EP2486115A1 - Elektrorheologische flüssigkeit mit organischen dotierstoffen sowie verwendung hiervon - Google Patents

Elektrorheologische flüssigkeit mit organischen dotierstoffen sowie verwendung hiervon

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EP2486115A1
EP2486115A1 EP10754897A EP10754897A EP2486115A1 EP 2486115 A1 EP2486115 A1 EP 2486115A1 EP 10754897 A EP10754897 A EP 10754897A EP 10754897 A EP10754897 A EP 10754897A EP 2486115 A1 EP2486115 A1 EP 2486115A1
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EP
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electrorheological fluid
carbon
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fluid according
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EP10754897A
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Jochen Uebe
Holger Böse
Yanina Reichert
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Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
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    • C10N2040/14—Electric or magnetic purposes

Definitions

  • the present invention relates to novel polymer-based electrorheological fluids (ERF) with organic dopants and uses thereof.
  • An ERF is generally a suspension which consists of electrically polarizable, finely divided solid particles in a hydrophobic, electrically non-conductive carrier liquid (eg DE 39 41 232 A1).
  • a hydrophobic, electrically non-conductive carrier liquid eg DE 39 41 232 A1.
  • electrorheological fluids known to date e.g., EP 0 824 128 B1
  • the polarization of the particles is due to the migration of ions corresponding to theirs
  • ER activity is the change in rheological characteristics (viscosity, shear stress, yield point, etc.) due to the application of electric fields.
  • a reversible transition of ERF from the liquid to the gel or solid state takes place, ie after switching off the electric field, the ERF returns to its liquid initial state.
  • ERF with salt-doped particles can also cause corrosion at the electrodes.
  • an ERF with a chloride-containing salt (EP 0 824 128 B1) corrosively acts on steel electrodes.
  • the ERFs are preferably developed individually for specific applications.
  • the ER activity can be strongly influenced by the choice of the disperse phase and by the doping of the disperse phase.
  • a known ERF with 0.07 wt .-% lithium chloride-doped polyurethane particles (EP 0 824 128 Bl) has a high shear stress of about 4000 Pa, but also a high current density of about 80 ⁇ / cm 2 at DC voltage, a temperature of 40 ° C, one
  • ERF also has a corrosive effect on steel electrodes, which leads to rapid wear of the components and consequently to a decrease in ER activity, and the use of inorganic salts other than doping of the PUR particles did not reduce the temperature dependence of the ER activity There was only a shift in the working temperature range, while the conductivity remained high, ERF from other polymer particles based on polyaniline, polythiophene, polypyrrole and other commercially available ERF
  • an object of the present invention to provide an electrorheological fluid, which has a high ER activity, a low temperature dependence and a low electrical conductivity (even at high temperatures) with low base viscosity having. It was likewise the object of the present invention to be able to use such a device
  • Liquid provided which contains at least one type of particles and at least one polar or electrically polarizable organic dopant in or on the particles, wherein the particles are present in a carrier liquid.
  • the electrorheological fluids of the present invention provide significant advantages over the electrorheological fluids known in the art: I.
  • the ERFs with organic dopants surprisingly show an ER activity of the same order of magnitude or even a significantly greater ER activity than with ERF with salt-doped PUR.
  • control electronics This allows for technical applications a significant reduction in the cost of the construction of the control electronics, as can be used on conventional components and no effort by means of z. B. a cooling of the electronics due to a high power consumption is necessary. In addition, the control electronics can be miniaturized.
  • the organic dopants act on the particles mostly like plasticizers. Thereby degraded especially at higher doping levels of these compounds, the glass transition point. A lowering of the glass point of the polymer particles (eg polyurethane particles) causes a lowering of the lower temperature limit at which an ER activity already occurs. The new ERF can therefore be used at lower temperatures.
  • the fluids according to the invention do not corrosive to metal electrodes.
  • the organic dopants are preferably polyunsaturated compounds having conjugated double bonds, phenyl rings in conjugation and / or fused and / or fused aromatic ring systems.
  • the dopant or the polyunsaturated compound may have at least one functional group selected from the group consisting of electron donors and / or electron acceptors.
  • the dopant has the general formula
  • D is a donor group
  • ⁇ is a polyunsaturated radical
  • A is an acceptor group
  • X is a reactive functional group attached to ⁇
  • x and y are each independently 1 to 10
  • the radical ⁇ is derived from compounds which are selected from the group consisting of a) branched, unbranched, linear conjugated and / or crossed conjugated linear systems, preferably polyenes, polyynes, polyenines, in particular polymethines, polymethines with Aza group, polyacetylenes, dienes, trienes, tetraenes,
  • Pentaenes isoprene units, 1,3-butadiene units
  • cyclic systems and / or annulenes insbeson ⁇ particular benzene, naphthalene, anthracene, phenanthrene, azulene, triphenylmethane, biphenyl, perylene, fluorescence reindeer, acenaphthylene, phenanthrene, pyrene,
  • heterocyclic systems in particular pyridine, pyrrole, thiophene, furan, indole, imidazole,
  • Acceptor groups A is one
  • Electron donor or an electron acceptor refers to groups that can interact with the ⁇ -electron system of the rest of the molecule by delocalizing the nonbonding electron pairs or ⁇ -electrons of the substituent. But they can also be functional groups that have only a positive or negative inductive
  • a donor group is a group that shifts the electron density of the ⁇ -electron system by a positive inductive effect (+1 effect) and / or by a positive resonance or mesomerism effect (+ R- or + M Effect) increases the electron density of the ⁇ -electron system.
  • the + I effect and the + M effect can occur both simultaneously and individually.
  • Examples are primary, secondary or tertiary amines, OH groups, SH groups, halogens (sharks), ethers, double bonds (between two carbon atoms or one carbon and one non-carbon atom (eg nitrogen) or between two of carbon different atoms), triple bonds (between two carbon atoms or a carbon atom and an atom other than carbon or between two atoms other than carbon), alkyl, functionalized alkyl, aryl, functionalized aryl, heteroaryl, anionic groups such as , As methides or phenolates.
  • An acceptor group is a group that shifts the electron density of the K electron system by a negative inductive effect (-I effect) and / or by a negative resonance or mesomerism effect (-R or -M - Effect) the electron density of the ⁇ -electron system is lowered.
  • the -I effect and the -M-effect can occur both simultaneously and individually. Examples of these are halogens (shark), aldehydes, ketones, nitriles, nitro groups, nitroso groups, esters,
  • Acids (-COOH), amides (-CONH 2 ), acid halides (-COHal), sulfonic acids (-SO 3 H), sulfonic acid groups, CF 3 groups, aryls, heteroaryls, double bonds (between two carbon atoms or one carbon and one different from carbon Atom (for example nitrogen) or between two atoms other than carbon), triple bonds (between two carbon atoms or one carbon atom and one non-carbon atom or between two carbon-different atoms), carbocations or cationic groups such as carbon atoms.
