Fabrication of micropores on polydimethylsiloxane surface via steam annealing process

Abstract

Su itici özelliğe sahip süperhidrofobik yüzeylerin geliştirilmesi, korozyona karşı koruma, kirlenmeyi azaltma ve kendi kendini temizleme özellikleri nedeniyle inşaat, otomotiv, havacılık ve gıda işleme gibi sektörler için oldukça önemli bir alandır. Bu amaçla, biyo uyumlu, hızlı ve kolay imal edilebilen, basit bir metodoloji ile üretilebilen polidimetilsiloksan (PDMS) yüzeylere süperhidrofobik özellik kazandırmak için alternatif bir yöntemin geliştirilmesi hedeflenmiştir. Bu çalışmada, üç farklı karışım oranları ile hazırlanan PDMS yüzeylere, yüksek basınçta sıcak su buharı uygulanarak mikro gözenekli yapılar oluşturulmuştur. Yüzeyler, sprey kaplama yöntemi ile hidrofobik özelliğe sahip silica nanopartiküller ile kaplanmıştır. Ayrıca silica nanopartikül kaplı mikro gözenekli PDMS süperhidrofobik yüzeylerin özellikleri ve nanopartiküllerin dayanımları incelenmiştir. Yüzeyler, taramalı elektron mikroskobu (SEM), X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS), Fourier dönüşümü kızılötesi spektroskopisi (FTIR) ve temas açısı ölçümü ile karakterize edilmiştir. SEM görüntüleri üzerinde yapılan morfolojik analiz sonuçları, farklı karışım oranları ile hazırlanan PDMS yüzeylerin, yüzeyler üzerinde oluşan gözenek boyutunu ve hidrofobik özelliklerini değiştirdiğini göstermektedir. Çalışmada 5:1, 10:1 ve 20:1 (w/w) prepolimer ve kürleme ajanı karışım oranları ile çalışılmıştır. En fazla mikro-gözenek yüzey alanı, 20:1 (w/w) oranıyla hazırlanan PDMS yüzey üzerinde oluşturulmuştur. 5:1, 10:1 ve 20:1 (w/w) karışım oranlarında hazırlanan mikro gözenekli yüzeylerin su temas açıları sırasıyla 125°, 134° ve 148°' dir ve silica nanopartiküller ile kaplı yüzeylerin su temas açıları ise sırasıyla 158°, 172° ve 176° olarak ölçülmüştür. Süperhidrofobik yüzey dayanımını incelemek için su sprey darbe testi uygulanmıştır ve en iyi dayanımı 20:1 (w/w) karışım oranına sahip PDMS yüzey göstermiştir.The development of superhydrophobic surfaces (SHS) with water-repellent properties is a very important area for industries such as construction, automotive, aerospace, and food processing due to their corrosion protection, pollution reduction, and self-cleaning properties. For this purpose, it is aimed to develop an alternative method to impart superhydrophobic properties to polydimethylsiloxane (PDMS) surfaces that can be produced with a simple methodology, biocompatible, fast, and easy to manufacture. In this study, microporous structures have been created by applying hot water steam at high pressure to PDMS surfaces prepared with three different mixing ratios. The surfaces have been coated with silica nanoparticles with hydrophobic properties by the spray coating method. In addition, the properties of silica nanoparticle-coated microporous PDMS superhydrophobic surfaces and the durability of nanoparticles have been investigated. The surfaces have been characterized by scanning electron microscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, Fourier transform infrared spectroscopy and contact angle measurement. Morphological analysis results on SEM images show that PDMS surfaces prepared with different mixing ratios change the pore size and hydrophobic properties formed on the surfaces. In the study, 5:1, 10:1 and 20:1 (w/w) prepolymer and curing agent mixture ratios were studied. The maximum microporous surface area was formed on the PDMS surface prepared with a ratio of 20:1 (w/w). The water contact angles of the microporous surfaces prepared at mixing ratios of 5:1, 10:1 and 20:1 (w/w) are 125°, 134° and 148°, respectively. The water contact angles of the surfaces covered with silica nanoparticles have as 158°, 172° and 176°, respectively. To examine the SHS strength, water spray impact test was applied and PDMS surface with 20:1 (w/w) ratio showed the best durability.