JP2004244545A - ポリシラン及びそれを用いた高分子液晶材料 - Google Patents
ポリシラン及びそれを用いた高分子液晶材料 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004244545A JP2004244545A JP2003037039A JP2003037039A JP2004244545A JP 2004244545 A JP2004244545 A JP 2004244545A JP 2003037039 A JP2003037039 A JP 2003037039A JP 2003037039 A JP2003037039 A JP 2003037039A JP 2004244545 A JP2004244545 A JP 2004244545A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- liquid crystal
- polysilane
- phase
- polymer
- crystal phase
- 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.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Liquid Crystal Substances (AREA)
- Silicon Polymers (AREA)
Abstract
【課題】温度変化や濃度変化により相転移が生じて複数の液晶相を示す高分子液晶を簡便かつ容易に、また安価に得ることができるポリシラン及びそれを用いた高分子液晶材料を提供する。
【解決手段】本発明のポリシランは、剛直棒状構造を有し、光学不活性である高分子化合物である。このポリシランを用いた高分子液晶材料は、温度変化及び濃度変化のうちの少なくとも一方に応じて相構造が、カラムナー液晶相、スメクチック液晶相、ネマチック液晶相に変化する。
【選択図】 なし
【解決手段】本発明のポリシランは、剛直棒状構造を有し、光学不活性である高分子化合物である。このポリシランを用いた高分子液晶材料は、温度変化及び濃度変化のうちの少なくとも一方に応じて相構造が、カラムナー液晶相、スメクチック液晶相、ネマチック液晶相に変化する。
【選択図】 なし
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶ポリマーとして用いられるポリシラン及びそれを用いた高分子液晶材料に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶は、液晶ディスプレイや液晶プロジェクタ等の液晶表示材料として広く用いられている。従来より、液晶性を示す化合物が多数見出され、その中には、液晶性を示す高分子化合物も知られている。液晶性を示す高分子化合物を含んでなる液晶は、高分子液晶と称され、液晶の性質と高分子化合物の性質とを利用して種々の用途に用いることができると考えられている。例えば、高分子液晶は、その配向特性を利用すれば、より優れた強度や耐熱性、成型加工性等を有する高性能プラスチック材料として用いることができる。このように、高分子液晶は、液晶表示材料としての用途だけではなく、高性能プラスチック材料等、幅広い分野で応用されることが期待されている。
【０００３】
ところで、液晶は、分子の配列状態に応じた液晶相を有しているが、液晶分子の種類によっては、１種類の液晶相だけでなく、相転移によって複数の液晶相を示す液晶が存在する。例えば、このような複数の液晶相を示す高分子液晶として、ＤＮＡ等の生体物質を用いた高分子液晶（例えば、非特許文献１・２）や、ポリシランを用いた高分子液晶（例えば、非特許文献３）等がこれまでに報告されている。
【０００４】
上記生体物質を用いた高分子液晶では、相転移により、カラムナー液晶相やコレステリック液晶相を示すことが見出されている。具体的には、上記非特許文献１・２には、ＤＮＡの濃厚水溶液からなる高分子液晶が、ＤＮＡの濃度に応じて、コレステリック液晶相又はカラムナー液晶相を示すことが記載されている。
【０００５】
また、上記非特許文献３には、相転移によって、カラムナー液晶相、スメクチック液晶相、コレステリック液晶相を示すポリシランからなる高分子液晶が記載されている。
【０００６】
【非特許文献１】
Ｓｔｒｚｅｌｅｃｋａ，Ｔ．Ｅ．等、「Ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｐｈａｓｅ ｏｆ ＤＮＡ ａｔ ｈｉｇｈ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ」、Ｎａｔｕｒｅ、３３１巻、ｐ．４５７−４６０、１９８８年
【０００７】
【非特許文献２】
Ｌｉｖｏｌａｎｔ，Ｆ．等、「Ｔｈｅ ｈｉｇｈｌｙ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄ ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｐｈａｓｅ ｏｆ ＤＮＡ ｉｓ ｃｏｌｕｍｎａｒ ｈｅｘａｇｏｎａｌ」、Ｎａｔｕｒｅ、３３９巻、ｐ．７２４−７２６、１９８９年
【０００８】
【非特許文献３】
Ｏｋｏｓｈｉ，Ｋ．等、「Ｗｅｌｌ−Ｄｅｆｉｎｅｄ Ｐｈａｓｅ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ Ｃｈｏｌｅｓｔｅｒｉｃ， Ｓｍｅｃｔｉｃ Ａ， ａｎｄ Ｃｏｌｕｍｎａｒ Ｐｈａｓｅｓ Ｏｂｓｅｒｖｅｄ ｉｎ ａ Ｔｈｅｒｍｏｔｒｏｐｉｃ ＬＣ Ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ Ｓｉｍｐｌｅ Ｒｉｇｉｄ−Ｒｏｄ Ｈｅｌｉｃａｌ Ｐｏｌｙｓｉｌａｎｅ」、Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ、３５巻、ｐ．４５５６−４５５９、２００２年
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の生体物質を用いた高分子液晶では、ＤＮＡを用いているため、高分子液晶に含まれる高分子化合物の骨格（主鎖構造）が、実質的にＤＮＡを形成する塩基配列に限定されてしまうという問題を有している。
【００１０】
すなわち、上記非特許文献１・２に記載の高分子液晶では、ＤＮＡの塩基配列以外の骨格を有する高分子化合物を得ることは困難となっている。一般に、高分子化合物の物性は、該高分子化合物の主鎖構造やコンホメーションに依存するが、ＤＮＡ等の生体物質を用いると主鎖構造がＤＮＡの塩基配列等に限定されるので、種々の物性を有する高分子液晶を提供することが困難となる。また、ＤＮＡの複製等の遺伝子工学的手法は、多大な時間が必要であるとともに大量生産に適していないという問題もあり、ＤＮＡを液晶材料として工業的に応用するためには多くの課題が残されている。
【００１１】
一方、上記非特許文献３には、カラムナー液晶相、スメクチック液晶相、コレステリック液晶相の相転移を示すポリシランからなる高分子液晶が報告されている。コレステリック液晶相では、ネマチック液晶相の相構造を示す複数の層が、各層に含まれる分子の配向方向が螺旋状にねじれるように積層している。そのため、螺旋軸方向からコレステリック液晶相を観察した場合、分子の配向方向に異方性はない。従って、この螺旋軸方向での屈折率や誘電率、導電率等の諸物性が等方的となってしまい、光学素子等に応用した場合に利用が困難となる問題を有している。すなわち、コレステリック液晶相は、その方向に応じて等方性あるいは異方性を示すため、光学素子等に応用する場合に、該コレステリック液晶相が形成する上記螺旋軸の軸方向を考慮する必要があり、光学素子等を簡単に設計することが困難となっている。
【００１２】
また、上記非特許文献３に記載の高分子液晶では、コレステリック液晶相を得るために、光学活性物質を原料として用いている。光学活性物質は、一般に高価であり、また合成する場合にもその操作が煩雑であるため、原料の低コスト化を実現することが難しい。原料の低コスト化を実現することができなければ、高分子液晶の低コスト化を実現することも困難となってしまう。
【００１３】
さらに、低分子化合物を用いた液晶材料では、光学不活性物質を用いることによって、コレステリック液晶相をネマチック液晶相に変化させることができる。しかしながら、高分子化合物を用いた液晶材料の場合、光学不活性な高分子化合物を用いると、該高分子化合物が、例えばα−へリックス構造といった棒状構造以外の立体構造を有することになる。一般に、高分子化合物が液晶性を示すためには、高分子化合物が棒状構造を有していなければならないが、上記のようにα−へリックス構造を有する高分子化合物の場合、液晶性を示さないので、液晶材料として利用することができない。
【００１４】
また、互いにキラリティーが異なる２種類の光学活性物質を等量含むラセミ体からなる高分子化合物を液晶材料として用いた場合、上記２種類の光学活性物質の重量平均分子量や分子量分布を互いに等しくする必要があり、液晶材料として利用することは困難となっている。
