WO2015173126A1 - Dielectric eap films with low glass transition temperature based on polyester polyols - Google Patents

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WO2015173126A1
WO2015173126A1 PCT/EP2015/060141 EP2015060141W WO2015173126A1 WO 2015173126 A1 WO2015173126 A1 WO 2015173126A1 EP 2015060141 W EP2015060141 W EP 2015060141W WO 2015173126 A1 WO2015173126 A1 WO 2015173126A1
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weight
acid
dielectric
film
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PCT/EP2015/060141
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Jens Krause
Joachim Wagner
Hartmut Nefzger
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Covestro Deutschland Ag
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    • C08J2375/04Polyurethanes
    • C08J2375/06Polyurethanes from polyesters

Definitions

  • Dielectric EAP films with a low glass point based on polyester polyols Dielectric EAP films with a low glass point based on polyester polyols
  • the present invention relates to a process for producing a polyurethane dielectric film from a mixture comprising A) an isocyanate group-containing compound with B) a specific polyester polyol. Furthermore, the invention relates to the obtainable by this method dielectric polyurethane film. Further objects of the invention are a method for producing an electrochemical transducer and an electrochemical transducer obtainable by this method.
  • Transducers - also called electromechanical transducers - convert electrical energy into mechanical energy and vice versa. They can be used as part of sensors, actuators and / or generators.
  • EAP electroactive polymers
  • the basic structure of such a transducer consists of electroactive polymers (EAP).
  • EAP electroactive polymers
  • EAPs are a ductile dielectric that deforms in the electric field.
  • dielectric elastomers are mostly in film form (DEAP, dielectric electroactive polymer) which have a high electrical resistance and are coated on both sides with stretchable electrodes with high conductivity (electrode), as described, for example, in WO-A 01/06575.
  • This basic structure can be used in a variety of configurations for the production of sensors, actuators or generators. In addition to single-layered structures, multi-layered structures are also known.
  • Electroactive polymers as elastic dielectric in transducer systems must - depending on the application in different components: actuators / sensors or generators - have different properties. Common mechanical properties are sufficiently high elongation at break, low residual strains and sufficiently high compressive / tensile strengths. These properties provide a sufficiently large elastic deformability without mechanical damage to the energy converter. For energy converters operated in Switzerland, it is particularly important that these elastomers have no permanent elongation, otherwise no electroactive effect will occur after a certain number of cycles of strains and, moreover, no stress relaxation under mechanical load.
  • the voltage is in turn dependent on the breakdown field strength, d. H. if the breakdown rupture field strength is very low, no high voltage can be applied. Since this value is squared in the equation for calculating the strain caused by the electromechanical attraction of the electrodes, the breakdown field strength must be correspondingly high.
  • a typical equation can be found in: Federico Carpi, Dielectric Elastomers as Electromechanical Transducers, Elsevier, page 314, Equation 30.1, as well as similarly in R. Pelrine, Science 287, 5454, 2000, page 837, Equation 2. Actors Heretofore Known are too low in either the dielectric constant and / or the breakdown field strength or too high in the module.
  • a disadvantage of known solutions is also the low electrical resistance, which leads to high leakage currents in actuators and in the worst case to an electrical breakdown.
  • WO-A 2014/001272 WO-A 2012/019979 and WO-A 2014/006005 describe electrochemical converters containing polyurethanes as electroactive polymers.
  • dielectric polyurethane films it is possible, inter alia, to use various OH-functional polymeric compounds, for example polyetherpolyols, polyesterpolyols or polycarbonatepolyols.
  • the transducers have too low an electrical resistance and an insufficient breakdown field strength.
  • thermoplastic polyurethanes are generally linear in construction, i. the overall functionality of the components used is ⁇ 2, 1. However, such linear, uncrosslinked systems show a high stress relaxation (Creep).
  • the dielectric polyurethane films should have one or more of the following properties: a) a tensile modulus (modulus of elasticity) of ⁇ 5 MPa, preferably ⁇ 4 MPa and more preferably ⁇ 3 MPa at 25% elongation determined according to DIN 53 504, b) Elongation at break of> 20%, preferably> 50%> and especially> 70%> according to DIN 53 504, c) a glass point according to DIN 53 513 ⁇ - 10 ° C d) a stress relaxation (creep) at 10%> deformation after 30 min according to DIN 53 441 of
  • the object according to the invention has been achieved by a method for producing a dielectric polyurethane film from a mixture comprising
  • an isocyanate group-containing compound having a content of isocyanate groups of> 10 and ⁇ 50 wt .-% and a number average functionality of isocyanate groups of> 2.6 and ⁇ 4 and
  • the inventive method is particularly suitable for the production of dielectric polyurethane films, which are suitable for the production of electrochemical transducers, which in particular have a good electrical resistance and a high breakdown field strength and due to their low glass transition temperatures to that also at typical ambient temperatures, especially in winter , can be used.
  • the polyurethane films have good mechanical strength and high elasticity.
  • the ester group content (dimension: mol ester groups / kg ester) is understood to mean the amount of ester groups of a polyester polyol relative to 1 kg of substance. This is calculated directly from the recipe by determining the molar amount of carboxylic acid groups or carboxylic acid group equivalents required to produce 1 kg of ester.
  • Carboxylic acid equivalent are, for example, low molecular weight carboxylic acid esters and / or carboxylic anhydrides and / or lactones.
  • Aromatic components are likewise calculated directly from the formulation by determining the amount of aromatic carboxylic acids and / or aromatic carboxylic acid group equivalents required for preparing 100 g of the polyesterpolyol, and optionally aromatic diols , aromatic Carboxylic acid group equivalents are, for example, low molecular weight aromatic carboxylic acid esters and / or aromatic carboxylic anhydrides.
  • Number-average functionalities of the polyester polyols are calculated by first determining the number of molecules present before starting the reaction starting from the respective polyester polyol formulation. Furthermore, the number of moles of hydroxyl groups of all polyols before starting the reaction is determined as well as the number of moles of carboxyl groups. When carboxylic acid anhydrides and / or low molecular weight carboxylic acid esters and / or lactones are used as carboxylic acid equivalents, this number of carboxyl groups results from the fact that the anhydrides and / or esters are theoretically hydrolyzed to form carboxylic acid groups. The functionality of the reacted polyester polyol can now be determined from these data by dividing the number of moles of hydroxyl groups remaining by the number of molecules after the reaction.
  • the number of moles of hydroxyl groups remaining after the reaction is calculated from the number of moles of hydroxyl groups used before the reaction, minus the hydroxyl groups reacted by reaction with carboxyl groups. The latter corresponds to the number of moles of the carboxylic acid groups present before the reaction.
  • the ester group content of the polyester polyol is> 1 and ⁇ 6.5 mol / kg, more preferably> 2 and ⁇ 6.5 mol / kg.
  • the aromatic content of the polyester polyol is ⁇ 45% by weight, particularly preferably ⁇ 35% by weight.
  • the OH number of the polyester polyol is> 35 and ⁇ 90 mg KOH / g.
  • the number-average functionality of the polyester polyols is advantageously> 1.6 and ⁇ 2.8, preferably> 1.8 and ⁇ 2.4.
  • the polyester polyol has an OH number> 27 and ⁇ 120 mg KOH / g, determined according to DIN 53240, an ester group content of> 1 and ⁇ 6.5 mol / kg and a content of aromatic structures of ⁇ 45 % By weight.
  • the polyester polyol has an OH number> 35 and ⁇ 90 mg KOH / g, determined according to DIN 53240, an ester group content of> 2 and ⁇ 6.5 mol / kg and a proportion of aromatic structures of ⁇ 35% by weight.
  • polyester polyols are prepared in a conventional manner by polycondensation.
  • the polyesterpolyol is preferably obtainable from at least a) one or more aromatic and / or aliphatic dicarboxylic acids and / or dicarboxylic acid equivalents and b) one or more linear and / or branched aliphatic diols which have> 6 C atoms, c) optionally one or more Alcohols which are different from the alcohols b) and d) optionally at least one further constituent components which is selected from monocarboxylic acids, polycarboxylic acids having a functionality> 2 and / or hydroxycarboxylic acids and / or the carboxylic acid equivalents of the abovementioned and / or lactones.
  • component a) it is possible in principle to use all aliphatic and / or aromatic dicarboxylic acids having> 4 and ⁇ 50 carbon atoms, and also their anhydrides or low molecular weight esters as carboxylic acid equivalents and / or carbonic acid and their equivalents.
  • phthalic acid isophthalic acid, terephthalic acid, tetrahydrophthalic acid, hexahydrophthalic acid, cyclohexanedicarboxylic acid, adipic acid, azelaic acid, sebacic acid, glutaric acid, tetrachlorophthalic acid, maleic acid, fumaric acid, suberic acid, nonanedicarboxylic acid, decanedicarboxylic acid, dodecanedicarboxylic acid, tetradecanedicarboxylic acid, hexadecanedicarboxylic acid, 2-methylsuccinic acid, 3,3-diethylglutaric acid are suitable , and dimer fatty acids and / or 2,2- Dimethylsuccinic.
  • the acid source used may also be the corresponding analogous anhydrides and / or low molecular weight esters, which are referred to as carboxylic acid equivalents in the context of this invention.
  • carbonic acid in the context of this invention is likewise a dicarboxylic acid, which can preferably be used as dicarboxylic acid equivalent in the form of dialkyl esters, for example as dimethyl carbonate, or as diaryl esters, for example as diphenyl carbonate.
  • component a) are in particular linear, unbranched dicarboxylic acids having> 8 and ⁇ 18 C atoms and / or dimer fatty acids and / or phthalic acid, isophthalic acid and / or terephthalic acid and the carboxylic acid equivalents of the aforementioned.
  • component a) preferably contains> 5% by weight, more preferably> 10% by weight and very preferably> 15% by weight, based on the total weight of component a), of at least one aliphatic dicarboxylic acid having> 30 and ⁇ 44 C atoms (component al) and / or their carboxylic acid equivalents.
  • Component a) can in one embodiment consist entirely of al).
  • Component a) preferably contains> 5% by weight and ⁇ 90% by weight, more preferably> 10% by weight and ⁇ 80% by weight of component a1), based on the total weight of component a).
  • the aliphatic dicarboxylic acid of component al) is branched.
  • component al) is one or more dimer fatty acids and / or their carboxylic acid equivalents.
  • dimer fatty acids dicarboxylic acids which can be prepared by dimerization of unsaturated monocarboxylic acids, such as oleic acid. Suitable dimer fatty acids are, for example, Pripol 1006, Pripol 1009, Pripol 1012, Pripol 1013, Pripol 1017, Pripol 1022, Pripol 1025 and Pripol 1027 from Croda.
  • component a) preferably comprises at least one further aromatic and / or aliphatic dicarboxylic acid a2) and / or its dicarboxylic acid equivalent, which is different from al). The sum of the proportions of al) and a2) adds up to 100% by weight, based on the entire component a).
  • Suitable as component a2) are, in principle, all abovementioned dicarboxylic acids and / or their carboxylic acid equivalents, which do not correspond to component a1).
  • the further dicarboxylic acid a2) is preferably selected from linear, unbranched dicarboxylic acids having> 8 and ⁇ 18 C atoms and / or phthalic acid, isophthalic acid and / or terephthalic acid, and the carboxylic acid equivalents of the abovementioned.
  • Suitable as component b) are in principle all linear and / or branched aliphatic diols which have> 6 C atoms.
  • suitable components (b) are 1,8-octanediol, 1,10-decanediol, 1,1,1-undecanediol, 1,6-hexanediol, 3-methylpentanediol-1,1,5,9-nonanediol and / or 1,12 -Dodecanediol, as well as dimer fatty acid diols from Croda, such as Pripol 2030 and 2033.
  • component b) is selected from 1,8-octanediol, 1, 10-decanediol, 1,1,1-undecanediol, 1,6-hexanediol, methylpentanediol, 1,9-nonanediol and / or 1,12-dodecanediol.
  • Component c) of the polyester polyols according to the invention is preferably selected from difunctional or polyhydric aromatic alcohols having> 8 C atoms and / or aliphatic diols having> 2 and ⁇ 5 C atoms and / or trihydric or polyhydric aliphatic alcohols, more preferably from aliphatic diols with> 2 and ⁇ C atoms and / or trihydric or more aliphatic alcohols, very particularly preferably from dihydric or polyhydric aliphatic alcohols.
  • Suitable components c) are, for example, ethylene glycol, butylene glycol, diethylene glycol, 1,2-propanediol, 1,3-propanediol, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol, 1,5-pentanediol, neopentyl glycol, trimethylolpropane, glycerol, pentaerythritol and / or trimethylolbenzene.
  • Component c) is preferably present in proportions of ⁇ 10% by weight, based on the total weight of the polyester polyol, particularly preferably ⁇ 5% by weight and very particularly preferably ⁇ 2% by weight.
  • component c) is in proportions of> 0.5% by weight and ⁇ 10% by weight, based on the total weight of the polyester polyol, particularly preferably> 0.5% by weight and ⁇ 5 Wt .-% and most preferably> 0.5 wt .-% and ⁇ 2 wt .-% before.
  • monocarboxylic acids such as benzoic acid, caproic acid, oleic acid and / or ricinoleic acid can be used.
  • hydroxycarboxylic acids can also be used as reactants in the preparation of a polyester polyol having terminal hydroxyl groups.
  • Suitable hydroxycarboxylic acids are, for example, hydroxycaproic acid, hydroxybutyric acid, hydroxydecanoic acid or hydroxystearic acid or mixtures thereof.
  • component d it is also possible to use lactones for the preparation of the polyesterpolyols.
  • lactones Preferably, caprolactone is used.
  • polycarboxylic acids with a functionality> 2 can be used.
  • Suitable polycarboxylic acids of component d) are, for example, pyromellitic acid, pyromellitic dianhydride, trimellitic acid, trimellitic anhydride, as well as trimer fatty acids, such as, for example, Pripol 1040 from Croda.
  • component d) are mono- and / or polycarboxylic acids having a functionality of> 2, more preferably ricinoleic acid and / or trimer fatty acids.
  • Component d) is preferably present in proportions of ⁇ 10% by weight, based on the total weight of the polyesterpolyol, particularly preferably ⁇ 5% by weight and very particularly preferably ⁇ 2% by weight.
  • component d) is in proportions of> 0.5% by weight and ⁇ 10% by weight, based on the total weight of the polyester polyol, more preferably> 0.5% by weight and ⁇ 5 Wt .-% and most preferably> 0.5 wt .-% and ⁇ 2 wt .-% before.
  • the sum of components c) and d) is preferably ⁇ 20% by weight, particularly preferably ⁇ 10% by weight and very particularly preferably ⁇ 5% by weight, based on the total weight of the polyester polyol.
  • Single or more of the compounds suitable as component a) to d) may be biobased, i. be made from renewable raw materials and / or by means of at least one fermentative process step.
  • the polyesterpolyol is preferably obtainable from at least a) one or more linear, unbranched dicarboxylic acids with> 8 and ⁇ 18 C atoms and / or dimer fatty acids and / or phthalic acid, isophthalic acid and / or terephthalic acid and the carboxylic acid equivalents of the abovementioned, b) one or more linear and / or branched aliphatic diols which have> 6 and ⁇ 18 C atoms, c) optionally one or more alcohols which are selected from difunctional or polyhydric aromatic alcohols with> 8 C atoms and / or aliphatic diols with> 2 and ⁇ 5 C atoms and / or trihydric or polyhydric aliphatic alcohols and d) optionally at least one further synthesis component which is selected from monocarboxylic acids, polycarboxylic acids having a functionality> 2 and / or hydroxycarboxylic acids and / or the carboxylic acid equivalents
  • the polyesterpolyol is obtainable from at least ai)> 5% by weight, based on the total weight of the polyesterpolyol, of at least one aliphatic dicarboxylic acid which has> 30 and ⁇ 44 carbon atoms and / or their carboxylic acid equivalents and a2) at least one further aromatic and / or aliphatic dicarboxylic acid a2) and / or its dicarboxylic acid equivalent, which is different from al), the sum of the proportions of al) and a2) being 100% by weight (corresponding to component a) added, b) one or more linear and / or branched aliphatic diols having> 6 and ⁇ 18 C atoms, c) optionally one or more alcohols selected from di- or polyhydric aromatic alcohols having> 8 C atoms and / or aliphatic diols having> 2 and ⁇ 5 C atoms and / or trihydric or more aliphatic alcohols and
  • the polyesterpolyol is obtainable from at least ai)> 5% by weight, based on the total weight of the polyesterpolyol, of at least one dimer fatty acid and / or its carboxylic acid equivalent and a2) at least one further aromatic and / or aliphatic dicarboxylic acid a2) and / or their dicarboxylic acid equivalent, which is selected from linear, unbranched dicarboxylic acids having> 8 and ⁇ 18 C atoms and / or phthalic acid, isophthalic acid and / or terephthalic acid, and the carboxylic acid equivalents of the aforementioned, wherein the sum of the proportions of al ) and a2) to 100 wt .-% (corresponding to component a) added, b) one or more linear and / or branched aliphatic diols, which are selected from 1,8-octanediol, 1, 10-decanediol, 1,
  • the polyester polyol is exclusively from components a), b), c) and d), more preferably exclusively from components a), b) and c) and very particularly preferably exclusively from components a) and b) constructed.
  • the compound A) has a number average functionality of isocyanate groups of> 2.6 and ⁇ 4.
  • Isocyanates or modifications of isocyanates having a number average functionality of isocyanate groups of> 2.6 and ⁇ 4, for example based on 1, 4-butylene diisocyanate, 1,6-hexamethylene diisocyanate (HDI), isophorone diisocyanate (IPDI), 2 are suitable according to the invention as compound A) , 2,4 and / or 2,4,4-trimethylhexamethylene diisocyanate, the isomeric bis (4,4'-isocyanatocyclohexyl) methanes (H12-MDI) or mixtures thereof of any isomer content, 1,4-cyclohexylene diisocyanate, 4-isocyanatomethyl-1 , 8-octane diisocyanate (nonane triisocyanate), 1, 4-phenylene diisocyanate, 2,4- and / or 2,6-toluene diisocyanate (TDI), 1,5-naphthylene diisocyanate
  • modifications such as allophanate, uretdione, urethane, isocyanurate, biuret, iminooxadiazinedione or oxadiazinetrione containing compounds based on the diisocyanates mentioned, as well as polynuclear compounds, such as polymeric MDI (pMDI) and combinations of all mentioned compounds.
  • pMDI polymeric MDI
  • the compound A) comprises or consists of an aliphatic polyisocyanate.
  • the compound A) comprises or consists of hexamethylene diisocyanate and / or a polyisocyanate based on HDI having a functionality of> 2.6, this being Polyisocyanate particularly preferably has a biuret, allophanate, isocyanurate, Iminooxadiazindion- or Oxadiazintrion Modell.
  • the compound A) comprises or consists of hexamethylene diisocyanate and / or a biuret and / or isocyanurate of hexamethylene diisocyanate.
  • the compound A) has a content of isocyanate groups of> 10 and ⁇ 50 wt .-%, preferably of> 15 and ⁇ 40% by weight, particularly preferably of> 18 and ⁇ 25% by weight.
  • the isocyanate groups of compound A) may also be partially or completely blocked until they react with the isocyanate-reactive groups so that they can not react directly with the isocyanate-reactive group. This ensures that the reaction takes place only at a certain temperature (blocking temperature).
  • blocking temperature Typical blocking agents are found in the prior art and are selected so that they split off again at temperatures between 60 and 220 ° C, depending on the substance, from the isocyanate group and only then react with the isocyanate-reactive group.
  • blocked NCO values are also be blocked NCO values.
  • NCO values are mentioned in the invention, this is always based on the unblocked NCO value. Most are blocked up to ⁇ 0.5%.
  • Typical blocking agents are for example caprolactam, methyl ethyl ketoxime, pyrazoles such as 3,5-dimethyl-l, 2-pyrazole or 1-pyrazole, triazoles such as 1,2,4-triazole, diisopropylamine, diethyl malonate, diethylamine, phenol or its derivatives or imidazole.
  • the mixture may also contain further polymeric compounds i) containing at least 2 isocyanate-reactive groups, these being preferred for ⁇ 20% by weight, based on the total weight of the polyester polyols B) and the compounds i) ⁇ 15 wt .-% and particularly preferably ⁇ 10 wt .-% present. Further preferably, the mixture contains no compounds i).
  • polymeric compounds i) for the purposes of this invention are meant compounds having a number average molecular weight of> 400 g / mol.
  • the isocyanate-reactive groups of compound i) are functional groups that can react to form covalent bonds with isocyanate groups.
  • the isocyanate-reactive groups are particularly preferably hydroxyl and / or amine groups.
  • the compound i) has a number-average functionality of isocyanate-reactive groups of> 2.0 and ⁇ 4, wherein the isocyanate-reactive groups are preferably hydroxyl and / or amine groups, more preferably hydroxy groups.
  • the compound i) may preferably have an OH number> 27 and ⁇ 120 mg KOH / g, more preferably> 35 and ⁇ 90 mg KOH / g.
  • polyetherpolyols polyetheramines, polyetheresterpolyols, polycarbonatepolyols, polyethercarbonatepolyols, polybutadiene derivatives and polysiloxanes, and mixtures thereof.
  • I) are preferably polyether, polycarbonate and polyetherester polyols, polybutadiene polyols and / or polysiloxane polyols and more preferably polycarbonate polyols.
  • the mixture may also comprise monofunctional compounds ii) which have an isocyanate-reactive group.
  • monofunctional compounds are ethanol, n-butanol, ethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, propylene glycol monomethyl ether, dipropylene glycol monomethyl ether, tripropylene glycol monomethyl ether, dipropylene glycol mono-propyl ether, propylene glycol monobutyl ether, dipropylene glycol monobutyl ether, tripropylene glycol monobutyl ether, 2-ethylhexanol, 1-octanol, 1-dodecanol or 1-hexadecanol or mixtures thereof.
  • the mixture may additionally contain chain extenders and / or crosslinking agents iii), which are proportionally added to compound B).
  • chain extenders and / or crosslinking agents iii which are proportionally added to compound B.
  • compounds having a functionality of 2 to 3 and a molecular weight of 62 to 400 g / mol are preferably used.
  • aromatic or aliphatic aminic chain extenders for example diethyltoluenediamine (DETDA), 3,3'-dichloro-4,4'-diaminodiphenylmethane (MBOCA), 3,5-diamino-4-chloro-isobutylbenzoate, 4- Methyl 2,6-bis (methylthio) -1,3-diaminobenzene (Ethacure 300), trimethylene glycol di-p-aminobenzoate (Polacure 740M) and 4,4'-diamino-2,2'-dichloro-5 , 5'-Diethyldiphenylmethane (MCDEA) can be used.
  • DETDA diethyltoluenediamine
  • MOCA 3,3'-dichloro-4,4'-diaminodiphenylmethane
  • MOCA 3,3'-dichloro-4,4'-diaminodipheny
  • MBOCA 3,5-diamino-4-chloro-isobutylbenzoate.
  • Components suitable for chain extension according to the invention are organic diamines or polyamines.
  • component iii) compounds which, in addition to a primary amino group, also have secondary amino groups or, in addition to an amino group (primary or secondary), also OH groups, can be used.
  • primary / secondary amines such as diethanolamine, 3-amino-1-methylaminopropane, 3-amino-1-ethylaminopropane, 3-amino-1-cyclohexylaminopropane, 3-amino-1-methylaminobutane, alkanolamines, such as N-aminoethylethanolamine, ethanolamine , 3-aminopropanol, neopentanolamine.
  • amines having an isocyanate-reactive group such as methylamine, ethylamine, propylamine, butylamine, octylamine, laurylamine, stearylamine, isononyloxypropylamine, dimethylamine, diethylamine, dipropylamine, dibutylamine, N-methylaminopropylamine, diethyl (methyl) aminopropylamine, morpholine, piperidine, or suitable substituted derivatives thereof, amide amines from diprimary amines and monocarboxylic acids, monoketim of diprimary amines, primary / tertiary amines, such as ⁇ , ⁇ -dimethylaminopropylamine. Often these have a thixotropic effect due to their high reactivity, so that the rheology is changed so that the mixture has a higher viscosity on the substrate.
  • non-aminic chain extenders which are often used are, for example, 2,2'-thiodiethanol, 1,2-propanediol, 1,3-propanediol, glycerol, 2,3-butanediol, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol, 2-methyl-1,3-propanediol.
  • A) and B) and optionally i) have low levels of free water, residual acids and metal contents.
  • the residual water content of B) is preferably ⁇ 1% by weight, more preferably ⁇ 0.7% by weight (based on B)).
  • the residual acid content of B) is preferably ⁇ 1% by weight, more preferably ⁇ 0.7% by weight (based on B).
  • the residual metal contents caused, for example, by residues of catalyst constituents used in the preparation of the starting materials should preferably be less than 1000 ppm and more preferably less than 500 ppm, based on A) or B).
  • the ratio of isocyanate-reactive groups to isocyanate groups in the mixture is preferably between 1: 3 to 3: 1, more preferably between 1: 1.5 to 1.5: 1, most preferably between 1: 1, 3 to 1, 3: 1 and more preferably between 1: 1, 02 to 1: 0.95.
  • the components A) and B), and optionally i), ii) and iii) can be reacted with one another in one step, the so-called one-shot process.
  • the prepolymer process can also be used in the reaction of A) with B).
  • a part A) is reacted with B) to form a prepolymer and later reacted further with further component B).
  • the prepolymer thus prepared can be further processed directly or first filled and stored and later used as component A).
  • the mixture may additionally contain auxiliaries and additives.
  • auxiliaries and additives are crosslinkers, thickeners, solvents, thixotropic agents, stabilizers, antioxidants, light stabilizers, emulsifiers, surfactants, adhesives, plasticizers, water repellents, pigments, fillers rheology improvers, plasticizers, degassing and defoaming agents, wetting additives and catalysts and fillers.
  • Typical catalysts are organometallic compounds such as tin salts or amines or amidines. Very particular preference is given to using organotin compounds as catalysts.
  • the mixture furthermore comprises C) a solvent which has a vapor pressure at 20 ° C. of> 0.1 and ⁇ 200 mbar and D) a wetting additive.
  • the mixture also comprises a filler E).
  • aqueous and organic solvents can be used, more preferably organic solvents are used.
  • a solvent can be used which has a vapor pressure at 20 ° C. of> 0.1 mbar and ⁇ 200 mbar, preferably> 0.2 mbar and ⁇ 150 mbar and particularly preferably> 0.3 mbar and ⁇ 120 mbar. It is particularly advantageous that the films of the invention can be produced on a roller coating system.
  • the wetting additive D in an amount of 0.05 to 1.0 wt .-%, based on the total weight of the mixture, in the mixture.
  • Typical wetting additives are available, for example, from Altana (Byk additives such as: polyester-modified polydimethylsiloxane, polyether-modified polydimethylsiloxane or acrylate copolymers, and, for example, CeFo fluorotelomers).
  • the mixture comprises fillers E) with a high dielectric constant.
  • these are ceramic fillers, in particular barium titanate, strontium titanate, copper titanate, calcium titanate, titanium dioxide and piezoelectric ceramics such as quartz or lead zirconium titanate, and mixed oxides of all compounds mentioned above and organic fillers, especially those having a high electrical polarizability, for example phthalocyanines, poly-3-hexylthiophene , By adding these fillers, the dielectric constant of the polyurethane film can be increased.
  • a higher dielectric constant can also be achieved by introducing electrically conductive fillers below the percolation threshold.
  • electrically conductive fillers below the percolation threshold.
  • examples of such materials are, besides metals such as silver, aluminum and copper, carbon black, graphite, graphene, fibers, single or multi-walled carbon nanotubes, electrically conductive polymers such as polythiophenes, polyanilines or polypyrroles, or mixtures thereof.
  • electrically conductive polymers such as polythiophenes, polyanilines or polypyrroles, or mixtures thereof.
  • carbon black types with a particularly high BET surface area are preferred.
  • additives for increasing the dielectric constant and / or the electrical breakdown field strength can also be added after the filming of polyurethanes. This can be done, for example, by generating one or more further layers or by penetration of the polyurethane film, for example, by diffusion.
  • the polyurethane film is separated from the carrier.
  • the steps I) to IV) are repeated continuously.
  • the polyurethane film may have a layer thickness of 0.1 ⁇ to 1000 ⁇ , preferably from 1 ⁇ to 500 ⁇ , more preferably from 5 ⁇ to 200 ⁇ and most preferably from 10 ⁇ to 100 ⁇ .
  • the application of the mixture of step I) to the support in step II) can be carried out, for example, by knife coating, brushing, casting, spinning, spraying, extrusion in a roll-to-roll process.
  • the mixture is applied to the carrier with a squeegee (such as a squeegee, quark, or the like), rollers (such as anilox rollers, gravure rollers, burnishing rollers, or the like) or a nozzle.
  • the nozzle may be part of a nozzle application. It is also possible to operate several commissioned works simultaneously or in succession. Several layers can be applied simultaneously with a commissioned work.
  • a nozzle is used, and more preferably a residence time optimized and / or recirculation-free nozzle.
  • the distance of the nozzle to the carrier is less than three times the thickness of the wet film, preferably less than twice the thickness of the wet film, and more preferably less than one and a half times the thickness of the wet film. If, for example, 150 ⁇ m of wet film is coated (if the wet film contains 20% by weight of solvent, this corresponds to 120 ⁇ m of cured film), then the distance between the nozzle and the substrate should be selected to be less than 300 ⁇ m. If the distance of the nozzle to the support is chosen as described above, a roller coater can be used to make the films.
  • a wet film with a thickness of 10 to 300 ⁇ m, preferably of 15 to 150 ⁇ m, more preferably of 20 to 120 ⁇ m, and very particularly preferably of 20 to 80 ⁇ m can be produced in step II).
  • the wet film is cured in step III) by being passed through a first drying section, which preferably has a temperature> 40 ° C and ⁇ 120 ° C, more preferably> 60 ° C and ⁇ 110 ° C and especially preferably> 60 ° C and ⁇ 100 ° C.
  • the wet film can also be passed through a second drying section after the first drying section, which preferably has a temperature> 60 ° C and ⁇ 130 ° C, more preferably> 80 ° C and ⁇ 120 ° C and particularly preferably> 90 ° C and ⁇ 120 ° C has.
  • the wet film can also be passed through a third drying section which preferably has a temperature of> 110 ° C. and ⁇ 180 ° C., more preferably> 110 ° C. and ⁇ 150 ° C. and particularly preferably> 110 ° C. ⁇ 140 ° C has.
  • Drying can be carried out in suspension or in roller dryers, such as those offered by, for example, Krönert, Coatema, Drytec or Polytype on the market.
  • the typical rate at which the wet film on the support passes through the drying section (s) is> 0.5 m / min and ⁇ 600 m / min, more preferably> 0.5 m / min and ⁇ 500 m / min and more preferably> 0.5 m / min and ⁇ 100 m / min.
  • the dry section length and the supply air of the dry sections are adapted to the speed.
  • the total residence time of the wet film in the dry section or sections is> 10 seconds and ⁇ 60 minutes, preferably> 30 seconds and ⁇ 40 minutes, more preferably> 40 seconds and ⁇ 30 minutes, and most preferably> 40 seconds and ⁇ 10 mins.
  • the dielectric polyurethane film according to the invention can be provided with further functional layers, for example conductive layers, barrier layers against solvents and gases, and / or adhesive layers. This can be done on one side or on both sides, in one layer or in several layers one above the other, by complete or by surface partial coating.
  • further functional layers for example conductive layers, barrier layers against solvents and gases, and / or adhesive layers. This can be done on one side or on both sides, in one layer or in several layers one above the other, by complete or by surface partial coating.
  • Glass, release paper, films and plastics from which the produced polyurethane dielectric film can be easily separated are particularly suitable as carriers for the production of a polymer film from the reaction mixture.
  • Particularly preferred paper or films are used. Paper can be coated on one or both sides, for example, with silicone or plastics be.
  • the coating and / or the film can be made, for example, of plastics such as polyethylene, polypropylene, polymethylpentene, polyethylene terephthalate, polypropylene, polyethylene, polyvinyl chloride, teflon, polystyrene, polybutadiene, polyurethane, acrylester-styrene-acrylonitrile, acrylonitrile / butadiene / acrylate, acrylonitrile-butadiene Styrene, acrylonitrile / chlorinated polyethylene / styrene, acrylonitrile / methyl methacrylate, butadiene rubber, butyl rubber, casein plastics, artificial horn, cellulose acetate, cellulose hydrate, cellulose nitrate, chloroprene rubber, chitin, chitosan, cyclo-olefin copolymers, epoxy resin, ethylene oxide Ethyl acrylate copolymer, ethylene
  • these plastics can also be used directly as support materials and / or additionally provided with further internal or external release agents or layers.
  • the layers may have barrier functions or may also contain conductive structures which may optionally be transferred to the polyurethane dielectric film.
  • the plastics may be axially or biaxially oriented or stretched and may be pretreated by pressure or corona.
  • the films can also be reinforced. Typical reinforcements are fabrics such as textile or glass fibers.
  • a carrier made of glass, plastic or paper and preferably made of silicone or plastic-coated paper can be used.
  • the film or paper can be peeled off directly after coating and reused.
  • the film may be circulated and the dielectric polyurethane film transferred directly to a new carrier during stripping.
  • the carrier is provided with a structure. This is also called an imprint.
  • the embossing is such that the structure on the dielectric Polyurethane film transfers in such a way that the embossing is formed only in the surface of the dielectric polyurethane film.
  • the embossing is smooth when the film is stretched.
  • the embossment is made such that an electrode layer on the film is stretched when stretched without significantly stretching that layer itself.
  • the embossment is preferably embossed in a roll-to-roll process in the carrier. For example, hot or coagulated hot through a roll into a thermoplastic is applied here. Typical embossings are described for example in EP 1 919 071.
  • a further subject of the present invention is a dielectric polyurethane film obtainable by the process according to the invention.
  • the polyurethane dielectric film of the present invention is also useful for the production of multi-layered electroactive polymer film systems known in the art comprising layers of dielectric polyurethane and, for example, conductive electrode layer. Such systems are described, for example, in WO-A 2014/001272 or WO-A 2014/006005.
  • a method for producing an electromechanical transducer in which a dielectric polyurethane film is produced in a first step by a method according to the invention and in a second step an electrode is arranged on opposite sides of the dielectric polyurethane film.
  • the electrodes can be applied, for example, via a printing process such as ink-jet, flexographic printing, screen printing or via a doctor blade, a nozzle or roller and via a metallization in a vacuum.
  • Typical materials are carbon based or based on metals such as silver, copper, aluminum, gold, nickel, zinc or other conductive metals as well as materials.
  • the metal can be applied as a salt or as a solution, as a dispersion or emulsion and also as a precursor.
  • the electrode layer on the layers is preferably applied so that it can be contacted from the sides and not over the dielectric film edge, otherwise there will be breakdowns. It is usual to allow a safety margin between the electrode and the dielectric so that the electrode area is smaller than the dielectric area.
  • the electrode is structured such that a conductor track is led out for electrical contacting.
  • the converter can be advantageously used in a variety of configurations for the production of sensors, actuators and / or generators.
  • Another object of the present invention is therefore an electronic and / or electrical device, in particular a module, automaton, instrument or a component comprising an electromechanical transducer according to the invention.
  • the present invention relates to the use of an electromechanical transducer according to the invention in an electronic and / or electrical device, in particular in an actuator, sensor or generator.
  • the invention in a variety of different applications in the electro-mechanical and electro-acoustic field, in particular in the field of energy from mechanical vibrations (energy harvesting), acoustics, ultrasound, medical diagnostics, acoustic microscopy, mechanical sensors, in particular pressure - Force and / or strain sensors, robotics and / or communication technology can be realized.
  • Typical examples include pressure sensors, electroacoustic transducers, microphones, loudspeakers, vibration transducers, light deflectors, diaphragms, optical fiber modulators, pyroelectric detectors, capacitors and control systems, and "intelligent" floors, as well as systems for converting mechanical energy, particularly rotating or oscillating motions electrical power.
  • NCO contents were determined volumetrically in accordance with DIN EN ISO 11909, unless expressly stated otherwise. Hydroxyl numbers (OHN in mg KOH / g substance) were determined according to DIN 53240 (December 1971).
  • the indicated viscosities were determined by means of rotational viscometry according to DIN 53019 at 23 ° C. using a rotational viscometer from Anton Paar Germany GmbH, Germany, Helmuth-Hirth-Str. 6, 73760 Ostfildern.
  • the determination of the stress relaxation was also carried out on the tractor Zwicki; the instrumentation corresponds to the attempt to determine the permanent strain.
  • the sample used was a strip-shaped sample of the dimension 60 ⁇ 10 mm 2 , which was clamped with a clamp spacing of 50 mm. After a very fast deformation to 55 mm, this deformation was kept constant for a period of 30 minutes and during this time the force curve was determined.
  • the stress relaxation after 30 minutes is the percentage decrease in stress, relative to the initial value immediately after deformation to 55 mm.
  • the determination of the glass transition temperature was carried out by means of a dynamic mechanical analysis (DMS 6100 from SEIKO, German representation: THASS GmbH, Pfingstweide 21, 61169 Friedberg) under forced oscillations according to DIN 51513.
  • the glass transition temperature is the maximum of the loss modulus curve.
  • the electrical resistance was determined by means of a laboratory setup from Keithley Instruments (Keithley Instruments GmbH, Landsberger Strasse 65, D-82110 Germering Germany) Model No .: 6517 A and 8009 according to ASTM D 257, a method for determining the insulation resistance of materials , Fracture field strength was determined according to ASTM D 149-97a using a model HypotMAX high voltage power source supplied by Associated Research Inc, 13860 W Laurel Drive, Lake Forest, IL 600045-4546, USA, and a self-constructed sample holder. The sample holder contacts the homogeneous-thickness polymer samples with little mechanical preload and prevents the operator from coming in contact with the stress.
  • the non-prestressed polymer film is statically loaded in this structure with increasing voltage until an electrical breakdown takes place through the film.
  • the result of measurement is the voltage reached at breakthrough, based on the thickness of the polymer film in [V / ⁇ ]. There are 5 measurements per slide and the mean value is given. Substances used and abbreviations:
  • Phthalic anhydride molecular weight 2000 g / mol, ester group content 7.6 mol / kg and aromatic content 62.7 wt .-%, Bayer MaterialScience AG, Leverkusen, DE
  • Phthalic anhydride My-Chem GmbH & Co KG
  • Pripol 1009 hydrogenated dimer fatty acid, Croda Europe Ltd. Titanium tetrabutoxide: Sigma-Aldrich
  • Hostaphan RN 2SLK release film from Mitsubishi based on polyethylene terephthalate with silicone coating. A 300 mm wide film was used. polyester production
  • Table 1 shows the starting materials used for the preparation of the polyester polyols 1 to 4, the ester group contents and aromatic proportions of the resulting polyester polyols.
  • Aromatic content [% by weight] 33.3 29.4 22.6 0
  • reaction temperature after addition at about 130 ° to 140 ° C. in each case being raised to 230 ° C. and at this temperature, the reaction continued until no more water of reaction distilled off, which was the case after a running time of about 20 hours.
  • the reaction was completed by adding 40 mg of stannous chloride dihydrate, by applying Vacuum the pressure gradually over about 2 hrs. lowered to last 15 mbar and the reaction continued at 200 ° C for a further 50 hours
  • Viscosity 1500 mPas (75 ° C)
  • Viscosity 1910 mPas (75 ° C)
  • Viscosity 1050 mPas (75 ° C)
  • Table 2 shows the properties of the polyurethane films produced from the individual polyesters determined by the abovementioned measuring methods. It was found that the films according to the invention offer distinct advantages over those of the prior art.
  • the combination of the deep glass point with a good electrical resistance and a high breakdown field strength is particularly advantageous.
  • the Films of the invention can be used in particular for the production of electromechanical converters with particularly good efficiencies, which can also be used at the usual ambient temperatures, especially in winter.
  • the polyurethane films have good mechanical strength and high elasticity.
  • Aromatic content 33.3 29.4 22.6 0 62.7

Abstract

The present invention relates to a method for producing a dielectric polyurethane film from a mixture comprising A) a compound containing isocyanate groups having a content of isocyanate groups of ≥ 10 and ≤ 50 wt.% and a number-average functionality of isocyanate groups of ≥ 2.6 and ≤ 4 and B) a polyester polyol having an OH-number of ≥ 27 and ≤ 120 mg KOH/g, determined in accordance with DIN 53240, characterized in that it exhibits an ester group content of ≥ 1 and ≤ 7 mol/kg and a portion of aromatic structures of ≤ 50 wt.-% The invention also relates to the dielectric polyurethane film obtainable by this method. The invention further relates to a method for preparing an electrochemical transducer and an electrochemical transducer obtainable by said method.

Description

Dielektrische EAP Folien mit niedrigem Glaspunkt auf der Basis von Polyesterpolyolen  Dielectric EAP films with a low glass point based on polyester polyols
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines dielektrischen Polyurethanfilms aus einer Mischung umfassend A) eine Isocyanatgruppen enthaltende Verbindung mit B) einem speziellen Polyesterpolyol. Weiterhin betrifft die Erfindung den durch dieses Verfahren erhältlichen dielektrische Polyurethanfilm. Weitere Gegenstände der Erfindung sind ein Verfahren zur Herstellung eines elektrochemischen Wandlers und ein durch dieses Verfahren erhältlicher elektrochemische Wandler. The present invention relates to a process for producing a polyurethane dielectric film from a mixture comprising A) an isocyanate group-containing compound with B) a specific polyester polyol. Furthermore, the invention relates to the obtainable by this method dielectric polyurethane film. Further objects of the invention are a method for producing an electrochemical transducer and an electrochemical transducer obtainable by this method.
Wandler - auch elektromechanische Wandler genannt - wandeln elektrische in mechanische Energie um und umgekehrt. Sie können als Bestandteil von Sensoren, Aktoren und/oder Generatoren eingesetzt werden. Transducers - also called electromechanical transducers - convert electrical energy into mechanical energy and vice versa. They can be used as part of sensors, actuators and / or generators.
Der grundsätzliche Aufbau eines solchen Wandlers besteht aus elektroaktiven Polymeren (EAP). Das Aufbauprinzip und die Wirkungsweise sind dem eines elektrischen Kondensators ähnlich. Es gibt ein Dielektrikum zwischen zwei Platten unter Spannung. Allerdings handelt es sich bei EAPs um ein dehnbares Dielektrikum, welches sich im elektrischen Feld verformt. Genau genommen sind es dielektrische Elastomere meist in Folienform (DEAP; dielektrisches elektroaktives Polymer) welche einen hohen elektrischen Widerstand haben und beidseitig mit dehnbaren Elektroden, mit hoher Leitfähigkeit beschichtet sind (Elektrode), wie beispielsweise in WO-A 01/06575 beschrieben. Dieser grundsätzliche Aufbau kann in unterschiedlichsten Konfigurationen zur Herstellung von Sensoren, Aktoren oder Generatoren eingesetzt werden. Neben einschichtigen Aufbauten sind auch mehrschichtige Aufbauten bekannt. The basic structure of such a transducer consists of electroactive polymers (EAP). The construction principle and the operation are similar to those of an electrical capacitor. There is a dielectric between two plates under tension. However, EAPs are a ductile dielectric that deforms in the electric field. Strictly speaking, dielectric elastomers are mostly in film form (DEAP, dielectric electroactive polymer) which have a high electrical resistance and are coated on both sides with stretchable electrodes with high conductivity (electrode), as described, for example, in WO-A 01/06575. This basic structure can be used in a variety of configurations for the production of sensors, actuators or generators. In addition to single-layered structures, multi-layered structures are also known.
Elektroaktive Polymere als elastisches Dielektrikum in Wandlersystemen müssen - je nach Anwendung in unterschiedlichen Bauteilen: Aktoren/Sensoren oder Generatoren - unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Gemeinsame mechanische Eigenschaften sind eine ausreichend hohe Bruchdehnung, niedrige bleibende Dehnungen und ausreichend hohe Druck-/Zug-Festigkeiten. Diese Eigenschaften sorgen für eine ausreichend große elastische Deformierbarkeit ohne mechanische Beschädigung des Energiewandlers. Für Energiewandler, die in Zug betrieben werden ist es besonders wichtig, dass diese Elastomere keine bleibende Dehnung aufweisen, da sonst nach einer bestimmten Zyklenzahl an Dehnungen kein elektroaktiven Effekt mehr auftritt, und zudem unter mechanischer Last keine Spannungsrelaxation zeigen. Es gibt aber auch je nach Anwendung unterschiedliche Anforderungen: Für Aktoren im Zug-Modus werden hochreversibel dehnbare Elastomere mit hoher Bruchdehnung und niedrigem Zug-E-Modul benötigt. Für Generatoren, die in Dehnung betrieben werden, ist dagegen ein hoher Zug-E-Modul sinnvoll. Auch die Anforderungen an den Innenwiderstand sind unterschiedlich; für Generatoren werden deutlich höhere Anforderungen an den Innenwiderstand gestellt als für Aktoren. Electroactive polymers as elastic dielectric in transducer systems must - depending on the application in different components: actuators / sensors or generators - have different properties. Common mechanical properties are sufficiently high elongation at break, low residual strains and sufficiently high compressive / tensile strengths. These properties provide a sufficiently large elastic deformability without mechanical damage to the energy converter. For energy converters operated in Zug, it is particularly important that these elastomers have no permanent elongation, otherwise no electroactive effect will occur after a certain number of cycles of strains and, moreover, no stress relaxation under mechanical load. However, there are also different requirements depending on the application: For actuators in the tensile mode, highly reversible elastic elastomers with high elongation at break and low tensile modulus of elasticity are required. For generators that are operated in extension, however, a high tensile modulus is useful. The requirements for the internal resistance are different; For generators, significantly higher requirements are placed on the internal resistance than for actuators.
Aus der Literatur ist für Aktoren bekannt, dass die Dehnbarkeit zur Dielektrizitätskonstante und der angelegten Spannung zum Quadrat sowie umgekehrt proportional zum Modul ist: mit der relativen Permittivität er , der Steifigkeit Fund die Foliendicke d mit der Schaltspannung U zeigt die Dehnung sz gemäß der Gleichung
Figure imgf000003_0001
From the literature it is known for actuators that the ductility to the dielectric constant and the applied voltage is inversely proportional to the modulus: with the relative permittivity e r , the stiffness Find the film thickness d with the switching voltage U shows the strain s z according to the equation
Figure imgf000003_0001
Die Spannung ist wiederum abhängig von der Durchbruchfeldstärke, d. h. wenn die Durchbruchbruchfeldstärke sehr niedrig ist, können keine hohen Spannung angelegt werden. Da dieser Wert quadratisch in die Gleichung zur Berechnung der Dehnung, welche durch die elektromechanische Anziehung der Elektroden hervorgerufen wird, eingeht, muss die Durchbruchfeldstärke entsprechend hoch sein. Eine typische Gleichung hierzu ist zu finden in: Federico Carpi, Dielectric Elastomers as Electromechanical Transducers, Elsevier, Seite 314, Gleichung 30.1 sowie ähnlich auch in R. Pelrine, Science 287, 5454, 2000, Seite 837, Gleichung 2. Bis jetzt bekannte Aktoren sind entweder in der Dielektrizitätskonstante und/oder der Durchbruchfeldstärke zu niedrig oder im Modul zu hoch. Nachteilig an bekannten Lösungen ist auch der niedrige elektrische Widerstand, der bei Aktoren zu hohen Leckströmen und im schlimmsten Fall zu einem elektrischen Durchschlag führt.  The voltage is in turn dependent on the breakdown field strength, d. H. if the breakdown rupture field strength is very low, no high voltage can be applied. Since this value is squared in the equation for calculating the strain caused by the electromechanical attraction of the electrodes, the breakdown field strength must be correspondingly high. A typical equation can be found in: Federico Carpi, Dielectric Elastomers as Electromechanical Transducers, Elsevier, page 314, Equation 30.1, as well as similarly in R. Pelrine, Science 287, 5454, 2000, page 837, Equation 2. Actors Heretofore Known are too low in either the dielectric constant and / or the breakdown field strength or too high in the module. A disadvantage of known solutions is also the low electrical resistance, which leads to high leakage currents in actuators and in the worst case to an electrical breakdown.
Für Generatoren ist wichtig, dass sie eine hohe elektrische Stromausbeute bei niedrigen Verlusten bewirken. Typische Verluste entstehen an Grenzflächen, beim Be- und Entladen des dielektrischen Elastomers sowie durch Leckströme durch das dielektrische Elastomer. Zusätzlich bewirkt der Widerstand der elektrisch leitfähigen Elektrodenschicht des EAPs einen Energieverlust; die Elektrode sollte daher wiederum einen möglichst geringen elektrischen Widerstand haben. Eine Beschreibung findet sich in: Christian Graf und Jürgen Maas, Energy harvesting cycles based on electro active polymers, proceedings of SPIE Smart structures, 2010, vol. 7642, 764217. Aus den Herleitungen gemäß Gleichung 34 und 35, folgt auf Seite 9 (12) letzter Satz, dass der Energieverlust minimal ist, wenn die Dielektrizitätskonstante sowie der elektrische Widerstand besonders hoch sind. Da nahezu alle elektroaktiven Polymere unter zyklischen Belastungen und vorgedehnten Strukturen betrieben werden, dürfen die Materialien bei wiederholten zyklischen Belastungen nicht zum Fließen neigen und der„creep" (Spannungsrelaxation) sollte so gering wie möglich sein. For generators, it is important that they produce a high electrical current yield with low losses. Typical losses occur at interfaces, loading and unloading of the dielectric elastomer, and leakage through the dielectric elastomer. In addition, the resistance of the electrically conductive electrode layer of the EAP causes an energy loss; The electrode should therefore again have the lowest possible electrical resistance. A description can be found in: Christian Graf and Jürgen Maas, Energy harvesting cycles based on electroactive polymers, proceedings of SPIE Smart structures, 2010, vol. 7642, 764217. From the derivations of Equations 34 and 35, it follows on page 9 (12), last sentence, that the energy loss is minimal when the dielectric constant as well as the electrical resistance are particularly high. Since almost all electroactive polymers are operated under cyclic loads and pre-stretched structures, the materials must not flow with repeated cyclic loads and the creep should be as low as possible.
Die WO-A 2014/001272, WO-A 2012/019979 und die WO-A 2014/006005 beschreiben elektrochemische Wandler, die Polyurethane als elektroaktive Polymere enthalten. Zur Herstellung der eingesetzten dielektrischen Polyurethanfilme können unter anderem verschiedene OH-funktionelle polymere Verbindungen, wie beispielsweise Polyetherpolyole, Polyesterpolyole oder Polycarbonatpolyole eingesetzt werden. Im Falle der Polyetherpolyol basierten Polyurethanfilme weisen die Wandler jedoch einen zu geringen elektrischen Wiederstand und eine nicht ausreichende Durchbruchfeldstärke auf. Werden Polyester- oder Polycarbonatpolyole eingesetzt, sind die erhaltenen Wandler auf Grund der relativ hohen Glastemperaturen der erhaltenen Polyurethane allerdings nur eingeschränkt bei typischen Umgebungstemperaturen, insbesondere im Winter, einsetzbar. Nachteilig ist in diesem Falle auch, dass die Polyurethanfilme meist einen zu hohen E- Modul aufweisen, so dass die Aktorik gemäß obiger Gleichung nicht ausreichend ist. Die WO-A 2013/037508 AI beschreibt elektrochemische Wandler, die thermoplastische Polyurethane als elektroaktive Polymere enthalten. Thermoplastische Polyurethane sind jedoch im allgemeinen linear aufgebaut, d.h. die Gesamtfunktionalität der eingesetzten Komponenten ist < 2, 1. Solche linearen, unvernetzten Systeme zeigen jedoch eine hohe Spannungsrelaxation (Creep). WO-A 2014/001272, WO-A 2012/019979 and WO-A 2014/006005 describe electrochemical converters containing polyurethanes as electroactive polymers. For the preparation of the dielectric polyurethane films used it is possible, inter alia, to use various OH-functional polymeric compounds, for example polyetherpolyols, polyesterpolyols or polycarbonatepolyols. However, in the case of polyether polyol-based polyurethane films, the transducers have too low an electrical resistance and an insufficient breakdown field strength. If polyester or polycarbonate polyols are used, the resulting converters can only be used to a limited extent at typical ambient temperatures, in particular in winter, owing to the relatively high glass transition temperatures of the resulting polyurethanes. It is also disadvantageous in this case that the polyurethane films usually have a too high modulus of elasticity, so that the actuator system according to the above equation is not sufficient. WO-A 2013/037508 A1 describes electrochemical converters which contain thermoplastic polyurethanes as electroactive polymers. However, thermoplastic polyurethanes are generally linear in construction, i. the overall functionality of the components used is <2, 1. However, such linear, uncrosslinked systems show a high stress relaxation (Creep).
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, ein Verfahren zur Herstellung von dielektrischen Polyurethanfilmen bereitzustellen, die zur Herstellung von elektrochemischen Wandlern geeignet sind, die insbesondere einen guten elektrischen Wiederstand und eine hohe Durchbruchfeldstärke aufweisen und zu dem auch bei typischen Umgebungstemperaturen, insbesondere auch im Winter, eingesetzt werden können. It was therefore an object of the present invention to provide a process for the production of dielectric polyurethane films which are suitable for the production of electrochemical transducers, which in particular have a good electrical resistance and a high breakdown field strength and which also at typical ambient temperatures, especially in winter, can be used.
Insbesondere sollten die dielektrische Polyurethanfilme eine oder mehrere der folgenden Eigenschaften aufweisen: a) einen Zugmodul (E-Modul) von < 5 MPa, bevorzugt < 4 MPa und besonders bevorzugt < 3 MPa bei 25% Dehnung bestimmt nach DIN 53 504, b) ein Bruchdehnung von > 20%, bevorzug > 50%> und besonders > 70%> nach DIN 53 504, c) einen Glaspunkt nach DIN 53 513 < - 10°C d) eine Spannungsrelaxation (Creep) bei 10%> Deformation nach 30 min nach DIN 53 441 vonIn particular, the dielectric polyurethane films should have one or more of the following properties: a) a tensile modulus (modulus of elasticity) of <5 MPa, preferably <4 MPa and more preferably <3 MPa at 25% elongation determined according to DIN 53 504, b) Elongation at break of> 20%, preferably> 50%> and especially> 70%> according to DIN 53 504, c) a glass point according to DIN 53 513 <- 10 ° C d) a stress relaxation (creep) at 10%> deformation after 30 min according to DIN 53 441 of
< 30%, bevorzug < 20% und besonders < 10%, e) ein Durchbruchfeldstärke von > 40 V/μηι nach ASTM D 149-97a, bevorzugt > 60 V/μηι und besonders bevorzugt > 80 V/μηι und/oder f) ein elektrischer Widerstand von > 1,0*E10 Ohm*m nach ASTM D 257, besonders bevorzugt > 1 *E11 Ohm m und besonders, > 5*E11 Ohm m. <30%, preferably <20% and especially <10%, e) a breakdown field strength of> 40 V / μηι according to ASTM D 149-97a, preferably> 60 V / μηι and particularly preferably> 80 V / μηι and / or f) an electrical resistance of> 1.0 * E10 ohm * m after ASTM D 257, more preferably> 1 * E11 ohm m and especially,> 5 * E11 ohm m.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wurde gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines dielektrischen Polyurethanfilms aus einer Mischung umfassend The object according to the invention has been achieved by a method for producing a dielectric polyurethane film from a mixture comprising
A) eine Isocyanatgruppen enthaltende Verbindung mit einem Gehalt an Isocyanatgruppen von > 10 und < 50 Gew.-% und einer zahlenmittleren Funktionalität an Isocyanatgruppen von > 2,6 und < 4 und A) an isocyanate group-containing compound having a content of isocyanate groups of> 10 and <50 wt .-% and a number average functionality of isocyanate groups of> 2.6 and <4 and
B) ein Polyesterpolyol mit einer OH-Zahl > 27 und < 120 mg KOH/g, bestimmt nach DIN 53240, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Estergruppengehalt von > 1 und < 7 mol/kg und einen Anteil an aromatischen Strukturen von < 50 Gew.- % aufweist. B) a polyester polyol having an OH number> 27 and <120 mg KOH / g, determined according to DIN 53240, characterized in that it has an ester group content of> 1 and <7 mol / kg and a content of aromatic structures of <50 wt .- % having.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders gut zur Herstellung von dielektrischen Polyurethanfilmen, die zur Herstellung von elektrochemischen Wandlern geeignet sind, die insbesondere einen guten elektrischen Wiederstand und eine hohe Durchbruchfeldstärke aufweisen und auf Grund ihrer tiefen Glastemperaturen zu dem auch bei typischen Umgebungstemperaturen, insbesondere auch im Winter, eingesetzt werden können. Zudem weisen die Polyurethanfilme eine gute mechanische Festigkeit und eine hohe Elastizität auf. The inventive method is particularly suitable for the production of dielectric polyurethane films, which are suitable for the production of electrochemical transducers, which in particular have a good electrical resistance and a high breakdown field strength and due to their low glass transition temperatures to that also at typical ambient temperatures, especially in winter , can be used. In addition, the polyurethane films have good mechanical strength and high elasticity.
Unter der Estergruppengehalt (Dimension: Mol Estergruppen/kg Ester) ist die auf 1 kg Substanz bezogene Menge an Estergruppen eines Polyesterpolyols zu verstehen. Diese wird direkt aus der Rezeptur heraus berechnet, indem man die zur Herstellung von 1 kg Ester erforderliche molare Menge an Carbonsäurengruppen, bzw. Carbonsäuregruppenäquivalente bestimmt. Carbonsäuregruppenäquivalent sind beispielsweise niedermolekulare Carbonsäureester und/oder Carbonsäureanhydride und/oder Lactone. The ester group content (dimension: mol ester groups / kg ester) is understood to mean the amount of ester groups of a polyester polyol relative to 1 kg of substance. This is calculated directly from the recipe by determining the molar amount of carboxylic acid groups or carboxylic acid group equivalents required to produce 1 kg of ester. Carboxylic acid equivalent are, for example, low molecular weight carboxylic acid esters and / or carboxylic anhydrides and / or lactones.
Aromatenanteile (Anteil an aromatischen Strukturen; Dimension: Gew.-% Aromat) werden ebenfalls direkt aus der Rezeptur heraus berechnet, indem man die zur Herstellung 100 g des Polyesterpolyols erforderliche Menge an aromatischen Carbonsäuren und/oder aromatischen Carbonsäuregruppenquivalenten, sowie ggf. aromatischen Diolen bestimmt. Aromatische Carbonsäuregruppenäquivalente sind beispielsweise niedermolekulare aromatische Carbonsäureester und/oder aromatische Carbonsäureanhydride. Aromatic components (proportion of aromatic structures, dimension:% by weight of aromatic) are likewise calculated directly from the formulation by determining the amount of aromatic carboxylic acids and / or aromatic carboxylic acid group equivalents required for preparing 100 g of the polyesterpolyol, and optionally aromatic diols , aromatic Carboxylic acid group equivalents are, for example, low molecular weight aromatic carboxylic acid esters and / or aromatic carboxylic anhydrides.
Zahlenmittlere Funktionalitäten der Polyesterpolyole werden rechnerisch dadurch ermittelt, dass ausgehend von der jeweiligen Polyesterpolyolrezeptur zunächst die Anzahl aller vorliegenden Moleküle vor Beginn der Reaktion bestimmt wird. Weiterhin wird die Molzahl an Hydroxylgruppen aller Polyole vor Beginn der Umsetzung ebenso bestimmt, wie die Molzahl an Carboxylgruppen. Bei Verwendung von Carbonsäureanhydriden und/oder niedermolekularen Carbonsäureestern und/oder Lactonen als Carbonsäureäquivalente, ergibt sich diese Molzahl an Carboxylgruppen dadurch, dass man Anhydride und/oder Ester theoretisch zu Carbonsäurengruppen hydrolysiert. Die Funktionalität des ausreagierten Polyesterpolyols kann nun aus diesen Angaben dadurch bestimmt werden, dass man die Molzahl an verbliebenen Hydroxylgruppen durch die Anzahl der Moleküle nach der Reaktion dividiert. Number-average functionalities of the polyester polyols are calculated by first determining the number of molecules present before starting the reaction starting from the respective polyester polyol formulation. Furthermore, the number of moles of hydroxyl groups of all polyols before starting the reaction is determined as well as the number of moles of carboxyl groups. When carboxylic acid anhydrides and / or low molecular weight carboxylic acid esters and / or lactones are used as carboxylic acid equivalents, this number of carboxyl groups results from the fact that the anhydrides and / or esters are theoretically hydrolyzed to form carboxylic acid groups. The functionality of the reacted polyester polyol can now be determined from these data by dividing the number of moles of hydroxyl groups remaining by the number of molecules after the reaction.
Die Molzahl an nach der Reaktion verbliebenen Hydroxylgruppen berechnet sich aus der Molzahl der vor der Reaktion eingesetzten Hydroxylgruppen, abzüglich der durch Umsetzung mit Carboxylgruppen abreagierten Hydroxylgruppen. Letztere entspricht der Molzahl der vor der Reaktion vorhandenen Carbonsäuregruppen. The number of moles of hydroxyl groups remaining after the reaction is calculated from the number of moles of hydroxyl groups used before the reaction, minus the hydroxyl groups reacted by reaction with carboxyl groups. The latter corresponds to the number of moles of the carboxylic acid groups present before the reaction.
Da bei jedem Kondensationsschritt einer Carboxylgruppe mit einer Hydroxylgruppe die Anzahl der im Reaktionsmedium verbleibenden Moleküle sich um 1 verringert (bei Abdestillation des niedermolekularen Kondensationsproduktes), ergibt sich die Anzahl der Moleküle nach der Reaktion durch Subtraktion der Anzahl an Carboxylgruppen von der Anzahl der aller Moleküle vor der Reaktion. Since in each condensation step of a carboxyl group having a hydroxyl group, the number of remaining molecules in the reaction medium is reduced by 1 (distilling off the low molecular weight condensation product), the number of molecules after the reaction by subtracting the number of carboxyl groups from the number of all molecules before the reaction.
In einer bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung liegt die Estergruppengehalt des Polyesterpolyols bei > 1 und < 6,5 mol/kg, besonders bevorzugt bei > 2 und < 6,5 mol/kg. In a preferred embodiment of the invention, the ester group content of the polyester polyol is> 1 and <6.5 mol / kg, more preferably> 2 and <6.5 mol / kg.
In einer ebenfalls bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegt der Aromatenanteil des Polyesterpolyols bei < 45 Gew.-%, besonders bevorzugt < 35 Gew.-%. In a likewise preferred embodiment of the invention, the aromatic content of the polyester polyol is <45% by weight, particularly preferably <35% by weight.
Weiterhin bevorzugt liegt die OH-Zahl des Polyesterpolyols bei > 35 und < 90 mg KOH/g. Further preferably, the OH number of the polyester polyol is> 35 and <90 mg KOH / g.
Die zahlenmittlere Funktionalität der Polyesterpolyole liegt vorteilhafterweise bei > 1,6 und < 2,8, bevorzugt bei > 1,8 und < 2,4. In einer vorteilhaften Ausfuhrungsform der Erfindung weist das Polyesterpolyol eine OH-Zahl > 27 und < 120 mg KOH/g, bestimmt nach DIN 53240, eine Estergruppengehalt von > 1 und < 6,5 mol/kg und einen Anteil an aromatischen Strukturen von < 45 Gew.- % auf. The number-average functionality of the polyester polyols is advantageously> 1.6 and <2.8, preferably> 1.8 and <2.4. In an advantageous embodiment of the invention, the polyester polyol has an OH number> 27 and <120 mg KOH / g, determined according to DIN 53240, an ester group content of> 1 and <6.5 mol / kg and a content of aromatic structures of <45 % By weight.
In einer besonders vorteilhaften Ausfuhrungsform der Erfindung weist das Polyesterpolyol eine OH- Zahl > 35 und < 90 mg KOH/g, bestimmt nach DIN 53240, eine Estergruppengehalt von > 2 und < 6,5 mol/kg und einen Anteil an aromatischen Strukturen von < 35 Gew.- % auf. In a particularly advantageous embodiment of the invention, the polyester polyol has an OH number> 35 and <90 mg KOH / g, determined according to DIN 53240, an ester group content of> 2 and <6.5 mol / kg and a proportion of aromatic structures of < 35% by weight.
Die Polyesterpolyole werden in an sich bekannter Weise durch Polykondensation hergestellt. The polyester polyols are prepared in a conventional manner by polycondensation.
Bevorzugt ist das Polyesterpolyol erhältlich aus wenigstens a) einer oder mehreren aromatischen und/oder aliphatischen Dicarbonsäuren und/oder Dicarbonsäureäquivalenten und b) einem oder mehreren linearen und/oder verzweigten aliphatischen Diolen, welche > 6 C-Atome aufweisen, c) gegebenenfalls einem oder mehreren Alkoholen, die verschieden sind von den Alkoholen b) und d) gegebenenfalls wenigstens einer weiteren Aufbaukomponenten, die ausgewählt ist aus Monocarbonsäuren, Polycarbonsäuren mit einer Funktionalität > 2 und/oder Hydroxycarbonsäuren und/oder den Carbonsäureäquivalenten der vorgenannten und/oder Lactonen. The polyesterpolyol is preferably obtainable from at least a) one or more aromatic and / or aliphatic dicarboxylic acids and / or dicarboxylic acid equivalents and b) one or more linear and / or branched aliphatic diols which have> 6 C atoms, c) optionally one or more Alcohols which are different from the alcohols b) and d) optionally at least one further constituent components which is selected from monocarboxylic acids, polycarboxylic acids having a functionality> 2 and / or hydroxycarboxylic acids and / or the carboxylic acid equivalents of the abovementioned and / or lactones.
Als Komponente a) können prinzipiell alle aliphatischen und/oder aromatischen Dicarbonsäuren mit > 4 und < 50 Kohlenstoffatomen, sowie deren Anhydride oder niedermolekulare Ester als Carbonsäureäquivalente und/oder Kohlensäure und deren Äquivalente eingesetzt werden. As component a) it is possible in principle to use all aliphatic and / or aromatic dicarboxylic acids having> 4 and <50 carbon atoms, and also their anhydrides or low molecular weight esters as carboxylic acid equivalents and / or carbonic acid and their equivalents.
Beispielsweise geeignet sind Phthalsäure, Isophthalsäure, Terephthalsäure, Tetrahydrophthalsäure, Hexahydrophthalsäure, Cyclohexandicarbonsäure, Adipinsäure, Azelainsäure, Sebacinsäure, Glutarsäure, Tetrachlorphthalsäure, Maleinsäure, Fumarsäure, Korksäure, Nonandicarbonsäure, Decandicarbonsäure, Dodecandicarbonsäure, Tetradecandicarbonsäure, Hexadecandicarbonsäure, 2- Methylbernsteinsäure, 3,3-Diethylglutarsäure, sowie Dimerfettsäuren und/oder 2,2- Dimethylbernsteinsäure. Als Säurequelle können auch die entsprechenden analogen Anhydride und/oder niedermolekulare Ester verwendet werden, die im Rahmen dieser Erfindung als Carbonsäureäquivalente bezeichnet werden. For example, phthalic acid, isophthalic acid, terephthalic acid, tetrahydrophthalic acid, hexahydrophthalic acid, cyclohexanedicarboxylic acid, adipic acid, azelaic acid, sebacic acid, glutaric acid, tetrachlorophthalic acid, maleic acid, fumaric acid, suberic acid, nonanedicarboxylic acid, decanedicarboxylic acid, dodecanedicarboxylic acid, tetradecanedicarboxylic acid, hexadecanedicarboxylic acid, 2-methylsuccinic acid, 3,3-diethylglutaric acid are suitable , and dimer fatty acids and / or 2,2- Dimethylsuccinic. The acid source used may also be the corresponding analogous anhydrides and / or low molecular weight esters, which are referred to as carboxylic acid equivalents in the context of this invention.
Weiterhin ist Kohlensäure im Rahmen dieser Erfindung ebenfalls eine Dicarbonsäure, die bevorzugt als Dicarbonsäureäquivalent in Form von Dialkylestern, beispielsweise als Dimethylcarbonat, oder als Diarylester, beispielsweise als Diphenylcarbonat eingesetzt werden kann. Furthermore, carbonic acid in the context of this invention is likewise a dicarboxylic acid, which can preferably be used as dicarboxylic acid equivalent in the form of dialkyl esters, for example as dimethyl carbonate, or as diaryl esters, for example as diphenyl carbonate.
Als Komponente a) eignen sich insbesondere lineare, unverzweigte Dicarbonsäuren mit > 8 und < 18 C-Atomen und/oder Dimerfettsäuren und/oder Phthalsäure, Isophthalsäure und/oder Terephthalsäure sowie die Carbonsäureäquivalente der vorgenannten. As component a) are in particular linear, unbranched dicarboxylic acids having> 8 and <18 C atoms and / or dimer fatty acids and / or phthalic acid, isophthalic acid and / or terephthalic acid and the carboxylic acid equivalents of the aforementioned.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält die Komponente a) bevorzugt > 5 Gew.-%, besonders bevorzugt > 10 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt > 15 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponente a), an wenigstens einer aliphatischen Dicarbonsäure, die > 30 und < 44 C-Atome (Komponente al) aufweist und/oder deren Carbonsäureäquivalente. Die Komponente a) kann in einer Ausführungsform vollständig aus al) bestehen. Bevorzugt enthält die Komponente a) > 5 Gew.-% und < 90 Gew.-%, besonders bevorzugt > 10 Gew.-% und < 80 Gew.-% der Komponente al), bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponente a). In a preferred embodiment of the invention, component a) preferably contains> 5% by weight, more preferably> 10% by weight and very preferably> 15% by weight, based on the total weight of component a), of at least one aliphatic dicarboxylic acid having> 30 and <44 C atoms (component al) and / or their carboxylic acid equivalents. Component a) can in one embodiment consist entirely of al). Component a) preferably contains> 5% by weight and <90% by weight, more preferably> 10% by weight and <80% by weight of component a1), based on the total weight of component a).
Besonders bevorzugt ist die aliphatische Dicarbonsäure der Komponente al) verzweigt. Particularly preferably, the aliphatic dicarboxylic acid of component al) is branched.
Ganz besonders bevorzugten handelt es sich bei der Komponente al) um eine oder mehrere Dimerfettsäuren und/oder deren Carbonsäureäquivalente. Most preferably, component al) is one or more dimer fatty acids and / or their carboxylic acid equivalents.
Unter Dimerfettsäuren werden Dicarbonsäuren verstanden, die durch Dimersierung ungesättigter Monocarbonsäuren, etwa Ölsäure, hergestellt werden können. Geeignete Dimerfettsäuren sind beispielsweise Pripol 1006, Pripol 1009, Pripol 1012, Pripol 1013, Pripol 1017, Pripol 1022, Pripol 1025 und Pripol 1027 der Firma Croda. Neben der Komponente al) enthält die Komponente a) bevorzugt wenigstens eine weitere aromatische und/oder aliphatische Dicarbonsäure a2) und/oder deren Dicarbonsäureäquivalent, die unterschiedlich ist von al). Die Summe der Anteile an al) und a2) ergänzt sich dabei zu 100 Gew.- %, bezogen auf die gesamte Komponente a). By dimer fatty acids is meant dicarboxylic acids which can be prepared by dimerization of unsaturated monocarboxylic acids, such as oleic acid. Suitable dimer fatty acids are, for example, Pripol 1006, Pripol 1009, Pripol 1012, Pripol 1013, Pripol 1017, Pripol 1022, Pripol 1025 and Pripol 1027 from Croda. In addition to component a1), component a) preferably comprises at least one further aromatic and / or aliphatic dicarboxylic acid a2) and / or its dicarboxylic acid equivalent, which is different from al). The sum of the proportions of al) and a2) adds up to 100% by weight, based on the entire component a).
Als Komponente a2) geeignet sind prinzipiell alle oben genannten Dicarbonsäuren und/oder deren Carbonsäureäquivalente, die nicht der Komponente al) entsprechen. Die weitere Dicarbonsäure a2) ist bevorzugt ausgewählt aus linearen, unverzweigten Dicarbonsäuren mit > 8 und < 18 C-Atomen und/oder Phthalsäure, Isophthalsäure und/oder Terephthalsäure, sowie den Carbonsäureäquivalenten der vorgenannten. Suitable as component a2) are, in principle, all abovementioned dicarboxylic acids and / or their carboxylic acid equivalents, which do not correspond to component a1). The further dicarboxylic acid a2) is preferably selected from linear, unbranched dicarboxylic acids having> 8 and <18 C atoms and / or phthalic acid, isophthalic acid and / or terephthalic acid, and the carboxylic acid equivalents of the abovementioned.
Bevorzugt werden zur Herstellung des erfindungsgemäßen Polyesterpolyols neben der Komponente a), bzw. den Komponenten al) und a2) keine weiteren Dicarbonsäuren und/oder Dicarbonsäureäquivalente eingesetzt. In addition to the component a) or the components a1) and a2), no further dicarboxylic acids and / or dicarboxylic acid equivalents are preferably used to prepare the polyesterpolyol according to the invention.
Als Komponente b) geeignet sind prinzipiell alle linearen und/oder verzweigten aliphatischen Diole, die > 6 C-Atome aufweisen. Als Komponente b) geeignet sind beispielsweise 1,8-Octandiol, 1 , 10-Decandiol, 1 , 11 -Undecandiol, 1,6-Hexandiol, 3-Methylpentandiol-l,5, 1,9-Nonandiol und/oder 1,12-Dodecandiol, sowie auch Dimerfettsäurediole der Firma Croda, wie zum Beispiel Pripol 2030 und 2033. Besonders bevorzugt weisen die Alkohole der Komponente b) > 6 und < 44 C-Atome auf, ganz besonders bevorzugt > 6 und < 18 C-Atome. Ganz besonders bevorzugt ist die Komponente b) ausgewählt aus 1,8-Octandiol, 1 , 10-Decandiol, 1 , 11 -Undecandiol, 1,6-Hexandiol, Methylpentandiol, 1,9-Nonandiol und/oder 1,12-Dodecandiol. Suitable as component b) are in principle all linear and / or branched aliphatic diols which have> 6 C atoms. Examples of suitable components (b) are 1,8-octanediol, 1,10-decanediol, 1,1,1-undecanediol, 1,6-hexanediol, 3-methylpentanediol-1,1,5,9-nonanediol and / or 1,12 -Dodecanediol, as well as dimer fatty acid diols from Croda, such as Pripol 2030 and 2033. Particularly preferably, the alcohols of component b)> 6 and <44 C-atoms, very particularly preferably> 6 and <18 C-atoms. Most preferably, component b) is selected from 1,8-octanediol, 1, 10-decanediol, 1,1,1-undecanediol, 1,6-hexanediol, methylpentanediol, 1,9-nonanediol and / or 1,12-dodecanediol.
Die Komponente c) der erfindungsgemäßen Polyesterpolyole ist bevorzugt ausgewählt aus zwei- oder mehrwertigen aromatischen Alkoholen mit > 8 C-Atomen und/oder aliphatischen Diolen mit > 2 und < 5 C-Atomen und/oder drei-/oder mehrwertigen aliphatischen Alkoholen, besonders bevorzugt aus aliphatischen Diolen mit > 2 und < C-Atomen und/oder drei-/oder mehrwertigen aliphatischen Alkoholen, ganz besonders bevorzugt aus drei-/oder mehrwertigen aliphatischen Alkoholen. Component c) of the polyester polyols according to the invention is preferably selected from difunctional or polyhydric aromatic alcohols having> 8 C atoms and / or aliphatic diols having> 2 and <5 C atoms and / or trihydric or polyhydric aliphatic alcohols, more preferably from aliphatic diols with> 2 and <C atoms and / or trihydric or more aliphatic alcohols, very particularly preferably from dihydric or polyhydric aliphatic alcohols.
Als Komponente c) sind beispielsweise geeignet Ethylenglykol, Butylenglykol, Diethylenglykol, 1 ,2- Propandiol, 1 ,3-Propandiol, 1,3-Butandiol, 1 ,4-Butandiol, 1,5-Pentandiol, Neopentylglykol, Trimethylolpropan, Glycerin, Pentaerythrit und/oder Trimethylolbenzol. Suitable components c) are, for example, ethylene glycol, butylene glycol, diethylene glycol, 1,2-propanediol, 1,3-propanediol, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol, 1,5-pentanediol, neopentyl glycol, trimethylolpropane, glycerol, pentaerythritol and / or trimethylolbenzene.
Die Komponente c) liegt bevorzugt in Anteilen von < 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Polyesterpolyols, besonders bevorzugt < 5 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt < 2 Gew.-% vor. Component c) is preferably present in proportions of <10% by weight, based on the total weight of the polyester polyol, particularly preferably <5% by weight and very particularly preferably <2% by weight.
Ganz besonders bevorzugt liegt der Anteil der Komponente c), bezogen auf das Gesamtgewicht des Polyesterpolyols bei 0 Gew.-%. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung liegt die Komponente c) in Anteilen von > 0,5 Gew.-% und < 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Polyesterpolyols, besonders bevorzugt > 0,5 Gew.-% und < 5 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt > 0,5 Gew.-% und < 2 Gew.-% vor. Most preferably, the proportion of component c), based on the total weight of the polyester polyol at 0 wt .-%. In a further embodiment of the invention, component c) is in proportions of> 0.5% by weight and <10% by weight, based on the total weight of the polyester polyol, particularly preferably> 0.5% by weight and <5 Wt .-% and most preferably> 0.5 wt .-% and <2 wt .-% before.
Als Komponente d) können Monocarbonsäuren, wie beispielsweise Benzoesäure, Capronsäure, Ölsäure und/oder Rizinolsäure mit verwendet werden. As component d) monocarboxylic acids, such as benzoic acid, caproic acid, oleic acid and / or ricinoleic acid can be used.
Weiterhin können als Komponente d) auch Hydroxycarbonsäuren als Reaktionsteilnehmer bei der Herstellung eines Polyesterpolyols mit endständigen Hydroxylgruppen mitverwendet werden. Geeignete Hydroxycarbonsäuren sind beispielsweise Hydroxycapronsäure, Hydroxybuttersäure, Hydroxydecansäure oder Hydroxystearinsäure oder Mischungen davon. Furthermore, as component d), hydroxycarboxylic acids can also be used as reactants in the preparation of a polyester polyol having terminal hydroxyl groups. Suitable hydroxycarboxylic acids are, for example, hydroxycaproic acid, hydroxybutyric acid, hydroxydecanoic acid or hydroxystearic acid or mixtures thereof.
Ebenfalls können als Komponente d) auch Lactone zur Herstellung der Polyesterpolyole eigesetzt werden. Bevorzugt wird Caprolacton eingesetzt. Likewise, as component d), it is also possible to use lactones for the preparation of the polyesterpolyols. Preferably, caprolactone is used.
Als Komponente d) können ebenfalls Polycarbonsäuren mit einer Funktionalität > 2 eingesetzt werden. Geeignete Polycarbonsäuren der Komponente d) sind beispielsweise Pyromellitsäure, Pyromellitsäuredianhydrid, Trimellitsäure, Trimellitsäureanhydrid, sowie auch Trimerfettsäuren, wie zum Beispiel Pripol 1040 der Fa. Croda. As component d) also polycarboxylic acids with a functionality> 2 can be used. Suitable polycarboxylic acids of component d) are, for example, pyromellitic acid, pyromellitic dianhydride, trimellitic acid, trimellitic anhydride, as well as trimer fatty acids, such as, for example, Pripol 1040 from Croda.
Bevorzugt werden als Komponente d) Mono- und/oder Polycarbonsäuren mit einer Funktionalität > 2 eingesetzt, besonders bevorzugt Rizinolsäure und/oder Trimerfettsäuren. Die Komponente d) liegt bevorzugt in Anteilen von < 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Polyesterpolyols, besonders bevorzugt < 5 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt < 2 Gew.-% vor. Preferably used as component d) are mono- and / or polycarboxylic acids having a functionality of> 2, more preferably ricinoleic acid and / or trimer fatty acids. Component d) is preferably present in proportions of <10% by weight, based on the total weight of the polyesterpolyol, particularly preferably <5% by weight and very particularly preferably <2% by weight.
Ganz besonders bevorzugt liegt der Anteil der Komponente d), bezogen auf das Gesamtgewicht des Polyesterpolyols bei 0 Gew.-%. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung liegt die Komponente d) in Anteilen von > 0,5 Gew.-% und < 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Polyesterpolyols, besonders bevorzugt > 0,5 Gew.-% und < 5 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt > 0,5 Gew.-% und < 2 Gew.-% vor. Die Summe der Komponenten c) und d) macht bevorzugt < 20 Gew.-%, besonders bevorzugt < 10 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt < 5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Polyesterpolyols, aus. Most preferably, the proportion of component d), based on the total weight of the polyester polyol at 0 wt .-%. In a further embodiment of the invention, component d) is in proportions of> 0.5% by weight and <10% by weight, based on the total weight of the polyester polyol, more preferably> 0.5% by weight and <5 Wt .-% and most preferably> 0.5 wt .-% and <2 wt .-% before. The sum of components c) and d) is preferably <20% by weight, particularly preferably <10% by weight and very particularly preferably <5% by weight, based on the total weight of the polyester polyol.
Einzelne oder mehrere der als Komponente a) bis d) geeigneten Verbindungen können biobasiert sein, d.h. aus nachwachsenden Rohstoffen und/oder mittels wenigstens eines fermentativen Verfahrensschrittes hergestellt sein. Single or more of the compounds suitable as component a) to d) may be biobased, i. be made from renewable raw materials and / or by means of at least one fermentative process step.
Bevorzugt ist das Polyesterpolyol erhältlich aus wenigstens a) einer oder mehreren linearen, unverzweigten Dicarbonsäuren mit > 8 und < 18 C-Atomen und/oder Dimerfettsäuren und/oder Phthalsäure, Isophthalsäure und/oder Terephthalsäure sowie den Carbonsäureäquivalenten der vorgenannten, b) einem oder mehreren linearen und/oder verzweigten aliphatischen Diolen, welche > 6 und < 18 C-Atome aufweisen, c) gegebenenfalls einem oder mehreren Alkoholen, die ausgewählt sind aus zwei- oder mehrwertigen aromatischen Alkoholen mit > 8 C-Atomen und/oder aliphatischen Diolen mit > 2 und < 5 C-Atomen und/oder drei-/oder mehrwertigen aliphatischen Alkoholen und d) gegebenenfalls wenigstens einer weiteren Aufbaukomponenten, die ausgewählt ist aus Monocarbonsäuren, Polycarbonsäuren mit einer Funktionalität > 2 und/oder Hydroxycarbonsäuren und/oder den Carbonsäureäquivalenten der vorgenannten und/oder Lactonen. The polyesterpolyol is preferably obtainable from at least a) one or more linear, unbranched dicarboxylic acids with> 8 and <18 C atoms and / or dimer fatty acids and / or phthalic acid, isophthalic acid and / or terephthalic acid and the carboxylic acid equivalents of the abovementioned, b) one or more linear and / or branched aliphatic diols which have> 6 and <18 C atoms, c) optionally one or more alcohols which are selected from difunctional or polyhydric aromatic alcohols with> 8 C atoms and / or aliphatic diols with> 2 and <5 C atoms and / or trihydric or polyhydric aliphatic alcohols and d) optionally at least one further synthesis component which is selected from monocarboxylic acids, polycarboxylic acids having a functionality> 2 and / or hydroxycarboxylic acids and / or the carboxylic acid equivalents of the abovementioned and / or lactones.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Polyesterpolyol erhältlich aus wenigstens al) > 5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Polyesterpolyols, an wenigstens einer aliphatischen Dicarbonsäure, die > 30 und < 44 C-Atome aufweist und/oder deren Carbonsäureäquivalenten und a2) wenigstens einer weiteren aromatischen und/oder aliphatischen Dicarbonsäure a2) und/oder deren Dicarbonsäureäquivalent, die unterschiedlich ist von al), wobei sich die Summe der Anteile an al) und a2) dabei zu 100 Gew.-% (entspricht Komponente a) ergänzt, b) einem oder mehreren linearen und/oder verzweigten aliphatischen Diolen, welche > 6 und < 18 C-Atome aufweisen, c) gegebenenfalls einem oder mehreren Alkoholen, die ausgewählt sind aus zwei- oder mehrwertigen aromatischen Alkoholen mit > 8 C-Atomen und/oder aliphatischen Diolen mit > 2 und < 5 C-Atomen und/oder drei-/oder mehrwertigen aliphatischen Alkoholen und d) gegebenenfalls wenigstens einer weiteren Aufbaukomponenten, die ausgewählt ist aus Monocarbonsäuren, Polycarbonsäuren mit einer Funktionalität > 2 und/oderIn a particularly preferred embodiment of the invention, the polyesterpolyol is obtainable from at least ai)> 5% by weight, based on the total weight of the polyesterpolyol, of at least one aliphatic dicarboxylic acid which has> 30 and <44 carbon atoms and / or their carboxylic acid equivalents and a2) at least one further aromatic and / or aliphatic dicarboxylic acid a2) and / or its dicarboxylic acid equivalent, which is different from al), the sum of the proportions of al) and a2) being 100% by weight (corresponding to component a) added, b) one or more linear and / or branched aliphatic diols having> 6 and <18 C atoms, c) optionally one or more alcohols selected from di- or polyhydric aromatic alcohols having> 8 C atoms and / or aliphatic diols having> 2 and <5 C atoms and / or trihydric or more aliphatic alcohols and d) optionally at least one further synthesis component which is selected from monocarboxylic acids, polycarboxylic acids having a functionality> 2 and / or
Hydroxycarbonsäuren und/oder den Carbonsäureäquivalenten der vorgenannten und/oder Lactonen. Hydroxycarboxylic acids and / or the carboxylic acid equivalents of the aforementioned and / or lactones.
In einer ganz besonders bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung ist das Polyesterpolyol erhältlich aus wenigstens al) > 5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Polyesterpolyols an wenigstens einer Dimerfettsäure und/oder deren Carbonsäureäquivalent und a2) wenigstens einer weiteren aromatischen und/oder aliphatischen Dicarbonsäure a2) und/oder deren Dicarbonsäureäquivalent, die ausgewählt ist aus linearen, unverzweigten Dicarbonsäuren mit > 8 und < 18 C-Atomen und/oder Phthalsäure, Isophthalsäure und/oder Terephthalsäure, sowie den Carbonsäureäquivalenten der vorgenannten, wobei sich die Summe der Anteile an al) und a2) dabei zu 100 Gew.-% (entspricht Komponente a) ergänzt, b) einem oder mehreren linearen und/oder verzweigten aliphatischen Diolen, welche ausgewählt sind aus 1,8-Octandiol, 1 , 10-Decandiol, 1 , 11 -Undecandiol, 1,6-Hexandiol, Methylpentandiol, 1,9-Nonandiol und/oder 1,12-Dodecandiol, c) < 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Polyesterpolyols, eines oder mehrerer Alkohole, die ausgewählt sind aus zwei- oder mehrwertigen aromatischen Alkoholen mit > 8 C- Atomen und/oder aliphatischen Diolen mit > 2 und < 5 C-Atomen und/oder drei-/oder mehrwertigen aliphatischen Alkoholen und d) < 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Polyesterpolyols, an wenigstens einer weiteren Aufbaukomponenten, die ausgewählt ist aus Monocarbonsäuren, Polycarbonsäuren mit einer Funktionalität > 2 und/oder Hydroxycarbonsäuren und/oder den Carbonsäureäquivalenten der vorgenannten und/oder Lactonen. In a very particularly preferred embodiment of the invention, the polyesterpolyol is obtainable from at least ai)> 5% by weight, based on the total weight of the polyesterpolyol, of at least one dimer fatty acid and / or its carboxylic acid equivalent and a2) at least one further aromatic and / or aliphatic dicarboxylic acid a2) and / or their dicarboxylic acid equivalent, which is selected from linear, unbranched dicarboxylic acids having> 8 and <18 C atoms and / or phthalic acid, isophthalic acid and / or terephthalic acid, and the carboxylic acid equivalents of the aforementioned, wherein the sum of the proportions of al ) and a2) to 100 wt .-% (corresponding to component a) added, b) one or more linear and / or branched aliphatic diols, which are selected from 1,8-octanediol, 1, 10-decanediol, 1, 11th Undecanediol, 1,6-hexanediol, methylpentanediol, 1,9-nonanediol and / or 1,12-dodecanediol, c) <10% by weight, based on the total weight of the polyesterpolyol s, one or more alcohols, which are selected from di- or polyhydric aromatic alcohols having> 8 C atoms and / or aliphatic diols having> 2 and <5 C atoms and / or tri- or more aliphatic alcohols and d) <10% by weight, based on the total weight of the polyester polyol, of at least one further constituent component which is selected from monocarboxylic acids, polycarboxylic acids having a functionality of> 2 and / or hydroxycarboxylic acids and / or the carboxylic acid equivalents of the abovementioned and / or lactones.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Polyesterpolyol ausschließlich aus den Komponenten a), b), c) und d), besonders bevorzugt ausschließlich aus den Komponenten a), b) und c) und ganz besonders bevorzugt ausschließlich aus den Komponenten a) und b) aufgebaut. In a preferred embodiment of the invention, the polyester polyol is exclusively from components a), b), c) and d), more preferably exclusively from components a), b) and c) and very particularly preferably exclusively from components a) and b) constructed.
Die Verbindung A) weist eine zahlenmittlere Funktionalität an Isocyanatgruppen von > 2,6 und < 4 auf. The compound A) has a number average functionality of isocyanate groups of> 2.6 and <4.
Als Verbindung A) eignen sich erfindungsgemäß Isocyanate oder Modifikationen von Isocyanaten mit einer zahlenmittlere Funktionalität an Isocyanatgruppen von > 2,6 und < 4, beispielsweise basierend auf 1 ,4-Butylendiisocyanat, 1,6 Hexamethylendiisocyanat (HDI), Isophorondiisocyanat (IPDI), 2,2,4 und/oder 2,4,4-Trimethylhexamethylendiisocyanat, die isomeren Bis-(4,4'- isocyanatocyclohexyl)methane (H12-MDI) oder deren Mischungen beliebigen Isomerengehalts, 1,4- Cyclohexylendiisocyanat, 4-Isocyanatomethyl-l,8-octandiisocyanat (Nonantriisocyanat), 1 ,4- Phenylendiisocyanat, 2,4- und/oder 2,6-Toluylendiisocyanat (TDI), 1,5-Naphthylendiisocyanat, 2,2'- und/oder 2,4'- und/oder 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat (MDI), 1,3- und/oder l ,4-Bis-(2- isocyanato-prop-2-yl)-benzol (TMXDI), l,3-Bis(isocyanatomethyl)benzol (XDI), Alkyl-2,6- diisocyanatohexanoate (Lysindiisocyanate) mit Alkylgruppen mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen sowie Mischungen davon. Bevorzugt sind Modifizierungen wie etwa Allophanat-, Uretdion-, Urethan-, Isocyanurat-, Biuret-, Iminooxadiazindion- oder Oxadiazintrionstruktur enthaltende Verbindungen basierend auf den genannten Diisocyanaten, sowie mehrkernige Verbindungen, wie beispielsweise polymeres MDI (pMDI) sowie Kombinationen von allen genannten Verbindungen. Bevorzugt werden modifizierte Diisocyanate aus der Reihe HDI, IPDI, H12-MDI, TDI und MDI verwendet. Isocyanates or modifications of isocyanates having a number average functionality of isocyanate groups of> 2.6 and <4, for example based on 1, 4-butylene diisocyanate, 1,6-hexamethylene diisocyanate (HDI), isophorone diisocyanate (IPDI), 2 are suitable according to the invention as compound A) , 2,4 and / or 2,4,4-trimethylhexamethylene diisocyanate, the isomeric bis (4,4'-isocyanatocyclohexyl) methanes (H12-MDI) or mixtures thereof of any isomer content, 1,4-cyclohexylene diisocyanate, 4-isocyanatomethyl-1 , 8-octane diisocyanate (nonane triisocyanate), 1, 4-phenylene diisocyanate, 2,4- and / or 2,6-toluene diisocyanate (TDI), 1,5-naphthylene diisocyanate, 2,2'- and / or 2,4'- and or 4,4'-diphenylmethane diisocyanate (MDI), 1,3- and / or 1,4-bis (2-isocyanato-prop-2-yl) -benzene (TMXDI), 1,3-bis (isocyanatomethyl) benzene (XDI), alkyl 2,6-diisocyanatohexanoates (lysine diisocyanates) having alkyl groups of 1 to 8 carbon atoms and mixtures thereof. Preferred are modifications such as allophanate, uretdione, urethane, isocyanurate, biuret, iminooxadiazinedione or oxadiazinetrione containing compounds based on the diisocyanates mentioned, as well as polynuclear compounds, such as polymeric MDI (pMDI) and combinations of all mentioned compounds. Preference is given to using modified diisocyanates from the series HDI, IPDI, H12-MDI, TDI and MDI.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Verbindung A) ein aliphatisches Polyisocyanat oder besteht daraus. In a preferred embodiment of the invention, the compound A) comprises or consists of an aliphatic polyisocyanate.
Besonders bevorzugt umfasst oder besteht die Verbindung A) aus Hexamethylendiisocyanat und/oder einem Polyisocyanat basierend auf HDI mit einer Funktionalität von > 2,6, wobei dieses Polyisocyanat insbesondere bevorzugt eine Biuret-, Allophanat-, Isocyanurat-, Iminooxadiazindion- oder Oxadiazintrionstruktur aufweist. Particularly preferably, the compound A) comprises or consists of hexamethylene diisocyanate and / or a polyisocyanate based on HDI having a functionality of> 2.6, this being Polyisocyanate particularly preferably has a biuret, allophanate, isocyanurate, Iminooxadiazindion- or Oxadiazintrionstruktur.
Ganz besonders bevorzugt umfasst die Verbindung A) Hexamethylendiisocyanat und/oder ein Biuret und/oder Isocyanurat von Hexamethylendiisocyanat oder besteht daraus. Weiterhin bevorzugt werden als Komponente A) modifizierte aliphatische Isocyanate auf HDI Basis mit einem freien, unreagierten monomeren Anteil an freiem Isocyanat von < 0,5 Gew.- % verwendet. Most preferably, the compound A) comprises or consists of hexamethylene diisocyanate and / or a biuret and / or isocyanurate of hexamethylene diisocyanate. Preference is furthermore given to using as component A) modified aliphatic isocyanates based on HDI with a free, unreacted monomeric fraction of free isocyanate of <0.5% by weight.
Die Verbindung A) weist einen Gehalt an Isocyanatgruppen von > 10 und < 50 Gew.-%, bevorzugt von > 15 und < 40 Gew.- %, besonders bevorzugt von > 18 und < 25 Gew.- % auf. The compound A) has a content of isocyanate groups of> 10 and <50 wt .-%, preferably of> 15 and <40% by weight, particularly preferably of> 18 and <25% by weight.
Es können die Isocyanatgruppen der Verbindung A) auch partiell oder ganz bis zu ihrer Reaktion mit der isocyanatreaktiven Gruppen blockiert vorliegen, so dass sie nicht unmittelbar mit der isocyanat- reaktiven Gruppe reagieren können. Dies gewährleistet, dass die Reaktion erst bei einer bestimmten Temperatur (Blockierungstemperatur) stattfindet. Typische Blockierungsmittel finden sich im Stand der Technik und sind so ausgewählt, dass sie bei Temperaturen zwischen 60 und 220 °C, je nach Substanz, von der Isocyanat-Gruppe wieder abspalten und erst dann mit der isocyanat-reaktiven Gruppe reagieren. Es gibt Blockierungsmittel, die in das Polyurethan eingebaut werden und auch solche, die als Lösemittel bzw. Weichmacher im Polyurethan bleiben oder aus dem Polyurethan ausgasen. Man spricht auch von blockierten NCO-Werten. Ist in der Erfindung von NCO-Werten die Rede, so ist dies immer auf den unblockierten NCO-Wert bezogen. Meist wird bis zu < 0,5% blockiert. Typische Blockierungsmittel sind beispielsweise Caprolactam, Methylethylketoxim, Pyrazole wie beispielsweise 3,5-Dimethyl-l,2-pyrazol oder 1,-Pyrazol, Triazole wie beispielsweise 1,2,4-Triazol, Diisopropylamin, Diethylmalonat, Diethylamin, Phenol oder dessen Derivate oder Imidazol. The isocyanate groups of compound A) may also be partially or completely blocked until they react with the isocyanate-reactive groups so that they can not react directly with the isocyanate-reactive group. This ensures that the reaction takes place only at a certain temperature (blocking temperature). Typical blocking agents are found in the prior art and are selected so that they split off again at temperatures between 60 and 220 ° C, depending on the substance, from the isocyanate group and only then react with the isocyanate-reactive group. There are blocking agents which are incorporated into the polyurethane and also those which remain in the polyurethane as a solvent or plasticizer or outgas from the polyurethane. One speaks also of blocked NCO values. If NCO values are mentioned in the invention, this is always based on the unblocked NCO value. Most are blocked up to <0.5%. Typical blocking agents are for example caprolactam, methyl ethyl ketoxime, pyrazoles such as 3,5-dimethyl-l, 2-pyrazole or 1-pyrazole, triazoles such as 1,2,4-triazole, diisopropylamine, diethyl malonate, diethylamine, phenol or its derivatives or imidazole.
Neben den Komponenten A) und B) kann die Mischung auch weitere wenigstens 2 isocyanatreaktive Gruppen aufweisende, polymere Verbindungen i) enthalten, wobei diese zu < 20 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Polyesterpolyole B) und der Verbindungen i), bevorzugt < 15 Gew.-% und besonders bevorzugt < 10 Gew.-% vorliegen. Weiterhin bevorzugt enthält die Mischung keine Verbindungen i). Als polymere Verbindungen i) im Sinne dieser Erfindung werden Verbindungen mit einem zahlenmittleren Molgewicht von > 400 g/mol verstanden. Die Isocyanat reaktive Gruppen der Verbindung i) sind funktionelle Gruppen, die unter Ausbildung kovalenter Bindungen mit Isocyanat Gruppen reagieren können. Insbesondere kann es sich hierbei um Amin-, Epoxy-, Hydroxyl-, Thiol-, Mercapto-, Acryl-, Anhydrid-, Vinyl-, und/oder Carbinol- Gruppen handeln. Besonders bevorzugt handelt es sich bei den Isocyanat reaktive Gruppen um Hydroxyl- und / oder Amin-Gruppen. In addition to the components A) and B), the mixture may also contain further polymeric compounds i) containing at least 2 isocyanate-reactive groups, these being preferred for <20% by weight, based on the total weight of the polyester polyols B) and the compounds i) <15 wt .-% and particularly preferably <10 wt .-% present. Further preferably, the mixture contains no compounds i). As polymeric compounds i) for the purposes of this invention are meant compounds having a number average molecular weight of> 400 g / mol. The isocyanate-reactive groups of compound i) are functional groups that can react to form covalent bonds with isocyanate groups. In particular, it can be here be amine, epoxy, hydroxyl, thiol, mercapto, acrylic, anhydride, vinyl, and / or carbinol groups. The isocyanate-reactive groups are particularly preferably hydroxyl and / or amine groups.
Vorteilhaft ist, wenn die Verbindung i) eine zahlenmittlere Funktionalität an Isocyanat reaktiven Gruppen von > 2,0 und < 4 aufweist, wobei die Isocyanat reaktiven Gruppen bevorzugt Hydroxy- und / oder Amingruppen, besonders bevorzugt Hydroxygruppen sind. It is advantageous if the compound i) has a number-average functionality of isocyanate-reactive groups of> 2.0 and <4, wherein the isocyanate-reactive groups are preferably hydroxyl and / or amine groups, more preferably hydroxy groups.
Die Verbindung i) kann bevorzugt eine OH-Zahl > 27 und < 120 mg KOH/g, besonders bevorzugt > 35 und < 90 mg KOH/g aufweisen. The compound i) may preferably have an OH number> 27 and <120 mg KOH / g, more preferably> 35 and <90 mg KOH / g.
Als Verbindung i) können Polyetherpolyole, Polyetheramine, Polyetheresterpolyole, Polycarbonatpolyole, Polyethercarbonatpolyole, Polybutadienderivate und Polysiloxane, sowie deren Mischungen eingesetzt werden. Bevorzugt handelt es sich bei i) um Polyether-, Polycarbonat- und Polyetheresterpolyole, Polybutadienpolyole und/oder Polysiloxanpolyole und besonders bevorzugt um Polycarbonatpolyole. As compound i) it is possible to use polyetherpolyols, polyetheramines, polyetheresterpolyols, polycarbonatepolyols, polyethercarbonatepolyols, polybutadiene derivatives and polysiloxanes, and mixtures thereof. I) are preferably polyether, polycarbonate and polyetherester polyols, polybutadiene polyols and / or polysiloxane polyols and more preferably polycarbonate polyols.
Die genannten Verbindungen i) werden durch die dem Fachmann bekannten Verfahren hergestellt und umfassen alle dem Fachmann unter diesen Überbegriffen bekannten Verbindungen. The compounds i) mentioned are prepared by the processes known to the person skilled in the art and comprise all compounds known to those skilled in the art under these terms.
Weiterhin kann die Mischung auch monofunktionelle Verbindungen ii), die eine isocyanatreaktive Gruppe aufweisen, umfassen. Beispiele solcher monofunktionellen Verbindungen sind Ethanol, n- Butanol, Ethylenglykolmonobutylether, Diethylenglykolmonomethylether, Diethylenglykol- monobutylether, Propylenglykolmonomethylether, Dipropylenglykol-monomethylether, Tripropylenglykolmonomethylether, Dipropylenglykolmono-propylether, Propylenglykol- monobutylether, Dipropylenglykolmonobutylether, Tripropylenglykolmonobutylether, 2- Ethylhexanol, 1 -Octanol, 1 -Dodecanol oder 1 -Hexadecanol oder Mischungen davon. Furthermore, the mixture may also comprise monofunctional compounds ii) which have an isocyanate-reactive group. Examples of such monofunctional compounds are ethanol, n-butanol, ethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, propylene glycol monomethyl ether, dipropylene glycol monomethyl ether, tripropylene glycol monomethyl ether, dipropylene glycol mono-propyl ether, propylene glycol monobutyl ether, dipropylene glycol monobutyl ether, tripropylene glycol monobutyl ether, 2-ethylhexanol, 1-octanol, 1-dodecanol or 1-hexadecanol or mixtures thereof.
Optional kann die Mischung zusätzlich Kettenverlängerer und/oder Vernetzungsmittel iii) enthalten, welche der Verbindung B) anteilig zugesetzt werden. Hierbei werden bevorzugt Verbindungen mit einer Funktionalität von 2 bis 3 und einem Molekulargewicht von 62 bis 400 g/mol verwendet. Es können aromatische oder aliphatische aminische Kettenverlängerer wie zum Beispiel Diethyl- toluoldiamin (DETDA), 3,3'-Dichloro-4,4'-diamino-diphenylmethan (MBOCA), 3,5-Diamino-4- chloro-isobutylbenzoat, 4-Methyl-2,6-bis(methylthio)-l,3-diaminobenzol (Ethacure 300), Trimethy- lenglykol-di-p-aminobenzoat (Polacure 740M) und 4,4'-Diamino-2,2'-dichloro-5,5'-diethyldi- phenylmethan (MCDEA) verwendet werden. Besonders bevorzugt sind MBOCA und 3,5-Diamino- 4-chloro-isobutylbenzoat. Erfindungsgemäß geeignete Komponenten zur Kettenverlängerung sind organische Di- oder Polyamine. Beispielsweise können Ethylendiamin, 1,2- Diaminopropan, 1 ,3- Diaminopropan, 1 ,4-Diaminobutan, 1,6-Diaminohexan, Isophorondiamin, Isomerengemisch von 2,2,4- und 2,4,4-Trimethylhexa- methylendiamin, 2-Methylpentamethylendiamin, Diethylentriamin, Diaminodicyclohexylmethan oder Dimethylethylendiamin oder Mischungen davon eingesetzt werden. Optionally, the mixture may additionally contain chain extenders and / or crosslinking agents iii), which are proportionally added to compound B). In this case, compounds having a functionality of 2 to 3 and a molecular weight of 62 to 400 g / mol are preferably used. It is possible to use aromatic or aliphatic aminic chain extenders, for example diethyltoluenediamine (DETDA), 3,3'-dichloro-4,4'-diaminodiphenylmethane (MBOCA), 3,5-diamino-4-chloro-isobutylbenzoate, 4- Methyl 2,6-bis (methylthio) -1,3-diaminobenzene (Ethacure 300), trimethylene glycol di-p-aminobenzoate (Polacure 740M) and 4,4'-diamino-2,2'-dichloro-5 , 5'-Diethyldiphenylmethane (MCDEA) can be used. Particularly preferred are MBOCA and 3,5-diamino-4-chloro-isobutylbenzoate. Components suitable for chain extension according to the invention are organic diamines or polyamines. For example, ethylenediamine, 1,2-diaminopropane, 1, 3 Diaminopropane, 1, 4-diaminobutane, 1,6-diaminohexane, isophorone diamine, isomer mixture of 2,2,4- and 2,4,4-trimethylhexamethylenediamine, 2-methylpentamethylenediamine, diethylenetriamine, diaminodicyclohexylmethane or dimethylethylenediamine or mixtures thereof.
Darüber hinaus können als Komponente iii) auch Verbindungen, die neben einer primären Aminogruppe auch sekundäre Aminogruppen oder neben einer Aminogruppe (primär oder sekundär) auch OH-Gruppen aufweisen, eingesetzt werden. Beispiele hierfür sind primäre/sekundäre Amine, wie Diethanolamin, 3-Amino-l-methylaminopropan, 3-Amino-l-ethylaminopropan, 3-Amino-l- cyclohexylaminopropan, 3-Amino-l-methylaminobutan, Alkanolamine wie N- Aminoethylethanolamin, Ethanolamin, 3-Aminopropanol, Neopentanolamin. Zur Kettenterminierung werden üblicherweise Amine mit einer gegenüber Isocyanaten reaktiven Gruppe wie Methylamin, Ethylamin, Propylamin, Butylamin, Octylamin, Laurylamin, Stearylamin, Isononyloxypropylamin, Dimethylamin, Diethylamin, Dipropylamin, Dibutylamin, N-Methylaminopropylamin, Diethyl(methyl)aminopropylamin, Morpholin, Piperidin, beziehungsweise geeignete substituierte Derivate davon, Amidamine aus diprimären Aminen und Monocarbonsäuren, Monoketim von diprimären Aminen, primär/tertiäre Amine, wie Ν,Ν-Dimethylaminopropylamin, verwendet. Oftmals haben diese einen thixotropen Effekt auf Grund ihrer hohen Reaktivität, so dass die Rheologie so verändert wird, dass das Gemisch auf dem Substrat eine höhere Viskosität hat. In addition, as component iii), compounds which, in addition to a primary amino group, also have secondary amino groups or, in addition to an amino group (primary or secondary), also OH groups, can be used. Examples of these are primary / secondary amines, such as diethanolamine, 3-amino-1-methylaminopropane, 3-amino-1-ethylaminopropane, 3-amino-1-cyclohexylaminopropane, 3-amino-1-methylaminobutane, alkanolamines, such as N-aminoethylethanolamine, ethanolamine , 3-aminopropanol, neopentanolamine. For chain termination are usually amines having an isocyanate-reactive group such as methylamine, ethylamine, propylamine, butylamine, octylamine, laurylamine, stearylamine, isononyloxypropylamine, dimethylamine, diethylamine, dipropylamine, dibutylamine, N-methylaminopropylamine, diethyl (methyl) aminopropylamine, morpholine, piperidine, or suitable substituted derivatives thereof, amide amines from diprimary amines and monocarboxylic acids, monoketim of diprimary amines, primary / tertiary amines, such as Ν, Ν-dimethylaminopropylamine. Often these have a thixotropic effect due to their high reactivity, so that the rheology is changed so that the mixture has a higher viscosity on the substrate.
Als nicht aminische Kettenverlängerer werden oftmals beispielsweise 2,2'-Thiodiethanol, Propandiol-1,2, Propandiol-1,3, Glycerin, Butandiol-2,3, Butandiol-1,3, Butandiol-1,4, 2-Methyl- propandiol-1,3, Pentandiol-1,2, Pentandiol-1,3, Pentandiol-1,4, Pentandiol-1,5, 2,2-Dimethyl- propandiol-1,3, 2-Methylbutandiol-l,4, 2-Methylbutandiol-l,3, 1 , 1 , 1 -Trimethylolethan, 3-Methyl- 1,5-Pentandiol, 1 , 1 , 1 -Trimethylolpropan, 1,6-Hexandiol, 1,7-Heptandiol, 2-Ethyl-l,6-Hexandiol, 1,8-Octandiol, 1,9-Nonandiol, 1 , 10-Decandiol 1 , 11 -Undecandiol, 1,12-Dodecandiol, Diethylenglykol, Triethylenglykol, 1 ,4-Cyclohexandiol, 1,3-Cyclohexandiol und Wasser verwendet. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält die Mischung weder Komponente ii) noch iii). In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält die Mischung keine der Komponenten i), ii) und iii). Examples of non-aminic chain extenders which are often used are, for example, 2,2'-thiodiethanol, 1,2-propanediol, 1,3-propanediol, glycerol, 2,3-butanediol, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol, 2-methyl-1,3-propanediol. propanediol-1,3, pentanediol-1,2, pentanediol-1,3, pentanediol-1,4, pentanediol-1,5, 2,2-dimethyl-1,3-propanediol, 2-methylbutanediol-1,4 2-Methylbutanediol-1,3,1,1,1-trimethylolethane, 3-methyl-1,5-pentanediol, 1,1,1-trimethylolpropane, 1,6-hexanediol, 1,7-heptanediol, 2-ethyl- 1, 6-hexanediol, 1,8-octanediol, 1,9-nonanediol, 1, 10-decanediol 1, 11-undecanediol, 1,12-dodecanediol, diethylene glycol, triethylene glycol, 1,4-cyclohexanediol, 1,3-cyclohexanediol and water used. In a preferred embodiment of the invention, the mixture contains neither component ii) nor iii). In a particularly preferred embodiment of the invention, the mixture does not contain any of components i), ii) and iii).
Weiterhin bevorzugt ist die Summe der zahlenmittleren Funktionalität an Isocyanat Gruppen und isocyanatreaktiven Gruppen der Verbindungen A) und B), sowie gegebenenfalls i), ii) und iii) > 2,6 und < 6,0, besonders bevorzugt > 2,8 und < 5,0, ganz besonders bevorzugt > 2,8 und < 4,0. Besonders bevorzug haben A) und B) und gegebenenfalls i) niedrige Gehalte an freiem Wasser, Restsäuren und Metallgehalten. Bevorzugt beträgt der Restwassergehalt von B) < 1 Gew.-%, besonders bevorzugt < 0,7 Gew.-% (bezogen auf B)). Der Restsäuregehalt von B) ist bevorzugt < 1 Gew.-%, besonders bevorzugt < 0,7 Gew.-% (bezogen auf B). Die Restmetallgehalte, verursacht beispielsweise durch Reste von Katalysatorbestandteilen, die bei der Herstellung der Edukte verwendet werden, sollten bevorzugt kleiner als 1000 ppm sein und weiter bevorzugt kleiner als 500 ppm, bezogen auf A) bzw. B), sein. Also preferred is the sum of the number average functionality of isocyanate groups and isocyanate-reactive groups of compounds A) and B), and optionally i), ii) and iii)> 2.6 and <6.0, more preferably> 2.8 and < 5.0, most preferably> 2.8 and <4.0. Most preferably, A) and B) and optionally i) have low levels of free water, residual acids and metal contents. The residual water content of B) is preferably <1% by weight, more preferably <0.7% by weight (based on B)). The residual acid content of B) is preferably <1% by weight, more preferably <0.7% by weight (based on B). The residual metal contents, caused, for example, by residues of catalyst constituents used in the preparation of the starting materials should preferably be less than 1000 ppm and more preferably less than 500 ppm, based on A) or B).
Das Verhältnis von Isocyanat reaktiven Gruppen zu Isocyanat Gruppen liegt in der Mischung bevorzugt zwischen 1 :3 bis 3: 1, besonders bevorzugt zwischen 1 : 1,5 bis 1,5: 1, ganz besonders bevorzugt zwischen 1 : 1 ,3 bis 1,3:1 und insbesondere bevorzugt zwischen 1 : 1 ,02 bis 1 :0,95. The ratio of isocyanate-reactive groups to isocyanate groups in the mixture is preferably between 1: 3 to 3: 1, more preferably between 1: 1.5 to 1.5: 1, most preferably between 1: 1, 3 to 1, 3: 1 and more preferably between 1: 1, 02 to 1: 0.95.
Die Komponenten A) und B), sowie gegebenenfalls i), ii) und iii) können in einem Schritt miteinander umgesetzt werden, dem sogenannten One-Shot Verfahren. Neben dem One-Shot Verfahren kann bei der Umsetzung von A) mit B) auch das Prepolymer Verfahren verwendet werden. Hierbei wird ein Teil A) mit B) zu einem Prepolymer umgesetzt und erst später mit weiterer Komponente B) weiter umgesetzt. Hierbei kann das so hergestellt Prepolymer direkt weiter verarbeitet oder erst abgefüllt und gelagert werden und später als Komponente A) eingesetzt werden. The components A) and B), and optionally i), ii) and iii) can be reacted with one another in one step, the so-called one-shot process. In addition to the one-shot process, the prepolymer process can also be used in the reaction of A) with B). In this case, a part A) is reacted with B) to form a prepolymer and later reacted further with further component B). In this case, the prepolymer thus prepared can be further processed directly or first filled and stored and later used as component A).
Die Mischung kann neben den Verbindungen A) und B, sowie ggf. i) bis iii) zusätzlich auch Hilfsund Zusatzstoffe enthalten. Beispiele für solche Hilfs- und Zusatzstoffe sind Vernetzer, Verdicker, Lösungsmittel, Thixotropiermittel, Stabilisatoren, Antioxidantien, Lichtschutzmittel, Emulgatoren, Tenside, Klebstoffe, Weichmacher, Hydrophobierungsmittel, Pigmente, Füllstoffe Rheologieverbesserer, Weichmacher, Entgasungs- und Entschäumungshilfsmittel, Benetzungsadditive und Katalysatoren sowie Füllstoffe. In addition to the compounds A) and B, and optionally also i) to iii), the mixture may additionally contain auxiliaries and additives. Examples of such auxiliaries and additives are crosslinkers, thickeners, solvents, thixotropic agents, stabilizers, antioxidants, light stabilizers, emulsifiers, surfactants, adhesives, plasticizers, water repellents, pigments, fillers rheology improvers, plasticizers, degassing and defoaming agents, wetting additives and catalysts and fillers.
Typische Katalysatoren sind dabei metallorganische Verbindungen wie etwa Zinnsalze oder Amine bzw. Amidine. Ganz besonders bevorzugt werden Zinnorganische Verbindungen als Katalysatoren eingesetzt. Typical catalysts are organometallic compounds such as tin salts or amines or amidines. Very particular preference is given to using organotin compounds as catalysts.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Mischung weiterhin C) ein Lösungsmittel, das einen Dampfdruck bei 20 °C von > 0,1 und < 200 mbar aufweist und D) ein Benetzungsadditiv. In einer weiterhin bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung umfasst die Mischung auch einen Füllstoff E). In a preferred embodiment of the invention, the mixture furthermore comprises C) a solvent which has a vapor pressure at 20 ° C. of> 0.1 and <200 mbar and D) a wetting additive. In a further preferred embodiment of the invention, the mixture also comprises a filler E).
Als Lösungsmittel C) können wässrige sowie organische Lösemittel verwendet werden, besonders bevorzugt werden organische Lösemittel eingesetzt. Vorzugsweise kann ein Lösungsmittel verwendet werden, dass einen Dampfdruck bei 20 °C von > 0,1 mbar und < 200 mbar, bevorzugt > 0,2 mbar und < 150 mbar und besonders bevorzugt > 0,3 mbar und < 120 mbar aufweist. Hierbei ist besonders vorteilhaft, dass die erfindungsgemäßen Filme auf einer Rollenbeschichtungsanlage hergestellt werden können. As solvent C) aqueous and organic solvents can be used, more preferably organic solvents are used. Preferably, a solvent can be used which has a vapor pressure at 20 ° C. of> 0.1 mbar and <200 mbar, preferably> 0.2 mbar and <150 mbar and particularly preferably> 0.3 mbar and <120 mbar. It is particularly advantageous that the films of the invention can be produced on a roller coating system.
Üblicherweise ist das Benetzungsadditiv D) in einer Menge von 0,05 bis 1,0 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Mischung, in der Mischung enthalten. Typische Benetzungsadditive sind beispielsweise von der Firma Altana erhältlich (Byk Additive wie etwa: polyestermodifizierten Polydimethylsiloxans, polyethermodifizierten Polydimethylsiloxan oder Acrylat-Copolymeren, sowie beispielsweise CeFo-Fluortelomere). Usually, the wetting additive D) in an amount of 0.05 to 1.0 wt .-%, based on the total weight of the mixture, in the mixture. Typical wetting additives are available, for example, from Altana (Byk additives such as: polyester-modified polydimethylsiloxane, polyether-modified polydimethylsiloxane or acrylate copolymers, and, for example, CeFo fluorotelomers).
Vorzugsweise umfasst die Mischung Füllstoffe E) mit einer hohen Dielektrizitätskonstante. Beispiele hierfür sind keramische Füllstoffe, insbesondere Bariumtitanat, Strontiumtitanat, Kupfertitanat, Calciumtitanat, Titandioxid und piezoelektrische Keramiken wie Quarz oder Bleizirkoniumtitanat, und Mischoxide aller oben erwähnten Verbindungen sowie organische Füllstoffe, insbesondere solche mit einer hohen elektrischen Polarisierbarkeit, beispielsweise Phthalocyanine, Poly-3- Hexylthiophen. Durch den Zusatz dieser Füllstoffe kann die Dielektrizitätskonstante des Polyurethanfilms erhöht werden. Preferably, the mixture comprises fillers E) with a high dielectric constant. Examples of these are ceramic fillers, in particular barium titanate, strontium titanate, copper titanate, calcium titanate, titanium dioxide and piezoelectric ceramics such as quartz or lead zirconium titanate, and mixed oxides of all compounds mentioned above and organic fillers, especially those having a high electrical polarizability, for example phthalocyanines, poly-3-hexylthiophene , By adding these fillers, the dielectric constant of the polyurethane film can be increased.
Außerdem ist eine höhere Dielektrizitätskonstante auch durch das Einbringen elektrisch leitfähiger Füllstoffe unterhalb der Perkolationsschwelle erzielbar. Beispiele für derartige Stoffe sind außer Metallen wie z.B. Silber, Aluminium und Kupfer, Ruß, Graphit, Graphen, Fasern, einwandige oder mehrwandige Kohlenstoff-Nanoröhrchen, elektrisch leitfähige Polymere wie Polythiophene, Polyaniline oder Polypyrrole, oder Mischungen davon. In diesem Zusammenhang sind insbesondere solche Rußtypen von Interesse, die eine Oberflächenpassivierung aufweisen und deshalb bei niedrigen Konzentrationen unterhalb der Perkolationsschwelle zwar die Dielektrizitätskonstante erhöhen und trotzdem nicht zu einer Erhöhung der Leitfähigkeit des Polymers führen. Hier sind solche Rußtypen mit besonders hoher BET-Oberfläche bevorzugt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können Additive zur Erhöhung der Dielektrizitätskonstanten und / oder der elektrischen Durchschlagsfeldstärke auch noch nach der Verfilmung von Polyurethanen zugesetzt werden. Dies kann beispielsweise durch Erzeugung einer oder mehrerer weiterer Schichten oder durch Durchdringung des Polyurethan-Films beispielsweise durch Eindiffundieren erfolgen. In addition, a higher dielectric constant can also be achieved by introducing electrically conductive fillers below the percolation threshold. Examples of such materials are, besides metals such as silver, aluminum and copper, carbon black, graphite, graphene, fibers, single or multi-walled carbon nanotubes, electrically conductive polymers such as polythiophenes, polyanilines or polypyrroles, or mixtures thereof. Of particular interest in this connection are those types of carbon black which have a surface passivation and therefore at higher concentrations below the percolation threshold increase the dielectric constant and nevertheless do not lead to an increase in the conductivity of the polymer. Here, such carbon black types with a particularly high BET surface area are preferred. In the context of the present invention, additives for increasing the dielectric constant and / or the electrical breakdown field strength can also be added after the filming of polyurethanes. This can be done, for example, by generating one or more further layers or by penetration of the polyurethane film, for example, by diffusion.
In einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden wenigstens die folgenden Schritte durchgeführt: I) die Mischung wird hergestellt. In a further preferred embodiment of the process according to the invention, at least the following steps are carried out: I) the mixture is prepared.
II) die Mischung wird unmittelbar nach ihrer Herstellung in Form eines Nassfilms auf einen Träger aufgebracht, II) the mixture is applied to a support in the form of a wet film immediately after its preparation,
III) der Nassfilm wird unter Bildung des Polyurethanfilms ausgehärtet und III) the wet film is cured to form the polyurethane film and
IV) der Polyurethanfilm wird vom Träger getrennt. Besonders bevorzugt werden die Schritte I) bis IV) kontinuierlich wiederholt. IV) the polyurethane film is separated from the carrier. Particularly preferably, the steps I) to IV) are repeated continuously.
Der Polyurethanfilm kann eine Schichtdicke von 0,1 μιη bis 1000 μηι, bevorzugt von 1 μιη bis 500 μηι, besonders bevorzugt von 5 μιη bis 200 μιη und ganz besonders bevorzugt von 10 μιη bis 100 μιη aufweisen. The polyurethane film may have a layer thickness of 0.1 μιη to 1000 μηι, preferably from 1 μιη to 500 μηι, more preferably from 5 μιη to 200 μιη and most preferably from 10 μιη to 100 μιη.
Das Aufbringen der Mischung des Schritts I) auf den Träger im Schritt II) kann beispielsweise durch Rakeln, Streichen, Gießen, Schleudern, Sprühen, Extrusion in einem Rolle-zu-Rolle Prozess erfolgen. Bevorzugt wird das Gemisch mit einem Rakel (wie etwa ein Glattrakel, Kommarakel, oder ähnliches), Walzen (wie etwa Rasterwalzen, Gravurwalzen, Glattwalzen, oder ähnliches) oder einer Düse auf den Träger aufgebracht. Die Düse kann Teil eines Düsenauftragwerks sein. Es können auch mehrere Auftragswerke gleichzeitig oder hintereinander betrieben werden. Es können auch mehrere Schichten gleichzeitig mit einem Auftragswerk aufgetragen werden. Bevorzugt wird eine Düse verwendet und besonders bevorzugt eine Verweilzeit optimierte und / oder rezirkulationsfreie Düse. Ganz besonders bevorzugt ist der Abstand der Düse zum Träger kleiner als die dreifache Dicke des Nassfilms, bevorzugt kleiner als die zweifache Dicke des Nassfilms und besonders bevorzugt kleiner als die eineinhalbfache Dicke des Nassfilms ist. Werden beispielsweise 150 μιη Nassfilm beschichtet (wenn der Nassfilm 20 Gew.-% Lösemittel enthält entspricht dies somit 120 μιη ausgehärtetem Film) so ist der Abstand der Düse zum Träger < 300 μιη zu wählen. Wird der Abstand der Düse zu dem Träger wie vorstehend beschrieben gewählt, kann zur Herstellung der Filme eine Rollenbeschichtungsanlage verwendet werden. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann im Schritt II) ein Nassfilm mit einer Dicke von 10 bis 300 μηι, bevorzugt von 15 bis 150 μηι, weiter bevorzugt von 20 bis 120 μιη und ganz besonders bevorzug von 20 bis 80 μιη hergestellt wird. The application of the mixture of step I) to the support in step II) can be carried out, for example, by knife coating, brushing, casting, spinning, spraying, extrusion in a roll-to-roll process. Preferably, the mixture is applied to the carrier with a squeegee (such as a squeegee, quark, or the like), rollers (such as anilox rollers, gravure rollers, burnishing rollers, or the like) or a nozzle. The nozzle may be part of a nozzle application. It is also possible to operate several commissioned works simultaneously or in succession. Several layers can be applied simultaneously with a commissioned work. Preferably, a nozzle is used, and more preferably a residence time optimized and / or recirculation-free nozzle. Most preferably, the distance of the nozzle to the carrier is less than three times the thickness of the wet film, preferably less than twice the thickness of the wet film, and more preferably less than one and a half times the thickness of the wet film. If, for example, 150 μm of wet film is coated (if the wet film contains 20% by weight of solvent, this corresponds to 120 μm of cured film), then the distance between the nozzle and the substrate should be selected to be less than 300 μm. If the distance of the nozzle to the support is chosen as described above, a roller coater can be used to make the films. According to a further preferred embodiment of the method according to the invention, a wet film with a thickness of 10 to 300 μm, preferably of 15 to 150 μm, more preferably of 20 to 120 μm, and very particularly preferably of 20 to 80 μm can be produced in step II).
Ebenfalls bevorzugt ist, wenn der Nassfilm im Schritt III) ausgehärtet wird, indem er durch einen ersten Trockenabschnitt geführt wird, der bevorzugt eine Temperatur > 40 °C und < 120 °C, weiter bevorzugt > 60 °C und < 110 °C und besonders bevorzugt > 60 °C und < 100 °C aufweist. It is also preferred if the wet film is cured in step III) by being passed through a first drying section, which preferably has a temperature> 40 ° C and <120 ° C, more preferably> 60 ° C and <110 ° C and especially preferably> 60 ° C and <100 ° C.
Der Nassfilm kann auch nach dem ersten Trockenabschnitt zusätzlich durch einen zweiten Trockenabschnitt geführt werden, der bevorzugt eine Temperatur > 60 °C und < 130 °C, weiter bevorzugt > 80 °C und < 120 °C und besonders bevorzugt > 90 °C und < 120 °C aufweist. Zusätzlich kann der Nassfilm nach dem zweiten Trockenabschnitt auch noch durch einen dritten Trockenabschnitt geführt werden, der bevorzugt eine Temperatur > 110 °C und < 180 °C, weiter bevorzugt > 110 °C und < 150 °C und besonders bevorzugt > 110 °C und < 140 °C aufweist. The wet film can also be passed through a second drying section after the first drying section, which preferably has a temperature> 60 ° C and <130 ° C, more preferably> 80 ° C and <120 ° C and particularly preferably> 90 ° C and < 120 ° C has. In addition, after the second drying section, the wet film can also be passed through a third drying section which preferably has a temperature of> 110 ° C. and <180 ° C., more preferably> 110 ° C. and <150 ° C. and particularly preferably> 110 ° C. <140 ° C has.
Die Trocknung kann in der Schwebe oder in Rollentrockner, wie sie beispielsweise von Krönert, Coatema, Drytec oder Polytype auf dem Markt angeboten werden, durchgeführt werden. Die typische Geschwindigkeit, mit der der Nassfilm auf dem Träger durch den oder die Trockenabschnitte geführt wird liegt > 0,5 m/min und < 600 m/min, besonders bevorzugt > 0,5 m/min und < 500 m/min und besonders bevorzugt > 0,5 m/min und < 100 m/min. Drying can be carried out in suspension or in roller dryers, such as those offered by, for example, Krönert, Coatema, Drytec or Polytype on the market. The typical rate at which the wet film on the support passes through the drying section (s) is> 0.5 m / min and <600 m / min, more preferably> 0.5 m / min and <500 m / min and more preferably> 0.5 m / min and <100 m / min.
Die Trockenabschnittslänge und die Zuluft der Trockenabschnitte wird an die Geschwindigkeit angepasst. Gängiger weise ist die gesamte Verweilzeit des Nassfilms in dem oder gegebenenfalls in den Trockenabschnitten > 10 Sekunden und < 60 Minuten, bevorzugt > 30 Sekunden und < 40 Minuten, weiter bevorzugt > 40 Sekunden und < 30 Minuten und ganz besonders bevorzugt > 40 Sekunden und < 10 Minuten. The dry section length and the supply air of the dry sections are adapted to the speed. Most commonly, the total residence time of the wet film in the dry section or sections is> 10 seconds and <60 minutes, preferably> 30 seconds and <40 minutes, more preferably> 40 seconds and <30 minutes, and most preferably> 40 seconds and < 10 mins.
Der erfindungsgemäße dielektrische Polyurethanfilm kann mit weiteren funktionellen Schichten, beispielsweise leitfähigen Schichten, Barriereschichten gegen Lösemittel und Gase, und / oder Haftschichten versehen werden. Dies kann einseitig oder beidseitig geschehen, in einer Schicht oder in mehreren Schichten übereinander, durch vollständige oder durch flächig partielle Beschichtung. The dielectric polyurethane film according to the invention can be provided with further functional layers, for example conductive layers, barrier layers against solvents and gases, and / or adhesive layers. This can be done on one side or on both sides, in one layer or in several layers one above the other, by complete or by surface partial coating.
Als Träger für die Herstellung eines Polymerfilms aus der Reaktionsmischung eignen sich insbesondere Glas, Trennpapier, Folien und Kunststoffe, von denen der erzeugte dielektrische Polyurethanfilm einfach getrennt werden kann. Besonders bevorzugt werden Papier oder Folien verwendet. Papier kann ein- oder beidseitig beispielsweise mit Silikon oder Kunststoffen beschichtet sein. Die Beschichtung und / oder die Folie kann beispielsweise aus Kunststoffen wie etwa Polyethylen, Polypropylen, Polymethylpenten, Polyethylenterephathalat, Polypropylen, Polyethylen, Polyvinylchlorid, Teflon, Polystyrol, Polybutadien, Polyurethan, Acrylester-Styrol-Acrylnitril, Acrylnitril/Butadien/Acrylat, Acrylnitril-Butadien-Styrol, Acrylnitril/chloriertes Polyethylen/Styrol, Acrylnitril/ Methylmethacrylat, Butadien-Kautschuk, Butylkautschuk, Casein-Kunststoffe, Kunsthorn, Celluloseacetat, Cellulosehydrat, Cellulosenitrat, Chloropren-Kautschuk, Chitin, Chitosan, Cyclo-Olefin-Copolymere, Epoxidharz, Ethylen-Ethylacrylat- Copolymer, Ethylen- Propylen-Copolymer, Ethylen-Propylen-Dien- Kautschuk, Ethylenvinylacetat, Fluorkautschuk, Harnstoff-Formaldehydharz, Isopren-Kautschuk, Lignin, Melamin-Formaldehydharz, Melamin/Phenol- Formaldehyd, Methylacrylat/Butadien/ Styrol, Naturkautschuk (Gummi arabicum), Phenol-Formaldehydharz, Perfluoralkoxylalkan, Polyacrylnitril, Polyamid, Polybutylensuccinat , Polybutylenterephthalat, Polycaprolacton, Polycarbonat, Polychlortrifluorethylen, Polyester, Polyesteramid, Polyether-Block-Amid, Polyetherimid, Polyetherketone, Polyethersulfon, Polyhydroxyalkanoate, Polyhydroxybutyrat, Polyimid, Polyisobutylen, Polylactid (Polymilchsäure), Polymethacrylmethylimid, Polymethylenterephthalat, Polymethylmethacrylat, Polymethylpenten, Polyoxymethylen oder Polyacetal, Polyphenylenether, Polyphenylensulfid, Polyphthalamid, Polypyrrol, Polystyrol, Polysulfon, Polytetrafluorethylen, Polyurethan PUR, Polyvinylacetat, Polyvinylbutyral, Polyvinylchlorid, Polyvinylidenfluorid, Polyvinylpyrrolidon, Silicon, Styrol-Acrylnitril- Copolymerisat, Styrol-Butadien-Kautschuk, Styrol- Butadien-Styrol, Thermoplastische Stärke, Thermoplastisches Polyurethan, Vinylchlorid/Ethylen, Vinylchlorid/ Ethylen/ Methacrylat hergestellt sein. Alternativ können diese Kunststoffe auch direkt als Trägermaterialien verwendet werden und / oder zusätzlich mit weiteren internen oder externen Trennmittel oder Schichten versehen sein. Die Schichten können Barrierefunktionen haben oder auch leitfähige Strukturen enthalten, die sich gegebenenfalls auf den dielektrischen Polyurethanfilm übertragen können. Die Kunststoffe können axial oder biaxial orientiert oder verstreckt sein sowie druck- bzw. Corona vorbehandelt sein. Die Folien können auch verstärkt sein. Typische Verstärkungen sind Gewebe wie beispielsweise Textil oder Glasfasern. Glass, release paper, films and plastics from which the produced polyurethane dielectric film can be easily separated are particularly suitable as carriers for the production of a polymer film from the reaction mixture. Particularly preferred paper or films are used. Paper can be coated on one or both sides, for example, with silicone or plastics be. The coating and / or the film can be made, for example, of plastics such as polyethylene, polypropylene, polymethylpentene, polyethylene terephthalate, polypropylene, polyethylene, polyvinyl chloride, teflon, polystyrene, polybutadiene, polyurethane, acrylester-styrene-acrylonitrile, acrylonitrile / butadiene / acrylate, acrylonitrile-butadiene Styrene, acrylonitrile / chlorinated polyethylene / styrene, acrylonitrile / methyl methacrylate, butadiene rubber, butyl rubber, casein plastics, artificial horn, cellulose acetate, cellulose hydrate, cellulose nitrate, chloroprene rubber, chitin, chitosan, cyclo-olefin copolymers, epoxy resin, ethylene oxide Ethyl acrylate copolymer, ethylene-propylene copolymer, ethylene-propylene-diene rubber, ethylene-vinyl acetate, fluororubber, urea-formaldehyde resin, isoprene rubber, lignin, melamine-formaldehyde resin, melamine / phenol-formaldehyde, methyl acrylate / butadiene / styrene, natural rubber ( Gum arabic), phenol-formaldehyde resin, perfluoroalkoxylalkane, polyacrylonitrile, polyamide, polybutylene sensor cinate, polybutylene terephthalate, polycaprolactone, polycarbonate, polychlorotrifluoroethylene, polyester, polyesteramide, polyether-block-amide, polyetherimide, polyetherketones, polyethersulfone, polyhydroxyalkanoates, polyhydroxybutyrate, polyimide, polyisobutylene, polylactic acid, polymethacrylmethylimide, polymethylene terephthalate, polymethylmethacrylate, polymethylpentene, polyoxymethylene or polyacetal , Polyphenylene ether, polyphenylene sulfide, polyphthalamide, polypyrrole, polystyrene, polysulfone, polytetrafluoroethylene, polyurethane PUR, polyvinyl acetate, polyvinyl butyral, polyvinyl chloride, polyvinylidene fluoride, polyvinylpyrrolidone, silicone, styrene-acrylonitrile copolymer, styrene-butadiene rubber, styrene-butadiene-styrene, thermoplastic starch , Thermoplastic polyurethane, vinyl chloride / ethylene, vinyl chloride / ethylene / methacrylate. Alternatively, these plastics can also be used directly as support materials and / or additionally provided with further internal or external release agents or layers. The layers may have barrier functions or may also contain conductive structures which may optionally be transferred to the polyurethane dielectric film. The plastics may be axially or biaxially oriented or stretched and may be pretreated by pressure or corona. The films can also be reinforced. Typical reinforcements are fabrics such as textile or glass fibers.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann ein Träger aus Glas, Kunststoff oder Papier und bevorzugt aus Silikon oder mit Kunststoffbeschichtetem Papier verwendet werden. Die Folie bzw. das Papier kann nach der Beschichtung direkt abgezogen und wieder verwendet werden. In einer besonderen Ausführungsform kann die Folie im Kreis gefahren werden und der dielektrische Polyurethanfilm beim Abziehen direkt auf einen neuen Träger übertragen werden. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Träger mit einer Struktur versehen. Hierbei spricht man auch von einer Prägung. Die Prägung ist derart, dass sich die Struktur auf den dielektrischen Polyurethanfilm überträgt und zwar so, dass die Prägung nur in der Oberfläche des dielektrischen Polyurethanfilm ausgeformt ist. Die Prägung zieht sich bei einer Dehnung des Films glatt. Die Prägung ist derart geschaffen, dass sich eine Elektrodenschicht auf dem Film bei einer Dehnung glattzieht ohne dass diese Schicht selbst merklich gedehnt wird. Die Prägung wird bevorzugt in einem Rolle-zu-Rolle Prozess in den Träger eingeprägt. Beispielsweise wird hier kalt oder über einen Abkühlprozess heiß über eine Rolle in einen Thermoplasten geprägt. Typische Prägungen sind beispielsweise in der EP 1 919 071 beschrieben. According to a particularly preferred embodiment, a carrier made of glass, plastic or paper and preferably made of silicone or plastic-coated paper can be used. The film or paper can be peeled off directly after coating and reused. In a particular embodiment, the film may be circulated and the dielectric polyurethane film transferred directly to a new carrier during stripping. In a preferred embodiment, the carrier is provided with a structure. This is also called an imprint. The embossing is such that the structure on the dielectric Polyurethane film transfers in such a way that the embossing is formed only in the surface of the dielectric polyurethane film. The embossing is smooth when the film is stretched. The embossment is made such that an electrode layer on the film is stretched when stretched without significantly stretching that layer itself. The embossment is preferably embossed in a roll-to-roll process in the carrier. For example, hot or coagulated hot through a roll into a thermoplastic is applied here. Typical embossings are described for example in EP 1 919 071.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlicher dielektrischer Polyurethanfilm. Der erfindungsgemäße dielektrische Polyurethanfilm ist auch zur Herstellung von nach dem Stand der Technik bekannten, mehrschichtigen elektroaktiven Polymerfilmsystemen, umfassend Schichten von dielektrischem Polyurethan und beispielsweise leitfähiger Elektrodenschicht geeignet. Solche Systeme werden beispielsweise in der WO-A 2014/001272 oder WO-A 2014/006005 beschrieben. A further subject of the present invention is a dielectric polyurethane film obtainable by the process according to the invention. The polyurethane dielectric film of the present invention is also useful for the production of multi-layered electroactive polymer film systems known in the art comprising layers of dielectric polyurethane and, for example, conductive electrode layer. Such systems are described, for example, in WO-A 2014/001272 or WO-A 2014/006005.
Ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines elektromechanischen Wandlers, bei dem in einem ersten Schritt nach einem erfindungsgemäßen Verfahren ein dielektrischer Polyurethan Film hergestellt und in einem zweiten Schritt auf gegenüberliegenden Seiten des dielektrischen Polyurethan Films jeweils eine Elektrode angeordnet wird. Likewise provided by the invention is a method for producing an electromechanical transducer, in which a dielectric polyurethane film is produced in a first step by a method according to the invention and in a second step an electrode is arranged on opposite sides of the dielectric polyurethane film.
Die Elektroden können beispielsweise über einen Druckprozess wie etwa Ink-Jet, Flexodruck, Siebdruck oder über ein Rakel, eine Düse oder Walze sowie über eine Metallisierung im Vakuum aufgetragen werden. Typische Materialien sind Kohlenstoffbasiert oder auf Basis von Metallen wie etwa Silber, Kupfer, Aluminium, Gold, Nickel, Zink oder anderen leitfähigen Metallen sowie Materialien. Das Metall kann als Salz oder als Lösung, als Dispersion oder Emulsion sowie auch als Precursor aufgetragen werden. The electrodes can be applied, for example, via a printing process such as ink-jet, flexographic printing, screen printing or via a doctor blade, a nozzle or roller and via a metallization in a vacuum. Typical materials are carbon based or based on metals such as silver, copper, aluminum, gold, nickel, zinc or other conductive metals as well as materials. The metal can be applied as a salt or as a solution, as a dispersion or emulsion and also as a precursor.
Darüber hinaus ist auch ein nach diesem Verfahren erhältlicher elektromechanischer Wandler Gegenstand der Erfindung. In addition, an obtainable by this method electromechanical transducer is the subject of the invention.
Bei dem elektromechanischen Wandler ist die Elektrodenschicht auf den Lagen vorzugsweise so aufgebracht, dass sie von den Seiten kontaktiert werden kann und nicht über dem dielektrischen Filmrand steht, da es sonst zu Durchschlägen kommt. Gängigerweise lässt man hier zwischen Elektrode und Dielektrikum einen Sicherheitsrand, so dass die Elektrodenfläche kleiner als die Dielektrikumsfläche ist. Die Elektrode ist so strukturiert, dass eine Leiterbahn zur elektrischen Kontaktierung heraus geführt wird. Der Wandler kann vorteilhaft in unterschiedlichsten Konfigurationen zur Herstellung von Sensoren, Aktoren und/oder Generatoren eingesetzt werden. In the electromechanical transducer, the electrode layer on the layers is preferably applied so that it can be contacted from the sides and not over the dielectric film edge, otherwise there will be breakdowns. It is usual to allow a safety margin between the electrode and the dielectric so that the electrode area is smaller than the dielectric area. The electrode is structured such that a conductor track is led out for electrical contacting. The converter can be advantageously used in a variety of configurations for the production of sensors, actuators and / or generators.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher eine elektronische und/oder elektrische Vorrichtung, insbesondere ein Baustein, Automat, Instrument oder eine Komponente, umfassend einen erfindungsgemäßen elektromechanischen Wandler. Another object of the present invention is therefore an electronic and / or electrical device, in particular a module, automaton, instrument or a component comprising an electromechanical transducer according to the invention.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung eines erfindungsgemäßen elektromechanischen Wandlers in einer elektronischen und/oder elektrischen Vorrichtung, insbesondere in einem Aktor, Sensor oder Generator. Vorteilhafterweise kann die Erfindung in einer Vielzahl von verschiedensten Anwendungen im elektromechanischen und elektroakustischen Bereich, insbesondere im Bereich der Energiegewinnung aus mechanischen Schwingungen (Energy- Harvesting), der Akustik, des Ultraschalls, der medizinischen Diagnostik, der akustischen Mikroskopie, der mechanischen Sensorik, insbesondere Druck- Kraft- und/oder Dehnungssensorik, der Robotik und/oder der Kommunikationstechnologie verwirklicht werden. Typische Beispiele hierfür sind Drucksensoren, elektroakustische Wandler, Mikrophone, Lautsprecher, Schwingungswandler, Lichtdeflektoren, Membrane, Modulatoren für Glasfaseroptik, pyroelektrische Detektoren, Kondensatoren und Kontrollsysteme und "intelligente" Fußböden sowie Systeme zur Umwandlung von mechanischer Energie, insbesondere aus rotierenden oder oszillierenden Bewegungen, in elektrische Energie. Furthermore, the present invention relates to the use of an electromechanical transducer according to the invention in an electronic and / or electrical device, in particular in an actuator, sensor or generator. Advantageously, the invention in a variety of different applications in the electro-mechanical and electro-acoustic field, in particular in the field of energy from mechanical vibrations (energy harvesting), acoustics, ultrasound, medical diagnostics, acoustic microscopy, mechanical sensors, in particular pressure - Force and / or strain sensors, robotics and / or communication technology can be realized. Typical examples include pressure sensors, electroacoustic transducers, microphones, loudspeakers, vibration transducers, light deflectors, diaphragms, optical fiber modulators, pyroelectric detectors, capacitors and control systems, and "intelligent" floors, as well as systems for converting mechanical energy, particularly rotating or oscillating motions electrical power.
Beispiele: Examples:
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Beispielen näher erläutert. The invention will be explained in more detail below with reference to examples.
Sofern nicht abweichend gekennzeichnet, beziehen sich alle Prozentangaben auf das Gewicht. Unless otherwise indicated, all percentages are by weight.
Sofern nicht abweichend vermerkt, würden alle analytischen Messungen bei Temperaturen von 23 °C unter Normalbedingungen durchgeführt. Unless otherwise noted, all analytical measurements would be carried out at temperatures of 23 ° C under normal conditions.
Methoden: methods:
NCO-Gehalte wurden, wenn nicht ausdrücklich anders erwähnt, volumetrisch gemäß DIN EN ISO 11909 bestimmt. Hydroxylzahlen (OHZ in mg KOH/g Substanz) wurden gemäß DIN 53240 (Dezember 1971) bestimmt. NCO contents were determined volumetrically in accordance with DIN EN ISO 11909, unless expressly stated otherwise. Hydroxyl numbers (OHN in mg KOH / g substance) were determined according to DIN 53240 (December 1971).
Säurezahlen wurden gemäß DIN EN ISO 2114 (Juni 2002) bestimmt. Acid numbers were determined according to DIN EN ISO 2114 (June 2002).
Die Estergruppengehalte und Aromatenanteile wurden wie im beschreibungsteil erläutert bestimmt. The ester group contents and aromatics contents were determined as explained in the description section.
Die angegebenen Viskositäten wurden mittels Rotationsviskosimetrie nach DIN 53019 bei 23 °C mit einem Rotationsviskosimeter der Firma Anton Paar Germany GmbH, Deutschland, Helmuth-Hirth- Str. 6, 73760 Ostfildern bestimmt. The indicated viscosities were determined by means of rotational viscometry according to DIN 53019 at 23 ° C. using a rotational viscometer from Anton Paar Germany GmbH, Germany, Helmuth-Hirth-Str. 6, 73760 Ostfildern.
Für die Beschichtungsversuche der Beispiele wurde eine Laborrakelmaschine der Fa. Zehntner für Laborversuche verwendet. For the coating experiments of the examples, a laboratory doctor blade from Zehntner was used for laboratory experiments.
Messungen der Filmschichtdicken wurden mit einem mechanischen Taster der Firma Dr. Johannes Heidenhain GmbH, Deutschland, Dr.-Johannes-Heidenhain-Str. 5, 83301 Traunreut, durchgeführt. Die Probekörper wurden an drei unterschiedlichen Stellen vermessen und der Mittelwert als repräsentativer Messwert benutzt. Measurements of film thicknesses were made with a mechanical probe from Dr. Ing. Johannes Heidenhain GmbH, Germany, Dr.-Johannes-Heidenhain-Str. 5, 83301 Traunreut. The specimens were measured at three different locations and the mean value was used as a representative measurement.
Zur Bestimmung des E-Moduls bei 25% Dehnung und der Bruchdehnung wurden mittels einer Zugmaschine der Firma Zwick, Modell Nummer 1455, ausgestattet mit einer Kraftmessdose des Gesamtmessbereiches lkN nach DIN 53 504 Zugversuche mit einer Zuggeschwindigkeit von 50 mm/min ausgeführt. Als Probekörper wurden S2-Zugstäbe eingesetzt. Jede Messung wurde an drei gleichartig präparierten Probekörpern ausgeführt und der Mittelwert der erhaltenen Daten zur Bewertung verwendet. Es wurden die Zugfestigkeit in [MPa] und die Bruchdehnung in [%], sowie die Spannung in [MPa] bei 25% Dehnung bestimmt. Der E-Modul bei 25% Dehnung entspricht dabei der Tangente an die Spannungs-Dehnungskurve bei 25% Dehnung. To determine the modulus of elasticity at 25% elongation and the elongation at break were carried out by means of a tractor from Zwick, model number 1455 equipped with a load cell of the total measuring range lkN according to DIN 53 504 tensile tests with a pulling speed of 50 mm / min. S2 specimens were used as specimens. Each measurement was carried out on three uniformly prepared specimens and the mean of the data obtained Rating used. The tensile strength in [MPa] and the elongation at break in [%] and the stress in [MPa] at 25% elongation were determined. The modulus at 25% elongation corresponds to the tangent to the stress-strain curve at 25% strain.
Die Bestimmung der Spannungsrelaxation (Creep) wurde ebenfalls auf der Zugmaschine Zwicki ausgeführt; die Instrumentierung entspricht dabei dem Versuch zur Bestimmung der bleibenden Dehnung. Als Probekörper wurde hierbei eine streifenförmige Probe der Dimension 60 x 10 mm2 eingesetzt, die mit einem Klemmenabstand von 50 mm eingespannt wurde. Nach einer sehr schnellen Deformation auf 55 mm wurde diese Deformation für die Dauer von 30 min konstant gehalten und während dieser Zeit der Kraftverlauf bestimmt. Die Spannungsrelaxation nach 30 min ist der prozentuale Abfall der Spannung, bezogen auf den Anfangswert direkt nach der Deformation auf 55 mm. The determination of the stress relaxation (Creep) was also carried out on the tractor Zwicki; the instrumentation corresponds to the attempt to determine the permanent strain. The sample used was a strip-shaped sample of the dimension 60 × 10 mm 2 , which was clamped with a clamp spacing of 50 mm. After a very fast deformation to 55 mm, this deformation was kept constant for a period of 30 minutes and during this time the force curve was determined. The stress relaxation after 30 minutes is the percentage decrease in stress, relative to the initial value immediately after deformation to 55 mm.
Die Bestimmung der Glastemperatur geschah mit Hilfe einer dynamisch-mechanischen Analyse (DMS 6100 der Firma SEIKO, Deutsche Vertretung: THASS GmbH, Pfingstweide 21, 61169 Friedbergt) unter erzwungenen Schwingungen nach DIN 51513. Die Glastemperatur ist das Maximum der Verlustmodulkurve. The determination of the glass transition temperature was carried out by means of a dynamic mechanical analysis (DMS 6100 from SEIKO, German representation: THASS GmbH, Pfingstweide 21, 61169 Friedberg) under forced oscillations according to DIN 51513. The glass transition temperature is the maximum of the loss modulus curve.
Die Bestimmung des elektrischen Widerstandes geschah mittels eines Laboraufbaus der Fa. Keithley Instruments (Keithley Instruments GmbH, Landsberger Straße 65, D-82110 Germering Germany) Modell Nr.: 6517 A und 8009 gemäß ASTM D 257, einer Methode zur Bestimmung des Isolationswiderstandes von Werkstoffen. Die Bestimmung der Durchbruchsfeldstärke gemäß ASTM D 149-97a wurde mit einer Hochspannungsquelle Modell hypotMAX der Firma Associated Research Inc, 13860 W Laurel Drive, Lake Forest, IL 600045-4546, USA und einem eigenkonstruierten Probenhalter durchgeführt. Der Probenhalter kontaktiert die homogen dicken Polymerproben mit nur geringer mechanische Vorbelastung und verhindert, dass der Bediener in Kontakt mit der Spannung kommt. Die nicht vorgespannte Polymerfolie wird in diesem Aufbau mit steigender Spannung statisch belastet, bis ein elektrischer Durchbruch durch die Folie erfolgt. Messergebnis ist die beim Durchbruch erreichte Spannung, bezogen auf die Dicke der Polymerfolie in [V/μιη]. Es werden je Folie 5 Messungen ausgeführt und der Mittelwert angegeben. Verwendete Substanzen und Abkürzungen: The electrical resistance was determined by means of a laboratory setup from Keithley Instruments (Keithley Instruments GmbH, Landsberger Strasse 65, D-82110 Germering Germany) Model No .: 6517 A and 8009 according to ASTM D 257, a method for determining the insulation resistance of materials , Fracture field strength was determined according to ASTM D 149-97a using a model HypotMAX high voltage power source supplied by Associated Research Inc, 13860 W Laurel Drive, Lake Forest, IL 600045-4546, USA, and a self-constructed sample holder. The sample holder contacts the homogeneous-thickness polymer samples with little mechanical preload and prevents the operator from coming in contact with the stress. The non-prestressed polymer film is statically loaded in this structure with increasing voltage until an electrical breakdown takes place through the film. The result of measurement is the voltage reached at breakthrough, based on the thickness of the polymer film in [V / μιη]. There are 5 measurements per slide and the mean value is given. Substances used and abbreviations:
Desmodur® N100 Biuret auf Basis von Hexamethylendiisocyanat, NCO-Gehalt 220 ± Desmodur® N100 biuret based on hexamethylene diisocyanate, NCO content 220 ±
0,3 % (nach DIN EN ISO 11 909), Viskosität bei 23 °C 10000 ± 2000 mPa-s, Bayer MaterialScience AG, Leverkusen, DE P200H/DS Polyesterpolyol auf Basis von 1,6-Hexandiol und  0.3% (according to DIN EN ISO 11 909), viscosity at 23 ° C. 10000 ± 2000 mPa-s, Bayer MaterialScience AG, Leverkusen, DE P200H / DS Polyesterpolyol based on 1,6-hexanediol and
Phthalsäureanhydrid, Molgewicht 2000 g/mol, Estergruppengehalt 7,6 mol/kg und Aromatenanteil 62,7 Gew.-%, Bayer MaterialScience AG, Leverkusen, DE  Phthalic anhydride, molecular weight 2000 g / mol, ester group content 7.6 mol / kg and aromatic content 62.7 wt .-%, Bayer MaterialScience AG, Leverkusen, DE
Tib Kat 220 Butylzinntris-(2-ethylhexanoat), Fa. Tib Chemicals AG, Mannheim Tib Kat 220 Butyltin tris (2-ethylhexanoate), from Tib Chemicals AG, Mannheim
DBTDL Dibutyl-Zinn-Dilaurat der Firma E-Merck KGaA, Frankfurter Str. DBTDL dibutyl-tin dilaurate from E-Merck KGaA, Frankfurter Str.
250, D-64293 Darmstadt, Germany  250, D-64293 Darmstadt, Germany
Phthalsäureanhydrid: My-Chem GmbH&Co KG Phthalic anhydride: My-Chem GmbH & Co KG
Dimethylterephthalat: Creanova Spezialchemie GmbH Dimethyl terephthalate: Creanova Spezialchemie GmbH
Terephthalsäure Sigma-Aldrich Terephthalic acid Sigma-Aldrich
Decandicarbonsäure Sigma-Aldrich Decanedicarboxylic acid Sigma-Aldrich
1,12-Dodecandiol: Beckmann Kenko GmbH 1,12-Dodecanediol: Beckmann Kenko GmbH
1,6-Hexandiol: Sigma-Aldrich 1,6-hexanediol: Sigma-Aldrich
3-Methyl-Pentandiol-l,5: Beckmann Kenko GmbH 3-methyl-pentanediol-1, 5: Beckmann Kenko GmbH
Pripol 1009: hydrierte Dimerfettsäure, Croda Europe Ltd. Titantetrabutylat: Sigma-Aldrich Pripol 1009: hydrogenated dimer fatty acid, Croda Europe Ltd. Titanium tetrabutoxide: Sigma-Aldrich
Zinn-II-chlorid-dihydrat: Sigma-Aldrich Tin (II) chloride dihydrate: Sigma-Aldrich
Hostaphan RN 2SLK: Trennfolie der Firma Mitsubishi auf Basis Polyethylenterephthalat mit Silikonbeschichtung. Es wurde eine 300 mm breite Folie verwendet. Polyesterherstellung Hostaphan RN 2SLK: release film from Mitsubishi based on polyethylene terephthalate with silicone coating. A 300 mm wide film was used. polyester production
Tabelle 1 zeigt die zur Herstellung der Polyesterpolyole 1 bis 4, eingesetzten Ausgangsstoffe, die Estergruppengehalte und Aromatenanteile der erhaltenen Polyesterpolyole. Table 1 shows the starting materials used for the preparation of the polyester polyols 1 to 4, the ester group contents and aromatic proportions of the resulting polyester polyols.
Tabelle 1: Polyesterpolyole Table 1: Polyester polyols
Edukte Bsp. 1 Bsp. 2 Bsp. 3 Bsp. 4 Edukte Ex. 1 Ex. 2 Ex. 3 Ex. 4
Phthalsäureanhydrid [Gew.-%] 26,9 Phthalic anhydride [% by weight] 26.9
Pripol 1009 [Gew.-%] 15,8 39,8 41,9 77,9 Pripol 1009 [% by weight] 15.8 39.8 41.9 77.9
Terephthalsäure [Gew.-%] 30,0 Terephthalic acid [wt%] 30.0
Dimethylterephthalat [Gew.-%] 20,9 Dimethyl terephthalate [wt%] 20.9
Decandicarbonsäure [Gew.-%] 15,8 Decanedicarboxylic acid [% by weight] 15.8
1,6-Hexandiol [Gew.-%] 38,4 22,1 1,6-hexanediol [wt%] 38.4 22.1
Methylpentandiol [Gew.-%] 33,2 18,6 Methylpentanediol [wt%] 33.2 18.6
1,12-Dodecandiol [Gew.-%] 18,6 1,12-Dodecanediol [wt%] 18.6
Estergruppengehalt [mol/kg] 6,2 5,1 4,3 2,9 Ester group content [mol / kg] 6.2 5.1 4.3 2.9
Aromatenanteil [Gew.-%] 33,3 29,4 22,6 0 Aromatic content [% by weight] 33.3 29.4 22.6 0
OH-Zahl [mg KOH/g] 55,5 54,8 55,5 54,3 OH number [mg KOH / g] 55.5 54.8 55.5 54.3
Säurezahl 1,7 3,0 1,7 0,7 Herstellung des Polyesterpolyols 1 Acid number 1.7 3.0 1.7 0.7 Preparation of the polyester polyol 1
(In einem 4-Liter- Vierhalskolben, ausgestattet mit mechanischem Rührer, 50 cm Vigreux-Kolonne, Thermometer, Stickstoffeinleitung, sowie Kolonnenkopf, Destillationsbrücke und Vakuummembranpumpe, legte man 351 g Pripol 1009 (0,613 Mol, entspr. 15,8 Gew.-%), 351 g Decandicarbonsäure (1,523 Mol, entspr. 15,8 Gew.-%) und 853 g 1,6-Hexandiol (7,221 Mol, entspr. 38,41 Gew.-%) und erhitzte unter Stickstoffüberschleierung im Verlauf von 60 min. auf 130 °C. Man gab insgesamt 666 g Terephthalsäure (4,015 Mol, entspr. 30 Gew.-%) in drei Portionen zu, wobei man die Reaktionstemperatur nach erfolgter Zugabe bei ca. 130 bis 140 °C jeweils auf 230 °C erhöhte und bei dieser Temperatur die Reaktion jeweils solange fortführte bis kein Reaktionswasser mehr abdestillierte, was nach einer Laufzeit von ca. 20 Stunden der Fall war. Man vervollständigte die Umsetzung dadurch, dass man 40 mg Zinn-II-chlorid-dihydrat zusetzte, durch Anlegen von Vakuum den Druck schrittweise im Verlauf von ca. 2 Std. auf zuletzt 15 mbar absenkte und die Reaktion bei 200 °C für weitere 50 Stunden fortführte (In a 4-liter four-necked flask equipped with mechanical stirrer, 50 cm Vigreux column, thermometer, nitrogen inlet, and column head, distillation bridge and vacuum membrane pump, put 351 g Pripol 1009 (0.613 mol, corresponding to 15.8 wt .-% ), 351 g of decanedicarboxylic acid (1.523 mol, corresponding to 15.8 wt.%) And 853 g of 1,6-hexanediol (7.221 mol, corresponding to 38.41 wt.%) And heated under nitrogen over a period of 60 min to 130 ° C. A total of 666 g of terephthalic acid (4.015 mol, corresponding to 30% by weight) were added in three portions, the reaction temperature after addition at about 130 ° to 140 ° C. in each case being raised to 230 ° C. and at this temperature, the reaction continued until no more water of reaction distilled off, which was the case after a running time of about 20 hours.The reaction was completed by adding 40 mg of stannous chloride dihydrate, by applying Vacuum the pressure gradually over about 2 hrs. lowered to last 15 mbar and the reaction continued at 200 ° C for a further 50 hours
Analyse des Polyesters: Analysis of the polyester:
Hydroxylzahl: 55,5 mg KOH/g Säurezahl: 1 ,7 mg KOH/g Viskosität: fließfähig bei 100 °C Hydroxyl value: 55.5 mg KOH / g Acid value: 1.7 mg KOH / g Viscosity: free-flowing at 100 ° C
Herstellung des Polyesterpolyols 2 Preparation of the polyester polyol 2
In einem 4-Liter- Vierhalskolben, ausgestattet mit mechanischem Rührer, 50 cm Vigreux-Kolonne, Thermometer, Stickstoffeinleitung, sowie Kolonnenkopf, Destillationsbrücke und Vakuummembranpumpe, wurden 525 g Phthalsäureanhydrid (26,95 Gew.-% = 3,544 Mol), 725 g (32,46 Gew-% = 6,132 Mol) 3-Methylpentandiol-l,5 und 869 g (39,83 Gew.-% = 1,519 Mol) Pripol 1009 vorgelegt und unter Stickstoffüberschleierung im Verlauf von 60 min. auf 200 °C erhitzt. Nachdem kein Reaktionswasser mehr abdestillierte (ca. 3 Std.) setzte man 40 mg Zinn-II-chlorid- dihydrat zu und verringerte den Druck langsam auf zuletzt 15 mbar und vervollständigte die Umsetzung im Verlaufe weiterer 36 Stunden. Die Zwischenanalyse ergab für die Säurezahl einen Wert von 3,06 mg KOH und für die OH-Zahl einen Wert von 48,6 mg KOH/g. Man stellte den Ansatz durch Nachsatz von 0,75 Gew.-% = 16,7 g 3-Methyl-Pentandiol-l,5 und Rühren des Reaktionsansatzes bei 200 °C bei Normaldruck für 6 Stunden auf die angestrebte OH-Zahl ein und bestimmte erneut OH- und Säurezahl. In a 4-liter four-necked flask equipped with mechanical stirrer, 50 cm Vigreux column, thermometer, nitrogen inlet, and column head, distillation bridge and vacuum membrane pump, 525 g of phthalic anhydride (26.95 wt .-% = 3.544 mol), 725 g ( 32.46% by weight = 6.132 moles) of 3-methylpentanediol, 1.5 and 869 g (39.83% by weight = 1.519 moles) of Pripol 1009 were initially charged and under nitrogen over a period of 60 minutes. heated to 200 ° C. After no further reaction water distilled off (about 3 hours), 40 mg of tin (II) chloride dihydrate were added and the pressure was slowly reduced to 15 mbar and completed the reaction over a further 36 hours. The intermediate analysis gave a value of 3.06 mg KOH for the acid number and a value of 48.6 mg KOH / g for the OH number. The batch was prepared by adding 0.75 wt .-% = 16.7 g of 3-methyl-pentanediol-l, 5 and stirring the Reaction batch at 200 ° C at atmospheric pressure for 6 hours to the desired OH number and determined again OH and acid number.
Analyse des Polyesters: Analysis of the polyester:
Hydroxylzahl: 54,8 mg KOH/g Säurezahl: 3,0 mg KOH/g Hydroxyl value: 54.8 mg KOH / g Acid value: 3.0 mg KOH / g
Viskosität: 1500 mPas (75 °C) Viscosity: 1500 mPas (75 ° C)
Herstellung des Polyesterpolyols 3 Preparation of the polyester polyol 3
In einem 4-Liter- Vierhalskolben, ausgestattet mit mechanischem Rührer, 50 cm Vigreux-Kolonne, Thermometer, Stickstoffeinleitung, sowie Kolonnenkopf, Destillationsbrücke und Vakuummembranpumpe, wurden 451 g Dimethylterephthalat (20,95 Gew.-% = 2,717 Mol), 400 g (18,57 Gew.-% = 3,386 Mol) 3-Methylpentandiol-l,5 und 400 g (18,57 Gew.-% = 1,978 Mol) 1,12- Dodecandiol vorgelegt und unter Stickstoffüberschleierung im Verlauf von 60 min. auf 80 °C erhitzt. Nach Zusatz von 40 mg Titantetrabutylat erhöhte man die Temperatur im Verlauf von 8 Stunden so schrittweise auf zuletzt 200 °C, daß Methanol abdestillierte. Als bei 200 °C und Normaldruck kein Methanol mehr gebildete wurde, gab man 903 g (41,9 Gew.-% = 1,557 Mol) Pripol 1009 zur Reaktionsmischung und destillierte im Verlauf von weiteren 3 Stunden Reaktionswasser ab. Danach verringerte man den Druck langsam auf zuletzt 15 mbar und vervollständigte die Umsetzung im Verlaufe weiterer 24 Stunden. Analyse des Polyesters: In a 4-liter four-necked flask equipped with mechanical stirrer, 50 cm Vigreux column, thermometer, nitrogen inlet, and column head, distillation bridge and vacuum membrane pump, 451 g of dimethyl terephthalate (20.95 wt .-% = 2.717 mol), 400 g ( 18.57 wt .-% = 3.386 mol) 3-Methylpentandiol-l, 5 and 400 g (18.57 wt .-% = 1.958 mol) of 1,12-dodecanediol and under nitrogen over a period of 60 min. heated to 80 ° C. After adding 40 mg of titanium tetrabutoxide, the temperature was increased stepwise in the course of 8 hours to 200 ° C., which distilled off methanol. When methanol was no longer formed at 200 ° C. and atmospheric pressure, 903 g (41.9% by weight = 1.557 mol) of Pripol 1009 were added to the reaction mixture and the reaction water was distilled off in the course of a further 3 hours. Thereafter, the pressure was slowly reduced to 15 mbar and completed the reaction over a further 24 hours. Analysis of the polyester:
Hydroxylzahl: 55,5 mg KOH/g Hydroxyl number: 55.5 mg KOH / g
Säurezahl: 1,7 mg KOH/g Acid number: 1.7 mg KOH / g
Viskosität: 1910 mPas (75 °C) Viscosity: 1910 mPas (75 ° C)
Herstellung des Polyesterpolyols 4 Preparation of the polyester polyol 4
In einem 4-Liter- Vierhalskolben, ausgestattet mit mechanischem Rührer, 50 cm Vigreux-Kolonne, Thermometer, Stickstoffeinleitung, sowie Kolonnenkopf, Destillationsbrücke und Vakuummembranpumpe, wurden 1475 g (2,576 Mol, entspr. 77,91 Gew.-%) Pripol 1009 und 418 g (3,539 Mol, entspr. 22,09 Gew,-%) 1,6-Hexandiol vorgelegt und unter Stickstoffüberschleierung im Verlauf von 60 min. auf 200 °C erhitzt, wobei Reaktionswasser abdestillierte. Nach 3 Stunden kam die Bildung von Reaktionswasser zum Erliegen. Man kühlte auf ca. 80 °C ab und gab 36 mg Zinn- II-chlorid-dihydrat zu, erhöhte die Temperatur auf 200 °C und senkte anschließend den Druck schrittweise im Verlauf von 60 Minuten auf 15 mbar. Unter diesen Reaktionsbedingungen vervollständigte man die Umsetzung im Verlaufe weiterer 18 Stunden. In a 4-liter four-necked flask equipped with mechanical stirrer, 50 cm Vigreux column, thermometer, nitrogen inlet, and column head, distillation bridge and Vacuum membrane pump, 1475 g (2.576 mol, corresponding to 77.91 wt .-%) of Pripol 1009 and 418 g (3.539 mol, corresponding to 22.09 wt%) of 1,6-hexanediol were submitted and under nitrogen overcure in the course of 60 min. heated to 200 ° C, with water of reaction distilled off. After 3 hours, the formation of water of reaction came to a standstill. It was cooled to about 80 ° C and added 36 mg of stannous chloride II dihydrate, the temperature was raised to 200 ° C and then lowered the pressure gradually over 60 minutes to 15 mbar. Under these reaction conditions, the reaction was completed in the course of another 18 hours.
Analyse des Polyesters: Analysis of the polyester:
Hydroxylzahl: 54,3 mg KOH/g Säurezahl: 0,7 mg KOH/g Hydroxyl value: 54.3 mg KOH / g Acid value: 0.7 mg KOH / g
Viskosität: 1050 mPas (75 °C) Viscosity: 1050 mPas (75 ° C)
Herstellung der Filme unter Verwendung der erfindungsgemäßen Polyesterpolyole 1 bis 4 sowie des Vergleichs-Polyesterpolyols P200H/DS: Es wurden 21,39 Gew. -Teile Desmodur® N100, mit einer Polyolmischung aus 0,01 Gew. -Teilen DBTL sowie 100 Gew. -Teilen des jeweiligen Polyesterpolyols aus den Beispielen 1 bis 4 oder dem Polyesterpolyol P200H/DS (Vergleich) mit einander umgesetzt. Das Isocyanat (Desmodur® N100) wurde bei 40 °C eingesetzt, die Polyolabmischung (Polyesterpolyol mit DBTL) bei 80 °C. Das Verhältnis von NCO zu OH Gruppen lag bei 1,07. Es wurde auf die Hostaphan Folie gegossen und 1 h bei 100°C im Heizschrank getrocknet. Preparation of the films using the polyester polyols 1 to 4 according to the invention and the comparative polyester polyol P200H / DS: 21.39 parts by wt. Desmodur® N100, with a polyol mixture of 0.01 part by wt. DBTL and 100 wt. Parts of the respective polyester polyol from Examples 1 to 4 or the polyester polyol P200H / DS (comparative) reacted with each other. The isocyanate (Desmodur® N100) was used at 40 ° C, the polyol blend (polyester polyol with DBTL) at 80 ° C. The ratio of NCO to OH groups was 1.07. It was poured onto the Hostaphan film and dried for 1 h at 100 ° C in a heating cabinet.
Bewertung der Beispiele 5 bis 8 und Vergleich 9: Evaluation of Examples 5 to 8 and Comparison 9:
Tabelle 2 gibt die nach den oben erwähnten Messmethoden bestimmten Eigenschaften der aus den einzelnen Polyestern hergestellten Polyurethanfilme wieder. Es zeigte sich, dass die erfindungsgemäßen Filme deutliche Vorteile gegenüber denen des Standes der Technik bieten. Table 2 shows the properties of the polyurethane films produced from the individual polyesters determined by the abovementioned measuring methods. It was found that the films according to the invention offer distinct advantages over those of the prior art.
Besonders vorteilhaft ist bei den erfindungsgemäßen Filmen die Kombination des tiefen Glaspunktes mit einem guten elektrischen Widerstand und einer hoher Durchbruchsfeldstärke. Die erfindungsgemäßen Filme können insbesondere zur Herstellung von elektromechanischen Wandler mit besonders guten Wirkungsgraden verwendet werden, die auch bei den üblichen Umgebungstemperaturen, insbesondere auch im Winter eingesetzt werden können. Zudem weisen die Polyurethanfilme eine gute mechanische Festigkeit und eine hohe Elastizität auf. Particularly advantageous in the films of the invention, the combination of the deep glass point with a good electrical resistance and a high breakdown field strength. The Films of the invention can be used in particular for the production of electromechanical converters with particularly good efficiencies, which can also be used at the usual ambient temperatures, especially in winter. In addition, the polyurethane films have good mechanical strength and high elasticity.
Tabelle 2: Table 2:
Messgröße Bsp. 5 Bsp. 6 Bsp. 7 Bsp. 8 Vergleich 9 Measured variable Ex. 5 Ex. 6 Ex. 7 Ex. 8 Comparison 9
(P200H/DS)  (P200H / DS)
Estergruppengehalt 6,2 5,1 4,3 2,9 7,6 Ester group content 6.2 5.1 4.3 2.9 7.6
[mol/kg] [Mol / kg]
Aromatenanteil 33,3 29,4 22,6 0 62,7 Aromatic content 33.3 29.4 22.6 0 62.7
[Gew.-%] [Wt .-%]
Tg [°C] -15,5 -18,2 -27,7 -45,9 +3,3 Tg [° C] -15.5 -18.2 -27.7 -45.9 +3.3
Durchbruchfeldstärke 102,7 105,2 115,5 124,5 74,7 Breakthrough field strength 102.7 105.2 115.5 124.5 74.7
Elektrischer Widerstand 1,08*E12 1,23 *E12 1,09*E12 1,43*E12 1,2*E12 [Ohm*m] Electrical resistance 1.08 * E12 1.23 * E12 1.09 * E12 1.43 * E12 1.2 * E12 [Ohm * m]
E-Modul bei 25% 2,15 1,73 1,80 1,82 2,21 Modulus of elasticity at 25% 2.15 1.73 1.80 1.82 2.21
Dehnung [MPa] Elongation [MPa]
Bruchdehnung [%] 174,5 102 87,9 79,3 195,2 Elongation at break [%] 174.5 102 87.9 79.3 195.2
Spannungsrelaxation 1,28 0,50 1,85 2,31 1,55 Stress relaxation 1.28 0.50 1.85 2.31 1.55
(Creep) [%] (Creep) [%]
Filmdicke [mm] 0,161 0,109 0,119 0,125 0,216 Film thickness [mm] 0.161 0.109 0.119 0.125 0.216

Claims

Patentansprüche  claims
Verfahren zur Herstellung eines dielektrischen Polyurethanfilms aus einer Mischung umfassend A process for producing a polyurethane dielectric film from a mixture comprising
A) eine Isocyanatgrappen enthaltende Verbindung mit einem Gehalt an Isocyanatgrappen von > 10 und < 50 Gew.-% und einer zahlenmittleren Funktionalität an Isocyanatgrappen von > 2,6 und < 4 und A) a Isocyanatgrappen-containing compound having a content of isocyanate groups of> 10 and <50 wt .-% and a number average functionality of Isocyanatgrappen of> 2.6 and <4 and
B) ein Polyesterpolyol mit einer OH-Zahl > 27 und < 120 mg KOH/g, bestimmt nach DIN 53240, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Estergrappengehalt von > 1 und < 7 mol/kg und einen Anteil an aromatischen Strukturen von < 50 Gew.- % aufweist. B) a polyester polyol having an OH number> 27 and <120 mg KOH / g, determined according to DIN 53240, characterized in that it has an ester fragment content of> 1 and <7 mol / kg and a content of aromatic structures of <50 wt .- % having.
Verfahren gemäß Ansprach 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Polyesterpolyol eine Anteil an aromatischen Strukturen von < 35 Gew.- % aufweist. Process according to claim 1, characterized in that the polyester polyol has a proportion of aromatic structures of <35% by weight.
Verfahren gemäß Ansprach 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyesterpolyol erhältlich ist aus wenigstens a) einer oder mehreren aromatischen und/oder aliphatischen Dicarbonsäuren oder Dicarbonsäureäquivalenten und b) einem oder mehreren linearen und/oder verzweigten aliphatischen Diolen, welche > 6 C-Atome aufweisen, c) gegebenenfalls einem oder mehreren Alkoholen, die verschieden sind von den Alkoholen b) und d) gegebenenfalls wenigstens einer weiteren Aufbaukomponenten, die ausgewählt sind aus Monocarbonsäuren, Polycarbonsäuren mit einer Funktionalität > 2 und/oder Hydroxycarbonsäuren und/oder den Carbonsäureäquivalenten der vorgenannten und/oder Lactonen. Process according to claim 1 or 2, characterized in that the polyester polyol is obtainable from at least a) one or more aromatic and / or aliphatic dicarboxylic acids or dicarboxylic acid equivalents and b) one or more linear and / or branched aliphatic diols which contain> 6 C atoms c) optionally one or more alcohols which are different from the alcohols b) and d) optionally at least one further constituent components which are selected from monocarboxylic acids, polycarboxylic acids having a functionality of> 2 and / or hydroxycarboxylic acids and / or the carboxylic acid equivalents of the abovementioned and / or lactones.
Verfahren gemäß Ansprach 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente a) > 5 Gew.- %, bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponente a), an wenigstens einer aliphatischen Dicarbonsäure al), die > 30 und < 44 C-Atome aufweist und/oder deren Carbonsäureäquivalente enthält. A method according to claim 3, characterized in that the component a)> 5% by weight, based on the total weight of component a), of at least one aliphatic Dicarboxylic acid al) which has> 30 and <44 C atoms and / or contains their carboxylic acid equivalents.
5. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente a) > 15 Gew.- %, bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponente a), an Komponente al) enthält. 6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Komponente al) um eine oder mehrere Dimerfettsäuren und/oder deren Carbonsäureäquivalente handelt. 5. The method according to claim 4, characterized in that component a) contains> 15% by weight, based on the total weight of component a), of component al). 6. The method according to any one of claims 4 or 5, characterized in that the component al) is one or more dimer fatty acids and / or their carboxylic acid equivalents.
7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente a) neben der Komponente al), wenigstens eine weitere aromatische und/oder aliphatische Dicarbonsäure a2) und/oder deren Dicarbonsäureäquivalent enthält, die unterschiedlich ist von al), wobei sich die Summe der Anteile an al) und a2) zu 100 Gew.- %, bezogen auf die gesamte Komponente a), ergänzt. 7. The method according to any one of claims 4 to 6, characterized in that the component a) in addition to the component al), contains at least one further aromatic and / or aliphatic dicarboxylic acid a2) and / or their dicarboxylic acid equivalent, which is different from al), wherein the sum of the proportions of al) and a2) to 100% by weight, based on the total component a), complements.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe der zahlenmittleren Funktionalität an Isocyanat Gruppen und Hydroxylgruppen der Verbindungen A) und B) > 2,6 und < 6 ist. Process according to any one of Claims 1 to 7, characterized in that the sum of the number-average functionality of isocyanate groups and hydroxyl groups of compounds A) and B) is> 2.6 and <6.
Verfahren gemäß gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung weiterhin C) ein Lösungsmittel, das einen Dampfdruck bei 20 °C von > 0, 1 und < 200 mbar aufweist und D) ein Benetzungsadditiv umfasst. A method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the mixture further comprises C) a solvent having a vapor pressure at 20 ° C of> 0, 1 and <200 mbar and D) comprises a wetting additive.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung A) ein aliphatisches Hexamethylendiisocyanat und/oder ein Biuret und / oder Isocyanurat von Hexamethylendiisocyanat umfasst oder daraus besteht. Method according to one of claims 1 to 9, characterized in that the compound A) comprises or consists of an aliphatic hexamethylene diisocyanate and / or a biuret and / or isocyanurate of hexamethylene diisocyanate.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens die folgenden Schritte durchgeführt werden: Method according to one of claims 1 to 10, characterized in that at least the following steps are carried out:
I) die Mischung wird hergestellt. I) the mixture is prepared.
II) die Mischung wird unmittelbar nach ihrer Herstellung in Form eines Nassfilms auf einen Träger aufgebracht, II) the mixture is applied to a support in the form of a wet film immediately after its preparation,
III) der Nassfilm wird unter Bildung des Polyurethanfilms ausgehärtet und der Polyurethanfilm wird vom Träger getrennt. III) the wet film is cured to form the polyurethane film and the polyurethane film is separated from the support.
12. Dielektrischer Polyurethanfilm, erhältlich nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11. 12. Dielectric polyurethane film, obtainable by a process according to one of claims 1 to 11.
13. Verfahren zur Herstellung eines elektromechanischen Wandlers, bei dem in einem ersten Schritt nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 ein dielektrischer Polyurethanfilm hergestellt und in einem zweiten Schritt auf gegenüberliegenden Seiten des dielektrischen Polyurethanfilms jeweils eine Elektrode angeordnet wird. 13. A method for producing an electromechanical transducer, wherein in a first step by a method according to any one of claims 1 to 12, a dielectric polyurethane film is prepared and in a second step on opposite sides of the dielectric polyurethane film in each case an electrode is arranged.
14. Elektromechanischer Wandler, erhältlich nach einem Verfahren gemäß Anspruch 13. 14. Electromechanical transducer, obtainable by a method according to claim 13.
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