CN104937735A - 聚合物致动器 - Google Patents

聚合物致动器 Download PDF

Info

Publication number
CN104937735A
CN104937735A CN201380070289.8A CN201380070289A CN104937735A CN 104937735 A CN104937735 A CN 104937735A CN 201380070289 A CN201380070289 A CN 201380070289A CN 104937735 A CN104937735 A CN 104937735A
Authority
CN
China
Prior art keywords
polymer actuator
mentioned
polyurethane elastomer
temperature
mass parts
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201380070289.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104937735B (zh
Inventor
福田武司
伊藤彩
安西弘行
罗志伟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyo Tire Corp
Original Assignee
Toyo Tire and Rubber Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyo Tire and Rubber Co Ltd filed Critical Toyo Tire and Rubber Co Ltd
Publication of CN104937735A publication Critical patent/CN104937735A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104937735B publication Critical patent/CN104937735B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G18/00—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/06—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
    • C08G18/28—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen characterised by the compounds used containing active hydrogen
    • C08G18/40—High-molecular-weight compounds
    • C08G18/61—Polysiloxanes
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/85—Piezoelectric or electrostrictive active materials
    • H10N30/857—Macromolecular compositions

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Polyurethanes Or Polyureas (AREA)

Abstract

本发明提供一种聚合物致动器，其具有优良的柔韧性和伸长率，弹性模量等特性的温度依赖性小，并且具有高绝缘击穿强度，而且其即使在低电场中也可以驱动。本发明涉及一种聚合物致动器，其特征在于，按照动态粘弹性测定在频率1Hz、温度20℃下测定的储能弹性模量E’(20℃)为0.5MPa以下，按照动态粘弹性测定在频率1Hz、温度-20℃下测定的储能弹性模量E’(-20℃)相对于E’(20℃)的比[E’(-20℃)/E’(20℃)]为5.0以下，按照动态粘弹性测定在频率1Hz、温度40℃下测定的储能弹性模量E’(40℃)相对于E’(20℃)的比[E’(40℃)/E’(20℃)]为0.5以上。

