TW201343699A - 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 - Google Patents
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Abstract
本發明有關一種機電轉換器,其包含由第一電極與第二電極接觸之介電彈性體,其中介電彈性體包含聚胺基甲酸酯聚合物。此情況中聚胺基甲酸酯聚合物包含至少一個聚酯單元及/或聚碳酸酯單元。本發明進一步有關製造此機電轉換器之方法,有關所用介電彈性體之用途,及亦包含根據本發明機電轉換器之電氣及/或電子裝置。
Description
本發明有關一種機電轉換器,其包含由第一電極與第二電極接觸之介電彈性體,其中介電彈性體包含聚胺基甲酸酯聚合物。此情況中聚胺基甲酸酯聚合物包含至少一個聚酯單元及/或聚碳酸酯單元。本發明進一步有關製造如此機電轉換器之方法,有關所用介電彈性體之用途,及亦包含根據本發明機電轉換器之電氣及/或電子裝置。
機電轉換器在將電能轉化成機械能及相反,扮演重要角色。可因此利用機電轉換器作為感測器、致動器及/或產生器。舉例而言,可呈現WO-A 2001/006575命名之利用預應力聚合物之系統。
一種如此轉換器係基於電活性聚合物。持續目標為增進電活性聚合物性質,特別是電阻及崩潰強度。但同時聚合物之機械性質使其等適合於機電轉換器之應用。
增加介電常數之一項選擇為添加某種填料。因而WO-A 2008/095621敘述一種碳黑填充之聚胺基甲酸酯組成物,其至
少由已併入多元醇成分之聚醚胺基甲酸酯組成,從DMC催化製造比例總計50至100重量%的聚環氧烷(特別是聚環氧丙烷)及0至50重量%無觸媒殘渣的多元醇(特別是由蒸餾或由再結晶已純化者或未由氧雜環的開環聚合製造者)已合成。聚胺基甲酸酯組成物進一步包括0.1至30重量%碳黑。
由成膜水性聚胺基甲酸酯分散液組成之能量轉化器係揭示於WO-A 2009/074192。此處亦強調獲得聚胺基甲酸酯膜之高介電常數及良好機械性質。
US-A 5,977,685、JP-A 07240544、JP-A 06085339及JP-B 3026043揭示機電轉換器包括從巨分子多元醇、有機聚異氰酸酯及鏈伸長化合物製造之聚胺基甲酸酯彈性體,其中聚異氰酸酯的NCO基與多元醇的OH基之莫耳比率處於範圍1.5至9內。
具有申請號PCT/EP2011/063571之仍未公開申請案揭示一種機電轉換器,其包括通常展現非常高電阻及崩潰電場強度之各種聚胺基甲酸酯彈性體。此等彈性體之機械性質部分顯露低永久應變與低抗撕裂擴展及高抗撕裂擴展與高永久應變之組合。並未揭示低永久應變及於是對比高抗撕裂擴展之組合(特別重要於機械-電氣能量轉換器之應用)跡象。萬一在機電轉換器操作中介電破壞放電,高抗撕裂擴展具有膜未自發撕裂的結果,從而機電轉換器完全損失其功能。
然而,機電轉換器有需求具有介電彈性體除了已知性質外(例如高電阻及高崩潰電場強度),亦展現增加的抗撕裂擴展,因此就介電破壞放電而言,相較迄今已知的系統展現增進穩定性。
因此根據本發明提出一種機電轉換器,其包含由第一電極與第二電極接觸之介電彈性體,其中介電彈性體包含聚胺基甲酸酯聚合物。根據本發明轉換器卓越在於聚胺基甲酸酯聚合物係由以下反應可獲得A)聚異氰酸酯及/或B)聚異氰酸酯預聚物與C)具有至少兩個異氰酸酯反應性基之化合物,其中聚異氰酸酯預聚物B)及/或具有至少兩個異氰酸酯反應性基之化合物C)包含聚碳酸酯單元及/或聚酯單元,其中聚碳酸酯單元包括展現羥基的聚碳酸酯多元醇,其具有偶數個CH2基介於羥基間;及/或聚酯單元係基於令己二酸及/或己二酸酐與具有偶數個CH2基介於羥基間之二醇轉化,其中為了製造聚胺基甲酸酯聚合物,除了對異氰酸酯有反應性之成分C)外,未利用進一步化合物,且其中A)及/或B)中異氰酸酯基與C)中對異氰酸酯有反應性基之莫耳比率總計0.8:1.0至1.3:1.0、較好0.9:1.0至1.2:1.0。
