Herstellung der lichtreaktions Membranen durch eine Kombinierte Oberflächen-Pfropfen und Postmodification Prozess

Summary

Ein Plasma-induzierte Polymerisation Verfahren für die oberflächeninitiierte Polymerisation zu Polymermembranen beschrieben. Weitere postmodification des gepfropften Polymers mit photochromen Substanzen mit einem Protokoll zur Durchführung von Durchlässigkeitsmessungen auf Licht ansprechende Membranen vorgestellt.

Abstract

Um die Oberflächenspannung der handelsüblichen Spurkantigen Polymer-Membranen zu modifizieren, ist ein Verfahren der Oberflächen initiierte Polymerisation vorgelegt. Die Polymerisation von der Membranoberfläche durch Plasmabehandlung der Membran, gefolgt von Umsetzen der Membranoberfläche mit einer methanolischen Lösung von 2-Hydroxyethylmethacrylat (HEMA) induziert. Besondere Aufmerksamkeit wird auf die Prozessparameter für die Plasmabehandlung vor der Polymerisation auf der Oberfläche gegeben. Zum Beispiel wird der Einfluss der Plasmabehandlung auf verschiedenen Arten von Membranen (z. B. Polyester, Polycarbonat, Polyvinylidenfluorid) untersucht. Weiterhin wird die zeitabhängige Stabilität der Oberfläche gepfropften Membranen durch Kontaktwinkelmessungen gezeigt. Beim Pfropfen von Poly (2-hydroxyethylmethacrylat) (PHEMA), so kann die Oberfläche durch Veresterung der Alkoholanteil des Polymers mit einer Carbonsäurefunktion der gewünschten Substanz modifiziert werden.Diese Reaktionen können daher für die Funktionalisierung der Membranoberfläche verwendet werden. Zum Beispiel kann die Oberflächenspannung der Membran geändert werden oder eine gewünschte Funktionalität wie die vorgelichtReaktions eingefügt werden. Dies wird durch Umsetzen von PHEMA mit einer Carbonsäure funktionalisiert Spirobenzopyran Einheit, die mit einer lichtansprechenden Membran führt demonstriert. Die Wahl des Lösungsmittels spielt eine wesentliche Rolle bei der postmodification Schritt und ist detaillierter in diesem Dokument diskutiert. Die Durchlässigkeitsmessungen von solchen funktionalisierten Membranen werden unter Verwendung einer Franz-Zelle mit einer externen Lichtquelle. Durch Ändern der Wellenlänge des Lichts aus dem sichtbaren UV-Bereich, eine Veränderung der Permeabilität der wässrigen Coffein-Lösungen beobachtet.

Introduction

Plasmamodifizierung von Materialien ist ein wichtiges Verfahren in vielen Industriebereichen. Reinigung von Oberflächen und Funktionalisierung von Oberflächen, ohne die Fließeigenschaften des Materials der Plasmabehandlung ein wesentlicher Prozess in Surface Science ^1-8 hergestellt.

Die Plasmabehandlung von Polymeren ergibt homolytische Bindungsspaltung. Dies führt zu einem Rand aus dem Polymermaterial und die Bildung von Radikalreichen Oberflächen. Durch die Verwendung von Sauerstoff-Plasma-Moleküle enthält, wird die Oberfläche sauerstoffreichen und somit hydrophiler ^9-11. Jedoch ist die Hydrophilie der Oberfläche ¹² nicht mit der Zeit stabil. Um die langfristige Stabilität zu erhöhen, kann das Plasma behandelten Oberfläche chemisch nach oder während des Plasmaprozesses ^13-15 geändert werden. Diese Behandlung wird in der Regel durch Zugabe einer reaktiven Monomer-Spezies in der Gasphase während der Plasmaprozeß durchgeführt wird, wobei diese Monomere zu polymerisieren, dannaus den erzeugten Reste der Polymeroberfläche. Wenn man die chemische Behandlung mit einem nicht-flüchtigen Monomers durchgeführt wird, hat das Polymer Pfropfung stattfindet, nachdem das Plasma Modifikation nehmen. Um eine kontrollierte Pfropfen durchzuführen, nachdem die Radikale auf der Oberfläche gebildet wird, wird ein Plasma Einrichtung beschrieben, die das Plasma initiiert oberflächeninduzierte Polymerisation von der Oberfläche in der Lösung unter kontrollierten Bedingungen ^12,16 ermöglicht.