Description

聚合物致动器
技术领域
本发明涉及一种聚合物致动器，其具有优良的柔性和伸长率，弹性模量等特性的温度依赖性小，并且具有高绝缘击穿强度，而且其即使在低电场中也可以驱动。
背景技术
由高分子材料形成的聚合物致动器与例如陶瓷、金属等材料形成的驱动器相比，具有轻质和柔性优良的特征。由于这些特征，聚合物致动器作为可应用于传感器、光学开关、隔膜、盲文显示、发电用途(例如波浪发电和鞋跟发电等)、工业用和护理用机器人、医疗器械等用途，并且即使与人皮肤直接接触也能安全地运行的驱动器受到了极大关注。迄今为止，作为聚合物致动器，使用了离子交换膜、导电性聚合物、介电弹性体、高分子凝胶、水凝胶、碳纳米管的聚合物致动器等各种聚合物致动器都曾被提出过。
然而，由于由离子交换膜、导电性聚合物、水凝胶形成的驱动器是由水或离子等的运动驱动的，因此难以在空气中驱动。因此，提出了无需使用这种溶剂而使用了介电弹性体的聚合物致动器。但是，由于使用了介电弹性体的聚合物致动器用于变形的驱动电压高，需要数千伏左右，因此为了实用化需要进一步降低驱动电压。
因此，已提出了一种通过在聚氨酯弹性体等弹性体中使用多元醇作为在空气中可驱动的新的高分子材料或通过添加高介电性溶剂而得到的聚合物致动器，其中，作为材料的多元醇为介电性多元醇或具有取代基的多元醇，所述取代基具有较强的偶极矩(专利文献1至3)。
专利文献1公开了一种聚氨酯弹性体驱动器，其为如下聚氨酯弹性体：具有介电性多元醇或具有含有取代基的多元醇，其中所述取代基具有较强的偶极矩，所述聚氨酯弹性体驱动器的特征在于，通过对所述聚氨酯弹性体施加直流电场，所述多元醇以电场方向定向。虽然通过优化使用材料的分子量等，使得该聚氨酯弹性体驱动器柔性提高并且可在低电场中驱动，但是该文献却没有记载关于特性的温度依赖性，另外由于多元醇的介电常数高，因此存在绝缘击穿强度低的问题。
专利文献2公开了一种高速响应聚氨酯凝胶驱动器，其为在介电性聚氨酯弹性体或者具有取代基的聚氨酯弹性体中含有介电性溶剂的聚氨酯凝胶状物，其中所述取代基具有较强的偶极矩，所述高速响应聚氨酯凝胶驱动器的特征在于，通过施加直流电场，介电性分子或取代基以电场方向定向，凝胶的结构进行各向异性地变化。但是，虽然通过高介电性溶剂的使用，使得柔性提高并且可在低电场中驱动，但是由于上述溶剂那样的低分子成分的影响，因此存在绝缘击穿强度低的问题。
专利文献3公开了一种适合用于例如驱动器、传感器等变换器的介电膜，其由弹性体组合物交联而成，其中所述弹性体组合物含有：分子中具有杂原子的弹性体和分子中具有杂原子并与该弹性体相溶的高介电常数液体化合物。但是，虽然通过高介电性溶剂的使用，使得柔性提高并且可在低电场中驱动，但是由于上述溶剂那样的低分子成分的影响，因此存在绝缘击穿强度低的问题。
因此，需要弹性模量等特性的温度依赖性小、具有高绝缘击穿强度，而且即使在低电场中也可以驱动，并且使用了介电性弹性体的聚合物致动器。
现有技术文献：
专利文献
专利文献1：JP 6-85339 A
专利文献2：JP 6-85338 A
专利文献3：JP 2010-219380 A
发明内容
发明要解决的课题
本发明的目的是解决如上所述的以往的聚合物致动器所具有的问题点，提供一种柔性和伸长率优良、弹性模量等特性的温度依赖性小，并且具有高绝缘击穿强度，而且即使在低电场中也可以驱动的聚合物致动器。
解决课题的方法
本发明的发明人等为解决上述目的而努力研究的结果发现：通过在由在2个电极之间夹住聚合物电介质而成的聚合物致动器中，将上述聚合物电介质的以下参数规定在特定的范围内，可以提供一种柔性和伸长率优良、弹性模量等特性的温度依赖性小，并且具有高绝缘击穿强度，而且即使在低电场中也可以驱动的聚合物致动器，从而完成本发明：按照动态粘弹性测定在频率1Hz、温度20℃下测定的储能弹性模量E’(20℃)；按照动态粘弹性测定在频率1Hz、温度-20℃下测定的储能弹性模量E’(-20℃)相对于E’(20℃)的比[E’(-20℃)/E’(20℃)]；及按照动态粘弹性测定在频率1Hz、温度40℃下测定的储能弹性模量E’(40℃)相对于E’(20℃)的比[E’(40℃)/E’(20℃)]。
即，本发明涉及聚合物致动器，其是由在2个电极之间夹住聚合物电介质而成的聚合物致动器，其特征在于，所述聚合物电介质的
按照动态粘弹性测定在频率1Hz、温度20℃下测定的储能弹性模量E’(20℃)为0.5MPa以下；
按照动态粘弹性测定在频率1Hz、温度-20℃下测定的储能弹性模量E’(-20℃)相对于E’(20℃)的比[E’(-20℃)/E’(20℃)]为5.0以下；
按照动态粘弹性测定在频率1Hz、温度40℃下测定的储能弹性模量E’(40℃)相对于E’(20℃)的比[E’(40℃)/E’(20℃)]为0.5以上。
另外，为适当地实施本发明，希望：
上述聚合物电介质由聚氨酯弹性体模制品构成，其中所述聚氨酯弹性体模制品由含有多异氰酸酯成分、活性氢成分和催化剂的聚氨酯弹性体组合物形成；并且上述聚合物电介质含有反应性硅氧烷，其中所述反应性硅氧烷的数均分子量(Mn)为500至7,000，且基于聚氨酯弹性体组合物的总质量，其含量为10至70质量％；
上述反应性硅氧烷为侧链型反应性硅氧烷。
发明效果
根据本发明，通过在由在2个电极之间夹住聚合物电介质而成的聚合物致动器中，将上述聚合物电介质的以下参数规定在特定的范围内，可以提供一种柔性和伸长率优良、弹性模量等特性的温度依赖性小，并且具有高绝缘击穿强度，而且即使在低电场中也可以驱动的聚合物致动器：按照动态粘弹性测定在频率1Hz、温度20℃下测定的储能弹性模量“E’(20℃)”；在温度-20℃的储能弹性模量“E’(-20℃)”相对于“E’(20℃)”的比[E’(-20℃)/E’(20℃)]；及在温度40℃的储能弹性模量“E’(40℃)”相对于“E’(20℃)”的比[E’(40℃)/E’(20℃)]。
附图说明
图1为说明对聚合物致动器施加电压前后的聚合物致动器的状态的截面示意图。
具体实施方式
以下参照图1说明聚合物致动器的工作原理。图1的左图显示了施加电压前的聚合物致动器1，其中，在成形为膜状的聚氨酯弹性体模制品3的两面形成电极2。如图1的右图所示，当对上述电极2施加电压时，由于各个电极2中的正电荷和负电荷相互吸引，因此聚氨酯弹性体模制品3压缩从而厚度减小，聚氨酯弹性体模制品在平面方向伸长。
在厚度方向生成的力Pz和在平面方向生成的力Pxy为此时生成的力P，在厚度方向的伸长率Sz和在平面方向的伸长率Sxy为伸长率S，表示在以下的公式中：
厚度(z)方向 平面(xy)方向
生成的力(P) Pz＝ε0εrE2 Pxy＝νε0εrE2
伸长率(S) Sz＝(ε0εr/Y)E2 Sxy＝ν(ε0εr/Y)E2
ε0：真空介电常数
εr：聚氨酯弹性体模制品的相对介电常数
E：电场强度
E＝V/d(V：电压，d：厚度)
ν：泊松比
ν＝Sxy/Sz＝Pxy/Pz
Y：聚氨酯弹性体模制品的弹性模量
因此，由上述公式可知，为了实现高的伸长率S，需要高的电场强度E(＝V/d)、聚氨酯弹性体模制品的高的相对介电常数及低的弹性模量等。为了实现作为本发明的课题的低电场驱动，有必要降低驱动电压V。
在本发明的聚合物致动器中，如上所述，希望上述聚合物电介质：
(1)按照动态粘弹性测定在频率1Hz、温度20℃下测定的储能弹性模量E’(20℃)为0.5MPa以下是必要条件，优选为0.01至0.45MPa，更优选为0.03至0.40MPa；
(2)按照动态粘弹性测定在频率1Hz、温度-20℃下测定的储能弹性模量E’(-20℃)相对于E’(20℃)的比[E’(-20℃)/E’(20℃)]为5.0以下是必要条件，优选为4.5以下；
