Separation and Characterization of Polymer Blends Using Online Ultra-high Performance Liquid Chromatography-Size Exclusion Chromatography

doi:10.7503/cjcu20210865

Abstract

Abstract:

The characterization of polymer blends is a difficult problem in adhesives and coatings industry， and the studies on the separation of complex mixtures are always popular. In this paper， an online ultra-high performance liquid chromatography-size exclusion chromatography（UHPLC-SEC） system was designed and set up. The solvent compatibility and orthogonality of the two-dimensional chromatography system were investigated using the hydroxyl polybutadiene（HTPB）. The applicability of the two-dimensional chromatography was studied in the separation and characterization of each fraction from the styrene-butadiene block copolymer（SBS）， styrene-isoprene block copolymer（SIS） and polymethacrylate（PMMA） blends. The results showed that the molecular weight and distribution of HTPB were determined by UHPLC-SEC， which were consistent with those determined by SEC. The peak molecular weight（M_p）， the weight average molecular weight（M_w） and the polymer dispersity index（PDI） of HTPB were 3407 Da， 6573 Da and 2.36， respectively， and the relative standard deviations（RSDs） were less than 5.7%. Moreover， the solvent compatibility and orthogonality of the system were good. Compared to the existing SEC method， the relative errors of M_p， M_w and PDI of PMMA， SBS and SIS fraction measured by UHPLC-SEC were all less than 7.1%. The PMMA remained stable after the mixture of PMMA， SBS and SIS was heated at 200 ℃ for 3 h， while SBS and SIS components degraded significantly. Due to the good accuracy and reproducibility of the UHPLC-SEC method in the characterization of the polymer blends， it is suitable for the failure analysis of the polymer formulations.

Key words: Ultra-high performance liquid chromatography, Size exclusion chromatography, Two-dimensional chromatography, Polymer blend

CLC Number:

O657

TrendMD:

WANG Mingfang, FU Hua, FU Zhibo, WANG Yuerong, ZHANG Hongyang, ZHANG Min, HU Ping. Separation and Characterization of Polymer Blends Using Online Ultra-high Performance Liquid Chromatography-Size Exclusion Chromatography[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(4): 20210865.

Figures/Tables 9

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No.	Heart?cut time/min	M_p	M_w	PDI
1	2—3	3418	6226	2.33
2	2—3	3584	6965	2.32
3	2—3	3221	6528	2.43
Mean	—	3407	6573	2.36
RSD（%）	—	5.3	5.7	2.6

No.	Heart?cut time/min	M_p	M_w	PDI
1	2—3	3418	6226	2.33
2	2—3	3584	6965	2.32
3	2—3	3221	6528	2.43
Mean	—	3407	6573	2.36
RSD（%）	—	5.3	5.7	2.6

Solvent	M_p		M_w		PDI
Solvent	Average	RSD（%）	Average	RSD（%）	Average	RSD（%）
THF	3518	3.0	6308	2.7	2.41	2.9
29.3%CH₃CN/70.7%THF	3431	5.3	6414	1.6	2.42	1.7

Solvent	M_p		M_w		PDI
Solvent	Average	RSD（%）	Average	RSD（%）	Average	RSD（%）
THF	3518	3.0	6308	2.7	2.41	2.9
29.3%CH₃CN/70.7%THF	3431	5.3	6414	1.6	2.42	1.7

Sample	Method	10^?5M_p/Da	10^?5M_w/Da	PDI	Relative deviations of SEC and UHPLC?SEC（%）
Sample	Method	10^?5M_p/Da	10^?5M_w/Da	PDI	M_p	M_w	PDI
PMMA	SEC	0.99	1.15	2.19	6.1	6.3	0.5
PMMA in Blends	UHPLC?SEC	0.93	1.08	2.20	6.1	6.3	0.5
PMMA?Aged	SEC	0.94	1.09	2.23	—	—	—
PMMA in aged blends	UHPLC?SEC	0.87	1.05	1.83	—	—	—
SBS	SEC	1.24	1.22	1.36	7.1	4.7	1.5
SBS in blends	UHPLC?SEC	1.32	1.28	1.34	7.1	4.7	1.5
SBS?aged	SEC	1.25	0.89	4.26	—	—	—
SBS in aged blends	UHPLC?SEC	1.23	1.15	1.62	—	—	—
SIS	SEC	2.19	2.04	1.23	1.7	6.1	4.9
SIS in blends	UHPLC?SEC	2.23	1.91	1.29	1.7	6.1	4.9
SIS?aged	SEC	0.15	0.49	10.7	—	—	—
SIS in aged blends	—	—	—	—	—	—	—
fraction of 11.5—12.5 min from aged blends	UHPLC?SEC	0.11	0.10	1.51	—	—	—