JP4368140B2 - 液晶性化合物及びそれを用いた電気粘性流体 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、電圧を印加することにより粘性を変化することができる液晶性化合物及びこの液晶性化合物を主成分とする電気粘性流体に関するものである。このような電気粘性流体は振動吸収体、動力伝達装置、アクチュエーター、インクジェットプリンター等への応用が期待できる。
【０００２】
【従来の技術】
電気粘性流体とは、電圧を印加すると粘性が瞬間的に変化する物質のことを言い、デンプン、シリカ等の含水微粒子や有機高分子表面に酸化チタン等の無機微粒子を付着させたもののように無機、あるいは高分子の微粒子を炭化水素系オイルやシリコンオイル等の電気絶縁性液体に分散させた分散系のものがよく知られている（特許文献１−３参照）。しかし、分散系の電気粘性流体は、長期的には粒子の沈降や凝集が起こるなどの問題点があり、実用化の大きな障害となっている。
このような分散系の欠点を改良するため、粒子を含まない均一系の電気粘性流体として液晶性化合物が最近注目されており、低分子から高分子まで種々の液晶性化合物の研究が行なわれてきている。液晶性化合物を用いた電気粘性流体は、分散系の電気粘性流体の欠点である粒子の沈降や凝集が生じることはない。しかし、低分子液晶では電圧を印加した時の粘度変化が小さく実用化には及ばないものであった(非特許文献１参照)。
一方、高分子液晶では、電圧の印加前の粘性が元々大きい為に流体となりにくく、また液晶を示す温度領域も高温であることが多いために常温付近での使用は難しく、高分子液晶単独での利用は困難であった。そのため有機溶剤に溶解する手法も考えられてはいるが溶剤の毒性や揮発性に問題があり、また溶剤による電気粘性効果の低下があることで実用化の障害になっている(特許文献４参照)。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭５０−９２２７８号公報
【特許文献２】
特開平１−１９７５９５号公報
【特許文献３】
特開平１−２６６１９５号公報
【特許文献４】
特開平４−２６６９９７号公報
【非特許文献１】
Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，１７，ｐ１５２５（１９７８）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる状況を鑑みて、従来の液晶性化合物の欠点を解決した新しい液晶性化合物を目指したものであり、常温を含む広い温度範囲で大きな粘性変化を有するものである。また分散系の電気粘性流体に見られる微粒子の沈降などの問題点がなく、長期間安定した効果を有する電気粘性流体を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、グリセリン及び／又はポリグリセリン骨格を含む液晶性化合物が、低分子液晶及び高分子液晶には見られない常温を含む広い温度範囲で大きな粘性変化を有する電気粘性流体であることを見いだし、本発明に至った。すなわち、グリセリン及び／又は平均重合度が２〜１０であるポリグリセリンにアルキレン基又はオキシアルキレン基を介してメソゲン基と結合した液晶性化合物であり、これを主成分とする電気粘性流体を用いることにより解決を見出した。以下本発明を詳細に説明する。
【０００６】
本発明に用いられるグリセリン、ポリグリセリンは一般に市販されているものが利用できる。ポリグリセリンは水酸基から算出した平均重合度が２〜１０の範囲のものであり、これは例えばグリセリンをアルカリ又は酸触媒を加えて加熱し、脱水縮合することで得ることができる。さらにここで得られたポリグリセリンを蒸留や溶剤分別等の公知の方法で精製してもかまわない。
【０００７】
本発明でいうアルキレン基又はオキシアルキレン基は、グリセリン及び／又は平均重合度が２〜１０であるポリグリセリンとメソゲン基の間に導入する基であり、メソゲン基の配向性を高めて、より大きな電気粘性効果を発現するものである。
【０００８】
