JP2024086253A - Liquid Crystal Polyurethane Elastomer - Google Patents

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Abstract

【課題】大きな収縮力を有する液晶ポリウレタンエラストマーを提供すること。【解決手段】広角X線回折測定を行い、Hermansの手法で算出した配向度fが0.08~0.3である、液晶ポリウレタンエラストマー。該液晶ポリウレタンエラストマーは、例えば、活性水素基を有するメソゲン基含有化合物と、イソシアネート化合物と、活性水素基を有する光重合性基含有化合物と、3以上の活性水素基を有する架橋剤とを反応させることにより、光架橋性液晶ポリウレタンを製造し、これを延伸した状態で特定波長の光を照射することにより製造することができる。【選択図】 なし[Problem] To provide a liquid crystal polyurethane elastomer having a large contractile force. [Solution] A liquid crystal polyurethane elastomer having an orientation degree f of 0.08 to 0.3, calculated by wide-angle X-ray diffraction measurement and the Hermans method. The liquid crystal polyurethane elastomer can be produced, for example, by reacting a mesogen group-containing compound having an active hydrogen group, an isocyanate compound, a photopolymerizable group-containing compound having an active hydrogen group, and a crosslinking agent having three or more active hydrogen groups to produce a photocrosslinkable liquid crystal polyurethane, and then irradiating the photocrosslinkable liquid crystal polyurethane with light of a specific wavelength in a stretched state. [Selected Figure] None

Description

本発明は、液晶ポリウレタンエラストマーに関するものである。 The present invention relates to liquid crystal polyurethane elastomers.

分子構造内にメソゲン基を有する液晶ポリマーは、液晶(メソゲン基)の配向度の変化に伴って物性が変化する。このような性質に着目し、液晶ポリマーをエラストマーとして様々な用途で利用する試みがなされている。 Liquid crystal polymers that have mesogenic groups in their molecular structure have physical properties that change with changes in the degree of orientation of the liquid crystals (mesogenic groups). Taking advantage of this property, attempts are being made to use liquid crystal polymers as elastomers in a variety of applications.

例えば、液晶ポリマーとして、ジイソシアネート成分と、高分子量ポリオール成分と、メソゲンジオールとの反応によって得られる液晶性ポリマーをマトリックスとして含む熱応答性材料がある(例えば、特許文献1を参照)。 For example, there is a thermoresponsive material that contains a liquid crystal polymer as a matrix, the liquid crystal polymer being obtained by reacting a diisocyanate component, a high molecular weight polyol component, and a mesogenic diol (see, for example, Patent Document 1).

特開2017-115036号公報JP 2017-115036 A

特許文献1の液晶性ポリマーをマトリックスとして含む熱応答性材料は、本出願人が開発したものであり、液晶性発現温度領域でゴム弾性を有するものである。この液晶ポリウレタンエラストマーは、従来の液晶ポリウレタンと比べて、液晶性発現温度を低下させたものである。かかる液晶ポリウレタンエラストマーは、液晶分子を一軸配向し、等方相-液晶相転移させると、収縮などの可逆変形を引き起こす。しかしながら、用途によってはより大きな収縮力が必要になる場合がある。 The thermoresponsive material containing the liquid crystal polymer of Patent Document 1 as a matrix was developed by the present applicant and has rubber elasticity in the liquid crystal manifestation temperature range. This liquid crystal polyurethane elastomer has a lower liquid crystal manifestation temperature compared to conventional liquid crystal polyurethanes. When the liquid crystal molecules of such a liquid crystal polyurethane elastomer are uniaxially aligned and an isotropic phase-liquid crystal phase transition occurs, reversible deformation such as shrinkage occurs. However, depending on the application, a larger shrinkage force may be required.

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、大きな収縮力を有する液晶ポリウレタンエラストマーを提供することを目的とする。 The present invention was made in consideration of the above-mentioned circumstances, and its purpose is to provide a liquid crystal polyurethane elastomer having a large contractile force.

上記目的は下記構成により達成し得る。すなわち本発明は、広角X線回折測定を行い、Hermansの手法で算出した配向度fが0.08~0.3である、液晶ポリウレタンエラストマーに関する。 The above object can be achieved by the following configuration. That is, the present invention relates to a liquid crystal polyurethane elastomer having an orientation degree f of 0.08 to 0.3, calculated by wide-angle X-ray diffraction measurement and the Hermans method.

本発明に係る液晶ポリウレタンエラストマーは収縮力が向上している。このような効果が得られる理由は明らかではないが、例えば以下の理由が考えられる。 The liquid crystal polyurethane elastomer of the present invention has improved contractile force. The reason why such an effect is obtained is unclear, but the following reasons are considered, for example.

本発明に係る液晶ポリウレタンエラストマーは配向度が高い状態、具体的には広角X線回折測定を行い、Hermansの手法で算出した配向度fが0.08~0.3に設計されているため、常温ではエントロピーが低い状態となっている。一方、加熱により液晶構造が溶融した際、エントロピーが高くなるように働くため、エントロピーの変化量が大きくなることで、本発明に係る液晶ポリウレタンエラストマーの収縮力も大きくなると考えられる。 The liquid crystal polyurethane elastomer of the present invention is designed to have a high degree of orientation; specifically, the degree of orientation f calculated by the Hermans method using wide-angle X-ray diffraction measurement is designed to be 0.08 to 0.3, so that the entropy is low at room temperature. On the other hand, when the liquid crystal structure melts due to heating, the entropy increases, and it is believed that the contractile force of the liquid crystal polyurethane elastomer of the present invention also increases as the amount of entropy change increases.

本発明に係る液晶ポリウレタンエラストマーは、広角X線回折測定を行い、Hermansの手法で算出した配向度fが0.08~0.3である。配向度fは、Hermansの手法により算出可能であり、その算出手順については後述する。 The liquid crystal polyurethane elastomer according to the present invention is subjected to wide-angle X-ray diffraction measurement, and the degree of orientation f calculated by the Hermans method is 0.08 to 0.3. The degree of orientation f can be calculated by the Hermans method, and the calculation procedure will be described later.

なお、前記配向度fが0.08~0.3を満たす液晶ポリウレタンエラストマーは、例えば、活性水素基を有するメソゲン基含有化合物と、イソシアネート化合物と、活性水素基を有する光重合性基含有化合物と、3以上の活性水素基を有する架橋剤とを反応させることにより、光架橋性液晶ポリウレタンを製造し、これを延伸した状態で特定波長の光を照射することにより製造することができる。以下に、光架橋性液晶ポリウレタン(液晶ポリウレタンエラストマー)の原料となる各成分について説明する。 The liquid crystal polyurethane elastomer having the degree of orientation f of 0.08 to 0.3 can be produced, for example, by reacting a mesogen group-containing compound having an active hydrogen group, an isocyanate compound, a photopolymerizable group-containing compound having an active hydrogen group, and a crosslinking agent having three or more active hydrogen groups to produce a photocrosslinkable liquid crystal polyurethane, and then irradiating the stretched liquid crystal polyurethane with light of a specific wavelength. The components that are the raw materials for the photocrosslinkable liquid crystal polyurethane (liquid crystal polyurethane elastomer) are described below.

