第6章_光敏高分子材料1.pptx
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第6章_光敏高分子材料1.pptx
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第六章光敏高分子材料,您知道涂料的成分吗?
你你,知道半导体如何刻制吗?
知道光致变色材料吗?
你相信这两个衬衫是同一个衬衫吗?
第六章,第一节光敏高分子材料概述,光敏高分子材料也称为光功能高分子材料,定义,在光的参与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,化学变化:
光聚合、光交联、光降解,物理变化:
互变异构(颜色改变)、激发(导电等性能改变)、发光、外观尺寸的变化等。
第六章,第一节光敏高分子材料概述,如果吸光后发生化学变化,导致光聚合、光交联、光降解反应,高分子材料的溶解性发生变化,可制备什么?
光敏涂料?
光致刻蚀剂?
如果发生互变异构反应,引起材料吸收波长的变化。
可制备?
光致变色材料,第六章,第一节光敏高分子材料概述,如果发生材料外观尺寸的变化,则形成光力学变化材料。
如果发生物理变化,可形成荧光性能材料等其它功能材料。
第六章,第一节光敏高分子材料概述,一、高分子光化学反应类型与高分子光敏材料有关的光化学反应有光交联(聚合)反应、光降解反应和光异构化反应。
这些反应都可以使分子吸收光能后发生能量转移,产生化学反应。
光交联反应生成的聚合物分子量更大,溶解性降低。
光降解反应分子量减小,溶解度上升。
光异构化反应分子量不变,结构改变,吸光性能发生改变。
第六章,第一节光敏高分子材料概述,二、1、光高敏分高子分光子敏的涂分料类:
当聚合物在光照下,通过光化学反应聚合或交联,迅速固化,从而达到保护或美化材料表面的一种涂料。
2、高分子光刻胶:
通过光化学反应(光交联或光降解)改变聚合物,增加光加工性来制成某一些特殊元件的一类高分子。
多用于集成电路工业。
3、高分子光稳定剂:
通过吸收大量的光能,使保护高分子或其它材料在光的作用下发生质变的一类高分子。
第六章,第一节光敏高分子材料概述,二、光敏高分子的分类4、高分子荧光或夜光材料:
光照下,吸收光能以荧光或磷光的形式发出的高分子材料。
5、高分子光催化剂:
吸收光能后能,把光能转变为化学能的装置,称为光能转换装置,其中本身不直接进行光能转换,但能够促进其它物质转换作用的高分子称为高分子光催化剂。
6、光能转换聚合物:
吸收太阳能,并把太阳能转变为热能,电能或化学能等的一类高分子。
二、光敏高分子的分类7、光导电聚合物:
光照的前提下,外加电压时,导电性能显著变化的高分子化合物。
8、光致变色高分子材料:
9、高分子非线性光学材料:
10、高分子光力学材料:
第六章,第一节光敏高分子材料概述,光敏高分子的定义?
高分子光化学反应类型?
光交联、光降解、光异构化反应光敏高分子的分类?
1、高分子光敏涂料:
2、高分子光刻胶:
3、高分子光稳定剂:
4、高分子荧光或夜光材料:
5、高分子光催化剂:
6、光能转换聚合物:
7、光导电聚合物:
8、光致变色高分子材料:
9、高分子非线性光学材料:
10、高分子光力学材料:
第一节光敏高分子材料概述小结,特点:
与普通涂料比较,因为不用大量溶剂挥发,避免环境污染。
固化时间短,涂层在粉刷后进行交联等光化学反应,则可以得到交联度高,机械强度大的涂层。
光敏涂料添加剂:
交联剂,稀释剂,光敏剂或光引发剂,阻聚集和调色剂等。
分子量要求一般为10005000。
是低聚合物。
第二节光敏涂料和光敏胶,第六章,水性聚氨酯防水涂料(WPU)产品无毒无味,具有良好的粘结和不透水性,对砂浆水泥基石面和石材,金属制品都有很强的粘附力,产品的化学性质稳定,能长期经受日光的照射,强度高,延伸率大,弹性好,防水效果好。
