CN102272174A - 电活性聚合物及含有电活性聚合物的制品 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了一种电活性聚合物器件，所述电活性聚合物器件包括至少一个介电聚合物层，所述介电聚合物为至少一种烯键式不饱和含氮单体的聚合产物。本发明还公开了一种换能器，所述换能器包括本发明所公开的电活性聚合物。

Description

电活性聚合物及含有电活性聚合物的制品
技术领域
本发明涉及电响应性元件和包括这种电响应性元件的制品。
背景技术
在许多应用中使用电活性材料，也称为电响应性材料，例如聚合物。示例性的应用包括但不限于机器人应用、泵、扬声器和假体装置。材料所必需的电能输入越低，则器件可以能效更高。因此，一直存在着对这样一种材料的需要：该材料对相对较少的能量输入具有相对较大的力学响应。
发明内容
本文所公开的是电活性聚合物器件，该器件包括至少一个介电聚合物层，所述介电聚合物由至少一种烯键式不饱和含氮单体形成，前提条件是该烯键式不饱和含氮单体不是丙烯腈。该电活性聚合物器件选自压电器件、热电器件、致动器、换能器或传感器。
本发明还公开的是用于在电能和机械能之间转换的换能器，该换能器包括致动组件，所述致动组件具有至少一个介电聚合物层，所述介电聚合物由烯键式不饱和含氮单体形成，前提条件是该烯键式不饱和含氮单体不是丙烯腈；第一电极，其电连接至所述致动组件；和第二电极，其电连接至所述致动组件。一旦越过该致动组件施加电场，则所述至少一个介电聚合物层发生机械位移。
附图说明
根据以下结合附图对本发明的多个实施例的详细说明，可以更全面地理解本发明，其中：
图1示出了本文所公开的示例性换能器。
该图不一定是按比例绘制。
在下面的描述中，参考形成本说明的一部分的附图，并且其中通过图示说明了具体的实施例。应当理解的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，设想到并可作出其他的实施例。因此，以下的具体实施方式不应被理解成具有限制性意义。
具体实施方式
除非另外指明，否则本文所用的所有科技术语具有在本领域中通常使用的含义。本文给定的定义旨在便于理解本文频繁使用的某些术语，并无意于限制本发明范围。
除非另外指明，否则在所有情况下，说明书和权利要求书中用来表述特征物尺寸、量和物理特性的所有数字均应理解为由术语“约”来修饰。因此，除非另外指明，否则上述说明书和所附权利要求书中给出的数值参数均为近似值，根据本领域技术人员利用本文所公开的教导内容寻求获得的所需特性情况，这些近似值可有所不同。
用端值来表述的数值范围包括该范围内包含的所有数字(例如，1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5)以及该范围内的任意范围。
本说明书和所附权利要求中的单数形式“一种”、“一个”和“所述”均涵盖具有多个指代物的实施例，除非其内容明确指示另外的情况。如本说明书和所附权利要求书中所用，术语“或”的含义一般来讲包括“和/或”，除非该内容明确地表示其他含义。
本文所公开的是电活性聚合物和包括这种聚合物的器件。这种器件的例子包括但不限于压电器件、热电器件、致动器和传感器。施加至这种制品的电压可使该制品或包括在该制品中的电活性聚合物变形；或者作为另一种选择，当制品处于机械应力下时，可产生电压。
电活性聚合物是表现出力学响应，例如响应电场而伸长、收缩或弯曲的聚合物；或响应机械应力而产生能量的聚合物。本文所公开的示例性电活性聚合物器件包括至少一个介电聚合物层，所述介电聚合物由至少一种烯键式不饱和含氮单体形成。
