Fabricação de sistemas para retenção de compostos orgânicos presentes em fase gasosa ou líquída. - Nascimento Filho, Antonio Pereira do (2005)
O desenvolvimento natural das tecnologias de microeletrônica levou à produção de estruturas miniaturizadas, entre elas as microestruturas para pré-tratamento de amostras, retenção de contaminantes em matrizes, etc. Para essas estruturas, a tendência é de diminuição do custo pela fabricação em fluxo contínuo, denominada roll-to-roll. O pré-tratamento das amostras, principalmente no que concerne à remoção de compostos e/ou pré-concentração, exige, na maioria das vezes, que processos de adsorção ocorram. Portanto filmes finos adsorventes são importantes para o desenvolvimento de estruturas de pré-tratamento das amostras e, quando possível, sua produção deve ocorrer por plasma, pois a deposição por plasma apresenta inúmeras vantagens, dentre elas o uso de tecnologia mais limpa e adequada à produção em fluxo contínuo. São inúmeros os compostos de interesse, para a retenção e/ou para a pré-concentração, contudo, compostos orgânicos voláteis (VOC´s) constituem-se em um problema ambiental sério nos dias de hoje, provocando a contaminação tanto da água quanto da atmosfera. Assim, a proposta deste trabalho é avaliar três focos importantes na fabricação de estruturas: 1) a produção in situ de superfícies adsorventes, utilizando a polimerização por plasma; 2) a análise da retenção de compostos orgânicos em pequenas estruturas obtidas pela miniaturização de geometrias macroscópicas conhecidas como chicanas e impactadores e, 3) propor a adaptação das estruturas àprodução em fluxo contínuo. Para a fabricação de filmes adsorventes, foram utilizadas duas freqüências (40 kHz e 13,56 MHz) e duas geometrias (tubular e planar) distintas para a câmara de reação, além de quatro reagentes (éter etílico, 2-propanol, acetona e hexametildissilazana - HMDS). ) Foram testados vários substratos orgânicos para a construção das estruturas e construídos cinco tipos distintos de estruturas possuindo canais e/ou constrições para remover os compostos orgânicos, tanto em fase gasosa quanto líquida. As estruturas foram denominadas de espiral entrelaçada, helicoidal, chicana, impactador e cavidade selada. Estas estruturas sofreram modificação superficial pela deposição por plasma de filmes adsorventes. A avaliação das propriedades dos filmes adsorventes, dos substratos e da retenção dos compostos orgânicos utilizou a adaptação da técnica de microbalança de quartzo (Quartz Crystal Measurements) usando principalmente n-hexano e 2-propanol para simular VOC\'s. Quanto à produção de filmes adsorventes, observou-se diferenças importantes pela variação da freqüência de excitação e geometria do reator. Para freqüência mais baixa é possível obter filmes adsorventes e com boa taxa de deposição; contudo, para alta freqüência e reagentes orgânicos obtiveram-se filmes com composição semelhante ao polietileno. Os filmes adsorventes apresentam boa cobertura de degrau e, para deposição em dupla camada - com HMDS e 2-propanol como reagentes, é possível obter aformação de ilhas mesmo em paredes verticais. Evidenciou-se uma série de vantagens na concepção de miniaturização de estruturas semelhantes a sistemas macroscópicos. Muito embora todas as estruturas construídas apresentem capacidade de retenção, os resultados obtidos usando n-hexano e 2-propanol, tanto para fase gasosa quanto fase líquida, apresentaram diferenças relevantes. Estruturas recobertas com filme a base de HMDS, que é hidrofóbico e bastante adsorvente, de modo geral apresentam boa adsorção, independentemente do formato de estrutura. A estrutura denominada como espiral entrelaçada apresentou retenção em fase líquida de 20 µg/cm² para solução aquosa saturada de n-hexano e para 2-propanol puro. ) As estruturas denominadas chicana e impactador propiciaram grande remoção de reagentes (0,31 mg/cm² e 0,13 mg/cm² para n-hexano puro, respectivamente) e provavelmente são úteis para remoção de particulados e/ou microrganismos e emulsões. Substratos flexíveis, na forma de fita, apresentam vantagens para a tecnologia roll-to-roll. Foram testados como substrato celulose e cloreto de polivinila (PVC) e verificou-se que o uso de filmes a base de HMDS pode tornar o PVC útil na fabricação de membranas seletivas. A produção em fluxo contínuo destas estruturas é possível desde que ocorra por processo de estampagem.