[メソゲン基含有化合物]
メソゲン基含有化合物としては、例えば、下記の一般式(1)で表される化合物が好ましい。
[Mesogen group-containing compound]
As the mesogen group-containing compound, for example, a compound represented by the following general formula (1) is preferable.

上記一般式(1)において、Xは活性水素基であり、Rは隣接する結合基の一部をなす単結合、-N=N-、-CO-、-CO-O-、または-CH=N-であり、Rは隣接する結合基の一部をなす単結合、または-O-であり、Rは隣接する結合基の一部をなす単結合、または炭素数1~20のアルキレン基である。ただし、Rが-O-であり、且つRが隣接する結合基の一部をなす単結合であるものを除く。)なお、「隣接する結合基の一部をなす単結合」とは、当該単結合が隣接する結合基の一部と共有されている状態を意味する。例えば、上記一般式(1)において、Rが隣接する結合基の一部をなす単結合である場合、単結合であるRは両側のベンゼン環と共有された状態となり、当該両側のベンゼン環とともにビフェニル構造を形成する。Xとしては、例えば、OH、SH、NH、COOH、二級アミンなどが挙げられる。メソゲン基含有化合物の配合量は、液晶ポリウレタンエラストマーを構成する原料中、20~80質量%、好ましくは40~70質量%となるように調整される。メソゲン基含有化合物の配合量が20質量%未満の場合、生成した液晶ポリウレタンエラストマーに液晶性が発現し難くなる。メソゲン基含有化合物の配合量が80質量%を超える場合、液晶相-等方相間の相転移温度(Ti)が高くなり、常温を含む低温領域で液晶ポリウレタンエラストマーを成形することが困難となる。 In the above general formula (1), X is an active hydrogen group, R 1 is a single bond forming a part of an adjacent bonding group, -N=N-, -CO-, -CO-O-, or -CH=N-, R 2 is a single bond forming a part of an adjacent bonding group, or -O-, and R 3 is a single bond forming a part of an adjacent bonding group, or an alkylene group having 1 to 20 carbon atoms. However, this does not include cases where R 2 is -O- and R 3 is a single bond forming a part of an adjacent bonding group.) Note that "a single bond forming a part of an adjacent bonding group" means a state in which the single bond is shared with a part of an adjacent bonding group. For example, in the above general formula (1), when R 1 is a single bond forming a part of an adjacent bonding group, R 1 , which is a single bond, is shared with the benzene rings on both sides, and forms a biphenyl structure together with the benzene rings on both sides. Examples of X include OH, SH, NH 2 , COOH, and secondary amines. The amount of the mesogen group-containing compound is adjusted to 20 to 80% by mass, preferably 40 to 70% by mass, in the raw materials constituting the liquid crystal polyurethane elastomer. If the amount of the mesogen group-containing compound is less than 20% by mass, the liquid crystal polyurethane elastomer produced is unlikely to exhibit liquid crystallinity. If the amount of the mesogen group-containing compound is more than 80% by mass, the phase transition temperature (Ti) between the liquid crystal phase and the isotropic phase becomes high, making it difficult to mold the liquid crystal polyurethane elastomer in a low temperature range including room temperature.

メソゲン基含有化合物には、アルキレンオキシドおよび/またはスチレンオキシドを併用することが好ましい。アルキレンオキシドおよび/またはスチレンオキシドは、液晶ポリウレタンエラストマーにおける液晶相の発現温度を低下させるように機能するため、メソゲン基含有化合物にアルキレンオキシドおよび/またはスチレンオキシドを併用して生成した液晶ポリウレタンエラストマーは、常温での実用性に優れた製品となり得る。アルキレンオキシドは、例えば、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、またはブチレンオキシドを使用することができる。上掲のアルキレンオキシドは、単独で使用してもよいし、複数種を混合して使用してもよい。スチレンオキシドについては、ベンゼン環にアルキル基、アルコキシ基、ハロゲンなどの置換基を有するものでもよい。アルキレンオキシドは、上掲のアルキレンオキシドと、上掲のスチレンオキシドとを混合したものを使用することも可能である。アルキレンオキシドおよび/またはスチレンオキシドの配合量は、メソゲン基含有化合物1モルに対して、アルキレンオキシドおよび/またはスチレンオキシドが1~10モル、好ましくは2~6モル付加されるように調整される。アルキレンオキシドおよび/またはスチレンオキシドの付加モル数が1モル未満の場合、液晶ポリウレタンエラストマーの液晶相が発現する温度範囲を十分に低下させることが困難となり、そのため、無溶媒で且つ液晶相が発現した状態で光架橋性液晶ポリウレタンを連続成形することが困難となる。アルキレンオキシドおよび/またはスチレンオキシドの付加モル数が10モルを超える場合、液晶ポリウレタンエラストマーの液晶相が発現し難くなる虞がある。 It is preferable to use an alkylene oxide and/or styrene oxide in combination with the mesogen group-containing compound. Since the alkylene oxide and/or styrene oxide function to lower the temperature at which the liquid crystal phase appears in the liquid crystal polyurethane elastomer, the liquid crystal polyurethane elastomer produced by using the alkylene oxide and/or styrene oxide in combination with the mesogen group-containing compound can be a product with excellent practicality at room temperature. For example, ethylene oxide, propylene oxide, or butylene oxide can be used as the alkylene oxide. The alkylene oxides listed above may be used alone or in combination. Styrene oxide may have a substituent such as an alkyl group, an alkoxy group, or a halogen on the benzene ring. It is also possible to use a mixture of the alkylene oxides listed above and the styrene oxide listed above. The amount of alkylene oxide and/or styrene oxide is adjusted so that 1 to 10 moles, preferably 2 to 6 moles, of alkylene oxide and/or styrene oxide are added per mole of the mesogen group-containing compound. If the number of moles of alkylene oxide and/or styrene oxide added is less than 1 mole, it becomes difficult to sufficiently lower the temperature range in which the liquid crystal phase of the liquid crystal polyurethane elastomer is expressed, and therefore it becomes difficult to continuously mold the photocrosslinkable liquid crystal polyurethane without a solvent and in a state in which the liquid crystal phase is expressed. If the number of moles of alkylene oxide and/or styrene oxide added exceeds 10 moles, it may become difficult for the liquid crystal polyurethane elastomer to express the liquid crystal phase.

