Plasmabromierung von graphitischen Materialien

Die hochselektive und ausbeutereiche plasmachemische Bromierung von Polyolefinoberflächen wurde auf graphitische Materialien übertragen. Oberflächen von graphenartigem Highly Oriented Pyrolytic Graphite (HOPG), natürlichem Graphit, mehrwandige Kohlenstoffnanoröhren (MWCNT) sowie Kohlenstoff‐Fasern wurden im Bromdampfplasma behandelt. Während die Bromierung von Polyolefinoberflächen als radikalische Wasserstoffabstraktion mit nachfolgender Addition (Rekombination) oder durch nucleophile Substitution an sp 3 ‐hybridisierten C‐Atomen abläuft, können graphitische Strukturen sowohl an sp 3 ‐hybridisierten Strukturdefekten als auch durch elektrophile Addition an vollständig C‐substituierte aromatische Doppelbindungen bromiert werden. Dabei werden die planaren (graphitischen) sp 2 ‐C‐Atome in die tetraedrische sp 3 ‐Hybridisierung umgewandelt und zu elektrisch nichtleitenden Strukturen gefaltet. Die maximalen Bromausbeuten bei Verwendung von Brom als Plasmamedium lagen je nach Substrat zwischen 10–50% Br/C, mit Bromoform deutlich darüber, was durch Kombinationen von Bromoform mit Brom oder Allylbromid mit Bromoform durch Schichtbildung auf über 70% Br/C gesteigert werden konnte. An die C‐Br‐Gruppen wurden nasschemisch verschiedene Amine nucleophil gepfropft. Die Pfropfausbeuten von 1–10 Moleküle je 100 C lagen deutlich niedriger als die erreichten Pfropfgrade von etwa 1–22 Moleküle je 100 C‐Atome an Polyolefinoberflächen. Da nach der chemischen Pfropfung nahezu alle nichtgepfropften Br‐Gruppen verschwunden waren, muss auf eine bevorzugte Rekonstruktion der planaren sp 2 ‐Graphitschicht geschlossen werden.