驚人地,已發現根據本發明機電轉換器提供之聚胺基甲酸酯聚合物展現特別高抗撕裂擴展與同時小永久應變。同時,聚胺基甲酸酯係呈柔軟彈性體形式存在。此等性質之組合造成有利用於機電轉換器。
若運用機械負載於如此類型轉換器上,則轉換器例如沿著其厚度及其表面變形,可在電極偵測到強烈電信號。因此機械能轉化成電能。根據本發明轉換器因此可被利用作為產生器及
感測器兩者。
藉由利用相反效果,亦即將電能轉化成機械能,根據本發明轉換器另一方面可同樣地適用於致動器。
適合作為電極者基本為展現充分高導電性及有利能夠跟隨介電彈性體膨脹之所有材料。例如,可以從導電聚合物、從導電油墨或從碳黑建構電極。
從本發明意義上介電彈性體係由應用電場的結果而能夠改變其等形狀之彈性體。在彈性體膜的情況中,例如厚度可減少,而同時膜之線型膨脹發生於表面方向。
介電彈性體層之厚度優先總計≧1μm至≦500μm、更好≧10μm至≦150μm。已合成可呈單塊(one piece)或許多塊(many pieces)。例如藉由互相層合個別層可獲得多塊層。
除了根據本發明提供之聚胺基甲酸酯聚合物外,介電彈性體可展現仍進一步組份。如此組份例如為交聯劑、增稠劑、共溶劑、觸變劑、穩定劑、抗氧化劑、遮光劑、乳化劑、介面活性劑、黏著劑、塑化劑、疏水劑、顏料、填料及流動控制劑。
彈性體之填料可例如調節聚合物之介電常數。此等實例為陶瓷填料,特別是鈦酸鋇、二氧化鈦與壓電陶瓷如石英或鈦酸鋯鉛,及亦有機填料,特別是具有高電極化性者,例如酞靑。
此外,透過引導導電填料低於其等滲濾閥值亦可達到高介電常數。此等實例為碳黑,石墨,單壁或多壁碳奈米管,導電聚合物例如聚噻吩、聚苯胺或聚吡咯、或其混合物。關於此點,特別是如此類型碳黑係有趣於展現表面鈍化,針對此理由在低於滲濾閥值之低濃度確實增加介電常數,然而未導致增加聚合
物傳導性。
根據本發明機電轉換器提供之聚胺基甲酸酯聚合物係從以下反應可獲得:聚異氰酸酯A)及/或聚異氰酸酯預聚物B)與包含至少兩個異氰酸酯反應性基之化合物C),其中為了製造聚胺基甲酸酯聚合物,除了對異氰酸酯有反應性之成分C)外,未利用進一步化合物,且其中A)及/或B)中異氰酸酯基與C)中對異氰酸酯有反應性基之莫耳比率總計0.8:1.0至1.3:1.0、較好0.9:1.0至1.2:1.0。此情況中B)及/或C)展現聚碳酸酯單元及/或聚酯單元,聚碳酸酯單元包括展現羥基的聚碳酸酯多元醇,其具有偶數個CH2基介於羥基間,及/或聚酯單元係基於令己二酸及/或己二酸酐與具有偶數個CH2基介於羥基間之二醇轉化。將根據本發明聚碳酸酯單元及/或聚酯單元併入聚胺基甲酸酯聚合物出現下列可能性:A)+C)以聚碳酸酯單元及/或聚酯單元於C)中;B)+C)以聚碳酸酯單元及/或聚酯單元於B)中;B)+C)以聚碳酸酯單元及/或聚酯單元於C)中;B)+C)以聚碳酸酯單元及/或聚酯單元於B)及C)中;A)+B)+C)以聚碳酸酯單元及/或聚酯單元於B)中;A)+B)+C)以聚碳酸酯單元及/或聚酯單元於C)中;及最終A)+B)+C)以聚碳酸酯單元及/或聚酯單元於B)及C)中。
根據本發明聚碳酸酯單元及/或聚酯單元可由已知方法獲得,例如令聚異氰酸酯A)及/或聚異氰酸酯預聚物B)與對應聚碳酸酯單元及/或聚酯單元轉化。為了合成預聚物之目的,可同樣使用此等聚碳酸酯單元及/或聚酯單元。適合作為
