JP2526406B2 - 電気粘性流体 - Google Patents

電気粘性流体

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JP2526406B2 JP5326104A JP32610493A JP2526406B2 JP 2526406 B2 JP2526406 B2 JP 2526406B2 JP 5326104 A JP5326104 A JP 5326104A JP 32610493 A JP32610493 A JP 32610493A JP 2526406 B2 JP2526406 B2 JP 2526406B2
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    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K19/00Liquid crystal materials
    • C09K19/04Liquid crystal materials characterised by the chemical structure of the liquid crystal components, e.g. by a specific unit
    • C09K19/42Mixtures of liquid crystal compounds covered by two or more of the preceding groups C09K19/06 - C09K19/40
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は新規な電気粘性流体、詳
しくは、均一性、耐久性に優れたうえに、低温から高温
までの幅広い温度域において使用が可能であり、かつ電
場のみならず温度によっても粘性制御が可能な電気粘性
流体に関するものである。
【0002】
【従来の技術】電気粘性流体(ER流体)は、通常の状
態においては流動性の低い液体であるが、電場をかける
と著しく粘性のます物質を言い、近年、新しい機能性材
料として注目されている。かかる電気粘性流体として
は、従来、シリコンオイル等の絶縁性の液体にゼオライ
ト等の微粒子を分散させた懸濁液がよく知られている。
【0003】しかし、このようなコロイド型電気粘性流
体は、大きな電気粘性効果(電圧印加による粘性の増
大)を示すものの、コロイド粒子が沈降したり、凝固し
たりするという実用上の欠点がある。有機のサーモトロ
ピックな液晶性低分子化合物の中には電気粘性効果の認
められるものもあり、電気粘性流体への応用も検討され
ているが、均一性には富むものの電場下での粘性上昇に
は低分子量物であるがゆえに自ずから限界があり、実用
レベルには遠く及ばない。また、リオトロピックな高分
子液晶化合物を有機溶媒に溶かした溶液を電気粘性流体
として用いることも考えられるが、溶媒の蒸発や吸湿等
によって変性が起こり得るため、安定性、耐久性の点で
問題がある。
【0004】したがって、均一性、耐久性及び電気粘性
効果に優れる電気粘性流体の開発が強く望まれている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる状況
に鑑みて、均一性、耐久性及び電気粘性効果に優れた電
気粘性流体の開発を目指すものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、先に、刺
激応答性材料の開発を目的とする研究において、側鎖に
液晶性の基を有する高分子化合物の架橋体を低分子量の
液晶性化合物中で膨潤させた系に直流電圧を印加する
と、ミリ秒単位の感度でもって外形に変形が生ずること
を見出した。この現象は、電場の印加によって、最初に
低分子量液晶性化合物に、次いで、これに伴って高分子
化合物の液晶性側鎖に配向が起こり、これに引きずられ
るかたちで系全体の巨視的な変形が引き起こされるもの
と解釈される。かかる低分子量液晶化合物/液晶性高分
子化合物混合系における分子運動の抑制はローカルな粘
性変化を伴うものであり、電気粘性流体への応用の可能
性に示唆を与えた。
【0007】本発明者らは、上記の原理に基づく新たな
型の電気粘性流体の開発を目指して鋭意研究を重ねた結
果、側鎖に液晶性の基を有するサーモトロピックな高分
子化合物をサーモトロピックな低分子量液晶性化合物に
溶かした系において、系全体の粘度が電圧の印加によっ
て著しい上昇を示すことを確認し、実用レベルの電気粘
性効果と均一性並びに耐久性を併せ持ち、さらに電場の
みならず温度変化によよっても粘性制御が可能な、電気
粘性流体への応用が可能であることを確信した。
