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固化性聚有机硅氧烷组合物、其固化物以及具备该固化物的换能器等

文献发布时间:2023-06-19 11:55:48


固化性聚有机硅氧烷组合物、其固化物以及具备该固化物的换能器等

技术领域

本发明涉及一种提供在室温下较低粘度、容易薄膜化、并且撕裂强度等机械特性优异的固化物的固化性聚有机硅氧烷组合物、其固化物,该固化物作为电活性有机硅材料,能优选用于换能器的电介质层等。而且,本发明涉及一种使用该固化性聚有机硅氧烷组合物而成的电活性聚合物材料的制造方法、以及包含其电活性聚合物材料的换能器用构件、电子材料或显示装置用构件,并涉及一种使用其构件而成的换能器、电子部件或显示装置。

背景技术

电活性有机硅材料因其机械特性和/或电特性,具体而言因具备高的相对介电常数、高的介质击穿强度、低的杨氏模量而能实现高的能量密度,并且,用作换能器的电介质层的情况下的机械强度(具体而言,拉伸强度、撕裂强度、伸长率等)优异,能实现耐久性和实用的位移量,能优选用作换能器用材料。例如,本申请人等公开了含氟代烷基的聚有机硅氧烷固化物具有高的相对介电常数,作为换能器材料是有用的(专利文献1或专利文献2)。

然而,近年来,在以驱动器为代表的换能器材料的领域中,对于电活性有机硅材料,产生了对固化前的组合物为低粘度、能够容易加工成膜状、而且兼顾高的相对介电常数和机械强度的材料的需求,强烈谋求进一步改善机械特性和电特性。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:国际专利公开2014-105959号公报

专利文献2:国际专利公开2015-098072号公报

发明内容

发明所要解决的问题

本发明是为了解决上述技术问题而完成的,其目的在于,提供一种固化前的组合物为较低粘度、能够容易加工成膜状、用作换能器的电介质层的情况下的机械强度(具体而言为拉伸强度、撕裂强度、伸长率、杨氏模量等)优异的固化性聚有机硅氧烷组合物。

同样地,本发明的目的在于,提供一种所述固化性聚有机硅氧烷组合物的作为驱动器等换能器材料的用途。

用于解决问题的方案

本发明人等为了解决上述技术问题进行了深入研究,结果发现,通过如下氢化硅烷化反应固化性聚有机硅氧烷组合物能够解决上述技术问题,从而完成了本发明。所述氢化硅烷化反应固化性聚有机硅氧烷组合物是仅在分子链末端具有烯基的链状的聚有机硅氧烷,以特定的比率组合硅氧烷聚合度高的聚有机硅氧烷和低的聚有机硅氧烷来使用,将组合物整体中的树脂部分和经疏水化处理的增强性二氧化硅的含量调整为10~20质量%的范围内,并且所谓SiH/Vi比(摩尔比)在1.0~2.5的范围内。

所述固化性聚有机硅氧烷组合物的固化物能够用作机械特性和电特性优异的电活性有机硅材料,特别是能够用作膜状或片状的换能器用构件。

即,本发明的第一目的是通过下述组合物解决的:

[1]一种固化性聚有机硅氧烷组合物,其含有:(A1)仅在分子链末端具有烯基,硅氧烷聚合度在50~550的范围内的直链状或支链状的聚有机硅氧烷;

(A2)仅在分子链末端具有烯基,硅氧烷聚合度在600~1000的范围内的直链状或支链状的聚有机硅氧烷;

(B)经疏水化处理的增强性二氧化硅;

(C)分子内具有至少一个支链硅氧烷单元、乙烯基(CH2=CH-)的含量在1.0~5.0质量%的范围内的含烯基的聚有机硅氧烷树脂;

(D)分子内具有至少三个硅原子氢原子的有机氢聚硅氧烷;以及

(E)有效量的氢化硅烷化反应用催化剂,

其中,(A1)成分相对于(A2)成分的质量比(=(A1)/(A2))在0.45~1.30的范围内;

(B)成分和(C)成分之和在组合物整体的10~25质量%的范围内,成分(C)相对于(B)成分和(C)成分之和的质量比(=(C)/{(B)+(C)})在0~0.2的范围内,

并且,相对于组合物中的烯基的合计量1摩尔,是(B)成分中的硅原子键合氢原子之和成为1.0~2.5摩尔的量。

优选的是,本发明的第一目的通过下述的组合物解决。

[2]根据[1]所述的固化性聚有机硅氧烷组合物,其中,在25℃下使用旋转粘度计以剪切速率0.1(S

[3]根据[1]或[2]所述的固化性聚有机硅氧烷组合物,其中,上述成分(B)为利用至少包含含烯基的有机硅化合物的疏水化处理剂经表面处理的气相二氧化硅。

[4]根据[1]~[3]中任一项所述的固化性聚有机硅氧烷组合物,其中,实质上不含有有机溶剂。

[5]根据[1]~[3]中任一项所述的固化性聚有机硅氧烷组合物,其为换能器构件形成用。

本发明的第二目的在于,作为将上述固化性聚有机硅氧烷组合物固化而成的固化物、电活性膜或电活性片、换能器用构件、电子材料或显示装置用构件的使用,以及包含这些的换能器,本发明的第二目的通过以下的发明实现。

[6]一种固化物,其是将[1]~[5]中任一项所述的固化性聚有机硅氧烷组合物固化而成的。

[7]一种电活性膜或电活性片,其是将[1]~[5]中任一项所述的固化性聚有机硅氧烷组合物固化而成的、厚度为1~200μm的电活性膜或电活性片。

[8]一种换能器用构件,其是将[1]~[5]中任一项所述的固化性聚有机硅氧烷组合物固化而成的、膜状或片状的换能器用构件。

[9]一种电子材料或显示装置用构件,其是将[1]~[5]中任一项所述的固化性聚有机硅氧烷组合物固化而成的、膜状或片状的电子材料或显示装置用构件。

[10]一种换能器用构件,其是将[1]~[5]中任一项所述的固化性聚有机硅氧烷组合物固化而成的、凝胶或弹性体的换能器用构件。

[11]一种换能器,其具有将[1]~[5]中任一项所述的固化性聚有机硅氧烷组合物固化而成的电介质层。

[12]一种换能器,其在至少一对电极层之间夹装有使[1]~[5]中任一项所述的固化性聚有机硅氧烷组合物固化而成、或使所述组合物的固化反应部分地进行而成的中间层。

[13]根据[11]或[12]所述的换能器,其中,中间层为凝胶或弹性体。

[14]根据[11]~[13]中任一项所述的换能器,其特征在于,中间层是将使[1]~[5]中任一项所述的固化性聚有机硅氧烷组合物固化而成的固化物层叠一层或两层以上而成的。

[15]根据[11]~[14]中任一项所述的换能器,其为驱动器。

有益效果

根据本发明,能提供固化前的组合物为较低粘度、能够容易加工成薄的膜状,并且用作换能器的电介质层的情况下的机械强度(具体而言,拉伸强度、撕裂强度、伸长率、杨氏模量等)优异的固化性聚有机硅氧烷组合物。此外,该固化性聚有机硅氧烷组合物为加成固化型,包含或不包含氟代烷基等高介电性官能团均可,因此配方设计的自由度高,容易应对包括价格、供给性的工业上的各种各样的需求,且作为电活性聚合物具有充分的特性、固化速度等。而且,本发明的聚有机硅氧烷固化物由于具有实用上充分的相对介电常数,进而具有高的机械强度(具体而言,拉伸强度、撕裂强度、伸长率等),因此在成型为膜状或片状、用作电介质层的情况下,除了实现耐久性以外,还实现实用的位移量、高的应答性,因此能优选用于作为驱动器等的换能器材料的用途。

