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

　　相比傳統的紫外光引發(fā)聚合，可見光引發(fā)技術利用波長更長、能量更低的可見光，不僅降低了能耗，還減少了對基材的潛在損傷，同時具備更廣泛的應用場景。

　　據Grand View Research預測，2025年全球VL-SACP技術相關市場規(guī)模將達240億美元，其中生物醫(yī)療(35%)、柔性電子(28%)、綠色包裝(22%)構成三大支柱。

　　可見光引發(fā)的表面活性交聯聚合技術基于光化學反應，通過光引發(fā)劑在可見光(通常波長范圍為400-700 nm)照射下產生自由基或活性物種，進而引發(fā)單體或預聚物的聚合反應，最終在基材表面形成交聯網絡。其核心步驟包括：

　　01　　光引發(fā)劑的選擇與激活

　　光引發(fā)劑是技術的關鍵，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，進入激發(fā)態(tài)，產生自由基或引發(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0.8-1.2;

　　02　　單體聚合與交聯

　　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)的鏈式聚合，同時通過多官能團單體或交聯劑形成三維交聯網絡。這種網絡結構賦予表面優(yōu)異的力學性能和化學穩(wěn)定性。通過兩親性單體(如丙烯酸羥乙酯-苯乙烯嵌段共聚物)在界面定向富集，交聯密度梯度分布(表面>內部);

　　03　　表面特異性反應

　　通過在基材表面引入特定的官能團(如巰基、雙鍵)，可實現聚合反應的空間選擇性，確保交聯層均勻附著于目標表面。

　　與紫外光引發(fā)相比，可見光引發(fā)的優(yōu)點在于其穿透能力更強，適用于厚膜或不透明基材，且對人體和環(huán)境的危害更小。然而，挑戰(zhàn)在于如何設計高效的光引發(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。

　　幾個需要特別注意的關鍵點

　　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)劑應具備高吸收系數、快速的激發(fā)態(tài)轉化以及良好的化學穩(wěn)定性。近年來，基于過渡金屬配合物(如釕、銥配合物)和有機染料的光引發(fā)劑表現出色，但成本和毒性問題仍需解決。

　　2、單體與交聯劑的選擇

　　單體的化學結構和官能團密度決定了交聯網絡的性能。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。交聯劑的選擇(如二丙烯酸酯)需平衡交聯度和柔韌性，以滿足不同應用需求。

　　3、光源與反應條件

　　可見光源(如LED燈)的波長和強度對反應速率影響顯著。優(yōu)化光源參數可提高能量利用率，同時縮短反應時間。此外，反應環(huán)境(如氧氣含量、溫度)需嚴格控制，以防止氧氣猝滅自由基。

　　4、表面預處理

　　基材表面的化學修飾是實現均勻聚合的前提。通過等離子處理、化學接枝等方法，可在表面引入活性位點，增強交聯層的附著力和穩(wěn)定性。

　　與傳統技術的對比優(yōu)勢

　　技術參數對照表(傳統UV固化 vs. VL-SACP)

　　應用場景與典型案例

　　1、生物醫(yī)用材料

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

　　哈佛醫(yī)學院團隊利用可見光交聯海藻酸鈉/明膠水凝膠(凝膠時間<30s)，在豬心臟搏動狀態(tài)下完成室間隔缺損封堵，術后6個月內皮化率超95%。

　　2、功能涂層

　　該技術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網絡，可實現優(yōu)異的防污性能，廣泛應用于建筑材料和光學器件。

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

　　3、柔性電子

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

　　華為實驗室數據顯示，采用VL-SACP的環(huán)氧-聚酰亞胺復合介質層(ε=2.3, tanδ=0.0012)，較傳統熱固化材料信號損耗降低42%，成功應用于毫米波天線模組批量生產。

　　4、 環(huán)境與能源

　　在水處理膜表面引入交聯層可提升抗污染性能，延長膜使用壽命。此外，該技術還可用于制備光催化涂層，促進污染物降解或太陽能轉換。

　　盡管可見光引發(fā)的表面活性交聯聚合技術已取得顯著進展，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一步突破，開發(fā)綠色、無毒的引發(fā)劑將成為重點。

　　其次，聚合過程的精確調控(如空間分辨率和反應動力學)需結合先進的表征技術和模擬手段加以優(yōu)化。此外，技術的規(guī)?；瘧萌孕杞鉀Q設備成本和工藝穩(wěn)定性的問題。

　　可見光引發(fā)的表面活性交聯聚合技術正通過持續(xù)的技術創(chuàng)新和跨學科合作從實驗室走向產業(yè)化，在性能優(yōu)化和產業(yè)化方面迎來新的飛躍，為解決實際問題提供更多可能性。并且有望在下一代智能材料、精準醫(yī)療等領域開啟全新應用場景。

　出處：UVEB大平臺