光功能高分子材料的发展与应用

1、 6/6 题目：光功能高分子材料的发展及应用某：郭翠翠学号：0919080122班级：09高分子摘要：随着高分子材料的发展，光功能高分子材料的应用也越来越广泛。通过文献调研以及实际经验总结，详细介绍了几种光功能高分子材料，主要有光敏涂料、光致变色高分子材料、光导电高分子材料、光降解高分子材料等。以及简单的分析了各种材料目前状况。一、前言光功能高分子材料研究是光化学和光物理科学的重要组成部分，近年来随着现代科学技术的发展，光功能高分子材料研究在功能材料领域占有越来越重要的地位，光功能高分子材料日益受到重视。光功能高分子材料的应用领域已从电子、印刷、精细化工等领域扩大到塑料、纤维、医疗、生化和农业

2、等方面,正在快速发展之中，光功能高分子材料研究与应用也将越来越广。通过对光功能高分子材料的一个综述，让人们更系统的了解光功能高分子材料。二、光敏涂料 光敏涂料历史的最初记载是古代埃及人用熏花草油与沥青的混合物涂在亚麻布上，用太阳光固化做成箱子保护木乃伊。 十九世纪初，人们用不饱和植物油做成油墨来印刷，亦是采用太阳光固化干燥。从而发明了光蚀刻法的印刷术。 而如今光敏涂料作为光化学反应的具体应用之一。光敏涂料和传统的自然干燥或热固化涂料相比，具有下列优点：第一，固化速度快，可在数十秒时间内固化，适合要求立刻固化的场合；第二，不需要加热，耗能少，这一特点特别适于不宜高温烘烤的材料；第三，污染少，因为

3、光敏涂料从液体转变为固体是分子量增加和分子间交联的结果而不是溶剂挥发所造成的；第四，便于组织自动化光固化上漆生产流水作业线，从而提高生产效率和经济效益。 需要指出的是，光敏涂料不可避免地存在一些缺点，诸如，受到紫外光穿透能力的限制，不适合作为形状复杂物体的表面涂层。若采用电子束固化，虽然它穿透能力强，但是射线源及固化装置较为昂贵。此外，光敏涂料的价格相对比较高，在一定程度上会限制其应用。 光敏涂料的应用X围很广，但一般只用于形状不复杂的基物，例如，可用于木器漆、金属的装饰、塑料地板漆、塑料制品漆、纺织品和纸X的涂层、电线漆和光纤保护涂层等。这可依据不同要求，选择不同的成膜物。 作为一种新型的高

4、分子材料也作为一种新型的涂料，光敏涂料的发展前景是相当乐观的，在这个追求环保的年代，光敏涂料有着不可比拟的优势。三、光致变色高分子材料 光致变色是一种物理化学的现象，在一百多年前就已经有人发现了这种现象。1867年Pritsche观察到了黄色的并四苯在光和空气的作用下产生褪色现象，而所生成的物质受热时又重新生成并四苯。1876年，Meer报道了二硝基甲烷的钾盐经过光照而发生颜色变化。1881年，Phipson观察到了一种锌颜料在阳光的暴晒下颜色逐渐变深，在夜晚则又恢复至原来的颜色。1899年，Markwald研究了1,4-二氢-2,3,4,4-四氯萘-1-酮在光的照射下发生了可逆的颜色变化行为

5、，因此他把这种现象称为光诱导的热力学可逆光色互变。 在光的作用下其吸收波长发生明显变化，从而使材料外观颜色发生变化的高分子材料，称为光致变色高分子材料。在二十世纪20、30年代，光致变色现象还没有引起人们的特别重视，一直到了50年代，Y.hirshbery才将这种现象称为光致变色现象。 光致变色聚合物在光的照射下，化学结构会发生某些可逆性变化，因而对可见光的吸收光谱也会发生某些改变，从外观上看是相应地产生颜色变化。而具有这种功能的聚合物主要主要有两类：一类是聚合物自身具有的光致变功能，例如光照时聚合物发生反应或者降解而使颜色发生变化，最通见的是通过共聚或者接枝反应以共价键将光致变色结构单元在聚

6、合物的主链或者侧链上；另一类是用小分子光致变色材料与聚合物共混，聚合物作为光致变色化合物的载体。光致变色高分子材料之所以引起人们的广泛兴趣，就是根据这一现象可以制造各种目镜、能自动调节室内光线的窗玻璃、建筑物装饰玻璃、光闸和伪装材料等。 在国防方面，由于光致变色高分子材料对强光特别敏感,可以制作强光辐射剂.能测量电离辐射,探测紫外线,x射线,射线等的剂量.如将其涂在飞船的外部,能快速精确地计量高辐射的剂量.还可以制成多层滤光器,控制辐射光的强度,防止紫外线对人眼及身体的伤害.如果把高灵敏度的光致变色体系指示屏用于武器上,可记录飞机,军舰的行踪,形成可褪色的暂时痕迹。光致变色高分子材料在国防方面