本文所公开的实施例包括至少一个聚合物层。所述至少一个层可具有对形成诸如制动器之类的电气装置有用的任何厚度。在一个实施例中，所述至少一个层可具有至少0.1微米(μm)、至少0.2μm、至少0.5μm、至少1μm、至少10μm或至少50μm的厚度。所述至少一个层可具有最多1000μm、最多500μm、最多200μm或最多100μm的厚度。例如，该厚度可以是约0.01微米至约1000μm、约0.1至500μm或约0.1μm至约100μm。
电气装置或制动器可还包括多个聚合物层。在一个实施例中，所有的所述多个层可包括所述介电聚合物。在一个实施例中，不是所有的所述多个层都包括所述介电聚合物。在一个实施例中，电气装置或制动器可包括多个聚合物层。在一个实施例中，电气装置或制动器可包括约2至约10个聚合物层。制造多层式器件的示例性方法可见于2008年9月18日公布的名称为“Multilayer Conductive Elements”的美国专利公布No.20080224566。
该聚合物可由一种或多于一种单体形成。当本文使用术语单体时，单体为能够与其自身或与不同单体聚合的任何分子。仅由一种单体形成的聚合物是均聚物。由不止一种单体形成的聚合物是共聚物。
至少一种单体包括含氮基团和烯键式不饱和官能团并且在本文中称为烯键式不饱和含氮单体。在一个实施例中，仅一种烯键式不饱和含氮单体发生反应，从而形成均聚物。在一个实施例中，烯键式不饱和含氮单体与烯键式不饱和共聚单体反应，从而形成共聚物。
该烯键式不饱和含氮单体含有含氮基团和烯键式不饱和基团。本文所用的短语“烯键式不饱和官能团”指处于分子末端的双键(例如，在最后两个碳之间的双键或开始的两个碳之间的双键)。可包括在烯键式不饱和基团内的示例性结构是(甲基)丙烯酰基基团或乙烯基基团。
单体的含氮基团可具有任何合适的化学构型。含氮基团可以是环状结构或线性结构。在许多合适的环状含氮基团中，氮是该环状结构的其中一个环原子。含有氮环原子的示例性环状基团包括但不限于吡咯烷酮基、吡咯基、吡唑基、咪唑基、吡啶基、哒嗪基、嘧啶基、吡嗪基、哌嗪基、三嗪基和己内酰胺基。环状基团可直接或间接连接至烯键式不饱和基团。某些这类单体可以是式(I)化合物或式(II)化合物。
Figure BPA00001392597800041
在这些化学式中，R1是氢或烷基如具有1至10个碳原子、1至8个碳原子、1至6个碳原子或1至4个碳原子的烷基。基团R2是单键或亚烷基如具有1至10个碳原子、1至8个碳原子、1至6个碳原子或1至4个碳原子的亚烷基。基团Q是具有4至8个环原子的含氮环状基团。基团Q可以是饱和的、部分饱和的或不饱和的。环原子通常是氮或碳。含氮环状基团通常具有至少一个氮环原子。氮环原子通常键合至式(I)中的基团-C(R1)＝CH2或键合至式(II)中的R2基团。
具体的式(I)单体包括但不限于N-乙烯基吡咯烷酮、N-乙烯基吡咯、N-N-乙烯基咪唑、N-乙烯基吡啶和N-乙烯基己内酰胺。具体的式(II)单体包括但不限于丙烯酸吡咯烷酮乙酯。
某些示例性的含氮单体可由式(III)表示。
Figure BPA00001392597800051
在式(III)中，烯键式不饱和基团是乙烯基。基团R3可以是氢、烷基或与R4合在一起形成饱和的、部分饱和的或不饱和的环状基团的基团。基团R4可以是烷基或与R3合在一起形成环状基团的基团。该环状基团通常具有4至8个环原子。环原子通常是碳或氮。合适的烷基通常具有1至10个碳原子、1至6个碳原子或1至4个碳原子。其中R3和R4合在一起形成环状基团的式(III)单体是式(I)单体的子集。
其中R3和R4合在一起形成环状结构的式(III)的例子包括但不限于N-乙烯基己内酰胺和N-乙烯基吡咯烷酮。其中R4是烷基且R3是氢或烷基的式(III)的例子包括N-乙烯基乙酰胺和N-乙烯基-N-甲基乙酰胺。
可任选使所述至少一个烯键式不饱和含氮单体与烯键式不饱和共聚单体反应。可利用一种或超过一种烯键式不饱和共聚单体(例如两种或更多种的混合物)。示例性的烯键式不饱和共聚单体包括但不限于丙烯酸异冰片酯、丁二烯(1，3-丁二烯)、丙烯酸异辛酯、丙烯酸正辛酯、丙烯酸-2-乙基己酯(2-EHA)和丙烯酸异丁酯(IBOA)。其他示例性的共聚单体可包括多种乙烯酯如醋酸乙烯酯。
