光学高分子材料.ppt

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1、1,第四章 光学高分子材料,2,光功能高分子材料是在光参量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，能够对光进行传输、吸收、储存、转换的一类高分子材料，是功能高分子材料中的重要一类。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。,1、光学高分子材料概述,3,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、涂料、油墨、胶粘剂、医疗、生化和

2、农业等方面，发展之势方兴未艾。,4,2、光化学反应的基础知识,2.1 光的性质和光的能量 光是一种电磁波。在一定波长和频率范围内，它能引起人们的视觉，这部分光称为可见光。广义的光还包括不能为人的肉眼所看见的微波、红外线、紫外线、X 射线和射线等。,5,表21 各种波长的能量,6,表22 化学键键能,7,2.2 高分子光物理和光化学,光是光敏高分子材料各项功能发生的基本控制因素，一切功能的产生都是材料吸收光以后发生相应的物理化学变化的结果。1、光吸收和分子的激发态 2、激发能的耗散 3、激发态的猝灭 4、分子间或分子内的能量转移过程,8,1、光交联（光聚合）反应 光聚合反应包括光自由基聚合、光离

3、子型聚合和光固相聚合三种。为了增加光聚合反应速度，经常需要加入光引发剂和光敏剂.光交联反应按照反应机理可以分为链聚合和非链聚合两种。2、光降解反应 光降解反应是指在光的作用下聚合物连发生断裂，分子量降低的光化学过程。无氧光降解,光氧化过程,在聚合物中含有光敏剂,2.4 高分子光化学反应,9,2.3 光增感,光化学反应是由分子(或原子)吸收光而引起的，但是有些化合物自身不能直接吸收光子或必须吸收高能量的光子才能进行反应，此时光化学反应就不容易进行，因此，可在体系中加入另一种化合物，它可直接吸收光能，然后再将能量转移给感光性分子，使后者发生反应，这种现象叫做增感。增感通常分为两类：一类是化学增感，

4、此时感光性物质固有感光波长范围无变化。另一类是光学（光谱）增感，此时感光性物质的固有感光波长范围延向长波段。光学增感是增感剂分子向感光性分子进行能量转移。,10,作为增感剂，必须具备以下的基本条件：（1）增感剂三线态的能量必须比被增感物质的三线态能量大，以保证能量转移的顺利进行。一般至少应高17 kJ/mol；（2）增感剂三线态必须有足够长的寿命，以完成能量的传递；（3）增感剂的量子收率应较大。（4）增感剂吸收的光谱应与被感物质的吸收光谱一致，且范围更宽，即被增感物质吸收的光波长应在增感剂的吸收光谱范围内。,11,3 感光性高分子材料3.1 感光性高分子的分类（1）根据光反应的类型分类（2）根

5、据感光基团的种类分类（3）根据物理变化分类（4）根据骨架聚合物种类分类（5）根据聚合物的形态和组成分类,12,13,根据其在光参量作用下表现出的功能和性质分类：（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（磷光）材料（5）高分子光催化剂（6）高分子光导材料（7）光致变色高分子材料（8）高分子光力学材料,14,3.2 光学高分子的功能,光降解功能,光成像功能,光固化（光交联）功能,光致变色功能,光能的化学转化功能,光导电功能,15,1、将感光性化合物添加入高分子中的方法2、在高分子主链或侧链引入感光基团的方法这是广泛的使用方法，引入的感光基团种类很多，主要有：光二聚

6、型感光基团（如肉桂酸酯基）、重氮或叠氮感光基团（如邻偶氮醌磺酰基）、丙烯酸酯基团以及其他具有特种功能的感光基团（如具有光色形、光催化性和光导电性基团）等。3、有多种组分构成的光聚合体系,3.3 光学高分子体系的设计与构成,16,3.4 重要的感光性高分子3.4.1 高分子化合物增感剂 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。,17,（1）重铬酸盐 亲水性高分子,18,（2）芳香族重氮化合物 高分子 芳香族重氮化合物在光照作用下发生光分解反应，产物有自由基和离子两种形式：,19,（3）芳香族叠

