一种碳量子点可见光引发剂体系及其应用制造技术

本发明专利技术公开一种碳量子点可见光引发剂体系，包括质量比为1：0.5

【技术实现步骤摘要】
一种碳量子点可见光引发剂体系及其应用


[0001]本专利技术涉及光功能材料领域。更具体地，涉及一种碳量子点可见光引发剂体系及其应用。

技术介绍

[0002]光固化技术(又称光聚合技术)是利用光或电子束为能量，引发流动态材料快速聚合或交联成固态材料的技术，具有高效、环保、节能等特点，被誉为面向21世纪绿色工业的新技术。作为一门以应用为主的技术，随着市场的发展，光固化技术已经从最早的木材涂料向不同行业渗透，包括电子产品、印刷、包装、广告、建材以及生物材料等。
[0003]在光固化材料中，光引发剂体系发挥着至关重要的作用。在光照下，光引发剂体系产生活性物种引发单体或预聚物发生聚合，决定着光固化的速率以及固化程度。早期的光固化设备主要以汞灯作为辐照光源，不仅发光效率低，而且在使用过程中会产生大量臭氧，对人体和环境产生较大伤害和污染。相比之下，LED不仅发光效率高、无臭氧产生、发热量低，而且具有即时开关、波长可调、能耗小、使用寿命长等优势。随着光固化设备的发展以及联合国《水俣公约》的限制，汞灯将逐步被淘汰，LED(主要是385
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405nm)将成为光固化设备的主流。
[0004]目前，在商业化的光引发剂中，大多都是针对汞灯而设计的紫外光引发剂，最常用的几种可见光引发剂体系为酰基膦氧类(CN1215421A)、染料和六芳基双咪唑类(CN107573443)以及碘鎓盐和硫鎓盐类化合物(CN107936146A)。然而，这些光引发剂体系大多是脂溶性的，生物安全性较差，而且在光固化材料中通常需要加入有机溶剂/活性稀释剂以提高他们的溶解性，这与当今绿色化学的发展理念相悖。
[0005]碳量子点(CarbonDot，CD)作为一种新型的碳纳米材料，具有很多优异的性能，包括良好的光致发光性和生物相容性，原材料广泛而且制备方法简单，这使其在细胞成像、离子检测以及光催化等领域具有良好的应用前景。

