"ГОСТ Р 57268.3-2016 (ИСО 16014-3:2012). Национальный стандарт Российской Федерации. Композиты полимерные. Определение средней молекулярной массы и молекулярно-массового распределения полимеров методом эксклюзионной хроматографии. Часть 3. Низкотемпературный метод"
(утв. и введен в действие Приказом Росстандарта от 16.11.2016 N 1701-ст)

1 ПОДГОТОВЛЕН Федеральным государственным унитарным предприятием "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" совместно с Открытым акционерным обществом "НПО Стеклопластик" при участии Объединения юридических лиц "Союз производителей композитов" и Автономной некоммерческой организацией "Центр нормирования, стандартизации и классификации композитов" на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии международного стандарта, указанного в пункте 4

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 497 "Композиты, конструкции и изделия из них"

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 16 ноября 2016 г. N 1701-ст

4 Настоящий стандарт является модифицированным по отношению к международному стандарту ИСО 16014-3:2012 "Пластмассы. Определение средней молекулярной массы и молекулярно-массового распределения полимеров методом эксклюзионной хроматографии. Часть 3. Низкотемпературный метод" (ISO 16014-3:2012 "Plastics - Determination of average molecular mass and molecular mass distribution of polymers using size-exclusion chromatography - Part 3: Low-temperature method", MOD) путем изменения отдельных фраз (слов, значений показателей), включенных в текст стандарта для учета особенностей российской национальной стандартизации и выделенных курсивом.

При этом в него не включено справочное приложение A примененного международного стандарта, в тексте стандарта приведена ссылка на приложение A ГОСТ Р 57268.1, содержащее аналогичную информацию.

Оригинальный текст невключенных структурных элементов примененного международного стандарта приведен в дополнительном приложении ДБ.

Наименование настоящего стандарта изменено относительно наименования указанного международного стандарта для приведения в соответствие с ГОСТ Р 1.5-2012 (пункт 3.5).

В настоящем стандарте ссылки на стандарты: ИСО 472, ИСО 16014-1 и ИСО 16014-2 заменены ссылками на соответствующие национальные и межгосударственные стандарты.

Сведения о соответствии ссылочных национальных и межгосударственных стандартов международным стандартам, использованным в качестве ссылочных в примененном международном стандарте, приведены в дополнительном приложении ДА.

Сопоставление структуры настоящего стандарта со структурой указанного международного стандарта приведено в дополнительном приложении ДВ

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Настоящий стандарт распространяется на полимерные композиты и устанавливает метод определения средней молекулярной массы и молекулярно-массового распределения полимеров методом эксклюзионной хроматографии (ЭХ) при температуре органического растворителя не более 60 °C. Расчет средней молекулярной массы и молекулярно-массового распределения проводят по калибровочной кривой, построенной по стандартным образцам молекулярной массы. Поэтому настоящий метод относят к относительным методам испытания.

Дополнительная информация по области применения метода - по ГОСТ Р 57268.1 (приложение A).

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 32794-2014 Композиты полимерные. Термины и определения

ГОСТ Р 57268.1-2016 (ИСО 16014-1:2012) Композиты полимерные. Определение средней молекулярной массы и молекулярно-массового распределения полимеров методом эксклюзионной хроматографии. Часть 1. Основы метода

ГОСТ Р 57268.2-2016 (ИСО 16014-2:2012) Композиты полимерные. Определение средней молекулярной массы и молекулярно-массового распределения полимеров методом эксклюзионной хроматографии. Часть 2. Калибровка системы

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого документа с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ 32794 и ГОСТ Р 57268.1.

Сущность метода - по ГОСТ Р 57268.1 (раздел 4).

5.1 Элюент (подвижная фаза)

Общие требования к подвижным фазам - по ГОСТ Р 57268.1 (подраздел 5.1).

Примеры подвижных фаз, используемых в ЭХ при температуре проведения испытания не более 60 °C, приведены в приложении A.

