Polymeric surface
बहुलक सामग्री का व्यापक उपयोग उनकी बहुमुखी विशेषताओं, लागत-प्रभावशीलता और अत्यधिक अनुरूप उत्पादन के कारण होता है। बहुलक संश्लेषण का विज्ञान एक थोक बहुलक नमूने के गुणों पर उत्कृष्ट नियंत्रण की अनुमति देता है। हालांकि, जैव प्रौद्योगिकी, नैनो प्रौद्योगिकी और कोटिंग अनुप्रयोगों के सभी रूपों में बहुलक सब्सट्रेट की सतह की अंतःक्रिया अध्ययन का एक आवश्यक क्षेत्र है। इन मामलों में, बहुलक और सामग्री की सतह की विशेषताएँ, और उनके बीच परिणामी बल काफी हद तक इसकी उपयोगिता और विश्वसनीयता को निर्धारित करते हैं। उदाहरण के लिए जैव चिकित्सा अनुप्रयोगों में, विदेशी सामग्री के प्रति शारीरिक प्रतिक्रिया, और इस प्रकार जैव-संगतता, सतह की अंतःक्रियाओं द्वारा नियंत्रित होती है। इसके अलावा, सतह विज्ञान कोटिंग्स के निर्माण, निर्माण और अनुप्रयोग का अभिन्न अंग है। रासायनिक विधियाँ एक पॉलीमेरिक सामग्री को सतह या इंटरफेस पर छोटे मोइटीज, ऑलिगोमर्स और यहां तक कि अन्य पॉलिमर (ग्राफ्टिंग कॉपोलिमर) को जोड़कर कार्यात्मक बनाया जा सकता है। पॉलिमर रसायन विज्ञान के संदर्भ में सह-पॉलिमर ग्राफ्टिंग, एक सतह पर पॉलिमर श्रृंखलाओं को जोड़ने को संदर्भित करता है। तथाकथित 'ग्राफ्टिंग ऑनटू' तंत्र में, एक बहुलक श्रृंखला विलयन से बाहर की सतह पर अवशोषित हो जाती है। अधिक व्यापक 'ग्राफ्टिंग फ्रॉम' तंत्र में, एक बहुलक श्रृंखला शुरू की जाती है और सतह पर प्रसारित की जाती है। क्योंकि 'ग्राफ्टिंग ऑनटू' विधि में उपयोग की जाने वाली पूर्व-बहुलक श्रृंखलाओं में समाधान (एक संतुलन हाइड्रोडायनामिक आयतन) में थर्मोडायनामिक रूप से अनुकूल संरचना होती है, इसलिए उनका अधिशोषण घनत्व आत्म-सीमित होता है। इसलिए बहुलक के युग्मन की त्रिज्या बहुलक श्रृंखलाओं की संख्या में सीमित कारक है जो सतह तक पहुँच सकते हैं और चिपक सकते हैं। 'ग्राफ्टिंग फ्रॉम' तकनीक इस घटना को दरकिनार करती है और अधिक ग्राफ्टिंग घनत्व की अनुमति देती है। ग्राफ्टिंग "ऑनटू", "फ्रॉम", और "थ्रू" की प्रक्रियाएँ सतह की रासायनिक प्रतिक्रियाशीलता को बदलने के सभी अलग-अलग तरीके हैं जिनसे वे जुड़ते हैं। ग्राफ्टिंग ऑन एक पूर्वनिर्मित बहुलक को, आम तौर पर एक "मशरूम शासन" में, घोल में एक बूंद या मनका की सतह से चिपकने की अनुमति देता है। कुंडलित बहुलक की बड़ी मात्रा और स्टेरिक बाधा के कारण, 'ग्राफ्टिंग फ्रॉम' की तुलना में 'ऑनटू' के लिए ग्राफ्टिंग घनत्व कम होता है। मोती की सतह बहुलक द्वारा गीली हो जाती है और घोल में परस्पर क्रिया के कारण बहुलक अधिक लचीला हो जाता है। मोती की