(3)按照动态粘弹性测定在频率1Hz、温度40℃下测定的储能弹性模量E’(40℃)相对于E’(20℃)的比[E’(40℃)/E’(20℃)]为0.5以上是必要条件，优选为0.55以上。
若上述E’(20℃)高于0.5MPa，则弹性模量高，难以在低电场中驱动。若上述比[E’(-20℃)/E’(20℃)]大于5.0，则聚合物致动器的特性变化过大，例如在考虑将其作为人造肌肉使用时不优选。若上述比[E’(40℃)/E’(20℃)]小于0.5，则聚合物致动器的特性变化过大，例如在考虑将其作为人造肌肉使用时不优选。
上述各温度下的储能弹性模量(E’)通过使用动态粘弹性测量装置(梅特勒-托利多公司制，DMA861e)，在频率为1Hz、升温速度为2.5℃/min、剪切模式的测量条件下，对直径10mm、厚度1mm的测定用样品片，进行测定温度范围为-100至50℃的储能弹性模量(E’)的测定而确定。上述比通过由在-20℃、20℃和40℃的储能弹性模量E’(-20℃)、E’(20℃)、E’(40℃)的值计算来确定。
在本发明的聚合物致动器中，通过上述E’(20℃)低于0.5MPa，可确保所述公式中的低的弹性模量，从而可实现高的伸长率S。此外，在本发明的聚合物致动器中，将上述比[E’(-20℃)/E’(20℃)]调整到5.0以下，并将上述比[E’(40℃)/E’(20℃)]调整到0.5以上，以降低聚合物致动器在使用温度区域-20至40℃内的上述弹性模量的温度依赖性。
如上所述，本发明的聚合物致动器的上述聚合物电介质优选由聚氨酯弹性体模制品构成，所述聚氨酯弹性体模制品通过使含有多异氰酸酯成分、活性氢成分和催化剂的聚氨酯弹性体组合物(混合溶液)反应并固化而获得。另外，其中也可使用添加剂，例如颜料、阻燃剂、抗着色剂等。
此外，对于在本发明的聚合物致动器中使用的聚氨酯弹性体组合物的上述活性氢成分，优选使用反应性硅氧烷。反应性硅氧烷含有官能团，例如氨基、羟基、巯基、羧基、硅烷醇基之类的作为反应基团X能与异氰酸酯基团反应的官能团。上述反应性硅氧烷的实例包括：在主链中含有聚二甲基硅氧烷结构的主链型反应性硅氧烷，如下式所示：
[式1]
在侧链中含有聚二甲基硅氧烷结构的侧链型反应性硅氧烷，如下式所示：
[式2]
等。
希望上述反应性硅氧烷的数均分子量(Mn)为500至7,000，优选为700至6,000，更优选为900至5,500。当上述反应性硅氧烷的数均分子量(Mn)低于500时，由于硬链段浓度变高，因此弹性体的弹性模量变高。另一方面，若高于7,000，则反应性硅氧烷的反应性降低，因此，弹性体的制作困难，或者由于弹性体的粘附性变高，因此操作性降低。
希望上述反应性硅氧烷的含量基于聚氨酯弹性体组合物的总质量为10至70质量％，优选为12至65质量％，更优选为15至40质量％。当上述反应性硅氧烷的配合量不足10质量％时，温度依赖性恶化并且没有发现绝缘击穿强度的提高，另一方面，若高于70质量％，则难以在低电场中驱动。另外，侧链型反应性硅氧烷由于聚二甲基硅氧烷链的分子运动性高而优选作为上述反应性硅氧烷。
由于通过在本发明的聚氨酯弹性体模制品中使用含有具有极低玻璃转化温度(-110℃至-120℃)的聚二甲基硅氧烷结构的反应性硅氧烷，上述模制品的玻璃转化温度降低，在假设的聚合物致动器的使用温度区域-20至40℃内，上述弹性模量的变化在橡胶状平坦区域，因此认为降低了上述弹性模量的温度依赖性。
在本发明的聚合物致动器中，可用作上述聚氨酯弹性体组合物的活性氢成分的上述反应性硅氧烷的市售可得的产品实例包括：可购自JNC有限公司的“Silaplane FM-DA11”、“Silaplane FM-DA21”、“Silaplane FM-4411”和“Silaplane FM-4421”；可购自信越化学工业有限公司的“KF-6001”、“KF-6002”、“X-22-176DX”、“X-22-4272”和“X-22-161A”；可购自东丽道康宁有限公司的“BY16-871”和“BY16-201”等。
本发明的上述聚氨酯弹性体组合物中使用的异氰酸酯成分无特别限制，可使用聚氨酯领域中公知的化合物。异氰酸酯成分的实例包括：芳香族二异氰酸酯，例如：2,4-甲苯二异氰酸酯、2,6-甲苯二异氰酸酯、2,2'-二苯基甲烷二异氰酸酯、2,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯、4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯、1,5-萘二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯、间苯二异氰酸酯、对二甲苯二异氰酸酯和间二甲苯二异氰酸酯等；脂肪族二异氰酸酯，例如：亚乙基二异氰酸酯、2,2,4-三甲基亚己基二异氰酸酯、1,6-亚己基二异氰酸酯等；脂环式二异氰酸酯，例如：1,4-环己烷二异氰酸酯、4,4'-二环己基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、降冰片烷二异氰酸酯等。这些异氰酸酯成分可单独使用一种，也可两种以上混合使用。另外，所述异氰酸酯可为氨基甲酸酯改性、脲基甲酸酯改性、缩二脲改性及异氰脲酸酯改性等改性化的异氰酸酯。所述异氰酸酯可为与多元醇的预聚物。
上述多异氰酸酯成分的市售可得的产品的实例包括：三井化学有限公司制的“Cosmonate T-80”和“Cosmonate T-100”；BASF IonicPolyurethane Co.,Ltd.制的“Lupranate T-80”等。
作为本发明可使用的、除了上述反应性硅氧烷以外的活性氢成分，无特别限制，可适当地使用高分子多元醇，例如聚酯类多元醇、聚醚类多元醇、聚碳酸酯类多元醇、聚丁二烯类多元醇、蓖麻油类多元醇等。此外，多元醇可单独使用或两种以上组合使用。作为本发明可使用的活性氢成分，从容易实现降低弹性模量的观点来看，优选聚醚类多元醇。另外，以这种聚醚类多元醇为例，三官能多元醇基本上通过在碱性催化剂的存在下，使环氧乙烷或环氧丙烷与作为引发剂的三价多元醇的甘油、三羟甲基丙烷等加成聚合而制备。
上述聚醚类多元醇的实例包括：聚四亚甲基多元醇、聚丙二醇、聚乙二醇、环氧丙烷和环氧乙烷的共聚物、及含有聚丙烯腈类粒子的多元醇、含有聚苯乙烯粒子的多元醇(POP)等。
上述聚酯类多元醇的实例包括：聚(己二酸亚乙酯)、聚(己二酸二亚乙酯)、聚(己二酸丙烯酯)、聚(己二酸四亚甲基酯)、聚(己二酸六亚甲基酯)、聚(己二酸新戊二烯酯)、3-甲基-1,5-戊二醇和己二酸形成的多元醇和它们的共聚物、或通过ε-己内酯开环聚合后的己内酯多元醇、羧酸成分和乙二醇成分形成的共聚物。
上述聚碳酸酯类多元醇的实例包括：聚(己二醇碳酸酯)、聚(壬二醇碳酸酯)等。
上述聚丁二烯类多元醇的实例包括：将丁二烯类聚合物的末端改性为羟基的产物等，所述丁二烯类聚合物例如为丁二烯均聚物、异戊二烯均聚物、丁二烯-苯乙烯共聚物、丁二烯-异戊二烯共聚物、丁二烯-丙烯腈共聚物、丁二烯-2-乙基己基丙烯酸酯共聚物和丁二烯-正十八烷基丙烯酸酯共聚物等。
上述蓖麻油类多元醇的实例包括：蓖麻油和改性蓖麻油(由多元醇(例如三羟甲基丙烷等)改性的蓖麻油等)。