附图说明

图1是层叠有电介质层的情况下的本发明的驱动器1的剖视图。

图2是层叠有电介质层和电极层的情况下的本发明的驱动器2的剖视图。

图3是表示本发明的传感器3的构成的图。

图4是层叠有电介质层的情况下的本发明的发电元件4的剖视图。

具体实施方式

以下,对本发明的含氟代烷基的固化性聚有机硅氧烷组合物进行详细说明。本发明的含氟代烷基的固化性聚有机硅氧烷组合物是含有以下的(A1)、(A2)、(B)、(C)、(D)成分以及其他任意成分而成的,首先,对各成分进行说明。

[(A1)成分、(A2)成分]

(A1)成分和(A2)成分是本发明的特征的主剂,其为仅在分子链末端具有烯基的链状的聚有机硅氧烷,硅氧烷聚合度较低的部分为(A1)成分,硅氧烷聚合度较高的部分为(A2)成分。通过以特定的质量比的范围并用这些成分,能提供在对组合物的膜加工性产生影响的组合物的整体粘度、组合物的固化性以及固化物的机械特性的任一方面都优选的固化性聚有机硅氧烷组合物。需要说明的是,这些成分的硅氧烷聚合度可以通过使用了

详细而言,(A1)成分和(A2)成分在其分子链末端具有下式表示的硅氧烷单元:

(Alk)R

(式中,Alk是碳原子数2以上的烯基,R

(A1)成分和(A2)成分在分子链末端具有碳原子数2以上,优选碳原子数2~20的烯基,可举例示出:乙烯基、烯丙基、丁烯基、戊烯基、己烯基、庚烯基、辛烯基、壬烯基、癸烯基、十一碳烯基、十二碳烯基。从经济性、反应性的观点考虑,烯基优选使用乙烯基、烯丙基、己烯基、辛烯基,更优选使用乙烯基和己烯基。

(A1)成分和(A2)成分中的其他硅原子键合官能团不特别限制,但作为上述R

(A1)成分和(A2)成分的一部分或全部也可以任意含有高介电性官能团。例如,作为高介电性官能团,可举例示出:a)3,3,3-三氟丙基等所代表的卤素原子和含卤素原子的基团、b)氰基丙基等所代表的含氮原子的基团、c)羰基等所代表的含氧原子的基团、d)咪唑基等杂环基团、e)硼酸酯基等含硼的基团、f)膦基等含磷的基团以及g)硫醇基等含硫的基团。这些高介电性官能团可以为硅原子上的所有的取代基的5摩尔%以上,优选为20摩尔%以上,更优选为40摩尔%以上。其中,在本发明的组合物(包含(A1)成分和(A2)成分)中,3,3,3-三氟丙基等高介电件官能团是任意的官能团,即使缺少它们,也能提供能够形成充分具有实用性的电活性膜或电活性片、换能器用构件等的固化性聚有机硅氧烷组合物。

(A1)成分的硅氧烷聚合度包含末端硅氧烷单元,在50~550的范围内、在50~500的范围内、在75~450的范围内,特别优选在100~400的范围内。这样的(A1)成分具有较低粘度且迅速的固化反应性,因此通过与(A2)成分并用,能不破坏组合物的固化性等而使整体粘度降低。另一方面,在(A1)成分的硅氧烷聚合度的范围小于所述下限时,有时作为组合物整体的固化性和机械强度不充分。此外,若(A1)成分的硅氧烷聚合度的范围超过所述上限,除了无法与(A2)成分区别以外,有时并用两者的情况下的粘度降低等本发明的技术效果不充分。

(A2)成分的硅氧烷聚合度包含末端硅氧烷单元,在600~1000的范围内、在650~1000的范围内、在700~1000的范围内,特别优选在750~950的范围内。这样的(A2)成分通过与其他成分并用,对固化物赋予优异的机械特性,且具有迅速的固化反应性。另一方面,在单独使用(A2)成分时,组合物的整体粘度高,特别是薄膜/薄的膜加工性变得不充分,但通过与(A1)成分并用,能不破坏组合物的固化性等而使整体粘度降低,改善膜加工性等。另一方面,在(A2)成分的硅氧烷聚合度的范围小于所述下限时,有时作为组合物整体的固化性和机械强度不充分。此外,若(A2)成分的硅氧烷聚合度的范围超过所述上限,则有时即使以特定的质量比与(A1)成分并用,组合物的整体粘度也变高,无法实现膜加工性等技术效果。

为了确保固化物的机械物性,并且将组合物整体的粘度保持得低,(A1)成分相对于(A2)成分的质量比(=(A1)/(A2))在0.45~1.30的范围内,优选在0.55~1.20的范围内,特别优选在0.60~1.15的范围内。在(A1)/(A2)的质量比小于所述下限时,(A2)成分的比率高,有时整体粘度高,膜加工性恶化。另一方面,若(A1)/(A2)的质量比超过所述上限,则(A2)成分的比率低,有时固化物的机械物性不充分。

[(B)成分]

(B)成分是为了改善固化物的机械强度的目的来添加的增强性二氧化硅,可举例示出:平均一次粒径小于50nm的气相二氧化硅、湿式二氧化硅、粉碎二氧化硅。从提高机械强度的观点考虑,作为好的例子,可列举出平均一次粒径为10nm以下,部分凝聚,其比表面积为50m

本发明的(B)成分需要经疏水化处理,经该疏水化处理的增强性二氧化硅能在聚有机硅氧烷组合物中以高填充率分散,因此组合物的粘度增大得到抑制,膜成型加工性提高。在使用未经疏水化处理的增强性二氧化硅、其他增强性无机粒子的情况下,即使与上述各成分并用也无法实现充分的粘度抑制,有时膜成型加工性恶化。

作为用于(B)成分的疏水化用的表面处理剂,可列举出选自由有机钛化合物、有机硅化合物、有机锆化合物、有机铝化合物以及有机磷化合物构成的组中的至少一种的表面处理剂。表面处理剂可以单独或组合两种以上。在这些表面处理剂中,优选使用有机硅化合物,其中优选使用硅氮烷、硅烷类、硅氧烷类以及聚硅氧烷类,最优选使用硅氮烷、烷基三烷氧基硅烷类以及单末端三烷氧基硅烷基聚二甲基硅氧烷类。所述表面处理可以通过利用表面处理剂处理(或包覆处理)增强性二氧化硅来进行。

在(B)成分中,疏水化用的表面处理剂的比例优选在0.1质量%以上且10质量%以下的范围内,更优选在0.3质量%以上且5质量%以下的范围内。需要说明的是,关于处理量,为无机粒子与表面处理剂的装料比,优选在处理后去除剩余的处理剂。

通过使用(B)成分,能够使将本发明的组合物固化而成的聚有机硅氧烷固化物(以下,简称为“固化物”)的力学强度、介质击穿强度增加。相对于固化性聚有机硅氧烷组合物,这些增强性无机微粒的配合量优选在0.1~30质量%的范围内,更优选在0.1~10质量%的范围内。若配合量偏离上述优选的范围,则有时无法得到配合无机粒子而产生的效果,或者固化性聚有机硅氧烷组合物的成型加工性降低。

[(C)成分]

(C)成分是本发明的任意构成,是分子内具有至少一个支链硅氧烷单元、乙烯基(CH2=CH-)的含量在1.0~5.0质量%的范围内的含烯基的聚有机硅氧烷树脂,

可举例示出由如下平均单元式表示的含烯基的聚有机硅氧烷树脂。

(RSiO

上式中,R为一价有机基团,X为氢原子或碳原子数1~3的烷基。其中,在所有的R中,在所述聚有机硅氧烷树脂中的乙烯基(CH2=CH-)的含量至少满足1.0~5.0质量%的范围的范围内,R为烯基,特别优选的是,由RSiO

