光学高分子材料

O
C O
CH
CH
CH
CH
300~400
O CH CH C
苄叉苯乙酮基
或
O C CH CH
250~400
苯乙烯基吡啶基 α-苯基马来酰亚胺 基 叠氮基 重氮基
+
N
CH
CH
视R而定
CO N CO
C CH
200～400 260～470 300～400
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N3 ,
SO3N3
N2+
感光性单体聚合法
① 乙烯类单体
1、将感光性化合物添加入高分子中的方法 2、在高分子主链或侧链引入感光基团的方法 这是广泛的使用方法，引入的感光基团种类很多，主要有： 光二聚型感光基团（如肉桂酸酯基）、重氮或叠氮感 光基团（如邻偶氮醌磺酰基）、丙烯酸酯基团以及其
他具有特种功能的感光基团（如具有光色形、光催化
性和光导电性基团）等。 3、有多种组分构成的光聚合体系
光学高分子材料
1
1、光高分子材料概述
光学功能高分子材料是在光参量作用下能够
表现出某些特殊物理或化学性能的高分子材料，
能够对光进行传输、吸收、储存、转换的一类高 分子材料，是功能高分子材料中的重要一类。 从广义上讲，按其输出功能，感光性高分子 包括光导电材料、光电转换材料、光能储存材料、
光记录材料、光致变色材料和光致抗蚀材料等。
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感光性高分子作为功能高分子材料的一个重要
分支，自从1954年由美国柯达公司开发的聚乙烯醇
肉桂酸酯成功应用于印刷制版以后，在理论研究和 推广应用方面都取得了很大的进展，应用领域已从 电子、印刷、精细化工等领域扩大到塑料、纤维、 涂料、油墨、胶粘剂、医疗、生化和农业等方面，
发展之势方兴未艾。
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2、光化学反应的基础知识
红外线 可见光
700
600 500
171
201 239 X射线 γ射线
100
10-1 10-3
1197
106 108
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表 2 —2
化学键 键能 /(kJ/mol) 化学键
化学键键能
键能 /(kJ/mol) 化学键 键能 /(kJ/mol)
O－O
138.9
C－Cl
328.4
C－H
413.4
N－N
160.7
光性分子，使后者发生反应，这种现象叫做增感。
增感通常分为两类： 一类是化学增感，此时感光性物质固有感光波长范围无变化。 另一类是光学（光谱）增感，此时感光性物质的固有感光波长 范围延向长波段。光学增感是增感剂分子向感光性分子进行能
量转移。
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作为增感剂，必须具备以下的基本条件： （1） 增感剂三线态的能量必须比被增感物质的三线态能量大， 以保证能量转移的顺利进行。一般至少应高17 kJ/mol； （2）增感剂三线态必须有足够长的寿命，以完成能量的传递； （3）增感剂的量子收率应较大。 （4）增感剂吸收的光谱应与被感物质的吸收光谱一致，且范围 更宽，即被增感物质吸收的光波长应在增感剂的吸收光谱范围 内。
2.1 光的性质和光的能量 光是一种电磁波。在一定波长和频率范围内，
它能引起人们的视觉，这部分光称为可见光。广
义的光还包括不能为人的肉眼所看见的微波、红
外线、紫外线、X 射线和γ射线等。
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2.2 高分子光物理和光化学
光是光敏高分子材料各项功能发生的基本控制 因素，一切功能的产生都是材料吸收光以后发生 相应的物理化学变化的结果。 1、光吸收和分子的激发态 2、激发能的耗散
光 聚 合 性 单 体 + 高 分 子 化 合 物
单 独 光 聚 合 物
其 他 带 感 光 基 的 高 分 子
光 降 解 性 高 分 子
带 重 氮 基 和 叠 氮 基 的 高 分 子
聚 乙 烯 醇 肉 桂 酸 酯 及 类 似 聚 合 物
其 他 的 感 光 性 化 合 物 + 高 分 子
重 氮 和 叠 氮 基 化 合 物 + 高 分 子
C－C
347.7
H－H
436.0
C－S
259.4
C－O
351.5
O－H
462.8
C－N
291.6
N－H
390.8
C = C
607
7
2.3 光增感
光化学反应是由分子(或原子)吸收光而引起的，但是有些
化合物自身不能直接吸收光子或必须吸收高能量的光子才能进
行反应，此时光化学反应就不容易进行，因此，可在体系中加 入另一种化合物，它可直接吸收光能，然后再将能量转移给感
重 铬 酸 盐 + 高 分 子
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根据其在光参量作用下表现出的功能和性质分类：
（1）高分子光敏涂料 （2）高分子光刻胶 （3）高分子光稳定剂 （4）高分子荧光（磷光）材料
（5）高分子光催化剂
（6）高分子光导材料 （7）光致变色高分子材料
（8）高分子光力学材料
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3.3 光学高分子体系的设计与构成
② 开环聚合单体
③ 缩聚法
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4、光敏涂料和光敏胶
4.1 概述
光敏涂料是光化学反应的具体应用之一。光敏涂料
与传统的自然干燥或热固化涂料相比具有以下优点：
1、固化速度快，可在数十秒内固化； 2、不需要加热，耗能少； 3、污染少； 4、便于组织自动化光固上漆生产流水作业线，从而提高生
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2.4 高分子光化学反应
1、光交联（光聚合）反应 光聚合反应包括光自由基聚合、光离子型聚合和光固 相聚合三种。为了增加光聚合反应速度，经常需要加入光 引发剂和光敏剂. 光交联反应按照反应机理可以分为链聚合和非链聚合 两种。 2、光降解反应 光降解反应是指在光的作用下聚合物连发生断裂，分 子量降低的光化学过程。 无氧光降解,光氧化过程
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3 感光性高分子材料
3.1 感光性高分子的分类
（1）根据光反应的类型分类
（2）根据感光基团的种类分类 （3）根据物理变化分类 （4）根据骨架聚合物种类分类 （5）根据聚合物的形态和组成分类
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感光性高分子
光聚合型
带感光基团的聚合物
感光化合物 + 高分子型
感 电 子 束 和 X 射 线 的 高 分 子
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3.4.2 具有感光基团的高分子
（1）感光基团的种类 在有机化学中，许多基团具有光学活性，其中 以肉桂酰基最为著名。此外，重氮基、叠氮基都可 引入高分子形成感光性高分子。
表6—5 重要的感光基团 基团名称 烯基 肉桂酰基
O C O
结 构 式
C C
吸收波长 /nm ＜200 300
CH
CH
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肉桂叉乙酰基
3、激发态的猝灭
4、分子间或分子内的能量转移过程
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表 2 —1
光线名称 微 波 波长 /nm 106～107 103～106 800
各种波长的能量
能量 /kJ 10-1～10-2 10-1～102 147 紫外线 光线名称 波长 /nm 400 300 200 能量 /kJ 299 399 599