*본 자료는 영인과학 공식블로그에서도 확인하실 수 있습니다.(Click!)*

자동차 산업에서 Pyrolyzer-GC/MS가 어떻게 활용되고 있는지 다양한 분석 사례가 준비되어 있습니다.

그 다섯번째 순서로 D. 고무 분석 (Rubbers) 분석 자료 5종을 소개합니다!

​

D-1. NBR 고무 내 산화방지제 분석

D-2. 배합 고무(Compounded rubber)의 분석

D-3. Py-GC를 이용한 이소프렌-부타디엔-스타이렌 혼합 고무의 구조 해석

D-4. Additive MS 라이브러리 시스템을 이용한 고무 내 미지 분해방지제의 확인

D-5. EGA및 EGA Polymer MS 라이브러리를 이용한 고무 구성 분석

D-1. NBR 고무 내 산화방지제 분석

고무(Rubber) 시료 내 첨가제 분석법 

• 솔루션: ​약 1mg의 아크릴로니트릴 부타디엔 고무(NBR) 샘플을 시료컵에 넣고, EGA와 (TD)-GC/MS를 이용하여 분석하였다.

• 분석 결과: 다양한 유형의 첨가제를 포함하는 NBR 샘플의 EGA 써모그램은 <그림 1>과 같다. <그림 1>과 같이 휘발성 성분이 A 구간에서 탈착되어 나왔다는 것을 알 수 있다. <그림 2>는 A 구간에 대한 (TD)-GC/MS 크로마토그램이고, <표 1>와 같이 두 종류의 항산화제에 대한 상대 피크 강도의 재현성이 2% RSD 미만이라는 결과를 보여준다.

D-2. 배합 고무(Compounded Rubber) 분석

멀티샷 파이롤라이저를 이용한 배합고무 분석을 통해 얻을 수 있는 데이터 

• 솔루션: Double-Shot 분석, 휘발가스분석(EGA), 순간 열분해(flash pyrolysis) 분석법을 적용하여 멀티샷 파이롤라이저로 배합고무를 분석하였다.​

• 분석 결과: <그림 1>은 배합고무의 EGA 써모그램을 나타낸다. 작은 피크들은 첨가제의 열탈착을 통해 100 – 300 ℃ 구간에서 관찰된다. 300 – 500 ℃ 구간에서는, 고무의 열분해가 일어나는 구간으로 넓은 피크가 관찰된다. 이 결과를 바탕으로, 100 – 300 ℃ (20℃/min) 온도 조건에서 열탈착 과정을 수행하였고, 순간 열분해 온도는 550 ℃로 설정하였으며 분석 결과는 <그림 2>와 같다. <그림 2a>의 열탈착 크로마토그램 결과와 같이, 사이클릭 실록산(D3 – D6)은 실리콘 커플링제(coupling agent), 벤조싸이아졸(가황 촉진제), 고급 지방산(가황제) 그리고 왁스(산화방지제)에서 기인되었다. 또한 이소프렌과 리모넨은 주로 <그림 2b>에서 관찰되기 때문에, 이 샘플의 주요 구성 성분은 천연고무인 것을 알 수 있다.

D-3. Py-GC를 이용한 이소프렌-부타디엔-스타이렌 혼합 고무의 구조 해석

싱글샷 분석으로 혼합 고무 시료의 화학구조를 분석하는 간단한 방법

• 솔루션: PB-PI-PS로 구성된 200 ㎍의 혼합고무 시료를 시료컵에 담아 550 ℃에서 열분해 하였다.

• 분석 결과: <그림 1>은 혼합 고무 시료의 파이로그램 결과이다. 각 성분의 단량체(부타디엔, 이소프렌, 스타이렌)는 주요 열분해 산물(pyroly-zates)이다. <그림 2>는 특정 피크의 상대 피크 강도와 시료의 총중량 대비 PB의 비율 사이의 검량선이며, 0.99 이상의 상당히 좋은 선형성을 보였다. 이 검량선을 이용하여 3% 이내의 정확도로 구성 성분에 대한 상당히 정확한 정량 분석이 가능하다.

​ 

D-4. Additive MS 라이브러리를 이용한 고무 내 미지 분해방지제의 확인 

고분자 및 첨가제 라이브러리를 이용한 고무에 첨가된 미지 분해방지제(Antidetradants)의 식별

• 솔루션: F-Search(질량 스펙트럼 라이브러리 검색 엔진)의 첨가제 라이브러리는 상업적으로 통용되는 32가지 주요 분해방지제의 데이터가 포함되어있다. 라이브러리는 열탈착(TD)-GC/MS에서 얻은 크로마토그램의 주요 피크들의 질량 스펙트럼과 화학명 그리고 RI값(Retention indexes)로 구성된다. 본 실험은 약 1%의 미지 분해방지제가 들어있는 고무분석의 예 이다.

• 분석 결과: <그림 1a>는 (TD)-GC/MS를 통해 얻은 미지 분해방지제가 함유된 고무 시료의 크로마토그램과 주요 피크인 A, B, C의 질량 스펙트럼을 나타낸다. 주요 피크들은 라이브러리 검색으로 찾은 질량 스펙트럼의 유사성과 <그림 1b>와 같은 RI값을 토대로 식별되었다. 또한, <그림 1b>의 크로마토그램으로부터, 이 세가지 화합물과 관련된 분해방지제는 p-(p-Toluene sulfonylamido) diph-enylamine인 것으로 추정할 수 있다.

D-5. EGA 및 EGA Polymer MS 라이브러리를 이용한 고무 구성 분석

멀티샷 파이롤라이저를 이용한 미지 성분의 고무를 분석하는 방법

• 솔루션: ​EGA-MS는 다기능 파이롤라이저를 이용한 휘발가스 분석(EGA)과 질량 분석(MS)이 합쳐진 분석법이며, 미지 고분자 시료의 초기 분석 도구로써 매우 유용하다.

• 분석 결과: <그림 1>은 고무 시료의 EGA 써모그램과 피크 A와 B의 질량 스펙트럼을 나타낸다. 피크 A는 용리온도가 낮기때문에 첨가제 구간에서 열탈착되어 나오는 성분이라는 것을 유추할 수 있으며 추가적인 GC/MS 분석이 요구된다. 또한 피크 B는 폴리머 주쇄구조(polymer backbone)에서 열분해되어 기인 성분이라고 판단된다. <표 1>은 EGA-MS 라이브러리를 이용한 피크 B의 평균 스펙트럼의 라이브러리 검색 결과이다. 폴리노보넨과 아크릴로니트릴-부타디엔 고무가 candidate polymer로 나타났다. EGA 결과와 EGA-MS 라이브러리에서 얻은 양적 및 정보

Multi-Shot Pyrolyzer 자세히 보기(Click!)