随着材料科学和表面改性技术的快速发展，可见光引发的表面活性交联聚合技术因其高效、环保和可控的特性，成为近年来研究的热点(Visible Light-Induced Surface-Active Crosslinking Polymerization, 以下简称VL-SACP)。

　　相比传统的紫外光引发聚合，可见光引发技术利用波长更长、能量更低的可见光，不仅降低了能耗，还减少了对基材的潜在损伤，同时具备更广泛的应用场景。

　　据Grand View Research预测，2025年全球VL-SACP技术相关市场规模将达240亿美元，其中生物医疗(35%)、柔性电子(28%)、绿色包装(22%)构成三大支柱。

　　可见光引发的表面活性交联聚合技术基于光化学反应，通过光引发剂在可见光(通常波长范围为400-700 nm)照射下产生自由基或活性物种，进而引发单体或预聚物的聚合反应，最终在基材表面形成交联网络。其核心步骤包括：

　　01　　光引发剂的选择与激活

　　光引发剂是技术的关键，常见类型包括二苯甲酮衍生物、蒽醌类化合物以及新型的有机染料(如伊红Y、玫瑰红)。这些引发剂在可见光照射下吸收光子，进入激发态，产生自由基或引发其他活性物种。如硫代黄酮衍生物(吸收峰450nm)、二茂铁盐(600nm)等，量子效率达0.8-1.2;

　　02　　单体聚合与交联

　　活性物种引发单体(如丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯或乙烯基化合物)的链式聚合，同时通过多官能团单体或交联剂形成三维交联网络。这种网络结构赋予表面优异的力学性能和化学稳定性。通过两亲性单体(如丙烯酸羟乙酯-苯乙烯嵌段共聚物)在界面定向富集，交联密度梯度分布(表面>内部);

　　03　　表面特异性反应

　　通过在基材表面引入特定的官能团(如巯基、双键)，可实现聚合反应的空间选择性，确保交联层均匀附着于目标表面。

　　与紫外光引发相比，可见光引发的优点在于其穿透能力更强，适用于厚膜或不透明基材，且对人体和环境的危害更小。然而，挑战在于如何设计高效的光引发剂以提高光子利用率，以及如何控制聚合速率以避免副反应。

　　几个需要特别注意的关键点

　　1、高效光引发剂的开发

　　光引发剂的性能直接决定了聚合效率。理想的引发剂应具备高吸收系数、快速的激发态转化以及良好的化学稳定性。近年来，基于过渡金属配合物(如钌、铱配合物)和有机染料的光引发剂表现出色，但成本和毒性问题仍需解决。

　　2、单体与交联剂的选择

　　单体的化学结构和官能团密度决定了交联网络的性能。例如，含氟单体可赋予表面疏水性，而亲水性单体则适合生物医用涂层。交联剂的选择(如二丙烯酸酯)需平衡交联度和柔韧性，以满足不同应用需求。

　　3、光源与反应条件

　　可见光源(如LED灯)的波长和强度对反应速率影响显著。优化光源参数可提高能量利用率，同时缩短反应时间。此外，反应环境(如氧气含量、温度)需严格控制，以防止氧气猝灭自由基。

　　4、表面预处理

　　基材表面的化学修饰是实现均匀聚合的前提。通过等离子处理、化学接枝等方法，可在表面引入活性位点，增强交联层的附着力和稳定性。

　　与传统技术的对比优势

　　技术参数对照表(传统UV固化 vs. VL-SACP)

　　应用场景与典型案例

　　1、生物医用材料

　　可见光引发的表面交联技术在制备抗菌涂层、药物释放涂层和组织工程支架方面展现出巨大潜力。例如，通过在医疗器械表面引入亲水性或抗菌性交联层，可有效降低感染风险。

　　哈佛医学院团队利用可见光交联海藻酸钠/明胶水凝胶(凝胶时间<30s)，在猪心脏搏动状态下完成室间隔缺损封堵，术后6个月内皮化率超95%。

　　2、功能涂层

　　该技术可用于制备自清洁涂层、防雾涂层和耐磨涂层。例如，在玻璃或塑料表面形成超疏水交联网络，可实现优异的防污性能，广泛应用于建筑材料和光学器件。

　　巴斯夫最新水性聚氨酯涂料(VL-SACP固化)VOCs排放<10g/L，较传统工艺降低90%，且可实现6μm超薄涂膜(橘皮缺陷率<0.1%)，已用于宝马i系列电动车全产线。

　　3、柔性电子

　　在柔性基材上通过可见光引发聚合形成导电或绝缘交联层，为可穿戴设备、柔性显示器等提供了新的制备思路。该技术的高精度和低温操作尤其适合电子器件制造。

　　华为实验室数据显示，采用VL-SACP的环氧-聚酰亚胺复合介质层(ε=2.3, tanδ=0.0012)，较传统热固化材料信号损耗降低42%，成功应用于毫米波天线模组批量生产。

　　4、 环境与能源

　　在水处理膜表面引入交联层可提升抗污染性能，延长膜使用寿命。此外，该技术还可用于制备光催化涂层，促进污染物降解或太阳能转换。

　　尽管可见光引发的表面活性交联聚合技术已取得显著进展，但仍面临若干挑战。首先，光引发剂的高效性和低成本化需进一步突破，开发绿色、无毒的引发剂将成为重点。

　　其次，聚合过程的精确调控(如空间分辨率和反应动力学)需结合先进的表征技术和模拟手段加以优化。此外，技术的规模化应用仍需解决设备成本和工艺稳定性的问题。

　　可见光引发的表面活性交联聚合技术正通过持续的技术创新和跨学科合作从实验室走向产业化，在性能优化和产业化方面迎来新的飞跃，为解决实际问题提供更多可能性。并且有望在下一代智能材料、精准医疗等领域开启全新应用场景。

　出处：UVEB大平台