En plasma-indusert polymerisering fremgangsmåte er beskrevet for overflate-initierte polymerisasjonen på polymermembraner. Videre postmodification av podet polymer med fargeskiftende stoffer er presentert med en protokoll for å drive permeabilitetsmålinger av lys-responsive membraner.
For å modifisere overflatespenningen av kommersielle tilgjengelige spor kanter polymermembraner, er en fremgangsmåte for overflate-initiert polymerisasjon presentert. Polymeriseringen fra membranoverflaten induseres ved plasmabehandling av membranen, etterfulgt av omsetning av membranoverflaten med en metanolisk oppløsning av 2-hydroksyetyl-metakrylat (HEMA). Spesiell oppmerksomhet er gitt til de prosess-parametere for plasmabehandling forut for polymeriseringen på overflaten. For eksempel blir innflytelsen av plasma-behandling på forskjellige typer membraner (for eksempel polyester, polykarbonat, polyvinylidenfluorid) studert. Videre blir den tidsavhengige stabiliteten til overflate podet membraner vist av kontaktvinkel-målingene. Ved poding av poly (2-hydroksyetylmetakrylat) (PHEMA) på denne måten, kan overflaten bli ytterligere modifisert ved forestring av alkohol-delen av polymeren med en karboksyl-syre-funksjonen av det ønskede stoffet.Disse reaksjonene kan derfor brukes for funksjonalisering av membranoverflaten. For eksempel kan overflatespenningen i membranen endres eller en ønsket funksjonalitet som den presenterte lys-responsivitet kan settes inn. Dette er demonstrert ved omsetning PHEMA med en karboksylsyre funksjonalisert spirobenzopyran enhet som fører til en lys-følsom membran. Valget av løsemiddel spiller en stor rolle i postmodification trinn og er nærmere omtalt i denne artikkelen. Permeabiliteten målinger av slike funksjonalismembraner blir utført ved hjelp av et Franz celle med en ekstern lyskilde. Ved å endre bølgelengden til lyset fra det synlige til det UV-spekter, en endring av permeabiliteten av vandige løsninger koffein observeres.
Plasma modifikasjon av materialer er blitt en viktig prosess i mange industrielle områder. Rengjøring av overflater og funksjonalisering av overflater uten å endre masse egenskapen av materialet har gjort plasmabehandlings en essensiell prosess i overflatevitenskap 1-8.
Plasma behandling av polymerer resulterer i homolytisk obligasjon cleavage. Dette fører til en kanting av polymermaterialet, og til dannelse av radikale rike overflater. Ved hjelp av plasma inneholdende oksygen molekyler, blir overflaten oksygenrike og dermed mer hydrofil 9-11. Imidlertid er hydrofile av overflatene ikke er stabile over tid 12. For å forbedre den langvarige stabilitet, kan plasmaet behandlede overflaten bli kjemisk modifisert etter eller under plasmaprosessen 13-15. Denne behandling utføres vanligvis ved å tilsette et reaktivt monomer arter inn i gassfasen i løpet av plasmaprosess, og disse monomerer deretter polymeriserefra de opprettede radikaler i polymeroverflaten. Hvis den kjemiske behandling er utført med et ikke-flyktig monomer, har polymeren pode å finne sted etter at plasmaet modifikasjon. For å kunne utføre en styrt poding når radikalene er dannet på overflaten, blir en plasma oppsettet beskrevet, som tillater plasma-initiert overflate-indusert polymerisering fra overflaten i oppløsning under kontrollerte betingelser 12,16.
Presentasjonen fokuserer på endring av spor kanter polymermembraner 12,17. Ved å endre overflatespenningen av disse membraner, kan permeabiliteten frekvensen varieres 12.. Denne ren og rask prosess tillater dannelsen av meget tynne lag (<5 nm), som dekker hele membranoverflaten uten å endre masse egenskapen til polymermembranen. På grunn av den kanting under plasmaprosessen, pore diameter av sporet kanter membraner øke svakt 12.. Den kanter prisen er depending av polymeren, og har en lineær oppførsel.
Ved bruk av monomerer med reaktive funksjonelle grupper, kan de podede polymerer være ytterligere funksjonalisert. Dette er demonstrert ved postmodification av et PHEMA-podet membran med en karboksylsyre funksjonalisert spiropyran. Dette resulterer i en fargeskiftende overflate, siden spiropyran er kjent for å transformere til en merocyanine arter når de bestråles med UV-lys. Den spiropyran skjema kan gjenopprettes ved å bestråle merocyanine skjema med synlig lys (Figur 1) 18,19. Siden merocyanine form er mer polare enn spiropyran tilstand, kan overflatespenningen av belegget bli utløst med lys 20. Endringen i overflatespenning påvirker permeabiliteten motstand av membranen mot vandige oppløsninger. Oppsettet hvordan du utfører de permeabilitet tester av disse lys-responsive membraner vil bli vist og betydelig endring i permeabilitet motstand (avta in permeabilitet motstand ved 97%) er vist. Slik membran kan integreres i et stoff levering oppsett eller i smart sensing systemer.
Figur 1. Photoisomerization av spirobenzopyran forbindelse 1.
Plasma prosessen produserer en lilla gass, som er forårsaket av ionisert argon. En oransje farge ville indikere tilstedeværelse av uønsket nitrogen fra en lekkasje. Plasma prosessen ikke bare danne radikaler på overflaten, men også etser membranen 7,12. For mye etsing kan endre diameteren pore betydelig, noe som ville påvirke permeabiliteten av membranen. Den kontrollerte reaksjonsbetingelser for det presenterte oppsettet tillater å forbedre reproduserbarheten av den plasma-initiert poding prosessen. I…
The authors have nothing to disclose.
Dette arbeidet ble støttet av sveitsiske National Science Foundation (NRP 62 – Smart Materials). Også erkjent er støtte fra B. Hanselmann, K. Kehl, U. Schütz og 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 |