上式中,t为5~1000的范围内的整数。此外,式中,(o+r)为正数,p为0或正数,q为0或正数,s为0或正数,且p/(o+r)为0~10的范围内的数,q/(o+r)为0~5的范围内的数,(o+r)/(o+p+q+r)为0.3~0.9的范围内的数,s/(o+p+q+r)为0~0.4的范围内的数。

作为(C)成分,特别优选举例示出由下式表示的含烯基的MQ聚有机硅氧烷树脂。

{(Alk)R

(式中,Alk、R

通过将作为仅在分子链末端具有烯基的直链状聚有机硅氧烷的(A1)成分和(A2)成分与作为聚有机硅氧烷树脂且具有一定量的烯基的(C)成分并用,能提供赋予作为组合物整体的固化反应性优异,并且机械强度和柔软性优异的固化反应物的组合物。其中,只要在后述的(B)成分和(C)成分的使用量的范围内,也可以不使用(C)成分。

[(B)成分和(C)成分的使用量]

在本发明的组合物中,从实现充分的机械特性的观点考虑,上述(B)成分和(C)成分之和需要在组合物整体的10~25质量%的范围内,成分(C)相对于(B)成分和(C)成分之和的质量比(=(C)/{(B)+(C)})需要在0~0.2的范围内。需要说明的是,(C)/{(B)+(C)}的值可以为0,本发明的组合物也可以不含(C)成分。

上述(B)成分和(C)成分之和是增强性二氧化硅和含烯基的聚有机硅氧烷树脂的总和,在10~25质量%的范围内,优选在12.5~22.5质量%的范围内。这些成分,特别是(B)成分是对本发明的组合物的固化物改善机械强度的成分,在其使用量小于所述下限时,有时本发明的组合物的固化物无法实现充分的机械强度。另一方面,若使用量超过所述的上限,则有时固化物的柔软性降低,在成型为膜等的情况下无法用作电活性聚合物膜等。

(C)成分相对于(B)成分和(C)成分之和的质量比在0~0.2的范围内,优选单独使用(B)成分或以(B)成分为主的与(C)成分的混合物。需要说明的是,在并用(C)成分的情况下,通过以成为上述范围内的量来使用,与单独使用(B)成分相比,有时能进一步改善本发明的组合物的固化物的柔软性和膜成型性等。

[(D)成分]

(D)成分是在分子内具有至少三个硅原子氢原子的有机氢聚硅氧烷,是作为(A1)、(A2)、(C)成分的交联剂发挥功能的成分。

作为这样的(D)成分,可举例示出:1,1,3,3-四甲基二硅氧烷、1,3,5,7-四甲基环四硅氧烷、三(二甲基氢硅氧烷基)甲基硅烷、三(二甲基氢硅氧烷基)苯基硅烷、分子链两末端三甲基硅氧烷基封端甲基氢聚硅氧烷、分子链两末端三甲基硅氧烷基封端二甲基硅氧烷/甲基氢硅氧烷共聚物、分子链两末端二甲基氢硅氧烷基封端二甲基聚硅氧烷、分子链两末端二甲基氢硅氧烷基封端二甲基硅氧烷/甲基氢硅氧烷共聚物、分子链两末端三甲基硅氧烷基封端甲基氢硅氧烷/二苯基硅氧烷共聚物、分子链两末端三甲基硅氧烷基封端甲基氢硅氧烷/二苯基硅氧烷/二甲基硅氧烷共聚物、三甲氧基硅烷的水解缩合物、由(CH

就(D)成分而言,其一部分或全部也可以含有高介电性官能团。该高介电性官能团的种类和含量与(A1)成分和(A2)成分所举例示出的种类和含量相同。此外,就(D)成分而言,其一部分还可以具有高介电性官能团,其也可以是作为由(CH

[(D)成分的使用量]

本发明的组合物中的(D)成分的使用量相对于组合物中的烯基的合计量1摩尔,为成分中的硅原子键合氢原子的总和成为1.0~2.5摩尔的量。在此,组合物中的烯基主要源自(A1)成分、(A2)成分以及(C)成分等。若(D)成分的使用量小于上述下限,则有时本组合物的固化变得不充分。另一方面,若(D)成分的使用量超过上述上限,则在使本发明的组合物固化的情况下有时无法得到弹性凝胶或弹性弹性体,特别是有时机械强度变得不充分。更优选的(D)成分的使用量相对于组合物中的烯基的合计量1摩尔,为本成分中的硅原子键合氢原子成为0.2~2.00摩尔、0.2~1.80摩尔、0.25~1.75摩尔、进一步优选成为0.35~1.50摩尔的量。

[(E)成分]

作为(E)成分的氢化硅烷化反应用催化剂只要能促进氢化硅烷化反应,就不限定于特定的成分。作为氢化硅烷化反应催化剂,至今已知有多种金属和化合物,可以从中适当选择而用于本发明。作为氢化硅烷化反应催化剂的例子,具体而言,可举例示出:吸附于二氧化硅微粉末或碳粉载体上的微粒状铂、氯铂酸、醇改性氯铂酸、氯铂酸的烯烃络合物、氯铂酸和乙烯基硅氧烷的配位化合物、铂-烯基硅氧烷络合物、铂-烯烃络合物、铂-羰基络合物,可列举出:铂黑、钯以及铑催化剂。特别是,从铂-烯基硅氧烷络合物的稳定性良好考虑,优选为1,3-二乙烯基-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷。此外,从改善操作作业性和组合物的适用期的观点考虑,这些氢化硅烷化反应催化剂也可以是作为在有机硅树脂、聚碳酸酯树脂、丙烯酸树脂等热塑性树脂中进行了分散或胶囊化的催化剂的、含氢化硅烷化反应催化剂的热塑性树脂微粒,特别是包含含铂的氢化硅烷化反应催化剂的热塑性树脂微粒。需要说明的是,作为促进氢化硅烷化反应的催化剂,可以使用铁、钌、铁/钴等非铂系金属催化剂。

氢化硅烷化反应用催化剂的使用量为有效量,只要是促进本发明的固化性聚有机硅氧烷组合物的固化的量,就没有特别限定。具体而言,相对于(A1)~(D)成分之和(将整体设为100质量%),所述催化剂中的金属原子以质量单元计为0.01~1000ppm,优选(E)成分中的铂金属原子成为0.1~500ppm的范围内的量。其原因在于,若(E)成分的含量小于上述范围的下限,则有时固化不充分,若(E)成分的含量超过上述范围的上限,则通常是不经济的。

[(F)氢化硅烷化反应抑制剂]

氢化硅烷化反应抑制剂是为了抑制(A1)、(A2)、(C)成分以及(D)成分之间发生的交联反应、延长常温下的可使用时间、提高保存稳定性而配合的任意成分。因此,就本发明的固化性组合物而言,是优选实用上必然配合的成分。

作为氢化硅烷化反应抑制剂,可举例示出:乙炔系化合物、烯炔化合物、有机氮化合物、有机磷化合物以及肟化合物。具体而言,可举例示出:3-甲基-1-丁炔-3-醇、3,5-二甲基-1-己炔-3-醇、3-甲基-1-戊炔-3-醇、1-乙炔基-1-环己醇、苯基丁炔醇等炔醇;3-甲基-3-戊烯-1-炔、3,5-二甲基-1-己炔-3-炔等烯炔化合物;1,3,5,7-四甲基-1,3,5,7-四乙烯基环四硅氧烷、1,3,5,7-四甲基-1,3,5,7-四己烯基环四硅氧烷等甲基烯基环硅氧烷;以及苯并三唑。