7、氮化合物 十 高分子 在有机化合物中，叠氮基是极具光学活性的。即使是最简单的叠氮化合物叠氮氢也能直接吸收光而分解为亚氮化合物和氮。同样，烷基叠氮化合物和芳基叠氮化合物都可直接吸收光而分解为中间态的亚氮化合物与氮。,20,3.4.2 具有感光基团的高分子,（1）感光基团的种类 在有机化学中，许多基团具有光学活性，其中以肉桂酰基最为著名。此外，重氮基、叠氮基都可引入高分子形成感光性高分子。,表65 重要的感光基团,21,22,1954年由美国柯达（Kodak）公司开发的聚乙烯醇肉桂酸酯,23,感光性单体聚合法 乙烯类单体 开环聚合单体 缩聚法,24,3.4.3 光聚合型感光性高分子 因光照射在聚合

8、体系上而产生聚合活性种（自由基、离子等）并由此引发的聚合反应称为光聚合反应。光聚合型感光高分子就是通过光照直接将单体聚合成所预期的高分子的。可用于印刷制版、复印材料、电子工业和以涂膜光固化为目的的紫外线固化油墨、涂料和粘合剂等。,25,4、光敏涂料和光敏胶,4.1 概述 光敏涂料是光化学反应的具体应用之一。光敏涂料与传统的自然干燥或热固化涂料相比具有以下优点：1、固化速度快，可在数十秒内固化；2、不需要加热，耗能少；3、污染少；4、便于组织自动化光固上漆生产流水作业线，从而提高生产效率和经济效益。,26,光敏涂料不可避免的存在一些缺点，诸如，受到紫外光穿透能力的限制，不适合于作为形状复杂物体的

9、表面涂层。若采用电子束固化，虽然穿透能力强，但其射线源及固化装置昂贵。此外，光敏涂料的价格往往比一般涂料高，在一定程度上会限制其应用。光敏涂料在使用上可分为两类。一类是作为塑料、金属（如包装罐）、木材（如家具）、包装纸（箱）、玻璃、光导纤维和电子器件的表面涂料，其装饰和保护层作用。另一类是作抗蚀剂用，如制造印刷电路板等。,27,4.2 光敏涂料的结构类型 光敏涂料的基本组成除了可以进一步聚合成膜的预聚物为主要成分外，一般还包括光引发剂和光敏剂、活性稀释剂、胶粘剂、热阻聚剂以及其他添加剂等构成。作为光敏涂料的预聚物应该具有能进一步发生光聚合和光交联反应能力，因此必须带有可聚合的基团。预聚物常为分

10、子量较小的低聚物，或者为可溶形线形聚合物，在分子量上区别于一般聚合树脂和可聚合单体，为了取得一定的黏度和合适的熔点，分子量一般要求在1000-5000之间。,28,4.2.1 光敏涂料预聚物 光敏涂料预聚合物是光敏涂料中最重要的成分之一，涂层最终的性能，如硬度、柔韧性、耐久性及黏附性等，在很大程度上与预聚物有关。,29,环氧树脂型 环氧树脂有良好的粘结性和成膜性。在环氧预聚物中，每个分子中至少有两个环氧基，通过它们与其他不饱和基化合物反应，则可成为光聚合性预聚物。例如，用双酚A型环氧树脂与丙烯酸反应，生成环氧树脂的丙烯酸酯（二丙烯酸双酚A二缩水甘油醚酯）。,30,不饱和聚酯型 在分子侧基中或分

11、子末端上含有不饱和基的聚酯，是一类极其重要的感光材料，在印刷制版、涂料等方面均有广泛的用途。例如，丙烯酸缩水甘油酯和邻苯二甲酸酐的开环共聚酯，是一种涂膜柔韧而有弹性的光固化涂料。,31,聚氨酯型 具有一定不饱和度的聚氨酯也是常用的光敏涂料的原料，它具有黏结力强、耐磨和坚韧的特点，但是受到日光中紫外线的照射容易泛黄。用于光敏涂料的聚氨酯一般是通过含羟基的丙烯酸或甲基丙烯酸与多元异氰酸酯反应制备，其中分子中的丙烯酸结构作为光聚合的活性点。,32,聚乙烯醇型 聚乙烯醇因其结构中含有大量功能性羟基，作为光聚合预聚体而引入不饱和基是很方便的。例如，将N-羟甲基丙烯酰胺与PVA反应，产物可用于水显影的印刷

12、版。,33,重要的光聚合体系光敏剂,34,三、光敏涂料的组成与性能的关系 光敏涂料的组成与涂层的性能关系密切，主要成份包括预聚物、光引发剂、交联剂、热阻聚剂和光敏剂等。涂料的性能包括流平性、化学稳定性、光泽、黏结力和固化速度等。1、流平性能 2、机械性能 3、化学稳定性 4、涂层的光泽 5、黏结力,35,四、光敏涂料的固化反应及影响因素 与常规涂料相比，光敏涂料最重要的特征是固化过程在光的参与下完成，光聚合和光交联反应是固化的主要原因，影响涂层光固化的主要因素为：1、光源 2、光引发剂与光敏剂 3、环境条件的影响,36,五、光致抗蚀剂,在材料表面进行选择性腐蚀时，一般都采用保护腐蚀，即将表面用