アルキレン基又はオキシアルキレン基とグリセリン及び／又はポリグリセリンとメソゲン基との結合は特に限定されることはなく、例えばエーテル、エステル、カルボニル、ウレタン基をもった結合などが挙げられる。またアルキレン基又はオキシアルキレン基の鎖長は、液晶相や液晶を形成する温度範囲などに影響するため、目的に応じて適宜選択される。
【０００９】
本発明でいうメソゲン基は、例えばアゾ系、アゾキシ系、ビフェニル系、ターフェニル系、安息香酸エステル系、シクロヘキシルカルボン酸系、フェニルシクロヘキサン系、ビフェニルシクロヘキサン系、コレステリル系などを基本骨格とするメソゲン基を用いることができる。メソゲン基の中でも−ＣＮ基、−ＯＣＦ３基等を導入して正の誘電異方性の大きくすることが好ましい。また、メソゲン基は１種類だけでも２種類以上を混合して反応に供してもかまわない。
【００１０】
【実施例】
以下に実施例に基づいて本発明を説明するが、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。本発明でいう液晶性（ＤＳＣ測定と偏光顕微鏡観察）及び電気粘性効果は以下の方法により測定した。
【００１１】
［液晶性］
［ＤＳＣ測定］
測定試料はアルミニウムパンに封入して用い、昇温及び降温過程を連続して３回繰り返した。また、各過程に移る際に５分間終点温度を保持した。
装置：Ｐｅｒｋｉｎ Ｅｌｍｅｒ Ｐｙｒｉｓ １
走査範囲：−２０℃〜１２０℃、走査速度：５℃／ｍｉｎ
【００１２】
［偏光顕微鏡観察］
相転移挙動の観察は、加熱冷却装置を取り付けた偏光顕微鏡を用いた。室温以下の観察においては、液体窒素を蒸発させて低温の窒素ガスを加熱冷却装置に吹き付けて温度制御を行なった。
装置：Ｎｉｋｏｎ ＥＣＬＩＰＳＥ Ｅ６００ＰＯＬ（偏光顕微鏡）
Ｍｅｔｔｌｅｒ ＦＰ−９００（加熱冷却装置）
走査範囲：−２０℃〜１２０℃、走査速度：５℃／ｍｉｎ
【００１３】
［電気粘性効果］
電気粘性効果は、電圧無印加及び印加時の定常流粘度測定を行った。試料の充填部はパラレルプレート型とし、セルの直径１５ｍｍ、プレート間のギャップ０．３ｍｍ、測定温度６０℃、せん断速度１２．１／ｓ、印加電圧は直流０〜６．６７ｋＶ／ｍｍで測定した。
装置：ＵＢＭ Ｒｈｅｏｓｏｌ Ｇ−２０００
【００１４】
合成実施例
２，２'，３，３'−テトラ［ω−（シアノビフェノキシ）ペンタノイロキシ］ジプロピルエーテルの合成
［柔軟鎖の導入］
ジグリセリンＳ（阪本薬品工業（株）製、平均重合度ｎ＝２のポリグリセリン）、ω−ブロモペンタン酸クロリド、ピリジンをそれぞれモル比にて１：１５：１８の割合でＤＭＦ溶媒に混合し、５０℃、２４時間反応した。得られた反応混合物をシリカゲルを充填剤としたカラムクロマトグラフで分離精製して、生成物Ａを得た。
【００１５】
【化１】
【００１６】
［液晶性基の導入］
生成物Ａをアセトンに溶解し、よう化ナトリウムの存在下４時間加熱還流して末端の臭素原子をよう素原子に交換した生成物Ｂを得た。次にＤＭＦ中で４'−シアノ−４−ヒドロキシビフェニルにナトリウムハイドライドを加え、これを生成物ＢのＤＭＦ溶液に滴下して５０℃、２４時間反応した。得られた反応混合物をカラムクロマトグラフで分離精製して収率１８％で液晶性化合物Ｃを得た。
液晶性化合物Ｃは、１Ｈ−ＮＭＲ及びＦＴ−ＩＲより２，２'，３，３'−テトラ［ω−（シアノビフェノキシ）ペンタノイロキシ］ジプロピルエーテルであることを確認した。
【００１７】
【化２】
【００１８】
【化３】
【００１９】
液晶性化合物Ｃは、ＤＳＣ測定と偏光顕微鏡観察より１７℃から９４℃の間でネマチック相を形成することが確認された。
【００２０】
電気粘性効果については、定常流粘度は電圧無印加時が２１．４Ｐａ・ｓに対して電圧印加時では２８．６Ｐａ・ｓ（１．６７ｋＶ／ｍｍ）、４５．８Ｐａ・ｓ（３．３３ｋＶ／ｍｍ）、１０５．６Ｐａ・ｓ（６．６７ｋＶ／ｍｍ）と著しく増加した。
【００２１】
【発明の効果】
本発明の液晶性化合物は、常温を含む広い温度範囲で液晶性を示し、それを用いた電気粘性流体は、電圧を印加する前後の粘性を大きく変化させることができ、また微粒子分散系の電気粘性流体で問題となる粒子の沈降や凝集などの欠点がなく、長期間安定した効果を有するものである。
【産業上の利用分野】
