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　　隨著材料科學(xué)和表面改性技術(shù)的快速發(fā)展，可見光引發(fā)的表面活性交聯(lián)聚合技術(shù)因其高效、環(huán)保和可控的特性，成為近年來(lái)研究的熱點(diǎn)(Visible Light-Induced Surface-Active Crosslinking Polymerization, 以下簡(jiǎn)稱VL-SACP)。

　　相比傳統(tǒng)的紫外光引發(fā)聚合，可見光引發(fā)技術(shù)利用波長(zhǎng)更長(zhǎng)、能量更低的可見光，不僅降低了能耗，還減少了對(duì)基材的潛在損傷，同時(shí)具備更廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景。

　　據(jù)Grand View Research預(yù)測(cè)，2025年全球VL-SACP技術(shù)相關(guān)市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)240億美元，其中生物醫(yī)療(35%)、柔性電子(28%)、綠色包裝(22%)構(gòu)成三大支柱。

　　可見光引發(fā)的表面活性交聯(lián)聚合技術(shù)基于光化學(xué)反應(yīng)，通過(guò)光引發(fā)劑在可見光(通常波長(zhǎng)范圍為400-700 nm)照射下產(chǎn)生自由基或活性物種，進(jìn)而引發(fā)單體或預(yù)聚物的聚合反應(yīng)，最終在基材表面形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。其核心步驟包括：

　　01　　光引發(fā)劑的選擇與激活

　　光引發(fā)劑是技術(shù)的關(guān)鍵，常見類型包括二苯甲酮衍生物、蒽醌類化合物以及新型的有機(jī)染料(如伊紅Y、玫瑰紅)。這些引發(fā)劑在可見光照射下吸收光子，進(jìn)入激發(fā)態(tài)，產(chǎn)生自由基或引發(fā)其他活性物種。如硫代黃酮衍生物(吸收峰450nm)、二茂鐵鹽(600nm)等，量子效率達(dá)0.8-1.2;

　　02　　單體聚合與交聯(lián)

　　活性物種引發(fā)單體(如丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯或乙烯基化合物)的鏈?zhǔn)骄酆?，同時(shí)通過(guò)多官能團(tuán)單體或交聯(lián)劑形成三維交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)賦予表面優(yōu)異的力學(xué)性能和化學(xué)穩(wěn)定性。通過(guò)兩親性單體(如丙烯酸羥乙酯-苯乙烯嵌段共聚物)在界面定向富集，交聯(lián)密度梯度分布(表面>內(nèi)部);

　　03　　表面特異性反應(yīng)

　　通過(guò)在基材表面引入特定的官能團(tuán)(如巰基、雙鍵)，可實(shí)現(xiàn)聚合反應(yīng)的空間選擇性，確保交聯(lián)層均勻附著于目標(biāo)表面。

　　與紫外光引發(fā)相比，可見光引發(fā)的優(yōu)點(diǎn)在于其穿透能力更強(qiáng)，適用于厚膜或不透明基材，且對(duì)人體和環(huán)境的危害更小。然而，挑戰(zhàn)在于如何設(shè)計(jì)高效的光引發(fā)劑以提高光子利用率，以及如何控制聚合速率以避免副反應(yīng)。

　　幾個(gè)需要特別注意的關(guān)鍵點(diǎn)

　　1、高效光引發(fā)劑的開發(fā)

　　光引發(fā)劑的性能直接決定了聚合效率。理想的引發(fā)劑應(yīng)具備高吸收系數(shù)、快速的激發(fā)態(tài)轉(zhuǎn)化以及良好的化學(xué)穩(wěn)定性。近年來(lái)，基于過(guò)渡金屬配合物(如釕、銥配合物)和有機(jī)染料的光引發(fā)劑表現(xiàn)出色，但成本和毒性問(wèn)題仍需解決。

　　2、單體與交聯(lián)劑的選擇

　　單體的化學(xué)結(jié)構(gòu)和官能團(tuán)密度決定了交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的性能。例如，含氟單體可賦予表面疏水性，而親水性單體則適合生物醫(yī)用涂層。交聯(lián)劑的選擇(如二丙烯酸酯)需平衡交聯(lián)度和柔韌性，以滿足不同應(yīng)用需求。

