感光高分子的研究现状及发展动向

感光高分子的研究现状及发展动向

摘 要:

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年由美国柯达公司的Minsk等人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、医疗、生化和农业等方面，发展之势方兴未艾。本章将较为详细地介绍光化学反应的基础知识与感光性高分子的研究成果。

关键词: 感光高分子 现状 发展 动向

一、感光高分子的意义

随着现代科学技术的发展，感光性高分子发展成了功能高分子中用途最广的一种。这与感光性高分子作为新材料在各种领域中得到广泛应用有关。特别是近年来信息科学和信息工业的发展有力地促进了光物理和光化学科学研究的进步，而信息科学所涉及的印刷图像术、复制技术和微细加工及光刻技术等不断对感光高分子及有关材料提出新的要求，有力地推动了感光性高分子的发展。最近不但在成像材料，如照相、复印、印刷、集成电路中获得重要应用，在塑料、纤维、医疗、生物化学、涂料和胶黏剂等方面也都取得了重要地位。 感光性高分子的发展历史虽然不长，但近几十年却发展得非常迅速。目前不仅有光聚合型、光交联型，还有光分解型；其受照的范围也由仅对紫外光感光，发展到能感受能量较高的光—远紫外光、X射线、电子束、激光等。

感光性高分子是指具有感光性质的高分子材料。当这类材料吸收了光能后可导致体系发生分子内或分子间产生化学、物理变化，使未曝光部分的物理或化学性质产生强烈的反差，从而引起图像的出现。

1. 感光性高分子分类

感光性高分子经过几十年的发展，品种日益繁多，应用很广，迄今为止没有公认的分类方法，目前常用的分类方法有：

① 根据光反应的类型分为光交联型、光聚合型、光氧化还原型、光分解型、光二聚型

等；

② 根据感光基团的种类分未重氮型、叠氮型、肉桂酰型、丙烯酸酯型等；

③ 根据物性变化分为光致不溶型、光致溶解型、光降解型等；

④ 根据骨架聚合物种类分为聚乙烯醇型、聚酯型、尼龙型、丙烯酸酯型、环氧型、氨基甲酸酯型等；

⑤ 根据聚合物组分可分为感光性化合物和聚合物混合型、具有感光基团的聚合物型、

光聚合物组成型等；

⑥ 根据其在光参量作用下表现出的功能和性质，又可分为光敏涂料、高分子光致抗蚀

剂、高分子光稳定剂、高分子荧光（磷光）材料、高分子光催化剂、高分子光导材

料、光致变色高分子材料、高分子非线性光学材料以及高分子光力学材料等。

2. 感光性高分子的功能

(1)光固化(光交联)功能 (2)光降解功能 (3)光成像功能

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(4)光致变色功能 (5)光能的化学转换功能 (6)光导电功能

二、感光性高分子的应用

1. 光固化涂料

合成涂料一般都含有大量有机溶剂以及颜料、填料与助剂等物质，在涂料生产与使用中产生大量“三废”，造成对环境的污染，影响了人类健康。因此倡导保护环境、提高涂料性能成为21世纪初涂料工业的主旋律。“绿色”涂料的生产、应用和开发成为涂料研究业的重要课题。UV固化涂料就是这种“绿色”涂料的一个典型代表。与传统涂料固化技术相比，UV固化具有节能无污染、高效、适用于热敏基材、性能优异、采用设备小等优点。 1） 用于木制品 2） 用于塑料制品 3） 用于纸类基材 4） 用于光纤涂料

2. 光固化胶黏剂

作为UV固化技术的应用领域之一，UV固化粘合剂引起了人们极大的兴趣。它以独特的优势获得了迅速发展，在特殊应用领域可取代传统粘合剂，如热固化胶、热溶胶、溶剂胶等。UV固化粘合剂主要用于粘接，其应用对象是多方面的。不仅可以是透明材料，也可以是非透明材料。

(1)用于粘接 一般适用于玻璃、薄膜、塑料等透明材料的粘接，如玻璃以及相应工业品的粘合，透镜装配，光纤通信相关部件的融合，光盘等塑料制品的粘合等。 (2)用于密封 一般应用于开关、仪表、继电器等端头与壳体的密封等。 (3)用于溜封 一般应用于液晶显示器等开口部位的填充。

(4)用于固定 一般应用于电子元件对电路板的固定(表面安装)。

UV固化粘合剂的发展，一方面要解决基本原料问题，有些原料带有一定的颜色，影响UV固化粘合剂的固化速度和粘接性能；有些原料带有一定的气味甚至带有一定的毒性，影响UV固化粘合剂的应用，同时应研究开发齐聚体、活性单体和光引发剂的新品种，提高UV固化粘合剂的粘接性能。另一方面开拓UV固化粘合剂新的应用领域，使UV固化粘合剂不仅能应用于透明材料的粘接，也可以应用于非透明材料的粘接，不仅能应用于刚性也可以应用于弹性材料的粘接，使UV固化粘合剂的应用范围不断扩大，真正让UV固化这种绿色产业技术造福人类。

3. 感光性油墨

用感光性树脂制成的油墨能用紫外光和电子束快速地使之干燥，而且整个过程是在室温和低温下进行，不会造成印刷品的挠曲、变形，因此受到了普遍的欢迎。 （1）纸张印刷用感光油墨 （2）金属印刷用UV油墨 （3）电子工业用感光油墨 ①电子束固化型导电油墨 ②印制电路板用油墨 (4)标记油墨