【００１５】
本発明は、上記従来の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、温度変化や濃度変化により、相転移が生じて複数の液晶相を示し、異方性を有することにより光学素子等へ応用して利用することができる高分子液晶を、簡便かつ容易に、また安価に提供し得る、ポリシラン及びそれを用いた高分子液晶材料を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記課題に鑑み鋭意検討を行った結果、剛直棒状構造を有し、かつ光学不活性であるポリシランを用いることにより、相構造が、カラムナー液晶相、スメクチック液晶相、ネマチック液晶相に変化し得る液晶構造を有するサーモトロピック液晶又はリオトロピック液晶を得ることができることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【００１７】
すなわち、本発明のポリシランは、上記課題を解決するために、一般式（１）
【００１８】
【化３】
【００１９】
（式中、側鎖Ｒ１及び側鎖Ｒ２はそれぞれ独立して、炭素数が２以上２２以下のアルキル基又は炭素数が８以上２８以下のフェニルアルキル基であり、側鎖Ｒ３はβ位置に分岐構造を有するβ位分岐アルキル基であり、ｍ，ｎはそれぞれ正数であり、ｐは自然数である）にて表される一次構造を有するとともに、二次構造は剛直棒状構造であり、かつ、光学不活性であることを特徴としている。
【００２０】
上記の構成によれば、上記ポリシランは、剛直棒状構造を有している。この剛直棒状構造を有することにより、上記ポリシランは、温度変化によって液晶構造を形成するサーモトロピック液晶、又は、濃度変化によって液晶構造を形成するリオトロピック液晶として利用することができる。
【００２１】
また、本発明の高分子液晶材料は、上記課題を解決するために、ポリシランを含んでなる高分子液晶材料において、温度変化及び濃度変化のうちの少なくとも一方に応じて相構造が変化する液晶相を有し、上記液晶相の相構造には、カラムナー液晶相と、スメクチック液晶相と、ネマチック液晶相とが含まれていることを特徴としている。
【００２２】
上記高分子液晶材料に含まれるポリシランは、上記一般式（１）にて表されるポリシランであることが好ましい。
【００２３】
上記の構成によれば、上記高分子液晶材料は、温度変化や、高分子液晶材料に含まれるポリシランの濃度変化によって、相構造が、カラムナー液晶相、スメクチック液晶相、ネマチック液晶相に変化する。すなわち、上記高分子液晶材料は、上記温度変化や濃度変化に応じて、ポリシランが自己組織化することによって、自発的に上記した各液晶相に相構造が変化する。このような相構造の変化は、計算機シミュレーションによって理論的には予測されていたが、これまで実際には確認されておらず、本発明者等によって初めて見出されたものである。
【００２４】
上記液晶相の相構造の変化は、ナノメートルスケールで生じることから、この性質を用いれば、上記高分子液晶材料は、高速光スイッチ、リタデーション可変位相差板、化学物質認識センサ、大容量記憶デバイス等の光学素子や分子素子等に利用できる可能性がある。
【００２５】
また、上記高分子液晶材料が示す相構造には、コレステリック液晶相は含まれていないので、コレステリック液晶相が形成する螺旋軸の軸方向を考慮して、上記光学素子や分子素子等を設計するといった煩雑な操作が不要になり、より簡便にこれらの光学素子や分子素子を製造することができる。さらに、上記高分子液晶材料は、光学活性な物質を用いる必要がないので、製造コストを低減することが可能になる。
【００２６】
また、上記ポリシランは、重量平均分子量が１０，０００以上１００，０００以下であることが好ましい。
【００２７】
さらに、上記ポリシランは、重量平均分子量Ｍｗと数平均分子量Ｍｎとの比で表される分子量分散Ｍｗ／Ｍｎが１．５０以下であることが好ましい。
【００２８】
上記のように、重量平均分子量や分子量分散を制御することによって、スメクチック液晶相を形成することができる。それゆえ、カラムナー液晶相、スメクチック液晶相、ネマチック液晶相の３つ液晶相を含む相系列を有する高分子液晶材料を提供することができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の一形態について説明すれば、以下の通りである。
【００３０】
本発明のポリシランは、一般式（１）
【００３１】
【化４】
【００３２】
（式中、側鎖Ｒ１及び側鎖Ｒ２はそれぞれ独立して、炭素数が２以上２２以下のアルキル基又は炭素数が８以上２８以下のフェニルアルキル基であり、側鎖Ｒ３はβ位置に分岐構造を有するβ位分岐アルキル基であり、ｍ，ｎはそれぞれ正数であり、ｐは自然数である）にて表される一次構造を有するとともに、二次構造は剛直棒状構造であり、かつ、光学不活性であるものである。
【００３３】
ここで、側鎖Ｒ１及び側鎖Ｒ２はそれぞれ独立して、炭素数が２以上２２以下のアルキル基、又は、該鎖状のアルキル基にフェニル基が導入されてなる炭素数が８以上２８以下のフェニルアルキル基であることが好ましい。側鎖Ｒ１及び側鎖Ｒ２は、互いに同一であってもよく、また互いに異なっていてもよい。具体的には、アルキル基として、ｎ−デシル基、ｎ−ドデシル基、ｎ−テトラデシル基、ｎ−ヘキサデシル基、ｎ−オクタデシル等の直鎖アルキル基；イソプロピル基、イソブチル基、イソペンチル基等の分岐鎖を有する分岐鎖アルキル基等を挙げることができる。また、フェニルアルキル基としては、これらアルキル基に１つ以上のフェニル基が導入されていればよく、アルキル基の末端にフェニル基が導入されていることが特に好ましい。
【００３４】
また、側鎖Ｒ３は、β位置に分岐構造を有するアルキル基であるβ位分岐アルキル基であれば特に限定されず、さらに、側鎖Ｒ３の炭素数も限定されない。このβ位分岐アルキル基としては、例えば、２−メチルブチル基を挙げることができる。
【００３５】
上記側鎖Ｒ１〜Ｒ３には、上記フェニル基以外の種々の官能基が導入されていてもよい。官能基としては、特に限定されないが、極性を示さない無極性官能基であることが好ましい。このような無極性官能基を有することにより、本発明のポリシランは、主鎖がケイ素からなり、側鎖に水素や炭素等を含む無極性官能基を有する無極性高分子となる。
【００３６】
なお、側鎖Ｒ１〜Ｒ３は、上記ポリシランが光学不活性となるようなキラリティーを有していることが好ましい。光学不活性なポリシランを得るためには、側鎖Ｒ１〜Ｒ３がいずれもアキラルな側鎖（光学不活性基）であることが好ましい。
【００３７】
あるいは、ポリシランの繰り返し構造を単位とし、この単位毎にキラリティーを異ならせることによってポリシラン全体として光学不活性となるように、各側鎖Ｒ１〜Ｒ３が光学活性を有していてもよい。具体的には、例えば、側鎖Ｒ３に不斉原子が含まれる場合、上記一般式（１）にて表される２つの側鎖Ｒ３のキラリティーを互いに異ならせることにより、ポリシラン全体として光学不活性を実現することができる。また、一般式（１）にて表される繰り返し構造を一つの単位とすれば、一つの繰り返し構造毎に、各側鎖Ｒ１〜Ｒ３のキラリティーを異ならせることによっても、全体としてポリシランを光学不活性とすることができる。
【００３８】
また、上記ｍ，ｎは、それぞれ正数であれば特に限定されないが、ｎ／（ｍ＋ｎ）≧０．０１であることが好ましい。さらに、上記ｐは、自然数であれば特に限定されない。
【００３９】
さらに、上記ポリシランは、二次構造が剛直棒状構造であることが好ましい。ポリシランの二次構造が剛直棒状構造となるのは、７／３へリックスと称されるコンホメーションを有する場合である。すなわち、上記ポリシランが剛直棒状構造を有する場合、該ポリシランのへリックス構造の中心軸が直線的であって、この直線状の中心軸の周囲を、上記一般式（１）にて表されるケイ素連鎖からなる主鎖が螺旋状に取り囲むコンホメーションとなっている。
【００４０】
一般に、へリックス構造を有する分子は、螺旋（へリックス）構造の周期（ヘリカルピッチ）に応じた光学的性質を有していることが知られている。具体的には、上記７／３へリックスの構造を有する場合、文献（ＡＣＳ Ｐｏｌｙｍ．Ｐｒｅｐｒ．，ｖｏｌ．３７，Ｎｏ．２，ｐ．４５４−４５５，１９９６年；Ｍａｃｒｏｍｏｌ．Ｒａｐｉｄ．Ｃｏｍｍｕｎ．，ｖｏｌ．２２，ｐ．５３９−５６３，２００１年）に記載されているように、３２０ｎｍ近傍の波長の紫外線を吸収する現象が見られる。従って、本発明のポリシランを適当な溶媒に溶解させ、紫外可視吸収スペクトル測定を行った場合に、３２０ｎｍ付近の波長で光吸収が生じていれば、本発明のポリシランが剛直棒状構造であることを確認することができる。
【００４１】
このように、上記ポリシランは、剛直棒状構造を有することによって、温度変化に依存して液晶性を示すサーモトロピック液晶としての性質や、ポリシランの濃度に依存して液晶性を示すリオトロピック液晶としての性質を示すので、高分子液晶材料として利用することができる。上記ポリシランを含む高分子液晶材料では、温度変化や濃度変化に伴って、カラムナー液晶相、スメクチック液晶相、ネマチック液晶相の３つの相構造に転移する液晶性が見られる。
