Идентификация летучих примесей и продуктов термической деструкции полиакрилата натрия методом газовой хромато-масс-спектрометрии в сочетании с парофазным анализом

Методом газовой хроматографии в сочетании с масс-спектрометрией и парофазным анализом (ПА-ГХ-МС) проведено исследование летучих органических соединений (ЛОС) в паровой фазе над промышленным образцом полиакрилата натрия в различных температурных режимах с идентификацией примесей и продуктов термической деструкции. Предложены условия, обеспечивающие эффективное хроматографическое разделение смеси продуктов деструкции с приемлемым разрешением пиков основных и минорных компонентов. Образцы полиакрилата натрия термостатировали при температурах, моделирующих эксплуатационные (30 и 60 °C) и экстремальные технологические (190 °C) условия, как с продувкой воздухом, так и без нее. Установлено отсутствие ЛОС в исходном промышленном образце полиакрилата натрия после термостатирования при температурах до 60 °C. При 190 °C в паровой фазе впервые идентифицированы 9 продуктов термической деструкции и примесей: пропиленгликоль, 1,4-бутандиол, нонаналь, диметилглутарат, алкилацетали, бициклические терпены (седрен, лонгифолен) и 2,6-ди-трет-бутилхинон (продукт деградации антиоксиданта). Показано, что кратковременная продувка образца воздухом при 190 °C приводит к значительному (на порядок величины) снижению концентраций всех идентифицированных ЛОС. На основании анализа литературных токсикологических данных сделан вывод о низком ингаляционном риске идентифицированных ЛОС. Полученные результаты имеют важное значение для разработки мер безопасности при высокотемпературной переработке полиакрилата натрия и подтверждают его статус малоопасного материала.

1. Sodium acrylate. https://echa.europa.eu/registration-dossier/-/ registered-dossier/14789/4/9 (accessed 19.07.2025).

2. Swift G. Acrylic (and Methacrylic) Acid Polymers / Encyclopedia of polymer science and technology. — John Wiley & Sons, Inc., 2002. DOI: 10.1002/0471440264.pst009

3. Fiume M. Z. Final report on the safety assessment of acrylates copolymer and 33 related cosmetic ingredient / Int. J. Toxicol. 2002. Vol. 21. No. 3. P. 1 – 50. DOI: 10.1080/10915810290169800

4. Nishida C., Tomonaga T., Izumi H., et al. Inflammogenic effect of polyacrylic acid in rat lung following intratracheal instillation / Part. Fibre Toxicol. 2022. Vol. 19. 8. DOI: 10.1186/s12989-022-00448-z

5. Driscoll K. E., Deyo L. C., Carter J. M., et al. Effects of particle exposure and particle-elicited inflammatory cells on mutation in rat alveolar epithelial cells / Carcinogenesis. 1997. Vol. 18. No. 2. P. 423 – 430. DOI: 10.1093/carcin/18.2.423

6. Kishimoto T., Okamoto K., Koda Sh., et al. Respiratory disease in workers handling cross-linked water-soluble acrylic acid polymer / PLoS One. 2023. Vol. 18. No. 5. e0284837. DOI: 10.1371/journal.pone.0284837

7. Agents Classified by the IARC Monographs / International Agency for Research on Cancer (IARC). Last updated 24.03.2023. Vols. 1 – 133. https://www.certifico.com/component/ attachments/download/34957 (accessed 19.07.2025).

8. Wink O., Schack F. Determination of superabsorbent polyacrylate dust in workplace atmospheres after derivatization with ethanol and using HPLC with pulsed electrochemical detection / Analyst. 2000. Vol. 125. No. 10. P. 1745 – 1750. DOI: 10.1039/b001950j

9. McGrath J. J., Purkiss L., Eberle M., McGrath W. R. 28-day inhalation study of a cross-linked polyacrylate superabsorbent in the hamster / J. Appl. Toxicol. 1994. Vol. 14. No. 4. P. 269 – 273. DOI: 10.1002/jat.2550140405

10. Wang Y., McCaffrey J., Norwood D. L. Recent advances in headspace gas chromatography / J. Liq. Chromatogr. Relat. Technol. 2008. Vol. 31. Nos. 11 – 12. P. 1823 – 1851. DOI: 10.1080/10826070802129092

11. Rial-Otero R., Galesio M., Capelo J.-L., Simal-Gandara J. A review of synthetic polymer characterization by pyrolysis-GC-MS / Chromatographia. 2009. Vol. 70. Nos. 3 – 4. P. 339 – 348. DOI: 10.1365/s10337-009-1254-1

12. Maeno S., Eddy C. L., Rodriguez P. A. Identification of compounds responsible for an off-odor in wet polyacrylate superabsorbent polymers / J. Chromatogr. A. 1999. Vol. 849. No. 1. P. 217 – 224. DOI: 10.1016/s0021-9673(99)00531-2