上述活性氢成分的市售可得产品的实例包括：旭硝子有限公司制的“Excenol 1020”、“Excenol 1030”、“Excenol 2020”、“Excenol 3020”、“Excenol 3030”、“Preminol 7001”、“Preminol 7012”、“Preminol 4006”和“Preminol 4011”；三井化学有限公司制的Actcol“EP-901P”、“EP-240”和“SHP-3900”；三洋化成工业有限公司制的Sannix PP-2000、PP-3000等。
另外，胺类化合物，例如聚醚类胺，也可用作上述活性氢成分。它们市售可得的产品的实例包括；Huntsman公司制的“JEFFAMINED-400”、“JEFFAMINE D-2000”、“JEFFAMINE BA-509”等。
此外，希望上述多异氰酸酯成分的异氰酸酯基(NCO基)与上述活性氢成分的活性氢基团(例如，OH基团)的当量比(NCO基/OH基团)为0.3至1.5，优选为0.6至1.2。若上述当量比(NCO基/OH基团)小于0.3，则有难以制备模制品的倾向。另一方面，若大于1.5，则模制品的弹性模量变高，从而难以实现在低电场中驱动聚合物致动器。
上述聚氨酯组合物中使用的催化剂可以没有限制地使用公知的催化剂，可以使用叔胺，例如三乙烯二胺、N,N,N’,N’-四甲基己二胺、二(2-二甲基氨基乙基)醚等；以及金属催化剂，例如辛酸亚锡、二月桂酸二正丁基锡、辛酸铅等。这些催化剂可单独使用一种，也可以两种以上组合使用。
上述催化剂的市售可得的产品的实例包括：购自东荣化工有限公司的商品为“Hexoate lead 24％”的辛酸铅；东曹有限公司制的“TEDA-L33”；Momentive Performance Materials Inc.制的“NIAXCATALYST A1”；花王有限公司制的“KAOLIZER NO.1”；AirProducts and Chemicals,Inc.制的“DABCO T-9”；东荣化工有限公司制的“BTT-24”等。
本发明的聚氨酯弹性体模制品的制备方法可以使用：使用成形模具的方法；或当其厚度小时，在具有间隔物的脱模处理后的膜间夹住聚氨酯弹性体组合物，然后使其通过将间隙控制为所需厚度的压送辊的方法。对于上述模制品的固化条件，希望固化温度为70至150℃，优选为80至130℃且固化时间为1至24小时。若上述模制品的固化温度低于70℃，则聚氨酯弹性体模制品的硬化性不充分。另一方面，若高于150℃，则会产生大量的副产物。并且，若上述模制品的固化时间少于1小时，则聚氨酯弹性体模制品的硬化性不充分。另一方面，若超过24小时，则会出现聚氨酯弹性体模制品劣化的情况。
所得的聚氨酯弹性体模制品可制成所需的形状，例如可以是薄膜、膜、板等，希望其厚度为0.01至1.2mm，优选为0.05至1.0mm。若上述模制品的厚度小于0.01mm，则容易穿过膜内的缺陷导致绝缘击穿。另一方面，若模制品的厚度大于1.2mm，则施加的电场强度变低，从而驱动器难以驱动。
聚合物致动器可通过在上述模制品的两面形成电极而制得。上述电极的材料的实例包括，例如：金属，例如金、铂、铝、银、铜等；碳、碳纳米管；或所述材料分散于树脂中的导电性树脂或导电性弹性体。对于形成电极的方法，例如可使用等离子体CVD法、离子溅射镀膜法、真空蒸镀法、丝网印刷法。
本发明的聚合物致动器不仅适于如上所述作为驱动器(例如工业用和护理用机器人、医疗器械等)的用途，还可以用作由其变形检测电压变化的传感器。
实施例
以下通过列举实施例和对比实施例进一步对本发明进行详细说明，但本发明不限定于此范围。
(实施例1)
在反应容器中，加入41.4质量份的侧链型反应性硅氧烷(JNC有限公司制，“Silaplane FM-DA11”，数均分子量为1,000，官能团数为2)和41.4质量份的聚丙二醇(旭硝子有限公司制，“Excenol 7001”，数均分子量为6000，官能团数为3)，在搅拌的同时在减压下脱水1小时。然后，用氮气置换反应容器内部。然后，向反应容器中加入17.8质量份的甲苯二异氰酸酯(三井化学工业有限公司制，“T-100”，2,4-体＝100)，然后在保持反应容器内温度为80℃下反应3小时，从而合成异氰酸酯封端预聚物。
下一步，将100质量份的所述预聚物溶于65.0质量份的甲苯中。接着，向该预聚物溶液中加入51.4质量份的聚丙二醇(旭硝子有限公司制，“Excenol 1020”，数均分子量为1000，官能团数为2)和0.19质量份的辛酸铅(东荣化工有限公司制，“Hexoate lead 24％”)的混合溶液，然后用混合搅拌器(Keyence Corporation制)进行混合和消泡，获得反应溶液。将所述反应溶液滴加到具有0.4mm的间隔物的脱模处理后的聚乙烯对苯二甲酸酯膜上，并将另一脱模处理后的聚乙烯对苯二甲酸酯膜覆盖在其上，然后用压送辊将其厚度调整为0.4mm。然后在80℃固化1小时，得到聚氨酯弹性体膜。
对于制备的膜，进行100％的双轴延伸处理，并将其固定到直径为60mm的聚丙烯制框架中。在固定后的膜上涂碳润滑脂，使涂覆的直径为15mm，从而制备得到驱动器元件。
(实施例2)
除了对于制备异氰酸酯封端预聚物时的多元醇混合溶液使用18.2质量份的侧链型反应性硅氧烷(JNC有限公司制，Silaplane FM-DA11，数均分子量为1,000，官能团数为2)、22.9质量份的聚丙二醇(旭硝子有限公司制，Excenol 1020，数均分子量为1000，官能团数为2)和41.4质量份的聚丙二醇(旭硝子有限公司制，Excenol 7001，数均分子量为6000，官能团数为3)以外，与实施例1同样地制备聚氨酯弹性体膜驱动器。
(实施例3)
除了对于制备聚氨酯弹性体膜时的固化剂使用51.4质量份的侧链型反应性硅氧烷(JNC有限公司制，Silaplane FM-DA11，数均分子量为1,000，官能团数为2)以外，与实施例1同样地制备聚氨酯弹性体膜驱动器。
(实施例4)
除了对于制备聚氨酯弹性体膜时的固化剂使用64.3质量份的侧链型反应性硅氧烷(JNC有限公司制，Silaplane FM-DA11，数均分子量为1,000，官能团数为2)、0.21质量份的辛酸铅和70.5质量份的甲苯以外，与实施例1同样地制备聚氨酯弹性体膜驱动器。
(实施例5)
除了对于制备异氰酸酯封端预聚物时的多元醇混合溶液使用41.1质量份的聚丙二醇(旭硝子有限公司制，Excenol 1020，数均分子量为1000，官能团数为2)和41.4质量份的聚丙二醇(旭硝子有限公司制，Excenol 7001，数均分子量为6000，官能团数为3)；以及对于制备聚氨酯弹性体膜时的固化剂使用41.0质量份的聚丙二醇(旭硝子有限公司制，Excenol 1020，数均分子量为1000，官能团数为2)、52.1质量份的侧链型反应性硅氧烷(JNC有限公司制，Silaplane FM-DA21，数均分子量为5,000，官能团数为2)、0.27质量份的辛酸铅和92.9质量份的甲苯以外，与实施例1同样地制备聚氨酯弹性体膜驱动器。
(实施例6)
除了对于制备异氰酸酯封端预聚物时的多元醇混合溶液使用41.4质量份的主链型反应性硅氧烷(JNC有限公司制，Silaplane FM-4411，数均分子量为1,000，官能团数为2)和41.1质量份的聚丙二醇(旭硝子有限公司制，Preminol 7001，数均分子量为6000)以外，与实施例1同样地制备聚氨酯弹性体膜驱动器。
(实施例7)
除了对于制备聚氨酯弹性体膜时的固化剂使用41.0质量份的聚丙二醇(旭硝子有限公司制，Excenol 1020，数均分子量为1000)和52.1质量份的主链型反应性硅氧烷(JNC有限公司制，Silaplane FM-4411，数均分子量为5,000，官能团数为2)以外，与实施例5同样地制备聚氨酯弹性体膜驱动器。
(对比实施例1)
除了对于制备异氰酸酯封端预聚物时的多元醇混合溶液使用41.1质量份的聚丙二醇(旭硝子有限公司制，Excenol 1020，数均分子量为1000)和41.1质量份的聚丙二醇(旭硝子有限公司制，Preminol 7001)以外，与实施例1同样地制备聚氨酯弹性体膜驱动器。
(对比实施例2)
除了对于制备聚氨酯弹性体膜时的固化剂使用205.2质量份的聚丙二醇(旭硝子有限公司制，Preminol 7001)、0.38质量份的辛酸铅和712.1质量份的邻苯二甲酸二辛酯(三协化学有限公司制，DOP)而不添加甲苯以外，与对比实施例1同样地制备聚氨酯弹性体膜驱动器。
(对比实施例3)
除了对于制备异氰酸酯封端预聚物时的多元醇混合溶液使用10.6质量份的侧链型反应性硅氧烷(JNC有限公司制，Silaplane FM-DA11，数均分子量为1,000，官能团数为2)、30.5质量份的聚丙二醇(旭硝子有限公司制，Excenol 1020，数均分子量为1000，官能团数为2)和41.1质量份的聚丙二醇(旭硝子有限公司制，Preminol 7001，数均分子量为6000，官能团数为3)以外，与对比实施例1同样地制备聚氨酯弹性体膜驱动器。
(对比实施例4)
除了对于制备异氰酸酯封端预聚物时的多元醇混合溶液使用58.5质量份的侧链型反应性硅氧烷(JNC公司制，Silaplane FM-DA11，数均分子量为1,000，官能团数为2)和19.5质量份的聚丙二醇(旭硝子有限公司制，Preminol 7001，数均分子量为6000，官能团数为3)；以及对于制备聚氨酯弹性体膜时的固化剂使用63.3质量份的侧链型反应性硅氧烷(JNC有限公司制，Silaplane FM-DA11，数均分子量为1,000，官能团数为2)、0.20质量份的辛酸铅和70.1质量份的甲苯以外，与实施例1同样地制备聚氨酯弹性体膜驱动器。
(对比实施例5)
除了对于制备聚氨酯弹性体膜时的固化剂使用48.2质量份的聚丙二醇(旭硝子有限公司制，Excenol 1020，数均分子量为1000，官能团数为2)、48.2质量份的侧链型反应性硅氧烷(JNC有限公司制，Silaplane FM-DA26，数均分子量为15,000，官能团数为2)、0.25质量份的辛酸铅和84.1质量份的甲苯以外，与实施例5同样地制备聚氨酯弹性体膜驱动器，然而，未能获得膜。
(对比实施例6)
除了对于制备聚氨酯弹性体膜时的固化剂使用46.7质量份的聚丙二醇(旭硝子有限公司制，Excenol 1020)、46.7质量份的主链型反应性硅氧烷(JNC有限公司制，Silaplane FM-4425，数均分子量为10,000，官能团数为2)、0.24质量份的辛酸铅和82.9质量份的甲苯以外，与实施例5同样地制备聚氨酯弹性体膜驱动器，然而，未能获得膜。
表1示出实施例1至7的预聚物配合，表2示出对比实施例1至6的预聚物配合，表3示出实施例1至7的弹性体配合，以及表4示出对比实施例1至6的弹性体配合，其中以质量份单位总结并示出。关于如上所述获得的聚氨酯弹性体膜驱动器，对其在20℃的储能弹性模量E’(20℃)、在-20℃的储能弹性模量E’(-20℃)与上述E’(20℃)的比[E’(-20℃)/E’(20℃)]、在40℃的储能弹性模量E’(40℃)与E’(20℃)的比[E’(40℃)/E’(20℃)]、伸长率和绝缘击穿强度进行测定。其结果如表5和表6所示。试验方法如下：
(试验方法)
(1)动态粘弹性测定
用动态粘弹性测量装置(梅特勒-托利多公司制，DMA861e)，按照以下条件测定储能弹性模量(E’)：
频率：1Hz
升温速率：2.5℃/分
测定温度范围：-100至50℃
测定模式：剪切模式
样品形状：直径10mm，厚度1mm。
表5和表6中示出在20℃的储能弹性模量E’(20℃)的值、在温度-20℃下测定的储能弹性模量E’(-20℃)与上述E’(20℃)的比[E’(-20℃)/E’(20℃)]、及在温度40℃下测定的储能弹性模量E’(40℃)与E’(20℃)的比[E’(40℃)/E’(20℃)]。
(2)伸长率和绝缘击穿强度
介由铜箔将制作的驱动器元件与直流高压电源(MatsusadaPrecision Inc.制，HJPM-5R0.6-SP)相连，测定在各施加的电压下伸长率的变化情况。10MV/m的值如表5和表6所示。另外，在该试验中，驱动器元件短路时的电场强度作为绝缘击穿强度。此外，伸长率通过下式求出：
S1:伸长前的膜面积
S2:施加电压后的膜面积
表1
表2
表3
表4
(注1)2,4-甲苯二异氰酸酯，购自三井化学有限公司，商品名：“Cosmonate T-100”
(注2)双官能聚醚多元醇，购自旭硝子有限公司，商品名：“Excenol1020”，数均分子量(Mn)为1,000
(注3)三官能聚醚多元醇，购自旭硝子有限公司，商品名：“Preminol 7001”，数均分子量(Mn)为6,000
(注4)侧链型双官能反应性硅氧烷，购自JNC有限公司，商品名：“FM-DA11”，数均分子量(Mn)为1,000
(注5)主链型双官能反应性硅氧烷，购自JNC有限公司，商品名：“FM-4411”，数均分子量(Mn)为1,000
(注6)侧链型双官能反应性硅氧烷，购自JNC有限公司，商品名：“FM-DA21”，数均分子量(Mn)为5,000
(注7)侧链型双官能反应性硅氧烷，购自JNC有限公司，商品名：“FM-DA26”，数均分子量(Mn)为15,000
(注8)主链型双官能反应性硅氧烷，购自JNC有限公司，商品名：“FM-4421”，数均分子量(Mn)为5,000
(注9)主链型双官能反应性硅氧烷，购自JNC有限公司，商品名：“FM-4425”，数均分子量(Mn)为10,000
(注10)辛酸铅，购自东荣化工有限公司，商品名：“Hexoate lead24％”
(注11)邻苯二甲酸二辛酯，购自三协化学有限公司，商品名：“DOP”
(注12)NCO指数：(NCO基的当量)/(活性氢基团的当量)
表5
表6
*：未固化，未能制作样品片，从而不能进行测试。
**：绝缘击穿。
由表5和表6所示的结果明显可知，与对比实施例1至6的以往的聚合物致动器相比，实施例1至7的本发明的聚合物致动器的弹性模量等特性的温度依赖性小、伸长率和绝缘击穿强度非常高。
与此相对，由于对比实施例1和2的聚合物致动器不含反应性硅氧烷，比值[E’(-20℃)/E’(20℃)]大，并且比值[E’(40℃)/E’(20℃)]小，因此温度依赖性大，并且绝缘击穿强度极低。在对比实施例2的聚合物致动器中，用小于10MV/m的电场强度即导致了绝缘击穿，且不能获取充分的伸长率。
就对比实施例3的聚合物致动器而言，由于反应性硅氧烷的配合量少，比值[E’(-20℃)/E’(20℃)]大且比值[E’(40℃)/E’(20℃)]小，因此温度依赖性大，并且绝缘击穿强度极低。
就对比实施例4的聚合物致动器而言，虽然反应性硅氧烷的配合量多，温度依赖性和绝缘击穿强度均得到有效提高，但是在10MV/m的电场强度下不能驱动，且伸长率为0。
就对比实施例5和6的聚合物致动器而言，由于在固化时使用的反应性硅氧烷的数均分子量(Mn)高，因此其反应性极低，从而难以制备弹性体模制品。因此，不能进行特性的测定和评价。
产业上的可利用性
由于本发明的聚合物致动器具有优良的柔性和伸长率以及高绝缘击穿强度，并且即使在低电场中也可驱动，因此可应用于传感器、光学开关、隔膜、盲文显示、发电应用(例如波浪发电和鞋跟发电等)、工业用和护理用机器人、医疗器械等用途。
附图标记说明
1：聚合物致动器
2：电极
3：聚氨酯弹性体模制品

