Characterization of Plastic Additives and Recycled Plastics: Analytical methods for additives and quality assessment of food contact materials containing post-consumer plastics
2026 (English)Doctoral thesis, comprehensive summary (Other academic)
Sustainable development
SDG 3: Good Health and Well-Being, SDG 9: Industry, innovation and infrastructure, SDG 12: Responsible consumption and production, SDG 11: Sustainable cities and communities, SDG 13: Climate action
Abstract [en]
The recycling and reuse of post-consumer resins remain challenging due to complex mixtures of additives and non-intentionally added substances (NIAS) introduced or formed during use and recycling. This thesis combines mass spectrometry-based method development for plastic additives with the safety assessment of recycled polyethylene terephthalate (PET) used for food contact materials (FCM).
Liquid chromatography mass spectrometry was used to investigate the solvent-associated species of a benzofuranone antioxidant (Paper I). Their formation influenced chromatographic retention, ion abundance, and fragmentation, particularly in positive ion mode. Negative ion mode provided more structure-dependent and interpretable fragmentation, demonstrating its value for complex additive analysis.
Characteristic ions in tandem mass spectroscopy enabled the identification of hindered amine light stabilizers (HALS)-related species, although their low sensitivity limited direct application in quantitative analysis (Paper II). Combining precursor ions and base-peak product ions improved the estimation of total HALS content in polymers.
The effects of recycled content, processing history, and PET morphology on NIAS profiles, contaminant levels and uptake were investigated (Paper III and IV). Processing and manufacturing influenced volatile NIAS and contaminant levels. Acetaldehyde and benzene were found in PET materials but at low concentrations in simulants after migration tests, suggesting limited health concerns. Challenge tests assess decontamination by exposing PET to surrogates before recycling. Conditions used in challenge tests could alter PET morphology, in turn, affecting contaminant diffusion and complicating estimates of decontamination efficiency.
This thesis shows that analytical conditions, polymer properties, and processing histories are critical for interpreting chemical profiles in recycled plastics, and supports reliable additive and NIAS investigation, and safety evaluation of FCM.
Abstract [sv]
Säker återvinning och återanvändning av plast återvunnen från konsumentprodukter är fortfarande utmanande, eftersom återvunna material innehåller komplexa blandningar av tillsatser och oavsiktligt tillsatta ämnen (NIAS) som kan bildas eller tillföras under användning och återvinning. Denna avhandling behandlar dessa utmaningar genom att kombinera utveckling av masspektrometribaserade analysmetoder för plasttillsatser med säkerhetsbedömning av återvunnet polyetentereftalat (PET) som används i material som är i kontakt med livsmedel (FCM).
Vätskekromatografi kopplad till masspektrometri användes för att undersöka lösningsmedelsassocierade former av en bensofuranonantioxidant (Artikel I). Resultaten visade att bildandet av dessa former påverkade kromatografisk retention, jonförekomst och fragmenteringsmönster, särskilt vid analys i positivt jonläge. Däremot gav analys i negativt jonläge ett mer strukturberoende och tolkningsbart fragmenteringsbeteende, vilket belyser dess värde för komplex analys av plasttillsatser.
Karakteristiska joner detekterade med tandem-masspektrometri (MS/MS) visades vara användbara för att identifiera hindrade aminljusstabilisatorer (HALS)-relaterade föreningar, även om känsligheten för dessa joner begränsade den direkta användningen i kvantitativ analys (Artikel II). Användningen av moderjoner i kombination med produktjoner från bastoppen gav emellertid en bättre uppskattning av det totala HALS-innehållet i polymerer.
Effekterna av återvunnet innehåll, bearbetningshistorik och PET-morfologi på NIAS-profiler, nivåer av föroreningar samt upptag av föroreningar undersöktes (Artikel III och Artikel IV). Bearbetning och tillverkning visade sig påverka nivåerna av flyktiga NIAS och föroreningar. Acetaldehyd och bensen påvisades i PET-material, men de låga koncentrationer som detekterades i livsmedelssimulanter efter migrationstester tydde på begränsade hälsorisker. Utmaningstester (challenge tests), där PET exponeras för utvalda modellämnen före återvinning, används för att bedöma dekontamineringseffektiviteten. Förhållandena under utmaningstester kunde förändra PET-morfologin och därigenom påverka diffusionen av föroreningar, vilket komplicerar uppskattningen av dekontamineringseffektiviteten.
Denna avhandling visar att både förhållanden under analys, polymermaterialens egenskaper och bearbetningshistorik är avgörande för tolkningen av kemiska profiler i återvunnen plast. Resultaten ger insikter som kan stödja tillförlitlig karakterisering av plasttillsatser, undersökning av NIAS och säkerhetsutvärdering av FCM.
Place, publisher, year, edition, pages
Stockholm: KTH Royal Institute of Technology, 2026. , p. 72
Series
TRITA-CBH-FOU ; 2026:36
Keywords [en]
Plastic additives, liquid chromatography-mass spectrometry, recycled plastics, non-intentionally added substances, safety assessment, polymer morphology, food contact materials
Keywords [sv]
Plasttillsatser, vätskekromatografi-masspektrometri, återvunnen plast, oavsiktligt tillsatta ämnen, säkerhetsbedömning, polymermorfologi, material i kontakt med livsmedel
National Category
Analytical Chemistry Polymer Chemistry
Research subject
Chemistry
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-387187ISBN: 978-91-8106-682-1 (print)OAI: oai:DiVA.org:kth-387187DiVA, id: diva2:2092646
Public defence
2026-09-18, F3, Lindstedtsvägen 26, https://kth-se.zoom.us/j/62801728373?pwd=zAOo41X23mbnGcb0aIstUNLoj5p1su.1, Stockholm, 10:00 (English)
Opponent
Supervisors
Note
QC 20260819
2026-08-192026-08-172026-08-20Bibliographically approved
List of papers