13. Buzanowski W. C., Cutie S. S., Howell R., et al. Determination of sodium polyacrylate by pyrolysis — gas chromatography / J. Chromatogr. A. 1994. Vol. 677. No. 2. P. 355 – 364. DOI: 10.1016/0021-9673(94)80163-0

14. Zhang S. X., Chai X. S., Jiang R. Accurate determination of residual acrylic acid in superabsorbent polymer of hygiene products by headspace gas chromatography / J. Chromatogr. A. 2017. Vol. 1485. P. 20 – 23. DOI: 10.1016/j.chroma.2017.01.023

15. McCormack P., Lemmo J. S., Macomber M., et al. Measurement of respirable superabsorbent polyacrylate (SAP) dust by ethanol derivatization using gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) detection / J. Occup. Environ. Hyg. 2011. Vol. 8. No. 4. P. 215 – 225. DOI: 10.1080/15459624.2011.561427

16. Shimomura T., Namba T. Preparation and application of high-performance superabsorbent polymers / Buchholz F. L., Peppas N. A. (eds.). Superabsorbent Polymers: Science and Technology, ACS Symposium Series. Vol. 573. P. 112 – 127. — Washington, DC: American Chemical Society, 1994. DOI: 10.1021/bk-1994-0573.ch009

17. Wang T., Kang W., Yang H., et al. Water-soluble grafted sodium polyacrylate with low concentration: synthesis and thermal properties / J. Mol. Liq. 2022. Vol. 345. 117837. DOI: 10.1016/j.molliq.2021.117837

18. Bashir S., Hina M., Iqbal J., et al. Fundamental concepts of hydrogels: synthesis, properties, and their applications / Polymers. 2020. Vol. 12. 2702. DOI: 10.3390/polym12112702

19. Almeida S., Ozkan S., Gonçalves D., et al. A brief evaluation of antioxidants, antistatics, and plasticizers additives from natural sources for polymers formulation / Polymers. 2023. Vol. 15. 6. DOI: 10.3390/polym15010006

20. Murru C., Badía-Laíño R., Díaz-García M. E. Oxidative stability of vegetal oil-based lubricants / ACS Sustainable Chem. Eng. 2021. Vol. 9. No. 4. DOI: 10.1021/acssuschemeng.0c06988

21. Roy P. K., Surekha P., Rajagopal C., et al. Studies on the photo-oxidative degradation of LDPE films in the presence of oxidised polyethylene / Polym. Degrad. Stab. 2007. Vol. 92. No. 6. P. 1151 – 1160. DOI: 10.1016/j.polymdegradstab.2007.01.010

22. Siddiqui T., Khan M. U., Sharma V., Gupta K. Terpenoids in essential oils: chemistry, classification, and potential impact on human health and industry / Phytomed. Plus. 2024. Vol. 4. No. 2. 100549. DOI: 10.1016/j.phyplu.2024.100549

23. Kovářová-Lerchová J., Pilař J., Samay G., Pospíšil J. Antioxidants and stabilizers — LXXII. Products of reaction between oxidized polypropylene and 2,6-ditert-butyl-4-methylphenol / Eur. Polym. J. 1978. Vol. 14. No. 8. P. 601 – 605. DOI: 10.1016/0014-3057(78)90137-4

24. European Chemicals Agency. Substance information. Propane-1,2-diol (InfoCard No. 100.000.307). https://echa.europa. eu/substance-information/-/substanceinfo/100.000.307 (accessed 19.07.2025).

25. European Chemicals Agency. Registration dossier. 1,4-Butanediol (dossier No. 15496). https://echa.europa.eu/registration-dossier/-/registered-dossier/15496 (accessed 19.07.2025).

26. European Chemicals Agency. Registration dossier. Substance information (dossier No. 5471). https://echa.europa.eu/registration-dossier/-/registered-dossier/5471 (accessed 19.07.2025).

27. European Chemicals Agency. Registration dossier. Dimethyl glutarate (dossier No. 5377). https://echa.europa.eu/registration-dossier/-/registered-dossier/5377/ (accessed 19.07.2025).

28. European Chemicals Agency. Substance information. https:// echa.europa.eu/substance-information/-/substance-info/ 100.006.746 (accessed 19.07.2025).

29. European Chemicals Agency. Registration dossier. (dossier No. 19836). https://echa.europa.eu/registration-dossier/-/ registered-dossier/19836 (accessed 19.07.2025).

30. European Chemicals Agency. Substance information. 2,6-Di-tert-butyl-p-benzoquinone (InfoCard No. 100.010.861). https:// echa.europa.eu/substance-information/-/substanceinfo/ 100.010.861 (accessed 19.07.2025).

31. Chemicals Agency. Substance information. (InfoCard No. 100.014.991). https://echa.europa.eu/substance-information/-/substanceinfo/100.014.991 (accessed 19.07.2025).