[イソシアネート化合物]
イソシアネート化合物は、例えば下記に示すジイソシアネート化合物を使用することができる。ジイソシアネート化合物を例示すると、2,4-トルエンジイソシアネート、2,6-トルエンジイソシアネート、2,2’-ジフェニルメタンジイソシアネート、2,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート、4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート、1,5-ナフタレンジイソシアネート、p-フェニレンジイソシアネート、m-フェニレンジイソシアネート、p-キシリレンジイソシアネート、およびm-キシリレンジイソシアネートなどの芳香族ジイソシアネート;エチレンジイソシアネート、1,5-ペンタメチレンジイソシアネート、2,2,4-トリメチルヘキサメチレン-1,6-ジイソシアネート、2,4,4-トリメチルヘキサメチレン-1,6-ジイソシアネート、および1,6-ヘキサメチレンジイソシアネートなどの脂肪族ジイソシアネート;並びに1,4-シクロヘキサンジイソシアネート、4,4’-ジシクロへキシルメタンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、およびノルボルナンジイソシアネートなどの脂環式ジイソシアネートなどが挙げられる。例示したジイソシアネート化合物は、単独で使用してもよいし、複数種を混合して使用してもよい。なお、本発明ではイソシアネート化合物として3官能以上のイソシアネート化合物を併用しても良いが、得られる光架橋性液晶ポリウレタンの熱可塑性を確保するため、使用するイソシアネート化合物の全量を100質量%としたとき、ジイソシアネート化合物の割合は98質量%以上であることが好ましく、99質量%以上であることがより好ましく、略100質量%であることがさらに好ましい。3官能以上のイソシアネート化合物を例示すると、トリフェニルメタントリイソシアネート、トリス(イソシアネートフェニル)チオホスフェート、リジンエステルトリイソシアネート、1,3,6-ヘキサメチレントリイソシアネート、1,6,11-ウンデカントリイソシアネート、1,8-ジイソシアネート-4-イソシアネートメチルオクタン、ビシクロヘプタントリイソシアネートなどのトリイソシアネート、およびテトライソシアネートシランなどのテトライソシアネートが挙げられる。
[Isocyanate compound]
As the isocyanate compound, for example, the diisocyanate compounds shown below can be used. Examples of the diisocyanate compound include aromatic diisocyanates such as 2,4-toluene diisocyanate, 2,6-toluene diisocyanate, 2,2'-diphenylmethane diisocyanate, 2,4'-diphenylmethane diisocyanate, 4,4'-diphenylmethane diisocyanate, 1,5-naphthalene diisocyanate, p-phenylene diisocyanate, m-phenylene diisocyanate, p-xylylene diisocyanate, and m-xylylene diisocyanate; ethylene diisocyanate; aliphatic diisocyanates such as 1,5-pentamethylene diisocyanate, 2,2,4-trimethylhexamethylene-1,6-diisocyanate, 2,4,4-trimethylhexamethylene-1,6-diisocyanate, and 1,6-hexamethylene diisocyanate; and alicyclic diisocyanates such as 1,4-cyclohexane diisocyanate, 4,4'-dicyclohexylmethane diisocyanate, isophorone diisocyanate, and norbornane diisocyanate. The diisocyanate compounds exemplified above may be used alone or in combination. In the present invention, a trifunctional or higher isocyanate compound may be used in combination as the isocyanate compound, but in order to ensure the thermoplasticity of the resulting photocrosslinkable liquid crystal polyurethane, when the total amount of the isocyanate compounds used is taken as 100 mass%, the ratio of the diisocyanate compound is preferably 98 mass% or more, more preferably 99 mass% or more, and even more preferably approximately 100 mass%. Examples of trifunctional or higher isocyanate compounds include triisocyanates such as triphenylmethane triisocyanate, tris(isocyanatephenyl)thiophosphate, lysine ester triisocyanate, 1,3,6-hexamethylene triisocyanate, 1,6,11-undecane triisocyanate, 1,8-diisocyanate-4-isocyanate methyloctane, and bicycloheptane triisocyanate, and tetraisocyanates such as tetraisocyanate silane.

液晶ポリウレタンエラストマーを構成するメソゲン基含有化合物の全量を100質量部としたとき、イソシアネート化合物の割合は20~70質量部であることが好ましく、30~60質量部であることがより好ましい。イソシアネート化合物の配合量が20質量部未満である場合、ウレタン反応による高分子化が不十分となるため、液晶ポリウレタンエラストマーを連続成形することが困難となる。一方、イソシアネート化合物の割合が70質量部を超える場合、液晶ポリウレタンエラストマーの原材料全体に占めるメソゲン基含有化合物の配合量が相対的に少なくなるため、液晶ポリウレタンエラストマーの液晶性が低下する。 When the total amount of the mesogen group-containing compounds constituting the liquid crystal polyurethane elastomer is taken as 100 parts by mass, the proportion of the isocyanate compound is preferably 20 to 70 parts by mass, and more preferably 30 to 60 parts by mass. If the amount of the isocyanate compound is less than 20 parts by mass, the polymerization by the urethane reaction becomes insufficient, making it difficult to continuously mold the liquid crystal polyurethane elastomer. On the other hand, if the proportion of the isocyanate compound exceeds 70 parts by mass, the amount of the mesogen group-containing compounds in the total raw materials of the liquid crystal polyurethane elastomer becomes relatively small, and the liquid crystallinity of the liquid crystal polyurethane elastomer decreases.

なお、イソシアネート化合物が有するイソシアネート基は、メソゲン基含有化合物が有する水酸基などの活性水素基、および光重合性基含有化合物が有する水酸基などの活性水素基と反応し得る。メソゲン基含有化合物および光重合性基含有化合物が有する活性水素基の理論量に対するイソシアネート化合物が有するイソシアネート基の理論量であるNCO INDEX(NCO/OH)は、0.95~1.10であることが好ましく、1.00~1.05であることがより好ましい。 The isocyanate group of the isocyanate compound can react with active hydrogen groups such as hydroxyl groups of the mesogen group-containing compound and active hydrogen groups such as hydroxyl groups of the photopolymerizable group-containing compound. The NCO INDEX (NCO/OH), which is the theoretical amount of isocyanate groups of the isocyanate compound relative to the theoretical amount of active hydrogen groups of the mesogen group-containing compound and the photopolymerizable group-containing compound, is preferably 0.95 to 1.10, and more preferably 1.00 to 1.05.

