JPH04266996A - Electroviscous fluid - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電圧の印加によって粘
性を増大する電気粘性流体に関するものである。
【0002】
【従来の技術】電気粘性流体は、非導電性の油の中に微
細に分割した誘電性の固体が分散している懸濁液で、充
分に強い電場の作用のもとで極めて速やかに、しかも可
逆的に粘度が増加する流体である。
【0003】粘度を変化させるため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、少ない電流によって液体から固体状態に
なるまで大きな粘度変化を与えるので、例えばクラッチ
、バルブ、ショックアブソーバー、バイブレーター、各
種防振ゴム、アクチュエーター、ロボットアーム、制振
材などの装置や部品を制御するための構成要素として、
電気粘性流体は検討されてきた。
【0004】従来電気粘性流体の分散相構成成分として
は固体微粒子が用いられているが、この固体微粒子とし
ては、表面に水を吸着させ、微粉化したセルロース、デ
ンプン、シリカゲル、イオン交換樹脂、ポリアクリル酸
リチウム、ゼオライトなどが知られている。また他の成
分である液相構成成分としてはPCB、セバシン酸ブチ
ル、トランス油、炭化水素油、塩素化パラフィン、シリ
コーン油などが知られている。しかし、これらのものは
実用価値に乏しく、使用可能な実用価値のある極めて高
性能かつ安定度の高い電気粘性流体は未だ存在しない。
【0005】電気粘性流体が未だ実用に供せられていな
い理由は、一般に分散相となる固体微粒子の比重が液相
成分の比重よりも大きいために、長い期間放置した時に
相分離を起こして沈降し、再び分散させるのが困難な沈
澱を形成するためである。
【0006】このような問題を解決する手段として、比
重の小さい固体粒子を採用し液相成分との比重差を小さ
くする方法、または比重の大きい液相成分を採用し固体
微粒子との比重差を小さくする方法がある。
【0007】しかし、シリカ(比重:1.9〜2.0)
、ポリアクリル酸リチウム(比重:1.4)などに例示
されるような電気粘性流体に好適な固体微粒子は比重が
大きい。そこで、電気粘性流体の液相として一般に開示
されているジメチルシリコーン油や炭化水素油など比重
1以下の液相成分と比重を近づけるために、粒子の中空
化(特開平1−96295 号)が考案されているが、
中空化できる材料は限られている。一方、比重の大きい
固体微粒子に液相の比重を近づけるため、塩素化パラフ
ィン(比重:1.1〜1.3)、ポリトリクロロモノフ
ルオロエチレン(比重:〜1.9)、パーフルオロポリ
エーテル(比重:〜2.0)、ハロゲン化ジフェニルメ
タン(比重:1.2〜1.8)等のハロゲン化炭化水素
も検討されているが、これらの液相は後で述べるゴムな
どの高分子を大幅に膨潤させたり、人体に有害であった
りする。
【0008】電気粘性流体を利用する多くのデバイスに
おいては、例えば電気粘性流体を封入した防振ゴムの場
合のように、電気粘性流体はゴム状の弾性を有する材料
と直接接触する状態で使用されるため、電気粘性流体の
液相としてはゴムなどの高分子材料を膨潤させたりしな
いことが望ましい。このような観点から特開昭61−4
4988号では、シリカゲルを分散相、ポリジメチルシ
ロキサン油を液相とし、分散剤としてアミノ官能性、ヒ
ドロキシ官能性、アセトキシ官能性、またはアルコキシ
官能性のポリシロキサンを用いた電気粘性流体を提案し
ているが、シリカゲルとポリジメチルシロキサンの比重
差が大きいため分散相の沈降の問題は解決されていない
。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】そこで、発明者らは分
散相粉体の比重をポリジメチルシロキサンに近づけるた
め、比重の軽い電気粘性流体の分散相として第4級アン
モニウム塩基を含有する炭素官能性シリコーン樹脂微粉
末を開発した(特開平1−266137号、特開平1−
266195号)。本発明は該シリコーン樹脂微粉末を
用いた電気粘性流体の電気粘性効果の向上及び分散相の
沈降並びに再分散性をさらに改良することを目的とする
。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明にかかわる電気粘
性流体は、0.1〜20重量%の水分を含有する平均粒
子径0.05〜100μmの第4級アンモニウム塩基含
有シリコーン樹脂微粉末1〜60重量%および25℃に
おける粘度5〜1000センチストークスのフロロシリ
コーンオイル99〜40重量%からなることを特徴とす
