[发明专利]以聚氨酯溶液为基础的能量转换器

说明书

本发明涉及电机械转换器的生产方法，至少一种聚氨酯在一种或多种有机溶剂中的溶液用于生产电机械转换器的用途，从该溶液生产的电机械转换器以及该种电机械转换器的用途。

转换器-也称作电机械转换器-将电能转化成机械能，反之亦然。它们能够用作探测器、激励器和发电机的组成部分。

该转换器的基本构造由一层电活性聚合物构成，在其两侧上涂有电极，如在例如WO-A 01/06575中所述。这一基本构造能够以非常不同的构型用于探测器、激励器或发电机的生产。

含有各种聚合物作为电活性层的组成部分的转换器已描述在现有技术中，参见，例如在WO-A 01/06575。

然而，至少一种聚氨酯在一种或多种有机溶剂中的溶液在生产转换器中的电活性层中的应用至今还没有描述。

该聚合物溶液作为在转换器中弹性电活性层的生产用的起始基础的用途具有各种优点，尤其它们易于操作和一般能够在室温和100℃之间的温度下加工，这样热敏性基材也能够被涂覆。此外单组分加工一般是可能的。

本发明的目的因此是为具有有利性能的电机械转换器提供新型弹性绝缘电活性层。尤其，它们应该使得简单加工成为可能和具有有利的机械性能。

现在已发现，以至少一种聚氨酯在一种或多种有机溶剂中的溶液为基础的成膜组合物特别适合用于生产具有在大于10¹² Ω·cm的范围中的高比电阻的电机械转换器的弹性电活性层。该溶液容易加工，并能够避免在该层的生产中使用多组分体系。令人吃惊地，以这一方式生产的层显示突出的机械性能和低的吸水能力。

如果吸水能力高，水能够用作例如增塑剂，并改变所使用的材料的机械性能。此外，如果吸水率高和采用非常高的电压，则不再一定确保电极被聚合物电绝缘。这些缺点能够通过令人吃惊的低吸水能力来避免。低吸水能力尤其提供以下优点，即使得电机械转换器的功能与空气湿度无关。

本发明因此提供用于将电能转化成机械能或将机械能转化成电能的转换器的生产方法，该转换器包括至少两个电极和排列在电极之间的至少一个聚合物层，其中聚合物层是从在一种或多种有机溶剂中含有至少一种聚氨酯的溶液所生产的，其中所述溶液来源于具有以下步骤的预聚合方法：

A)     从下列组分制备异氰酸酯官能化预聚物：

A1)   有机多异氰酸酯，

A2)   聚合物多元醇，和

A3)   任选地羟基官能化合物，和

B) 使A)的预聚物的游离NCO基团与下列化合物完全或部分反应：

B1) 氨基官能化合物，

其中，在步骤B)之前、过程中和/或之后将该预聚物溶于一种或多种有机溶剂中。

本发明此外提供在一种或多种有机溶剂中含有至少一种聚氨酯的溶液用于转换器的生产的用途，该转换器用于将电能转化成机械能或将机械能转化成电能，该转换器包括至少两个电极和排列在电极之间的聚合物层，特征在于聚合物层是从在一种或多种有机溶剂中含有至少一种聚氨酯的溶液所生产的。

本发明此外提供用于将电能转化成机械能或将机械能转化成电能的转换器，该转换器包括至少两个电极和排列在电极之间的聚合物层，特征在于聚合物层是从在一种或多种有机溶剂中含有至少一种聚氨酯的溶液所生产的。

用于聚合物层的生产中的在一种或多种有机溶剂中含有至少一种聚氨酯的溶液在下面也简单称作成膜组合物或聚氨酯溶液。

根据本发明从在一种或多种有机溶剂中含有至少一种聚氨酯的溶液生产的聚合物层是电机械转换器的电活性层或电活性层的一部分。

全部已知的聚氨酯溶液原则上能够用作所使用的成膜组合物。

特别优选使用的聚氨酯溶液可通过预聚合方法获得，其中：

A)     从下列组分制备异氰酸酯官能化预聚物：

A1)   有机多异氰酸酯，

A2) 具有在400-8000 g/mol范围内，优选在400-6000 g/mol范围内和特别优选在600-3000 g/mol范围内的数均分子量以及在1.5-6范围，优选在1.8-3范围和特别优选在1.9-2.1范围的OH官能度的聚合物多元醇，和

A3)   任选地，具有62－399 g/mol的分子量的羟基官能化合物，

和

B)     A)的预聚物的游离NCO基团然后与下列化合物完全地或部分地进行扩链反应：

B1)   具有32－1000 g/mol，优选32－400 g/mol的分子量的氨基官能化合物，

其中在步骤B)之前、过程中和/或之后将该预聚物溶于一种或多种有机溶剂中。