JP3039994B2 - Highly sensitive deformation method of pyrrole polymer film - Google Patents

Highly sensitive deformation method of pyrrole polymer film

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JP3039994B2
JP3039994B2 JP9510121A JP51012197A JP3039994B2 JP 3039994 B2 JP3039994 B2 JP 3039994B2 JP 9510121 A JP9510121 A JP 9510121A JP 51012197 A JP51012197 A JP 51012197A JP 3039994 B2 JP3039994 B2 JP 3039994B2
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利夫 功刀
秀典 奥崎
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利夫 功刀
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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、気体中で、フィルム表面での低分子化合物
の吸脱着、特に水または有機極性溶媒などの低分子化合
物の吸脱着を駆動力として、ピロール系高分子フィルム
に屈曲、回転等の変形を引き起こさせるピロール系高分
子フィルムの高感度変形方法に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a pyrrole-based high-molecular-weight compound that uses, as a driving force, adsorption and desorption of a low-molecular compound on a film surface in a gas, particularly adsorption and desorption of a low-molecular compound such as water or an organic polar solvent. The present invention relates to a high-sensitivity deformation method for a pyrrole-based polymer film that causes a deformation, such as bending or rotation, of a molecular film.

背景技術 従来検討されてきた代表的な刺激応答性高分子とし
て、高分子ゲル、導電性高分子等がある。
BACKGROUND ART As typical stimulus-responsive polymers that have been conventionally studied, there are polymer gels, conductive polymers, and the like.

高分子ゲルは、温度、pH、イオン、溶媒、電場、光等
の刺激に応じて収縮、膨潤することが知られている。こ
れを利用して化学エネルギーを力学エネルギーに変換
し、機械や筋肉のように仕事をさせる系を「ケモメカニ
カルシステム」あるいは「ケモメカニカル反応」という
(Y.Osada,“Progress in Polymer Science,Stimuli−R
esponsive Polymer Gels and Their Application to Ch
emomechanical Systems",Pergamon Press(1992))。
Polymer gels are known to shrink and swell in response to stimuli such as temperature, pH, ions, solvents, electric fields, and light. A system that uses this to convert chemical energy into mechanical energy and perform work like machines and muscles is called "chemomechanical system" or "chemomechanical reaction" (Y. Osada, "Progress in Polymer Science, Stimuli- R
esponsive Polymer Gels and Their Application to Ch
emomechanical Systems ", Pergamon Press (1992)).

Katchalskyらは、架橋したコラーゲンゲル繊維を用
い、濃度の異なる塩水溶液中における結晶化−融解の相
転移を駆動源とした「ロータリー式メカノケミカルエン
ジン」を試作している(I.Z.Steinberg,A.Oplatka and
A.Katchalsky,Nature,210,568(1966))。その後、Sus
smanらは、さらに改良を加えて高性能化をはかり、「メ
カノケミカルタービン」を作製している(M.V.Sussman
and A.Katchalsky,Science,167,45(1970))。この装
置で、コラーゲン繊維(長さ270cm、質量350g)は60%
収縮し、約30mWの出力を示すことがわかっている。
Katchalsky and colleagues have prototyped a "rotary mechanochemical engine" using crosslinked collagen gel fibers and driven by the crystallization-melting phase transition in saline solutions with different concentrations (IZSteinberg, A. Oplatka and
A. Katchalsky, Nature, 210, 568 (1966)). Then Sus
sman and colleagues have made a mechanochemical turbine with further improvements to achieve higher performance (MVSussman
and A. Katchalsky, Science, 167, 45 (1970)). With this device, collagen fiber (length 270cm, mass 350g) is 60%
It has been found to contract and exhibit a power of about 30 mW.

本発明者らは、最近、ポリ(2−アクリルアミド−2
−メチルプロパンスルホン酸)ゲルが、界面活性剤水溶
液中で、直流電圧の印加により速やかに正極側に屈曲す
ることを見出している(Y.Osada,H.Okuzaki and H.Hor
i,Nature,355,242(1992))。さらに、この原理を利用
し、毎分約25cmの速度で歩く「人工尺取り虫」の作製に
成功している。ここで、ゲル変形の駆動力は界面活性剤
とゲルが分子集合体を形成するときの自由エネルギー変
化であり、電気刺激は界面活性剤の泳動方向と分子集合
反応の平衡の両方を制御しており、動電現象で説明でき
ることがわかっている。
The present inventors have recently developed poly (2-acrylamide-2).
-Methylpropanesulfonic acid) gel has been found to quickly bend to the positive electrode side in a surfactant aqueous solution by the application of a DC voltage (Y. Osada, H. Okuzaki and H. Hor).
i, Nature, 355, 242 (1992)). Furthermore, using this principle, we have succeeded in producing an "artificial scale insect" that walks at a speed of about 25 cm per minute. Here, the driving force for gel deformation is a change in free energy when the surfactant and the gel form a molecular assembly, and electrical stimulation controls both the migration direction of the surfactant and the equilibrium of the molecular assembly reaction. It is known that the phenomenon can be explained by the electrokinetic phenomenon.

導電性高分子は、電気化学的なドープ、脱ドープによ
り膨潤、収縮することから、アクチュエーターへの応用
が検討されている。例えば、Peiらは、金蒸着したポリ
エチレンフィルム上にピロールを電解重合し、電気化学
的なドープ・脱ドープによるフィルムの屈曲挙動を観察
している(Q.Pei and O.Inganas,Synthetic Metals,55
−57,3718(1993))。ドーパントとしてドデシルベン
ゼンスルホン酸イオンを用いたとき、ポリピロールフィ
ルムの変形速度は最大0.5mm/sであった。
Since conductive polymers swell and shrink due to electrochemical doping and undoping, application to actuators is being studied. For example, Pei et al. Observed the bending behavior of a film by electrochemically doping and undoping pyrrole on a gold-deposited polyethylene film (Q. Pei and O. Inganas, Synthetic Metals, 55).
−57, 3718 (1993)). When dodecylbenzenesulfonate ion was used as a dopant, the deformation rate of the polypyrrole film was up to 0.5 mm / s.

これら従来公知の技術においては、高分子ゲルおよび
導電性高分子は、その全てが溶液中または膨潤状態での
み使用可能なものであった。
In these conventionally known techniques, all of the polymer gel and the conductive polymer can be used only in a solution or in a swollen state.

しかしながら、前記した従来の技術は、以下に示すい
くつかの本質的な問題点が未だ十分には解決されていな
い。
However, the above-mentioned conventional techniques have not yet sufficiently solved some essential problems described below.

(1)変位または変形・回復速度が小さい。(1) Displacement or deformation / recovery speed is small.

(2)湿式であるため応用が限定される。(2) Since it is a wet type, its application is limited.

(3)エネルギー変換効率が低い。(3) Low energy conversion efficiency.

(4)低感度である。(4) Low sensitivity.

(5)使用する材料が軟らかく脆弱である。(5) The material used is soft and brittle.

(6)動作の再現性、信頼性が低い。(6) Reproducibility and reliability of operation are low.

本発明は、このような従来の刺激応答性高分子のもつ
本質的な問題点を解決する目的でなされたものである。
The present invention has been made to solve the essential problems of the conventional stimuli-responsive polymers.

すなわち、本発明の一つの目的は、従来の刺激応答性
高分子とは異なる原理に基づき、すなわち、数%以下の
微小な相対湿度変化によって、空気中などの気体中(乾
式)で、フィルムを素早くしかも大きく、繰り返し変
形、回復することができるピロール系高分子フィルムの
高感度変形方法を提供することにある。
That is, one object of the present invention is based on a principle different from that of the conventional stimuli-responsive polymer, that is, a film is formed in a gas (dry type) such as air by a small relative humidity change of several percent or less. An object of the present invention is to provide a method for deforming and recovering a pyrrole-based polymer film with high sensitivity, which is quick and large and can be repeatedly deformed and recovered.

本発明の他の目的は、自重の約1.5倍の応力を発生さ
せることができるピロール系高分子フィルムの高感度変
形方法を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide a highly sensitive method for deforming a pyrrole-based polymer film capable of generating a stress of about 1.5 times its own weight.

また、本発明の他の目的は、非常に高感度な化学セン
サーとしても機能しうるピロール系高分子フィルムの高
感度変形方法を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide a method for deforming a pyrrole-based polymer film with high sensitivity, which can function as a very sensitive chemical sensor.

また、本発明の他の目的は、従来のゲルや導電性高分
子フィルムでは全く不可能であった、転がりながら移動
する「回転アクチュエータ」を作製することができるピ
ロール系高分子フィルムの高感度変形方法を提供するこ
とにある。
Another object of the present invention is to provide a high-sensitivity deformation of a pyrrole-based polymer film that can produce a "rotary actuator" that moves while rolling, which was impossible at all with a conventional gel or conductive polymer film. It is to provide a method.

また、本発明の他の目的は、今後新たな動力源として
期待できる、化合物の蒸気だけで駆動する「ポリピロー
ルエンジン」を作製することができるピロール系高分子
フィルムの高感度変形方法を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide a high-sensitivity method for deforming a pyrrole-based polymer film, which can be used as a new power source in the future and can produce a "polypyrrole engine" driven only by compound vapor. It is in.

発明の開示 本発明者らは、前述の課題について鋭意研究をしてい
たところ、従来の刺激応答性高分子とは異なる原理で、
すなわち、数%以下の微小な相対湿度変化によって、空
気中などの気体中(乾式)で、ピロール系高分子フィル
ムを素早くしかも大きく、繰り返し変形、回復するな
ど、従来にない極めて特異な現象を見出した。そして、
本発明者らは、さらに、この発見に基づき研究を重ねた
結果、本発明に到達したものである。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present inventors have been diligently studying the above-mentioned problem, and based on a principle different from the conventional stimuli-responsive polymer,
In other words, a very unique phenomenon, such as rapid and large, repeated deformation and recovery of a pyrrole-based polymer film in a gas (dry) such as air due to a small change in relative humidity of several percent or less, was found. Was. And
The present inventors have further studied based on this finding, and have reached the present invention.

すなわち、本発明は、以下に示すとおりである。 That is, the present invention is as described below.

(1) 少なくとも50モル%のピロール単位を有するピ
ロール系高分子フィルムを用い、そのフィルム表面への
水および/または揮発性の極性溶媒の吸脱着を駆動力と
して、気体中で、上記フィルムに変形を生ぜしめること
を特徴とするピロール系高分子フィルムの高感度変形方
法。
(1) A pyrrole-based polymer film having at least 50 mol% of a pyrrole unit is used, and the film is transformed into the above-mentioned film in a gas by driving adsorption and desorption of water and / or a volatile polar solvent to the surface of the film. High-sensitivity deformation method of a pyrrole-based polymer film, characterized in that

(2) ピロール系高分子フィルムが、平状、リング
状、ベルト状およびチューブラー状フィルムからなる群
から選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする前
記第1項記載のピロール系高分子フィルムの高感度変形
方法。
(2) The pyrrole-based polymer film according to (1), wherein the pyrrole-based polymer film is at least one selected from the group consisting of a flat, ring, belt, and tubular film. High sensitivity deformation method.

