Determination of Alkenyl Succinic Anhydride Compounds from Paper and Board Samples with GC-FID

Abstract

Paperiteollisuudessa kemiallisia pintaliimoja, kuten ASA:aa, AKD:ta ja rosinia, käytetään parantamaan paperi- ja kartonkituotteiden hydrofobisia ominaisuuksia. Pintaliimojen määritys paperista on tärkeää sekä terveyden, teollisuuden, että tuotekehityksen näkökulmasta.

Tämä opinnäytetyö on toteutettu yhteistyössä Kemira Oyj:n tutkimus- ja innovaatiokeskuksen kanssa Espoossa. Kemiralla ASA analysoidaan tällä hetkellä GC-MS-menetelmällä, jonka suurimpia haasteita ovat näytteestä ja laitteiston ominaisuuksista johtuva merkittävä työmäärä sekä aikaa vievä näytteenkäsittely. Työn tavoitteena oli parantaa näytteenkäsittelyä ja siirtää menetelmä GC-FID-laitteistolle.

Työn teoreettisessa osassa käsitellään ASA-yhdisteitä sekä niiden käyttöä paperiteollisuudessa ja tarkastellaan menetelmäkehityksen yleisiä periaatteita GC-analytiikassa sekä yleisimpiä anhydridien derivatisointiin käytettyjä metylointikemikaaleja. Kokeellisessa osassa kuvataan uuden GC-FID- analyysimenetelmän kehitys ASA-yhdisteiden määritykseen.

ASA-yhdisteiden määritys GC-FID-laitteistolla näyttäisi olevan mahdollista yhden piikin kalibroinnilla. Herkkyys ja lineaarisuus ovat samalla tasolla GC-MS-menetelmän kanssa ja kalibrointi on stabiilimpi. Saantokokeiden tulokset ASA:lle yhden piikin kalibroinnilla ovat hyväksyttävällä 81–107 % tasolla. Koska näytteenkäsittelyyn ei tehty merkittäviä muutoksia, seuraavat ASA-näytteet tullaan analysoimaan rinnakkain GC-MS-menetelmän kanssa. Mikäli tulokset ovat verrannollisia keskenään, tullaan GC-FID-menetelmä myöhemmin validoimaan.

In paper industry, chemical sizing agents, such as ASA, AKD and rosin are used to improve the hydrophobic properties of paper and board products. Determination of these agents is essential for health, industrial and research and developmental aspects.

This thesis work was conducted in cooperation with Kemira Oyj R&I center in Espoo. In Kemira, ASA is currently analyzed with the GC-MS method and the main drawbacks in the current method are considerable manual effort due to sample and instrument features and time consuming sample preparation. The objective was to improve the sample preparation and to develop a GC-FID method to analyze ASA compounds in paper and board samples.

Theoretical section of this thesis provides an overview of ASA compounds and their use in sizing, principals of method development for GC-analysis and an overview of methylation reagents used for derivatization of anhydrides. The experimental section describes the analytical method development of a new GC-FID method for ASA analysis.

Determination of ASA with GC-FID is possible by using a new one-peak integration. Sensitivity and linearity were on a good level comparing to the GC-MS -method, and calibration seems to be more stable. Recovery for ASA was on an acceptable level of 81–107 %. Since no major changes were made to the sample preparation process, upcoming new ASA samples will be analyzed with both methods, and if the results are matching, the GC-FID method will be validated further on.