JPH01299893A - 電気粘性液体 - Google Patents

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】 イ１発明の目的 ・　の１ 本発明は電圧の印加によって粘性ｉ増大する電気粘性液
体に関するものであ志。

願１立韮遣 電気粘性液体は、゛疎水性で非導′電性の−の中に微細
に分割した親水性の固体が分散しそいる懸濁液で、充分
に強い電場の作用の下で極めて葎やかに、しかも可逆的
に液体の粘度が増加し、プラスチック又は固体の状態と
なるものである。

粘度を変化させる為には直流の電場だけでなく交流の電
場も使用することができ、必要な電流は非常に小さく、
少ない電力によって強力な力を与えるので、例えば、ク
ラッチ、水圧弁、ショックアブソーバ−、バイブレータ
−１防振ゴム、或はワークピースを正常な位置に保持す
るシステムを制御するための電気−機械のインターフェ
イス等における構成要素として使用することができる。

使用上の便宜を考えると、電気粘性液体の持つ必要条件
として、下記の様な事が挙げられる。

（１）−５０〜＋１５０℃の温度範囲で常態では系とし
て流動性を保ち、かつ化学的に安定である。

（２）−３０〜＋１５０℃の温度範囲で、相応の電気粘
性効果を示す。

（３）ゴムなどの弾性材料と直接接触して用いられるの
で、これらの弾性材料を冒したり、膨潤させるような成
分を含まない。

（４）長期にわたって安定で相分離を起こさない。

特に再び分散させるのが困難な沈殿を生じない。

電気粘性液体の分散相としてはＵＳＰ３，０４７，５０
７号明細書に多くの物質が提案されており、その中で好
適な物質としてシリカゲルが挙げられている。

又分散媒体としてはシリコーンオイルのような電気絶縁
油が用いられる。しかしこのような分散媒体にシリカゲ
ルのような無機微粉末を分散させるにはソルビタンセス
キオレエートのような界面活性剤、炭素官能基含有ポリ
シロキサン（特開昭６１−４４９９２号公報参照）など
の分散剤を必要とする。

このような系の電気粘性液体は、一般にまず分散媒体及
び分散剤の一部又は全部を容器中に導入し、ついでこれ
を定常的な撹拌を行いながら分散相を導入することによ
って調製される。

この時、電気粘性液体中には、分散相に吸着していない
分散剤が残る。特に電気粘性液体を高電圧にさらすと分
散相からの分散剤の脱離が起こりやすく、フリーな分散
剤が多く存在する要因となる。

このような分散剤が流体中に存在すると、過度の導電性
を生じたり、電気粘性効果を阻害する為電気粘性液体と
しては不十分なものであった。

■　が　　　゛　　　よ　　　と　　　　　。

本発明は高い電気粘性効果を示し、長期間にわたって安
定な電気粘性液体を提供することを目的とする。

口１発明の構成 。　　　　　　　　′　　　　　た　　の本発明の電気
粘性液体は、アルコキシシラン、有機シリル塩化物及び
アルコールよりなる群より選ばれる１種又は２種以上の
化合物で表面処理された平均粒子径０．００５〜２０μ
ｍの無機微粉末１〜６０重量％の分散相と、粘度０．６
５〜５００センチストークスの電気絶縁油９９〜４０重
量％の液相とから構成されていることを特徴とする。

上記アルコキシシラン、有機シリル塩化物又はアルコー
ルは、無機微粉末表面を疎水化する役割を果たす置換基
及び無機微粉末表面に電気粘性効果を高めるために荷電
構造を付与する役割を果なす置換基のそれぞれ一方又は
両方の置換基を持つ表面処理剤で、単独又は複数種用い
られる。

疎水化する目的で使用するアルコキシシランとしては一
般式 ％式％） 有機シリル塩化物としては一般式 Ｒ３５ｉＣ１ｓ＋　　Ｃ１ｔＲ’ＳｉＲ’ＳＬＲ”Ｃ１
□Ｒ’Ｒ禦Ｓ　ｉＣｌ　ｍ　＋ＣＩＲ”Ｒ’ＳｉＲ’Ｓ
ｉＲ’Ｒ”Ｃ１，Ｒ’Ｒ”Ｒ３５ｉＣ１又はＣ１，Ｓｉ
Ｒ’５ｉＣ１３ アルコールとしては一般式 ％式％ でそれぞれ示され、ＲＩＲＩＲ３は、メチル基、エチル
基、ｎ−プロピル基、１−プロピル基、ｎ−ブチル基、
■−ブチル基、Ｓ−ブチル基、ｔ−ブチル基、ｎ−ペン
チル基、ｎ−ヘキシル基、Ｃ−ヘキシル基、ｎ−ヘプチ
ル基、ｎ−オクチル基、ｎ　−ノニル基、ｎ−デシル基
、ｎ−ドデシル基、ステアリル基等の飽和炭化水素基、
ビニル基等の不飽和炭化水素基、フェニル基、ベンジル
基等の芳香族炭化水素基、ハロゲン化炭化水素基、ポリ
シロキサンの構造等を有する１官能性の疎水性置換基で
、それぞれ異なっていても又すべて同一でも良い、また
Ｒ４は一般にメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル
基、などのアルキル基が用いられ、Ｒ＠はメチレン基、
エチレン基、トリメチレン基、テトラメチレン基、ペン
タメチレン基、オクタメチレン基、プロピレン基などの
飽和炭化水素基、水素基、ビニレン基等の不飽和炭化水
素基、ハロゲン化炭化水素基、ポリシロキサンの構造な
どを有する２官能性の疎水性置換基である。

