CN107849267A - 用于显示器的pdms‑聚氨酯膜及其生产方法 - Google Patents

用于显示器的pdms‑聚氨酯膜及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种通过将多元醇与多异氰酸酯混合而获得的用于显示器的聚氨酯膜及其生产方法，所述聚氨酯膜的介电常数/弹性模量值为1mm2/N至15mm2/N。本发明的目的是提供能够通过改善介电常数和模量特性使电活性最大化的用于显示器的聚氨酯膜。

Description

用于显示器的PDMS-聚氨酯膜及其生产方法
技术领域
本申请要求于2015年9月25日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2015-0136867号的优先权和权益，其全部内容通过引用并入本文。
本发明涉及用于显示器的PDMS-聚氨酯膜及其生产方法，更具体地，涉及具有高介电常数和低模量特性的用于显示器的PDMS-聚氨酯膜及其生产方法。
背景技术
为了用户直观地使用显示器，应用触摸屏技术的显示器已被广泛使用，并且近来，不仅开发通过简单地触摸屏幕进行操作的触摸屏，而且还开发赋予触摸屏触觉反馈的触觉功能以给用户提供新的用户体验。在此，触觉是使用户感觉到触感、力感、运动感等的技术。
通常，触觉技术可以通过将电信号转换为机械能(例如能够触摸输入的显示器中的振动)来实现，使得需要开发具有优异的电活性的透明触觉膜。
作为用于具有电活性的膜的材料，可使用多种电活性聚合物。电活性聚合物的实例包括：聚合物如PVDF，其使用利用通过电压所引起的相变而产生的体积变化的压电系统；或聚合物如氨酯，其使用其中当介电材料带电时介电材料沿垂直方向收缩和膨胀的介电系统。
触觉显示器膜用于显示器，因此主要需要具有优异的可透性和雾度特性，使用压电系统的PVDF膜的基本特性问题在于在发生极化之后由于结晶性而引起雾度的问题。
因此，需要开发如下聚合物膜并将所述聚合物膜应用于触觉显示器，所述聚合物膜通过使用其中当介电材料带电时介电材料沿垂直方向收缩和膨胀的介电系统而具有优异的介电常数、模量和光学特性。
发明内容
技术问题
为了解决如上所述的相关技术的问题，
本发明的目的是提供一种能够通过改善介电常数和模量特性而使电活性最大化的用于显示器的PDMS-聚氨酯膜。
技术方案
为了实现上述目的，
本发明提供了一种用于显示器的PDMS-聚氨酯膜，所述PDMS-聚氨酯膜的介电常数/弹性模量值为2mm2/N至15mm2/N。
另外，本发明提供了一种用于生产用于显示器的PDMS-聚氨酯膜的方法，所述方法通过将基于PDMS的多元醇与多异氰酸酯混合来生产介电常数/弹性模量值为2mm2/N至15mm2/N的PDMS-聚氨酯膜。
有益效果
根据本发明的用于显示器的PDMS-聚氨酯膜的优点在于，
可以通过改善介电常数和模量特性以使电活性最大化来改善触觉性能，并且所述膜具有优异的可透性和雾度特性，因此可以应用于显示器。
附图说明
图1是示出本发明的介电弹性体的特性的示意图。
具体实施方式
下文中，将详细描述根据本发明的用于显示器的PDMS-聚氨酯膜。
本发明使用PDMS-聚氨酯作为用于显示器的膜的材料。PDMS-聚氨酯膜是指如以下化学式1中取代基被聚二甲基硅氧烷(PDMS)取代的氨酯。与使用一般的聚氨酯膜的情况相比，使用这样的PDMS-聚氨酯膜的情况可能具有低的介电常数。
[化学式1]
PDMS-聚氨酯膜是具有介电弹性体(其具有弹性和介电性二者)的特性的膜并且可如图1中所示，用于获得介电弹性体的应变的式可由以下式1表示。
[式1]
Sz＝应变
εr＝介电常数
ε0＝真空介电常数
V＝电压
Y＝弹性模量
本发明的特征在于通过调节上述介电弹性体的应变来改善介电常数(εr)和模量(Y，应力变化/应变变化的比率；单位N/mm2)特性以使电活性最大化。
如上所述，本发明将开发具有高介电常数和低模量的介电弹性体，即e/Y的值被优化的介电弹性体。具体地，由于氨酯树脂具有高介电常数和高模量，因此本发明的特征在于通过使PDMS-氨酯膜(其中如上所述PDMS被施加至氨酯以降低模量)的e/Y值最大化来获得最优的e/Y值。
