JPH01198696A - 電気流動学的流体 - Google Patents

電気流動学的流体

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JPH01198696A
JPH01198696A JP63255763A JP25576388A JPH01198696A JP H01198696 A JPH01198696 A JP H01198696A JP 63255763 A JP63255763 A JP 63255763A JP 25576388 A JP25576388 A JP 25576388A JP H01198696 A JPH01198696 A JP H01198696A
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JP
Japan
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electrorheological
fluid
fluids
electrorheological fluids
polymer
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Pending
Application number
JP63255763A
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English (en)
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Douglas Alan Brooks
ダグラス・アラン・ブルツクス
Sivakumar Kandiah
シバクマール・カンデイア
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Wyeth Holdings LLC
Original Assignee
American Cyanamid Co
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、改良された電気流動学的流体に関する。
電気流動学的（ｅｌｅｃｔｒｏ　−ｒｈｅｏｌｏｇｉｃ
ａｌ）　　（Ｅ　Ｌ　）流体、また、時には電気粘性’
（ＥＶ）流体と呼ばれるは、非導電性基体流体中に懸濁
された微細な固体粒子から成る。通常、電気流動学的流
体の流れ特性は、ニュートン流体的である、すなわち、
それらは通常の作動油のように挙動するが、電場が流体
を横切って加えられると、その挙動は変化し、そして印
加された電圧に応する特定の剪断応力に到達するまで、
流れは起こりえない。この流動力学的作用は、加えた電
場が除去されると可逆的に元に戻る。これらの顕著な流
動学的性質をもち、加えた電場の下で応力の伝達を可能
とするので、電気流動学的流体は種々の流体力学システ
ムおよび工学的用途、例えば、クラッチ、ブレーキシス
テム、流体推進およびカップリングにおいて、ならびに
他の用途において使用が増大しつつある。
商業的に現在好ましい電気流動学的流体は、英（ｉ特許
（ＧＢ−Ａ）１５７０２３４号の教示に基づき、そして
塩素化パラフィンの基体流体中の固相としてポリメタク
リル酸のリチウム塩（ＬＭＡＡ）を含有する。電気流動
学的流体は、適度の成功をおさめてきているが、いくつ
かの性質に問題がある。例えば、それらの電場不存在下
の粘度は比較的高く、ある場合において、流体を制御す
ることを困難とさせる。また、それらは比較的高い流動
点を有し、低い温度において望ましくないほど高い粘度
を示すが、他方において、高温において、分解し始めて
塩酸を生成し、この塩酸は、もちろん、高度に腐食性で
ある。結局、既知の電気流動°学的流体の有用な温度範
囲は約−１０’Ｏ〜約＋６０°Ｃに制限され、電気流動
学的流体がそうでなければ有用でありうる、多くの工業
、例えば、自動車工業における広汎な利用を妨げる。
さらに、既知の電気流動学的流体の強さを改良し、これ
によって、推進に要する力を少なくする、より小さい装
置の製作を可能とすることが、また、望まれる。より強
い電気流動学的流体の提供は、また、装置をより低い電
圧で作動させることを可能とし、これは電力供給の設計
において利点を有し、そして、一般に、現存の電気流動
