Comparison of polyelectrolyte complex formation in bulk and at interfaces

Abstract

Polielektrolitler tekrarlanan birimlerinde iyonik gruplar içeren ve elektrolit özellikleri taşıyan polimerlerdir. Ters yüklü polielektrolitler, polielektrolit kompleksleri (PEC) oluştururlar. PEC oluşumu çözelti ve/veya arayüzeylerde meydana gelebilir, arayüzeylerdeki PEC oluşumu yeni nanoyapılar olarak ince filmler halinde hibrid malzemelerin gelişmesini sağlar. Bu çalışmanın amacı, çözeltideki PEC özellikleri ile aynı koşullarda çoktabakalı filmlerin arayüzeyinde tabaka tabaka, LbL, metodu ile oluşturulan PEC özelliklerinin konsantrasyon, stokiyometri, pH ve iyonik şiddet gibi parametlere bağlı olarak karşılaştırılmasıdır. Bu amaçla, poli(sodyumfosfat), PSP, (polimerlesme derecesi, n=24) ve poli (allilamin hidroklorür), PAH, (molekül ağırlığı=56000 g/mol) sırasıyla seçilmiştir. Çözeltideki PSP/PAH kompleks oluşumu, iletkenlik,viskozimetri, spektroskopi, dynamic light scattering, zeta potansiyel tayini ve mikrokalorimetri metodları ile araştırılmıştır. Arayüzeyde PSP/PAH kompleks oluşumu LbL sprey tekniği ile yapılmış ve kompleks davranışı elipsometri, AFM ve zeta potansiyel ölçümleri ile incelenmiştir. Sonuçlar, PSP/PAH kompleks oluşumunun çözelti ve arayüzeyde aynı olduğunu, ve kompleksleşme kinetiğinin çok dinamik ve aynı ölçekte geliştiğini göstermiştir. Nanoölçekte kendi kendine düzenlenen polielektrolit kompleks çoklu tabakalarının poli(sodyumfosfat) kullanılarak elde edilmesi literatürde ilk olarak yer almaktadır.

Polyelectrolytes are polyions which contain ionic groups in their repeat units and therefore exhibit electrolyte properties. Polyelectrolyte complexes (PECs) form by mixing solutions of polyanions and polycations with the release of the counterions. PEC formation can take place in bulk and/or at interfaces, the latter phenomenon has led to the developement of a new form of nanostructured hybrid materials in the form of thin films. The deposition of polymer-based films via layer-by-layer (LbL) assembly has become a popular surface functionalization method because of its versatility and ease of preparation and offer a wealth of potential applications in material science. The aim of the present study is to compare the properties of PECs in bulk solution and PECs at interfaces formed by layerbylayer method in the identical conditions as in the bulk solution depending on the parameters such as concentration, stoichiometry, pH, and ionic strength. Fort his purpose, poly (sodium phosphate), PSP, with a degree of polymerization, n=24 and poly (allylamine hydrochloride), PAH, having a higher moleculer weight (56000 g/mol) than PSP were chosen as polyanion and polycation, respectively. The complex formation between PSP and PAH in bulk was investigated by conductometry, viscosimetry, spectroscopy, dynamic light scattering, zeta potential determination methods. PSP/PAH complex formation at interface was carried out mostly by LbL spray-deposition and the behavior of the complex at interface is examined by ellipsometry, AFM and zeta potential measurements. The results showed that PSP/PAH complex formation is the same in bulk and at interface, and very dynamic complexation kinetic was observed on the same scale. Moreover, nanoscaledself-patterning polyelectrolyte complex multilayers are obtained by poly(sodiumphosphate) for the first time.