Estudo dos mecanismos de interação de plasma de Ar e Ar-O2 com ácido esteárico

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2011Devido à sensibilidade das técnicas de tratamento superficial quanto à presença de contaminação, o emprego de um tratamento efetivo de limpeza, como o processo a plasma, tem papel fundamental no desempenho do produto final. Estudos que possibilitam identificar os mecanismos reacionais das espécies presentes em plasma com o contaminante permitem o aperfeiçoamento desta técnica. Neste trabalho foi estudada a interação de ácido esteárico (AE), com fórmula molecular C18H36O2, com as espécies presentes em plasma de Ar e Ar-O2. Foram realizados ensaios em pós-descarga de plasma de Ar-O2 gerado por uma fonte de micro-ondas, onde é possível estudar o efeito das espécies neutras (excitadas ou não) na degradação do AE. Também foram realizados ensaios em plasma de Ar e Ar-O2 gerado por uma descarga DC pulsada, onde é possível estudar o efeito conjunto das espécies neutras com as espécies carregadas (íons e elétrons) e fótons. Os resultados obtidos em pós-descarga mostram que o processo de decomposição é favorecido a baixa temperatura e que existe a necessidade de se controlar o tempo de relaxação térmica, sendo necessários tempos longos para relaxar a energia térmica depositada pelas reações químicas exotérmicas e endotérmicas e tempos curtos a temperaturas mais altas para facilitar a fragmentação do AE, conduzindo à formação de compostos voláteis. Outra forma de se obter uma decomposição eficaz do AE em pós-descarga é trabalhar com camadas finas, onde os processos de funcionalização e de ramificação ocorrem com menor intensidade. Já pelos resultados obtidos em uma descarga DC pulsada, observa-se que existe um sinergismo das espécies quimicamente ativas com as espécies carregadas e fótons. Tal sinergismo consiste na quebra de ligações do AE pelas espécies carregadas e fótons, e reação dos radicais formados com as espécies quimicamente ativas. Isto dificulta o restabelecimento das ligações quebradas e, também, a ramificação das cadeias carbônicas.Due to the sensitivity of surface treatment techniques for the presence of contamination, the use of an effective treatment for cleaning, as the plasma process, plays a fundamental role in the final product performance. Studies to identify possible mechanisms of reactive species in plasma with the contaminant enhancement capability of this technique. We studied the interaction of stearic acid (SA), with molecular formula C18H36O2, with the species present in plasma of Ar and Ar-O2. Treatments were conducted in post-discharge of Ar-O2 plasma generated by a microwave source, where it is possible to study the effect of neutral species (excited or not) on the degradation of SA. The treatments were, also, realized in Ar and Ar-O2 plasmas generated by a pulsed DC discharge, where the combined effect of the neutral species with the charged species (ions and electrons) and photons can be studied. The results obtained in post-discharge showed that the decomposition process is favored at low temperature and that there is a need to control the thermal relaxation time, requiring long times to relax the thermal energy deposited by the exothermic and endothermic reactions and short times at higher temperatures to facilitate the fragmentation of SA leading to formation of volatile compounds. Another way to obtain an efficient decomposition of the SA in post-discharge is working with thin layers, where the process of branching and functionalization occurs with less intensity. Since the results obtained in a pulsed DC discharge, it is observed that there is a synergism of chemically active species with charged species and photons. This synergism is the bond breaking of the SA by photons and charged species, and reaction of radicals formed with the chemically active species. This makes difficult the restoration of broken links and also the branching of carbon chains