Synthesis and characterization of novel polyimide for hydrophobic coating


Thesis Type: Postgraduate

Institution Of The Thesis: Marmara University, Faculty of Engineering, Metallurgical and Material Engineering, Turkey

Approval Date: 2017

Thesis Language: English

Student: EMRE AKIN

Co-Consultant: MUSTAFA ÇAKIR, RECEP ARTIR

Abstract:

HİDROFOB KAPLAMA AMAÇLI YENİ POLİİMİDLERİN SENTEZİ VE KARAKTERİZASYONU Günümüzde yüksek sıcaklık kararlılığına sahip, hidrofob, aşınma dirençli ve düşük yalıtkanlık sabitine sahip özellikteki kaplamalar mikroelektronik sistemlerinde, endüstride taşıyıcı bantlar gibi geniş uygulama alanlarında ön plana çıkmaktadır. Yüksek sıcaklık kararlılığı için aromatik poliimidler harika adaylardır. Ancak endüstride yaygın olarak kullanılan aromatik polimidlerde su ve yağ iticiliği, kısmen yüksek yalıtkanlık sabiti, aşınma direnci ve düşük saydamlık konularında bazı eksiklikler gözlemlenmektedir. Bu durumun üstesinden gelmek için flor katkılı poliimidler mikroelektronik ve fotoelektronik endüstrisindeki görüntü ekranlarındaki filmler, devre kartları, fotodirenç ve yalıtkanlık film, yüksek sıcaklığa dayanıklı ve yapışkanlık göstermeyen matrisler gibi uygulamalarda ön plana çıkmaktadır. Aynı zamanda termal kararlılığı çok daha fazla geliştirmek için yeni poliimidlerin sentezinde naftalen grubu kullanılmaktadır fakat florlanmış poliimidlere kıyasen hidrofobluk ciddi seviyede düşmektedir. Bu çalışmada sentezlenen poliimidler hidrofob, iyi aşınma direnci ve harika termal kararlılık sağlamaktadır. Aynı zamanda bu poliimidler dekoratif bir görünüm, parlaklık seviyesi yüksek, saydam bir görünüm ve alt katman ile çok iyi adhezyon özellikleri göstermektedirler. Bu poliimidler aluminyum üzerine termal imidizasyon yöntemi ile kaplanmıştır. Kaplanan numuneler üzerinde çapraz kesme deneyi, parlaklık testi, kalem sertlik, taber aşınma testleri ve statik temas açısı ölçümleri yapılmıştır. Termal özellikler ise DSC ve TGA ile analiz edilmiştir. Kaplamaların yüzey morfolojileri SEM ile görüntülenmiş ve numuneler FT-IR ile onaylanmıştır. Sonuç olarak, bu çalışmada polimer zincirlerinin yüzde biri uzun florokarbon monomerleri sonlanmış, naftalen grupları ile kopolimerize edilmiş, hidrofob ve yüksek termal kararlılığa sahip poliimid kaplamaların elde edilmesi sağlanmıştır. Bu yeni poliimid kaplamaların özellikleri ile zincir sonlarına uzun florokarbon monomerleri bağlanmayan poliimid kaplamaların özellikleri karşılaştırılmıştır. ABSTRACT SYNTHESIS AND CHARACTERIZATION OF NOVEL POLYIMIDE FOR HYDROPHOBIC COATING Nowadays coatings having high temperature stability, hydrophobicity, abrasion resistance and low dielectric constant come into prominence for applications in microelectronics and carrier systems such as wafers, conveyor belts. For high temperature stability, aromatic polyimides are excellent candidates. However, there are some constraints about aromatic polyimides widely used in industry, such as water and oil repellency, relatively high dielectric constants, abrasion resistance and low transparency. For that reason, fluorinated aromatic polyimides have come into prominence for applications in the microelectronic and photoelectronic industries as circuit boards, matrices having high temperature stability and low stickness. Also, naphthalene groups are used in synthesising of novel polyimides for obtaining more improved thermal stability but hydrophobicity significantly decrease when compare to fluorinated polyimides. Those novel polyimides synthesised provide coating surfaces on aluminum with hydrophobic property, high abrasion resistance and excellent thermal stability. At the same time they exhibit decorative visual, transparency and very good adhesion properties. Coating results were characterized by cross cut, gloss 60o, pencil hardness, taber abrasion tests and contact angle measurements. Thermal properties were analyzed by DSC and TGA. Surface morphologies of coatings were characterized by SEM and these samples were confirmed by FT-IR. In conclusion, in this study it was achieved that synthesis of polyimide coatings terminated with long fluorocarbon monomers (1 % of all chains) and copolymerized with naphthalene groups for obtaining hydrophobic property and excellent thermal stability. Finally, these novel polyimides coatings were compared with those without long fluorocarbons monomers.