  • Group X is preferably a group which is suitable for entering into a chemical bond with the particles and in particular being selected is selected from the group consisting of hydroxy groups, primary or secondary amines, aldehydes, ketones, urethane groups, urea groups and / or
  • the dopant are selected from the group consisting of o-, p- or m-nitroanisole, l-methoxy-4-nitronaphthalene, o-, p- or m-nitroaniline, N, N-dimethyl-p-nitroaniline , 2-methoxy-p-nitroaniline, 4-nitroacetanilide, N, N-dimethyl-m-nitroaniline, 4-nitro-1-naphthylamine, 1- (3-pyridinazo) -2-naphthol, 5- [4 (Dimethylamino) phenyl] methylene] barbituric acid (4-N, N-dimethylaminobenzalbarbituric acid), 5- [[4- (dimethylamino) phenyl] methylene] -2-thiobarbituric acid (4-N, N-dimethylamino-benzal-2-thiobarbituric acid), 4-dimethylamino-4 x -
  • preferred electrorheological fluids are characterized in that the dopant is dissolved in the particles and / or chemically bound in and / or to the particles and the particles are suspended in the carrier liquid. It is likewise advantageous that the dopant, based on the total weight of the particles contained, contains between 0.01 and 40% by weight, preferably between 0.05 and 20% by weight, particularly preferably between 0.1 and 10% by weight is.
  • Preferred particle contents are between 1 and 70% by volume, preferably between 2 and 65% by volume, more preferably between 5 and 60% by volume.
  • the average particle size d 5 o between 10 nm and 1 mm, preferably between 20 nm and 500 ⁇ , more preferably between 40 nm and 200 ⁇ .
  • the particles preferably used in the electrorheological fluid are polymer particles which are polymers, preferably selected from the group consisting of polyurethanes, polyureas, poly (urethane ureas), poly (urethane amides), polyurea, poly (acrylic acid esters), poly (meth). acrylic acid esters), poly (urea-siloxanes), their copolymers, polybiurets, polyallophanates,
  • Preferred carrier fluids for the electrorheological fluid are selected from the group consisting of silicone oils, halo- or phenyl-containing silicone oils, paraffins, halogenated hydrocarbons (for example chlorinated and / or fluorinated hydrocarbons), aromatic hydrocarbons, polyoxyalkylenes,
  • perfluorinated polyethers mineral oils, vegetable oils, transformer oils, kerosene and / or mixtures thereof.
  • the electrorheological fluid may contain other additives such as dispersants, stabilizers, eg. B. against sedimentation, antioxidants, anti-wear agents, UV absorbers, etc.
  • additives such as dispersants, stabilizers, eg. B. against sedimentation, antioxidants, anti-wear agents, UV absorbers, etc.
  • the ERFs of the invention can be used in a variety of applications. These include adaptive shock, vibration and impact absorbers as well as electrically controllable clutches and brakes. Other applications are in sports and exercise equipment, in haptic systems such as controls and in devices for fixing objects such as workpieces to be machined.
  • the ERF according to the invention are thus technically widely used in transmitting and attenuating large Forces using low electrical power in short times, such as.
  • clutches hydraulic valves, shock absorbers, vibration dampers or devices for positioning and fixing of workpieces.
  • electrorheological fluids that can be prepared according to the invention can be used to generate and / or display haptic information such as forces, torques, characters, computer-simulated objects, sensor signals or images.
  • electrorheological fluids which can be prepared according to the invention can be used to simulate viscous, elastic and / or viscoelastic properties or the consistency distribution of an object, in particular for training and / or research purposes and / or for medical applications.
  • ERF electrostatic clutches and / or brakes
  • the dopants used in the invention can be dissolved or dispersed in the particles of
  • Dopants contain additional functional groups that are suitable for binding to the base polymer of the particles.
  • Such functional groups may, for. As hydroxy, primary or secondary amines, aldehydes, ketones or COOH groups, these groups may be identical to the donor or acceptor group.
  • Polymer matrix is always advantageous if the dopants used z. B. have a high toxicity.
  • the linkage with the polymer thus prevents the diffusion of the compound from the particles.
  • two types of doping with the organic compounds according to the invention are generally distinguished: 1) Intermolecular interaction of the dopants in the particles; 2) chemical bonding to the base polymer of the particles.
  • Examples of the first type of organic doping are o-, p-, m-nitroanisole, 1-methoxy-4-nitronaphthaline, o-, p-, m-nitroaniline, N, -dimethyl-p-nitroaniline, 2-methoxy-p-nitroaniline, 4-nitroacetanilide, N, N-dimethyl-m-nitroaniline, 4-nitro-1-naphthylamine, 1- (3-pyridinazo) -2-naphthol, 4-N, -dimethylaminobenzalbarbituric acid , 4-N, N-dimethylaminobenzal-2-thiobarbituric acid, 4-dimethylamino-4'-nitrostobe, methyl-3 aminobenzoate, 1-nitro- 1- dimethylthiophene, n-butylurea, tetramethylurea, 2-indolinone, 2-nitro-1-naphthol, 2-methoxy-5-nitroaniline, 2-methyl-3
  • the following organic compounds may be mentioned as examples: 6-nitroindoline, o-, p-, m-nitrophenol, o-, p-, m-nitroanaline, 4-methyl-3-nitrobenzyl alcohol, 3 Methyl 4-nitrobenzyl alcohol, 2- (4-nitrophenyl) ethanol (4-nitrophenethyl alcohol), 2-methyl-3, 5-dinitrobenzyl alcohol, 4-nitrocatechol, 3-nitrobenzyl alcohol, 2, 2 '- [4- (4-nitrobenzyl alcohol; 2-hydroxyethylamino) -3-nitrophenylamino] -diethanol, N-methyl-N- (2-hydroxyethyl) -4-aminobenzalbarbituric acid, N-methyl-N- (2-hydroxyethyl) -4-aminobenzal-2-thiobarbituric acid, 2- (2-amino-4-nitroanilino) ethanol, 4-nitrobenzyl alcohol, 5-amino
  • a mixture consisting of 50 g of silicone oil (polydimethylsiloxane having a viscosity of 5 mm 2 / s and a density of 0.93 g / cm 3 at 25 ° C) and 1 g of the stabilizer (reaction product of 40 parts of octamethylcyclotetrasiloxane and 2 N- (2-aminoethyl) -3-aminopropylmethyldimethoxysilane is added and homogenized with a stirrer. The resulting emulsion was then metered into 11 g of toluene diisocyanate. The samples were stirred after addition of the crosslinker overnight or subjected to a temperature treatment. For the manufacturing process, both a rotor-stator stirrer and a
  • the ERF was prepared according to the procedure given in Example 1. However, it was added as a dopant 2, 2 1 - [4- (2-hydroxyethylamino) -3-nitrophenylamino] -diethanol, so that it was covalently bound by the hydroxyl group to the polymer backbone.
  • the crosslinking leads in a complete reaction to the stoichiometric conversion of the hydroxyl groups in the existing polyol.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft neuartige elektrorheologische Flüssigkeiten (ERF) auf Polymer-Basis mit organischen Dotierstoffen sowie Verwendungszwecke hiervon.

Description

Elektrorheologische Flüssigkeit mit organischen Dotierstoffen sowie Verwendung hiervon
Die vorliegende Erfindung betrifft neuartige elektrorheologische Flüssigkeiten (ERF) auf Polymer-Basis mit organischen Dotierstoffen sowie Verwendungszwecke hiervon.
