功能高分子——光敏高分子材料

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2012-11-5
1. 光敏涂料的定义
在光照作用下发生光聚合或光交联反应、 具有快速光固化性能的能够保护材料表面 和/或具有美观作用的高分子材料。
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2. 光敏涂料的主要组成
• 成膜物质，可以进 • 光敏剂（或光引发剂）
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3. 光敏涂料的组成与性能的关系
光敏涂料的主要性能
• 流平性能 • 机械性能 • 化学稳定性
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• 光泽
• 粘结力
• 固化速度
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（1）光敏涂料的流平性
• 稀释剂可以降低涂料的粘度，表面活性剂可以调
节涂料的表面张力和润湿性。
• 黏度和表面张力的降低、润湿性的增大有利于涂
料流平性的改善 • 稀释剂和表面活性剂影响光敏涂料的流平性
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（2）光敏涂料的机械性能
• 光敏涂料的机械性能包括
• 涂料膜的硬度 • 涂料膜的柔韧性 • 涂料膜的冲击强度
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• 己二酸与己二醇反应生成具有羟基端基的聚酯，
聚酯再依次与甲基苯二异氰酸酯和丙烯酸羟基
乙酯反应可以生成聚氨酯树脂。
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（4）聚醚低聚物
环氧化合物 多元醇
原料
反应方式
缩聚反应
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（4）聚醚低聚物
• 典型的聚醚低聚物制备反应式
（3）光敏涂料的化学稳定性
• 涂料的化学稳定性包括
• 耐化学品能力
• 抗老化能力
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（3）光敏涂料的化学稳定性
• 影响光敏涂料化学稳定性 的主要因素是其化学组分 • 聚酯和聚苯乙烯体系对极性溶剂和水溶 液有较好的耐受力 • 含有丙烯酸单元的涂料在水溶液中特别
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（3）环境条件
• 环境条件对光敏涂料的固化过程有一定的影响
• 空气中的氧气对光固化反应有阻聚作用，因此
在惰性气氛中有利于光敏涂料的固化反应
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（3）环境条件
• 环境温度对固化速率和固化程度都有影 响，一般情况下提高环境温度有利于提 高固化速度和固化程度。
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（2）光敏涂料的机械性能
• 增加树脂分子结构中芳香环的含量、 增大交联密度可以提高涂层硬度
• 适当降低交联密度或提高预聚物分子
量可以改善涂层的柔韧性 • 降低树脂中官能团的数量或交联密度 可以提高涂层冲击强度。
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（1）光源
• 光源的选择参数包括波长、功率
• 光源波长的选择应该与光引发剂或光敏剂的波长作 用范围相匹配。
• 光源的功率主要影响光敏涂料的固化速率，提高光
源功率可以提高固化速率。
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（2）光引发剂和光敏剂
• 光引发剂在光的作用下可以生成能够引发光固化反 应的自由基等活性中心
（6）光敏涂料的固化速度
• 提高光敏涂料固化速度的方法 • 提高成膜物质的反应活性 • 增多光敏剂的用量
• 提高光敏剂的光敏度
• 增大光源的功率
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2012-11-5
4. 光敏涂料固化反应的影响因素
• 光源
• 光交联引发剂和光敏剂
• 环境条件
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是碱性溶液中稳定性较差。
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（4）光敏涂料的光泽
• 从涂层光泽的角度，涂料可以分为
• 低光泽涂料即所谓的亚光漆
• 高光泽涂料
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（4）光敏涂料的光泽
• 降低涂层光泽度可以向涂料中加入消光剂，常用的 消光剂有粉状二氧化硅、石蜡或高分子合成蜡
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（1）环氧树脂型低聚物
典型的环氧树脂分子结构式
O CH 2 CH CH 2 ( O
CH 3 C CH 3
OH OCH 2CHCH 2)n O
CH 3 C CH 3
O OCH 2CH CH 2
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（1）环氧树脂型低聚物
提高环氧树脂光反应能力的方法
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2012-11-5
三、光刻胶
• 光刻胶：又叫光致抗蚀剂（Polymeric Photoresist • 指在光（例如紫外光）的作用下可以发生光交联或 光降解反应、光反应后其溶解性能发生显著变化、 具有光加工性能的高分子材料，广泛应用于印刷和 集成电路制造等众多领域。
一步反应的低聚物，
分子量一般为1000• 热阻聚剂
5000
• 交联剂 • 稀释剂
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• 调色颜料
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2. 光敏涂料的成膜物质
光敏涂料的主要成膜物质
• 环氧树脂型低聚物
• 不饱和聚酯成膜物质 • 聚醚成膜物质
• 聚氨酯成膜物质
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1. 高分子材料的光老化
• 在光、热、氧化剂、水分和其他
浓度增大而增大。
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2012-11-5
来自百度文库2）光引发剂和光敏剂
光引发剂的主要种类和性能
种 类 感光波长/nm 360~420 340~400 280~400 代表化合物 安息香 偶氮二异丁腈 硫醇，硫醚 羰基化合物 偶氮化合物 有机硫化合物
卤 化 物 色 素 类
有机金属 羰基金属
• X射线光刻胶
• 电子束光刻胶
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三、光刻胶
• 集成电路光刻工艺示意图
1.涂胶 2.曝光 3.显影 光致抗蚀剂层 氧化层 基层 光线 掩膜
4.刻蚀
5.剥胶
正性光刻胶
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负性光刻胶
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（1）负性光刻胶
• 调节涂料表面张力可以提高涂层光泽度
