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초고성능 폴리머 크로마토그래피(APC)를 사용한 폴리머 특성 분석(characterization) 솔루션

폴리머는 특정 분자량 분포를 가지는 분자들의 혼합물이며, 이러한 특정 분자량 분포를 갖는 폴리머 재료 혼합물은 개발을 거쳐 다양한 용도로 활용됩니다. 따라서, 분자량 분포 특성 분석(characterization)은 재료 품질 기준을 향상시키고 제품 혁신을 가속화하는 데 필수적인 요소입니다. Waters는 최신 크기 배제 크로마토그래피(SEC) 기술을 채택하여 분석 및 처리 시간을 단축하고 보다 상세한 특성 분석 결과를 제공함으로써 제품 품질 향상을 통한 사업 성공을 지원합니다.

일반적으로, 합성 폴리머를 사슬 길이별로 분리하고 정제할 수 있는 기술은 존재하지 않으며, 모든 합성 폴리머는 일정 수준의 분포가 존재합니다. 그런 반면, 분자량 및 불규칙성(분자량 분포)의 차이는 폴리머 기본 물성 및 재료 특성에 크게 영향을 미칩니다. 이러한 이유로, 폴리머의 분자량 분포를 개선하고 제어함으로써 시장의 요구에 부합하는 재료를 개발해 왔습니다. 오늘날 폴리머 재료를 사용하는 응용 분야가 점차 다양해지고 있습니다. 각각의 용도에 적합한 고성능, 고기능성 재료를 개발하기 위해서는 분자량 조절과 같은 재료의 분자 설계 기술이 반드시 필요합니다.

겔 투과 크로마토그래피(GPC)라고도 하는 크기 배제 크로마토그래피(SEC)는 분자량 분포 측정에 폭넓게 사용되는 기술로, 수평균 분자량, 질량 평균 분자량, Z평균 분자량, 임계 분자량 분포(폴리머의 기본 물성) 등을 측정할 수 있습니다. 또한, 고분리능 GPC를 사용하면 복잡한 폴리머 화합물을 폴리머, 올리고머, 단량체 및 기타 첨가물로 분리할 수 있습니다. 폴리머 재료 첨가제의 종류와 함량이 완전히 같은 경우에도, 로트 간에 분자량 분포가 미세하게 다르거나 가공 과정에서 고분자량 폴리머가 과량 혼합되는 경우, 최종 재료의 특성은 매우 다를 수 있습니다. 따라서, 폴리머 특성 분석은 최종 용도의 성능 기준이 엄격하거나 극한 사용 조건에서 높은 한계 요건이 적용되는 경우 특히 더 중요합니다.

합격/불합격 제품의 분자량 분포

동일한 폴리머 수지로 제조되고 인장 강도와 용융 점도가 정확하게 같았으나, 내구성 제품으로 가공하자 두 제품의 성능에 큰 차이가 확인되었습니다. 두 재료의 내구성이 다른 이유는 분자량 분포가 미세하게 다르기 때문이며, 이는 제품의 성능을 크게 좌우할 수 있습니다. 미세한 차이를 파악하고 검출할 수 있는 GPC의 성능은 제품 결함률을 낮추고, 수율을 향상하여 고부가가치 제품을 개발하는 데 큰 도움이 됩니다.

초고성능 폴리머 크로마토그래피 ACQUITY APC

ACQUITY 초고성능 폴리머 크로마토그래피(ACQUITY APC) 기술은 분자 크기에 기반한 고속, 고분리능 분리 기술로 저확산 ACQUITY 시스템과 검출기, 견고한 높은 pore 볼륨의 하이브리드 입자로 충진된 컬럼이 사용됩니다. 그림에서 보듯이 APC는 일반적인 GPC와 비교할 때, 분석 시간을 단축하고 더 높은 분리능을 제공해 줍니다.

이를 가능하게 하는 핵심 기술은 다음과 같습니다.

<하이브리드 입자 컬럼>

  • 컬럼 고정상으로 BEH(Bridged Ethylene Hybrid) 입자를 사용해 입자 크기를 줄임으로써(직경 3um 미만) 높은 압력에서도 효과적으로 분석을 수행할 수 있습니다.
  • 베드 안정성 향상
  • 최적화된 pore 볼륨과 입자 크기로 최고의 분리 속도, 분리능, 크로마토그래피 효율을 지원합니다.

<ACQUITY APC 시스템>

  • ACQUITY UPLC 기술이 적용된 저확산 GPC 시스템
  • 고압에서도 안정적으로 작동하는 펌프 시스템
  • 피크 분리에 영향을 주지 않는 저용량 셀 검출기

APC 기술의 장점을 이용하여 다음과 같이 폴리머 특성을 분석할 수 있습니다.

  • 저확산 시스템과 작은 입자로 충진된 고성능 컬럼으로 높은 분리능과 가파른 피크 모양을 제공합니다.
  • 크로마토그래피 분리능 저하 없이 분석 시간 단축
  • 하나의 시스템으로 여러 유형의 용매 분석 가능
    저용량 시스템으로 빠른 용매 전환 및 폴리머 고정상에서 빈번하게 발생하는 수축 및 팽윤 방지
  • 안정적이며 정확한 유동 특성을 가진 저용량 시스템으로 크로마토그래피 재현성 향상
    미세한 유속 변동도 분자량에 상당한 오차를 유발할 수 있습니다. 가장 정밀한 유체 취급 장치를 사용하여 가장 정확한 결과를 얻으십시오.

ACQUITY APC 컬럼

폴리머 재료 개발 과정에서는 다양한 유형의 기본 폴리머, 말단기, 분자량 범위 및 분포 등을 연구합니다. ACQUITY APC XT 컬럼은 목표 용도에 가장 적합한 컬럼을 선택하는 데 도움이 됩니다. 일례로, 첨가물과 단량체, 표적 폴리머에 이르는 다양한 분자량 범위나, 특정 분자량 범위(고분자량이나 저분자량)의 물질 분석에 적합하게 컬럼을 구성할 수 있습니다.

APC Column Selector 를 이용하여 목표 분자량 범위에 가장 적합한 컬럼을 선택하는 과정을 시뮬레이션할 수 있습니다.

고분리능 고속 분석이 가능해 짧은 시간에 더 자세한 정보를 얻고, 검량 곡선을 빠르고 쉽게 생성하여 특성 분석 효율을 높일 수 있습니다. 또한, 분석별로 검량 곡선을 생성하여 데이터 품질과 신뢰도를 향상할 수 있습니다.

Empower 3 소프트웨어

Empower 3 소프트웨어는 크로마토그래피 데이터 소프트웨어(CDS) 패키지로, 데이터 수집, 관리 및 프로세싱과 보고서 작성의 기능을 가집니다. GPC 크로마토그램을 처리하는 GPC 옵션은 분자량 분포 그래프 등 폴리머 데이터를 다양한 방식으로 표시할 수 있습니다. 이 소프트웨어는 또한 단분산 또는 다분산 표준시료를 사용하여 생성된 검량 곡선을 바탕으로, 자동으로 시료의 평균 분자량을 측정하고(Mn, Mw, Mz, Mp, Mw/Mn 등) 간편하게 폴리머 특성을 분석할 수 있습니다. 뿐만 아니라, 원하는 방식으로 유연하게 보고서를 생성할 수 있습니다.

기능성 전자 제품용 폴리머 재료

최근 고기능성 폴리머, 특히 전자 제품용 폴리머 재료 개발이 활발히 이루어지고 있습니다. 재료마다 성능 요건이 다르며, 전자 제품용 폴리머 재료의 성능 요건은 일반 용도의 폴리머(코팅성, 감광성, 내열성, 탄성, 물리적 강도, 경량, 내수성, 산소 투과성 등)와 차별화되기 때문에, 개발할 때 첨가제 종류와 혼합 비율뿐 아니라 기본 폴리머의 설계도 충분히 고려해야 합니다.

개발 초기 단계부터 APC 기술을 적용하면, 다양한 물리적 시험 결과의 상관 관계를 이해하고 개발 과정에서 생산된 제조 단위별 차이를 더 상세하고 신속히 파악할 수 있습니다. 폴리머 재료의 분자량 분포를 제어하여 생산 비용을 절감할 수 있습니다.

폴리머 분자량 분포와 특성 분석을 위한 시스템 솔루션

ACQUITY APC 시스템

  1. 고속, 고분리능, 저확산 시스템
  2. 최적화된 저확산, 저잡음 검출기(RI 검출기, PDA 검출기, UV/Vis 검출기, ELS 검출기)
  3. Empower 3 소프트웨어(GPC 옵션)
  4. ACQUITY APC
  5. ACQUITY 초고성능 폴리머 크로마토그래피 검량 표준물질
  6. APC column selector
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초고성능 폴리머 크로마토그래피 시스템 (APC 시스템)

ACQUITY APC 시스템: 최적화된 성능

APC 시스템을 이용한 분석법 개발

폴리머 분리의 속도, 분리능 및 유연성 향상

ACQUITY 초고성능 폴리머 크로마토그래피 시스템