Mass Spectrometry and Chromatography in the Investigation of Fluralite® and Metalcontaining Composites Based on It

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Mass spectrometry and gas-chromatography were used to study low and high-molecular weight organic fluorocompounds. Experimental results were compared with molecular statistics calculations of thermodynamic characteristics of the adsorption of fluoroderivatives of methane, benzene, toluene and diphenyl on graphitized thermal carbon black. Thermodesorption mass spectrometry coupled with gas-chromatography as well as laser desorption/ionization techniques were used to analyses destruction products of polytetrafluoroethylene (Fluralite®). The fragmentation of polymer characteristic ions in different modes of ionization was investigated. It was observed the introduction of metals (magnesium and tungsten) and non-metals (silicon and boron) in Fluralite® significantly affects the destruction processes. The depolimerization of fluoroplastics with formation of fluoroalkanes and fluoroalkenes up to 3000 Da was characterized only for Fluralit® mechanical activated with non-metals. It was found that the complex of chromatography and mass spectrometry techniques can effective characterize the fluoroplastic destruction products.

Full Text

Restricted Access

About the authors

A. V. Ulyanov

Frumkin Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry of Russian Academy of Sciences

Email: akburyak@mail.ru
Russian Federation, Moscow

I. A. Polunina

Frumkin Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry of Russian Academy of Sciences

Email: akburyak@mail.ru
Russian Federation, Moscow

A. K. Buryak

Frumkin Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry of Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: akburyak@mail.ru
Russian Federation, Moscow

