Voorbereiding van de Light-responsieve membranen door een gecombineerde oppervlakte-enting en Postmodification Proces

Summary

Een plasma-geïnduceerde polymerisatie werkwijze beschreven voor het oppervlakte-geïnitieerde polymerisatie van polymeermembranen. Verdere postmodification van de geënte polymeer met meekleurende stoffen wordt gepresenteerd met een protocol van het uitvoeren permeabiliteitsmetingen van licht-responsieve membranen.

Abstract

Om de oppervlaktespanning van commercieel beschikbare baan randen polymeermembranen wijzigen, wordt een procedure van oppervlakte geïnitieerde polymerisatie gepresenteerd. De polymerisatie van het membraanoppervlak wordt geïnduceerd door plasmabehandeling van het membraan, gevolgd door reactie van het membraanoppervlak met een methanolische oplossing van 2-hydroxyethylmethacrylaat (HEMA). Bijzondere aandacht wordt besteed aan de procesparameters voor de plasmabehandeling voor de polymerisatie op het oppervlak. Zo wordt de invloed van het plasma-behandeling bij verschillende membranen (bijvoorbeeld polyester, polycarbonaat, polyvinylideenfluoride) onderzocht. Verder wordt de tijdsafhankelijke stabiliteit van het oppervlak geënte membranen getoond door contacthoekmetingen. Bij veredeling poly (2-hydroxyethylmethacrylaat) (PHEMA) op deze manier kan het oppervlak nog worden gemodificeerd door verestering van de alcoholgroep van het polymeer met een carbonzuurgroep van de gewenste substantie.Deze reacties kunnen dus gebruikt worden voor de functionalisering van het membraanoppervlak. Bijvoorbeeld, kan de oppervlaktespanning van het membraan worden veranderd of een gewenste functionaliteit als de gepresenteerde licht-reactiviteit kan worden ingebracht. Dit wordt aangetoond door het laten reageren PHEMA met een carbonzuur gefunctionaliseerde spirobenzopyran eenheid die leidt tot een licht reagerende membraan. De keuze van het oplosmiddel speelt een belangrijke rol in de postmodification stap en wordt in meer detail in dit document. De permeabiliteitsmetingen van dergelijke gefunctionaliseerde membranen worden uitgevoerd met een Franz cel met een externe lichtbron. Door de golflengte van het licht van het zichtbare naar het UV-bereik, een verandering van permeabiliteit van waterige oplossingen cafeïne waargenomen.

Introduction

Plasma modificatie van materialen is een belangrijk proces in tal van industriële gebieden. Oppervlaktereiniging en functionalisering van oppervlakken zonder de grootste eigenschap van het materiaal de plasmabehandeling een essentieel proces in oppervlaktewetenschap ^1-8 gemaakt.

Plasma behandeling van polymeren resulteert in homolytische bindingssplitsing. Dit leidt tot een rand van het polymere materiaal en de vorming van radicalen rijke oppervlakken. Door plasma dat zuurstofmoleculen, het oppervlak zuurstofrijke en dus hydrofiele ^9-11. De hydrofiliciteit van het oppervlak is niet stabiel in de tijd ^12. Om de stabiliteit op lange termijn te verbeteren, kan het plasma behandelde oppervlak chemisch worden gemodificeerd na of tijdens het plasmaproces ^13-15. Deze behandeling wordt gewoonlijk uitgevoerd door toevoeging van een reactief monomeer soorten in de gasfase tijdens het plasmaproces, deze monomeren vervolgens polymeriserenvan de gecreëerde groepen van het polymeer oppervlak. Wanneer de chemische behandeling wordt uitgevoerd met een vluchtig monomeer, de polymeerenting moet plaatsvinden nadat het plasma modificatie. Om een gecontroleerde enten uitgevoerd nadat de radicalen op het oppervlak, wordt een plasma-installatie beschreven die het oppervlak geïnduceerde plasma-geïnitieerde polymerisatie van het oppervlak in oplossing onder gecontroleerde omstandigheden ^12,16 toelaat.

De presentatie richt zich op de modificatie van-spoor edged polymeer membranen ^12,17. Door aanpassing van de oppervlaktespanning van deze membranen kan de permeabiliteit worden gevarieerd ^12. Dit schone en snelle werkwijze maakt het mogelijk zeer dunne lagen (<5 nm), waarbij het gehele membraanoppervlak bedekken zonder dat het grootste eigenschap van het polymeer membraan. Vanwege de randen tijdens het plasma proces, de diameter van de poriën van de track edged membranen vergroten lichtjes ^12. De rand bedraagt ​​depending van het polymeer en heeft een lineair gedrag.

Bij gebruik van monomeren met reactieve functionele groepen, kan de geënte polymeren verder worden gefunctionaliseerd. Dit blijkt uit de postmodification van een PHEMA geënt membraan met een carbonzuur gefunctionaliseerd spiropyranverbinding. Dit resulteert in een fotochrome oppervlak, aangezien spiropyran is bekend om te zetten in een merocyanine species bij bestraling met UV-licht. De spiropyran formulier kan worden hersteld door het bestralen van de merocyanine formulier met zichtbaar licht (figuur 1) ^18,19. Aangezien de merocyanine vorm is polair dan de spiropyranverbinding staat, kan de oppervlaktespanning van de bekleding worden geactiveerd met licht ^20. De verandering in oppervlaktespanning beïnvloedt de permeabiliteit weerstand van het membraan naar waterige oplossingen. De set-up hoe permeabiliteitproeven van deze licht-responsieve membranen te voeren zal worden getoond en de significante verandering in de permeabiliteit weerstand (verlagen in permeabiliteit weerstand met 97%) is aangetoond. Een dergelijk membraan kan worden geïntegreerd in een geneesmiddelafgifte setup of slimme detectiesystemen.

Figuur 1. Isomerisatie van spirobenzopyran verbinding 1.

Protocol

1. Plasma-geïnitieerde polymerisatie Het voorbereiden van monomeer oplossing. Los HEMA (100 ml, 0,718 mol) in 200 ml water en 3x wassen met hexaan (100 ml) in een scheitrechter. Verzadig de waterfase met natriumchloride en extraheer de HEMA met diethylether (50 ml). Droog de ​​organische fase boven MgSO4 en verwijder het oplosmiddel onder vacuüm (100 mbar, 40 ° C). Distilleer de HEMA onder verminderde druk (15 mbar, 99 ° C). Bereid een 0,62 M methanol oplossing v…

Representative Results

De etssnelheid kan worden gevolgd door weging van het membraan na verschillende perioden. Zoals blijkt uit figuur 4, de etssnelheid volgt voor polyester, polyvinylideenfluoride, en polycarbonaat membranen lineair etssnelheid, die kan worden bepaald uit de helling van de lineaire correlatie van de etstijd versus massaverlies. Zoals getoond in figuur 4, het polycarbonaat membranen vertonen de laagste etssnelheid van de drie polymeermembranen. Een gevolg van het etsen is de verand…

Discussion

Het plasma produceert een paarse gas, die wordt veroorzaakt door geïoniseerd argon. Een oranje kleur zou de aanwezigheid van ongewenste stikstof uit een lek geven. Het plasma proces niet alleen vormt radicalen op het oppervlak, maar ook etsen het membraan ^7,12. Teveel etsen kan de poriediameter aanzienlijke wijziging, die de permeabiliteit van het membraan zou beïnvloeden. De gecontroleerde reactiecondities van het aanwezige installatie mogelijk verbeteren van de reproduceerbaarheid van het plasma ingeleid …

Materials

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