高解析質譜分析技術於高分子添加劑分析之應用

 

刊登日期:2016/1/5
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高效能液相層析搭配高解析質譜分析儀器可有效率的解析高分子材料內添加劑的化學組成。此分析技術特色包括:①固-液萃取技術與高效能層析分離技術;②降低基質干擾,提升質譜感度與質量準確度(<5 ppm);③二次質譜結構分析技術和資料庫比對分析,應用於高分子材料內添加劑成分解析,如:抗氧化劑、脫膜劑等。此分析技術可協助高分子材料研發者瞭解材料內添加劑成分與裂解機制,加速功能性材料開發之時程。
 
高分子添加劑種類與功能
高分子添加劑大致可分改善功能與防止劣質化兩類。以改善功能為主的添加劑分成八種,舉例如下:
3. 生色劑
染料和著色劑是塑料添加劑的最大類別之一,並可應用在紡織品、皮革製品、食品和個人護理產品。除了符合於美學目的並可改變產物的物理性能。
 
防止劣質化的添加劑
為防止高分子材料聚合物因氧化、受熱及光反應而發生劣質化,須摻入某些安定劑。安定劑約可分為4類,舉例如下:
2. 抗氧化劑
抗氧化劑(Antioxidant)大致可分為酚、硫、磷三種系列,其中酚系抗氧化劑為初級抗氧化劑,其主要作用為去除氧化過程中的過氧化自由基以終止連鎖反應;硫、磷系抗氧化劑主要作用機構為分解氧化過程中的氫過氧化物,由於硫、磷系抗氧化劑單獨使用效果不大,常需與酚系抗氧化劑併用來發揮相乘效果,所以屬於次級抗氧化劑。
 
4. 紫外線安定劑
紫外線穩定劑(UV-stabilizer)或光吸收劑,可保護塑料不受紫外線或日光損傷,造成變色、開裂、脆化或其他影響導致塑膠物理性質損失。典型的UV穩定劑是二苯甲酮、受阻胺和苯並三唑。
 
抗氧化劑效用與運作機制
抗氧化劑可以防止聚合物在加工過程中因熱量、剪切應力或暴露於其他較惡劣的加工環境中,使聚合物產生化學反應或降解。這些反應或降解會導致產品化學組成上或分子量的變化。此外也會導致機械性能的劣化,外觀也會受到影響,使聚合物的顏色產生變化或降低光澤度。抗氧化劑加入到聚合物中,在加工過程中可保護聚合物的結構和防止變色。其運作機制如圖一。
 
LC-Q-TOF 質譜儀架構原理
液相層析四極柱串聯飛行式質譜儀之主體架構可拆解成四個部分:①層析分離儀器;②游離源;③四極柱;④時間飛行器,前兩部分取決於樣品性質與技術開發,後兩部分主控離子選擇與飛行路徑,藉其提高分析物之質量解析度。Q-TOF 架構圖如圖二,當樣品導入游離源時,經由六極桿先行離子聚焦後再進入四極柱進行飛行,最後進入飛行管前,先行90˚轉折後離於飛行管內飛行,藉由離子到達檢測器之時間差分辨離子質量,提升離子質量數精準度。
 

圖二、Q-TOF 系統結構
 
高分子材料添加劑之質譜分析技術策略
添加劑在高分子材料中扮演重要角色,不僅提升材料對抗環境之耐受性與功能性,在製程加工與成膜時更需要添加劑(滑劑或脫膜劑)輔助與匹配,才能完成製備各種規格之高分子樹脂材料。然而 ……以上為部分節錄資料,如欲詳全文請見原文。
 

圖三、聚烯烴樹脂提取液之液相層析圖
 
作者:黃靜萍、吳曉眉 、辜宜婷、林芷韻 、林麗娟/工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌」349期,更多資料請見下方附檔。

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