【００４２】
それゆえ、上記温度変化や濃度変化に伴って生じる自発的な液晶の相転移を利用すれば、高速光スイッチ、メモリデバイス、リタデーション可変位相差板、化学物質認識センサ等の光学素子や分子素子として利用することができる可能性がある。なお、温度変化や濃度変化に伴う液晶の相構造の変化の順序は、用いるポリシランの構造に応じて異なると考えられる。そのため、上記光学素子や分子素子として、上記高分子液晶材料を用いる場合には、目的とする順序で相構造が変化するポリシランを選択すればよい。
【００４３】
上記のように、ポリシランを高分子液晶材料として用いる場合には、ポリシランの重量平均分子量Ｍｗの下限値が１０，０００以上であることが好ましい。また、ポリシランの重量平均分子量Ｍｗの上限値は、１００，０００以下であることが好ましく、５０，０００以下であることがより好ましい。上記重量平均分子量Ｍｗが１０，０００未満である場合、等方性液体となって好ましくない。また、重量平均分子量Ｍｗが１００，０００を超えると、蝋状となって緩和時間が長くなるためにガラス化し、スメクチック液晶相の相構造が出現しなくなる。その結果、カラムナー液晶相及びネマチック液晶相の相構造のみが得られることになる。
【００４４】
また、上記ポリシランを高分子液晶材料として用いる場合には、重量平均分子量Ｍｗと数平均分子量Ｍｎとの比で表される分子量分散（分子量分布）Ｍｗ／Ｍｎが１．５０以下であることが好ましく、１．２５以下であることがより好ましい。分子量分散（分子量分布）Ｍｗ／Ｍｎが１．５０を超えると、スメクチック液晶相が見られなくなり、カラムナー液晶相及びネマチック液晶相の相構造のみが現れる。
【００４５】
次に、本発明のポリシランの製造方法について説明する。
【００４６】
上記一般式（１）にて表される構造を有するポリシランを合成するためには、従来公知の方法を用いればよく、その合成方法は特に限定されない。例えば、後述する実施例のように、上記ポリシランの側鎖Ｒ１を有するケイ素化合物及び／又は側鎖Ｒ２を有するケイ素化合物と、側鎖Ｒ３を有する金属化合物であるグリニヤル試薬とを反応させてモノマーを得、該モノマーを重合させれば、本発明のポリシランを得ることができる。
【００４７】
また、上記モノマーを重合させて得られるポリシランの分子量分布（分子量分散Ｍｗ／Ｍｎ）を１．２０以下とするためには、得られたポリシランを沈殿分画法によって回収することが好ましい。すなわち、本発明のポリシランは、上記したように、極性基を分子内に有していない無極性高分子である。そのため、良溶媒にポリシランを溶解したポリシラン溶液に、少量ずつ貧溶媒を添加して、生じた沈殿を逐次回収する沈殿分画法によって、分子量分散が小さい高分子液晶材料を得ることができる。
【００４８】
上記良溶媒及び貧溶媒は、ポリシランの構造に応じて適宜選択すればよく、特に限定されない。例えば、良溶媒としては、トルエン、イソオクタン、ｎ−デカン等の無極性溶媒を挙げることができる。また、貧溶媒としては、イソプロピルアルコール、エタノール、メタノール、水等の極性溶媒を挙げることができる。なお、ポリシランの良溶媒溶液に添加する貧溶媒を２種以上用いてもよい。すなわち、極性の異なる貧溶媒を用いれば、沈殿するポリシランの重量平均分子量も異なる。そのため、目的とする重量平均分子量のポリシランを得るためには、所望する重量平均分子量を有するポリシランの沈殿が得られるように、貧溶媒を選択することが好ましい。このような沈殿分画法を用いれば、大規模な製造設備を必要とすることなく、また、簡便かつ安価に、大量のポリシランを製造することができる。
【００４９】
【実施例】
以下、図１ないし図４を用いて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００５０】
〔原料モノマーの合成〕
本発明のポリシランを得るためのモノマーとして、ｎ−デシル−（ＲＳ）−２−メチルブチルジクロロシランを、以下の手順で合成した。
【００５１】
乾燥した３００ｍＬの三口フラスコにマグネシウム３．９ｇ（０．１６ｍｏｌ）を入れ、該三口フラスコ内をアルゴンで置換した。次いで、この三口フラスコに、ＴＨＦ（テトラヒドロフラン）５０ｍＬを注入し、７０℃に加熱した後、ジブロモブタンを少量加えて撹拌し、マグネシウム表面を活性化した。続いて、滴下ロートから、１−クロロ−（ＲＳ）−２−メチルブタン１４．３ｇ（０．１３ｍｏｌ）を滴下して２時間撹拌した後、室温まで冷却し、グリニヤル試薬を得た。
【００５２】
次に、上記とは別の乾燥した３００ｍＬの三口フラスコに、ＴＨＦ５０ｍＬと、ｎ−デシルトリクロロシラン４４．２５ｇ（０．１６ｍｏｌ）とを入れ、６０℃まで加熱し、上記にて得たグリニヤル試薬のＴＨＦ溶液をゆっくり滴下し、得られた反応生成物を加圧濾過して、３３．２６ｇの粗生成物を得た。この粗生成物を減圧蒸留器（０．８ｍＨｇ）を用い、沸点の違いを利用して、ｎ−デシル−（ＲＳ）−２−メチルブチルジクロロシラン（沸点１００℃（０．８ｍＨｇ））と、上記ｎ−デシルトリクロロシラン（沸点１３０℃（０．８ｍＨｇ））とを蒸留分別し、原料モノマーを得た。
【００５３】
〔ポリシランの合成〕
５００ｍＬの三口フラスコの容器内を十分に脱気し、アルゴンガスで置換した。このアルゴン置換された三口フラスコに、１８−クラウンエーテル−６（３４．０ｍｇ）を入れ、油浴上で１２０℃に加熱した。続いて、金属ナトリウム０．３ｇ（１２．８４ｍｍｏｌ）と、脱水トルエン５０ｍＬとを加え撹拌しながら、上記にて得られた原料モノマーをゆっくり滴下した。粘度が高くなり過ぎないように、適宜、脱水トルエンを加えて２時間撹拌した後、反応混合溶液を加圧濾過した。得られたポリマーの重量平均分子量を、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー（ＬＣ−１０ＡＤｖｐ、Ｓｈｉｍａｄｚｕ社製）によって調べた結果、約８００，０００と約５０，０００にピークを有していることが分かった。
【００５４】
次に、上記ポリマーをトルエンに加え、このトルエン溶液に少量のイソプロピルアルコールを添加して、高分子量を有するポリマーを沈殿させた。得られた沈殿物を遠心分離した後、加圧濾過して濾別し、真空乾燥を行い、分別サンプルとした。上記沈殿物を除去した残りの溶液についても、同様の操作を繰り返して分別サンプルを得、分子量の大きいポリマーから順次分別した。なお、上記トルエン溶液に添加する溶媒は、イソプロピルアルコール、エタノール、メタノール、水の順に切り換えた。
【００５５】
得られた分別サンプルの重量平均分子量Ｍｗ、数平均分子量Ｍｎ、分子量分散Ｍｗ／Ｍｎを表１に示す。
【００５６】
【表１】
【００５７】
表１に示されるように、トルエン溶液に添加する溶媒を切り換えて沈殿を得ることにより、重量平均分子量Ｍｗ、数平均分子量Ｍｎ、分子量分散Ｍｗ／Ｍｎが徐々に小さくなることが分かる。これにより、各分別サンプル毎に重量平均分子量Ｍｗを揃え、分子量分散Ｍｗ／Ｍｎの小さい分別サンプルが得られたことが分かる。
【００５８】
上記表１に示す分別サンプルのうち、Ｆｒ．２６を重水素化クロロホルム（ＣＤＣｌ３）に溶解させて１Ｈ−ＮＭＲスペクトル測定を行った結果、各スペクトルピークは、表２に示すように帰属された。なお、表２に示す各化学シフトは、トリメチルシラン（ＴＭＳ）を基準として決定したものである。
【００５９】
【表２】
【００６０】
上記表２より、Ｆｒ．２６に含まれるポリマーは、一般式（２）にて表される構造を有しているポリシランであることが分かった。
【００６１】
【化５】
【００６２】
また、Ｆｒ．２６をテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）に溶解させて、紫外可視吸収スペクトルを測定した。その結果を図１に示す。図１に示されるように、３２０ｎｍ付近に吸収ピークが見られ、Ｆｒ．２６のポリシランは、剛直棒状のへリックス構造を有していることが分かった。
【００６３】
〔液晶相の確認〕
上記表１に示す分別サンプルのうち、Ｆｒ．３０について、Ｒ−Ａｘｉｓ ＩＶ（リガク電機社製）を用いて、温度を変えながら、広角Ｘ線回折実験を行った。その結果を図２に示す。図２に示されるように、低温（４０℃〜１００℃）では、結晶に近い秩序性を示すカラムナー液晶相に特徴的なピークが３つ確認された。この３つのピークは、１２０℃になると完全に消失してブロードなピークとなり、分子間の液体に近いパッキング状態（スメクチック液晶相やネマチック液晶相）へと相構造が変化していることが分かる。
【００６４】
また、上記Ｆｒ．３０について、上記Ｒ−Ａｘｉｓ ＩＶを用いて、温度を変えながら、小角Ｘ線散乱実験を行った。その結果を図３に示す。図３に示されるように、スメクチック液晶相の相間隔に由来するレイヤーリフレクションを示すピークが温度の上昇とともに小さくなっていることが分かる。また、このピークは、１４０℃〜１５０℃付近でほぼ消失していることから、この温度付近で、スメクチック液晶相がネマチック液晶相へと相転移していることが分かる。
