JP3352759B2 - 電気粘性流体の製造方法 - Google Patents

電気粘性流体の製造方法

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    • B01J19/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
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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の製
造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術と解決しようとする課題】電気粘性流体
は、親水性の固体粒子からなる分散相を電気絶縁性の分
散媒の中に分散せしめてなる懸濁液で、電場の作用の
下、可逆的にその流体のみかけ粘度を変化させることの
できるものであり、2個の導電性部材の表面間にこの流
体をおき、そこに電圧を印加することによりその流体に
粘性の可逆的増減をおこさせて導電性部材が回転体の場
合には、両部材表面間にトルクを制御して伝達させるこ
とができる。この電気粘性流体は種々の応用が考えられ
るが、例えば自動車のエンジンユウント、クラッチ、ブ
レーキ、ショックアブソーバなどに用いることができ
る。
【0003】このような電気粘性流体としては従来各種
分散相からなるものが提案され、例えば多価アルコール
粒子を分散させた流体(特開昭51−33783号公
報)やアクリレート乃至メタクリレート系ポリマーの固
体粒子を分散させた流体(特公昭63−26151号公
報)などが知られている。
【0004】これら粒子を用いた電気粘性流体の実用化
に向けての問題点の1つとして、電気粘性効果の安定性
が乏しいことが挙げられる。この様な電気粘性効果の変
動の要因としては、構成粒子の沈降の影響があり、対策
として構成粒子と分散媒との比重の一致または構成粒子
の微粒子化が考えられる。前者の構成粒子と分散媒との
比重に関しては、比重の他に熱膨脹率も一致させる必要
があるが、両者を完全に一致させることは困難であり、
また完全に一致させることが出来ない限り、ERFの温
度が変化すると構成粒子と分散媒との僅かの比重差が大
きくなってしまい粒子の沈降または浮遊を抑制できない
状態になってしまう。一方後者は、ストークスの式から
導かれる構成粒子の沈降度,ブラウン運動の式から導か
れる構成粒子の移動度,構成粒子の密度,分散媒の密度
・粘度から、構成粒子の沈降を抑制しうる粒子径が計算
される。この値よりも粒子径を小さくすることができれ
ば、粒子の沈降速度を飛躍的に小さくすることが出来る
が、特公昭63−26151にあるように、粒子径は1
ミクロン以上が好ましく、1ミクロン未満では電気粘性
効果による粘性変化が著しく小さくなると考えられてき
た。
【0005】しかしながら本発明者らは1ミクロン未満
の微粒子に着目し、これを用いて充分な電気粘性効果に
よる粘性変化を示す電気粘性流体を開発するべく、種々
実験、研究を重ねた。上記の粒子の沈降による問題と
は、測定装置(二重円筒型回転粘性計)内の測定部に沈
降した粒子が堆積し、電気粘性効果が時間の経過ととも
に大きくなっていくことである。これを改良するには1
ミクロン未満の微粒子を使うことが考えられるが1ミク
ロン未満の微粒子の物質分散系では充分な電気粘性効果
は得られないとされていた。
【0006】それに、この様な微小粒子径の親水性電気
粘性流体構成粒子を油相中の逆相懸濁重合法により合成
することは非常に困難であり、通常の羽根攪拌またはタ
ービン羽根によるホモジナイザー等の機械的攪拌手段で
は、粒度分布幅が大きく、また長時間攪拌では可溶化の
現象も発生し合成できなかった又前記のようにアクリレ
ート等の親水性モノマー又はモノマー溶液から油相中の
逆相懸濁法で重合させらえれたポリマーの固体粒子を分
散させて電気粘性流体をつくる場合は重合時に過硫酸カ
リウム等の重合開始剤が添加されるが、このようなはげ
しい反応性の化合物をつかうと爆発する危険性もはらん
でいた。更に重合後放置していると分散相が凝集し粒子
径が大きくなる傾向があった。
【0007】かくて、本発明は油相中の逆相懸濁重合法
によって機械的攪拌手段を用いずに沈降を生ぜしめず、
又爆発するおそれもなく、重合後放置しても分散相が凝
集せず分散性が良好な1ミクロン未満の微小粒子の分散
液をつくり、充分な電気粘性効果を有する電気粘性流体
を製造する方法を提供することを目的とするものであ
り、本発明者らの研究、実験の結果、分散液をつくるに
当って超音波を用い、重合後上記分散相を含む分散液を
重合温度よりも高い温度で加熱することによりその目的
が達成しうることが見出されたのである。
【0008】
【課題を解決するための手段】よって本発明は界面活性
剤を含む疎水性、電気絶縁性液体からなる分散媒に分散