る。
【0011】本発明の電気粘性流体において分散相とし
て用いられる第4級アンモニウム塩基含有シリコーン樹
脂は、RSiO3/2 単位からからなる単独重合体、
RSiO3/2 単位およびSiO2単位からなる共重
合体、またはRSiO3/2 単位、SiO2単位およ
びR2SiO 単位からなる共重合体、のいずれかから
構成されるものである。
【0012】第4級アンモニウム塩基含有シリコーン樹
脂がRSiO3/2 単位およびSiO2単位からなる
共重合体である場合の各構成単位の含有割合は特に制限
されず、用途に応じて適宜決定することができる。
【0013】第4級アンモニウム塩基含有シリコーン樹
脂がRSiO3/2 単位、SiO2単位およびR2S
iO 単位からなる共重合体である場合には、このR2
SiO 単位の含有割合は20モル%以下である。この
単位の含有割合が20モル%を越える場合には、得られ
るシリコーン樹脂を微粉末にすることが困難になる。
【0014】上記シリコーン樹脂を構成するRSiO3
/2 単位中の基R は0.1モル%以上、好ましくは
1〜50モル%を第4級アンモニウム塩基含有炭素官能
性基とする。このようにシリコーン樹脂中に第4級アン
モニウム塩基を含有させることにより、電気粘性流体の
分散相として機能させることができる。この含有量が0
.1モル%未満の場合は、電気粘性流体の分散相として
用いても殆ど電気粘性効果を発現しない。
【0015】この第4級アンモニウム塩基含有炭素官能
性基としては、合成が容易であることから一般式:(R
1)3N+X−Q1−または(R1)3N+X−Q2N
HQ1−(式中、R1はアルキル基、Q1は炭素数3〜
6のアルキレン基、Q2は炭素数2〜4のアルキレン基
、X−は陰イオンを示す)で表されるものが好ましい。
【0016】R1は互いに同一でも相異なっても良く、
メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル
基、ヘキシル基、オクチル基、デシル基、ドデシル基、
テトラデシル基、ヘキサデシル基、オクタデシル基、エ
イコシル基などを例示することができる。これらのなか
でも合成が容易であることから1個の窒素原子に結合し
た3個の基R1のうち、少なくとも2個がメチル基であ
ることが好ましい。この場合には、残余の基R1として
は原料の入手が容易であることから炭素数12〜18の
アルキル基が好ましい。
【0017】上記シリコーン樹脂を構成するRSiO3
/2 単位中の、第4級アンモニウム塩基以外の基R
としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基
、ペンチル基、ヘキシル基などのアルキル基、またはフ
ェニル基を好ましいものとして例示する事ができる。こ
れらの中でも得られる該シリコーン樹脂微粉末に優れた
耐熱性を付与できることからメチル基またはフェニル基
が好ましく、合成が容易であることからメチル基が特に
好ましい。
【0018】上記のシリコーン樹脂微粉末は、第4級ア
ンモニウム塩基含有炭素官能性基を有するアルコキシシ
ラン単独の加水分解、または前記アルコキシシランおよ
び前記炭素官能性基以外の所望のケイ素官能性基を有す
るアルコキシシランを共加水分解することによって得る
ことができる。
【0019】本発明において電気粘性流体の分散相を構
成する第4級アンモニウム塩基含有シリコーン樹脂微粉
末は0.1〜10重量%、好ましくは0.5〜5重量%
の水分を含有するものである。水分量が0.1重量%未
満の微粉末は電気粘性効果はほとんど示さず、10重量
%を越える微粉末は電力消費が過大となる。
【0020】電気粘性流体の分散相として好適な該シリ
コーン樹脂微粉末の平均粒子径は、0.05〜100μ
mの範囲、好ましくは1〜20μmの範囲である。平均
粒子径が0.05μm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が小さく、平均
粒子径が100μmを越えると流体の分散相として十分
な安定性が得られない。
【0021】また、該シリコーン樹脂微粉末は、水分を
0.1〜10重量%含有した時の比重が1〜1.4の範
囲にあることが好ましい。該シリコーン樹脂微粉末中の
SiO2単位の含有量が増えれば比重が大きくなり、逆
にR2SiO 単位の含有量が増えれば比重が小さくな
る。また基R 中の炭素数が増えるほど該シリコーン樹
脂微粉末の比重が小さくなる。
【0022】フロロシリコーンオイルは、電気粘性流体
の液相を構成し、分散相の経時的な沈降をなくすると共
に、優れた電気粘性効果を与えるものである。このフロ
ロシリコーンオイルは一般式R2aR3bSiO(4−
