Кіріспе

Фотополимер немесе жарық әсерімен белсендірілетін шайыр – жарыққа, әсіресе ультракүлгін немесе электромагниттік спектрдің көрінетін аймағына ұшырағанда қасиеттерін өзгертетін полимер. Көптеген технологиялық тұрғыдан пайдалы қолданыстар фотополимерлерге негізделген; мысалы, кейбір эмальдар мен лактар жарыққа түскенде тиісті қатаю үшін фотополимерлік құрамына тәуелді. Кейбір жағдайларда эмаль, термиялық жолмен кептірілетін эмальге қарағанда, секундтың бір бөлігінде ғана кебуі мүмкін, ал соңғысына жарты сағат немесе одан да көп уақыт қажет болуы мүмкін. Көбінесе фотополимерленетін жүйелер ультракүлгін сәулелену арқылы кептіріледі, себебі ультракүлгін сәуле көбірек энергияға ие. Дегенмен, бояуға негіделген фотоинициаторлардың дамуы көрінетін жарықты пайдалануға мүмкіндік берді, бұл оны пайдалануды оңай және қауіпсіз етеді. Өнеркәсіптік процестерде ультракүлгін сәулелену арқылы кептіру соңғы онжылдықтарда едәуір кеңейді. Көптеген дәстүрлі термиялық кептірілетін және еріткіш негізіндегі технологияларды фотополимерлену технологияларымен алмастыруға болады. Фотополимерлендірудің термиялық кептірілген полимерлендіруге қарағанда артықшылықтары – полимерлендірудің жоғары жылдамдығы және ұшпалы органикалық еріткіштерді жою арқасында экологиялық пайда табу.

Ионикалық механизм

Иондық қатыру процестерінде иондық фотоинициатор қолданылып, өзара байланысқа қатысатын олигомерлердің функционалдық тобы белсендіріледі. Фотополимерлеу әдетте өте таңдамалы процесс болып табылады және полимерлеу тек қажетті жерде ғана жүзеге асуы маңызды. Бұл талапты қанағаттандыру үшін, таза сұйық олигомерге жарық сәулеленген кезде ғана полимерленуді бастайтын аниондық немесе катиондық фотоинициаторлар қосылады. Катиондық фотополимерлеуде қолданылатын мономерлер немесе функционалдық топтар: стирол туындылары, винил эфирлері, N-винил карбазолдар, лактондар, лактамалар, циклдік эфирлер, циклдік ацетальдар және циклдік силоксандар. Иондық фотоинициаторлардың көп бөлігі катиондық класты құрайды; аниондық фотоинициаторлар одан әлдеқайда аз зерттелген.

Соя тұздары

1970-ші жылдары арил-оний тұздары, әсіресе йод және сульфоний тұздары, көп назар аударды және көптеген өнеркәсіптік қолданыстар тапты. Басқа, сирек кездесетін оний тұздарының қатарында аммоний және фосфоний тұздары бар. Ферроциний тұздарының туындыларының сіңіру жолағы әлдеқайда ұзын, кейде көзге көрінетін аймақта орналасқан. Сәулелену кезінде металл орталығы бір немесе бірнеше лигандтарды жоғалтады, олар полимерлендіруді бастайтын функционалдық топтармен алмастырылады. Бұл әдістің бір кемшілігі – оттегіге жоғары сезімталдық. Сонымен қатар, ұқсас механизм арқылы реакцияға түсетін бірнеше органометалл анионды фотоинициаторлар да бар. Аниондық жағдайда металл орталығының қоздырылуы гетеролиттік байланыстың үзілуіне немесе белсенді анионды инициаторды құрайтын электрондық трансферге әкеледі.

Медициналық қолданыстар

Фотооңайтылатын жабысқыштар катетерлер, есту аппараттары, хирургиялық маскалар, медициналық сүзгілер және қан талдау сенсорларын өндіруде де қолданылады. Бұл қолданулар үшін фотополимерлену процестері in vivo немесе ex vivo жағдайында жүргізілуде. In vivo фотополимерлену өндіріс және минималды инвазивті хирургия арқылы имплантациялаудың артықшылықтарын ұсынады. Ex vivo фотополимерлену күрделі матрицаларды жасауға және формуланың әмбебаптығын қамтамасыз етеді. Фотополимерлер жаңа биомедициналық қолданулардың кең спектрі үшін үміт беруге болса да, фотополимерлік материалдардың биоүйлесімділігін әлі де зерделеу және жетілдіру қажет.

