Protocol
에멀젼 1. 준비
- 에멀젼 내용
- 질량 소금 적당량 0.03 M 용액 10 ㎖를 제조한다. 백금 (IV) 클로라이드 측정 0.101 g, 아연 (II) 클로라이드 (ZnCl 2) 측정 값 0.032 g 및 염화나트륨 0.018 g위한 계수.
- 각각의 시험관에, DI 물 10 ㎖로 각각의 염을 용해. 나중에 사용하기 위해 따로 설정합니다.
- 이 절차를 통해 내용에 대한 20 ml의 밀봉 유리 병을 사용합니다. 유리 병에 균형을 용기.
- 천천히 교반로드 이상과 제로화 규모에 휴식 유리 병으로 그것을 부어 비닐 말단 폴리 디메틸 실록산의 무게. (1.080 ml의에 해당) 1.02 g을 달아.
참고 :이 폴리머의 높은 점도 피펫 비현실적 있습니다. - 피펫 유리 병에 n- 헵탄 1.02 ml의. 유리 병에 비 이온 계면 활성제 (소르 비탄 모노 올레 에이트) 2 방울을 추가합니다. 피펫 염 용액 0.3 ㎖의 유리 병에 DI-물 0.45 ml의.
- 단단히에서 뚜껑을 돌려서 유리 병을 밀봉합니다. 초음파 처리를 시작하기 전에 유제를 개시하기 위해 60 초 동안 격렬하게 흔들어.
- 물 목욕 초음파 처리 장치의 건설
- 최소 적재 선에 물 위로 초음파기를 입력합니다. 400 mL의 비커에 수돗물의 250 ML을 추가합니다. 수위가 단지 림이되도록 얼음과 400 mL의 비커를 입력합니다.
- 물 목욕 초음파 처리기 내부에이 비커를 놓습니다. 초음파기에 필 온라인, 필요한 경우 조정을 확인합니다. 링이 물에 목욕 초음파기 바로 옆에 서 놓습니다.
- 팔이 밖으로 확장 될 수 있도록 두 개의 링, 클램프 스탠드를 배치하여, 링에 수직 스탠드하고 얼음 물이 가득 비커에 아래쪽을 가리 키도록 다른 하나는 물 목욕으로 확장됩니다. 온도가 초음파 통하여 모니터 할 수 있도록 또 다른 클램프 링 다운 400 ㎖의 비이커에 온도계를 부착 스탠드.
- Emulsif확인해 주시죠 절차
- 완전히 비커에 아래로 돌출 클램프로 고정하여 400 mL의 비커에 빠져들도록 에멀젼 함유 병을 놓습니다.
- PDMS를 함유하는 혼합물을 유리 바이알은 마찰로 인한 열을 제거하기 위해 비이커의 측면을 건드리지되지 않는다는 것을 보장한다.
- 초음파기를 켜고 7 분간 초음파 시간을 설정합니다. 에멀젼은 매우 열 민감하기 때문에, 비커 내의 온도가 0 ° C에서 5 사이에 걸쳐 초음파인지 확인. 비커 내의 온도가 바람직하다 일단 초음파를 시작한다.
- 초음파의 7 분 후, 에멀젼에 형성 수있는 덩어리를 제거하기 위해 유리 병의 상단을 잡고, 1 분 / 소용돌이를 흔들 부드럽게 병을 제거하고.
- 비커의 내용을 폐기하십시오. 물 250 ㎖로 채우고 내에서 1cm로 채우기에 비커의 상단을 얼음을 추가합니다.
- 다시 클램프의 병을 놓습니다. resum하기 위해 얼음 물 아래 잠수함7 분 동안 전자 초음파.
- 반복 여덟, 7 분간 초음파 처리 기간의 총 1.3.6 1.3.3하는 단계, 또는 초음파 균질 것으로 나타나고 더 덩어리가 존재하지 않을 때까지. 실온에서 보관하십시오.
주 : 유화 며칠 동안 안정해야하지만 균일 나타날 때까지 7 분 간격으로 상기와 같이 초음파에 의해 회수 될 수있다. 실온에서 보관하십시오.
2. 교차 결합
- 트리에 톡시 실란 / 계면 활성제 용액을 첨가 설치 프로그램
- 피펫 5.4 ml를 시험관에 톡시 실란. 나중에 사용하기 위해 후드 테스트 튜브 랙에 놓는다.
