Химия привитых поверхностных соединений - Лисичкин Г.В.
ISBN 5-9221-0342-3
Скачать (прямая ссылка):
Монослои, содержащие привитые молекулы на определенном расстоянии друг от друга, можно получить при помощи комплексов силанов с конформационно-жесткими молекулами (рис. 5.62). Таким образом удалось получить сорбенты
Рис. 5.62. Получение привитых слоев, содержащих молекулы на фиксированном расстоянии друг относительно друга
с высокой избирательностью, близкой к избирательности ферментов. В работе К. Мосбаха с соавт. разработан метод закрепления кремнийорганического производного фенилборной кислоты на кремнеземе с фиксированным расстоянием между группами [348]. При использовании в качестве комплексантов бис-НАД-I и бис-НАД-П были получены «двойки» боронатных групп, разделенных на расстояния
0,7 и 1,5 нм соответственно. В работе [349] описано получение «троек» аминогрупп
262
Строение и свойства привитых слоев
на кремнеземе при помощи тридентатного комплексона. При использовании подходящих комплексующих агентов вероятно образование и более сложных структур.
5.9.3. Дизайн гидрофобных и гидрофильных поверхностей. Гидрофобные и гидрофильные поверхности с высокой однородностью и хорошо определенной структурой представляют давний и фундаментальный интерес для изучения адсорбции, адгезии, смачивания, поверхностных сил, устойчивости коллоидных систем и др. С практической точки зрения гидрофильные поверхности важны для получения покрытий с низкой неспецифической адсорбцией белков и адгезией клеток для разработки бионезагрязняемых материалов. Гидрофобные поверхности традиционно применяются в качестве адсорбентов для хроматографии, для очистки воды и воздуха от органических примесей, в качестве защитных и водоотталкивающих покрытий и др. Представляется, что самым эффективным методом конструирования с молекулярной точностью различных гидрофильных и гидрофобных поверхностей является метод ковалентного закрепления органических молекул на носителе. Далее будут систематизированы накопленные в литературе результаты по получению монослоев с предельно гидрофильными и предельно гидрофобными свойствами и рассмотрены свойства смачивания таких поверхностей. Материал данного раздела является обобщением и развитием идей, изложенных в работах (1,15,193,249,293,350-352].
Лиофильность и лиофобность характеризуют способность молекул, находящихся на поверхности, к межмолекулярному взаимодействию с жидкостью. Сильное взаимодействие с жидкостью соответствует лиофильной поверхности; слабое взаимодействие — лиофобной поверхности. В случае взаимодействия с водой (наиболее практически важном) говорят о гидрофильности и гидрофобности поверхности. Количественной мерой гидрофильности и гидрофобности может служить энергия взаимодействия воды с поверхностью твердого тела, которую в ряде случаев можно определить по теплоте адсорбции, смачивания и другими способами. Гидрофиль-ность и гвдрофобность поверхности можно также оценить по величине угла смачивания воды (в). Для предельно гидрофильных поверхностей вода растекается по поверхности (в ~ 0°). При полном отсутствии межмолекулярных взаимодействий воды с поверхностью угол смачивания воды составлял бы 156° [51]. Однако, поскольку интенсивность межмолекулярных дисперсионных взаимодействий на границе раздела фаз никогда не равна нулю, экспериментальные значения угла смачивания несколько ниже. Так, максимальный наблюдаемый угол смачивания воды на гладких поверхностях составляет в « 120 4- 125°. Для шероховатых поверхностей возможны и более высокие значения угла (вплоть до 180°). Смачивание шероховатых поверхностей определяется, главным образом, не химией, а топографией поверхности.
Гидрофобные монослои. В качестве «строительного материала» для конструирования предельно гидрофобной (лиофобной) поверхности в распоряжении исследователя имеется достаточно ограниченный набор функциональных групп. В табл. 5.22 приведены значения критического поверхностного натяжения для поверхностей, содержащих различные функциональные группы.
Как видно из приведенных данных, наименьшие значения поверхностной энергии наблюдаются для поверхностей, содержащих фторалкильные группы CF^, метальные группы СНз и диметилсилоксановые группы [БЦСНз^О]. Указанные группы представляются наиболее перспективными для создания предельно гидрофобных (лиофобных) поверхностей. Отметим также, что конечная фобность
5.9]
Дизайн привитых слоев
263
Таблица 5.22
Критическое поверхностное натяжение смачивания для поверхностей
различного состава [51]
Поверхностная группа 7c, мДж/м2 Поверхностная группа 7с, мДж/м2
—CF3 6 —СНз 20
—CF2H 15 —СН2 31
—cf2 18 —СбН5 35
—[Si(CH3)20—J 20 —СН2С1 40
СН,
Si02
сн.
СН-
л
снзх I
Si
CR
О О
сн,
"Si^
I хсн,
0 ^
1 -СН, Si/ 3
/ \
сн.
'У///////////////,
SiOz
б
сн.
Н3С"?1''СН^зС /ЧСН3 3 Sji—СНз
ОН О
( /
МШШШШ. ' 'ШМ/М/Ш
нз°\ /снэ
Н,С
\/.
сн.
Н3С-
Si.
СН,
Si'
Q Si
-О——Si—О
/
СН,
?СН3
''СН,
-СН3 ОН
SiO,
Рис. 5.63. Различные кремнийорганические лиофобные привитые слои
привитого слоя зависит не только от природы закрепленных молекул, но и от организации привитого слоя, плотности прививки, ориентации молекул на поверхности, их динамических свойств и др. Далее будут сформулированы общие требования для получения предельно гидрофобных и олеофобных монослоев и рассмотрены лиофобизующие возможности привитых слоев различной архитектуры.