学的流体の能力を広く越える、電気流動学的流体の使用
のための他の応用領域を開くであろう。
既知の電気流動学的流体の欠点に照して、ポリマーに基
づく電気流動学的流体において現在使用されている塩素
化パラフィンの代わりの基体流体を見出すための研究プ
ログラムに着手した。
英国特許（ＧＢ−Ａ）１５７０２３４号において、フル
オロリューベ（Ｆ　Ｉｕｏｒｏｌｕｂｅ）　Ｆ　Ｓ　−
５、すなわち、ニューヨークのフッカ−・カミカル・カ
ンバ＝　−（Ｈｏｏｋｅｒ　　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　　Ｃ
ｏｍｐａｎｙ）製のトリフルオロビニルクロライドの重
合体、および７オンプリン（Ｆ　ｏｍｂｌｉｎ）　、モ
ンテジソン（Ｍｏｎｔｅｄｉｓｏｎ）が販売するパーフ
ルオロポリエーテル画分を基体流体として使用すること
が示唆されている。しかしながら、われわれの研究によ
ると、これらのフッ素化炭化水素は、一般に、塩素化パ
ラフィンより不満足であることが示された。こうして、
例えば、われわれは、基本相としてフルオロリューベ（
Ｆ　１ｕｏｒｏｌｕｂｅ）　Ｆ　Ｓ　−５およびフルオ
ロベンゼンを使用するＬＭＡＡ含有電気流動学的流体を
研究し、そして、両者の場合において、得られる電気流
動学的流体の強度は、標準の塩素化パラフィン、すなわ
ち、ＩＣ１ｐｌｃから入手可能なセレクロール（Ｃｅｒ
ｅｃｌｏｒ）　５０　Ｌ　Ｖを利用する電気流動学的流
体と比較して、劣っていることを発見した。
分散相としてシリカゲルおよび基体流体相としてシリコ
ーン油に基づく電気流動学的流体は、米国特許第（ＩＪ
Ｓ−Ａ）３０４７５０７号および同第（ＵＳ−Ａ）４６
４５６１４号に記載されている。しかしながら、基体流
体として普通のシリコーン油を使用するわれわれの研究
は、失望であることが証明され、最もよくても、標準の
塩素化パラフィン系よりも弱い電気流動学的流体を生成
しｌこ　。
電気流動学的流体のための改良された基体流体を発見す
るための他の研究者らによる最近の試みは、英国特許（
ＧＢ−Ａ）２１００７４０号および英国特許（ＧＢ−Ａ
）２１５３３７２号に記載されている。
今回、本発明によれば、予期せざることには、ある種の
フッ素化シリコーン油は改良された性質の電気流動学的
流体を提供できることが発見された。さらに詳しくは、
本発明において使用する基体流体はポリフルオロアルキ
ルメチルシロキサンであり、そしてこのような流体は固
相としての広範な種類の物質と組み合わせて使用して、
所望の性質をもつ、好ましい実施態様において、ことに
強度および安定性に関して、現在商業的に入手可能な電
気流動学的流体の性質より優れた性質をもつ、新規な電
気流動学的流体を提供できることが発見された。
こうして、本発明によれば、広義には、基体流体がポリ
フルオロアルキルメチルシロキサンからなることを特徴
とする基体流体中に分散しＩ；固相からなるタイプの電
気流動学的流体が提供される。
すでに示したように、広範な種類の固体物質を使用して
、本発明の電気流動学的流体中に分散した相を形成する
ことができ、このような固体物質は、なかでも、例えば
、酸基含有ポリマー、シリカゲル、鉛粉および導電体で
ある。
現在、基体流体として、ポリメチル３．３．３＝トリフ
ルオロプロピルシロキサンおよびポリメチルｌ、ｌ、２
．２−テトラヒドロパーフルオロオクチルシロキサンを
使用するのがよく、両者は商業的に入手可能である。と
くに好ましい実施態様においては、ポリメチル３，３．
３−）リフルオロプロピルシロキサンは、一般式： 式中、ｎは約５００〜約１５．０００の平均分子量を有
する液体を与えるように選択される、を有するものであ
る。このような液体は、ダウ・コーニング会シリコーン
ズ（Ｄ　ｏｗ　　ＣｏｒｎｉｎｇＳ　１ｌｉｃｏｎｅｓ
）から表示ＦＳ　　１２６５で入手可能である。
ポリメチル１．！、２．２−テトラヒドロパーフルオロ
オクチルシロキサンは、米国のベトラーチ・システムス
・インコーホレーテッド（Ｐ　ｅｔｒａｒｃｈ　　Ｓ　
ｙｓｔｅｍｓ、　　Ｉ　ｎｃ、　）から入手可能である
。
他のポリフルオロアルキルメチルシロキサンは、既知の
方法によって調製することができる。
基体流体は、適当には、２５℃において約１０゜ｏｏｏ
ｃｓまでの粘度をもつが、用途の大部分において、粘度
は２５°Ｃにおいて約３０−１０００ｃｓ。
好ましくは約３０〜５００　ｃｓ、　より好ましくは約
８０＝３００ｃｓ１最も好ましくは約８０〜１００ＣＳ
の範囲であろう。ダウ・コーニング・シリコーンズから
表示ＦＳ　　１２６５で入手可能なポリメチル３，３．
３−トリフルオロプロピルシロキサンは、約２５°Ｃに
おいて３００ｃｓまたは約２５°Ｃにおいてｌ−０，０
００ｃｓをもつものが供給される。
こうして、上に示した範囲内の所望の粘度は、これらの
商業的に入手可能な生成物を蒸留および／またはブレン
ドすることによって得ることができる。こうして、本発
明の最も好ましい実施態様は、現在、２５°Ｃにおいて
約１ｏｓｅｓの粘度を有するＦＳ１２６５／３００ｃｓ
の画分を使用スル。
本発明の電気流動学的流体の分散相を形成するための物
質の好ましいクラスは、英国特許（ＧＢ−Ａ）１５７０
２３４号（ここに引用によって加える）において教示さ
れている酸基含有ポリマーである。好ましくは、酸基が
遊離であるか、あるいは少なくとも部分的に中和されて
いる、とくには周期表の第１族、第１Ｉ族および第１Ｉ
Ｉ族から選択される金属カチオン、例えば、リチウム、
ナトリウム、カリウム、銅、マグネシウム、アルミニウ
ムおよびクロムから選択される金属カチオンで中和され
ている、酸基含有ポリマーを使用する。ポリマーの主鎖
−についていえば、ポリマーのとくに好ましいクラスは
、少なくとも１種の酸基および／またはモノマーの重合
浸酸基に転化できる少なくとも１種の基を含有する少な
くとも１種の七ツマ−を含有する付加重合体である。こ
のようなモノマーの例は、アクリル酸、メタクリル酸、
メチルアクリレートおよびメチルメタクリレートである
。
現在量も好ましい酸基含有ポリマーは、ポリメタクル酸
の金属塩類、ことにリチウム塩、すなわち、ＬＭＡＡで
ある。なぜなら、これらは最低の電流消費で最強の電気
流動学的流体を与えることが発見されたからである。
固体ポリマーの分子量は、分子量の変動が電気流動学的
流体の流動学的性質または他の性質に有意の影響を与え
ると思われないので、臨界的ではない。しかしながら、
われわれは、典型的には、２０．０００〜３０．０００
の範囲の分子量をもつＬＭＡＡを使用する。
分散相として酸基含有ポリマーを使用して電気流動学的
作用を示すようにするためには、この分野においてよく
知られているように、少量の水を電気流動学的流体中に
存在させることが必要である。
ＬＭＡＡに基づく商業的に入手可能な電気流動学的流体
は約９のｐＨをもつＬＭＡＡを使用するが、多少低いｐ
Ｈ，好ましくはｐＨ６，２５〜約７゜００をもつＬＭＡ
Ａを使用する。こうして、より低いｐＨは流動学的作用
を有意に変更しないが、電流の消費を、３倍またはそれ
以上まで、かなり減少させることができることを発見し
た。リチウムイオン濃度と水分子数とがおおまかに一致
することが望ましいので、電気流動学的流体の好ましい
水分は系のｐＨに依存する。例えば、ｐＨ７，０におい
て、電気流動学的流体の好ましい水分は■Ｔ乾燥装置で
測定してほぼ１２％である（測定した水分は、乾燥装置
によって追出されるものであり、存在する全部の水では
ない）。他方において、ｐＨ９，０で、好ましい水分は
、同一の技術によって測定して、約１５．５％である。
分散相を形成するために普通に使用されている他の物質
、例えば、澱粉およびシリカゲルによる流動学的性質の
首尾よい発現もまた、電気流動学的流体中に最少量の水
が存在することを必要とする。
しかしながら、無水条件下に機能する固相物質の新しい
クラスが、英国特許（ＧＢ−Ａ）　２１７０５１Ｏ号（
これを引用によってここに加える）中に最近開示された
。これらの新しい固相物質は導電体、とくに有機半導体
であり、そしてこれらは本発明に従いポリフルオロアル
キルメチルシロキサン基体流体と組み合わせて使用して
、とくに有利な性質をもつ電気流動学的流体を提供する
ことができる。
先行技術の電気流動学的流体におけるように、固相の粒
子サイズは、好ましくは１〜５０ミクロン、より好まし
くは２〜２５ミクロンの範囲内であろう。典型的には、
われわれは約１０ミクロンの平均粒子サイズを有するＬ
ＭＡＡを使用して成功した。
一般に、分散相を形成するために使用する固体の量は、
既知の電気流動学的流体において使用する範囲内であり
