Plazma destekli kimyasal buhar biriktirme yöntemi ile poli(hekza florobütil akrilat-co-glisidil metakrilat) nano kaplamaların sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of poly(hexafluoro butyl acrylate-co-glicidil methacrylate) nano coatings by inductively coupled plasma enhanced chemical vapor de-position method
Yazar: TUBA UÇAR
Danışman: DOÇ. DR. MUSTAFA KARAMAN
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Plazma destekli kimyasal buhar biriktirme yöntemi (PECVD) polimerik ince filmlerin değişik yüzeylerde büyütülmesi, yüksek kaliteli filmlerin son derece düşük enerji ile üretilebilmesine olanak sağlaması bakımından son yıllarda polimer kaplama tekniği olarak önem kazanmıştır. Bu çalışmada, PECVD yöntemi ile silikon tabaka ve pamuklu kumaş yüzeylerine poli (2,2,3,4,4,4-Hekzaflorobutil akri-lat-co-Glisidil metakrilat) nanokaplamaları yapılmıştır. Çalışmada polimerizasyon tepkimeleri için gerekli enerji 13.56 Mhz radyo frekanslı (RF) indüktif eşleşmeli bir plazma reaktör kullanılarak elde edilmiştir. Kaplama sırasında vakum altında tutulan PECVD reaktörüne (2,2,3,4,4,4-Hekzaflorobutil akrilat) (HFBA) monomer buharı ve Glisidil metakrilat (GMA) monomer buharı gönderilerek monomer molekülleri RF güç kaynağı kullanılarak oluşturulan plazma ile silikon tabaka ve pamuk kumaş üzerine ince film şeklinde biriktirilmiştir. PGMA epoksi işlevselliği nedeniyle çeşitli uygulamalar için arzu edilen bir malzemedir.  Düşük yüzey enerjili HFBA ile kopolimeri yapılarak mekanik dayanımı yüksek süper su itici (süperhidrofobik) yüzeyler oluşturulmuştur. Kaplanan yüzeylerin kimyasal ve morfolojik özelliklerini belirlemek için karakterizasyon çalışmaları yapılmıştır. Kaplamaların kimyasal analizi için FTIR ve XPS teknikleri kullanılıp analizler sonucunda düşük plazma güçlerinde yapılan kaplamalarda monomerlerin fonksiyonel gruplarını kaybetmediği görülmüştür. Yapılan FTIR analizleri sonucunda kopolimerin epoksi işlevselliğinin, reaktöre giren GMA monomerinin artmasıyla birlikte arttığı gözlemlenmiştir. Ku-maş üzerine yapılan kaplamaların fiziksel yapısı SEM analizi ile incelenmiştir. Yapılan analizler sonu-cunda kumaşların nefes alıp-verme özelliğini koruduğu, dokusunun ve yapısının bozulmadığı görülmüş-tür.  Kumaş yüzeylerinin su temas açıları ultrasonifikasyon testi öncesi ve sonrası ölçülmüş ve yüzeylerin süperhidrofobik özelliklerini zorlu ultrasonifikasyon testi sonrasında bile koruduğu gözlemlenmiştir. Su temas açısı sonuçlarına göre P(HFBA-co-GMA) ile kaplanan filmlerin temas açılarının 150°'den daha fazla süperhidrofobik yüzeyler olduğu görülmüştür. Polimer filmlerinin mekanik özelliklerini tespit etmek amacıyla nano indentasyon analizi yapılmıştır. Yapılan test sonucunda epoksi yüzdesi arttıkça me-kanik dayanımın arttığı gözlemlenmiştir. Kaplama kalınlıkları profilometre kullanılarak ölçülmüş, 5.7 sccm GMA akış hızı, 60° taban sıcaklığı, 5 W plazma gücü ve 200 mtorr reaktör basıncı koşullarında kaplanan P(HFBA-co-GMA) filmlerin 84 nm/dk kaplama hızı ile kaplandığı tespit edilmiştir.

Abstract:
As it provides opportunity for making polymeric thin films on different surfaces and producing high-quality films by using a low energy input, plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) has recently gained importance as a polymer coating method. In this study, polymeric nano-coatings has been deposited on silicon and cotton fabric surfaces with PECVD method. In this study, the energy which is necessary for polymerisation reactions was supplied by using an inductively coupled plasma reactor with 13.56 MHz radio frequency source. Because of its epoxy functionality poly(glycidyl methacrylate)  (PGMA) is a desired material for various applications. By making its copolymers with 2,2,3,4,4,4 hex-afluoro butyl acrylate (HFBA), which is a low surface energy monomer, super hydrophobic thin films having a high mechanical endurance have been deposited. In order to investigate the chemical and mor-phological properties of as deposited films characterization studies were carried out. Chemical structures of the coatings were studied using FTIR and XPS methods, and it was observed that monomers do not lose their functional groups at low applied plasma powers. FTIR analysis also showed that epoxy func-tionally of the copolymer films increased with increasing GMA flowrate in the reactor. Morphological structure of the cotton fabric surfaces has been analyzed with SEM. It was observed that, the fabric reatined its breathability and after coating procedure the structure of the fabric surfaces was not changed. The wettability of fabric surfaces has been analyzed before and after ultrasonication test and it has been revealed that epoxy functionality increases the mechanical endurance and surfaces maintained their super hydrophobicity even after harsh ultrasonication process. According to contact angle measurements, P(HFBA-co-GMA) coated fabric surfaces are superhydrophobic with a water contact angle greater than 150°. Nanoindentation test was also performed to measure the mechanical properties of the PECVD coatings. It was observed that the mechanical properties of the as-deposited films increased with increasing epoxy functionality. The coating thicknesses were measured using a profiler,  and a deposition rate of 84 nm/min was observed for the deposits obtained at 5.7 sccm GMA flow rate, 60° substrate temperature, 5 W plasma power and 200 mtorr pressure.