[光重合性基含有化合物]
活性水素基を有する光重合性基含有化合物は、例えば、アクリロイル基含有化合物、メタクリロイル基含有化合物、アリル化合物を使用することができる。アクリロイル基含有化合物を例示すると、プロピレングリコールジグリシジルエーテルアクリル酸付加物、エチレングリコールジグリシジルエーテルメタクリル酸付加物、トリプロピレングリコールジグリシジルエーテルアクリル酸付加物、グリセリンジグリシジルエーテルアクリル酸付加物、ビスフェノールA PO2mol付加物ジグリシジルエーテルアクリル酸付加物、2-アクリロイルオキシエチルサクシネート、β-カルボキシエチルアクリレート、2-ヒドロキシエチルアクリレート、2-ヒドロキシプロピルアクリレート、2-ヒドロキシブチルアクリレート、2-ヒドロキシ-3-フェノキシプロピルアクリレート、2-アクリロイロキシエチル-コハク酸、2-アクリロイロキシエチルヘキサヒドロフタル酸、2-アクリロイロキシエチル-フタル酸、2-アクリロイロキシエチル-2-ヒドロキシエチル-フタル酸、2-アクリロイルオキシエチルアシッドフォスフェート、2-ヒドロキシ-3-アクリロイロキシプロピルメタクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレートなどが挙げられる。メタクリロイル基含有化合物を例示すると、2-ヒドロキシエチルメタクリレート、2-ヒドロキシプロピルメタクリレート、2-ヒドロキシブチルメタクリレート、2-メタクリロイロキシエチルコハク酸、2-メタクリロイロキシエチルヘキサヒドロフタル酸、2-メタクロイロキシエチルアシッドホスフェート、グリセリンジメタクリレート、ビスフェノールA PO2mol付加物ジグリシジルエーテルメタクリル酸付加物、ビスフェノールAジグリシジルエーテルメタクリル酸付加物、2-ヒドロキシ-3-アクリロイロキシプロピルメタクリレート、2-メタクリロイルオキシエチルサクシネートなどが挙げられる。アリル基含有化合物を例示すると、グリセリンモノアリルエーテル、トリメチロールプロパンジアリルエーテル、ペンタエリスリトールトリアリルエーテルなどが挙げられる。
[Photopolymerizable group-containing compound]
Examples of photopolymerizable group-containing compounds having active hydrogen groups include acryloyl group-containing compounds, methacryloyl group-containing compounds, and allyl compounds. Examples of acryloyl group-containing compounds include propylene glycol diglycidyl ether acrylic acid adduct, ethylene glycol diglycidyl ether methacrylic acid adduct, tripropylene glycol diglycidyl ether acrylic acid adduct, glycerin diglycidyl ether acrylic acid adduct, and bisphenol A. Examples of the PO 2 mol adduct include diglycidyl ether acrylic acid adduct, 2-acryloyloxyethyl succinate, β-carboxyethyl acrylate, 2-hydroxyethyl acrylate, 2-hydroxypropyl acrylate, 2-hydroxybutyl acrylate, 2-hydroxy-3-phenoxypropyl acrylate, 2-acryloyloxyethyl succinic acid, 2-acryloyloxyethyl hexahydrophthalic acid, 2-acryloyloxyethyl phthalic acid, 2-acryloyloxyethyl-2-hydroxyethyl phthalic acid, 2-acryloyloxyethyl acid phosphate, 2-hydroxy-3-acryloyloxypropyl methacrylate, and pentaerythritol triacrylate. Examples of methacryloyl group-containing compounds include 2-hydroxyethyl methacrylate, 2-hydroxypropyl methacrylate, 2-hydroxybutyl methacrylate, 2-methacryloyloxyethyl succinic acid, 2-methacryloyloxyethyl hexahydrophthalic acid, 2-methacryloyloxyethyl acid phosphate, glycerin dimethacrylate, bisphenol A PO 2 mol adduct diglycidyl ether methacrylic acid adduct, bisphenol A diglycidyl ether methacrylic acid adduct, 2-hydroxy-3-acryloyloxypropyl methacrylate, 2-methacryloyloxyethyl succinate, etc. Examples of allyl group-containing compounds include glycerin monoallyl ether, trimethylolpropane diallyl ether, pentaerythritol triallyl ether, etc.

液晶ポリウレタンエラストマーを構成するメソゲン基含有化合物の全量を100質量部としたとき、光重合性基含有化合物の割合は0.1~10質量部であることが好ましく、0.3~7質量部であることがより好ましい。光重合性基含有化合物の割合が0.1質量部未満の場合、原材料に光照射を行っても十分に硬化しないため、生成した液晶ポリウレタンエラストマーは熱応答性を発現し難くなる。光重合性基含有化合物の割合が10質量部を超える場合、液晶ポリウレタンエラストマー中の架橋密度が高くなり過ぎるため、この場合も生成した液晶ポリウレタンエラストマーは熱応答性を発現し難くなる。 When the total amount of the mesogen group-containing compounds constituting the liquid crystal polyurethane elastomer is taken as 100 parts by mass, the ratio of the photopolymerizable group-containing compound is preferably 0.1 to 10 parts by mass, and more preferably 0.3 to 7 parts by mass. If the ratio of the photopolymerizable group-containing compound is less than 0.1 parts by mass, the raw material will not be sufficiently cured even when irradiated with light, and the resulting liquid crystal polyurethane elastomer will be less likely to exhibit thermal responsiveness. If the ratio of the photopolymerizable group-containing compound is more than 10 parts by mass, the crosslink density in the liquid crystal polyurethane elastomer will be too high, and in this case too, the resulting liquid crystal polyurethane elastomer will be less likely to exhibit thermal responsiveness.

[架橋剤]
液晶ポリウレタンエラストマーの原料として、3以上の活性水素基を有する架橋剤を使用することができる。架橋剤としては例えば、3つまたは4つの活性水素基を有するポリオール化合物、アミン化合物などが挙げられる。ポリオール化合物としては、トリメチロールプロパン、グリセリン、1,2,6-ヘキサントリオール、ジグリセリン、メチルグルコシド、ペンタエリトリトール、テトラメチロールシクロヘキサン、3官能の開始剤(トリメチロールプロパン、グリセリン等)または4官能の開始剤(ペンタエリスリトール、ジグリセリン、ジエチレンアミン等)にエーテル化合物を付加したポリエーテルポリオールなどが挙げられる。アミン化合物としては、メタントリアミン、ジエチレントリアミン、2-(2-アミノエチルアミノ)エタノールなどが挙げられる。
[Crosslinking agent]
A crosslinking agent having three or more active hydrogen groups can be used as a raw material for the liquid crystal polyurethane elastomer. Examples of the crosslinking agent include polyol compounds and amine compounds having three or four active hydrogen groups. Examples of the polyol compounds include trimethylolpropane, glycerin, 1,2,6-hexanetriol, diglycerin, methyl glucoside, pentaerythritol, tetramethylolcyclohexane, and polyether polyols obtained by adding an ether compound to a trifunctional initiator (trimethylolpropane, glycerin, etc.) or a tetrafunctional initiator (pentaerythritol, diglycerin, diethyleneamine, etc.). Examples of the amine compounds include methanetriamine, diethylenetriamine, and 2-(2-aminoethylamino)ethanol.

[その他の原材料]
活性水素基を有するメソゲン基含有化合物と、イソシアネート化合物と、活性水素基を有する光重合性基含有化合物と、架橋剤とに加え、液晶ポリウレタンエラストマーの原材料として、活性水素基含有化合物を使用してもよい。活性水素基含有化合物としては、例えば、ポリオール化合物、アミン化合物が挙げられる。ポリオール化合物としては、例えば、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリカーボネートポリオール、ポリエステルポリカーボネートポリオール、エチレングリコール、1,2-プロピレングリコール、1,3-プロピレングリコール、1,2-ブタンジオール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、2,3-ブタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、1,4-シクロヘキサンジメタノール、3-メチル-1,5-ペンタンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、1,4-ビス(2-ヒドロキシエトキシ)ベンゼンなどが挙げられる。上掲の各活性水素基含有化合物は、単独で使用してもよいし、複数種を混合して使用してもよい。
[Other ingredients]
In addition to the mesogen group-containing compound having an active hydrogen group, the isocyanate compound, the photopolymerizable group-containing compound having an active hydrogen group, and the crosslinking agent, an active hydrogen group-containing compound may be used as a raw material for the liquid crystal polyurethane elastomer. Examples of the active hydrogen group-containing compound include polyol compounds and amine compounds. Examples of the polyol compound include polyether polyol, polyester polyol, polycarbonate polyol, polyester polycarbonate polyol, ethylene glycol, 1,2-propylene glycol, 1,3-propylene glycol, 1,2-butanediol, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol, 2,3-butanediol, 1,6-hexanediol, neopentyl glycol, 1,4-cyclohexanedimethanol, 3-methyl-1,5-pentanediol, diethylene glycol, triethylene glycol, and 1,4-bis(2-hydroxyethoxy)benzene. The above-listed active hydrogen group-containing compounds may be used alone or in combination of two or more kinds.