【0008】すなわち、本発明の電気粘性流体は、基本
的に液晶性の基を有するサーモトロピックな高分子化合
物とサーモトロピックな液晶性低分子化合物から成る均
一な組成物からなることを特徴とし、化合物の選択に当
たっては、液晶性高分子化合物と液晶性低分子化合物の
両者が、熱的に安定で、かつ相溶することが第一の条件
となる。本発明の組成物に用いられるサーモトロピック
な液晶性高分子化合物は、一般式
【化3】 (式中のRは水素原子又はメチル基、pは2〜12の整
数であり、nは重合度を示す)で表わされる化合物であ
る。
【0009】該一般式(I)で表わされる化合物は、例
えば一般式
【化4】 (式中のR及びpは前記と同じ意味をもつ)で表わされ
るアクリル酸エステル又はメタクリル酸エステルを、有
機過酸化物やアゾ化合物などの重合開始剤の存在下にラ
ジカル重合させることにより、容易に製造することがで
きる。
【0010】前記一般式(I)で表わされるサーモトロ
ピックな液晶性高分子化合物としては、例えばポリ
(4’−シアノ−4−ビフェニルオキシエチルアクリレ
ート)、ポリ(4’−シアノ−4−ビフェニルオキシプ
ロピルアクリレート)、ポリ(4’−シアノ−4−ビフ
ェニルオキシブチルアクリレート)、ポリ(4’−シア
ノ−4−ヒフェニルオキシペンチルアクリレート)、ポ
リ(4’−シアノ−4−ビフェニルオキシヘキシルアク
リレート、ポリ(4’−シアノ−4−ビフェニルオキシ
ヘプチルアクリレート)、ポリ(4’−シアノ−4−ビ
フェニルオキシオクチルアクリレート)、ポリ(4’−
シアノ−4−ビフェニルオキシノニルアクリレート)、
ポリ(4’−シアノ−4−ビフェニルオキシデシルアク
リレート)、ポリ(4’−シアノ−4−ビフェニルオキ
シウンデシルアクリレート)、ポリ(4’−シアノ−4
−ビフェニルオキシドデシルアクリレート)、及びこれ
らに対応するポリメタクリレートが挙げられる。これら
のサーモトロピック高分子液晶化合物は単独で用いても
よいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。他方、
これらと組み合わせて用いられるサーモトロピックな液
晶性低分子化合物は、一般式
【化5】 (式中のkは0又は1、mは4〜12の整数である)で
わされる化合物である。
【0011】前記一般式(I)で表わされる化合物とし
ては、例えば4‐シアノ‐4′‐ブチルビフェニル、4
‐シアノ‐4′‐ペンチルビフェニル、4‐シアノ‐
4′‐ヘキシルビフェニル、4‐シアノ‐4′‐ヘプチ
ルビフェニル、4‐シアノ‐4′‐オクチルビフェニ
ル、4‐シアノ‐4′‐ノニルビフェニル、4‐シアノ
‐4′‐デシルビフェニル、4‐シアノ‐4′‐ウンデ
シルビフェニル、4‐シアノ‐4′‐ドデシルビフェニ
ル、4‐シアノ‐4′‐ブチルオキシビフェニル、4‐
シアノ‐4′‐ペンチルオキシビフェニル、4‐シアノ
‐4′‐ヘキシルオキシビフェニル、4‐シアノ‐4′
‐ヘプチルオキシビフェニル、4‐シアノ‐4′‐オク
チルオキシビフェニル、4‐シアノ‐4′‐ノニルオキ
シビフェニル、4‐シアノ‐4′‐デシルオキシビフェ
ニル、4‐シアノ‐4′‐ウンデシルオキシビフェニル
及び4‐シアノ‐4′‐ドデシルオキシビフェニルが挙
げられる。これらのサーモトロピック液晶性低分子化合
物は単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用
いてもよい。
【0012】液晶性高分子化合物と液晶性低分子化合物
の配合割合は、通常、モル比で5:5ないし9:1、好
ましくは6:4ないし7:3の範囲で選ばれる。これよ
りも前者の割合が多い場合には粘性が高くなりすぎ、ま
た低い場合には十分な粘度が発現されないため、電気粘
性流体としての使用には適さない。
【0013】かかる液晶性混合組成物から成る電気粘性
流体は、液晶相/等方相転移温度を有し、転移温度以上
では、電気粘性効果は示さない。前述の電場のみならず
温度変化によっても粘性制御が可能であるという所以は
ここにある。例えば、電場下において高粘性化された系
において、その温度を転移点以上に高めれば、電気粘性
効果を無にすることができる道理である。混合組成体の
転移温度は、液晶性高分子化合物と液晶性低分子化合物
の種類並びに組成比に依存するゆえ、これらを変えるこ
とによって広い範囲に選ぶことができる。
【0014】
【発明の効果】本発明によれば、均一性及び耐久性に優
れたうえに、低温から高温までの幅広い温度域において
使用が可能であり、かつ粘性変化が電場のみならず温度
変化によっても可能な電気粘性流体を容易に得ることが
できる。
【0015】
【実施例】次に実施例により本発明をさらに詳細に説明
