光敏热显成像材料热显影过程中影响银离子迁移因素的模拟研究

摘要

光敏热显成像材料（Photothermographic materials，简称PTG材料）是近年来国际感光界的研究热点之一。PTG材料具有成像质量优异，影像保存稳定性高，干式加工便捷无污染等优点，因此尽管传统的卤化银胶片市场正在逐步萎缩，而具有环境友好特点的PTG材料市场仍有着良好的发展前景。当前，国际感光界的学者正在大力开展对PTG材料成像机理方面的研究。其中美国学者Whitcomb和日本学者Maekawa对于PTG材料热显影过程中银离子的迁移及还原过程进行了深入的分析研究，并提出了不同的见解。 本论文以邻苯二甲酸（PA）与酞嗪（PHZ）为起始原料，采用液相沉淀法合成了PTG材料热显成像过程中可能存在的含银中间体邻苯二甲酸二银（Ag2PA）与[Ag2PHZ2PA·H2O]配合物，通过元素分析、ICP-AES分析对Ag2PA与[Ag2PHZ2PA·H2O]配合物的元素组成进行了确定，采用XRD、FTIR、TG与DSC等方法对Ag2PA与[Ag2PHZ2PA·H2O]进行了表征，确定了其分子结构。通过对PTG材料热显影过程中银离子迁移过程的分析表明，调色剂PA与PHZ在PTG材料热显影过程中起着改变反应历程，降低反应活化能的作用，Maekawa等提出的银离子迁移路线具有一定的合理性。 采用X射线衍射K值分析法，在100～123℃PTG材料热显影温度范围内，研究了山嵛酸银（AgBeh）与PA的固相反应过程。结果表明，AgBeh与PA的固相反应为固态扩散控制过程。在一定的反应时间内，Jander方程能够较好的描述AgBeh与PA的固相反应动力学，反应的表观活化能为84.5kJ·mol-1，表观频率因子为7.06×107 min-1。AgBeh与PA样品以较小的颗粒度分散于PTG体系中，有利于提高PTG材料的成像速度。通过XRD及FTIR等方法对Ag2PA与PHZ之间的反应进行研究，结果表明Ag2PA与PHZ可以通过固液相反应发生作用，反应物的扩散过程为Ag2PA与PHZ之间反应的控制步骤。 测定了调色剂PA、PHZ与6-异丙基酞嗪在粘合剂PVA中的扩散系数。实验表明，温度越高，调色剂的扩散系数越大。在相同的条件下，PHZ与6-异丙基酞嗪的扩散系数均远大于PA的扩散系数。随着粘合剂浓度的增大，PA、PHZ与6-异丙基酞嗪的扩散系数均有所降低，这种降低的趋势在不同的温度条件下均有体现。 综合分析认为，对于PA-PHZ的调色剂组合体系，决定银离子迁移速率的主要因素为调色剂PA在粘合剂涂层中的扩散行为，适当增加PTG材料的热显影温度、调整涂层结构与配方以缩短调色剂PA在涂层中的有效扩散距离以及降低PTG材料涂层中粘合剂的浓度均有利于提高PTG材料的显影速度，即提高PTG材料的热显影效率；对于PA-6-异丙基酞嗪的调色剂组合体系，在实际的PTG材料热显成像条件下，调色剂6-异丙基酞嗪的扩散行为会对银离子的迁移速率起到一定的限制作用，而这种限制作用有利于获得色调更佳的银影像。 测定了调色剂PA、6-异丙基酞嗪在苯丙乳液粘合剂中的扩散系数并确定了扩散活化能。实验数据显示，PA、6-异丙基酞嗪在苯丙乳液粘合剂中的扩散系数均略大于其在同浓度PVA粘合剂中的扩散系数。

目录

文摘

英文文摘

声明

前言

第一章 文献综述

1.1光敏热显成像材料发展概况

1.2 PTG材料的基本结构与主要组分

1.2.1羧酸银

1.2.2卤化银及其化学增感

1.2.3调色剂

1.2.4显影还原剂

1.2.5防灰雾剂与稳定剂

1.2.6光谱增感剂

1.2.7粘合剂

1.3 PTG材料热显影成像理论

1.3.1潜影形成机理

1.3.2显影机理的数学模型

1.3.3银影像形貌的研究

1.3.4银离子迁移过程的讨论

1.4论文研究工作的提出

第二章 PTG材料显影过程含银中间体的合成与表征

2.1实验部分

2.1.1实验试剂

2.1.2表征设备

2.1.3 Ag2PA的合成

2.1.4[Ag2PHZ2PA·H2O]的合成

2.2结果与讨论

2.2.1.Ag2PA的表征

2.2.2[Ag2PHZ2PA·H2O]的表征

2.3本章小结

第三章 PTG材料热显影银离子迁移过程的分析

3.1实验部分

3.1.1实验试剂与仪器

3.1.2实验过程

3.2 AgBeh→Ag2PA→[Ag(PHZ)x]+过程的分析

3.3讨论

第四章 山嵛酸银与邻苯二甲酸固相反应动力学研究

4.1实验部分

4.1.1试剂与设备

4.1.2实验操作

4.2实验条件与分析方法的确定

4.2.1温度范围的确定

4.2.2可行性分析

4.3反应分数的测定

4.3.1 XRD定量分析原理与方法

4.3.2 XRD定量分析实验技术

4.3.3分析结果

4.4数据分析

4.4.1动力学模型

4.4.2表观反应活化能与表观指前因子

4.5样品颗粒度对反应的影响

4.6本章小结

第五章 邻苯二甲酸二银与酞嗪反应的研究

5.1实验部分

5.1.1试剂与设备

5.1.2实验操作

5.2结果与讨论

5.2.1 XRD谱图分析

5.2.2 FTIR谱图分析

5.2.3反应过程分析

5.3本章小结

第六章调色剂在粘合剂中扩散行为的研究

6.1实验原理

6.2实验部分

6.2.1实验试剂与设备

6.2.2实验装置

6.2.3实验操作

6.2.4分析方法

6.3膜池常数的测定

6.4调色剂在PVA粘合剂中的扩散

6.4.1扩散系数的测定

6.4.2温度的影响

6.4.3粘合剂浓度对扩散系数的影响

6.5调色剂在苯丙乳液粘合剂中的扩散

6.5.1扩散系数的测定

6.5.2 PA与6-异丙基酞嗪扩散系数的比较分析

6.6本章小结

第七章结论

论文创新点

参考文献

发表论文

致谢