Προσδιορισμός προϊόντων αποικοδόμησης σε πλαστικά υλικά συσκευασίας που προέρχονται από ανακύκλωση

Abstract

Plastics are typically polymers and may contain a number of components such as various additives (plasticizers, antioxidants, fillers etc). They are one of the most efficient, functional, and cost-effective choice for many applications. As a result, consumption of plastic products has increased over the past few decades, and recycling techniques were developed in order to reduce the large amounts of plastic waste to avoid environmental damage. Recycled plastics may contain degradation products of the polymers, such as monomer residues, oligomers, solvent residues and additives which may be harmful especially when these materials are intended to be used in direct or indirect contact with foodstuffs.Several extraction techniques are available for the determination of these low molecular weight compounds in polymers. The present study is focused on determining these compounds in recycled plastic materials [polyethylene (PE), polyethylene terephthalate (PET), polypropylene (PP), polystyrene (PS) and polyvinylchloride (PVC)] using four different extraction techniques combined with gas chromatography / mass spectrometry (GC-MS) analysis. Virgin PE samples were used for the development and optimization of each method. The applied extraction techniques were: ultrasound assisted extaction (UAE), automated Soxhlet (Soxtec) extraction, microwave assisted extraction (MAE) and headspace solid-phase microextraction (HS-SPME).A greater number of compounds and generally at higher concentrations were determined in recycled plastics in comparison with the corresponding virgin materials. Microwave assisted extraction was the least effective method for the determination of degradation products in polymers. The greater number of compounds were identified using headspace solid-phase microextraction, but there were difficulties in the quantification of compounds with different volatility. Ultrasound-assisted extraction and automated Soxtec extraction gave similar results concerning the determination of these compounds. However, Soxtec extraction uses expensive equipment but is faster than classic Soxhlet extraction and uses smaller amounts of solvents and therefore shows a more promising future.

Τα πλαστικά είναι πολυμερή τα οποία μπορεί να περιέχουν και άλλες ενώσεις, όπως διάφορα πρόσθετα υλικά (πλαστικοποιητές, αντιοξειδωτικά, πληρωτικά κλπ.). Αποτελούν μια ιδιαίτερα αποτελεσματική, λειτουργική και οικονομική επιλογή για πολλές εφαρμογές. Τα πλεονεκτήματα που έχουν τα πλαστικά έναντι άλλων υλικών, είχε ως αποτέλεσμα να αυξηθεί η κατανάλωση αυτών τις τελευταίες δεκαετίες, οδηγώντας στην ανάπτυξη τεχνολογιών ανακύκλωσης για να μειωθεί ο μεγάλος όγκος απορριμμάτων που δημιουργεί περιβαλλοντικά προβλήματα. Τα ανακυκλωμένα υλικά ενδέχεται να περιέχουν και προϊόντα αποικοδόμησης των πολυμερών, όπως για παράδειγμα κατάλοιπα μονομερών, ολιγομερή, κατάλοιπα διαλυτών και πρόσθετα τα οποία μπορεί να είναι επιβλαβή για την ανθρώπινη υγεία, κυρίως αν τα εν λόγω προϊόντα προορίζονται να έρθουν σε άμεση ή έμμεση επαφή με τρόφιμα.Υπάρχουν αρκετές τεχνικές εκχύλισης που εφαρμόζονται για τον προσδιορισμό αυτών των μικρού μοριακού βάρους ενώσεων στα πολυμερή. Η παρούσα διδακτορική διατριβή επικεντρώθηκε στον προσδιορισμό αυτών των ενώσεων σε ανακυκλωμένα πλαστικά υλικά [πολυαιθυλένιο (PE), πολυαιθυλενοτερεφθαλικό εστέρα (PET), πολυπροπυλένιο (PP), πολυστυρόλιο (PS) και πολυβινυλοχλωρίδιο (PVC)], χρησιμοποιώντας τέσσερις διαφορετικές τεχνικές εκχύλισης σε συνδυασμό με αέρια χρωματογραφία / φασματομετρία μάζας (GC/MS). Για την ανάπτυξη και βελτιστοποίηση κάθε μεθόδου, χρησιμοποιήθηκε παρθένο πολυαιθυλένιο. Οι τεχνικές εκχύλισης που χρησιμοποιήθηκαν είναι: η εκχύλιση με υπερήχους (UAE), η εκχύλιση με το σύστημα Soxtec, η εκχύλιση με μικροκύματα (MAE) και η μικροεκχύλιση υπερκείμενου χώρου δια της στερεάς φάσης (HS-SPME).Μεγαλύτερος αριθμός ενώσεων και κατά κανόνα σε μεγαλύτερες συγκεντρώσεις, προσδιορίστηκε στα ανακυκλωμένα δείγματα πλαστικών, συγκριτικά με τα αντίστοιχα παρθένα. Η λιγότερο αποτελεσματική μέθοδος για τον προσδιορισμό των προϊόντων αποικοδόμησης στα πολυμερή ήταν η εκχύλιση με μικροκύματα. Ο μεγαλύτερος αριθμός ενώσεων που ταυτοποιήθηκαν ήταν με την τεχνική της μικροεκχύλισης υπερκείμενου χώρου δια της στερεάς φάσης, όμως παρατηρήθηκαν δυσκολίες στον ποσοτικό προσδιορισμό των ενώσεων που έχουν διαφορετική πτητικότητα. Η εκχύλιση με υπερήχους και η εκχύλιση με το αυτοματοποιημένο σύστημα εκχύλισης Soxtec, έδωσαν παρόμοια αποτελέσματα. Ωστόσο, η εκχύλιση Soxtec απαιτεί σχετικά ακριβό εξοπλισμό, όμως πλεονεκτεί σε σχέση με την εκχύλιση Soxhlet, κυρίως ως προς τον όγκο των απαιτούμενων διαλυτών, αλλά και ως προς τον σημαντικά μικρότερο χρόνο εκχύλισης, οπότε αποτελεί μια μέθοδο που μπορεί να έχει αρκετές εφαρμογές στο μέλλον.