技术实现思路

[0006]本专利技术的一个目的在于提供一种碳量子点可见光引发剂体系，包括碳量子点和助引发剂，能够高效地利用可见光，且在水中具有一定的分散性。
[0007]本专利技术的另一个目的在于提供一种碳量子点可见光引发剂体系的应用。
[0008]为达到上述目的，本专利技术采用下述技术方案：
[0009]一种碳量子点可见光引发剂体系，包括质量比为1：0.5
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20的碳量子点和助引发剂；其中，碳量子点由内部的碳核和表面修饰的活性官能团组成。
[0010]本专利技术中的碳量子点由内部的碳核和表面修饰的活性官能团组成，在可见光照下可以产生电子
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空穴对，与助引发剂搭配，可迅速产生自由基，进而引发单体/低聚物发生聚合，解决了现有技术中光引发剂需要采用紫外光带来的安全问题；同时，碳量子点具有良好的水溶性，且生物安全性高，可避免有机溶剂带来的环境污染问题和生物安全性问题。
[0011]优选地，所述单个碳量子点是类球形的纳米粒子或片状的纳米片，尺寸小于10nm；
[0012]优选地，内部的碳核由sp2和sp3杂化类型的碳原子组成。
[0013]优选地，所述碳核可以掺杂有其他杂原子。
[0014]优选地，所述其他杂原子选自氮、硫、硼、磷、锌、铜、硅或锰等元素中的至少一种。杂原子的掺杂有助于调控碳量子点的带隙和能级，获得在可见光区具有较好吸收的碳量子点光引发剂。
[0015]优选地，所述活性官能团选自羧基、氨基、羟基、酰胺基等基团中的一种或多种。这些活性基团与碳量子点的离域轨道之间的共振特性使得碳量子点的能带间隙变窄，有利于光引发剂的吸收光谱进一步红移，增强其对可见光的吸收利用。
[0016]优选地，所述助引发剂为含有活泼氢的化合物；
[0017]优选地，所述助引发剂为叔胺类、硫醇类、醚类或氨基酸类化合物。
[0018]优选地，所述引发剂为叔胺类化合物或氨基酸类化合物；进一步地，所述叔胺类化合物为三乙胺或三乙胺醇；所述氨基酸类化合物包括但不限于精氨酸、半胱氨酸、N
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苯基甘氨酸或组氨酸等。
[0019]本专利技术中的可见光引发剂体系，在可见光照射下，碳量子点吸收光子能量后发生电子跃迁并产生电子
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空穴对，空穴和助引发剂之间发生电子转移或质子转移，进而产生自由基，引发单体或低聚物发生聚合。
[0020]一种如上所述碳量子点可见光引发剂体系的应用，可应用于3D打印、光学涂层、生物支架等光固化
碳量子点具有水溶性和生物安全性，绿色环保，具有良好的应用前景。
[0021]一种包括有上述碳量子点可见光引发剂体系的光固化材料，按重量份计，包括：低聚物0
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80份，单体5
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60份，碳量子点可见光引发剂体系0.1
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10份，溶剂5
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90份，其他助剂0
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20份。
[0022]优选地，所述碳量子点可见光引发剂体系的重量份为0.2
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5份。
[0023]优选地，所述低聚物包括但不限于环氧丙烯酸酯、聚醚丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯等；所述单体包括但不限于丙烯酸酯类单体、乙烯基醚类单体、环氧类单体中的至少一种。低聚物或单体可通过商业购买获得。进一步地，所述丙烯酸酯类单体包括但不限于(甲基)丙烯酰基改性的合成高分子材料(聚乙烯醇、聚乳酸、聚己内酯)和天然高分子材料(明胶、壳聚糖、硫酸软骨素、海藻酸钠、淀粉、纤维素、木质素、蚕丝蛋白、透明质酸)等。所述溶剂选自去离子水、细胞培养基、二甲基亚砜、乙醇、二氯甲烷、丙酮或甲醇；其他助剂包括颜料、填料、消泡剂、抗氧化剂或者他们的任意比例混合物。
[0024]进一步地，本专利技术还提供了上述光固化材料的制备方法，包括如下步骤：(1)将0.1
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10份的碳量子点可见光引发剂体系加入到5
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90份的溶剂中，超声使其充分分散；(2)加入0
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80份低聚物，5
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60份单体，0
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20份其它助剂，常温下避光搅拌混合均匀，然后用铝膜包裹，避光保存。
[0025]本专利技术的有益效果如下：
[0026]本专利技术中的碳量子点可见光引发剂体系中包括表面修饰有活性官能团的碳量子点，与助引发剂搭配，在可见光照射下，可迅速产生自由基，进而引发单体/低聚物发生聚合。碳量子点可高效利用可见光，有效解决了传统紫外光源所带来的安全性问题；同时，碳
量子点具有良好的水溶性和生物安全性，制备方法简单，原料来源广，有效解决了光引发剂生物安全性差的问题，符合当今绿色化学的发展理念。
附图说明
[0027]下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明。
[0028]图1示出实施例1中CD的水溶液(0.1wt％)以及CD+TEA的水溶液(质量比1:1，0.2wt％)在405nm LED(50mW/cm2)照射下的顺磁共振谱本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳量子点可见光引发剂体系，其特征在于，包括质量比为1：0.5
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20的碳量子点和助引发剂；其中，碳量子点由内部的碳核和表面修饰的活性官能团组成。2.根据权利要求1所述的碳量子点可见光引发剂体系，其特征在于，所述单个碳量子点是类球形的纳米粒子或片状的纳米片，尺寸小于10nm；优选地，内部的碳核由sp2和sp3杂化类型的碳原子组成。3.根据权利要求1所述的碳量子点可见光引发剂体系，其特征在于，所述碳核可以掺杂有其他杂原子。4.根据权利要求3所述的碳量子点可见光引发剂体系，其特征在于，所述其他杂原子选自氮、硫、硼、磷、锌、铜、硅或锰等元素中的至少一种。5.根据权利要求1所述的光引发剂体系，其特征在于，所述活性官能团选自羧基、氨基、羟基、酰胺基等基团中的一种或多种。6.根据权利要求1所述的碳量子点可见光引发剂体系，其特征在于，所述助引发剂为含有活泼氢的化合物；优选地，所述助引发剂为叔胺类、硫醇类、醚类或氨基酸类化合物。7.根据权利要求6所述的碳量子点可见光引发剂体系，其特征在于，所述助引发剂为叔...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵榆霞，黄星，施盟泉，任湘菱，张玉玺，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：