本発明は、電圧を印加することにより粘性を変化することができる液晶性化合物及びこの液晶性化合物を主成分とする電気粘性流体に関するものである。このような電気粘性流体は振動吸収体、動力伝達装置、アクチュエーター、インクジェットプリンター等への応用が期待できる。
【０００２】
【従来の技術】
電気粘性流体とは、電圧を印加すると粘性が瞬間的に変化する物質のことを言い、デンプン、シリカ等の含水微粒子や有機高分子表面に酸化チタン等の無機微粒子を付着させたもののように無機、あるいは高分子の微粒子を炭化水素系オイルやシリコンオイル等の電気絶縁性液体に分散させた分散系のものがよく知られている（特許文献１−３参照）。しかし、分散系の電気粘性流体は、長期的には粒子の沈降や凝集が起こるなどの問題点があり、実用化の大きな障害となっている。
このような分散系の欠点を改良するため、粒子を含まない均一系の電気粘性流体として液晶性化合物が最近注目されており、低分子から高分子まで種々の液晶性化合物の研究が行なわれてきている。液晶性化合物を用いた電気粘性流体は、分散系の電気粘性流体の欠点である粒子の沈降や凝集が生じることはない。しかし、低分子液晶では電圧を印加した時の粘度変化が小さく実用化には及ばないものであった(非特許文献１参照)。
一方、高分子液晶では、電圧の印加前の粘性が元々大きい為に流体となりにくく、また液晶を示す温度領域も高温であることが多いために常温付近での使用は難しく、高分子液晶単独での利用は困難であった。そのため有機溶剤に溶解する手法も考えられてはいるが溶剤の毒性や揮発性に問題があり、また溶剤による電気粘性効果の低下があることで実用化の障害になっている(特許文献４参照)。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭５０−９２２７８号公報
【特許文献２】
特開平１−１９７５９５号公報
【特許文献３】
特開平１−２６６１９５号公報
【特許文献４】
特開平４−２６６９９７号公報
【非特許文献１】
Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，１７，ｐ１５２５（１９７８）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる状況を鑑みて、従来の液晶性化合物の欠点を解決した新しい液晶性化合物を目指したものであり、常温を含む広い温度範囲で大きな粘性変化を有するものである。また分散系の電気粘性流体に見られる微粒子の沈降などの問題点がなく、長期間安定した効果を有する電気粘性流体を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、グリセリン及び／又はポリグリセリン骨格を含む液晶性化合物が、低分子液晶及び高分子液晶には見られない常温を含む広い温度範囲で大きな粘性変化を有する電気粘性流体であることを見いだし、本発明に至った。すなわち、グリセリン及び／又は平均重合度が２〜１０であるポリグリセリンにアルキレン基又はオキシアルキレン基を介してメソゲン基と結合した液晶性化合物であり、これを主成分とする電気粘性流体を用いることにより解決を見出した。以下本発明を詳細に説明する。
【０００６】
本発明に用いられるグリセリン、ポリグリセリンは一般に市販されているものが利用できる。ポリグリセリンは水酸基から算出した平均重合度が２〜１０の範囲のものであり、これは例えばグリセリンをアルカリ又は酸触媒を加えて加熱し、脱水縮合することで得ることができる。さらにここで得られたポリグリセリンを蒸留や溶剤分別等の公知の方法で精製してもかまわない。
【０００７】
本発明でいうアルキレン基又はオキシアルキレン基は、グリセリン及び／又は平均重合度が２〜１０であるポリグリセリンとメソゲン基の間に導入する基であり、メソゲン基の配向性を高めて、より大きな電気粘性効果を発現するものである。
【０００８】
アルキレン基又はオキシアルキレン基とグリセリン及び／又はポリグリセリンとメソゲン基との結合は特に限定されることはなく、例えばエーテル、エステル、カルボニル、ウレタン基をもった結合などが挙げられる。またアルキレン基又はオキシアルキレン基の鎖長は、液晶相や液晶を形成する温度範囲などに影響するため、目的に応じて適宜選択される。
【０００９】