氢化硅烷化反应抑制剂的配合量为对延长本发明的固化性聚有机硅氧烷组合物的常温下的可使用时间、提高保存稳定性而有效的量。通常,相对于(A1)成分和(A2)成分之和每100质量%,氢化硅烷化反应抑制剂的配合量在0.001~5质量%的范围内,优选在0.01~2质量%的范围内,但根据本成分的种类、铂系催化剂的性能与含量、组合物中的烯基量、(B)成分中的硅原子键合氢原子量等适当选定为好。

[其他填料]

在本发明的组合物中,既可以根据期望使用(B)成分以外的填充材料,也可以不使用(B)成分以外的填充材料。其他填充剂的种类没有特别限定,但例如可列举出:高介电性填充剂、导电性填充剂、绝缘性填充剂以及(B)成分以外的增强性填充剂,可以使用它们的一种以上。需要说明的是,其他填充剂的一部分或全部也可以与(B)成分同样由一种以上的表面处理剂进行表面处理。需要说明的是,这些无机微粒有时兼具作为增强性填充材料的功能等两种以上的功能。

作为优选的介电性无机微粒的例子,可列举出选自由氧化钛、钛酸钡、钛酸锶、锆钛酸铅以及钛酸钡的钡和钛部位的一部分用钙、锶、钇、钕、钐、镝等碱土金属、锆或稀土金属取代而成的复合金属氧化物构成的组中的一种以上的无机微粒,更优选氧化钛、钛酸钡、锆钛酸钡钙以及钛酸锶,进一步优选氧化钛、钛酸钡。

特别是,介电性无机微粒特别优选为其至少一部分在室温、1kHz下的相对介电常数为10以上的介电性无机微粒。需要说明的是,所述无机微粒的优选的大小(平均一次粒径)的上限为20000nm(20μm),但若考虑对后述的换能器用薄膜的加工性,则更优选为10000nm(10μm)。通过使用所述介电性无机微粒,对于聚有机硅氧烷固化物,有时能进一步改善机械特性和/或电特性,特别是其相对介电常数。

作为导电性无机微粒,只要能赋予聚有机硅氧烷固化物导电性就没有特别限制。具体而言,可列举出:导电性炭黑、石墨、气相生长碳(VGCF)等导电性碳;铂、金、银、铜、镍、锡、锌、铁、铝等金属粉,进一步可列举出:用掺锑氧化锡、掺磷氧化锡、氧化锡/锑进行了表面包覆的针状氧化钛、氧化锡、氧化铟、氧化锑、锑酸锌、在碳或石墨的晶须表面包覆了氧化锡等的颜料;包覆了选自由掺锡氧化铟(ITO)、掺氟氧化锡(FTO)、掺磷氧化锡以及氧化镍构成的组中的至少一种的导电性金属氧化物的颜料;在二氧化钛粒子表面具有包含氧化锡和磷的导电性的颜料等,此外,这些也可以用后述的各种表面处理剂进行处理。它们可以分别单独使用或组合两种以上使用。

而且,导电性无机微粒也可以是在玻璃纤维、二氧化硅氧化铝纤维、氧化铝纤维、碳纤维等纤维;以及硼酸铝晶须、钛酸钾晶须等针状的增强材料、玻璃珠、滑石、云母、石墨、硅灰石、白云石等无机填料的表面包覆金属等导电性物质的微粒。

作为能在本发明使用的绝缘性无机微粒为通常已知的绝缘型无机材料,即,只要是体积电阻率为10

相对于固化性聚有机硅氧烷组合物,这些绝缘性无机粒子的配合量根据其用途优选为0.1~20质量%的范围,更优选为0.1~5质量%的范围。若配合量偏离上述优选的范围,则有时无法得到由配合而产生的效果,或者聚有机硅氧烷固化物的力学强度降低。

作为能在本发明中使用的热传导性无机微粒,可列举出:氧化镁、氧化锌、氧化镍、氧化钒、氧化铜、氧化铁、氧化银等金属氧化物粒子;以及氮化铝、氮化硼、碳化硅、氮化硅、碳化硼、碳化钛、金刚石、类金刚石碳等无机化合物粒子,优选氧化锌、氮化硼、碳化硅以及氮化硅。通过在组合物中配合这些热传导性无机微粒的一种以上,能使聚有机硅氧烷固化物的热传导率增加。

这些无机粒子的平均粒径的测定可以通过在所述领域中通常的测定方法来进行。例如,在平均粒径为50nm以上且500nm左右以下的情况下,通过透射型电子显微镜(TEM)、场发射型透射电子显微镜(FE-TEM)、扫描型电子显微镜(SEM)、场发射型扫描电子显微镜(FE-SEM)等显微镜观察来测定粒径,通过求出平均值,能测定平均一次粒径。另一方面,在平均粒径为500nm左右以上的情况下,可以通过激光衍射/散射式粒度分布测定装置等直接求出平均一次粒径的值。

[其他任意成分]

本发明的固化性聚有机硅氧烷组合物可以进一步含有用于改善脱模性或介质击穿特性的添加剂、粘接性提高剂等。

将本发明的固化性聚有机硅氧烷组合物固化为薄膜状而得到的膜状或片状的固化物能优选用于粘接剂膜、构成换能器的电活性膜(电介质层或电极层),但若在薄膜形成时固化层的脱模性差,特别是在高速下制造了聚有机硅氧烷固化物膜的情况下,则有时因脱模引起膜破损。此外,作为用于驱动器、触摸面板等的电介质层,为了提高在低压下的灵敏度,有时要求降低粘接性。本发明的固化性聚有机硅氧烷组合物有时能够对膜不造成伤害而提高膜的制造速度,且通过添加其他脱模剂,能进一步降低粘附性。

作为可用于本发明的固化性聚有机硅氧烷组合物的脱模性提高添加剂(=脱模剂),例如可列举出:羧酸系脱模剂、酯系脱模剂、醚系脱模剂、酮系脱模剂、醇系脱模剂等。它们可以单独使用一种,也可以组合使用两种以上。此外,作为所述脱模剂,可以使用不含硅原子的脱模剂、含硅原子的脱模剂或它们的混合物。它们的具体例子例如与上述的国际专利公开WO2014/105959号公报中所提出的例子相同。

介质击穿特性提高剂优选为电绝缘性提高剂,可以选自由铝或镁的氢氧化物或盐、粘土矿物以及它们的混合物构成的组,具体而言,可以选自由硅酸铝、硫酸铝、氢氧化铝、氢氧化镁、烧成粘土、蒙脱石、水滑石、滑石以及这些混合物构成的组。此外,所述绝缘性提高剂也可以用公知的表面处理方法进行处理。它们的具体例子例如与上述的国际专利公开WO2014/105959号公报中所提出的例子相同。

粘接性提高剂是用于提高本发明的固化性聚有机硅氧烷组合物对在固化中途接触的基材的粘接性的物质。在不对作为该组合物的固化物的电介质层进行再剥离的情况下,粘接性提高剂为有效的添加剂。作为粘接性提高剂,可举例示出:乙烯基三乙氧基硅烷、烯丙基三甲氧基硅烷、烯丙基三乙氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷等有机官能性烷氧基硅烷化合物、其硅氧烷衍生物,特别是用含氟的有机基团取代的链状或三维树脂状的硅氧烷衍生物。作为特别优选的粘接性提高剂,可举例示出选自如下成分等中的一种或两种以上:

(g1)含氨基的有机烷氧基硅烷与含环氧基的有机烷氧基硅烷的反应混合物;

