概要
エンジニアリングプラスチックの一つであるポリエーテルエーテルケトン（PEEK）に耐光性・耐熱性試験を行い、X線光電子分光法（ESCAまたはXPS）によって表面から内部への劣化を評価しました。
分析方法・試料
・装 置 ：VersaProbeⅡ（アルバック・ファイ製）
・条 件 ：X線源 AlKα 、X線照射径 100µmφ、スパッタ種 Arガスクラスターイオン銃（Ar-GCIB）
・試 料 ：ポリエーテルエーテルケトン（PEEK）市販品
・劣化試験 ：＜UV＞ 装置 アイスーパーUV（岩崎電機製SUV-W161） メタルハイライドランプ方式
照射強度100mW/cm2（波長300～400nm）
照射時間/温度/湿度 200時間/63℃/50%
＜熱＞ オーブンを用いて250℃、4週間加熱
結果及び考察
1）表面の劣化解析
PEEK【図1】などのエンジニアリングプラスチックは劣化による構造変化が小さいため、材料の極表面を分析できるESCA（分析深さ数nm）が有用です。
ESCA測定により、劣化で生じるCOO成分（288～289eV）がUV照射品よび熱
処理品ともに確認できました【図2】。UV照射品のCOOピーク強度比は熱処理品と比べて高く、劣化の影響が大きいと考えられます。
【図2】 C1s高分解能スペクトル
※Yスケールはメインピークで規格化表示
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PEEK |
area% |
|||
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C-C |
C-O, C=O |
COO |
芳香環 由来 |
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未処理品 |
73 |
20 |
－ |
7 |
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UV照射品 |
54 |
22 |
19 |
5 |
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熱処理品 |
71 |
20 |
6 |
3 |
2）深さ方向の劣化解析
ESCAはArイオンビームによるスパッタで試料を削り、測定と交互に繰り返して深さ方向分析が可能です。ESCAの分析深さを活かし、nmオーダー間隔で試料内部の構造情報を取得できます。
UV照射品および熱処理品のESCA深さ方向分析結果を図3～4に示します。COO成分（劣化生成物と推定）は試料表面から徐々に減少し、最終的に消失しています【図5】。COO成分が非検出となるスパッタ深さはUV照射品で600nm※、熱処理品で60nm※でした。COO成分の検出領域は劣化領域と考えられるため、劣化の進行度合いはUV照射品＞熱処理品と判断できます。
※PMMA（ポリメチルメタクリレート）を用いた換算値
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【図3】 UV照射品のESCA深さ方向分析結果
（C1s高分解能スペクトル） |
【図4】 熱処理品のESCA深さ方向分析結果
（C1s高分解能スペクトル） |
まとめ
ESCAは表面に敏感な分析手法で、エンジニアリングプラスチックなど劣化しにくい材料の構造解析に有用です。Arイオンビームによるスパッタを組み合わせることで深さ方向の劣化解析が可能となります。
PEEKの劣化で生じるCOO成分に着目して分析を行い、UV照射品は熱処理品よりも試料内部への劣化が顕著と判明しました。本手法はエンジニアリングプラスチックのほか汎用ポリマーにも適用でき、試料表面から内部への劣化を評価可能です。