本発明でいうメソゲン基は、例えばアゾ系、アゾキシ系、ビフェニル系、ターフェニル系、安息香酸エステル系、シクロヘキシルカルボン酸系、フェニルシクロヘキサン系、ビフェニルシクロヘキサン系、コレステリル系などを基本骨格とするメソゲン基を用いることができる。メソゲン基の中でも−ＣＮ基、−ＯＣＦ３基等を導入して正の誘電異方性の大きくすることが好ましい。また、メソゲン基は１種類だけでも２種類以上を混合して反応に供してもかまわない。
【００１０】
【実施例】
以下に実施例に基づいて本発明を説明するが、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。本発明でいう液晶性（ＤＳＣ測定と偏光顕微鏡観察）及び電気粘性効果は以下の方法により測定した。
【００１１】
［液晶性］
［ＤＳＣ測定］
測定試料はアルミニウムパンに封入して用い、昇温及び降温過程を連続して３回繰り返した。また、各過程に移る際に５分間終点温度を保持した。
装置：Ｐｅｒｋｉｎ Ｅｌｍｅｒ Ｐｙｒｉｓ １
走査範囲：−２０℃〜１２０℃、走査速度：５℃／ｍｉｎ
【００１２】
［偏光顕微鏡観察］
相転移挙動の観察は、加熱冷却装置を取り付けた偏光顕微鏡を用いた。室温以下の観察においては、液体窒素を蒸発させて低温の窒素ガスを加熱冷却装置に吹き付けて温度制御を行なった。
装置：Ｎｉｋｏｎ ＥＣＬＩＰＳＥ Ｅ６００ＰＯＬ（偏光顕微鏡）
Ｍｅｔｔｌｅｒ ＦＰ−９００（加熱冷却装置）
走査範囲：−２０℃〜１２０℃、走査速度：５℃／ｍｉｎ
【００１３】
［電気粘性効果］
電気粘性効果は、電圧無印加及び印加時の定常流粘度測定を行った。試料の充填部はパラレルプレート型とし、セルの直径１５ｍｍ、プレート間のギャップ０．３ｍｍ、測定温度６０℃、せん断速度１２．１／ｓ、印加電圧は直流０〜６．６７ｋＶ／ｍｍで測定した。
装置：ＵＢＭ Ｒｈｅｏｓｏｌ Ｇ−２０００
【００１４】
合成実施例
２，２'，３，３'−テトラ［ω−（シアノビフェノキシ）ペンタノイロキシ］ジプロピルエーテルの合成
［柔軟鎖の導入］
ジグリセリンＳ（阪本薬品工業（株）製、平均重合度ｎ＝２のポリグリセリン）、ω−ブロモペンタン酸クロリド、ピリジンをそれぞれモル比にて１：１５：１８の割合でＤＭＦ溶媒に混合し、５０℃、２４時間反応した。得られた反応混合物をシリカゲルを充填剤としたカラムクロマトグラフで分離精製して、生成物Ａを得た。
【００１５】
【化１】
［液晶性基の導入］
生成物Ａをアセトンに溶解し、よう化ナトリウムの存在下４時間加熱還流して末端の臭素原子をよう素原子に交換した生成物Ｂを得た。次にＤＭＦ中で４'−シアノ−４−ヒドロキシビフェニルにナトリウムハイドライドを加え、これを生成物ＢのＤＭＦ溶液に滴下して５０℃、２４時間反応した。得られた反応混合物をカラムクロマトグラフで分離精製して収率１８％で液晶性化合物Ｃを得た。
液晶性化合物Ｃは、１Ｈ−ＮＭＲ及びＦＴ−ＩＲより２，２'，３，３'−テトラ［ω−（シアノビフェノキシ）ペンタノイロキシ］ジプロピルエーテルであることを確認した。
【００１７】
【化２】
【化３】
液晶性化合物Ｃは、ＤＳＣ測定と偏光顕微鏡観察より１７℃から９４℃の間でネマチック相を形成することが確認された。
【００２０】
電気粘性効果については、定常流粘度は電圧無印加時が２１．４Ｐａ・ｓに対して電圧印加時では２８．６Ｐａ・ｓ（１．６７ｋＶ／ｍｍ）、４５．８Ｐａ・ｓ（３．３３ｋＶ／ｍｍ）、１０５．６Ｐａ・ｓ（６．６７ｋＶ／ｍｍ）と著しく増加した。
【００２１】
【発明の効果】
本発明の液晶性化合物は、常温を含む広い温度範囲で液晶性を示し、それを用いた電気粘性流体は、電圧を印加する前後の粘性を大きく変化させることができ、また微粒子分散系の電気粘性流体で問題となる粒子の沈降や凝集などの欠点がなく、長期間安定した効果を有するものである。
Claims (1)
- グリセリン及び／又は平均重合度が２であるポリグリセリンにアルキレン基又はオキシアルキレン基を介してメソゲン基と結合した液晶性化合物を主成分とする電気粘性流体。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2003133338A JP4368140B2 (ja) | 2002-08-19 | 2003-05-12 | 液晶性化合物及びそれを用いた電気粘性流体 |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002238336 | 2002-08-19 | ||
