Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP4193074B2 - Pyroelectric materials - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP4193074B2 - Pyroelectric materials - Google Patents

Pyroelectric materials Download PDF

Info

Publication number
JP4193074B2
JP4193074B2 JP13197197A JP13197197A JP4193074B2 JP 4193074 B2 JP4193074 B2 JP 4193074B2 JP 13197197 A JP13197197 A JP 13197197A JP 13197197 A JP13197197 A JP 13197197A JP 4193074 B2 JP4193074 B2 JP 4193074B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
rubber
pyroelectric
butadiene
base material
styrene
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP13197197A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH10321922A (en
Inventor
康幸 大平
光雄 堀
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shishiai KK
Original Assignee
Shishiai KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shishiai KK filed Critical Shishiai KK
Priority to JP13197197A priority Critical patent/JP4193074B2/en
Publication of JPH10321922A publication Critical patent/JPH10321922A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4193074B2 publication Critical patent/JP4193074B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱から電気へのエネルギー変換機能を有していて、赤外線センサー等に使用される焦電材料に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来、焦電材料としては、自発分極を持ち、焦電係数の大きな強誘電体が用いられていた。具体的にはトリグリシンサルフェート(TGS)、タンタル酸リチウムなどの単結晶や、チタン酸鉛(PZT)、ジルコン酸鉛(PZ)、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)などの焦電セラミックスが多用されていた。
【0003】
ところがこれらの焦電材料は、大面積の加工が難しく脆いという欠点があり、しかも分極処理が必要なことから、きわめて高価な材料となっていた。
【0004】
別の焦電材料としては、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)などのフッ素系の樹脂を延伸し、これに分極処理を行った焦電ポリマーも提案されている。
【0005】
ところがこの焦電材料は、脆性の改善はみられるものの、前述の焦電セラミックスに比べたとき、その性能は低く、しかも延伸、分極といった処理が必要で、これも高価な材料となっていた。
【0006】
さらに別の焦電材料として、前記焦電セラミックスと焦電ポリマーとを組み合わせた複合材料も提案されている。
【0007】
ところがこの焦電材料にあっても、前述の焦電材料の欠点を解消し得るものではなかった。
【0008】
本発明者らは、上記従来の焦電材料における欠点を解消すべく、該焦電材料について鋭意研究を重ねた結果、焦電材料における双極子モーメント量が、当該焦電材料の焦電性能に深い関係を持っており、焦電材料における双極子モーメント量を多くすることで、当該焦電材料の焦電性能を飛躍的に向上させることができることを見い出した。
【0009】
(削除)
【0010】
本発明は、上述の知見に基づくことで完成されたものであり、延伸、分極といった処理を必要とせず、しかも優れた焦電性能を有する安価な焦電材料を提供することを目的とするものである。
【0011】
本発明の別の目的は、使用温度領域において良好な焦電性能が発揮される焦電材料を提供することである。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項1記載の発明は、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−酢ビ共重合体、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン、スチレン−ブタジエン−アクリロニトリル共重合体、アクリルゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、ブタジエンゴム、天然ゴム、イソプレンゴム、クロロプレンゴム及び塩素ポリエチレンから選ばれる高分子よりなる母材中に、前記母材における双極子モーメント量を増加させる活性成分として、ベンゾチアジル基を持つ化合物、ベンゾトリアゾール基を持つ化合物、ジフェニルアクリレート基を持つ化合物の中から選ばれた1種若しくは2種以上を配合したことを特徴とする焦電材料をその要旨とした。
【0013】
請求項2記載の発明は、母材が、ポリ塩化ビニル、塩素化ポリエチレン、アクリルゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、及びクロロプレンゴムから選ばれる極性高分子よりなることを特徴とする焦電材料をその要旨とした。
【0014】