根據本發明聚異氰酸酯A)例如為1,4-伸丁二異氰酸酯、1,6-六亞甲二異氰酸酯(HDI)、異佛酮二異氰酸酯(IPDI)、2,2,4及/或2,4,4-三甲基六亞甲二異氰酸酯、異構雙(4,4’-異氰酸基環己基)甲烷或其具任何異構物含量的混合物、1,4-伸環己基二異氰酸酯、4-異氰酸基甲基-1,8-辛烷二異氰酸酯(壬烷三異氰酸酯)、1,4-伸苯基二異氰酸酯、2,4-及/或2,6-伸甲苯基二異氰酸酯、1,5-伸萘基二異氰酸酯、2,2’-及/或2,4’-及/或4,4’-二苯基甲烷二異氰酸酯、1,3-及/或1,4-雙-(2-異氰酸基丙-2-基)苯(TMXDI)、1,3-雙(異氰酸基甲基)苯(XDI)、具1至8個碳原子烷基之2,6-二異氰酸基己酸烷酯(離胺酸二異氰酸酯)及其混合物。再者,包括具脲二酮(uretdione)、三聚異氰酸酯、縮二脲、亞胺基二二酮或二三酮結構且以命名二異氰酸酯為主之化合物為適合成分A)之構造元素。較好利用者以1,6-六亞甲二異氰酸酯(HDI)、異佛酮二異氰酸酯(IPDI)、雙(4,4’-異氰酸基環己基)甲烷、伸甲苯基二異氰酸酯及/或二苯基甲烷二異氰酸酯為主之成分,特別好以1,6-六亞甲二異氰酸酯(HDI)為主。
獲得能夠被用作成分B)之聚異氰酸酯預聚物可令一或多種上述二異氰酸酯與一或多種羥基官能(特別是聚合)多元醇之轉化,除了輔助物質及添加劑外,視情況添加觸媒。再者,可額外利用形成聚異氰酸酯預聚物用之鏈伸長成分,例如具一級及/或二級胺基之成分。
根據本發明轉化成聚異氰酸酯預聚物B)之羥基官能聚合多元醇例如為聚酯多元醇、聚丙烯酸酯多元醇、聚胺基甲酸酯
多元醇、聚碳酸酯多元醇、聚醚多元醇、聚酯聚丙烯酸酯多元醇、聚胺基甲酸酯聚丙烯酸酯多元醇、聚胺基甲酸酯聚酯多元醇、聚胺基甲酸酯聚醚多元醇及/或聚胺基甲酸酯聚碳酸酯多元醇及/或聚酯聚碳酸酯多元醇。此等可個別或呈任何互相混合物利用以製造聚異氰酸酯預聚物為目的。
優先為了製造聚異氰酸酯預聚物B)之目的,二異氰酸酯可與包括偶數個CH2基之聚碳酸酯多元醇轉化,及/或基於聚酯單元令己二酸及/或己二酸酐與具有偶數個CH2基之二醇轉化。
為了製造聚異氰酸酯預聚物B)之目的,二異氰酸酯可與多元醇轉化,以異氰酸酯基與羥基(NCO/OH)比率2:1至20:1、較好8:1至15:1。關於此點,可形成胺基甲酸酯結構及/或脲基甲酸酯。可隨後分離掉未轉化聚異氰酸酯部分。為此目的,可使用例如薄膜蒸餾,藉以獲得低殘渣單體產物,具殘渣單體含量例如≦1重量百分比、較好≦0.5重量百分比、特別好≦0.1重量百分比。關於此點,反應溫度可總計20℃至120℃、較好60℃至100℃。視情況,製造期間可添加穩定劑,例如苄醯氯、異酞醯氯、磷酸二丁酯、3-氯丙酸或甲苯磺酸甲酯。
根據本發明適合於聚異氰酸酯預聚物B)之鏈伸長成分為有機二胺或聚胺。例如可利用伸乙二胺、1,2-二胺基丙烷、1,3-二胺基丙烷、1,4-二胺基丁烷、1,6-二胺基己烷、異佛酮二胺、2,2,4-與2,4,4-三甲基六亞甲二胺之異構物混合物、2-甲基五亞甲二胺、二伸乙三胺、二胺基二環己基甲烷或二甲基伸乙二胺
或其混合物。
再者,除一級胺基外亦展現二級胺基或除胺基(一級或二級)外亦展現OH基之化合物亦可被用於製造聚異氰酸酯預聚物B)之目的。此等實例為一級/二級胺,例如二乙醇胺、3-胺基-1-甲胺基丙烷、3-胺基-1-乙胺基丙烷、3-胺基-1-環己胺基丙烷、3-胺基-1-甲胺基丁烷;烷醇胺,例如N-胺基乙基乙醇胺、乙醇胺、3-胺基丙醇、新戊醇胺。為了鏈終止之目的,慣常使用對異氰酸酯有反應性基之胺,例如甲胺、乙胺、丙胺、丁胺、辛胺、月桂胺、硬脂胺、異壬基氧基丙胺、二甲胺、二乙胺、二丙胺、二丁胺、N-甲胺基丙胺、二乙基(甲基)胺基丙胺、嗎啉、哌啶、或其適合的經取代衍生物、二-一級胺與單羧酸之醯胺基胺、二-一級胺之monoketime、一級/三級胺(例如N,N-二甲胺基丙胺)。
根據本發明利用作為成分B)之聚異氰酸酯預聚物或其混合物較好展現平均NCO官能度≧1.8至≦5、特別好≧2至≦3.5、頗特別好≧2至≦2.5。
在本發明範疇內,成分C)基本上可為具有至少兩個異氰酸酯反應性基之化合物、較好為胺基及/或羥基、特別好為羥基。例如,成分C)可為具有至少兩個異氰酸酯反應性羥基之多元醇,例如三羥甲基丙烷(TMP)。
可利用作為成分C)及/或為了製造成分B)之聚酯成分係就其真正意義而言已知由二醇及亦視情況三醇及四醇與二羧酸及亦視情況三羧酸及四羧酸或羥羧酸或內酯引起之聚縮物。替代游離聚羧酸,低級醇之對應聚羧酸酐或對應聚羧酸酯