在其中仅使用一种单体(即烯键式不饱和含氮单体)的实施例中，单体可以是丙烯酸吡咯烷酮乙酯。丙烯酸吡咯烷酮乙酯是包括吡咯烷基和乙烯基二者的单体。丙烯酸吡咯烷酮乙酯也可与另外的烯键式不饱和含氮单体或烯键式不饱和共聚单体化合而形成共聚物。
本文所述的示例性均聚物可包括但不限于聚合的丙烯酸吡咯烷酮乙酯。本文所述的示例性共聚物可包括但不限于N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)和丙烯酸异辛酯(IOA)的共聚物；N-乙烯基乙酰胺(NVA)和丙烯酸异辛酯(IOA)的共聚物；N-乙烯基咪唑(NVI)和丙烯酸异辛酯(IOA)的共聚物；N-乙烯基己内酰胺(NVC)和丙烯酸异辛酯(IOA)的共聚物；丙烯酸吡咯烷酮乙酯(PYEA)和丙烯酸异辛酯(IOA)的共聚物；N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)和丙烯酸异冰片酯(IBOA)的共聚物；N-乙烯基乙酰胺(NVA)和丙烯酸异冰片酯(IBOA)的共聚物；N-乙烯基咪唑(NVI)和丙烯酸异冰片酯(IBOA)的共聚物；N-乙烯基己内酰胺(NVC)和丙烯酸异冰片酯(IBOA)的共聚物；以及丙烯酸吡咯烷酮乙酯(PYEA)和丙烯酸异冰片酯(IBOA)的共聚物。
在其中电活性聚合物是由至少两种单体(烯键式不饱和含氮单体和烯键式不饱和共聚单体)形成的共聚物的实施例中，这两种单体的量可有所变化。在一个实施例中，烯键式不饱和含氮单体与烯键式不饱和共聚单体的重量比为约20∶80至约60∶40。在一个实施例中，烯键式不饱和含氮单体与烯键式不饱和共聚单体的重量比为约30∶70至约50∶50。
还可交联电活性聚合物(均聚物或共聚物)。交联共聚物可提供比非交联共聚物更长的耐久性。交联聚合物还可正面影响粘弹性并有可能改善电击穿强度。可利用已知的交联方法。例如，可使聚合物发生物理交联或化学交联。例如，可通过热、压力或辐射来引发交联。在其中聚合物发生物理交联的实施例中，可利用多种已知的化学交联剂。所利用的具体化学交联剂可至少部分取决于所利用的具体单体、单体各自的量(如果适用的话)、所需的交联度、本文未论述的其他因素，或它们的组合。
可利用的示例性化学交联剂包括但不限于多官能丙烯酸酯。在一个实施例中，可利用的具体示例性交联剂包括但不限于聚丁二烯二丙烯酸酯、五丙烯酸酯、三甘醇二丙烯酸酯、乙氧基化的双酚A二甲基丙烯酸酯、二甘醇二丙烯酸酯、二丙烯酸己二醇酯、三2-羟乙基异氰脲酸酯三丙烯酸酯(THEIC)、多官能丙烯酸酯如三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)以及它们的组合。可利用的化学交联剂的量可至少部分取决于所利用的具体试剂、单体的量、所需的交联度、本文未论述的其他因素，或它们的组合。在一个实施例中，化学交联剂的量可以约0.1份每百份树脂(phr)至约100phr的量使用。在一个实施例中，化学交联剂的量可以约0.2phr至约50phr的量使用。在一个实施例中，化学交联剂的量可以约0.2phr至约20phr的量使用。在其它实施例中，化学交联剂可以约0.1phr至约10phr或约0.1phr至约5phr的量使用。使用的交联剂可实现最终聚合物的模量，通常而言，可从交联既不太紧又不过于松散的聚合物获得更有利的电响应性能。使用的交联剂还可具有对所施加的电场的响应性。
