JP2014100046A - 高分子アクチュエータ - Google Patents
高分子アクチュエータ Download PDFInfo
- Publication number
- JP2014100046A JP2014100046A JP2013167990A JP2013167990A JP2014100046A JP 2014100046 A JP2014100046 A JP 2014100046A JP 2013167990 A JP2013167990 A JP 2013167990A JP 2013167990 A JP2013167990 A JP 2013167990A JP 2014100046 A JP2014100046 A JP 2014100046A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- mass
- polyurethane elastomer
- component
- molecular weight
- average molecular
- 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.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Polyurethanes Or Polyureas (AREA)
Abstract
【課題】本発明により、柔軟性および伸張率に優れ、低電界であっても駆動が可能であり、かつ高い絶縁破壊強度を有する高分子アクチュエータを提供する。
【解決手段】本発明は、ポリイソシアネート成分、活性水素成分および触媒を含有するポリウレタンエラストマー組成物から形成されるポリウレタンエラストマー成形品から構成される高分子アクチュエータであって、該ポリウレタンエラストマー組成物中の活性水素成分が、2官能性ポリオール成分および3官能性ポリオール成分を含有し、かつ3官能性ポリオール成分が該ポリウレタンエラストマー組成物の質量の50〜80質量%の量で存在し、該活性水素成分を数平均分子量(Mn)で分類した場合、数平均分子量(Mn)5,000〜12,000を有するものが、該ポリウレタンエラストマー組成物の質量の50〜80質量%の量で存在することを特徴とする高分子アクチュエータに関する。
【選択図】なし
【解決手段】本発明は、ポリイソシアネート成分、活性水素成分および触媒を含有するポリウレタンエラストマー組成物から形成されるポリウレタンエラストマー成形品から構成される高分子アクチュエータであって、該ポリウレタンエラストマー組成物中の活性水素成分が、2官能性ポリオール成分および3官能性ポリオール成分を含有し、かつ3官能性ポリオール成分が該ポリウレタンエラストマー組成物の質量の50〜80質量%の量で存在し、該活性水素成分を数平均分子量(Mn)で分類した場合、数平均分子量(Mn)5,000〜12,000を有するものが、該ポリウレタンエラストマー組成物の質量の50〜80質量%の量で存在することを特徴とする高分子アクチュエータに関する。
【選択図】なし
Description
本発明は、柔軟性および伸張率に優れ、低電界であっても駆動が可能であり、かつ高い絶縁破壊強度を有する高分子アクチュエータに関する。
高分子材料で形成された高分子アクチュエータは、セラミックや金属などの材料で形成されたアクチュエータと比較すると、軽量であり、柔軟性に富むという特徴がある。これらの特徴により、高分子アクチュエータは、センサ、光学スイッチ、ダイヤフラム、点字ディスプレイ、波力発電や踵発電などの発電用途、産業用や介護用のロボット、医療機器などの用途に用いられる、人間が直接、肌で触れても安全に動作することができるアクチュエータとして注目されている。これまでに高分子アクチュエータとして提案されてきたものには、イオン交換膜、導電性高分子、誘電性エラストマー、高分子ゲル、ハイドロゲル、カーボンナノチューブを用いたものなど様々なものがあった。
しかしながら、イオン交換膜、導電性高分子、ハイドロゲルからなるアクチュエータは水やイオンなどの移動により駆動するものであり、空気中での駆動が困難であった。そこで、そのような溶媒の必要のない誘電性エラストマーを用いた高分子アクチュエータが提案されている。しかしながら、誘電エラストマーを用いた高分子アクチュエータは、変形のための駆動電圧が数千V程度と高いため、実用化には更なる駆動電圧の低下が求められていた。
このため、空気中で駆動可能となる新たな高分子材料として、ポリウレタンエラストマーなどのエラストマーに高誘電性溶媒を添加した高分子アクチュエータが提案された(特許文献1〜2)。
特許文献1には、誘電性のポリウレタン・エラストマーまたは比較的強い双極子モーメントを有する置換基を持つポリウレタン・エラストマーに、誘電性の溶媒を含ませたポリウレタンゲル状物であって、直流電場を印加することによって誘電性の分子あるいは置換基が電場方向に配向し、ゲルの構造が異方的に変化することを特徴とする高速応答ポリウレタンゲル・アクチュエータが記載されている。しかしながら、高誘電性溶媒の使用によって、柔軟性は向上し、低電界駆動は達成できるものの、上記溶媒のような低分子成分の影響により、絶縁破壊強度が低いという問題があった。
特許文献2には、分子中にヘテロ原子を有するエラストマーと、分子中にヘテロ原子を有し該エラストマーと相溶な高誘電率液状化合物と、を含むエラストマー組成物を架橋してなる、アクチュエータ、センサ等のトランスデューサに好適な誘電膜が記載されている。しかしながら、高誘電率液状化合物の使用によって、柔軟性は向上し、低電界駆動は達成できるものの、上記化合物のような低分子成分の影響により、絶縁破壊強度が低いという問題があった。
従って、低電界であっても駆動が可能であり、かつ高い絶縁破壊強度を有する、誘電性エラストマーを用いた高分子アクチュエータが求められている。
本発明は、上記のような従来の高分子アクチュエータの有する問題点を解決し、柔軟性および伸張率に優れ、低電界であっても駆動が可能であり、かつ高い絶縁破壊強度を有する高分子アクチュエータを提供することを目的とする。