产品名称:
法斯特外墙乳胶漆产品基料:
丙稀酸酯共聚乳液和进口颜填料及助剂等优质材料。
适用范围:
适用于水泥、砖石、混凝土建筑外墙表面的饰。
外墙乳胶漆,一、光敏涂料的结构类型目前光敏涂料除多用于建筑材料(包括木材),金属材料等的涂料外,还用于液晶显示器以及电子元件的封装等等。
1。
环氧树脂性低聚物,第二节光敏涂料和光敏胶,第六章,2。
不饱和聚酯,聚酯型光敏高分子涂料具有坚韧,硬度高和耐溶剂性好等特点。
3。
聚氨酯:
具有粘接力强,耐磨等特点。
但是,紫外光的作用下颜色发生变化(变黄)。
一般用含羟基的丙烯酸(或甲基丙烯酸)与多元异氰酸酯反应得到预聚合体。
第六章第二节一.光敏涂料的结构类型,4。
聚醚:
是一种低粘度涂料。
价格低。
合成一般环氧化合物和多元醇缩聚而成。
如:
第六章第二节一.光敏涂料的结构类型,二、光致抗蚀剂或光刻胶按性能分类,可分为正胶和负胶。
正胶:
经过光照后溶解性增大。
负胶:
经过光照后溶解性降低。
第六章第二节光敏涂料和光敏胶,二、光致抗蚀剂或光刻胶主要用途:
在集成电路制造中,半导体氧化层中许多地方要除去,部分地方要留下。
一般采用化学腐蚀法。
这样根据事先设计好的图按,利用适当的光敏高分子胶可以保护或破坏被涂半导体层进行化学腐蚀,可以达到保留或除去的目的。
这种技术目前在电子工业中起着重要的作用。
第六章第二节光敏涂料和光敏胶,光刻胶的作用原理如下:
涂胶,氧化层基层暴光,正胶负胶,坚膜,显影,刻蚀剥胶,第六章第二节光敏涂料和光敏胶,1.常用的负性抗蚀剂(光刻胶),(聚乙烯醇肉桂酸酯),第二节光敏涂料和光敏胶,第六章,除以上的聚合物以外,还有聚乙烯氧肉桂酸乙酯,聚对亚苯基二丙烯酸酯,聚乙烯醇肉桂叉乙酸酯等等。
除均聚化合物外,还有共聚光刻胶,如:
二乙烯苯,N,N-亚甲基双丙烯酰胺,双丙烯酸乙二醇酯和安息香酶酯等配制二成的负性光刻胶等。
第二节光敏涂料和光敏胶,第六章,第六章第二节光敏涂料和光敏胶2.正性抗蚀剂(光刻胶)该类胶的最大优点是水溶液可代替有机溶剂作为显影剂,安全性以及经济角度来考虑具有优势。
但是,该类化合物对光分解后的显影工艺要求较高。
光照后溶解性变化不如负性胶。
2.正性抗蚀剂(光刻胶),第二节光敏涂料和光敏胶,第六章,早期应用的正胶为:
连接有邻重氮萘醌结构的线形酚醛树脂。
认为感光后侧链上的邻重氮萘醌脱落,生成在碱性溶液中可溶的黄酸基化合物。
近年发展了深紫外光致抗蚀剂。
其主要特点是,利用能量较高深紫外光,使比较稳定的一些键发生断裂,提高溶解性的变化。
第二节光敏涂料和光敏胶,第六章,近年发展了深紫外光致抗蚀剂。
其主要特点是,利用能量较高深紫外光,使比较稳定的一些键发生断裂,提高溶解性的变化,聚甲基丙烯酸甲酯波长范200240nm。
甲基丙烯酸甲酯-茚酮共聚物,波长230300nm。
第二节光敏涂料和光敏胶,第六章,甲基丙烯酸甲酯-对甲氧苯基异丙基酮共聚物,波长范围220360nm。
聚甲基异丙烯酮波长范围230320nm。
第二节光敏涂料和光敏胶,第六章,第二节光敏涂料和光敏胶,第六章,现在的发展趋势因为紫外光扩散时,有光的绕射,则一般使用波长在350450nm的光源,只能加工成线宽为1微米的集成电路。
为了得到微米以下线宽的集成电路,最近使用能量更高的辐射源,如:
电子和X-射线等。
由于它们能量高高分子中不需要有发色团也能够较稳定的化学键断裂,得到更显著的溶解性差别,并且能够得到准确度更高的集成电路刻线。
第二节小结,高分子光敏涂料的特点?
一、光敏涂料的结构类型?
1、环氧树脂性低聚物2、不饱和聚酯,3、聚氨酯:
4、聚醚:
二、光致抗蚀剂或光刻胶1、光刻胶胶的用途和应用原理?
2、光刻胶的类型?