また、荷電構造を付与するためには反応性や合成のし易
さからアルコキシシランが好ましく、アンモニウム塩構
造、フォスフオニウム塩構造で代表されるカチオン構造
、カルボン酸金属塩、スルフォン酸金属塩、燐酸金属塩
で代表されるアニオン構造のいずれかもしくは両方の構
造を持つものが用いられる。更に合成のし易さ及び電気
粘性効果の高いことから下記の一般式で示される４級ア
ンモニウム塩構造を持つアルコキシシランが好ましい。

［Ｒ’Ｒ’Ｒｔ″Ｎ”Ａ］Ｘ− （式中：Ｒ６はアルコキシ基、ベンジル基、または（Ｃ
ｎＨｆｆｉｎＯ）、２基、Ｚは水素原子またはアルキル
基、Ｒ？、　Ｒ＝１はそれぞれ独立してアルキル基また
はヒドロキシアルキル基、Ａは一般式ＱＳＩＲ’ｌｌ　
（ＯＲ’）　ｓ−ａで表されるケイ素含有基、Ｑはアル
キレン基、Ｒ９はアルキル基またはフェニル基、Ｒ４は
前述の疎水性アルコキシシランと同様のアルキル基、Ｘ
は陰イオン、ａはＯ〜３、ｎは２〜４、ｍは１〜２０の
整数を示す。） これらの表面処理剤で処理できる無機微粉末としては、
表面に水酸基を持つＳ　Ｉ　Ｏｍ　、　Ｍ　ｇ　０１Ｚ
ｎ０２．Ｔｉ０ａ、Ｂｅｄ、ａ−Ｆｅ１０３、Ａ　ｌ　
＊　Ｏｓ及び粘度鉱物等の金属酸化物が知られているが
、比重が比較的軒いことや、常磁性を持たないことなど
から、Ｓ１０．、Ｔ　１０　＊　、粘度鉱物、Ａ１□Ｏ
１等が電気粘性液体の分散相として好ましく、さらに平
均粒子径０．００５〜５０μｍの範囲のものが好ましい
、０．００５μｍ未満では電場のない状態での初期粘度
が著しく大きくなって電気粘性効果による粘度変化が小
さく、５０μｍを越えると液体の分散相としての安定性
が得られない。

該無機微粉末の表面に存在する水酸基とアルコキシシラ
ンは脱アルコール反応、有機シリル塩化物は脱塩酸反応
、アルコールは脱水反応でそれぞれ反応し、水酸基が疎
水性官能基とイオン性の構造を持つ官能基に化学的に置
換される。

このようにして得られた分散相微粉末は疎水性官能基と
イオン性の構造の両者を持つことから、該分散相により
長期間沈降せず安定で、高い電気粘性効果を示す電気粘
性液体が得られる。

液相としては、炭化水素油、エステル系油、芳香族系油
やシリコーン油等の電気絶縁油の少なくとも一つ又はそ
の混合物で、電気粘性液体の用途により使い分けられ、
例えばゴム状弾性体に直接接触する状態で使用する場合
はシリコーン油が用いられる。

液相の粘度が低過ぎると揮発分が多くなり、電気粘性液
体の安定性が悪くなる。逆に液相の粘度が高過ぎると電
場のないときの初期粘度が高くなり電気粘性効果による
粘度変化が小さくなるため０．６５〜５００センチスト
ークス（ｃｓｔ）の粘度のものが用いられ、更に好まし
くは５〜５０ｃｓｔのものが用いられる。又分散相微粉
末は電気粘性液体の１〜６０重量％を占めることが重要
で、１重量％以下であると殆ど電気粘性効果を示さず、
また６０重量％以上であると電場のないときの初期粘度
が高くなりすぎる。

以下実施例により本発明の詳細な説明するが、本発明は
これらの実施例に限定されるものではない。

叉」１九ユ 市販のシリカゲル（日本シリカ−製：ニブシルＶＮ−３
）１００重量部を自動乳鉢に採り、表面処理剤として、
オクタデシルジメチル（３−（）リメトキシシリル）プ
ロピル〕アンモニウムクロリド（トーレ・シリコーン輛
製：ＡＹ４３−０２１）１重量部及びステアリルトリメ
トキシシラン（東芝シリコーン■製：ＴＳＬ８１３７）
１重量部をメタノール１００重量部に溶解した溶液を加
えて良く混合し、常温、常圧で２時間撹拌した。

