Differential Analysis in vulcanizing accelerators for rubber products by High mass Accuracy MSn and Multivariate Statistical Technique

Význam tématu

Vulkanizace kaučuku je klíčový krok pro zvýšení pevnosti, odolnosti a životnosti pryžových výrobků, zejména pneumatik. Vulkanizační akcelerátory s bazí sulfenamidů umožňují řídit rychlost cross-linkingové reakce a ovlivňují mechanické vlastnosti finální pryže. Identifikace jemných strukturálních rozdílů a nečistot je zásadní pro zajištění konzistentní kvality, optimalizaci receptur a detekci vedlejších produktů výroby.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem studie bylo porovnat skupiny pěti vzorků N-(tert-butyl)-2-benzothiazolyl sulfenamidu (NS-1 až NS-5) a pěti vzorků N-cyklohexyl-2-benzothiazolyl sulfenamidu (CZ-1 až CZ-5) od různých výrobců. Hlavní úlohy zahrnovaly:

• diferenciaci složení podobných sloučenin;
• identifikaci charakteristických složek a nečistot;
• strukturní potvrzení analogů pomocí MSn;
• využití multivariační statistiky k identifikaci odlišností mezi vzorky.

Použitá metodika

Vzorky byly připraveny jako roztoky 100 mg/L v tetrahydrofuranu a acetonitrilu a homogenizovány. Pro kontrolu opakovatelnosti byla vytvořena QC směs. Analytický postup zahrnoval:

• LC gradient s přechodem z 0 % na 100 % acetonitrilu;
• detekci na high-resolution LCMS-IT-TOF v pozitivním ESI režimu;
• sběr dat až do MSn včetně neutral loss experimentů.

Použitá instrumentace

• LCMS-IT-TOF (Shimadzu) s kolónou Shim-pack XR-ODS (2,0 mm × 75 mm, 2,2 μm);
• mobilní fáze voda s 5 mmol amoniakálního acetátu (A) a acetonitril (B), gradient 0–100 % B;
• flow 0,45 mL/min, teplota kolony 40 °C, injekce 1 μL;
• ionizační zdroj ESI(+), napětí 4,5 kV, teploty 200 °C;
• software Profiling Solution pro automatizovanou tvorbu matic dat;
• SIMCA-P+ pro PCA analýzu, MetID Solution pro hledání statistických analogů;
• Formula Predictor pro predikci elementárních vzorců.

Hlavní výsledky a diskuse

PCA analýza ukázala, že jednotlivé NS i CZ vzorky se ve score plotu jasně oddělily do samostatných clusterů, což naznačuje rozdílné složení navzdory obdobné základní struktuře. Z loading plotu byly vybrány unikátní m/z signály pro každý výrobce. Pomocí MSn a neutral loss experimentů byla strukturně odvozena analogie – například u vzorku NS-2 byl pík č. 7 identifikován jako NS s přídavkem –CH2 na fenylu. Tabulka předpokládaných a naměřených vzorců shrnuje klíčové komponenty a potenciální nečistoty.

Přínosy a praktické využití metody

• Rychlá diferenciace akcelerátorů od různých dodavatelů;
• detekce vedlejších produktů a nečistot;
• podpora vývoje a optimalizace pryžových směsí;
• vhodné pro rutinní QA/QC a forenzní analýzu surovin.

Budoucí trendy a možnosti využití

Metodu lze rozšířit o strojové učení pro automatizované vyhodnocení MSn vzorců, aplikovat na další typy vulkanizačních přísad či kombinovat s iontovou mobilitou ke zvýšení rozlišení. Online monitoring výrobních linek a vysokopropustné screenování surovin představují perspektivní oblasti využití.

Závěr

Kombinace vysoké hmotnostní přesnosti MSn a multivariačních statistických technik umožnila spolehlivou identifikaci jemných rozdílů mezi sulfenamidovými vulkanizačními akcelerátory od různých výrobců, včetně odhalení strukturních analogů a nečistot. Tento přístup přináší významné přínosy pro kontrolu kvality a výzkum nových materiálů.