Plazma polimerizasyonu ile modifiye yüzeyleride ıslanabilirlik ve yüzey enerji seviyesinin ölçümü
Wettability and surface energy measurements of plasma polymerisation modified surfaces
Yazar: HACI ALİ GÜLEÇ
Danışman: PROF.DR. MEHMET MUTLU
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2004
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering

Özet:
PLAZMA POLIMERIZASYONU İLE MODIFİYE YÜZEYLERDE ISLANABILİRLİK VE YÜZEY ENERJİ SEVİYESİNİN ÖLÇÜMÜ Hacı Ali Güleç Öz Bu çalışmada, çeşitli malzemelerin yüzey özelliklerini, hidrofiliklik, hidrofobiklik ve yüzey enerjisi bazında değerlendirmek için temas açısı yöntemi kullanılmıştır. Bu amaç doğrultusunda çalışmalar, substrat yüzey olarak gıda sanayinde geniş bir kullanım alanı bulan cam, 316 paslanmaz çelik (SS 316) ve polietilen (PE) yüzeylerde gerçekleştirilmiştir. Ek olarak, bu yüzeylerin modifikasyon öncesi ve sonrasındaki yüzey özellikleri ikili olarak karşılaştırılarak plazma polimerizasyon tekniğinin parametreleri (monomer akış hızı, plazma süresi ve boşalım gücü) ile monomerlerin etkisi belirlenmiştir. Çalışmada, temas açısı ölçümleri tutuklanmış kabarcık yöntemiyle gerçekleştirilmiş ve yüzey enerjisi değerleri, geometrik ortalama eşitliği kullanılarak hesaplanmıştır. Dağılım ve polar yüzey enerjisi bileşenlerini de içerecek şekilde toplam yüzey enerjisinde meydana gelen değişimlerin incelenmesinde hava ve n-oktan kabarcıklarından elde edilen temas açısı değerleri kullanılmıştır. Temas açısı ile katı yüzey ve su arasındaki etkileşim ara yüzey enerjisini ifade eden Ysw değerlerine göre en hidrofobik materyal polietilen olarak tespit edilmiştir (polietilen için ySw değeri: 38,91 mJ/m2). Cam, en hidrofilik ve en yüksek yüzey enerjisine sahip substrat yüzey olarak belirlenmiştir (cam için ysw değeri: 1,11 mJ/m2). Polietilenin yüzey enerjisi ise paslanmaz çelikten daha yüksektir. Sunulan çalışmada, yüzey enerjisi düşük ve hidrofobik özellikte yüzeyler oluşturmak amacıyla fenol ve 1,1,1,3,3,3-hegzafloroizopropilakrilat (HFİPA); daha yüksek yüzey enerjisine sahip ve hidrofilik özellikte yüzeyler oluşturmak için ise hidroksietilmetakrilat (HEMA), etilendiamin (EDA), polietilenglikoletiletermetakrilat (PEGEEMA) ve polietilenglikolmetakrilat (PEGMA) monomerleri kullanılmıştır. Fenol ve HFİPA kullanılarak oluşturulan plazma koşullarında hazırlanan malzemelerin yüzey enerjilerinin düştüğü görülmüştür. EDA, HEMA, PEGEEMA ve PEGMA kullanılarak oluşturulan plazma koşullarında hazırlanan malzemelerin temas açısı değerlerinde bir düşüş ve bu duruma paralel olarak da yüzey enerjisi değerlerinde ise bir artış belirlenmiştir. Modifikasyon işlemlerinde kullanılan monomer akış hızı, plazma süresi ve boşalım gücü parametrelerinin yüzeylerin temas açısı değerleri ve yüzey enerjileri üzerine etkileri olduğu saptanmıştır. Materyal yüzeylerinde kopma ve birikme prosesleri arasındaki denge boşalım parametreleri ile kontrol edilebilmektedir. Bu nedenle, en etkin plazma koşullarının (istenilen temas açısı ve yüzey enerjisi değerlennin) sağlandığı plazma polimerizasyon parametreleri çalışmada optimize edilmiştir. Anahtar Kelimeler: Temas Açısı Ölçümleri, tutuklanmış kabarcık yöntemi, yüzey enerjisi, plazma polimerizasyonu, hidrofilik, hidrofobik Danışman: Prof. Dr. Mehmet Mutlu, Hacettepe Üniversitesi Gıda Mühendisliği Bölümü

Abstract:
WETTABILITY AND SURFACE ENERGY MEASUREMENTS OF PLASMA POLYMERISATION MODIFIED SURFACES Hacı Ali Güleç Abstract In this study, contact angle measurements were used to determine the surface characteristics of various materials, i.e., hydrophilicite, hydrophobicite and surface free energy. For this purpose, experiments were done on glass, polyethylene (PE) and stainless steel (SS 316) as substrate surfaces because these materials are widely used in food industry. Then, the effect of monomer flow rate, exposure time and discharge power parameters were established by comparing surface characteristics before and after plasma polymerisation treatments. In this study, contact angle measurements were performed by using captive bubble technique and the geometric mean equation was used to calculate the surface free energy values. Air and n-octane bubbles with different polarity were used to study the changes in the surface energy including the dispersive and polar components. Polyethylene was the most hydrophobic material among these materials according to its air contact angle and ySw values, ysw indicates the surface energy between solid surface and water and this value was highest for polyethylene (38,91 mJ/m2). Glass was determined as the most hydrophilic material (ysw: 1,11 mJ/m2) and its surface energy was high. Although polyethylene was hydophobic, its surface energy was higher than satinless steel. In this study, phenol and 1,1,1,3,3,3-hegzaflouroisopropylacrylate (HFİPA) were used to produce hydrophobic materials with low surface energy, and hydroxyethylmethacrylate (HEMA), ethylenediamine (EDA), polyethyleneglycolethylethermethacrylate (PEGEEMA) and polyethyleneglycolmethacrylate (PEGMA) were used to produce hydrophylic materials with higher surface energy. Plasma polymerisation technique has lowered the surface energy of materials with phenol and HFİPA. Also, it was demonstrated that contact angle values decreased and surface energy increased due to plasma polymerisation using HEMA, EDA, PEGEEMA and PEGMA. The contact angle and surface energy values were affected by monomer flow rate, treatment time and power parameters using for modification processes. The equilibrium between etching and deposition processes can be controlled by these plasma parameters. For this reason, we optimized plasma parameters providing the most effective and suitable contact angle and surface energy results. Keywords : Contact angle measurements, captive bubble method, surface energy, plasma polymerisation, hydrophilic, hydrophobic Advisor : Prof. Dr. Mehmet Mutlu, Hacettepe University, Dept. of Food Engineering