Oberflächenmodifizierung von Polymethylmethacrylat durch ...

Kapitel 4: Ergebnisse und Diskussion 89
Intensität
295 294
293
unbehandeltes PMMA
plasmabehandeltes PMMA
292
291
C_8
290
C_1
289
288
C_6
C_2
287
C_7
286
Bindungsenergie [eV]
C_3
285
C_4/5
Abb. 70: C1s-Spektren von unbehandeltem und
plasmabehandeltem PMMA (14 sccm Ar,
30 sccm O 2, 120 V, 300 s); normiert auf
maximalen Peak.
284
283
282
281
Intensität
538
unbehandeltes PMMA
plasmabehandeltes PMMA O_2
537
536
535
534
O_4
533
O_1
532
Bindungsenergie [eV]
O_3
Abb. 71: O1s-Spektren von unbehandeltem und
plasmabehandeltem PMMA (14 sccm Ar,
30 sccm O 2, 120 V, 300 s); normiert auf
maximalen Peak.
Die Auswertung zeigt, dass nach der Ar/O2-Plasmabehandlung weniger Estergruppen im Polymer
vorliegen. Diese Ergebnisse korrelieren mit den FTIR-Untersuchungen, bei denen die Intensitäten
der sauerstoffhaltigen Absorptionsbanden (C=O und C–O–C) gegenüber den CH-Banden
deutlich reduziert sind.
Die Abnahme der Kohlenstoffbindungsanteile der Methylester-Seitenkette (C1s 1 und C1s 2)
sowie der Rückgang des einfach gebundenen O1s-Anteils (O_2) deuten auf einen Bindungsbruch
am quartiären C-Atom und einer Abspaltung der Methacrylatgruppe. Es würde demnach eine
Seitenkettenabspaltung mit Bildung von Radikalen der Form • COOCH3 auftreten. Die
gleichzeitige Entstehung der Komponente O1s 4 könnte durch eine Anbindung von Hydroxyl-
(-OH)- oder Ethergruppen (-O-) an den entstandenen, freien Kohlenstoffbindungen erklärt
werden.
Die erhaltenen Ergebnisse aus den FTIR-Messungen und der XPS-Analyse weisen auf eine
Abspaltung der Esterseitengruppe unter Radikalbildung ( • COOCH3) hin. Diese flüchtigen
Anteile können z. B. als HCOOCH3 aus dem offenen System abtransportiert werden.
Möglicherweise werden die dabei entstandenen flüchtigen Fragmente explosionsartig aus
dem Bulk herausgeschlagen. Aufgrund der hohen Geschwindigkeit wird das umgebene
Polymermaterial dabei nicht beschädigt. An die freien Kohlenstoffbindungen können sich
z. B. Hydroxyl- oder Ethergruppen anbinden, deren Existenz durch XPS vermutet wird.
Neben der Degradation der Esterseitengruppen kann durchaus auch begleitend der
Mechanismus der Depolymerisation (z. B. nur durch Ionen induziert) von PMMA zu MMA
auftreten. Dabei wird das Monomer ständig abgeführt. Vermutlich tritt dieser Mechanismus
aber nur in tieferen Regionen auf. Die Depolymerisation verändert wegen der MMA-
Monomereinheiten nicht die XPS-Oberflächenanalyse.
Eine Neubildung funktioneller Gruppen konnte durch die ATR-Analyse des
plasmabehandelten, modifizierten Belages erbracht werden. Neben der Detektion neuer
CH2-Signale wurden auch Hinweise auf die Bildung von C-OH-Funktionalitäten gefunden.
Die Verringerung der O-CH3-, C=O- und C-O-Funktionalitäten und die Zunahme der CH2-
531
530
529
528