Примечание - Испытание водорастворимых полимеров при температуре не более 60 °C часто проводят с использованием воды в качестве подвижной фазы, но в настоящем методе ее применение не допускается.

Реактив для оценки качества хроматографической колонки - по ГОСТ Р 57268.1 (подраздел 5.2).

Также используют некоторые низкомолекулярные соединения, например этилбензол при использовании в качестве подвижной фазы тетрагидрофурана или этиленгликоль в случае использования N,N-диметилформамида (см. приложение A).

Стандартные образцы молекулярной массы - по ГОСТ Р 57268.1 (подраздел 5.3).

Примеры некоторых коммерчески доступных стандартных образцов молекулярной массы приведены в ГОСТ Р 57268.1 (приложение B).

Реактив для контроля скорости потока элюента - по ГОСТ Р 57268.1 (подраздел 5.4).

Часто бывает очень затруднительно подобрать низкомолекулярное соединение для контроля скорости потока, поскольку его пик не должен перекрываться пиком полимера, а также системным пиком или пиком растворителя.

Примерами подходящих соединений являются сера при использовании в качестве подвижной фазы тетрагидрофурана и этилбензол при использовании N,N-диметилформамида.

Для предотвращения агрегации полиакрилонитрила при использовании N,N-диметилформамида применяют добавки бромида или хлорида лития. При испытании полиамида к 1,1,1,3,3,3-гексафторизопропанолу добавляют трифторацетат натрия.

Схема системы для ЭХ - по ГОСТ Р 57268.1 (рисунок 1).

При условии соответствия компонентов требованиям метода и возможности поддержания постоянной температуры колонок не более 60 °C используют как коммерчески доступные, так и самодельные системы.

Резервуар для подвижной фазы - по ГОСТ Р 57268.1 (подраздел 6.2).

Температуры резервуара и колонок не обязательно поддерживать одинаковыми.

Насосы - по ГОСТ Р 57268.1 (подраздел 6.3).

Для обеспечения стабильности скорости потока (отклонение ее значения от заданного не должно превышать 0,3%) температуру насосов поддерживают постоянной. Однако температуры насосов и колонок не обязательно поддерживать одинаковыми.

Блок ввода пробы - по ГОСТ Р 57268.1 (подраздел 6.4).

Для обеспечения соответствия скорости потока заданному значению отклонение температуры блока ввода пробы не должно превышать +/- 1,0 °C. При этом температуры инжектора и колонок не обязательно поддерживать одинаковыми.

Хроматографические колонки - по ГОСТ Р 57268.1 (подраздел 6.5).

Для заполнения хроматографических колонок можно использовать материалы (сорбенты) как органической, так и неорганической природы; при этом требований к форме или размеру частиц не предъявляют.

Разрешение в области пика полимера для хроматографической колонки (или их серии) должно быть свыше 1,5. Рекомендуется, чтобы значение общего числа теоретических тарелок было свыше 15000, а коэффициент асимметрии находился в интервале значений (1,00 +/- 0,15). Также целесообразно, чтобы используемая хроматографическая колонка (или их серия) покрывала весь требуемый для испытания интервал значений молекулярной массы, а калибровочная кривая была практически линейной (отличие коэффициента корреляции от 1 должно быть минимальным). Определение числа теоретических тарелок, разрешения и коэффициента асимметрии для колонок - по ГОСТ Р 57268.1 (подраздел 6.5).

Для обеспечения воспроизводимости результатов отклонение температуры колонок от заданной не должно превышать 0,5 °C.

Детектор - по ГОСТ Р 57268.1 (подраздел 6.6).

Для соответствия требованиям метода по скорости потока и стабильности базовой линии (чувствительности детектирования) отклонение температуры детектора от заданной не должно превышать 1,0 °C. Температуры детектора и колонок рекомендуется поддерживать одинаковыми.

