Charakterisierung von Schmiermitteln: Perfluorpolyether

Perfluorpolyether (PFPE’s) sind bei Raumtemperatur flüssige Polymere mit guten Schmiereigenschaften. Sie haben hohe Viskositäten und Siedepunkte sowie niedrige Oberflächenenergien. Einsatzgebiete der PFPE’s finden sich in nahezu allen Industriebereichen, z.B. der Elektronikindustrie, der Luft- und Raumfahrt oder der Halbleiterindustrie. So werden z.B. Festplatten in Computern mit einer dünnen Schicht eines Perfluorpolyethers beschichtet, um bei einer Berührung des Lese-/Schreibkopfes mit der Festplattenoberfläche Reibungsverluste oder ein Verschweißen zu verhindern. Oder: Fette auf Basis von Perfluorpolyethern werden zur Schmierung von hochbelasteten Kugellagern in Laufbändern von Lackieranlagen und von Kugellagern in Öfen eingesetzt.

Die physikalischen Eigenschaften der einzelnen PFPE-Produkte (Handelsnamen: z.B. Krytox, Demnum, Fomblin) hängen von der Struktur des Polymergerüstes, dem Molekulargewicht und der Breite der Molekulargewichtsverteilung ab.

Diese Werte können auf einfache Weise mit dem TOF-SIMS Verfahren bestimmt werden (siehe Abb.). Zudem ermöglicht das Verfahren im Bereich der Fehleranalytik den Spurennachweis und die exakte Identifizierung von PFPE’s. Das TOF-SIMS spielt deshalb eine wichtige Rolle in der Suche nach der Quelle von PFPE’s in Lackierprozessen, die zu Fehlstellen (z.B. Kratern) in Lackschichten führen.

Figure 1: Positives TOF-SIMS Spektrum eines dünnen Krytox-Filmes auf Silbersubstrat. Gemessen wird ein mittleres Molekulargewicht von ca. 7000 u entsprechend n = 47 Wiederholeinheiten (Erläuterung der einzelnen Massensignale: siehe H. Feld et al., Analytical Chemistry, 65 (1993) 1947-1953).

Das TOF-SIMS Verfahren ermöglicht den hochempfindlichen Nachweis von Perfluorpolyethern (sub-ppm Bereich) auch in mikroskopisch kleinen Bereichen, die exakte Bestimmung der Massen ihrer Wiederholeinheiten (R) und Polymerendgruppen sowie der Breite und des mittleren Molekulargewichtes der Oligomerverteilung (Polymerdispersion).