عامل دار کردن سطح پلیمرها
عامل دار کردن سطح پلیمرها در حسگرها، مواد کامپوزیتی، غشاء، تجهیزات میکروسیال و زیست پزشکی و بسیاری دیگر ضرورت دارد. چنین تغییرات سطحی سطح را با خواص جدید و مستقل از پلیمرهای توده ای بهبود می بخشد. این مقاله روش های مختلف را با اصول بسیار متنوعی که برای انجام این عملکرد سطحی در دسترس هستند من جمله تابش UV و پلاسما، رسوب لایه اتمی، الکتروشیمی، اکسیداسیون، رداکشن، هیدرولیز، استفاده از رادیکال ها و پیوند "روی" یا "از" پلیمرها را توصیف می کند. جزئیات روش های مختلف به اختصار در اینجا شرح داده شده و با ذکر مثال به تفسیر روش ها و کاربردهای احتمالی را پرداخته شده است. همچنین در مورد اصلاح سطحی نانوذرات پلیمری نیز بحث می شود.
دو هدف مهم برای اصلاح سطح در اینجا بیان شده است: برای محافظت از موادی که در شرایط محیطی نرمال مقاوم نیستند و یا برای افزایش خواص سطح. در هدف اول، بهترین مثال خودروهایی هستند که بدنه فولادی آنها تحت تاثیر شرایط محیطی زنگ می زند اما در عین حال، به کمک فرآیندهای پیچیده ای محافظت می شوند که جنبه زیبایی شناختی آنها را نیز حفظ می کنند. در هدف دوم، داروها را می توان به سطح ماده متصل کرد، مانند پروتزهای شریانی آزاد کننده دارو (استنت) که برای باز کردن مجدد رگ های مسدود شده استفاده می شود؛ دارو در یک پلیمر روی سطح فولاد ضد زنگ تعبیه شده و به آرامی آزاد می شود تا از تنگی مجدد شریان جلوگیری شود. بسیاری از حسگرها به تغییرات سطح متکی هستند؛ آنها می توانند یک مولکول آلی یا بیومولکول را از طریق اتصال سطح با یک گروه شیمیایی قادر به تشخیص هدف تشخیص دهند. حسگرهای گلوکز، که به صورت تجاری برای بیماران دیابتی در دسترس هستند، به اکسیداز گلوکز و پلیمرهای پلی کاتیونی محلول در آب، علاوه بر کمپلکس های پلیمرهای Os²⁺′³⁺ وابسته هستند. پلیمرها در همه جای زندگی روزمره ما وجود دارند. پلیمرها به دلیل داشتن خواص مختلفی مانند هزینه کم، خواص مکانیکی جالب (پلی پروپیلن (PP) برای سپر خودرو و پلی آمید 66 برای دنده ها استفاده می شوند)، مقاومت بالا در شرایط محیطی، شفافیت (پلی متیل متاکریلات (PMMA) برای ساخت شیشه آکواریوم های بزرگ و شیشه اتاقک زیردریایی ها استفاده می شود) یا مقاومت بالا در برابر مواد شیمیایی (پلی اتیلن (PE) و پلی تترافلوئورواتیلن (PTFE) تفلون برای ساخت ظروف نگهداری مواد شیمیایی خطرناک استفاده می شوند) کاربرد گسترده ای دارند. تکنیک های زیادی برای تنظیم خواص آنها با انتخاب مونومر(های) آغازین و پلیمریزاسیون وجود دارد. با این حال، خواص سطحی آنها با خواص توده ای آنها مرتبط است و بیشتر پلیمرها در شرایط محیطی دارای سطح خنثی هستند.