因此，根据本发明的用于显示器的PDMS-聚氨酯膜的介电常数/弹性模量值可为2mm2/N至15mm2/N，更优选为4mm2/N至12mm2/N，并且最优选为8mm2/N至12mm2/N。当介电常数/弹性模量值小于2mm2/N时，存在难以充分实现触觉特性的问题，而当介电常数/弹性模量值大于15mm2/N时，存在这样的问题，由于聚氨酯的弹性模量可能太低或交联密度可能较低，聚氨酯膜容易撕裂或过度拉伸。相比之下，当介电常数/弹性模量值满足2mm2/N至15mm2/N时，PDMS-聚氨酯膜的光学特性如雾度和透射率可以变得优异，并且由于振动加速度增大，PDMS-聚氨酯膜可以具有优异的触觉特性。
此外，根据本发明的用于显示器的PDMS-聚氨酯膜的光学特性雾度值可为2％或更小，更优选为1％或更小。当光学特性雾度值大于2％时，存在PDMS-聚氨酯膜无法用于显示器的问题。
此外，根据本发明的用于显示器的PDMS-聚氨酯膜的氨酯键摩尔数可为1.5×10-3(mol/g)或更大，并且更优选为1.5×10-3(mol/g)至2×102(mol/g)。当氨酯键摩尔数小于1.5×10-3(mol/g)时，存在膜中的PDMS的量相对增加的问题，因此介电常数值减小。
此外，Si可以以15重量％至25重量％的量包含在根据本发明的用于显示器的PDMS-聚氨酯膜中。当Si的含量小于15重量％时，所包含的PDMS的量较低，导致存在模量值减小的问题，而当Si的含量大于25重量％时，所包含的PDMS的量较高，导致存在介电常数值可能减小的问题，并且由于交联密度低，膜的强度变低，因此，膜可能容易撕裂。
此外，由于根据本发明的用于显示器的PDMS-聚氨酯膜具有高介电常数和低模量以及如上所述的光学特性和氨酯键摩尔数，因此该膜可以用于触觉显示器。
另外，为了生产用于显示器的PDMS-聚氨酯膜，
本发明可以通过将多元醇与多异氰酸酯混合来生产介电常数/弹性模量值为2mm2/N至15mm2/N的PDMS-聚氨酯膜。
用于显示器的PDMS-聚氨酯膜可以例如通过以下反应式1来生产。
[反应式1]
(在反应式1中，R1-NCO表示多异氰酸酯基团，R2为聚二甲基硅氧烷(PDMS)。)
根据本发明的用于显示器的PDMS-聚氨酯膜的生产的优点在于如在反应式1中，通过基于PDMS的多元醇与多异氰酸酯的氨酯反应可以进行多种组合，并且根据基于PDMS的多元醇或多异氰酸酯的特性可以生产具有多种特性的氨酯树脂。
在上述根据本发明的用于显示器的PMDS-聚氨酯膜的生产中，多元醇用于生产氨酯树脂，并且没有特别限制，只要多元醇是经PDMS取代的基于PDMS的多元醇即可。
在上述根据本发明的用于显示器的PDMS-聚氨酯膜的生产中，多元醇可以以50g/mol至300g/mol的OH当量混合。当多元醇的OH当量小于50g/mol时，存在膜的交联密度增加并且弹性模量值增加的问题，而当多元醇的OH当量大于300g/mol时，存在膜中的氨酯键摩尔数变低导致介电常数值变低的问题，并且由于交联密度低，膜的强度低，因此膜容易撕裂。
此外，在根据本发明的用于显示器的PDMS-聚氨酯膜的生产中，多异氰酸酯没有特别限制，只要多异氰酸酯是用于生产氨酯树脂的即可，但优选地，可以使用选自以下的一种或更多种：二异氰酸酯、1,4-四亚甲基二异氰酸酯、1,6-六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、1,12-十二烷二异氰酸酯、环丁烷-1,3-二异氰酸酯、环己烷-1,3-二异氰酸酯、环己烷-1,4-二异氰酸酯、1-异氰酸根合-3,3,5-三甲基-5-异氰酸根合甲基-环己烷、2,4-六氢甲苯二异氰酸酯、2,6-六氢甲苯二异氰酸酯、六氢-1,3-亚苯基二异氰酸酯、六氢-1,4-亚苯基二异氰酸酯、全氢-2,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、全氢-4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、1,3-亚苯基二异氰酸酯、1,4-亚苯基二异氰酸酯、1,4-杜烯二异氰酸酯(DDI)、4,4’-二异氰酸酯、3,3’-二甲基-4,4’-亚联苯基二异氰酸酯(TODI)、甲苯2,4-二异氰酸酯、甲苯2,6-二异氰酸酯(TDI)、二苯基甲烷-2,4’-二异氰酸酯(MDI)、2,2’-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、二苯基甲烷-4,4’-二异氰酸酯(MDI)和亚萘基-1,5-异氰酸酯(NDI)。