請求項3記載の発明は、母材が、使用温度域にガラス転移点を有しており、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−酢ビ共重合体、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン、及びスチレン−ブタジエン−アクリロニトリル共重合体から選ばれる高分子に、ジ−2−エチルヘキシルフタレート、ジブチルフタレート、ジイソノニルフタレートから選ばれる可塑剤を添加したもの、或いはアクリルゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、ブタジエンゴム、天然ゴム、イソプレンゴム、クロロプレンゴム及び塩素ポリエチレンから選ばれる高分子よりなるものからなることを特徴とする焦電材料をその要旨とした。
【0015】
請求項4記載の発明は、活性成分が母材100重量部に対して10〜200重量部の割合で配合されていることを特徴とする焦電材料をその要旨とした。
【0016】
(削除)
【0017】
(削除)
【0018】
(削除)
【0019】
(削除)
【0020】
(削除)
【0021】
(削除)
【0022】
(削除)
【0023】
(削除)
【0024】
(削除)
【0025】
(削除)
【0026】
(削除)
【0027】
(削除)
【0028】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の焦電材料についてさらに詳しく説明する。本発明の焦電材料は、母材中に、前記母材における双極子モーメント量を増加させる活性成分が配合されていることを特徴とするものである。
【0029】
この焦電材料における母材成分としては、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、塩素化ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−酢ビ共重合体、ポリメタクリル酸メチル、ポリフッ化ビニリデン、ポリイソプレン、ポリスチレン、スチレン−ブタジエン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、アクリロニトリル−ブタジエンゴム(NBR)、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、ブタジエンゴム(BR)、天然ゴム(NR)、イソプレンゴム(IR)などの高分子、これらをブレンドしたものなどを挙げることができる。中でもポリ塩化ビニルは、成形性がよく、安価である点で好ましい。
【0030】
次に、このような高分子を母材成分とする焦電材料における双極子モーメント量と焦電性能との間の関係について説明する。当該焦電材料にエネルギー(熱)が加わると、それに対応して当該焦電材料内部の自発分極の大きさが変化する。このとき、焦電材料表面に自発分極を中和するように存在する表面電荷は、前述の自発分極ほどにすばやくエネルギー変化に対応できないことから、短時間の間ではあるが、焦電材料表面には自発分極の変化分だけ電荷が存在することになる。このエネルギー変化に伴う電気の発生を焦電性といい、その材料を焦電材料と称している。
【0031】
特にポリフッ化ビニリデンなどの高分子よりなる焦電材料にあっては、高分子の主鎖や側鎖の双極子モーメントの配向凍結による分極により焦電性能が生じることが知られている。
【0032】
上述の性質は、分極した焦電材料におけるエネルギー変換により生じているのであるが、本発明者らは、焦電材料における焦電性能のメカニズムを研究していく過程で、焦電材料における双極子がある程度の自由度をもって変位し、その後元の状態に復元するという作用によってエネルギーが変換され、ここに従来にない優れた焦電性能が生じるということを発見した。
【0033】
以下にその詳細を示す。図1にはエネルギー(熱)が伝わる前の焦電材料1内部における双極子2の配置状態を示した。この双極子2の配置状態は安定な状態にあると言える。ところが、これにエネルギー(熱)が伝わることで、焦電材料1内部に存在する双極子2には変位が生じ、図2に示すように、焦電材料1内部における各双極子2は不安定な状態に置かれることになり、各双極子2は、図1に示すような安定な状態に戻ろうとする。
【0034】
このとき、エネルギーの変換が生じることになる。こうした、焦電材料1内部における双極子の変位、双極子の復元作用によるエネルギーの変換を通じて、焦電性能が生じているものと考えられる。
【0035】
上述の焦電性能が生じるメカニズムから、図1及び図2に示すような焦電材料1内部における双極子モーメントの量が大きくなればなる程、その焦電材料1の持つ焦電性能も高くなると考えられる。
【0036】
このことから、焦電材料を構成する母材成分として、分子内部における双極子モーメント量がもともと大きな素材を用いることは、より高い焦電性能を確保する上で大変有用なことである。
【0037】
分子内部における双極子モーメント量がもともと大きなものとしては、極性高分子を挙げることができる。この極性高分子として、具体的には、ポリ塩化ビニル、塩素化ポリエチレン、アクリルゴム(ACR)、アクリロニトリル−ブタジエンゴム(NBR)、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、及びクロロプレンゴム(CR)などを挙げることができる。
【0038】
また本発明の焦電材料をセンサー類などの用途に使用したときの使用時における温度(以下使用温度域という。)は、おおよそ−20°C〜40°Cの範囲である。その使用温度域においてガラス転移点を有する高分子を母材成分として用いることは大変に有用なことである。なぜならば、発明者らの実験によれば、高分子のガラス転移点付近で焦電性能が最も発揮されるからである。
【0039】
使用温度域にガラス転移点を有する高分子としては、具体的にはポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−酢ビ共重合体、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン、スチレン−ブタジエン−アクリロニトリル共重合体などの高分子に、ジ−2−エチルヘキシルフタレート(DOP)、ジブチルフタレート(DBP)、ジイソノニルフタレート(DINP)などの可塑剤を添加して、使用温度域にガラス転移点(Tg)を移動させたもの、あるいは高分子そのものが使用温度域にガラス転移点(Tg)を有するアクリルゴム(ACR)、アクリロニトリル−ブタジエンゴム(NBR)、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、ブタジエンゴム(BR)、天然ゴム(NR)、イソプレンゴム(IR)、クロロプレンゴム(CR)、塩素化ポリエチレンなどの高分子などを挙げることができる。