Соединительные трубки - по ГОСТ Р 57268.1 (подраздел 6.7).

Для соответствия требованиям по эффективности колонок температуру соединительных трубок следует поддерживать постоянной, но необязательно равной температуре колонок.

Одним из основных требований метода ЭХ является необходимость поддержания температуры всех компонентов постоянной, поэтому необходимо наличие точной системы контроля температуры.

Устройство регистрации данных и графопостроитель (плоттер) - по ГОСТ Р 57268.1 (подраздел 6.9).

Система обработки данных - по ГОСТ Р 57268.1 (подраздел 6.10).

Другие компоненты - по ГОСТ Р 57268.1 (подраздел 6.11).

Стандартные образцы молекулярной массы, используемые для построения калибровочной кривой, рекомендуется выбирать таким образом, чтобы они покрывали весь интервал значений молекулярной массы испытуемого полимера и на каждый порядок значений молекулярной массы приходилось не менее двух стандартных образцов. Допустимо готовить растворы, содержащие не менее двух стандартных образцов с узким молекулярно-массовым распределением, но только при условии их количественного хроматографического разделения. Использование смесей растворов, содержащих стандартные образцы с высокими молекулярными массами свыше 1000000, может приводить к отставанию или искажению формы пиков из-за высокой вязкости растворов. В подобных случаях растворы стандартных образцов с высокими молекулярными массами следует готовить отдельно.

При отсутствии стандартных образцов с химической структурой, идентичной структуре испытуемого полимера, для построения универсальной калибровочной кривой или калибровочной кривой на ее основе используют стандартные образцы другой природы.

Для ускорения растворения раствор при необходимости осторожно взбалтывают, перемешивают или нагревают, однако для предотвращения разрушения полимерных цепей продолжительность таких процедур должна быть минимальной.

Для защиты колонок от засорения рекомендуется фильтровать растворы. В этих случаях следует использовать мембранные или металлокерамические фильтры с диаметром пор от 0,2 до 1,0 мкм. При обнаружении на фильтре следов твердого вещества, свидетельствующих о неполном растворении, процесс растворения повторяют. При использовании мембранного фильтра материалы мембраны и самого фильтра должны быть инертными по отношению к используемому растворителю.

Срок хранения растворов зависит от природы образца и условий хранения. В общем случае растворы следует использовать в течение 48 ч после приготовления. Более продолжительное хранение допускается в темном прохладном месте для предотвращения разрушения полимера и испарения растворителя.

Рекомендуется готовить растворы стандартных образцов молекулярной массы с указанными концентрациями, г/дм³:

При использовании вискозиметрического детектора в области низких молекулярных масс используют более концентрированные растворы стандартных образцов молекулярной массы. При этом для измерения времени выхода образца полимера рекомендуется использовать более низкие концентрации его раствора.

Растворы образца готовят взвешиванием их точной навески от 10 до 250 мг в колбе вместимостью от 10 до 50 см³. Далее добавляют подвижную фазу, при необходимости реактив для контроля скорости потока, и растворяют в течение 30 мин, как и при приготовлении растворов стандартных образцов молекулярной массы (см. 7.1). В общем случае растворы полимеров с молекулярными массами свыше 10⁵ растворяются медленно, и для полного растворения может потребоваться более длительное время (свыше 30 мин). Для предотвращения засорения хроматографических колонок растворы рекомендуется фильтровать.

Концентрации растворов образца не должны превышать следующих значений, г/дм³:

Для определения числа теоретических тарелок, разрешения и коэффициента асимметрии хроматографической колонки (или их серии) готовят раствор подходящего низкомолекулярного соединения концентрацией 10 г/дм³.

В резервуар помещают достаточное для проведения испытания количество подвижной фазы и дегазируют ее. Все компоненты системы, за исключением хроматографических колонок, промывают свежей подвижной фазой. Затем к системе присоединяют хроматографические колонки и проверяют все соединения на отсутствие утечек при условиях испытания.

Систему поддерживают при условиях проведения испытания (например, при соответствующей температуре, скорости потока и чувствительности детектора) до выхода базовой линии на режим с постоянными значениями дрейфа и уровня шумов.

7.5.1 Рекомендуемая скорость потока подвижной фазы при использовании серии из двух или трех последовательно соединенных хроматографических колонок длиной 30 см и диаметром 8 мм каждая составляет 1 см³/мин. При испытании высокомолекулярных полимеров и/или полимеров, чувствительных к сдвигу, скорость потока рекомендуется уменьшить, чтобы избежать разрушения полимерной цепи в ходе его выполнения.

7.5.2 Концентрация и объем вводимой пробы образца зависят от размеров хроматографической колонки (или их серии) и чувствительности детектора. Экспериментально найденная оптимальная масса вводимой пробы составляет приблизительно 0,005 мг на каждый кубический сантиметр пустой колонки (без наполнителя), а максимальная масса не должна превышать 0,05 мг на каждый кубический сантиметр пустой колонки.

Экспериментально найденный оптимальный объем вводимой пробы образца должен быть приблизительно 0,005 см³ на каждый кубический сантиметр пустой колонки, а максимальный объем не должен превышать 0,01 см³ на каждый кубический сантиметр пустой колонки.

Объемы вводимых растворов стандартных образцов молекулярной массы и проб образцов должны быть одинаковыми.

Вводимый объем пробы низкомолекулярного соединения не должен превышать 0,005 см³ на каждый кубический сантиметр пустой колонки.

7.5.3 Температуру хроматографической колонки выбирают на основании растворимости образца, вязкости и температуры кипения подвижной фазы, а также температуры окружающей среды.

7.5.4 Интенсивность сигнала зависит от объема вводимой пробы и изменения удельного показателя преломления dn/dc для рефрактометрического детектора или показателя поглощения на единицу массовой концентрации для ультрафиолетового детектора. Чувствительность детектора устанавливают таким образом, чтобы получить интенсивный сигнал пика образца для обеспечения корректной обработки данных.

Для сохранения линейной зависимости между концентрацией испытуемого соединения и высотой его пика чувствительность детектирования поддерживают на одинаковом уровне. Рекомендуемые значения чувствительности детектирования находятся в интервале значений от 1·10^-5 до 9·10^-4 единиц показателя преломления при полной шкале для рефрактометрического детектора и в интервале значений от 0,1 до 0,9 единиц поглощения (оптической плотности) при полной шкале для ультрафиолетового детектора.

Для подтверждения повторяемости положений хроматографических пиков и их профилей выполняют не менее двух параллельных измерений. Если при их выполнении различия в скорости потока свыше 0,3% либо рассчитанные значения M_n или M_w свыше 5%, то испытания повторяют.

Сбор и обработка данных - по ГОСТ Р 57268.1 (раздел 8).

Выражение результатов - по ГОСТ Р 57268.1 (раздел 9).

Прецизионность данного метода была определена в ходе нескольких межлабораторных испытаний, выполненных в 1995 - 1998 гг. в соответствии со стандартами [1] и [2].

Контрольные образцы, включающие образцы полистирола трех различных марок и по одному образцу полиметилметакрилата и полиакрилонитрила, а также стандартные образцы молекулярной массы (с узким молекулярно-массовым распределением) для проведения калибровки были распределены организатором в лаборатории, принимающие участие в испытании. Условия и результаты межлабораторных испытаний представлены в таблицах 1 и 2 соответственно.

Результаты испытаний, представленные в виде повторяемости и воспроизводимости полученных результатов, представлены в таблице 2. Необработанные данные приведены в приложении B.

