ESTUDO DO ENVELHECIMENTO DE TECIDO 100% PET TRATADOS POR PLASMA ATMOSFÉRICO COM DESCARGA DE BARREIRA DIELÉTRICA

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1 ESTUDO DO ENVELHECIMENTO DE TECIDO 100% PET TRATADOS POR PLASMA ATMOSFÉRICO COM DESCARGA DE BARREIRA DIELÉTRICA Almeida, J. H. C. (1) ; Santos, T. F. (1); Carvalho, Y. S. M. (1); Carneiro V. Q. (3); Costa, T. H. C. (3); Souza, I. A. ( 2 ); Feitor, M. C. (1) 1 Departamento de Engenharia Têxtil - UFRN RN (michelle_hotmail.com) 2 Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica -UFRN RN 3 Escola de Ciências e Tecnologia- UFRN RN RESUMO A maioria dos materiais poliméricos sintéticos apresentam superfícies quimicamente inertes, isentas de porosidade e baixa energia de superfície. Este trabalho tem como objetivo realizar a modificação superficial de tecidos têxteis 100% PET de forma a aumentar a sua molhabilidade. O agente modificador foi o plasma em pressão atmosférica, gás atmosférico e temperatura ambiente. Os resultados foram avaliados em termos do aumento da molhabilidade e o envelhecimento do tratamento por 12 dias. Foi utilizado o teste de capilaridade para observar a adsorção do líquido, logo após o tratamento e durante os doze dias de envelhecimento. O tecido tratado adsorve a água, mas não absorve a mesma, portanto o tecido seca rapidamente. Todas as amostras apresentaram melhora da hidrofilidade, mas com o envelhecimento houve uma diminuição da molhabilidade. Palavras-chave: Plasma DBD, poliéster, envelhecimento. INTRODUÇÃO A grande maioria dos materiais poliméricos de origem sintética apresentam superfícies quimicamente inertes, não porosas e com uma energia superficial baixa, sendo assim a modificação desses materiais para uma aplicação específica vem ganhando destaque em diversas áreas de pesquisa. [1]. A modificação de polímeros por plasma consiste em uma opção sustentável e econômica, visto que não requer grandes volumes de água e produtos químicos. O uso do tratamento a plasma utilizando a descarga de barreira dielétrica (DBD) representa uma efetiva forma de modificar a superfície do poliéster, já que atua aumentando a energia superficial do material, sem gerar subprodutos potencialmente tóxicos ou nocivos ao meio ambiente [2-5]. As descargas de barreiras dielétricas são caracterizadas pela presença de uma ou mais camadas isolantes no percurso de corrente entre os eletrodos de metal para além do espaço de descarga. Embora configurações DBD possam ser 7295

2 operadas entre a freqüência da linha e freqüências de microondas a gama de funcionamento típica para a maioria das aplicações técnicas DBD situa-se entre 500 Hz e 500 khz [6]. O presente trabalho tem como objetivo provocar uma modificação superficial de tecidos têxteis 100 % PET com o intuito de melhorar a sua molhabilidade usando como agente modificador o gás atmosférico em pressão atmosférica e temperatura ambiente, fazendo um processo de otimização do tempo de exposição do material à descarga plasmática e fazendo-se um estudo do tempo de envelhecimento do tratamento aplicado ao material foco de estudo neste trabalho, tendo-se em vista uma relativa escassez de trabalhos na literatura que abordam este tema. MATERIAIS E MÉTODOS Preparação da amostra O substrato usado neste trabalho foi um tecido plano (ligação tela) 100% poliéster adquirido no comércio, com gramatura de 149,20 g/m 2 e espessura de 0,45 mm. O tecido de poliéster foi lavado com detergente não iônico na proporção de 1g/l para retirar as impurezas na superfície, bem como o óleo proveniente do processo de fiação. As amostras de tecido foram cortadas em retângulos nas dimensões de 2 cm x 10 cm, e em seguida foram pesadas em uma balança analítica, e então submetidas a modificação por plasma. Modificação superficial das amostras por plasma Todas as amostras foram tratadas em um equipamento utilizando a descarga em barreira dielétrica (DBD) desenvolvido no laboratório de processamento de materiais por plasma da UFRN. O reator de DBD presente na figura 1, consiste em um retângulo de acrílico fechado por dois flanges de PTFE, nos quais estão alojados um eletrodo anodicamente polarizado (eletrodo superior) e outro catodicamente polarizado (eletrodo inferior). Sobre o cátodo foi montado um retângulo de vidro de 2 mm de espessura que atua como o dielétrico. Nesta configuração, o campo elétrico gerado pela diferença de potencial aplicado entre dois eletrodos é homogêneo. 7296