13、适当的腐蚀材料保护起来，而只裸露出待腐蚀的区域，然后进行化学或电化学腐蚀，当腐蚀到一定深度后，去除保护层，就可在其表面得到所需的图形。在半导体器件和集成电路制造中，要在硅片等材料上获得一定几何图形的抗蚀保护涂层，是运用感光性树脂材料在控制光照下，短时间里发生化学反应，使得这类材料的溶解、熔融性和附着力在光照后发生明显的变化，在经过各种不同的方法显影后获得。这种方法称为光化学腐蚀法，也称光刻法。这种作为抗蚀涂层用的敏感性树脂组成物称为“光致抗蚀剂”。,37,集成电路工业和激光照排制版等光加工工艺的发展对光致抗蚀剂的需求越来越大，对其性能也提出了更高的要求。光加工工艺是指在被加工材料表面涂敷保护用

14、光刻胶，根据加工要求，对保护用光刻胶进行选择性光化学处理，使区域部分的保护胶溶解性发生变化，并用适当的溶剂脱除，再用腐蚀加工方法对脱保护处进行加工。,38,以硅基片的制备为例：在表面有SiO2的硅片上涂上一层光刻胶，干燥后加上一层掩膜进行曝光，这样曝光区与非曝光区的光刻胶膜就发生了溶解度差异：,39,（一）光致抗蚀剂的分类,光致抗蚀剂按其光化学反应可分为光交联型和光分解型。根据采用光的波长和种类不同可以分为可见光刻胶、紫外光刻胶、放射线光刻胶、电子束光刻胶和离子束光刻胶等。根据聚合物的形态或组成又可分为感光性化合物与聚合物的混合型及具有感光基团的聚合物型；按成像作用的不同也可分为负性光致抗蚀剂

15、和正性光致抗蚀剂两大类。,40,（二）光致抗蚀剂的性能,感光高分子液体涂层或固体膜片，经光通过有图像的底片或掩膜曝光以后，透光部分便可根据材料的不同发生固化或降解反应，未透光部分则没有反应，由此导致不同部位溶解度差异。通过显影，将不需要的部分溶解去掉，而得到完整精细的图像。此光成像系感光高分子所成，而非银盐感光材料。感光高分子成像功能的几个指标如下：,41,1、感光速度（感度）,感光性树脂的感度(s)，被定义为：s=K/E 式中，K为常数，E为曝光能量。即感光性树脂在一定条件下曝光，使其转变为不活性物质时所需要的能量。能量E是由曝光光源的光强度(I)和曝光时间(t)所决定的，E=It。感光性树

16、脂的感度主要取决于高分子的结构，尤其是分子中感光性官能团的种类和数量(见表4-2)。显然，作为光致抗蚀剂的感光性树脂必须具有足够大的感度。,表4-2 感光性官能团对感度的影响,43,2、分辨力,分辨力是指两条以上等间隔排列的线与线之间的幅度能够在感光面上再现的宽度(最小线宽)。也有以在单位长度上等间隔排列的线数来表示。如分辨力为200线mm，是指能够清晰区别5m的间隔之意。,44,影响分辨力的主要因素，对于银盐照相来说是银粒子的大小，对于感光性高分子来说，其粒子就是分子的大小，也不过是10nm，所以分辨力还有增大的可能性。实际上在制造集成电路和大规模集成电路时，光致抗蚀剂对于再现lm是可能的。

17、单凭目前使用的光学系统，要想测定2000线mm以上的分辨力是做不到的，故欲了解实际值是不可能的。从理论上看，所用光源可以紫外光波长为限，因此，忽略感光膜厚度，是有可能达到m的。,45,3、显影性,显影性系指显影工序(操作)的各种条件和图象特性之间的相互关系。也就是显影液的组成、显影液的温度、显影时间、显影方法(浸显法、喷显法、刮显法)等的条件变化和感光性高分子的感度、分辨力的关系。一般地说，显影条件对于感度和分辨力等特性变化影响小的材料，称之谓显影性好。,46,4、耐用性,对于照相来说，图像的耐气候性是最重要的耐用性。但以光致抗蚀剂型的感光高分子作抗蚀膜时，在腐蚀、电镀或印刷等工序方面必须保持