【0040】
尚、母材成分の選択に際しては、前記分子内部における双極子モーメント量や使用温度域の他、取り扱い性、成形性、入手容易性、温度性能(耐熱性や耐寒性)、耐候性、価格なども考慮するのが望ましい。
【0041】
また本発明の焦電材料において、母材中に配合される活性成分とは、該焦電材料の双極子モーメントの量を飛躍的に増加させる成分であり、当該活性成分そのものの双極子モーメント量が大きいもの、あるいは活性成分そのものの双極子モーメント量は小さいが、当該活性成分が含まれることで、双極子モーメント量が飛躍的に増加するような成分をいう。
【0042】
例えば所定の温度条件、エネルギーの大きさとしたときの、焦電材料1内部に生じる双極子モーメントの量が、焦電材料1に活性成分が含まれることで、図3に示すように、同じ条件の下で3倍とか、10倍とかいった量に増加することになるのである。これに伴って、エネルギーが伝達されたときの双極子2の復元作用によるエネルギー消費量も飛躍的に増大することになり、予測を遥かに超えた焦電性能が生じることになると考えられる。
【0043】
このような作用効果を導く活性成分としては、例えばN、N−ジシクロヘキシルベンゾチアジル−2−スルフェンアミド(DCHBSA)、2−メルカプトベンゾチアゾール(MBT)、ジベンゾチアジルスルフィド(MBTS)、N−シクロヘキシルベンゾチアジル−2−スルフェンアミド(CBS)、N−tert−ブチルベンゾチアジル−2−スルフェンアミド(BBS)、N−オキシジエチレンベンゾチアジル−2−スルフェンアミド(OBS)、N、N−ジイソプロピルベンゾチアジル−2−スルフェンアミド(DPBS)などのベンゾチアジル基を含む化合物、
【0044】
ベンゼン環にアゾール基が結合したベンゾトリアゾールを母核とし、これにフェニル基が結合した2−{2′−ハイドロキシ−3′−(3″,4″,5″,6″テトラハイドロフタリミデメチル)−5′−メチルフェニル}−ベンゾトリアゾール(2HPMMB)、2−{2′−ハイドロキシ−5′−メチルフェニル}−ベンゾトリアゾール(2HMPB)、2−{2′−ハイドロキシ−3′−t−ブチル−5′−メチルフェニル}−5−クロロベンゾトリアゾール(2HBMPCB)、2−{2′−ハイドロキシ−3′,5′−ジ−t−ブチルフェニル}−5−クロロベンゾトリアゾール(2HDBPCB)などのベンゾトリアゾール基を持つ化合物、
【0045】
あるいは、エチル−2−シアノ−3,3−ジ−フェニルアクリレートなどのジフェニルアクリレート基を含む化合物の中から選ばれた1種若しくは2種以上を挙げることができる。
【0046】
上述の活性成分の含有量としては、母材100重量部に対して10〜200重量部の割合が好ましい。例えば活性成分の含有量が10重量部を下回る場合、双極子モーメントの量を増大させるという十分な効果が得られず、活性成分の含有量が200重量部を上回る場合には、十分に相溶しなかったり、十分な機械的強度が得られなかったりすることがある。
【0047】
尚、前記母材に配合する活性成分を決定するに当たり、前述の双極子モーメントの量以外に、活性成分と母材成分との相溶し易さ、すなわちSP値を考慮し、その値の近いものを選択すると良い。
【0048】
尚、双極子モーメントの量は、前述の母材成分や活性成分の種類により様々に異なっている。また同じ成分を用いたとしても、エネルギー(熱)が伝達されたときの温度により、その双極子モーメントの量は変わる。また、伝達されるエネルギー(熱)の大小によっても、双極子モーメントの量は変わる。このため、適用時の温度やエネルギー(熱)の大きさなどを考慮して、そのとき最も大きな双極子モーメント量となるように、母材成分や活性成分を適宜選択して用いるのが望ましい。
【0049】
また、上記母材中には活性成分の他に、焦電材料の機械的強度を高める目的で、また増量剤として該焦電材料のコストの低減化を計るため、マイカ鱗片、ガラス片、グラスファイバー、カーボンファイバー、炭酸カルシウム、バライト、沈降硫酸バリウム等のフィラーを充填することもできる。この場合、フィラーの充填量は、10〜80重量%が好ましい。例えばフィラーの充填量が10重量%を下回る場合には、フィラーを充填しても強度の向上がみられず、反対にフィラーの充填量を80重量%を上回る量としても、現実に充填できなかったり、焦電材料の強度がかえって低下してしまったりするといった弊害を招くことになる。
【0050】
本発明の焦電材料は、上記母材成分に活性成分、その他必要に応じてフィラー、分散剤、増粘剤などを配合した配合物を、ディゾルバー、バンバリーミキサー、プラネタリーミキサー、グレンミル、オープンニーダ、真空ニーダなどの従来公知の混合分散機によって分散混合して製造できる。
【0051】
上記の如く母材中に活性成分を配合することで、双極子モーメントの量が飛躍的に増加し、もって該焦電材料は高い焦電性能を発揮するに至るのであるが、母材に活性成分を配合した焦電材料における双極子モーメントの量は、図4に示すA−B間における誘電率(ε′)の差として表される。すなわち図4に示すA−B間における誘電率(ε′)の差が大きければ大きいほど、双極子モーメントの量が大きいということになる。
【0052】
(削除)
【0053】
(削除)
【0054】
(削除)
【0055】
【実施例】
実施例1
ポリ塩化ビニル100重量部に対しDCHBSAを100重量部の割合で配合し、これを図5に示すように、厚さ1mm、縦150mm×横50mmの板形状に成形し、その両表面に銀ペーストによる電極(株式会社アサヒ化学研究所、LS−506J、縦140mm×横40mm)を形成してサンプルとした。
【0056】
実施例2
ポリ塩化ビニル100重量部に対し2HPMMBを100重量部の割合で配合した以外は実施例1と同様にしてサンプルを作製した。
【0057】
実施例3
ポリ塩化ビニル100重量部に対しECDPAを100重量部の割合で配合した以外は実施例1と同様にしてサンプルを作製した。
【0058】
比較例1
ポリ塩化ビニル単独で実施例1と同様にしてサンプルを作製した。
【0059】
比較例2
図6に示すポリフッ化ビニリデン(PVDF)系よりなる圧電フィルム(KFピエゾフィルム、厚さ40ミクロン、縦100mm×横70mm、呉羽化学株式会社製)
【0060】
まず、上記実施例1〜3並びに比較例1の各サンプルについて、誘電正接(tanδ)、誘電損率(ε″)及び誘電率(ε′)を測定したところ、表1のような結果となった。尚、誘電正接(tanδ)、誘電損率(ε″)及び誘電率(ε′)は、各サンプルのガラス転移点で測定した。
【0061】
【表1】