【００６５】
さらに、１１０℃及び１６０℃の温度条件下で、偏光顕微鏡を用いて上記Ｆｒ．３０を観察した。その結果を図４（ａ）（ｂ）に示す。図４（ａ）に示すように、１１０℃の温度条件下では、スメクチック液晶相に特徴的なファンシェイプテクスチャーが明瞭に観察された。また、図４（ｂ）に示すように、１６０℃の温度条件下では、ネマチック液晶相に特徴的なシュリーレンテクスチャーが観察された。
【００６６】
以上の結果から、本実施例にて得られたポリシランは、温度の上昇に伴って、カラムナー液晶相、スメクチック液晶相、ネマチック液晶相の順に相構造が変化するサーモトロピック液晶であることが分かる。
【００６７】
なお、上記と同様の実験結果が、上記表１に示すＦｒ．９〜Ｆｒ．３２でも得られた。
【００６８】
【発明の効果】
本発明のポリシランは、以上のように、上記一般式（１）にて表される構造を有するとともに、剛直棒状構造を有し、かつ、光学不活性であるものである。このポリシランを用いた高分子液晶材料は、温度変化及び濃度変化のうちの少なくとも一方に応じて、相構造が、カラムナー液晶相、スメクチック液晶相、ネマチック液晶相に変化する。
【００６９】
上記のような液晶相の相構造変化を利用すれば、上記高分子液晶材料は、高速光スイッチ、リタデーション可変位相差板、化学物質認識センサ、大容量記憶デバイス等の光学素子や分子素子等に応用できる可能性がある。
【００７０】
また、上記高分子液晶材料が示す相構造には、コレステリック液晶相ではなく、ネマチック液晶相である。そのため、コレステリック液晶相が形成する螺旋軸の軸方向を考慮して、上記光学素子や分子素子等を設計するといった煩雑な操作が不要になり、より簡便にこれらの光学素子や分子素子を製造することができる。さらに、上記高分子液晶材料は、光学活性な物質を用いる必要がないので、製造コストを低減することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のポリシランの紫外可視吸収スペクトルである。
【図２】本発明のポリシランの広角Ｘ線回折プロファイルの温度依存性を示すグラフである。
【図３】本発明のポリシランの小角Ｘ線散乱プロファイルの温度依存性を示すグラフである。
【図４】（ａ）は、本発明のポリシランの１１０℃における偏光顕微鏡画像であり、（ｂ）は本発明のポリシランの１６０℃における偏光顕微鏡画像である。
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶ポリマーとして用いられるポリシラン及びそれを用いた高分子液晶材料に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶は、液晶ディスプレイや液晶プロジェクタ等の液晶表示材料として広く用いられている。従来より、液晶性を示す化合物が多数見出され、その中には、液晶性を示す高分子化合物も知られている。液晶性を示す高分子化合物を含んでなる液晶は、高分子液晶と称され、液晶の性質と高分子化合物の性質とを利用して種々の用途に用いることができると考えられている。例えば、高分子液晶は、その配向特性を利用すれば、より優れた強度や耐熱性、成型加工性等を有する高性能プラスチック材料として用いることができる。このように、高分子液晶は、液晶表示材料としての用途だけではなく、高性能プラスチック材料等、幅広い分野で応用されることが期待されている。
【０００３】
ところで、液晶は、分子の配列状態に応じた液晶相を有しているが、液晶分子の種類によっては、１種類の液晶相だけでなく、相転移によって複数の液晶相を示す液晶が存在する。例えば、このような複数の液晶相を示す高分子液晶として、ＤＮＡ等の生体物質を用いた高分子液晶（例えば、非特許文献１・２）や、ポリシランを用いた高分子液晶（例えば、非特許文献３）等がこれまでに報告されている。
【０００４】
上記生体物質を用いた高分子液晶では、相転移により、カラムナー液晶相やコレステリック液晶相を示すことが見出されている。具体的には、上記非特許文献１・２には、ＤＮＡの濃厚水溶液からなる高分子液晶が、ＤＮＡの濃度に応じて、コレステリック液晶相又はカラムナー液晶相を示すことが記載されている。
【０００５】
また、上記非特許文献３には、相転移によって、カラムナー液晶相、スメクチック液晶相、コレステリック液晶相を示すポリシランからなる高分子液晶が記載されている。
【０００６】
【非特許文献１】
Ｓｔｒｚｅｌｅｃｋａ，Ｔ．Ｅ．等、「Ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｐｈａｓｅ ｏｆ ＤＮＡ ａｔ ｈｉｇｈ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ」、Ｎａｔｕｒｅ、３３１巻、ｐ．４５７−４６０、１９８８年
【０００７】
【非特許文献２】
Ｌｉｖｏｌａｎｔ，Ｆ．等、「Ｔｈｅ ｈｉｇｈｌｙ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄ ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｐｈａｓｅ ｏｆ ＤＮＡ ｉｓ ｃｏｌｕｍｎａｒ ｈｅｘａｇｏｎａｌ」、Ｎａｔｕｒｅ、３３９巻、ｐ．７２４−７２６、１９８９年
【０００８】
【非特許文献３】
Ｏｋｏｓｈｉ，Ｋ．等、「Ｗｅｌｌ−Ｄｅｆｉｎｅｄ Ｐｈａｓｅ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ Ｃｈｏｌｅｓｔｅｒｉｃ， Ｓｍｅｃｔｉｃ Ａ， ａｎｄ Ｃｏｌｕｍｎａｒ Ｐｈａｓｅｓ Ｏｂｓｅｒｖｅｄ ｉｎ ａ Ｔｈｅｒｍｏｔｒｏｐｉｃ ＬＣ Ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ Ｓｉｍｐｌｅ Ｒｉｇｉｄ−Ｒｏｄ Ｈｅｌｉｃａｌ Ｐｏｌｙｓｉｌａｎｅ」、Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ、３５巻、ｐ．４５５６−４５５９、２００２年
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の生体物質を用いた高分子液晶では、ＤＮＡを用いているため、高分子液晶に含まれる高分子化合物の骨格（主鎖構造）が、実質的にＤＮＡを形成する塩基配列に限定されてしまうという問題を有している。
【００１０】
すなわち、上記非特許文献１・２に記載の高分子液晶では、ＤＮＡの塩基配列以外の骨格を有する高分子化合物を得ることは困難となっている。一般に、高分子化合物の物性は、該高分子化合物の主鎖構造やコンホメーションに依存するが、ＤＮＡ等の生体物質を用いると主鎖構造がＤＮＡの塩基配列等に限定されるので、種々の物性を有する高分子液晶を提供することが困難となる。また、ＤＮＡの複製等の遺伝子工学的手法は、多大な時間が必要であるとともに大量生産に適していないという問題もあり、ＤＮＡを液晶材料として工業的に応用するためには多くの課題が残されている。
【００１１】
一方、上記非特許文献３には、カラムナー液晶相、スメクチック液晶相、コレステリック液晶相の相転移を示すポリシランからなる高分子液晶が報告されている。コレステリック液晶相では、ネマチック液晶相の相構造を示す複数の層が、各層に含まれる分子の配向方向が螺旋状にねじれるように積層している。そのため、螺旋軸方向からコレステリック液晶相を観察した場合、分子の配向方向に異方性はない。従って、この螺旋軸方向での屈折率や誘電率、導電率等の諸物性が等方的となってしまい、光学素子等に応用した場合に利用が困難となる問題を有している。すなわち、コレステリック液晶相は、その方向に応じて等方性あるいは異方性を示すため、光学素子等に応用する場合に、該コレステリック液晶相が形成する上記螺旋軸の軸方向を考慮する必要があり、光学素子等を簡単に設計することが困難となっている。
【００１２】
また、上記非特許文献３に記載の高分子液晶では、コレステリック液晶相を得るために、光学活性物質を原料として用いている。光学活性物質は、一般に高価であり、また合成する場合にもその操作が煩雑であるため、原料の低コスト化を実現することが難しい。原料の低コスト化を実現することができなければ、高分子液晶の低コスト化を実現することも困難となってしまう。
【００１３】
さらに、低分子化合物を用いた液晶材料では、光学不活性物質を用いることによって、コレステリック液晶相をネマチック液晶相に変化させることができる。しかしながら、高分子化合物を用いた液晶材料の場合、光学不活性な高分子化合物を用いると、該高分子化合物が、例えばα−へリックス構造といった棒状構造以外の立体構造を有することになる。一般に、高分子化合物が液晶性を示すためには、高分子化合物が棒状構造を有していなければならないが、上記のようにα−へリックス構造を有する高分子化合物の場合、液晶性を示さないので、液晶材料として利用することができない。
【００１４】
また、互いにキラリティーが異なる２種類の光学活性物質を等量含むラセミ体からなる高分子化合物を液晶材料として用いた場合、上記２種類の光学活性物質の重量平均分子量や分子量分布を互いに等しくする必要があり、液晶材料として利用することは困難となっている。
【００１５】
本発明は、上記従来の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、温度変化や濃度変化により、相転移が生じて複数の液晶相を示し、異方性を有することにより光学素子等へ応用して利用することができる高分子液晶を、簡便かつ容易に、また安価に提供し得る、ポリシラン及びそれを用いた高分子液晶材料を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記課題に鑑み鋭意検討を行った結果、剛直棒状構造を有し、かつ光学不活性であるポリシランを用いることにより、相構造が、カラムナー液晶相、スメクチック液晶相、ネマチック液晶相に変化し得る液晶構造を有するサーモトロピック液晶又はリオトロピック液晶を得ることができることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【００１７】
すなわち、本発明のポリシランは、上記課題を解決するために、一般式（１）
【００１８】
【化３】
（式中、側鎖Ｒ１及び側鎖Ｒ２はそれぞれ独立して、炭素数が２以上２２以下のアルキル基又は炭素数が８以上２８以下のフェニルアルキル基であり、側鎖Ｒ３はβ位置に分岐構造を有するβ位分岐アルキル基であり、ｍ，ｎはそれぞれ正数であり、ｐは自然数である）にて表される一次構造を有するとともに、二次構造は剛直棒状構造であり、かつ、光学不活性であることを特徴としている。
【００２０】
上記の構成によれば、上記ポリシランは、剛直棒状構造を有している。この剛直棒状構造を有することにより、上記ポリシランは、温度変化によって液晶構造を形成するサーモトロピック液晶、又は、濃度変化によって液晶構造を形成するリオトロピック液晶として利用することができる。
【００２１】
また、本発明の高分子液晶材料は、上記課題を解決するために、ポリシランを含んでなる高分子液晶材料において、温度変化及び濃度変化のうちの少なくとも一方に応じて相構造が変化する液晶相を有し、上記液晶相の相構造には、カラムナー液晶相と、スメクチック液晶相と、ネマチック液晶相とが含まれていることを特徴としている。
【００２２】
上記高分子液晶材料に含まれるポリシランは、上記一般式（１）にて表されるポリシランであることが好ましい。
【００２３】
上記の構成によれば、上記高分子液晶材料は、温度変化や、高分子液晶材料に含まれるポリシランの濃度変化によって、相構造が、カラムナー液晶相、スメクチック液晶相、ネマチック液晶相に変化する。すなわち、上記高分子液晶材料は、上記温度変化や濃度変化に応じて、ポリシランが自己組織化することによって、自発的に上記した各液晶相に相構造が変化する。このような相構造の変化は、計算機シミュレーションによって理論的には予測されていたが、これまで実際には確認されておらず、本発明者等によって初めて見出されたものである。
【００２４】
上記液晶相の相構造の変化は、ナノメートルスケールで生じることから、この性質を用いれば、上記高分子液晶材料は、高速光スイッチ、リタデーション可変位相差板、化学物質認識センサ、大容量記憶デバイス等の光学素子や分子素子等に利用できる可能性がある。
【００２５】
また、上記高分子液晶材料が示す相構造には、コレステリック液晶相は含まれていないので、コレステリック液晶相が形成する螺旋軸の軸方向を考慮して、上記光学素子や分子素子等を設計するといった煩雑な操作が不要になり、より簡便にこれらの光学素子や分子素子を製造することができる。さらに、上記高分子液晶材料は、光学活性な物質を用いる必要がないので、製造コストを低減することが可能になる。
【００２６】
また、上記ポリシランは、重量平均分子量が１０，０００以上１００，０００以下であることが好ましい。
【００２７】
さらに、上記ポリシランは、重量平均分子量Ｍｗと数平均分子量Ｍｎとの比で表される分子量分散Ｍｗ／Ｍｎが１．５０以下であることが好ましい。
【００２８】
上記のように、重量平均分子量や分子量分散を制御することによって、スメクチック液晶相を形成することができる。それゆえ、カラムナー液晶相、スメクチック液晶相、ネマチック液晶相の３つ液晶相を含む相系列を有する高分子液晶材料を提供することができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の一形態について説明すれば、以下の通りである。
【００３０】
本発明のポリシランは、一般式（１）
【００３１】
【化４】
（式中、側鎖Ｒ１及び側鎖Ｒ２はそれぞれ独立して、炭素数が２以上２２以下のアルキル基又は炭素数が８以上２８以下のフェニルアルキル基であり、側鎖Ｒ３はβ位置に分岐構造を有するβ位分岐アルキル基であり、ｍ，ｎはそれぞれ正数であり、ｐは自然数である）にて表される一次構造を有するとともに、二次構造は剛直棒状構造であり、かつ、光学不活性であるものである。
【００３３】
ここで、側鎖Ｒ１及び側鎖Ｒ２はそれぞれ独立して、炭素数が２以上２２以下のアルキル基、又は、該鎖状のアルキル基にフェニル基が導入されてなる炭素数が８以上２８以下のフェニルアルキル基であることが好ましい。側鎖Ｒ１及び側鎖Ｒ２は、互いに同一であってもよく、また互いに異なっていてもよい。具体的には、アルキル基として、ｎ−デシル基、ｎ−ドデシル基、ｎ−テトラデシル基、ｎ−ヘキサデシル基、ｎ−オクタデシル等の直鎖アルキル基；イソプロピル基、イソブチル基、イソペンチル基等の分岐鎖を有する分岐鎖アルキル基等を挙げることができる。また、フェニルアルキル基としては、これらアルキル基に１つ以上のフェニル基が導入されていればよく、アルキル基の末端にフェニル基が導入されていることが特に好ましい。
【００３４】
また、側鎖Ｒ３は、β位置に分岐構造を有するアルキル基であるβ位分岐アルキル基であれば特に限定されず、さらに、側鎖Ｒ３の炭素数も限定されない。このβ位分岐アルキル基としては、例えば、２−メチルブチル基を挙げることができる。
【００３５】
上記側鎖Ｒ１〜Ｒ３には、上記フェニル基以外の種々の官能基が導入されていてもよい。官能基としては、特に限定されないが、極性を示さない無極性官能基であることが好ましい。このような無極性官能基を有することにより、本発明のポリシランは、主鎖がケイ素からなり、側鎖に水素や炭素等を含む無極性官能基を有する無極性高分子となる。
【００３６】
なお、側鎖Ｒ１〜Ｒ３は、上記ポリシランが光学不活性となるようなキラリティーを有していることが好ましい。光学不活性なポリシランを得るためには、側鎖Ｒ１〜Ｒ３がいずれもアキラルな側鎖（光学不活性基）であることが好ましい。
【００３７】
あるいは、ポリシランの繰り返し構造を単位とし、この単位毎にキラリティーを異ならせることによってポリシラン全体として光学不活性となるように、各側鎖Ｒ１〜Ｒ３が光学活性を有していてもよい。具体的には、例えば、側鎖Ｒ３に不斉原子が含まれる場合、上記一般式（１）にて表される２つの側鎖Ｒ３のキラリティーを互いに異ならせることにより、ポリシラン全体として光学不活性を実現することができる。また、一般式（１）にて表される繰り返し構造を一つの単位とすれば、一つの繰り返し構造毎に、各側鎖Ｒ１〜Ｒ３のキラリティーを異ならせることによっても、全体としてポリシランを光学不活性とすることができる。
【００３８】
また、上記ｍ，ｎは、それぞれ正数であれば特に限定されないが、ｎ／（ｍ＋ｎ）≧０．０１であることが好ましい。さらに、上記ｐは、自然数であれば特に限定されない。
【００３９】
さらに、上記ポリシランは、二次構造が剛直棒状構造であることが好ましい。ポリシランの二次構造が剛直棒状構造となるのは、７／３へリックスと称されるコンホメーションを有する場合である。すなわち、上記ポリシランが剛直棒状構造を有する場合、該ポリシランのへリックス構造の中心軸が直線的であって、この直線状の中心軸の周囲を、上記一般式（１）にて表されるケイ素連鎖からなる主鎖が螺旋状に取り囲むコンホメーションとなっている。
【００４０】
一般に、へリックス構造を有する分子は、螺旋（へリックス）構造の周期（ヘリカルピッチ）に応じた光学的性質を有していることが知られている。具体的には、上記７／３へリックスの構造を有する場合、文献（ＡＣＳ Ｐｏｌｙｍ．Ｐｒｅｐｒ．，ｖｏｌ．３７，Ｎｏ．２，ｐ．４５４−４５５，１９９６年；Ｍａｃｒｏｍｏｌ．Ｒａｐｉｄ．Ｃｏｍｍｕｎ．，ｖｏｌ．２２，ｐ．５３９−５６３，２００１年）に記載されているように、３２０ｎｍ近傍の波長の紫外線を吸収する現象が見られる。従って、本発明のポリシランを適当な溶媒に溶解させ、紫外可視吸収スペクトル測定を行った場合に、３２０ｎｍ付近の波長で光吸収が生じていれば、本発明のポリシランが剛直棒状構造であることを確認することができる。
【００４１】
このように、上記ポリシランは、剛直棒状構造を有することによって、温度変化に依存して液晶性を示すサーモトロピック液晶としての性質や、ポリシランの濃度に依存して液晶性を示すリオトロピック液晶としての性質を示すので、高分子液晶材料として利用することができる。上記ポリシランを含む高分子液晶材料では、温度変化や濃度変化に伴って、カラムナー液晶相、スメクチック液晶相、ネマチック液晶相の３つの相構造に転移する液晶性が見られる。