3 Figura 1 - Equipamento de plasma DBD O plasma foi gerado usando uma fonte de alta voltagem DC pulsada, com largura de pulso da ordem de 200 µs. A fonte utilizada permite variar a voltagem aplicada de 0 a 25 kv e frequência de 200 Hz a 1,0 khz. Dependendo da distância e voltagem entre os eletrodos, bem como da frequência utilizada, é possível gerar o plasma no interior do reator. Neste trabalho utilizou-se uma frequência de alta tensão de 0, 0 e 900 Hz, voltagem na faixa de, e 90 %. O tempo de exposição do PET a DBD foi de 5 e 10 minutos. A Tabela 1 explicita as condições de análises estudadas, selecionados através de testes preliminares. Tabela 1- resumo dos parâmetros analisados Número de amostras por Tempo de exposição (min) Frequência (Hz) Potência (%) parâmetro

4 Após o tratamento de cada amostra sob condições supracitadas, uma amostra de cada grupo citado na Tabela 1, foram submetidas ao teste de capilaridade, e para as amostras com 5 e 10 minutos de tratamento foram feitos o estudo de envelhecimento, onde as amostras foram testadas através do teste de capilaridade no 5º e o 12º dia após o tratamento com DBD. Teste da molhabilidade Para a análise da molhabilidade montou-se um aparato (figura 2) que consiste em um pedestal com uma garra que serviu para prender uma das pontas do tecido deixando-o suspenso. A outra ponta foi imersa em uma solução de corante reativo (1g/L), o qual se encontrava dentro de um Becker de 100 ml. Em seguida, uma câmera de alta resolução posicionada em frente à amostra gravou a subida do liquido pela amostra até atingir uma altura de 5 cm. Essas imagens foram posteriormente analisadas, onde se observou o tempo que o líquido levou para subir cada centímetro da amostra. Figura 2 - Aparato experimental para realizar capilaridade em tecido (1. Tecido de malha; 2. Solução corante e 3. Macaco de laboratório). RESULTADOS E DISCUSSÃO Todas as amostras obtiveram melhora na molhabilidade após o tratamento a plasma, porém no décimo segundo dia de envelhecimento é possível observar a perda na absorção de líquido pelas amostras. Ao analisar os gráficos (figura 2, Figura 3 e Figura 4) para as frequências de 0Hz, 0 Hz e 900 Hz pode-se observar que a maior distância atingida é de 5 cm para todas as condições de tratamento, portanto o tempo de exposição e a frequência nada influenciaram na distância percorrida pelo líquido. Entretanto, 7298