本発明者等は、上記目的を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、ポリイソシアネート成分、活性水素成分および触媒を含有するポリウレタンエラストマー組成物から形成されるポリウレタンエラストマー成形品から構成される高分子アクチュエータにおいて、上記ポリウレタンエラストマー組成物中の活性水素成分が、2官能性ポリオール成分および3官能性ポリオール成分を含有し、ポリウレタンエラストマー組成物の固形分質量をベースとした、数平均分子量(Mn)5,000〜12,000を有するポリオールの配合量および3官能性ポリオールの配合量を特定範囲内に規定することによって、柔軟性および伸張率に優れ、低電界であっても駆動が可能であり、かつ高い絶縁破壊強度を有する高分子アクチュエータを提供し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明は、ポリイソシアネート成分、活性水素成分および触媒を含有するポリウレタンエラストマー組成物から形成されるポリウレタンエラストマー成形品から構成される高分子アクチュエータであって、
該ポリウレタンエラストマー組成物中の活性水素成分が、2官能性ポリオール成分および3官能性ポリオール成分を含有し、かつ3官能性ポリオール成分が該ポリウレタンエラストマー組成物の質量の50〜80質量%の量で存在し、
該活性水素成分を数平均分子量(Mn)で分類した場合、数平均分子量(Mn)5,000〜12,000を有するものが、該ポリウレタンエラストマー組成物の質量の50〜80質量%の量で存在することを特徴とする高分子アクチュエータに関する。
該ポリウレタンエラストマー組成物中の活性水素成分が、2官能性ポリオール成分および3官能性ポリオール成分を含有し、かつ3官能性ポリオール成分が該ポリウレタンエラストマー組成物の質量の50〜80質量%の量で存在し、
該活性水素成分を数平均分子量(Mn)で分類した場合、数平均分子量(Mn)5,000〜12,000を有するものが、該ポリウレタンエラストマー組成物の質量の50〜80質量%の量で存在することを特徴とする高分子アクチュエータに関する。
更に、本発明を好適に実施するためには、上記ポリウレタンエラストマー成形品が、膨潤度15〜25%およびゲル分率50〜90%を有することが望ましい。
本発明によれば、ポリイソシアネート成分、活性水素成分および触媒を含有するポリウレタンエラストマー組成物から形成されるポリウレタンエラストマー成形品から構成される高分子アクチュエータにおいて、上記ポリウレタンエラストマー組成物中の活性水素成分が、2官能性ポリオール成分および3官能性ポリオール成分を含有し、ポリウレタンエラストマー組成物の固形分質量をベースとして、数平均分子量(Mn)5,000〜12,000を有するポリオールの配合量を特定範囲内に規定し、かつ3官能性ポリオールの配合量を特定範囲内に規定することによって、柔軟性および伸張率に優れ、低電界であっても駆動が可能であり、かつ高い絶縁破壊強度を有する高分子アクチュエータを提供することを可能としたものである。
高分子アクチュエータの動作原理を、図1を参照して、以下に説明する。図1の左側に示すのが電圧を印加する前の高分子アクチュエータ1であり、フイルム状に成形されたポリウレタンエラストマー成形品3の両面に電極2が形成されている。図1の右側に示すように、上記電極2に電圧を印加すると、それぞれの電極2における正と負の電荷が引き合い、クーロン力によって、ポリウレタンエラストマー成形品3が圧縮され厚さが減少し、ポリウレタンエラストマー成形品3が面方向に伸張する。
この際に発生する力Pとして、厚さ方向の発生力Pzと面方向の発生力Pxy、伸張率Sとして、厚さ方向の伸張率Szと面方向の伸張率Sxyは以下の通りである。
ε0:真空の誘電率
εr:ポリウレタンエラストマー成形品の比誘電率
E:電界強度
E=V/d(V:電圧、d:厚さ)
ν:ポアソン比
ν=Sxy/Sz=Pxy/Pz
Y:ポリウレタンエラストマー成形品の弾性率
ε0:真空の誘電率
εr:ポリウレタンエラストマー成形品の比誘電率
E:電界強度
E=V/d(V:電圧、d:厚さ)
ν:ポアソン比
ν=Sxy/Sz=Pxy/Pz
Y:ポリウレタンエラストマー成形品の弾性率
従って、上記式から、高い伸張率Sを達成するためには、高い電界強度E(=V/d)、ポリウレタンエラストマー成形品の高い比誘電率および低い弾性率などが必要であることがわかる。本発明の課題である低電界駆動を達成するためには、駆動電圧Vを低減することが必要となる。
本発明の高分子アクチュエータは、前述のように、ポリイソシアネート成分、活性水素成分および触媒を含有するポリウレタンエラストマー組成物(混合液)を反応、硬化させて得られるポリウレタンエラストマー成形品から構成され、顔料、難燃剤、着色防止剤などの添加剤も使用することができる。
本発明の上記ポリウレタンエラストマー組成物に用いられるイソシアネート成分としては、ポリウレタンの分野において公知の化合物を特に限定なく使用できる。例えば、2,4−トルエンジイソシアネート、2,6−トルエンジイソシアネート、2,2’−ジフェニルメタンジイソシアネート、2,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、1,5−ナフタレンジイソシアネート、p−フェニレンジイソシアネート、m−フェニレンジイソシアネート、p−キシリレンジイソシアネート、m−キシリレンジイソシアネート等の芳香族ジイソシアネート、エチレンジイソシアネート、2,2,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート等の脂肪族ジイソシアネート、1,4−シクロヘキサンジイソシアネート、4,4’−ジシクロへキシルメタンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、ノルボルナンジイソシアネート等の脂環式ジイソシアネートが挙げられる。これらは1種で用いても、2種以上を混合しても差し支えない。また、前記イソシアネートは、ウレタン変性、アロファネート変性、ビウレット変性、およびイソシアヌレート変性等の変性化したものであってもよい。
上記ポリイソシアネート成分の市販品として、三井化学株式会社製の「コスモネート T−80」、「コスモネート T−100」、BASF IONIC ポリウレタン株式会社製の「ルプラネート T−80」などが挙げられる。