するが、本発明はこの例によってなんら制限されるもの
ではない。
【0016】実施例 (1)サーモトロピックな液晶性高分子化合物の製造 4′‐シアノ‐4‐ビフェニルオキシヘキシルアクリレ
ート8.00g(22.90ミリモル)及び重合開始剤
としての2,2‐アゾビスイソブチロニトリル37.6
mg(0.229ミリモル)を、トルエン/ジメチルス
ルホキシド(DMSO)混合溶媒28ml(トルエン1
2ml、DMSO16ml)に溶解し、減圧下で脱気し
たのち、この溶液を60℃にて30時間保持し、重合さ
せた。反応終了後、反応溶液をエーテル中に滴下してポ
リマーを析出させた。得られたポリマーは塩化メチレン
に溶解し、エーテル中で沈殿させる操作を数回繰り返し
て精製した。
【0017】(2)液晶混合物の調製 前記(1)で得られたポリ(4′‐シアノ‐4‐ビフェ
ニルオキシヘキシルアクリレート)(PCBA‐6と略
記する)2.32g(6.63ミリモル)を4‐シアノ
‐4′‐ペンチルビフェニル(CB‐5と略記する)
3.79g(15.46ミリモル)に加え(PCBA‐
6/CB‐5モル比:3/7)、加熱したホットプレー
ト上で均一になるまで攪拌した。この混合液を室温まで
冷却すると白濁した液晶混合物が得られた。偏光顕微鏡
観察から、この液晶混合物は均一な液晶相(ネマチック
相)であることが分かった。
【0018】表1に、各液晶化合物及び液晶混合物の相
転移温度を示した。液晶混合物の液晶相(ネマチック
相)- 等方相転移温度(TN-I)は液晶性高分子化合物
と液晶性低分子化合物の転移温度の中間の値を示した。
【0019】
【表1】
【0020】(3)液晶混合物の電気粘性効果 プレート間に電圧を印加できるように改造したパラレル
プレート型回転粘度計(島津製作所社製、RM‐I型、
プレート径 2.5cm)を用いて、液晶混合物の剪断
応力を測定した。実験は室温(20℃)で行い、電極間
距離は0.5mmとし、直流電圧(0〜1kv)を印加
した際の剪断応力を求めた。
【0021】(4)評価 PCBA‐6/CB‐5モル比3/7の液晶混合物は、
ニュートン流体性を示した。電圧印加に伴い、該液晶混
合物の粘性は速やかに増加し、また電圧印加を停止する
と粘性は低下し、印加前と同じ粘性に戻った。この電気
粘性効果は、繰り返し可逆的に観察された。剪断速度を
13.09s-1と一定にし、種々の印加電圧を加えた際
に発生した剪断応力を図1に示す。この図1から、印加
電圧の増加とともに、発生した剪断応力も増加している
ことが分かる。2MV/mの電圧を印加した場合、約1
70Paの剪断応力の発生が認められた。これに対し、
液晶性低分子化合物CB‐5のみを用いた場合、約3P
aの剪断応力しか発生しなかった。
【0022】また、図2に該液晶混合物の電圧‐電流特
性を示す。図2から、印加電圧の増加とともに電流密度
も増加していることが分かる。さらに、プレートを加熱
し、該液晶混合物を等方相にすると、流体自体の粘性は
減少し、電気粘性効果は認められなくなった。すなわ
ち、高分子液晶化合物/低分子液晶化合物混合系の電気
粘性効果は、液晶化合物分子の電場による配向変化によ
って生じることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の電気粘性流体の1例における印加電
圧と発生した剪断応力との関係を示すグラフ。
【図2】 上記電気粘性流体における印加電圧と電流密
度との関係を示すグラフ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C10N 30:02 C10N 30:02 40:14 40:14 (72)発明者 井口 正俊 茨城県つくば市東1丁目1番 工業技術 院物質工学工業技術研究所内 (56)参考文献 特開 平5−171147(JP,A) 特表 平7−501357(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 下記式(I)で表わされるサーモトロピ
    ックな液晶性高分子化合物と下記式(III)で表わさ
    れるサーモトロピックな液晶性高分子化合物との混合組
    成物からなり、転移温度以下で液晶相を示す電気粘性流
    体。 【化1】 (式中のRは水素原子又はメチル基、pは2〜12の整
    数であり、nは重合度を示す) 【化2】 (式中のkは0又は1、mは4〜12の整数である)
JP5326104A 1993-11-30 1993-11-30 電気粘性流体 Expired - Lifetime JP2526406B2 (ja)

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