虽然涂料的感官吸引力一直是消费者接受设备和电器的重要驱动力，但涂料的积极触觉交互特性在主要关注其光学特性的行业中越来越受到关注。因此，了解这些触觉特征的美学和功能意义是一个机会领域。人体与表面的物理接触可以有积极和消极的属性;积极的属性通常与诸如“感觉良好”、“柔软的触感”、“有色的”、“温暖的”、“缓冲的”和“光滑的”等术语相关联，但只有在特定的应用上下文中才有意义。例如，“slip”在一个应用程序中可能是一个积极属性，但在另一个应用程序中可能是消极属性。直接与金属、纤维或聚合物基质的接触通常是沉闷的，甚至是不愉快的，当一种涂层以不同的方式刺激皮肤的机械和热感受器时，可以转化为一种功能上令人愉快的互动，甚至是奢侈的互动。依赖于与涂料的积极触觉交互作用的应用包括医疗设备、移动设备、汽车内饰、合成皮革，以及广义上的纺织品饰面以及颜色和护发化妆品。负面的触觉相互作用可能只会导致涂层的接触磨损失效;在纺织涂料中，它们可能与引起褥疮的摩擦和模量特性有关。最后，触觉属性问题已经成为市场接受互动设备的关键，从手持设备到人机界面的机器人。

图1显示了触觉交互与功能属性相结合的各种应用。合成皮革涂饰需要控制摩擦模量和摩擦系数。用于指纹识别的电容阵列需要结合触觉交互作用、介电特性以及气体和水分的渗透性。用于隐形眼镜的硅氧烷-聚氨酯共聚物的透氧性、亲水性和机械性能在医疗领域表现出极大的控制能力，可以从批量成型转化为厚膜。

特定涂层的感官吸引力是由其积极的视觉属性在远处定义的。然而，当涉及触摸和运动的个人接触是一个内在的考虑因素时，涂层的接受取决于积极的触觉互动。通过触摸和运动与物体的结合所产生的交互作用可以定义为“触觉交互”。

虽然乙烯基塑溶胶和聚氨188金宝搏bet官网酯等软材料在整体上主导着正面触觉交互涂料领域，但在相互作用精度至关重要的领域，硅酮和硅氧烷改性聚氨酯占主导地位。硅酮和硅氧烷改性的聚氨酯在热固性和热塑性实施例中已很好地建立起来。在医疗领域尤其如此，它们已被用于制造导管、起搏器引线和人工心脏瓣膜等设备。虽然生物相容性是这些材料的显著特性，但它们通常提供积极的触觉交互作用。188金宝搏bet官网与这些材料的成功和积极的触觉相互作用相关的可测量物理特性包括疏水性、柔韧性、低表面能和摩擦系数(包括干摩擦和水动力摩擦)。188金宝搏bet官网到目前为止，这些已建立的性能还没有广泛地转化为涂料应用。这在一定程度上是因为硅改性聚氨酯的配方一直受到缺乏适当的硅氧烷多元醇的阻碍，这些多元醇的分子量太高或太分散，无法达到可接受的薄膜机械性能。此外，传统平衡聚合有机硅所固有的低分子量污染物(挥发性循环物)通常会干扰薄膜的形成和基底的粘附。然而，最近在聚硅氧烷可控聚合方面的发展已经能够生产具有精确分子结构的硅氧烷多元醇，然后可以反应生成适合于正面触觉交互作用涂料的硅酮和聚氨酯。根据所使用的硅氧烷多元醇的不同，新188金宝搏bet官网型聚氨酯材料分为两类:远螺旋硅氧烷聚合物(两端具有相同功能)和硅氧烷高分子聚合物(一端具有相同功能的低聚材料)。 The specific position and number of hydroxyl groups in these materials enable the introduction of siloxanes into urethanes as segments, terminating blocks and, uniquely, pendant groups.

