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

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

그 마지막 순서로 F. 내후성 시험 (Weatherability Test) 분석 자료 4종을 소개합니다!

​

F-1. UV 경화 수지에서 방출되는 휘발성 물질 분석

F-2. 폴리카보네이트의 광산화 및 열분해 연구

F-3. 내충격성 폴리스티렌(High impact polystyrene, HIPS)의 광산화 및 열분해 산물 분석

F-4. EGA-MS를 이용한 광산화 및 열분해 테스트에서 저하된 내충격성 폴리스티렌(HIPS) 분석

이번 분석 사례는 UV irradiation/pyrolysis(광조사/열분해)-GC/MS 시스템을 사용하였습니다.

UV/Py-GC/MS 시스템에 사용된 Frontier Lab사의 Micro-UV Irradiator에 대한 자세한 정보는 아래 링크를 참고해주세요!

Micro-UV Irradiator 자세히 보기(Click!)

F-1. UV 경화 수지에서 방출되는 휘발성 물질 분석 

UV/Py-GC/MS 시스템을 이용한 UV 경화 수지에서 방출된 휘발성 물질 분석법

• 솔루션: UV irradiation/pyrolysis(광조사/열분해)-GC/MS 시스템을 이용하여 아크릴 UV 경화 수지의 건조 박막(Dry film)을 분석했다. 시료는 작은 디스크형태의 시료(3 ㎜ in dia., 350 ㎍)를 사용하였으며, 60 ℃에서 10분 동안 He 조건하에서 Xe arc lamp가 광원으로 장착된 micro UV irradiator를 사용하여 UV를 조사하였다.​

• 분석 결과: <그림 1>은 UV 조사 전/후에 수지에서 방출된 휘발 성분들의 크로마토그램을 아래와 같이 확대해서 관찰하였다. UV를 조사하지 않았을 때는, 분해된 중합개시제만 관찰되었다. 반면에, UV를 조사했을 때는, 기존 샘플 중량 대비 300 ppm의 메타크릴산메틸(MMA)을 포함한 다양한 유기 화합물이 관찰되었다. 이처럼 UV/Py-GC/MS 시스템은 복잡한 전처리 과정의 필요 없이 경화과정에서 UV 경화수지에서 방출된 휘발물질의 간단한 분석이 가능하다.

F-2. 폴리카보네이트의 광산화 및 열분해 연구

UV/Py-GC/MS 시스템을 이용한 폴리카보네이트(PC) 분석 

• 솔루션: UV/Py-GC/MS 시스템을 이용하여 PC의 광산화 및 열분해 과정을 관찰하였다. 시료에 air 상태에서 100 ℃로 1시간 동안 UV를 조사하였다. UV 조사가 끝난 후에, 시스템내 air는 He으로 퍼지되었다. 형성된 휘발 물질은 <그림 2>와 같이 TMAH 시약을 이용한 반응 열분해로 분석하였다.​

• 분석 결과: <그림 1>과 같은 PC의 열분해 반응 과정에서 카보네이트 결합에서 PC의 주쇄가 분리되고, 재배열이 되면서 가지 구조가 형성된다. 그 결과 단량체인 비스페놀A(bisA)가 주요 열분해 산물로 나타났으며, 열분해된 고분자는 가지구조를 갖는다. <그림 2>는 PC에 UV를 조사했을 때, BisA의 피크 강도가 10배 증가한 크로마토그램 결과이다. 이는 폴리머 체인의 카보네이트 결합이 반복적으로 분열됐음을 나타낸다. <그림 3>은 열화 폴리머의 Rx/Py 분석 결과이다. UV 조사 전에는 가지구조인 피크 A는 나타나지 않은 반면, UV 조사 후에는 뚜렷하게 나타났다.

F-3. 내충격성 폴리스티렌(HIPS)의 광산화 및 열분해 산물 분석

광산화 및 열분해 실험에서 HIPS 내 휘발성 열분해 산물 분석 (1)

• 솔루션: 내충격성 폴리스티렌(HIPS)은 폴리스티렌(PS)과 고무의 공중합체(copolymer)이다. HIPS는 충격 강도가 향상되어 다양한 전자제품 및 가구 등에 광범위하게 사용된다. 따라서 고분자의 안정성평가를 위해 실외 자외선 노출 및 웨더미터 테스트가 수행된다. 그러나, 기존 분석법은 열분해 동안 휘발된 물질의 분석이 불가하다. 하지만 Xe 램프가 설치된 micro UV-irradiator를 이용하면, 분석이 가능하다. HIPS 시료에 디클로로메탄(DCM) 용액 10 ㎕를 시료컵에 담고, 60 ℃, air 조건에서 한시간 동안 조사했다. 휘발성 열분해 산물은 분석 컬럼 앞단에서 트래핑되었다. UV 조사 완료 후, air는 He으로 퍼지하며, 조사된 시료는 열탈착(60 – 240 ℃) 시킨 다음 GC/MS로 분석했다.​

• 분석 결과: <그림 1>은 UV 조사 전후 HIPS 시료에서 나온 휘발성 열분해 산물의 크로마토그램을 보여준다. UV를 조사하는 동안 벤즈알데하이드, 아세토페논 그리고 벤조산과 2-프로페놀이 PS의 열분해 산물로 생성되었음을 알 수 있다.

F-4. EGA-MS를 이용한 광산화 및 열분해 테스트에서 저하된 HIPS 분석

광산화 및 열분해 실험에서 HIPS 내 휘발성 열분해 산물 분석 (2) 

• 솔루션: UV-irradiator로 분석한 결과와 Xe-웨더미터로 분석한 결과 사이의 상관관계를 조사하였다. HIPS 시료(2 ㎎/㎖)에 디클로로메탄(DCM) 용액 10 ㎕를 시료컵에 담고, 60 ℃ 온도조건(in air)에서 UV- irradi-ator를 사용하여 30분, 1시간, 12시간 동안 UV를 조사하여 EGA-MS로 분석하였다. Xe-웨더미터를 이용한 분석에서는 HIPS 표면의 일부를 긁어내고 20 ㎍의 시료를 100시간, 300시간 동안 조사하였다. ​

• 분석 결과: 오른쪽 그림과 같이, UV-Irradiator를 사용하여 HIPS 시료를 1시간 동안 조사한 결과, 피크의 정점이 10 ℃ 만큼 감소했고, 열분해가 시작되는 온도 또한 360 ℃에서 300 ℃로 감소했으며, 피크 모양도 넓어졌다. 반면, Xe-웨더미터를 이용하여 300 ℃로 HIPS 시료를 조사했을 때는, 피크 봉우리는 14 ℃ 만큼 감소하였으며 열분해 시작 온도가 360 ℃에서 280 ℃로 감소하였다. HIP의 EGA 써모그램은 UV-Irradiator와 웨더미터에서 유사하게 나왔다. 하지만, UV-Irradiator는 훨씬 짧은 시간 안에 웨더미터의 실험을 구현할 수 있었다.

•