また、活性水素基を有するメソゲン基含有化合物と、イソシアネート化合物と、活性水素基を有する光重合性基含有化合物と、架橋剤とを反応させる場合、当業者に公知のウレタン重合触媒を使用してもよい。かかる重合触媒としては、チタンテトラノルマルブトキシド、チタンテトラ―2-エチルへキソキシド、チタンテトラアセチルアセトネート、チタンジイソプロポキシビス(エチルアセトアセテート)などの有機チタン触媒、ジルコニウムテトラノルマルブトキシド、ジルコニウムジブトキシビス(エチルアセトアセテート)、ジルコニウムテトラアセチルアセトネート、ジルコニウムテトラアセチルアセトネートなどの有機ジルコニウム触媒、ナフテン酸亜鉛などの有機亜鉛触媒、ジブチル錫ジラウレートやオクチル酸錫などの有機錫系触媒、トリエチレンジアミンおよびその誘導体、N-メチルモルホリン、N,N,N’,N’-テトラメチルエチレンジアミン、N,N,N’,N’-テトラメチルヘキサメチレンジアミン、1,8-ジアザビシクロ[5,4,0]ウンデセン-7(DBU)、ビス(N,N-ジメチルアミノ-2-エチル)エーテル、ビス(2-ジメチルアミノエチル)エーテルなどの第3級アミン系触媒、酢酸カリウム、オクチル酸カリウムなどのカルボン酸金属塩触媒、イミダゾール系触媒などが挙げられる。これらの中でも、トリエチレンジアミンおよびその誘導体の使用が好ましい。 In addition, when reacting a mesogen group-containing compound having an active hydrogen group, an isocyanate compound, a photopolymerizable group-containing compound having an active hydrogen group, and a crosslinking agent, a urethane polymerization catalyst known to those skilled in the art may be used. Examples of such polymerization catalysts include organic titanium catalysts such as titanium tetra-n-butoxide, titanium tetra-2-ethylhexoxide, titanium tetraacetylacetonate, and titanium diisopropoxybis(ethylacetoacetate), organic zirconium catalysts such as zirconium tetra-n-butoxide, zirconium dibutoxybis(ethylacetoacetate), zirconium tetraacetylacetonate, and zirconium tetraacetylacetonate, organic zinc catalysts such as zinc naphthenate, dibutyltin dilaurate, and octyl Examples of suitable catalysts include organotin catalysts such as tin oxide, triethylenediamine and its derivatives, tertiary amine catalysts such as N-methylmorpholine, N,N,N',N'-tetramethylethylenediamine, N,N,N',N'-tetramethylhexamethylenediamine, 1,8-diazabicyclo[5,4,0]undecene-7 (DBU), bis(N,N-dimethylamino-2-ethyl)ether, and bis(2-dimethylaminoethyl)ether, carboxylate metal salt catalysts such as potassium acetate and potassium octylate, and imidazole catalysts. Among these, triethylenediamine and its derivatives are preferably used.

活性水素基を有するメソゲン基含有化合物と、イソシアネート化合物と、活性水素基を有する光重合性基含有化合物と、3以上の活性水素基を有する架橋剤との反応物を製造する際、光反応開始剤を配合することが好ましい。 When producing a reaction product of a mesogen group-containing compound having an active hydrogen group, an isocyanate compound, a photopolymerizable group-containing compound having an active hydrogen group, and a crosslinking agent having three or more active hydrogen groups, it is preferable to add a photoreaction initiator.

[光反応開始剤]
光反応開始剤は、例えば、1-ヒドロキシ-シクロヘキシル-フェニル-ケトン、ビス(2,4,6-トリメチルベンゾイル)-フェニルフォスフォンオキサイド、2,4,6-トリメチルベンゾイル-ジフェニル-フォスフィンオキサイド、2,2-ジメトキシ-1,2-ジフェニルエタン-1-オン、2-ヒドロキシ-2-メチル-1-フェニル-プロパン-1-オン、1-ヒドロキシ-シクロヘキシル-フェニル-ケトン/ベンゾフェノン、1-[4-(2-ヒドロキシエトキシ)-フェニル]-2-ヒドロキシ-2-メチル-1-プロパン-1-オン、2-ヒドロキシ-1-{4-[4-(2-ヒドロキシ-2-メチル-プロピオニル)-ベンジル]-フェニル}-2-メチル-プロパン-1-オン、オキシ-フェニル-アセチックアシッド2-[2-オキソ-2-フェニル-アセトキシ-エトキシ]-エチルエステル/オキシ-フェニル-アセチックアシッド2-[2-ヒドロキシ-エトキシ]-エチルエステル、フェニルグリオキシリックアシッドメチルエステル、2-メチル-1-[4-(メチルチオ)フェニル]-2-モルフォリノプロパン-1-オン、2-ベンジル-2-ジメチルアミノ-1-(4-モルフォリノフェニル)-ブタノン-1、2-ジメチルアミノ-2-(4-メチル-ベンジル)-1-(4-モリフォリン-4-イル-フェニル)-ブタン-1-オン、ビス(η5-2,4-シクロペンタジエン-1-イル)-ビス(2,6-ジフルオロ-3-(1H-ピロール-1-イル)-フェニル)チタニウム、1,2-オクタンジオン,1-[4-(フェニルチオ)フェニル-,2-(O-ベンゾイルオキシム)]、エタノン,1-[9-エチル-6-(2-メチルベンゾイル)-9H-カルバゾール-3-イル]-,1-(O-アセチルオキシム)、ヨードニウム,(4-メチルフェニル)[4-(2-メチルプロピル)フェニル]-ヘキサフルオロフォスフェート(1-)/プロピレンカーボネート、トリアリールスルフォニウムヘキサフルオロフォスフェート、トリアリールスルフォニウムテトラキス-(ペンタフルオロフェニル)ボレート、オキシムスルホネート系光酸発生剤を使用することができる。光反応開始剤の割合は、光架橋性液晶ポリウレタンを構成するメソゲン基含有化合物の全量を100質量部としたとき、0.1~10質量部であることが好ましく、0.1~8質量部であることがより好ましい。光反応開始剤の配合量が0.1質量部未満の場合、光照射時に均一に重合反応が進行しないため、あるいは硬化が不十分となるため、生成した液晶ポリウレタンエラストマーは熱応答性を発現し難くなる。光反応開始剤の配合量が10質量部を超える場合、生成した液晶ポリウレタンエラストマー中のメソゲン基の含有量が減少するため、液晶相が発現し難くなる。光反応開始剤は、200~600nmに吸収波長を有するものが好ましい。光反応開始剤が上記範囲の吸収波長を有していれば、光架橋性液晶ポリウレタンまたはその原材料の透明度(可視光の透過率)が低いものであっても、光反応開始剤が光を吸収し、確実に光架橋反応を進行させることができる。
[Photoinitiator]
Photoinitiators include, for example, 1-hydroxy-cyclohexyl-phenyl-ketone, bis(2,4,6-trimethylbenzoyl)-phenylphosphonoxide, 2,4,6-trimethylbenzoyl-diphenyl-phosphine oxide, 2,2-dimethoxy-1,2-diphenylethane-1-one, 2-hydroxy-2-methyl-1-phenyl-propan-1-one, 1-hydroxy-cyclohexyl-phenyl-ketone/benzophenone, 1-[4-(2-hydroxyethoxy)-phenyl]-2-hydroxy ... hydroxy-2-methyl-1-propan-1-one, 2-hydroxy-1-{4-[4-(2-hydroxy-2-methyl-propionyl)-benzyl]-phenyl}-2-methyl-propan-1-one, oxy-phenyl-acetic acid 2-[2-oxo-2-phenyl-acetoxy-ethoxy]-ethyl ester/oxy-phenyl-acetic acid 2-[2-hydroxy-ethoxy]-ethyl ester, phenylglyoxylic acid methyl ester, 2-methyl-1-[4-(methylthio)furan phenyl]-2-morpholinopropan-1-one, 2-benzyl-2-dimethylamino-1-(4-morpholinophenyl)-butanone-1, 2-dimethylamino-2-(4-methyl-benzyl)-1-(4-morpholin-4-yl-phenyl)-butan-1-one, bis(η5-2,4-cyclopentadien-1-yl)-bis(2,6-difluoro-3-(1H-pyrrol-1-yl)-phenyl)titanium, 1,2-octanedione, 1-[4-(phenylthio)phenyl-, 2-(O-benzoyl oxime)], ethanone, 1-[9-ethyl-6-(2-methylbenzoyl)-9H-carbazol-3-yl]-, 1-(O-acetyloxime), iodonium, (4-methylphenyl) [4-(2-methylpropyl)phenyl]-hexafluorophosphate (1-)/propylene carbonate, triarylsulfonium hexafluorophosphate, triarylsulfonium tetrakis-(pentafluorophenyl)borate, and oxime sulfonate-based photoacid generators can be used. The proportion of the photoinitiator is preferably 0.1 to 10 parts by mass, and more preferably 0.1 to 8 parts by mass, when the total amount of the mesogen group-containing compounds constituting the photocrosslinkable liquid crystal polyurethane is taken as 100 parts by mass. If the amount of the photoinitiator is less than 0.1 part by mass, the polymerization reaction does not proceed uniformly during light irradiation or curing becomes insufficient, making it difficult for the liquid crystal polyurethane elastomer produced to exhibit thermal responsiveness. If the amount of the photoinitiator exceeds 10 parts by mass, the content of mesogen groups in the resulting liquid crystal polyurethane elastomer decreases, making it difficult to develop a liquid crystal phase. The photoinitiator preferably has an absorption wavelength of 200 to 600 nm. If the photoinitiator has an absorption wavelength in the above range, even if the transparency (transmittance of visible light) of the photocrosslinkable liquid crystal polyurethane or its raw material is low, the photoinitiator can absorb light and reliably proceed with the photocrosslinking reaction.