(g2)一个分子中具有至少两个烷氧基硅烷基且这些硅烷基之间包含除了硅-氧键以外的键的有机化合物;

(g3)由如下通式所示的含环氧基的硅烷或其部分水解缩合物;

R

(式中,R

(g4)烷氧基硅烷(具有含环氧基的有机基团除外)或其部分水解缩合物。

作为其他任意成分,只要不损害本发明的技术效果,可举例示出:酚系、醌系、胺系、磷系、磷酸酯系、硫系、硫醚系等的抗氧化剂;三唑系、二苯甲酮系等的光稳定剂;磷酸酯系、卤素系、磷系、锑系等的阻燃剂;由阳离子系表面活性剂、阴离子系界面活性剂、非离子系表面活性剂等构成的一种以上的防带电剂;以及染料、颜料等。

[任意溶剂]

本发明的固化性聚有机硅氧烷组合物可以直接供于固化反应,但另一方面,在该组合物为固体状的情况下、粘稠液状的情况下,为了使其混合性和操作性提高,也可以根据需要使用有机溶剂。特别是,在将本发明的固化性聚有机硅氧烷组合物涂敷为膜状的情况下,优选在整体粘度成为100~10000mPa·s的范围内使用溶剂来进行粘度调整,在利用溶剂进行稀释的情况下,相对于上述固态成分之和(100质量份),可以在0~2000质量份的范围内使用。即,在本发明组合物中,溶剂也可以为0质量份。需要说明的是,本发明的固化性聚有机硅氧烷组合物选择了上述的(A1)成分和(A2)成分的组合,因此存在如下优点:能够设计为无溶剂,在固化而得到的膜中不残留氟系溶剂、有机溶剂等,能消除环境负荷的问题和溶剂对电子设备的影响。

作为在此使用的有机溶剂,只要是使组合物中的总构成成分或一部分的构成成分溶解而得到的化合物,其种类就没有特别限定,优选使用沸点为80℃以上且低于200℃的有机溶剂。例如可列举出:异丙醇、叔丁醇、环己醇、环己酮、甲基乙基酮、甲基异丁基酮、甲苯、二甲苯、均三甲苯、1,4-二噁烷、二丁基醚、苯甲醚、4-甲基苯甲醚、乙基苯、乙氧基苯、乙二醇、乙二醇二甲基醚、乙二醇二乙基醚、2-甲氧基乙醇(乙二醇单甲醚)、二乙二醇二甲基醚、二乙二醇单甲基醚、1-甲氧基-2-乙酸丙酯、1-乙氧基-2-乙酸丙酯、八甲基环四硅氧烷以及六甲基二硅氧烷等非卤素系溶剂;三氟甲基苯、1,2-双(三氟甲基)苯、1,3-双(三氟甲基)苯、1,4-双(三氟甲基)苯、三氟甲基氯苯、三氟甲基氟苯、氢氟醚等卤素系溶剂。这些有机溶剂可以单独使用,也可以混合使用两种以上。固化性组合物中的氟代烷基含量越高,越需要提高上述卤素系溶剂的使用比率。

[组合物的整体粘度]

就本组合物的在25℃下的粘度而言从上述膜加工性的观点考虑,优选能在薄膜上涂敷本组合物的程度的粘度范围,特别优选在25℃下使用旋转粘度计以剪切速率0.1(S

本发明的固化性聚有机硅氧烷组合物能通过均匀地混合上述各成分来制备。使用各种搅拌机或混炼机在常温下混合即可,但若为在混合中组合不固化的成分,则也可以在加热下进行混合。此外,在混合时,可以通过使用挤出机或混炼机(更具体而言,选自双螺杆挤出机、双螺杆混炼机以及单螺杆叶片型挤出机中的一种以上的机械手段)混炼来制造,特别是,在本发明中,也可以在通过使用自由体积为5000(L/小时)以上的双螺杆挤出机来混炼反应性聚有机硅氧烷成分、填充材料以及表面处理剂,使以高浓度(例如80质量%以上)含有无机微粒的硅橡胶混炼胶(母粒)形成后,加入其他反应性聚有机硅氧烷成分、固化催化剂以及其他成分,混炼来制造固化性聚有机硅氧烷组合物。

若在混合中不固化,则各成分的配合顺序没有特别限制。混合后,在不立即使用时,(B)成分和(C)成分优选以不存在于同一容器内的方式分多个容器保管,在即将使用前混合所有容器内的成分。

本发明的含氟代烷基的固化性聚有机硅氧烷组合物的固化反应通常通过加热该组合物或暴露于活性能量射线来实现。基于热的固化反应温度没有特别限定,优选为50℃以上且200℃以下,更优选为60℃以上且200℃以下,进一步优选为80℃以上且180℃以下。此外,固化反应所花费的时间依赖于上述(A)、(B)、(C)成分的结构,但通常为1秒以上且3小时以下。一般而言,能通过在90~180℃的范围内保持10秒~30分钟来得到固化物。

作为可用于固化反应的活性能量射线,可列举出:紫外线、电子束以及放射线等,在实用性的方面优选紫外线。在进行基于紫外线的固化反应的情况下,理想的是,添加相对于使用的紫外线具有高的活性的氢化硅烷化反应用催化剂,例如双(2,4-乙酰丙酮)铂络合物、(甲基环戊二烯基)三甲基铂络合物。作为紫外线产生源,优选高压汞灯、中压汞灯、Xe-Hg灯以及深紫外线灯(Deep UV Lamp)等,此时的照射量优选为100~8000mJ/cm

本发明的固化物的特征在于,将上述固化性聚有机硅氧烷组合物固化而成。固化物的形状没有特别限定,例如可列举出片状、膜状、带状。特别是,上述固化性聚有机硅氧烷组合物的固化速度大,用于制造膜等成型品的加工性良好,能高效地生产期望的厚度、形状的固化物。

[构件]

上述固化物为电特性和机械特性优异的凝胶或弹性体,具有高的相对介电常数和机械强度(具体而言,拉伸强度、撕裂强度、伸长率等)。因此,将所述聚有机硅氧烷组合物固化为薄膜状而得到的电活性有机硅弹性体片或电活性有机硅凝胶片能用作电子材料、显示装置用构件或换能器用构件(包括传感器、扬声器、驱动器以及发生器(generator)用),特别是能优选用作构成换能器的电活性膜(电介质层或电极层)。

[机械强度]

将本发明的固化性聚有机硅氧烷组合物至少部分固化而得到的聚有机硅氧烷固化物在加热成型为2.0mm厚的片状的情况下,能够设计为具有基于JIS K 6249而测定的以下的力学物性。

(1)在室温下,杨氏模量(MPa)可以设为10MPa以下,特别优选的范围为0.1~2.5MPa。

(2)在室温下,撕裂强度(N/mm)可以设为1N/mm以上,特别优选的范围为2N/mm以上。

(3)在室温下,拉伸强度(MPa)可以设为1MPa以上,特别优选的范围为2MPa以上。

(4)断裂伸长率(%)可以设为200%以上,从换能器的位移量的观点考虑,特别优选的范围在200-1000%的范围内。

[介电特性]

将本发明的固化性聚有机硅氧烷组合物固化而得到的聚有机硅氧烷固化物(弹性体或凝胶)能够设计为具有以下的介电特性。

(1)在加热成型为0.10mm厚的片状的情况下,能将其介质击穿强度(V/μm)设为20V/μm以上。优选的介质击穿强度根据换能器的用途而变化,特别优选的范围为30V/μm以上。

(2)在加热成型为1mm厚的片状的情况下,能将在测定温度25℃、测定频率100KHz的条件下测定出的相对介电常数设为3.0以上。优选的相对介电常数能够根据换能器的种类和求出的电介质层的形态适当设定。