【００４２】
それゆえ、上記温度変化や濃度変化に伴って生じる自発的な液晶の相転移を利用すれば、高速光スイッチ、メモリデバイス、リタデーション可変位相差板、化学物質認識センサ等の光学素子や分子素子として利用することができる可能性がある。なお、温度変化や濃度変化に伴う液晶の相構造の変化の順序は、用いるポリシランの構造に応じて異なると考えられる。そのため、上記光学素子や分子素子として、上記高分子液晶材料を用いる場合には、目的とする順序で相構造が変化するポリシランを選択すればよい。
【００４３】
上記のように、ポリシランを高分子液晶材料として用いる場合には、ポリシランの重量平均分子量Ｍｗの下限値が１０，０００以上であることが好ましい。また、ポリシランの重量平均分子量Ｍｗの上限値は、１００，０００以下であることが好ましく、５０，０００以下であることがより好ましい。上記重量平均分子量Ｍｗが１０，０００未満である場合、等方性液体となって好ましくない。また、重量平均分子量Ｍｗが１００，０００を超えると、蝋状となって緩和時間が長くなるためにガラス化し、スメクチック液晶相の相構造が出現しなくなる。その結果、カラムナー液晶相及びネマチック液晶相の相構造のみが得られることになる。
【００４４】
また、上記ポリシランを高分子液晶材料として用いる場合には、重量平均分子量Ｍｗと数平均分子量Ｍｎとの比で表される分子量分散（分子量分布）Ｍｗ／Ｍｎが１．５０以下であることが好ましく、１．２５以下であることがより好ましい。分子量分散（分子量分布）Ｍｗ／Ｍｎが１．５０を超えると、スメクチック液晶相が見られなくなり、カラムナー液晶相及びネマチック液晶相の相構造のみが現れる。
【００４５】
次に、本発明のポリシランの製造方法について説明する。
【００４６】
上記一般式（１）にて表される構造を有するポリシランを合成するためには、従来公知の方法を用いればよく、その合成方法は特に限定されない。例えば、後述する実施例のように、上記ポリシランの側鎖Ｒ１を有するケイ素化合物及び／又は側鎖Ｒ２を有するケイ素化合物と、側鎖Ｒ３を有する金属化合物であるグリニヤル試薬とを反応させてモノマーを得、該モノマーを重合させれば、本発明のポリシランを得ることができる。
【００４７】
また、上記モノマーを重合させて得られるポリシランの分子量分布（分子量分散Ｍｗ／Ｍｎ）を１．２０以下とするためには、得られたポリシランを沈殿分画法によって回収することが好ましい。すなわち、本発明のポリシランは、上記したように、極性基を分子内に有していない無極性高分子である。そのため、良溶媒にポリシランを溶解したポリシラン溶液に、少量ずつ貧溶媒を添加して、生じた沈殿を逐次回収する沈殿分画法によって、分子量分散が小さい高分子液晶材料を得ることができる。
【００４８】
上記良溶媒及び貧溶媒は、ポリシランの構造に応じて適宜選択すればよく、特に限定されない。例えば、良溶媒としては、トルエン、イソオクタン、ｎ−デカン等の無極性溶媒を挙げることができる。また、貧溶媒としては、イソプロピルアルコール、エタノール、メタノール、水等の極性溶媒を挙げることができる。なお、ポリシランの良溶媒溶液に添加する貧溶媒を２種以上用いてもよい。すなわち、極性の異なる貧溶媒を用いれば、沈殿するポリシランの重量平均分子量も異なる。そのため、目的とする重量平均分子量のポリシランを得るためには、所望する重量平均分子量を有するポリシランの沈殿が得られるように、貧溶媒を選択することが好ましい。このような沈殿分画法を用いれば、大規模な製造設備を必要とすることなく、また、簡便かつ安価に、大量のポリシランを製造することができる。
【００４９】
【実施例】
以下、図１ないし図４を用いて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００５０】
〔原料モノマーの合成〕
本発明のポリシランを得るためのモノマーとして、ｎ−デシル−（ＲＳ）−２−メチルブチルジクロロシランを、以下の手順で合成した。
【００５１】
乾燥した３００ｍＬの三口フラスコにマグネシウム３．９ｇ（０．１６ｍｏｌ）を入れ、該三口フラスコ内をアルゴンで置換した。次いで、この三口フラスコに、ＴＨＦ（テトラヒドロフラン）５０ｍＬを注入し、７０℃に加熱した後、ジブロモブタンを少量加えて撹拌し、マグネシウム表面を活性化した。続いて、滴下ロートから、１−クロロ−（ＲＳ）−２−メチルブタン１４．３ｇ（０．１３ｍｏｌ）を滴下して２時間撹拌した後、室温まで冷却し、グリニヤル試薬を得た。
【００５２】
次に、上記とは別の乾燥した３００ｍＬの三口フラスコに、ＴＨＦ５０ｍＬと、ｎ−デシルトリクロロシラン４４．２５ｇ（０．１６ｍｏｌ）とを入れ、６０℃まで加熱し、上記にて得たグリニヤル試薬のＴＨＦ溶液をゆっくり滴下し、得られた反応生成物を加圧濾過して、３３．２６ｇの粗生成物を得た。この粗生成物を減圧蒸留器（０．８ｍＨｇ）を用い、沸点の違いを利用して、ｎ−デシル−（ＲＳ）−２−メチルブチルジクロロシラン（沸点１００℃（０．８ｍＨｇ））と、上記ｎ−デシルトリクロロシラン（沸点１３０℃（０．８ｍＨｇ））とを蒸留分別し、原料モノマーを得た。
【００５３】
〔ポリシランの合成〕
５００ｍＬの三口フラスコの容器内を十分に脱気し、アルゴンガスで置換した。このアルゴン置換された三口フラスコに、１８−クラウンエーテル−６（３４．０ｍｇ）を入れ、油浴上で１２０℃に加熱した。続いて、金属ナトリウム０．３ｇ（１２．８４ｍｍｏｌ）と、脱水トルエン５０ｍＬとを加え撹拌しながら、上記にて得られた原料モノマーをゆっくり滴下した。粘度が高くなり過ぎないように、適宜、脱水トルエンを加えて２時間撹拌した後、反応混合溶液を加圧濾過した。得られたポリマーの重量平均分子量を、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー（ＬＣ−１０ＡＤｖｐ、Ｓｈｉｍａｄｚｕ社製）によって調べた結果、約８００，０００と約５０，０００にピークを有していることが分かった。
【００５４】
次に、上記ポリマーをトルエンに加え、このトルエン溶液に少量のイソプロピルアルコールを添加して、高分子量を有するポリマーを沈殿させた。得られた沈殿物を遠心分離した後、加圧濾過して濾別し、真空乾燥を行い、分別サンプルとした。上記沈殿物を除去した残りの溶液についても、同様の操作を繰り返して分別サンプルを得、分子量の大きいポリマーから順次分別した。なお、上記トルエン溶液に添加する溶媒は、イソプロピルアルコール、エタノール、メタノール、水の順に切り換えた。
【００５５】
得られた分別サンプルの重量平均分子量Ｍｗ、数平均分子量Ｍｎ、分子量分散Ｍｗ／Ｍｎを表１に示す。
【００５６】
【表１】
表１に示されるように、トルエン溶液に添加する溶媒を切り換えて沈殿を得ることにより、重量平均分子量Ｍｗ、数平均分子量Ｍｎ、分子量分散Ｍｗ／Ｍｎが徐々に小さくなることが分かる。これにより、各分別サンプル毎に重量平均分子量Ｍｗを揃え、分子量分散Ｍｗ／Ｍｎの小さい分別サンプルが得られたことが分かる。
【００５８】
上記表１に示す分別サンプルのうち、Ｆｒ．２６を重水素化クロロホルム（ＣＤＣｌ３）に溶解させて１Ｈ−ＮＭＲスペクトル測定を行った結果、各スペクトルピークは、表２に示すように帰属された。なお、表２に示す各化学シフトは、トリメチルシラン（ＴＭＳ）を基準として決定したものである。
【００５９】
【表２】
上記表２より、Ｆｒ．２６に含まれるポリマーは、一般式（２）にて表される構造を有しているポリシランであることが分かった。
【００６１】
【化５】
また、Ｆｒ．２６をテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）に溶解させて、紫外可視吸収スペクトルを測定した。その結果を図１に示す。図１に示されるように、３２０ｎｍ付近に吸収ピークが見られ、Ｆｒ．２６のポリシランは、剛直棒状のへリックス構造を有していることが分かった。
【００６３】
〔液晶相の確認〕
上記表１に示す分別サンプルのうち、Ｆｒ．３０について、Ｒ−Ａｘｉｓ ＩＶ（リガク電機社製）を用いて、温度を変えながら、広角Ｘ線回折実験を行った。その結果を図２に示す。図２に示されるように、低温（４０℃〜１００℃）では、結晶に近い秩序性を示すカラムナー液晶相に特徴的なピークが３つ確認された。この３つのピークは、１２０℃になると完全に消失してブロードなピークとなり、分子間の液体に近いパッキング状態（スメクチック液晶相やネマチック液晶相）へと相構造が変化していることが分かる。
【００６４】
また、上記Ｆｒ．３０について、上記Ｒ−Ａｘｉｓ ＩＶを用いて、温度を変えながら、小角Ｘ線散乱実験を行った。その結果を図３に示す。図３に示されるように、スメクチック液晶相の相間隔に由来するレイヤーリフレクションを示すピークが温度の上昇とともに小さくなっていることが分かる。また、このピークは、１４０℃〜１５０℃付近でほぼ消失していることから、この温度付近で、スメクチック液晶相がネマチック液晶相へと相転移していることが分かる。