亦可被用於製造聚酯之目的。可利用聚酯多元醇具有數量平均分子量Mn為1000至10,000g/mol、較好1500至4000g/mol、特別好1800至2300g/mol。
Mn係由凝膠滲透層析術(GPC)在23℃於THF中決定,其中經由校正參考,使用聚苯乙烯標準於有關的分子量範圍內。
製造聚酯多元醇之適合二醇實例為具有偶數個CH2基介於羥基間者,例如乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、聚烷二醇如聚乙二醇、丁烷二醇(1,3)、丁烷二醇(1,4)、己烷二醇(1,6)。較好為己烷二醇(1,6)、丁烷二醇(1,4)及乙二醇;特別好為己烷二醇(1,6)及乙二醇。
優先作為成分C)及/或為了製造成分B)之聚酯多元醇係由己二酸及/或己二酸酐與具有偶數個CH2基介於羥基間之二醇轉化可獲得,特別好與己烷二醇(1,6)、丁烷二醇(1,4)及乙二醇、頗特別好與己烷二醇(1,6)及乙二醇。
可利用作為成分C)及/或為了製造成分B)之聚碳酸酯成分為展現羥基之聚碳酸酯多元醇,較好為具有偶數個CH2基介於羥基間之聚碳酸酯多元醇,其具有數量平均分子量Mn為1000至10,000g/mol、較好1500至4000g/mol、特別好1800至2300g/mol。此等藉由二氧化碳、碳酸衍生物(例如碳酸二苯酯、碳酸二甲酯或光氣)與多元醇(較好為具有偶數個CH2基介於羥基間之二醇)之反應可獲得。
如此類型之二醇實例為乙二醇、1,3-與1,4-丁烷二醇、1,6-己烷二醇、1,8-辛烷二醇、1,4-雙羥甲基環己烷、二丁二醇及聚
丁二醇。較好為1,3-與1,4-丁烷二醇及1,6-己烷二醇。
二醇成分較好包括40重量%至100重量%己烷二醇;較好為1,6-己烷二醇及/或己烷二醇衍生物。如此己烷二醇衍生物係基於己烷二醇,且除OH基外展現酯基或醚基。獲得如此衍生物可藉由己烷二醇與過量己內酯之反應或藉由己烷自身醚化以生成二己二醇或三己二醇。1,6-己烷二醇特別好作為二醇成分。
當然,前述條件適用關於聚胺基甲酸酯聚合物中聚碳酸酯及/或聚酯單元之存在及形式。
若利用成分A)及成分B)之混合物,所用來自A)異氰酸酯基與來自B)異氰酸酯基之當量比率有利地介於≧1:10至≦10:1、特別好≧1:5至≦5:1、頗特別好≧1:3至≦3:1。
在本發明範疇內,與成分A)、B)及C)有關之術語「一種」並非使用作為數字,而是作為不定冠詞。
在根據本發明機電轉換器之具體化中,獲得聚胺基甲酸酯可從聚異氰酸酯預聚物B)與具有至少兩個NCO-反應性基的化合物C)之反應。
在此具體化中,獲得聚異氰酸酯預聚物B)較好可從二異氰酸酯A)與包括偶數個CH2基的聚碳酸酯多元醇之反應,及/或與聚酯多元醇之反應(該聚酯多元醇係基於令己二酸及/或己二酸酐與具有偶數個CH2基之二醇轉化);特別好利用六亞甲基二異氰酸酯作為二異氰酸酯A)。
在根據本發明機電轉換器之進一步具體化中,獲得聚胺基
甲酸酯聚合物可從聚異氰酸酯預聚物B)與C)包括偶數個CH2基的聚碳酸酯多元醇之轉化,及/或與聚酯多元醇之轉化(該聚酯多元醇係基於令己二酸及/或己二酸酐與具有偶數個CH2基之二醇轉化),獲得聚異氰酸酯預聚物B)可從至少二官能聚異氰酸酯與包括偶數個CH2基的聚碳酸酯多元醇之反應,及/或與聚酯多元醇之反應(該聚酯多元醇係基於令己二酸及/或己二酸酐與具有偶數個CH2基之二醇轉化);特別好利用六亞甲基二異氰酸酯之單體及/或三聚體(縮二脲或三聚異氰酸酯)作為二異氰酸酯A)。此情況中,聚碳酸酯多元醇及/或聚酯多元醇用於合成預聚物及其鏈伸長兩者。
在根據本發明機電轉換器之具體化中,聚胺基甲酸酯聚合物中聚酯單元及/或聚碳酸酯單元之比例總計≧20重量%至≦90重量%。此比例優先地介於≧25重量%至≦80重量%、特別好介於≧30重量%至≦50重量%。
在根據本發明機電轉換器之進一步具體化中,聚胺基甲酸酯聚合物在應變50%展現彈性模數≧0.1MPa至≦15MPa。此情況中模數係根據DIN EN 150 672 1-1決定且亦可總計≧0.2MPa至≦5MPa。再者,聚胺基甲酸酯聚合物可展現最大應力≧0.2MPa、特別是≧0.4MPa至≦50MPa,及最大應變≧200%、特別是≧350%。再者,在通常應變範圍≧50%至≦200%內,根據本發明聚合物元素可展現應力≧0.1MPa至≦10MPa,例如≧0.15MPa至≦5MPa、特別是≧0.2MPa至≦3MPa(根據DIN 53504決定)。根據本發明機電轉換器包含之聚胺基甲酸酯聚合物展現抗撕裂擴展>1.5kN/m、較好>1.6kN/m。抗撕裂擴展
係根據ASTM D624-00就具厚度30μm至200μm的膜而決定。
本發明進一步目標為製造機電轉換器之方法,包含以下步驟:1)製作可得的第一電極與第二電極;2)製作可得的介電彈性體,介電彈性體包含聚胺基甲酸酯聚合物,且聚胺基甲酸酯聚合物係由以下反應可獲得A)聚異氰酸酯及/或B)聚異氰酸酯預聚物與C)具有至少兩個異氰酸酯反應性基之化合物,其中聚異氰酸酯預聚物B)及/或具有至少兩個異氰酸酯反應性基之化合物C)包含聚碳酸酯單元及/或聚酯單元,其中聚碳酸酯單元包括展現羥基的聚碳酸酯多元醇,其具有偶數個CH2基介於羥基間;及/或聚酯單元係基於令己二酸及/或己二酸酐與具有偶數個CH2基介於羥基間之二醇轉化,其中為了製造聚胺基甲酸酯聚合物,除了對異氰酸酯有反應性之成分C)外,未利用進一步化合物,且其中A)及/或B)中異氰酸酯基與C)中對異氰酸酯有反應性基之莫耳比率總計0.8:1.0至1.3:1.0、較好0.9:1.0至1.2:1.0;3)佈置介電彈性體介於第一電極與第二電極間。
有關聚胺基甲酸酯聚合物之細節(包含具體化)已敘述與根據本發明裝置有聯繫。就避免不必要重複之觀點,參考此有關於方法。
在根據本發明方法中,較好藉由塗敷反應混合物製作可得的介電彈性體,導致聚胺基甲酸酯聚合物於第一及/或第二電極上。此程序的優勢特別在於固化彈性體能夠增進與電極之良好黏著性。
達到塗敷反應混合物可例如藉由刮刀、刷塗、澆注、離心、噴灑或擠壓。
在塗敷反應混合物後優先達到乾燥及/或退火。關於此點,乾燥/退火可於溫度範圍0℃至200℃內達到例如0.1分鐘至48h、特別是6h至18h;特別好為乾燥/退火於溫度範圍60℃至120℃內經15至30分鐘期間。
本發明進一步有關使用介電彈性體作為機電轉換器之致動器、感測器及/或產生器,介電彈性體包含聚胺基甲酸酯聚合物,且聚胺基甲酸酯聚合物係由以下反應可獲得A)聚異氰酸酯及/或B)聚異氰酸酯預聚物與C)具有至少兩個異氰酸酯反應性基之化合物,其中聚異氰酸酯預聚物B)及/或具有至少兩個異氰酸酯反應性基之化合物C)包含聚碳酸酯單元及/或聚酯單元,其中聚碳酸酯單元包括展現羥基的聚碳酸酯多元醇,其具有偶數個CH2基介於羥基間;及/或聚酯單元係基於令己二酸及/或己二酸酐與具有偶數個CH2基介於羥基間之二醇轉化,其中為了製造聚胺基甲酸酯聚合物,除了對異氰酸酯有反應性之成分C)外,未利用進一步化合物,且其中A)及/或B)中異氰酸酯基與C)中對異氰酸酯有反應性基之莫耳比率總計0.8:1.0至1.3:1.0、較好0.9:1.0至1.2:
1.0。
本發明進一步有關使用介電彈性體作為機電轉換器之致動器、感測器及/或產生器,介電彈性體包含聚胺基甲酸酯聚合物,且聚胺基甲酸酯聚合物係由以下反應可獲得A)聚異氰酸酯及/或B)聚異氰酸酯預聚物與C)具有至少兩個異氰酸酯反應性基之化合物,其中聚異氰酸酯預聚物B)及/或具有至少兩個異氰酸酯反應性基之化合物C)包含聚碳酸酯單元及/或聚酯單元,其中聚碳酸酯單元包括展現羥基的聚碳酸酯多元醇,其具有偶數個CH2基介於羥基間;及/或聚酯單元係基於令己二酸及/或己二酸酐與具有偶數個CH2基介於羥基間之二醇轉化,其中為了製造聚胺基甲酸酯聚合物,除了對異氰酸酯有反應性之成分C)外,未利用進一步化合物,且其中A)及/或B)中異氰酸酯基與C)中對異氰酸酯有反應性基之莫耳比率總計0.8:1.0至1.3:1.0、較好0.9:1.0至1.2:1.0。就避免不必要重複之觀點,參考對那有關其方法。