图2比较了远旋硅氧烷和大聚硅氧烷的结构。与聚醚多元醇衍生的传统聚氨酯相比，硅氧烷多元醇衍生的聚氨酯在几个方面表现出了更好的性能，包括光学、介电、紫外线稳定性、摩擦系数、不粘/释放、低模量和疏水性(表1)。

人类对触觉接触的感知是复杂的，但通常集中在摩擦系数、不粘/滑移、模量和相对疏水性。虽然积极的触觉交互材料通常不是为了复制皮肤，但了解皮肤的基本结构和特性188金宝搏bet官网是至关重要的，作为我们与这些材料交互的基准。皮肤的物理特性取决于许多因素，如位置(在身体上)，年龄，性别和水合作用。广义上讲，皮肤在与触觉相互作用相关的正常变形范围内是不可压缩的、各向异性的、非线性粘弹性的。图3提供了皮肤结构的说明，而表2总结了皮肤的物理特性(典型平均值)，数据主要来自手和前臂区域。

有两大类与正面触觉交互作用相关的涂料，其中硅氧烷-多元醇衍生的聚氨酯的好处正在实现新的应用。这两类物质的物理性质与皮肤大体相似。在第一类中，间接的-例如，结构或电容-与基片的相互作用是必不可少的。电容性相互作用的例子是在指纹识别的亚微米级电容阵列，涂上保护，但仍然响应指尖结构;这些通常是薄涂层(<250微米)，在电子应用中通常被称为“保形”涂层。在第二类涂料中，由使用参数定义的对物理位移(例如压痕或摩擦位移)的特定阻力是所需的。这些涂层的厚度一般为1000微米。除了涂层材料的固有性能外，还必须考虑其他因素，如涂层厚度和涂层模量与基材模量的比值。一般来说，薄膜或保形涂料具有高的硅氧烷含量，作为段并入聚氨酯，而厚膜或散装涂料具有较低的硅氧烷含量，作为垂坠并入。

薄膜或保形硅氧烷改性聚氨酯

当基材的结构特征或纹理必须保持可触摸时，所选涂层的一致性就变得至关重要。薄膜或保形有机硅涂层依赖于有机硅骨架的灵活性(图4)。例如，聚二甲基硅氧烷是由热力学驱动扩散并形成单分子薄膜的，因为其表面张力(20.4 mN/m)低于固体或约束薄膜的临界表面张力(22.7 mN/m)。硅含量越高，形成保形膜的倾向越大。对于采用远螺旋硅氧烷作为块的聚合物，已观察到当块中的硅氧烷单元少于6-8个时，灵活性受到限制。因此，大多数配方使用至少10个硅氧烷单位来将一致性引入涂料。表3a总结了市售端羟基硅氧烷。在聚氨酯技术中，“多元醇”通常是指具有两个或多个羟基的分子种类。这里的表格信息利用术语“甲醇”来指代附着在碳原子上的羟基。这与直接附着在硅原子上的羟基(称为“硅醇”)的化学性质不同，硅醇不能形成水解稳定的聚氨酯。

选择特定的远旋胶取决于机械性能要求，一致性，抗污性和润滑性的组合。总体而言，硅氧烷块体尺寸越大，其正规性和耐污性越高，而力学性能越低。然而，其他因素使这种简单的权衡变得复杂。例如，如果润滑需要水动力水界面，则需要更高含量的聚乙二醇(PEG)含量。另一方面，如果需要低模量和与触觉定位相关的最小滑移，则需要具有很少或没有PEG的大型硅氧烷块。这些考虑由于额外的使用要求，如摩擦系数而进一步复杂化:虽然必须始终考虑相对摩擦系数，但具体应用要求考虑更复杂的摩擦变量。当静摩擦系数大于动摩擦系数时，材料会表现出不粘滑特性。更常见的情况是，材料的动态摩擦188金宝搏bet官网系数高于静态摩擦系数，从而表现出粘滑特性。水也是一个一直存在的问题。在皮肤接触棉织物的情况下，随着织物变湿，摩擦系数从0.42增加到0.91，增加了一倍以上。 In other cases, water provides a hydrodynamic lubricating layer. While slip may be desirable in some applications, braking characteristics may be more important in others (in order to achieve braking characteristics, the CoF should exceed 1). Table 3b summarizes commercially available siloxanes with pendant hydroxyl groups.