References

  1. Адаменко Н.А., Больбасов Е.Н., Бузник В.М., Вавилова С.Ю., Гнеденков С.В., Дяченко В.И., Зибарева И.В., Игнатьева Л.Н., Игумнов С.М., Казуров А.В., Кирюхин Д.П., Кичигина Г.А., Кумеева Т.Ю., Кущ П.П., Машталяр Д.В., Мельник О.А., Назаров В.Г., Никитин Л.Н., Охлопкова А.А., Пророкова Н.П., Сафронова Е.Ю., Серов С.А., Синебрюхов С.Л., Слепцова С.А., Соколов В.И., Столяров В.П., Твердохлебов С.И., Хатипов С.А., Цветников А.К., Шиц Е.Ю., Ярославцев А.Б. Фторполимерные материалы. В.М. Бузник (ред.). Томск: Изд-во НТЛ, 2017. 600 с.
  2. Ebnesajjad S., Khaladkar P.R. Fluoropolymer applications in the chemical processing industries: The definitive userʹs guide and handbook. N.-Y.: Elsevier, 2017. 592 с.
  3. Puts G., Crouse P., Ameduri B. Thermal degradation and pyrolysis of polytetrafluoroethylene. In: Handbook of fluoropolymer science and technology. Smith D.W. Jr., Iacono S.T., Iyer S.S. (eds.). Hoboken, New-Jersey: John Wiley & Sons, 2014. P. 81–104. https://doi.org/10.1002/9781118850220.ch5
  4. Abiodun S., Krishnamoortri R., Bhowmick A.K. // J. Appl. Polym. Sci. 2025. V. 142. № 5. e56452. https://doi.org/10.1002/app.56452
  5. Liu Y., Wang H., Shan W. // Acta Mater. Compos. Sin. 2024. V. 41. № 9. P. 5032–5038. https://doi.org/10.13801/j.cnki.fhclxb.20240521.003
  6. Shundrina I.K., Osʹkina I.A., Odintsov D.S., Gismatulin A.A., Azarov I.A., Shundrin L.A., Gritsenko V.A. // Mendeleev Commun. 2024. V. 34. P. 667–669. https://doi.org/10.1016/j.mencom.2024.09.013
  7. Малкин А.И., Занозин В.М., Кононенко М.М., Топоров Ю.П., Шумихин Т.А., Цивадзе А.Ю. // ДАН. 2011. Т. 436. № 4. С. 470–473.
  8. Бузник В.М. // Рос. хим. журн. (Журн. Рос. хим. о-ва им. Д.И. Менделеева). 2008. Т. 52. № 3. С. 7–12.
  9. Игнатьева Л.Н., Мащенко В.А., Горбенко О.М., Бузник В.М. // Хим. физика. 2023. Т. 42. № 11. С. 23–38. https://doi.org/10.31857/S0207401X23110031
  10. Нефедов Н.И., Гусева М.А., Хасков М.А, Игнатьева Л.Н., Бузник В.М. // Высокомолек. соед. А. 2017. Т. 59. № 4. С. 331–340. https://doi.org/10.7868/S2308112017040034
  11. Бузник В.М., Горбенко О.М., Игнатьева Л.Н., Цветников А.К., Машталяр Д.В. // Перспективные материалы. 2007. № 6. С. 56–59.
  12. Liu J.P., Zhang H.R., Yan Q.L. // Def. Technol. 2023. V. 24. P. 46–57. https://doi.org/10.1016/j.dt.2022.03.010
  13. Tao J., Wang X.F. // RSC Adv. 2023. V. 13. P. 20457–20466. https://doi.org/10.1039/D3RA02509H
  14. Yu Z., Li Y., Guo T., Zhang J., Wu S., Huang J., Song J., Fang X. // J. Mater. Eng. Perform. 2019. V. 28. P. 7493–7501. https://doi.org/10.1007/s11665-019-04397-1
  15. Бузник В.М., Фомин В.М., Алхимов А.П. Металлополимерные нанокомпозиты (получение, свойства, применение). Ляхов Н.З. (ред.). Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2005. 260 c.
  16. Ou Y., Wu J., Du X., Zhang H., He Z. // Vacuum. 2019. V. 165. P. 163–171. https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2019.04.027
  17. Цветников А.К., Бузник В.М., Матвеенко Л.А. Способ получения тонкодисперсного политетрафторэтилена, содержащая его смазочная композиция и концентрат смазочной композиции. Патент РФ № 2100376. 1997.
  18. Салдин В.И., Цветников А.К., Бузник В.М. Способ получения ультрадисперсного политетрафторэтилена и дисперсия на его основе. Патент РФ № 2212418. 2003.
  19. ООО Флуралит синтез (интернет). Доступно по: https://fluralit.ru (ссылка активна на 31.03.2025).
  20. Рахимов А.И. Химия и технология фторорганических соединений. М.: Химия, 1986.
  21. Améduri B., Hori H. // Chem. Sci. Rev. 2023. V. 52. № 13. P. 4208–4247. https://doi.org/10.1039/d2cs00763k
  22. Ларин И.К. Химическая физика озонового слоя. М.: ГЕОС, 2013. 159 с.
  23. Vipin N. // Intern. J. Refrigeration. 2021. № 122. P. 156–170. https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.20.20.10.309
  24. Белякова Л.Д., Буряк А.К., Ларионов О.Г. // Физикохимия поверхности и защита материалов. 2013. Т. 49. № 6. С. 551–574. https://doi.org/
  25. Баскин З.Л. Промышленный аналитический контроль. Хроматографические методы анализа фтора и его соединений. М.: Энергоатомиздат, 2008. 224 с.
  26. Буряк А.К. // Успехи химии. 2002. Т. 71. № 8. С. 788–800. https://doi.org/10.1070/rc2002v071n08abeh000711