(3) ピロール系高分子フィルムが、厚さ1〜1000μ
mの範囲であることを特徴とする前記第1項または第2
項記載のピロール系高分子フィルムの高感度変形方法。
(3) The pyrrole polymer film has a thickness of 1 to 1000 μ
m or m.
3. The method for high-sensitivity deformation of a pyrrole-based polymer film according to the above item.

(4) ピロール系高分子フィルムが、厚さ10〜100μ
mの範囲であることを特徴とする前記第3項記載のピロ
ール系高分子フィルムの高感度変形方法。
(4) The pyrrole polymer film has a thickness of 10 to 100 μm
4. The method for high-sensitivity deformation of a pyrrole-based polymer film according to claim 3, wherein the range is m.

(5) ピロール系高分子フィルムが、少なくとも一種
のイオンを包含することを特徴とする前記第1項または
第2項記載のピロール系高分子フィルムの高感度変形方
法。
(5) The method according to (1) or (2) above, wherein the pyrrole-based polymer film contains at least one kind of ion.

(6) ピロール系高分子フィルムが、一軸延伸または
二軸延伸されたフィルムであることを特徴とする前記第
1項または第2項記載のピロール系高分子フィルムの高
感度変形方法。
(6) The method according to (1) or (2), wherein the pyrrole-based polymer film is a uniaxially stretched or biaxially stretched film.

(7) 揮発性の極性溶媒が、アルコール類、ケトン
類、アルデヒド類、ニトリル類、エーテル類、ジメチル
ホルムアミド類、モノハロゲン化アルキル類からなる群
から選ばれる少なくとも一種の化合物であることを特徴
とする前記第1項記載のピロール系フィルムの高感度変
形方法。
(7) The volatile polar solvent is at least one compound selected from the group consisting of alcohols, ketones, aldehydes, nitriles, ethers, dimethylformamides, and alkyl monohalides. 2. The method for deforming a pyrrole film according to claim 1, wherein the method comprises:

(8) 気体中で、少なくとも50モル%のピロール単位
を有する平状のピロール系高分子フィルムの表面と、水
および/または揮発性の極性溶媒とを、近接および/ま
たは隔離して、上記フィルム表面への上記水および/ま
たは揮発性の極性溶媒の吸脱着を駆動力として、上記フ
ィルムの変形、回復を繰り返し生ぜしめることを特徴と
する前記第1項記載のピロール系高分子フィルムの高感
度変形方法。
(8) In a gas, the surface of a flat pyrrole-based polymer film having at least 50 mol% of pyrrole units and water and / or a volatile polar solvent are brought close to and / or separated from each other to form the film. 2. The high sensitivity of the pyrrole-based polymer film according to claim 1, wherein deformation and recovery of the film are repeatedly caused by adsorption and desorption of the water and / or volatile polar solvent to the surface as a driving force. Deformation method.

(9) 気体中で、少なくとも50モル%のピロール単位
を有するリング状、ベルト状またはチューブラー状のピ
ロール系高分子フィルムの表面と、水および/または揮
発性の極性溶媒とを、接近させて、上記フィルム表面へ
の上記水および/または揮発性の極性溶媒の吸脱着を駆
動力として、上記フィルムを変形および/または回転せ
しめることを特徴とする前記第1項記載のピロール系高
分子フィルムの高感度変形方法。
(9) In a gas, the surface of a ring-shaped, belt-shaped or tubular-shaped pyrrole-based polymer film having at least 50 mol% of pyrrole units is brought close to water and / or a volatile polar solvent. 2. The pyrrole-based polymer film according to claim 1, wherein the film is deformed and / or rotated by driving the absorption and desorption of the water and / or volatile polar solvent to the film surface as a driving force. High sensitivity deformation method.

(10) 水が、純水、無機塩水溶液、有機物を溶解した
水溶液、酸水溶液、およびアルカリ水溶液の群から選ば
れる少なくとも一種から供給されることを特徴とする前
記第1項、第8項または第9項記載のピロール系フィル
ムの高感度変形方法。
(10) The method according to the above (1), (8) or (9), wherein the water is supplied from at least one selected from the group consisting of pure water, an aqueous solution of an inorganic salt, an aqueous solution in which an organic substance is dissolved, an aqueous acid solution, and an aqueous alkaline solution. 10. The method for highly sensitive deformation of a pyrrole film according to claim 9.

(11) 揮発性の極性溶媒が、純粋な極性溶媒、極性溶
媒と水との混合溶媒、極性溶媒と他の非極性溶媒との混
合溶媒、および極性溶媒に他の物質を溶解した溶液の群
から選ばれる少なくとも一種から供給されることを特徴
とする前記第1項、第8項または第9項記載のピロール
系フィルムの高感度変形方法。
(11) A group of volatile polar solvents consisting of pure polar solvents, mixed solvents of polar solvents and water, mixed solvents of polar solvents and other non-polar solvents, and solutions of other substances dissolved in polar solvents. 10. The method according to claim 1, 8 or 9, wherein the method is supplied from at least one selected from the group consisting of:

以下、本発明を構成する各要件について説明する。 Hereinafter, each requirement constituting the present invention will be described.

本発明で変形とは、高分子フィルムが元の状態から屈
曲したり形を変えることをいう。この変形によってリン
グ状およびベルト状高分子フィルムが回転するに至る。
In the present invention, the term “deformation” means that the polymer film bends or changes its shape from its original state. This deformation causes the ring-shaped and belt-shaped polymer films to rotate.

また、本発明で気体中とは、従来のゲルや導電性高分
子フィルムが溶液中または膨潤状態で作動するのに対す
るものであり、本発明では、従来不可能であった乾式
(気体中)で高分子フィルムの変形が行われる。本発明
では、特に好ましいのは空気中である。
In the present invention, the term "in a gas" refers to a state in which a conventional gel or conductive polymer film operates in a solution or in a swollen state. The deformation of the polymer film takes place. In the present invention, particularly preferred is air.

本発明に使用しうる高分子フィルムは、少なくともピ
ロール単位を分子鎖中に50モル%有するピロール系高分
子フィルムである。
The polymer film that can be used in the present invention is a pyrrole-based polymer film having at least 50 mol% of a pyrrole unit in a molecular chain.

すなわち、本発明のピロール系高分子は、モノマーと
して、ピロールの他、3−メチルピロール、3−エチル
ピロール、3−ドデシルピロール等の3−アルキルピロ
ール、3,4−ジメチルピロール、3−メチル−4−ドデ
シルピロール等の3,4−ジアルキルピロール、N−メチ
ルピロール、N−ドデシルピロール等のN−アルキルピ
ロール、N−メチル−3−メチルピロール、N−エチル
−3−ドデシルピロール等のN−アルキル−3−アルキ
ルピロール、3−カルボキシピロールを重合して作製さ
れたピロール系高分子、あるいは、これらのモノマーと
他のモノマーとを重合して作製された共重合体であっ
て、しかもこれらの共重合体中、少なくとも50モル%が
ピロール単位を有するピロール系高分子が用いられる。
That is, the pyrrole-based polymer of the present invention includes, as monomers, pyrrole, 3-alkylpyrroles such as 3-methylpyrrole, 3-ethylpyrrole, and 3-dodecylpyrrole, 3,4-dimethylpyrrole, and 3-methyl- N-alkylpyrroles such as 3,4-dialkylpyrroles such as 4-dodecylpyrrole, N-methylpyrrole, N-dodecylpyrrole, N-alkylpyrroles such as N-methyl-3-methylpyrrole and N-ethyl-3-dodecylpyrrole A pyrrole polymer produced by polymerizing alkyl-3-alkylpyrrole or 3-carboxypyrrole, or a copolymer produced by polymerizing these monomers and other monomers, and A pyrrole polymer having at least 50 mol% of pyrrole units in the copolymer is used.

これらのピロール系高分子の重合方法としては、ヨウ
素あるいは鉄イオン等の金属イオンを触媒とする化学的
酸化重合、あるいは定電圧または定電流を印加する電解
重合のどちらの方法も用いることが可能である。好まし
くは電解重合による方法である。また、本発明のピロー
ル系高分子フィルムは、重合と同時に作製することもで
きる。
As a method for polymerizing these pyrrole-based polymers, it is possible to use either chemical oxidation polymerization using a metal ion such as iodine or iron ion as a catalyst, or electrolytic polymerization applying a constant voltage or a constant current. is there. Preferably, a method by electrolytic polymerization is used. Further, the pyrrole-based polymer film of the present invention can be produced simultaneously with the polymerization.

電解重合においては、塩化物イオン、臭化物イオン等
のハロゲン化物イオン、過塩素酸イオン、テトラフルオ
ロ硼酸イオン、六フッ化ヒ酸イオン、硫酸イオン、硝酸
イオン、チオシアン酸イオン、六フッ化ケイ酸イオン、
燐酸イオン、フェニル燐酸イオン、六フッ化燐酸イオン
等の燐酸系イオン、トリフルオロ酢酸イオン、トシレー
トイオン、エチルベンゼンスルホン酸イオン、ドデシル
ベンゼンスルホン酸イオン等のアルキルベンゼンスルホ
ン酸イオン、メチルスルホン酸イオン、エチルスルホン
酸イオン等のアルキルスルホン酸イオン、ポリアクリル
酸イオン、ポリビニルスルホン酸イオン、ポリスチレン
スルホン酸イオン、ポリ(2−アクリルアミド−2−メ
チルプロパンスルホン酸)イオン等の高分子イオンのう
ち、少なくとも一種のイオンがドーパントとして使用さ
れる。
In the electropolymerization, halide ions such as chloride ion and bromide ion, perchlorate ion, tetrafluoroborate ion, hexafluoroarsenate ion, sulfate ion, nitrate ion, thiocyanate ion, hexafluorosilicate ion ,
Phosphate ions such as phosphate ion, phenyl phosphate ion, hexafluorophosphate ion, trifluoroacetate ion, tosylate ion, ethylbenzene sulfonate ion, alkylbenzene sulfonate ion such as dodecylbenzene sulfonate ion, methyl sulfonate ion, ethyl At least one of polymer ions such as alkylsulfonic acid ions such as sulfonic acid ions, polyacrylic acid ions, polyvinylsulfonic acid ions, polystyrenesulfonic acid ions, and poly (2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid) ions. Ions are used as dopants.

本発明に使用するピロール系高分子フィルム(以下、
原フィルムとよぶことがある。)は、柔軟性と適当な力
学強度を損なわない限り、原フィルムの長さ、幅および
厚さについては特に制限はなく、大面積の原フィルムも
用いることも可能であるが、本発明の効果を有効に発揮
するためには、原フィルムが繰り返し屈曲可能であるこ
と、すなわち柔軟であることが好適である。このため、
原フィルムの厚さは、一般には1〜1000μmの範囲、好
ましくは10〜100μmの範囲のものが用いられる。
Pyrrole polymer film used in the present invention (hereinafter, referred to as
Sometimes called original film. ) Is not particularly limited with respect to the length, width and thickness of the original film as long as the flexibility and appropriate mechanical strength are not impaired, and it is possible to use an original film having a large area. In order to effectively exhibit the above, it is preferable that the original film be repeatedly bendable, that is, be flexible. For this reason,
The thickness of the original film is generally in the range of 1 to 1000 μm, preferably in the range of 10 to 100 μm.