7、应用越来越广。在防伪技术方面:防伪技术有两种方法,一是通过直接观察获得,另一种是通过对防伪标示的检查而验证产品的真实性.水印, 全息照片,显微印刷属于第一种,而有机光致变色材料用于防伪系统,属于第二种.其颜色角度效应无法用高清晰度的扫描仪,彩色复印机及其它设备复制,印刷特征用任何其他油墨和印刷方式都无法效仿。因此光致变色材料在防伪技术方面也得到了广泛的应用。此外，光致变色高分子材料受不同强度和波长光照射时可反复循环变色的特点,可以制成计算机的记忆存储元件,实现信息的记忆与消除过程,其记录信息的密度大得难以想象,抗疲劳性能好,能快速写入和擦除信息，得到广泛应用。它还可用作指甲漆,漆雕艺品,T恤衫

8、,墙壁纸等装饰品.还可将光致变色化合物加入到一般油墨或涂料中制成丝网印刷油墨或涂料;还可制成包装膜,建筑物的调光玻璃窗,汽车及飞机的屏风玻璃等,防护日光照射,保证安全.做成护目镜,防止阳光,激光,电焊光的伤害。总而言之，光致变色高分子材料的研究已经逐步走向成熟。应用也将越来越广泛。四、光导电高分子材料 光导电高分子材料是指这种材料在无光照时是绝缘体，而在有光照时其电导值可以增加几个数量级而变为导体，这种光控导体实际应用中有非常重要的意义。较早开发的无机光导材料中硒和硫化锌-硫化镉的光导作用最显著，应用也最广泛，例如在复印机中就得到广泛应用，但是也因为其价格的昂贵，从而使市场份额有所下降，然而相

9、比之下有机光导电材料具有无毒、制作工艺简单、光导性能优异等优势从而逐步占领了市场的主导地位。如静电复印、太阳能电池、全息照相、信息记录等方面都极具重要意义。 利用晶体或者半导体制成的太阳能电池，具有相对较高的光电转化率，而如今制成的太阳能电池还处于采用复合生产的方式，全部采用高分子材料制成的太阳能电池还未见到报导，主要原因在于高分子材料本身的导电性能较差，载流子的迁移率很低。但是高分子材料也存在许多优点，如价格低廉、柔韧、易做成大面积、掺杂适当的原料易制成分波段的叠层结构等。 光导电高分子材料最主要的应用领域是静电复印，在整个静电复印的过程中光导电材料在光的控制下收集以及释放电荷，以及通过静电

10、作用吸附带相反电荷的油墨。（PVK-TNF）聚乙烯咔唑-硝基芴酮是新一代有机光导电材料，因此，在静电复印领域居于首要地位。在无光条件下，咔唑聚合物是良好的绝缘体，当吸收一定的光后能够跃迁到激发态，并在电场的作用下离子化，形成大量的载流子，而使电导率提高。聚乙烯咔唑的合成是以咔唑为原料，通过反应在氮原子上引入乙烯基作为可聚合基团，然后经过共聚或者均聚反应，最后可得到光导电高分子材料。 虽然大多数有机高分子材料都是绝缘的，但是也有一些高分子显示出光导特性，由于高分子材料的固有性质，例如价格相对便宜以及加工容易，这使得其在新一代光导材料中占有显要的位置。五、光降解高分子材料 高分子材料拥着其他很多材

11、料不具备的优异性能，如优良的耐化学腐蚀性、耐水性、耐候性等，使得高分子材料在尖端技术、国防建设以及国名经济领域的应用越来越广泛，用量也越来越多了，是现代科技和生活不可缺少、不可代替的材料。也正因为如此由高分子材料所产生的废弃物也越来越多，但是这些废弃物大多是很难在自然条件下分解的。这就给人们的生产和生活带来危害，回收再利用高分子废料的研究工作早已展开了，例如采用化学降解高分子材料使其回收利用，或者将废料作为燃料来焚烧，然而焚烧物的一些分解物有毒，往往造成二次污染。所以，研究开发利用光来降解处理高分子材料的废弃物的问题日益受到人们重视。 聚合物在光照下受到光氧作用吸收光能（主要为紫外光），发生链

12、段反应而降解成为对环境安全的低相对分子质量的化合物。这一类对光敏感的聚合物，称为光降解高分子材料。 在国外20世纪70年代就开始研究可降解塑料，最早开发的是光降解塑料，其生产工艺在当时就已经相当成熟了，并有了一定的产量，如在饮料的拉环、购物袋、垃圾袋、农用地膜等领域得到运用。但是由于其价格昂贵，降解的过程难以控制和降解的不完全等因素，到了20世纪80年代其发展速度有所减缓。 在国内20世纪70年代由中国科学院某应用化学研究所、某轻工学院和中国科学院某有机化学研究所等单位展开了光降解高分子材料的研究并在某等地试验，但是光降解高分子材料的价格较高，又只能在光的条件下降解，受到地理环境、气候制约性特

