JPH02154804A

JPH02154804A - メカノケミカル・アクチュエータ

Info

Publication number: JPH02154804A
Application number: JP63307479A
Authority: JP
Inventors: Takatsugu Hashimoto; 隆次橋本; Taisuke Fukuda; 泰典福田
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 1988-12-05
Filing date: 1988-12-05
Publication date: 1990-06-14
Also published as: GB2227020A; GB8927264D0

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】［産業上の利用分野］本発明はメカノケミカル・アクチュエータに係り、特に
医療福祉機器やロボット等の小型機械用のアクチュエー
タとして好適な高強度メカノケミカル・アクチュエータ
に関する。

［従来の技術］メカノケミカル・アクチュエータは、ｐＨないし塩濃度
変換等の化学的作用を施すことによって、機械的エネル
ギーを発生させる物質であって、医療福祉機器やロボッ
ト等の小型機械等に使用されるべく検討がなされている
。

このようなメカノケミカル・アクチュエータに用いられ
る、外部からの刺激に応答して可逆伸縮を行う構成材料
として、ポリメタクリル酸−ポリビニルアルコール共重
合体、或いは、ポリ−Ｎ−ビニルピロリドンとポリメタ
クリル酸を混合して水素結合で水に不溶化した材料等が
知られている。しかしながら、これらのメカノケミカル
・アクチュエータは、弾性に乏しいために剪断応力に対
して弱く、破断し易いという欠点があった。

このようなメカノケミカル・アクチュエータの力学強度
を改良するために、特開昭６１−２２８００９号では、
従来のメカノケミカル・アクチュエータの力学強度が低
いことの原因が構成材料の架橋部の長さにあるとして、
（ＣＨ２＝ＣＨＲ−Ｃｏ）２Ｘ型の架橋剤（Ｒ＝Ｈ，ア
ルキル基；　Ｘ＝−ＮＨＣＨ２ＣＨ２ＮＨ−又は−０Ｃ
Ｈ２ＣＨ２０−）を用い、該架橋剤をメタクリル酸モノ
マーと、水或いは水−エタノール混合溶媒中で混合し、
それを重合させてメカノケミカル・アクチュエータとす
ることをｔ思案している。

その他、高強度のメカノケミカル・アクチュエータとし
て、ポリアクリロニトリルを熱分解架橋させた後、これ
を加水分解してイオン構造を導入したものが知られてい
る（奥居他；　ＰｏｌｙｍｅｒＰｒｅｐｒｉｎｔｓ、Ｊ
ａｐａｎ　Ｖｏｌｔ　、３＆、Ｎｏ　、９（１９８７）
）　。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、特開昭６１−２２８００９号に開示され
るものでは、架橋させた後の加水分解の制御が困難であ
り、結果として得られるメカノケミカル・アクチュエー
タの可逆伸縮性能のばらつきが大籾いという問題があっ
た。

また、ポリアクリロニトリルを熱分解架橋させた後、こ
れを加水分解してイオン構造を導入したものでは、膨潤
状態における強度が極めて低く、実用的ではない。

本発明は上記従来の問題点を解決し、弾力性に優れるこ
とから、剪断応力に対して極めて優れた破断張度を有し
、かつ高分子構造制御の容易な高分子メカノケミカル・
アクチュエータを提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］本発明のメカノケミカル・アクチュエータは、ｐＨない
し塩濃度変換等の刺激により機械的エネルギーを取り出
すためのメカノケミカル・アクチュエータにおいて、そ
の主構成材料が、疎水性重合モノマーと、該疎水性重合
量ツマ−と共重合した後、必要に応じて高分子変性する
ことにより親水性の高分子セグメントを構成し得る重合
上ツマ−との共重合体、若しくは、該共重合体の高分子
変性物よりなる、疎水性の高分子セグメントと親水性の
高分子セグメントとを備える高分子物質であることを特
徴とする。