सतह से ग्राफ्टेड या पॉलीमराइज्ड पॉलिमर की 'विस्तारित संरचना' का मतलब है कि मोनोमर समाधान में होना चाहिए और लाइओफिलिक के लिए होना चाहिए। यह एक बहुलक के साथ परिणाम देता है जिसमें समाधान के साथ अनुकूल अंतःक्रिया होती है, जिससे बहुलक अधिक रैखिक रूप से बनता है। इसलिए ग्राफ्टिंग में ग्राफ्टिंग घनत्व अधिक होता है क्योंकि चेन एंड तक अधिक पहुंच होती है। पेप्टाइड संश्लेषण कृत्रिम प्रक्रिया से 'ग्राफ्टिंग' का एक उदाहरण प्रदान कर सकता है। इस प्रक्रिया में, एक अमीनो एसिड श्रृंखला को एक बहुलक मनका सतह से संघनन प्रतिक्रिया की एक श्रृंखला द्वारा उगाया जाता है। यह ग्राफ्टिंग तकनीक पेप्टाइड संरचना पर उत्कृष्ट नियंत्रण की अनुमति देती है क्योंकि बंधी हुई श्रृंखला को बहुलक से अवशोषण के बिना धोया जा सकता है। पॉलीमेरिक कोटिंग्स अनुप्रयुक्त ग्राफ्टिंग तकनीकों का एक अन्य क्षेत्र है। जल-जनित पेंट के निर्माण में, लेटेक्स कणों को अक्सर कण फैलाव को नियंत्रित करने के लिए सतह पर संशोधित किया जाता है और इस प्रकार चिपचिपाहट, फिल्म निर्माण और पर्यावरणीय स्थिरता (यूवी एक्सपोजर और तापमान भिन्नता) जैसी विशेषताओं को लेपित किया जाता है। ऑक्सीकरण प्लाज्मा प्रसंस्करण, कोरोना उपचार और ज्वाला उपचार सभी को सतह ऑक्सीकरण तंत्र के रूप में वर्गीकृत किया जा सकता है। इन सभी विधियों में सामग्री में बहुलक श्रृंखलाओं का विच्छेदन और कार्बोनिल और हाइड्रॉक्सिल कार्यात्मक समूहों का समावेश शामिल है। सतह में ऑक्सीजन का समावेश एक उच्च सतह ऊर्जा पैदा करता है जिससे सब्सट्रेट को लेपित किया जा सकता है। विधि ऑक्सीकरण पॉलीमेरिक सतह कोरोना उपचार एक सामग्री, अक्सर पॉलिमर और प्राकृतिक फाइबर की सतह ऊर्जा को बढ़ाने के लिए कम तापमान वाले कोरोना निर्वहन का उपयोग करके सतह संशोधन विधि है। आम तौर पर, सतह को कार्यात्मक बनाने के लिए बनाए गए प्लाज्मा का उपयोग करके, एक पतली पॉलिमर शीट को उच्च-वोल्टेज इलेक्ट्रोड की एक श्रृंखला के माध्यम से घुमाया जाता है। इस तरह के उपचार की सीमित प्रवेश गहराई थोक यांत्रिक गुणों को संरक्षित करते हुए काफी बेहतर आसंजन प्रदान करती है। वाणिज्यिक रूप से, प्लास्टिक पैकेजिंग सामग्री पर पाठ और छवियों को छापने से पहले बेहतर डाई आसंजन के लिए कोरोना उपचार का व्यापक रूप से उपयोग किया गया है। कोरोना उपचार के बाद अवशेष ओजोन की खतरनाक प्रकृति प्रसंस्करण के दौरान सावधानीपूर्वक निस्पंदन और वेंटिलेशन को निर्धारित करती है, जो इसके कार्यान्वयन को सख्त उत्प्रेरक फ़िल्टर प्रणालियों के साथ अनुप्रयोगों तक सीमित करती है। यह सीमा खुली