気相化学修飾ESCAを用いたポリマー表面官能基の解析

概要

ポリマーフィルムなどの接着性（濡れ性）には、表面の極性官能基（水酸基（OH）やカルボキシ基（COOH）等）が関与していると考えられており、その評価は重要です。
ポリマー表面官能基の解析にはESCA（XPS）が適しますが、特定の官能基（水酸基とエーテル基（C-O-C）、カルボキシ基とエステル基（-COO-）など）は通常分析では区別が困難です。弊社では、「気相化学修飾法」を用いて特定の官能基の同定・定量分析を行うことができます。今回は、気相化学修飾ESCAを用いたポリマー中の水酸基およびカルボキシ基の定性・定量分析についてご紹介します。

分析内容

1）水酸基の定性・定量分析

水酸基に無水トリフルオロ酢酸（（CF₃CO）₂O）を反応させることで定性・定量分析が可能です（反応スキーム1）。

ポリビニルアルコール（PVA）中の水酸基へ反応させた前後のC1sスペクトルを図1に示します。反応後ではトリフルオロアセチル基由来ピーク（-COO-, -CF₃）として水酸基を区別できます。組成分析より、PVAが100%反応した際の理論値と近い値を得ることができました（表1）。本手法により、水酸基の定性・定量分析が可能です。

2）カルボキシ基の定性・定量分析

水酸基と同様、カルボキシ基についてもトリフルオロエタノール（CF₃CH₂OH）等を反応させて定性・定量分析が可能です（反応スキーム2）。

ポリアクリル酸（PAA）中のカルボキシ基へ反応させた前後C1sスペクトルを図2に示します。反応後、トリフルオロエタノール由来ピーク（C-O, CF₃）としてカルボキシ基を区別でき、組成分析結果も理論値と整合するため、本手法によりカルボキシ基の定性・定量分析が可能です。

結果

気相化学修飾ESCAによるポリマー表面の官能基（水酸基、カルボキシ基）の解析は、濡れ性を向上させる表面改質処理（プラズマ、オゾン処理等）前後の評価などにも適用することができます。