MODIFICAÇÃO SUPERFICIAL DE POLIPROPILENO TRATADO COM RADIAÇÃO ULTRAVIOLETA

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1 MODIFICAÇÃO SUPERFICIAL DE POLIPROPILENO TRATADO COM RADIAÇÃO ULTRAVIOLETA Cesar H. Wanke 1*, Claudia Dal Ri 2, Ricardo Vinicius Bof de Oliveira 3 1 * PPGCIMAT - Universidade Federal do Rio Grande do Sul - UFRGS, Porto Alegre-RS cesar.wanke@ufrgs.br 2 Universidade Federal do Rio Grande do Sul UFRGS, Porto Alegre-RS - claudia_dalri@yahoo.com.br 3 Instituto de Química - UFRGS, Porto Alegre-RS- ricardo.oliveira@iq.ufrgs.br Resumo- O uso de materiais poliméricos em componentes mecânicos, embalagens plásticas e de alimentos, biomateriais e lentes tem crescido muito nos últimos anos devido ao fato de os polímeros serem de fácil processamento e apresentarem baixo custo de produção. Em muitas dessas aplicações é necessário modificar as propriedades físicas e químicas da superfície. Isso pode ser conseguido utilizando tratamentos por plasma, implantação iônica e radiação ultravioleta (em vácuo ou em atmosfera controlada). A hidrofobicidade é uma dessas propriedades de grande interesse atualmente devido a sua aplicação em superfície auto-limpantes e em sistemas microeletrônicos. Neste trabalho são apresentados resultados iniciais que fazem parte de um estudo em andamento sobre superfícies hidrofílicas e hidrofóbicas obtidas tratando o polipropileno com radiação ultravioleta. Palavras-chave: Polipropileno, ultravioleta, ângulo de contato, XPS. POLYPROPYLENE SURFACE MODIFICATION BY ULTRAVIOLET RADIATION TREATMENT Abstract- The use of polymeric materials in mechanical components, plastics and food packaging, biomaterials and lenses has been growing much in recent years due to the fact that polymers are easy to process and have manufacturing low cost. In many of these applications is to modify the chemical and physical properties of the surface. This can be achieved by using plasma treatment, ion implantation and ultraviolet radiation (in vacuum or in controlled atmosphere). The hydrophobicity is one of these properties being of great interest today due to its application in surface self-cleaning and microelectronics systems. This work presents initial results that are part of an new study on hydrophilic and hydrophobic surfaces obtained through treatment of polypropylene with ultraviolet radiation. Keywords: Polypropylene, ultraviolet, contact angle, XPS. Introdução O uso de materiais poliméricos em componentes mecânicos 1, embalagens plásticas e de alimentos 2, biomateriais 3 e lentes 4 tem crescido muito nos últimos anos pelo fato de os polímeros serem de fácil processamento e apresentarem baixo custo de produção. Entretanto, em muitas dessas aplicações, as propriedades superficiais do polímero são fatores importantes que determinam seu desempenho e que permitem sua aplicação. Entre estas propriedades tem-se: hidrofobicidade 5, propriedade de barreira e dureza 6. Tais propriedades podem ser melhoradas por tratamentos superficiais como plasma 7, implantação iônica 8 e ultravioleta 9. A hidrofobicidade é caracterizada pelo ângulo de contato e considera-se a superfície como hidrofílica se o ângulo de contato for menor que 120º e hidrofóbica se for maior que Superfícies superhidrofóbicas são altamente desejáveis para várias aplicações, tais como superfícies auto-limpantes e sistemas microeletromecâncios 10.

