Basınca duyarlı nanoyapıştırıcıların başlatıcılı kimyasal buhar biriktirme yöntemi ile sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and chararacterization of pressure sensitive nanoadhesive by initiated chemical vapor deposition
Yazar: HÜSEYİN ŞAKALAK
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA KARAMAN
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nanoteknoloji ve İleri Malzemeler Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında basınca duyarlı yapıştırıcı (PSA) özellikteki polimerik ince filmler başlatıcılı kimyasal buhar biriktirme (iCVD) yöntemi ile farklı alttaşlar (silikon tabaka, cam, PET film, nanofiber) üzerinde sentezlenmiştir. Çalışmada poli (etilheksil akrilat) (PEHA), poli (etilheksil akrilat-ko-akrilik asit) P(EHA-AA) ve poli (etilheksil akrilat-ko-akrilik asit-ko-perflorodesil akrilat) P(EHA-AA-PFDA) ince film kaplamaları gerçekleştirilmiştir. Islak sentezler ile üretilen PSA' larda çözücü kullanımı, saflaştırma gereksinimi, iki aşamalı proses ve bazı alttaşlarda sınırlı kullanım gibi dezavantajlarına karşı iCVD yöntemi önemli avantajlar sağlamıştır. iCVD yönteminde başlatıcı ve monomerlerin reaktöre akış oranı, filament sıcaklığı ve taban sıcaklığının kaplama hızlarına ve PSA özelliklerine etkisi incelenmiştir. En yüksek kaplama hızları PEHA homopolimeri için 155 nm/dk, P(EHA-AA) kopolimeri için 220 nm/dk ve P(EHA-AA-PFDA) kopolimeri için 82 nm/dk olarak gözlemlenmiştir. Filament sıcaklığının etkisi, tepkime kinetiğinin, başlatıcının ayrışması ve dolayısıyla radikal oluşumu ile sınırlı olduğu kinetik limitli bir rejimi göstermiştir. En yüksek kaplama hızı monomer ve başlatıcı oranının 1,5/1 olduğu şartlarda gözlemlenmiştir. Kaplama hızları taban sıcaklığıyla ters eğilim göstermiştir. Taban sıcaklığı düştükçe kaplama hızı artmıştır. Bu durum kaplama hızının adsorbsiyon limitli olduğunu göstermiştir. PEHA homopolimeri ve P(EHA-AA) kopolimeri sürekli iCVD sistemiyle kaplanmıştır. P(EHA-AA-PFDA) kopolimeri ise endüstriyel uygulamalarda kullanımı için kesikli iCVD yöntemiyle hem sabit yüzey hem de hareketli yüzey (rulodan ruloya) olarak kaplanmıştır. PEHA homopolimeri ve P(EHA-AA) kopolimeri iCVD tekniği ile sentezlenen polimerler ile karşılaştırmak için ıslak bir proses olan serbest radikal polimerizasyon yöntemi kullanılarak da sentezlenmiştir. PSA filmlerin fourier dönüşümlü kızılözetisi spektroskopisi (FTIR) ve X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS) kullanılarak kimysal yapısı, uv-vis spektrometre (UV-Vis) ile optiksel özellikleri (geçirgenlik), taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile yüzey morfolojisi, su temas açısı (WCA) ile film ıslatma özellikleri, elipsometre ve optik spektrometre ile film kalınlıkları, diferansiyel taramalı kalorimetri (DSC) ile camsı geçiş sıcaklıkları ve mekanik çekme/basma cihazıyla yapışma kuvvetleri karakterize edilmiştir. Islak sentez ile cam yüzeyinde elde edilen PSA'lar geçirgenliği düşürmüş fakat iCVD ile cam yüzeyine kaplanan PSA' lar geçirgenliği artırmıştır. Ayrıca ıslak sentez ile elde edilen PSA'larda yapıalan saflaştırma işlemlerine rağmen yapıda monomer kalıntılarının olduğu FTIR analizleriyle gözlemlenmiştir. iCVD yöntemiyle nanofiber gibi hassas, kırılgan alttaş üzerine madeni kaplanan PSA ile yapıştırılabildiği gösterilmiştir. Kesikli iCVD ile rulodan ruloya yapılan kaplamaların endüstriyel uygulamalarda kullanılabileceği gösterilmiştir. Rulodan ruloya kaplama ve sabit yüzey kaplamalarında aynı PSA yapışma kuvvetleri gözlemlenmiştir. Sonuç olarak, bu tez çalışmasında PSA'lar ıslak ve kuru sentez yöntemleriyle farklı subsratlar üzerine kaplanmıştır. Kuru sentez olarak iCVD, ıslak sentez olarak ise serbest radikal polimerizasyon yöntemi kullanılmıştır. Islak sentez ile üretilen PSA'lar spin kaplama yöntemi ile alttaşlara kaplanmıştır. Alttaşlar üzerinde farklı yöntemlerle kaplanan PSA'ların kimyasal yapıları, optik, morfolojik özellikleri ve mekanik yapışma performansları kıyaslanmıştır.

Abstract:
In this thesis, it has been shown that pressure sensitive adhesives (PSA) are synthesized by initiated chemical vapor deposition (iCVD) method in one step and on different solvent-free substrates (glass, pet, nanofiber). In the study, poly (ethylhexyl acrylate) (PEHA), poly (ethylhexyl acrylate-co-acrylic acid) P(EHA-AA) and poly (ethylhexyl acrylate-co-acrylic acid-co-perfluorodecyl acrylate) P(EHA-AA-PFDA) thin films were synthesized. The iCVD method has provided advantages against the disadvantages such as solvent usage, purification requirement, obtaining in two steps and limited use in some substrates in PSAs produced by wet syntheses. In the iCVD method, the effects of monomer ratio, initiator/monomer ratio, filament temperature, alttaşe temperature, reactor pressure on coating rates and PSA properties were investigated. The highest deposition rates of 155 nm/min in PEHA homopolymer, 220 nm/min in P(EHA-AA) copolymer and 82 nm/min in P(EHA-AA-PFDA) copolymer were observed. The synthesized P(EHA-AA) copolymer was coated on the substrate by spin coating technique. The properties of PSAs produced by wet synthesis and iCVD were compared. Characterization of PSA films, chemical structure by fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), optical properties (optical transmittance) by UV-vis spectrometer (UV-Vis), surface morphology by scanning electron microscope (SEM), water film properties with contact angle (CA), film thicknesses with ellipsometer and optical spectrometer, glass transition temperatures with differential scanning calorimetry (DSC) and adhesion forces with mechanical tension/compression device were investigated. The PSAs obtained on the glass surface by wet synthesis decreased the transmittance, but the PSAs coated on the glass surface with iCVD increased the transmittance. With the iCVD method, it has been shown that it can be adhered to a sensitive, fragile substrate such as nanofiber with metal coated PSA. Roll-to-roll coatings with batch iCVD have been shown to be usable in industrial applications. The same PSA adhesion forces were observed for roll-to-roll coating and fixed surface coatings. As a result, in this thesis, PSAs were coated on different substrates by wet and dry synthesis methods. iCVD was used as dry synthesis and free radical polymerization method was used as wet synthesis. PSAs produced by wet synthesis were coated on substrates by spin coating method. Chemical structures, optical, morphological properties and mechanical adhesion performances of PSAs coated on substrates with different methods were compared.