a−b)/2(R2は炭素数3〜11の同種または異種
の一価のパーフルオロアルキル基、R3は炭素数1〜6
の置換または非置換の同種または異種の一価の炭化水素
基を示し、1.8<a+b<2.3;0<a/b≦1で
ある)で示される。R2としては、3, 3, 3−ト
リフルオロプロピル基、3,3, 4, 4, 5,
5, 6, 6, 6− ノナフルオロヘキシル基、3
, 3, 4, 4, 5, 6, 6, 7,7,
8, 8, 9, 9, 10, 10, 10 −ヘ
プタデカフルオロデシル基などが例示される。これらの
置換基の中でも、このフロロシリコーンオイルを得やす
いことから特に3, 3, 3−トリフルオロプロピル
基が好ましい。
置換基R3は例えばメチル基、エチル基、プロピル基、
ブチル基などのアルキル基、シクロヘキシル基などのシ
クロアルキル基、フェニル基などから選択されるが、中
でもメチル基またはフェニル基が好ましい。
【0023】このようなフロロシリコーンオイルの製造
方法はすでに公知であり、例えばパーフルオロアルキル
基を含有する環状ポリシロキサンとヘキサメチルジシロ
キサンおよび環状ポリアルキルシロキサンをトリフルオ
ロメタンスルホン酸や活性白土のような酸性触媒下にて
重合する方法(特公昭35−8345号,特公昭47−
47880号公報)などにより得ることができる。
【0024】このようなフロロシリコーンオイルの構造
は直鎖状の他に分岐を含むもの、あるいは環状体、さら
にその混合物であって良いが、25℃における粘度が5
〜1000cSt(センチストークス)、好ましくは1
0〜100cStのものを用いる。粘度が低すぎると流
体の安定性が悪くなり、また粘度が高すぎるとシリコー
ン樹脂微粉末を効率よく混濁しにくく、また電気粘性効
果も不十分である。
【0025】また、このフロロシリコーンオイルの一般
式R2aR3bSiO(4−a−b)/2中のa/bの
値は0以上(>0)であるが、電気粘性流体の安定性か
ら0.1以上であることが、より好ましい。
【0026】本発明におけるフロロシリコーンオイルの
比重は、第4級アンモニウム塩基含有シリコーン樹脂微
粉末の比重に近づけるため、1〜1.4、好ましくは1
.1〜1.25のものを用いる。フッ素を含有したR2
基の量が増えるほど、またR2基中のフッ素の含有量が
増えるほどフロロシリコーンオイルの比重が大きくなる
ため、R2基の含有量と種類を調節することにより容易
に該シリコーン樹脂微粉末の比重に近いフロロシリコー
ンオイルを得ることができる。
【0027】本発明における電気粘性流体に好適なフロ
ロシリコーンオイルの体積抵抗率は1011Ω・cm以
上であり、好ましくは1012Ω・cm以上である。体
積抵抗率が1011Ω・cm未満であると電圧を印加し
たときの電力消費量が大きくなる。
【0028】本発明の電気粘性流体における第4級アン
モニウム塩基含有シリコーン樹脂微粉末とフロロシリコ
ーンオイルの割合は、水分を含有した該シリコーン樹脂
微粉末が1〜60重量%、好ましくは10〜50重量%
であり、フロロシリコーンオイルは99〜40重量%、
好ましくは50〜90重量%である。該シリコーン樹脂
微粉末の量が1重量%未満では電気粘性効果は小さく、
60重量%を越えると電場がないときの初期粘度が著し
く大きくなる。
【0029】本発明の電気粘性流体には、本発明の効果
を損なわない範囲で界面活性剤、分散剤、無機塩などの
種々の添加剤を配合することができる。
【0030】以下、実施例により本発明をさらに詳細に
説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるもので
はない。
【0031】
【実施例1】水300部、イソプロパノール300部お
よび28%アンモニア水溶液10部を均一に混合して、
加水分解液を調製した。これを30℃に保って撹拌しつ
つ、オクタデシルメチル(トリメトキシシリルプロピル
)アンモニウムクロリドを10%含有するメタノール溶
液300部とメチルメトキシシラン150部の混合物を
加え、さらに撹拌を続けたところ微粉末状のシリコーン
樹脂が生成して、液は白濁した。次に生成した粉末を吸
引瀘過し150℃で乾燥した。乾燥後粉末をジェット粉
砕機に導入し平均粒子径5μmのシリコーン樹脂微粉末
とした。さらにこの微粉末を120℃で8時間乾燥し水
分含有量を2.9重量%とし、真比重約1.2の微粉末
が得られた。ここで得られたシリコーン樹脂微粉末15
体積%と室温における動粘度300センチストークス(
cSt)のポリトリフルオロプロピルメチルシロキサン
からなるフロロシリコーンオイル(比重:1.25、体
積抵抗率:4×1011Ω・cm)85体積%を自動乳
鉢で30分混合し、電気粘性流体を得た。
【0032】
【実施例2】実施例1で得られたシリコーン樹脂微粉末
15体積%と、室温における動粘度81.8cStのポ
リトリフルオロプロピルメチルシロキサンからなるフロ
ロシリコーンオイル(比重:1.231、体積抵抗率:
5×1011Ω・cm)85体積%を自動乳鉢で30分
混合し、電気粘性流体を得た。
【0033】
【比較例1】実施例1で得られたシリコーン樹脂微粉末
15体積%と、室温における動粘度300cStのポリ
ジメチルシロキサンからなるシリコーンオイル(比重:
0.970、体積抵抗率:5×1012Ω・cm)85
体積%を自動乳鉢で30分混合し、電気粘性流体を得た
。
【0034】
【比較例2】市販のポリアクリル酸ナトリウム微粉末(
比重:1.4、平均粒子径:10μm、水分含有量:1
0重量%)15体積%を比較例1と同一のシリコーンオ
イル85体積%に実施例1と同様の方法で分散し、電気
粘性流体を得た。
【0035】
【比較例3】市販のシリカゲル微粉末(比重:2.0、
平均粒子径:0.016μm、水分含有量:6重量%)
3体積%を比較例1と同一のシリコーンオイル97体積
%に実施例1と同様の方法で分散し、電気粘性流体を得
た。
【0036】実施例1〜2及び比較例1〜3の電気粘性
流体の電気粘性効果は二重円筒型回転粘度計を使用し、
内外円筒間に直流電圧を印加したときの剪断速度366
s−1のときのみかけの粘度増加(25℃)で評価した
。
また電気粘性流体の沈降性については流体をサンプル瓶
中で15日間室温で静置し、シリコーン樹脂相の沈降の
度合を観察した。電気粘性効果および沈降性の試験結果
を次に示す。
【0037】
■粘度 ■粘度
電気粘性効果 分散相の沈降の度合
(OKV/mm) (2KV/m
m) ■−■
実施例1 5.94 P
43.36 P 37.42 P
無 実施例2
1.86 P 18.10 P
16 25 P 無
比較例1 5.20 P
10.95 P 5.75 P
小 比較例2
5.68 P 8.13 P 2
.45 P 大
比較例3 6.97 P 8.
66 P 1.69 P
大 【0038】上記の結果か
ら明らかなように、実施例1〜2の電気粘性流体は比較
例1〜3の電気粘性流体より著しく大きな電気粘性効果
を示し、且つ15日間静置してもほとんど分散相は沈降
しなかったが、比較例2〜3の流体は明らかな沈降物を
生じた。
【0039】
【発明の効果】本発明の電気粘性流体は、大きな電気粘
性効果を示し、且つ、分散相粉体の沈降がなく、長期間
にわたって優れた電気粘性効果を示すものである。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrorheological fluid whose viscosity is increased by the application of voltage. BACKGROUND OF THE INVENTION Electrorheological fluids are suspensions of finely divided dielectric solids dispersed in non-conducting oil, and are highly resistant to electro-rheological fluids under the action of a sufficiently strong electric field. It is a fluid whose viscosity increases rapidly and reversibly. [0003] In order to change the viscosity, not only a direct current electric field but also an alternating current electric field can be used.The required current is very small, and a small current can cause a large change in viscosity from a liquid to a solid state. , as components for controlling devices and parts such as clutches, valves, shock absorbers, vibrators, various anti-vibration rubbers, actuators, robot arms, vibration damping materials, etc.
Electrorheological fluids have been considered. Conventionally, solid fine particles have been used as a component of the dispersed phase of electrorheological fluids, and these solid particles can be made of finely divided cellulose, starch, silica gel, ion exchange resin, polyester, etc. by adsorbing water on their surfaces. Lithium acrylate, zeolite, etc. are known. Other known liquid phase components include PCB, butyl sebacate, trans oil, hydrocarbon oil, chlorinated paraffin, and silicone oil. However, these materials have little practical value, and there is still no usable electrorheological fluid with extremely high performance and high stability that has practical value. The reason why electrorheological fluids have not yet been put to practical use is that the specific gravity of the solid particles that form the dispersed phase is generally greater than the specific gravity of the liquid phase component, which causes phase separation and sedimentation when left for a long period of time. This is because a precipitate is formed which is difficult to redisperse. [0006] As a means of solving such problems, there are two methods: employing solid particles with a small specific gravity to reduce the difference in specific gravity with the liquid phase component, or using a liquid phase component with a high specific gravity and reducing the difference in specific gravity with the solid fine particles. There is a way to make it smaller. However, silica (specific gravity: 1.9-2.0)
Solid particles suitable for electrorheological fluids, such as lithium polyacrylate (specific gravity: 1.4), have a high specific gravity. Therefore, in order to bring the specific gravity closer to the liquid phase component with a specific gravity of 1 or less, such as dimethyl silicone oil and hydrocarbon oil, which are generally disclosed as the liquid phase of electrorheological fluids, hollow particles (Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-96295) were devised. Although it has been
There are a limited number of materials that can be hollowed out. On the other hand, in order to bring the specific gravity of the liquid phase close to that of solid fine particles with high specific gravity, chlorinated paraffin (specific gravity: 1.1-1.3), polytrichloromonofluoroethylene (specific gravity: ~1.9), perfluoropolyether ( Halogenated hydrocarbons such as halogenated diphenylmethane (specific gravity: ~2.0) and halogenated diphenylmethane (specific gravity: 1.2 to 1.8) are also being considered; may cause swelling or be harmful to the human body. [0008] In many devices that utilize electrorheological fluids, the electrorheological fluid is used in direct contact with a material that has rubber-like elasticity, such as in the case of anti-vibration rubber filled with electrorheological fluid. Therefore, it is desirable that the liquid phase of the electrorheological fluid does not swell polymer materials such as rubber. From this perspective, JP-A-61-4
No. 4988 proposes an electrorheological fluid using silica gel as the dispersed phase, polydimethylsiloxane oil as the liquid phase, and an amino-, hydroxy-, acetoxy-, or alkoxy-functional polysiloxane as the dispersant. However, due to the large difference in specific gravity between silica gel and polydimethylsiloxane, the problem of sedimentation of the dispersed phase remains unsolved. [Problems to be Solved by the Invention] Therefore, in order to bring the specific gravity of the dispersed phase powder closer to that of polydimethylsiloxane, the inventors have developed an electrorheological fluid containing a quaternary ammonium base as a dispersed phase of an electrorheological fluid with a light specific gravity. Developed carbon-functional silicone resin fine powder (JP-A-1-266137, JP-A-1-
No. 266195). The object of the present invention is to improve the electrorheological effect of an electrorheological fluid using the silicone resin fine powder and to further improve the settling and redispersibility of the dispersed phase. [Means for Solving the Problems] The electrorheological fluid according to the present invention is a quaternary ammonium base-containing silicone resin containing 0.1 to 20% by weight of water and having an average particle diameter of 0.05 to 100 μm. It is characterized by consisting of 1 to 60% by weight of fine powder and 99 to 40% by weight of fluorosilicone oil having a viscosity of 5 to 1000 centistokes at 25°C. The quaternary ammonium base-containing silicone resin used as the dispersed phase in the electrorheological fluid of the present invention is a homopolymer consisting of RSiO3/2 units;
It is composed of either a copolymer consisting of RSiO3/2 units and SiO2 units, or a copolymer consisting of RSiO3/2 units, SiO2 units and R2SiO2 units. [0012] When the quaternary ammonium base-containing silicone resin is a copolymer consisting of RSiO3/2 units and SiO2 units, the content ratio of each constitutional unit is not particularly limited and can be determined as appropriate depending on the application. . [0013] The quaternary ammonium base-containing silicone resin contains RSiO3/2 units, SiO2 units and R2S
In the case of a copolymer consisting of iO units, this R2
The content of SiO 2 units is 20 mol% or less. If the content of this unit exceeds 20 mol %, it becomes difficult to make the obtained silicone resin into a fine powder. RSiO3 constituting the silicone resin
/2 The group R in the unit accounts for at least 0.1 mol %, preferably from 1 to 50 mol %, of quaternary ammonium group-containing carbon-functional groups. By including a quaternary ammonium base in the silicone resin in this manner, it can function as a dispersed phase of an electrorheological fluid. This content is 0
.. If it is less than 1 mol %, hardly any electrorheological effect will be exhibited even if it is used as a dispersed phase of an electrorheological fluid. This quaternary ammonium group-containing carbon functional group has the general formula: (R
1) 3N+X-Q1- or (R1)3N+X-Q2N
HQ1- (in the formula, R1 is an alkyl group, Q1 is a carbon number of 3 to
6 is an alkylene group, Q2 is an alkylene group having 2 to 4 carbon atoms, and X- is an anion). [0016] R1 may be the same or different from each other,
Methyl group, ethyl group, propyl group, butyl group, pentyl group, hexyl group, octyl group, decyl group, dodecyl group,
Examples include a tetradecyl group, a hexadecyl group, an octadecyl group, and an eicosyl group. Among these, it is preferable that at least two of the three groups R1 bonded to one nitrogen atom are methyl groups because synthesis is easy. In this case, the remaining group R1 is preferably an alkyl group having 12 to 18 carbon atoms because the raw materials are easily available. RSiO3 constituting the silicone resin
/2 Group R other than the quaternary ammonium base in the unit
Preferred examples include alkyl groups such as methyl, ethyl, propyl, butyl, pentyl, and hexyl, and phenyl. Among these, a methyl group or a phenyl group is preferable because they can impart excellent heat resistance to the obtained silicone resin fine powder, and a methyl group is particularly preferable because it is easy to synthesize. The above silicone resin fine powder can be obtained by hydrolysis of an alkoxysilane having a quaternary ammonium base-containing carbon functional group alone, or by hydrolysis of an alkoxysilane having a quaternary ammonium group-containing carbon functional group, or having a desired silicon functional group other than the alkoxysilane and the carbon functional group. It can be obtained by cohydrolyzing alkoxysilane. In the present invention, the quaternary ammonium base-containing silicone resin fine powder constituting the dispersed phase of the electrorheological fluid is 0.1 to 10% by weight, preferably 0.5 to 5% by weight.
of water. A fine powder with a moisture content of less than 0.1% by weight hardly exhibits an electrorheological effect, and a fine powder with a water content of more than 10% by weight consumes excessive power. The average particle size of the silicone resin fine powder suitable as the dispersed phase of the electrorheological fluid is 0.05 to 100 μm.
m range, preferably 1 to 20 μm. If the average particle size is less than 0.05 μm, the initial viscosity in the absence of an electric field will be significantly large, resulting in a small electrorheological effect, and if the average particle size exceeds 100 μm, sufficient stability as a dispersed phase of a fluid will not be obtained. The silicone resin fine powder preferably has a specific gravity in the range of 1 to 1.4 when containing 0.1 to 10% by weight of water. As the content of SiO2 units in the silicone resin fine powder increases, the specific gravity increases, and conversely, as the content of R2SiO 2 units increases, the specific gravity decreases. Further, as the number of carbon atoms in the group R increases, the specific gravity of the silicone resin fine powder decreases. Fluorosilicone oil constitutes the liquid phase of the electrorheological fluid, eliminates sedimentation of the dispersed phase over time, and provides excellent electrorheological effects. This fluorosilicone oil has the general formula R2aR3bSiO(4-
a-b)/2 (R2 is the same or different monovalent perfluoroalkyl group having 3 to 11 carbon atoms, R3 is a monovalent perfluoroalkyl group having 1 to 6 carbon atoms
represents a substituted or unsubstituted same or different monovalent hydrocarbon group, and is represented by 1.8<a+b<2.3;0<a/b≦1). As R2, 3, 3, 3-trifluoropropyl group, 3, 3, 4, 4, 5,
5, 6, 6, 6- nonafluorohexyl group, 3
, 3, 4, 4, 5, 6, 6, 7, 7,
Examples include 8, 8, 9, 9, 10, 10, 10-heptadecafluorodecyl group. Among these substituents, 3,3,3-trifluoropropyl group is particularly preferred since it is easy to obtain this fluorosilicone oil. Substituent R3 is, for example, a methyl group, an ethyl group, a propyl group,
It is selected from alkyl groups such as butyl groups, cycloalkyl groups such as cyclohexyl groups, phenyl groups, etc., and among them, methyl groups or phenyl groups are preferred. A method for producing such a fluorosilicone oil is already known, and for example, a cyclic polysiloxane containing a perfluoroalkyl group, hexamethyldisiloxane, and a cyclic polyalkylsiloxane are mixed with trifluoromethanesulfonic acid or activated clay. Polymerization method under acidic catalyst (Japanese Patent Publication No. 35-8345, Japanese Patent Publication No. 47-1983)
47880). The structure of such fluorosilicone oil may be linear, branched, cyclic, or a mixture thereof, but the viscosity at 25° C.
~1000 cSt (centistokes), preferably 1
Use one with a weight of 0 to 100 cSt. If the viscosity is too low, the stability of the fluid will deteriorate, and if the viscosity is too high, it will be difficult to efficiently cloud the silicone resin fine powder, and the electrorheological effect will be insufficient. Further, the value of a/b in the general formula R2aR3bSiO(4-a-b)/2 of this fluorosilicone oil is 0 or more (>0), but from the stability of electrorheological fluid, it is 0.1 It is more preferable that it is above. The specific gravity of the fluorosilicone oil in the present invention is 1 to 1.4, preferably 1, in order to approximate the specific gravity of the silicone resin fine powder containing a quaternary ammonium base.
.. 1 to 1.25 is used. R2 containing fluorine
The specific gravity of the fluorosilicone oil increases as the amount of groups increases and the content of fluorine in the R2 group increases. Therefore, by adjusting the content and type of the R2 group, the specific gravity of the silicone resin fine powder can be easily adjusted. You can obtain fluorosilicone oil close to . The volume resistivity of the fluorosilicone oil suitable for the electrorheological fluid in the present invention is 10 11 Ω·cm or more, preferably 10 12 Ω·cm or more. If the volume resistivity is less than 10 11 Ω·cm, the amount of power consumed when voltage is applied increases. The ratio of the fine silicone resin powder containing a quaternary ammonium base to the fluorosilicone oil in the electrorheological fluid of the present invention is such that the fine silicone resin powder containing water is 1 to 60% by weight, preferably 10 to 50% by weight. %
and the fluorosilicone oil is 99 to 40% by weight,
Preferably it is 50 to 90% by weight. If the amount of the silicone resin fine powder is less than 1% by weight, the electrorheological effect is small;
When it exceeds 60% by weight, the initial viscosity in the absence of an electric field becomes significantly large. The electrorheological fluid of the present invention may contain various additives such as surfactants, dispersants, and inorganic salts within a range that does not impair the effects of the present invention. [0030] The present invention will be explained in more detail with reference to examples below, but the present invention is not limited to the following examples. [Example 1] 300 parts of water, 300 parts of isopropanol and 10 parts of 28% aqueous ammonia solution were uniformly mixed,