电活性聚合物(均聚物或共聚物)还可包括其他添加剂。可任选使用添加剂以便影响聚合物的某些性质。可使用的一类添加剂是可增强或定制电活性聚合物的电响应性质的添加剂，在本文中称为电响应性添加剂。示例性的电响应性添加剂包括有机添加剂(共混聚合物)例如聚烯烃、弹性体、聚氨酯、硅树脂、聚(偏二氟乙烯)或丙烯酸系共聚物。示例性的电响应性添加剂包括无机添加剂(复合聚合物)例如金属氧化物、BaTiO3、锆钛酸铅(PZT)和铌镁酸铅-钛酸铅(PMN-PT)。可使用的其他添加剂包括但不限于丙烯酸氰乙酯-聚甲基丙烯酸甲酯共聚物(CEA-MMA)。
可将本文所公开的电活性聚合物包括在换能器中。换能器是可使电能和机械能之间转换或机械能和电能之间转换的器件。包括本文所公开的电活性聚合物的换能器和其他电气装置的结构和制造通常是本领域技术人员已知的。可将本文所公开的电活性聚合物用于已知的换能器结构以提供有利的结果。
图1中示出了示例性的换能器。本文所公开的换能器100可包括致动组件110、第一电极120和第二电极130。第一电极120和第二电极130通常是导电的并且被构造成电连接至致动组件110。第一电极120和第二电极130可包括单个组件或不止一个组件。第一电极120和第二电极130可包括电连接至致动组件的导电材料并且还被构造成电连接至电能来源。
在图1中绘出的实施例中，第一电极120和第二电极130可邻近致动组件110设置。在一个实施例中，第一电极120和第二电极130可直接邻近致动组件110设置。在一个实施例中，第一电极120和第二电极130可电连接至致动组件110的相对表面。例如，第一电极120可邻近致动组件110的第一表面112设置；而第二电极130可邻近致动组件110的第二表面113设置。尽管图1示出了在致动元件的相对表面上彼此正对面设置的第一电极120和第二电极130，但不一定是这种情况，它们可在致动元件的相对表面上错开。第一电极120和第二电极130也不必覆盖致动组件110的表面且可间歇地位于致动组件110的表面上，如在名称为“MULTILAYER CONDUCTIVE ELEMENTS”的美国专利公布No.20080224566中所见的，将该专利公布的公开内容以引用的方式并入本文。
第一电极120和第二电极130可由任何导电材料制成。示例性的导电材料可包括但不限于焊料、其他导电金属、导电聚合物以及含导电填料的聚合物。在一个实施例中，第一电极120和第二电极130可由非金属导电材料制成并且可被构造成与作为电能来源的金属材料接触或者与电连接至电能来源的金属材料接触。示例性的导电材料可包括但不限于导电金属和导电聚合物。示例性的导电金属可选自铜、银、金、铂、铝或它们的混合物。示例性的导电聚合物可选自聚(乙炔)类、聚(吡咯)类、聚(噻吩)类、聚(苯胺)类、聚(芴)类、聚(3-烷基噻吩)类、聚(四硫富瓦烯)类、聚萘类、聚(对亚苯硫醚)、聚(对苯撑乙烯)类或它们的混合物。还可使用可被制成具有导电性的聚合物。给非导电性聚合物赋予导电性的示例性方法包括但不限于添加导电性粒子或掺杂物。具体的示例性材料包括但不限于CLEVIOSTM导电性聚合物(以前称为Baytron导电性聚合物(H.C.Starck GmbH，Goslar，Germany)，由单体3，4-乙烯二氧噻吩制备)、石墨和炭油脂(MG Chemicals，Surrey，British Columbia)。在一个实施例中，第一电极和第二电极可包括溅射沉积的导电金属，例如金。
本文所公开的是使电能和机械能之间转换的换能器，该换能器包括致动组件，该致动组件包括至少一个介电聚合物层，该介电聚合物由至少一种烯键式不饱和含氮单体形成；第一电极，其电连接至该致动组件；和第二电极，其电连接至该致动组件，其中一旦越过致动组件施加电场，所述至少一个聚合物层则发生机械位移。
本文所公开的换能器或其他电气装置可还包括其他任选的组件，一些在本文进行了论述而一些未在本文具体论述。例如，电气装置可包括电活性聚合物(本文所论述的那些以及其他)或其他聚合物材料(导电性的和非导电性的二者)的多个层。