Claims (3)

1.一种聚合物致动器，其是由在2个电极之间夹住聚合物电介质而成的聚合物致动器，其特征在于，
所述聚合物电介质的按照动态粘弹性测定在频率1Hz、温度20℃下测定的储能弹性模量E’(20℃)为0.5MPa以下，
按照动态粘弹性测定在频率1Hz、温度-20℃下测定的储能弹性模量E’(-20℃)相对于E’(20℃)的比[E’(-20℃)/E’(20℃)]为5.0以下，
按照动态粘弹性测定在频率1Hz、温度40℃下测定的储能弹性模量E’(40℃)相对于E’(20℃)的比[E’(40℃)/E’(20℃)]为0.5以上。
2.根据权利要求1所述的聚合物致动器，其中所述聚合物电介质由聚氨酯弹性体模制品构成，所述聚氨酯弹性体模制品由含有多异氰酸酯成分、活性氢成分和催化剂的聚氨酯弹性体组合物形成；并且所述聚合物电介质含有反应性硅氧烷，所述反应性硅氧烷的数均分子量(Mn)为500至7,000，并且基于聚氨酯弹性体组合物的总质量，其含量为10至70质量％。
3.根据权利要求2所述的聚合物致动器，其中所述反应性硅氧烷为侧链型反应性硅氧烷。
CN201380070289.8A 2013-01-15 2013-12-06 聚合物致动器 Expired - Fee Related CN104937735B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013004635 2013-01-15
JP2013-004635 2013-01-15
PCT/JP2013/082831 WO2014112241A1 (ja) 2013-01-15 2013-12-06 高分子アクチュエータ