  27. Fedorova E.S., Stavrianidi A.N., Minenkova I.V., Buryak А.К. // Symmetry. 2021. V. 13. № 9. P. 1681–1691. https://doi.org/10.3390/sym13091681
  28. Матюшин Д.Д., Карнаева А.Е., Буряк А.К. // Журн. физ. химии. 2020. Т. 94. № 3. С. 324–329. https://doi.org/10.31857/S004445372003022X
  29. Хмельницкий Р.А., Лукашенко И.М., Бродский Е.С. Пиролитическая масс-спектрометрия высокомолекулярных соединений. М.: Химия, 1980. 279 с.
  30. Алимпиев С.С., Гречников А.А., Никифоров С.М. // Успехи физ. наук. 2015. Т. 185. № 2. С. 207–212. https://doi.org/10.3367/UFNr.201502f.0207
  31. Шолохова А.Ю., Малкин А.И., Буряк А.К. // Журн. физ. химии. 2021. Т. 95. № 2. С. 272–278. https://doi.org/10.31857/S0044453721020242
  32. Arakawa R., Kawasaki H. // Anal. Chem. 2010. V. 26. P. 1229–1240. https://doi.org/10.2116/analsci.26.1229
  33. NIST Chemistry WebBook, NIST Standard Reference Database Number 69. Linstrom P.J., Mallard W.G. (eds.) (интернет). Доступно по: https://webbook.nist.gov/chemistry/ (ссылка активна на 31.03.2025). https://doi.org/10.18434/T4D303
  34. Лебедев А.Т. Масс-спектрометрия в органической химии. М.: Бином, 2003. 703 с.
  35. Дашевский В.Г. Конформационный анализ органических молекул. М.: Химия, 1982. 272 с.
  36. Puts G., Crouse P. // J. Fluorine Chem. 2014. V. 168. P. 260–267. https://doi.org/10.1016/j.jfluchem.2014.08.012
  37. Gustavsson J.P.R., Segal S., Dolbier W.R., Ameduri B., Kostov G. // Combust. Sci. Technol. 2006. V. 178. P. 2097–2114. https://doi.org/10.1080/00102200600860681
  38. Буряк А.К., Гарькин В.П., Редькин Н.А., Сердюк Т.М., Ульянов А.В. Молекулярно-статистические расчеты термодинамических характеристик адсорбции изомеров: учебное пособие. Самара: Изд-во “Универс групп”, 2008.
  39. Бузник В.М., Гришин М.В., Вопилов Ю.Е., Игнатьева Л.Н., Терехов А.С., Слободюк А.Б. // Перспективные материалы. 2010. № 1. С. 63–67.
  40. Цветников А.К., Уминский А.А. Способ переработки политетрафторэтилена. Авт. свид. РФ № 1775419. 1992.
  41. Игнатьева Л.Н., Курявый В.Г., Цветников А.К., Бузник В.М. // Журн. структур. химии. 2002. Т. 43. № 5. С. 821–826.
  42. Павлов А.Д., Суховерхов С.В., Цветников А.К. // Вестн. ДВО РАН. 2013. № 5. С. 39–43.
  43. Ignatieva L., Kuryaviy V., Tsvetnikov A., Bouznik V. // J. Phys. Chem. Solids. 2007. V. 68. № 5–6. P. 1106–1111. https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2007.02.004
  44. Гракович П.Н., Иванов Л.Ф., Калинин Л.А., Рябченко И.Л., Толстопятов Е.М., Красовский А.М. // Рос. хим. журн. (Журн. Рос. хим. о-ва им. Д.И. Менделеева). 2008. Т. 52. № 3. С. 97–105.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Dependence of lnK1 on temperature T-1: (a) for fluorobenzenes (1 - hexafluorobenzene, 2 - tetrafluorobenzene, 3 - 1,4-difluorobenzene, 4 - fluorobenzene); (b) for fluorotoluenes (1 - pentafluorochlorobenzene, 2 - pentafluorotoluene, 3 - para-fluorotoluene, 4 - metafluorotoluene).

Download (122KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Dependence of lnK1 on T-1 for difluorodiphenyl isomers: 2,2ʹ- (1), 2,3ʹ- (2), 2,4ʹ- (3), 3,3ʹ- (4), 3,4ʹ- (5), 4,4ʹ- (6), respectively.

Download (62KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Chromatograms obtained during the separation of a mixture of difluorodiphenyl isomers on columns with graphitised thermal soot (a) and DB-5 (b): 2,2ʹ- (1), 2,3ʹ- (2), 2,4ʹ- (3), 3,3ʹ- (4), 3,4ʹ- (5), 4,4ʹ- (6), respectively.

Download (103KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Chromatogram of gaseous products of fluralite thermal degradation at 400°C (Porapak column, rate of temperature rise 20 deg min-1 in the range 30-250°C).

Download (62KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Mass thermograms of ions with m/z 69 (a), 131 (b) and 169 (c) in the spectrum of fluralite with magnesium before (1) and after (2) mechanochemical activation of the mixture.

Download (155KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. LDI mass spectrum of fluralite with tungsten before (a) and after (b) mechanochemical activation.

Download (169KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences