Estudo da influência da micro/nanoestrutura superficial na adesão de filmes finos de TiNx em materiais de Tereftalato de Polietileno (PET)

Abstract

Materiais poliméricos têm uma vasta gama de aplicações devido às suas características, tais como serem leves, flexíveis e, em geral, terem baixo custo. Contudo, para determinadas aplicações, é necessária a funcionalização da superfície, por exemplo, por recurso ao revestimento por um filme fino. No entanto, os problemas de adesão dos filmes finos à grande maioria dos materiais poliméricos são bem conhecidos. A literatura revela que tratamentos de superfície nos polímeros melhoraram a sua adesão aos filmes finos, aumentando o leque de possíveis aplicações. Entre os vários tratamentos conhecidos está o tratamento por plasma. Neste trabalho, foram realizados tratamentos de superfícies de vários tipos de polímeros (polietileno tereftalato, policarbonato, poli(fluoreto de vinilideno), utilizando para o efeito um plasma, criado num equipamento de pulverização catódica reactiva em magnetrão (alimentação DC). Foi realizada ainda a avaliação das modificações a nível da superfície do polímero – polietileno tereftalato (PET) –, através das técnicas de microscopia de força atómica e ângulos de contacto. Verificou-se que um aumento do ângulo de contacto está relacionado com um aumento da rugosidade média. Obtiveram-se valores de ângulo de contacto variando entre 71 – 84º, para variações de rugosidade média entre 3,3 e 7,2 nm, em função dos diferentes tratamentos de superfície. Por Espectroscopia de Infravermelho por Transformada de Fourier em modo de reflexão total atenuada não se verificaram alterações químicas significativas no material. Por difracção de raios-X não foram detectáveis alterações, quer na posição angular dos picos de difracção do polímero, quer da própria intensidade. As propriedades mecânicas dos substratos não se alteraram, independentemente do tratamento da superfície. As curvas de tensão – deformação mostraram-se similares ao material sem tratamento: lineares até cerca de 8% da deformação, seguida por uma deformação plástica. O módulo de Young, tensão de cedência e ruptura do PET sem tratamento são: 2.1 GPa, 109.4 MPa e 153.3 MPa, respectivamente. Dentro do erro experimental, estes valores não se alteraram para os diferentes tratamentos. A aderência do filme de nitreto de titânio (TiN) ao polímero é muito forte, não houve uma remoção clara do filme, independente do método de teste, norma ASTM – D3359 – 97 ou teste peeling a 90º. Os resultados obtidos foram aplicados na construção de um teclado piezoeléctrico flexível.

Polymeric materials have a wide range of applications due to its characteristics, such as being lightweight, flexible, and generally have low cost. However, for certain applications, it is necessary to surface functionalization, for example, by use of coating a thin film. However, the problems of adhesion of thin films to the great majority of polymeric materials are well known. The literature shows that surface treatments in polymers improved their adherence to the thin films, increasing the range of possible applications. Among the various treatments known is the plasma treatment. This work was carried out surface treatments of various types of polymers (polyethylene terephthalate, polycarbonate, poly(vinylidene fluoride), using a plasma effect, created in the equipment for reactive sputtering in magnetron (DC power). Was further the evaluation of modifications to the surface of the polymer - polyethylene terephthalate (PET) -, through the techniques of atomic force microscopy and contact angles. It was found that an increase in contact angle is related to an increase in the average roughness, obtained values of contact angle ranging from 71 to 84º thereof, to changes in average roughness between 3.3 and 7.2 nm for different surface treatments. By Fourier Transform Infrared Spectroscopy in mode of attenuated total reflection there were no significant chemical changes in the material. By X-ray diffraction were not detectable changes in the angle of diffraction peaks of the polymer, or in the intensity. The mechanical properties of the substrates did not change regardless of treatment surface. The curves of stress - strain are similar to the material without treatment: linear up to about 8% of strain, followed by a plastic deformation. The Young modulus, yielding stress and strain of the materials stay, within experimental error, within the values obtained for the untreated polymer: 2.1 GPa, 109.4 MPa and 153.3 MPa, respectively. The adhesion of the film of titanium nitride (TiN) to the polymer is very strong, there wasn’t a clear removal of the film, independent the test method, ASTM - D3359 - 97 or peeling test at 90 °. The results were applied in the construction of a piezoelectric flexible keyboard.