Un procédé de polymérisation induite par plasma est décrite pour la polymérisation en surface initiée sur des membranes de polymère. En outre modification ultérieure du polymère greffé avec des substances photochromiques est présenté avec un protocole de réalisation de mesures de perméabilité des membranes sensibles à la lumière.
Afin de modifier la tension de surface de membranes polymères disponibles de voie tranchant commerciaux, une procédure de polymérisation en surface à l'initiative est présentée. La polymérisation à partir de la surface de la membrane est induite par un traitement au plasma de la membrane, suivie d'une réaction de la surface de la membrane avec une solution méthanolique de 2-hydroxyéthyl méthacrylate (HEMA). Une attention particulière est accordée à des paramètres du procédé pour le traitement par plasma avant la polymérisation sur la surface. Par exemple, l'influence du traitement plasma sur différents types de membranes (par exemple de polyester, de polycarbonate, le fluorure de vinylidène) est étudié. Par ailleurs, la stabilité en fonction du temps des membranes à surface greffée est représenté par des mesures d'angle de contact. Lorsque le greffage de poly (méthacrylate de 2-hydroxyéthyle) (PHEMA), de cette manière, la surface peut être encore modifié par estérification du groupement alcool du polymère avec une fonction acide carboxylique de la substance souhaitée.Ces réactions peuvent donc être utilisés pour la fonctionnalisation de la surface de la membrane. Par exemple, la tension de surface de la membrane peut être modifiée ou une fonctionnalité désirée comme la lumière réactivité présentée peut être inséré. Cela est démontré par la réaction avec une unité PHEMA spirobenzopyran fonctionnalisé d'acide carboxylique qui conduit à une membrane sensible à la lumière. Le choix du solvant joue un rôle majeur dans l'étape de modification ultérieure et est discutée plus en détail dans le présent document. Les mesures de perméabilité de ces membranes fonctionnalisées sont effectuées en utilisant une cellule de Franz avec une source de lumière externe. En changeant la longueur d'onde de la lumière du visible à l'UV-gamme, un changement de la perméabilité de solutions aqueuses de caféine est observée.
modification de plasma de matériaux est devenue un processus important dans de nombreux domaines industriels. Nettoyage des surfaces et fonctionnalisation des surfaces sans modification de la propriété apparente de la matière a fait le traitement au plasma un processus essentiel dans la science des surfaces 1-8.
Le traitement par plasma de polymères en résulte homolytique clivage de la liaison. Cela conduit à une bordure de la matière polymère et à la formation de surfaces riches radicaux. En utilisant le plasma contenant des molécules d'oxygène, la surface devient riche en oxygène et donc plus hydrophile 9-11. Cependant, le caractère hydrophile des surfaces n'est pas stable dans le temps 12. Afin d'améliorer la stabilité à long terme, la surface traitée au plasma peut être modifié chimiquement après ou pendant le procédé au plasma de 13 à 15. Ce traitement est normalement effectuée par l'addition d'une espèce de monomère réactif dans la phase gazeuse au cours du processus de plasma; ces monomères polymérisent ensuiteparmi les radicaux créés de la surface du polymère. Si la composition de traitement chimique est effectué avec un monomère non volatile, le greffage de polymère doit avoir lieu après la modification de plasma. Afin d'effectuer un greffage contrôlée après les radicaux sont formés sur la surface, une configuration de plasma est décrit, qui permet à la polymérisation induite par plasma-surface à l'initiative de la surface dans une solution dans des conditions contrôlées 12,16.
La présentation met l'accent sur la modification de membranes polymères piste tranchant 12,17. En modifiant la tension de surface de ces membranes, le taux de perméabilité peut être modifiée 12. Ce processus propre et rapide permet la création de couches très minces (<5 nm), qui couvrent la surface entière de la membrane, sans modifier la propriété majeure partie de la membrane de polymère. En raison de la limitation de bord pendant le processus de plasma, les diamètres de pores des membranes de la voie tranchant augmentent légèrement 12. Le taux de bordure est depending sur le polymère et a un comportement linéaire.