【００６５】
さらに、１１０℃及び１６０℃の温度条件下で、偏光顕微鏡を用いて上記Ｆｒ．３０を観察した。その結果を図４（ａ）（ｂ）に示す。図４（ａ）に示すように、１１０℃の温度条件下では、スメクチック液晶相に特徴的なファンシェイプテクスチャーが明瞭に観察された。また、図４（ｂ）に示すように、１６０℃の温度条件下では、ネマチック液晶相に特徴的なシュリーレンテクスチャーが観察された。
【００６６】
以上の結果から、本実施例にて得られたポリシランは、温度の上昇に伴って、カラムナー液晶相、スメクチック液晶相、ネマチック液晶相の順に相構造が変化するサーモトロピック液晶であることが分かる。
【００６７】
なお、上記と同様の実験結果が、上記表１に示すＦｒ．９〜Ｆｒ．３２でも得られた。
【００６８】
【発明の効果】
本発明のポリシランは、以上のように、上記一般式（１）にて表される構造を有するとともに、剛直棒状構造を有し、かつ、光学不活性であるものである。このポリシランを用いた高分子液晶材料は、温度変化及び濃度変化のうちの少なくとも一方に応じて、相構造が、カラムナー液晶相、スメクチック液晶相、ネマチック液晶相に変化する。
【００６９】
上記のような液晶相の相構造変化を利用すれば、上記高分子液晶材料は、高速光スイッチ、リタデーション可変位相差板、化学物質認識センサ、大容量記憶デバイス等の光学素子や分子素子等に応用できる可能性がある。
【００７０】
また、上記高分子液晶材料が示す相構造には、コレステリック液晶相ではなく、ネマチック液晶相である。そのため、コレステリック液晶相が形成する螺旋軸の軸方向を考慮して、上記光学素子や分子素子等を設計するといった煩雑な操作が不要になり、より簡便にこれらの光学素子や分子素子を製造することができる。さらに、上記高分子液晶材料は、光学活性な物質を用いる必要がないので、製造コストを低減することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のポリシランの紫外可視吸収スペクトルである。
【図２】本発明のポリシランの広角Ｘ線回折プロファイルの温度依存性を示すグラフである。
【図３】本発明のポリシランの小角Ｘ線散乱プロファイルの温度依存性を示すグラフである。
【図４】（ａ）は、本発明のポリシランの１１０℃における偏光顕微鏡画像であり、（ｂ）は本発明のポリシランの１６０℃における偏光顕微鏡画像である。
Claims (5)
- 一般式（１）
二次構造は剛直棒状構造であり、かつ、光学不活性であることを特徴とするポリシラン。 - ポリシランを含んでなる高分子液晶材料において、
温度変化及び濃度変化のうちの少なくとも一方に応じて相構造が変化する液晶相を有し、
上記液晶相の相構造には、カラムナー液晶相と、スメクチック液晶相と、ネマチック液晶相とが含まれていることを特徴とする高分子液晶材料。 - 上記ポリシランは、一般式（１）
二次構造は剛直棒状構造であり、かつ、光学不活性であることを特徴とする請求項２記載の高分子液晶材料。 - 上記ポリシランは、重量平均分子量が１０，０００以上１００，０００以下であることを特徴とする請求項３記載の高分子液晶材料。
- 上記ポリシランは、重量平均分子量Ｍｗと数平均分子量Ｍｎとの比で表される分子量分散Ｍｗ／Ｍｎが１．５０以下であることを特徴とする請求項３又は４記載の高分子液晶材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003037039A JP3730225B2 (ja) | 2003-02-14 | 2003-02-14 | ポリシランを用いた高分子液晶材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003037039A JP3730225B2 (ja) | 2003-02-14 | 2003-02-14 | ポリシランを用いた高分子液晶材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004244545A true JP2004244545A (ja) | 2004-09-02 |
| JP3730225B2 JP3730225B2 (ja) | 2005-12-21 |
Family
ID=33021968
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003037039A Expired - Lifetime JP3730225B2 (ja) | 2003-02-14 | 2003-02-14 | ポリシランを用いた高分子液晶材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3730225B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009274997A (ja) * | 2008-05-15 | 2009-11-26 | National Cardiovascular Center | 遺伝子導入剤及びその製造方法並びに核酸複合体 |
| JP2009286008A (ja) * | 2008-05-29 | 2009-12-10 | Tokyo Institute Of Technology | ナノインプリント用モールド |
| WO2010035743A1 (ja) * | 2008-09-25 | 2010-04-01 | 国立大学法人東京工業大学 | ナノインプリント用モールド |
-
2003
- 2003-02-14 JP JP2003037039A patent/JP3730225B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009274997A (ja) * | 2008-05-15 | 2009-11-26 | National Cardiovascular Center | 遺伝子導入剤及びその製造方法並びに核酸複合体 |
| JP2009286008A (ja) * | 2008-05-29 | 2009-12-10 | Tokyo Institute Of Technology | ナノインプリント用モールド |
| WO2010035743A1 (ja) * | 2008-09-25 | 2010-04-01 | 国立大学法人東京工業大学 | ナノインプリント用モールド |
| JP2010076211A (ja) * | 2008-09-25 | 2010-04-08 | Tokyo Institute Of Technology | ナノインプリント用モールド |
| US20110233820A1 (en) * | 2008-09-25 | 2011-09-29 | Tokyo Institute Of Technology | Mold for nanoimprint |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3730225B2 (ja) | 2005-12-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| San Jose et al. | Lyotropic chiral nematic liquid crystalline aliphatic conjugated polymers based on disubstituted polyacetylene derivatives that exhibit high dissymmetry factors in circularly polarized luminescence | |
| Rueff et al. | Lamellar to columnar mesophase evolution in a series of PAMAM liquid-crystalline codendrimers | |
| Achalkumar et al. | Non-conventional liquid crystals: synthesis and mesomorphism of non-symmetric trimers and tetramers derived from cholesterol | |
| Yu et al. | Phase behaviors of side-chain liquid crystalline polyacetylenes with different length of spacer: Where will the decoupling effect appear? | |
| Chen et al. | Design, synthesis, and characterization of bent-core mesogen-jacketed liquid crystalline polymers | |
| Vergara et al. | Mesomorphism from bent-core based ionic dendritic macromolecules | |
