폴리염화 n-알칸(PCA)으로도 알려진 염소화 파라핀(CP)은 화학식 CnH2n+2-mClm을 갖습니다. 이는 탄소 사슬 길이(n)가 탄소 원자 10~38개이고 염소 함량이 일반적으로 질량 기준으로 30~70%인 직쇄형 n-알칸의 인위적으로 합성된 염소화 유도체 그룹입니다.
염소화 파라핀(CnH2n+2-mClm)의 화학 구조 다이어그램
상온에서 70%의 염소화파라핀은 흰색 고체이고, 나머지 염소화파라핀은 무색 또는 담황색의 액체이다. 염소화 파라핀은 일반적으로 탄소 사슬 길이에 따라 세 가지 클래스로 분류됩니다. 즉, 탄소 사슬 길이가 10~13개 탄소 원자인 단쇄 염소화 파라핀(SCCP), 탄소 사슬 길이가 14~17개 탄소 원자인 중쇄 염소화 파라핀(MCCP), 탄소 사슬 길이가 20~30개 탄소인 일반적인 장쇄 염소화 파라핀(LCCP)입니다. 원자.
산업 분야에서 염소화 파라핀은 일반적으로 다양한 고분자 재료를 제조할 때 난연제 및 보조 가소제로 활용됩니다. 또한 플라스틱 트랙 표면을 준비할 때 첨가제로 사용됩니다. 현재 중쇄부터 장쇄까지의 염소화 파라핀은 주로 플라스틱 트랙 생산에 사용됩니다. 그러나 공정 영향으로 인해 중간 내지 긴 사슬의 염소화 파라핀을 부적절하게 취급하면 종종 미량의 짧은 사슬 염소화 파라핀이 남게 됩니다.
단쇄 염소화 파라핀(SCCP)은 직쇄 노말 알칸의 염소화 반응에 의해 형성된 유도체 그룹으로, 탄소 사슬 길이는 탄소 원자 10~13개이고 염소 함량은 일반적으로 30~70%(질량 기준)입니다. 유럽화학물질청(European Chemicals Agency)의 화학물질 정보 시스템(ESIS)에 따르면 SCCP(C10~C13)는 카테고리 3 발암물질(R40)로 분류되며 장기간 노출 시 피부에 장기적인 부작용을 일으킬 수 있습니다(R66). 이는 PBT 특성(잔류성, 생물축적성 및 독성 물질)을 갖는 새로운 화합물 클래스로 간주됩니다.
현재 국가 표준은 플라스틱 트랙 표면에서 SCCP를 검출하기 위해 가스 크로마토그래피-전자 포획 음이온화 질량 분석법(GC-ECNI-MS)을 채택하고 있습니다. 그러나 이 방법은 사슬 길이가 다른 염소화 파라핀이 포함된 시료를 분석할 때 최종 계산 결과에서 피크 중첩 및 간섭이 발생하는 경향이 있습니다.
탄소 골격 가스 크로마토그래피에 의한 SCCP 측정에는 분석을 위해 고온 조건에서 SCCP를 직쇄 알칸으로 촉매적으로 탈염화수소화하는 작업이 포함됩니다. 반응은 다음과 같이 표현된다:
이 방법은 사슬 길이가 서로 다른 염소화 파라핀의 혼합물을 측정하는 데 상당한 이점을 제공하며 사슬 길이가 서로 다른 염소화 파라핀을 검출하는 동안 상호 간섭을 효과적으로 해결하고 위양성을 방지합니다. 이 논문에서는 완성된 플라스틱 트랙 표면에서 SCCP를 감지하기 위한 탄소 골격-가스 크로마토그래피 방법을 소개하여 플라스틱 트랙에서 SCCP 감지의 간섭을 제거하는 효과적인 보조 방법을 제공합니다.
실험섹션
1.1 시약 및 기기
화염 이온화 검출기(FID)가 장착된 Agilent 7890A 가스 크로마토그래프. 직쇄 알칸 표준: C10, C11, C12, C13 및 SCCP 표준: 1,2,4-트리메틸벤젠.
염화 팔라듐 촉매 및 탄소 골격 반응 라이닝: SN/T 2570-2010에 따라 제조되었습니다.
1.2 시료 전처리
GB 36246-2018의 부록 G 5.1~5.2에 설명된 전처리 방법에 따라 샘플을 전처리하고 시험 용액을 얻습니다.
1.3 가스 크로마토그래피 조건
DB-1701 모세관 가스 크로마토그래피 컬럼(30m × 0.25m × 0.25μm); 운반 가스: 고순도 수소 가스(순도 99.999%), 유속 2mL/분; FID 검출기 온도 300℃; 주입구 온도 275℃; 연소를 위한 수소 가스 유량 30 mL/min; 지원 연소를 위한 공기 유량 300 mL/min; 비분할 주입, 주입량 1μL; 컬럼 온도 프로그램: 초기 온도 50℃, 10℃/분의 속도로 240℃까지 상승, 4분 동안 유지.