以下に本発明の詳細な説明する。

なお、本明細書において、高分子変性によって結果的に
親水性を持たせることが可能な疎水性重合量ツマ−を反
応性の疎水性重合量ツマ−と呼ぶ。

本発明においては、疎水性重合モノマー、反応性の疎水
性重合量ツマ−及び親水性ｍ金モノマーよりなる群から
選ばれる２　ｆｉの千ツマ−の共重合体又は３種の千ツ
マ−の３元共重合体、或いはこれらの共重合体において
、重合後、反応性の疎水性高分子セグメントの一部又は
全部に高分子変性を施して親水性を与えたものをメカノ
ケミカル・アクチュエータの構成材料として用いる。

即ち、本発明のメカノケミカル・アクチュエータの構成
材料としては、次の■〜■の高分子物質であって、疎水
性の高分子セグメントと親水性の高分子セグメントとを
備えるものが挙げられる。

■　疎水性重合量ツマ−と親水性重合上ツマ−との共重
合体。

■　疎水性重合量ツマ−と反応性の疎水性重合モノマー
との共重合体の高分子変性物。

■　反応性の疎水性重合モノマーと親木性重合モノマー
との共重合体。

■　反応性の疎水性重合モノマーと親水性重合モノマー
との共重合体の部分高分子変性物。

■　疎水性重合量ツマ−と反応性の疎水性重合量ツマ−
と親木性重合上ツマ−との３元共重合体。

■　疎水性重合量ツマ−と反応性の疎水性重合量ツマ−
と親水性重合上ツマ−との３元共重合体の高分子変性物
。

本発明のメカノケミカル・アクチュエータにおいて、疎
水性高分子セグメントは該メカノケミカル・アクチュエ
ータが高強度であるための補強層として作用する。

本発明において、疎水性重合量ツマ−としては、エチレ
ン、プロピレン、スチレン、ブタジェン、イソプレン、
クロロプレン、塩化ビニル、フッ化アルキレン、ｉ−ブ
チレン、ブテン、シロキサン等の疎水性重合量ツマ−よ
り選ばれる１種又は２種以上を用いることがでとる。

重合によって得られる疎水性高分子セグメントとしては
、より高い補強性を現出させるために、ポリエチレン等
の結晶性のセグメント若しくはポリブタジェン、ポリイ
ソプレン等の様に後架橋できるものが望ましい。

重合後に高分子変性等によフて結果的に親水性高分子セ
グメントになり得る反応性の疎水性重合モノマーとして
は、塩化ビニル等のハロゲン化エチレン、シアノブレン
等のジエン認導体、ｐ−クロロスチレン等のハロゲン化
スチレン誘導体、メチルアクリレート、エチルアクリレ
ート等のアクリル酸エステル、メチルメタクリレート、
エチルメタクリレート等のメタクリル酸エステル、アク
リロニトリル、メタクリロニトリル等の疎水性重合モノ
マーより選ばれる１種又は２種以上を用いることができ
る。

一方、本発明のメカノケミカル・アクチュエータにおい
て、親木性高分子セグメントは、該メカノケミカル・ア
クチュエータの可逆伸縮性の原動力である可逆構造変化
をする役割、或いは更に可逆構造変化の一要因である水
を保持する役割を担う。

従って、本発明のメカノケミカル・アクチェ二一夕にお
ける親水性高分子セグメントを形成するモノマー構造と
しては、可逆構造変化と保水機能の両方の機能を有する
高吸水性のイオン構造を持つもの、又は主に保水機能の
ためだけに導入される低吸水性のノニオン構造のものが
挙げられる。

高吸水性のイオン構造をもつモノマー構造としては、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、カルボン酸及びその金属塩、スルフォ
ン酸の金属塩、リン酸及びその塩で代表されるアニオン
構造を有するものが挙げられる。一方、低吸水性のノニ
オン構造を持つ千ツマー構造としてはエチレングリコー
ル、ビニルアルコール、アクリルアミド誘導体等が挙げ
られる。

本発明のメカノケミカル・アクチュエータの具体的な例
としては以下のようなものが挙げられる。

■　エチレンとエチルアクリレートの共重合体（ＥＥＡ
）をケン化したもの。

■　ブタジェンとアクリル酸及び／又はアクリル酸エス
テルとの共重合体をケン化したもの。

■　エチレン・プロピレン・ジエン三元共重合体（ＥＰ
ＤＭ）やポリブタジェンのマレイン酸変性物。

■　ＥＰＤＭやポリブタジェンのスルフォン変性物。

これらのうち、特に■ＥＥＡのケン化物については、次
の条件が挙げられる。

エチレンとエチルアクリレートとの比率（重量比）は４
０／６０〜９９．５１０．５、好ましくは５０１５０〜
９９／１．Ｏ２更に好ましくは６０／４０〜９８／２．
Ｏであることが望ましい。エチルアクリレートの比率が
０．５１ｉ量％未満であると、得られるメカノケミカル
・アクチュエータの可逆伸縮性が極めて乏しくなり、エ
チルアクリレートの比率が６０ｆｉｉ％を超えるとエチ
レンとエチルアクリレートとが反応性良く共重合するこ
とができず、シわも、メカノケミカル・アクチュエータ
の補強に充分な結晶構造を形成することができないため
、いずれも好ましくない。

本発明のメカノケミカル・アクチュエータは上述の高分
子物質単独で構成することもで籾るが、必要に応じて更
に強度を向上させるために、各種の補強剤や架橋剤を、
或いは乾燥防止の目的で水を保持させるための保水剤等
の薬品を混合使用することもでとる。

このような本発明のメカノケミカル・アクチュエータに
用いているメカノケミカル・アクチュエータの可逆伸縮
性の原動力は、基本的にはその高分子物質に吸着してい
る水の出入りに起因するものであり、可逆伸縮性の速度
は拡散速度により規定される。従って、可逆伸縮性を効
率的に発揮するためには、使用するメカノケミカル・ア
クチュエータの形状を非常に表面積の広いものとする必
要がある。このようなことから、本発明において、メカ
ノケミカル・アクチュエータの形状は線状又は膜状とす
るのが好ましく、更に好ましくは多孔質又は微細構造を
有する表面形状であることが望ましい。

本発明のメカノケミカル・アクチュエータは、前記高分
子物質に必要に応じて各種添加剤を添加して、常法に従
って成形することにより、容易に製造することかでざる
。

［作用］本発明のメカノケミカル・アクチュエータは、メカノケ
ミカル・アクチュエータに強度を付与する補強層として
作用する疎水性高分子セグメントと、メカノケミカル・
アクチュエータの可逆伸縮性の原動力となる可逆構造変
化を起す、或いは更に可逆構造変化の一要因である水を
保持する役割を担う親木性高分子セグメントとを備える
高分子物質より構成される。

このため、本発明のメカノケミカル・アクチュエータに
よれば、高強度で応答性に優れたメカノケミカル・アク
チュエータが提供される。

また、該高分子物質は疎水性ポリマーと反応性の疎水性
ポリマー及び／又は親木性ポリマーとの共重合体、或い
はその高分子変性物よりなるため、製造に当り、高分子
構造制御は極めて容易である。

［実施例］以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に
説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の
実施例に限定されるものではない。

実施例１市販のエチレン−エチルアクリレート（ＥＥＡ）（ｒＮ
ＵＣ−６５７０Ｊ日本ユニカー鱒製）１０ｇをトルエン
９０ｇにて８０℃の条件で加熱溶解した。このトルエン
溶液に５ｇの水酸化ナトリウムを溶解させたメタノール
溶ン夜２０ｇを加えて充分に攪拌した後、２昼夜放置し
て反応させた。その後、反応物を濾過し充分に水洗を行
った後、真空乾燥させた。得られたＥＥＡケン化物を熱
プレスにてシート状にした。このシートを切り抜いて水
中に浸し、平衡膨潤状態に達したサンプルについて下記
方法で諸物性を測定し、結果を第１表に示した。

引張試験シートをＪＩＳＩ号形に打ち抜き、Ｋ６３０１（Ｊ　Ｉ
　Ｓ規格）に規定される方法に従って行い、破断強度及
び破断伸度を測定した。引張速度は１００ｍｍ／ｍｉｎ
とした。

生応　　び　縮ストローク試ｌＮ−ＮａＯＨ水溶液からＩＮ−Ｈ（１！水溶液への溶
媒置換法によるＰＨ変換での応答を測定した。測定装置
の概略系統図は第１図に示す通りである。第１図におい
て、２はメカノケミカル・アクチュエータ１を設置する
試料室であり、３は荷重計、４は変位計、５は増幅器、
６は記録計である。なお、このような測定装置における
典型的な刺激応答曲線は第２図に示す通りである。応答
速度は、平衡伸張時のメカノケミカル・アクチュエータ
の長さｘ　ｒａａｘから平衡収縮時のメカノケミカル・
アクチュエータの長さＪｌｍｉｎまでの変位を１００％
として、半分の５０％変位を生じるに必要な時間τ０−
５０で表わした。

実施例２ＥＥＡとして、市販のＥＥＡ、（ｒＭＢ−８７０」日本
ユニカー鱒製）を用いたこと以外は、実施例１と同様に
してサンプルを調製し、このサンプルに対して実施例１
と同様の試験を行った。結果を第１表に示す。

比較例１特開昭６１−２２８００９号の実施例１と同様な方法で
重合を行なってサンプルを調製し、このサンプルに対し
て実施例１と同様の試験を行った。結果を第１表に示す
。

比較例２ポリアクリロニトリル繊維（旭化成■製）を２２０℃で
２時間熱分解して架橋させた後、水酸化ナトリウムの飽
和メタノール溶液で２時間ケン化してサンプルを得た。

この繊維サンプルについて、実施例１と同様にして発生
応力及び伸縮ストローク試験を行った。結果を第１表に
示す。

ある。

１・・・メカノケミカル・アクチュエータ、２・・・試
料室、　　３・・・荷重計、４・・・変位計、　　　５
・・・増幅器、６・・・記録計。

代理人　　弁理士　　ｍ　野　　剛第１表より明らかなように本発明のメカノケミカル・ア
クチエエータは、著しく高い強度を保持し、弾力性にも
優れ、かつ定長発生応力と定荷重伸縮ストローク比とが
アクチュエータとして良好なバランスを持つ、極めて高
特性なメカノケミカル・アクチュエータである。

［発明の効果］以上詳述した通り、本発明のメカノケミカル・アクチュ
エータは、弾力性に優れ、剪断応力に対して極めて優れ
た破断強度を有する高強度メカノケミカル・アクチュエ
ータであって、しかも、その発生応力に対する可逆伸縮
特性も極めて良好である。その上、製造に際しては、高
分子構造の制御が容易であり、所望のメカノケミカル・
アクチュエータを効率的に製造することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例及び比較例において、発生応力及び伸縮
ストロークの測定に用いた測定装置の概略系統図、第２
図は刺激応答曲線を示すグラフで第１図１メカノケミカルアクチュエータ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ｐＨないし塩濃度変換等の刺激により機械的エネ
ルギーを取り出すためのメカノケミカル・アクチュエー
タにおいて、その主構成材料が、疎水性重合モノマーと
、該疎水性重合モノマーと共重合した後、必要に応じて
高分子変性することにより親水性の高分子セグメントを
構成し得る重合モノマーとの共重合体、若しくは、該共
重合体の高分子変性物よりなる、疎水性の高分子セグメ
ントと親水性の高分子セグメントとを備える高分子物質
であることを特徴とするメカノケミカル・アクチュエー
タ。