至少一电活性聚合物层可表现出响应电场的力学响应。据认为有以下观点但不受限于该观点：当给电连接至至少一个电活性聚合物层的两个电极施加电压时，正电荷出现在一个电极上而负电荷出现在另一电极上。这些静电荷相互吸引并使两个电极靠拢，从而引起电活性聚合物层的厚度减小(位移或应变)。由于电活性聚合物层的泊松比必须保持恒定，厚度减少则在电活性聚合物层的其他自由方向引起力学响应(即运动)。厚度减小的性质称为致动器性质。
某些电活性聚合物例如本文所公开的那些聚合物的致动器性质对广泛的潜在应用来说已很有吸引力，这些潜在的应用包括但不限于机器人臂、夹具、扬声器、有源振动膜、除尘器、heel strikers(牙科用)和许多自动化应用。还有许多医学领域中的应用，包括但不限于人工肌肉、合成肢或假体、伤口抽吸器、主动压缩袜和导管或其他植入式医疗器械操纵元件。
本文所公开的电活性聚合物可提供有利的性质，尤其是在与先前使用的电活性聚合物相比时。例如，本文所公开的电活性聚合物可具有高的弹性模量(或杨氏模量，其在本文中简单地称为“模量”)。材料的模量是材料刚度的指示。可用单位兆帕(MPa)来定量模量。模量为材料的应力除以其应变；或换句话说，为材料对置于其上的载荷量的屈服程度。
可对模量进行测量，这是本领域技术人员已知的，包括使用动态机械分析仪(DMA)。在实例中示出了测量模量的示例性方法。在一个实施例中，电活性聚合物被视为具有高的模量，其所测量的模量为至少约100MPa。
本文所述的电活性聚合物也可以提供这样的优点：在施加电场时具有相对较高的位移。在一个实施例中，可用购自MTI Instruments Inc.(Albany USA)的型号为MTI-2000的光子传感器测量位移。在一个实施例中，应变被定义为膜在电场下的厚度变化与最初的厚度之比。一般而言，应变没有任何单位。通过用所施加的电压除以膜的厚度来测量电场强度。在所有的实例中，使用了MV/m的电场单位。电诱导的应变与所施加的电场之比(S/EF)可用于比较多种膜的制动器性能。在一个实施例中，电活性聚合物的S/EF可低于或等于约0.3。
与大多数此前使用的电活性聚合物相比，本文所述的电活性聚合物还可提供加工方面的优点。大多数此前使用的电活性聚合物通常需要在使用前使该聚合物“预应变”。这通常包括在一个或多个方向上改变膜的尺寸。这可通过在受力的情况下拉伸聚合物并在对其进行拉伸的同时固定一个或多个边缘来完成。在其他电活性聚合物中进行预应变以便改善电能和机械能之间的转换以及改善聚合物的强度。本文所公开的电活性聚合物提供了不需要预应变的优点。即使没有预应变，本文所公开的电活性聚合物也能提供有利的电能和机械能之间的转换和机械性能。这可使得包括本文所公开的电活性聚合物的器件的制造更容易并有可能高性价比更高。
实例
材料和方法
除非另外指明，否则所有的化学品均得自Aldrich，并且不经进一步纯化就使用。
丙烯酸吡咯烷酮乙酯(PYEA)的制备
可在美国专利No.6,902,740(Schaberg等人)中找到进一步的细节，将该专利的公开内容以引用的方式并入本文。将1升三颈烧瓶装配上桨式搅拌器、具有温度控制器的温度计、具有水冷式冷凝器的DeanStark分离器和电加热套。向该烧瓶添加N-(羟乙基)吡咯烷-2-酮(260g，2摩尔)、丙烯酸(290g，4摩尔)、甲苯(300mL)、对甲苯璜酸水合物(26g，0.14摩尔)、4-甲氧基苯酚(2g)和铜粉(1g)。开始搅拌并给烧瓶内容物加热以使得甲苯回流进冷凝器中。在酯化过程中(4.5小时)，在分离器中收集了大约122mL水。将反应容器内容物在旋转蒸发仪上浓缩而得到粗产物的褐色液体。将该液体在真空下蒸馏通过6英寸(15.2cm)Vigreux柱/水冷式冷凝器。弃去溜出液的第一馏分(丙烯酸)，随后在0.2mm汞柱的压力下在115-120℃沸点下收集PYEA。获得了260g PYEA的水白色液体。通过核磁共振谱分析显示，该物质纯度为95％。将每批PYEA的纯度水平和所需的PYEA重量比用于确定具体共聚物的合成中所用的PYEA量。
