第五章-光功能高分子材料PPT课件

聚合物型光电池
光能储存材料
光记录材料 光致变色材料 光致抗蚀材料
研究最成熟，最有实用价 值，包括光刻胶、光固化 粘合剂、感光油墨、感光 涂料
.
5
2、光化学反应原理
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。
.
8
光化学反应过程： 1. 激发过程：分子吸收光能，电子从基 态向高能级跃迁，成为激发态。 2. 化学反应：激发态分子向其它分子转 移能量或产生各种活性中间体而发生化 学反应。
.
9
基态分子
吸光 放出能量
激发态分子
激发态分子
失
活性物
活
能量转移
基态分子 失活
.
生成物Ⅰ 生成物Ⅱ 激发态分子
反应或失活
Stark-Einstein定律：一个分子在吸收一个 光子后即生成电子激发态。
.
7
激发态的衰减：一个激发到较高能态的分 子是不稳定的，除了发生化学反应外，它 还将竭力尽快采取不同的方式自动地放出 能量，回到基态。
(a) 电子状态之间的非辐射转变，放出热能； (b) 电子状态之间辐射转变，放出荧光或磷光； (c) 分子之间的能量传递。 (d) 化学反应。
.
16
.
17
裂解产物： 苯酰基自由基，活性较大，是引发聚合的主 要初级自由基 取代苄基自由基，活性低，往往引发二聚
.
18
安息香具有强的分子内氢键，长波吸收峰位 置与溶剂极性有关：
乙醇中， max＝330nm，环己烷中时， max =345nm。 缺点：容易发生暗聚合，储存稳定性下降。
将安息香醚化，破坏分子内氢键，可提高光 分解速率。安息香烷基醚断裂是激发单线态 裂解，较安息香具有更高的引发聚合反应速 率。安息香异丙基醚活性好，使用寿命长。
.
22
（3）光交联
原料：线形高分子或线形高分子与单体 产物：不溶性的网状聚合物 应用：光固化油墨、印刷制版、光敏涂料、 光致抗蚀剂
链聚合 交联反
23
链聚合
带有不饱和基团的高分子：丙烯酸酯、不 饱和聚酯、不饱和聚乙烯醇衍生物、不饱和 聚酰胺等
硫醇与烯烃分子。（加聚反应）
1、光功能高分子材料及其分类
光功能高分子：也称感光性高分子，指在吸 收了光能后，能在分子内或分子间产生化学、 物理变化的一类功能高分子材料。这种变化 发生后，材料将输出其特有的功能。
光物理材料 按作用机理
光化学材料
.
4
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
光检测元件、光电子器件、 静电复印、激光打印
光具有波粒二相性。 微粒性：光有量子化的能量，不连续 波动性：有干涉、衍射和偏振等现象，具有 波长和频率
c
.
6
光化学：研究电子激发态的原子、分子的 结构及其物理化学性质的科学。
光化学反应：物质由于光的作用引起的化 学反应。
Grotthus-Draper定律：只有被分子吸收的 光才可以引起光化学变化。
苯乙酮的衍生物
.
19
光敏剂
吸收光能发生光物理过程至它的某一激发态， 发生分子内或分子间能量转移，传递至另一分 子（单体或引发剂）产生初级自由基。 光敏剂本身并不消耗或改变结构，可以看作是 光化学反应的催化剂，提高光化学反应的量子 效率
光敏剂（PS） by l i ght （PS）*（激发态生成）
（PS）*＋单体或引发剂
.
14
（2）光引发剂与光敏剂 光引发剂：
吸收适当波长及强度的光能，发生光物理过 程至其某一激发态，若该激发态能量大于断 裂键所需能量，就能产生初级自由基
by l i ght
光引发剂（PI）
（PI）*（激发态生成）﹠
（P I）*
PI*（初级自由基）＃
.
15
安息香、安息香烷基醚及安息香醋酸酯
O
OH
近紫外吸收较高，光裂解产率 高，光聚合中应用最广
.
12
能发生光化学反应的条件
聚合体系中必须有一个组分能吸收某一波长 范围的光能
吸收光能的分子能进一步分解或与其它分子 相互作用而生成初级活性种
过程中所生成的大分子的化学键应是能经受 光辐射的
关键在于：选择适当能量的光辐射。
.
13
光引发自由基聚合苯三乙种基烯方、乙式甲烯：基基丙酮烯、溴酸甲乙酯烯、烷
10
3、光化学反应
光聚合与光交联 分子量变大，溶解度降低
光降解和异构化
分子量降低，溶解度增大
.
11
（1）光聚合
与普通化学法引发的聚合反应相比: 引发聚合的活性种的产生方式不同。活性 种是由光化学反应产生。 光聚合只有在链引发阶段需要吸收光能
活化能低，易于低温聚合。 可获得不含引发剂残基的纯的高分子。 量子效率高。吸收一个光子导致大量单 体分子聚合为大分子
饱和高分子。（链转移作用，夺氢或卤原 子，产生活性中心，或光解断裂产生自由基） （卤代聚合物、含硫高分子）
.
24
非链聚合
高分子与交联剂（光敏剂重铬酸盐、重 氮盐和芳香族叠氮化合物）
带有可以发生光聚合反应官能团的高分 子（、－不饱和羰基最为常见。） 注意：体系中，光敏剂是必需的
光直接激发单体或激发带有发色团的聚合 物分子而产生的反应活性种引发聚合。
光激发分子复合物（大多为电荷转移复合 物），由受激发分子复合物解离产生自由 基、离子等活性种引发聚合
光活性分子（光引发剂、光敏剂）引发光 聚合。由它们断裂产生的活性种或把能量 传递给单体或能够形成引发活性种的其它 分子，再引发聚合。
.
1
1954年，美国柯达公司的Minsk等 人开发出光功能高分子聚乙烯醇肉 桂酸酯，并成功应用于印刷制版
应用领域已从电子、印刷、精细化 工等领域扩大到塑料、纤维、医疗、 生化和农业等方面，发展之势方兴 未艾。
.
2
概述
主 光敏涂料
要 光致抗蚀剂
内 容
光致变色高分子材料
光导电高分子材料
.
3
5.1 概述
初级自由基＋PS（基态）
.
20
常见的光敏剂
H3C
O
N
C
H3C
O C
CH3 N
CH3
米蚩酮 （MK）
二苯甲酮（BP）
.
21
当光源条件给定时，光引发剂和光敏剂 发生作用的要求
具有合适的吸收光谱（与光源匹配否）和 消光系数
引发量子效率高
光敏剂、光引发剂及其断裂产物不参与链 转移和链终止反应 。
光引发剂和光敏剂应有一定的热稳定性。 与反应体系互溶，无毒，无气味以及不使 反应产物发黄等特性。