上記活性水素成分としては、特に限定されないが、ポリエステル系ポリオール、ポリエーテル系ポリオール、ポリカーボネート系ポリオール、ポリブタジエン系ポリオール、ヒマシ油系ポリオール等の高分子ポリオールを好適に用いることができる。また、ポリオールは単独でまたは2種以上組み合わせて使用することができる。本発明に用いることができる活性水素成分としては、弾性率の低減を達成しやすいなどの観点から、ポリエーテル系ポリオールが好ましい。また、そのようなポリエーテル系ポリオールを例に取ると、3官能性ポリオールは、基本的に、塩基性触媒の存在下、開始剤として3価の多価アルコールであるグリセリン、トリメチロールプロパン等に、エチレンオキサイドやプロピレンオキサイドを付加重合させて製造される。
上記ポリエーテル系ポリオールとしては、ポリテトラメチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレンオキサイドとエチレンオキサイドの共重合体および、ポリアクリロニトリル系粒子および、ポリスチレン粒子を含有するポリオール(POP)等が挙げられる。
上記ポリエステル系ポリオールとしては、ポリ(エチレンアジペート)、ポリ(ジエチレンアジペート)、ポリ(プロピレンアジペート)、ポリ(テトラメチレンアジペート)、ポリ(ヘキサメチレンアジペート)、ポリ(ネオペンチレンアジペート)、3−メチル−1,5−ペンタンジオールとアジピン酸からなるポリオール、および、その共重合体または、ε−カプロラクトンを開環重合したカプロラクトンポリオール、カルボン酸成分とグリコール成分からなる共重合体が挙げられる。
上記ポリカーボネート系ポリオールとしては、ポリ(ヘキサンジオールカーボネート)、ポリ(ノナンジオールカーボネート)等が挙げられる。
上記ポリブタジエン系ポリオールとしては、ブタジエンホモポリマー、イソプレンホモポリマー、ブタジエン−スチレンコポリマー、ブタジエン−イソプレンコポリマー、ブタジエン−アクリロニトリルコポリマー、ブタジエン−2−エチルヘキシルアクリレートコポリマー、ブタジエン−n−オクタデシルアクリレートコポリマー等のブタンジエン系ポリマーの末端をヒドロキシル基に変性したものが挙げられる。
上記ヒマシ油系ポリオールとしては、ヒマシ油および変性ヒマシ油(トリメチロールプロパン等の多価アルコールで変性されたヒマシ油等)が挙げられる。
本発明では、上記ポリウレタンエラストマー組成物中の活性水素成分が、2官能性ポリオール成分および3官能性ポリオール成分を含有し、数平均分子量(Mn)5,000〜12,000を有するポリオールの配合量が、上記ポリウレタンエラストマー組成物の固形分質量の50〜80質量%、好ましくは55〜75質量%であり、かつ3官能性ポリオールの配合量が上記ポリウレタンエラストマー組成物の固形分質量の50〜80質量%、好ましくは55〜75質量%であることを要件とする。上記数平均分子量(Mn)5,000〜12,000を有するポリオールの配合量が、上記ポリウレタンエラストマー組成物の固形分質量の50質量%未満では架橋点間分子量が短くなり、十分な伸張率が得られず、80質量%を超えるとエラストマーの作製が困難となる場合が多い。上記3官能性ポリオールの配合量が、上記ポリウレタンエラストマー組成物の固形分質量の50質量%未満ではエラストマーの作製が困難となる場合が多くなり、80質量%を超えるとエラストマーの弾性率が高くなりすぎ、低電界での駆動が困難になる傾向にある。
上記活性水素成分の市販品の内、上記数平均分子量(Mn)5,000〜12,000を有する活性水素成分として、旭硝子株式会社製の「プレミノール7001」、「プレミノール7012」、「プレミノール4006」、「プレミノール4011」、三井化学株式会社製のアクトコール「EP−901P」、「EP−240」、「SHP−3900」などが挙げられ、上記3官能ポリオール成分として旭硝子社製の「エクセノール1030」、「エクセノール3030」、「プレミノール7001」、「プレミノール7012」、三井化学株式会社製のアクトコール「EP−901P」、「EP−240」、「SHP−3900」などが挙げられる。
上記数平均分子量(Mn)5,000〜12,000を有するポリオール成分および上記3官能性ポリオール成分以外のポリオール成分の市販品として、旭硝子株式会社製の「エクセノール1020」、「エクセノール2020」、「エクセノール3020」、三洋化成工業株式会社製のサンニックスPP−2000、PP−3000などが挙げられる。
また、上記ポリイソシアネート成分のイソシアネート基(NCO基)と上記活性水素成分の活性水素基(例えば、OH基)の当量比(NCO基/OH基)は、0.5〜0.95、好ましくは0.65〜0.9であることが望ましい。上記当量比(NCO基/OH基)が0.5未満では成形体を作製することが困難な傾向にあり、0.95を超えると、成形体の弾性率が高くなり、アクチュエータの低電界駆動が達成しにくくなる。
上記ポリウレタン組成物に用いられる触媒としては、公知の触媒を限定なく使用することができるが、トリエチレンジアミン、N,N,N',N'‐テトラメチルヘキサンジアミン、ビス(2−ジメチルアミノエチル)エーテル等の第3級アミン、オクチル酸錫、ジラウリン酸ジ‐n‐ブチル錫、オクチル酸鉛等の金属触媒を使用することができる。これらは1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
上記触媒の市販品として、東栄化工株式会社から商品名「ヘキソエート鉛24%」で市販されているオクチル酸鉛、東ソー株式会社製の「TEDA−L33」、モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ社製の「NIAX CATALYST A1」、花王株式会社製の「カオーライザー NO.1」、「エアプロダクツ社製の「DABCO T−9」、東栄化工株式会社製の「BTT−24」などが挙げられる。
本発明のポリウレタンエラストマー成形品の製造方法は、成形型を用いる方法や、厚さの小さいものではスペーサーを有する離型処理したフィルム間にポリウレタンエラストマー組成物を挟んで所望の厚さに間隙を制御したニップロールを通す方法を用いることができる。上記成形品のキュア条件としては、温度70〜150℃、好ましくは80〜130℃で1〜24時間が望ましい。上記成形品のキュア温度が70℃未満ではポリウレタンエラストマー成形品の硬化性が不十分であり、150℃を超えると多量の副生成物が生成してしまう。また、上記成形品のキュア時間が1時間未満ではポリウレタンエラストマー成形品の硬化性が不十分であり、24時間を超えるとポリウレタンエラストマー成形品が劣化する場合がある。
得られるポリウレタンエラストマー成形品は、所望の形状に作製できるが、薄膜、フィルム、シートであってよく、厚さは0.01〜1.2mm、好ましくは0.05〜1.0mmであることが望ましい。上記成形品の厚さが0.01mm未満ではフィルム内の欠陥を通じて絶縁破壊が起こりやすく、1.2mmを超えると印加される電界強度が低くなり、アクチュエータが駆動しにくくなる。
本発明の上記ポリウレタンエラストマー成形品は、膨潤度15〜25%、好ましくは15〜20%およびゲル分率50〜90%、好ましくは50〜80%を有することが望ましい。上記膨潤度が上記範囲内であれば、形状を保持するのに十分な架橋を有しつつ、上記ポリウレタンエラストマー成形品の架橋密度が低くなり、架橋点間分子量のより大きな架橋網目構造を形成することができるとともに、残存した極性基(OH基)に起因して誘電率が向上して、前述の式で説明したように、伸張率Sが大きくなって伸縮率が向上する。上記ポリウレタンエラストマー成形品の膨潤度が15%未満では成形品の架橋密度が高くなって伸縮率が低下し、25%を超えると極めて柔軟なエラストマーとなり、絶縁破壊強度が低下する。
上記ゲル分率は、運動性の低い成分の割合を意味するので、上記ゲル分率が上記範囲内であれば、短絡の原因であるキャリアの移動度が低くなって絶縁破壊強度が高くなる。上記ゲル分率が50%未満では電極間の短絡が起こりやすく、絶縁破壊強度が低下し、90%を超えると伸縮率や柔軟性が低下する。
本発明において、膨潤度およびゲル分率とは、ポリウレタンエラストマー成形品としての作製したフィルムを幅20mm、長さ50mmに切り出し、室温、トルエン中で72時間浸漬させて、ゲルを取り出し、100℃の減圧乾燥器中で恒量になるまで乾燥し、以下の式より求めたものをいう。
膨潤度(%)=[(Wb−Wa)/ρ]/(Wa/d)×100
ゲル分率(%)=Wc/Wa×100
Wa:膨潤前のサンプルの重量、
Wb:膨潤後の重量、
Wc:乾燥後のゲルの重量、
d:サンプル密度、
ρ:トルエンの密度(=0.869)
膨潤度(%)=[(Wb−Wa)/ρ]/(Wa/d)×100
ゲル分率(%)=Wc/Wa×100
Wa:膨潤前のサンプルの重量、
Wb:膨潤後の重量、
Wc:乾燥後のゲルの重量、
d:サンプル密度、
ρ:トルエンの密度(=0.869)
本発明の高分子アクチュエータは、ポリイソシアネート成分、活性水素成分および触媒を含有するポリウレタンエラストマー組成物から形成されるポリウレタンエラストマー成形品から構成され、上記ポリウレタンエラストマー組成物の固形分質量をベースとして、数平均分子量(Mn)5,000〜12,000を有するポリオールの配合量が50〜80質量%であり、かつ3官能性ポリオールの配合量が50〜80質量%であることを特徴とする。上記のように、架橋構造を形成するために必要である3官能性ポリオールの配合量を規定することによって架橋密度を調整し、数平均分子量(Mn)5,000〜12,000を有するポリオールの配合量を規定することによって架橋点間分子量を調整することによって、柔軟性および伸張率に優れ、低電界であっても駆動が可能であり、かつ高い絶縁破壊強度を有する高分子アクチュエータを提供しようとするものである。
上記成形品の両面に、電極を形成することにより、高分子アクチュエータを作製することができる。上記電極の材質としては、例えば、金、白金、アルミニウム、銀、銅などの金属、カーボン、カーボンナノチューブまたは、それらを樹脂に分散した導電性樹脂や導電性エラストマーも用いることができる。電極を形成する方法としては、例えば、プラズマCVD法、イオンスパッタ被覆法、真空蒸着法、スクリーン印刷などを使用することができる。
以下、実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
(実施例1)
反応容器にポリプロピレングリコール(旭硝子株式会社製、プレミノール7001、数平均分子量6000、官能基数3)36.4質量部、およびポリプロピレングリコール(旭硝子株式会社製、エクセノール3020、数平均分子量3000、官能基数2)54.5質量部を入れ、撹拌しながら減圧脱水を1時間行った。その後、反応容器内を窒素置換した。そして、反応容器にトリレンジイソシアネート(三井化学株式会社製、T−80、2,4−体/2,6−体=80/20の混合物)9.1質量部を添加して、反応容器内の温度を90℃に保持しながら6時間反応させてイソシアネート末端プレポリマーを合成した。
反応容器にポリプロピレングリコール(旭硝子株式会社製、プレミノール7001、数平均分子量6000、官能基数3)36.4質量部、およびポリプロピレングリコール(旭硝子株式会社製、エクセノール3020、数平均分子量3000、官能基数2)54.5質量部を入れ、撹拌しながら減圧脱水を1時間行った。その後、反応容器内を窒素置換した。そして、反応容器にトリレンジイソシアネート(三井化学株式会社製、T−80、2,4−体/2,6−体=80/20の混合物)9.1質量部を添加して、反応容器内の温度を90℃に保持しながら6時間反応させてイソシアネート末端プレポリマーを合成した。
次に、ポリプロピレングリコール(旭硝子株式会社製、プレミノール7001)74.6質量部、ポリプロピレングリコール(旭硝子株式会社製、エクセノール1020、数平均分子量1000)18.7質量部およびオクチル酸鉛(東栄化工株式会社製、ヘキソエート鉛24%)0.8質量部の混合液を調製、減圧脱泡した。続いて、前記混合液に前記プレポリマー100重量を添加し、ハイブリッドミキサー(株式会社キーエンス製)にて混合および脱泡した。この反応液を0.4mmのスペーサーを有する離型処理したポリエチレンテレフタレートフィルム上に滴下し、その上に離型処理したポリエチレンテレフタレートフィルムを被せ、ニップロールにて厚みを0.4mmに調整した。その後、80℃で1時間キュアを行って、ポリウレタンエラストマーフィルムを得た。
作製したフィルムに200%の二軸延伸処理を施し、ポリプロピレン製の直径60mmの枠に固定した。固定されたフィルムに直径15mmとなるようにカーボングリースを塗布し、アクチュエータ素子を製造した。