液晶ポリウレタンエラストマーの前駆体(原料)となる光架橋性液晶ポリウレタンは、光反応開始剤の存在下、活性水素基を有するメソゲン基含有化合物と、イソシアネート化合物と、活性水素基を有する光重合性基含有化合物と、3以上の活性水素基を有する架橋剤とを反応させることにより、製造することができる。反応させる際の反応条件としては、例えば光反応開始剤と共に、活性水素基を有するメソゲン基含有化合物と、イソシアネート化合物と、活性水素基を有する光重合性基含有化合物と、3以上の活性水素基を有する架橋剤とを押出成形機に投入し、例えば60~150℃に加熱した状態で加熱溶融しつつ、これらを反応させる方法が挙げられる。 The photocrosslinkable liquid crystal polyurethane, which is the precursor (raw material) of the liquid crystal polyurethane elastomer, can be produced by reacting a mesogen group-containing compound having an active hydrogen group, an isocyanate compound, a photopolymerizable group-containing compound having an active hydrogen group, and a crosslinking agent having three or more active hydrogen groups in the presence of a photoinitiator. The reaction conditions for the reaction include, for example, a method in which the mesogen group-containing compound having an active hydrogen group, the isocyanate compound, the photopolymerizable group-containing compound having an active hydrogen group, and the crosslinking agent having three or more active hydrogen groups are fed into an extrusion molding machine together with the photoinitiator, and reacted while being heated and melted at, for example, 60 to 150°C.

光架橋性液晶ポリウレタンおよび光反応開始剤を含む、加熱溶融された液晶ポリウレタンエラストマー用組成物は、冷却後、粉砕してペレット状に成形しておき、ペレット化した原材料を押出成形機を用いて所定の形状に成形した後、液晶相を発現する温度領域(すなわち、ガラス転移温度(Tg)以上かつ相転移温度(Ti)以下)で延伸しながら押出成形してもよい。あるいは、光反応開始剤存在下、活性水素基を有するメソゲン基含有化合物と、イソシアネート化合物と、活性水素基を有する光重合性基含有化合物と、3以上の活性水素基を有する架橋剤の反応物(光架橋性液晶ポリウレタン)をそのまま、液晶相を発現する温度領域(すなわち、ガラス転移温度(Tg)以上かつ相転移温度(Ti)以下の温度領域)で延伸しながら押出成形してもよい。この場合、メソゲン基含有化合物に含まれるメソゲン基が延伸方向に沿うように動くため、高度な配向性を有する光架橋性液晶ポリウレタンの成形体を製造することができる。 The heated and melted liquid crystal polyurethane elastomer composition containing the photocrosslinkable liquid crystal polyurethane and the photoreaction initiator may be cooled, pulverized and molded into pellets, and the pelletized raw material may be molded into a predetermined shape using an extrusion molding machine, and then extruded while stretching in a temperature range where the liquid crystal phase is expressed (i.e., a temperature range from the glass transition temperature (Tg) or higher to the phase transition temperature (Ti) or lower). Alternatively, in the presence of a photoreaction initiator, the reaction product (photocrosslinkable liquid crystal polyurethane) of a mesogen group-containing compound having an active hydrogen group, an isocyanate compound, a photopolymerizable group-containing compound having an active hydrogen group, and a crosslinker having three or more active hydrogen groups may be extruded while stretching in a temperature range where the liquid crystal phase is expressed (i.e., a temperature range from the glass transition temperature (Tg) or higher to the phase transition temperature (Ti) or lower). In this case, the mesogen group contained in the mesogen group-containing compound moves along the stretching direction, so that a molded product of photocrosslinkable liquid crystal polyurethane with high orientation can be produced.