रेखा निर्माण प्रक्रियाओं के भीतर व्यापक उपयोग को रोकती है कई कारक लौ उपचार की दक्षता को प्रभावित करते हैं जैसे कि हवा से गैस अनुपात, तापीय उत्पादन, सतह की दूरी और ऑक्सीकरण क्षेत्र में रहने का समय। प्रक्रिया की अवधारणा पर, एक कोरोना उपचार तुरंत फिल्म एक्सट्रूशन का पालन करता है, लेकिन सावधानीपूर्वक परिवहन तकनीकों का विकास एक अनुकूलित स्थान पर उपचार की अनुमति देता है। इसके विपरीत, इन-लाइन कोरोना उपचारों को समाचार पत्र उद्योग की तरह पूर्ण पैमाने पर उत्पादन लाइनों में लागू किया गया है। इन इन-लाइन समाधानों को अत्यधिक विलायक उपयोग के कारण गीले होने की विशेषताओं में कमी का मुकाबला करने के लिए विकसित किया गया है। वायुमण्डल-और दबाव-निर्भर प्लाज्मा प्रसंस्करण प्लाज्मा प्रसंस्करण अंतरपृष्ठीय ऊर्जा प्रदान करता है और तुलनीय प्रक्रियाओं से बड़े मोनोमर टुकड़ों को इंजेक्ट करता है। हालांकि, सीमित प्रवाह उच्च प्रक्रिया दरों को रोकते हैं। इसके अलावा, प्लाज्मा ऊष्मागतिकीय रूप से प्रतिकूल होते हैं और इसलिए प्लाज्मा-संसाधित सतहों में एकरूपता, स्थिरता और स्थायित्व की कमी होती है। प्लाज्मा प्रसंस्करण के साथ ये बाधाएं इसे उद्योग के भीतर एक प्रतिस्पर्धी सतह संशोधन विधि होने से रोकती हैं। प्रक्रिया या तो मोनोमर मिश्रण या गैसीय वाहक आयनों पर निक्षेपण द्वारा आयनीकरण के माध्यम से प्लाज्मा के उत्पादन के साथ शुरू होती है। आवश्यक प्लाज्मा फ्लक्स का उत्पादन करने के लिए आवश्यक शक्ति सक्रिय आयतन द्रव्यमान/ऊर्जा संतुलन से प्राप्त की जा सकती हैः जहां सक्रिय आयतन है आयनीकरण दर तटस्थ घनत्व है इलेक्ट्रॉन घनत्व प्रसार, संवहन, लगाव और पुनर्संयोजन द्वारा आयन हानि है प्रसार आमतौर पर प्रत्यक्ष धारा (डीसी), रेडियो आवृत्ति (आरएफ), या माइक्रोवेव शक्ति के माध्यम से शुरू किया जाता है। वाहक प्लाज्मा और सब्सट्रेट के आधार पर गैस आयनीकरण दक्षता बिजली दक्षता को दस गुना से अधिक कम कर सकती है। फ्लेम्ड प्लाज्मा प्रोसेसिंग फ्लेम ट्रीटमेंट सतह की ऊर्जा और पॉलीओलिफिन और धातु घटकों की आर्द्रता बढ़ाने का एक नियंत्रित, तेज, लागत प्रभावी तरीका है। यह उच्च तापमान वाला प्लाज्मा उपचार सतह के अणुओं को पिघलाते हुए ध्रुवीय कार्यात्मक समूहों को जोड़ने के लिए सतह पर जेट फ्लेम्स के माध्यम से आयनित गैसीय ऑक्सीजन का उपयोग करता है, और ठंडा होने पर उन्हें बंद कर देता है। संक्षिप्त ऑक्सीजन प्लाज्मा संपर्क के साथ उपचारित थर्मोप्लास्टिक पॉलीइथिलीन और पॉलीप्रोपाइलीन में संपर्क कोण 22° तक कम देखे गए हैं, और परिणामस्वरूप सतह संशोधन उचित पैकेजिंग