(実施例2)
ポリウレタンエラストマーフィルム作製時の混合液をポリプロピレングリコール(旭硝子株式会社製、プレミノール7001、数平均分子量6000)149.2質量部およびオクチル酸鉛1.0質量部とした以外は実施例1と同様にしてポリウレタンエラストマーフィルムアクチュエータを作製した。
ポリウレタンエラストマーフィルム作製時の混合液をポリプロピレングリコール(旭硝子株式会社製、プレミノール7001、数平均分子量6000)149.2質量部およびオクチル酸鉛1.0質量部とした以外は実施例1と同様にしてポリウレタンエラストマーフィルムアクチュエータを作製した。
(実施例3)
イソシアネート末端プレポリマー作製時のイソシアネートをトリレンジイソシアネート(三井化学株式会社製、T−100、2,4−体=100%)とした以外は実施例1と同様にしてポリウレタンエラストマーフィルムアクチュエータを作製した。
イソシアネート末端プレポリマー作製時のイソシアネートをトリレンジイソシアネート(三井化学株式会社製、T−100、2,4−体=100%)とした以外は実施例1と同様にしてポリウレタンエラストマーフィルムアクチュエータを作製した。
(実施例4)
ポリウレタンエラストマーフィルム作製時の混合液をポリプロピレングリコール(旭硝子株式会社製、プレミノール7012、数平均分子量10000)93.2質量部、ポリプロピレングリコール(旭硝子株式会社製、エクセノール1020、数平均分子量1000)23.3質量部およびオクチル酸鉛0.5質量部とした以外は実施例1と同様にしてポリウレタンエラストマーフィルムアクチュエータを作製した。
ポリウレタンエラストマーフィルム作製時の混合液をポリプロピレングリコール(旭硝子株式会社製、プレミノール7012、数平均分子量10000)93.2質量部、ポリプロピレングリコール(旭硝子株式会社製、エクセノール1020、数平均分子量1000)23.3質量部およびオクチル酸鉛0.5質量部とした以外は実施例1と同様にしてポリウレタンエラストマーフィルムアクチュエータを作製した。
(実施例5)
ポリウレタンエラストマーフィルム作製時の混合液をポリプロピレングリコール(旭硝子株式会社製、プレミノール7001)55.0質量部、ポリプロピレングリコール(旭硝子株式会社製、エクセノール1020、数平均分子量1000)23.6質量部およびオクチル酸鉛(東栄化工株式会社製、ヘキソエート鉛24%)0.7質量部とした以外は実施例1と同様にしてポリウレタンエラストマーフィルムアクチュエータを作製した。
ポリウレタンエラストマーフィルム作製時の混合液をポリプロピレングリコール(旭硝子株式会社製、プレミノール7001)55.0質量部、ポリプロピレングリコール(旭硝子株式会社製、エクセノール1020、数平均分子量1000)23.6質量部およびオクチル酸鉛(東栄化工株式会社製、ヘキソエート鉛24%)0.7質量部とした以外は実施例1と同様にしてポリウレタンエラストマーフィルムアクチュエータを作製した。
(実施例6)
ポリウレタンエラストマーフィルム作製時の混合液をポリプロピレングリコール(旭硝子株式会社製、プレミノール7001)61.4質量部、ポリプロピレングリコール(旭硝子株式会社製、エクセノール1020、数平均分子量1000)15.4質量部およびオクチル酸鉛(東栄化工株式会社製、ヘキソエート鉛24%)0.7質量部とした以外は実施例1と同様にしてポリウレタンエラストマーフィルムアクチュエータを作製した。
ポリウレタンエラストマーフィルム作製時の混合液をポリプロピレングリコール(旭硝子株式会社製、プレミノール7001)61.4質量部、ポリプロピレングリコール(旭硝子株式会社製、エクセノール1020、数平均分子量1000)15.4質量部およびオクチル酸鉛(東栄化工株式会社製、ヘキソエート鉛24%)0.7質量部とした以外は実施例1と同様にしてポリウレタンエラストマーフィルムアクチュエータを作製した。
(比較例1)
ポリウレタンエラストマーフィルム作製時の混合液をポリプロピレングリコール(旭硝子株式会社製、プレミノール7001)52.2質量部、ポリプロピレングリコール(旭硝子株式会社製、エクセノール1020)13.1質量部、フタル酸ジオクチル(三協化学株式会社製、DOP)385.7質量部およびオクチル酸鉛0.7質量部とした以外は実施例1と同様にしてポリウレタンエラストマーフィルムアクチュエータを作製した。
ポリウレタンエラストマーフィルム作製時の混合液をポリプロピレングリコール(旭硝子株式会社製、プレミノール7001)52.2質量部、ポリプロピレングリコール(旭硝子株式会社製、エクセノール1020)13.1質量部、フタル酸ジオクチル(三協化学株式会社製、DOP)385.7質量部およびオクチル酸鉛0.7質量部とした以外は実施例1と同様にしてポリウレタンエラストマーフィルムアクチュエータを作製した。
(比較例2)
ポリウレタンエラストマーフィルム作製時の混合液をポリプロピレングリコール(旭硝子株式会社製、プレミノール7001)52.2質量部、ポリプロピレングリコール(旭硝子株式会社製、エクセノール1020)13.1質量部、フタル酸ジオクチル(三協化学社株式会社)29.2質量部およびオクチル酸鉛0.8質量部とした以外は実施例1と同様にしてポリウレタンエラストマーフィルムアクチュエータを作製した。
ポリウレタンエラストマーフィルム作製時の混合液をポリプロピレングリコール(旭硝子株式会社製、プレミノール7001)52.2質量部、ポリプロピレングリコール(旭硝子株式会社製、エクセノール1020)13.1質量部、フタル酸ジオクチル(三協化学社株式会社)29.2質量部およびオクチル酸鉛0.8質量部とした以外は実施例1と同様にしてポリウレタンエラストマーフィルムアクチュエータを作製した。
(比較例3)
トリレンジイソシアネート(三井化学株式会社製、T−100)14.8質量部、ポリプロピレングリコール(旭硝子株式会社製、エクセノール3030、数平均分子量3000、官能基数3)42.6質量部、およびポリプロピレングリコール(旭硝子株式会社製、エクセノール2020、数平均分子量2000、官能基数2)42.6質量部を用いてイソシアネート末端プレポリマーを作製し、このプレポリマー100質量部にポリプロピレングリコール(旭硝子株式会社製、エクセノール2020)89.7質量部およびオクチル酸鉛0.8質量部の混合物を加えた以外は実施例1と同様にしてポリウレタンエラストマーフィルムアクチュエータを作製した。
トリレンジイソシアネート(三井化学株式会社製、T−100)14.8質量部、ポリプロピレングリコール(旭硝子株式会社製、エクセノール3030、数平均分子量3000、官能基数3)42.6質量部、およびポリプロピレングリコール(旭硝子株式会社製、エクセノール2020、数平均分子量2000、官能基数2)42.6質量部を用いてイソシアネート末端プレポリマーを作製し、このプレポリマー100質量部にポリプロピレングリコール(旭硝子株式会社製、エクセノール2020)89.7質量部およびオクチル酸鉛0.8質量部の混合物を加えた以外は実施例1と同様にしてポリウレタンエラストマーフィルムアクチュエータを作製した。
(比較例4)
トリレンジイソシアネート(三井化学株式会社製、T−100)14.8質量部、ポリプロピレングリコール(旭硝子株式会社製、エクセノール3030、数平均分子量3000、官能基数3)42.6質量部、およびポリプロピレングリコール(旭硝子株式会社製、エクセノール2020、数平均分子量2000、官能基数2)42.6質量部を用いてイソシアネート末端プレポリマーを作製し、このプレポリマー100質量部にポリプロピレングリコール(旭硝子株式会社製、エクセノール3030)142.1質量部およびオクチル酸鉛1.0質量部の混合物を加えた以外は実施例1と同様にしてポリウレタンエラストマーフィルムアクチュエータを作製した。
トリレンジイソシアネート(三井化学株式会社製、T−100)14.8質量部、ポリプロピレングリコール(旭硝子株式会社製、エクセノール3030、数平均分子量3000、官能基数3)42.6質量部、およびポリプロピレングリコール(旭硝子株式会社製、エクセノール2020、数平均分子量2000、官能基数2)42.6質量部を用いてイソシアネート末端プレポリマーを作製し、このプレポリマー100質量部にポリプロピレングリコール(旭硝子株式会社製、エクセノール3030)142.1質量部およびオクチル酸鉛1.0質量部の混合物を加えた以外は実施例1と同様にしてポリウレタンエラストマーフィルムアクチュエータを作製した。
(比較例5)
ポリウレタンエラストマーフィルム作製時の混合液をポリプロピレングリコール(旭硝子株式会社製、プレミノール7001)29.9質量部、ポリプロピレングリコール(旭硝子株式会社製、エクセノール1020)29.9質量部およびオクチル酸鉛0.7質量部とした以外は実施例1と同様にしてポリウレタンエラストマーフィルムアクチュエータを作製した。
ポリウレタンエラストマーフィルム作製時の混合液をポリプロピレングリコール(旭硝子株式会社製、プレミノール7001)29.9質量部、ポリプロピレングリコール(旭硝子株式会社製、エクセノール1020)29.9質量部およびオクチル酸鉛0.7質量部とした以外は実施例1と同様にしてポリウレタンエラストマーフィルムアクチュエータを作製した。
(比較例6)
ポリウレタンエラストマーフィルム作製時の混合液をポリプロピレングリコール(旭硝子株式会社製、プレミノール7001)52.2質量部、ポリプロピレングリコール(旭硝子株式会社製、エクセノール1020)13.1質量部およびオクチル酸鉛0.7質量部とした以外は実施例1と同様にしてポリウレタンエラストマーフィルムアクチュエータを作製した。
ポリウレタンエラストマーフィルム作製時の混合液をポリプロピレングリコール(旭硝子株式会社製、プレミノール7001)52.2質量部、ポリプロピレングリコール(旭硝子株式会社製、エクセノール1020)13.1質量部およびオクチル酸鉛0.7質量部とした以外は実施例1と同様にしてポリウレタンエラストマーフィルムアクチュエータを作製した。
(比較例7)
ポリウレタンエラストマーフィルム作製時の混合液をポリプロピレングリコール(旭硝子株式会社製、プレミノールS3015、数平均分子量15000、官能基数3)372.4質量部、ポリプロピレングリコール(旭硝子株式会社製、エクセノール1020)15.4質量部およびオクチル酸鉛2.0質量部とした以外は実施例1と同様にしてポリウレタンエラストマーフィルムアクチュエータを作製した。
ポリウレタンエラストマーフィルム作製時の混合液をポリプロピレングリコール(旭硝子株式会社製、プレミノールS3015、数平均分子量15000、官能基数3)372.4質量部、ポリプロピレングリコール(旭硝子株式会社製、エクセノール1020)15.4質量部およびオクチル酸鉛2.0質量部とした以外は実施例1と同様にしてポリウレタンエラストマーフィルムアクチュエータを作製した。
表1に実施例1〜6のプレポリマー配合、表2に比較例1〜4のプレポリマー配合および表3に比較例5〜7のプレポリマー配合を、表4に実施例1〜3のエラストマー配合、表5に実施例4〜6のエラストマー配合、表6に比較例1〜4のエラストマー配合および表7に比較例5〜7のエラストマー配合を質量部単位でまとめて示した。上記のように得られたポリウレタンエラストマーフィルムアクチュエータの膨潤度、ゲル分率、伸張率および絶縁破壊強度を測定し、その結果を表4〜7に示す。伸張率に関しては図2にも結果を示す。試験方法は以下の通りである。
(試験方法)
(1)膨潤度、ゲル分率
作製したフィルムを幅20mm、長さ50mmに切り出し、室温、トルエン中で72時間浸漬させた。その後、ゲルを取り出し、100℃の減圧乾燥器中で恒量になるまで乾燥した。膨潤度、ゲル分率は以下の式より求めた。
膨潤度(%)=[(Wb−Wa)/ρ]/(Wa/d)×100
ゲル分率(%)=Wc/Wa×100
Wa:膨潤前のサンプルの重量、
Wb:膨潤後の重量、
Wc:乾燥後のゲルの重量、
d:サンプル密度、
ρ:トルエンの密度(=0.869)
(1)膨潤度、ゲル分率
作製したフィルムを幅20mm、長さ50mmに切り出し、室温、トルエン中で72時間浸漬させた。その後、ゲルを取り出し、100℃の減圧乾燥器中で恒量になるまで乾燥した。膨潤度、ゲル分率は以下の式より求めた。
膨潤度(%)=[(Wb−Wa)/ρ]/(Wa/d)×100
ゲル分率(%)=Wc/Wa×100
Wa:膨潤前のサンプルの重量、
Wb:膨潤後の重量、
Wc:乾燥後のゲルの重量、
d:サンプル密度、
ρ:トルエンの密度(=0.869)
(2)伸張率、絶縁破壊強度