13、别大。所以能够降解为小分子化合物进入生态系统循环的只是极少部分，绝大多数高分子材料只是逐步瓦解为碎片或粉末。并且大部分的塑料废物埋在土壤中，缺光、缺水、缺氧，这样就使得在大多数情况下降解是不完全的，因此我们国家在光降解高分子材料领域的研究也几乎是缓慢发展的。 光降解的机理是指在自然条件下，太阳光中的紫外线（波长为290400nm）是造成光降解的主要因素。许多高分子物质受到300nm以下的短波长光照射时，就可显示出光降解性，但在300nm以上的近紫外线到可见光X围内光降解却很少发生，所以高分子材料中的各种吸光性添加剂和杂质对光的吸收在光降解的整个过程中占有重要的位置，特别是加入的染料和颜料，也就

14、是在光降解高分子材料中引入发色基团。 在光降解高分子材料中发色基团主要有聚砜、聚酰胺等，一些烯类单体和一氧化碳的共聚或者是采取其他方式引入酮基后也是相当好的光降解材料，含有双键的高分子材料如聚丁二烯、聚异戊二烯等等在光和氧的作用下也能迅速的分解，所以采取少量的丁二烯和乙烯或者丙烯的共聚也可得到光降解的聚乙烯和聚丙烯。目前光降解高分子材料的制备主要有以下两种方式。 合成型光降解高分子材料主要是通过共聚反应在高分子主链上引入感光基团如羰基而赋予其光降解特性，并且通过调节羰基的含量可控制光降解活性。通常采用光敏单体如甲基丙烯酮、甲基乙烯酮或者一氧化碳与烯烃类单体发生共聚，可合成含羰基结构的光降解型材

15、料如PE、PS、PET等，其中对于乙烯共聚类光降解聚合物研究最多，这是由于PE降解成为分子量低于500的低聚物后被土壤中的微生物吸收降解，具有较好的环境安全性。目前已经实现工业化的光降解聚合物有乙烯-CO共聚物，可用于地膜、蔬菜大棚膜、片材、管材、纤维、包装袋、容器等。 添加型光降解高分子材料是通过在高分子材料中添加光敏助剂，在光的作用下光敏剂可分解成为具有活性的自由基，从而引发聚合物分子链断裂连锁反应达到降解的作用。而目前所用的光敏剂主要有硬脂酸盐类、过渡金属络合物、多核芳香化合物和某些光敏聚合物。而光降解的程度取决于光敏剂的种类、含量等。 光降解高分子材料主要用于包装材料和农用膜，生产技术

16、也相对成熟，其市场占有率达到70%80%，但是其降解方式受到局限，其价格昂贵，其应用和发展在未来的发展会面临严峻的考验。六、其他光功能高分子材料 光功能高分子材料的品种很多，按反应类型和功能的分类除了以上的四种光功能高分子材料外还有光致抗蚀剂、高分子光稳定剂、光学塑料和光纤等。 光致抗蚀剂也叫做光刻胶是指通过紫外线、准分子激光、离子束、电子束等光源的照射或者辐射，其溶解度发生变化的耐蚀刻薄膜材料。主要应用于集成电路和半导体分立器件的微细加工。 高分子光稳定剂主要有高分子紫外线吸收剂以及光氧化稳定剂。由于高分子材料在加工、存储以及使用过程中，会受到光、氧、热和其他化学物质的作用，其性能会变差。因

17、此发展具有良好的抗光老化能力的功能高分子十分重要。 光学塑料是一类指在加压加热的条件下产生塑性流动并且能成型的透明的有机合成材料。光学塑料的优点是成本较低、抗冲击强、密度低、结构多样化、可成型X围广；而它也存在缺陷如表面耐磨能力和抗化学侵蚀能力差和耐热性差。 光纤是光导纤维的简称，主要是采用石英玻璃等光透射率高的物质制成的极细纤维。光纤的主要优点在于损耗低、频带宽、质量轻、节省资源等。光纤主要用于通信设备。随着光纤性能的不断完善，价格逐渐的降低，相应元器件发展日渐成熟，光纤的应用也越来越广泛。七、小结 目前，我们对于光功能高分子材料的认识还不全面，以及在制备方式还不系统，然而光功能高分子材料的应用却越来越广。所以，我们应该大力研究光功能高分子材料，使光功能高分子材料的制备更加简单、实用。我认为为了适应如今的低碳生活我们必须重点研究低光降解高分子材料。参考文献1 焦剑，姚军燕.功能高分子材料M.：化学工业，20072 洪啸吟,冯汉保.化学涂料M.：科学，2005-83 马建标,功能高分子材料M.：化学工业，2000-7（1）4 赵文元,王亦军.功能高分子材料化学M.：化学工业，1996-10（1）5 蓝立文.