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104937735A true CN104937735A (zh) 2015-09-23
CN104937735B CN104937735B (zh) 2017-03-22

Family

ID=51209351

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201380070289.8A Expired - Fee Related CN104937735B (zh) 2013-01-15 2013-12-06 聚合物致动器

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9947857B2 (zh)
EP (1) EP2947706B8 (zh)
JP (1) JP6284758B2 (zh)
KR (1) KR101676985B1 (zh)
CN (1) CN104937735B (zh)
WO (1) WO2014112241A1 (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108348222A (zh) * 2015-10-27 2018-07-31 皇家飞利浦有限公司 用于超声成像的医学探头
CN110023359A (zh) * 2016-11-30 2019-07-16 日立化成株式会社 双组分固化型聚氨酯系组合物
CN112041362A (zh) * 2018-04-12 2020-12-04 巴斯夫欧洲公司 电活性聚合物
CN113508605A (zh) * 2019-03-07 2021-10-15 富士胶片株式会社 电声换能器

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016163179A1 (ja) * 2015-04-09 2016-10-13 東洋ゴム工業株式会社 変形検出センサおよびその製造方法
KR102042873B1 (ko) * 2015-09-25 2019-11-08 주식회사 엘지화학 디스플레이용 pdms-폴리우레탄 필름 및 이의 제조방법
JP2017152519A (ja) * 2016-02-24 2017-08-31 株式会社Adeka 変換材料及び変換素子
KR101887993B1 (ko) * 2016-07-27 2018-08-13 주식회사 엘지화학 광경화 수지 조성물 및 이의 용도
JP7043171B2 (ja) * 2017-01-25 2022-03-29 株式会社ジャパンディスプレイ 表示装置

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0685339A (ja) * 1992-09-03 1994-03-25 Toshihiro Hirai ポリウレタンエラストマー・アクチュエータ
WO1998017726A1 (en) * 1996-10-23 1998-04-30 Minnesota Mining And Manufacturing Company Polymer mixtures containing polydiorganosiloxane urea-containing components
EP0934962A1 (en) * 1998-02-06 1999-08-11 Takeda Chemical Industries, Ltd. Low resilience polyurethane foam
WO2001006579A2 (en) * 1999-07-20 2001-01-25 Sri International Pre-strained electroactive polymers
JP2006241195A (ja) * 2005-02-28 2006-09-14 National Institute Of Advanced Industrial & Technology 強誘電体フィルム及びその製造方法
WO2008063594A1 (en) * 2006-11-16 2008-05-29 Cargill, Incorporated Viscoelastic polyurethane foams comprising oligomeric natural oil polyols
JP2010515808A (ja) * 2007-01-12 2010-05-13 ダウ・コーニング・コーポレイション シリコーン含有組成物
CN101821309A (zh) * 2007-10-15 2010-09-01 三井化学株式会社 聚氨酯树脂
CN102471436A (zh) * 2009-07-31 2012-05-23 拜尔材料科学股份公司 具有基于多异氰酸酯和异氰酸酯官能预聚物以及具有至少两个异氰酸酯反应性羟基的化合物的混合物的聚合物元件的机电换能器