相として重合開始剤を含む親水性モンマー又はモノマー
溶液を分散させて逆ミセルあるいは油中水滴型エマルシ
ョンをつくり後上記モノマーを重合せしめて電気粘性流
体を製造する方法において、前記分散に当り、超音波を
用いて1ミクロン未満の粒子を有するミクロエマルショ
ンを形成し、重合後上記分散相を含む分散液を重合温度
よりも高い温度で加熱することを特徴とする電気粘性流
体の製造方法を提供するものである。
【0009】以下本発明について詳しく説明する。まず
本発明にて分散媒として用いられる疎水性、電気絶縁性
液体としてはトルエン、シリコーンオイル、フッ素オイ
ル等があげられる。この分散媒には分散剤たとえばポリ
グリセリンの脂肪酸エステル等を添加し、溶解させる。
【0010】次にこの分散媒に分散相として分散される
親水性モノマーとしては特に限定しないが、アクリル酸
やメタクリル酸またはこれらの金属塩等の親水性モノマ
ーを用いることができる。通常このモノマーに対し更に
架橋剤、重合開始剤等が添加される。架橋剤としては例
えばN,N−メチレンビスアクリルアミドのような二官
能性又は多官能性の試薬が使用され、又重合開始剤とし
てはたとえば過硫酸カリウム等のようなペルオキシ化合
物が用いられる。
【0011】このように界面活性剤等を溶解させた分散
媒に、架橋剤、重合開始剤等を添加したモノマーを加え
て分散させるに当り、本発明では超音波を用いるのであ
る。この超音波としては特に限定しないが振動数20±
2KHzの範囲のものを用いるのが好ましい。超音波発
振部としては従来一般にステンレス等の金属でつくられ
た大きさの違う大小二つの円筒1,2をくっつけた形状
のものが用いられており(図4)、径の小さな円筒部2
の先端部a−a線より右側液中に浸漬せしめて使用され
ていたが、これでは上述の如き重合開始剤と金属が接触
して爆発する危険性があるため、本発明では図4のよう
に小さな径の金属製円筒部2の周囲をプラスチックやセ
ラミック等の非金属材料で被覆したものを用いるのが好
ましい。図5の例においては、液体にふれる小さな円筒
部2の最先端部表面にセラミック材3を接合し、その側
面にテトラフルオロエチレン(商品名テフロン)のコー
ト4を形成する。勿論、最先端表面と側面を同じ材料で
被覆してもよく、又小さな円筒部2をすべてこれら非金
属材料で形成したものを用いることもできる。超音波を
かける時間は1〜2分間である。
【0012】このように本発明においてモノマー又はモ
ノマー溶液を分散媒中に懸濁させる手段として機械的攪
拌手段によることなく超音波分散を行なうことによって
最大の問題ともいうべき沈降の問題を克服して逆ミセル
或いは油中水滴型エマルションの粒子の径を1ミクロン
未満にし且つシャープな粒度分布に制御することができ
る。特に非金属材料たとえばセラミック又はプラスチッ
ク或いはその両者を用いて形成した超音波発振部、又は
これらを用いてコーティングした超音波発振部を用いた
超音波分散を行なえば、従来のような爆発の危険性を回
避することができる。
【0013】このようにモノマーを分散媒中に超音波で
よく分散して1ミクロン未満の径のミクロエマルション
を形成したのち重合槽に移し、適宜な温度、時間の条件
で重合を行なう。そして本発明では重合後に上記分散相
を含む分散液を重合時の温度(約60℃)よりも高い温
度で加熱するのである。通常は約120〜130℃の温
度で数時間加熱する。これにより分散相中の水分量を調
整し、又粒子分散性を確実にし粒子間の凝集を防ぎ非常
に分散性の良好な分散液を得ることができる。理論によ
り拘束されることは望まないが、これは重合後重合温度
で加熱することにより分散媒中に存在する界面活性剤の
官能基と合成粒子表面の官能基とが化学結合し、結合力
の低下を抑制しているのではないかと推測される。この
ようにしてえられた分散性の良好な微粒子のみの分散相
をもつ分散液はたとえば200Pa以上のずり応力を有
しており、1ミクロン未満の微小粒子にして充分な電気
粘性効果を有する電気粘性流体として有効に用いること
ができる。
【0014】
【実施例】以下、実施例により本発明を説明するが、本
発明の範囲がこれら実施例のみに限定されるものではな
い。
【0015】容量500cm3 のセパラブルフラスコに
トルエン(和光純薬工業(株)製:液体クロマトグラフ
用)を450cm3 入れた。次に界面活性剤のデカグリ
セリンペンタオレエート(日光ケミカルズ(株)製:D
ecaglyn−5−0)0.86gをトルエンに溶解
させた。溶存酸素を除去するため、窒素の導入を1時間
以上行った。これを「分散媒」とする。
【0016】次にアクリル酸(和光純薬工業(株)製)
5.9gに8.5gの水酸化ナトリウム(和光純薬工業
(株)製)の25.4%水溶液で氷冷しつつ中和し、ア
クリル酸ナトリウム水溶液に調整した。室温に戻したの
ち、過硫酸カリウム(和光純薬工業(株))1wt%、
N,N−メチレンビスアクリルアミド(和光純薬工業
(株)製)を0.1wt%溶解させた。溶存酸素を除去