के साथ वर्षों तक रह सकता है। चिकित्सा उद्योग में सटीकता और लागत-प्रभावशीलता की मांग के कारण लौ प्लाज्मा उपचार गुब्बारा कैथेटर जैसे इंट्रावास्कुलर उपकरणों के साथ तेजी से लोकप्रिय हो गया है। ग्राफ्टिंग तकनीक एक सतह पर सह-पॉलिमर को ग्राफ्टिंग करने की कल्पना संरचनात्मक रूप से अलग बहुलक सब्सट्रेट में बहुलक श्रृंखलाओं को ठीक करने के रूप में की जा सकती है, जिसका उद्देश्य थोक यांत्रिक गुणों को संरक्षित करते हुए सतह की कार्यक्षमता को बदलना है। सतह के कार्यात्मककरण की प्रकृति और डिग्री कोपोलिमर के चयन और ग्राफ्टिंग के प्रकार और विस्तार दोनों से निर्धारित होती है। फोटोग्राफ्टिंग कार्यात्मक विनाइल मोनोमर्स को ग्राफ्टिंग करके पॉलीओलिफिन, पॉलिएस्टर और पॉलीमाइड की निष्क्रिय सतहों के संशोधन का उपयोग हाइड्रोफोबिसिटी, डाई अवशोषण और बहुलक आसंजन को बढ़ाने के लिए किया गया है। इस छायाचित्रण विधि का उपयोग आम तौर पर निरंतर फिलामेंट या पतली फिल्म प्रसंस्करण के दौरान किया जाता है। थोक वाणिज्यिक पैमाने पर, ग्राफ्टिंग तकनीक को फोटोइनिशिएटेड लैमिनेशन के रूप में संदर्भित किया जाता है, जहां वांछित सतहों को दो फिल्मों के बीच एक पॉलीमेरिक आसंजन नेटवर्क ग्राफ्टिंग द्वारा जोड़ा जाता है। वाष्प चरण के माध्यम से सब्सट्रेट में स्थानांतरित एक इनिशिएटर और मोनोमर के यूवी-विकिरण से पॉलीओलिफिन, पॉलिएस्टर और पॉलीमाइड के कम आसंजन और अवशोषण में सुधार होता है। छिद्रपूर्ण सतहों के कार्यात्मककरण ने उच्च तापमान फोटोग्राफी तकनीकों के साथ बड़ी सफलता देखी है। माइक्रोफ्लुइडिक चिप्स में, कार्यात्मक चैनल जंक्शनों के बीच और भीतर लैमेलर व्यवहार को संरक्षित करने के लिए निर्देशित प्रवाह की अनुमति देते हैं। माइक्रोफ्लुइडिक अनुप्रयोगों में प्रतिकूल अशांत प्रवाह चैनल परस्पर निर्भरता और नेटवर्क जटिलता के बढ़े हुए स्तर के कारण घटक विफलता मोड को यौगिक कर सकता है। इसके अलावा, माइक्रोफ्लुइडिक चैनलों के मुद्रित डिजाइन को उच्च स्तर की सटीकता के साथ संबंधित चैनलों के छायाचित्रण के लिए पुनः प्रस्तुत किया जा सकता है। सतह विश्लेषणात्मक तकनीक सतह ऊर्जा मापन औद्योगिक कोरोना और प्लाज्मा प्रक्रियाओं में, किसी दिए गए सब्सट्रेट पर पर्याप्त सतह कार्यक्षमता की पुष्टि करने के लिए लागत-कुशल और तेजी से विश्लेषणात्मक तरीकों की आवश्यकता होती है। सतह ऊर्जा को मापना सूक्ष्मदर्शी या स्पेक्ट्रोस्कोपी की आवश्यकता के बिना सतह कार्यात्मक समूहों की उपस्थिति की पुष्टि करने के लिए एक अप्रत्यक्ष विधि है, जो अक्सर महंगे और मांग वाले उपकरण होते हैं। संपर्क