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（5）光敏涂料的粘结力
• 光敏涂料粘结力的影响因素
• 涂层与底层间的相溶性 • 被涂层清洁度 • 涂料表面张力 • 固化条件
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（5）光敏涂料的粘结力
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三、光刻胶
光刻胶的分类
• 正性光刻胶（Positive Photoresist)
• 负性光刻胶（Negative hotoresist）
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三、光刻胶
光刻胶的分类
• 紫外光刻胶 • 远紫外光刻胶
CHCOCCl
(CH 2 CH) n OCOCH (CH 2 CH) n O CHC 6 H 5
(CH 2 CH) n O O C CH CH
C 6 H 5 CH
CH
C O
O h υ O C CH CH CH C 6H 5 C O (CH 2 CH) n O
+
C 6H 5
C 6 H 5 CH (CH 2 CH) n
• 具有发色基团的有机羰基化合物、过氧化物、偶氮 化物、硫化物和卤化物等，例如安息香、过氧化二 苯甲酰、偶氮二异丁腈、硫醇、硫醚等。
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（2）光引发剂和光敏剂
• 光敏剂是容易捕获光能的一类化合物，一般不直
接生成自由基等活性中心，而是把吸收的光能传
递给其它物质分子例如光引发剂分子，促使其它
参考文献
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2012-11-5
一、光敏高分子材料的定义与分类
光敏高分子材料的定义
在光的作用下能够进行物理化学反应(例如光
聚合、光交联等）并往往表现出特殊性能（例
如光能转换、光导电等）的聚合物叫做光敏聚
合物或光敏高分子材料。
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光敏高分子材料的分类
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（1）正性光刻胶
• 典型的正性光刻胶
• 具有邻重氮萘醌结构的线性酚醛树脂
CH 2 CH 2
O
m
OH
n
SO 2
O
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N2
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四、高分子光稳定剂
1. 高分子材料的光老化
2. 光稳定剂的作用机理 3. 光稳定剂的种类与应用
物质分子分解成自由基等活性中心
• 常用的光敏剂有苯乙酮和二苯甲酮等芳香酮类化
合物。
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（2）光引发剂和光敏剂
• 光引发剂在光反应过程中被消耗，因此加入量要足
够。
• 光敏剂在光反应过程中只是承担能量的转移，不存
在消耗问题，一般情况下涂料固化速率随着光敏剂
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300~400 400~700
300~450 360~400
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卤化银，溴化汞 核黄素
烷基金属 羰基锰
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2012-11-5
（2）光引发剂和光敏剂
常用光敏剂的相对活性
种 类 米蚩酮 萘 二苯甲酮 相对活性 640 3 20 种 类 2,6-二溴4-二 甲氨基 N-乙酰基-4硝基-1-萘胺 对二甲胺基 硝基苯 相对活性 797 1100 137
负性光刻胶的主要成分
• 分子链中具有不饱和键、环氧基团等反 应活性点的可溶性聚合物 • 例如聚乙烯醇肉桂酸酯光刻胶、环氧化聚
丁二烯光刻胶等
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（1）负性光刻胶
• 聚乙烯醇肉桂酸酯光刻胶的制备反应和作用 机理示意图
(CH 2 CH) n OH
+
CH
1. 光敏涂料 2. 光刻胶 3. 高分子光稳定剂 4. 高分子荧光剂（高分子夜光剂） 5. 光能转换聚合物 6. 光导电高分子材料 7. 光致变色高分子材料
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二、光敏涂料
1. 光敏涂料的定义
2. 光敏涂料的主要组成 3. 光敏涂料的成膜物质 4. 光敏涂料的组成与性能关系 5. 光敏涂料固化反应的影响因素
• 提高光敏涂料粘结力的方法
• 调节涂料化学组成 • 降低涂料表面张力 • 适当减少官能团密度
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（6）光敏涂料的固化速度
• 影响光敏涂料固化速度的因素
• 成膜物质的反应活性
• 光敏剂的性质
• 光源的功率
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OCH 2 CHCH 2OCCH
OCH 2 CHCH 2OCCH
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（2）不饱和聚酯低聚物
用于光敏涂料的线性不饱和聚酯
一般是二元酸和二元醇缩聚物
常用的二元酸有马来酸酐、甲 基马来酸酐和富马酸等不饱和 羧基衍生物。
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功能高分子材料电子教案
功能高分子材料
主讲人：王德松
Tel: 81669901，88632187
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2012-11-5
第六章
光敏高分子材料
六、光 导电高分 子材料 七、主要
一、定义与分类
二、光敏涂料
三、光刻胶 四、高分子光稳定剂 五、光致变色高分子材料
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（2）不饱和聚酯低聚物
典型不饱和聚酯低聚物的制备方程式
CH 2 CH 2 CH 3
OH OH
O
O O
O
OO O O O O
O O O
+
O
+
O O
(
O O
)
n
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（3）聚氨酯低聚物
• 一般是由含羟基丙烯酸或甲基丙烯酸与多元异氰
酸酯反应而成。
某些单体与环氧树脂发生酯化反应生成 环氧树脂的丙烯酸酯，例如AA、MAA、丙 烯酸羟烷基酯、马来酸酐
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（1）环氧树脂型低聚物
典型的环氧树脂低聚物引入双键反应
O OCH 2 CH CH 2 O CH 2 CHCO O CH 2 CH 2 CHCOOH OH O CH 2
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（1）负性光刻胶
• 作用原理与上述过程相似的负性光刻胶还有 • 聚乙烯氧肉桂酸乙酯 • 聚对亚苯基二丙烯酸酯 • 肉桂酸与环氧树脂形 • 聚乙烯醇肉桂叉乙酸酯 • 聚乙烯醇(N-乙酸乙酯) 氨基甲酸酯-肉桂叉乙 酸酯 • 环化橡胶
成的酯类
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