前記で得られた、高度な配向性を有する光架橋性液晶ポリウレタンの成形体を適切な形状に成形して冷却し、延伸状態を保ったまま波長200~600nm光を照射すると、配向性を維持したまま原材料間で架橋反応が進行し、低温での液晶相の発現性と弾性とを兼ね備えた熱応答性を示す液晶ポリウレタンエラストマーが完成する。このようにして製造された液晶ポリウレタンエラストマーは、低温領域ではメソゲン基が延伸方向に配向しているが、加熱して相転移温度(Ti)を上回るとメソゲン基の配向が崩れて(不規則となって)延伸方向に収縮し、冷却して相転移温度(Ti)を下回るとメソゲン基の配向が復活して延伸方向に伸張するという特異的な熱応答性挙動を示す。特に本発明に係る液晶ポリウレタンエラストマーは、広角X線回折測定を行い、Hermansの手法で算出した配向度fを0.08~0.3としたとき、より好ましくは0.09~0.28としたとき、さらに好ましくは0.1~0.27としたとき、大きな収縮力を有する。 When the photocrosslinkable liquid crystal polyurethane molding with high orientation obtained above is molded into an appropriate shape and cooled, and irradiated with light of wavelengths of 200 to 600 nm while maintaining the stretched state, a crosslinking reaction proceeds between the raw materials while maintaining the orientation, and a liquid crystal polyurethane elastomer is completed that exhibits thermal responsiveness and has both the expression of a liquid crystal phase at low temperatures and elasticity. The liquid crystal polyurethane elastomer produced in this way exhibits a unique thermal responsive behavior in which the mesogen groups are oriented in the stretching direction in the low temperature region, but when heated and the phase transition temperature (Ti) is exceeded, the orientation of the mesogen groups breaks down (becomes irregular) and the elastomer shrinks in the stretching direction, and when cooled and the temperature falls below the phase transition temperature (Ti), the orientation of the mesogen groups is restored and the elastomer stretches in the stretching direction. In particular, the liquid crystal polyurethane elastomer according to the present invention has a large contractile force when the degree of orientation f calculated by the Hermans method in wide-angle X-ray diffraction measurement is 0.08 to 0.3, more preferably 0.09 to 0.28, and even more preferably 0.1 to 0.27.

本発明に係る液晶ポリウレタンエラストマーは、衣料製品(繊維)、アクチュエータ、フィルターなどの分野において利用できる可能性がある。 The liquid crystal polyurethane elastomer of the present invention may be used in fields such as clothing products (textiles), actuators, and filters.

以下、本発明の構成と効果を具体的に示す実施例などについて説明する。なお、実施例などにおける評価項目は下記のようにして測定を行った。 Below, we will explain examples that specifically demonstrate the configuration and effects of the present invention. The evaluation items in the examples were measured as follows.

<配向度fの測定方法>
Bruker社製X線回折装置(DISCOVER D8)を用いて、広角X線回折像を撮像した。光源には管電圧50kV、管電流1000μAで発生させた波長1.5460ÅのCuKα線を用いた。続いて、試料、およびバックグラウンドについて、カメラ長30cm、スリット径1.0mm、コリメータ直径0.5mm、透過測定(コリメータ、検出器ともに角度0°)にて10分間撮像した。吸収補正のためのダイレクトビーム測定では、検出器角度を2°に設定し、10秒間撮像し、68μm×68μmあたりの強度の最大値を抽出した。吸収補正係数(δ)は下記式にて算出した。
吸収補正係数(δ)=試料のダイレクトビーム測定の平均値(n=5)/バックグラウンドのダイレクトビーム測定の平均値(n=5)
<Method for measuring the degree of orientation f>
A wide-angle X-ray diffraction image was taken using a Bruker X-ray diffractometer (DISCOVER D8). The light source used was CuKα radiation with a wavelength of 1.5460 Å, generated at a tube voltage of 50 kV and a tube current of 1000 μA. Next, the sample and background were imaged for 10 minutes with a camera length of 30 cm, a slit diameter of 1.0 mm, a collimator diameter of 0.5 mm, and transmission measurement (collimator and detector angles of 0°). In the direct beam measurement for absorption correction, the detector angle was set to 2°, imaging was performed for 10 seconds, and the maximum intensity per 68 μm × 68 μm was extracted. The absorption correction coefficient (δ) was calculated using the following formula.
Absorption correction factor (δ) = average value of direct beam measurement of sample (n = 5) / average value of direct beam measurement of background (n = 5)

次に、ブルカー社製DIFFRAC.EVAを用い、試料の回折像を、方位角10~26°、回折角75°~100°、ステップ幅0.02°で方位角積分した。得られた強度プロフィールの最大ピークを示す回折角をAとし、回折角A-1.5°~A+1.5°、方位角0~360°の範囲にて、回折角積分した。得られた回折角の強度プロフィールに吸収補正係数を乗じ、バックグラウンドの強度プロフィールを差し引いて、Hermansの手法(式1)で配向度fを算出した。式(1)へは、強度プロフィールのピークトップにおける回折角βを0として代入した。 Next, using a Bruker DIFFRAC. EVA, the diffraction image of the sample was azimuth-angle integrated at 10-26°, diffraction angle 75°-100°, and step width 0.02°. The diffraction angle showing the maximum peak of the obtained intensity profile was designated as A, and the diffraction angle was integrated at diffraction angles A-1.5° to A+1.5° and azimuth angles 0-360°. The obtained diffraction angle intensity profile was multiplied by an absorption correction factor, and the background intensity profile was subtracted to calculate the degree of orientation f using the Hermans method (Equation 1). The diffraction angle β at the peak top of the intensity profile was substituted as 0 into Equation (1).

式1Equation 1

<収縮力>
液晶ポリウレタンエラストマーについて、光照射により製造後、20℃にて保管したものを「幅4mm、厚み0.3mm、長さ30mm」のサンプル形状とし、測定装置としてUBM社製「DVE-V4レオスペクトロラー」を使用し、荷重とサンプルの断面サイズとに基づき、収縮力(MPa)を算出した。表1の37℃、および60℃における収縮力は、測定結果から該当温度における収縮力を読み取り、比較例1で得られた液晶ポリウレタンエラストマーの収縮力を1として指数評価した。指数が高いほど、高い収縮力を有することを意味する。
測定装置を使用した、収縮力の測定条件を以下に示す。
(昇温速度)1℃/min
(測定温度領域)20~60℃
(チャック間距離)15mm
(初期ひずみ)0.1mm
(ひずみ)0.10%
(周波数)100Hz
<Contraction force>
The liquid crystal polyurethane elastomer was produced by light irradiation, and then stored at 20°C, with a sample shape of "width 4 mm, thickness 0.3 mm, length 30 mm", and a UBM "DVE-V4 Rheospectrolar" was used as a measuring device to calculate the shrinkage force (MPa) based on the load and cross-sectional size of the sample. The shrinkage forces at 37°C and 60°C in Table 1 were read from the measurement results and evaluated as an index, with the shrinkage force of the liquid crystal polyurethane elastomer obtained in Comparative Example 1 being set to 1. A higher index means a higher shrinkage force.
The conditions for measuring the contractile force using the measuring device are shown below.
(Temperature increase rate) 1°C/min
(Measurement temperature range) 20 to 60°C
(Distance between chucks) 15mm
(Initial strain) 0.1 mm
(Strain) 0.10%
(Frequency) 100Hz

