Çözelti ortamında sentezlenen silan içerikli terpolimerlerinden süper-hidrofobik yüzey sentezi
Formation of superhydrophobic surfaces from silane containing terpolymers in solution polymerization
Yazar: UĞUR DURGUT
Danışman: DOÇ. DR. UĞUR CENGİZ
Çanakkale Onsekiz Mart Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
Yüzey ıslanabilirliğinin kontrolü birçok endüstriyel uygulamada ve ilgi çekici araştırma konularının arasında önemli bir yere sahiptir. Islanabilirlik, sıvı damlasının bulunduğu bir yüzeyde, sıvı damlasının yüzeyler yapmış olduğu denge temas açısının (e) bir ölçüsüdür. Katı bir yüzeyin su ile temas açısı (CA) değeri 150° derece ve üzeri ise yüzey süperhidrofobik (süper su sevmeyen) yüzey olarak tanımlanır.  Sıvı/katı ara yüzeyinde ıslanabilirlik, yüzey pürüzlülüğü ve kimyasal heterojenliğin artışı ile değiştirilebileceği çok iyi bilinen bir gerçektir. Bir yüzeyin kendi kendini temizleme özelliği ise temas açısının 150° ve üzeri olmasının yanı sıra kayma temas (SA) açısı değerinin 10° derece ve altında olması gerekmektedir.  Bu çalışmada, vinil trietoksi silan, metil metakrilat ve butil metakrilat içeren terpolimer poly (VTS- ran –MMA– ran -BMA), toluen ortamında 80℃ sıcaklıkta ve BPO' in başlatıcı olarak kullanıldığı homojen serbest radikal polimerizasyon işlemi gerçekleştirilmiştir. Terpolimerler ağırlıkça BMA/MMA=2,5 olacak şekilde sabit tutulup, ağırlıkça %0 ile 5 arası değişen oranlarda VTS eklenmesiyle sentezlenmiştir. Üretilen terpolimerlerin yüzde verimleri %50-70 arasında gravimetrik olarak tayin edilmiştir. İstatistiksel terpolimerinin yapısal ve termal karakterizasyonların DSC, FTIR ve XRD ile yapılmıştır. Terpolimerin pürüzsüz yüzeyleri döndürerek kaplama tekniği ile cam yüzeylere kaplanmıştır. Terpolimer ince filmlerin temas açı değerleri su, diiodometan, formamid ve hekzadekan sıvıları ölçülmüştür. Yapılan temas açı sonuçlarına göre terpolimerdeki VTS oranı artmasıyla su temas açısı değerinin düştüğü ve SFE değerienin arttığı bulunmuştur. Van Oss-good denklemine göre yüzey serbest enerjisi (SFE) değeri, ağırlıkça %1 terpolimer içeren film için, 29,8 mJ/m² olarak hesaplanmıştır. Pürüzlü yüzeyler VTS1 terpolimeri içerisine metakaolen eklenmesi ile elde edilmiştir. Pürüzlü yüzeylerin yüzey morfolojisi SEM ile analiz edilmiştir. Pürüzlü yüzeylerin su temas açısı değerleri 155° ve kayma temas açısı değeri ise 7° olarak bulunmuştur.

Abstract:
The control of the surface wettability is crucial in many industrial applications and is a research topic of fundamental interest. A direct expression of the wettability of a surface is the equilibrium contact angle (e) of a liquid droplet on this surface. Solid surfaces with water drop contact angles (CA) greater than 150° are called "superhydrophobic". It was well-known that wettability of a surface can be altered by increasing surface roughness and chemical heterogeneity in terms of liquid/solid interfacial area. Self-cleaning properties of superhydrophobic surfaces are defined having their CA are higher than 150° and sliding angles (SA) less than 10° for water droplets In this study, a random terpolymer containing Vinyltrimethoxysilane, methyl methacrylate and butyl methacrylate, poly(VTS-ran–MMA–ran-BMA) can be synthesized in toluene medium at 80℃ using BPO as an initiator by homogeneous free radical copolymerization. Random terpolymer were synthesized by increasing the VTS content from 0 – 5 (% wt) at constant BMA/MMA weight ratio of 2.5. The polymerization % yields are measured by gravimetrically between 80-90 %. The structural and thermal properties monomers and terpolymers poly(VTS-MMA-BA) were analyzed using DSC, FTIR and XRD. The flat surface of the terpolymer were obtained via spin coating method on glass slides.  The contact angle of  terpolymer thin films were measured water, diiodomethane, formamide and hexadecane. The contact angle results indicated that increasing the VTS content of the terpolymer resulted in decreasing the water contact angle and increasing the SFE values of the terpolymer. The SFE values of the VTS1 terpolymer was measured as 29.8 mJ/m². The rough surface was fabricated by spray coatin technic using VTS1 terpolymer with metakaolin as a nano particles to increase surface roughness. The morphology of the resulting rough surface can be investigated by SEM images. The rough surface water equilibrium and slidin contact angle values were found as 155° and 7°, respectively.