نکته جالب اینکه برای تنظیم خواص سطحی یک پلیمر مستقل از ساختار و خواص توده ای نیز مناسب هستند. اکثر پلیمرها واکنش ضعیفی دارند و به همین دلیل، اصلاح سطحی پلیمرها با گروه های شیمیایی مختلف (من جمله گروه های فعال زیستی) توانسته است حوزه های زیست پزشکی، الکترونیک، منسوجات، فرایندهای بسته بندی، پوشش های محافظ، اصطکاک و سایش، کامپوزیت ها و فناوری لایه نازک را مورد توجه قرار دهد. بر همین اساس، می توان به اهمیت این مطلب پی برد. از آنجایی که سطح اکثر پلیمرها خیلی واکنش پذیر نیست، بیشتر این روش ها شامل شرایط نسبتاً سختی است که پیوندهای سطحی را با کمک تشعشعات، رادیکال های واکنشی و معرف های شیمیایی می شکند؛ روش های دیگر شامل طراحی پلیمرهایی با گروه های سطحی واکنش پذیر می شوند. در اینجا ما روش های فیزیکی و شیمیایی مختلف را در فاز گازی و در محلول بررسی می کنیم که از آنها می توان در اصلاح سطح پلیمرها استفاده کرد. این مقاله بر جنبه های شیمیایی اصلاح سطحی پلیمرها، کاربردهای احتمالی و مکانیسم های شیمیایی متمرکز است. سعی خواهیم کرد تکنیک های مختلف را با هم مقایسه کنیم اما خواص لایه ها و حتی تولید پلاسما را را به تفصیل توضیح نمی دهیم. مثال های زیادی از انواع فرایندهای مورد استفاده در اصلاح سطح پلیمرها نیز بیان خواهیم کرد.
روش های مختلف اصلاح سطح پلیمرها
پلاسما
پلاسما گازی است که تا حدی یونیزه شده و حاوی الکترون های آزاد، یون ها، رادیکال ها و ذرات خنثی (اتم ها و مولکول ها) است. بعضی از این ذرات ممکن است در حالت برانگیخته باشند؛ در این صورت، می توانند با انتشار فوتون که انتشار نور پلاسمای معمولی را تولید می کند به حالت اولیه بازگردند. پلاسما معمولاً زمانی به دست می آید که گازها توسط فرکانس رادیویی، امواج مایکروویو یا الکترون های حاصل از تخلیه فیلامنت داغ به حالت های پرانرژی برانگیخته می شوند. چندین روش برای تولید پلاسما در دسترس هستند که برای جزئیات بیشتر باید به مقالات اصلی مراجعه کرد. با این حال، پلاسماهایی که برای تیمار سطحی استفاده می شوند، پلاسماهای سرد غیر تعادلی هستند که در آن دمای الکترون بالاتر از یون ها، مولکول ها یا رادیکال های است و تنها چند درصد از مولکول ها یونیزه می شوند. به واسطه دمای پایین آنها، سطوح تجزیه نمی شوند. انرژی بیشتر الکترون ها بین 1-5 eV است؛ مشابه آنچه که برای شکستن پیوندهای شیمیایی آلی ساده لازم است. پلاسما مطمئناً پرکاربردترین روش برای اصلاح سطحی پلیمرها است. تخلیه کرونا که یک روش مرتبط است، شامل یونیزاسیون گاز اطراف رسانا می شود که در پتانسیل بالای تولید پلاسمای سرد نگهداری می شود. به عنوان مثال، از این روش برای ایجاد گرادیانت های پلاسما در پلی دی متیل سیلوکسان (PDMS) استفاده شد.
نتیجه گیری
امروزه، اصلاح سطح پلیمرها توسط روش های پلاسما به مرحله صنعتی رسیده است. با این حال، تنها گروه های آلی ساده مانند OH، COOH و NH یا پلیمرهای کمپلکس بدون واحدهای تکرار شونده را می توان به ترتیب از گازهای غیر آلی و مولکول های آلی به دست آورد. بنابراین، پیوند مولکول های پیچیده تر نیاز به پس اصلاح دارد. همین روند در اکسیداسیون، رداکشن یا هیدرولیز پلیمرها نیز رخ می دهد. گروه هایی با وزن مولکولی تقریبا بالاتر می توانند توسط الکترو و فتوشیمی به سطح متصل شوند. می توان از روش های "پیوند بر" و "پیوند از" برای اتصال پلیمر سطح به پلیمر دیگر استفاده کرد. اگر چه بیشتر مقالات انجام شده در مورد اصلاح سطح پلیمرها فقط استفاده از یک روش استفاده کرده و حتی یک روش واحد را توصیف می کنند، روش های مختلف موجود در کاربردهای خاص بایستی با هم بررسی و مقایسه شوند. برای طراحی بهینه دستگاه هایی مانند حسگرها، سطوح "هوشمند"، سیستم های میکروسیال، سطوح خود تمیز شونده و زیست سازگار، باید یکی از روش های متفاوت موجود را با هدف ایجاد گروه های شیمیایی مختلف، غلظت سطح، زبری سطح و ضخامت فیلم مورد بحث و بررسی قرار داد. امید است این مقاله در انتخاب روش مناسب بتواند مفید باشد.