- 얼음 물 400 mL의 비커를 입력하고 후드 아래에 배치합니다. 다음 링이 부착 된 클램프 스탠드 400 mL의 비커 장소에, 비커의 입구에 직접 확장. 이 트리에 톡시 실란의 추가를위한 얼음 욕조됩니다.
- 링 스탠드의 반대편에 핫 플레이트를 놓습니다. 약 700 ml의 800 비이커를 채우수돗물. 핫 플레이트에 놓습니다.
- 핫 플레이트의 전원을 켜고 800 mL의 비커 내부에 85 ° C 75의 온도를 유지한다. 800 ㎖의 비이커 안에 물의 온도가 모니터링 될 수 있도록 링 스탠드에 온도계를 부착 클램프.
- 물 375 ㎖ (4.62 mM)을로 도데 실 황산나트륨 0.5 g을 용해시킴으로써 계면 활성제 용액을 생성한다. 깨끗하고 빈 시험관에 계면 활성제 용액의 약 10 ML을 추가합니다.
- 다른 링 클램프 활성제 시험관과 후드 아래 스탠드 부착은 액체 레벨이 800 ㎖의 비커 안에서 수면 아래가되도록 고정. 열 평형 10 분을 허용합니다.
- 여과지를 적시고 작은 깔때기의 상단에 배치. 250 ㎖의 삼각 플라스크 내부의 깔때기의 줄기를 놓고 후드 아래에 플라스크를 배치합니다.
- 트리에 톡시 실란의 추가
- 빙수 부리 위에 클램프 에멀젼 바이알을 놓고후드 안쪽 어. 바이알 내용물이 물의 표면 아래에 있도록 클램프 PDMS 혼합물을 위치. 트리에 톡시 실란의 첨가는 발열 반응을 초래하므로 에멀젼은 구조를 유지하기 위하여 저온 유지되어야한다.
- 가스 축적을 방지하는 데 유리 바이알에서 뚜껑을 제거한다.
- 천천히 약 10 초 (약 0.5 ㎖ / 초)에 걸쳐 연속적인 스트림으로 유리 바이알에 시험관 함유 트리에 톡시 실란을 붓는다.
주의 : 트리에 톡시 실란의 첨가는 발열 반응과 부식성 염화수소 가스의 방출을 개시한다. 유리 병은 매우 뜨거워 질 것이고, 독성 가스 혼합물로부터 진화 할 것이다. 트리에 톡시 실란을 추가하는 동안 내용을 저어하지 마십시오. - 열 보호 장갑을 착용 한 채 완전히 트리에 톡시 실란을 추가 한 후, 부드럽게 유리 교반 막대와 내용을 저어. 2 분 동안 또는 유리 병에서 진화 가스 멈출 때까지 기다립니다.
- FOLL가교 때문에, 시료에서 볼 상분리 없다. 덩어리가 존재하는 경우, 바이알을 밀봉하고 뚜껑으로 병 채 20 초 동안 흔들어 엄격.
- 구슬 생산
- 유리 병에서 가교 유화를 그릴 청소, 유리 파스퇴르 피펫을 사용합니다. 적가 시험관 방울 사이에 가능한 한 적은 시간이 소요로 (75 및 85 ° C 사이에서 유지되어야한다), 계면 활성제 용액에 가교 된 에멀젼을 추가한다.
- 30 초 에멀젼의 첨가 후 1 분 고체 시험관 내부에 형성되기 시작으로, 계면 활성제 용액을 천천히 가스를 포한한다.
- 열 보호 장갑을 착용하고있는 동안, 클램프에서 테스트 튜브를 타고 후드 아래 여과 장치에 전체 내용을 붓는다. 5 분 동안 필터. 필터에서 필터 용지를 제거합니다.
- H 하에서 O / N의 건조 시계 유리 비드 상에 분리 된 고체를 여과를 전송할짐 우드. 구슬의 청소는 무기한 연기 될 수있다. 상점은 필요할 때까지 밀폐 된 유리 병에 실온에서 구슬을 건조하고 깨끗한 즉시 사용하기 전에.
- 구슬 청소
- 후드 아래 다른 여과 장치를 만들고 필터 종이 위에 깔때기 내부의 건조 구슬을 배치합니다.
- 모든 구슬이 세척되어 있는지 확인하기 위해 주위에 약간을 이동, 부드럽게 구슬을 씻어 DI-물이 가득 플라스틱 세척 병을 사용합니다.
- 구슬은 후드 아래에 시계 접시에 그들을 배치하여 1 시간 동안 건조 시키십시오. 물 세척에 대해 동일한 방법을 사용하여 구슬을 씻어 헥산 가득 세척 병을 사용합니다.