用途發現許多高度不同應用於機電及聲電領域,特別是從機械振動得到能量之領域、聲學領域、超音波領域、醫學診斷領域、聲學顯微鏡領域、機械感測學領域(特別是壓力感測學、力感測學及/或應變感測學)、機器人領域及/或通訊領域。此等典型實例為壓力感測器、聲電轉換器、麥克風、揚聲器、振動轉換器、光偏轉器、隔膜、玻璃纖維光學用調幅器、焦電式偵測器、電容器與控制系統與「智能」地板、以及將水波能(特別是海浪能)轉化成電能之系統。
本發明進一步目標為包含根據本發明機電轉換器之電氣及/或電子裝置。
除非不同地標記,否則所有百分率數量有關重量,所有分析測量有關溫度23℃。除非在另外方面明確地提及,否則NCO含量係根據DIN-EN ISO 11909以體積決定。
陳述的黏度係藉助於旋轉黏度測定法根據DIN 53019於23℃由來自Anton Paar Germany GmbH生產之旋轉黏度計決定。
執行拉伸試驗係藉助由Zwick生產配備有測力器之拉伸機器(型號:1455),根據DIN 53 504整體測量範圍為1kN以牽引速度50mm/min。經由試驗樣本,利用S2拉伸試驗片。再三個相似製備的試驗樣本上執行各測量,所得數據平均值被用於評估目的。決定在50%應變之破裂伸長率呈〔%〕及彈性模數呈〔MPa〕。
彈性體膜之應力鬆弛(潛變)係根據DIN 53 441在10%應變於時間30min後就具有尺寸15mm x 100mm之矩形試驗片決定。
撕裂擴展能量係根據ASTM D624-00於應變速率100mm/min就具有尺寸15mm x 100mm之矩形試驗片決定。
決定電阻係藉助Keithley Instruments生產之實驗室設置(型號:6517A及8009)根據ASTM D257(決定材料絕緣電阻之方法)進行。
Desmodur® N 100:以六亞甲二異氰酸酯為主之三官能縮二脲(HDI縮二脲),NCO含量21.95±0.3%(根據DIN EN ISO 11 909),23℃黏度9630±750mPa.s,Bayer MaterialScience AG,Leverkusen,DE
Desmodur® 44M:4,4’-亞甲基二苯基二異氰酸酯,Bayer MaterialScience AG,Leverkusen,DE
Desmodur® XP 2599:以HDI為主之脂族、含醚基的預聚物,Bayer MaterialScience AG,Leverkusen,DE
PolyTHF® 2000:二官能聚四乙二醇聚醚,具Mn=2000g/mol,BASF SE,Ludwigshafen,DE
Acclaim® 4220:聚環氧丙烷/聚環氧乙烷聚醚,具Mn=4000g/mol,且具環氧乙烷單元之比例為20重量%,Bayer MaterialScience AG,Leverkusen,DE
Acclaim® 6300:三官能聚環氧丙烷聚醚,具Mn=6000g/mol,Bayer MaterialScience AG,Leverkusen,DE
Desmophen® C1200:線型脂族聚碳酸酯聚酯,Bayer MaterialScience AG,Leverkusen,DE
Desmophen® C2200:線型脂族聚碳酸酯二醇,具終端羥基且具分子量約2000g/mol,Bayer MaterialScience AG,Leverkusen,DE
DBTDL:二月桂酸二丁錫,E.Merck KGaA,Darmstadt,DE
Desmorapid® SO:2-乙基己酸錫(II),Bayer MaterialScience AG,Leverkusen,DE
Irganox® 1076:十八基-3-(3,5-二-第三丁基-4-羥苯基)丙酸
酯,Ciba Specialty Chemicals Inc.,Basel,CH