IOA是丙烯酸异辛酯，其可以商品名SR-440从Sartomer(WestChester，PA)商购获得。
IBOA是丙烯酸异冰片酯，其可以商品名SR-506从Sartomer(WestChester，PA)商购获得。
N-乙烯基己内酰胺(NVC)、N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)、N-乙烯基咪唑(NVI)和N-乙烯基乙酰胺(NV)全部可得自Aldrich(Milwaukee，WI)。
pBDDA是聚丁二烯二丙烯酸酯，其可以商品名BAC-15从SanEsters Corp.(NewYork，NY)商购获得。
CEA-MAA是丙烯酸氰基乙酯-甲基丙烯酸甲酯共聚物，其可以商品名3M Scotch-Weld Instant Adhesive得自3M公司(Saint Paul，MN)。
TMPTA是三丙烯酸三羟甲基丙烷酯，其可以商品名SR-531从Sartomer(West Chester，PA)商购获得。
THEI-TA是三(2-羟乙基)异氰脲酸酯三丙烯酸酯，其可以商品名SR-368从Sartomer(West Chester，PA)商购获得。
PTeA是四丙烯酸季戊四醇酯，其可以商品名SR-295从Sartomer(West Chester，PA)商购获得。
PA是五丙烯酸酯(商品名为SR-9041)，得自Sartomer(WestChester，PA)。
TrEGDA是三甘醇二丙烯酸酯，其可以商品名SR-272从Sartomer(West Chester，PA)商购获得。
EO4BisA DMA是乙氧基化的4-双酚A二甲基丙烯酸酯，其可以商品名CD-540从Sartomer(West Chester，PA)商购获得。
DEGDA指二甘醇二丙烯酸酯。该材料可以商品名SR-230从Sartomer(West Chester，PA)商购获得。
pU指热塑性聚氨酯，其可以商品名TEXIN从Bayer MaterialScience LLC(Pittsburgh，PA)商购获得。
衬片支承物的制备。使用了高丁腈橡胶(HNBR)，其可以商品名ZETPOL 1010从Zeon Corporation(Tokyo，JAPAN)商购获得。HNBR是高度饱和的丁二烯和丙烯腈的共聚物，其以约10％的固体含量溶解于甲苯中。将该溶液以一定的厚度间隙涂覆至用有机硅脱模剂(CP FilmInc.Fieldale，VA)处理过的聚邻苯二甲酸乙二酯膜以在70℃热烘箱中干燥5分钟后得到约0.5密耳厚的膜。
测试方法
模量通过如下方式测量：将约2mm厚和8mm2的样品置于流变分析仪(可以商品名“2980DMA”从Rheometric Scientific，Inc.(Piscataway，N.J.)商购获得)上，在范围为-100℃至200℃的温度下采用0.1Hz的频率和0.2％的应变以夹心模式进行测量。记录25℃下的储能模量G’。
在玻璃相至橡胶相的相变下测量玻璃化转变温度。
应变与电场之比(S/EF)包括应变和电场二者。可用购自MTIInstruments Inc.(Albany USA)的型号为MTI-2000的光子传感器测量位移。应变被定义为膜在电场下的厚度变化与最初的厚度之比。一般而言，应变没有任何单位。通过用所施加的电压除以膜的厚度来测量电场强度。在所有的实例中，使用了MV/m的电场单位。电诱导的应变与所施加的电场之比(S/EF)可用于比较多种膜的制动器性能。
比较例
