[发明专利]用于制备在弱电场的作用下可极化的复合材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及在电场的作用下可极化的复合材料的技术领域，更具体地，本发明涉及包含具有弛豫特性的铁电有机聚合物的复合材料的技术领域。

聚合物的弛豫特性意指：

-聚合物的极性相和非极性相之间的转变势垒是分散的，和

-在室温下可以在电场的作用下诱发这些相之间的可逆变化，具有非常小的滞后作用。

具有弛豫特性的铁电有机聚合物还必须具有良好的机械弹性从而在电场的作用下允许显著的变形。

背景技术

具有弛豫特性的铁电有机聚合物是已知的，例如包含如下的三元聚合物：

-偏二氟乙烯(VDF)的第一单体，连同

-选自三氟乙烯(TrFE)或四氟乙烯(TFE)的第二单体，连同

-选自氯氟-1,1-乙烯(CFE)或氯三氟乙烯(CTFE)的第三单体。

待施加至这些聚合物的高度电场对于开发各种应用(特别是用于制造致动器的应用)构成主要障碍。

事实上，为了正确、有效和安全的使用，这些应用所需的电压必须较低，特别是在生物学、电子学、机器人学、触觉学等领域中。

为了减少高电场的这种要求，已经提出复合材料的解决方案。所述解决方案包括三元聚合物和导电材料的混合物，特别是为了增加包含三元聚合物的复合材料的介电常量。

然而，这种复合材料的介电强度低，并且导电颗粒对机电性质的影响有限。最后，这种复合材料的制备昂贵并且工业再现性较差。

本发明的目的之一是克服上述材料和制备方法的至少一个缺点。

特别地，本发明的一个目的是提供复合材料，所述复合材料：

-在较弱的电场下具有与纯材料等同的电感应，

-在较弱的电场下具有与纯材料等同的机电变形，

-具有比包含三元聚合物和导电材料的混合物的复合材料更大的介电强度，

-在更弱的电场下具有与纯材料等同的机电耦合。

本发明的另一个目的是提供用于制备复合材料的可靠、廉价并且可再现的方法。

发明内容

出于该目的，本发明涉及复合材料，所述复合材料包含：

-至少一种具有弛豫性质的铁电有机聚合物，和

-至少一种基于邻苯二甲酸酯的增塑剂。

在本发明的情况下，“具有弛豫性质的铁电有机聚合物”意指在室温下具有至少等于30的介电常量的聚合物，介电常量在电场和频率下改变，例如在80V/μm的电场和0.1Hz的频率下改变50％。该聚合物的特征在于结晶相的分子构象的可逆变化。

在将极性相的具有弛豫性质的铁电有机聚合物与具有低极性的基于邻苯二甲酸酯的增塑剂(其与纯聚合物的极性相相互作用)进行混合时，致动新型复合材料所需的场值相比于纯材料降低。获得的复合材料的介电常数大大增加。

文献US 2010/0148632公开了在聚合物中使用增塑剂从而增加因此获得的组合物的电活性。

聚合物可以为聚偏二氟乙烯、聚环氧氯丙烷、多糖或这些化合物(特别是直链淀粉、支链淀粉、纤维素)的混合物、聚乙烯醇、聚(氯乙烯)、聚砜、聚碳酸酯、聚酯(特别是聚(对苯二甲酸乙二酯))、蛋白质(例如酪蛋白)、聚丙烯腈、聚烷基氧化物(特别是聚环氧乙烷)、聚酰胺、聚(己二酰己二胺)、芳族氨基甲酸酯、芳族氨基甲酸酯丙烯酸酯、烷基丙烯酸酯、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙基恶唑啉，和这些聚合物的共聚物和混合物。

此外，增塑剂可以是单官能或多官能的醇、酸酐、醛或酮、基于硫化物的增塑剂、羧酸的酰胺、有机腈、胺、氰基羧酸、包含腈基的芳族化合物、碳酸酯等。

因此，US 2010/0148632教导本领域技术人员将任何增塑剂与任何聚合物进行混合能够增加因此获得的组合物的电活性。

根据US 2010/0148632，这是因为由于加入增塑剂而造成的聚合物中链移动性的增加。

参考US 2010/0148632的实施例3，可见通过向聚(氯乙烯)类型的聚合物中加入酞酸二丁酯类型的增塑剂，相对于纯聚合物，有效相对介电常数增加至2倍。

在本发明的情况下，选择：

-特定类型的聚合物(即具有弛豫行为的铁电聚合物)，和

-特定类型的增塑剂(即基于邻苯二甲酸酯的增塑剂)

能够使有效相对介电常数增加至16倍。

事实上，特别是聚合物的弛豫特性允许获得所述结果。聚合物的弛豫特性的重要性在US 2010/0148632中既没有描述，也没有教导。

根据本发明的复合材料的优选但是非限制性的方面如下：