KR20110063369A - 폴리테트라메틸렌 글리콜 에테르 단위를 갖는 폴리우레탄 중합체를 포함하는 전기기계적 변환기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 제1 전극 및 제2 전극에 의해 접촉되는 유전체 엘라스토머를 포함하는 전기기계적 변환기이며, 상기 유전체 엘라스토머가
A) 폴리이소시아네이트 및/또는 B) 폴리이소시아네이트 예비중합체와 C) 2개 이상의 이소시아네이트-반응성 기를 갖는 화합물과의 반응 생성물을 포함하는 폴리우레탄 중합체를 포함하며,
여기서, 상기 폴리이소시아네이트 예비중합체 B) 및/또는 2개 이상의 이소시아네이트-반응성 기를 갖는 화합물 C)는 하기 화학식 I의 폴리테트라메틸렌 글리콜 에테르 단위를 포함하고:
<화학식 I>
-[O-CH2-CH2-CH2-CH2-]n
(여기서, n은 25 이상이고;
화학식 I에서 값 n에 대한 최소값 nmin 및 값 n에 대한 최대값 nmax는 nmax와 nmin의 차가 0 이상 4 이하가 되도록 선택되고;
n, nmax 및 nmin 값은 동일하거나 상이할 수 있음)
상기 폴리이소시아네이트 예비중합체 B) 및 2개 이상의 이소시아네이트-반응성 기를 갖는 화합물 C)는 화학식 I의 것 이외에 다른 추가의 폴리테트라메틸렌 글리콜 에테르 단위는 함유하지 않는 것인 전기기계적 변환기를 제공한다.
본 발명은 추가로 이러한 전기기계적 변환기의 제조 방법, 및 본 발명의 전기기계적 변환기를 포함하는 전기 및/또는 전자 디바이스를 제공한다.
A) 폴리이소시아네이트 및/또는 B) 폴리이소시아네이트 예비중합체와 C) 2개 이상의 이소시아네이트-반응성 기를 갖는 화합물과의 반응 생성물을 포함하는 폴리우레탄 중합체를 포함하며,
여기서, 상기 폴리이소시아네이트 예비중합체 B) 및/또는 2개 이상의 이소시아네이트-반응성 기를 갖는 화합물 C)는 하기 화학식 I의 폴리테트라메틸렌 글리콜 에테르 단위를 포함하고:
<화학식 I>
-[O-CH2-CH2-CH2-CH2-]n
(여기서, n은 25 이상이고;
화학식 I에서 값 n에 대한 최소값 nmin 및 값 n에 대한 최대값 nmax는 nmax와 nmin의 차가 0 이상 4 이하가 되도록 선택되고;
n, nmax 및 nmin 값은 동일하거나 상이할 수 있음)
상기 폴리이소시아네이트 예비중합체 B) 및 2개 이상의 이소시아네이트-반응성 기를 갖는 화합물 C)는 화학식 I의 것 이외에 다른 추가의 폴리테트라메틸렌 글리콜 에테르 단위는 함유하지 않는 것인 전기기계적 변환기를 제공한다.
본 발명은 추가로 이러한 전기기계적 변환기의 제조 방법, 및 본 발명의 전기기계적 변환기를 포함하는 전기 및/또는 전자 디바이스를 제공한다.
Description
본 발명은 제1 전극 및 제2 전극에 의해 접촉되고, 하나 이상의 폴리테트라메틸렌 글리콜 에테르 단위를 포함하는 폴리우레탄 중합체를 함유하는 유전체 엘라스토머로부터 제조된 전기기계적 변환기에 관한 것이다. 본 발명은 추가로 이러한 전기기계적 변환기의 제조 방법, 및 본 발명의 전기기계적 변환기를 포함하는 전기 및/또는 전자 디바이스에 관한 것이다.
전기기계적 변환기는 전기 에너지의 기계 에너지로의 변환 및 반대로의 변환에서 중요한 역할을 한다. 따라서, 전기기계적 변환기는 감지기, 작동기 및/또는 발전기로서 사용될 수 있다.
이러한 변환기의 한 부류는 전기활성 중합체를 기재로 한 것이다. 전기활성 중합체의 특성, 특히 전기 저항 및 파쇄 강도를 증가시키는 것이 한결같은 목적이다. 그러나, 동시에, 상기 중합체의 기계적 특성은 전기기계적 변환기에 사용하기에 적합하게 되어야 한다.
유전 상수를 증가시키는 한 수단은 특정한 충전제의 첨가이다. 예를 들어, WO 2008/095621에는 폴리올 성분이 혼입되어 있고, DMC 촉매반응에 의해 제조된 폴리알킬렌 옥시드, 특히 폴리프로필렌 옥시드 50 내지 100 중량％, 및 촉매 잔기가 없는 폴리올, 특히 증류 또는 재결정화에 의해 정제되었거나 또는 산소 헤테로사이클의 개환 중합에 의해서는 제조되지 않는 폴리올 0 내지 50 중량％로 형성된 폴리에테르우레탄으로 적어도 이루어진, 카본 블랙-충전된 폴리우레탄 물질이 기재되어 있다. 또한, 폴리우레탄 물질은 카본 블랙을 0.1 내지 30 중량％ 함유한다.
필름-형성 수성 폴리우레탄 분산액으로부터 형성된 에너지 변환기는 WO 2009/074192에 개시되어 있다. 여기서도, 생성된 폴리우레탄 필름의 높은 유전 상수 및 우수한 기계적 특성이 역설된다.
그러나, 당업계에서는, 높은 전기 저항 및 높은 파괴 전계 강도를 동시에 갖는 유전체 엘라스토머를 포함하여 훨씬 더 높은 효율을 달성하는 전기기계적 변환기가 여전히 요구된다.
본 발명의 필름의 사용에 대해 특히 유리한 것은 매우 높은 전기 저항 및 높은 파괴 전계 강도의 조합이다. 이러한 본 발명의 중합체 부재는 유리하게는, 이들로 제조된 전기기계적 변환기의 특히 바람직한 효율을 달성할 수 있다.
발명의 요약
따라서, 본 발명은 높은 전기 저항 및 높은 파괴 전계 강도를 동시에 갖는 유전체 엘라스토머를 포함하여 훨씬 더 높은 효율을 달성하는 전기기계적 변환기를 제공한다.
본 발명의 상기 및 다른 이점 및 이익은 하기의 <발명의 상세한 설명>으로부터 명백할 것이다.
발명의 상세한 설명
본 발명은 이제 예시 목적상 기재될 것이며, 이들로 제한되지는 않는다. 작동 실시예, 또는 다르게 제시된 경우를 제외하고, 명세서에서 양, 퍼센트, OH 개수, 관능기 등을 나타내는 모든 수는 모든 경우에 용어 "약"에 의해 수식되는 것으로 이해된다. 달톤(Dalton) (Da) 단위로 본원에 제공된 당량 및 분자량은 달리 제시되지 않는다면, 각각 수평균 당량 및 수평균 분자량이다.
따라서, 본 발명은 제1 전극 및 제2 전극에 의해 접촉되는 유전체 엘라스토머를 포함하는 전기기계적 변환기이며, 상기 유전체 엘라스토머가
A) 폴리이소시아네이트 및/또는 B) 폴리이소시아네이트 예비중합체와 C) 2개 이상의 이소시아네이트-반응성 기를 갖는 화합물과의 반응 생성물을 포함하는 폴리우레탄 중합체를 포함하며,
여기서, 상기 폴리이소시아네이트 예비중합체 B) 및/또는 2개 이상의 이소시아네이트-반응성 기를 갖는 화합물 C)는 하기 화학식 I의 폴리테트라메틸렌 글리콜 에테르 단위를 함유하고:
<화학식 I>
-[O-CH2-CH2-CH2-CH2-]n
(여기서, n은 25 이상이고; 화학식 I에서 값 n에 대한 최소값 nmin 및 값 n에 대한 최대값 nmax는 nmax와 nmin의 차가 0 이상 4 이하가 되도록 선택되고, n, nmax 및 nmin 값은 동일하거나 상이할 수 있음)
상기 폴리이소시아네이트 예비중합체 B) 및 2개 이상의 이소시아네이트-반응성 기를 갖는 화합물 C)는 화학식 I의 것 이외에 다른 추가의 폴리테트라메틸렌 글리콜 에테르 단위는 함유하지 않는 것인 전기기계적 변환기를 제공한다.
본 발명자들은 본 발명의 전기기계적 변환기에 제공되는 폴리우레탄 중합체가 높은 파괴 전계 강도와 함께 특히 높은 전기 저항을 갖는다는 것을 발견하였다. 동시에, 폴리우레탄은 연질 엘라스토머 형태이다. 이러한 특성의 조합은 전기기계적 변환기에서 유리한 것으로 입증될 수 있다.
기계적 응력이 상기 변환기 상에 가해지는 경우, 변환기는 예를 들어, 그의 두께 및 그의 공간에 따라 변형되고, 강한 전기적 신호가 전극에서 탐지될 수 있다. 이에 따라, 기계 에너지는 전기 에너지로 변환된다. 결과적으로, 본 발명의 변환기는 발전기로서 또는 감지기로서 사용될 수 있다.
반면, 반대 결과, 즉, 전기 에너지의 기계 에너지로의 변환을 이용하는 본 발명의 변환기는 동등하게 작동기 역할을 할 수 있다.
적합한 전극은 기본적으로, 충분히 높은 전기 전도도를 가지고 유리하게는 유전체 엘라스토머의 팽창을 수반할 수 있는 모든 물질이다. 예를 들어, 전극은 전기적 전도성 중합체로부터, 전도성 잉크로부터 또는 카본 블랙으로부터 형성될 수 있다.
본 발명의 맥락에서 유전체 엘라스토머는 전기장의 적용을 통해 그의 형상을 변경시킬 수 있는 엘라스토머이다. 엘라스토머 필름의 경우, 예를 들어, 두께는 감소될 수 있고, 동시에 지면 방향으로 필름 길이가 연장된다.
유전체 엘라스토머 층의 두께는 바람직하게는 1 μm 이상 500 μm 이하, 보다 바람직하게는 10 μm 이상 100 μm 이하이다. 이들은 단일편 또는 다중편 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 다중편 층은 각각의 층을 서로의 위에 적층시켜 수득할 수 있다.
유전체 엘라스토머는 본 발명에 따라 제공되는 폴리우레탄 중합체뿐만 아니라 추가의 성분을 가질 수 있다. 이러한 성분으로는 예를 들어 가교제, 증점제, 공용매, 요변제(thixotropic agent), 안정화제, 산화방지제, 광 안정화제, 유화제, 계면활성제, 접착제, 가소제, 발수첨가제(hydrophobing agent), 안료, 충전제 및 평활 조제가 포함된다.
엘라스토머 중의 충전제는 예를 들어, 중합체의 유전 상수를 조절할 수 있다. 이의 예는 세라믹 충전제, 특히 바륨 티타네이트, 이산화티탄, 및 압전(piezoelectric) 세라믹, 예컨대 석영 또는 납-지르코늄 티타네이트, 및 또한 유기 충전제, 특히 높은 전기 분극을 갖는 것, 예를 들어 프탈로시아닌이다.
또한, 높은 유전 상수는 그의 침출 역치 미만의 전기적 전도성 충전제의 도입에 의해 달성될 수 있다. 이의 예는 카본 블랙, 흑연, 단일벽 또는 다중벽 탄소 나노튜브, 전기적 전도성 중합체, 예컨대 폴리티오펜, 폴리아닐린 또는 폴리피롤, 또는 이들의 혼합물이다. 이러한 맥락에서, 관심이 가는 카본 블랙 유형은 특히, 표면 부동화를 가지며, 이에 따라 침출 역치 미만의 낮은 농도에서 유전 상수를 증가시키지만, 중합체의 전도성은 증가시키지 않는 것이다.
폴리우레탄 중합체는 폴리이소시아네이트 A) 및/또는 폴리이소시아네이트 예비중합체 B)와, 2개 이상의 이소시아네이트-반응성 기를 포함하는 화합물 C)와의 반응으로부터 수득되는 것으로 예상된다. 이러한 맥락에서, B) 및/또는 C)는 상기 언급된 화학식 I의 폴리테트라메틸렌 글리콜 에테르 단위를 갖는다. 이에 따라 하기 가능성이 있을 수 있다: C)에 단위 (I)을 갖는 A) + C); B)에 단위 (I)을 갖는 B) + C); C)에 단위 (I)을 갖는 B) + C); B) 및 C)에 단위 (I)을 갖는 B) + C); B)에 단위 (I)을 갖는 A) + B) + C); C)에 단위 (I)을 갖는 A) + B) + C); 및 마지막으로 B) 및 C)에 단위 (I)을 갖는 A) + B) + C).
폴리우레탄 중합체에서 단위 (I)은 예를 들어, 폴리이소시아네이트 및/또는 폴리이소시아네이트 예비중합체와, 중합체성 테트라히드로푸란 (중합체성 THF) 기재의 폴리에테르 폴리올과의 반응으로부터 수득될 수 있다. 이들 중합체는 마찬가지로, 예비중합체를 형성시키는데 또한 사용될 수 있다.
화학식 I에서 값 n은 중합체성 THF의 쇄 길이를 나타내므로, 사용되는 폴리올의 분자 질량과 관련이 있다. 여기서, 값 n은 25 이상이다. 이는 약 1800 g/mol의 분자 질량을 갖는 중합체성 THF에 상응한다. 유의하게 낮은 평균 분자 질량의 중합체성 THF의 경우, 폴리우레탄 중합체에서 전기 저항 및 파괴 전계 강도의 요망되는 조합은 달성되지 않는 것으로 밝혀졌다. 값 n은 또한, 예를 들어 27 이상일 수 있으며, 이는 약 2000 g/mol의 분자 질량에 상응한다. n에 대한 추가의 바람직한 값은 41 이상이거나 또는 55 이상이다.
본 발명에 따라 사용되는 중합체에서, 목적은 단위 (I)의 쇄 길이가 매우 실질적으로 균일하다는 것이다. 이는 중합체에서 최단 쇄와 폴리우레탄 중합체에서 최장 쇄의 길이 차가 0 이상 4개 이하의 -[O-CH2-CH2-CH2-CH2-] 기인 경우에 달성된다. nmax와 nmin의 길이 차는 또한 0 이상 3 이하, 또는 1 이상 2 이하일 수 있다. 매우 실질적으로 균일한 쇄 길이의 경우, 매우 규칙적인 폴리우레탄 중합체가 획득될 수 있다. 상기 목적상, 예외는 본 발명의 한 사례로 제시된다. 이러한 예외는 성분 A) + B) + C)를 갖는 폴리우레탄 중합체가 제조되는 경우에 관한 것이다.