Figure 0004193074
【0062】
次に、上記実施例1〜3並びに比較例1及び2の各サンプルについて、その焦電性能を測定した。測定は、図7に示すように、サンプル11の表裏両面と電圧計12とを電気的に接続し、これを断熱材よりなる基台10上に置き、このサンプル11上500mmの高さの金網13上に100°Cに熱した金属板14を置き、その時の最大電圧を電圧計12により測定し、この測定値を表2に示した。
【0063】
尚、比較のため、上記実施例1〜3、並びに比較例1及び2の各サンプルについてポーリング処理(分極処理)を行い、これらについて同様に焦電性能を測定した。尚、ポーリング処理は、各サンプルを100°Cのオイルバス中で1KVの直流電流を1時間印荷し、その状態のまま室温まで冷却し印荷を外すという方法で行った。
【0064】
【表2】
Figure 0004193074
【0065】
表2から、比較例1のものが5mVまたは6mVと、分極の有無に拘わらず、低い値となっているのに対し、分極していない実施例1〜3のものが、約1200から160mVと桁外れの高い値を示した。また、ポーリング処理を行った場合の各実施例1〜3の数値についても、約135から170mVと高い値を示した。また、市販の分極された比較例2のものは119mVであり、これに比べても実施例に係るものは優れた焦電性能を有していることが解る。このような結果から、該焦電材料におけるDCHBSAや2HPMMBなどの活性成分が焦電性能の向上に大きく寄与していることが解った。
【0066】
【発明の効果】
本発明の焦電材料は、従来の焦電材料の持つ焦電性能からは予測できない程の優れた焦電性能を有しており、しかもその製造に際し延伸、分極といった処理を必要としないので、きわめて安価である。
【0067】
(削除)
【図面の簡単な説明】
【図1】焦電材料における双極子を示した模式図。
【図2】エネルギー(熱)が伝わったときの焦電材料における双極子の状態を示した模式図。
【図3】母材中に活性成分が配合されたときの焦電材料における双極子の状態を示した模式図。
【図4】焦電材料における誘電率(ε′)と誘電損率(ε″)との関係を示したグラフ。
【図5】実施例1〜3並びに比較例1の各焦電材料からなるフィルムを模式的に示した模式図。
【図6】比較例2の焦電材料からなるフィルムを模式的に示した模式図。
【図7】実施例1〜3、並びに比較例1及び2の各焦電材料からなるフィルムの焦電性能を測定する装置を模式的に示した模式図。
【符号の説明】
1・・・焦電材料
2・・・双極子[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a pyroelectric material having an energy conversion function from heat to electricity and used for an infrared sensor or the like.
[0002]
[Prior art and problems to be solved by the invention]
Conventionally, ferroelectric materials having spontaneous polarization and a large pyroelectric coefficient have been used as pyroelectric materials. Specifically, single crystals such as triglycine sulfate (TGS) and lithium tantalate, and pyroelectric ceramics such as lead titanate (PZT), lead zirconate (PZ), and lead zirconate titanate (PZT) are widely used. It was.
[0003]
However, these pyroelectric materials have the disadvantage that they are difficult to work in a large area and are brittle, and because they require polarization treatment, they have become extremely expensive materials.
[0004]
As another pyroelectric material, there has also been proposed a pyroelectric polymer obtained by stretching a fluorine-based resin such as polyvinylidene fluoride (PVDF) and subjecting it to a polarization treatment.
[0005]
However, although this pyroelectric material is improved in brittleness, its performance is lower than that of the above-described pyroelectric ceramics, and further, treatments such as stretching and polarization are required, which is also an expensive material.
[0006]
As another pyroelectric material, a composite material combining the pyroelectric ceramics and pyroelectric polymer has also been proposed.
[0007]
However, even with this pyroelectric material, the above-mentioned drawbacks of the pyroelectric material cannot be solved.
[0008]
As a result of intensive studies on the pyroelectric material in order to eliminate the disadvantages of the conventional pyroelectric material, the present inventors have determined that the amount of dipole moment in the pyroelectric material contributes to the pyroelectric performance of the pyroelectric material. It has a deep relationship, and it has been found that the pyroelectric performance of the pyroelectric material can be dramatically improved by increasing the amount of dipole moment in the pyroelectric material .
[0009]
(Delete)
[0010]
The present invention has been completed based on the above-described knowledge, and aims to provide an inexpensive pyroelectric material that does not require treatment such as stretching and polarization and that has excellent pyroelectric performance. It is.
[0011]
Another object of the present invention is to provide a pyroelectric material that exhibits good pyroelectric performance in the operating temperature range.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the invention described in claim 1 includes polyvinyl chloride, polyethylene, polypropylene, ethylene-vinyl acetate copolymer, polymethyl methacrylate, polystyrene, styrene-butadiene-acrylonitrile copolymer, acrylic rubber, acrylonitrile - butadiene rubbers, styrene - butadiene rubber, butadiene rubber, natural rubber, isoprene rubber, chloroprene rubber and base material made of a polymer selected from chlorine polyethylene, as an active ingredient to increase the dipole moment amount in the base material And a pyroelectric material characterized in that one or more selected from a compound having a benzothiazyl group, a compound having a benzotriazole group, and a compound having a diphenyl acrylate group were blended .
[0013]
The invention according to claim 2 is characterized in that the base material is made of a polar polymer selected from polyvinyl chloride, chlorinated polyethylene, acrylic rubber, acrylonitrile-butadiene rubber, styrene-butadiene rubber, and chloroprene rubber. The electrical material was the gist.
[0014]
In the invention according to claim 3, the base material has a glass transition point in the operating temperature range, and polyvinyl chloride, polyethylene, polypropylene, ethylene-vinyl acetate copolymer, polymethyl methacrylate, polystyrene, and styrene. A polymer selected from butadiene-acrylonitrile copolymer and a plasticizer selected from di-2-ethylhexyl phthalate, dibutyl phthalate, diisononyl phthalate, or acrylic rubber, acrylonitrile-butadiene rubber, styrene-butadiene rubber, A pyroelectric material characterized in that it is composed of a polymer selected from butadiene rubber, natural rubber, isoprene rubber, chloroprene rubber, and chlorethylene is used .
[0015]
The gist of the invention described in claim 4 is a pyroelectric material characterized in that the active ingredient is blended at a ratio of 10 to 200 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the base material .
[0016]
(Delete)
[0017]
(Delete)
[0018]
(Delete)
[0019]
(Delete)
[0020]
(Delete)
[0021]
(Delete)
[0022]
(Delete)
[0023]
(Delete)
[0024]
(Delete)
[0025]
(Delete)
[0026]
(Delete)
[0027]
(Delete)
[0028]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the pyroelectric material of the present invention will be described in more detail. The pyroelectric material of the present invention is characterized in that an active ingredient that increases the amount of dipole moment in the base material is blended in the base material.
[0029]
As a base material component in this pyroelectric material, polyvinyl chloride, polyethylene, chlorinated polyethylene, polypropylene, ethylene-vinyl acetate copolymer, polymethyl methacrylate, polyvinylidene fluoride, polyisoprene, polystyrene, styrene-butadiene-acrylonitrile Polymers such as copolymers, styrene-acrylonitrile copolymers, acrylonitrile-butadiene rubber (NBR), styrene-butadiene rubber (SBR), butadiene rubber (BR), natural rubber (NR), isoprene rubber (IR), etc. Can be mentioned. Among these, polyvinyl chloride is preferable because it has good moldability and is inexpensive.
[0030]
