影像科学与光化学  2019, Vol. 37 Issue (5): 389-391   PDF    
前言
聂俊, 何勇     

辐射固化技术来源于辐射聚合技术,是指以辐射源所发出的射线为能量,使得具有聚合活性的化合物体系发生聚合反应得到聚合物的过程,如果这个过程涉及到液态到固态的变化,即被称为辐射固化。包括射线固化、电子束固化和光固化几种类型,其中研究和应用最为广泛的是光固化技术,这也是本专刊所涉及的技术领域。

光固化技术是一种在近几十年来得到极大重视和发展的一种新型的加工技术领域,被认为具有“5E”的技术特点,即环境友好(Environmentally friendly)、经济(Economical)、高效(Efficient)、节能(Energy saving)和适应性广(Enabling)。以光为驱动力的特性使得光固化可以在室温甚至更低的温度发生,因此光固化技术特别适用于温度敏感材料的加工,如生物活性材料、高精密性材料、热变形材料等。因此,现在很多塑料材料、光学材料、微电子材料,如光学膜、光纤、线路板的保护性涂装,基本都是通过光固化技术实现的,此外,还有一些医学材料,如齿科修复材料、快速止血材料等,也都通过光固化技术实现了技术的跨越提升。光固化技术还具有时空可调性,即光照时反应发生,光照停止则反应随即停止;光照区域可以发生反应,非光照区域不发生反应。这个特点使其在进行图形转移方面具有得天独厚的优势,只要使用掩膜材料进行图形曝光,再配合之后显影过程,即可方便地得到具有极高分辨率的图形。这种图形制造技术就是现在正在使用的光刻技术的基础,所使用的光固化材料即是一种光刻胶。而光刻技术是制造半导体芯片和集成电路必不可少的关键技术,也是支撑微电子行业高速发展的基础。这种时空可调性也是现在正在得到蓬勃发展的光固化3D打印技术的基础,通过由数字文件控制的选择性光照,可以得到所需形状的三维材料,用来进行人体硬组织、精密复杂形状材料的按需制造。光固化技术未来将有更大的发展空间,因此,对其理论、技术及应用的相关研究已成为紧迫课题。

目前,光固化技术还存在一些难题和问题,急需进行进一步的工作,如:如何增加光照深度,如何降低固化收缩,如何协调固化速度和转化率,如何协调强度和柔性,如何降低光引发剂碎片的毒性,如何发展不使用汞灯的感光体系,如何设计具有更多功能化的低聚物体系,如何进行光刻胶和3D打印材料的进一步深化等。为此,本次专刊组织了一些国内大学和公司的相关专家,将他们针对这些问题的研究工作进展进行介绍,既可以使读者对本领域的一些前沿问题增加了解,也方便与相关研究者进行交流讨论,为促进光固化技术的更快发展做出贡献。

在光引发剂领域,北京师范大学的邹应全和同济大学的金明分别介绍了LED敏感的光引发体系的工作,针对汞灯因环保要求不能再继续使用,而LED光源的波长较长,但是匹配的光引发剂体系还没有完全达到要求的背景,分别以3, 4-乙烯二氧噻吩和香豆素并咔唑为结构基础,设计合成了多种对365~405 nm敏感的,并具有良好光引发聚合能力的新型光引发剂,对促进LED光固化体系的发展起到积极的作用。江南大学的李治全报道了两种以共轭香豆素作为生色团、肟酯作为引发基团的双光子引发剂,该类引发剂通过双光子三维微纳成型技术,构建高分辨率的三维微纳结构,并且在400~500 nm区域具有较强吸收,在LED辐照下可引发丙烯酸酯类单体聚合,可以作为一种LED光引发剂。常州格林感光新材料有限公司的杨金梁和北京化工大学常州先进材料研究院的聂俊针对现有小分子光引发剂的毒性问题,报道了一种大分子二苯甲酮光引发剂,在保持与小分子同种结构光引发剂相当的引发能力的同时,将光固化后引发剂碎片的萃取量降低了一半,很大程度上降低了毒性,为光固化技术更为广泛的应用起到了积极作用。

在光固化树脂领域,北京化工大学的王涛报道了一种含巯基的硅氧烷树脂的光固化性质,通过光引发的链式聚合反应及巯基的加成反应,在提高光固化速率和双键转化率的同时,也可以增强固化膜机械性能。北京化工大学的何勇以制备的含氟低聚物为原料,应用超临界二氧化碳中光聚合反应制备了可聚合含氟聚合物颗粒,进而通过颗粒与树脂的化学交联,显著提高基材的交联密度,改善疏水性,降低吸水率,并增强热稳定性。

在光固化材料领域,北京化工大学的孙芳研究了单体组成对基于离子作用的自修复光固化材料的影响,其最优化体系的修复效率高达90%以上。

在光固化技术应用方面,北京师范大学的王力元综述了含多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)的光刻胶,对其研究进展作了简要介绍,POSS结构可以显著提高聚合物的玻璃化转变温度、降低聚合物的介电常数、提高聚合物的力学性能,也提高了光致抗蚀剂的耐蚀刻性,是一种非常有前途的新型光刻胶类型。光固化3D打印技术具有高精度、成型速度快等特点,在很多领域都有较好的应用,且具有很好的应用前景,北京化工大学的朱晓群撰文综述了光固化3D打印技术的种类、原理、技术的优缺点,并介绍了光固化3D打印在齿科领域的应用。在各位同仁的支持下,在《辐射固化通讯》与《影像科学与光化学》的真诚合作下,本期“辐射固化专刊”得以顺利出版。衷心感谢全体作者的信任和付出!我们希望通过本专刊,一方面能够让大家了解一些本领域新的研究进展,另一方面能够起到抛砖引玉的作用,引起大学院所的研究人员和相关公司技术人员的研讨,从而共同努力,促进光固化技术的发展。

专刊特约编辑:聂俊 何勇

2019年9月