Funcionalização superficial de materiais poliméricos induzida por radiação eletromagnética em presença de gases e vapores reativos

Abstract

A modificação da superfície de materiais poliméricos demonstra-se extremamente útil em inúmeras áreas em que propriedades superficiais do material (molhabilidade, biocompatibilidade, adesividade, microestrutura, etc.) regem seus usos e aplicações, em setores como na tecnologia de membranas, aplicações medicinais e biotecnológicas e na tecnologia de materiais de recobrimentos. Muitas técnicas de tratamento superficiais já conhecidas apresentam bons resultados reportados na literatura, como descarga em corona, tratamentos com plasma, enxertia por meio químico e tratamentos com UV-VUV/ ozônio. As superfícies de dois polímeros sintéticos (poliestireno e polissulfona) e de um polímero natural (polihidroxibutirato), que inicialmente demonstravam superfícies hidrofóbicas foram modificadas utilizando-se radiação UV em presença de oxigênio ou vapores reativos (ácido acrílico ou trimetoxi propil silano), atribuindo-se características hidrofílicas e superhidrofílicas, sendo que em alguns tratamentos observou-se um processo de fotopolimerização com formação de um filme fino de poliácido acrílico sobre o polímero original. A caracterização das modificações produzidas nas superfícies poliméricas deu-se por técnicas de análise de superfícies (WCA, FTIR-ATR, XPS, NEXAFS, MEV). A utilização da radiação síncrotron monocromática como agente de excitação seletiva foi investigada irradiando-se superfícies de poliestireno sob condições de ultra alto vácuo e posterior exposição à atmosfera de O2. Os resultados demonstram funcionalização seletiva e eficiente de grupos COO e C=O (até 70%) pelo enxerto destes grupos no anel aromático, ocorrendo sobre as camadas mais superficiais do filme, comprovados por análise de XPS e NEXAFS. A funcionalização superficial induzida por radiação eletromagnética (UV ou SR) em presença de gases e ou vapores reativos mostrou excelentes resultados, com vantagens como a grande seletividade química aliada à isenção do emprego de reagentes tóxicos e à simplicidade experimental.

The modification of a polymer surface proves to be extremely useful in several areas in which the surface properties of a material (wettability, biocompatibility, adhesion, microstructure, etc.) controls their uses and applications. Areas such as membrane technology, biotechnology and medical applications and materials and coatings technology depends on surface properties. Many surface treatment techniques well known in the literature report good results, such as corona discharge, plasma treatments, grafting by chemical treatments and UV-VUV / ozone. Surfaces of two synthetic polymers (polystyrene and polysulphone) and one natural polymer (polyhidroxibutirato) were modified by ultraviolet-assisted modification in the presence of reactive Oxygen or vapors (acrylic acid or trimetoxi propil silane). Pristine hydrophobic surfaces were modified to hydrophilic or superhidrofilic. Some treatments led to a process of photo-polymerization with formation of a thin polyacrílic acid film formed on top of the original polymer. Characterization of the treated surfaces was carried out using sensitive surface analysis techniques (WCA, FTIR-ATR, XPS, NEXAFS, and SEM). The use of monochromatic synchrotron radiation for selective excitation was investigated by irradiation of polystyrene films under conditions of ultra high vacuum and subsequent Oxygen exposure to one atmosphere. The results showed efficient functionalization of COO and C = O groups (up to 70%) by grafting the functionalities mainly onto the aromatic rings. XPS and NEXAFS results showed that the grafting occurred on the most top monolayer of the polymers. Surface functionalization induced by electromagnetic radiation (UV or SR) in the presence of reactive gases or vapors showed excellent results. The main advantages are set-up simplicity, no need of toxic reagents and high chemical selectivity when synchrotron radiation is used as excitation source.