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　　隨著材料科學和表面改性技術的快速發展，可見光引發的表面活性交聯聚合技術因其高效、環保和可控的特性，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聚合，可見光引發技術利用波長更長、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技術相關市場規模將達240億美元，其中生物醫療(35%)、柔性電子(28%)、綠色包裝(22%)構成三大支柱。

　　可見光引發的表面活性交聯聚合技術基于光化學反應，通過光引發劑在可見光(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　　光引發劑的選擇與激活

　　光引發劑是技術的關鍵，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)。這些引發劑在可見光照射下吸收光子，進入激發態，產生自由基或引發其他活性物種。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異的力學性能和化學穩定性。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。

　　與紫外光引發相比，可見光引發的優點在于其穿透能力更強，適用于厚膜或不透明基材，且對人體和環境的危害更小。然而，挑戰在于如何設計高效的光引發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、高效光引發劑的開發

　　光引發劑的性能直接決定了聚合效率。理想的引發劑應具備高吸收系數、快速的激發態轉化以及良好的化學穩定性。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定性。

　　與傳統技術的對比優勢

　　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、生物醫用材料

　　可見光引發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。首先，光引發劑的高效性和低成本化需進一步突破，開發綠色、無毒的引發劑將成為重點。

　　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化。此外，技術的規模化應用仍需解決設備成本和工藝穩定性的問題。

　　可見光引發的表面活性交聯聚合技術正通過持續的技術創新和跨學科合作從實驗室走向產業化，在性能優化和產業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、精準醫療等領域開啟全新應用場景。

　出處：UVEB大平臺