Nanoyapılı süperhidrofobik tekstil yüzeyi modifikasyonu için başlatıcılı kimyasal buhar biriktirme (iCVD) yöntemi ile poli(hekzafloro bütil akrilat) ince filmlerin sentezi
Initiated chemical vapor deposition of poly(hexafluorobutyl acrylate) thin films for superhydrophobic surface modification of nanostructured textile surfaces
Yazar: BÜŞRA ŞİMŞEK
Danışman: DOÇ. DR. MUSTAFA KARAMAN
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nanoteknoloji ve İleri Malzemeler Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering ; Tekstil ve Tekstil Mühendisliği = Textile and Textile Engineering

Özet:
Yaklaşık elli yıldır var olan nanoteknoloji aynı zamanda tekstil endüstrisi için büyük bir ticari potansiyel sağlamaktadır. Bunun nedeni geleneksel yöntemlerin sağlayamayacağı bir takım fonksiyonel özelliklerin nanoteknolojik üretimler ile sağlanabilmesidir. Nanoteknoloji tekstiller için daha çok işlevsellik ve dayanıklılık sağlamaktadır. Ek olarak kumaşlar üzerinde yapılan nano kaplamalar kumaşların nefes alabilirliklerini ve tuşelerini etkilememektedir. Bu nedenle yüzeye yapılan polimerik ince film kaplamalar son zamanlarda ilgi çeken bir konu haline gelmiştir.
Bu çalışmada polyester tekstil kumaş yüzeyi, tersiyer bütil peroksit (TBPO) başlatıcısı eşliğinde başlatıcılı kimyasal buhar biriktirme (iCVD) tekniği kullanılarak poli(hekzafloro bütil akrilat) (PHFBA) ince filmiyle kaplanmıştır. iCVD'de serbest radikal başlatıcı türlerin kullanımı büyük oranda kaplama hızını artırırken kaplamayı gerçekleştirmek için gereken enerji girdisini azaltmıştır. Bundan dolayı filament sıcaklığı düşük olmasına rağmen 83 nm/dk gibi yüksek kaplama hızı gözlemlenmiştir. Ayrıca başlatıcı türünün olmadığı çalışmalarda kaplamanın gerçekleşmediği gözlemlenmiştir. iCVD bir dizi ısıtılan filament kullanılarak gaz fazında serbest radikal başlatıcının termal olarak bozunmasını içeren bir tekniktir. iCVD tekniği konformal bir süreçtir. Bu yüzden gözenekli tekstil materyallerinde gözenekleri tıkamadan kaplama yapılabilmektedir. Kaplama hızı bazı parametrelerle (taban sıcaklığı, filament sıcaklığı, akış oranı vb.) kontrol altına alınabilir. Bu amaca yönelik yapılan çalışmalarda taban sıcaklığının ve monomer/başlatıcı oranının hekzafloro bütil akrilat (HFBA) ile kaplanan filmlerde film birikim hızına etkisi incelenmiştir. Sonuç olarak substrat sıcaklığının artmasıyla kaplama hızının azaldığı gözlemlenmiştir. Elde edilen filmlerin kaplama sonrası kimyasal yapıları FTIR ve XPS teknikleri ile incelenmiştir. Polyester kumaş yüzeyine nano ölçekte pürüzlülük kazandırmak için silikon dioksit (SiO2) nano parçacıklar sentezlenmiş ve kumaş liflerine iCVD kağlaması öncesinde yapıştırılmıştır. Kaplama öncesi ve sonrası kumaşın morfolojik yapısı SEM ile incelenmiştir. Statik temas açısı ölçümlerinde uzun florlu yan zincirlerin yüksek korunumu nedeniyle su temas açısının 4 μl' lik su damlacığı için 150˚ nin üzerinde olduğunu gözlemlenmiştir.

Abstract:
Nanotechnology, which has existed for nearly fifty years, provides great commercial potential for the textile industry. The reason for that is the ability to functionalize the textile surfaces easily using nanotechnology, which is not possible by the traditional techniques. Nanotechnology provides more durability and functionalities for textiles. In addition, nano coatings on fabrics do not affect their breathability and feel. For these reasons, polymeric thin film coatings on surfaces have recently attracted great interest.
In this study, the silicon wafer and polyester textile surfaces were coated with hexafluorobutyl acrylate (HFBA) thin film with initiated chemical vapor deposition (iCVD) technique in the presence of tert-butyl peroxide (TBPO) initiator. The use of free radical initiator species in iCVD reduces the energy input required to perform coating while increasing the deposition rate. Therefore, although the filament temperature is low, a high deposition rate of 83 nm/min has been observed. It has also been observed that no deposition was possible in the absence of the initiator species. iCVD is a technique involving thermal decomposition of the free radical initiator in the gaseous phase using an array of heated filaments. iCVD is conformal, that is, the individual textile fiber surfaces can be coated uniformly without blocking the pores. The deposition rate can be controlled by some parameters involving substrate temperature, filament temperature, flow rate, etc. In this study, the effects of substrate temperature and monomer/initiator flow ratio on the deposition rate of PHFBA were investigated. It was found that, the deposition rate is inversly proportional with the substrate temperature. The chemical structure of the as-deposited films was investigated using FTIR and XPS techniques. In order to impart artificial nano roughness on the fabric surface, silicon dioxide nano particles were synthesized and they were adhered on the fabric surface before iCVD coating. The morphological structure of the fabric surface before and after iCVD was examined by SEM. Static contact angle measurements have shown that the water contact angle is more than 150˚ for a 4 μL water drop due to the high preservation of long fluorinated side chains after iCVD.