また、原フィルムは、公知の延伸方法によって一軸延
伸または二軸延伸されたフィルムであることが好まし
い。このような公知の延伸方法としては、熱延伸法、ゾ
ーン延伸法、膨潤延伸法等の延伸方法がいずれも採用で
きる。原フィルムは、このような延伸による高分子鎖の
配向、緊張化により、ヤング率、切断強度等の力学的性
質、熱安定性、電導度等の性能を向上させることができ
る。
The original film is preferably a film that has been uniaxially or biaxially stretched by a known stretching method. As such a known stretching method, any of stretching methods such as a hot stretching method, a zone stretching method, and a swelling stretching method can be adopted. The original film can improve the mechanical properties such as Young's modulus and cutting strength, and the performance such as thermal stability and electric conductivity by the orientation and tensioning of the polymer chains by such stretching.

また、原フィルムは、平状、リング状、ベルト状また
はチューブラー状等の形状で用いることができる。ま
た、これらの形状を組み合わせて用いることができる。
Further, the original film can be used in a shape such as a flat shape, a ring shape, a belt shape, or a tubular shape. Further, these shapes can be used in combination.

原フィルムの表面に刺激を加え、低分子の吸脱着によ
り、原フィルムを高速変形させることのできる低分子化
合物として、本発明では、特定の溶媒(極性液体)、す
なわち水および揮発性の極性溶媒が用いられる。
In the present invention, a specific solvent (polar liquid), that is, water and a volatile polar solvent, is used as a low molecular compound capable of rapidly deforming the original film by stimulating the surface of the original film and absorbing and desorbing the low molecule. Is used.

揮発性の極性溶媒としては、例えば、メタノール、エ
タノール、ブタノール等のアルコール類、アセトン、メ
チルエチルケトン等のケトン類、ホルムアルデヒド、ア
セトアルデヒド等のアルデヒド類、アセトニトリル、ス
クシノニトリル等のニトリル類、ジエチルエーテル、テ
トラヒドロフラン等のエーテル類、N,N−ジメチルホル
ムアミド等のホルムアミド類、ヨードメタン等のモノハ
ロゲン化アルキル類、等を挙げることができる。
Examples of the volatile polar solvent include alcohols such as methanol, ethanol and butanol, ketones such as acetone and methyl ethyl ketone, aldehydes such as formaldehyde and acetaldehyde, nitriles such as acetonitrile and succinonitrile, diethyl ether, and tetrahydrofuran. And the like, formamides such as N, N-dimethylformamide, and monohalogenated alkyls such as iodomethane.

本発明では、前記の水は、純水および各種水溶液、す
なわち、食塩水等の無機塩水溶液、砂糖等の有機物を溶
解した水溶液、希硫酸やアンモニア水等の酸水溶液およ
びアルカリ水溶液等の各種水溶液、から供給される。
In the present invention, the water is pure water and various aqueous solutions, that is, various aqueous solutions such as an aqueous solution of an inorganic salt such as a saline solution, an aqueous solution in which an organic substance such as sugar is dissolved, an aqueous acid solution such as dilute sulfuric acid or ammonia water, and an aqueous alkaline solution. Supplied from

これらの純水および各種水溶液を用いて、原フィルム
の表面に刺激を加えると、原フィルムは刺激と反対側に
素早く屈曲する現象を示す。また、刺激を遠ざけると、
原フィルムは素早く元の位置に回復する。
When a stimulus is applied to the surface of the original film using these pure water and various aqueous solutions, the original film shows a phenomenon of quickly bending to the side opposite to the stimulus. Also, if you keep the stimulus away,
The original film quickly returns to its original position.

また、本発明では、前記の揮発性の極性溶媒は、純粋
な極性溶媒並びに極性溶媒を含む各種溶媒および溶液、
すなわち、極性溶媒と水との混合溶媒、極性溶媒と他の
溶媒との混合溶媒、および極性溶媒に他の物質を溶解し
た溶液等の極性溶媒を含む各種溶媒および溶液、から供
給される。
In the present invention, the volatile polar solvent is a pure polar solvent and various solvents and solutions including a polar solvent,
That is, it is supplied from various solvents and solutions including a polar solvent such as a mixed solvent of a polar solvent and water, a mixed solvent of a polar solvent and another solvent, and a solution in which another substance is dissolved in the polar solvent.

これらの純粋な極性溶媒並びに極性溶媒を含む各種溶
媒および溶液を用いて、原フィルムの表面に刺激を加え
ると、水の場合とは全く逆に、原フィルムは刺激と同じ
側に屈曲する現象を示す。また、刺激を遠ざけると、原
フィルムは素早く元の位置に回復する。
When a stimulus is applied to the surface of the original film using these pure polar solvents and various solvents and solutions including the polar solvent, the original film bends to the same side as the stimulus, contrary to the case of water. Show. When the stimulus is moved away, the original film quickly returns to its original position.

水および揮発性の極性溶媒によって引き起こされる原
フィルムの変形挙動は、原フィルムの表面に刺激を加え
る低分子化合物の化学構造やサイズ、極性、親水・疎水
性、揮発性等の諸性質によって、それぞれ異なってい
る。本発明において、特に素早いフィルムの変形が観察
されたのは、水並びにN,N−ジメチルホルムアミド等の
ホルムアミド類およびヨードメタン等のモノハロゲン化
アルキル類の有機極性溶媒であった。
The deformation behavior of the original film caused by water and volatile polar solvents depends on the chemical structure, size, polarity, hydrophilicity / hydrophobicity, volatility, and other properties of the low molecular weight compound that stimulates the surface of the original film. Is different. In the present invention, particularly rapid film deformation was observed with water and organic polar solvents such as formamides such as N, N-dimethylformamide and alkyl monohalides such as iodomethane.

これに対して、ヘキサン、ヘプタン、オクタン等のア
ルカン類、エチレン、ヘキセン等のアルケン類、アセチ
レン等のアルキン類、四塩化炭素、クロロホルム等、ベ
ンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類、炭
酸プロプレン、等の低分子化合物を用いる場合には、原
フィルムの表面にいくら刺激を加えても、原フィルムは
ほとんど応答を示すことはない。
On the other hand, alkanes such as hexane, heptane and octane, alkenes such as ethylene and hexene, alkynes such as acetylene, carbon tetrachloride, chloroform and the like, aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene and xylene, and carbonic acid When a low molecular compound such as propylene is used, no matter how much stimulation is applied to the surface of the original film, the original film shows almost no response.

本発明における原フィルムのこのような変形挙動のメ
カニズムは、ファン・デル・ワールス力程度の弱い物理
吸着に基づくことを実験的に示している。例えば、原フ
ィルムに水分を接近させると原フィルムが屈曲するが、
これは、水分の接近による微小な相対湿度変化によっ
て、水分がフィルム表面に吸着し、フィルム表面がわず
かに膨張するためと考えられる。
It has been experimentally shown that the mechanism of such deformation behavior of the original film in the present invention is based on weak physical adsorption such as van der Waals force. For example, when moisture approaches the original film, the original film bends,
It is considered that this is because moisture is adsorbed on the film surface due to a minute change in relative humidity due to the approach of moisture, and the film surface slightly expands.

また、本発明における水および揮発性の極性溶媒の導
入方法については、必ずしも限定されるものではない。
第1図に示す空気中で脱脂綿を用いる方法の他、本発明
の原理思想から外れない限り、例えば、毛細管現象や超
音波を利用した拡散や、窒素、酸素、アルゴン等のガス
をキャリアとした噴霧でも構わない。
The method for introducing water and a volatile polar solvent in the present invention is not necessarily limited.
In addition to the method of using absorbent cotton in the air shown in FIG. 1, unless it deviates from the principle idea of the present invention, for example, diffusion using capillary action or ultrasonic waves, or a gas such as nitrogen, oxygen, argon or the like as a carrier. It can be sprayed.

また、本発明では、刺激を加える領域や数について
も、必ずしも限定されるものではない。
In the present invention, the region and the number of stimuli are not necessarily limited.

このように、本発明においては、ピロール系高分子フ
ィルムの形状、大きさ、厚み等、水および揮発性の極性
溶媒の種類、数、量等、水および揮発性の極性溶媒によ
って刺激を加える領域の大きさ、数等を、適宜選択する
ことができる。
Thus, in the present invention, the shape, size, thickness, etc. of the pyrrole-based polymer film, the type, number, amount, etc. of the water and the volatile polar solvent, the region to be stimulated by the water and the volatile polar solvent The size, number, and the like of can be selected as appropriate.

本発明の原フィルムの変形について、もう少し詳細に
説明する。
The deformation of the original film of the present invention will be described in more detail.

本発明における低分子の吸脱着による原フィルムの変
形は、第1図に示した極めて簡単な実験装置で実施する
ことができる。
The deformation of the original film due to the adsorption and desorption of low molecules in the present invention can be carried out with a very simple experimental apparatus shown in FIG.

第1図において、原フィルムは、長さ25mm、幅5mm、
厚さ約30μmで、上端5mmがチャックに固定されてい
る。したがって、フィルムの駆動部分は、そのチャック
内を差し引いた部分である。その質量は2.9mgである。
一方、シャッター等でスリットが開閉できるようになっ
ている箱に水や溶媒を浸した脱脂綿を入れる。シャッタ
ーと原フィルムは2mm離れている。第1図では、シャッ
ターを開いたときの原フィルムの下端から3mmの位置に
おける変形をレーザー変位計で測定できるようになって
いる。また、第1図では、原フィルムから1mmの距離に
おける温度と相対湿度も同時に測定できるようになって
いる。
In FIG. 1, the original film is 25 mm long, 5 mm wide,
The thickness is about 30 μm, and the upper end 5 mm is fixed to the chuck. Therefore, the driving portion of the film is a portion obtained by subtracting the inside of the chuck. Its mass is 2.9 mg.
Meanwhile, absorbent cotton soaked with water or a solvent is placed in a box that can be opened and closed by a shutter or the like. The shutter and the original film are 2mm apart. In FIG. 1, the deformation at a position 3 mm from the lower end of the original film when the shutter is opened can be measured by a laser displacement meter. In FIG. 1, the temperature and relative humidity at a distance of 1 mm from the original film can be measured simultaneously.

第1図に示す装置で、原フィルムに水および/または
揮発性の極性溶媒による刺激を与える場合、原フィルム
よりも刺激を加える面積を大きくすると、フィルム全体
が大きく湾曲する。また、複数の刺激を同方向から加え
ると、それぞれの箇所から屈曲し、原フィルムの屈曲は
大きくなる。複数の刺激を位置をずらして両側から加え
ると、原フィルムは各箇所で左右に折れ曲がり波形に変
形する。これに対し、二つの同じ刺激を両側の同位置に
加えると、相殺されて変形しない。原フィルムを少した
るませた状態で両端固定し刺激を加えると、弓形に反
る。また、リング状フィルムの一部に刺激を加えると、
楕円に変形する。このような円弧の曲率変化を利用して
リングを一方向に転がすことができる。またこのリング
を二つのプーリーに掛け特定の箇所に刺激を加えると、
プーリーは回転を始める。
In the apparatus shown in FIG. 1, when the original film is stimulated with water and / or a volatile polar solvent, if the area to be stimulated is larger than that of the original film, the entire film is greatly curved. Also, when a plurality of stimuli are applied in the same direction, the original film bends from each location and the bending of the original film increases. When a plurality of stimuli are applied from both sides while shifting the position, the original film bends right and left at each location and deforms into a waveform. On the other hand, if two identical stimuli are applied to the same position on both sides, they are canceled and do not deform. When the original film is slightly slackened and fixed at both ends and stimulated, it bows in an arc. Also, when stimulating a part of the ring-shaped film,
Transform into an ellipse. The ring can be rolled in one direction by utilizing such a change in the curvature of the arc. Also, when this ring is hung on two pulleys and stimulated at a specific location,
The pulley starts rotating.

第1図に示す装置では原フィルムの下端は開放端であ
るが、これを高感度歪計に連結することにより原フィル
ムの変形を応力として検出することもできる。また、第
1図に示す装置では原フィルムを縦に吊り下げている
が、本発明の原理思想に変化をきたさない限り横型でも
実施することができる。
Although the lower end of the original film is an open end in the apparatus shown in FIG. 1, the deformation of the original film can be detected as stress by connecting it to a high-sensitivity strain gauge. Further, in the apparatus shown in FIG. 1, the original film is suspended vertically, but the invention can be implemented in a horizontal type as long as the principle of the present invention is not changed.

以上説明した本発明について、その特徴を個条的にい
くつか列記してみると、以下のとおりである。
Some features of the present invention described above are listed individually below.

(1) フイルムの片面に分子が吸・脱着することによ
り局所的面膨張・面収縮が起こる。
(1) Local absorption and desorption of molecules on one side of the film causes local surface expansion and contraction.

(2) フイルムの片面膨張・収縮によりフイルムの屈
曲の方向が決まる。
(2) The direction of bending of the film is determined by the one-sided expansion and contraction of the film.

(3) 吸・脱着する分子の量は極めて微量である。そ
のため脱着が瞬時に起こる。吸着は弱い力によるので脱
着が極めて容易である。
(3) The amount of molecules to be absorbed and desorbed is extremely small. Therefore, desorption occurs instantaneously. Since the adsorption is by a weak force, desorption is extremely easy.

(4) 吸・脱着がフイルムのごく表面で起こるので拡
散時間を要せず、高速変形・完全回復する。この動作は
何回でも同じ大きさで反復できる。
(4) Since absorption and desorption occur on the very surface of the film, no diffusion time is required, and high-speed deformation and complete recovery are achieved. This operation can be repeated any number of times with the same magnitude.

(5) 吸・脱着する分子は水やアルコールなどの溶剤
分子の蒸気で、前者は膨張、後者は収縮する。この相反
する挙動を同時に作用させると強力な力が発生する。当
然ながら水分だけでも作用する。
(5) The molecules to be absorbed and desorbed are vapors of solvent molecules such as water and alcohol, and the former expands and the latter contracts. When these opposing behaviors are simultaneously applied, a strong force is generated. Of course, water alone works.

(6) 蒸気による吸・脱着であるので、非接触で近付
けるだけで動作する。
(6) Since it is absorption and desorption by steam, it operates only by approaching it in a non-contact manner.

(7) 従来、膨張・収縮はゲルで起こる事例が殆どで
ある。その場合、膨潤状態や溶液中で行われ、刺激も電
場、試薬、pH、温度などによっている。これに対し空気
中、乾式で、操作も原理もシンプルである。
(7) Conventionally, in most cases, expansion and contraction occur in a gel. In that case, it is performed in a swollen state or in a solution, and the stimulation also depends on the electric field, reagent, pH, temperature, and the like. On the other hand, it is a dry type in air, and its operation and principle are simple.

(8) ゲルに比較し、ポリピロールフイルムは化学的
に安定で劣化しない。また強度も高く膨張率が小さいに
もかかわらず発生する応力が高い。また、導電性があ
る。
(8) Compared to gel, polypyrrole film is chemically stable and does not deteriorate. In addition, the generated stress is high despite the high strength and low expansion coefficient. In addition, it has conductivity.

(9) フイルムは、原フィルムの作成後数カ月経って
も、全く同様な挙動を再現する。動作は常温、定圧で生
じ、特殊な雰囲気を必要としない。
(9) The film reproduces exactly the same behavior several months after the production of the original film. Operation occurs at room temperature and constant pressure and does not require a special atmosphere.

(10) ポリピロールフイルムをベルトとし2つのプー
リーにかけ、水と有機溶媒で回転させると大きいプーリ
ーが毎分7回転しベルトは毎分22cmで走行した。分子の
吸脱着で直接回転エネルギーを取り出す事例はこれまで
にない。分子は化学変化せず消費しないので変換効率が
高い。また、溶媒供給源とフイルムは非接触なので摩擦
損失もない。
(10) Using a polypyrrole film as a belt, the belt was hung on two pulleys, and rotated with water and an organic solvent. The large pulley rotated 7 times per minute, and the belt ran at 22 cm per minute. There has never been a case where rotational energy is directly extracted by the adsorption and desorption of molecules. The conversion efficiency is high because molecules are not consumed without chemical change. Further, since the solvent supply source and the film are not in contact with each other, there is no friction loss.

(11) 特に水を用いる場合は空気中に発散されても環
境を汚染することがなく、クリーンなエネルギーとして
期待できる。また、経費が掛からず僅かな水を供給する
だけで回転しつづける。
(11) Especially when water is used, even if it is released into the air, it does not pollute the environment and can be expected as clean energy. In addition, it keeps rotating by supplying only a little water without cost.

(12) 湿度や有機溶媒の高感度センサーとしての応用
もある。
(12) There is also application as a highly sensitive sensor for humidity and organic solvents.

図面の簡単な説明 第1図は、本発明に係る高分子フィルム変形素子の変
位の測定、温度と相対湿度の測定および応力の測定に用
いた装置の説明図である。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is an explanatory view of an apparatus used for measuring displacement, measuring temperature and relative humidity, and measuring stress of a polymer film deformation element according to the present invention.

第2図は、本発明に係る高分子フィルム変形素子の作
製に用いた電解重合装置の概略図である。
FIG. 2 is a schematic view of an electrolytic polymerization apparatus used for producing a polymer film deformation element according to the present invention.

第3図は、本発明に係る高分子フィルム変形素子の電
気伝導度の測定に用いた装置の説明図である。
FIG. 3 is an explanatory view of an apparatus used for measuring the electric conductivity of the polymer film deformation element according to the present invention.

第4図は、第2図でシャターを30秒間開放したときの
原フィルムの変位および温度と相対湿度の変化を示すグ
ラフである。
FIG. 4 is a graph showing the displacement of the original film and the changes in temperature and relative humidity when the shutter is opened for 30 seconds in FIG.

第5図は、第2図で70℃の湯を入れた試験管を30秒間
近づけたときの原フィルムの変位および温度と相対湿度
の変化を示すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing the displacement of the original film and the changes in temperature and relative humidity when the test tube containing the hot water at 70 ° C. in FIG. 2 is approached for 30 seconds.

第6図は、第2図で指を5秒間近づけ25秒間遠ざけ、
これを繰り返したときの原フィルムの変位および温度と
相対湿度の変化を示すグラフである。
Fig. 6 shows the finger in Fig. 2 close for 5 seconds and away for 25 seconds,
It is a graph which shows the displacement of an original film when this is repeated, and the change of temperature and relative humidity.

第7図は、第2図で指を原フィルムに近づけ、その後
遠ざけたときの原フィルムの変形・回復の様子を示す説
明図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing the state of deformation and recovery of the original film when the finger is brought close to the original film in FIG. 2 and then moved away.

第8図は、第2図で指を近づけたときにフィルム面に
垂直方向に発生する応力を測定したグラフである。
FIG. 8 is a graph in which the stress generated in the direction perpendicular to the film surface when the finger is brought close in FIG. 2 is measured.

第9図は、第3図でフィルムの中央に指を近づけたと
きの電導度変化を示すグラフである。
FIG. 9 is a graph showing a change in conductivity when a finger is brought close to the center of the film in FIG.

第10図は、本発明に係る高分子フィルム変形素子上へ
の平衡吸着重量の測定に用いた装置の説明図である。
FIG. 10 is an explanatory view of an apparatus used for measuring an equilibrium adsorption weight on a polymer film deformation element according to the present invention.

第11図は、本発明に係る高分子フィルム変形素子の可
逆的吸脱着挙動の観察に用いた装置の説明図である。
FIG. 11 is an explanatory view of an apparatus used for observing the reversible adsorption / desorption behavior of the polymer film deformation element according to the present invention.

第12図は、本発明に係る高分子フィルム変形素子の膨
張率の算出に用いた装置の説明図である。
FIG. 12 is an explanatory view of an apparatus used for calculating the expansion coefficient of the polymer film deformation element according to the present invention.

第13図は、第10図の装置を用いて測定した原フイルム
の重量変化を示すグラフである。
FIG. 13 is a graph showing the weight change of the original film measured using the apparatus of FIG.

第14図は、第11図に示す装置を用い、シャッターを5
秒間開放、25秒間閉鎖し、これを4回繰り返したときの
吸着重量変化を示すグラフである。
FIG. 14 shows an example in which the shutter shown in FIG.
It is a graph which shows the change of adsorption weight at the time of opening for 2 seconds, closing for 25 seconds, and repeating this 4 times.

第15図は、本発明に係る高分子フィルム変形素子を用
いて作製した、転がりながら移動する「回転アクチュエ
ータ」装置の原理を説明する概略図である。
FIG. 15 is a schematic diagram illustrating the principle of a “rotary actuator” device that moves while rolling, manufactured using the polymer film deformation element according to the present invention.

第16図は、本発明に係る高分子フィルム変形素子を用
いて作製した、2つのプーリーをもつ「ポリピロールエ
ンジン」装置の原理を説明する概略図である。
FIG. 16 is a schematic diagram illustrating the principle of a “polypyrrole engine” device having two pulleys manufactured using the polymer film deformation element according to the present invention.

第17図は、水を含んだ脱脂綿みで駆動する「ポリピロ
ールエンジン」装置の原理を説明する概略図である。
FIG. 17 is a schematic diagram illustrating the principle of a “polypyrrole engine” device driven by absorbent cotton containing water.

実施例 以下に、実施例によって本発明をさらに具体的に説明
するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定され
るものではない。
Examples Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.

なお、各実施例で用いたピロール系高分子フィルム
は、以下の(1)および(2)に示す方法によって得ら
れたものである。また、実施例中、変位の測定結果等の
各測定結果は、以下の(2)および(3)〜(9)に示
す方法によって得られたものである。
The pyrrole-based polymer film used in each example was obtained by the following methods (1) and (2). In the examples, each measurement result such as the measurement result of the displacement was obtained by the following methods (2) and (3) to (9).

(1)ピロール系高分子フィルムの作製 ピロール0.4gおよび過塩素酸テトラエチルアンモニウ
ム1.15gを、1vol%の水を含む炭酸プロピレンに溶かし
て100mlとした。
(1) Preparation of pyrrole polymer film 0.4 g of pyrrole and 1.15 g of tetraethylammonium perchlorate were dissolved in propylene carbonate containing 1 vol% of water to make 100 ml.

正極に白金板(長さ50mm、幅20mm、厚さ0.1mm)、負
極にアルミ箔(長さ200mm、幅50mm、厚さ0.01mm)を用
いた第2図に示すような電解重合セルに、上記溶液を入
れた。なお、第2図において、7は低温恒温槽、8はポ
テンショスタット、9は温度制御装置、10は電解重合セ
ル、11はアルミ箔、12は白金板、13は投げ込みクーラ
ー、および14は冷媒(エタノール)を示す。
An electrolytic polymerization cell as shown in Fig. 2 using a platinum plate (length 50mm, width 20mm, thickness 0.1mm) for the positive electrode and aluminum foil (length 200mm, width 50mm, thickness 0.01mm) for the negative electrode, The above solution was added. In FIG. 2, 7 is a low-temperature constant temperature bath, 8 is a potentiostat, 9 is a temperature control device, 10 is an electropolymerization cell, 11 is an aluminum foil, 12 is a platinum plate, 13 is a throw-in cooler, and 14 is a refrigerant ( Ethanol).

電解重合セルを低温恒温槽中に30分放置後、ポテンシ
ョスタットから一定電流1.25mA(電流密度0.125mA/c
m2)を12時間印加し、電解重合を行った。重合温度は−
20℃であった。
After leaving the electrolytic polymerization cell in a low-temperature thermostat for 30 minutes, a constant current of 1.25 mA (current density 0.125 mA / c
m 2 ) was applied for 12 hours to carry out electrolytic polymerization. The polymerization temperature is-
20 ° C.

得られた深緑色のポリピロールフィルムを白金板上か
ら剥がし、炭酸プロピレン中で約1時間洗浄した。さら
に、フィルムを1日真空乾燥し、これを試料(原フィル
ム)として用いた。乾燥後のポリピロールフィルムの寸
法は、長さ50mm、幅20mm、厚さ約30μmで、このフィル
ムは電導度102S/cm、ヤング率0.61GPa、切断強度33.7MP
aおよび切断伸度25.9%の物性を有していた。
The resulting dark green polypyrrole film was peeled off from the platinum plate and washed in propylene carbonate for about 1 hour. Further, the film was vacuum-dried for one day and used as a sample (original film). The dimensions of the polypyrrole film after drying are 50 mm in length, 20 mm in width, and about 30 μm in thickness. This film has a conductivity of 102 S / cm, a Young's modulus of 0.61 GPa, and a cutting strength of 33.7 MP.
a and physical properties of elongation at break of 25.9%.

(2) ピロール系高分子フィルムの延伸と引張試験 ポリピロールフィルムの延伸は、通常の引張試験機
(Tensilon II、オリエンテック株式会社)を用い、室
温において10%/min.の歪速度で25%延伸した。
(2) Stretching of the pyrrole-based polymer film and tensile test The stretching of the polypyrrole film is performed using a normal tensile tester (Tensilon II, Orientec Co., Ltd.) at room temperature at a strain rate of 10% / min. did.

延伸フィルムおよび未延伸フィルムの引張試験も同じ
装置と条件下で行った。ヤング率、切断強度、切断伸度
は、応力−歪曲線より算出した。
The tensile tests of the stretched film and the unstretched film were also performed under the same apparatus and conditions. Young's modulus, cutting strength, and cutting elongation were calculated from a stress-strain curve.

(3) 変位の測定 厚さ約30μmのポリピロールフィルムを長さ25mm、幅
5mmのタンザク状に切り出す。第1図に示すように、フ
ィルムの上端5mmをステンレスのチャックに固定してフ
ィルムを吊り下げ、シャッターを原フィルムから2mmの
距離に固定した。下端から3mmの位置における変位を分
解能50μmのレーザー変位計(LB−300、株式会社キー
エンス)で測定する。測定データをアンプユニット(LB
−1200、株式会社キーエンス)で増幅し、パーソナルコ
ンピュータに読み込む。なお、第1図において、1はチ
ャック、2はフィルム、3は溶媒を含んだ脱脂綿、4は
シャッター、および5はレーザー変位計を示す。
(3) Displacement measurement A polypyrrole film with a thickness of about 30 μm is 25 mm long and width
Cut out into 5mm tangs. As shown in FIG. 1, the upper end 5 mm of the film was fixed to a stainless steel chuck, the film was suspended, and the shutter was fixed at a distance of 2 mm from the original film. The displacement at a position 3 mm from the lower end is measured with a laser displacement meter (LB-300, Keyence Corporation) having a resolution of 50 μm. Measured data is transferred to the amplifier unit (LB
-1200, KEYENCE CORPORATION) and read it into a personal computer. In FIG. 1, 1 is a chuck, 2 is a film, 3 is absorbent cotton containing a solvent, 4 is a shutter, and 5 is a laser displacement meter.

(4) 温度および相対湿度の測定 変位の測定の場合と同様にフィルムを吊り下げ、その
表面に温湿計(MC−P、日本パナメトリクス株式会社)
のプローブをできる限り近づける。フィルムから約2mm
の距離に刺激を加えたときのフィルム近傍の温度および
相対湿度の変化をパーソナルコンピュータに読み込む。
なお、第1図において、6は温湿度計を示す。
(4) Measurement of temperature and relative humidity As in the case of displacement measurement, a film is suspended, and a thermo-hygrometer (MC-P, Nippon Panametrix Co., Ltd.) is placed on its surface.
The probe as close as possible. About 2mm from film
The change in the temperature and relative humidity near the film when a stimulus is applied to the distance is read into a personal computer.
In FIG. 1, reference numeral 6 denotes a thermo-hygrometer.

(5) 応力の測定 フィルムの下端に高感度歪計(T7−8−120(最大荷
重8g)、オリエンテック株式会社)を取付け、フィルム
面に垂直方向に発生する応力を測定する。高感度歪計か
らの出力電圧をアンプユニット(AR−6000、オリエンテ
ック株式会社)で増幅し、パーソナルコンピュータに読
み込む。
(5) Measurement of stress A high sensitivity strain gauge (T7-8-120 (maximum load: 8 g), Orientec Co., Ltd.) is attached to the lower end of the film, and the stress generated in the direction perpendicular to the film surface is measured. The output voltage from the high-sensitivity strain gauge is amplified by an amplifier unit (AR-6000, Orientec Co., Ltd.) and read into a personal computer.

(6) 電導度の測定 ポリピロールフィルムを長さ20mm、幅5mmに切り出
す。イオンスパッタ装置(JFC−1100、日本電子株式会
社)を用いて、第3図に示すように、フィルムの片面に
4mmごと幅1mmの金(厚さ約0.1μm)を4本蒸着する。
各金蒸着に銀ペーストで銅線(直径20μm、長さ50mm)
を接着し、デジタルマルチメータ(VOAC−7512、岩崎通
信機株式会社)を用い直流四端子法により測定する(測
定電流値10mA)。なお、第3図において、2はフィル
ム、3は溶媒を含んだ脱脂綿、4はシャッター、15は金
蒸着、および16はデジタルマルチメーターを示す。
(6) Conductivity measurement A polypyrrole film is cut into a length of 20 mm and a width of 5 mm. Using an ion sputtering device (JFC-1100, JEOL Ltd.), as shown in FIG.
Four pieces of gold (thickness: about 0.1 μm) having a width of 1 mm every 4 mm are deposited.
Copper wire (diameter 20μm, length 50mm) with silver paste for each gold deposition
And measured by a DC four-terminal method using a digital multimeter (VOAC-7512, Iwasaki Communication Equipment Co., Ltd.) (measured current value: 10 mA). In FIG. 3, reference numeral 2 denotes a film, 3 denotes absorbent cotton containing a solvent, 4 denotes a shutter, 15 denotes gold deposition, and 16 denotes a digital multimeter.

(7)平衡吸着重量の測定 本発明の屈曲現象の機構をさらに検討するため、水晶
振動子を用いたマイクロバランス法により直接、吸着重
量を測定した。水晶振動子(9MHz、若林製作所)の電極
上に原フィルムを30分電解重合する。原フイルム上への
平衡吸着重量を第10図に示すような装置で測定した。第
10図において21は原フイルムで被覆した水晶振動子、22
は真空乾燥器、23はリークバルブ、24は真空ポンプ、25
は発振器、26は周波数カウンター、27はパーソナルコン
ピュータを示す。単位面積あたりの吸着重量変化(Δm
(μg/cm2))は、水晶振動子の周波数変化から次式に
より算出した(J.Hlavay and G.G.Guilbault,“Applica
tions of the Piezoelectric Crystal Detector in Ana
lytical Chemistry",49(13),1890(1977))。
(7) Measurement of equilibrium adsorption weight In order to further examine the mechanism of the bending phenomenon of the present invention, the adsorption weight was directly measured by a microbalance method using a quartz oscillator. The raw film is electrolytically polymerized on the electrodes of a quartz oscillator (9MHz, Wakabayashi Seisakusho) for 30 minutes. The equilibrium adsorption weight on the original film was measured by an apparatus as shown in FIG. No.
In FIG. 10, reference numeral 21 denotes a quartz crystal resonator covered with the original film, 22.
Is a vacuum dryer, 23 is a leak valve, 24 is a vacuum pump, 25
Indicates an oscillator, 26 indicates a frequency counter, and 27 indicates a personal computer. Change in adsorption weight per unit area (Δm
(Μg / cm 2 )) was calculated from the frequency change of the crystal oscillator by the following equation (J. Hlavay and GGGuilbault, “Applica
tions of the Piezoelectric Crystal Detector in Ana
lytical Chemistry ", 49 (13), 1890 (1977)).

Δm=−ΔF/(2.3×F2) なお、ΔFは水晶振動子の周波数変化(Hz)、Fは水
晶振動子の固有周波数(9MHz)を示している。
Δm = −ΔF / (2.3 × F 2 ) Here, ΔF indicates a frequency change (Hz) of the crystal oscillator, and F indicates a natural frequency (9 MHz) of the crystal oscillator.

(8)可逆的吸脱着挙動の観察 第11図においてそれぞれ蒸留水、ヨードメタン、ベン
ゼンに浸した脱脂綿を箱入れ、原フイルムで被覆した水
晶振動子から2mmの距離に固定した。なお、21は原フイ
ルムで被覆した水晶振動子、25は発振器、26は周波数カ
ウンター、27はパーソナルコンピュータ、4はシャッタ
ー、3は溶媒を含んだ脱脂綿を示す。
(8) Observation of reversible adsorption / desorption behavior In FIG. 11, absorbent cotton soaked in distilled water, iodomethane, and benzene was put in a box, and fixed at a distance of 2 mm from the crystal resonator covered with the original film. Reference numeral 21 denotes a crystal oscillator covered with an original film, 25 denotes an oscillator, 26 denotes a frequency counter, 27 denotes a personal computer, 4 denotes a shutter, and 3 denotes absorbent cotton containing a solvent.

(9)膨張率の算出 第12図に示すように、屈曲したフイルムの形が円弧に
一致する場合、フイルム表面の膨張率(γ)を次式から
見積ることができる(金藤、「導電性高分子を用いた人
工筋肉」、繊維学会誌、50(12),628(1994)、Z.Hu,
X.Zhang and Y.Li,“Synthesis and Application of Mo
dulated Polymer Gels",Science,269,525(1995))。
(9) Calculation of expansion coefficient As shown in FIG. 12, when the shape of the bent film matches the arc, the expansion coefficient (γ) of the film surface can be estimated from the following equation (Kinto, “Conductivity High”). Artificial Muscle Using Molecules ”, Journal of the Textile Society of Japan, 50 (12), 628 (1994), Z. Hu,
X. Zhang and Y. Li, “Synthesis and Application of Mo
dulated Polymer Gels ", Science, 269, 525 (1995)).

γ(%)=100dθ/L なお、dはフイルムの厚さ(m)、θは円弧の両端に
おける接線が成す角度(ラジアン)、Lは円弧部分の初
長(m)を示す。
γ (%) = 100dθ / L where d is the thickness (m) of the film, θ is the angle (radian) formed by the tangents at both ends of the arc, and L is the initial length (m) of the arc portion.

実施例1 原フィルムとして、前述の「(1)ピロール系高分子
フィルムの作製」の項で述べた過塩素酸イオンをドーパ
ントとするポリピロールフィルムを用いた。また、装置
として、第1図を示す装置を用いた。
Example 1 As an original film, a polypyrrole film using perchlorate ion as a dopant as described in the above section "(1) Preparation of pyrrole-based polymer film" was used. The apparatus shown in FIG. 1 was used as the apparatus.

第1図中で蒸留水に浸した脱脂綿を箱に入れ、原フィ
ルムから2mmの距離に固定した。温度24℃、相対湿度56
%の条件下でシャッターを30秒間開放したときのフィル
ムの変形および温度と相対湿度の変化を測定した。得ら
れた結果を第4図に示す。
In FIG. 1, absorbent cotton soaked in distilled water was placed in a box and fixed at a distance of 2 mm from the original film. Temperature 24 ° C, relative humidity 56
The deformation of the film and the changes in temperature and relative humidity when the shutter was opened for 30 seconds under the conditions of% were measured. The results obtained are shown in FIG.

シャッターの開放と同時に原フィルムは反対方向に屈
曲し、変位は6〜7mmにも達した。シャッターを閉じる
と、原フィルムは素早く元の状態に回復した。このとき
の変形速度および回復速度はそれぞれ3.3mm/s、3.7mm/s
であり、特に回復過程が非常に早いことがわかった。こ
れは水溶液中で作動する従来のポリピロールフィルムと
比較して約7倍大きな変形速度である。このとき原フィ
ルム近傍の温度変化はほとんどなく、相対湿度のみが約
5%増加した。
When the shutter was opened, the original film was bent in the opposite direction, and the displacement reached 6 to 7 mm. When the shutter was closed, the original film quickly returned to its original state. The deformation speed and recovery speed at this time are 3.3 mm / s and 3.7 mm / s, respectively.
The recovery process was found to be very fast. This is about seven times the deformation rate compared to conventional polypyrrole films operating in aqueous solutions. At this time, there was almost no temperature change near the original film, and only the relative humidity increased by about 5%.

比較例1 蒸留水を浸した脱脂綿の代わりに70℃の湯を入れて栓
をした試験管を用いた以外は実施例1と同様の方法で原
フィルムの変形および温湿度変化を測定した。得られた
結果を第5図に示す。
Comparative Example 1 Deformation of the original film and changes in temperature and humidity were measured in the same manner as in Example 1 except that a test tube filled with hot water at 70 ° C. and plugged was used instead of absorbent cotton soaked with distilled water. The results obtained are shown in FIG.

シャッターの開放により温度は約0.8℃上昇したが、
原フィルムの変形は観察されなかった。
The temperature rose about 0.8 ° C by opening the shutter,
No deformation of the original film was observed.

実施例1および比較例1で得られた結果から、原フィ
ルムの変形が温度ではなく湿度変化によることがわか
る。
From the results obtained in Example 1 and Comparative Example 1, it is understood that the deformation of the original film is caused not by the temperature but by the humidity change.

比較例2 実施例1で用いたポリピロールフィルムの代わりに、
ポリチオフェン(PPy)、ポリアニリン(PA)、ナイロ
ン(Nylon)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポ
リスチレン(PS)、ポリエーテルエーテルケトン(PEE
K)、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポ
リ−4−フッ化エチレン(PTFE)およびポリカーボネー
ト(PC)のフィルムを用いて、実施例1と同様の装置、
同様の条件で、各フィルムの変形を観察した。その結
果、いずれのフィルムも、変形を示さなかった。
Comparative Example 2 Instead of the polypyrrole film used in Example 1,
Polythiophene (PPy), polyaniline (PA), nylon (Nylon), polyethylene terephthalate (PET), polystyrene (PS), polyetheretherketone (PEE)
K), a device similar to that of Example 1 using a film of polyethylene (PE), polypropylene (PP), poly-4-fluoroethylene (PTFE) and polycarbonate (PC),
Under the same conditions, deformation of each film was observed. As a result, none of the films showed any deformation.

実施例2 本発明の屈曲現象についてさらに検討するため、第1
図に示す装置を用い、蒸留水を含んだ脱脂綿の代わり
に、指をフィルムから2mmの距離に5秒間近づけ25秒間
遠ざけ、これを繰り返したときの原フィルムの変形およ
び温度と相対湿度の変化を測定した。得られた結果を第
6図に示す。
Example 2 In order to further study the bending phenomenon of the present invention,
Using the device shown in the figure, in place of cotton wool containing distilled water, place your finger close to the distance of 2 mm from the film for 5 seconds and keep it away for 25 seconds. It was measured. The results obtained are shown in FIG.

室温24.7℃、相対湿度47%の条件下で原フィルムの固
定端付近に指を近づけると、原フィルムはそれとは反対
方向に屈曲し、変位は9〜10mmに達した。また、指を遠
ざけると素早く元の状態に回復した。このとき原フィル
ムの変形速度および回復速度はそれぞれ5.7mm/s、4.0mm
/sに達した。これは従来のポリピロールフィルムの実に
10倍以上である。また原フィルム近傍の相対湿度は2〜
3%しか変化しておらず、その上、指を近づけてから湿
度計の表示が変化するまでに時間遅れがあるのに対し、
原フィルムはほぼ瞬間的に変形することから、原フィル
ムが市販の電気抵抗式湿度センサーに比べて極めて高感
度であることがわかる。
When the finger was brought close to the fixed end of the original film under the conditions of a room temperature of 24.7 ° C. and a relative humidity of 47%, the original film was bent in the opposite direction, and the displacement reached 9 to 10 mm. When he moved his finger away, he quickly recovered to its original condition. At this time, the deformation speed and recovery speed of the original film were 5.7 mm / s and 4.0 mm, respectively.
/ s reached. This is indeed the traditional polypyrrole film
10 times or more. The relative humidity near the original film is 2
Only 3% has changed, and there is a time delay from when the finger is brought close to when the display on the hygrometer changes,
Since the original film is deformed almost instantaneously, it is understood that the original film has extremely high sensitivity as compared with a commercially available electric resistance type humidity sensor.

ここで原フィルムの変形の様子(側面図)を第7図に
示す。t=0sは原フィルムの右側より指を近づける前の
原フィルムの状態、1sは指を近づけつつある状態、2sは
指を近づけて停止した状態、および3sは指を離した状態
をそれぞれ示している。第7図に示すように、右側より
指を近づけると、原フィルムは瞬時に左側へ屈曲し、1
秒後に指を離すと素早く元の状況に回復した。また、こ
のような素早い変形挙動は、原フィルム作製後数カ月た
ってもほとんど変化せず保持されていた。これに対し、
高分子ゲルは界面活性剤溶液中に浸漬させると数時間で
収縮し使用できなくなることから、本発明に係るフィル
ムは従来技術のゲルに比べて1000倍以上長寿命であるこ
とがわかる。
FIG. 7 shows how the original film is deformed (side view). t = 0s is the state of the original film before the finger is brought closer from the right side of the original film, 1s is the state where the finger is approaching, 2s is the state where the finger is approached and stopped, and 3s is the state where the finger is released. I have. As shown in FIG. 7, when the finger is approached from the right side, the original film instantly bends to the left side, and
Release your finger after a few seconds and the situation quickly returned to its original state. In addition, such a rapid deformation behavior was kept almost unchanged even several months after the preparation of the original film. In contrast,
When the polymer gel is immersed in a surfactant solution, it shrinks in several hours and becomes unusable, indicating that the film according to the present invention has a service life 1000 times or more longer than that of the gel of the prior art.

このような本発明の優れた特徴は、フィルム変形のメ
カニズムがファン・デル・ワールス力程度の弱い物理吸
着に基づくことを実験的に示している。
Such excellent characteristics of the present invention experimentally show that the film deformation mechanism is based on weak physical adsorption such as van der Waals force.

実施例3 第1図に示す装置を用い、高感度歪計を原フィルムの
下端に取付け、実施例2と同じ方法で指を近づけたとき
にフィルム面に垂直方向に発生する応力(張力)を測定
した。得られた結果を第8図に示す。
Example 3 Using the apparatus shown in FIG. 1, a high-sensitivity strain gauge was attached to the lower end of the original film, and the stress (tension) generated in the direction perpendicular to the film surface when a finger was brought close by the same method as in Example 2. It was measured. The results obtained are shown in FIG.

原フィルムに指を近づけると、フィルムは反対側に屈
曲しようとするため応力を発生する。このとき原フィル
ムは4.6mg重の応力を発生させることができた。これは
原フィルム重量2.9mgの実に1.5倍以上であった。
When a finger is brought close to the original film, the film tends to bend to the opposite side, generating stress. At this time, the original film could generate a stress of 4.6 mg weight. This is more than 1.5 times the original film weight of 2.9 mg.

実施例4 第3図に示す原フィルム上に蒸着した金から四本銅線
を引き、フィルムの中央に指を近づけたときの電導度変
化を第9図に示す。
Example 4 FIG. 9 shows a change in electrical conductivity when four copper wires were drawn from gold deposited on the original film shown in FIG. 3 and a finger was brought close to the center of the film.

原フィルムの電導度は室温付近で102S/cmを示し、指
を近づけても変化せずほぼ一定であった。
The conductivity of the original film was 102 S / cm near room temperature, and was almost constant without changing even when the finger was approached.

実施例5 原フィルムを25%延伸したときの電導度および力学的
性質の変化を第1表に示す。
Example 5 Table 1 shows changes in electrical conductivity and mechanical properties when the original film was stretched by 25%.

25%の延伸により延伸方向の電導度は約8%増加し、
フィルムの力学的性質も改善された。特にヤング率は未
延伸フィルムに比べ1.8倍以上に増加した。これは延伸
によってポリピロール鎖が配向、緊張化したためであ
る。
By 25% stretching, the conductivity in the stretching direction increases by about 8%,
The mechanical properties of the film were also improved. In particular, the Young's modulus increased 1.8 times or more compared to the unstretched film. This is because the polypyrrole chain was oriented and tensioned by stretching.

このような延伸フィルムもまた同様な変形挙動を示す
ことから、延伸がフィルムの高性能化に非常に有効であ
ることがわかる。
Such a stretched film also shows similar deformation behavior, indicating that stretching is very effective for improving the performance of the film.

実施例6 蒸留水の代わりにさまざまな有機、無機化合物やその
溶液を浸した脱脂綿を用いた以外は実施例1と同様の方
法で原フィルムの変形を観察した。得られた観察結果を
第2表に示す。
Example 6 Deformation of an original film was observed in the same manner as in Example 1 except that absorbent cotton soaked with various organic and inorganic compounds and their solutions was used instead of distilled water. Table 2 shows the obtained observation results.

砂糖水等の有機物を溶解した水溶液および食塩水等の
無機塩水溶液を用いたとき、原フィルムは蒸留水の場合
と同様の挙動を示し、刺激を加えた側と反対側に屈曲し
た。
When an aqueous solution in which organic substances such as sugar water was dissolved and an aqueous solution of an inorganic salt such as saline were used, the original film showed the same behavior as that of distilled water, and was bent to the side opposite to the side to which stimulation was applied.

これに対し、有機極性溶媒、例えばメタノール、エタ
ノール等のアルコール類、アセトン、メチルエチルケト
ン等のケトン類、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド
等のアルデヒド類、N,N−ジメチルホルムアミド等のホ
ルムアミド類、アセトニトリル、スクシノニトリル等の
ニトリル類、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン等
のエーテル類、ヨードメタン等のモノハロゲン化アルキ
ル類等を使用したときは、水、有機物を溶解した水溶液
および無機塩水溶液を使用したときとは逆に、刺激を加
えた側に屈曲した。有機極性溶媒では、特にヨウ化メチ
ルとN,N−ジメチルホルムアミドにおいて早いフィルム
の変形が観察された。
On the other hand, organic polar solvents, for example, alcohols such as methanol and ethanol, ketones such as acetone and methyl ethyl ketone, aldehydes such as formaldehyde and acetaldehyde, formamides such as N, N-dimethylformamide, acetonitrile and succinonitrile When nitriles, ethers such as diethyl ether and tetrahydrofuran, and monohalogenated alkyls such as iodomethane are used, the irritation may be contrary to when water, an aqueous solution in which organic substances are dissolved, and an inorganic salt aqueous solution are used. Flexed to the added side. With organic polar solvents, rapid film deformation was observed, especially in methyl iodide and N, N-dimethylformamide.

一方、ヘキサン、ヘプタン、オクタン等のアルカン
類、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素
類、炭酸プロピレン、ジメチルスルホキシド、四塩化炭
素等を用いたときは、原フィルムは変形しなかった。
On the other hand, when alkanes such as hexane, heptane and octane, aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene and xylene, propylene carbonate, dimethyl sulfoxide and carbon tetrachloride were used, the original film was not deformed.

実施例7 原フイルムの屈曲現象に関連して、原フイルム上に吸
着した空気中の水分などの吸着重量を、直接測定した。
Example 7 In relation to the bending phenomenon of the original film, the weight of water and the like adsorbed on the original film was directly measured.

原フイルムとして、前述の「(1)ピロール系高分子
フイルムの作製」の項で述べた過塩素酸イオンをドーパ
ントとするポリピロールフイルムを用いた。また、装置
として、第10図に示す装置を用いた。
As the original film, a polypyrrole film using perchlorate ion as a dopant as described in the above section "(1) Preparation of pyrrole-based polymer film" was used. The device shown in FIG. 10 was used as the device.

原フイルムで被覆した水晶振動子を室温で24時間、重
量変化が無くなるまで真空中に放置した。その後リーク
バルブを開放し、真空乾燥器内を常圧に戻したときの原
フイルムの重量変化を第13図に示す。バルブの開放とと
もに原フイルムの重量が急激に増加している。このこと
は、空気中の水分などが原フイルム上に吸着したことを
示している。吸着は約3分で平衡に達し、吸着重量は2.
89μg/cm2に達した。これは水晶振動子上に重合した原
フイルム重量の約4%であった。
The crystal unit covered with the original film was left in a vacuum at room temperature for 24 hours until the weight change disappeared. FIG. 13 shows the change in weight of the original film when the leak valve was opened and the inside of the vacuum dryer was returned to normal pressure. With the opening of the valve, the weight of the original film has increased rapidly. This indicates that moisture or the like in the air was adsorbed on the original film. The adsorption reached equilibrium in about 3 minutes, and the adsorption weight was 2.
It reached 89 μg / cm 2 . This was about 4% of the weight of the original film polymerized on the quartz oscillator.

実施例8 第11図に示す装置を用い、シャッターを5秒間開放、
25秒間閉鎖し、これを4回繰り返したときの吸着重量変
化を第14図に示す。蒸留水を用いた場合、シャッターの
開放と同時に重量が増加し、その重量変化は5秒間で約
1.7μg/cm2 gに達した。このことは水分子がポリピロー
ル表面に吸着していることを実験的に示している。一
方、ベンゼンは水分子に対し1/8程度の重量しか吸着せ
ず、その速度も遅い。これに対し、ヨードメタンを用い
た場合、最初に重量が減少しその後増加するという現象
が見られた。これは、ヨードメタンが空気中で平衡吸着
している水分子を剥がしながら吸着していることを示し
ている。いずれもシャッターを閉じると速やかに元のレ
ベルまで重量が回復している。これが繰り返し可逆的に
起こることから、溶媒分子の原フイルム上への吸着がフ
ァンデルワールス力などの弱い相互作用に基づく物理吸
着であることが明かとなった。
Example 8 Using the apparatus shown in FIG. 11, the shutter was opened for 5 seconds,
FIG. 14 shows changes in the weight of the adsorbed cells when the container was closed for 25 seconds and this operation was repeated four times. In the case of using distilled water, the weight increases at the same time as the shutter is opened, and the weight change is about 5 seconds.
1.7 μg / cm 2 g was reached. This experimentally indicates that water molecules are adsorbed on the polypyrrole surface. On the other hand, benzene adsorbs only about 1/8 the weight of water molecules, and its speed is slow. In contrast, when iodomethane was used, a phenomenon was observed in which the weight first decreased and then increased. This indicates that iodomethane is adsorbed while stripping water molecules equilibrium adsorbed in the air. In each case, the weight quickly recovered to the original level when the shutter was closed. Since this occurs repeatedly and reversibly, it became clear that the adsorption of the solvent molecules onto the original film was physical adsorption based on a weak interaction such as van der Waals force.

また、種々の溶媒が原フイルムに吸着する様子と原フ
イルムの屈曲・回復が良く一致していることがわかる。
蒸留水を用いたときに原フイルムが反対側に屈曲するの
は、水分子の吸着によりフイルム表面が膨張するためと
考えられる。一方、吸着速度が遅くしかも僅かしか吸着
できないベンゼンは、フイルムの変形を引き起こすこと
ができない。これに対し、ヨードメタンは既に吸着して
いる水分子を剥がすためにフイルム表面が収縮する。こ
のためフイルムはヨードメタン側に屈曲すると考えられ
る。
In addition, it can be seen that the manner in which various solvents are adsorbed on the original film and the bending / recovery of the original film match well.
It is considered that the original film bends to the opposite side when distilled water is used because the film surface expands due to the adsorption of water molecules. On the other hand, benzene, which has a low adsorption rate and can only slightly adsorb, cannot cause deformation of the film. In contrast, iodomethane shrinks the film surface to peel off the water molecules already adsorbed. Therefore, the film is considered to bend toward the iodomethane side.

実施例9 第12図の装置を用い、水分子の吸着による原フイルム
表面の膨張率を計算したところ約0.3%であった。電気
化学的ドープ・脱ドープで作動する導電性高分子フイル
ムにおいてその値は約1%、ゲルにおいては約49%であ
ることから、本発明のポリピロールフイルムの膨張率は
従来技術と比べて1/3〜1/160と非常に小さいことがわか
る。換言すれば、本発明のフイルムが従来技術よりも3
〜160倍高感度であることを意味している。また、本発
明のフイルムが数ケ月以上劣化せず再現性よく高速変形
・回復するのも、このような理由によると考えられる。
Example 9 Using the apparatus shown in FIG. 12, the coefficient of expansion of the original film surface due to the adsorption of water molecules was calculated to be about 0.3%. The value is about 1% in a conductive polymer film operated by electrochemical doping / de-doping, and about 49% in a gel. Therefore, the expansion coefficient of the polypyrrole film of the present invention is 1/1 compared to the prior art. It turns out that it is very small, 3 to 1/160. In other words, the film of the present invention is three times more than the prior art.
It means that the sensitivity is ~ 160 times higher. It is considered that the reason why the film of the present invention deforms and recovers at high speed with good reproducibility without deterioration for several months or more.

実施例10 水および/または有機極性溶媒に対する原フィルムの
応答性を利用することにより、転がりながら移動する
「回転アクチュエータ」を作製することができる。その
原理を第15図に示す。第15図において、2はフィルム、
2Aはリング状フィルム、および3Aはヨウ化メチルを含ん
だ脱脂綿を、それぞれ示す。フィルム(2)の長さは25
mm、幅は5mmである。
Example 10 By utilizing the responsiveness of an original film to water and / or an organic polar solvent, a "rotary actuator" that moves while rolling can be produced. The principle is shown in FIG. In FIG. 15, 2 is a film,
2A indicates a ring-shaped film, and 3A indicates absorbent cotton containing methyl iodide. The length of the film (2) is 25
mm, width 5 mm.

ヨウ化メチルに浸した脱脂綿をリング状フィルムの横
から近づけると、刺激を受けた部分は伸びようとして立
った楕円形になる。さらにリングは細長くなりやがて反
対側に90度回転する。このとき、フィルムは毎分約15cm
の速度で転がることがわかった。
When the cotton wool soaked in methyl iodide is approached from the side of the ring-shaped film, the stimulated portion becomes an elliptical shape that is prone to stretch. In addition, the ring becomes elongated and eventually turns 90 degrees to the opposite side. At this time, the film is about 15 cm per minute
It turns out that it rolls at the speed of.

この実施例の特徴は、空気中において非接触でアクチ
ュエータの運動を制御できることにあり、従来の溶液中
または膨潤状態で作動するゲルや導電性高分子フィルム
では不可能だった技術である。
The feature of this embodiment resides in that the movement of the actuator can be controlled in a non-contact manner in the air, which is a technique which was not possible with a gel or a conductive polymer film which operates in a conventional solution or in a swollen state.

実施例11 実施例10をさらに発展させることにより、第16図に示
すように、「ポリピロールエンジン」を作製することが
可能である。第16図において、2Bはフィルム、3Aはヨウ
化メチルを含んだ脱脂綿、3Bは水または水溶液を含んだ
脱脂綿、4はシャッター、および17、17Aはプーリーを
それぞれ示す。プーリー(17)の直径は2mm、プーリー
(17A)の直径は10mmで、これら二つのプーリーの軸心
から軸心までの距離は20mmである。
Example 11 By further developing Example 10, a "polypyrrole engine" can be manufactured as shown in FIG. In FIG. 16, 2B indicates a film, 3A indicates absorbent cotton containing methyl iodide, 3B indicates absorbent cotton containing water or an aqueous solution, 4 indicates a shutter, and 17, 17A indicates a pulley. The diameter of the pulley (17) is 2 mm, the diameter of the pulley (17A) is 10 mm, and the distance between the axes of these two pulleys is 20 mm.