、典型的には流体の２０〜４０容量％であろう。しかし
ながら、流動学的作用は、より低い固相の配合率におい
て、５％ｖ／ｖ以下においてさえ、観測することができ
、そして、同様に、４０％ｖ／ｖの配合率は使用できる
最大を表わさない。
本発明の電気流動学的流体は普通の技術によって調製す
ることができる。われわれは、ポリメチル３．３．３−
）リフルオロプロピルシロキサン中に分散したＬＭＡＡ
を含有する電気流動学的流体を調製する次の方法を使用
した。ポリアクリル酸を水酸化リチウムで所望のｐ）Ｉ
に中和し、次いでＬＭＡＡの水溶液を噴霧乾燥し、そし
て得られた乾燥したポリマーを小型のミルで粉砕した。
この時、ポリマーの水分を赤外線乾燥装置で水を追出す
ことによって測定し、そして、必要に応じて、調節する
。調節は、流動床の乾燥装置を使用して水分を減少する
か、あるいは、ポリマーを水和することが必要な場合、
真空室内で真空下に水を得させることによって、実施す
る。所望の水分をもつＬＭＡＡの必要量を、ここで、ポ
リメチル３゜３．３１リフルオロプロピルシロキサン中
に分散し、次いでビードミル内で十分な時間ミリングし
て必要な大きさの範囲に粒子径を減少する。
必要に応じて、分散剤、例えば、水素化ヒマシ油を混入
するが、本発明の電気流動学的流体は、一般に、物理的
に非常に安定であり、モして固相を十分に分散させるた
めに分散剤を含める必要はないということが、本発明の
電気流動学的流体の利点である。
本発明の電気流動学的流体は、物理的に安定であること
に加えて、また、温度に関して、化学的に安定であり、
そして、とくに高温において腐食的な副生物に分解しな
い。これにより、標準のＬＭＡＡ−塩素化パラフィン系
を使用して従来可能であったよりも、広い温度範囲にわ
たって電気流動学的流体を使用することが可能である。
好ましい場合における本発明の電気流動学的流体の他の
利点は、それらは従来のＬＭＡＡ−塩素化パラフィン系
よりも強いこと、および、従来の系よりも、電気流動学
的流体の低温粘度が低く、そして粘度が温度ともに変化
しないことである。
以下の実施例によって本発明をさらに説明する。
実施例 数種の電気流動学的流体を次の方法に従って調製した。
分子量約２５．０００のポリメタクリル酸を、水酸化リ
チウムの添加によってｐＨ約９に中和した。得られたポ
リマーのリチウム塩の溶液を噴霧乾燥して水の主要部分
を除去し、次いで流動床乾燥装置中で最終の水分に注意
して乾燥した。次いで、ポリマーを連続相を形、成する
選択した液体と混合し、ビードミル中でほぼ１０分間ミ
リングした。ポリマーの配合量は、各場合において３５
容量％であった。
この方法において、連続相として次の液体を使用して電
気流動学的流体を調製した。
液体の表示　　　　　　液体の説明 ５３００　ダウ・コーニング・シリコーンズから表示Ｆ
Ｓ１２６５で入手可能なポ リメチル３．３．３−トリフルオロ プロピルシロキサン、粘度、２５℃ において３００　ｃｓｌ Ｓ１００　５３００の蒸留生成物、粘度、２５℃におい
てｌ　００　ｃｓ。
Ｆ２Ｏ３ダウ・コーニング・シリコーンズから入手可能
な透明無色のポリジメチ ルシロキサン、粘度、２５℃におい て３００　ｃｓ。
Ｆｌｏｏ　　Ｆ２Ｏ３と同様であるが、粘度、２５°Ｃ
において１００ｃｓ。
５０　Ｌ　Ｖ　　Ｉ　ＣＩ　　ｐｌｃから商標セレクロ
ール（Ｃｅｒｅｃｌｏｒ）　５０　Ｌ　Ｖで入手可能な
塩素化パラフィン。
電気流動学的流体中のＬＭＡＡの平均粒子サイズは約１
２ミクロンであり、そして水分は１５゜５〜１６．１％
の間で変化した。
次いで、得られる電気流動学的流体を、添付図面の第１
Ｏ図に示す電気流動学的粘度計で試験した。図示するよ
うに、この粘度計は静止カップ中で回転するボブから構
成されており、そしてカップはそれとローターとの間の
空隙（約０．５ｍｍ）を充填する試験電気流動学的流体
を含有した。電圧をカップに印加し、そしてローターを
回転させた。電圧および速度を変化させて、場および剪
断速度の段階を与えた。温度を循環（図示せず）によっ
て５０°Ｃに維持した。剪断応力はカップの底において
トルク変換器によって測定した。次のように、第１図１
〜第９図にグラフで示す結果が得られた。
本発明の主な態様および特徴は、次の通りである。
ｌ、基体流体がポリフルオロアルキルメチルシロキサン