使本发明的固化性聚有机硅氧烷组合物固化或半固化而成的聚有机硅氧烷固化物从其介电特性和力学物性考虑,特别是能优选用作选自人工肌肉、驱动器、传感器以及发电元件中的换能器用构件。具体而言,在将固化性聚有机硅氧烷组合物成型为片状或膜状后,通常通过加热或照射高能量射线等使其固化。作为将固化性聚有机硅氧烷组合物成型为膜状的方法,没有特别限定,但例如可列举出:将固化性聚有机硅氧烷组合物通过以往公知的涂布方法涂布于基材上而制成涂膜的方法、通过设有规定的形状的插槽(slot)的挤出机来进行成型的方法等。

这样制成的膜状的固化性聚有机硅氧烷组合物的厚度例如可以在0.1μm~5000μm的范围内。根据所述的涂布方法和有无挥发溶剂,得到的固化物的厚度有时比组合物的涂布的厚度薄。

而且,聚有机硅氧烷固化物的膜或片优选实质上平坦。具体而言,这样的聚有机硅氧烷固化物可以是如下的聚有机硅氧烷固化物的高介电性膜:对于膜的宽度方向,末端的厚度和中央的厚度之差为5.0%以内,膜中央的厚度在50~1000μm的范围内。这样的聚有机硅氧烷固化物的膜或片及其制造技术如本申请人在国际专利申请(PCT/JP2017/15028)中提出的那样,对于本发明的聚有机硅氧烷固化物也能够适用。通过将所述平坦的聚有机硅氧烷固化物的膜或片通过后述的方法层叠多个,能够设计实质上平坦且具有任意厚度的换能器用构件。

需要说明的是,也可以在通过上述的方法制造出膜状的固化性聚有机硅氧烷组合物后,任意地对该膜状的固化性聚有机硅氧烷组合物在作为目的的介电性无机微粒的取向方向上施加磁场或电场的同时,或者施加一定时间磁场或电场而使填料取向后,通过加热固化、常温固化或高能量射线照射使固化性聚有机硅氧烷组合物固化。各固化或固化的条件没有特别限定,但在固化性聚有机硅氧烷组合物为加成固化性聚有机硅氧烷组合物的情况下,通过在90℃~180℃的范围内保持30秒~30分钟来进行。

在将本发明的固化性聚有机硅氧烷组合物固化而成的固化层为电介质层,特别是为驱动器等换能器用的介电性膜构件的情况下,该固化层优选在具备具有剥离涂布能力的剥离层的膜基材上,作为在能剥离的状态下配置的层叠体膜来处理。

剥离层有时也称为剥离衬底、隔离件、脱模层或者剥离涂层,优选为有机硅系剥离剂、氟系剥离剂、醇酸系剥离剂或氟有机硅系剥离剂等具有剥离涂布能力的剥离层,也可以为在基材表面物理地形成微细的凹凸,或不易与本发明的压敏粘接层附着的基材其本身。特别是在本发明的层叠体膜中,作为剥离层,优选使用使氟有机硅系剥离剂固化而成的剥离层。

作为换能器用构件的聚有机硅氧烷固化物的厚度没有特别限定,但例如为1~2000μm。在此,本发明的聚有机硅氧烷固化物层叠一层或两层以上,而且,也可以是在电介质层的两端设置电极层,并且将由电极层和电介质层构成的换能器本身高层叠的结构。在该情况下,每一层的聚有机硅氧烷固化物的厚度为0.1μm~1000μm,也可以通过将其层叠两层以上,制成0.2~2000μm的厚度。

所述层叠的聚有机硅氧烷固化层的形成方法不特别限制,但可以实施如下方法中的任一项:(1)在基材上涂布固化性聚有机硅氧烷组合物,使其固化而得到了聚有机硅氧烷固化物层后,在该固化层上进一步涂布固化性聚有机硅氧烷组合物,重复依次固化和涂布而层叠的方法;(2)在基材上将固化性聚有机硅氧烷组合物在未固化或半固化状态下重叠多层地涂布,使重叠多层地涂敷的不同的固化性聚有机硅氧烷组合物整体固化的方法;(3)在具有剥离层的基材上涂布固化性聚有机硅氧烷组合物,使其固化而得到了聚有机硅氧烷固化物层后,从剥离层分离该固化层,在另外同样地准备好的聚有机硅氧烷固化物层上物理地层叠的方法或(4)它们的组合。

在本申请发明中,例如,可以通过模涂法将固化性聚有机硅氧烷组合物涂布于基板而使其固化,形成所述层叠的两种以上的有机硅弹性体固化层,进而将得到的有机硅弹性体固化层与电极粘接,由此制造。在这种情况下,优选的是,层叠的两种以上的有机硅弹性体固化层为电介质层,电极为导电层。

模涂法能够进行高速涂布,是生产性高的涂布方式。本发明的具有多层结构的换能器还可以通过在将包含聚有机硅氧烷组合物的一层进行单层涂布后,涂布包含其他聚有机硅氧烷组合物的层来制造。此外,也能通过同时重叠多层地涂布包含各聚有机硅氧烷组合物的层来制造。

作为换能器用构件的聚有机硅氧烷固化物可以通过在基板上涂敷所述的固化性聚有机硅氧烷组合物、在室温下、在加热下或在紫外线等高能量射线照射下使其固化而得到。此外,在将薄膜状介电性有机硅弹性体重叠多层的情况下,可以在固化层上涂敷未固化的固化性聚有机硅氧烷组合物并使其依次固化,也可以将未固化的固化性聚有机硅氧烷组合物重叠多层,使其同时固化。

上述薄膜状聚有机硅氧烷固化物特别是作为换能器的电介质层有用的,通过在其两端设置电极层,能形成换能器。需要说明的是,通过对本发明的固化性聚有机硅氧烷组合物配合导电性无机粒子,也可以赋予作为电极层的功能。需要说明的是,在本发明的说明书中,“电极层”有时也简称为“电极”。

上述换能器用构件的一个形态为薄膜,为片或膜状。膜厚通常为1μm~2000μm,包含层叠单层、两层以上,或层叠有更多层的结构。此外,根据期望层叠的电活性聚有机硅氧烷固化物层在用作电介质层的情况下,能设为5μm~10000μm、或通过重叠多层设为其以上的膜厚。

作为所述换能器用构件的薄膜状聚有机硅氧烷固化物层可以将相同的薄膜状有机硅弹性体重叠多层,也可以将两种以上不同的物理特性或固化前组成不同的薄膜状有机硅弹性体重叠多层。此外,薄膜状聚有机硅氧烷固化物层的功能可以是电介质层,也可以是电极层。可优选举例示出特别是电介质层的厚度为1~1000μm且电极层的厚度为0.05μm~100μm的换能器用构件。

本发明的换能器以具有使本发明的固化性聚有机硅氧烷组合物固化而成的该换能器用构件作为特征,特别是,也可以具有包含高层叠结构,即具有包含两层以上的电介质层的结构。还可以具有包含三层以上的电介质层的结构。具有这样的高层叠结构的换能器通过包含多层,能产生更大的力。此外,通过层叠,能得到比单一的层更大的位移。

在本发明的换能器的电介质层的两端可以包括电极。作为电极的材质可以使用:金、铂、银、钯、铜、镍、铝、钛、锌、锆、铁、钴、锡、铅、铟、铬、钼以及锰等金属以及它们的合金;铟-锡复合氧化物(ITO)、锑-锡复合氧化物(ATO)、氧化钌、氧化钛、氧化锌以及氧化锡等金属氧化物;碳纳米管、碳纳米角、碳纳米片、碳纤维以及碳黑等碳材料;以及聚(乙烯-3,4-二氧噻吩)(PEDOT)、聚苯胺以及聚吡咯等导电性树脂。也可以使用在树脂中分散有导电性填料的导电性树脂和弹性体。

