Plasma

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Em apenas duas décadas, os processos de plasma tornaram-se, em inúmeros setores e áreas tecnológicas, uma ferramenta versátil para aplicações industriais, sendo utilizados num vasto leque de tarefas no tratamento de superfícies, limpeza e revestimento, bem como na ativação de plásticos, na gravação de estruturas semicondutoras e muito mais.

Por definição, um plasma é um gás parcialmente ionizado, frequentemente designado como o quarto estado da matéria. Fenómenos como, por exemplo, um relâmpago ou a aurora boreal são plasmas que ocorrem na natureza. Do ponto de vista técnico, podem ser gerados através da aplicação de campos elétricos.

Os plasmas são particularmente interessantes devido às suas propriedades físicas e químicas. Neles são geradas partículas altamente excitadas e radicais, que podem desencadear reações químicas impossíveis em condições normais. Ao mesmo tempo, a temperatura das peças a tratar pode ser mantida muito baixa.

Iões fortemente acelerados num plasma permitem aplicações como a pulverização catódica.

É a todas estas propriedades físicas e químicas que o plasma deve o seu papel extraordinário na ciência e na tecnologia industrial.

Ativação por plasma

A ativação de superfícies plásticas é uma aplicação específica da tecnologia do plasma. A ativação significa, neste contexto, um aumento da energia superficial, o que resulta em melhores propriedades de aderência e, consequentemente, em melhor molhabilidade. O ângulo de contacto de uma gota sobre um plástico é uma medida comum da capacidade de aderência.

Em muitos casos, os polímeros apresentam baixas energias superficiais ou são hidrofóbicos, o que pode causar, por exemplo, problemas na utilização de tintas à base de água. Por isso, têm de ser modificados antes da aplicação de tinta ou da impressão. O plasma revelou-se um meio muito eficiente para este fim. Assim, a ativação por plasma constitui uma alternativa aos agentes de aderência convencionais.

Além disso, quase não existem limitações no que diz respeito à geometria das peças, bem como ao tipo de polímero, uma vez que a temperatura não aumenta significativamente durante o processo. Além disso, a topografia do plástico permanece praticamente inalterada, sendo que apenas as monocamadas superiores são modificadas.

Para processos de ativação, o plasma é tipicamente composto por oxigénio, mas por vezes também por azoto ou amoníaco. Quando se utiliza oxigénio, é possível modificar os polímeros de forma a que se formem grupos hidroxilo, carboxilo ou peróxido na superfície. Por outro lado, se se utilizar azoto ou amoníaco, isso conduz à formação de grupos amina ou imina, que também podem ser interessantes para determinadas aplicações. Estes grupos polares hidrofílicos melhoram a molhabilidade da superfície. A duração dos processos de ativação é, regra geral, de apenas alguns segundos. Após a ativação, as peças ficam preparadas para processamento imediato, o que pode até ser possível no próprio sistema de plasma.

Uma área de aplicação típica deste processo consolidado é o pré-tratamento de peças de plástico na indústria automóvel, como, por exemplo, pára-choques pré-pintados.

Algumas vantagens em resumo

Processo

Excelente capacidade de aderência
Maior homogeneidade
Elevada estabilidade do processo
Controlo simples do processo
Aplicável a materiais sensíveis à temperatura

Rentabilidade

Sem custos de eliminação
Não é necessário qualquer processo de secagem
Baixo consumo de gases de plasma
Não é necessário aplicar um primário de aderência

Ecologia

Sem solventes
Sem resíduos perigosos
Compatibilidade ambiental integrada

Limpeza por plasma

A limpeza de superfícies é uma das possibilidades oferecidas pela tecnologia do plasma. Para tal, são utilizados vários métodos de geração de plasma. Os mais comuns são a aplicação de tensões alternadas de alta frequência (40 kHz ou 13,56 MHz), bem como a excitação por micro-ondas. As misturas de gases típicas contêm oxigénio, árgon e, por vezes, hidrogénio e tetrafluorocarbono (_CF₄). A mistura depende dos requisitos específicos do processo de limpeza, que resultam do tipo de contaminação e do material a tratar.

Quase não existem restrições quanto ao material a limpar. Assim, é possível tratar plásticos sensíveis à temperatura, bem como metais, vidro e cerâmica. No entanto, o sistema de plasma tem, em qualquer caso, de ser adaptado à tarefa em questão.

Dependendo da mistura de gases, o plasma tem um efeito oxidante ou redutor. Os plasmas oxidantes são vantajosos na remoção de impurezas orgânicas (óleos, gorduras), enquanto os plasmas redutores são mais adequados para depósitos inorgânicos (como, por exemplo, óxidos metálicos).

Quase todas as superfícies ficam sujas ao longo de diferentes etapas de trabalho. Para etapas de tratamento posteriores, como, por exemplo, pintura, endurecimento ou selagem, as peças têm de ser limpas.
A limpeza por plasma é a melhor forma de obter superfícies absolutamente limpas e isentas de gordura.

Os métodos de limpeza tradicionais são frequentemente de base química e contêm hidrocarbonetos (HC), clorohidrocarbonetos (CHC) ou detergentes agressivos dissolvidos em água. Todos estes produtos representam problemas ambientais, tanto durante a utilização como na eliminação. A redução de resíduos é realizada através das chamadas soluções «end-of-pipe», que acarretam custos adicionais.

Ao contrário da química húmida, a limpeza por plasma cumpre os requisitos para a proteção ambiental integrada.

Para compreender como funciona a limpeza por plasma, é necessário observar uma área microscópica. O que acontece diretamente na superfície e à sua volta?

No caso de contaminação orgânica, o gás de plasma contém oxigénio e árgon. O processo de limpeza é a soma de dois processos: um físico e outro químico.

Físico:
Quando se coloca a peça de trabalho sobre a cátodo ou se liga a mesma como cátodo, os iões positivos do plasma são acelerados na sua direção devido ao campo elétrico aplicado. Ao colidirem, os iões, através da transmissão direta de impulso, desprendem átomos e moléculas da superfície. Poder-se-ia descrever este processo como «bilhar com átomos».

Químico:
O oxigénio excitado e os iões de oxigénio formam dióxido de carbono e água ao reagirem com hidrocarbonetos. A equação de reação exata é a seguinte:

Os hidrocarbonetos são, assim, transformados em compostos químicos relativamente inofensivos. Os produtos de uma combustão incompleta, caso existam, podem ser facilmente removidos dos gases de escape com a ajuda de filtros de carvão ativo.

A purificação por plasma oferece algumas vantagens notáveis em termos de processo, rentabilidade, ecologia e segurança no trabalho:

Processo

Elevado grau de desengorduramento
Elevada capacidade de decomposição
Boa preparação para outros processos de plasma, como, por exemplo, o revestimento
Elevada estabilidade
Controlo simples do processo
Aplicável a materiais sensíveis à temperatura

Rentabilidade

Sem custos de eliminação
Não é necessário um processo de secagem
Baixo consumo de gases de plasma

Ecologia

Sem utilização de solventes
Ausência de resíduos perigosos
Baixo esforço de eliminação
Proteção ambiental integrada

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