Determination method for volatile organic compounds in binders

Diplomityön tarkoituksena oli kehittää kvantitatiivinen ja kvalitatiivinen analyysimenetelmä kartongin päällystyksen sideaineesta haihtuville yhdisteille (volatile organic compounds, VOC). Kartongin päällystyksen sideaineesta haihtuvat yhdisteet saattavat vaikuttaa pakatun tuotteen haju- ja makuominaisuuksiin. Kirjallisuusosassa tehtiin aluksi katsaus kartongin päällystyspastan koostumukseen sekä päällystysprosessin eri vaiheisiin. Sen jälkeen perehdyttiin tarkemmin päällystyksessä käytettäviin sideaineisiin ja niistä haihtuviin yhdisteisiin. Lopuksi käsiteltiin haihtuville yhdisteille soveltuvia analyysimenetelmiä, jotka jaettiin gravimetrisiin ja kromatografisiin menetelmiin. Haihtuvien yhdisteiden määritystä päällysteistä ja maaleista käsitteleviä standardeja löytyy, mutta ne eivät sovellu diplomityössä tutkittavan sideaineen analysointiin. Tutkittavassa sideaineessa VOC-pitoisuus on hyvin pieni, kun taas standardit sopivat näytteille, joiden VOC-pitoisuus on suuri. Kokeellisessa osassa analyysimenetelmää lähdettiin kehittämään olemassa olevan ISO-standardin pohjalta, joka käsittelee VOC-määritystä emulsiomaalipurkkien sisäpuolelta. Kokeellisessa osassa analyysimenetelmänä käytettiin höyrytila-kaasukromatografia-menetelmää, jossa haihtuvat yhdisteet höyrystyvät kokonaan vialin kaasufaasiin. Sieltä ne injektoidaan kaasukromatografiin. Yhdisteiden tunnistuksessa käytettiin massadetektoria ja pitoisuuksien määrittämisessä liekki-ionisaatiodetektoria. Sideaineesta määritettiin standardinlisäysmenetelmällä n-butanolin, styreenin, n-butyyliakrylaatin ja bentsaldehydin pitoisuudet sekä haihtuvien yhdisteiden kokonaismäärä. Haihtuvat yhdisteet jaettiin lämpötilaryhmiin niiden haihtuvuuden perusteella. Kun polystyreeniakrylaattisideaineelle oli saatu kehitettyä analyysimenetelmä, testattiin menetelmän soveltuvuutta muille sideaineille.The object of this master’s thesis was to develop a quantitative and qualitative analytical method for volatile organic compounds (VOC) in binders on board coating. Volatile organic compounds may affect odor and taste properties of the packed product. In the literature part the composition of the coating color and coating process were studied. Different kinds of analytical methods for volatile organic compounds were also researched. The analytical methods were divided to gravimetric and chromatographic methods. There are several standards which deal with the determination of volatile compounds from coatings and paints. They are not suitable for the binder which is under analysis in this thesis, because the binder has very low VOC-content and the standards are for higher VOC-contents. In the experimental part the analytical method was developed based on ISO standard for volatile organic compounds in emulsion paints. In the experimental part volatile organic compounds were analyzed with headspace-gas chromatography where all volatile organic compounds entered the vapor phase. Subsequently, they were injected into the gas chromatograph. Compounds were identified with a mass detector and their amount was determined with a flame ionization detector. The quantity of n-butanol, styrene, butyl acrylate and benzaldehyde and the total amount of volatile organic compounds were determined from the binder using standard addition method. Volatile organic compounds were divided in temperature groups based on their volatility. After the analytical method was developed for polystyrene acrylate binder the method was tested for other binders