第三节高分子光稳定剂,高分子的老化:
高分子材料在加工,储存和使用过程中在光,热,氧,水分和其它化学物质的作用下变质,严重时失去应用价值。
这种现象称为老化。
若影响因素是以光为主,则称为光老化。
阳光引起的高分子老化反应主要是:
光降解光氧化和光交联,第六章,光降解:
在光的作用下,高分子键活化,断裂。
导致分子的机械性能下降,溶解性增大。
光氧化及光交联:
光的作用下产生自由基,进而在氧的作用下产生氧参与的化学反应,在高分子链上引入羧基,羰基,过氧化基以及和不饱和键等,改变高分子化学成分来影响高分子各类物理及化学性能。
条件具备的情况下,自由基进一步反应,生成交联化合物。
第三节高分子光稳定剂,第六章,高分子材料的光化学老化比较复杂,影响因素也较多,下面只讨论较典型一些光化学老化过程以及一些光化学稳定剂。
第三节高分子光稳定剂,第六章,第三节高分子光稳定剂,第六章,一、光降解光氧化过程1.光的波长,光吸收度和光量子效率的影响。
太阳光是影响光老化的主要因素,太阳光经大气层滤过到地面的波长范围为290-3000nm之间。
太阳光主要包含光线组成为:
紫外光10%,可见光50%,红外光40%。
其中紫外光虽然占的比列不大,但是能量较高,则对高分子老化影响最大。
可见光对光降解反应的影响较小,红外光虽然能量较低,但是高分子吸收红外光后温度提高,促使光降解反应。
=,光降解分子数吸光分子数,第三节高分子光稳定剂,第六章,一、光降解光氧化过程1.光的波长,光吸收度和光量子效率的影响。
影响光降解反应的主要因素处波长外,还有吸光度与激发态分子的能量转化过程也有较大的影响。
一般光降解程度由光降解量子数()表示:
常见的一些高分子的光老化波长和光降解量子数。
1.光的波长,光吸收度和光量子效率的影响。
高聚物,hn,2、聚合物光老化过程的引发机理参与光老化过程的化学反应有:
产生自由基,离子化,环合,分子内重排键断裂,第三节,第六章一、光降解光氧化过程,2、聚合物光老化过程的引发机理其中自由基发生光氧化反应,进一步产生新的发色团,发色团增多,对光的吸收也响应的增多,这样进一步促使光老化过程。
此外,聚合物中具有光敏性物质,光敏降解反应成为光老化的主要因素。
第三节,第六章一、光降解光氧化过程,2、聚合物光老化过程的引发机理常见的光敏性物质为:
二苯甲酮,对苯醌,苯并蒽醌醇,甲基蒽醌等等。
光化学反应的结果是聚合物成分改变。
大部分情况下分子量降低,溶解性加大,机械性能下降,失去使用价值。
第三节,第六章一、光降解光氧化过程,第三节高分子光稳定剂,第六章,二、光稳定剂及作用机理加入到聚合物物后,能够提高聚合物对光的耐受能力,增强抗光老化能力的一类物质,称为聚合物光稳定剂。
光稳定剂应根据聚合物中发生的具体光化学反应来选择。
第三节高分子光稳定剂,第六章,二、光稳定剂及作用机理主要有以下两种基本措施:
对有害光线进行屏蔽或吸收后,光能转变成无害方式,阻止自由基产生。
彻段光老化链式反应的进行路线,使其聚合物主链不产生断裂。
三、高分子光稳定剂的种类与应用总结以上的稳定化机理,聚合物光稳定剂可以分为以下四种:
光屏蔽剂,激发态猝灭剂,过氧化物分解剂,抗氧化剂。
聚合物表面涂保护层也是一种防止老化的方法,但是涂层与高分子的适应性以及成本等方面不具备太大优势。
第三节高分子光稳定剂,第六章,1、光屏蔽剂分为光屏蔽添加剂和紫外光吸收剂两种。
前者是对各类波长的光有吸收,并且不影响聚合物状态的前提下把吸收的能量耗散。
如:
碳黑分散到聚合物中,在聚合物表面的碳黑不但大量吸收光线,而且对产生的自由剂有捕获作用,但是改变聚合物的颜色透明度以及光泽。
紫外光吸收剂仅对高分子老化影响较大的紫外光有吸收,不影响高聚物的颜色和光泽。
特别使用于无色或浅色聚合物材料。
三、高分子光稳定剂的种类与应用,第六章第三节,紫外光吸收剂的光致互变异构机理,三、高分子光稳定剂的种类与应用,第六章第三节,1、光屏蔽剂主要的紫外光吸收剂是具有形成分子内氢键的酚羟基或具有光重排能力的化合物。
吸收的光能转变成分子异构体的转变能。
对聚合物光屏蔽剂的一般要求:
应有足够大的消光吸数,保证添加量不太大的情况下,对有害光有较大的屏蔽效应。
能无害的耗散所吸收的光能,自身和聚合物不受损害,特别是耗散的能量对聚合物没有敏化作用。
三、高分子光稳定剂的种类与应用,第六章第三节1、光屏蔽剂,三、高分子光稳定剂的种类与应用,第六章第三节,2、激发态猝灭剂激发态猝灭剂的作用原理:
聚合物吸收光能后,通过多种方式耗散能量,在这过程中猝灭剂以吸收聚合物分子辐射的能量或以碰撞方式接受激发态聚合物的能量,而后以
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- 光敏 高分子材料