2 Os resultados apresentados aqui fazem parte do estudo sobre hidrofobicidade/hidrofilicidade de polipropileno submetidos ao tratamento por radiação UV utilizando lâmpada de vapor de mercúrio. Experimental Tratamento com Ultravioleta A amostra de polipropileno foi tratada por radiação ultravioleta utilizando lâmpada de vapor de Hg (250 W, λ = nm com pico em 165 nm) por uma hora em fluxo (aprox. 5 cm³/s) controlado de O 2. A amostra foi obtida por injeção e tem tamanho aproximado de 10x10x3 mm. Ângulo de contato O ângulo de contato foi medido utilizado o método estático. Uma imagem (fotografia) da gota é obtida utilizando uma câmara CCD. A imagem é, então, exportada para o software Surftens 3.0 que calcula o valor do ângulo de contato. Os valores foram obtidos pela média das medidas feitas em seis lugares diferentes. Microscopia eletrônica de varredura As micrografias foram obtidas no modo SEI (imagem por elétrons secundários) utilizando o Microscópio JEOL modelo JSM O potencial de aceleração do feixe foi mantido constante no valor de 10 kv. Espectroscopia de fotoelétrons de raios X (XPS) Esta técnica foi utilizada para determinar as mudanças químicas na superfície no que diz respeito aos grupos funcionais que possivelmente foram obtidos pelo tratamento. O equipamento utilizado foi o OMICRON com fonte Al-Kα sem monocromador. Resultados e Discussões A Figura 1 mostra a micrografia da amostra não tratada e da tratada. Pode-se observar que após o tratamento com UV a amostra passou a ter uma superfície mais lisa. Isso mostra que houve uma mudança na rugosidade, o que indica uma mudança no ângulo de contato, como pode ser observado na Figura 2.

3 Figura 1- Micrografia das amostras de PP não tratada (esquerda) e tratada (direita) obtidas por microscopia eletrônica de varredura. A Figura 2 mostra a forma da gota da amostra não tratada e da amostra tratada. Antes do tratamento, o ângulo de contato é de 96,1 e após o tratamento, 100,2. O fato da diferença ser muito pequena pode ser devido a condição do tratamento. Outros trabalhos mostram que superfícies hidrofílicas e hidrofóbicas podem ser conseguidas variando-se as condições de tratamento por UV como tempo, tipo de lâmpada e atmosfera (gás ou vácuo) 9, Figura 2- Gota de água destilada sobre a superfície da amostra não tratada (esquerda) e tratada (direita). Embora a mudança no valor do ângulo de contato não tenha sido significativo, foi possível promover uma mudança química na superfície do polipropileno submetido ao tratamento por UV. Como pode ser observado na Figura 3, o pico referente ao C1s tornou-se menos intenso e o pico referente ao O1s mais intenso. Isso indica a formação de grupos funcionais contendo oxigênio e pode ser devido a dois fatores:

4 (1) Quebra das ligações na cadeia do PP permitindo que o oxigênio se ligue com o carbono e hidrogênio, ou (2) A radiação ultravioleta na faixa de comprimento de onda da lâmpada utilizada produz fotooxidação da superfície do polímero C1s amostra não tratada Intensidade (u. a.) O1s Energia de Ligação (ev) C1s O1s amostra tratada Intensidade (u. a.) Energia de Ligação (ev) Figura 3- Espectro XPS de amostras de polipropileno não tratado (superior) e tratado (inferior). Conclusão Os resultados apresentados aqui mostram que apesar de o ângulo de contato na superfície da amostra tratada na condição aqui apresentada não tenha alterado significativamente, quando comparada com a não tratada, foi possível obter mudanças químicas na superfície conforme o

5 resultado obtido pelo XPS. Este estudo está em sua fase inicial e outras condições de tratamento estão em andamento. Com isso, espera-se que mudanças mais significativas no que diz respeito à rugosidade e mudanças químicas. Agadecimentos Os autores agradecem ao Prof. Daniel Eduardo Wiebel do Instituto de Química pela disponibilidade do equipamento, ao Prof. Claudio Radtke pelas medidas de XPS e ao Marcelo Marchioli pelas medidas de ângulo de contato. Agradecemos também a Capes e ao CNPq pelo suporte financeiro. Referências 1. J. S. Chen et al. Surf Coat Tech 2001, 138, J-W Lee, S-M Son e S-I. Hong J Food Eng 2008, 86, J. Jagielski et al. Surf Coat Tech 2006, 200, N. Mireault e G. G. Ross Aplp Surf Sci 2008, 254, A. Tuteja et al. Science 2007, 318, D. Feldman J Polym Environ 2001, 9, M. F. Dubreuil et al. Surf Coat Tech 2008, 2002, J. Zhang et al. Mat Sci Eng B 2008, 151, Wu Shishan Chen Zhengnian e Xu Xi Mat Let 2003, 57, M. Takachi et al. Thin Solid Films 2009, 517, Y.-J. Kim et al. Appl Surf Sci 2009, 255, N. A. Bullett et al. Appl Surf Sci 2004, 235, Q. Huaili et al. Polymer 2005, 46, 3149.