कोण मापन (गोनियोमेट्री) का उपयोग उपचारित और गैर-उपचारित सतह की सतह ऊर्जा का पता लगाने के लिए किया जा सकता है। यंग के संबंध का उपयोग सतह ऊर्जा का पता लगाने के लिए किया जा सकता है, यह मानते हुए कि प्रायोगिक स्थितियों का तीन चरण संतुलन (यानी। एक नियंत्रित वातावरण में सपाट कठोर ठोस सतह पर लागू तरल बूंद), जहां ठोस-तरल, तरल-गैस, या ठोस-गैस इंटरफेस की सतह ऊर्जा को दर्शाता है, वहां उपज को मापा जाता है संपर्क कोण ज्ञात सतह तनाव (जैसे, डाइन समाधान) के साथ समाधानों की एक श्रृंखला का उपयोग प्रत्येक की आर्द्रता का निरीक्षण करके बहुलक सब्सट्रेट की सतह ऊर्जा का गुणात्मक रूप से अनुमान लगाने के लिए किया जा सकता है। ये विधियाँ औद्योगिक प्रसंस्करण की तरह मैक्रोस्कोपिक सतह ऑक्सीकरण पर लागू होती हैं। इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोस्कोपी ऑक्सीकरण उपचार के मामले में, उपचारित सतहों से लिया गया स्पेक्ट्रा इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोस्कोपी सहसंबंध तालिका के अनुसार कार्बोनिल और हाइड्रॉक्सिल क्षेत्रों में कार्यात्मकता की उपस्थिति का संकेत देगा। एक्स. पी. एस. और ई. डी. एस. एक्स-रे फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी (एक्स. पी. एस.) और ऊर्जा-फैलाव एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी (ई. डी. एस./ई. डी. एक्स.) संरचना लक्षण वर्णन तकनीकें हैं जो रासायनिक संरचना की मात्रा निर्धारित करने के लिए असतत ऊर्जा स्तरों के लिए इलेक्ट्रॉनों के एक्स-रे उत्तेजना का उपयोग करती हैं। ये तकनीकें 1-10 नैनोमीटर की सतह की गहराई पर लक्षण वर्णन प्रदान करती हैं, जो लगभग प्लाज्मा और कोरोना उपचारों में ऑक्सीकरण की सीमा है। इसके अलावा, ये प्रक्रियाएं सतह संरचना में सूक्ष्म विविधताओं को चिह्नित करने का लाभ प्रदान करती हैं। प्लाज्मा संसाधित बहुलक सतहों के संदर्भ में, ऑक्सीकृत सतह स्पष्ट रूप से अधिक ऑक्सीजन सामग्री दिखाएंगे। मौलिक विश्लेषण प्रक्रिया दक्षता के विश्लेषण में मात्रात्मक डेटा प्राप्त करने और उपयोग करने की अनुमति देता है। परमाणु बल सूक्ष्मदर्शी परमाणु बल सूक्ष्मदर्शी (ए. एफ. एम.), एक प्रकार की स्कैनिंग बल सूक्ष्मदर्शी, को उच्च संकल्प (नैनोमीटर के अंश के क्रम पर) के साथ परमाणु सतहों में त्रि-आयामी स्थलाकृतिक विविधताओं के मानचित्रण के लिए विकसित किया गया था। ए. एफ. एम. को इलेक्ट्रॉन संचरण और स्कैनिंग माइक्रोस्कोपी विधियों (एस. ई. एम. और एस. टी. एम.) की सामग्री चालन सीमाओं को दूर करने के लिए विकसित किया गया था। 