Préparation des membranes sensibles à la lumière par une greffe de surface combiné et processus Modification ultérieure

Summary

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.

Abstract

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.

Introduction

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.

Protocol

Une. La polymérisation par plasma initié Préparation de la solution de monomère. Dissoudre HEMA (100 ml; 0,718 mole) dans 200 ml d'eau et laver 3 fois avec de l'hexane (100 ml) dans une ampoule à décanter. Saturer la phase aqueuse avec du chlorure de sodium et on extrait le HEMA avec de l'éther diéthylique (50 ml). Sécher la phase organique sur MgSO 4 et éliminer le solvant sous vide (100 mbar, 40 ° C). Distiller le HEMA sous pression réduite (15 mbar; 99 ?…

Representative Results

La vitesse de gravure peut être suivie par pesée de la membrane après les différentes périodes de temps. Comme on peut le voir sur la figure 4, la vitesse de gravure en résulte pour le polyester, le fluorure de vinylidène, et des membranes de polycarbonate d'une vitesse d'attaque linéaire, qui peut être déterminé à partir de la pente de la corrélation linéaire entre le temps de gravure par rapport à la perte de masse. Comme le montre la figure 4, les memb…

Discussion

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?…

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