二つのプーリーの間にベルト状フィルムを掛ける。一
方のプーリーの上に極性有機溶媒としてヨウ化メチルを
含んだ脱脂綿、下に水または水溶液を含んだ脱脂綿を近
づける。すると、上ではベルトが真直ぐになろうとし、
下ではベルトが曲がろうとするため、結果としてプーリ
ーは時計回りに回転を始める。このときプーリーは毎分
7回転、ベルトは毎分約22cmの速度で、溶媒が蒸発して
なくなるまで回り続けることがわかった。このような
「ポリピロールエンジン」は空気中で化合物の蒸気だけ
で駆動することから、今後新たな動力源として期待でき
る。さらに、水または極性有機溶媒を含む複数の脱脂綿
を交互に配列してベルトの変形を集積することにより、
回転の高速化、高出力も可能である。
Hang the belt-like film between the two pulleys. Above one pulley, absorbent cotton containing methyl iodide as a polar organic solvent, and absorbent cotton containing water or an aqueous solution beneath. Then, above, the belt is going to be straight,
Below, the pulley begins to rotate clockwise, as the belt tries to bend. At this time, it was found that the pulley continued to rotate at a speed of 7 revolutions per minute and the belt continued to rotate at a speed of about 22 cm per minute until the solvent did not evaporate. Since such a "polypyrrole engine" is driven only by compound vapor in the air, it can be expected as a new power source in the future. Furthermore, by alternately arranging a plurality of absorbent cottons containing water or a polar organic solvent and accumulating the deformation of the belt,
High speed rotation and high output are also possible.

実施例12 第17図に示すように、「ポリピロールエンジン」を作
製した。第17図において、2Bはフィルム、3Bは水を含ん
だ脱脂綿、および18はプーリーをそれぞれ示す。プーリ
ー(18)の直径は5mmである。
Example 12 As shown in FIG. 17, a “polypyrrole engine” was produced. In FIG. 17, 2B indicates a film, 3B indicates absorbent cotton containing water, and 18 indicates a pulley. The diameter of the pulley (18) is 5 mm.

第17図に示す「ポリピロールエンジン」も、実施例11
の「ポリピロールエンジン」と同様、水を含んだ脱脂綿
(3B)中の水が完全になくなるまで、長時間プーリーが
回転しつづけた。
The “polypyrrole engine” shown in FIG.
Like the "polypyrrole engine", the pulley continued to rotate for a long time until the water in the absorbent cotton (3B) containing water completely disappeared.

産業上の利用可能性 本発明は、高い感度と動作の再現性を要求する分野、
例えば分子の吸脱着とフィルムの屈曲との関係を利用し
たセンサー、フィルムの可逆的な屈曲を利用して水蒸気
や他のガスについてその流量や方向を制御する人工弁、
フィルムが導電性であることを利用して電気回路に組み
込み、電流の流れを制御するスイッチ等の電子工学素
子、直接フィルムの変形を利用して仕事をさせる化学−
力学エネルギー変換材料(ケモメカニカル材料)やアク
チュエーター(人工筋肉)、フィルムとプーリーを組み
合わせることで連続的に回転運動をするポリマーエンジ
ン等幅広く産業上の分野で利用できる。
Industrial applicability The present invention is a field that requires high sensitivity and reproducibility of operation,
For example, a sensor that uses the relationship between the adsorption and desorption of molecules and the bending of the film, an artificial valve that controls the flow rate and direction of water vapor and other gases using the reversible bending of the film,
Electronic elements, such as switches, that control the flow of current by incorporating them into electrical circuits by utilizing the conductivity of the film, and chemistry that directly uses the deformation of the film to perform work.
It can be used in a wide range of industrial fields, such as mechanical energy conversion materials (chemomechanical materials), actuators (artificial muscles), and polymer engines that rotate continuously by combining films and pulleys.

また、作動原理が単純なことから系のミクロ化が可能
であり、マイクロマシーン等広い応用分野で利用でき
る。
In addition, since the operation principle is simple, the system can be miniaturized, and can be used in a wide range of application fields such as a micro machine.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F03G 7/00 C08J 5/18 G01N 27/12 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) F03G 7/00 C08J 5/18 G01N 27/12

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】少なくとも50モル%のピロール単位を有す
るピロール系高分子フィルムを用い、そのフィルム表面
への水および/または揮発性の極性溶媒の吸脱着を駆動
力として、気体中で、上記フィルムに変形を生ぜしめる
ことを特徴とするピロール系高分子フィルムの高感度変
形方法。
1. A film comprising a pyrrole-based polymer film having at least 50 mol% of pyrrole units, wherein the film is formed in a gas by driving adsorption and desorption of water and / or a volatile polar solvent to the surface of the film. A highly sensitive method for deforming a pyrrole-based polymer film, characterized by causing deformation of the film.
【請求項2】ピロール系高分子フィルムが、平状、リン
グ状、ベルト状およびチューブラー状フィルムからなる
群から選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする
請求の範囲第1項記載のピロール系高分子フィルムの高
感度変形方法。
2. The pyrrole-based polymer film according to claim 1, wherein the pyrrole-based polymer film is at least one selected from the group consisting of flat, ring-shaped, belt-shaped and tubular films. High sensitivity deformation method for polymer film.
【請求項3】ピロール系高分子フィルムが、厚さ1〜10
00μmの範囲であることを特徴とする請求の範囲第1項
または請求の範囲第2項記載のピロール系高分子フィル
ムの高感度変形方法。
3. A pyrrole polymer film having a thickness of 1 to 10
3. The method for deforming a pyrrole-based polymer film with high sensitivity according to claim 1 or 2, wherein the diameter is in the range of 00 μm.
【請求項4】ピロール系高分子フィルムが、厚さ10〜10
0μmの範囲であることを特徴とする請求の範囲第3項
記載のピロール系高分子フィルムの高感度変形方法。
4. A pyrrole polymer film having a thickness of 10 to 10
4. The method according to claim 3, wherein the thickness is within a range of 0 μm.
【請求項5】ピロール系高分子フィルムが、少なくとも
一種のイオンを包含することを特徴とする請求の範囲第
1項または請求の範囲第2項記載のピロール系高分子フ
ィルムの高感度変形方法。
5. The method of claim 1, wherein the pyrrole-based polymer film contains at least one ion.
【請求項6】ピロール系高分子フィルムが、一軸延伸ま
たは二軸延伸されたフィルムであることを特徴とする請
求の範囲第1項または請求の範囲第2項記載のピロール
系高分子フィルムの高感度変形方法。
6. The pyrrole-based polymer film according to claim 1, wherein the pyrrole-based polymer film is a uniaxially stretched or biaxially stretched film. Sensitivity deformation method.
【請求項7】揮発性の極性溶媒が、アルコール類、ケト
ン類、アルデヒド類、ニトリル類、エーテル類、ジメチ
ルホルムアミド類、モノハロゲン化アルキル類からなる
群から選ばれる少なくとも一種の化合物であることを特
徴とする請求の範囲第1項記載のピロール系フィルムの
高感度変形方法。
7. The method according to claim 1, wherein the volatile polar solvent is at least one compound selected from the group consisting of alcohols, ketones, aldehydes, nitriles, ethers, dimethylformamides, and alkyl monohalides. 2. The method of claim 1, wherein the pyrrole film is deformed with high sensitivity.
【請求項8】気体中で、少なくとも50モル%のピロール
単位を有する平状のピロール系高分子フィルムの表面
と、水および/または揮発性の極性溶媒とを、近接およ
び/または隔離して、上記フィルム表面への上記水およ
び/または揮発性の極性溶媒の吸脱着を駆動力として、
上記フィルムの変形、回復を繰り返し生ぜしめることを
特徴とする請求の範囲第1項記載のピロール系高分子フ
ィルムの高感度変形方法。
8. In a gas, the surface of a flat pyrrole-based polymer film having at least 50 mol% of pyrrole units and water and / or a volatile polar solvent are brought close to and / or separated from each other, Adsorption and desorption of the water and / or volatile polar solvent on the film surface as a driving force,
2. The method according to claim 1, wherein the deformation and recovery of the film are repeatedly caused.
【請求項9】気体中で、少なくとも50モル%のピロール
単位を有するリング状、ベルト状またはチューブラー状
のピロール系高分子フィルムの表面と、水および/また
は揮発性の極性溶媒とを、接近させて、上記フィルム表
面への上記水および/または揮発性の極性溶媒の吸脱着
を駆動力として、上記フィルムを変形および/または回
転せしめることを特徴とする請求の範囲第1項記載のピ
ロール系高分子フィルムの高感度変形方法。
9. In a gas, the surface of a ring-shaped, belt-shaped or tubular-shaped pyrrole-based polymer film having at least 50 mol% of pyrrole units is brought into contact with water and / or a volatile polar solvent. 2. The pyrrole system according to claim 1, wherein the film is deformed and / or rotated by driving the adsorption and desorption of the water and / or volatile polar solvent to the film surface as a driving force. High sensitivity deformation method for polymer film.
【請求項10】水が、純水、無機塩水溶液、有機物を溶
解した水溶液、酸水溶液、およびアルカリ水溶液の群か
ら選ばれる少なくとも一種から供給されることを特徴と
する請求の範囲第1項、請求の範囲第8項または請求の
範囲第9項記載のピロール系フィルムの高感度変形方
法。
10. The method according to claim 1, wherein the water is supplied from at least one selected from the group consisting of pure water, an aqueous solution of an inorganic salt, an aqueous solution in which an organic substance is dissolved, an aqueous acid solution, and an aqueous alkaline solution. The method for highly sensitively deforming a pyrrole-based film according to claim 8 or claim 9.
【請求項11】揮発性の極性溶媒が、純粋な極性溶媒、
極性溶媒と水との混合溶媒、極性溶媒と他の非極性溶媒
との混合溶媒、および極性溶媒に他の物質を溶解した溶
液の群から選ばれる少なくとも一種から供給されること
を特徴とする請求の範囲第1項、請求の範囲第8項また
は請求の範囲第9項記載のピロール系フィルムの高感度
変形方法。
11. The volatile polar solvent is a pure polar solvent,
The solvent is supplied from at least one selected from the group consisting of a mixed solvent of a polar solvent and water, a mixed solvent of a polar solvent and another non-polar solvent, and a solution in which another substance is dissolved in the polar solvent. The method for deforming a pyrrole-based film with high sensitivity according to claim 1, claim 8 or claim 9.
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WO2004078830A1 (en) * 2003-03-04 2004-09-16 Eamex Corporation Deformable high-strength polypyrrole film
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5952644B2 (en) * 1976-08-25 1984-12-20 ダイキン工業株式会社 Production method of mechanochemical water-insoluble copolymer
JPH0650950B2 (en) * 1984-03-02 1994-06-29 株式会社東芝 Actuator
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