1.4 단쇄 염소화 파라핀 함량 및 촉매 효율 계산
관련 함량 및 라이닝 촉매 효율을 계산하려면 SN/T 2570-2010의 7장을 참조하십시오.
촉매 성능에 관한 연구
2.1 주입구 온도
온도는 염화팔라듐의 촉매 효율에 영향을 미치는 중요한 매개변수입니다. 탄소골격가스크로마토그래피에서는 반응라이닝에 촉매를 넣고 주입구의 온도를 높여 촉매작용을 하게 된다. 따라서 적절한 주입구 온도를 선택하는 것은 반응 효율을 위해 매우 중요합니다. 결과는 주입구 온도가 증가함에 따라 촉매 수소화 효율이 먼저 증가한 다음 점차적으로 감소함을 나타냅니다. 가장 높은 촉매 수소화 효율은 약 275℃에서 달성되어 약 88.3%에 이릅니다.
2.2 촉매적 수소화의 능력과 안정성
촉매 수소화 실험을 위해 다양한 농도의 SCCP 용액(20μg/mL ~ 100μg/mL 범위)을 준비했습니다. 결과는 반응 라이닝의 촉매 효율이 84.3%에서 87.6% 범위인 것으로 나타났으며 이는 SCCP 측정을 위한 탄소 골격 가스 크로마토그래피 방법의 안정성이 우수함을 나타냅니다. 40 μg/mL 농도의 SCCP 표준 용액을 사용하여 100회 연속 촉매 실험을 수행했습니다. 결과는 촉매의 촉매 효율이 여전히 85% 이상으로 유지될 수 있음을 보여주었습니다. 지정된 사용 횟수 내에서 반응 라이닝의 촉매 효과가 여전히 양호하다는 것을 알 수 있습니다.
스파이크 회복률 및 정밀도 테스트
완성된 플라스틱 트랙 표면과 원자재 중 하나인 두 개의 샘플이 선택되었으며 각각은 세 가지 다른 농도 수준의 SCCP를 포함하는 스파이크 샘플로 준비되었습니다. 복구 및 정밀도 테스트가 수행되었습니다. 평균 회수율과 상대 표준 편차는 아래 표에 나와 있습니다. 스파이크 복구율은 82.4%~97.2% 범위였으며 상대 표준 편차는 3.4%~4.9%인 것으로 관찰할 수 있습니다.
표 1: 방법의 스파이크 복구율 및 정밀도(n=6)
농도 첨가(g/kg)
완제품
원자재
평균 회수율 /%
RSD/%
평균 회수율 /%
RSD/%
20
87.6
4.2
82.4
4.9
50
90.1
3.6
88.6
4.1
100
97.2
3.4
93.6
3.6
실제 시료 분석 및 분석법 비교
가스 크로마토그래피-질량 분석기(GC-MS)와 본 연구에서 확립된 방법을 사용하여 검출하기 위해 알려진 SCCP 함량 함유 트랙 물질의 샘플을 선택했습니다. 얻은 샘플의 표준 크로마토그램은 그림 a에 나와 있습니다. 그래프에서 검출을 위해 GC-MS를 사용할 때 스펙트럼이 다른 사슬 길이의 염소화 파라핀과 간섭을 일으키기 쉽고 정량적 결과에 영향을 미치는 것을 볼 수 있습니다. 그러나 탄소 골격-가스 크로마토그래피 방법(그림 b)을 사용하는 경우 직쇄 알칸으로 환원된 후 각 알칸 피크에 대한 스펙트럼이 명확하고 표시됩니다. 특히 사슬 길이가 다른 염소화 파라핀의 경우 상호 간섭을 피하면서 효과적인 분리가 가능합니다.
그림: 다양한 방법으로 측정한 플라스틱 트랙 샘플의 SCCP 크로마토그램
(a. 가스 크로마토그래피-질량 분석법, b. 탄소 골격 가스 크로마토그래피)
결론
본 연구에서는 탄소 골격 가스 크로마토그래피를 사용하여 플라스틱 트랙 표면의 단쇄 염소화 파라핀(SCCP) 함량을 측정하는 방법을 확립했습니다. 이 방법은 샘플에서 사슬 길이가 서로 다른 염소화 파라핀 간의 상호 간섭 문제를 효과적으로 해결합니다. 또한, 이 방법은 검출 비용이 낮고 다양한 실험실에서 널리 적용될 수 있습니다. 이는 플라스틱 트랙에서 SCCP 감지 시 간섭을 배제하기 위한 효과적인 보조 방법을 제공합니다.