表1提供了在多个参考文献中测量的多种材料的最大的应变与电场之比。辐射过的P(VDF-TrFe)的值来自美国专利No.6,423,412。P(VDF-TrFE)和CuPC复合膜的值来自美国专利公布No.20020161074。P(VDF-TrFE-CTFE)膜的值来自美国专利No.6,355,749。P(VDF-TrFE-CTFE)&PANI复合物的值来自Appl.Phys.Lett.，第82卷，第3503页(2003)。VHB的值来自Science，第287卷，第836页，(2000)。聚氨酯的值来自J.Polym.Sci：Part B：Polym.Phys.，第32卷，第2721页(1994)。有机硅的值来自Sensors & Actuators，第64卷，第77页(1998)。
表1
Figure BPA00001392597800141
实例1
如下制备每种电活性聚合物膜。用丙烯酸异辛酯(IOA)和表2中所列的其他共聚单体的初始混合物(但最后两种仅包括PYEA)制备浆料。将0.04phr(份/百份树脂)量的2，2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮引发剂(0.04phr)添加至混合物(或PYEA)。通过在氮气氛下进行紫外线辐射使该初始混合物部分聚合直至布氏粘度处于1000至3000厘泊之间。部分聚合后，添加额外量的2，2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮引发剂(0.2phr)以及聚丁二烯二丙烯酸酯(0.2phr)。将所得的混合物在滚筒上彻底混合。将具有所需厚度的浆料的涂层施加至衬片支承物(ZETPOL 1010)上并覆盖上用有机硅脱模剂(CP Film Inc.Fieldale，VA)处理过的聚邻苯二甲酸乙二酯膜。使该涂层暴露于紫外线辐射光达到总剂量为900mJ/cm2，以进行固化过程。
如上文所论述的对模量、玻璃化转变温度和S/EF比进行测量。
表2
Figure BPA00001392597800151
实例2
根据上面的实例1制备具有60份IBOA和40份PYEA的膜，不同的是使用了0.2pph的不同交联剂TMPTA(三丙烯酸三羟甲基丙烷酯)。在233MPa下测量了模量，S/EF比(二者均如上所述进行测量)为0.31。
实例3
将热塑性聚氨酯(可以商品名TEXIN从Bayer Material ScienceLLC(Pittsburgh，Pa)商购获得，其为电响应性添加剂)溶解于IOA/IBOA混合物中以形成粘度在1000和3000厘泊之间的浆料。溶解聚氨酯后，添加2，2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮引发剂(0.2phr)以及下表4中所列的其他添加剂。将所得的混合物在滚筒上彻底混合。将具有所需厚度的浆料的涂层施加在两片用有机硅脱模剂(CP Film Inc.Fieldale，VA)处理过的聚邻苯二甲酸乙二酯膜之间。使该涂层暴露于紫外线辐射光达到总剂量为900mJ/cm2以进行固化。如上文所论述的对模量、玻璃化转变温度和S/EF比进行测量。
表3
实例4
将热塑性聚氨酯(可以TEXIN从Bayer Material Science LLC(Pittsburgh，Pa)商购获得)溶解于100％PYEA单体中以形成粘度在1000至3000厘泊之间的浆料。溶解聚氨酯后，添加2，2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮引发剂(0.2phr)以及下表4中所列的不同类型的交联剂。将所得的混合物在滚筒上彻底混合。将具有所需厚度的浆料的涂层施加在两片用有机硅脱模剂(CP Film Inc.Fieldale，VA)处理过的聚邻苯二甲酸乙二酯膜之间。使该涂层暴露于紫外线辐射光达到总剂量为900mJ/cm2以进行固化。如上文所论述的对模量、玻璃化转变温度和S/EF比进行测量。
表4