电极可以单独包含上述导电性物质中的一种,也可以包含两种以上。在电极包含两种以上的导电性物质的情况下,也可以使其中的至少一种作为活性物质发挥功能,作为用于使其余电极的电阻降低的导电材料发挥功能。

本发明的换能器的电介质层的厚度的合计可以设为10μm~2000μm(2mm)的范围,特别是可以设为200μm以上。特别是,形成电介质层的介电性有机硅弹性体每一层的厚度优选为0.1~500μm,特别优选为0.1~200μm的厚度。通过将这些薄的有机硅弹性体层层叠两层以上,与一层的情况相比,能改善介质击穿电压、介电常数以及位移量等特性。

在本发明中,换能器是指将某种能量转换为另一种能量的元件、设备以及装置,例如可列举出:将电能转换为机械能的人工肌肉和驱动器;将机械能转换为电能的传感器和发电元件;将电能转换为声能的扬声器、麦克风以及头戴式耳机。

本发明的换能器从其介电性和机械特性考虑,特别是能用作人工肌肉、驱动器、传感器以及发电元件。期待人工肌肉面向机器人、看护设备以及康复训练设备等的应用。作为例子,在以下对驱动器的实施方式进行说明。

图1表示层叠有电介质层的情况下的本实施方式的驱动器1的剖视图。在本实施方式中,作为例子,电介质层设为两层。驱动器1具备电介质层10a和10b、电极层11a和11b、布线12以及电源13。电极层11a和11b分别覆盖所接触的电介质层的一面,分别经由布线12与电源13连接。

驱动器1能通过在电极层11a与电极层11b之间施加电压来驱动。通过施加电压,电介质层10a和10b因其介电性而厚度变薄,相对于电极层11a和11b的面平行地伸长。即,能将电能转换为力、变动或位移的机械能。

图2表示层叠有电介质层和电极层的情况下的本实施方式的驱动器2的剖视图。在本实施方式中,作为例子,电介质层设为三层,电极层设为四层。驱动器2具备电介质层20a、20b以及20c、电极层21a、21b、21c以及21d、布线22以及电源23。电极层21a、21b、21c以及21d分别覆盖所接触电介质层的一面,分别经由布线22与电源23连接。电极层交替地分别与电压不同的一侧连接,电极层21a和21c以及电极层21b和21d分别与不同的一侧连接。

驱动器2能通过在电极层21a与电极层21b之间、电极层21b与电极层21c之间以及电极层21c与电极层21d之间施加电压来驱动。通过施加电压,电介质层20a、20b以及20c因其介电性而厚度变薄,相对于电极层21a、21b、21c以及21d的面平行地伸长。即,能将电能转换为力、变动或位移的机械能。

作为本发明的换能器的一个例子的驱动器的实施方式如上所述,但除此以外,当从外部对本发明的换能器施加压力等机械能时,伴随着电介质层的变形而电极层之间的静电容量变化,因此能用作读取该变化的传感器。以下对该传感器的实施方式进行说明。

图3表示本实施方式的传感器3的构成。传感器3具有如下结构:在配置为矩阵状的上部电极层31a、31b以及31c与下部电极层32a、32b以及32c之间配置有电介质层30。在本实施方式中,作为例子,采用在纵向和横向上将电极层配置于三列的矩阵上的构成。各电极层可以由绝缘层保护不与电介质层30接触的面。此外,电介质层30包括两层以上包含聚有机硅氧烷的相同的电介质层。

若对传感器3的表面施加外力,则施加的部位的上部电极层与下部电极层之间的电介质层30的厚度变化,伴随着该变化而电极层之间的静电容量变化。例如,通过计测伴随着该电极层之间的静电容量的变化的电压变化,能检测外力。

需要说明的是,在本实施方式的传感器3中,隔着电介质层对置的电极层形成三对,但电极层的数量、大小以及配置等可以根据用途适当决定。

发电元件是将机械能转换为电能的换能器,其能应用于由波能、水力以及水力等自然能量带来的发电为代表的,通过振动、冲击以及压力变化等进行发电的装置。以下对所述发电元件的实施方式进行说明。

图4表示层叠有电介质层的情况下的本实施方式的发电元件4的剖视图。在本实施方式中,作为例子,电介质层设为两层。发电元件4具备电介质层40a和40b以及电极层41a和41b,电极层41a和41b分别覆盖所接触的电介质层的一面。

电极层41a和41b与未图示的负载电连接,本发电元件4通过使电极层41a与41b之间的距离变化而使静电容量变化,从而产生电能。即,在电极层41a和41b通过由电介质层40a和40b形成的静电场产生了静电感应的状态下使元件形状变化,由此进行发电。

在本实施方式中,从图4所示的在与发电元件4的电极层41a和41b的面的平行方向上施加有压缩力的状态(上图)变化为图4所示的不施加压缩力的状态(下图),由此,例如在电极层41a和41b之间产生静电容量变化,能将机械能转换为电能。此外,也可以将多个元件配置于基板上,将它们串联或并联连接来构成使发电量提高的发电装置。

本发明的换能器能在空气中、水中、真空中以及有机溶剂中进行动作。此外,根据使用环境,还可以适当进行封装处理。封装方法没有特别限定,例如可列举出利用树脂材料的封装等。

产业上的可利用性

本发明的固化性聚有机硅氧烷组合物以及将其固化而成的固化物能优选用于要求力学特性和电特性优异的弹性体或凝胶状构件的用途,例如能优选用于制造换能器。在本发明的固化性聚有机硅氧烷组合物中,不仅包含未固化的固化性组合物,也包含处于反应性聚有机硅氧烷部分地进行了反应但未达到固化的固化中途的状态的所谓B阶段材料。作为本发明的B阶段材料,可列举出凝胶或具有流动性的状态的材料。因此,在本发明的方案中,也包括固化性聚有机硅氧烷组合物的固化反应进行了一部分的状态的、凝胶或具有流动性的状态的换能器用构件。此外,这样的半固化状态的换能器用构件中,薄膜状聚有机硅氧烷固化物可以是一层或层叠的结构中的任一者。

特别是,上述固化物为电特性和机械特性优异的凝胶或弹性体,具有高的相对介电常数和机械强度(具体而言,拉伸强度、撕裂强度、伸长率等)。因此,将所述聚有机硅氧烷组合物固化为薄膜状而得到的电活性有机硅弹性体片或电活性有机硅凝胶片能优选用于构成换能器的电活性膜(电介质层或电极层)。例如,作为本申请人等在所述的专利文献1或专利文献2中提出的换能器材料是有用的,除此以外,对于使用除了有机硅以外的介电性弹性体的换能器装置,也能够无特别限制地适用,能够将介电性弹性体层的一部分或全部替换成上述固化物而设计。这样的换能器(包括驱动器)的结构提出了许多,例如可列举出:作为国际公开专利公报的WO2011/118315号;作为日本公开专利公报的日本特表2008-533973号、日本特表2001-524278号、日本特开2008-187079号、日本特开2008-277729号、日本特开2009-59856号、日本特开2009-219302号、日本特开2012-65427号、日本特开2016-226258号、日本特开2017-064836号等。需要说明的是,进行伴随着利用上述固化物的介电性弹性体层的一部分或全部的取代的结构设计或设计变更,可以由本领域技术人员的通常的创作来应对,本发明对该创作有强烈启示。