ついで温度１０５℃の乾燥機に入れて乾燥させ、表面処
理されたシリカゲルを得た。得られたシリカゲル微粉末
１０重量％を常温における粘度２０ｃｓｔのシリコーン
油（東芝シリコーン■製：ＴＳＦ４５１−２０）に分散
させ懸濁液とした。

え１旦１ 市販のカオリンクレー（上屋カオリン工業−製：ＳＴカ
オリンクレー）１００重量部を表面処理剤としてオフデ
シルジメチル［３−（トリメトキシシリル）プｐピル〕
アンモニウムクロリド（トーレφシリコーン■製：ＡＹ
４３−０２１）２重量部及びトリメチルクロルシラン０
．１重量部をクロロホルム１００重量部に溶解した溶液
を用いて実施例１と同様な方法で表面処理したカオリン
クレー１５重量％を室温における粘度２０　ｃ　ｓ、ｔ
のシリコーン油（東芝シリコーン−製：ＴＳＦ４５ｌ−
２０）に分散させ懸濁液とした。

及胤■ユ 市販の平均粒子径４μｍの真球状アルミナ（マイクロン
■製）１００重量部を、表面処理剤としてオフデシルジ
メチル［３−（トリメトキシシリル）プロピル］アンモ
ニウムクロリド（トーレ・シリコーン■製：ＡＹ４３−
０２１）１重量部及びフェニルトリエトキシシラン２重
量部をエタノール１００重量部に溶解した溶液を用いて
実施例１と同様な方法で表面処理したアルミナ４０重量
％をフタル酸ジ（２エチルヘキシル）に分散させ懸濁液
とした。

比」Ｌ凹」２ 市販のシリカゲル（日本シリカ■製：ニブシルＶＮ−３
）１０重量％を、室温における粘度２０ｃｓｔのシリコ
ーン油（東芝シリコーンｖ４製：ＴＳＦ４５１−２０）
に分散させ懸濁液とした。

え笠■ユ 市販のカオリンクレー（上屋カオリン工業■製：ＳＴカ
オリンクレー）１５重量％を室温における粘度２０ｃｓ
ｔのシリコーン油（東芝シリコーンー製：ＴＳＦ４５１
−２０）に分散させ懸濁液とした。

比１０九ユ 市販の平均粒子径４μｍの真球状アルミナ（マイクロン
−製）４０重量％フタル酸ジ（２エチルヘキシル）に分
散させ懸濁液とした。

Ｌ１去１ 各サンプルの粘度測定は二重円筒型回転粘度計を使用し
、内外円筒間に電圧を印加し、同一剪断速度（３７５ｓ
ｅｃ−’）における当該粘度計の軸力（トルク）で表し
た値を第１表に示した。

（以下余白） 第　　１　　表 ボ１ニ一定の剪断速度における電場の強さＥとトルクＴ
との関係を示した第１図において、Ｔｏは電場をかけて
いない時のトルク、Ｓは印加電場に対するトルクの変化
の割合、Ｅｏは臨界電場を表し、Ｅｏ以下では電気粘性
効果は観測されない。

また沈降性の評価は、メスシリンダーに各サンプルを入
れ、３日間室温にて放置し、その沈降状況を目視にて評
価した。

その結果、比較例１〜３のサンプルではいずれも相分離
が認められたが、実施例１〜３のサンプルではいずれも
相分離は認められなかつた。

１月 第１表に示すように、分散相に表面処理を施した実施例
１〜３では、分散相に表面処理を施さない比較例１〜３
より若干初期粘度は上がるが、いずれも高い電気粘性効
果を示し、かつ沈降・分離などを示さない高性能の電気
粘性液体が得られている。

ハ０発明の効果 （１）長期間にわたって安定で、且つ高い電気粘性効果
を示す電気粘性液体が得られる。

（２）シリコーン油を液相として使用することにより、
ゴム状弾性体と直接接触す□る状態で使用可能な電気粘
性液体が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は一定の剪断速度における電場の強さＥとトルク
Ｔとの関係を示す図で、Ｔｏは電場をかけていない時の
トルク、Ｓは印加電場に対するトルクの変化の割合、Ｅ
ｏは臨界電場を表し、Ｅ。 以下では電気粘性効果は観測されない。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. アルコキシシラン、有機シリル塩化物及びアルコールよ
   りなる群より選ばれる１種又は２種以上の化合物で表面
   処理された平均粒子径０．００５〜２０μｍの無機微粉
   末１〜６０重量％の分散相と、粘度０．６５〜５００セ
   ンチストークスの電気絶縁油９９〜４０重量％の液相と
   から構成されていることを特徴とする電気粘性液体。