Figure BPA00001392597800171
从而，电活性聚合物和含有电活性聚合物的制品的实施例得以公开。本领域技术人员将会知道，可采取不同于所公开的实施例实施本发明。所给出的公开实施例的目的在于举例说明而非限制，并且本发明只受随后的权利要求书的限制。

Claims (22)

1.一种电活性聚合物器件，其包括：
至少一个介电聚合物层，所述介电聚合物包含至少一种烯键式不饱和含氮单体的聚合产物，前提条件是所述烯键式不饱和含氮单体不是丙烯腈，其中所述电活性聚合物器件选自压电器件、热电器件、致动器、换能器或传感器。
2.根据权利要求1所述的器件，其中所述介电聚合物仅由一种类型的单体形成。
3.根据权利要求2所述的器件，其中所述单体是丙烯酸吡咯烷酮乙酯。
4.根据权利要求1所述的器件，其中所述介电聚合物包含所述烯键式不饱和含氮单体与烯键式不饱和共聚单体的聚合产物。
5.根据权利要求4所述的器件，其中所述烯键式不饱和含氮单体选自：丙烯酸吡咯烷酮乙酯、N-乙烯基吡咯烷酮、N-乙烯基乙酰胺、N-乙烯基咪唑、N-乙烯基己内酰胺以及它们的组合。
6.根据权利要求4所述的器件，其中所述烯键式不饱和共聚单体含有丙烯酸类基团。
7.根据权利要求6所述的器件，其中所述烯键式不饱和共聚单体选自：丙烯酸异辛酯、丙烯酸异冰片酯、丙烯酸-2-乙基己酯以及它们的组合。
8.根据权利要求4所述的器件，其中烯键式不饱和含氮单体与烯键式不饱和共聚单体的重量比为约20∶80至约60∶40。
9.根据权利要求8所述的器件，其中烯键式不饱和含氮单体与烯键式不饱和共聚单体的重量比为约30∶70至约50∶50。
10.根据权利要求1所述的器件，其中所述介电聚合物是交联的。
11.根据权利要求10所述的器件，其中用化学交联剂交联所述介电共聚物。
12.根据权利要求11所述的器件，其中所述化学交联剂选自：聚丁二烯二丙烯酸酯、五丙烯酸酯、三甘醇二丙烯酸酯、乙氧基化的双酚A二甲基丙烯酸酯、二甘醇二丙烯酸酯以及它们的组合。
13.根据权利要求1所述的器件，其中所述层还包含电致伸缩添加剂。
14.根据权利要求1所述的器件，其还包括所述介电聚合物的多个层。
15.一种用于电能和机械能之间转换的换能器，所述换能器包括：
致动组件，所述致动组件包括至少一个介电聚合物层，所述介电聚合物包含至少一种烯键式不饱和含氮单体的聚合产物，前提条件是所述烯键式不饱和含氮单体不是丙烯腈；
第一电极，其电连接至所述致动组件；和
第二电极，其电连接至所述致动组件。
其中一旦越过所述致动组件施加电场，所述至少一个所述聚合物的层则发生机械位移。
16.根据权利要求15所述的换能器，其中所述介电聚合物仅由一种类型的单体形成。
17.根据权利要求16所述的换能器，其中所述烯键式不饱和含氮单体是丙烯酸吡咯烷酮乙酯。
18.根据权利要求15所述的换能器，其中所述介电聚合物包含所述烯键式不饱和含氮单体与烯键式不饱和共聚单体的聚合产物。
19.根据权利要求18所述的换能器，其中所述烯键式不饱和含氮单体选自：丙烯腈、丙烯酸吡咯烷酮乙酯、N-乙烯基吡咯烷酮、N-乙烯基乙酰胺、N-乙烯基咪唑、N-乙烯基己内酰胺以及它们的组合。
20.根据权利要求18所述的换能器，其中所述烯键式不饱和共聚单体含有丙烯酸类基团。
21.根据权利要求18所述的换能器，其中所述烯键式不饱和共聚单体选自：丙烯酸异辛酯、丙烯酸异冰片酯、丙烯酸-2-乙基己酯以及它们的组合。
22.根据权利要求15所述的换能器，其还包括所述介电聚合物的多个层。
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CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

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