Preparação de Membranas de Luz respondem por um enxerto de superfície combinada e Processo Postmodification

Summary

Um processo de polimerização induzida por plasma é descrito para a polimerização iniciada na superfície em membranas poliméricas. Além disso postmodification do polímero enxertado com substâncias fotossensíveis é apresentado com um protocolo de realização de medições de permeabilidade das membranas de luz que respondem.

Abstract

A fim de modificar a tensão de superfície de membranas de polímeros gumes traçado disponíveis comerciais, um processo de polimerização iniciou-superfície é apresentado. A polimerização da superfície da membrana é induzida por tratamento com plasma da membrana, seguida pela reacção a superfície da membrana com uma solução metanólica de 2-hidroxietil metacrilato (HEMA). É dada especial atenção para os parâmetros do processo para o tratamento de plasma, antes da polimerização sobre a superfície. Por exemplo, a influência do tratamento de plasma em diferentes tipos de membranas (por exemplo, de poliéster, de policarbonato, de fluoreto de polivinilideno) é estudada. Além disso, a estabilidade dependente do tempo das membranas de superfície enxertada é mostrado por medidas de ângulo de contacto. Quando enxerto poli (metacrilato de 2-hidroxietil) (PHEMA), desta forma, a superfície pode ser ainda modificado por esterificação da porção álcool do polímero com uma função de ácido carboxílico da substância desejada.Estas reacções podem ser utilizadas para a funcionalização da superfície da membrana. Por exemplo, a tensão de superfície da membrana pode ser alterada ou uma funcionalidade desejada como o apresentado luz-resposta pode ser inserido. Isto é demonstrado pela reacção de PHEMA com um ácido carboxílico funcionalizado unidade spirobenzopyran o que leva a uma membrana de luz que respondem. A escolha do solvente desempenha um papel importante na etapa postmodification e é discutido em mais pormenor no presente documento. As medições de permeabilidade de tais membranas funcionalizadas são realizados usando uma célula de Franz com uma fonte de luz externa. Ao alterar o comprimento de onda da luz do visível para a gama de UV, uma alteração da permeabilidade das soluções aquosas de cafeína é observado.

Introduction

Modificação de plasma de materiais tornou-se um processo importante em muitos campos industriais. Limpeza de superfícies e de funcionalização de superfícies, sem alterar a propriedade de grandes quantidades de material fez o tratamento por plasma de um processo essencial em superfície ciência ^1-8.

Tratamento de plasma de polímeros resulta em homolítica clivagem da ligação. Isto leva a um debrum do material polimérico e para a formação de superfícies ricas radicais. Usando plasma contendo moléculas de oxigênio, a superfície torna-se oxigênio rico e, portanto, mais hidrofílica ^9-11. No entanto, a hidrofilicidade das superfícies não é estável ao longo do tempo ^12. A fim de melhorar a estabilidade a longo prazo, a superfície tratada a plasma pode ser quimicamente modificada depois ou durante o processo de plasma de ^13-15. Este tratamento é normalmente realizado através da adição de uma espécie monomérica reactiva para a fase gasosa, durante o processo de plasma, estes monómeros, em seguida, polimerizarde entre os radicais criados de superfície do polímero. Se o produto químico de tratamento é realizado com um monómero não-volátil, o enxerto de polímero tem de ter lugar após a modificação do plasma. A fim de realizar um enxerto controlada após os radicais são formados na superfície, uma instalação de plasma é descrito, o qual permite que a polimerização induzida por superfície iniciada por plasma a partir da superfície em solução, sob condições controladas, ^12,16.

A apresentação centra-se na modificação de membranas de polímeros gumes-track ^12,17. Ao modificar a tensão de superfície destas membranas, a taxa de permeabilidade pode ser variada ^12. Este processo de limpeza e rápido permite a criação de camadas muito finas (<5 nm), que cobrem toda a superfície da membrana sem alterar a propriedade de grandes quantidades de a membrana de polímero. Devido ao debrum durante o processo de plasma, os diâmetros de poro das membranas gumes pista aumentar ligeiramente ^12. A taxa de afiação é depending do polímero e tem um comportamento linear.

Quando se utiliza monómeros com grupos funcionais reactivos, os polímeros enxertados podem ser ainda mais funcionalizados. Isto é demonstrado pela postmodification de uma membrana enxertada com PHEMA com um ácido carboxílico spiropyran funcionalizado. Isto resulta numa superfície fotocrómico, desde spiropyran é conhecido para transformar uma espécie de merocianina quando irradiado com luz UV. A forma spiropyran pode ser restabelecida por irradiação da forma merocianina com luz visível (Figura 1) ^18,19. Uma vez que a forma de merocianina é mais polar do que o estado spiropyran, a tensão de superfície do revestimento pode ser disparado com luz ^20. A alteração na tensão superficial influencia a resistência à permeabilidade da membrana para as soluções aquosas. O set-up como realizar os testes de permeabilidade destes membranas de luz sensível neste período ea mudança significativa na resistência à permeabilidade (diminuir in resistência permeabilidade de 97%) é demonstrada. Tal membrana pode ser integrado numa instalação de entrega de droga ou em sistemas de sensores inteligentes.

Figura 1. Fotoisomerização do composto spirobenzopyran 1.

Protocol

1. A polimerização iniciou-Plasma Preparação da solução de monómero. Dissolve-HEMA (100 ml; 0,718 mol) em 200 ml de água e lava-se 3x com hexano (100 ml) numa ampola de decantação. Saturar a fase aquosa com cloreto de sódio e extrair o HEMA com éter dietílico (50 ml). Seca-se a fase orgânica sobre MgSO4 e remover o solvente sob vácuo (100 mbar, 40 ° C). Destila-se o HEMA sob pressão reduzida (15 mbar, 99 ° C). Prepare uma solução de 0,62 M metanólico…

Representative Results

A taxa de corrosão pode ser seguido por pesagem da membrana após diferentes períodos de tempo. Como pode ser visto a partir da Figura 4, a taxa de corrosão segue para o poliéster, o fluoreto de polivinilideno, policarbonato e membranas de uma taxa de corrosão linear, que pode ser determinada a partir do declive da correlação linear do tempo etch contra a perda de massa. Como mostrado na Figura 4, as membranas de policarbonato mostram a menor taxa de corrosão de todas a…

Discussion

O processo produz um plasma de gás de roxo, o qual é causado por árgon ionizado. Uma cor de laranja que indicaria a presença de azoto indesejada a partir de uma fuga. O processo de plasma não só formar radicais sobre a superfície mas também grava a membrana de ^7,12. Demasiada gravação pode alterar o diâmetro do poro significativamente, o que iria influenciar a permeabilidade da membrana. As condições de reacção controlada da configuração apresentada permitir melhorar a reprodutibilidade do 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