovněž perspektivní je automatizace vzorkování a rozšíření na další typy polymerů a kompozitů.

Závěr

Studie potvrdila, že atmosféra během pyrolytického rozkladu výrazně ovlivňuje složení vznikajících produktů. Monooxidační cesta ve vzduchu vede k oxidaci uhlíků na aldehydy a CO2, zatímco inertní podmínky zachovávají uhlovodíkové fragmenty. Tato znalost je zásadní pro aplikace v průmyslové analýze, recyklaci plastů i environmentálním inženýrství.

Reference

• Hosaka et al., 5th Polymer Analysis Symposium, II-4, s. 43–44 (2000)