Diffusionskinetik einer molekularen Sonde in dünnen Filmen auf Polyvinylalkohol-Basis
Forschende fanden heraus, dass die Diffusion eines molekularen Probenstoffs wie Rhodamin B in Polyvinylalkohol-Filmen durch die Art der hinzugefügten Weichmacher und Tenside signifikant beeinflusst wird, wobei sterische Effekte und intermolekulare Wechselwirkungen entscheidende Rollen spielen.
Forscher:innen untersuchten die Diffusionscharakteristika einer molekularen Sonde in organischen Filmen aus Poly(vinylalkohol) (PVA), die Formulierungen nachempfunden sind, die als Verpackungsmaterial verwendet werden. Die Diffusionskinetik von Rhodamin B (RhB) wurde in dünnen PVA-Filmen gemessen, die Glycerin und Tenside verschiedener Kopfgruppen (kationisch/nichtionisch/anionisch) enthielten, wobei die Fluoreszenzerholung nach Photobleichung und die Rasterkraftmikroskopie verwendet wurden. Hier zeigen wir, wie die Diffusion sowohl durch die molekulare Anordnung innerhalb des Films als auch durch die Art und das Ausmaß der intermolekularen Wechselwirkungen bestimmt wird.
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Die Zugabe von Glycerin konnte die Flexibilität der PVA-Ketten zunächst verbessern, führte jedoch zu einer sterischen Hemmung, sobald die Konzentration den Schwellenwert von 44 Gew.-% überschritt. In allen untersuchten Formulierungen zeigte die RhB einen diffusionsgekoppelten Mechanismus. Das Vorhandensein von Tensiden (in einer Konzentration von 6 Gew.-%) verringerte die Diffusionsfähigkeit von RhB in der PVA-Matrix bei allen verwendeten Tensidtypen (um 30 %, 61 % bzw. 88 % bei Zugabe von kationischen, nichtionischen und anionischen Tensiden im Vergleich zur Kontrollprobe). Die Forschung kommt zu dem Schluss, dass sterische Hemmeffekte die Diffusion von RhB in PVA-Dünnschichten, die mit nichtionischen Tensiden dotiert sind, unterstützen. Bei PVA-Filmen, die mit kationischen oder anionischen Tensiden dotiert sind, sind jedoch wahrscheinlich Wechselwirkungen zwischen Tensid und Fluorophor für die Veränderung der Diffusionsfähigkeit der molekularen Sonde verantwortlich.
Quelle: Progress in Organic Coatings, Volume 185, December 2023, 107833