상기 경우에서, 예비중합체 B) 및 화합물 C)로부터 유래된 중합체에서의 단위 (I)은 n, nmax 및 nmin에 대해 동일한 값을 가지는 것이 또한 가능하다. 비유적으로 말하면, 이 경우, 본 발명에 따라 예상된 B) 및 C)에서 쇄 길이가 균일한 동일한 중합체성 THF가 사용된다. 그러나, 본 발명자들은 또한, 각각이 요구되는 쇄 길이의 균일성을 갖는 경우, 상이한 중합체성 THF 폴리올이 B) 및 C)에서 사용될 수 있음을 고려한다. 상기 경우에서, B)에서의 단위 (I)은 n, nmax 및 nmin에 대해 임의의 값을 가질 수 있으며, nmax와 nmin의 차는 0 이상 4 이하, 0 이상 3 이하 또는 1 이상 2 이하이다. C)에서의 단위 (I)은 n, nmax 및 nmin에 대해 상이한 값을 가지며, nmax와 nmin의 차는 여기서도 0 이상 4 이하, 0 이상 3 이하 또는 1 이상 2 이하이다.
또한, 본 발명에 따라, 각각 단독으로의 폴리이소시아네이트 예비중합체 B) 및 2개 이상의 이소시아네이트-반응성 기를 갖는 화합물 C)에서, 화학식 I의 것 이외의 추가의 폴리테트라메틸렌 글리콜 에테르 단위는 존재하지 않는 것으로 고려된다. 이는, 예비중합체 B)에서, n 또는 nmax와 nmin의 차에 대해 다른 값을 갖는 폴리테트라메틸렌 글리콜 에테르 단위가 존재하지 않고, 화합물 C)에서도 역시, n 또는 nmax와 nmin의 차에 대해 다른 값을 갖는 폴리테트라메틸렌 글리콜 에테르 단위가 존재하지 않음을 의미한다. 이는 폴리우레탄 중합체의 규칙적인 구조에 큰 기여를 한다.
예를 들어, 구체적으로는, 예비중합체 B) 또는 성분 C)에 대해 2개의 상이한 중합체성 THF 폴리에테르의 혼합물을 사용하여 폴리우레탄을 제조하는 것은 바람직하지 않다. 평균 분자 질량이 각각 1000 g/mol 및 3000 g/mol인 중합체성 THF의 1:1 혼합물은 또한 2000 g/mol의 평균 분자 질량을 야기할 수 있다. 그러나, 최장 길이의 중합체 쇄 (3000 g/mol을 갖는 중합체성 THF로부터)와 최단 길이의 중합체 쇄 (1000 g/mol을 갖는 중합체성 THF로부터)의 차는 확실히 4개의 -[O-CH2-CH2-CH2-CH2-] 기보다 클 것이다.
본 발명에 따라, 적합한 폴리이소시아네이트 및 성분 A)로는 예를 들어, 부틸렌 1,4-디이소시아네이트, 헥사메틸렌 1,6-디이소시아네이트 (HDI), 이소포론 디이소시아네이트 (IPDI), 트리메틸헥사메틸렌 2,2,4- 및/또는 2,4,4-디이소시아네이트, 이성질체성 비스(4,4'-이소시아네이토시클로헥실)메탄 또는 임의의 이성질체 함량을 갖는 이들의 혼합물, 시클로헥실렌 1,4-디이소시아네이트, 4-이소시아네이토메틸옥탄 1,8-디이소시아네이트 (노난 트리이소시아네이트), 페닐렌 1,4-디이소시아네이트, 톨루일렌 2,4- 및/또는 2,6-디이소시아네이트, 나프틸렌 1,5-디이소시아네이트, 디페닐메탄 2,2'- 및/또는 2,4'- 및/또는 4,4'-디이소시아네이트, 1,3- 및/또는 1,4-비스(2-이소시아네이토프로프-2-일)벤젠 (TMXDI), 1,3-비스(이소시아네이토메틸)벤젠 (XDI), 1개 내지 8개의 탄소 원자를 갖는 알킬기를 갖는 알킬 2,6-디이소시아네이토헥사노에이트 (리신 디이소시아네이트), 및 이들의 혼합물이 포함된다. 또한, 우레트디온, 이소시아누레이트, 바이우레트, 이미노옥사디아진디온 또는 옥사디아진트리온 구조를 함유하고, 언급된 디이소시아네이트를 기재로 하는 화합물이 성분 A에 대해 적합한 단위이다.
성분 B)로서 사용가능한 폴리이소시아네이트 예비중합체는 하나 이상의 디이소시아네이트를 임의로 촉매 및 보조제 및 첨가제를 첨가하여 하나 이상의 히드록시-관능성, 특히 중합체성 폴리올과 반응시켜 수득할 수 있다. 추가로, 폴리이소시아네이트 예비중합체의 형성에 대해, 쇄를 연장시키기 위한, 예를 들어 1급 및/또는 2급 아미노기 (NH2- 및/또는 NH-관능성 성분)를 갖는 성분을 사용하는 것이 또한 가능하다.
폴리이소시아네이트 예비중합체 B)로의 전환에 대한 히드록시-관능성 중합체성 폴리올은 본 발명에 따라, 예를 들어 폴리에스테르 폴리올, 폴리아크릴레이트 폴리올, 폴리우레탄 폴리올, 폴리카르보네이트 폴리올, 폴리에테르 폴리올, 폴리에스테르 폴리아크릴레이트 폴리올, 폴리우레탄 폴리아크릴레이트 폴리올, 폴리우레탄 폴리에스테르 폴리올, 폴리우레탄 폴리에테르 폴리올, 폴리우레탄 폴리카르보네이트 폴리올 및/또는 폴리에스테르 폴리카르보네이트 폴리올일 수 있다. 이들은 개별적으로, 또는 서로와의 임의의 혼합물로 사용되어 폴리이소시아네이트 예비중합체를 제조할 수 있다.
폴리이소시아네이트 예비중합체 B)를 제조하기 위해, 디이소시아네이트를 2:1 내지 20:1, 예를 들어 8:1의 이소시아네이트기 대 히드록실기의 비 (NCO/OH 비)로 폴리올과 반응시킬 수 있다. 이는 우레탄 및/또는 알로파네이트(allophanate) 구조를 형성할 수 있다. 특정 분율의 전환되지 않은 폴리이소시아네이트는 후속적으로 제거될 수 있다. 상기 목적상, 예를 들어 박막 증류가 사용될 수 있으며, 이 경우, 바람직하게는 잔류 단량체 함량이 1 중량％ 이하, 보다 바람직하게는 0.5 중량％ 이하, 가장 바람직하게는 0.1 중량％ 이하인, 잔류 단량체가 적은 생성물이 수득된다. 반응 온도는 바람직하게는 20℃ 내지 120℃, 보다 바람직하게는 60℃ 내지 100℃일 수 있다. 임의로, 제조 동안에 안정화제, 예컨대 벤조일 클로라이드, 이소프탈로일 클로라이드, 디부틸 포스페이트, 3-클로로프로피온산 또는 메틸 토실레이트를 첨가할 수 있다.
더욱이, 폴리이소시아네이트 예비중합체 B)의 제조에서, 쇄를 연장시키기 위해 NH2- 및/또는 NH-관능성 성분을 추가로 사용할 수 있다.
본 발명에 따른, 쇄 연장에 대해 적합한 성분은 유기 디- 또는 폴리아민이다. 예를 들어, 에틸렌디아민, 1,2-디아미노프로판, 1,3-디아미노프로판, 1,4-디아미노부탄, 1,6-디아미노헥산, 이소포론디아민, 2,2,4- 및 2,4,4-트리메틸헥사메틸렌디아민의 이성질체 혼합물, 2-메틸펜타메틸렌디아민, 디에틸렌트리아민, 디아미노디시클로헥실메탄 또는 디메틸에틸렌디아민, 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.
