1、感光塑料,目 录,感光塑料概述 光致变色塑料 热致、电致、压致变色塑料 光致、电致发光塑料 光导电塑料,一 感光塑料概述,所谓感光塑料是指能够对光能进行传输、吸收、贮存、转换的一类高分子材料。感光塑料主要包括光加工用材料、光记录材料、导光材料、光学用材料、光转换系统材料、光显示用材料、光导电材料、光合作用系统材料等许多类别。,一 感光塑料概述,感光机理：物质分子吸收一定波长的光后，可以从基态跃迁到激发态。激发态分子具有较高能量，可以引起化学变化（如光固化、光交联反应）和物理变化（如发出荧光或磷光）。此外，激发态的能量也可能被淬灭，或者在分子内或分子之间转移，甚至还可能发生基态分子与基态分子间作
2、用，形成激基复合物。,二 光致变色塑料,光致变色现象（又称为光敏变色）是指某些物质在一定波长的光照射下会发生分子结构变化而产生变色，而在另一种波长的光波或热的作用又会发生可逆变化恢复到原来颜色的现象。它在光信息贮存、光电显示、军事伪装隐形和民用等高等技术领域中有广阔的应用前景。,二 光致变色塑料,光致变色现象可分为光化学过程和光物理过程两种。光化学过程变色较为复杂，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换异构化反应等。关于光物理过程的变色行为，通常是有机物质吸收光而激发生成分子激发态，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
3、随有特征的吸收光谱变化而导致光致变色。,制造光致变色塑料的三种途径： 通过共聚或者接枝反应以共价键将光致变色结构单元连接在塑料聚合物的主链或者侧链上，这种材料是真正意义上的变色功能聚合物。 把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。 将具有光致变色特性的无机粒子与聚合物共混杂化，也可以制造出光致变色塑料。,二 光致变色塑料,典型的光致变色材料介绍,一、含硫卡巴腙配合物的光致变色聚合物 二、含偶氮苯的光致变色高分子 三、含螺苯并吡喃结构的光致变色高分子 四、氧化还原型光致变色聚合物,一 含硫卡巴腙配合物的光致变色聚合物,硫卡巴腙与汞的配合物是分析化学中常用的显 色剂，属于光致
4、开环化合物。这类光致变色高分子中最为典型的是由对（甲基丙烯酞胺基）苯基汞二硫膝络合物与苯乙烯、甲基丙烯酸甲酷、丙烯酸丁酷和丙烯酞胺等共聚而制得的光致变色高分子。如图是其中的一种, 其共聚物薄膜经日光照射由桔红色变为暗棕色或紫色。,二 含偶氮苯的光致变色高分子,这类高分子的光致变色性能是偶氮苯的顺反异构引起的, 在光作用下, 偶氮苯从反式转为顺式,顺式是不稳定的, 在暗条件下, 回复到稳定的反式。,三 含螺苯并吡喃结构的光致变色高分子,含螺苯并吡喃结构的光致变色高分子，因为变色明显，所以在目前备受人们的关注。常见的螺苯并吡喃结构的光致变色聚合物主要有以下三种结构类型： 含螺苯并吡喃结构的甲基丙烯
5、酸酯或者甲基丙烯酸酰胺，与普通甲基丙烯酸甲酯的共聚产物； 含螺苯并吡喃结构的聚肽； 主链中含有螺苯并吡喃结构的缩聚高分子。,三、含螺苯并吡喃结构的光致变色高分子,1. 螺吡喃类光致变色体系由2个芳杂环( 其中1个含有吡喃环) 通过sp 杂化的螺碳原子连接而成的一类化合物的通称 。,三、含螺苯并吡喃结构的光致变色高分子,2. 螺吡喃类光致变色行为因此,大多数螺吡喃的吸收发生在紫外光谱区，一般在200 400 a m范围内,不呈现颜色。在受到紫外光激发后，分子中CO键发生异裂，继而分子的构型和电子的排布发生很大的变化，2 个环系由正交变为共平面，整个分子形成一个大的共轭体系，吸收也随着发生很大的红
6、移,出现在 500-600nm范 围内，因此呈现颜色。,它的反应过程可以用下式表示：,三、含螺苯并吡喃结构的光致变色高分子,其中 Ar1和 Ar2是苯环、萘环、蒽环、吲哚啉环、噻酚环等各种芳环或杂环，研究较多的是 Arl为吲哚啉的螺吡喃，常称为吲哚啉螺毗喃(Indolinospiropyran) 。,其断裂后的分子通常称为开环体或成色体，因为结构类似部花菁染料(meroeyanine dyes),所以通常 被称为“photomerocyanine ” ，以“PMC” 或“PM”代表。在可见光或热的作用下，PMC发生关环反应返回到SP,构成了一个典型的光致变色体系。螺吡喃 在溶液中或分散在固态基
7、质,如硅胶/树脂、聚合物或膜中都呈现光致变色性质。,三、含螺苯并吡喃结构的光致变色高分子,三、含螺苯并吡喃结构的光致变色高分子,3. 螺吡喃类光致变色体系的合成方法 先合成含不饱和双键的苯并吡喃衍生物,然后使之与其他通用单体(如丙烯酸甲酯)共聚合 把含不饱和双键的具有光致变色特性的螺化合物与含活泼硅氢键的聚硅氧烷反应引入到有机硅高分子的侧链上. 通过化学反应把螺苯并吡喃接到聚肽的链上 通过带2个羟甲基的螺苯并吡喃衍生物和过量的苯二甲酰氯反应，然后再与双酚A反应把螺结构引入到高分子的主链中.,当高分子材料在光的作用下可以发生可逆氧化还原反应，而其不同氧化态的吸收光谱明显不同，则构成光致氧化还原型
8、变色材料。这一类光致变色聚合物主要包括含有联吡啶盐结构、硫堇结构和噻嗪结构的高分子衍生物。,四、氧化还原型光致变色聚合物,四、氧化还原型光致变色聚合物,例如： 含硫堇结构的聚丙烯甲酰胺氧化还原型光致变色聚合物；含噻嗪结构的聚丙烯甲酰胺氧化还原型光致变色聚合物。,四、氧化还原型光致变色聚合物,它们的光致变色，是由于发生光氧化还原反应的结果。,光致变色塑料在图像显示、光信息存储元件、可变光密度的滤光元件、摄影模板和光控开光元件等诸方面有良好的应用前景。对于光致变色材料不但要求具有良好的稳定性、抗疲劳性、而且还需光致变色空间小，并且吸收光谱能很好地与半导体激光光源相匹配，介质还必须有很高的数据保存率
9、而没有缺陷。,二 光致变色塑料,三 热致、电致、压致变色塑料,热致变色材料受热或冷却时能发生颜色变化的一种功能材料，广泛应用于工业、医疗、防伪及日常装饰等领域。具有热致变色效应的材料主要有金属碘化物、金属配位化合物、过渡金属复盐、液晶材料和有机复配物等几类。,三 热致、电致、压致变色塑料,电致变色材料由于可逆电化学反应氧化还原态电子吸收光谱的明显差异而导致化合物颜色变化的一类功能材料称为电致变色材料。它在电致变色器件、大屏幕显示、无功耗贮存及灵巧窗口的领域有良好的应用前景。电致变色材料有无机电致变色材料（如NiO2 、 WO3 、 MnO2等）和有机电致变色材料（如导电聚合物类、 金属有机聚合
10、物类和金属酞菁类）。,三 热致、电致、压致变色塑料,电致变色材料的制备电致变色材料可采用物理方法制备，如磁控溅射、电子束溅射和激光沉淀等，也可采用化学方法制备，如化学气相沉淀、均相沉淀和溶胶-凝胶法等。,三 热致、电致、压致变色塑料,压致变色材料因压力而导致化合物颜色变化的一类功能材料称为压致变色材料，这类材料可作为压敏元件、压敏涂料和压敏燃料，也可作为分子探针，从分子水平上检测待定结构变化。压致变色材料的本质是因压力通过一定方式改变或影响微观结构如压力扰动电子能级、压力产生相变和缺陷、压力产生各种分子异构等，从而使化合物电子吸收光谱的位置和形状发生改变，这样就产生了固体化合物颜色变化的表象。
11、,四 光致、电致发光塑料,光致发光功能材料系一种能吸收、反射、透过某种波长的光线，并能在外界刺激下引起吸收、反射或透过波长变化材料。而电致发光的过程则是一个能量转换的过程，也就是电能转换成光能。,四 光致、电致发光塑料,光致电致发光有机材料具备的条件 具有高量子效率的荧光特性，并且主要分布在400 750nm的可见光区域内 具有良好的半导体特性，或传导电子，或传导空穴 具有良好的成膜性能，其厚度应控制在10个到几百个纳米之间 材料性能稳定，具有良好的加工性能,四 光致、电致发光塑料,光致发光塑料将发光物质加入到塑料聚合物中就可以得到光致发光塑料。光致发光塑料受到激发时，入射光被吸收，使基态电子
12、激发到激发态，形成电子孔穴对，即激子。激子发生复合时，电子落入空穴之中，产生一个光子。,四 光致、电致发光塑料,两种塑料中用以发光的物质结晶荧光体或电子有机色素类物质，它们在受到激发后由于电子发生跃迁而产生荧光稀土离子发光材料,它的发光过程可分为三步：基质晶格吸收激发能；基质晶格将吸收的激发能传递给激活离子使其激发；被激发的稀土离子发出荧光而返回基质。,四 光致、电致发光塑料,电致发光塑料在具有一定载流子迁移率和固态荧光量子效率的有机薄膜发光材料两边各加一个电极，即可制备出简单的有机电致发光器件。通电时，分别从正极、负极注入空穴和电子，这两种载流子在电厂作用下发生迁移，它们在聚合物某一处复合成
13、激子，然后激子发生衰减而发光。电致发光材料是一类具有荧光特性的共轭聚合物，它的掺杂态具有导电性，中性态具有传导电子和空穴能力，因此也属于导电聚合物材料的一种。,四 光致、电致发光塑料,发光聚合物材料在发光材料的设计与合成方面，已制备出多种具有不同结构特征的发光聚合物材料，发光颜色课覆盖从红外到蓝光的整个可见光区。最具代表性的发光聚合物有聚对苯乙烯（PPV） 、聚对苯（PPP）等。,五 光导电塑料,光导电塑料是指材料在无光照时是绝缘体，而在有光照时其导电性增加而变成导体的材料。光导电的理论基础是在光的激发下，材料内部的载流子密度增加，从而导致电导率增加。在理想状态下，光导电聚合物吸收一个光子后跃迁到激发态，进而发生能量转移过程，产生一个载流子，在电场得作用下载流子移动产生光电流。,五 光导电塑料,光导电材料主要包括聚苯乙炔、聚乙烯咔唑（PVK）等。它最主要的应用领域是静电复印，在静电复印过程中光导电在光控制下收集和释放电荷，通过静电作用吸附带相反电荷的油墨。,谢谢,