- 시계 유리 구슬을 놓습니다. 시계 접시를 놓고 후드 아래 구슬은 건조.
- 구슬이 완전히 건조 된 후 나중에 사용하기 위해 실온에서 작은 밀폐 유리 병 및 저장에 배치합니다.
- SEM 분석 및 SEM 설정의 구슬을 장착
- DO의 스트립을 배치구슬이 장착 될에 그루터기 위에 uble 양면 탄소 전도성 테이프. 가위를 사용하여, 가장자리 아무런 테이프 중단 없도록 그루터기 주위 트림.
- 평평한 표면에 스텁에서 필터 종이를 놓습니다. 접착제 밑면이 노출되도록 테이프로부터 상부층을 제거한다.
- 조심스럽게 그루터기 위에 구슬을 붓는다. 일부 구슬 테이프에 충실하지만, 대부분은 필터 종이에 반사되어 토지 것입니다. 그들은 필터 종이에 머물 경우 유리 병에이 다시 부어. 필요한 경우 오염 될 (2.4.5 2.4.2에 따라) 어떤 구슬을 세척, 반복합니다.
- 구슬이 스텁에 안전하게 보장하기 위해, 전구 주사기를 사용하여 가볍게 스텁 표면에 매우 밀접하게 날려. 일부만 테이프에 부착하는 경우 스텁 위에 더 구슬 붓는다. 모든 구슬은 SEM 챔버에 그루터기를 배치하고 대피하기 전에 안전한지 확인합니다.
- 샘플이 제대로 장착되고 나면 그들은 지금 SEM의 항문을받을 준비가되어이 Analysis (15). 비드의 표면 형상의 분해능을 최적화하기 위해 15 keV의 VAC에서 LOW 모드에서 이미지를 수집한다.
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Representative Results
다른 전해질 조건 에멀젼으로부터 발생 비드의 대표적인 SEM 이미지가도 1에 도시된다.도 1a는 DuFaud하여 얻은, 등. (13)과 유사한 비드를 도시 모든 전해질의 첨가없이, 우리의 방법을 사용하여 제조. 구슬은 각각의 금속 이온에 대해 서로 다른 형태 학적 결과, 그림 1B-D에 표시. 도시 된 모든 이미지에 대해, 0.03 - M 전해질 용액 300 μL 그 위상 0.012 M의 전해질 농도를 제공 성상위한 DI 물 300 μL 대신에 사용 하였다. 높은 해상도 이미지는 () 아니오 전해질과 ZnCl 2 생산 구슬의 그림 2에 표시됩니다.
브루 나 우어 - 에메 트 - 텔러 비드 (16, 17)는 다섯 가지 다른 압력에서 질소 등온선을 사용하여 수행 하였다 (BET) 분석. 도 1에 도시 된 비드 t이었다 각 경우의 BET 분석에 사용되는 재료의 동일한 배치에서 AKEN. BET 분석은 표 1 부피비, 표면적에 대한 정량적 인 값을 산출한다.
전체 비드도 1 SEM 사진. 여기에 설명 된 마이크로 버블의 제조 기술에 의해 제조 PDMS 비드의 SEM 이미지. 수성 층 (A)에 대한 전해질의 첨가없이 생산 된 비드만으로 볼록 다공성이다. 모든 이미지의 길이 스케일은 그림의 눈금 막대에 의해 제공됩니다. 원으로 표시된 바와 같이 PTCL 4 (B), ZnCl 2의 (C) 및 염화나트륨 (D)에 대한 0.012 M 금속 농도의 순 농도와 동등은, 마이크로 버블의 형성으로 인해, 오목 공극의 상당한 부가 포함한 다양한 모폴로지를 보여 지역.레 / ftp_upload / 53440 / 53440fig1large.jpg "대상 ="_ 빈 ">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
도 2. 상세한 SEM 이미지. ZnCl 2 가까이 SEM 전해질을 첨가하지 않고 제조 된 (A)의 비드 이미지 및 (B). 전해질을 첨가하지 않고, 구형의 하부 구조는 일반적으로 더 크고 더 자세히 표면적 대 부피비의 증대에 크게 기여 ZnCl 2의 첨가보다 포장. 모든 이미지의 길이 스케일이 그림의 눈금 막대에 의해 제공됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
| 소금 추가 | 야밤에 SAV 비율 (CM 2 / ㎤) | SAV 개선 (상대 제어하는) |
| 없음 (제어) | 361.6 | 1 |
| PTCL 4 | 1849 | 5.1 |
| ZnCl 2 | 11060 | 30.6 |
| 염화나트륨 | 298.9 | 0.83 |
표 1. 분석 BET. 표면적 부피 물질의 브루 나 우어 - 에메 트 - 텔러 (BET) 등온선 분석에 의해 측정 (SAV)의 비율은, 다른 전해질 0.012-M 수용액으로 수 성상을 사용하여 제조. 제 열 문자는도 1에 대응하는 화상을 표시 패널. SAV 비율은 단위 질량 당 총 표면적, 시료의 질량 및 샘플의 총 감기 여유 공간에 기초한다.
