Plasma surface modification and characterization of pmma films
Polimetilmetakrilatın plazma ile yüzey modifikasyonu ve karakterizasyonu
- Tez No: 305660
- Danışmanlar: PROF. DR. NESRİN HASIRCI, PROF. DR. VASIF HASIRCI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Polimer Bilim ve Teknolojisi, Polymer Science and Technology
- Anahtar Kelimeler: PMMA, yüzey modifikasyonu, oksijen plazma, azot plazma, argon plazma, SFE, XPS, AFM, ESR, PMMA, surface modification, oxygen plasma, nitrogen plasma, argon plasma, contact angle, SFE, XPS, AFM, ESR
- Yıl: 2011
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Polimer Bilim ve Teknolojisi Bölümü
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 131
Özet
Yüzey bir maddenin çevre ile ilk olarak temas eden parçası olduğu için yüzeyin özellikleri kaplama, baskılama, yapışma, protez yerleştirme gibi birçok uygulamada malzemenin davranışının belirlenmesinde önemli rol oynar. Bazı malzemelerin kütle özellikleri istenilen düzeyde olmasına rağmen, çevre ile daha iyi uyum sağlaması için yüzeylerinin değiştirilmesi gerekebilir. Plasma işlemi, uygulanan plazma parametrelerini değiştirerek aynı örnek yüzeyinde çok farklı fonksiyonel gruplar oluşturmada yüksek olasılığa sahip olduğu için genellikle tercih edilen bir tekniktir. Plasma ile yaratılan özel kimyasal fonksiyonel gruplar kullanılarak bazı moleküller bu yüzeylere başarılı bir biçimde bağlanabilir. Fonksiyonel grubun türü istenilen amaca uygun olarak değişik moleküllerin yüzeye kovalent bağlanması açısından önemlidir. Bu çalışma, polimetilmetakrilat (PMMA) filmlerin yüzey fonksiyonelliğinin plazma parametrelerinin değişimi ile optimize edilmesi konusunda önemli yollar önermektedir. Bu amaç için çözücüden kalıplama yöntemiyle hazırlanmış olan PMMA filmlerin yüzeyleri, radio freakanslı (RF) jeneratörü kullanarak oksijen, azot, ve argon gazları ve plazma ile farklı güçlerde (10W, 50W, 100W) ve değişik zaman periyodlarında (5 dak, 15 dak, 30 dak) plazma uygulaması ile modifiye edilmiştir. Plazma parametrelerinin (gaz türü, plazma uygulama zamanı ve gücü) hidrofilikliğe, yüzey serbest enerjisine, yüzey kimyasına ve yüzey topografyasına olan etkileri incelenmiştir. Ayrıca oksijen plazma uygulaması ile yüzeyde yaratılan serbest radikaller ve yeni oluşturulan serbest radikallerin atmosfer ortamında zamanla sönümlenmesi Elektron Spin Rezonans spektrometresi (ESR) ile analiz edilmiştir. Genelde, plazma uygulaması PMMA filmlerin temas açısını azaltmıştır ve en hidrofilik yüzey ~10° su temas açısı ile süperhidrofilik özellik gösteren, 100W 30 dakika argon plazma uygulaması yapılan örnek için elde edilmiştir. Yüzey serbest enerjisi, Geometrik ortalama, Harmonik ortalama, Asit-Baz yaklaşımlarına göre hesaplanmış ve oksijen, azot, argon plazma uygulamaları bütün örneklerde yüzeyde yeni fonksiyonel grupların eklenmesi ve polar bileşenini arttırması ile, yüzey serbest enerjisinin değerini arttırmıştır. X Işını Fotoelektron Spektroskopisi (XPS) analiz sonuçları, oksijen plazma uygulaması sonrasında serbest karbonil ve karbonat gruplarının, argon plazma uygulaması sonrasında karboksilik asit ve serbest karbonil gruplarının, azot plazma uygulaması sonrasında imin, birincil amin, amid, nitrozo gruplarının oluştuğunu göstermiştir. Atomik Kuvvet Mikroskopisi (AFM) analizi yüzey pürüzlülüğünün, 100W 30 dakika oksijen plazma uygulaması ile ~2 nm den ~75 nm' ye dikkat çekecek derecede arttığını göstermiştir. Elektron Spin Rezonans Spektroskopisi (ESR) analizi oksijen plazma uygulanmış PMMA yüzeyi üzerinde peroksi radikalleri varlığını tesbit etmiştir ve bu radikallerin yoğunluğu plazma uygulama gücü arttırıldıkça artmıştır. Yeni oluşturulan serbest radikallerin sönümlenmesi çalışması, PMMA yüzeyi üzerinde atmosfer ortamında 1 ay sonra hala peroksi radikalleri olduğunu göstermiştir. Bu fonksiyonellik, özel amaçlar için yüzeye farklı moleküllerin bağlanabilmesi için gerekli işlemler için zaman tanınması açısından önemlidir. Sonuç olarak, RF plazma, malzemelerin yüzey özelliklerini istenilen amaca uygun ürün çeşitliliği verecek şekilde değiştiren etkili bir araçtır.