厚膜硅氧烷改性聚氨酯

一般来说，厚膜涂层掩盖或改变基材的底层纹理或结构。在这些应用中，表面触觉的相互作用并没有被忽略，但是薄膜的硬度、模量和弹性变得更加重要。由于聚氨酯的机械强度远高于聚硅氧烷，因此聚氨酯的一般配方策略是保持有机聚氨酯骨架，并引入硅氧烷作为垂坠基团(图5)。由于与构成远螺旋骨架的二甲基硅氧烷基团相比，三甲基硅氧烷端基的表面能较低，垂坠的使用显著提高了拒水性。由于硅氧烷大分子聚合物相对昂贵，标准配方中的有机多元醇含量通常被最少量的硅氧烷大分子聚合物所取代，以提供所需的效果:通常是污渍释放或摩擦系数。使用有机硅高分子和异氟尔酮二异氰酸酯(IPDI)与传统多元醇相结合的合成皮革饰面为这种方法提供了一个成功的例子。

表4比较了添加以下添加剂改性ipdi基聚氨酯的情况:(A)无功能聚二甲基硅氧烷[DMS-T15];(B)甲醇端部远螺旋硅胶与聚氨酯合并形成嵌段共聚物(DMS-C21);和(C)聚合到树脂中以引入垂坠硅氧烷(MCR-C62)的二甲酚端型高分子。硅胶含量均为3.0 ~ 3.5%。虽然添加剂方法增加了接触角，表明疏水性和释放量增加，但随着磨损的增加，这种效果会降低。由远旋聚合物形成的嵌段聚合物在磨损后的接触角保持了适度的增加，但摩擦系数较高，耐磨性没有提高。聚合物的疏水性增加，摩擦系数降低，耐磨性显著提高。这些结果可以解释为维持了非硅氧烷有机聚合物的主链和只附着在聚合物主链一端的硅氧烷的自由旋转能。

除了摩擦和释放性能外，将硅氧烷作为软块加入聚氨酯聚合物结构的好处通常与硬度和模量降低到更接近人体软组织的范围有关。配方方面的考虑更为复杂，性能的优化取决于硅氧烷块的类型和尺寸。此外，它们经常与其他软块材料组合使用，如聚(四亚甲基氧化物)和脂肪族聚碳酸酯二醇。188金宝搏bet官网以重量百分比计算，硅氧烷含量超过20%是不寻常的。在较高的水平，抗拉强度和其他机械性能的损失通常是不可接受的。表5提供了一系列硅氧烷聚氨酯体系的机械性能。

厚膜硅树脂涂料

根据配方的不同，有机硅涂料会引起广泛的触觉反应。如果它们含有低分子量，特别是易挥发的物种，它们与“丝滑”的感觉和表现滑移有关。另一方面，有机硅涂层的低分子量物种已经耗尽，与“俗气”的感觉有关。这两种情况的共同点是聚合物的极端疏水性。当有机硅涂层没有低分子量物质时，它们表现出高摩擦系数，并且由于它们相对较低的机械性能，在连续的触觉相互作用中，由于磨料和粘合剂剥落而失败。具有中心乙烯基功能、离散PEG2 (MCS-VX15)、PEG3 (MCS-VX16)或四氢糠基(THF) (MCS-VF14)垂坠端基的定义明确的有机硅，可作为共聚单体用于另外固化、铂催化的两组分有机硅弹性体配方，以引入亲水性(图6)。在此类配方中，通过引入吸附水的流体动力润滑层来改善表面摩擦学性能。改性的有机硅弹性体保留了这类材料的光学清晰度和机械性能特征，在两部分配方中单体含量高达15%。去离子水在有机硅弹性体表面的接触角测量表明，随着共聚单体含量的增加，润湿性有所提高:当共聚单体含量为8 wt.%时，弹性体表面从疏水(接触角~120°)转变为亲水(接触角< 90°)(图7a)。经改性的有机硅弹性体的摩擦系数测量表明，随着共聚单体负载的增加，表面润滑性增加(图7b)。

结论

需要特定生物界面响应的触觉涂料的应用将继续增长，需求和性能规格的复杂性将继续增长。在响应关键的软相互作用领域，聚氨酯和硅基材料将占主导地位。188金宝搏bet官网反应性硅氧烷、远旋硅氧烷和大聚硅氧烷凭借其固有的物理性能和结构控制，现在能够扩展聚氨酯基和硅基正触觉相互作用涂料的性能范围。

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