光引发体系蝴蝶效应研究

As a topological term, the Butterfly Effect is defined as a dynamic system, the initial conditions, small changes can bring the whole system a great long-term effects. It means small stimulus making extensive and intensive change in a specific system. In this project, photoinitiated topological chemical reaction has been proposed for macrocosmic crosslinking, pendant group polarization conversion (reversing clicking chemistry) and unzipping depolymerzation of polymer or oligomer initiated by local area flashing UV-irradiation. Original catalytic amine or radical, produced with the UV-irradiation of amine generator or radical photoinitiator, is utilized to trigger the amine-proliferator or radical-proliferator. The Domino chemical reaction producing amine or radical proceeds in whole system even in the none-irradiated area. The macrocosmically disseminated amine or radical could be used to initiate fast crosslinking of oligomer, pendant group polarization conversion and unzipping depolymerization of polymer. A creative technology, whole area fast chemical conversion could be initiated by local UV-flashing, may be employed to give substantial technology support for fast UV-curing of opaque material, 3D ink-jet printing and fast curing of thick encapsulating materials or optic guide materials. The investigation in the project includes the synthesis of novel amine proliferator and photolatent amine, combination of photolatent amine, amine proliferator and peroxides for photo-triggering polymerzation, synthesis of unzipping polymer suitable for catalysis of acid amplification or amine amplification, synthsis of polymer suitable for amine catalyzed anti-clicking chemistry.

拓扑学中蝴蝶效应是指在动力系统中，初始条件微小的变化能带动整个系统长期巨大的连锁反应。本项目提出光引发扩散式多米诺化学反应研究，实现材料体系局域光照而导致的全域聚合交联、极性转换（逆向点击化学）和链式解聚（unzipping）。通过光引发产胺或产自由基，启动胺增殖或自由基增殖反应，即获得一种扩散式的化学多米诺效应，至未光照的全域发生产胺和自由基反应，并利用所产生的胺或自由基实现预聚物的间接光交联或链式解聚，实现材料局域光照引发全域的高效转变，为不透光材料固化、3D打印、厚层封装与厚层光导材料的快速固化提供前所未有的技术支撑。具体研究内容为新型高效光产胺剂和胺增殖剂的设计合成、光产胺剂/胺增殖剂与过氧化物组合感光潜伏性聚合引发体系的研究、自由基殖或胺增殖自催化特性unzipping聚合物的合成设计、自由基增殖或胺增殖自催化特性侧基快速转变聚合物的设计合成等。

光固化技术因其较能、高效、环保等特征而成为现代工业制造乃至未来工业4.0中关键重要的技术。当前技术瓶颈主要为紫外光的穿透限制性，对于厚层材料及深度着色材料难以固化；当前紫外光源采用的汞灯存在潜在汞污染危险，且光源寿命、臭氧发生、电光转换效率、输出光稳定性等都不尽满意，以更为优秀的UV LED代替汞灯光源是国际大势所趋。但UV LED输出波长偏高，和现有光引发剂吸收波长匹配度低，导致光固化过程出现严重表面氧阻聚，表面固化有缺陷。本项目从光产碱、低表面能材料自动上浮等多个角度切入，创新研究了长氟碳链修饰的长波吸收光引发剂与光产碱剂，在配方体系中自动富集于表层，前沿集中对抗氧阻聚，表层光聚合转化率达到和内层基本一致，固化膜表面接触角可达93º以上，解决了表面氧阻聚问题，为UV LED光源在光固化中应用基本扫清关键技术障碍。略显遗憾的是，该类上浮型光引发剂和光产碱剂的上浮速率偏低，震荡后需要数分钟至二十余分钟方可达到表层最大浓度，等待时间过长。.另外，将上浮型长波吸收光产碱剂与过氧化物组合，在厚层体系、深度着色体系中，上浮光产碱剂不易被屏蔽，局域富集暴露于表层，高效吸光产胺，胺催化 分散的过氧化物快速分解，达到光引发多米诺聚合效果，实现由表至里的全域聚合，为光固化在厚层、深着色材料体系中应用提供机会。.光产碱季铵盐插层蒙脱土的研究为蒙脱土的高效剥离提供了快捷方法，光照前，光敏性季铵阳离子插入蒙脱土片层中间，通过电荷吸引维系硅酸盐纳米片层堆垛层状结构，季铵阳离子感光分解，层间阳离子消失，片层间失去电荷维系动力，纳米片层剥离为散乱分布状态，光固化进行同时，形成了区级纳米片材改性的光固化涂层，为高阻隔UV涂层、耐磨功能性UV涂层研制提供了技术方案。