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Discussion
도 1의 다른 SEM 이미지로도 1a의 비교에 의해 볼 수 있듯이,이 프로토콜을 이용하여 (전해질 농도 및 아이덴티티를 조정함으로써) 생성 된 비드., 낮은 이온 강도 에멀젼 제조 것과는 근본적으로 다르다 당초 보고서 사용 상기 수성 지방족 인터페이스 14 중합 가교 결합 반응을 촉매 의도 PTCL 4. 이 보고서에서, 큰 오목 들여 쓰기는 볼 수 있었다. 해당 보고서 이후, 우리는 SAV 비율을 최적화하기 위해 절차를 세련했다. 구슬을 세척하지 않고, SEM 이미지 내 도메인의 원소 분석은 백금 비드 구조를 통해 발견되는 오목한 구멍 내에서 거의 독점적으로 발견 된 것을 나타냅니다. 이 백금 쉽게 물에 구슬을 교반에 의해 제거 되었기 때문에, 우리는 백금은 단순히 오히려 나는 것보다, PDMS 표면에 잔여 물 것을 우리의 원래의 보고서에서 결론중합체로 ncorporated. 이는 경화 공정에서 백금 촉매의 역할을 암시. 도 1에 도시 된 비드는 대체로 볼록한 구면 하부 구조의 모양을 특징으로하지만, 전해질을 첨가하여 제조 된 것들 또한도 1b의 선회 부로서의 오목 구면 영역을 함유한다. 전해질의 존재는 에멀젼 미세 기포의 크기를 줄이기 위해 나타난다. 상세한 이미지 구면 하부 구조의 크기에 기초하여, 에멀젼의 기포가 ZnCl 2 직경 0.2 ㎛ 인, 2㎛ 정도이지만, (전해질없이 직경보다 일반적으로 1 ~ 10 ㎛의과 일치하는 것을 제안 DuFaud로 이전 작업, 등. 13).
에 관계없이 식별자의 생성된다 오목 다공성 구슬 : 여기에 제시된 데이터는 저렴, 더 지구 풍부한 금속 대신 PTCL 4 원래 사용할 수 있습니다 제안매우 다양한 수준 비록 금속 이온 성만이 사용. ZnCl 2의 사용은 전해질을 포함하지 않는 제어 순서에 대해 높게 SAV 비율의 급격한 증가 PTCL 4 높은로서 여섯 시간, 약 30 시간을 제공한다. BET 결과는 SEM 이미지와 잘 일치에 있습니다 ZnCl 2, 다수의 오목 주머니를 들어, 직경이 몇 마이크론은 구조 전체에 분산 볼 수 있습니다. 도 2b에 상세한 이미지는 또한 비드 ZnCl 2의 존재 하에서 제조되는 경우 상당히 더 내부 공간이 있다는 것을 입증한다. 이러한 기능 사이트 모두 흡착 가능한 표면적, PDMS가 정지상으로 사용되는 분리에 매우 바람직하다 기능을 증가시키는 역할을한다.
