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

论文摘要

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100123℃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84.5 kJ·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。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 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
• 2.1.2.1 元素分析
• 2.1.2.2 电感耦合等离子体发射光谱（ICP-AES）
• 2.1.2.3 X 射线粉末衍射（XRD）
• 2.1.2.4 红外光谱（IR）
• 2.1.2.5 热重分析（TG）与差示扫描量热分析（DSC）
• 2PA 的合成'>2.1.3 Ag₂PA 的合成
• 2PHZ₂PA·H₂O]的合成'>2.1.4 [Ag₂PHZ₂PA·H₂O]的合成
• 2.2 结果与讨论
• 2PA 的表征'>2.2.1 Ag₂PA 的表征
• 2.2.1.1 XRD 分析
• 2.2.1.2 TG- DSC 分析
• 2.2.1.3 元素分析
• 2.2.1.4 红外光谱
• 2PHZ₂PA·H₂O]的表征'>2.2.2 [Ag₂PHZ₂PA·H₂O]的表征
• 2.2.2.1 XRD 分析
• 2.2.2.2 元素分析
• 2.2.2.3 红外光谱
• 2.2.2.4 TG 分析
• 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
• +竞争实验'>3.1.2.1 Ag⁺竞争实验
• 3.1.2.2 固相反应的操作
• 2PA→[Ag（PHZ）_x]⁺过程的分析'>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
• 4.3.2.1 标样的选择
• 4.3.2.2 样品颗粒度
• 4.3.2.3 样品填装
• 4.3.2.4 分析衍射线的选择
• 4.3.3 分析结果
• i^s 值的确定'>4.3.3.1 K_i^s值的确定
• 4.3.3.2 转化分数α的确定
• 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
• 6.2.3.1 PVA 粘合剂扩散体系的准备
• 6.2.3.2 苯丙乳液粘合剂扩散体系的准备
• 6.2.3.3 扩散实验操作步骤
• 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
• 6.4.2.1 温度对扩散系数的影响
• 6.4.2.2 温度变化的误差分析
• 6.4.3 粘合剂浓度对扩散系数的影响
• 6.4.3.1 PA 与PHZ 扩散系数的比较分析
• 6.4.3.2 PA 与6-异丙基酞嗪扩散系数的比较分析
• 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