Estudo de polímeros comerciais tratados a plasma em pressão atmosférica

Abstract

Materiais poliméricos têm sido amplamente utilizados em várias áreas tecnológicas e biomédicas, devido às suas excelentes propriedades mecânicas, térmicas e elétricas. No entanto, estes materiais têm baixa energia de superfície e, portanto, não aderem facilmente a outros materiais. Por isso, para muitas aplicações é necessário modificar a superfície do polímero, a fim de aumentar a sua energia de superfície. Tratamentos a plasma à pressão atmosférica têm sido muito utilizados para modificar as propriedades superficiais de polímeros comerciais, devido aos baixos custos do processo. Este trabalho apresenta os resultados do tratamento de tereftalato de polietileno (PET), poliuretano (PU) e de politetrafluoretileno (PTFE) em plasma de descargas com barreira dielétrica (DBD) em ar, nitrogênio e argônio, à pressão atmosférica. As superfícies tratadas foram caracterizadas por medidas de ângulo de contato, espectroscopia de fotoelétrons de raios-X (XPS) e microscopia de força atômica (AFM). A superfície polimérica, modificada nas DBD a pressão atmosférica, mostraram uma redução significativa no ângulo de contato da água, embora uma recuperação parcial da molhabilidade ocorresse nos primeiros dias após o tratamento. Todavia, a recuperação foi insuficiente para que as amostras tratadas recuperassem a sua molhabilidade original. Análises de XPS mostraram um aumento na concentração de oxigênio na superfície, devido à formação de grupos polares, tais como C-O e OC= O. Um pequeno aumento na concentração de nitrogênio também foi observada. Imagens de AFM mostraram um aumento da rugosidade de polímeros tratados, decorrentes da interação física entre as espécies geradas na descarga e a superfície do polímero. A superfície ativada e a elevada tensão superficial dos polímeros tratados devem levar a um aumento da aderência do polímero.

Polymeric materials have been widely used in various biomedical and technological applications, due to their excellent mechanical, thermal and electric properties. However, these materials have low surface energy, and thus not easily adhere to other materials. Therefore, for many applications it is necessary to modify the polymer surface in order to increase its surface energy. Plasma treatments at atmospheric pressure have been frequently used to modify the surface properties of commercial polymers, due to their low process costs. This work reports the results of polyethylene terephthalate (PET), polyurethane (PU) and polytetrafluoroethylene (PTFE) treatments in plasma by dielectric barrier discharges (DBDs) in air, nitrogen and argon at atmospheric pressure. The plasma-modified surfaces were characterized by contact angle measurements, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and atomic force microscopy (AFM). The polymer surface, modified by DBD at atmospheric pressure, showed a significant decrease in water contact angle although a partial recovery of the surface wettability occurred during the first few days after the treatment. However, the process of hydrophobic recovery was insufficient for complete recovering of the samples original wettability. XPS analysis showed an increase of the oxygen concentration on the surface, due to the formation of polar groups, such as C-O and OC= O. A small increase in the concentration of nitrogen was also observed. AFM images exhibit an increased roughness of the treated polymers because of the physical interaction between the species generated in the discharge and the polymer surface. The activated surface and high surface tension of treated polymers should promote an enhancement of the polymer adhesion to paints and coatings.