Pyrolyse-GC/MS in der Klebebandindustrie

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SIM Scientific Instruments Manufacturer GmbH

Pyrolyse-GC/MS zur Quantifizierung von Additiven

Zur Quantifizierung des Gehaltes an Klebharz, im vorliegenden Fall Kolophonium-Harze, wurde eine Pyroylse-GC/MS-Methode mit Matrixkalibrierung entwickelt. Schwierigkeiten bei dieser Methode lagen zum einen darin, geeignete Pyrolyseprodukte als Marker für die einzelnen Klebharze herauszuarbeiten. Zum anderen galt es, die Probenpräparation zu optimieren, um eine angemessene Reproduzierbarkeit zu erzielen.

Als Marker für Kolophonium-Methylester wurde Methylabietat (m/z = 316) ausgewählt (s. Abb. 2). Für hydrierte Kolophonium-Harze diente Norabietan (m/z = 262) als Quantifizierungsmarker. Beide Methoden wurden als Single Ion Mode-(SIM)-Methoden entwickelt, um ein besseres Signal-Rausch-Verhältnis und eine höhere Empfindlichkeit zu gewährleisten. Die Probenvorbereitung wurde wie folgt optimiert: Die Klebmassen wurden auf silikonbeschichtetem Trennpapier eingewogen (Einwaage: 0,5 – 1 mg), anschließend wurden sie mit einem Pulver aus kleinen Glasperlen bestäubt, welches die Analyse nicht beeinträchtigt und ein Verkleben der Proben am Pyrolyse-Röhrchen verhindert. Für alle Proben und alle Kalibrierstandards wurden Doppelmessungen durchgeführt und die Mittelwerte zur Auswertung herangezogen. Die Kalibrierstandards wurden angesetzt, indem eine harzfreie Polyacrylat-Klebmasse, bestehend aus n-Butylacrylat, 2-Ethylhexylacrylat und Acrylsäure, mit Mengen von 5 bis 40% (w/w) Kolophonium-Harz versetzt wurde.

Nach Pyrolyse der Kalibrierstandards bei 800 °C und nachfolgender Auswertung der Marker-Signale konnte etwa für hydrierte Kolophonium-Harze über Norabietan eine Kalibriergerade mit einem Bestimmtheitsmaß von 0,9916 erhalten werden. Mit den resultierenden Kalibrierfunktionen für beide Methoden ließen sich Gehalte von hydrierten Kolophonium-Harzen und Kolophonium-Methylester-Harzen in Polyacrylat-Klebmassen quantifizieren. Hierbei wurden unterschiedliche, hydrierte Harztypen untersucht, um zu überprüfen, ob auch hydrierte Kolophonium-Glycerinester-Harze oder weitere Ester mithilfe der erstellten Methode quantifiziert werden können.

Bezüglich der Kolophonium-Methylester-Harze wurden typengleiche Harze unterschiedlicher Hersteller analysiert. Für beide Methoden wurde ermittelt, dass die Gehalte an Kolophonium-Harzen mit einer maximalen Standardabweichung von 4% bestimmt werden können. Zieht man den stark heterogenen Charakter von derartigen Klebharzen in Betracht, können die entwickelten Pyrolyse-GC/MS-Methoden zur Quantifizierung von Harzen als ausreichend genau betrachtet werden. Auf diese Weise lassen sich nun die Gehalte an Kolophonium-Harzen in Polyacrylat-Klebmassen zu Qualitätssicherungszwecken auf Korrektheit überprüfen. Es bleibt noch zu untersuchen, ob die Methoden auch für andere Matrices, wie Synthesekautschuke, genutzt werden können. Darüber hinaus könnte eine Erweiterung des Methoden-Portfolios auf andere Harzklassen wie Polyterpen-Harze oder Kohlenwasserstoff-Harze in Betracht gezogen werden.

Die Pyrolyse-GC/MS ist ein vielseitiges Verfahren, welches zur qualitativen und quantitativen Analyse von Polymeren im Allgemeinen und Klebmassen im Speziellen genutzt werden kann. Als besonderer Nutzwert erweist sich bei diesem System der geringe Aufwand für die Probenvorbereitung sowie die große Informationstiefe, die sich bereits im Zuge einer Einzelmessung erreichen lässt. Zwar reichen Reproduzierbarkeit und Robustheit bei der Quantifizierung nicht an die Leistung eines klassischen LC/MS-Systems heran – für einige Fragestellungen ist dies allerdings auch nicht immer erforderlich.

* A. Meß, V. Frank, A. Westphal: Tesa SE, 20253 Hamburg

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