Next, the relationship between the amount of dipole moment and pyroelectric performance in a pyroelectric material containing such a polymer as a base material component will be described. When energy (heat) is applied to the pyroelectric material, the magnitude of spontaneous polarization in the pyroelectric material changes accordingly. At this time, the surface charge that exists on the pyroelectric material surface to neutralize the spontaneous polarization cannot respond to the energy change as quickly as the above-mentioned spontaneous polarization. There is a charge corresponding to the change in spontaneous polarization. The generation of electricity accompanying this energy change is called pyroelectricity, and the material is called pyroelectric material.
[0031]
In particular, in a pyroelectric material made of a polymer such as polyvinylidene fluoride, it is known that pyroelectric performance is generated by polarization due to orientation freezing of the dipole moment of the main chain or side chain of the polymer.
[0032]
The above property is caused by energy conversion in the polarized pyroelectric material. In the process of studying the mechanism of pyroelectric performance in the pyroelectric material, the present inventors have studied the dipole in the pyroelectric material. It is discovered that energy is converted by the action of being displaced with a certain degree of freedom and then restored to its original state, resulting in an unprecedented pyroelectric performance.
[0033]
The details are shown below. FIG. 1 shows an arrangement state of the dipole 2 inside the pyroelectric material 1 before energy (heat) is transmitted. It can be said that the arrangement state of the dipole 2 is in a stable state. However, when energy (heat) is transmitted to this, the dipole 2 existing inside the pyroelectric material 1 is displaced, and each dipole 2 inside the pyroelectric material 1 is unstable as shown in FIG. Each dipole 2 tries to return to a stable state as shown in FIG.
[0034]
At this time, energy conversion occurs. It is considered that the pyroelectric performance is generated through the displacement of the dipole inside the pyroelectric material 1 and the energy conversion by the restoring action of the dipole.
[0035]
From the above-described mechanism of generating pyroelectric performance, the pyroelectric performance of the pyroelectric material 1 increases as the amount of dipole moment in the pyroelectric material 1 as shown in FIGS. 1 and 2 increases. Conceivable.
[0036]
From this, it is very useful to use a material having a large amount of dipole moment in the molecule as a base material component constituting the pyroelectric material in order to ensure higher pyroelectric performance.
[0037]
A polar polymer can be cited as an example in which the amount of dipole moment within the molecule is originally large. Specific examples of the polar polymer include polyvinyl chloride, chlorinated polyethylene, acrylic rubber (ACR), acrylonitrile-butadiene rubber (NBR), styrene-butadiene rubber (SBR), and chloroprene rubber (CR). be able to.
[0038]
In addition, when the pyroelectric material of the present invention is used for applications such as sensors, the temperature during use (hereinafter referred to as the operating temperature range) is approximately in the range of −20 ° C. to 40 ° C. It is very useful to use a polymer having a glass transition point as a base material component in the temperature range of use. This is because, according to the experiments by the inventors, the pyroelectric performance is exhibited most in the vicinity of the glass transition point of the polymer.
[0039]
Specific examples of polymers having a glass transition point in the operating temperature range include polyvinyl chloride, polyethylene, polypropylene, ethylene-vinyl acetate copolymer, polymethyl methacrylate, polystyrene, and styrene-butadiene-acrylonitrile copolymer. A plastic transition agent such as di-2-ethylhexyl phthalate (DOP), dibutyl phthalate (DBP), or diisononyl phthalate (DINP) is added to the polymer, and the glass transition point (Tg) is moved to the operating temperature range. Alternatively, the polymer itself has an acrylic rubber (ACR), acrylonitrile-butadiene rubber (NBR), styrene-butadiene rubber (SBR), butadiene rubber (BR), natural rubber (NR) having a glass transition point (Tg) in the operating temperature range. ), Isoprene rubber (IR), chloroprene rubber (CR , And the like can be mentioned polymers such as chlorinated polyethylene.
[0040]
In selecting the base material component, in addition to the amount of dipole moment in the molecule and the operating temperature range, handleability, moldability, availability, temperature performance (heat resistance and cold resistance), weather resistance, price, etc. It is desirable to consider.
[0041]
Further, in the pyroelectric material of the present invention, the active component blended in the base material is a component that dramatically increases the amount of dipole moment of the pyroelectric material, and the amount of dipole moment of the active component itself. Although the amount of the dipole moment of the active component itself is small, or the active component itself is small, the amount of the dipole moment increases dramatically by including the active component.
[0042]
For example, the amount of dipole moment generated inside the pyroelectric material 1 when the predetermined temperature condition and the magnitude of energy are the same as shown in FIG. It will increase to 3 times or 10 times below. Along with this, the energy consumption due to the restoring action of the dipole 2 when energy is transmitted will also increase dramatically, and it is considered that pyroelectric performance far exceeding prediction will occur.
[0043]
Examples of active ingredients that lead to such action and effects include N, N-dicyclohexylbenzothiazyl-2-sulfenamide (DCHBSA), 2-mercaptobenzothiazole (MBT), dibenzothiazyl sulfide (MBTS), N- Cyclohexylbenzothiazyl-2-sulfenamide (CBS), N-tert-butylbenzothiazyl-2-sulfenamide (BBS), N-oxydiethylenebenzothiazyl-2-sulfenamide (OBS), N , A compound containing a benzothiazyl group such as N-diisopropylbenzothiazyl-2-sulfenamide (DPBS),
[0044]
2- {2'-Hydroxy-3 '-(3 ", 4", 5 ", 6" tetrahydrophthalimide in which a benzotriazole having an azole group bonded to a benzene ring is used as a mother nucleus and a phenyl group is bonded thereto. Methyl) -5'-methylphenyl} -benzotriazole (2HPMMB), 2- {2'-hydroxy-5'-methylphenyl} -benzotriazole (2HMPB), 2- {2'-hydroxy-3'-t- Such as butyl-5'-methylphenyl} -5-chlorobenzotriazole (2HBMPCB), 2- {2'-hydroxy-3 ', 5'-di-t-butylphenyl} -5-chlorobenzotriazole (2HDBPCB) A compound having a benzotriazole group,
[0045]
Alternatively, one or more selected from compounds containing a diphenyl acrylate group such as ethyl-2-cyano-3,3-di-phenyl acrylate can be given.
[0046]
As content of the above-mentioned active ingredient, the ratio of 10-200 weight part is preferable with respect to 100 weight part of base materials. For example, when the content of the active ingredient is less than 10 parts by weight, a sufficient effect of increasing the amount of dipole moment cannot be obtained. When the content of the active ingredient exceeds 200 parts by weight, the compatibility is sufficiently high. Or sufficient mechanical strength may not be obtained.
[0047]
