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[Frontier Lab] 자동차 산업재료 분석 ④ | 페인트 및 코팅제 분석 (Paint
등록일자 2023-08-28 작성자 관리자
첨부파일 조회수 550
등록일자 2023-08-28
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*본 자료는 영인과학 공식블로그에서도 확인하실 수 있습니다.(Click!)*

 

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

그 네 번째 순서로 C. 페인트 및 코팅제 분석 (Paint & Coatings) 분석 자료 6종을 소개합니다!

C-1. Py-GC/MS를 이용한 35가지 유기 안료 분석 및 데이터베이스 구축

C-2. Reactive Py-GC를 이용한 셸락(Shellac) 분석

C-3. UV 경화 아크릴산 에스테르 수지의 망상구조 해석

C-4. 폴리염화비닐리덴(Polyvinylidene chloride, PVDC) 필름에서 방출되는 유독가스 분석

C-5. 아미노 다당류, 키틴(Chitin) 분석

C-6. 키틴 다당류의 블렌드계(Blend system) 열 분석

C-1. Py-GC/MS를 이용한 35가지 유기안료 분석 및 데이터베이스 구축

자동차 제조에 널리 사용되는 유기 안료의 분석 및 구조해석에 있어, 유기 안료는 유기용매에 잘 녹지 않을 뿐만 아니라 대부분의 구조가 유사하기 때문에 해석하기 쉽지 않다. 이러한 유기 안료의 특성을 분석할 수 있는 최적의 분석법은?

  • 솔루션: Py-GC/MS를 사용하면 용매추출과 같은 전처리 과정의 필요 없이 유기 안료를 직접 분석할 수 있다. 35개의 유기안료는 EGA-MS는 100 ℃ à 20 ℃/min à 600 ℃ 조건에서, Pyrolysis-GC/MS에서는 600 ℃에서 각각 수행하였다. F-Search는 유기안료 라이브러리를 만들고,MS 시료 데이터를 처리하는데 사용되었다.

  • 분석 결과: <그림 1>과 <그림 2>는 93, 94 황색 안료의 EGA 및 Py-GC/MS 분석결과이다. 이들 두 안료는 유사한 분자 구조를 갖는다. 이 데이터는 유사한 구조를 가지는 미지의 안료를 식별하기위한 데이터베이스(라이브러리)를 구축하는데 사용할 수 있다.다수의 안료가 섞인 시료를 분석 할 때, Py-GC/MS는 각 안료의 pyrolyzate를 분리, 확인 및 정량 할 수 있기 때문에 매우 유용한 분석 방법이라 할 수 있다.

  •  

C-2. Reactive Py-GC를 이용한 셸락(Shellac) 분석
자동차 개스킷, 광택제, 고무 및 전기 절연체에 사용되는 열경화성 수지인 Shellac을 분석하기 위한 간단한 분석 방법
  • 솔루션: TMAH 존재하에 reactive Py-GC를 쉘락의 조성 분석에 적용하였다. 준비된 시료는 인도와 태국에서 공수한 8개의 셸락 샘플을 사용하였다. 우선 시료를 미세 분말(<60 mesh)로 동결분쇄하였고, 400 ℃에서 약 90ug의 시료와 2uL의 TMAH 용액을 파이롤라이저에 도입하였다.

  • 분석 결과: <그림 1>은 인도산 셸락 샘플에 TMAH를 첨가(b) 또는 첨가하지 않은(a) 두 시료를 400ºC에서 열분해하여 관찰한 대표적인 파이로그램이다. <그림 1, (a)>에서는 다수의 낮은 abundance의 테르펜산과 왁스 성분의 피크 만이 관찰된 반면에, <그림 1, (b)>에서는 셸락 성분의 메틸 유도체화로 큰 피크들이 보다 우수한 분해능 과 더 높은 감도로 나타나는 것을 알 수 있다. 따라서, Reactive Py-GC를 이용하여 간단하고 빠게 셸락의 조성분석이 가능하다.


C-3. UV 경화 아크릴산 에스테르 수지의 망상구조 해석
Reactive Py-GC를 이용한 UV-cured acrylic ester 수지 분석
  • 솔루션: Polyethylene-glycol diacrylate와 모르폴리노형 광개시제 (IRGACURE 907)로부터 제조된 약 100 ug의 UV 경화 수지 파우더 시료를 TMAH의 존재하의 메탄올(25 %) 4 uL에 넣고, 400 ℃에서 reactive Py-GC로 분석을 진행한다.