또한, 2급 아미노기 및 1급 아미노기를 가지거나 또는 OH 기 및 아미노기 (1급 또는 2급)를 갖는 화합물을 사용하여 폴리이소시아네이트 예비중합체 B)를 제조하는 것이 또한 가능하다. 이러한 목적에 대한 예는 1급/2급 아민, 예컨대 디에탄올아민, 3-아미노-1-메틸아미노프로판, 3-아미노-1-에틸아미노프로판, 3-아미노-1-시클로헥실아미노프로판, 3-아미노-1-메틸아미노부탄, 알칸올아민, 예컨대 N-아미노에틸에탄올아민, 에탄올아민, 3-아미노프로판올, 네오펜탄올아민이다. 쇄의 종결에 대해서는, 통상적으로 이소시아네이트에 대해 반응성인 기를 갖는 아민, 예컨대 메틸아민, 에틸아민, 프로필아민, 부틸아민, 옥틸아민, 라우릴아민, 스테아릴아민, 이소노닐옥시프로필아민, 디메틸아민, 디에틸아민, 디프로필아민, 디부틸아민, N-메틸아미노프로필아민, 디에틸(메틸)아미노프로필아민, 모르폴린, 피페리딘 또는 적합하게 치환된 이의 유도체, 디-1급 아민 및 모노카르복실산으로부터 형성된 아미드 아민, 디-1급 암멘의 모노케팀, 1급/3급 아민, 예컨대 N,N-디메틸아미노프로필아민을 사용한다.
성분 B)로서 본 발명에 따라 사용되는 폴리이소시아네이트 예비중합체, 또는 이들의 혼합물은 바람직하게는, 1.8 이상 5 이하, 보다 바람직하게는 2 이상 3.5 이하, 가장 바람직하게는 2 이상 2.5 이하의 평균 NCO 관능기를 가질 수 있다.
본 발명의 맥락에서, 성분 C)는 기본적으로, 2개 이상의 이소시아네이트-반응성 히드록실기를 갖는 화합물일 수 있다. 예를 들어, 성분 C)는 2개 이상의 이소시아네이트-반응성 히드록실기를 갖는 폴리올일 수 있다.
물론, 폴리우레탄 중합체에서 화학식 I의 폴리테트라메틸렌 글리콜 에테르 단위의 존재 및 형태에 대해 상기 언급된 조건이 적용된다.
B)로부터의 이소시아네이트기에 대한 A)로부터의 이소시아네이트기의 사용되는 당량비는 유리하게는, 1:10 이상 내지 10:1 이하, 보다 바람직하게는 1:5 이상 5:1 이하, 가장 바람직하게는 1:3 이상 3:1 이하이다.
본 발명의 맥락에서, 성분 A), B) 및 C)와 관련하여 단어 "a"는 "1개"의 의미로 사용되는 것이 아니라, 오히려 부정관사로서 사용된다.
본 발명의 전기기계적 변환기의 한 실시양태에서, 화학식 I에서의 n은 추가로 29 이하이다. 25 이상 29 이하의 n 값은 폴리우레탄 중합체의 제조에서 2000 g/mol의 평균 분자 질량을 갖는 폴리테트라메틸렌 글리콜 에테르 폴리올을 사용함으로써 달성될 수 있다. 이러한 폴리올은 예를 들어, 상표명 폴리THF(POLYTHF) 2000 또는 테라탄(TERATHANE) 2000 하에 시판되고 있다. n의 값은 또한 28 이하일 수 있거나 또는 27 이하일 수 있다.
본 발명의 전기기계적 변환기의 다른 실시양태에서, 폴리우레탄 중합체는 삼관능성 폴리이소시아누레이트 A) 및 폴리테트라메틸렌 글리콜 에테르 폴리올 C)의 반응으로부터 수득할 수 있다. 삼관능성 폴리이소시아누레이트는 바람직하게는, 지방족 디이소시아네이트의 삼량체이다. 보다 바람직하게는, 3개의 헥사메틸렌 디이소시아네이트 분자로부터 형성된 이소시아누레이트이다.
본 발명의 전기기계적 변환기의 추가의 실시양태에서, 폴리우레탄 중합체는 폴리우레탄 예비중합체 B) 및 폴리알킬렌 옥시드 폴리에테르 폴리올 C)의 반응으로부터 수득할 수 있고, 상기 폴리우레탄 예비중합체 B)는 이관능성 폴리이소시아네이트 및 폴리테트라메틸렌 글리콜 에테르 폴리올의 반응으로부터 수득한다. 예비중합체의 형성에 대해 특히 적합한 폴리이소시아네이트는 헥사메틸렌 디이소시아네이트 및 디페닐메탄 4,4'-디이소시아네이트이다. 상기 예비중합체는 후속적으로, 폴리알킬렌 옥시드 폴리에테르 폴리올로 쇄-연장된다. 상기 목적상 적합한 폴리올은 특히, 폴리프로필렌 옥시드 폴리에테르 폴리올 또는 폴리프로필렌 옥시드-폴리에틸렌 옥시드 에테르 폴리올이다. 쇄 연장용 폴리올은 바람직하게는 이관능성 또는 삼관능성이다. 수평균 분자 질량은 예를 들어, 2000 g/mol 이상 6000 g/mol 이하일 수 있다.
본 발명의 전기기계적 변환기의 이외의 다른 실시양태에서, 폴리우레탄 중합체는 이소시아네이트-관능성 폴리우레탄 예비중합체 B) 및 폴리테트라메틸렌 글리콜 에테르 폴리올 C)의 반응으로부터 수득할 수 있다. 이 경우, 중합체성 THF는 예비중합체 쇄를 연장시키는 역할을 한다.
상기 실시양태에서, 삼관능성 폴리이소시아누레이트 A)가 반응물에 추가로 제공되어 폴리우레탄 중합체를 생성하는 경우가 바람직하다. 삼관능성 폴리이소시아누레이트는 바람직하게는 지방족 디이소시아네이트의 삼량체이다. 보다 바람직하게는, 3개의 헥사메틸렌 디이소시아네이트 분자로부터 형성된 이소시아누레이트이다.
본 발명의 전기기계적 변환기의 이외의 다른 실시양태에서, 폴리우레탄 중합체는 폴리우레탄 예비중합체 B) 및 폴리테트라메틸렌 글리콜 에테르 폴리올 C)의 반응으로부터 수득하고, 상기 폴리우레탄 예비중합체 B)는 이관능성 폴리이소시아네이트 및 폴리테트라메틸렌 글리콜 에테르 폴리올의 반응으로부터 수득한다. 이 경우, 중합체성 THF는 예비중합체를 형성시키고 그의 쇄를 연장시키는 역할을 한다.
본 발명의 전기기계적 변환기의 추가의 실시양태에서, 폴리우레탄 중합체 중의 폴리테트라메틸렌 글리콜 에테르 단위의 분율은 20 중량％ 이상 90 중량％ 이하이다. 이러한 분율은 바람직하게는, 25 중량％ 이상 80 중량％ 이하, 보다 바람직하게는 30 중량％ 이상 50 중량％ 이하 범위이다.
본 발명의 전기기계적 변환기의 또다른 실시양태에서, 폴리우레탄 중합체는 0.1 MPa 이상 10 MPa 이하의 50％ 신장률에서의 탄성 모듈러스를 갖는다. 여기서, 상기 모듈러스는 DIN EN 150 672 1-1에 따라 측정되고, 이는 또한 0.2 MPa 이상 5 MPa 이하일 수 있다. 또한, 폴리우레탄 중합체는 0.2 MPa 이상, 특히 0.4 MPa 이상 50 MPa 이하의 최대 응력, 및 250％ 이상, 특히 350％ 이상의 최대 변형률을 가질 수 있다. 추가로, 50％ 이상 200％ 이하의 작업 변형률 범위 내의 본 발명의 중합체 부재는 0.1 MPa 이상 1 MPa 이하, 예를 들어 0.15 MPa 이상 0.8 MPa 이하, 특히 0.2 MPa 이상 0.3 MPa 이하 (DIN 53504에 따라 측정됨)의 응력을 가질 수 있다.
본 발명은 추가로,
1) 제1 전극 및 제2 전극을 제공하는 단계;
2) A) 폴리이소시아네이트 및/또는 B) 폴리이소시아네이트 예비중합체와 C) 2개 이상의 이소시아네이트-반응성 기를 갖는 화합물과의 반응 생성물을 포함하는 폴리우레탄 중합체를 포함하며,
여기서, 상기 폴리이소시아네이트 예비중합체 B) 및/또는 2개 이상의 이소시아네이트-반응성 기를 갖는 화합물 C)는 하기 화학식 I의 폴리테트라메틸렌 글리콜 에테르 단위를 함유하고:
<화학식 I>
-[O-CH2-CH2-CH2-CH2-]n
(여기서, n은 25 이상이고;
화학식 I에서 값 n에 대한 최소값 nmin 및 값 n에 대한 최대값 nmax는 nmax와 nmin의 차가 0 이상 4 이하가 되도록 선택되고;
n, nmax 및 nmin 값은 동일하거나 상이할 수 있음)
상기 폴리이소시아네이트 예비중합체 B) 및 2개 이상의 이소시아네이트-반응성 기를 갖는 화합물 C)는 화학식 I의 것 이외에 다른 추가의 폴리테트라메틸렌 글리콜 에테르 단위는 함유하지 않는 유전체 엘라스토머를 제공하는 단계; 및
3) 상기 유전체 엘라스토머를 제1 전극과 제2 전극 사이에 배열하는 단계
를 포함하는, 전기기계적 변환기의 제조 방법을 제공한다.
상기 실시양태를 비롯한 폴리우레탄 중합체의 상세사항은 본 발명의 디바이스와 관련하여 본원 상기에 이미 기재되었다. 불필요한 반복을 피하기 위해, 방법에 대해서는 거기를 참고한다.
본 발명에 따른 방법의 한 실시양태에서, 유전체 엘라스토머는 폴리우레탄 중합체를 생성하는 반응 혼합물을 제1 및/또는 제2 전극에 적용함으로써 제공된다. 이러한 절차의 이점은 특히, 경화된 엘라스토머가 전극에의 우수한 접착을 형성할 수 있다는 것이다.
반응 혼합물은 예를 들어, 나이프-코팅(knife-coating), 페인팅, 주입, 방사, 분무 또는 압출에 의해 적용될 수 있다.
바람직하게는, 반응 혼합물을 건조시키고/거나 열 처리한다. 건조는 0℃ 내지 200℃의 온도 범위 내에서, 예를 들어 0.1분 내지 48시간, 특히 6시간 내지 18시간 동안 수행될 수 있다. 열 처리는 예를 들어, 80℃ 내지 250℃의 온도 범위 내에서, 예를 들어 0.1분 내지 24시간 동안 수행될 수 있다.
본 발명은 추가로,
A) 폴리이소시아네이트 및/또는 B) 폴리이소시아네이트 예비중합체 및 C) 2개 이상의 이소시아네이트-반응성 기를 갖는 화합물의 반응으로부터 수득되는 폴리우레탄 중합체를 포함하며,
여기서, 상기 폴리이소시아네이트 예비중합체 B) 및/또는 2개 이상의 이소시아네이트-반응성 기를 갖는 화합물 C)는 하기 화학식 I의 폴리테트라메틸렌 글리콜 에테르 단위를 포함하고:
<화학식 I>
-[O-CH2-CH2-CH2-CH2-]n
(여기서, n은 25 이상이고;
화학식 I에서 값 n에 대한 최소값 nmin 및 값 n에 대한 최대값 nmax는 nmax와 nmin의 차가 0 이상 4 이하가 되도록 선택되고;
n, nmax 및 nmin 값은 동일하거나 상이할 수 있음)
상기 폴리이소시아네이트 예비중합체 B) 및 2개 이상의 이소시아네이트-반응성 기를 갖는 화합물 C)는 화학식 I의 것 이외에 다른 추가의 폴리테트라메틸렌 글리콜 에테르 단위는 함유하지 않는 유전체 엘라스토머의, 전기기계적 변환기의 작동기, 감지기 및/또는 발전기로서의 용도에 관한 것이다.
상기 실시양태를 비롯한 폴리우레탄 중합체의 상세사항은 본 발명의 디바이스와 관련하여 본원 상기에 이미 기재되었다. 불필요한 반복을 피하기 위해, 이의 용도에 대해서는 거기를 참고한다.
본 발명의 물질은 전기기계 및 전기음향 분야, 특히 기계적 진동으로부터의 전력 생산 (에너지 확보), 음향, 초음파, 의료 진단, 초음파 현미경검사, 기계식 센서 시스템, 특히 압력, 힘 및/또는 변형 센서 시스템, 로봇 시스템 및/또는 통신 기술 분야의 다수의 매우 상이한 용품에서 유용한 것으로 여겨질 수 있다. 이의 예는 압력 감지기, 전기음향 변환기, 마이크로폰, 확성기, 진동 변환기, 광편향기, 막, 유리 섬유 광학용 변조기, 초전형 검출기, 축전기 및 제어 시스템 및 "인텔리전트(intelligent)" 플로어, 및 수면 파력, 특히 심해 파력을 전기 에너지로 전환시키는 시스템이다.
본 발명은 추가로 본 발명의 전기기계적 변환기를 포함하는 전기 및/또는 전자 디바이스를 제공한다.
본 발명은 하기 제시되는 실시예에 의해 추가로 예시되나, 이들로 제한되지는 않는다.
실시예
다르게 특성화되지 않는다면, 모든 백분율은 중량을 기준으로 하고, 모든 분석 측정은 23℃의 온도를 기준으로 한다. NCO 함량은 달리 명확하게 언급되지 않는다면, DIN-EN ISO 11909에 따라 부피분석적으로 측정하였다.
기록된 점도는 안톤 파르 게르마니 게엠베하(Anton Paar Germany GmbH)로부터의 회전 점도계를 사용하여 23℃에서 DIN 53019에 따라 회전 점도측정법에 의해 측정하였다.
인장 시험은 50 mm/분의 견인 속도로 DIN 53 504에 따라, 전체 측정 범위가 1 kN인 로드 셀(load cell)이 장착된 츠빅(Zwick)으로부터의 인장 시험기 (모델 번호 1455)에 의해 수행하였다. 사용되는 시편은 S2 인장 시편이었다. 동일한 방식으로 제조된 3개의 시편에 대해 각각 측정을 수행하였고, 획득한 데이타의 평균을 평가에 대해 사용하였다. [MPa] 단위의 응력은 50％ 신장률에서 측정하였다.
전기 저항은 ASTM D 257 (물질의 절연 저항을 측정하는 방법)에 따라, 키슬리 인스트루먼츠(Keithley Instruments)로부터의 실험실 장치 (모델 번호: 6517 A 및 8009)에 의해 측정하였다.
ASTM D 149-97a에 따른 파괴 전계 강도의 측정은 어쏘시에이티드 리서치 인코포레이티드(Associated Research Inc.)로부터의 고-전압원 하이포트맥스(HypotMAX) 및 본 발명자들에 의해 제작된 샘플 홀더로 수행하였다. 샘플 홀더는 균일하게 두꺼운 중합체 샘플을 낮은 기계적 프리로드(preload)와만 접촉시키고, 사용자가 전압과 접촉되지 않게 한다. 이 장치에서, 필름을 관통하여 전기적 파쇄가 존재할 때까지, 예비가압되지 않은 중합체 필름에 전압을 상승시키면서 정하중(static load)을 가하였다. 측정 결과는 중합체 필름의 두께를 기준으로, 파쇄시 도달되는 전압량이다 [V/μm]. 필름 당 5회의 측정을 수행한 다음, 평균치를 기록하였다.
사용된 물질 및 약어:
데스모두르(DESMODUR) N 3300 헥사메틸렌 디이소시아네이트 기재의 삼관능성 이소시아누레이트 (HDI 삼량체), NCO 함량: 21.8 ± 0.3％ (DIN EN ISO 11 909에 따름), 23℃에서의 점도: 3000 ± 750 mPa·s, 바이엘 머티리얼사이언스 아게(Bayer MaterialScience AG)
데스모두르 44M 메틸렌 디페닐 4,4'-디이소시아네이트, 바이엘 머티리얼사이언스 아게
테라탄 2000 Mn = 2000 g/mol인 폴리테트라메틸렌 에테르 글리콜, 인비스타 레진스 앤 피버스(INVISTA Resins & Fibers)
테라탄 650 Mn = 650 g/mol인 폴리테트라메틸렌 에테르 글리콜, 인비스타 레진스 앤 피버스
폴리THF 2000 Mn = 2000 g/mol인 이관능성 폴리테트라에틸렌 글리콜 폴리에테르, 바스프 에스이(BASF SE)
아르콜(ARCOL) PPG 2000 Mn = 2000 g/mol인 폴리프로필렌 글리콜, 바이엘 머티리얼사이언스 아게
아클라임(ACCLAIM) 6320 Mn = 6000 g/mol이고, 에틸렌 옥시드 단위의 비율이 20 중량％인 삼관능성 폴리프로필렌 글리콜-폴리에틸렌 글리콜 폴리에테르, 바이엘 머티리얼사이언스 아게
DBTDL 디부틸주석 디라우레이트, 이. 메르크 카게아아(E. Merck KGaA)
실시예 1:
이소시아네이트-이관능성 폴리이소시아네이트 예비중합체의 제조
4 L 4-넥 플라스크에 먼저 헥사메틸렌 1,6-디이소시아네이트 (HDI) 1300 g, 벤조일 클로라이드 1.3 g 및 메틸 파라-톨루엔 술포네이트 1.3 g을 교반하면서 채웠다. 3시간 안에, 아르콜 PPG 2000 1456 g을 80℃에서 첨가하고, 상기 혼합물을 80℃에서 추가 1시간 동안 교반하였다. 이어서, 130℃ 및 0.1 torr에서 박막 증류하여 과잉의 HDI를 증류제거하였다. 수집기 플라스크에는 1 g의 클로로프로피온산이 존재하였다. 생성된 NCO 예비중합체는 NCO 함량이 3.23％였고, 점도가 1650 mPas (25℃)였다.
실시예 2:
이소시아네이트-이관능성 폴리이소시아네이트 예비중합체의 제조
4 L 4-넥 플라스크에 먼저 헥사메틸렌 1,6-디이소시아네이트 (HDI) 1300 g 및 디부틸 포스페이트 0.27 g을 교반하면서 채웠다. 3시간 안에, 2000 g/mol의 수평균 분자량을 갖는 이관능성 폴리프로필렌 글리콜 폴리에테르 1456 g을 80℃에서 첨가하고, 상기 혼합물을 80℃에서 추가 1시간 동안 교반하였다. 이어서, 130℃ 및 0.1 torr에서 박막 증류하여 과잉의 HDI를 증류제거하였다. 생성된 NCO 예비중합체는 NCO 함량이 3.27％였고, 점도가 1680 mPas (25℃)였다.
실시예 3:
이소시아네이트-이관능성 폴리이소시아네이트 예비중합체의 제조
4 L 4-넥 플라스크에 먼저 헥사메틸렌 1,6-디이소시아네이트 (HDI) 1300 g 및 벤조일 클로라이드 1.3 g을 교반하면서 채웠다. 3시간 안에, 2000 g/mol의 수평균 분자량을 갖는 이관능성 폴리프로필렌 글리콜 폴리에테르 1456 g을 80℃에서 첨가하고, 상기 혼합물을 80℃에서 추가 1시간 동안 교반하였다. 이어서, 130℃ 및 0.1 torr에서 박막 증류하여 과잉의 HDI를 증류제거하였다. 생성된 NCO 예비중합체는 NCO 함량이 3.27％였고, 점도가 1500 mPas (25℃)였다.
실시예 4:
이소시아네이트-사관능성 폴리이소시아네이트 예비중합체의 제조
4 L 4-넥 플라스크에 먼저 헥사메틸렌 1,6-디이소시아네이트 (HDI) 1000 g 및 지르코늄 옥토에이트 0.15 g을 교반하면서 채웠다. 이어서, 폴리THF 2000 1000 g을 80℃에서 첨가하고 상기 혼합물을 115℃에서 5시간 동안 교반하였으며, 이 과정에서, 지르코늄 옥토에이트 0.15 g을 1시간 간격으로 3회 첨가하였다. 상기 시간이 경과된 후, 디부틸 포스페이트 0.5 g을 첨가하였다. 이어서, 130℃ 및 0.1 torr에서 박막 증류하여 과잉의 HDI를 증류제거하였다. 생성된 NCO 예비중합체는 NCO 함량이 6.18％였고, 점도가 25 700 mPas (25℃)였다.
실시예 5:
이소시아네이트-삼관능성 폴리이소시아네이트 예비중합체의 제조
상기 예비중합체를 제조하기 위해, 50℃의 온도에서 교반 용기에 먼저 데스모두르 44M 7.15 kg을 채우고, 6000 g/mol의 수평균 분자량을 가지고 에틸렌 옥시드 단위의 분율이 0 중량％인 삼관능성 폴리프로필렌 글리콜-폴리에틸렌 글리콜 폴리에테르 45.85 kg을 (실온에서) 15분 안에 첨가하였다. 임의로, 폴리에테르를 또한 50℃에서 먼저 채운 다음, 역시 50℃로 가열된 이소시아네이트를 첨가할 수 있었다. 이후, 상기 혼합물을 반응시키기 위해 100℃로 가열하고 추가 7시간 동안 100℃에서 유지하였다. 냉각시킨 후, NCO 함량이 2.70 ± 0.1％이고, 점도가 4200 ± 600 mPas (70℃)인 생성물을 수득하였다.
비교 실시예 C-1:
본 발명이 아닌 용도에 대한 중합체의 제조
사용되는 원료는 따로 탈기시키지 않았다. 실시예 1로부터의 예비중합체 8 g을 스피드믹서(SPEEDMIXER)에서 1분의 지속시간 동안 3000 rpm (분당 회전수(revolutions per minute))으로 데스모두르 N3300 2 g과 혼합하고, 상기 혼합물을 스피드믹서 내 폴리프로필렌 비커에서 역시 1분의 지속시간 동안 3000의 분당 회전수로 아르콜 PPG 2000 16.3 g 및 DBTDL 0.016 g과 혼합하였다. 여전히 액체인 반응 혼합물을 사용하여, 습윤 필름 두께가 1 mm인 필름을 유리판 상에 손으로 나이프-코팅하였다. 제조 후 모든 필름을 80℃에서 밤새 건조 캐비넷에서 건조시킨 다음, 120℃에서 추가 5분 동안 열처리하였다. 열처리 후, 필름을 유리판으로부터 손으로 쉽게 제거할 수 있었다.
비교 실시예 C-2:
본 발명이 아닌 용도에 대한 중합체의 제조
사용되는 원료는 따로 탈기시키지 않았다. 실시예 3으로부터의 예비중합체 8 g을 스피드믹서에서 1분의 지속시간 동안 3000 rpm으로 데스모두르 N3300 2 g과 혼합하고, 상기 혼합물을 스피드믹서 내 폴리프로필렌 비커에서 역시 1분의 지속시간 동안 3000의 분당 회전수로 아르콜 PPG 2000 16.1 g 및 DBTDL 0.016 g과 혼합하였다. 여전히 액체인 반응 혼합물을 사용하여, 습윤 필름 두께가 1 mm인 필름을 유리판 상에 손으로 나이프-코팅하였다. 제조 후 모든 필름을 80℃에서 밤새 건조 캐비넷에서 건조시킨 다음, 120℃에서 추가 5분 동안 열처리하였다. 열처리 후, 필름을 유리판으로부터 손으로 쉽게 제거할 수 있었다.
비교 실시예 C-3:
본 발명이 아닌 용도에 대한 중합체의 제조
사용되는 원료는 따로 탈기시키지 않았다. 데스모두르 N3300 7.82 g을 스피드믹서 내 폴리프로필렌 비커에서 1분의 지속시간 동안 3000의 분당 회전수로 아르콜 PPG 2000 39.88 g 및 DBTDL 0.12 g과 혼합하였다. 여전히 액체인 반응 혼합물을 사용하여, 습윤 필름 두께가 1 mm인 필름을 유리판 상에 손으로 나이프-코팅하였다. 제조 후 모든 필름을 80℃에서 밤새 건조 캐비넷에서 건조시킨 다음, 120℃에서 추가 5분 동안 열처리하였다. 열처리 후, 필름을 유리판으로부터 손으로 쉽게 제거할 수 있었다.
비교 실시예 C-4:
본 발명이 아닌 용도에 대한 중합체의 제조
모든 액체 원료를 3-단계 공정으로 아르곤 하에서 조심스럽게 탈기시켰다. 테라탄 650 10 g을 60 ml 일회용 혼합 용기 안에 칭량하여 넣었다. 이어서, 디부틸주석 디라우레이트 0.005 g 및 데스모두르 N3300 6.06 g을 칭량하여 넣고 스피드믹서에서 1분 동안 3000의 분당 회전수로 혼합하였다. 반응 생성물을 유리판 상에 붓고, 닥터 블레이드(doctor blade)를 사용하여 1 mm의 습윤 필름 두께의 균일한 필름으로 연신시켰다. 이어서, 필름을 80℃에서 16시간 동안 열처리하였다.
본 발명의 실시예 I-1:
본 발명의 용도에 대한 중합체의 제조
사용되는 원료는 따로 탈기시키지 않았다. 실시예 4로부터의 예비중합체 8.65 g 및 아클라임 6320 25.0 g을 스피드믹서 내 폴리프로필렌 비커에서 1분의 지속시간 동안 3000의 분당 회전수로 0.075 g 양의 DBTDL과 혼합하였다. 여전히 액체인 반응 혼합물을 사용하여, 습윤 필름 두께가 1 mm인 필름을 유리판 상에 손으로 나이프-코팅하였다. 제조 후 모든 필름을 80℃에서 밤새 건조 캐비넷에서 건조시킨 다음, 120℃에서 추가 5분 동안 열처리하였다. 열처리 후, 필름을 유리판으로부터 손으로 쉽게 제거할 수 있었다.
본 발명의 실시예 I-2:
본 발명의 용도에 대한 중합체의 제조
사용되는 원료는 따로 탈기시키지 않았다. 데스모두르 N 3300 5.0 g 및 실시예 2로부터의 예비중합체 20.0 g을 폴리프로필렌 비커에 칭량하여 넣고, 스피드믹서에서 1분 동안 3000의 분당 회전수로 서로 혼합하였다. 이어서, 상기 혼합물을 스피드믹서 내 폴리프로필렌 비커에서 1분의 지속시간 동안 3000의 분당 회전수로 테라탄 2000 38.54 g 및 0.01 g 양의 DBTDL과 혼합하였다. 여전히 액체인 반응 혼합물을 사용하여, 습윤 필름 두께가 1 mm인 필름을 유리판 상에 손으로 나이프-코팅하였다. 제조 후 모든 필름을 80℃에서 밤새 건조 캐비넷에서 건조시킨 다음, 120℃에서 추가 5분 동안 열처리하였다. 열처리 후, 필름을 유리판으로부터 손으로 쉽게 제거할 수 있었다.
본 발명의 실시예 I-3:
본 발명의 용도에 대한 중합체의 제조
사용되는 원료는 따로 탈기시키지 않았다. 실시예 4로부터의 예비중합체 19.94 g 및 테라탄 2000 30.0 g을 스피드믹서 내 폴리프로필렌 비커에서 1분의 지속시간 동안 3000의 분당 회전수로 0.03 g 양의 DBTDL과 혼합하였다. 여전히 액체인 반응 혼합물을 사용하여, 습윤 필름 두께가 1 mm인 필름을 유리판 상에 손으로 나이프-코팅하였다. 제조 후 모든 필름을 80℃에서 밤새 건조 캐비넷에서 건조시킨 다음, 120℃에서 추가 5분 동안 열처리하였다. 열처리 후, 필름을 유리판으로부터 손으로 쉽게 제거할 수 있었다.
본 발명의 실시예 I-4:
본 발명의 용도에 대한 중합체의 제조
사용되는 원료는 따로 탈기시키지 않았다. 실시예 4로부터의 예비중합체 14.27 g 및 테라탄 2900 30.0 g을 스피드믹서 내 폴리프로필렌 비커에서 1분의 지속시간 동안 3000의 분당 회전수로 0.03 g 양의 DBTDL과 혼합하였다. 여전히 액체인 반응 혼합물을 사용하여, 습윤 필름 두께가 1 mm인 필름을 유리판 상에 손으로 나이프-코팅하였다. 제조 후 모든 필름을 80℃에서 밤새 건조 캐비넷에서 건조시킨 다음, 120℃에서 추가 5분 동안 열처리하였다. 열처리 후, 필름을 유리판으로부터 손으로 쉽게 제거할 수 있었다.
본 발명의 실시예 I-5:
본 발명의 용도에 대한 중합체의 제조
사용되는 원료는 따로 탈기시키지 않았다. 데스모두르 N3300 1.96 g을 스피드믹서 내 폴리프로필렌 비커에서 1분의 지속시간 동안 3000의 분당 회전수로 테라탄 2000 10.0 g 및 0.005 g 양의 DBTDL과 혼합하였다. 여전히 액체인 반응 혼합물을 사용하여, 습윤 필름 두께가 1 mm인 필름을 유리판 상에 손으로 나이프-코팅하였다. 제조 후 모든 필름을 80℃에서 밤새 건조 캐비넷에서 건조시킨 다음, 120℃에서 추가 5분 동안 열처리하였다. 열처리 후, 필름을 유리판으로부터 손으로 쉽게 제거할 수 있었다.
본 발명의 실시예 I-6:
본 발명의 용도에 대한 중합체의 제조
사용되는 원료는 따로 탈기시키지 않았다. 데스모두르 N3300 6.7 g을 스피드믹서 내 폴리프로필렌 비커에서 1분의 지속시간 동안 3000의 분당 회전수로 테라탄 2900 50.0 g 및 0.05 g 양의 DBTDL과 혼합하였다. 여전히 액체인 반응 혼합물을 사용하여, 습윤 필름 두께가 1 mm인 필름을 유리판 상에 손으로 나이프-코팅하였다. 제조 후 모든 필름을 80℃에서 밤새 건조 캐비넷에서 건조시킨 다음, 120℃에서 추가 5분 동안 열처리하였다. 열처리 후, 필름을 유리판으로부터 손으로 쉽게 제거할 수 있었다.
본 발명의 실시예 I-7:
본 발명의 용도에 대한 중합체의 제조
사용되는 원료는 따로 탈기시키지 않았다. 실시예 5로부터의 예비중합체 55.2 g 및 테라탄 2000 33.3 g을 스피드믹서 내 폴리프로필렌 비커에서 1분의 지속시간 동안 3000의 분당 회전수로 0.00083 g 양의 DBTDL과 혼합하였다. 여전히 액체인 반응 혼합물을 사용하여, 습윤 필름 두께가 1 mm인 필름을 유리판 상에 손으로 나이프-코팅하였다. 제조 후 모든 필름을 80℃에서 밤새 건조 캐비넷에서 건조시킨 다음, 120℃에서 추가 5분 동안 열처리하였다. 열처리 후, 필름을 유리판으로부터 손으로 쉽게 제거할 수 있었다.
샘플의 전기 저항 및 파괴 전계 강도를 측정하였다. 본 발명이 아닌 실시예 및 본 발명의 중합체 부재에 대한 실시예의 결과를 하기 표 1에 나타냈다. 체적 저항률의 수치는 지수 표기법으로 기록되었다. 예를 들어, 실시예 C-1에 대한 수치는 2.915·1010 ohm cm의 체적 저항률을 의미한다. 또한, 표는 DIN EN 150 672 1-1에 따른 50％ 신장률에서의 중합체의 탄성 모듈러스를 보여준다.
시험에서, 필름으로서의 본 발명의 중합체 부재는 당업계의 형세에 비추어 상당한 이점을 제공하는 것으로 밝혀졌다. 특별히 중요시되는 것은 비교 실시예 C-4로서, 여기서, 실시예 C-1, C-2 및 C-3에서보다 체적 저항률이 높고, 중합체성 THF의 쇄 길이가 짧음에도, 비교적 낮은 파괴 전계 강도가 달성되었다.
본 발명이 상기에서 예시 목적상 상세하게 기재되었지만, 그러한 상세사항은 단지 예시 목적을 위한 것이고, 청구범위에 의해 제한될 수 있는 경우를 제외하고는, 본 발명의 취지 및 범주를 벗어나지 않으면서 당업자에 의해 변형이 이루어질 수 있을 것으로 이해된다.
Claims (13)
- 제1 전극 및 제2 전극에 의해 접촉되는 유전체 엘라스토머를 포함하는 전기기계적 변환기이며, 상기 유전체 엘라스토머가
A) 폴리이소시아네이트 및/또는 B) 폴리이소시아네이트 예비중합체와 C) 2개 이상의 이소시아네이트-반응성 기를 갖는 화합물과의 반응 생성물을 포함하는 폴리우레탄 중합체를 포함하며,
여기서, 상기 폴리이소시아네이트 예비중합체 B) 및/또는 2개 이상의 이소시아네이트-반응성 기를 갖는 화합물 C)는 하기 화학식 I의 폴리테트라메틸렌 글리콜 에테르 단위를 포함하고:
<화학식 I>
-[O-CH2-CH2-CH2-CH2-]n
(여기서, n은 25 이상이고;
화학식 I에서 값 n에 대한 최소값 nmin 및 값 n에 대한 최대값 nmax는 nmax와 nmin의 차가 0 이상 4 이하가 되도록 선택되고;
n, nmax 및 nmin 값은 동일하거나 상이할 수 있음)
상기 폴리이소시아네이트 예비중합체 B) 및 2개 이상의 이소시아네이트-반응성 기를 갖는 화합물 C)는 화학식 I의 것 이외에 다른 추가의 폴리테트라메틸렌 글리콜 에테르 단위는 함유하지 않는 것인 전기기계적 변환기. - 제1항에 있어서, 화학식 I에서의 n이 29 이하인 전기기계적 변환기.
- 제1항에 있어서, 폴리우레탄 중합체가 삼관능성 폴리이소시아누레이트 A) 및 폴리테트라메틸렌 글리콜 에테르 폴리올 C)의 반응 생성물을 포함하는 것인 전기기계적 변환기.
- 제1항에 있어서, 폴리우레탄 중합체가 폴리우레탄 예비중합체 B) 및 폴리알킬렌 옥시드 폴리에테르 폴리올 C)의 반응 생성물을 포함하고, 상기 폴리우레탄 예비중합체 B)가 이관능성 폴리이소시아네이트 및 폴리테트라메틸렌 글리콜 에테르 폴리올의 반응 생성물을 포함하는 것인 전기기계적 변환기.
- 제1항에 있어서, 폴리우레탄 중합체가 이소시아네이트-관능성 폴리우레탄 예비중합체 B) 및 폴리테트라메틸렌 글리콜 에테르 폴리올 C)의 반응 생성물을 포함하는 것인 전기기계적 변환기.
- 제5항에 있어서, 삼관능성 폴리이소시아누레이트 A)를 추가로 포함하는 것인 전기기계적 변환기.
- 제1항에 있어서, 폴리우레탄 중합체가 폴리우레탄 예비중합체 B) 및 폴리테트라메틸렌 글리콜 에테르 폴리올 C)의 반응 생성물을 포함하고, 상기 폴리우레탄 예비중합체가 이관능성 폴리이소시아네이트 및 폴리테트라메틸렌 글리콜 에테르 폴리올의 반응 생성물을 포함하는 것인 전기기계적 변환기.
- 제1항에 있어서, 폴리우레탄 중합체 중 폴리테트라메틸렌 글리콜 에테르 단위의 분율이 20 중량％ 이상 90 중량％ 이하인 전기기계적 변환기.
- 제1항에 있어서, 폴리우레탄 중합체가 0.1 MPa 이상 10 MPa 이하의 50％ 신장률에서의 탄성 모듈러스를 갖는 것인 전기기계적 변환기.
- 1) 제1 전극 및 제2 전극을 제공하는 단계;
2) A) 폴리이소시아네이트 및/또는 B) 폴리이소시아네이트 예비중합체와 C) 2개 이상의 이소시아네이트-반응성 기를 갖는 화합물과의 반응 생성물을 포함하는 폴리우레탄 중합체를 포함하며,
여기서, 상기 폴리이소시아네이트 예비중합체 B) 및/또는 2개 이상의 이소시아네이트-반응성 기를 갖는 화합물 C)는 하기 화학식 I의 폴리테트라메틸렌 글리콜 에테르 단위를 함유하고:
<화학식 I>
-[O-CH2-CH2-CH2-CH2-]n
(여기서, n은 25 이상이고;
화학식 I에서 값 n에 대한 최소값 nmin 및 값 n에 대한 최대값 nmax는 nmax와 nmin의 차가 0 이상 4 이하가 되도록 선택되고;
n, nmax 및 nmin 값은 동일하거나 상이할 수 있음)
상기 폴리이소시아네이트 예비중합체 B) 및 2개 이상의 이소시아네이트-반응성 기를 갖는 화합물 C)는 화학식 I의 것 이외에 다른 추가의 폴리테트라메틸렌 글리콜 에테르 단위는 함유하지 않는 유전체 엘라스토머를 제공하는 단계; 및
3) 상기 유전체 엘라스토머를 제1 전극과 제2 전극 사이에 배열하는 단계
를 포함하는, 전기기계적 변환기의 제조 방법. - 제10항에 있어서, 유전체 엘라스토머가, 폴리우레탄 중합체를 야기하는 반응 혼합물을 제1 및/또는 제2 전극에 적용시킴으로써 제공되는 것인 방법.
- 제1항에 따른 전기기계적 변환기를 포함하는, 작동기, 감지기 또는 발전기.
- 제1항에 따른 전기기계적 변환기를 포함하는 전기 및/또는 전자 디바이스.
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