(光架橋性液晶ポリウレタンおよび液晶ポリウレタンエラストマーの製造例)
実施例1
反応容器に、活性水素基を有するメソゲン基含有化合物として式(1)のRが単結合であるBH6(500g)、水酸化カリウム(19g)、および溶媒としてN,N-ジメチルホルムアミド(3000ml)を入れて混合し、さらに、アルキレンオキシドとしてプロピレンオキシドを1モルのBH6に対して5当量添加し、これらの混合物を、加圧条件下、120℃で2時間反応させた(付加反応)。次いで、反応容器にシュウ酸(15g)を添加して付加反応を停止させ、反応液中の不溶な塩を吸引ろ過によって除去し、さらに、反応液中のN,N-ジメチルホルムアミドを減圧蒸留法により除去することにより、メソゲンジオールAを得た。メソゲンジオールAの合成スキームを式(3)に示す。なお、式(3)中に示したメソゲンジオールAは代表的なものであり、種々の構造異性体を含み得る。
(Production Examples of Photocrosslinkable Liquid Crystalline Polyurethane and Liquid Crystalline Polyurethane Elastomer)
Example 1
In a reaction vessel, BH6 (500 g) in which R 1 of formula (1) is a single bond as a mesogen group-containing compound having an active hydrogen group, potassium hydroxide (19 g), and N,N-dimethylformamide (3000 ml) as a solvent were mixed, and further, propylene oxide was added as an alkylene oxide in an amount of 5 equivalents per mole of BH6, and the mixture was reacted at 120° C. under pressure for 2 hours (addition reaction). Next, oxalic acid (15 g) was added to the reaction vessel to stop the addition reaction, and insoluble salts in the reaction solution were removed by suction filtration, and N,N-dimethylformamide in the reaction solution was removed by reduced pressure distillation to obtain mesogen diol A. The synthesis scheme of mesogen diol A is shown in formula (3). Note that mesogen diol A shown in formula (3) is a representative one and may include various structural isomers.

得られたメソゲンジオールA100質量部に対し、イソシアネート化合物として1,5-ペンタメチレンジイソシアネート(三井化学社製)を27.5質量部、光重合性基含有化合物として2-ヒドロキシエチルアクリレート(共栄社化学社製)を2質量部、光反応開始剤として2,4,6-トリメチルベンゾイル-ジフェニル-フォスフィンオキサイド(TPO)(IGM resins社製)を0.1質量部、架橋剤としてのトリメチロールプロパン(活性水素基数3)を0.03質量部混合し、光架橋性液晶ポリウレタンの原材料を調製した。この原材料を撹拌しながら80℃で加熱溶融し、メソゲンジオールAと、イソシアネート化合物と、光重合性基含有化合物と、トリメチロールプロパンとを反応させることにより、光架橋性液晶ポリウレタンおよび光反応開始剤を含有する液晶ポリウレタンエラストマー用組成物を製造した。得られた製造物を冷却後、プラスチック粉砕機(品名:ZI-420、株式会社ホーライ製)で粉砕した。 100 parts by mass of the obtained mesogen diol A were mixed with 27.5 parts by mass of 1,5-pentamethylene diisocyanate (manufactured by Mitsui Chemicals) as an isocyanate compound, 2 parts by mass of 2-hydroxyethyl acrylate (manufactured by Kyoeisha Chemicals) as a photopolymerizable group-containing compound, 0.1 parts by mass of 2,4,6-trimethylbenzoyl-diphenyl-phosphine oxide (TPO) (manufactured by IGM Resins) as a photoreaction initiator, and 0.03 parts by mass of trimethylolpropane (active hydrogen group number 3) as a crosslinking agent to prepare a raw material for photocrosslinkable liquid crystal polyurethane. The raw material was heated and melted at 80°C while stirring, and the mesogen diol A, the isocyanate compound, the photopolymerizable group-containing compound, and the trimethylolpropane were reacted to produce a liquid crystal polyurethane elastomer composition containing a photocrosslinkable liquid crystal polyurethane and a photoreaction initiator. The resulting product was cooled and then crushed using a plastic crusher (product name: ZI-420, manufactured by Horai Co., Ltd.).

実施例2~4および比較例1
架橋剤の種類(トリメチロールプロパンまたはペンタエリトリトール(活性水素基数4))および配合量を表1に記載のものに変更した以外は、実施例1と同様に光架橋性液晶ポリウレタンおよび光反応開始剤を含有する液晶ポリウレタンエラストマー用組成物を製造した。
Examples 2 to 4 and Comparative Example 1
A liquid crystal polyurethane elastomer composition containing a photocrosslinkable liquid crystal polyurethane and a photoreaction initiator was produced in the same manner as in Example 1, except that the type of crosslinking agent (trimethylolpropane or pentaerythritol (number of active hydrogen groups: 4)) and the amount of the crosslinking agent were changed to those shown in Table 1.

(液晶ポリウレタンエラストマーの製造例)
実施例1~4および比較例1に係る液晶ポリウレタン用組成物の樹脂ペレットを、80~120℃に設定した単軸押出機(品名:SZW25GT-24MG-STD、株式会社テクノベル製)に投入し、厚み1.0mmの樹脂シートに成形した。この樹脂シートを15℃に設定した冷却ロールに通してガラス転移温度(Tg)以上且つ相転移温度(Ti)以下に冷却し、引取りロールで巻き取った。このとき、冷却ロールと引取りロールとの間に回転差を付けることにより、樹脂シートを1.5~10倍に延伸した。さらに、冷却ロールと引取りロールとの間に卓上型UV硬化装置(品名:アイminiグランテージ(ESC-1511U)、アイグラフィックス株式会社製)を設置し、延伸された樹脂シートに高圧水銀ランプまたはメタルハライドランプを光源とした光を照射し、光架橋(硬化)された液晶ポリウレタンエラストマーを得た。
(Production Example of Liquid Crystal Polyurethane Elastomer)
Resin pellets of the liquid crystal polyurethane composition according to Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 were fed into a single screw extruder (product name: SZW25GT-24MG-STD, manufactured by Technovel Co., Ltd.) set at 80 to 120°C, and molded into a resin sheet having a thickness of 1.0 mm. The resin sheet was passed through a cooling roll set at 15°C to be cooled to a temperature above the glass transition temperature (Tg) and below the phase transition temperature (Ti), and then taken up by a take-up roll. At this time, the resin sheet was stretched 1.5 to 10 times by providing a rotation difference between the cooling roll and the take-up roll. Furthermore, a tabletop UV curing device (product name: imini Grandage (ESC-1511U), manufactured by iGraphics Co., Ltd.) was installed between the cooling roll and the take-up roll, and the stretched resin sheet was irradiated with light from a high-pressure mercury lamp or a metal halide lamp as a light source to obtain a photocrosslinked (cured) liquid crystal polyurethane elastomer.

比較例1で製造した、光架橋性液晶ポリウレタンを含有する液晶ポリウレタン用組成物を原料として製造された液晶ポリウレタンエラストマーに比して、実施例1~4で製造した、光架橋性液晶ポリマーを含有する液晶ポリウレタン用組成物を原料として製造された液晶ポリウレタンエラストマーは、収縮力が飛躍的に向上していることがわかる。 Compared to the liquid crystal polyurethane elastomer produced in Comparative Example 1 using a liquid crystal polyurethane composition containing a photocrosslinkable liquid crystal polyurethane as a raw material, the liquid crystal polyurethane elastomers produced in Examples 1 to 4 using a liquid crystal polyurethane composition containing a photocrosslinkable liquid crystal polymer as a raw material have a dramatically improved contractile force.

Claims (1)

広角X線回折測定を行い、Hermansの手法で算出した配向度fが0.08~0.3である、液晶ポリウレタンエラストマー。 A liquid crystal polyurethane elastomer with a degree of orientation f of 0.08 to 0.3, as calculated using wide-angle X-ray diffraction measurements and the Hermans method.
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