同样地,上述固化物也能代替作为所谓“高分子驱动器”或者“聚合物驱动器”而已知的驱动器元件结构中的电解质层或电介质层来利用。具体而言,能够在具有电解质层(包括聚合物中包含离子液体的电解质层)和在所述电解质层形成的电极层,根据施加于所述电解质层的电压而变形的高分子驱动器中,代替电解质层的一部分或全部来利用。需要说明的是,这样的高分子驱动器的结构提出了许多,可列举出:作为国际公开专利公报的WO10/100907号、WO10/110417号、WO11/114965号、WO10/029992号、WO13/118628号、WO14/104331号;作为日本公开专利公报的日本特开2004-282992号、日本特开2008-251697号、日本特开2010-003553号、日本特开2012-055153号、日本特开2013-255397号、日本特开2013-106491号、日本特开2013-251942号、日本特开2015-126597号、日本特开2015-186301号、日本特开2016-189651号等。需要说明的是,本发明的聚有机硅氧烷固化物与电解质不同,能够以弹性体或凝胶状设计为期望的形状,特别是,谋求层叠或高的位移量的结构设计中是有用的。因此,在现有的高分子驱动器中,进行反映了上述机械特性和介电特性的结构设计或设计变更,是可以由本领域技术人员的通常的创作来应对的,本发明对这样的创作有强烈启示。

就本发明的含氟代烷基的固化性聚有机硅氧烷组合物、将其固化而成的固化物而言,作为其他用途,没有上述所公开的其他任何制约,具备将本发明的含氟代烷基的固化性聚有机硅氧烷组合物固化而成的固化物而成的电介质层膜可以用于:电视接收机、计算机用显示器、便携式信息终端用显示器、监视用显示器、摄像机、数码相机、便携电话、便携式信息终端、汽车等的仪表盘用显示器、各种设备/装置/机器的仪表盘用显示器、自动售票机、自动存取款机等,用于显示文字、记号、图像的各种平板显示器(FPD:Flat PanelDisplay)。作为装置,可以应用于CRT(cathode ray tube:阴极射线管)显示器、液晶显示器、等离子体显示器、有机EL(electro-luminescence:电致发光)显示器、无机EL显示器、LED显示器、表面电解显示器(SED:surface-conduction electron-emitter display)、场发射型显示器(FED:field emission display)等显示装置,或利用这些的触摸面板。本发明的膜也可以以这些的显示器表面的防伤、防污、防指纹附着、防带电、防反射、防偷窥等目的使用。

实施例

以下,列举出实施例对本发明进行说明,但本发明并不限定于这些实施例。在以下所示的实施例中使用了下述的化合物。

·成分(a1-1):两末端乙烯基二甲基硅氧烷基封端二甲基硅氧烷聚合物(乙烯基含量:0.22质量%,硅氧烷聚合度:335)。

·成分(a1-2):两末端乙烯基二甲基硅氧烷基封端二甲基硅氧烷聚合物(乙烯基含量:0.14质量%,硅氧烷聚合度:538)。

·成分(a2):两末端乙烯基二甲基硅氧烷基封端二甲基硅氧烷聚合物(乙烯基含量:0.09质量%,硅氧烷聚合度:835)。

·成分(b1):由六甲基二硅氮烷、二乙烯基四甲基二硅氮烷以及两末端羟基二甲基硅氧烷基封端具有二甲基硅氧烷基单元和乙烯基甲基硅氧烷基单元的硅氧烷聚合物(乙烯基重量%约为11)处理过的气相二氧化硅(处理前的产品名:CAB-O-SIL(R)MS75D)。

·成分(b2):由六甲基二硅氮烷处理过的气相二氧化硅(处理前的产品名:CAB-O-SIL(R)MS75D)。

·成分(c):由三甲基硅氧烷基单元(M)、乙烯基二甲基硅氧烷基单元(

·成分(d):两末端三甲基硅氧烷基封端二甲基硅氧烷基-甲基氢化硅氧烷基-硅氧烷共聚物(硅结合水含量:0.70质量%)。

·成分(e):铂-1,3-二乙烯基1,1,3,3-四甲基二硅氧烷络合物的两末端乙烯基二甲基硅氧烷基封端二甲基硅氧烷聚合物溶液(以铂浓度计约0.6重量%)。

<氢化硅烷化反应抑制剂>

·成分(f):1,3,5,7-四甲基-1,3,5,7-四乙烯基-环四硅氧烷。

[实施例1~9、比较例1、5]

在表1(实施例)和表2(比较例)中示出了各实验例的组成。与各成分对应的数值为质量%,其总和为100质量%。此外,在以下的实施例中,相对于组合物中的乙烯基每1摩尔,作为交联剂的成分(d)的硅原子键合氢原子(Si-H)成为1.3~2.0摩尔的范围的量使用。而且,在表1和表2中示出了由以下的方法测定出的固化前或固化后的物性。

[组合物的固化前的粘度]

各组合物的固化前粘度使用粘弹性测定装置(Anton-paar公司制,型号MCR102)测定。使用直径20mm、2°的锥板,改变剪切速率进行了测定。分别记录在25℃下、以剪切速率0.1(S

[固化物的物性测定]

将各组合物在150℃下加压固化15分钟,进而在150℃下在烘箱中实施60分钟~120分钟的后固化(postcure),得到了固化物。基于JIS-K6249,测定所得到的固化物的撕裂强度,此外测定拉伸强度和断裂伸长率,求出杨氏模量(模量)。需要说明的是,为了测定机械强度,片的厚度设为2mm。此外,测定出厚度6mm片的硬度计A硬度。

此外,以上述条件下制作厚度约0.1mm的片,利用电气绝缘油击穿电压试验装置总研电气株式会社制PORTATEST 100A-2测定出介质击穿强度。对各固化物片测定共计10处,将其中间值示于表中。同样地,制作厚度1mm的片,利用LCR Meter Wayne Kerr公司制6530P/D2在温度25℃下、频率20Hz~1MHz的范围内测定出相对介电常数。实施例和比较例3-5中的固化物片的100KHz下的相对介电常数的值为3。

[比较例1-5]

使用所述(B1)以外的成分,以表2所示的组成与实施例同样地制作固化性聚有机硅氧烷组合物,进行了上述的各种测定。

[表1]

[表2]

*关于比较例1、2,组合物为高粘度,膜加工性不佳,因此未测定硬度以外的特性。

[概括]

如上所述,在实施例1~9中,确认到:组合物的固化前粘度低、膜加工性优异,并且该固化物在撕裂强度、拉伸强度、伸缩性等机械特性上显著优异,因此适合于以驱动器为代表的各种换能器用途。另一方面,如比较例1、2,若不以规定的比率使用(A1)/(A2)成分,则组合物的固化前粘度高,实用性变低。此外。在其他公知的组成或不满足本发明的必要条件的组成中,包括撕裂强度的固化物的物性劣化,无法充分用作以驱动器为代表的各种换能器用途中的电活性膜或电活性片。

使用这样的本发明实施例的有固化性聚有机硅氧烷组合物而得到的固化物除了高的电特性以外,还能够根据期望设计各种各样的硬度/杨氏模量的固化物,并且能广泛利用。

附图标记说明

1、2 驱动器

10a、10b、20a、20b、20c 电介质层

11a、11b、21a、21b、21c、21d 电极层(导电层)

12、22 布线

13、23 电源

3 传感器

30 电介质层

31a、31b、31c 上部电极层

32a、32b、32c 下部电极层

4 发电元件

40a、40b 电介质层

41A、41b 电极层

相关技术
  • 固化性聚有机硅氧烷组合物、其固化物以及具备该固化物的换能器等
  • 含氟烷基的固化性有机聚硅氧烷组合物、其固化物以及具备该固化物的换能器等
技术分类

06120113108436