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2022.Sep.12

质谱仪-Mass 由DART-TOFMS分析工程塑料末端基团及推测其合成方式

 
由DART-TOFMS分析工程塑料末端基团及推测其合成方式
 
聚苯硫醚(Polyphenylene sulfide, PPS)是一种具有良好耐热性、耐化学性的高性能工程塑料高分子,其结构由苯环与硫交替而成,现今已成为高性能工程塑料中用量较多的塑料之一。PPS有几种不同的合成方式,这使PPS末端基团(end group)结构特征不同,由于PPS在室温下不溶于溶剂,因此很难分析其端基结构。日本电子(JEOL)开发了一款thermal desorption/pyrolysis (TDP)/ Direct in Real Time (DART)质谱仪,DART可在常温常压下,直接对固体、液体、气体及材料表面进行分析,在短时间内获得溶剂、添加剂、聚合物等信息,DART-MS透过热脱附/裂解装置加热聚合物,产生一些低聚物像是主链的裂解产生的末端基团,这有助于分析聚合物的结构。本文使用TDP/DART-TOFMS分析PPS样品,在不经前处理的情况下分析末端基团特征,使用KMD图分析,并推测本PPS样品的合成方式。

 分析结果

图1(a)为加热时总离子层析图(TICC)的变化,气体从200°C左右开始热裂解产生,在550°C左右达到最大,随后气体量快速下降。图1(b)显示为180°C到500°C的平均分子量质谱图,在质谱图中观察到一组间隔为108 u的峰,由精确分子量推测端基为C6H4S,PPS的单体。。
 
加热过程中的图谱变化 加热时总离子层析图
 
▲图一 PPS样品于加热过程中的图谱变化
(a) 加热时总离子层析图 (b) 180°C到500°C的平均分子量质谱图
 
图2(a)是将图1 b的质谱图由KMD图呈现(单体单元:C6H4S),从KMD图中可以观察到四个特征系列,并利用msRepeatfinder进行分组。由精确分子量和同位素峰模式可以知道每个系列的结构特征,结果如图2(b)所示,系列II和IV的同位素峰说明它们结构中分别含有一个和两个氯,也可透过比较系列II的质谱图和同位素峰模拟图来确认化合物(c)。从这些端基分析结果可以推测该样品是Pillips法合成的。

图1(b)的KMD图
▲图二(a)&图1(b)的KMD图(单体单元:C6H4S)

量测质谱图与模拟质谱图
▲图二(b)由KMD图推测的结构(c)系列II的量测质谱图与模拟质谱图

综合所述,透过TDP使聚合物主链断裂成低聚物,并透过精确分子量和比较同位素峰模式,以及使用聚合物分析软件msRepeatFinder,可以知道末端基团的结构和聚合物合成方法相关信息。
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