18、最大限度的耐用性。,47,5、易剥膜性,在光刻和电成形的加工之后需要剥膜去除抗蚀剂，此时必须是不侵蚀金属，仅去除抗蚀剂。不论抗蚀剂性能多好，如若剥膜不顺利就会妨碍使用，在设计感光性高分子时，必须考虑剥膜的难易程度。,48,感光性树脂的性能受许多因素影响。如膜的厚度，一般说增加膜厚，感度和分辨力均有所降低，树脂的分子量和分子量分布也影响很大，通常，分子量愈大，感度愈高，但分辨力下降，所以要在均衡感度和分辨率的关系上制备感光高分子。另外分子量分布愈窄则有利于感度和分辨力的提高。此外，显影液的组成和配比对光刻质量也有明显影响，对于同一种感光性树脂，显影剂不同，光刻精度也不同。,49,5、光致变色高分

19、子材料,光致变色现象一般人为的分为两类，一类是在光照下，材料由无色或浅色转变为深色，被称为正性光致变色。相反，在光照下材料的颜色有深色转变成无色或浅色，称为逆光致变色，这种划分只有相对意义。在光致变色过程中，变色现象大多与聚合物吸收光后的结构变化有关系，如聚合物发生互变异构、顺反异构、开环反应、生成离子、离解成自由基、或者氧化还原反应等。,50,制备光致变色高分子有两种途径可以利用:一种是把小分子光致变色材料与聚合物共混，使共混后的聚合物具有光致变色功能；另一种是通过共聚物或者接枝反应以共价键将光致变色结构单元连接在聚合物的主链或侧链上，这种材料就成为真正意义上的光致变色功能高分子材料.,51

20、,光致变色材料有无机化合物和有机化合物。将光致变色基团导入聚合物侧链中就制得了光致变色高分子材料，光致变色高聚物的种类很多，已经发表的有偶氮苯类、三苯基甲烷类、水杨叉替苯胺类、双硫腙类，有的聚合物在主链上带有光致变色基团，如聚甲川。,52,一、光致变色机理 含有光色基团的化合物受一定波长的光照射时发生颜色变化，而在另一波长的光或热的作用下又恢复到原来的颜色，这种可逆的变色现象称为光色互变或光致变色。,53,理想的光致变色过程有如下两步组成:1激活反应。即显色反应。系指化合物经一定波长的光照射后显色和变色的过程。2消色反应。它有两种途径：热消色反应：系指化合物通过加热恢复到原来的颜色。光消色反应

21、：系指化合物通过另一波长的光照射恢复到原来的颜色。,54,二、光致变色的基本原理,由于有机物质在结构上千差万别，因而光致变色机理也有很多不同。宏观上可分为光化学过程和光物理过程。光化学变色较为复杂，可分为顺反异构反应、氧化还原反应、离解反应、环化反应以及氢转移互变异构化反应等等。光物理过程的变色行为，通常是有机物质吸光而激发生成激发态，主要是形成激发三线态，而某些处于激发三线态的物质允许进行三线态-三线态的跃迁，此时伴随有特征的吸收光谱变化而导致光致变色。,55,下面举出一些光致变色高分子的变色机理：,硫代缩胺基脲衍生物与Hg能生成有色络合物，是化学分析上应用的灵敏显色剂。在聚丙烯酸类高分子侧

22、链上引入这种硫代缩胺基脲汞的基团，则在光照时由于发生了氢原子转移的互变异构，发生变色现象：,硫代缩胺基脲汞聚合物的光致变色性,偶氮苯类高聚物的光致变色是由于发生双键的顺反互变异构而产生的。,具有联吡啶盐结构的氧化还原树脂在光的作用下形成阳离子自由基结构而产生深颜色：,60,三、光致变色材料的应用,光致变色化合物作为光敏性材料用于信息记录介质等方面具有以下优点：操作简单，不用湿法显影和定影；分辨率非常高，成像后可消除，能多次重复使用；响应速度快。其缺点是灵敏度低，像的保留时间不长。,61,1光的控制和调变,62,2信息存储介质 光致变色高分子材料作为信息存储介质应具备以下条件：1）良好的抗疲劳性

23、能2）热稳定性好，能长期的保存信息3）灵敏度好，能快速的写入和擦除信息4）能与半导体激光器配合使用,63,3、计算机记忆元件。4信号显示系统。5辐射计量计。6感光材料。7利用光色反应来模拟生物过程、生化反应是一种很好的途径。光色材料作为光化学研究对象，研究其结构与性能的关系是一个很好的课题。,64,6、光降解高分子材料,聚合物的降解是指因化学和物理因素引起的聚合物大分子链的断裂过程。聚合物暴露于氧、水、光、热、射线、化学品、污染物质、机械力、昆虫等动物、微生物环境中大分子链断裂的过程称为环境降解。降解使聚合物分子量下降、聚合物材料的物性降低，直到聚合物材料丧失其使用性能，这种现象也称为聚合物的

24、“老化”降解。,65,降解型高分子材料按照降解机理可分为光降解高分子材料、生物降解高分子材料和光-生物降解高分子材料。其中光降解材料已经比较成熟，生物降解也暂露头脚，具有光、生物双重降解特性的光、生物降解高分子材料受到人们关注。目前国外工业化的降解型高分子材料中以光降解为主，约占70%以上。,66,一、光降解的反应机理,高聚物的光降解过程主要是在紫外光区（波长290-400nm）进行的。高分子材料中的各种吸光性添加剂和杂质对光的吸收在降解过程中占有重要的地位。光降解作用是在光照作用下聚合物链发生断裂，相对分子质量降低的光降解过程。,67,高分子链的光照射断裂机理可分为光无规降解、光解聚和光氧化

25、降解。(一)光无规降解 无规降解是高分子链无规则地断裂而生成自由基的降解。生成的自由基接着进行各种复杂的反应。在分子量增减的反应中，交联反应和降解反应成为竞争反应。降解反应超过交联反应而使分子量逐渐下降的反应叫做无规降解。-M-M-M-M-M-M-M+M-M-M-,68,(二)光解聚,解聚是通常聚合反应的逆反应。发生这种反应时一旦在高分子链中产生自由基，就从该位置上一个单体接一个单体地逐渐分解下去。聚合物的光降解很少按这种机理进行。,69,(三)光氧化降解,聚合物在吸收光能后分子链是否断裂取决于吸收波长的能量与聚合物的键能。一般照射到地球表面的日光波长在300 nm以上，所以，聚合物分子多数场

26、合不解离，只呈激发状态，激发的分子本身发生反应。聚合物的光降解过程中多半涉及氧气的存在，因而高分子在空气中的光照射断裂是按光氧化降解机理进行的。其过程为:高分子吸收光后激发成单线态(s1)，单线态转变成寿命较长的三线态(T1)，它与空气中的氧分子反应，生成高分子过氧化氢，后者很不稳定，在光的作用下很容易分解为自由基，生成的自出基可以进一步发生各种反应。,71,二、光降解型高分子,许多高分子物质受到300 nm以下的短波长光的照射时，显示出光降解性，但在300 nm以上的近紫外光到可见光范围内光降解却比较少。太阳光约含l0%的紫外光(400nm)，所以，将在300 nm以上的光下降解性好的高分子

27、看作是光降解型高分子。典型的光降解型高分子有以下几种。,72,(一)聚酮类,酮基是能够强烈吸收300 nm左右光波的基团，含酮基的高分子容易吸收紫外线而导致光降解。(二)聚砜 聚砜能吸收波长为320-340 nm的光而发生光降解。聚烯砜用电子射线短时间照射就能分解，所以是良好的正性感电子射线抗蚀剂。,73,光降解的方法有下列几种:(1)利用聚合物结构的不稳定性,通过自动氧化产生的光敏性实现光降解。如聚乙烯、聚丙烯及二烯类聚合物在光曝晒下均能自动氧化生成过氧化物,导致聚合物分解。通过改变稳定剂含量或添加自动氧化剂,可达到降解及控制降解速度的目的。(2)引入光敏性基团作为聚合物“弱键”,通过聚合反

28、应加入到设计的聚合物分子结构中(如含有羰基的单体的共聚物)。,74,(3)通过聚合物的卤化或添加含有卤化基团物质来控制聚合物的降解。碳-卤键比碳-碳键或碳-氢键更弱,很容易断裂。聚合物的卤化会增强A-C键对光的吸收能力。(4)添加芳香基甲基酮、醌类以及多核芳烃类或某些染料型化合物和过氧化物。(5)加金属盐的络合物,通常是过渡金属络合物,如铁的络合物和脂肪酸盐。脂肪酸本身也属于这类添加剂。这些添加剂可以是二元或三元复合物,还可以是光降解和生物降解复合物。,75,三、光降解高分子材料的制备,(一)合成光降解型高分子(二)掺入光敏添加剂 1、过渡金属化合物 2羰基化合物 3、其它化合物,76,四、光

29、降解材料的应用,光降解材料主要可应用于两个方面：一是包装材料 二是农业用薄膜 现有的包装材料中大约80%是聚烯烃，如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯。此外还有聚酯等。聚烯烃薄膜还被广泛作为农业用覆盖薄膜以保墒、提高土壤温度及抑制杂草生长，但使用后很难从地里清除掉，所以可用光降解聚烯烃作包装材料和农用地膜，废弃后即可被日光降解成碎片。当聚烯烃的分子量降到500以下时，就容易受微生物破坏，从而进入自然界的生物循环。,77,光-生物降解高分子材料,兼具光-生物双重降解功能的光-生物降解高分子材料是目前的开发热点之一，制备方法目前采用在通用高分子材料(如PE)中同时添加光敏剂、自动氧化剂等和作为微生物培养基的

30、生物降解助剂的添加型技术途径。我国在研究光-生物降解地膜方面取得了可喜进展。采用复合光敏剂和添加改性淀粉的方法制成的农用聚乙烯薄膜,不仅具有光和生物双重降解性,而且降解诱导期可以调控。,78,存在的问题及发展方向,光降解高分子材料技术相对较成熟,其市场占有率目前达70%80%,但受地理环境和气候的制约性大,很难准确控制降解时间,且埋地部分和进入垃圾处理系统的也不能降解,因而其应用和发展受到限制。今后将会逐步向光生物双降解型发展。生物降解高分子材料目前还处在不断发展的阶段,技术含量高,应用前景看好。光-生物降解高分子材料因具有光-生物双重降解功能,具有降解率高、不会造成土壤耕层污染、相对成本较低

31、等优点,应用前景看好。在可降解方面目前已取得重大突破,但是可控制降解特别是降解的彻底性和降解产物的环境安全性问题还有待深入研究,对于降解产物和环境安全性问题的结论应持谨慎的态度,其次还应进一步开展全面的应用试验研究。,79,7、高分子光稳定剂,高分子材料在加工、储存和使用过程中，因受到光、热、氧化剂、水分和其他化学物质的作用，其性能会逐步变坏，以致最后失去使用价值，这种现象称为材料的“老化”。高分子材料的老化过程不仅造成巨大的物质损失，同时也对使用这种材料的设备和设施的安全性造成威胁。因此，发展具有良好抗老化能力的功能高分子材料是工农业生产和科学研究的迫切要求。,80,一、光降解与光氧化过程,

32、1、光的波长、光吸收度和光量子效应的影响 众所周知，太阳光是造成光老化的主要因素；因此了解阳光的性质和阳光与高分材料的作用机制是必要的。由太阳辐射的光在通过外空间和高空大气层(特别是臭氧层)后,290nm以下的紫外光和3000nm以上的红外光几乎全部被滤除,阳光到达地面时的波长范围在290-3000nm之间，其光线基本组成为紫外线（290-400nm）占10%、可见光(400-800nm）占50%、红外线(800-3000nm)占40%。,81,常见聚合物的光降解波长,82,二、光稳定剂的作用机制,在实践中实际行之有效的聚合物光稳定方法是在聚合物中加入某种材料，如果这种材料能够提高高分子材料对

33、光的耐受性，增强抗光老化能力，即被称为聚合物光稳定剂。光稳定剂的选择和制备应当根据光降解、光交联和光氧化反应的特点和过程综合考虑。聚合物抗老化的基本措施和基本原理主要有以下两种方式。,83,（1）对有害光线进行屏蔽、吸收，或者将光能转化成无害方式，防止自由基的产生。（2）用激发态猝灭剂猝灭产生的激发态分子，或者采用自由基捕获剂吸收产生的自由基，切断光老化链式反应的进行路线，使其对聚合物主链不产生破坏力。从以上的分析可知，在光照过程中自由基的产生是光老化过程中最重要的一步，阻止自由基的生成和清除已经生成的自由基是保证聚合物稳定的两个重要方面。,84,三、高分子光稳定剂的种类和应用,根据前面的稳定化机理分析，聚合物光稳定剂按其作用模式可以分为以下几类：光屏蔽剂 紫外线吸收剂 激发态猝灭剂 过氧化物分解剂 抗氧剂,