현재까지 테스트 한 모든 전해질의 경우, 제조 된 비드의 표면 다공성을 최대화하는 최적의 염 농도는, 하나가,ND 관계없이 금속 반대 이온, 0.012 M의 합계 농도로 나타난다. 이하,이 최적의 농도보다도 SAV 비가 최대 미만이고, 어느 방향으로 최대로 단조롭게 감소 보인다. 염 농도에 대한 의존성이 아닌 단독 용액의 촉매 적 활성 금속 이온의 존재에 기초하는, 미세 기포 제조 전해질에의 효과가 에멀젼의 성질을 변경할 수 있음을 시사한다. 부가 염 함량없이 에멀젼 최선 이상의 연속 수성 상에 박혀 지방족 (예를 들어, 중합체 - 함유)상의 공동으로 설명한다. 염을 첨가하는 경우, 표면 장력은 지방족 상 분산 수용액 거품, 어떤 장소에서 연속하는 방식으로 변경된다. 에멀젼은 계면 활성제 조에서 갑자기 가열하면, 드롭 PDMS 경화 등이 구조를 유지한다. 이것은 작은 구형 형상을 가지고 있지만, IM 아르 비드 초래심지어 상당한 촉매 효과를 가질 것으로 예상되지 않을 것이다 나트륨 금속 염화물을 위해, 수성 포켓의 존재로 인해 구멍이 침대. 임의의 수용성 염이 효과를 달성하기 위해 원칙적으로 작동해야하고, 우리가 금속 이온의 동일성에 최적의 농도를 최소화 의존성이 있다는 것을 유의하지만, 유기 탄소 - 탄소 결합 반응을 촉진하는 것으로 알려진 금속에 뚜렷한 장점이있다. 이는 이온 강도의 변화가 위상 반전을 일으키는 데 필요한 동안, SAV 비율 조정에 인자를 결정하는 기본이 연출 개별 중합체 가닥의 가교 용 촉매로서 작용하는 금속의 능력이며, 제안 수성 / 지방족 인터페이스에 우선적으로 발생합니다.
우리 프로토콜의 가장 중요한 측면은주의 깊게 제어되지 않을 경우, 초음파 처리 및 트리에 톡시 실란의 첨가가 모두 다량의 열을 발생시킬 수 있다는 점이다. 이 열은 솔리 될 수 있습니다DS 원하는 구슬의 발생이 불가능하게되는, 조기에 형성한다. 초음파 문제는 주로 욕조 형 초음파 처리기의 사용에 의해 해결되어 왔으며, 얼음 욕에서의 포함은이 온도를 조절하기 위해. 7 분 초음파주기는 초음파 처리 후에는 약 7 분, 얼음 욕에서의 대부분이 녹아 있기 때문에 부분적으로는 에멀션의 원치 않는 응집을 감소 시키는데 최적 인 것으로 밝혀졌다. 트리에 톡시 실란의 추가 활성 교반 및 얼음 욕조에 빠져들 혼합물로 수행해야합니다.
볼록 다공성 PDMS 비드의 제조 원본 리포트에 비해, 우리는 프로토콜 생성물 SAV 비율에 상당한 이점을 나타낸다. 우리는 다공성 중합체 비드의 제조에 사용 된 마이크로 버블의 수성 에멀젼 상 심지어 저렴 염의 첨가는 최종 물질의 형태의 급격한 변화로 이어질 수 있다는 것을 증명하고있다. 어떤 소금의 존재에 나타납니다 동안지방족 위상에만 촉매 활성 금속 이온의 첨가에 의해, 연속 될 수있는 유제의 결과가 우리가 다른 중합체에이 프로토콜을 테스트하지 않았지만 30 배 증가 SAV 비율, 우리는 임의의 기대 가교 결합 및 열 - 경화 (로모 프로토콜의 제한) 인 중합체는 오목 다공성 마이크로 비드를 생성하는이 프로세스에 사용될 수있다. 이러한 확장에서는, 에멀젼 지방족 위상이 연속되고 있는지 확인하기 위해 사용되는 경우에는 특정의 전해질 농도가 최적화 될 필요가 있음을 예상하고, 수성 상을 분리한다.
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Acknowledgments
이 작품은 화학의 부서 및 연구의 사무실 (RCAP 13-8032)에서 내부 지원을 포함하여 과학 및 공학, 웨스턴 켄터키 대학의 오그 덴 대학에서 지원하고있다. WKU 현미경 시설에서 닥터 존 Andersland (SEM 이미지) 및 연소 공학 (BET 분석)에 대한 WKU 연구소의 부교수 연의 카오의 지원은이 작업을 수행의 중심이되고있다.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Poly(dimethylsiloxane), vinyl terminated | Sigma-Aldrich | 68083-19-2 | |
| n-Heptane | Sigma-Aldrich | 142-82-5 | Flammable |
| Triethoxysilane | Sigma-Aldrich | 998-30-1 | Flammable, Accutely Toxic |
| Sorbitan Monoleate (Span-80) | Fluker | 1338-43-8 | |
| Platinum(IV) Chloride | Sigma-Aldrich | 13454-96-1 | Accutely Toxic |
| Zinc(II) Chloride | Sigma-Aldrich | 7646-85-7 | |
| Sodium Chloride | Sigma-Aldrich | 7647-14-5 | |
| 2.8 L Water Bath Sonicator | VWR | 97043-964 |
References
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