Lors de l'utilisation de monomères ayant des groupes fonctionnels réactifs, les polymères greffés peuvent être en outre fonctionnalisés. Cela est démontré par la modification ultérieure d'une membrane de PHEMA-greffé avec un spiropyrane fonctionnalisé d'acide carboxylique. Il en résulte une surface photochromique, depuis spiropyranne est connu de transformer en une espèce de mérocyanine lorsqu'il est irradié avec une lumière UV. La forme spiropyrane peut être rétablie par l'irradiation de la forme de mérocyanine avec la lumière visible (figure 1) 18,19. Etant donné que la forme mérocyanine est plus polaire que l'état spiropyrane, la tension de surface du revêtement peut être déclenché par la lumière 20. La variation de la tension de surface influence la résistance à la perméabilité de la membrane en direction des solutions aqueuses. La mise en place la façon d'effectuer les essais de perméabilité de ces membranes sensibles à la lumière sera affiché et le changement significatif de la résistance à la perméabilité (i diminuern résistance de perméabilité de 97%) est démontrée. Une telle membrane peut être intégrée dans une installation de distribution de médicaments ou dans des systèmes de détection à puce.
Figure 1. Photoisomérisation du composé spirobenzopyran 1.
Le procédé par plasma produit un gaz pourpre, qui est provoquée par l'argon ionisé. Une couleur orangé d'indiquer la présence d'azote à partir d'une fuite indésirable. Le processus de plasma ne se forme pas seulement des radicaux sur la surface, mais aussi attaque la membrane 7,12. Trop de gravure peut modifier le diamètre des pores de manière significative, ce qui pourrait influencer la perméabilité de la membrane. Les conditions de la réaction contrôlée de la configuration pr?…
The authors have nothing to disclose.
Ce travail a été soutenu financièrement par la Fondation national suisse (PNR 62 – Matériaux intelligents). Également reconnu est le support de B. Hanselmann, K. Kehl, U. Schütz et B. Leuthold.
Name of Reagent/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
2-Hydroxyethyl methacrylate, 97% | Sigma-Aldrich | 128635 | |
Hexane 99% | Biosolve | ||
Magnesium sulfate (MgSO4, anhydrous) | Sigma-Aldrich | M7506 | |
Methanol, 99% | Sigma-Aldrich | 14262 | dried over molecular sieves |
N,N-Dicylcohexylcarbodiimide, 99% | Sigma-Aldrich | D8002 | |
Dimethyl aminopyridine, 99% | Sigma-Aldrich | 107700 | |
Tert-butylmethylether, 98% | Fluka | 306975 | |
Polycarbonate membrane | Whatman | Nanopore Track Etched (TE) (1.0 μm, 0.2 μm, 0.1 μm, 50 nm, 30 nm and 15 nm pore diameter; 47 mm or 25 mm membrane diameter) | |
Caffeine (reagent plus) | Sigma-Aldrich | C0750 | |
Franz diffusion cell (12 ml) | SES-Analysesysteme | 6C010015 | 15mm unjacheted Franz Cell, 12 ml Receptor volume, Flat ground, clear glass, stirbat and clamp |
UV-Lamp | UV irradiation (366 nm, 15 W/m2) | ||
White light lamp | White light irradiation (500 W bulb) | ||
UV/Vis spectrophotometer | Varian 50Bio/50MPR | ||
Polyester membranes | Sterlitech | PET0225100 | Polyester Membrane Filters, 0.2 μm pore diameter, 25 mmm diameter |
Polyvinylidene fluoride membranes | Millipore | PVDF Membranes Durapore (0.22 μm pore diameter; 47 mm membrane diameter) | |
Argon (99.9995%) | Alphagaz | ||
Dressler Cesar RF Power Generator | Plasma chamber setup | ||
MKS Multi Gas Controller 647C | Plasma chamber setup | ||
MKS Mass-Flow controllers | Plasma chamber setup | ||
Vacuubrand RE 2.5 rotary vane vacuum pump | Plasma chamber setup | ||
Contact angle measurement device Krüss G10 | |||
Balances Mettler Toledo AB204-S and Mettler ME30 |