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3026042B2 (ja) 1992-09-03 2000-03-27 利博 平井 高速応答ポリウレタンゲル・アクチュエータ
GB2426007B (en) * 2004-02-06 2008-07-30 Nippon Paint Co Ltd Water-based intermediate coating composition and method of forming multilayered coating film
JP2006249270A (ja) * 2005-03-11 2006-09-21 Nippon Polyurethane Ind Co Ltd 粘弾性ポリウレタンフォームの製造方法
JP5016266B2 (ja) * 2006-06-30 2012-09-05 三井化学株式会社 光学プラスチックレンズ用プライマー
JP4851970B2 (ja) 2007-03-16 2012-01-11 ニッタ株式会社 イミド変性シリコンエラストマー
JP5916270B2 (ja) 2009-03-18 2016-05-11 住友理工株式会社 誘電膜およびそれを用いたトランスデューサ
EP2400573A1 (de) * 2010-06-23 2011-12-28 Bayer MaterialScience AG Elektromechanischer Wandler, Verfahren zu dessen Herstellung und Verwendung desselben
EP3486230A1 (en) * 2011-03-09 2019-05-22 Mitsui Chemicals, Inc. Pentamethylenediisocyanate, method for producing pentamethylenediisocyanate, polyisocyanate composition, polyurethane resin, and polyurea resin
KR101405513B1 (ko) * 2011-05-12 2014-06-11 한국과학기술연구원 고분자 블렌드 조성물 및 이를 사용한 액츄에이터

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0685339A (ja) * 1992-09-03 1994-03-25 Toshihiro Hirai ポリウレタンエラストマー・アクチュエータ
WO1998017726A1 (en) * 1996-10-23 1998-04-30 Minnesota Mining And Manufacturing Company Polymer mixtures containing polydiorganosiloxane urea-containing components
EP0934962A1 (en) * 1998-02-06 1999-08-11 Takeda Chemical Industries, Ltd. Low resilience polyurethane foam
WO2001006579A2 (en) * 1999-07-20 2001-01-25 Sri International Pre-strained electroactive polymers
JP2006241195A (ja) * 2005-02-28 2006-09-14 National Institute Of Advanced Industrial & Technology 強誘電体フィルム及びその製造方法
WO2008063594A1 (en) * 2006-11-16 2008-05-29 Cargill, Incorporated Viscoelastic polyurethane foams comprising oligomeric natural oil polyols
JP2010515808A (ja) * 2007-01-12 2010-05-13 ダウ・コーニング・コーポレイション シリコーン含有組成物
CN101821309A (zh) * 2007-10-15 2010-09-01 三井化学株式会社 聚氨酯树脂
CN102471436A (zh) * 2009-07-31 2012-05-23 拜尔材料科学股份公司 具有基于多异氰酸酯和异氰酸酯官能预聚物以及具有至少两个异氰酸酯反应性羟基的化合物的混合物的聚合物元件的机电换能器

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108348222A (zh) * 2015-10-27 2018-07-31 皇家飞利浦有限公司 用于超声成像的医学探头
CN110023359A (zh) * 2016-11-30 2019-07-16 日立化成株式会社 双组分固化型聚氨酯系组合物
CN110023359B (zh) * 2016-11-30 2022-05-10 昭和电工材料株式会社 双组分固化型聚氨酯系组合物
CN112041362A (zh) * 2018-04-12 2020-12-04 巴斯夫欧洲公司 电活性聚合物
CN112041362B (zh) * 2018-04-12 2022-12-13 巴斯夫欧洲公司 电活性聚合物
CN113508605A (zh) * 2019-03-07 2021-10-15 富士胶片株式会社 电声换能器

Also Published As

Publication number Publication date
JP6284758B2 (ja) 2018-02-28
KR101676985B1 (ko) 2016-11-16
KR20150097614A (ko) 2015-08-26
EP2947706A4 (en) 2016-08-24
US20150325779A1 (en) 2015-11-12
WO2014112241A1 (ja) 2014-07-24
EP2947706B1 (en) 2017-03-08
JP2014158411A (ja) 2014-08-28
EP2947706B8 (en) 2017-04-26
EP2947706A1 (en) 2015-11-25
US9947857B2 (en) 2018-04-17
CN104937735B (zh) 2017-03-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104937735A (zh) 聚合物致动器
CN104245772B (zh) 用于造纸设备的弹性体
EP2738193B1 (en) Polyurethane foam
CN104379643A (zh) 介电聚氨酯薄膜
Yilgor et al. Novel synthetic approach for the preparation of poly (urethaneurea) elastomers
CN103436004A (zh) 一种低硬度耐溶剂抗静电聚氨酯弹性体及其制备方法
US20200048396A1 (en) Process for producing polyurethanes exhibiting low blooming effects and good low-temperature flexibility on the basis of urethane-containing polymeric hydroxyl compounds
US10174233B2 (en) Reactive hot-melt adhesive composition
CN106459721A (zh) 二液型聚氨酯系粘接剂组合物
JP2015067663A (ja) ２液型接着剤
JP6404365B2 (ja) シーリング材用途のための疎水性ポリオール
WO2016002391A1 (ja) 反応性ホットメルト接着剤組成物
KR100319281B1 (ko) 폴리우레아 탄성 중합체의 미세 발포체
EP3919579B1 (en) Urethane-based adhesive composition
CN114222800A (zh) 异氰酸酯系粘接剂
JP6708207B2 (ja) 接着剤組成物
JP2009292894A (ja) 水系コーティング剤
JP2014100046A (ja) 高分子アクチュエータ
KR20060055669A (ko) 도전성 폴리우레탄 폼 토너공급롤러
JP6276624B2 (ja) 高分子アクチュエータ
KR20240093574A (ko) 도전성 조성물
KR20230170641A (ko) 도전성 조성물
JP2022138503A (ja) ウレタン接着剤組成物
JP2014100047A (ja) 高分子アクチュエータ
CN117730131A (zh) 双组分型粘接剂组合物和固化物

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20170322

Termination date: 20191206