するため、窒素の導入を1時間以上行った。これを「モ
ノマー」とする。
【0017】200mlビーカーに「分散媒」を150
ml取り、「モノマー」を3.4g滴下しスターラーで
分散させ液滴を形成させた。ついで、超音波ホモジナイ
ザー((株)日本精機製作所製:US600−T)を用
い、セラミックでコートした超音波発振部で振動数20
±2KHzの超音波を1分間かけ、1μm未満の油中水
滴型ミクロエマルションを形成させた。超音波分散の
後、重合槽に分散液を移した。重合は、60℃にて40
分間を行った。この分散液を蒸溜装置に移し、120〜
130℃に加熱した。作製した分散液の粒度分布測定結
果を図1に示す。
【0018】ここに用いられた蒸溜装置の略図を図6に
示す。丸底フラスコ11と二股の首部12、13を有す
るいわゆるクライゼン14が用いられる。二つの首部1
2、13には夫々栓15、16が設けられる。一方の栓
16には温度計17が貫通しておりその首部13には一
定角度で下方に傾斜している枝管18が設けられてい
る。この枝管18にはいわゆるリービツヒ冷却管19が
接続しており、その周囲には水等の冷媒を通す側管20
が設けられている。その先端には受器21が設けられ大
きさの異なる二つのナスフラスコ22、23が取着けら
れている。上記丸底フラスコ11は槽24に充填された
オイル25中に浸漬させる。26は油浴である。
【0019】さて、前記丸底フラスコ11中に上述のよ
うにしてえられた分散媒27を一定量加える。その際突
沸を防止するために通常数片の沸石28も入れておく。
上記丸底フラスコ11内を加熱する。側管20中に水を
循環して冷却すると上記ナス型フラスコ22、23に分
散媒と水29が得られる。
【0020】なお、常圧で加熱しているが、分散媒によ
っては減圧することも可能である。加熱処理後、この分
散液を電気粘性流体に調整し、その電気粘性効果を測定
した。得られた特性を図2と図3に、図2には電界強度
−ずり応力特性、図3には電界強度−電流密度特性が示
されている。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例において加熱処理後分散液の粒度分布測
定結果を示すグラフ。
【図2】実施例で作製した電気粘性流体の電界強度−ず
り応力特性を示すグラフ。
【図3】同流体の電界強度−電流密度特性を示すグラ
フ。
【図4】従来の超音波発振部の一例の説明図。
【図5】本発明で用いるのが好ましい超音波発振部の一
例の説明図。
【図6】蒸溜装置の一例の略図。
【符号の説明】 1 大きな径の円筒部 2 小さな径の円筒部 3 セラミック材 4 プラスチックコート 11 丸底フラスコ 17 温度計 19 リービツヒ冷却管 27 分散液
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI C10N 40:14 C10N 40:14 70:00 70:00 (56)参考文献 特開 昭53−93186(JP,A) 特開 平3−296599(JP,A) 特開 平3−162494(JP,A) 特開 平3−88804(JP,A) 特開 平3−79605(JP,A) 特開 平3−179095(JP,A) 特開 平4−255795(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C10M 171/06 C10M 145/12 - 145/14 C10M 177/00 C10N 20:06 C10N 30:04 C10N 40:14 C10N 70:00

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】界面活性剤を含む疎水性、電気絶縁性液体
    からなる分散媒に分散相として重合開始剤を含む親水性
    モノマー又はモノマー溶液を分散させて逆ミセルあるい
    は油中水滴型エマルションをつくり後上記モノマーを重
    合せしめて電気粘性流体を製造する方法において、前記
    分散に当り、超音波を用いて1ミクロン未満の粒子を有
    するミクロエマルションを形成し重合後前記分散相を含
    む分散液を重合温度よりも高い温度で加熱することを特
    徴とする電気粘性流体の製造方法。
  2. 【請求項2】超音波を用いて分散させるに当り、非金属
    材料を用いて形成された、又は非金属材料でコーティン
    グされた超音波発振部を用いることを特徴とする、請求
    項1記載の方法。
  3. 【請求項3】前記モノマーとして、アクリル酸、アクリ
    ル酸金属塩、メタクリル酸、メタクリル酸金属塩の中の
    いずれか1つ又は数ケを用いることを特徴とする請求項
    1記載の方法。
  4. 【請求項4】請求項1〜3の方法で作られた電気粘性流
    体。
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