Eine ERF ist in der Regel eine Suspension, die aus elektrisch polarisierbaren, feinteiligen Feststoff- Partikeln in einer hydrophoben, elektrisch nicht leitenden Trägerflüssigkeit besteht (z. B. DE 39 41 232 AI) . Bei den meisten bisher bekannten kommerziell verfügbaren elektrorheologischen Flüssigkeiten (z. B. EP 0 824 128 Bl) beruht die Polarisation der Teilchen auf der Migration von Ionen, entsprechend ihrer
Ladung, in einem elektrischen Feld entlang der Feldlinien zu den entgegengesetzt geladenen Polen der Teilchen, wodurch polarisierte Partikel dank ihrer Dipol- bzw. Multipolkräfte kettenartige Strukturen in einer ruhenden ERF ausbilden, was die ER-Aktivität bewirkt. Als ER-Aktivität bezeichnet man die Änderung rheologischer Charakteristika (Viskosität, Schubspannung, Fließgrenze usw.) durch das Anlegen elektrischer Felder. Dabei findet innerhalb von Millisekunden ein reversibler Übergang der ERF vom flüssigen in den gelartigen bzw. festen Zustand statt, d. h. nach Abschaltung des elektrischen Feldes kehrt die ERF wieder in ihren flüssigen Ausgangszustand zurück .
Bisher gibt es keine ERF, die die gesamte Reihe der erwünschten Eigenschaften besitzt, und auf dem Markt sind auch noch kaum Produkte auf ERF-Basis vorhanden. Der Großteil der ERF, die den Stand der Technik repräsentieren, sowie die bekannten, kommerziell verfügbaren elektrorheologischen Flüssigkeiten auf Polyurethan-Basis (z. B. EP 0 824 128 Bl) basieren auf der Ionenleitfähigkeit in den enthaltenen Partikeln und weisen eine stark temperaturabhängige ER- Aktivität sowie relativ hohe Stromdichten (z. B. mit Lithiumchlorid als Dotierstoff) auf. Außerdem zeigen polymerbasierende ERF nicht allzu große
elektrorheologische Aktivitäten (z. B. EP 0 964 053 A2) .
Durch das Vorhandensein von beweglichen Ladungsträgern kommt es zu sehr hohen Stromdichten durch die ERF, da zwischen den Partikeln ein Ladungsaustausch stattfindet. Des Weiteren kann die Temperaturabhängigkeit der ER-Aktivität und der Stromdichte durch die mit der Temperatur steigende Ionenbeweglichkeit des Dotierstoffes in den Partikeln erklärt werden. Deswegen ist die relativ hohe Stromdichte, besonders bei hohen Temperaturen, der Hauptnachteil solcher ERF. Um bei einer hohen Stromdichte die gegebene Spannung zur Aufrechthaltung des elektrischen Feldes bereitstellen zu können, muss ein erhöhter technischer Aufwand für die Steuerelektronik geleistet werden.
Ein weiterer Nachteil von ERF mit salzdotierten Teilchen besteht darin, dass sie auch Korrosion an den Elektroden hervorrufen können. Z. B. wirkt eine ERF mit einem Chlorid-haltigen Salz (EP 0 824 128 Bl) korrosiv auf Stahl-Elektroden.
Die ERF werden vorzugsweise für spezielle Anwendungen individuell entwickelt. Die ER-Aktivität kann durch die Wahl der dispersen Phase sowie durch die Dotie- rung der dispersen Phase stark beeinflusst werden.
Eine bekannte ERF mit 0,07 Gew.-% Lithiumchlorid- dotierten Polyurethan-Teilchen (EP 0 824 128 Bl) weist eine hohe Schubspannung von ca. 4000 Pa, jedoch auch eine hohe Stromdichte von ca. 80 μΑ/cm2 bei Gleichspannung, einer Temperatur von 40 °C, einer
Feldstärke von 4 kV/mm und einer Scherrate von 1000 s"1 auf. Die weitere Erhöhung der Temperatur führt zu noch höherer Stromdichte und zu einer Erniedrigung der ER-Aktivität. Die Temperaturuntergrenze der ER- Aktivität liegt bei ca. 0 °C. Diese ERF wirkt außerdem korrosiv auf Stahl-Elektroden, was zu einer schnellen Abnutzung der Bauteile und in der Folge zu einer Abnahme der ER-Aktivität führt. Auch die Verwendung anderer anorganischer Salze als Dotierung der PUR-Teilchen brachte keine Verringerung der Temperaturabhängigkeit der ER-Aktivität. Es kam lediglich zu einer Verschiebung des Arbeitstemperaturbereiches bei weiterhin hoher Leitfähigkeit. ERF aus anderen Polymer-Partikeln auf Basis von Polyanilin, Polythiophen, Polypyrrol sowie weitere kommerziell erhältliche ERF
(z. B. EP 0 964 053 A2) zeigen eine etwas weniger temperaturabhängige ER-Aktivität, allerdings sind die erreichbaren Schubspannungen sehr niedrig. Somit gibt es bisher keine ERF, die eine ausgezeichnete ER- Aktivität in einem breiten Temperaturbereich und gleichzeitig eine geringe Basisviskosität ohne Feld besitzt .
Ausgehend von den aus dem Stand der Technik bekannten Nachteilen war es daher Aufgabe der vorliegenden Er- findung, eine elektrorheologische Flüssigkeit anzugeben, die eine hohe ER-Aktivität, eine geringe Temperaturabhängigkeit sowie eine niedrige elektrische Leitfähigkeit (auch bei hohen Temperaturen) bei gleichzeitig geringer Basisviskosität aufweist. Eben- so war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Verwendungsmöglichkeiten einer derartigen
elektrorheologischen Flüssigkeit anzugeben.
Diese Aufgabe wird bezüglich der elektrorheologischen Flüssigkeit mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie deren Verwendung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 18 gelöst. Die abhängigen Patentansprüche stellen dabei vorteilhafte Weiterbildungen dar. Erfindungsgemäß wird somit eine elektrorheologische
Flüssigkeit bereitgestellt, die mindestens eine Sorte von Partikeln sowie mindestens einen polaren oder elektrisch polarisierbaren organischen Dotierstoff in oder an den Partikeln enthält, wobei die Partikel in einer Trägerflüssigkeit vorliegen.
Durch die erfindungsgemäßen elektrorheologischen Flüssigkeiten lassen sich wesentliche Vorteile, verglichen mit den elektrorheologischen Flüssigkeiten, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind, erzielen : I. Die ERF mit organischen Dotierungsstoffen zeigen überraschenderweise eine ER-Aktivität in der gleichen Größenordnung oder sogar eine deutlich größere ER- Aktivität als bei ERF mit salzdotierten PUR-
Partikeln. Außerdem ist die Stromdichte einer solchen ERF im Vergleich zu einer ERF mit LiCl-dotierten PUR- Teilchen deutlich niedriger. So weist z. B. eine ERF aus mit 0,13 Gew.-% 4-N,N-Dimethylaminobenzalbarbi- tursäure dotierten Polyurethanteilchen eine Stromdichte von ca. 3 μΑ/cm2 bei Gleichspannung, einer Temperatur von 40 °C, einer Feldstärke von 4 kV/mm und einer Scherrate von 1000 s"1 auf. Dabei bewegt sich die Schubspannung dieser ERF in der gleichen Größenordnung wie bei der oben erwähnten salzhaltigen
ERF.
Dies erlaubt für technische Applikationen eine deutliche Verminderung des Aufwandes bei der Konstruktion der Steuerelektronik, da auf konventionelle Bauteile zurückgegriffen werden kann und kein Aufwand durch Einrichtung z. B. einer Kühlung der Elektronik infolge einer hohen Leistungsaufnahme nötig ist. Außerdem kann so die Steuerelektronik miniaturisiert werden.
II. Durch Erhöhung des Gehaltes eines organischen Dotierstoffes kann eine Steigerung der Schubspannung einer elektrorheologischen Flüssigkeit erzielt wer- den, wobei die Stromdichte nur wenig ansteigt. Dies erlaubt einen geringeren technischen Aufwand sowohl für die Steuerelektronik als auch für die eigentliche Applikation (z. B. Dämpfer).
III. Die organischen Dotierstoffe wirken auf die Partikel meistens wie Weichmacher. Dadurch erniedrigt sich insbesondere bei höheren Dotiergehalten dieser Verbindungen der Glaspunkt. Eine Erniedrigung des Glaspunktes der Polymerteilchen (z. B. Polyurethanpartikel) sorgt für eine Erniedrigung der unteren Temperaturgrenze, bei der bereits eine ER- Aktivität auftritt. Die neue ERF kann daher bei tieferen Temperaturen eingesetzt werden.
IV. Im Gegensatz zu ERF auf der Basis salzhaltiger Polyurethanpartikel wirken die erfindungsgemäßen Fluide außerdem nicht korrosiv auf Metallelektroden.
Bei den organischen Dotierstoffen handelt es sich be vorzugt um mehrfach ungesättigte Verbindungen mit konjugierten Doppelbindungen, in Konjugation stehenden Phenylringen und/oder kondensierten und/oder annelierten aromatischen Ringsystemen.
Ebenso ist es möglich, dass der Dotierstoff bzw. die mehrfach ungesättigte Verbindung mindestens eine funktionelle Gruppe, ausgewählt aus der Gruppe beste hend aus Elektronendonoren und/oder Elektronenakzeptoren, aufweist.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Dotierstoff dabei die allgemeine Formel
(D)x-7.-(A)y(X)z wobei
D eine Donorgruppe,
π einen mehrfach ungesättigten Rest, der auch
Heteroatome aufweisen oder durch diese unterbrochen sein kann, A eine Akzeptorgruppe,
X eine an π gebundene reaktive funktionelle
Gruppe,
x und y jeweils unabhängig voneinander 1 bis 10
sowie
z 0 bis 5
repräsentieren .
Sowohl die Donorgruppe D, die Akzeptorgruppe A sowie die reaktive funktionelle Gruppe X sind dabei an den mehrfach ungesättigten Rest π gebunden, so dass sich die Wertigkeit des ungesättigten Restes auf x + y + z beläuft . In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform leitet sich der Rest π von Verbindungen ab, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus a) verzweigten, unverzweigten, linear konjugierten und/oder gekreuzt konjugierten linearen Systemen, bevorzugt Polyenen, Polyinen, Polyeninen, insbesondere Polymethinen, Polymethinen mit Azagruppe, Polyacetylenen, Dienen, Trienen, Tetraenen,
Pentaenen, Isopren-Einheiten, 1 , 3-Butadien- Einheiten
b) cyclischen Systemen und/oder Annulenen, insbeson¬ dere Benzol, Naphthalin, Anthracen, Phenantren, Azulen, Triphenylmethan, Biphenyl, Perylen, Fluo- ren, Acenaphthylen, Phenanthren, Pyren,
Naphthracen, Chrysen
c) heterocyclischen Systemen, insbesondere Pyridin, Pyrrol, Thiophen, Furan, Indol, Imidazol,
Pyrimidin, Acridin, Phenazin, Pyrazin, Anthrachi- non, Chinoid, Thiasol, Xanthen, Pyrin, Benzothiophen, Benzofuran, Phenoxazin, Chinolin, Isochinolin und/oder
d) Kombinationen von konjugierten linearen und cycli- schen und/oder heterocyclischen Systemen, insbe- sondere Stilben, Polyphenylacetylenen, Azobenzol,
Phthalocyanin, Porphirin, Tolan,
Polydiphenylacetylen, Vinylbenzol, Poly (p- phenylenvinylenen) , Polypyrrolen, Polyfluorenen und/oder Polythiophenen, Poly- (1,4- diethinyl ) naphthalin und/oder Polyanilin.
Bei den zuvor genannten Donorgruppen D bzw.
Akzeptorgruppen A handelt es sich um einen
Elektronendonor bzw. einen Elektronenakzeptor. Damit werden Gruppen bezeichnet, die durch Delokalisierung der nichtbindenden Elektronenpaare oder π-Elektronen des Substituenten mit dem π-Elektronensystem des restlichen Moleküls wechselwirken können. Es kann sich aber auch um funktionelle Gruppen handeln, die nur über einen positiven oder negativen induktiven
Effekt verfügen.
Bei einer Donorgruppe handelt es sich um eine Gruppe, die durch einen positiven induktiven Effekt (+1- Effekt) die Elektronendichte des π-Elektronensystems von sich verschiebt und/oder durch einen positiven Resonanz- oder Mesomerie-Effekt (+R- oder +M-Effekt) die Elektronendichte des π-Elektronensystems erhöht. Der +I-Effekt und der +M-Effekt können sowohl gleich- zeitig als auch einzeln vorkommen. Beispiele sind primäre, sekundäre oder tertiäre Amine, OH-Gruppen, SH-Gruppen, Halogene (Hai), Ether, Doppelbindungen (zwischen zwei Kohlenstoffatomen oder einem Kohlenstoff und einem von Kohlenstoff verschiedenen Atom (z. B. Stickstoff) oder zwischen zwei von Kohlenstoff verschiedenen Atomen), Dreifachbindungen (zwischen zwei Kohlenstoffatomen oder einem Kohlenstoffatom und einem von Kohlenstoff verschiedenen Atom oder zwischen zwei von Kohlenstoff verschiedenen Atome), Alkyl-, funktionalisierte Alkyl-, Aryl-, funktionali- sierte Aryl-, Heteroaryl-, anionische Gruppen wie z. B. Methide oder Phenolate.
Bei einer Akzeptorgruppe handelt es sich um eine Gruppe, die durch einen negativen induktiven Effekt (-I-Effekt) die Elektronendichte des K-Elektronensystems zu sich verschiebt und/oder durch einen negativen Resonanz- oder Mesomerie-Effekt (-R- oder -M- Effekt) die Elektronendichte des π-Elektronensystems erniedrigt. Der -I-Effekt und der -M-Effekt können sowohl gleichzeitig als auch einzeln vorkommen. Beispiele hierfür sind Halogene (Hai) , Aldehyde, Ketone, Nitrile, Nitro-Gruppen, Nitroso-Gruppen, Ester,
Säuren, (-COOH) , Amide (-CONH2) , Säurehalogenide (-COHal), Sulfonsäuren (-SO3H) , Sulfonsäureeste , CF3-Gruppen, Aryle, Heteroaryle, Doppelbindungen (zwischen zwei Kohlenstoffatomen oder einem Kohlenstoff und einem von Kohlenstoff verschiedenen Atom (z. B. Stickstoff) oder zwischen zwei von Kohlenstoff verschiedenen Atomen), Dreifachbindungen (zwischen zwei Kohlenstoffatomen oder einem Kohlenstoffatom und einem von Kohlenstoff verschiedenen Atom oder zwischen zwei von Kohlenstoff verschiedenen Atomen) , Carbokationen oder kationische Gruppen wie z. B.
Pyridinium- oder Chinolinium-Ionen oder quartäre Amine .
Bei der zuvor genannten reaktiven funktionellen
Gruppe X handelt es sich dabei bevorzugt um eine Gruppe, die geeignet ist, mit den Partikeln eine chemische Bindung einzugehen und insbesondere ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Hydroxygruppen, primären oder sekundären Aminen, Aldehyden, Ketonen, Urethangruppen, Harnstoffgruppen und/oder
Carboxylgruppen .
Besonders bevorzugte Beispiele des Dotierstoffes sind dabei ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus o-, p- oder m-Nitroanisol , l-Methoxy-4-nitronaphthalin, o-, p- oder m-Nitroanilin, N, N-Dirnethyl-p-nitroanilin, 2- Methoxy-p-nitroanilin, 4-Nitroacetanilid, N,N-Dime- thyl-m-nitroanilin, 4-Nitro-l-naphthylamin, l-(3- Pyridinazo) -2-naphthol, 5- [ [4- ( Dirnethyl-amino ) phe- nyl ] methylen] barbitursäure ( 4-N, N-Dirnethylamino- benzalbarbitursäure) , 5- [ [4- ( Dimethylamino) phenyl] - methylen] -2-thiobarbitur-säure ( 4-N, N-Dimethylamino- benzal-2-thiobarbitursäure) , 4-Dimethylamino-4 x- nit rost üben, Methyl-3-aminobenzoat , l-Nitro-l - dimethylthiophen, n-Butylharnstoff ,
Tetramethylharnstoff, 2-Indolinon, 2-Nitro-l- naphthol, 2-Methoxy-5-nitroanilin, 2-Methyl-3- nitroanilin, 2-Methyl-5-nitroanilin, 2-Methyl-6- nitroanilin, 4-Nitroindol, 5-Nitroindol , 7- Nitroindol, 5-Nitroisatin, 5-Nitro-2-oxindol , 2,4- Dinitro-3 λ , 4 x- (methylendioxy ) -st üben, 6- Nitroindolin, o-, p- oder m-Nitrophenol , 4 -Methyl-3- nitrobenzylalkohol , 3-Methyl-4-nitrobenzylalkohol, 2- ( -Nitrophenyl ) -ethanol (4-Nitrophenethylalkohol) , 2- Methyl-3, 5-dinitrobenzylalkohol, 4-Nitrocatechol, 3- Nitrobenzylalkohol , 2, 2 x- [4- ( 2-Hydroxyethylamino) -3- nitrophenylamino] -diethanol , 5- [ [W-Methyl-W- (2- hydroxyethyl ) -4 -aminophenyl ] methylen] barbitursäure, 5- [ [N-Methyl-W- ( 2-hydroxyethyl ) -4-aminophenyl ] - methylen] -2-thiobarbitursäure , 2- (2-Amino-4-nitro- anilino) ethanol , -Nitrobenzylalkohol , 5-Amino-2- chlorobenzylalkohol, 3-Amino-4-methylbenzylalkohol,
3-Amino-2-methylbenzylalkohol , 2- [4- (Dimethylamino) - phenyl] ethanol, 4 -Methyl-3 , 5-dinitrobenzylalkohol , 2- Chlor-5-nitrobenzylal kohol, 2-Hydroxy-5- nitrobenzylalkohol, 2-Methyl-3-nitrobenzylalkohol , 3- Nitrophenethylalkohol , 2- ethoxy-4 - nitrobenzylal kohol , 4-Methoxy-3-nitrobenzylalkohol ,
2-Nitrobenzylalkohol und/oder 2-Nitrophenethyl- al kohol .
Weiter zeichnen sich bevorzugte elektrorheologische Flüssigkeiten dadurch aus, dass der Dotierstoff in den Partikeln gelöst und/oder chemisch in und/oder an den Partikeln gebunden ist und die Partikel in der Trägerflüssigkeit suspendiert vorliegen. Vorteilhaft ist ebenso, dass der Dotierstoff bezogen auf das Gesamtgewicht der enthaltenen Partikel zwischen 0,01 und 40 Gew.-%, bevorzugt zwischen 0,05 und 20 Gew.-%, besonders bevorzugt zwischen 0,1 und 10 Gew.-% enthalten ist.
Bevorzugte Partikelgehalte, bezogen auf die gesamte elektrorheologische Flüssigkeit, betragen dabei zwischen 1 bis 70 Vol.-%, bevorzugt zwischen 2 und 65 Vol.-%, besonders bevorzugt zwischen 5 und 60 Vol.-%.
Weiter ist bevorzugt, wenn die mittlere Partikelgröße d5o zwischen 10 nm und 1 mm, bevorzugt zwischen 20 nm und 500 μπι, besonders bevorzugt zwischen 40 nm und 200 μπι beträgt .
Die bevorzugt in der elektrorheologischen Flüssigkeit verwendeten Partikel sind dabei Polymerpartikel, die Polymere, bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyurethanen, Polyharnstoffen, Poly- (urethanharnstoffen) , Poly (urethanamiden) , Polyharnstoffamiden) , Poly (acrylsäureestern) , Poly (meth- acrylsäureestern) , Poly (harnstoff-siloxanen) , deren Copolymeren, Polybiureten, Polyallophanaten,
Copolymeren aus Polyurethan- und Polyvinyl-Blöcken enthalten oder hieraus gebildet sind.
Von wesentlichem Vorteil ist, wenn die elektrorheologische Flüssigkeit frei von Salzen ist. Dies ermög¬ licht die Herstellung von korrosionsfreien ERF.
Bevorzugt für die elektrorheologische Flüssigkeit in Frage kommende Trägerflüssigkeiten sind dabei ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Siliconölen, halo- gen- oder phenylhaltigen Siliconölen, Paraffinen, ha- logenierten Kohlenwasserstoffen (z.B. chlorierten und/oder fluorierten Kohlenwasserstoffen) , aromatischen Kohlenwasserstoffen, Polyoxyalkylenen,
perfluorierten Polyethern, Mineralölen, Pflanzenölen, Transformatorölen, Kerosin und/oder Mischungen hieraus .
Die elektrorheologische Flüssigkeit kann dabei weitere Additive enthalten, wie Dispergatoren, Stabilisatoren, z. B. gegen Sedimentation, Antioxidantien, An- tiverschleißmittel, UV-Absorber, etc.
Die erfindungsgemäßen ERF können in einer Vielzahl von Anwendungen zum Einsatz kommen. Hierzu zählen adaptive Stoß-, Schwingungs- und Aufpralldämpfer sowie elektrisch steuerbare Kupplungen und Bremsen. Weitere Anwendungsmöglichkeiten bestehen in Sport- und Trainingsgeräten, in haptischen Systemen wie Bedienelementen sowie in Vorrichtungen zur Fixierung von Gegenständen wie zu bearbeitenden Werkstücken.
Die erfindungsgemäßen ERF sind somit technisch überall einsetzbar beim Übertragen und Dämpfen großer Kräfte mithilfe geringer elektrischer Leistungen in kurzen Zeiten, wie z. B. in Kupplungen, Hydraulikventilen, Stoßdämpfern, Schwingungsdämpfern oder Vorrichtungen zum Positionieren und Fixieren von Werk- stücken.
Des Weiteren können die erfindungsgemäß darstellbaren elektrorheologischen Flüssigkeiten zur Erzeugung und/oder Darstellung haptischer Informationen wie Kräfte, Drehmomente, Schrift zeichen, computersimulierte Objekte, Sensorsignale oder Bilder verwendet werden .
Außerdem können die erfindungsgemäß darstellbaren elektrorheologischen Flüssigkeiten zur Simulation viskoser, elastischer und/oder visko-elast ischer Eigenschaften bzw. der Konsistenzverteilung eines Objektes, insbesondere zu Trainings- und/oder Forschungszwecken und/oder für medizinische Anwendungen verwendet werden.
Besonders bevorzugte Verwendungsmöglichkeiten der erfindungsgemäßen ERF sind daher in adaptiven Stoß-, Schwingungs- und/oder Aufpralldämpfern, elektrisch steuerbaren Kupplungen und/oder Bremsen, in Sport-
Rehabilitierungs- und/oder Trainingsgeräten, in haptischen und/oder taktilen Systemen, in Bedienelementen, in mechanischen Fixiervorrichtungen, in Hydraulikventilen, zur Simulation viskoser, elasti- scher und/oder visko-elastischer Eigenschaften, zur
Simulation der Konsistenzverteilung eines Objektes, zu Trainings- und/oder Forschungszwecken, in Schutzkleidung und/oder in medizinischen Anwendungen, wie z. B. künstlichen Gelenken. Die vorliegende Erfindung wird anhand der nachfolgen¬ den Ausführungen sowie den gegebenen Beispielen näher erläutert, ohne die Erfindung auf die speziell genannten Parameter oder Stoffe zu beschränken.
Die erfindungsgemäß verwendeten Dotierstoffe können gelöst oder dispergiert in den Teilchen der
elektrorheologischen Flüssigkeit vorliegen. Sie kön¬ nen aber auch an die Polymermatrix der Teilchen chemisch gebunden sein, was jedoch einen wesentlichen Unterschied ausmacht. Deshalb sollten die
Dotierstoffe zusätzliche funktionelle Gruppen enthalten, die zur Bindung an das Grundpolymer der Partikel geeignet sind. Solche funktionellen Gruppen können z. B. Hydroxy, primäre oder sekundäre Amine, Aldehyde, Ketone oder COOH-Gruppen sein, wobei diese Gruppen auch mit der Donor- oder Akzeptorgruppe identisch sein können. Die chemische Bindung an die
Polymermatrix ist immer dann von Vorteil, wenn die verwendeten Dotierstoffe z. B. eine hohe Toxizität besitzen. Die Verknüpfung mit dem Polymer verhindert somit das Diffundieren der Verbindung aus den Teilchen. Deswegen unterscheidet man im Allgemeinen zwei Arten der Dotierung mit den erfindungsgemäß organischen Verbindungen: 1) Zwischenmolekulare Wechselwirkung der Dotierstoffe in den Partikeln; 2) chemische Bindung an das Grundpolymer der Partikel.
Beispiele für die erste Art der organischen Dotierung sind o-, p-, m-Nitroanisol , l-Methoxy-4-nitronaphtha- lin, o-, p-, m-Nitroanilin, N, -Dimethyl-p-nitroani- lin, 2-Methoxy-p-nitroanilin, 4-Nitroacetanilid, N,N- Dimethyl-m-nitroanilin, 4-Nitro-l-naphthylamin, l-(3- Pyridinazo) -2-naphthol, 4-N, -Dimethylaminobenzalbar- bitursäure, 4-N, N-Dimethylaminobenzal-2-thiobarbitur- säure, 4-Dimethylamino-4 ' -nitrostüben, Methyl-3- aminobenzoat , 1-Nitro-l 1 -dimethylthiophen, n-Butyl- harnstoff, Tetramethylharnstoff, 2-indolinon, 2- Nitro-l-naphthol, 2-Methoxy-5-nitroanilin, 2-Methyl- 3-nitroanilin, 2-Methyl-5-nitroanilin, 2-Methyl-6- nitroanilin, 4-Nitroindol, 5-Nitroindol , 7-Nitroin- dol, 5-Nitroisatin, 5-Nitro-2-oxindol und/oder 2,4- Dinitro-3 ' , 4 ' - (methylendioxy) -stilben usw.
Im Rahmen der zweiten Art der Dotierstoffe können die folgenden organischen Verbindungen als Beispiele genannt werden: 6-Nitroindolin, o-, p-, m-Nitrophenol , o-, p-, m-Nitroanalin, 4 -Methyl-3-nitrobenzylalkohol , 3-Methyl-4-nitrobenzylalkohol, 2- ( 4 -Nitrophenyl ) - ethanol ( 4-Nitrophenethylal kohol ) , 2-Methyl-3 , 5- dinitrobenzylalkohol, 4 -Nitrocatechol , 3- Nitrobenzylalkohol, 2, 2 ' - [4- ( 2-Hydroxyethylamino) -3- nitrophenylamino] -diethanol, N-Methyl-N- (2-hydroxy- ethyl) -4-aminobenzalbarbitursäure, N-Methyl-N- (2- hydroxyethyl) -4 -aminobenzal-2-thiobarbitursäure, 2- (2-Amino-4-nitroanilino) ethanol, 4-Nitrobenzylalko- hol, 5-Amino-2-chlorobenzylalkohol, 3-Amino-4-methyl- benzylalkohol , 3-Amino-2-methylbenzylalkohol, 2- [4- ( Dimethylamino) phenyl] ethanol, 4-Methyl-3, 5-dinitro- benzylalkohol, 2-Chloro-5-nitrobenzylalkohol, 2- Hydroxy-5-nitrobenzylalkohol, 2-Methyl-3-nitrobenzyl- alkohol, 3-Nitrophenethylalkohol, 2-Methoxy-4- nitrobenzylal kohol, 4-Methoxy-3-nitrobenzylalkohol , 2-Nitrobenzylalkohol, 2-Nitrophenethylalkohol usw.
Die Wirkung dieser Dotierstoffe wurde an ERF auf Basis von Polyurethanteilchen entsprechend dem Patent EP 0 824 128 Bl gefunden. Derartige Dotierstoffe können aber auch auf andere Arten von Polymerteilchen übertragen werden. Die Erfindung wird anhand der nachstehenden Beispiele näher erläutert, ohne die Erfindung auf die genannten Stoffe oder Bedingungen zu beschränken.
Beispiel 1
In einem Kolben wurden in 40 g eines trifunktionellen Polyethylenglycols 0,1 g Diazacyclo [2.2.2 ] octan (Katalysator) und 0,13 g 4-N, N-Dimethylaminobenzal- barbitursäure unter Erwärmen gelöst. Anschließend wurde eine Mischung, bestehend aus 50 g Siliconöl (Polydimethylsiloxan mit einer Viskosität von 5 mm2/s und einer Dichte von 0,93 g/cm3 bei 25 °C) und 1 g des Stabilisators (Umsetzungsprodukt aus 40 Teilen Octamethylcyclotetrasiloxan und 2 Teilen N-(2- Aminoethyl) -3-aminopropylmethyldimethoxysilan) hinzugefügt und mit einem Rührer homogenisiert. Zur entstandenen Emulsion wurden dann 11 g Toluendiisocyanat dosiert. Die Proben wurden nach Zugabe des Vernetzers über Nacht gerührt bzw. einer Temperaturbehandlung unterzogen. Für den Herstellungsprozess sind sowohl ein Rotor-Stator-Rührer als auch ein
Strahldispergator geeignet.
Beispiel 2
Herstellung gemäß Beispiel 1, jedoch mit 0,14 g der Dotierungsverbindung 4-N, - ( Dimethylamino ) benzal-2- thiobarbitursäure .
Beispiel 3
Die ERF wurde entsprechend der unter Beispiel 1 angegebenen Arbeitsweise hergestellt. Es wurde jedoch als Dotierungssubstanz 2, 21 - [4- (2-Hydroxyethylamino) -3- nitrophenylamino] -diethanol zugegeben, so dass es durch die Hydroxylgruppe an das Polymer-Gerüst kova- lent gebunden wurde. Die Vernetzung führt bei einer vollständigen Reaktion zum stöchiometrischen Umsatz der Hydroxylgruppen im vorhandenen Polyol.

Claims

Patentansprüche
Elektrorheologische Flüssigkeit, enthaltend min¬ destens eine Sorte von Partikeln sowie mindestens einen polaren oder elektrisch
polarisierbaren organischen Dotierstoff in oder an den Partikeln, wobei die Partikel in einer Trägerflüssigkeit vorliegen.
Elektrorheologische Flüssigkeit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dotierstoff eine mehrfach ungesättigte Verbindung mit konju¬ gierten Doppelbindungen, in Konjugation stehenden Phenylringen und/oder kondensierten und/oder annelierten aromatischen Ringsystemen ist.
Elektrorheologische Flüssigkeit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mehrfach ungesättigte Verbindung mindestens eine funktionelle Gruppe ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Elektronendonoren und/oder Elektronenakzeptoren aufweist.
Elektrorheologische Flüssigkeit nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Dotierstoff die allgemeine Formel
aufweist, wobei
D eine Donorgruppe
π einen mehrfach ungesättigten Rest, der auch Heteroatome aufweisen oder durch diese unterbrochen sein kann,
A eine Akzeptorgruppe X eine an π gebundene reaktive funktio¬ nelle Gruppe
x und y jeweils unabhängig voneinander 1 bis
10 sowie
z 0 bis 5
repräsentieren .
Elektrorheologische Flüssigkeit nach vorherge¬ hendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Rest π von Verbindungen ableitet, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus
a) verzweigten, unverzweigten, linear konjugier ten und/oder gekreuzt konjugierten linearen Systemen, bevorzugt Polyenen, Polyinen, Polyeninen, insbesondere Polymethinen , Polymethinen mit Azagruppe, Polyacetylenen, Dienen, Trienen, Tetraenen, Pentaenen, Isopren-Einheiten, 1, 3-Butadien-Einheiten b) cyclischen Systemen und/oder Annulenen, insbesondere Benzol, Naphthalin, Anthracen, Phenantren, Azulen, Triphenylmethan,
Biphenyl, Perylen, Fluoren, Acenaphthylen, Phenanthren, Pyren, Naphthracen, Chrysen c) heterocyclischen Systemen, insbesondere
Pyridin, Pyrrol, Thiophen, Furan, Indol, Imidazol, Pyrimidin, Acridin, Phenazin, Pyrazin, Anthrachinon, Chinoid, Thiasol, Xan then, Pyrin, Benzothiophen, Benzofuran, Phenoxazin, Chinolin, Isochinolin und/oder d) Kombinationen von konjugierten linearen und cyclischen und/oder heterocyclischen Systemen, insbesondere Stilben,
Polyphenylacetylenen, Azobenzol,
Phthalocyanin, Porphirin, Tolan,
Polydiphenylacetylen, Vinylbenzol, Poly(p- phenylenvinylenen) , Polypyrrolen,
Polyfluorenen und/oder Polythiophenen, Poly- (1, 4-diethinyl) naphthalin und/oder
Polyanilin .
Elektrorheologische Flüssigkeit nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Donorgruppe D einen +1, +R und/oder +M Effekt aufweist und insbesondere ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus primären, sekundären und/oder tertiären Aminen; OR- oder SR- Gruppen, wobei R Wasserstoff, ein linearer oder verzweigter Ci bis C8-Alkylrest oder ein C Ö bis Cio-Arylrest ist; Halogenen, Ethergruppierungen, Doppelbindungen zwischen zwei Kohlenstoffatomen, zwischen einem Kohlenstoffatom und einem von Kohlenstoff verschiedenen Atom oder zwischen zwei von Kohlenstoff verschiedenen Atomen, wobei das von Kohlenstoff verschiedene Atom insbesondere Stickstoff ist; Dreifachbindungen zwischen zwei Kohlenstoffatomen, zwischen einem Kohlenstoffatom und einem von Kohlenstoff verschiedenen Atom oder zwischen zwei von Kohlenstoff verschiedenen Atomen, wobei das von Kohlenstoff verschiedene Atom insbesondere Stickstoff ist; Carbanionen, Alkyl-, funktionalisierte Alkyl, Aryl-, funktionalisierten Aryl-, Heteroaryl- und/oder anionische Gruppen, insbesondere
Methide oder Phenolate.
Elektrorheologische Flüssigkeit nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Akt zeptorgruppe A einen -I, -R und/oder -M Effekt aufweist und insbesondere ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Halogenen, Aldehyden, Ketonen, Nitrilen, Nitro-Gruppen, Nitroso- Gruppen, Carbonsäuregruppen, Carbonsäureester, Carbonsäureamide, Carbonsäurehalogenide,
Carbonsäureanhydride, Sulfonsäuregruppen,
Sulfonsäureester, -CF3~Gruppen, Aryle, Hetero- aryle, Doppelbindungen zwischen zwei Kohlenstoffatomen, zwischen einem Kohlenstoffatom und einem von Kohlenstoff verschiedenen Atom oder zwischen zwei von Kohlenstoff verschiedenen Atomen, wobei das von Kohlenstoff verschiedene Atom insbesondere Stickstoff ist; Dreifachbindungen zwischen zwei Kohlenstoffatomen, zwischen einem Kohlenstoffatom und einem von Kohlenstoff verschiedenen Atom oder zwischen zwei von Kohlenstoff verschiedenen Atomen; Carbokationen und/oder kationische Gruppen, insbesondere
Pyridinium-, Chinolinium-Ionen oder quartäre Aminen .