Примечание - Показатели повторяемости и воспроизводимости данного метода вполне достаточны для его отнесения к числу стандартных, за исключением выполнения испытания при неидеальных условиях ЭХ, как показано в результатах по 3-му межлабораторному испытанию с использованием хроматографических колонок, заполненных гелем на основе полистирола, и подвижной фазы на основе N,N-диметилформамида (с добавкой 20 ммоль/л бромида лития). Высокие стандартные отклонения s_R, полученные в этом испытании, были обусловлены взаимодействием между материалом наполнителя и образцом полимера и/или стандартными образцами молекулярной массы, используемыми для проведения калибровки. Поэтому этот метод нельзя применять для испытания полимеров, показывающих заметные вторичные эффекты, например адсорбцию молекул полимера на материале хроматографической колонки или их взаимное отталкивание.

Протокол испытания - по ГОСТ Р 57268.1 (раздел 11).

Примеры сочетаний подвижных фаз и полимеров, испытываемых методом ЭХ при температуре не более 60 °C, приведены ниже:

a) тетрагидрофуран - при испытании полистирола, полиметилметакрилата, поликарбоната, поливинилацетата и т.д.;

b) хлороформ - при испытании алифатических полиэфиров и т.д.;

c) толуол - при испытании поли(диметилсилоксана) и т.д.;

d) N,N-диметилформамид - при испытании полиакрилонитрила, полиуретанов и т.д.;

e) 1,1,1,3,3,3-гексафторизопропанол - при испытании полиамидов, полиэфиров и т.д.

Примеры органических реактивов, рекомендуемых для оценки качества колонок, заполненных гелем на основе полистирола, приведены в таблице A.1. Реактивы, содержащие ионные группы, например карбоксильные или аминогруппы, использовать не следует по причине их возможного взаимодействия с сорбентом.

Стандартные образцы с узким молекулярно-массовым распределением - по ГОСТ Р 57268.1 (приложение B).

Полимеры, растворимые только при высоких температурах, например полиэтилен и полипропилен, не используют.

В таблицах B.1 - B.3 представлены необработанные данные (средние значения молекулярных масс и их дисперсии), полученные входе выполнения 1-го межлабораторного испытания.

Для каждого образца было выполнено по три параллельных измерения (см. 7.6), т.е. n = 3. Некоторые лаборатории проводили по два-три различных испытания образцов (каждый с n = 3), например, в лаборатории B были выполнены три испытания: B1, B2 и B3. Такие данные обрабатывались так, как будто они были получены из разных лабораторий.

В таблице B.4 представлены необработанные данные (средние значения молекулярных масс и их дисперсии), полученные в ходе выполнения 2-го межлабораторного испытания. Для каждого образца было выполнено по три параллельных измерения (см. 7.6), т.е. n = 3.

В таблице B.5 представлены необработанные данные (средние значения молекулярных масс и их дисперсии), полученные в ходе выполнения 3-го межлабораторного испытания. Для каждого образца было выполнено по три параллельных измерения (см. 7.6), т.е. n = 3.

Настоящий метод применяется для испытания образцов, являющихся линейными гомополимерами, при температуре не более 60 °C, однако по причине относительного характера метода допускается также его применять для испытания нелинейных гомополимеров, таких как разветвленные, звездообразные, гребенчатые, стереорегулярные и стереонерегулярные, а также других типов полимеров, например сополимеров случайного, блочного, привитого или гетерофазного типов. Метод применим в интервале значений молекулярной массы от мономера до 3000000, но его не рекомендуется использовать для испытания образцов, содержащих свыше 30% компонентов с молекулярной массой не более 1000.

Примечание - Испытание образцов, содержащих свыше 30% компонентов с молекулярной массой не более 1000, - по ГОСТ Р 57268.1 (пункт 8.3.2, примечание 2).

Метод неприменим с водными подвижными фазами, то есть для испытания водорастворимых полимеров, а также при температуре колонок свыше 60 °C (например, для испытания полиэтилена) или для испытания полимеров, проявляющих заметные вторичные эффекты, например адсорбцию молекул полимера на материале сорбента или взаимное отталкивание между ними.