3D-басып шығару

Стереолитография, цифрлық бейнелеу және 3D-сияды принтерлеу – фотополимерлену жолдарында жұмыс істейтін 3D-басып шығару технологияларының бірнеше ғана мысалы. 3D-басылым әдетте CAD CAM бағдарламалық жасақтамасын пайдаланады, ол 3D-пластик нысанға аударылатын 3D-компьютерлік модельді құрайды. Бейне кескіндерге бөлінеді, содан кейін әрбір кескіндер сұйық полимерді сәулелендіру арқылы қайта құрастырылып, бейнені қатты нысанға айналдырады. 3D-бейнелеу процестерінде қолданылатын фотополимерлер жеткілікті мөлшерде байланысқа түсуі керек және қатты нысанның деформациясын болдырмау үшін полимерлену кезінде көлемі ең аз азаюы тиіс. 3D-бейнелеу үшін қолданылатын көпфункциялы акрилаттар мен метакрилаттар жиі көлемді азайту үшін полимерлік емес компоненттермен біріктіріледі. Катиондық фотоинициатордың қатысуымен SU 8 ерітіндідегі басқа полимерлермен желілер құрайды. Негізгі схемасы төменде көрсетілген. SU 8 – бұл ішкі байланысты материалдың матрицасын құрайтын молекулааралық фотополимерленудің мысалы. Кополимерлену арқылы теріс резистерлерді де жасауға болады. Егер екі түрлі мономерлер немесе олигомерлер бірнеше функционалдық топтары бар ерітіндіде болса, олар полимерленуіне және нашар еритін полимерді құруына мүмкіндік бар. Өндірушілер сондай-ақ арнайы электроника немесе медициналық құрылғылар сияқты OEM жинау қолданбаларында жарықпен қатайту жүйелерін пайдаланады.

Оң қарсылық

Сәулелендіруге оң фоторезисттің әсері оның химиялық құрылымын өзгертеді, нәтижесінде ол сұйық немесе оңай еритін болады. Химиялық құрылымдағы бұл өзгерістер көбінесе полимердегі нақты бір байланыстардың үзілуіне байланысты. Сәулеленгеннен кейін "ыдыраған" полимерлерді жарыққа ұшырамаған полимерді қалдырып, дамытушы ерітінмен жууға болады. Бұл технология микроэлектроника сияқты салаларда қолданылатын өте жұқа трафареттер жасауға мүмкіндік береді. Мұндай қасиеттерге қол жеткізу үшін оң фоторезисттер өз негізінде сәулелендіру кезінде үзілуге бейім байланыстары бар полимерлерді пайдаланады немесе полимердегі байланыстарды гидролиздейтін фототүзген қышқылды қолданады. Сәулелендіру кезінде сұйық немесе оңай еритін өнімге ыдырайтын полимер оң тонды фоторезист деп аталады. Фототүзген қышқыл катализаторымен гидролизделген кең таралған функционалдық топтарға поликарбонаттар және полиэстерлер жатады.

Жақсы баспа

Фотополимерлер баспа табақтарын жасауға қолданылады, олар кейін металл әріптер сияқты қағазға басылады. Бұл әдіс көбінесе қазіргі заманғы жоғары сапалы баспагерлікте компьютерде жасалған суреттерден көлемді бедер (немесе әріптік баспаның одан да нәзік үш өлшемді әсерін) алу үшін қолданылады, металлға суреттерді ойып салу немесе металл әріптер құю қажеттігі болмайды. Көбінесе визиткалар жасау үшін пайдаланылады.

Сырқаттарды жөндеу

Өнеркәсіптік нысандар жарықпен белсендірілетін шайырды ақауларды және жарықтарды тығыздау үшін қолданады. Кейбір жарықпен белсендірілетін шайырлардың ерекше қасиеттері оларды құбырларды жөндеу үшін өте қолайлы етеді. Бұл шайырлар ылғалды немесе құрғақ беттерде тез қатаяды.

Балық аулау

Жақында жарықпен белсендірілетін шайырлар ұшқыштарды аз уақытта, минималды тазалаумен жасау мүмкіндігі арқасында ұшқыш байлаушылардың арасында кеңінен қолданыла бастады.

Қабатты қайта өңдеу

Жеңілмен белсендірілетін шайырлар еденді қайта жаңарту саласында қолданыс тапты, бұл басқа ешқандай химиялық заттарда мүмкін емес, қоршаған орта температурасында кебуді қажет етпеу арқасында дереу пайдалануға беруге мүмкіндік береді. Қолдану шектеулеріне байланысты, осы жабындар жоғары қарқынды разрядты шамдары бар портативті жабдықпен ғана ультракүлгін сәулелермен кебу арқылы қолданылады. Мұндай ультракүлгін жабындар қазірде ағаш, винил композициялық плитка және бетон сияқты әртүрлі беттер үшін коммерциялық түрде қолжетімді, ағаш едендерді жаңарту үшін дәстүрлі полиуретандарды және ВКТ үшін нашар төзімді акрилдерді ығыстырып шығаруда.

Қоршаған ортаның ластануы

Полимерлік пластиналарды ультракүлгін сәулеленгеннен кейін жуу нәтижесінде мономерлер кәріз жүйесіне түсіп, әрі қарай мұхиттардағы пластик мөлшерін арттыруы мүмкін. Қазіргі су тазарту орналымдары кәріз суынан мономер молекулаларын толығымен шығара алмайды. Стирол сияқты кейбір мономерлер уытты немесе қатерлі ісік тудырушы болып табылады.