からなることを特徴とする基体流体中に分散した固相か
らなるタイプの電気流動学的流体。
２、前記基体流体はポリメチル３，３．３−トリフルオ
ロプロピルシロキサンおよびポリメチル１．１．２．２
−テトラヒドロパーフルオロオクチルシロキサンから選
択される少なくとも１種の化合物からなる上記第１項記
載の電気流動学的流体。
３、前記ポリメチル３．３．３−）リフルオロプロピル
シロキサンは、一般式： 式中、ｎは約５００〜約１５．０００の平均分子量を有
する液体を与えるように選択される、を有する上記第２
項記載の電気流動学的流体。
４、前記基体流体は２５°Ｃにおいて約ｌ０９０００ｃ
ｓまでの粘度を有する上記第１〜３項のいずれかに記載
の電気流動学的流体。
５、前記基体流体は２５°Ｃにおいて約３０〜約１、ｏ
ｏＯｃｓの粘度を有する上記第４項記載の電気流動学的
流体。
６、前記基体流体は２５°Ｃにおいて約３０〜５００ｃ
ｓの粘度を有する上記第５項記載の電気流動学的流体。
７、前記基体流体は２５°Ｃにおいて約８０〜約３００
ｃｓの粘度を有する上記第６項記載の電気流動学的流体
。
８、前記基体流体は２５°Ｃにおいて約８０〜約１００
ｃｓの粘度を有する上記第７項記載の電気流動学的流体
。
９、前記分散した相は、 ａ）酸基含有ポリマー０、 ｂ）シリカゲル、 Ｃ）澱粉、および ｄ）導電体、 から選択される少なくとも１種の固体化合物を含有する
上記第１〜８項のいずれかに記載の電気流動学的流体。
ｌＯ１前記化合物は、酸基が遊離であるか、あるいは中
和されている、酸基含有ポリマーである上記第９項記載
の電気流動学的流体。
１１、前記ポリマーは付加ポリマーである上記第１０項
記載の電気流動学的流体。
１２、前記付加ポリマーは少なくとも１種の酸基および
／またはモノマーの重合浸酸基に転化できる少なくとも
１種の基を含有する少なくとも１種の七ツマ−から誘導
される上記第１１項記載の電気流動学的流体。
１３、前記付加ポリマーはアクリル酸、メタクリル酸、
メチルアクリレートおよびメチルメタクリレートから選
択される１種または２種以上の七ツマ−から誘導される
上記第１２項記載の電気流動学的流体。
１４、ポリマーの酸基の少なくともある比率は中和され
て塩を形成している上記第１Ｏ〜１３項のいずれかに記
載の電気流動学的流体。
１５、酸基は周期表の第１族、第１！族および第１ＩＩ
族から選択される金属カチオンで中和されている上記第
１４項記載の電気流動学的流体。
１６、前記金属カチオンは、リチウム、ナトリウム、カ
リウム、銅、マグネシウム、アルミニウムおよびクロム
から選択される上記第１５項記載の電気流動学的流体。
１７、前記ポリマーはポリメタクリル酸の塩である上記
第１６項記載の電気流動学的流体。
１８、塩はリチウム塩である上記第１７項記載の電気流
動学的流体。
１９、前記導電体は有機半導体である上記第９項記載の
電気流動学的流体。
２０、前記固相は１〜５０ミクロンの粒子サイズを有す
る上記第１−１９項のいずれかに記載の電気流動学的流
体。
２１、流体は約２０〜４０％ｖ／ｖの固相を含有する上
記第１〜２０項のいずれかに記載の電気流動学的流体。
【図面の簡単な説明】
第１図、第４図および第７図は、本発明の電気流動学的
流体（Ｆ　３００およびＦｌｏｏ）および比較電気流動
学的流体（Ｓ　３００％５１００および５０ＬＶ）の各
々について、それぞれ、印加した電圧Ｏおよび２．３１
ｋｖ／ｍｍにおいて剪断速度とともに剪断応力がどのよ
うに変化するかを示す、いわゆる「流れ曲線」である。 第２図、第５図および第８図は、試験電気流動学的流体
についての、場の強さに対する過剰の剪断応力のプロッ
トであり、−過剰の剪断応力は合計の剪断応力から減じ
た０ポルトにおける剪断応力である−１そして電場の影
響のよりすぐれた評価を提供する役目をする。 第３図、第６図および第９図は、試験電気流動学的流体
についての、場の強さに対する電流密度のプロットであ
る。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １、基体流体がポリフルオロアルキルメチルシロキサン
    からなることを特徴とする基体流体中に分散した固相か
    らなるタイプの電気流動学的流体。
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