Oberflächenmodifizierung von Polymethylmethacrylat durch ...

Kapitel 3: Experimenteller Teil 49
Tab. 8: Energiebereiche der Photoelektronenemission einiger in Polymeren vorkommender Elemente
nach [123]
chemisches Element Bindungsenergie [eV]
C 285
O 532
N 400
S 164
Bei höherer Energieauflösung ist die Messung exakter Bindungsenergien möglich. Für die
XPS-Spektrenanalyse von Kunststoffoberflächen sind vor allem die unterschiedlichen
Bindungszustände des Kohlenstoffs von Bedeutung, d. h. hochaufgelöste Spektren im
Energiebereich von etwa 280 eV – 290 eV. Da sich Bindungsenergien teilweise überlagern,
können die dort erhaltenen Intensitätssignale in den meisten Fällen nicht direkt einer
funktionellen Gruppe zugeordnet werden. Somit begrenzt sich die XPS auf eine
Strukturgruppenanalyse. Das bedeutet, dass bestimmte Bindungsenergien immer nur die
gleiche Anzahl an Bindungen der Kohlenstoffspezies mit dem Sauerstoff zugeordnet werden
können. Die (-C–O)-Spezies (z. B. Ether- oder Hydroxylgruppe) sind durch Einfachbindung,
die (-C=O)-Spezies (z. B. Carbonylgruppe) durch Doppelbindung bzw. zwei
Einfachbindungen und schließlich die (-COO)-Spezies (z. B. Ester- oder Carboxylgruppe)
durch eine Einfach- und eine Doppelbindung oder drei Einfachbindungen charakterisiert [125].
Tab. 9: Zuordnung der chemischen Verschiebung der Bindungsenergie des Kohlenstoffs zu dessen
Bindungszustand zu Sauerstoff sowie die daraus resultierenden möglichen funktionellen
Gruppen nach [125]
Verschiebung der
Bindungsenergie [eV]
Bindungszustand des
Kohlenstoffs zum Sauerstoff
mögliche funktionelle Gruppe
285,0 + 1,5 einfach Ether-, Hydroxylgruppe
285,0 + 2,9 doppelt Carbonylgruppe
285,0 + 4,2 dreifach Ester-, Carboxylgruppe
Die in dieser Arbeit verwendeten XPS-Analysen wurden vom Fraunhofer Institut für
Angewandte Polymerforschung (IAP) als Dienstleistung vorgenommen und ausgewertet. Zur
Anregung der untersuchten PMMA-Proben wurde AlKα-Strahlung verwendet, die
Analysetiefe für diese Messungen betrug ≈ 7 nm in einem Oberflächenbereich von
0,3 mm x 0,7 mm. Es wurden zum einen Übersichtsspektren, zum anderen energetisch
hochaufgelöste Spektren des C1s- und O1s-Peaks aufgenommen. Mit dieser Messmethode
sind Elemente ab einer Kernladungszahl ≥ 3 mit einer Nachweisgrenze von ≈ 0,5 at%
detektierbar. Die hochaufgelösten Spektren der 1s-Regionen von Sauerstoff und Kohlenstoff
können durch Gaußfunktionen angeglichen werden, welche die Atome in einem bestimmten
Bindungszustand repräsentieren.