In determining the active ingredient to be blended in the base material, in addition to the amount of dipole moment described above, the compatibility between the active ingredient and the base material component, that is, the SP value is taken into consideration, and the values are close to each other. Choose a thing.
[0048]
The amount of dipole moment varies depending on the kind of the base material component and the active component described above. Even if the same component is used, the amount of dipole moment varies depending on the temperature at which energy (heat) is transmitted. Also, the amount of dipole moment varies depending on the amount of energy (heat) transmitted. For this reason, it is desirable to appropriately select and use the base material component and the active component so that the maximum dipole moment amount is taken into consideration in consideration of the temperature at the time of application and the magnitude of energy (heat).
[0049]
Further, in addition to the active ingredient, the above-mentioned base material has a mica scale piece, a glass piece, a glass piece for the purpose of increasing the mechanical strength of the pyroelectric material and for reducing the cost of the pyroelectric material as an extender. Fillers such as fiber, carbon fiber, calcium carbonate, barite, and precipitated barium sulfate can also be filled. In this case, the filler filling amount is preferably 10 to 80% by weight. For example, when the filling amount of the filler is less than 10% by weight, the strength is not improved even if the filler is filled, and conversely, even if the filling amount of the filler exceeds 80% by weight, it cannot be actually filled. Or the strength of the pyroelectric material will be reduced.
[0050]
The pyroelectric material of the present invention comprises a blender in which the above-mentioned base material component is blended with an active ingredient and, if necessary, a filler, a dispersant, a thickener, etc., as a dissolver, Banbury mixer, planetary mixer, glen mill, open kneader. In addition, it can be produced by dispersing and mixing with a conventionally known mixing and dispersing machine such as a vacuum kneader.
[0051]
By blending the active ingredient in the base material as described above, the amount of dipole moment is dramatically increased, so that the pyroelectric material exhibits high pyroelectric performance. The amount of dipole moment in the pyroelectric material containing the components is expressed as a difference in dielectric constant (ε ′) between A and B shown in FIG. That is, the greater the difference in dielectric constant (ε ′) between A and B shown in FIG. 4, the greater the amount of dipole moment .
[0052]
(Delete)
[0053]
(Delete)
[0054]
(Delete)
[0055]
【Example】
Example 1
DCHBSA is blended at a ratio of 100 parts by weight with respect to 100 parts by weight of polyvinyl chloride, and as shown in FIG. 5, it is formed into a plate shape having a thickness of 1 mm, a length of 150 mm and a width of 50 mm, and silver paste on both surfaces. An electrode (Asahi Chemical Laboratory, LS-506J, length 140 mm × width 40 mm) was formed as a sample.
[0056]
Example 2
A sample was prepared in the same manner as in Example 1, except that 2 HPMB was blended at a ratio of 100 parts by weight with respect to 100 parts by weight of polyvinyl chloride.
[0057]
Example 3
A sample was prepared in the same manner as in Example 1 except that 100 parts by weight of ECDPA was added to 100 parts by weight of polyvinyl chloride.
[0058]
Comparative Example 1
A sample was prepared in the same manner as in Example 1 using polyvinyl chloride alone.
[0059]
Comparative Example 2
A piezoelectric film made of polyvinylidene fluoride (PVDF) shown in FIG. 6 (KF piezo film, thickness 40 microns, length 100 mm × width 70 mm, manufactured by Kureha Chemical Co., Ltd.)
[0060]
First, the dielectric loss tangent (tan δ), dielectric loss factor (ε ″), and dielectric constant (ε ′) of each sample of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 were measured, and the results shown in Table 1 were obtained. The dielectric loss tangent (tan δ), dielectric loss factor (ε ″), and dielectric constant (ε ′) were measured at the glass transition point of each sample.
[0061]
[Table 1]
Figure 0004193074
[0062]
Next, the pyroelectric performance of each of the samples of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2 was measured. As shown in FIG. 7, the front and back surfaces of the sample 11 and the voltmeter 12 are electrically connected to each other and placed on the base 10 made of a heat insulating material. A metal plate 14 heated to 100 ° C. was placed on 13, and the maximum voltage at that time was measured with a voltmeter 12, and the measured values are shown in Table 2.
[0063]
For comparison, the samples of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2 were subjected to a polling process (polarization process), and the pyroelectric performance was similarly measured for these samples. The polling process was performed by applying a 1 KV direct current for 1 hour in an oil bath at 100 ° C. for 1 hour, cooling to room temperature in that state, and removing the load.
[0064]
[Table 2]
Figure 0004193074
[0065]
From Table 2, the value of Comparative Example 1 is 5 mV or 6 mV, which is a low value regardless of the presence or absence of polarization, whereas the non-polarized Examples 1 to 3 are about 1200 to 160 mV. The value was extremely high. In addition, the numerical values of Examples 1 to 3 when the polling process was performed also showed a high value of about 135 to 170 mV. In addition, the commercially available polarized comparative example 2 has a voltage of 119 mV, and even in comparison with this, it can be seen that the examples have superior pyroelectric performance. From these results, it was found that active components such as DCHBSA and 2HPMMB in the pyroelectric material greatly contributed to the improvement of pyroelectric performance.
[0066]
【The invention's effect】
The pyroelectric material of the present invention has an excellent pyroelectric performance that cannot be predicted from the pyroelectric performance of conventional pyroelectric materials, and does not require treatment such as stretching or polarization in its production. Very cheap.
[0067]
(Delete)
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a dipole in a pyroelectric material .
FIG. 2 is a schematic diagram showing a state of a dipole in a pyroelectric material when energy (heat) is transmitted.
FIG. 3 is a schematic diagram showing a dipole state in a pyroelectric material when an active ingredient is blended in the base material.
FIG. 4 is a graph showing the relationship between dielectric constant (ε ′) and dielectric loss factor (ε ″) in a pyroelectric material.
5 is a schematic view schematically showing films made of pyroelectric materials of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1. FIG.
6 is a schematic view schematically showing a film made of a pyroelectric material of Comparative Example 2. FIG.
7 is a schematic view schematically showing an apparatus for measuring pyroelectric performance of films made of pyroelectric materials of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2. FIG.
[Explanation of symbols]
1 ... Pyroelectric material 2 ... Dipole