Elektrorheologische Flüssigkeit nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die reaktive funktionelle Gruppe X geeignet ist, mit den Partikeln eine chemische Bindung einzugehen und insbesondere ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Hydroxygruppen , primären oder sekundären Aminen, Aldehyden, Ketonen, Urethangruppen, Harnstoffgruppen und/oder
Carboxylgruppen .
Elektrorheologische Flüssigkeit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dotierstoff ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus o-, p- oder m-Nitroanisol, l-Methoxy-4-nitronaphthalin, o-, p- oder m- Nitroanilin, N , N-Dimethyl-p-nitroanilin, 2- Methoxy-p-nitroanilin, 4-Nitroacetanilid, N,N- Dimethyl-m-nitroanilin, 4-Nitro-l-naphthylamin, 1- (3-Pyridinazo) -2-naphthol, 5- [ [4- (Dimethyl- amino)phenyl]methylen]barbitursäure, 5- [ [4- (Di- methylamino) phenyl ] methylen] -2-thiobarbitur- säure, 4-Dimethylamino-4 ^nitrostilben, Methyl- 3-aminobenzoat , 1-Nitro-l ^dimethylthiophen, n- Butylharnstoff, Tetramethylharnstoff, 2-Indoli- non, 2-Nitro-l-naphthol, 2-Methoxy-5-nitroani- lin, 2-Methyl-3-nitroanilin, 2-Methyl-5-nitro- anilin, 2-Methyl-6-nitroanilin, 4-Nitroindol , 5 Nitroindol, 7-Nitroindol , 5-Nitroisatin, 5- Nitro-2-oxindol, 2, -Dinitro-3 ' , 4 - (methylendi- oxy) -stilben, 6-Nitroindolin, o-, p- oder m- Nitrophenol, 4- ethyl-3-nitrobenzylalkohol, 3- Methyl-4-nitrobenzylalkohol, 2- ( 4 -Nitrophenyl ) - ethanol, 2- ethyl-3, 5-dinitrobenzylalkohol, 4- Nitrocatechol, 3-Nitrobenzylalkohol, 2,2r-[4-(2 Hydroxyethylamino) -3-nitrophenylamino] -dietha- nol, 5- [ [N-Methyl-N- ( 2-hydroxyethyl ) -4-amino- phenyljmethylen] barbitursäure, 5-[ [N-Methyl-N- (2-hy-droxyethyl ) -4-aminophenyl ] -methylen] -2- thiobarbitursäure, 2- (2-Amino-4-nitroanilino) - ethanol, 4-Nitrobenzylalkohol, 5-Amino-2-chloro benzylalkohol, 3-Amino-4-methylbenzylalkohol , 3 Amino-2-methylbenzylalkohol , 2- [4- (Dimethyl- amino) phenyl] ethanol, 4-Methyl-3, 5-dinitrobenzylalkohol, 2-Chlor-5-nitrobenzylalkohol , 2- Hydroxy-5-nitrobenzylalkohol, 2-Methyl-3-nitro- benzylalkohol, 3-Nitrophenethylalkohol , 2- Methoxy-4-nitrobenzylalkohol, 4-Methoxy-3-nitro benzylalkohol, 2-Nitrobenzylalkohol und/oder 2- Nitrophenethylalkohol .
Elektrorheologische Flüssigkeit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dotierstoff in den Partikeln gelöst und/oder chemisch in und/oder an den Parti kein gebunden ist und die Partikel in der Trägerflüssigkeit suspendiert vorliegen.
11. Elektrorheologische Flüssigkeit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dotierstoff bezogen auf das Gesamtgewicht der enthaltenen Partikel zwischen 0,01 und 40 Gew.-%, bevorzugt zwischen 0,05 und 20 Gew.-%, besonders bevorzugt zwischen 0,1 und 10 Gew.-% enthalten ist.
12. Elektrorheologische Flüssigkeit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der Partikel, bezogen auf die gesamte elektrotheologische Flüssigkeit, zwischen 1 bis 70 Vol.-%, bevorzugt zwischen 2 und 65 Vol.-%, besonders bevorzugt zwischen 5 und 60 Vol.-% beträgt.
13. Elektrorheologische Flüssigkeit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Partikelgröße d50 zwischen 10 nm und 1 mm, bevorzugt zwischen 20 nm und 500 μιη, besonders bevorzugt zwischen 40 nm und 200 pm beträgt.
14. Elektrorheologische Flüssigkeit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel Polymerpartikel Polymere, bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyurethanen, Polyharnstoffen, Poly- (urethanharnstoffen) , Poly ( urethanamiden) , Poly- (harnstoffamiden) , Poly (acrylsäureester) ,
Poly (methacrylsäureester ) , Poly (harnstoff- siloxanen) , deren Copolymeren, Polybiureten, Polyallophanaten, Copolymeren aus Polyurethan- und Polyvinyl-Blöcken enthalten oder hieraus gebildet sind. Elektrorheologische Flüssigkeit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich¬ net, dass die elektrorheologische Flüssigkeit frei von Salzen ist.
Elektrorheologische Flüssigkeit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerflüssigkeit ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Siliconölen, halo- gen- oder phenylhaltigen Siliconölen, Paraffinen, halogenierten Kohlenwasserstoffen (z.B. chlorierten und/oder fluorierten Kohlenwasserstoffen) , aromatischen Kohlenwasserstoffen, Polyoxyalkylenen, perfluorierten Polyethern, Mi neralölen, Pflanzenölen, Transformatorölen, Kerosin und/oder Mischungen hieraus.
Elektrorheologische Flüssigkeit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrorheologische Flüssigkeit weitere Additive wie Dispergatoren, Stabilisato ren, z. B. gegen Sedimentation, Antioxidantien, Antiverschleißmittel, UV-Absorber, etc. enthält
Verwendung einer elektrorheologischen Flüssigkeit nach einem der vorhergehenden Ansprüche in adaptiven Stoß-, Schwingungs- und/oder Aufprall dämpfern, elektrisch steuerbaren Kupplungen und/oder Bremsen, in Sport- Rehabilitierungsund/oder Trainingsgeräten, in haptischen und/oder taktilen Systemen, in Bedienelementen, in mechanischen Fixiervorrichtungen, in Hydraulikventilen, zur Simulation viskoser, elastischer und/oder visko-elastischer Eigenschaften, zur Simulation der Konsistenzverteilung eines Objektes, zu Trainings- und/oder Forschungszwecken, in Schutzkleidung und/oder in medizini- sehen Anwendungen, wie z.B. künstlichen Gelenken .
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