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有机光导体功能材料的研究开发
前言
有机光导体的生产已是一个成熟的高技术产业, 该产品的高额利润时代已经结束, 而且专利已过保护期。对科技发达的西方国家来说, 其市场竞争十分激烈, 已经进入微利时期, 因而象其它一些具有一定技术含量的产品一样, 其生产技术必然会向经济较不发达的国家转移。因此形成了OPC的生产开始向东南亚、 韩国、 台湾以及中国大陆转移的局面。对中国而言, OPC的产业化才刚刚起步, 还有许多工业生产中的基础性问题没有得到解决, 或者说这个产业链还没有形成, 影响了该产业的生产利润和发展潜力。
当前, 中国OPC的实际总产量不超过100万只/年。到当前为止中国引进美国、 日本的二手生产线已经３条, 其生产能力总计约100万只/年, 其中两条生产线已经投产, 另外一条也将在今年底投产。依靠自身技术设计、 建造生产线３条,根据资料报道, 估计其设计生产能力约270万只/年, 当前还处于试生产阶段。如果上述这几条生产线能实现投产, 再考虑原装产品和国外OEM产品的市场份额, 其产量已能满足中国市场的需求。
虽然中国OPC的生产呈现快速发展之势, 可是其生产OPC所需的原材料, 包括光导材料、 铝鼓基和粘合树脂等基本上都依赖进口, 我们虽然得到了当前产品的配方和生产工艺技术, 但其生产过程中所需基础材料的关键技术仍掌握在外国人手中, 高额利润依然属于别人, 而市场风险都留给了我们。这样就大大增加了中国OPC的生产成本, 随着市场竞争日趋激烈, 生产厂和经销商的利润率越来越低。要解决这个问题, 必须首先解决好基础功能材料的开发与产业化。
二、 国家科技计划对OPC研究的资助情况
自”八五”计划以来, 国家自然科学基金、 国家863计划、 国家计委以及一些省市的科技发展计划都对有关OPC的基础理论研究、 功能材料合成、 配方、 生产工艺技术以及相关的生产设备、 产品性能检测设备开发给予了长期的资助, 其研究总经费已近1000万元人民币。开发了多种类型的光电功能材料, 对配方、 生产工艺进行了较深入的研究, 一些项目与企业合作实现了中试或规模生产, 产品也进入了市场。可是, 中国的OPC生产离我们所期望的目标还相差很远, 综观其根本原因, 乃是到当前为止, 我们没有实现光导功能材料的工业化生产和持续的新产品研究开发。更没有像日本、 美国那样形成分工明确、 结构合理的产业链, 如专业的光导材料生产企业、 各种粘结树脂生产企业、 铝鼓基生产企业、 生产线设计制造企业以及性能检测仪器制造企业。
三、 有机光导体光电功能材料的研究开发
OPC生产的全过程主要包括以下几个方面:
1、 铝鼓基
铝合金锭
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→薄壁铝管→镜面加工→表面处理→清洗
2、 电荷发生材料
合成→提纯→晶型有效化→超微离子化→配方→涂布液制备
3、 电荷传输材料
合成→提纯→配方→涂布液制备
4、 生产条件
厂房净化与温、 湿度控制→生产设备→涂布工艺→干燥→品质检验
5、 市场应用
销售→用户使用→质量反馈→技术改进
从以上过程可见, 如果我们只完善了第4、 5步, 而不注重解决第1、 2和3步中的基础原材料的本地化问题, 那么中国的OPC生产的主动权依然会被国外垄断, 必然使其生存能力十分脆弱。针对这种情况, 我们在研究工作中, 首先定位于开发具有优良光电性能的功能材料。结合天津大学承担的”十五”国家863计划新材料领域项目——激光有机光导材料的研究, 近年来开发了一些具有较高载流子产生效率的电荷发生材料和不同载流子迁移率的电荷传输材料。当前已有如下材料完成了小试或中试合成。
( 一) 电荷发生材料
A． 光敏性TiOPc E1/2≤ μJ／㎝２
B． 光敏性Si(OR)2Pc
C． 光敏性AlClPc
D． 光敏性H2Pc
, E1/2
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≤
F．双偶氮光敏颜料, E1/2≤
电荷传输材料
根据文献能够归纳出几类电荷传输材料的载流子迁移率顺序如下:
CTM
迁移( ㎝２／V·sec)
与树脂相溶性
噁二唑衍生物
7×10－7
△
二烷氨基苯衍生物
5×10－6
△
三苯胺衍生物
3×10－6
○
苯乙烯基三苯胺衍生物
2×10－5
○
我们合成技术较成熟的电荷传材料有:
( 1) 腙类衍生物
mp:142-144℃ UV:364nm HPLC:%
mp:143-145℃ UV:363nm HPLC:%
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mp:117-119℃ UV:363nm HPLC:%
mp:148-150℃ UV:365nm HPLC:%
mp:162-164℃ UV:377nm HPLC:%
三苯胺( TPB) 衍生物
mp:238-241℃ UV:356nm HPLC:%
苯乙烯基三苯胺衍生物
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联苯醌衍生物 电子传输材料——应用于正电性OPC
mp:238-241℃ UV:425nm HPLC:%
mp:208℃ UV:412nm HPLC:%
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mp:＞250℃ UV:451nm HPLC:%
四、 功能材料的产业化计划
在国家科技部863计划和天津市自然科学基金的支持下, 当前天津大学有机功能材料研究课题组正在与相关企业合作进行有机光导体功能材料的产业化开发。其目标是尽快为中国OPC生产企业提供价格合理、 性能优良的电荷发生与传输材料, 为OPC产业链的完善尽一份力量。同时要紧跟技术发展方向, 承接企业新材料开发, 拓宽研究范围, 对黏结树脂、 铝基材进行研究, 为企业提供优良的服务。