在根据本发明的用于显示器的PDMS-聚氨酯膜的生产中，多异氰酸酯可以以200g/mol至500g/mol的NCO当量混合。当多异氰酸酯的NCO当量小于200g/mol时，存在膜的交联密度增加并且其弹性模量值增加的问题，而当多异氰酸酯的NCO当量大于500g/mol时，存在膜中的氨酯键摩尔数变低导致介电常数值变低的问题，并且由于交联密度低，膜的强度低，因此膜容易撕裂。
通过根据本发明的生产方法生产的用于显示器的PDMS-聚氨酯膜的介电常数/弹性模量值可为2mm2/N至15mm2/N，更优选为4mm2/N至12mm2/N，并且最优选为8mm2/N至12mm2/N。当介电常数/弹性模量值小于2mm2/N时，存在难以充分实现触觉特性的问题，而当介电常数/弹性模量值大于15mm2/N时，存在这样的问题，由于聚氨酯的弹性模量可能太低或交联密度可能较低，聚氨酯膜容易撕裂或过度拉伸。相比之下，当介电常数/弹性模量值满足2mm2/N至15mm2/N时，PDMS-聚氨酯膜的光学特性如雾度和透射率可以变得优异，并且由于振动加速度增大，PDMS-聚氨酯膜可以具有优异的触觉特性。
此外，通过根据本发明的生产方法生产的用于显示器的PDMS-聚氨酯膜的光学特性雾度值可为2％或更小，更优选为1％或更小。当光学特性雾度值大于2％时，存在PDMS-聚氨酯膜无法用于显示器的问题。
此外，通过根据本发明的生产方法生产的用于显示器的PDMS-聚氨酯膜的氨酯键摩尔数可为1.5×10-3(mol/g)或更大，并且更优选为1.5×10-3(mol/g)至2×102(mol/g)。当氨酯键摩尔数小于1.5×10-3(mol/g)时，存在膜中的PDMS的量相对增加的问题，因此介电常数值减小。
此外，由于通过根据本发明的生产方法生产的用于显示器的PDMS-聚氨酯膜具有高介电常数和低模量以及如上所述的光学特性和氨酯键摩尔数，因此该膜可以用于触觉显示器。
此外，Si可以以15重量％至25重量％的量包含在通过根据本发明的生产方法生产的用于显示器的PDMS-聚氨酯膜中。当Si的含量小于15重量％时，所包含的PDMS的量较低导致存在模量值减小的问题，而当Si的含量大于25重量％时，所包含的PDMS的量较高导致存在介电常数值可能减小的问题，并且由于交联密度低，膜的强度变低，因此，膜可能容易撕裂。
同时，在用于生产用于显示器的聚氨酯膜的方法中，关于与先前研究的用于显示器的聚氨酯膜的配置重叠的配置的描述是相同的。
发明实施方式
下文中，将提供优选实施例以帮助理解本发明，但是提供以下实施例仅用于对本发明进行举例说明，对于本领域技术人员而言明显的是在本发明的范围和技术精神内可进行各种改变和修改，并且这样的改变和修改自然也落入所附权利要求内。
实施例
氨酯膜的生产
如下表1中，以以下各当量比将多元醇与多异氰酸酯混合，然后向其中添加0.01％的催化剂二月桂酸二丁基锡(DBTDL)，并使所得混合物均匀混合。其后，通过使用棒涂法将混合物涂覆在玻璃基材上，在100℃下进行处理3小时，然后从玻璃上分离涂层以获得厚度为80μm的氨酯膜。
[表1]
A-1：KF6000(Shin-Etsu)
A-2：X-22-160AS(Shin-Etsu)
A-3：KF6001(Shin-Etsu)
A-4：Desmophen_1300BA(Bayer)
A-5：KF6003(Shin-Etsu)
B-1：Desmodur XP 2580(Bayer)
B-2：Desmodur N 3900(Bayer)
实验例
物理特性的测量
对于所生产的氨酯膜，如下所述测量介电常数、模量、Si含量、光学特性和触觉特性。
1.介电常数
将Pt沉积在面积为2cm*2cm的膜的两面上，然后在1kHz下测量电容，并通过使用厚度和面积来获得介电常数。
2.模量
通过使用UTM装置(Zwick Roell Co.,Ltd.制造的Z010UTM装置)测量应力/应变来获得模量值。
3.Si含量的评估
通过使用Perkin Elmer Co.,Ltd.制造的ICP-OES(Optima 7300DV)设备来测量膜中的Si含量。
4.光学特性