1985 में बिन्निग, क्वेट और गेर्बे द्वारा आविष्कार किया गया, परमाणु बल सूक्ष्मदर्शी परमाणु सतहों में भिन्नताओं को मापने के लिए लेजर बीम विक्षेपण का उपयोग करता है। विधि सामग्री के माध्यम से इलेक्ट्रॉन चालन में भिन्नता पर निर्भर नहीं करती है, जैसा कि स्कैनिंग टनलिंग माइक्रोस्कोप (एसटीएम) करता है, और इसलिए पॉलिमर सहित लगभग सभी सामग्रियों पर सूक्ष्मदर्शी की अनुमति देता है। बहुलक सतहों पर ए. एफ. एम. का अनुप्रयोग विशेष रूप से अनुकूल है क्योंकि बहुलक में क्रिस्टलीकरण की सामान्य कमी से सतह स्थलाकृति में बड़ी भिन्नता होती है। ग्राफ्टिंग, कोरोना उपचार और प्लाज्मा प्रसंस्करण जैसी सतह कार्यात्मक तकनीकें सतह की खुरदरापन को बहुत बढ़ाती हैं (असंसाधित सब्सट्रेट सतह की तुलना में) और इसलिए ए. एफ. एम. द्वारा सटीक रूप से मापा जाता है। अनुप्रयोग जैव सामग्री सतहों को अक्सर प्रकाश-सक्रिय तंत्र (जैसे फोटोग्राफ्टिंग) का उपयोग करके संशोधित किया जाता है ताकि थोक यांत्रिक गुणों से समझौता किए बिना सतह को कार्यात्मक बनाया जा सके। पॉलिमर को जैविक रूप से निष्क्रिय रखने के लिए सतहों के संशोधन का व्यापक उपयोग जैव चिकित्सा अनुप्रयोगों जैसे कार्डियोवैस्कुलर स्टेंट और कई कंकाल प्रोस्थेस में पाया गया है। कार्यात्मक बहुलक सतह प्रोटीन अधिशोषण को रोक सकती है, जो अन्यथा प्रत्यारोपण पर कोशिकीय पूछताछ शुरू कर सकती है, जो चिकित्सा प्रोस्थेसिस का एक प्रमुख विफलता मोड है। चिकित्सा उद्योग के भीतर संकीर्ण जैव-संगतता आवश्यकताओं ने पिछले दस वर्षों में सटीकता के अभूतपूर्व स्तर तक पहुंचने के लिए सतह संशोधन तकनीकों को संचालित किया है। कोटिंग्स जल-जनित कोटिंग्स में, एक जलीय बहुलक फैलाव विलायक के वाष्पित होने के बाद सब्सट्रेट पर एक फिल्म बनाता है। बहुलक कणों का सतह कार्यात्मककरण एक कोटिंग सूत्रीकरण का एक प्रमुख घटक है जो फैलाव, फिल्म निर्माण तापमान और कोटिंग रियोलॉजी जैसे गुणों पर नियंत्रण की अनुमति देता है। फैलाव सहायता में अक्सर बहुलक कणों का स्टेरिक या इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रतिकर्षण शामिल होता है, जो कोलॉइडल स्थिरता प्रदान करता है। फैलाव सहायता लेटेक्स कणों पर अवशोषित होती है (जैसा कि योजना पर एक ग्राफ्टिंग में) जो उन्हें कार्यक्षमता देती है। अन्य योजकों का जुड़ाव, जैसे कि दाईं ओर योजनाबद्ध में दिखाए गए मोटे, अवशोषित बहुलक सामग्री के साथ जटिल रियोलॉजिकल व्यवहार और कोटिंग के प्रवाह गुणों पर उत्कृष्ट नियंत्रण को जन्म देता है। यह भी देखें सतह संशोधन सतह इंजीनियरिंग जनजाति संदर्भ पॉलिमर रसायन विज्ञान