A hydrolysis solution was prepared. While stirring while maintaining the temperature at 30°C, a mixture of 300 parts of a methanol solution containing 10% octadecylmethyl(trimethoxysilylpropyl)ammonium chloride and 150 parts of methylmethoxysilane was added, and upon further stirring, a fine powder was formed. A silicone resin was formed, and the liquid became cloudy. Next, the resulting powder was suction filtered and dried at 150°C. After drying, the powder was introduced into a jet pulverizer to obtain a fine silicone resin powder with an average particle size of 5 μm. Further, this fine powder was dried at 120° C. for 8 hours to have a water content of 2.9% by weight, and a fine powder with a true specific gravity of about 1.2 was obtained. Silicone resin fine powder 15 obtained here
Volume % and kinematic viscosity at room temperature 300 centistokes (
An electrorheological fluid was obtained by mixing 85% by volume of fluorosilicone oil (specific gravity: 1.25, volume resistivity: 4×10 11 Ω·cm) consisting of polytrifluoropropylmethylsiloxane (cSt) for 30 minutes in an automatic mortar. [Example 2] Fluorosilicone oil (specific gravity: 1.231, Volume resistivity:
5×10 11 Ω·cm) was mixed in an automatic mortar for 30 minutes to obtain an electrorheological fluid. [Comparative Example 1] Silicone oil (specific gravity:
0.970, volume resistivity: 5 x 1012 Ω・cm) 85
The volume percent was mixed in an automatic mortar for 30 minutes to obtain an electrorheological fluid. [Comparative Example 2] Commercially available sodium polyacrylate fine powder (
Specific gravity: 1.4, average particle size: 10 μm, water content: 1
0% by weight) was dispersed in 85% by volume of the same silicone oil as in Comparative Example 1 in the same manner as in Example 1 to obtain an electrorheological fluid. [Comparative Example 3] Commercially available silica gel fine powder (specific gravity: 2.0,
Average particle size: 0.016 μm, water content: 6% by weight)
3% by volume was dispersed in 97% by volume of the same silicone oil as in Comparative Example 1 in the same manner as in Example 1 to obtain an electrorheological fluid. The electrorheological effects of the electrorheological fluids of Examples 1 to 2 and Comparative Examples 1 to 3 were measured using a double cylinder rotational viscometer.
Shearing rate 366 when DC voltage is applied between the inner and outer cylinders
Evaluation was made based on the apparent viscosity increase (25°C) at s-1. Regarding the sedimentation property of the electrorheological fluid, the fluid was allowed to stand in a sample bottle at room temperature for 15 days, and the degree of sedimentation of the silicone resin phase was observed. The electrorheological effect and sedimentation test results are shown below. ■Viscosity ■Viscosity
Electrorheological effect Degree of sedimentation of dispersed phase
(OKV/mm) (2KV/m
m) ■−■
Example 1 5.94 P
43.36 P 37.42 P
None Example 2
1.86 P 18.10 P
16 25 P None
Comparative example 1 5.20 P
10.95 P 5.75 P
Small Comparative example 2
5.68 P 8.13 P 2
.. 45P large
Comparative Example 3 6.97 P 8.
66 P 1.69 P
As is clear from the above results, the electrorheological fluids of Examples 1 and 2 exhibited significantly greater electrorheological effects than the electrorheological fluids of Comparative Examples 1 and 3, and even after being left standing for 15 days, the electrorheological fluids exhibited almost no electrorheological effect. Although the dispersed phase did not settle, the fluids of Comparative Examples 2-3 produced obvious sediment. [0039] The electrorheological fluid of the present invention exhibits a large electrorheological effect, does not cause sedimentation of the dispersed phase powder, and exhibits an excellent electrorheological effect for a long period of time.
Claims (1)
平均粒子径0.05〜100μmの第4級アンモニウム
塩基含有シリコーン樹脂微粉末1〜60重量%および2
5℃における粘度5〜1000センチストークスのフロ
ロシリコーンオイル99〜40重量%からなることを特
徴とする電気粘性流体。1. Quaternary ammonium base-containing fine silicone resin powder having an average particle size of 0.05 to 100 μm and containing 0.1 to 20% by weight of water and 2 to 60% by weight.
An electrorheological fluid comprising 99 to 40% by weight of a fluorosilicone oil having a viscosity of 5 to 1000 centistokes at 5°C.
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JP4565491A JPH04266996A (en) | 1991-02-20 | 1991-02-20 | Electroviscous fluid |
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