| Mu et al. | Well-organized columnar superlattices via positive coupling between polymer backbone and discotic side groups | |
| Wu et al. | Triphenylene-based side chain liquid crystalline block copolymers containing a PEG block: controlled synthesis, microphase structures evolution and their interplay with discotic mesogenic orders | |
| Goto et al. | Synthesis of polythiophene derivatives bearing ferroelectric liquid crystalline substituents | |
| Piao et al. | Combined type liquid crystalline polymers composed of poly (p-phenylene terephthalate) main chain and azobenzene mesogenic side groups attached through polymethylene spacers | |
| Krishnasamy et al. | Self-Assembly and Temperature-Driven Chirality Inversion of Cholesteryl-Based Block Copolymers | |
| Orodepo et al. | Periodically spaced side-chain liquid crystalline polymers | |
| Hou et al. | Hierarchical structures in a main-chain/side-chain combined liquid crystalline polymer with a polynorbornene backbone and multi-benzene side-chain mesogens | |
| Boiko et al. | Kinetically controlled phase transitions in liquid‐crystalline polymers. III. Influence of the molecular weight and annealing temperature on two‐dimensional K phase formation in a side‐chain polyacrylate | |
| Gu et al. | Thermotropic, reversible, and highly selective one-handed helical structure of hydroxyl group-containing poly (phenylacetylene) s and its static memory | |
| Koltzenburg et al. | Investigation of the thermal and morphological behavior of liquid-crystalline acetylene homo-and copolymers | |
| Li et al. | Influence of main chain on the phase behaviors of side‐chain liquid‐crystalline polymers with triphenylene mesogens of long alkyl tail substituents | |
| JP3730225B2 (ja) | ポリシランを用いた高分子液晶材料 | |
| Babur et al. | Confined relaxation dynamics in long range ordered polyesters with comb-like architecture | |
| Mu et al. | Controlled synthesis and microstructure tuning of PEG‐containing side‐chain discotic liquid crystalline block copolymers via RAFT polymerization | |
| Mu et al. | Processing-Dependent Lamellar Polymorphism of Hyperbranched Liquid-Crystalline Polymer with Variable Light Emission | |
| Pugh et al. | Correlation of model compounds and laterally attached side-chain liquid crystalline polynorbornenes with a 1-carbon spacer | |
| Wang et al. | Influence of molecular weight on helical twisting power of oligomer chiral dopants | |
| JP3770397B2 (ja) | 高分子液晶材料 | |
| Liu et al. | Long range chirality transfer in free radical polymerization of vinylterphenyl monomers bearing chiral alkoxy groups |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20040623 |
|
| RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20040809 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050627 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050705 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050905 |
|
| RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20050905 |
|
| 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: 20051004 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20051005 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 3730225 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081014 Year of fee payment: 3 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313117 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081014 Year of fee payment: 3 |
|
| R360 | Written notification for declining of transfer of rights |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R360 |
|
| R370 | Written measure of declining of transfer procedure |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R370 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091014 Year of fee payment: 4 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091014 Year of fee payment: 4 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313117 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091014 Year of fee payment: 4 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |