本发明专利技术涉及制造介电聚氨酯薄膜的方法，其中连续进行至少下列步骤：I)制造包含下述物质的混合物：a)含有异氰酸酯基团的化合物，其具有>10重量%和≤50重量%的异氰酸酯基团含量、b)含有异氰酸酯反应性基团的化合物，其具有≥20和≤150的OH值、至少一种溶剂，其具有>0.1毫巴和<200毫巴的在20℃下的蒸气压、至少一种润湿添加剂，其中化合物a)和b)的异氰酸酯基团和异氰酸酯反应性基团的数均官能度总和为≥2.6和≤6，II)在其制成后立即将所述混合物以湿膜形式施加到载体上，III)将所述湿膜固化，形成聚氨酯薄膜和IV)将所述聚氨酯薄膜与所述载体分离。本发明专利技术还提供可通过本发明专利技术的方法获得的介电聚氨酯薄膜、制造机电换能器的方法和可通过这种方法获得的机电换能器。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】介电聚氨酯薄膜 本专利技术涉及制造尤其适于在机电换能器中使用的介电聚氨酯薄膜的方法。本专利技术 还提供可通过本专利技术的方法获得的介电聚氨酯薄膜、制造电化学换能器的方法和可通过这 种方法获得的电化学换能器。 换能器-也称作机电换能器-将电能转换成机械能，反之亦然。它们可用作 传感器、致动器和/或发生器的构件。 这种换能器的基本构造由电活性聚合物（EAP)构成。构造原理和作用方式类似于 电容器。在处于电压下的两个板之间存在电介质。但是，EAPs是在电场中变形的可伸展的 电介质。更具体地，它们是大多为薄膜形式的介电弹性体（DEAP ;介电型电活性聚合物)，其 具有高电阻率并如例如WO-A 01/06575中所述在两面上都被具有高电导率的可伸展电极 (电极）涂覆。这种基本构造可用在用于制造传感器、致动器或发生器的多种多样不同的构 造中。除单层构造外，多层构造也是已知的。 作为换能器系统中的弹性电介质的电活性聚合物必须根据用途在不同部件：传感 器/致动器或发生器中具有不同性质。 共同的电性质是：该电介质的高内部电阻率、在应用的频率范围内的高介电强度 和高介电常数。这些性质允许大量电能长期储存在充满该电活性聚合物的极小体积内。 共同的机械性质是足够高的致断伸长、低永久伸长和足够高的抗压_/拉伸强度。 这些性质导致足够高的弹性变形性而不对换能器造成机械损伤。对于在张力下工作的换能 器，特别重要的是该弹性体没有永久伸长(不应发生塑性流变（Flieflen)或蠕变，因为否 则在一定的伸长周期数后不再存在EAP效应)并且在机械负荷下没有表现出任何应力松弛。 但是，根据用途也存在不同的需要：对于在张力模式下的致动器，需要具有高度可 逆可伸展的弹性体，其具有高致断伸长和低拉伸弹性模量。相反，对于在伸展下工作的发生 器，高拉伸弹性模量是适宜的。对内部电阻率的要求也不同；对于发生器，对内部电阻率的 要求比致动器明显更高。 从关于致动器的文献中获知，可伸展性与介电常数和外加电压的平方成比例，并 与模量成反比。电压又取决于介电强度，即如果介电强度非常低，则不能施加高电压。由 于在由电极的机电吸引造成的伸展的计算公式中存在这一值的平方，介电强度必须相应 地高。其典型的公式可见于Federico Carpi著的书籍，Dielectric Elastomers as Electromechanical Transducers, Elsevier,第314页，公式30. 1 以及类似地也可见于 R. Pelrine，Science 287，5454，2000，第837页，公式2。迄今已知的致动器具有太 低的介电常数和/或介电强度或太高的模量。已知解决方案的缺点还有低电阻率，这造成 致动器中的高漏泄电流和在最糟糕的情况下造成电击穿。 对于发生器重要的是，它们在低损耗的同时产生高电流产量的效果。典型的损耗 发生在界面处、在介电弹性体的充放电过程中和通过由介电弹性体造成的漏泄电流。此外， EAP的导电电极层的电阻率造成能量损耗；该电极因此又应具有尽可能小的电阻率。描述 可见于 Christian Graf 和 Jiirgen Maas 的文章，Energy harvesting cycles based on electro active polymers, Proceedings of SPIE Smart structures, 2010,卷 7642, 764217。根据第9(12)页最后一句中的公式34和35推导得出，当介电常数和电阻率特别 1?时，能量损失最小。 由于几乎所有电活性聚合物都在循环负荷和预伸展结构下工作，该材料不允许具 有在反复循环负荷下塑性流变的倾向且蠕变应尽可能小。 现有技术中描述了含有各种聚合物作为电活性层的成分的换能器；参见例如 WO-A 01/06575〇 DE 10 2007 005 960描述了炭黑填充的聚醚基聚氨酯。此专利技术的缺点在于DEAP 膜的电阻率极低，以致经由热造成过高损耗。 WO 2010/049079描述了在有机溶剂中的单组分聚氨酯体系。此处的缺点在于，仅 能使用低支化度，因此该体系在循环拉伸负荷下具有过高很多的塑性流变(蠕变)。单组 分聚氨酯体系只能用于官能度为2或更低的线性非支化体系，因此从DE 10 2007 059 858 中获知的体系不符合该要求。较高官能度的单组分解决方案(在有机或水性溶剂/分散体 中)会导致具有极大摩尔质量的凝胶或粉末，这使得涂覆/成膜不再可能。同时，由于线性， 像EAPs的情况中必须使用的可逆拉伸-伸长法不可行，因为其造成该聚合物的塑性流变。 此外，所述聚醚体系的电阻率太小。 EP 2 280 034描述了具有过低电阻率的聚醚多元醇。 EP2330649描述了各种解决方法。拉伸强度和电阻率以及介电强度都太低以致无 法达到具有工业意义的高效率。 WO 2010012389描述了胺交联的异氰酸酯，但在此电阻率和介电强度也过低。 现有技术中描述的所有方法的缺点在于，它们不能在卷到卷工艺中无限进行，因 为： a) 该混合物的适用期太短并在涂施装置中发生堵塞 b) 由于单组分运行方式，该混合物在卷到卷工艺中在涂施装置(刮刀等）中涂施之前 的短停留时间后凝固 c) 干燥时间过长。 因此本专利技术的目的是提供可以获得具有极高回弹能力、没有塑性流变倾向并具有 高电阻率的介电聚氨酯薄膜的连续方法。 特别地，可根据所述连续工艺制备的该介电聚氨酯薄膜应具有一种或多种下列性 质： a) 根据DIN 53 504的拉伸强度> 2 MPa，特别优选> 4,非常特别> 5 b) 根据DIN 53 504的致断伸长> 200% c) 根据DIN 53 441在30分钟后在10%变形下的应力松弛(蠕变）〈30% (特别优选〈 20,非常特别〈10%) d) 根据ASTM D 149-97a的介电强度> 40 V/Mm (特别优选> 60,最特别优选> 80) e) 根据ASTM D 257的电阻率> 1.5E12 ohm m(特别优选> 2E12,非常特别> 5 E12， 非常特别>1E13) f) 根据DIN 53 504在50%伸长下的永久伸长〈3% g) 根据ASTM D 150-98在0.01 - I Hz下的介电常数> 5 h) 介电膜的层厚度〈1000微米(作为单层计算)。 通过制造介电聚氨酯薄膜的方法实现本专利技术的目的，在该方法中连续进行至少下 列步骤： I) 制造包含下述物质的混合物： a) 含有异氰酸酯基团的化合物，其具有> 10重量％和< 50重量％的异氰酸酯基团含 量， b) 含有异氰酸酯反应性基团的化合物，其具有> 20和< 150的OH值， c) 至少一种溶剂，其具有> 0.1毫巴和〈200毫巴的在20°C下的蒸气压， d) 至少一种润湿添加剂， 其中化合物a)和b)的异氰酸酯基团和异氰酸酯反应性基团的数均官能度总和为> 2.6和<6， II) 在其制成后立即将所述混合物以湿膜形式施加到载体上， III) 将所述湿膜固化，形成聚氨酯薄膜和 IV) 将所述聚氨酯薄本文档来自技高网...
【技术保护点】
制造介电聚氨酯薄膜的方法，其中连续进行至少下列步骤：I) 制造包含下述物质的混合物： a) 含有异氰酸酯基团的化合物，其具有> 10重量%和≤ 50重量%的异氰酸酯基团含量， b) 含有异氰酸酯反应性基团的化合物，其具有≥ 20和≤ 150的OH值， c) 至少一种溶剂，其具有> 0.1毫巴和< 200毫巴的在20℃下的蒸气压， d) 至少一种润湿添加剂，其中化合物a)和b)的异氰酸酯基团和异氰酸酯反应性基团的数均官能度总和为≥ 2.6和≤ 6，II) 在其制成后立即将所述混合物以湿膜形式施加到载体上，III) 将所述湿膜固化，形成聚氨酯薄膜和IV) 将所述聚氨酯薄膜与所述载体分离。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.06.27 EP 12173770.41. 制造介电聚氨酯薄膜的方法，其中连续进行至少下列步骤： I) 制造包含下述物质的混合物： a) 含有异氰酸酯基团的化合物，其具有> 10重量％和< 50重量％的异氰酸酯基团含 量， b) 含有异氰酸酯反应性基团的化合物，其具有> 20和< 150的OH值， c) 至少一种溶剂，其具有> 0.1毫巴和〈200毫巴的在20°C下的蒸气压， d) 至少一种润湿添加剂， 其中化合物a)和b)的异氰酸酯基团和异氰酸酯反应性基团的数均官能度总和为> 2.6和<6， II) 在其制成后立即将所述混合物以湿膜形式施加到载体上， III) 将所述湿膜固化，形成聚氨酯薄膜和 IV) 将所述聚氨酯薄膜与所述载体分离。2. 根据权利要求1的方法，其特征在于，在步骤II)中通过模头将所述混合物施加到载 体上。3. 根据权利要求2的方法，其特征在于，所述模头与载体的距离小于所述湿膜厚度的 三倍，优选小于所述湿膜厚度的两倍，特别优选小于所述湿膜厚度的1. 5倍。4. 根据权利要求1至3任一项的方法，其特征在于，在步骤II)中制造湿膜，所述湿膜 具有10至300微米，优选15至150微米，更优选20至120微米，最特别优选20至80微米 的厚度。5. 根据权利要求1至4任一项的方法，其特征在于，所述湿膜在步骤III)中通过使其 经过第一干燥段固化，所述第一干燥段优选具有> 40°C和< 120°C，更优选> 60°C和< ll〇°C，尤其优选彡60°C和彡100°C的温度。6. 根据权利要求5的方法，其特征在于，所述湿膜在第一干燥段后另外经过第二干燥 段，所述第二干燥段优选具有> 60°C和< 130°C，更优选> 80°C和< 120°C，尤其优选> 90°C和彡120°C的温度。7. 根据权利...
【专利技术属性】
技术研发人员：J瓦格纳，J克劳泽，D赫内尔，
申请(专利权)人：拜耳材料科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE
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