Claims (3)

ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−酢ビ共重合体、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン、スチレン−ブタジエン−アクリロニトリル共重合体、アクリルゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、ブタジエンゴム、天然ゴム、イソプレンゴム、クロロプレンゴム及び塩素ポリエチレンから選ばれる高分子よりなる母材中に、
前記母材における双極子モーメント量を増加させる活性成分として、N、N−ジシクロヘキシルベンゾチアジル−2−スルフェンアミド(DCHBSA)、2−メルカプトベンゾチアゾール(MBT)、ジベンゾチアジルスルフィド(MBTS)、N−シクロヘキシルベンゾチアジル−2−スルフェンアミド(CBS)、N− tert −ブチルベンゾチアジル−2−スルフェンアミド(BBS)、N−オキシジエチレンベンゾチアジル−2−スルフェンアミド(OBS)、N、N−ジイソプロピルベンゾチアジル−2スルフェンアミド(DPBS)、2−{2’−ハイドロキシ−3’−(3”,4”,5”,6”テトラハイドロフタリミデメチル)−5’−メチルフェニル}−ベンゾトリアゾール(2HPMMB)、2−{2’−ハイドロキシ−5’−メチルフェニル}−ベンゾトリアゾール(2HMPB)、2−{2’−ハイドロキシ−3’−t−ブチル−5’−メチルフェニル}−5−クロロベンゾトリアゾール(2HBMPCB)、2−{2’−ハイドロキシ−3’,5’−ジ−t−ブチルフェニル}−5−クロロベンゾトリアゾール(2HDBPCB)、エチル−2−シアノ−3,3−ジ−フェニルアクリレートの中から選ばれた1種若しくは2種以上を配合してなり、
活性成分が母材100重量部に対して10〜200重量部の割合で含まれていることを特徴とする焦電材料。
Polyvinyl chloride, polyethylene, polypropylene, ethylene-vinyl acetate copolymer, polymethyl methacrylate, polystyrene, styrene-butadiene-acrylonitrile copolymer, acrylic rubber, acrylonitrile-butadiene rubber, styrene-butadiene rubber, butadiene rubber, natural rubber , isoprene rubber, a base material made of a polymer selected from chloroprene rubber, and chlorinated polyethylene,
As an active ingredient for increasing the amount of dipole moment in the base material, N, N-dicyclohexylbenzothiazyl-2-sulfenamide (DCHBSA), 2-mercaptobenzothiazole (MBT), dibenzothiazyl sulfide (MBTS), N-cyclohexylbenzothiazyl-2-sulfenamide (CBS), N- tert -butylbenzothiazyl-2-sulfenamide (BBS), N-oxydiethylenebenzothiazyl-2-sulfenamide (OBS) N, N-diisopropylbenzothiazyl-2sulfenamide (DPBS), 2- {2′-hydroxy-3 ′-(3 ″, 4 ″, 5 ″, 6 ″ tetrahydrophthalimidemethyl) -5 '-Methylphenyl} -benzotriazole (2HPMMB), 2- {2'-hydroxy-5'- Tylphenyl} -benzotriazole (2HMPB), 2- {2′-hydroxy-3′-t-butyl-5′-methylphenyl} -5-chlorobenzotriazole (2HBMPCB), 2- {2′-hydroxy-3 ′ , 5′-di-t-butylphenyl} -5-chlorobenzotriazole (2HDBPCB), ethyl-2-cyano-3,3-di-phenyl acrylate And
A pyroelectric material comprising an active ingredient in a proportion of 10 to 200 parts by weight with respect to 100 parts by weight of a base material.
母材が、ポリ塩化ビニル、塩素ポリエチレン、アクリルゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、及びクロロプレンゴムから選ばれる極性高分子よりなることを特徴とする請求項1記載の焦電材料。Base material, polyvinyl chloride, chlorinated polyethylene, acrylic rubber, acrylonitrile - butadiene rubbers, styrene - butadiene rubbers, and pyroelectric material according to claim 1, wherein a formed of polar polymer selected from chloroprene rubber. 母材が、使用温度域にガラス転移点を有しており、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−酢ビ共重合体、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン、及びスチレン−ブタジエン−アクリロニトリル共重合体から選ばれる高分子に、ジ−2−エチルヘキシルフタレート、ジブチルフタレート、ジイソノニルフタレートから選ばれる可塑剤を添加したもの、或いはアクリルゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、ブタジエンゴム、天然ゴム、イソプレンゴム、クロロプレンゴム及び塩素ポリエチレンから選ばれる高分子よりなるものからなることを特徴とする請求項1記載の焦電材料。The base material has a glass transition point in the operating temperature range, from polyvinyl chloride, polyethylene, polypropylene, ethylene-vinyl acetate copolymer, polymethyl methacrylate, polystyrene, and styrene-butadiene-acrylonitrile copolymer. A polymer selected by adding a plasticizer selected from di-2-ethylhexyl phthalate, dibutyl phthalate, diisononyl phthalate, or acrylic rubber, acrylonitrile-butadiene rubber, styrene-butadiene rubber, butadiene rubber, natural rubber, isoprene rubber pyroelectric material according to claim 1, wherein the consisting of those consisting of a polymer selected from chloroprene rubber, and chlorinated polyethylene.
JP13197197A 1997-05-22 1997-05-22 Pyroelectric materials Expired - Fee Related JP4193074B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP13197197A JP4193074B2 (en) 1997-05-22 1997-05-22 Pyroelectric materials