Die Präsentation konzentriert sich auf die Änderung der Spurkantige Polymermembranen ^12,17. Durch Modifizieren der Oberflächenspannung dieser Membranen kann die Durchlässigkeitsrate ¹² variiert werden. Diese saubere und schnelle Verfahren ermöglicht die Erzeugung von sehr dünnen Schichten (<5 nm), die die gesamte Membranoberfläche ohne Veränderung der Fließeigenschaften der Polymermembran abzudecken. Aufgrund der Kanten während des Plasmaprozesses, die Porendurchmesser der Spurkantigen Membranen ¹² leicht zu erhöhen. Das Abschluss Rate depending auf dem Polymer und hat ein lineares Verhalten.

Bei der Verwendung von Monomeren mit reaktiven funktionellen Gruppen, können die gepfropften Polymere weiter funktionalisiert werden. Dies wird durch die postmodification eines PHEMA-Membran gepfropft mit einer Carbonsäure funktionalisiert Spiropyran gezeigt. Dies führt zu einer photochromen Oberflächen, da Spiropyran ist bekannt, in einem Merocyanin-Spezies zu transformieren, wenn sie mit UV-Licht bestrahlt. Die Spiropyranform kann durch Bestrahlung der Merocyaninform mit sichtbarem Licht (Abbildung 1) ^18,19 wiederhergestellt werden. Da die Merocyaninform polarer ist als das Spiropyran Zustand kann die Oberflächenspannung der Beschichtung mit Licht ²⁰ ausgelöst werden. Die Änderung der Oberflächenspannung beeinflusst die Durchlässigkeit Widerstand der Membran gegenüber wässrigen Lösungen. Das Set-up, wie man die Durchlässigkeit dieser Tests auf Licht reagieren, Membranen durchführen wird gezeigt werden, und die wesentliche Änderung der Durchlässigkeit Widerstand (i verringernn Durchlässigkeit Widerstand um 97%) nachgewiesen wird. Eine solche Membran in einer Drug-Delivery-Installation oder in Smart Sensing-Systeme integriert werden.

Abbildung 1. Photoisomerisierung von Spirobenzopyran Verbindung ein.

Protocol

1. Plasma-initiierte Polymerisation Vorbereiten der Monomer-Lösung. Auflösen HEMA (100 ml, 0,718 mol) in 200 ml Wasser und wasche 3x mit Hexan (100 ml) in einen Scheidetrichter. Sättigt die wässrige Phase mit Natriumchlorid und extrahiert die HEMA mit Diethylether (50 ml). Trocknen der organischen Phase über MgSO 4 getrocknet und das Lösemittel wird im Vakuum (100 mbar, 40 ° C). Destillation des HEMA unter vermindertem Druck (15 mbar, 99 ° C). Bereiten Sie eine 0…

Representative Results

Die Ätzrate kann durch Wiegen der Membran nach verschiedenen Zeiten verfolgt werden. Die Ätzrate wie aus Fig. 4 ersichtlich, ergibt sich für Polyester, Polyvinylidenfluorid und Polycarbonat-Membranen eine lineare Ätzrate, die von der Steigung der linearen Korrelation der Ätzzeit gegen Masseverlust festgestellt werden. Wie in Fig. 4 gezeigt ist, die Polycarbonat-Membranen zeigen die niedrigsten Ätzrate aller drei Polymermembranen. Eine Folge des Ätzens ist die Änderung d…

Discussion

Die Plasma-Verfahren erzeugt eine lila Gas, das von ionisierten Argon verursacht wird. Eine orange Farbe würde das Vorhandensein von unerwünschten Stickstoff aus einem Leck anzuzeigen. Die Plasma-Prozess nicht nur zu bilden Radikale auf der Oberfläche, sondern auch ätzt die Membran ^7,12. Zu viel Ätzen können die Porendurchmesser erheblich ändern, wodurch die Durchlässigkeit der Membran beeinflussen würde. Die kontrollierten Reaktionsbedingungen der dargestellten Einrichtung ermöglichen die Verbesser…

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