| JP2003133338A JP4368140B2 (ja) | 2002-08-19 | 2003-05-12 | 液晶性化合物及びそれを用いた電気粘性流体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004137250A JP2004137250A (ja) | 2004-05-13 |
| JP4368140B2 true JP4368140B2 (ja) | 2009-11-18 |
Family
ID=32472500
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003133338A Expired - Fee Related JP4368140B2 (ja) | 2002-08-19 | 2003-05-12 | 液晶性化合物及びそれを用いた電気粘性流体 |
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| WO2021153510A1 (ja) * | 2020-01-27 | 2021-08-05 | 富士フイルム株式会社 | 液晶組成物、光吸収異方性膜、積層体および画像表示装置 |
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|---|---|---|---|---|
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| JPH04266997A (ja) * | 1991-02-20 | 1992-09-22 | Asahi Chem Ind Co Ltd | 均一系の電気粘性流体 |
| JPH04139299A (ja) * | 1990-09-28 | 1992-05-13 | Dainippon Ink & Chem Inc | 電気粘性流体 |
| DE4108627A1 (de) * | 1991-03-16 | 1992-09-17 | Basf Ag | Fluessigkristalline verbindungen |
| JPH04337389A (ja) * | 1991-05-15 | 1992-11-25 | Asahi Chem Ind Co Ltd | 電気粘性流体 |
| JPH06136344A (ja) * | 1992-05-08 | 1994-05-17 | Japan Energy Corp | 電気粘性流体 |
| JPH06220483A (ja) * | 1993-01-25 | 1994-08-09 | Asahi Chem Ind Co Ltd | 均一系の電気粘性流体 |
| JPH06313179A (ja) * | 1993-04-30 | 1994-11-08 | Asahi Chem Ind Co Ltd | 電気粘性流体 |
| US5998499A (en) * | 1994-03-25 | 1999-12-07 | Dentsply G.M.B.H. | Liquid crystalline (meth)acrylate compounds, composition and method |
| JPH0959665A (ja) * | 1995-08-21 | 1997-03-04 | Asahi Chem Ind Co Ltd | 電気粘性流体 |
-
2003
- 2003-05-12 JP JP2003133338A patent/JP4368140B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JP2004137250A (ja) | 2004-05-13 |
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Legal Events
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