裂解气相色谱-质谱法分离鉴定聚氨酯防水涂料中的煤焦油

聚氨酯(PU)具有优异的弹性,断裂伸长率高,对基层伸缩和开裂的适应性强,抗撕裂性好,因此被广泛应用于防水涂料中。为了降低涂料成本,常以煤焦油作PU防水涂料的添加剂。煤焦油中含有多种稠环和杂环等芳香族化合物,与含芳环的聚氨酯相容性较好 ’ ,因此添加了煤焦油的PU防水涂料固化后形成的涂层能在一定的范围内适应基层开裂,特别适用于各种容易发生形变的部位。但煤焦油中含有大量的芳烃和稠环化合物 ,因而含有煤焦油的防水涂料不适用于直接暴露在人居空间中的部位。在民用建筑施工过程中,有的施工单位会将煤焦油聚氨酯用于防水涂层。鉴于煤焦油是以物理方式填充在PU 防水涂层中,随着时间的推移会逐渐从涂层中扩散出来污染环境,影响人体健康,因此检测PU防水涂层中是否含有煤焦油成分,对保证良好的人居环境非常必要。但固化后的PU涂层既不溶也不熔,很难通过常规方法直接分析,必须经过样品前处理步骤(如萃取等)将其中的煤焦油组分提取出来才能进行分析 。而煤焦油的成分较为复杂,采用常规的分析方法如气相色谱法进行分析也相当困难 。本文采用闪蒸裂解气相色谱一质谱方法,无需样品前处理,即可方便快捷地对已固化的PU防水涂层中的煤焦油成分进行分析。由于固化后PU的分子结构在闪蒸温度下不发生分解,因此采用该分析方法不会对测定结果造成干扰。

1 实验部分
1.1 仪器与材料
日本岛津GCMS—QP505OA型气相色谱一质谱联用仪,配PYR一4A型微管炉裂解器;煤焦油及未固化的PU防水涂料,市售;已固化(常温固化)的PU防水涂层,从已使用3年的自来水管道外壁取样。

1.2 气相色谱一质谱条件
进样口温度280 oC;检测器温度250 oC;样品在300 oC下闪蒸0.5 min;柱箱起始温度50 oC(保持1min),以8℃/min升到280 oC。DB,5毛细管柱(25 m×0.25 m),载气为氦气,流速50 mL/min,分流比30:1。质量检测范围33~600 U,电子轰击电离源(EI),电压70 eV。

2 结果与讨论
对煤焦油、含煤焦油的未固化的PU防水涂料和固化后的PU防水涂层分别进行闪蒸裂解气相色谱一质谱分析,得到总离子流谱图(见图1)。主要特征峰的质谱检测结果见表1。在上述实验条件下,煤焦油的主要特征峰为萘、葸、芘等稠环芳烃,特征峰之间的分离很好。固化后的防水涂层在300 oC下
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闪蒸,产物的保留时间都在15 min以后,完全与煤焦油中15 min后出峰的闪蒸产物吻合。煤焦油中15 min前出峰的组分在固化后的防水涂层中都不出现,这是因为这些组分的分子较小,易于扩散,还有的组分(如萘)可升华。由于本文测定的固化涂层已使用3年,这些组分早已扩散到环境中去,因此在谱图中没有出现;刚固化的涂层中则可清楚地检测出这些组分(图略)。通过对未固化的Pu防水涂料的分析(见图l—b)也证实了这一点。在未固化的PU防水涂料中,可找到煤焦油的所有主要特征峰。
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此外,我们还对不含煤焦油的未固化的PU 防水涂料进行了分析(见图2),各个峰的质谱检测结果见表2。可以看到其闪蒸产物主要是甲苯二异氰酸酯(TDI)和邻(间)苯二甲酸酯等,没有煤焦油组分产生。闪蒸产物的生成表明该PU涂料在300℃下有一定的分解。PU涂料固化后,由于形成了更为稳定的交联网状结构,因此没有观察到类似的小分子产物(图略)。
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3 结论
综上所述,闪蒸裂解气相色谱一质谱法用于防水涂料中的煤焦油成分分析是一种非常简便的方法,产物的鉴定也很容易。推而广之,此方法还适用于其他复合体系中的可挥发性组分分析,具有制样简单、分析速度快、结果准确的优点。

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