  • 분석 결과: <그림 1>은 UV 경화 수지의 대표적인 파이로그램이다. 이 파이로그램에서, 교차 연결 구조를 직접적으로 반영하는 다양한 메틸 아크릴 레이트(MA) 올리고머의 작지만 뚜렷한 피크가 에틸렌 글리콜 올리고머의 메톡시 유도체와 함께 관찰된다. 유도체는 아크릴레이트 결합에서 화학적으로 분해된 후 주사슬에서 비롯된다. (<그림 2> 참조). 다양한 MA단위의 상대적 피크 강도를 통해, 분석자는 UV 경화 수지 내의 네트워크 접합점의 사슬 길이 분포를 결정할 수 있다.



C-4. 폴리염화비닐리덴(PVDC) 필름에서 방출되는 유독가스 분석
자동차 제조에 사용되는 PVDC 필름에서 방출되는 유해성 화합물의 아웃개스를 분석하는 방법
  • 솔루션: Polyvinylidene chloride 필름(0.25 cm2, 0.5 mg) 조각을 샘플컵에 넣고, EGA-MS와 하트-컷팅 EGA-GC/MS법으로 분석을 진행하였다.

  • 분석 결과: <그림 1>은 비닐랩 필름의 EGA 써모그램을 나타낸다. 각 구간(Zone A, B, C)은 Heart-Cutting EGA-GC/MS 법을 이용하여 개별적으로 분석한다. 분석 결과는 <그림 2>와 같으며, 시료 내 다양한 첨가제와 열분해 산물이 각각의 EGA 구간에 존재한다는 것을 알 수 있다.


C-5. 아미노 다당류, 키틴(Chitin) 분석
자동차 도색 보호를 위한 외장재 코팅 시 사용되는 키토산(키틴에서 파생)을 분석하는 간단한 방법
  • 솔루션: 시료는 부분 탈아세틸화된 키틴을 구매하여 사용하였다. 키틴의 평균 N-아세틸화도(DA)는 멀티샷 파이롤라이저(PY Temp. 450 ℃, He carrier gas) 가 장착된 Py-GC로 분석하였다. 에스테르기의 도입 정도는 1H NMR과 Py-GC로 분석하였다.

  • 분석 결과: <그림 1>의 1과 같이, 에틸 아크릴레이트에서 D-글루코사민 레지듀로의 중합체 반응은 40 ℃에서 수행되었다. 그 결과는 <표 1>과 같다. 생성된 중합체의 펜던트 에스테르기의 가수분해가 인산염 버퍼액에서 관찰되는 반면, <그림 8> 2의 과정은 메탄올이 포함된 솔벤트에서 성공적으로 얻을 수 있었다(<표 1> Run No. 2, 3 참조). 그리고 마이클 첨가반응(Michael addition)은 <그림 1> 1번의 아미노기에서만 진행되는 것으로 밝혀졌다. <그림 1> 2의 D-글루코사민 레지듀의 아미노기에 대한 치환도(Degree of Substitution, 이하 DS)는 1H NMR에 분석하였다. -NHCH2-에 기초하여 결정된 DS값은 Py-GC으로 정량 분석하였다. Py-GC는 폴리머의 물리적 구조와 특성을 고려하지 않고 화학 구조를 유추하는 강력하고 편리한 분석법이다<(표 1) 참조>.


C-6. 키틴 다당류의 블렌드계 열분석
다양한 파이롤라이저 분석기법을 이용한 키틴 다당류의 블렌드계 열분석 방법
  • 솔루션: EGA-MS, EGA-GC/MS 그리고 Py-GC법을 이용하여 chitin-graft-poly(2-methyl-2-oxazoline)/PVA blend system을 평가하였다.

  • 분석 결과: <그림 1>은 EGA-MS에서 얻은 키틴 유도체/PVA 블렌드의 EGA 써모그램이다. 여기서 혼합 시료의 열 분해는 두 단계로 이루어지며, 두 가지의 폴리머로 구성되어 있다는 것을 유추할 수 있다. 열분해 산물은 EGA-MS로 분석하였다. <그림 2>는 첫 번째 열분해 과정인 온도구간 (a) 240 – 340 ℃에서 냉간 트래핑된 용해 제품 및 (b) 2단계에서 B(60/40) 샘플의 경우 340 ~ 480oC로 용해된 용해된 제품의 TIC를 보여준다. <그림 2>의 (a)와 같이 물과 다양한 불포화 및 방향성 알데하이드와 같은 주요 제품은 PVA의 탈수를 통해 첫 번째 열화 단계에서 형성될 수 있으며, 그 결과 발생하는 폴리엔 체인의 분열이 뒤따를 수 있다. 반면에, <그림 2>의 (b)와 같이 2차 분해 단계에서는 치틴 파생상품에서 발생하는 다양한 분해 제품이 형성된다.


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