通过使用雾度计COH 400(由Nippon Denshoku Co.,Ltd.制造)来测量雾度和透射率。
5.触觉特性
为了测量触觉特性，将膜的振动限定为振动加速度并在施加到膜两面的电压下进行测量。
将沉积有ITO的PET膜附接到所生产的厚度为80μm的膜的两面，向其施加电压(1.5kV至-1.5kV)，然后通过振动测量装置来测量此时膜的振动。
[表2]
*键密度：氨酯键摩尔数(mol/g)
如表2所示，可以看出，当将根据本发明生产的实施例1至3中的PDMS-聚氨酯膜的介电常数/模量比调节至8或更大时，膜由于优异的雾度和透射率光学特性而可以用于显示器，并且由于优异的触觉特性而可以用于触觉显示器。相比之下，可以看出，比较例1至3中的聚氨酯膜不足以用作触觉或显示器膜，因为其光学特性和触觉特性劣化。

Claims (14)

1.一种用于显示器的PDMS-聚氨酯膜，所述PDMS-聚氨酯膜的介电常数/弹性模量值为2mm2/N至15mm2/N。
2.根据权利要求1所述的PDMS-聚氨酯膜，其中所述PDMS-聚氨酯膜的光学特性雾度值为2％或更小。
3.根据权利要求1所述的PDMS-聚氨酯膜，其中所述PDMS-聚氨酯膜的氨酯键摩尔数为1.5×10-3(mol/g)或更大。
4.根据权利要求1所述的PDMS-聚氨酯膜，其中所述PDMS-聚氨酯膜中的Si含量为15重量％至25重量％。
5.根据权利要求1所述的PDMS-聚氨酯膜，其中所述PDMS-聚氨酯膜用于触觉显示器用的具有高介电常数的弹性透明膜。
6.一种用于生产用于显示器的PDMS-聚氨酯膜的方法，所述方法通过将基于PDMS的多元醇与多异氰酸酯混合来生产介电常数/弹性模量值为2mm2/N至15mm2/N的PDMS-聚氨酯膜。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述基于PDMS的多元醇以100g/mol至1,000g/mol的OH当量混合。
8.根据权利要求6所述的方法，其中所述多异氰酸酯以200g/mol至500g/mol的NCO当量混合。
9.根据权利要求6所述的方法，其中所述PDMS-聚氨酯膜的光学特性雾度值为2％或更小。
10.根据权利要求6所述的方法，其中所述PDMS-聚氨酯膜的氨酯键摩尔数为1.5×10-3(mol/g)或更大。
11.根据权利要求6所述的方法，其中所述PDMS-聚氨酯膜中的Si含量为15重量％至25重量％。
12.根据权利要求6所述的方法，其中所述多异氰酸酯为选自以下的一种或更多种：二异氰酸酯、1,4-四亚甲基二异氰酸酯、1,6-六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、1,12-十二烷二异氰酸酯、环丁烷-1,3-二异氰酸酯、环己烷-1,3-二异氰酸酯、环己烷-1,4-二异氰酸酯、1-异氰酸根合-3,3,5-三甲基-5-异氰酸根合甲基-环己烷、2,4-六氢甲苯二异氰酸酯、2,6-六氢甲苯二异氰酸酯、六氢-1,3-亚苯基二异氰酸酯、六氢-1,4-亚苯基二异氰酸酯、全氢-2,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、全氢-4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、1,3-亚苯基二异氰酸酯、1,4-亚苯基二异氰酸酯、1,4-杜烯二异氰酸酯(DDI)、4,4’-二异氰酸酯、3,3’-二甲基-4,4’-亚联苯基二异氰酸酯(TODI)、甲苯2,4-二异氰酸酯、甲苯2,6-二异氰酸酯(TDI)、二苯基甲烷-2,4’-二异氰酸酯(MDI)、2,2’-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、二苯基甲烷-4,4’-二异氰酸酯(MDI)和亚萘基-1,5-异氰酸酯(NDI)。
13.根据权利要求6所述的方法，其中所述多元醇为选自以下的一种或更多种：聚乙二醇多元醇、聚己内酯多元醇、聚酯多元醇、聚醚多元醇、聚丙烯酰基多元醇和聚碳酸酯多元醇二醇。
14.根据权利要求6所述的方法，其中所述PDMS-聚氨酯膜用于触觉显示器用的具有高介电常数的弹性透明膜。
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