Aplicação da descarga por barreira dielétrica (DBD) em diferentes frequências no tratamento de polipropileno

Abstract

In this work, air dielectric barrier discharge (DBD) operating at two different frequencies (60 Hz and 17 kHz) was used to improve surface properties of polypropylene (PP). The changes in surface hydrophilicity were investigated by contact angle measurements. The modifications in chemical composition of PP surface were studied by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and Fourier-transformed infrared spectroscopy (FTIR). The PP roughness were analyzed before and after the DBD treatment using atomic force microscopy (AFM). In order to compare the results obtained at different frequencies, the analyses are presented as a function of the deposited energy density. The results show that both DBD treatments led to formation of low-molecular weight oxidized material (LMWOM). It tends to agglomerate into small mounts on the surface, as shown by AFM analyses. These structures are weakly bounded to the surface and can be easily removed by rinsing in polar solvents. After washing the DBD-treated samples, the PP partially recovers its original wetting characteristics. This suggests that oxidation also occurred at deeper and more permanent levels on the PP samples. Comparing both DBD treatments, the 17 kHz process was found to be more efficient in introducing oxygen groups to the PP surface

Neste trabalho, foi utilizada a descarga por barreira dielétrica (DBD) gerada em ar e em duas frequências diferentes (60 Hz e 17 kHz) para modificar as propriedades de polipropileno (PP). As alterações na molhabilidade da superfície do polímero foram investigadas utilizando medidas de ângulo de contato. As mudanças na estrutura química causadas pelo tratamento foram estudadas com espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios-X (XPS) e espectroscopia em infravermelho por transformada de Fourier (FTIR). A rugosidade do PP foi analisada antes e após os tratamentos utilizando microscopia de força atômica (AFM). Para que os resultados em diferentes frequências possam ser comparados, as análises são apresentadas em função da densidade de energia depositada. Os resultados mostraram que ambos os tratamentos com DBD levam à formação de materiais oxidados de baixo peso molecular (LMWOM). Estes tendem a aglomerar sobre a superfície formando pequenas estruturas nodulares, como mostra a análise com AFM, e são fracamente ligados à superfície podendo ser removidos do material quando a amostra é lavada em líquidos polares após o tratamento. Após a lavagem das amostras, o PP tende a recuperar suas propriedades iniciais, mas não as recupera totalmente. Isso sugere que a oxidação causada pelo plasma também ocorre em camadas mais profundas do material. Comparando as duas frequências utilizadas, o tratamento em alta frequência (17 kHz) se mostrou mais eficiente em introduzir grupos à superfície do PP