Özet (Çeviri)
Surface properties play an essential role for determining the behavior of a material for many applications such as coating, printing, adhesion and prosthesis implanting since the surface is the first part that comes in contact with the environment. Although the bulk properties of some materials are at the desired level, the surface may need to be modified for a better compatibility with its surrounding. Plasma treatment is one generally preferred technique because of its high potential to create various functional groups on the surface of the sample by changing the applied plasma parameters. Some molecules can be successfully immobilized onto these surfaces using these specific chemical functional groups created by plasma. The type of the functional group is important for intended purpose of covalent binding of different molecules on the surface of a material. Present study offers important routes for optimization of the surface functionality of (PMMA) films by changing the plasma parameters. For this purpose, solvent casted polymethylmetacrylate PMMA films were modified by, nitrogen, argon and oxygen plasma by using a radiofrequency (RF) generator; and with various powers (10W, 50W, 100W) for different periods (5min, 15min and 30min). The effects of these plasma parameters (gas type, applied power, plasma time) on hydrophilicity, surface free energy, surface chemistry, and surface topography were investigated. Also, the types of surface free radicals created with oxygen plasma treatment were analysed and the decay of these radicals were examined by Electron Spin Resonance Spectroscopy (ESR). In general, plasma treatment reduced the contact angle of PMMA films where the most hydrophilic surface was obtained for 100W 30 min argon plasma treated sample showing superhydrophilic character with the water contact angle value of ~10°. Surface free energy measurements were carried out according to Geometric Mean, Harmonic Mean, Acid-Base approach and it was found that oxygen, nitrogen and argon plasma treatments increased the surface free energy for all samples by increasing the polar components and introducing functional groups on the surface. X-Ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) analysis results revealed that free carbonyl and carbonate groups were formed by oxygen plasma treatment, whereas carboxylic acid and free carbonyl groups were formed after argon plasma treatment, and imine, primary amine, amide and nitrozo groups were formed by nitrogen plasma. Atomic Force Microscopy (AFM) analysis revealed that the roughness of the surface increased considerably from ~2 nm to ~75 nm for the 100W 30 min oxygen plasma treated samples. ESR analysis indicated the presence of peroxy radicals on the surface of the oxygen plasma treated PMMA and the intensity of these radicals increased with increasing plasma power. Decay study of the newly created radicals demonstrated that after 1 month under the atmospheric conditions there were still peroxy radicals on the surface of PMMA. This functionality is important in leading time for further process for binding of different molecules to the surface of the materials for specific purposes. As a result, RF plasma was found to be an effective tool for modification of surface properties of materials with product diversity for intended purposes.
Benzer Tezler
- Polimerlerin RF deşarj yöntemiyle oluşturulan plazmalarla işlenmesi
RF plasma treatment of polymer surfaces
ZAHİDE TOSUN
- Al-butoksit'in sol-jel yöntemi ile modifikasyonu ve oluşan ürünün kaplamada kullanılması
Modification of Al-butoxide by the sol-gel process and using the product as coating material
GAMZE GÜL AVCI
- Poliüretan hidrojellerin plazmayla yüzey modifikasyonu ve protein adsorpsiyonu
Plasma surface modification and protein adsorption of polyurethane hydrogels
CANSU ÇITAK
Yüksek Lisans
Türkçe
2011
Biyokimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. F.SENİHA GÜNER
- Plazma tekniği ile membran yüzeyinin modifikasyonu ve membran biyoreaktörlerde uygulanması
Membrane surface modification by using plasma techniques and application to membrane bioreactors
GÜLER TÜRKOĞLU DEMİRKOL
Doktora
Türkçe
2014
Çevre Mühendisliğiİstanbul ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NEŞE TÜFEKCİ
- Poliüretan filmlerin yüzey modifikasyonu ve biyouyumluluk çalışmaları
Surface modification of polyurethane films and biocompatibility studies
TUĞBA AKKAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2011
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. F. SENİHA GÜNER