從專門的化學商業獲得其他化學品(Sigma-Aldrich Chemie GmbH,Taufkirchen,DE)。
將592g六亞甲基-1,6-二異氰酸酯(HDI)及1,3-異酞醯氯裝填入4公升伴隨攪拌之四頸燒瓶。在2小時內,於80℃添加部份470g Desmophen® C2201,在相同溫度達到進一步攪拌1小時。隨後藉由薄膜蒸餾於130℃及0.1torr蒸餾掉過量HDI。所得NCO預聚物具有NCO含量3.4%;冷卻至室溫時固化。
為了製造預聚物,將7.15g Desmodur 44M®於溫度50℃裝填入攪動容器,在15分鐘內添加45.85g溫度控制成室溫之聚醚Acclaim 6300®(但視情況聚醚亦可於50℃裝填,然後可添加同樣加熱至50℃之異氰酸酯)。
然後就反應觀點而言加熱達到100℃,維持此溫度進一步7小時。冷卻後,獲得具NCO含量2.70±0.1重量%及於70℃具黏度大約4200±600mPas之產物。
未分開除氣所用的原料。將55.2g實施例2的預聚物及33.33g PolyTHF® 2000與數量0.00083g DBTDL以速度混合機3000rpm經1分鐘期間混合於聚丙烯燒杯。從靜止液體反應混合物,將具濕膜厚1mm之膜用手刮塗於玻璃盤上。製造後,使所有膜於80℃乾燥櫥中乾燥隔夜,隨後於120℃後退火5min。退火後,能夠容易地用手從玻璃盤分開膜。
未分開除氣所用的原料。將50.0g Acclaim® 4220及0.05g Irganox® 1076秤重於聚丙烯燒杯,並與數量0.4g DBTDL及5.75g Desmodur® N 100以速度混合機3000rpm混合1分鐘。從靜止液體反應混合物,將具濕膜厚1mm之膜用手刮塗於玻璃盤上。製造後,使所有膜於80℃乾燥櫥中乾燥隔夜,隨後於120℃後退火5min。退火後,能夠容易地用手從玻璃盤分開膜。
未分開除氣所用的原料。將29.412g Desmodur® XP 2599及50.0g Desmophen® C2200與數量0.045g Desmorapid® SO及0.05g Irganox® 1076以速度混合機3000rpm經1分鐘期間混合於聚丙烯燒杯。從靜止液體反應混合物,將具濕膜厚1mm之膜用手刮塗於玻璃盤上。製造後,使所有膜於80℃乾燥櫥中乾燥隔夜,隨後於120℃後退火5min。退火後,能夠容易地用手從玻璃盤分開膜。
未分開除氣所用的原料。將50.0g Desmophen® C1200與0.05g Irganox® 1076、9.188g Desmodur® N 100與數量0.013g DBTDL以速度混合機3000rpm經1分鐘期間混合於聚丙烯燒杯。從靜止液體反應混合物,將具濕膜厚1mm之膜用手刮塗於玻璃盤上。製造後,使所有膜於80℃乾燥櫥中乾燥隔夜,隨後於120℃後退火5min。退火後,能夠容易地用手從玻璃盤分開膜。
未分開除氣所用的原料。將309.5g實施例1的預聚物預熱至60℃,與10.0g TMP、0.2g DBTDL及0.01g Irganox® 1076秤重於聚丙烯燒杯,以速度混合機3000rpm經1分鐘期間混合於聚丙烯燒杯。
從靜止液體反應混合物,將具濕膜厚1mm之膜用手刮塗於玻璃盤上。製造後,使所有膜於100℃乾燥櫥中固化1h期間。固化後,能夠容易地用手從玻璃盤分開膜。
就樣本而言,決定拉伸之破裂伸長率及彈性模數(DIN EN 150 672 1-1)、拉伸之應力鬆弛(潛變;DIN 53 441)、拉伸之永久應變(ASTM D 412)、抗撕裂擴展(ASTM D624-00)及電阻(ASTM D257)。非根據本發明的實施例及根據本發明聚合物元素的實施例用結果已呈現於以下表1。電阻率數值已被載明呈指數標記。因而關於實施例3之數值表示電阻率1.88.1012ohm cm。
實驗中,變得明顯根據本發明聚合物作為膜較發展中技藝展現清楚優勢。
有關使用根據本發明膜之特別有利在於組合高破裂伸長率、低潛變、高電阻及高抗撕裂擴展。用此根據本發明聚合物,可有利地製造特別持久的機電轉換器。
Claims (10)
- 一種機電轉換器,其包含由第一電極與第二電極接觸之介電彈性體,其中介電彈性體包含聚胺基甲酸酯聚合物,特徵在於聚胺基甲酸酯聚合物係可得自以下反應A)聚異氰酸酯及/或B)聚異氰酸酯預聚物與C)具有至少兩個異氰酸酯反應性基之化合物,其中聚異氰酸酯預聚物B)及/或具有至少兩個異氰酸酯反應性基之化合物C)包含聚碳酸酯單元及/或聚酯單元,其中聚碳酸酯單元包括展現羥基的聚碳酸酯多元醇,其具有偶數個CH2基介於羥基間;及/或聚酯單元係基於令己二酸及/或己二酸酐與具有偶數個CH2基介於羥基間之二醇轉化,其中為了製造聚胺基甲酸酯聚合物,除了對異氰酸酯有反應性之成分C)外,未利用進一步化合物,且其中A)及/或B)中異氰酸酯基與C)中對異氰酸酯有反應性基之莫耳比率總計0.8:1.0至1.3:1.0。
- 根據申請專利範圍第1項之機電轉換器,其中聚胺基甲酸酯聚合物係可得自聚異氰酸酯預聚物B)與具有至少兩個NCO-反應性基的化合物C)之反應。
- 根據申請專利範圍第2項之機電轉換器,其中聚異氰酸酯預聚物B)係可得自二異氰酸酯A)與包括偶數個CH2基的聚碳酸酯多元醇之反應,及/或與聚酯多元醇之反應(該 聚酯多元醇係基於令己二酸及/或己二酸酐與具有偶數個CH2基之二醇轉化)。
- 根據申請專利範圍第2或3項之機電轉換器,特徵在於聚異氰酸酯預聚物B)係以六亞甲基二異氰酸酯為主,且成分C)係三羥甲基丙烷。
- 根據申請專利範圍第1至4項任一項之機電轉換器,其中聚胺基甲酸酯聚合物在應變50%展現彈性模數≧0.1MPa至≦15MPa,及展現抗撕裂擴展大於1.5kN/m。
- 一種製造機電轉換器之方法,包含以下步驟:1)製作可得的第一電極與第二電極;2)製作可得的介電彈性體,介電彈性體包含聚胺基甲酸酯聚合物,且聚胺基甲酸酯聚合物係可得自以下反應A)聚異氰酸酯及/或B)聚異氰酸酯預聚物與C)具有至少兩個異氰酸酯反應性基之化合物,其中聚異氰酸酯預聚物B)及/或具有至少兩個異氰酸酯反應性基之化合物C)包含聚碳酸酯單元及/或聚酯單元,其中聚碳酸酯單元包括展現羥基的聚碳酸酯多元醇,其具有偶數個CH2基介於羥基間;及/或聚酯單元係基於令己二酸及/或己二酸酐與具有偶數個CH2基介於羥基間之二醇轉化,其中為了製造聚胺基甲酸酯聚合物,除了對異氰酸酯 有反應性之成分C)外,未利用進一步化合物,且其中A)及/或B)中異氰酸酯基與C)中對異氰酸酯有反應性基之莫耳比率總計0.8:1.0至1.3:1.0。
- 一種介電彈性體之用途,其作為機電轉換器之致動器、感測器及/或產生器,介電彈性體包含聚胺基甲酸酯聚合物,且聚胺基甲酸酯聚合物係可得自以下反應A)聚異氰酸酯及/或B)聚異氰酸酯預聚物與C)具有至少兩個異氰酸酯反應性基之化合物,其中聚異氰酸酯預聚物B)及/或具有至少兩個異氰酸酯反應性基之化合物C)包含聚碳酸酯單元及/或聚酯單元,其中聚碳酸酯單元包括展現羥基的聚碳酸酯多元醇,其具有偶數個CH2基介於羥基間;及/或聚酯單元係基於令己二酸及/或己二酸酐與具有偶數個CH2基介於羥基間之二醇轉化,其中為了製造聚胺基甲酸酯聚合物,除了對異氰酸酯有反應性之成分C)外,未利用進一步化合物,且其中A)及/或B)中異氰酸酯基與C)中對異氰酸酯有反應性基之莫耳比率總計0.8:1.0至1.3:1.0。
- 根據申請專利範圍第7項之用途,其中聚胺基甲酸酯聚合物係可得自聚異氰酸酯預聚物B)與具有至少兩個NCO-反應性基的化合物C)之反應。
- 根據申請專利範圍第7或8項介電彈性體之用途,其機電轉換器之致動器、感測器及/或產生器作為展現抗撕裂擴展大於1.5kN/m。
- 一種電氣及/或電子裝置,包含根據申請專利範圍第1至5項任一項之機電轉換器。
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