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP13197197A JP4193074B2 (en) 1997-05-22 1997-05-22 Pyroelectric materials

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH10321922A JPH10321922A (en) 1998-12-04
JP4193074B2 true JP4193074B2 (en) 2008-12-10

Family

ID=15070516

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP13197197A Expired - Fee Related JP4193074B2 (en) 1997-05-22 1997-05-22 Pyroelectric materials

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4193074B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5207620B2 (en) * 2005-11-24 2013-06-12 As R&D合同会社 Power generation device, power generation device using the same, sensor and heating element
CN113214189B (en) * 2021-04-12 2023-01-24 南昌航空大学 A kind of conjugated small molecule thermoelectric material and its preparation method

Also Published As

Publication number Publication date
JPH10321922A (en) 1998-12-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5633769B1 (en) Flexible transducer
JP6696885B2 (en) Piezoelectric sensor
Ke et al. Effects of branched carbon nanotubes and graphene nanoplatelets on dielectric properties of thermoplastic polyurethane at different temperatures
Banet et al. Evaluation of dielectric elastomers to develop materials suitable for actuation
Mahdi et al. Piezoelectric and pyroelectric properties of BNT-base ternary lead-free ceramic–polymer nanocomposites under different poling conditions
US4128489A (en) Piezo-electric material
De Neef et al. Beta phase crystallization and ferro-and piezoelectric performances of melt-processed poly (vinylidene difluoride) blends with poly (methyl methacrylate) copolymers containing ionizable moieties
JP2018056287A (en) Transducer arranged by use of flexible piezoelectric material
JP2010109121A (en) Dielectric film, actuator using the same, sensor, and transducer
JP4193074B2 (en) Pyroelectric materials
TW201437002A (en) Composite vibration-damping material
Gao et al. Highly elastic relaxor ferroelectric via peroxide crosslinking
Qi et al. Sign of the piezoelectric response in double-path ferroelectrics
Cui et al. Polymer electrolytes toward next-generation batteries
JP2009192231A (en) Piezoelectric element
JP4092443B2 (en) Piezoelectric material
Kim et al. Piezoelectric polymeric thin films tuned by carbon nanotube fillers
JPH107845A (en) Vibration-damping material
CN1654532A (en) Piezoelectric ceramic and pioloform composite materials
JPH09302139A (en) Damping material
JPH10231430A (en) Piezoelectric material
Poikelispää et al. High actuation performance offered by simple diene rubbers
JP3928067B2 (en) Piezoelectric material
Shakun Soft elastomeric material with improved dielectric permittivity
Sahu et al. Pre-strain in VHB 4910 Dielectric Elastomer Towards Kinetics of Crystallization

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20040405

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20050304

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20070918

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20071116

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20071116

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080515

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20080714

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20080812

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20080910

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111003

Year of fee payment: 3

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees