功能高分子材料课件第五章光活性高分子

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1、第四章光活性高分子材料7/30/20211第一节感光树脂1概述感光性高分子是指在吸收了光能后，能在分子内或分子间产生化学、物理变化的一类功能高分子材料。而且这种变化发生后，材料将输出其特有的功能。从广义上讲，按其输出功能，感光性高分子包括光导电材料、光电转换材料、光能储存材料、光记录材料、光致变色材料和光致抗蚀材料等。7/30/20212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。本节中主要光致抗蚀材料和光致诱蚀材料。感电子束和感X射线高分子在本质上与感光高分子相似，故

2、略作介绍。第一节感光树脂7/30/20213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。第一节感光树脂7/30/20214作为感光性高分子材料，应具有一些基本性能，如对光的敏感性、

3、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。第一节感光树脂7/30/20215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

4、机配合后，更使印刷工业向自动化、高速化方向发展。第一节感光树脂7/30/20216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。第一节感光树脂7/30/20217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

5、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。第一节感光树脂7/30/202182感光性高分子材料2.1感光性高分子的分类感光性高分子材料经过50余年的发展，品种日益增多，需要有一套科学的分类方法，因此提出了不少分类的方案。但至今为止，尚无一种公认的分类方法。下面是一些常用的分类方法。第一节感光树脂7/30/20219（1）根据光反应的类型分类光交联型，光聚合型，光氧化还原型，

6、光二聚型，光分解型等。（2）根据感光基团的种类分类重氮型，叠氮型，肉桂酰型，丙烯酸酯型等。（3）根据物理变化分类光致不溶型，光致溶化型，光降解型，光导电型，光致变色型等。第一节感光树脂7/30/202110（4）根据骨架聚合物种类分类PVA系，聚酯系，尼龙系，丙烯酸酯系，环氧系，氨基甲酸酯（聚氨酯）系等。（5）根据聚合物的形态和组成分类感光性化合物（增感剂）+高分子型，带感光基团的聚合物型，光聚合型等。图1表明了上述分类间的相互关系。第一节感光树脂7/30/202111第一节感光树脂图1感光性高分子分类7/30/2021122.2重要的感光性高分子2.2.1

7、高分子化合物＋增感剂这类感光性高分子是由高分子化合物与增感剂混合而成。它们的组分除了高分子化合物和增感剂外，还包括溶剂和添加剂（如增塑剂和颜料等）。增感剂可分为两大类：无机增感剂和有机增感剂。代表性的无机增感剂是重铬酸盐类；有机增感剂则主要有芳香族重氮化合物，芳香族叠氮化合物和有机卤化物等，下面分别介绍。第一节感光树脂7/30/202113（1）重铬酸盐＋亲水性高分子重铬酸盐导致高分子化合物光固化的反应机理尚不十分清楚。但一般认为经过两步反应进行。首先，在供氢体（如聚乙烯醇）的存在下，六价铬吸收光后还原成三价铬，而供氢体放出氢气生成酮结构。第一节感光树脂7/

8、30/202114然后，三价铬与具有酮结构的PVA配