　　3、光源與反應(yīng)條件

　　可見光源(如LED燈)的波長(zhǎng)和強(qiáng)度對(duì)反應(yīng)速率影響顯著。優(yōu)化光源參數(shù)可提高能量利用率，同時(shí)縮短反應(yīng)時(shí)間。此外，反應(yīng)環(huán)境(如氧氣含量、溫度)需嚴(yán)格控制，以防止氧氣猝滅自由基。

　　4、表面預(yù)處理

　　基材表面的化學(xué)修飾是實(shí)現(xiàn)均勻聚合的前提。通過(guò)等離子處理、化學(xué)接枝等方法，可在表面引入活性位點(diǎn)，增強(qiáng)交聯(lián)層的附著力和穩(wěn)定性。

　　與傳統(tǒng)技術(shù)的對(duì)比優(yōu)勢(shì)

　　技術(shù)參數(shù)對(duì)照表(傳統(tǒng)UV固化 vs. VL-SACP)

　　應(yīng)用場(chǎng)景與典型案例

　　1、生物醫(yī)用材料

　　可見光引發(fā)的表面交聯(lián)技術(shù)在制備抗菌涂層、藥物釋放涂層和組織工程支架方面展現(xiàn)出巨大潛力。例如，通過(guò)在醫(yī)療器械表面引入親水性或抗菌性交聯(lián)層，可有效降低感染風(fēng)險(xiǎn)。

　　哈佛醫(yī)學(xué)院團(tuán)隊(duì)利用可見光交聯(lián)海藻酸鈉/明膠水凝膠(凝膠時(shí)間<30s)，在豬心臟搏動(dòng)狀態(tài)下完成室間隔缺損封堵，術(shù)后6個(gè)月內(nèi)皮化率超95%。

　　2、功能涂層

　　該技術(shù)可用于制備自清潔涂層、防霧涂層和耐磨涂層。例如，在玻璃或塑料表面形成超疏水交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的防污性能，廣泛應(yīng)用于建筑材料和光學(xué)器件。

　　巴斯夫最新水性聚氨酯涂料(VL-SACP固化)VOCs排放<10g/L，較傳統(tǒng)工藝降低90%，且可實(shí)現(xiàn)6μm超薄涂膜(橘皮缺陷率<0.1%)，已用于寶馬i系列電動(dòng)車全產(chǎn)線。

　　3、柔性電子

　　在柔性基材上通過(guò)可見光引發(fā)聚合形成導(dǎo)電或絕緣交聯(lián)層，為可穿戴設(shè)備、柔性顯示器等提供了新的制備思路。該技術(shù)的高精度和低溫操作尤其適合電子器件制造。

　　華為實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)顯示，采用VL-SACP的環(huán)氧-聚酰亞胺復(fù)合介質(zhì)層(ε=2.3, tanδ=0.0012)，較傳統(tǒng)熱固化材料信號(hào)損耗降低42%，成功應(yīng)用于毫米波天線模組批量生產(chǎn)。

　　4、 環(huán)境與能源

　　在水處理膜表面引入交聯(lián)層可提升抗污染性能，延長(zhǎng)膜使用壽命。此外，該技術(shù)還可用于制備光催化涂層，促進(jìn)污染物降解或太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換。

　　盡管可見光引發(fā)的表面活性交聯(lián)聚合技術(shù)已取得顯著進(jìn)展，但仍面臨若干挑戰(zhàn)。首先，光引發(fā)劑的高效性和低成本化需進(jìn)一步突破，開發(fā)綠色、無(wú)毒的引發(fā)劑將成為重點(diǎn)。

　　其次，聚合過(guò)程的精確調(diào)控(如空間分辨率和反應(yīng)動(dòng)力學(xué))需結(jié)合先進(jìn)的表征技術(shù)和模擬手段加以優(yōu)化。此外，技術(shù)的規(guī)?；瘧?yīng)用仍需解決設(shè)備成本和工藝穩(wěn)定性的問(wèn)題。

　　可見光引發(fā)的表面活性交聯(lián)聚合技術(shù)正通過(guò)持續(xù)的技術(shù)創(chuàng)新和跨學(xué)科合作從實(shí)驗(yàn)室走向產(chǎn)業(yè)化，在性能優(yōu)化和產(chǎn)業(yè)化方面迎來(lái)新的飛躍，為解決實(shí)際問(wèn)題提供更多可能性。并且有望在下一代智能材料、精準(zhǔn)醫(yī)療等領(lǐng)域開啟全新應(yīng)用場(chǎng)景。

　出處：UVEB大平臺(tái)