Fluorierung von Polymeroberflächen

Bei der Fluorierung von Polymeroberflächen wird die Oberfläche des Materials morphologisch und chemisch verändert. Die Photoelektronenspektroskopie bietet die Möglichkeit, die chemischen Veränderungen quantitativ und qualitativ zu untersuchen.

 

Einleitung

Die Fluorierung von Polymeroberflächen wird in der Automobilindustrie bereits seit längerem genutzt, um das Permeationsverhalten von Kraftstofftanks aus Polyethylen zu verbessern. Im Zuge der ständig wachsenden Einsatzbereiche für Kunststoffe ergeben sich aber auch neue Einsatzgebiete wie z.B. beim Lackieren, Verkleben, Beflocken oder Bedrucken. Auch zur Verringerung des Reibkoeffizienten von Kunststoffen kann die Technik des Fluorierens eingesetzt werden.

Die Photoelektronenspektroskopie (XPS) bietet die Möglichkeit, Oberflächen, die auf diese Weise behandelt wurden, bezüglich der chemischen Veränderungen zu untersuchen und so einen wertvollen Beitrag zur Qualitätssicherung oder Fehleranalyse zu leisten.

Fluorierung von Polyethylen (PE)

Bei der Fluorierung von Polyethylen wird die Oberfläche chemisch verändert, was gut anhand der XPS-Messungen vor und nach der Behandlung zu erkennen ist.

Der Fluorgehalt innerhalb der Oberfläche steigt deutlich an. Dass auch der Sauerstoff- und Stickstoffgehalt zunimmt, ist durch die Art des für

die Oberflächenbehandlung eingesetzten Plasmas bzw. die Prozessführung zu erklären.

Abb.1: XPS Spektrum der oxidierten Zinnoberfläche.

Über die reine Analyse der Elementzusammensetzung hinaus kann mit Hilfe der XPS auch die Veränderung der chemischen Bindungszustände des Kohlenstoffs genauer untersucht werden. Die unbehandelte PE-Oberfläche zeigt im Wesentlichen ein einziges Signal.

Nach der Behandlung können verschiedene, fluorhaltige Spezies an der Oberfläche identifiziert werden.

Kohlenstoff Signal einer PE Oberfläche vor der Fluorierung
Kohlenstoff Signal einer PE Oberfläche nach einer Fluorierung