Processos integrados de plasma para a delineação de padrões superhidrofóbicos na superfície da poliamida

Resumo

Um método amplamente empregado para controlar as propriedades termodinâmicas de superfície de materiais poliméricos é a delineação de padrões em suas superfícies. Diferentes e sofisticadas técnicas são intercaladas para a micro- e/ou nano-padronização de superfícies, conferindo complexidade e elevados custos ao processo. Este projeto visa proporcionar metodologias integradas de plasma para a produção de superfícies com super-repelência à água criando estruturas com geometrias específicas na superfície de polímeros. Para tal, escolheu-se como substrato um plástico de engenharia, amplamente difundido em aplicações industriais e que apresenta algumas restrições práticas por ser naturalmente hidrofílico: a poliamida. Serão delineados padrões aleatórios e regulares na superfície da poliamida comercial utilizando-se diferentes processos ou associações de processos de plasma. No primeiro deles visa-se criar estruturas do tipo fakir removendo material de regiões específicas da poliamida pela ablação química em plasmas de oxigênio. Máscaras organometálicas resistentes ao oxigênio serão preparadas a partir de plasmas de misturas de hexametildisiloxano, HMDSO, e O2 usando-se membranas comerciais contendo poros com dimensões e geometrias apropriadas. Esta metodologia é proposta para substituir o fotoresiste convencional eliminando-se a necessidade de processos fotolitográficos. Com as máscaras já depositadas, o sistema será submetido ao plasma de ablação e serão investigados os efeitos do tempo de exposição, pressão e potência do plasma de oxigênio nas propriedades superficiais da poliamida. No segundo processo, uma metodologia ainda mais simplificada é proposta: criar estruturas na superfície da poliamida pela deposição a plasma. Para tal, também serão empregados os plasmas de misturas de HMDSO e O2, utilizados na preparação das máscaras, visto que materiais hidrofóbicos e com altas taxas de deposição podem ser obtidos. As deposições serão guiadas pela utilização das membranas porosas que permitirão o crescimento dos postes somente na região dos poros. Serão investigadas as influências do tempo de deposição, pressão, potência e proporção dos gases nas propriedades da superfície resultante. O terceiro procedimento adotado consistirá na exposição da poliamida, sem nenhum tipo de máscara, a plasmas estabelecidos a partir de argônio. Será investigado o efeito do bombardeamento iônico de baixa energia na remoção seletiva de material de regiões menos resistentes da poliamida. A seletividade natural do polímero ao plasma deverá proporcionar estruturas na superfície conforme as já obtidas no PVC. Os tratamentos serão realizados por diferentes tempos e em plasmas estabelecidos com diferentes potências e pressões. Nas três linhas de pesquisa propostas, será avaliada a influência dos parâmetros do processo de plasma nas dimensões e geometria das estruturas produzidas usando-se a microscopia eletrônica de varredura. A receptividade das superfícies à água será investigada pela técnica da gota séssil enquanto a rugosidade será determinada por perfis topográficos obtidos por microscopia de força atômica. A determinação da composição química das superfícies tratadas será conduzida pela técnica de espectroscopia de fotoelétrons de raios X. Associando-se os resultados de morfologia, topografia e composição química, poderá ser determinado o modelo teórico que explica os resultados de molhabilidade, permitindo assim um maior conhecimento sobre as propriedades termodinâmicas destas superfícies. (AU)