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（5）绝缘油墨 （6）罩面油墨

4. 光致抗蚀剂

感光高分子材料最早用于印刷制版，在印刷工业中，感光高分子材料印刷版可代替金属板材，不仅节省金属，而且工艺简单，可实现自动化操作。在电子工业中广泛应用的一类感光材料是光致抗蚀剂。光致抗蚀剂的应用促使电子工业向高集成化、微型化、高可靠性方向发展，在半导体器件、集成电路制作中，光致抗蚀剂具有十分重要的意义。

集成电路工业和激光照排制版等光加工工艺的发展对光致抗蚀剂的需要越来越大，对其性能也提出了更高要求。光加工工艺是指在被加工材料表面涂覆保护用光刻胶，根据加工要求，对保护性光刻胶进行光选择性化学处理，使部分区域的保护胶发生溶解性变化，并用适当溶剂溶解脱除，再用腐蚀加工方法对脱保护处进行加工。如制造半导体电子器件或集成电路时，需要在硅晶体或金属表面进行选择性腐蚀。为了使需要保留的地方不受影响，需要用抗腐蚀的材料把它保护起来。通过对所加工的图形进行曝光，由于受光和未受光部分产生溶解度的差别，曝光后用适当溶剂显影，就形成了所需要的图形。

光致抗蚀剂也称为光敏胶、光刻胶，根据光照后溶解度变化的不同分为正胶和负胶。

图6-1 光刻工艺中光致抗蚀剂的作用原理

5. 光致变色树脂

光致变色材科的应用领域可归纳为以下几个方面： (1)光的控制与调节 (2)信号显示系统 (3)记录介质

(4)汁算机记忆元件 (5)辐射计量计 (6)感光材料

(7)模拟生物过程、生化反应 (8)太阳能存贮材料

6. 光降解

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随着高分子材料工业的迅速发展，其应用范围日益扩大，用量也不断增多，因而废弃的高分子材料制品也大大增加。由于合成高分子具有优良的耐化学腐蚀性、耐水性、耐候性，极难在自然条件下分解，因而高分于废弃物的大量堆集严重污染了环境，给人民生活和生产带来危害，回收利用高分子废料的研究工作早巳开展，如通过化学降解高分子材料使其回收利用，或将废塑料作为燃料焚烧，而后者因有些分解物有毒，往往造成二次污染。因此，研究开发利用阳光降解处理高分子材料的问题日益受到人们的重视。当然，要使废弃的高分子材料迅速她光降解是一件相当困难的事情，所以，阳光处理高分子废弃物的实用化需花费相当长的时间。

光降解材料主要可应用于两个方面，一是包装材料，二是农业用薄膜。现有的包装材料中大约80%是聚烯烃，如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯，此外还有聚酯等。聚烯烃薄膜还被广泛作为农业用覆盖薄膜以保墒、提高土壤温度及抑制杂草生长，但使用后很难从地里清除掉，所以可用光降解聚烯烃作包装材料和农用地膜，废弃后即可被日光降解成碎片。当聚烯烃的分子量降到500以下时，就容易受微生物破坏，从而进入自然界的生物循环。

目前，西方国家光降解塑料技术比较成熟，已广泛应用。我国从80年代韧开始进行降解塑料研究，主要偏重于降解地膜的研制开发。发展速度较快，目前在技术上也比较成熟。但由于其对应用条件的要求较高，价格较贵，其应用受到限制。其制品一定要在光作用下才发生降解，如农膜在泥土中的遮盖部分不降解，这种残留及降解产生的碎片对土壤结构存在负面影响，对地力会造成一定的破坏，同时其完全降解性也受到质疑。光降解膜一般比普通膜价格高11～20%，其降解过程也不易控制。因此其开发和研究的步伐在20世纪90年代放缓，转而开发生物降解塑料。

表6-4 典型的光降解高分子材料及其应用 分类

共聚合型

商品名 E/CO

E/COlytr(加拿大)

PS2005(美国)

化学组成

乙烯—一氧化碳共聚物

乙烯基酮与乙烯、丙烯、苯乙烯得共聚物

乙烯基酮与乙烯、丙烯、苯乙烯得共聚物

添加型

Plastigone Polygrade Litterless E/Cowhite Icarite 硫醇铁盐与PE的混合物 铁盐

铁化合物

二氧化钛与低密度聚乙烯的共混物 硬脂酸盐及二苯基酮 应用

饮料瓶的拉环、农膜等

杯、盘、垃圾袋、杂物包装等

杯、盘、垃圾袋、杂物包装等

三、 感光高分子材料的展望

由于有机光导感光体可采用无毒材料制成带状、片状、鼓状等多种形态，且具有双重带

电性能、感光度高、光谱响应范围宽等特点，因而适用于激光复印机和彩色复印机，寿命可达10万张．此外，由于高分子材料可根据性能要求，自行设计分子结构．20多年来，世界各国对感光高分子的研究开发发展很快，无毒、高感光度、高寿命的产品不断推出，有着无机感光材料不可比拟的优越性．感光高分子的合成及研究报道很多，其中很多产品得到了广泛的应用．尤其是酞菁染料自从被发现具有优良的光电导等性能后，在全球范围内引起研究热潮，并相继开发了多种金属和无金属酞菁产品．酞菁粪化合物不仅具有很高的热稳定性和光稳定性，在近红外区域(700～850 nm)还具有很强的吸收能力．而选择光电导材料的

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首要条件是被选对象在曝光区域内要有较强的光谱响应．

【参考文献】

1.资料 世界感光材料发展年表

2.期刊 感光材料片基的发展现状与展望

3.论文 耐水性丝网印刷感光高分子性能研究 2002年9月 第18卷第5期 4.《感光性高分子》 永松元太郎编 科学出版社出版 5.《先进高分子材料》沈新元主编 2006年2月第1版

6.《特种与功能高分子材料》王国建主编2004年10月第1版

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/3l2h.html