凝胶渗透色谱法对天然沥青分子量分布的深入研究

凝胶渗透色谱法对天然沥青分子量分布的深入研究

【摘要】

GPC（凝胶渗透色谱法）或SEC（尺寸排阻色谱法）是一种用于分析和评估可溶于有机溶剂（例如，通常为四氢呋喃（THF）或甲苯）的材料的分子量分布（MWD）的技术。道路性能主要由沥青的化学成分决定，而沥青的化学组成又取决于该产品中的分子量分布。凝胶渗透色谱法是表征沥青整个分子量分布的最强大、最方便的分析技术之一。在Nader Nciri等人的研究中测定了特立尼达湖沥青（TLA）和沥青岭沥青（ARB）两种天然沥青的分子量和多分散性。

在试验中，通过分析一组具有窄分散性的聚苯乙烯标准品，说明了ACQUITY APCTM系统的校准。利用每个聚苯乙烯标准品的峰值最大分子量（Mp）来确定相对于保留时间的分子量。使用处理方法向导可以很容易地创建处理方法，或者可以手动设置自定义集成事件。一旦数据被自动集成和量化，就会生成校准曲线。绘制Log Mp与保留时间的聚苯乙烯校准曲线如图所示1。

图1 使用Empower 3软件和GPC选项生成的聚苯乙烯标准品的校准曲线[1]

一旦生成校准曲线，就对沥青样品进行处理，并计算分子量分布，并将其显示在传统的Empower数据表中。基于天然沥青的THF可溶性部分的聚苯乙烯重量当量的分子量分布曲线如图2和图3所示（即，整个曲线下的面积表示沥青样品中存在的分子总量）。应该强调的是，分子尺寸分布的精确洗脱时间和形状通常取决于几个变量，如溶剂和溶液浓度、流速、溶液的温度和年龄、柱填料、路径长度和源自沥青的独特分子混合物等。然而，对于特定沥青的给定、仔细控制的系统，它们是相对恒定的。

图2 使用折射率检测器获得的特立尼达湖沥青（TLA）的GPC色谱图[1]

图3 使用折射率检测器获得的沥青脊沥青（ARB）的GPC色谱图[1]

对两个色谱图的粗略目视检查也清楚地表明，ARB比TLA含有更多、更大的LMS、MMS和SMS成分。如前所述，如果沥青含有相当多的LMS材料，则其更有可能破裂。这一事实表明，TLA可能会比ARB提供更好的道路性能，但值得进一步调查。图2和图3中浓缩的一些相关数据表明，随着天然沥青软化点的增加，洗脱曲线趋于平缓。

实验结果表明凝胶渗透色谱法（GPC）为不同稠度和来源的天然沥青的分子量分布提供了明显有价值的数据。例如，与沥青岭沥青（ARB）相比，特立尼达湖沥青（TLA）含有越来越少的大分子量（LMS）成分，预计其在道路上的性能将比ARB好得多（即，开裂趋势更小）。将沥青分离成具有化学意义的组分，为根据化合物类型（例如，SARA[饱和物、芳烃、树脂和沥青质]组分）进行进一步表征奠定了基础。

参考文献：
[1] Nciri N. and Cho N./ Materials Today: Proceedings 5 (2018) 23656–23663.