5 a velocidade com que o líquido atinge as diferentes distâncias é notavelmente influenciada pela voltagem e tempo de tratamento. Para o primeiro dia de tratamento (figura 2) pode-se verificar, através dos gráficos que as amostras tratadas com % de voltagem atingiram as diferentes distâncias em um tempo menor, dessa forma o aumento da voltagem pouco influencia na rápida absorção, porém o tempo de exposição das amostras ao plasma em conjunto com a frequência faz a diferença, fato este que pode ser verificado no gráfico 2, onde a amostra tratada por 5 minutos com frequência de 0 Hz mostrou ser mais rápida na absorção que as demais. Esse resultado é atrativo, pois quanto menor tempo de exposição, menor será o custo final do produto. Figura 3 - Resultados de arraste de líquido para o 1º dia após o tratamento (a) tratada com 0 Hz; (b) Tratada com 0 Hz; (c) Tratada com 900 Hz. Para o quinto dia de tratamento pode-se observar que as amostras ainda absorvem água, porém atingem as diferentes distâncias em tempos mais longos. O melhor resultado ainda contínua para a amostra tratada a 0 Hz por 5 minutos e % de voltagem que ainda atinge 5 cm de altura. A amostra 7299

6 tratada a 900 Hz por 10 minutos e % atingiu uma altura de 3 cm e a amostra tratada a 0 Hz por 10 minutos e % da voltagem atingiu uma altura máxima de 4 cm. Figura 4 - Resultados de arraste de líquido para o 5º dia após o tratamento (a) tratada com 0 Hz; (b) Tratada com 0 Hz; (c) Tratada com 900 Hz. Para as amostras tratadas com frequência de 0 e 900Hz não se verificou absorção de líquido, apenas as amostras tratadas a 0 Hz por 10 minutos com uma voltagem de e % foi possível identificar absorção da solução corante pela amostra, entretanto a absorção é muito pouco e lenta, portanto após 12 dias de envelhecimento as amostras já não são mais eficazes. 7300

7 Figura 5 - Resultados de arraste de líquido para o 12º dia após o tratamento Tratada com 0 Hz. CONCLUSÃO A modificação superficial de tecidos 100% poliéster por plasma atmosférico se mostrou eficaz, tanto para o primeiro dia de tratamento quanto para o quinto dia após o envelhecimento. A amostra que teve melhor desempenho foi a amostra tratada a 0Hz por 5 minutos e % da voltagem, pois esta absorve rapidamente água até 5 cm de altura no primeiro dia de tratamento e após os cinco dias de envelhecimento essa amostra ainda absorve água, mas em um tempo menor. REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA 1. Leroux, F. et al. Atmospheric air plasma treatment of polyester textile materials. Textile structure influence on surface oxidation and silicon resin adhesion. Surface & Coating Technology, V. 203, p , Bessada, R. et al. Functionalization of PET and PA 6.6 woven fabrics. Applied surface science, V. 257, p , Wang, C. X. Influence of atmospheric pressure plasma treatment time on penetration depth of surface modification into fabric. Applied Surface Science, V. 254, p , Morent, R. Non-thermal plasma treatment of textiles. Surface & Coating Technology, V. 202, p , Geyter, N., Morent, R., Leys, C. Surface modification of a polyester nonwoven with a dielectric barrier discharge in air at medium pressure. Surface & Coating Technology, V. 201, p , Konelschatz, U., Eliasson, B., Egli, W. Dielectric-Barrier Discharges. Principle and Applications. J. Phys IV, V. 7, p ,

8 AGING STUDY OF 100% PET TREATED WITH DIELECTRIC BARRIER DISCHARGE ATMOSPHERIC PRESSURE PLASMA ABSTRACT Most synthetic polymeric materials have inert chemically surfaces, free from porosity and low surface energy. This study aims to perform the surface modification of textile fabrics 100% PET to increase its wettability. The modifying agent was an atmospheric pressure plasma, ambient temperature and atmospheric gas. The results were evaluated in terms of increasing wettability and the treatment aging for 12 days. The wicking test was used to observe the adsorption of the liquid, immediately after treatment and during the twelve days of aging. The treated fabric adsorbs the water, but does not absorb it, therefore the fabric dries quickly. All samples showed improved hydrophilicity, but with aging there was a decrease in wettability. Key-words: DBD atmospheric plasma, polyester and aging. 7302