光功能高分子.ppt

其中开发比较成熟并有实用价值的感光性高分 子材料主要是指光致抗蚀材料和光致诱蚀材料，产 品包括光刻胶、光固化粘合剂、感光油墨、感光涂 料等。 本章对光功能高分子的体系组成、制备技术和实际应用等方面的内容进行阐述。光致导电材料归属于本章，而电致发光功能高分子一类，在电功能高分子一章作介绍。 所谓光致抗蚀，是指高分子材料经过光照后， 分子结构从线型可溶性转变为网状不可溶性，从而 产生了对溶剂的抗蚀能力。而光致诱蚀正相反，当 高分子材料受光照辐射后，感光部分发生光分解反 应，从而变为可溶性。如目前广泛使用的预涂感光 版，就是将感光材料树脂预先涂敷在亲水性的基材 上制成的。晒印时，树脂若发生光交联反应，则溶 剂显像时未曝光的树脂被溶解，感光部分树脂保留 了下来。反之，晒印时若发生光分解反应，则曝光 部分的树脂分解成可溶解性物质而溶解。 作为感光性高分子材料，应具有一些基本的性 能，如对光的敏感性、成像性、显影性、膜的物理 化学性能等。但对不同的用途，要求并不相同。如 作为电子材料及印刷制版材料，对感光高分子的成 像特性要求特别严格；而对粘合剂、油墨和涂料来 说，感光固化速度和涂膜性能等则显得更为重要。 光刻胶是微电子技术中细微图形加工的关键材 料之一。特别是近年来大规模和超大规模集成电路 的发展，更是大大促进了光刻胶的研究和应用。 印刷工业是光刻胶应用的另一重要领域。1954 年首先研究成功的聚乙烯醇肉桂酸酯就是首先用于 印刷技术，以后才用于电子工业的。与传统的制版 工业相比，用光刻胶制版，具有速度快、重量轻、 图案清晰等优点。尤其是与计算机配合后，更使印 刷工业向自动化、高速化方向发展。 感光性粘合剂、油墨、涂料是近年来发展较快 的精细化工产品。与普通粘合剂、油墨和涂料等相 比，前者具有固化速度快、涂膜强度高、不易剥 落、印迹清晰等特点，适合于大规模快速生产。尤 其对用其他方法难以操作的场合，感光性粘合剂、 油墨和涂料更有其独特的优点。例如牙齿修补粘合 剂，用光固化方法操作，既安全又卫生，而且快速 便捷，深受患者与医务工作者欢迎。 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。本节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。 4.1.1 光物理与光化学基础 光化学定律 1817年，格鲁塞斯(Grotthus)和德雷珀(Draper) 通过对光化学现象的定量研究，认识到并不是所有 的入射光都会引起化学反应，从而建立了光化学第 一定律，即Gtotthus—Draper定律。这个定律表述 为：只有被吸收的光才能有效地引起化学反应。 1908年由斯达克 ( Stark ) 和1912 年由爱因斯坦 ( Einstein ) 对光化学反应作了进一步研究之后，提 出了Stark—Einstein定律，即光化学第二定律。该 定律可表述为：一个分子只有在吸收了一个光量子 之后，才能发生光化学反应。光化学第二定律的另 一表达形式为：吸收了一个光量子的能量，只可活 化一个分子，使之成为激发态。 分子的光活化过程 从光化学定律可知，光化学反应的本质是分子 吸收光能后的活化。当分子吸收光能后，只要有足 够的能量，分子就能被活化。 分子的活化有两种途径，一是分子中的电子受 光照后能级发生变化而活化，二是分子被另一光活 化的分子传递来的能量而活化，即分子间的能量传 递。 光化学反应 在光化学反应研究的初期，曾认为光化学反应 与波长的依赖性很大。但事实证明，光化学反应几 乎不依赖于波长。因为能发生化学反应的激发态的 数目是很有限的，不管吸收什么样的波长的光，最 后都成为相同的激发态，即S1和T1，而其他多余能 量都通过各种方式释放出来了。 分子受光照激发后，可能发生如下的反应： 激发态分子D*直接反应和间接反应的性质是不 同的，后者将经历一个活性中间体的过程。有时甚 至直接反应与间接反应的产物也不一样。 例如，用光直接照射纯马来酸或纯富马酸，得 到的都是马来酸与富马酸的比例为3∶1的混合物， 这是从激发态直接得到生成物的例子。 而如果用光照射有溴存在的马来酸水溶液，只 能得到热力学上稳定的富马酸。在此过程中，溴分 子先光分