製造したアクチュエータ素子を、銅箔を介して直流高圧電源(松定プレシジョン株式会社製、HJPM−5R0.6−SP)に繋ぎ、印加電圧に対する伸張率の変化を測定した。表には、20MV/mの値を示す。また、この試験においてアクチュエータ素子が短絡した時の電界強度を絶縁破壊強度とした。なお、伸張率は以下の式より求めた。
伸張率(%)=[√(S2/S1−1)]×100
S1:伸張前のフィルム面積
S2:電圧印加後のフィルム面積
製造したアクチュエータ素子を、銅箔を介して直流高圧電源(松定プレシジョン株式会社製、HJPM−5R0.6−SP)に繋ぎ、印加電圧に対する伸張率の変化を測定した。表には、20MV/mの値を示す。また、この試験においてアクチュエータ素子が短絡した時の電界強度を絶縁破壊強度とした。なお、伸張率は以下の式より求めた。
伸張率(%)=[√(S2/S1−1)]×100
S1:伸張前のフィルム面積
S2:電圧印加後のフィルム面積
(注1)三井化学株式会社から商品名「コスモネート T−80」で市販の2,4−体/2,6−体の比=80/20のトリレンジイソシアネート
(注2)三井化学株式会社から商品名「コスモネート T−100」で市販の2,4-トリレンジイソシアネート
(注3)旭硝子株式会社から商品名「エクセノール1020」で市販されている2官能性ポリエーテルポリオール;数平均分子量(Mn)1000
(注4)旭硝子株式会社から商品名「エクセノール2020」で市販されている2官能性ポリエーテルポリオール;数平均分子量(Mn)2000
(注5)旭硝子株式会社から商品名「エクセノール3020」で市販されている2官能性ポリエーテルポリオール;数平均分子量(Mn)3000
(注6)旭硝子株式会社から商品名「エクセノール3030」で市販されている3官能性ポリエーテルポリオール;数平均分子量(Mn)3000
(注7)旭硝子株式会社から商品名「プレミノール7001」で市販されている3官能性ポリエーテルポリオール;数平均分子量(Mn)6000
(注8)旭硝子株式会社から商品名「プレミノール7012」で市販されている3官能性ポリエーテルポリオール;数平均分子量(Mn)10000
(注9)旭硝子株式会社から商品名「プレミノールS3015」で市販されている3官能性ポリエーテルポリオール;数平均分子量(Mn)15000
(注10)東栄化工株式会社から商品名「ヘキソエート鉛24%」で市販されているオクチル酸鉛
(注11)三協化学株式会社から商品名「DOP」で市販されているフタル酸ジオクチル
(注12)NCO index:(NCO基の当量)/(活性水素基の当量)
*:絶縁破壊。
**:試料片が作製できず測定不可。
(注2)三井化学株式会社から商品名「コスモネート T−100」で市販の2,4-トリレンジイソシアネート
(注3)旭硝子株式会社から商品名「エクセノール1020」で市販されている2官能性ポリエーテルポリオール;数平均分子量(Mn)1000
(注4)旭硝子株式会社から商品名「エクセノール2020」で市販されている2官能性ポリエーテルポリオール;数平均分子量(Mn)2000
(注5)旭硝子株式会社から商品名「エクセノール3020」で市販されている2官能性ポリエーテルポリオール;数平均分子量(Mn)3000
(注6)旭硝子株式会社から商品名「エクセノール3030」で市販されている3官能性ポリエーテルポリオール;数平均分子量(Mn)3000
(注7)旭硝子株式会社から商品名「プレミノール7001」で市販されている3官能性ポリエーテルポリオール;数平均分子量(Mn)6000
(注8)旭硝子株式会社から商品名「プレミノール7012」で市販されている3官能性ポリエーテルポリオール;数平均分子量(Mn)10000
(注9)旭硝子株式会社から商品名「プレミノールS3015」で市販されている3官能性ポリエーテルポリオール;数平均分子量(Mn)15000
(注10)東栄化工株式会社から商品名「ヘキソエート鉛24%」で市販されているオクチル酸鉛
(注11)三協化学株式会社から商品名「DOP」で市販されているフタル酸ジオクチル
(注12)NCO index:(NCO基の当量)/(活性水素基の当量)
*:絶縁破壊。
**:試料片が作製できず測定不可。
表4〜7に示した結果から明らかなように、実施例1〜6の本発明の高分子アクチュエータは、比較例1〜7の従来の高分子アクチュエータに比べて、伸張率および絶縁破壊強度が非常に高いものであった。
これに対して、比較例1および2の高分子アクチュエータは、可塑剤としてのフタル酸ジオクチルのような低分子成分の影響により、絶縁破壊強度が非常に低いものであった。
比較例3の高分子アクチュエータは、数平均分子量(Mn)5,000〜12,000を有するポリオールを含有せず、3官能性ポリオールの配合量が非常に少ないため、架橋点間分子量が小さく、架橋密度が高くなって伸張率が非常に低いものとなった。
比較例4の高分子アクチュエータは、数平均分子量(Mn)5,000〜12,000を有するポリオールを含有しないため、架橋点間分子量が小さく、架橋密度が高くなって、伸張率が小さいものとなった。
比較例5の高分子アクチュエータは、数平均分子量(Mn)5,000〜12,000を有するポリオールおよび3官能性ポリオールの配合量が非常に少なく、膨潤度が高いため軟らかくなり過ぎて、ゲル分率が低いため電極間の短絡が起こりやすくて、絶縁破壊強度が非常に低いものとなった。
比較例6の高分子アクチュエータは、膨潤度が低いため成形品の架橋密度が高くなって、またゲル分率が高いため、伸張率が非常に低いものとなった。
比較例7の高分子アクチュエータは、硬化時に用いたポリオールの数平均分子量(Mn)が高かったため、極めて反応性が低く、エラストマー成形品の作製が困難であり、特性の測定や評価ができなかった。
本発明の高分子アクチュエータは、柔軟性および伸張率に優れ、低電界であっても駆動が可能であり、かつ高い絶縁破壊強度を有するため、センサ、光学スイッチ、ダイヤフラム、点字ディスプレイ、波力発電や踵発電などの発電用途、産業用や介護用のロボット、医療機器などの用途に用いることができる。
1 … 高分子アクチュエータ
2 … 電極
3 … ポリウレタンエラストマー成形品
2 … 電極
3 … ポリウレタンエラストマー成形品
Claims (2)
- ポリイソシアネート成分、活性水素成分および触媒を含有するポリウレタンエラストマー組成物から形成されるポリウレタンエラストマー成形品から構成される高分子アクチュエータであって、
