Explorando a radiação eletromagnética na modificação superficial de polímeros : da degradação à litografia e EUV

Abstract

Os polímeros são empregados nos mais diversos setores, desde bens de consumo, sejam eles duráveis ou não, até aplicações de maior exigência tecnológica, como no processamento de semicondutores. Os polímeros estão intrinsecamente relacionados ao aumento significativo do conforto e da qualidade de vida das últimas décadas. Além disso, as suas notáveis características mecânicas, térmicas e fácil processabilidade, além do baixo custo, ofertam aos polímeros uma ampla variedade de aplicações. Contudo, as características superficiais inadequadas dos polímeros, por vezes, acabam por inviabilizar as suas potencialidades. Nesse sentido, o presente trabalho visa a explorar a radiação eletromagnética na modificação superficial de polímeros desde aplicações que envolvam processos de degradação, até aplicações de cunho tecnológico como na indústria microeletrônica. Desta maneira, o conhecimento das estruturas poliméricas permitiu a escolha apropriada da radiação de trabalho. Estruturas fabricadas por impressão 3D, do poliéster biodegradável PBAT, foram modificadas com radiação UV, devido à presença de grupos cromóforos. O tratamento UV da superfície proporcionou aumento da molhabilidade anisotrópica ao material. Além disso, também foi avaliado o efeito dessa modificação em outros substratos de PBAT, casting e fibras, na degradação em água do mar artificial e água deionizada. Os resultados indicaram que o tratamento UV proporcionou maior degradação dos substratos de PBAT, em especial das fibras, bem como maior degradação em um ambiente salino. A radiação VUV foi escolhida para a modificação superficial do PP, uma vez que o PP não apresenta em sua formulação química cromóforos UV. Dessa maneira, características hidrofílicas permanentes foram estabelecidas e preservadas mesmo após oito meses da irradiação VUV. A fotofragmentação de polímeros com potencial utilização como fotorresistente na litografia EUV (PAS, MAPDST-MAPDSA e MAPDST-co-ADSM) foram irradiados à 103,5 eV. Os filmes apresentaram distintos processos de fotodegradação frente à radiação EUV. Além disso, a incorporação de metais pesados no fotorresistente se mostrou como uma excelente fonte de absorção da radiação EUV. Por fim, o presente estudo mostra o potencial da radiação eletromagnética na modificação superficial de polímeros para diferentes aplicações.

Polymers are used in the most diverse sectors, from consumer goods, durable or not, to applications of greater technological demand, such as in the manufacture of semiconductors. Polymers are intrinsically related to the significant increase in comfort and quality of life in recent decades. In addition, their good mechanical, thermal characteristics, easy processability, and low-cost offer to polymers a wide range of applications. However, the improper surface characteristics of polymers could limit their potential uses. In this sense, the present work aims to explore the electromagnetic radiation in the surface modification of polymers, from applications involving degradation process to the application of a technological nature, such as in the microelectronic industry. In this way, the knowledgement of the polymeric structures allowed the appropriate choice of the working radiation. PBAT structures manufactured by 3D printing, a biodegradable polyester, were modified with UV radiation, due to the presence of UV chromophore groups in its chemical formulation. The UV treatment of the surface provided an increase in the anisotropic wettability. In addition, the effect of this UV modification on other PBAT substrates, casting, and fibers, on degradation in artificial seawater and deionized water was also evaluated. The results indicated that the UV treatment provided greater degradation of the PBAT substrates, especially in the case of the fibers, as well as greater degradation in a saline environment. VUV radiation was chosen for the surface modification of the polypropylene, since it does not have UV chromophores in its chemical formulation. Permanent hydrophilic characteristics were established and preserved even after eight months of VUV radiation. The photofragmentation of the polymers with potential use as a resist in Extreme UV (EUV) lithography (PAS, MAPDST-MAPDSA e MAPDST-co-ADSM) were irradiated at 103,5 eV. The resist films showed different photodegradation processes when the EUV radiation was used. Additionally, the incorporation of heavy metals in the resist formulation proved to be an excellent EUV absorption enhancer. Finally, the present study showed the potential of electromagnetic radiation in the surface modification of polymers for different applications.