光功能高分子材料的发展及应用

题目：光功能高分子材料的发展及应用

姓名：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。

光敏涂料的应用范围很广，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、纺织品和纸张的涂层、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，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链接在聚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,γ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,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