該ポリウレタンエラストマー組成物中の活性水素成分が、2官能性ポリオール成分および3官能性ポリオール成分を含有し、かつ3官能性ポリオール成分が該ポリウレタンエラストマー組成物の質量の50〜80質量%の量で存在し、
該活性水成分を数平均分子量(Mn)で分類した場合、数平均分子量(Mn)5,000〜12,000を有するものが、該ポリウレタンエラストマー組成物の質量の50〜80質量%の量で存在することを特徴とする高分子アクチュエータ。 - 前記ポリウレタンエラストマー成形品が、膨潤度15〜25%およびゲル分率50〜90%を有する、請求項1記載の高分子アクチュエータ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013167990A JP2014100046A (ja) | 2012-10-16 | 2013-08-13 | 高分子アクチュエータ |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012228689 | 2012-10-16 | ||
JP2012228689 | 2012-10-16 | ||
JP2013167990A JP2014100046A (ja) | 2012-10-16 | 2013-08-13 | 高分子アクチュエータ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2014100046A true JP2014100046A (ja) | 2014-05-29 |
Family
ID=50941583
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013167990A Pending JP2014100046A (ja) | 2012-10-16 | 2013-08-13 | 高分子アクチュエータ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2014100046A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017034923A (ja) * | 2015-08-05 | 2017-02-09 | 日立化成株式会社 | ポリマアクチュエータ |
JP2021052586A (ja) * | 2015-12-09 | 2021-04-01 | 国立大学法人信州大学 | 誘電アクチュエータ |
-
2013
- 2013-08-13 JP JP2013167990A patent/JP2014100046A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017034923A (ja) * | 2015-08-05 | 2017-02-09 | 日立化成株式会社 | ポリマアクチュエータ |
JP2021052586A (ja) * | 2015-12-09 | 2021-04-01 | 国立大学法人信州大学 | 誘電アクチュエータ |
JP7261424B2 (ja) | 2015-12-09 | 2023-04-20 | 国立大学法人信州大学 | 誘電アクチュエータ |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6284758B2 (ja) | 高分子アクチュエータ | |
US9643840B2 (en) | Dielectric polyurethane film | |
JP2011120464A (ja) | ポリテトラメチレングリコールエーテル単位を有するポリウレタンポリマーを含む電気機械変換器 | |
KR101964513B1 (ko) | 나노셀룰로오스 기반 투명한 전기 활성 폴리우레탄 및 이의 제조방법 | |
KR101515731B1 (ko) | 폴리에스테르 및/또는 폴리카르보네이트 단위를 갖는 폴리우레탄 중합체를 포함하는 전기기계적 변환기 | |
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 | |
KR102042873B1 (ko) | 디스플레이용 pdms-폴리우레탄 필름 및 이의 제조방법 | |
JP3345730B2 (ja) | ポリウレタンエラストマー・アクチュエーター | |
JP2014100046A (ja) | 高分子アクチュエータ | |
JP4936405B2 (ja) | ポリウレタンエラストマー・アクチュエータ | |
JP6334091B2 (ja) | エラストマー及びトランスデューサ素子 | |
JP6276624B2 (ja) | 高分子アクチュエータ | |
JP2014100047A (ja) | 高分子アクチュエータ | |
TW201343699A (zh) | 包含具有聚酯單元及/或聚碳酸酯單元之聚胺基甲酸酯之機電轉換器 | |
JP2011032397A (ja) | 帯電防止樹脂 | |
WO2016102320A1 (de) | Dipol-modifiziertes polyurethan, verfahren zu dessen herstellung und verwendung zur herstellung von elektroaktiven polyurethan-basierten giesselastomerfolien | |
JP4480241B2 (ja) | 低硬度ポリウレタン組成物、エラストマーおよび低硬度ロール | |
CN107849268B (zh) | 用于显示器的聚氨酯膜及其生产方法 | |
JP2003065393A (ja) | 導電性伝動ベルト | |
WO2016193062A1 (de) | Polymeres, nicht angebundenes additiv zur erhöhung der dielektrizitätskonstante in elektroaktiven polyurethan polymeren | |
JP2001015161A (ja) | ゲル状電解質及びその製造方法 | |
JP2023127898A (ja) | 高分子アクチュエータ及びセンサ |