JPH07109455A - 液晶性化合物およびそれを用いた電気粘性流体 - Google Patents

液晶性化合物およびそれを用いた電気粘性流体

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JPH07109455A
JPH07109455A JP5258255A JP25825593A JPH07109455A JP H07109455 A JPH07109455 A JP H07109455A JP 5258255 A JP5258255 A JP 5258255A JP 25825593 A JP25825593 A JP 25825593A JP H07109455 A JPH07109455 A JP H07109455A
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liquid crystal
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liq
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Toshitsugu Maniwa
俊嗣 真庭
Akio Inoue
昭夫 井上
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 電気粘性流体 【構成】 オキシアルキレン単位を少なくとも1個以上
含むスペーサーを介して液晶性基を一つの分子鎖に少な
くとも2個以上結合した液晶性化合物およびそれを主成
分とする電気粘性流体。 【効果】 この液晶性化合物は、粘度が低く比較的低温
でも液晶性を発現し、電気粘性流体、ディスプレー、セ
ンサー、光シャッター、スイッチング素子、選択透過
膜、非線形光学材料等で用いることができる。特にこの
液晶性化合物を電気粘性流体に用いた場合、従来の粒子
分散系電気粘性流体のような粒子沈降分離の問題はな
く、安定な均一系の流体とし、基底粘度(電圧を印加し
ないときの粘度)が低く比較的低温側でも作動する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は比較的低温側でも作動す
る液晶性化合物に関するものであり、均一系の電気粘性
流体として、振動吸収、トルク伝達、サーボ制御などの
アクチュエーターに利用される。
【0002】
【従来の技術】液晶性化合物はディスプレー、センサ
ー、光シャッター、スイッチング素子、選択透過膜、非
線形光学材料等の多くの用途で実用されている。これら
の用途に利用されている液晶性化合物は、液晶性を発現
させる分子構造(以下これを液晶性基と呼ぶ)を一つの
分子鎖に一つだけ含むものが中心であったが、最近では
成型性の付与や性能の向上、新たな機能の発現等の目的
で、一つの分子鎖に2つ以上結合させた、例えば、側鎖
型あるいは主鎖型の液晶性高分子、液晶性化合物が広く
研究されている。しかし、一つの分子鎖に液晶性基を一
つだけ含むものでも、一般に高温領域では液晶性を発現
するが常温近くの低い温度領域では発現しないものが多
く、そのため液晶性化合物の粘度を下げて低温領域で液
晶性を発現させるように、異なる構造の液晶性化合物を
数種混合する等の方法が採られている。一つの分子鎖に
二つ以上の液晶性基を結合した液晶性化合物においては
更に液晶性発現温度が高くなる傾向があり、これを低温
領域で使用することはますます難しくなる。
【0003】ところで、このような一つの分子鎖に二つ
以上の液晶性基を結合した液晶性化合物は、電圧印加に
よりその粘性が可逆的に瞬間的かつ大きく変化する新し
いタイプの電気粘性流体として極めて有用であることが
特開平5−32988、特開平5−171147等に記
載されている。従来の電気粘性流体は誘電体微粒子を絶
縁油に分散させたものであり、短期的には優れた電気粘
性特性を示すが、粒子の沈降分離や沈降粒子の凝集粘土
化等の本質的問題を有しており実用化が難しかった。上
記の液晶性化合物はこれらの問題のない均一系の電気粘
性流体として期待が大きい。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】一つの分子鎖に二つ以
上の液晶性基を結合した液晶性化合物は一般に粘度が高
く高温領域でしか液晶性を発現しないものが多いので、
低温側で作動することが難しい。本発明はこのような従
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
を目指すものであり、低温側でも作動する新しい電気粘
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】本発明者らは一つの分子
鎖に二つ以上の液晶性基を結合した液晶性化合物の粘性
を低減し低温側でも液晶性を発現させる方法として、液
晶性化合物を構成する分子鎖骨格と液晶性基を結合する
スペーサーの役割に着目した。従来スペーサーとしては
アルキレン基やシロキサン基が提案されているが、前者
は低温側での液晶性発現に対する効果は小さく、後者は
逆にその効果が大きすぎて常温付近で等方相になり液晶
性を失うことや工業的な製造が難しいことが多い。本発
明はスペーサー構造の鋭意検討により到達されたもので
あり、オキシアルキレン単位をスペーサーとして用いる
ことにより液晶性化合物の粘度を大幅に低減させ液晶性
発現温度領域を適度に低温側に拡大できることの発見に
基づくものである。すなわち本発明はオキシアルキレン
単位を少なくとも1個以上含むスペーサーを介して液晶
性基を一つの分子鎖に少なくとも2個以上結合した液晶
性化合物およびそれを主成分とした電気粘性流体にあ
る。
【0006】本発明にいうオキシアルキレン単位とは、
オキシエチレン、オキシプロピレン、オキシブチレンな
ど−OCm2m−(ここでmは1から5の整数)で表さ
れる分子鎖である。一つのスペーサーの中でのオキシア
ルキレン単位は、一個でもよいが、2個以上5個以下で
あることがより好ましい。一個のオキシアルキル基の場
合には、−R−OCm2m−O−R’−(ここでR,
R’はアルキレン基またはフェニレン基)のように二つ
の酸素(O)が含有されることがより好ましい。2個以
上のオキシアルキレン単位から構成されるスペーサー
は、同じ種類のものでも異なった種類の分子鎖で構成さ
れていてもよい。また、2個以上のオキシアルキレン単
位は、スペーサーの中で隣あわせの位置でもいいし、他
の分子鎖を介してもよい。
【0007】本発明にいう分子鎖とは、炭素や珪素を主
成分とするアルキレンやシロキサンなどの鎖状化合物や
ベンゼン環やグルコース環などの環状化合物からなる分
子を1単位とする単量体、あるいは単独重合体または共
重合体であり、重合体の場合、その重合度は2から10
0、より好ましくは2から30である。また、この分子
鎖は必要に応じて分子鎖中にエステル結合、アミド結
合、エーテル結合などの結合基を介在させることもでき
る。分子鎖は剛直でもよいが、屈曲性の高いものは、比
較的低温でも流動性を示し、かつ、電圧印加したとき液
晶性物質の配向を妨げないため好ましい。特にその分子
鎖を構成する単位でオリゴマーあるいはポリマーを合成
した場合、そのガラス転移温度(Tg)が常温以下、好
ましくは0℃以下、より好ましくは−20℃以下となる
屈曲性分子鎖は、低温から使用できる電気粘性流体を得
るのに好ましい。このような屈曲性分子鎖としては、具
体的には、例えば 1)メチレン、エチレン、プロピレンなど−Cm2m
(ここでmは1から18の整数)で表されるアルキレン
基、 2)オキシエチレン、オキシプロピレン、オキシブチレ
ンなど−OCm2m−(ここでmは1から5の整数)で
表されるオキシアルキレン基、 3)ジメチルシロキサン、フェニルメチルシロキサンな
ど−SiR12O−(ここでR1、R2は炭素数1〜10
のアルキル基あるいはフェニル基を示す。)で表わされ
るシロキサン、 などを1単位とする単量体、あるいは単独重合体または
共重合体である。これらの重合体の場合、その重合度は
2から100、より好ましくはアルキレンやオキシアル
キレンでは2から10、シロキサンでは2から30であ
る。これらの屈曲性分子鎖は、上記の1)および2)に
示した単位では一部のHの代わりに液晶性基を導入する
ための、メチレン、ポリメチレン(炭素数2から1
8)、アミド、ウレタン、エステル、エーテル、カーボ
ネートなどの2価の手を持つ結合基やアルキル基(炭素
数1から8)、フェニル基などの側鎖基を、また3)に
示した単位では一部または全部のR1の代わりに上記同
様の結合基をもつことができる。このような分子鎖は末
端あるいは側鎖に、液晶性基を含む結合基と化学的に結
合できる少なくとも2個以上の複数個の結合基を持つこ
とが必要である。
【0008】分子鎖を構成する単位の中でも、屈曲性の
シロキサンやアルキレン骨格構造は電気的特性や液晶性
の発現において好ましい。特にシロキサン骨格構造は、
Tgが−120℃以下であり、アルキレンやオキシアル
キレン骨格構造よりも低温での流動性に優れ、屈曲性分
子鎖に複数個の液晶性物質を結合した際に比較的低温か
ら液晶性を発現しやすいことや、基底粘度の低い液晶性
化合物を形成しやすいことから好ましい。分子鎖は一定
の長さでも、ある程度広い分子量分布、例えば分子量分
布指数Mw/Mnが2以上であってもよい。また分子鎖
間はある程度架橋されていてもよいが、架橋により電圧
印加時の液晶性物質の配向が妨げられるようであり、好
ましくは分子鎖間の架橋はない方がよい。本発明でいう
分子鎖に結合される液晶性基とは、シッフ塩基系、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エステル
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、従来知られている低分子
液晶の液晶性を発現させる基本骨格すなわちメソゲンを
用いることができる。メソゲンについて詳しくは、Al
exandre Blumsteibn編 LIQUI
D CRYSTALLINE ODDER IN PO
LYMERS(ACADEMIC PRESS)あるい
は、M.Gordon編 Liquid Crysta
l Polymers(Springer−Verla
g)におけるLiquid Crystal Poly
mers with Flexible Spacer
s inMain Chainや松本正一“液晶エレク
トロニクス”(オーム社)あるいは中田・堀・向尾“液
晶入門”(幸書房)などに代表例が記載されている。ま
た、液晶性基はカイラル基を有する強誘電性液晶を構成
するものであってもよい。
【0009】本発明にいう液晶性化合物の形状として
は、液晶性基が分子鎖の側鎖にあるいは両末端にスペー
サーを介して結合した、側鎖型液晶性化合物あるいは両
末端型液晶性化合物等が挙げられる。側鎖型液晶性化合
物の合成法は、分子鎖すなわち主鎖骨格に、オキシアル
キレン単位を一つ以上含むスペーサーを介して液晶性基
を付加反応で結合させてもよいし、液晶性基をオキシア
ルキレン基を含むスペーサーを介して結合した縮合ある
いは付加重合性の分子鎖単位を重合させてもよい。
【0010】分子鎖あるいはスペーサーに液晶性基を結
合する結合基としては、メチレン、アミド、ウレタン、
エステル、エーテル、カーボネート等の結合のいずれで
あってもよく、結合方式に限定されない。本発明の液晶
性化合物は、単独で電気粘性流体として利用することも
できるが、2種以上を混合して使用することも、また相
溶性ある希釈剤、特に分子鎖との相溶性が良好な希釈剤
と混合して使用することが好ましい。
【0011】
【実施例】以下に実施例をもって本発明を具体的に説明
する。電気粘性流体の基本特性である電気粘性効果の測
定は下記の方法に従った。
【0012】基底粘度および電気粘性効果の測定プレー
ト対向面全体が電極を形成するように改造された一対の
平行円盤(下側円盤がモーターに接続して回転、上側円
盤がトルク計に接続して剪断応力を測定する)をもつプ
レート*プレート型の回転粘度計を用い基底粘度および
電気粘性効果を測定した。電極間に試料を挾み、60℃
において剪断速度334sec-1を与え、直流電圧2.
0kv/mmを印加した際の剪断応力を測定した。本発
明にいう発生剪断応力とは、電圧印加による剪断応力の
増分のことである。なお、本実施例では対向部の電極径
は32mm、電極間隙は0.50mmで測定した。
【0013】実施例1 1)側鎖型液晶性化合物Aの合成 エチレングリコールモノアリルエーテル81gをアセト
ニトリル800mlに溶解させ、トリエチルアミン11
0mlを加え撹拌氷冷却した。アセトニトリル350m
lに溶解したp−トルエンスルフォニルクロリド116
gを滴下後、室温で17時間撹拌した。反応液を濃縮
後、塩化メチレン1000mlに溶解し、500mlの
水で2回洗浄した。塩化メチレン層を濃縮後、シリカゲ
ルカラム(ワコーゲルC200)で精製して、生成物C
を138g得た。
【0014】
【化1】
【0015】p−ヒドロキシ安息香酸78gと水酸化カ
リウム19gを溶解したエタノール水溶液を氷冷却後、
化合物C 138gを滴下した。室温に戻した後さらに
80℃で3時間撹拌した。水800mlを加え、濃塩酸
でpH1とした。析出した固体を濾別、水洗後、エタノ
ールから再結晶して生成物Dを70g得た。
【0016】
【化2】
【0017】生成物D 21gに塩化チオニル40ml
と数滴のジメチルホルムアミドを加え、室温で1時間撹
拌して酸クロリド体とし、真空下で過剰の塩化チオニル
を除去した。テトラヒドロフラン(THF)100ml
に溶解した酸クロリド体を、p−シアノフェノール12
gとトリエチルアミン(TEA)13gを溶解した0℃
のTHF250mlの中に滴下し、0℃でさらに1時間
撹拌した。THFを真空下で除去し残渣をジクロロメタ
ンに溶解し水洗した。シリカゲルカラム(ワコーゲルC
200)で精製して28gの液晶性化合物Eを得た。
【0018】
【化3】
【0019】液晶性化合物E8.1gとジメチルシロキ
サン(m)とモノメチルハイドロジェンシロキサン
(n)からなる共重合体シリコーン(m/n=1.4、
重合度約30、東芝シリコーン(株)、XF40−A4
302)3.6gをテトラヒドロフラン(THF)70
mlに溶解した後、塩化白金酸6水塩3mgを加え60
℃で23時間還流した。THFを除去後、残渣をシリカ
ゲルカラム(ワコーゲルC200)で精製して、側鎖型
液晶性化合物Aを9.3g得た。側鎖型液晶性化合物A
の赤外線吸収スペクトル分析の結果は、Si−Hに基づ
く2128cm-1の吸収は消滅しており、かわりにCN
基に基づく2222cm-1やCOO基に基づく1733
cm-1の吸収が生じていた。
【0020】
【化4】
【0021】2)基底粘度の測定 結果を表1に示す。60℃における基底粘度は1.9P
a・Sであり比較例に比べ著しく低い。
【0022】
【表1】
【0023】実施例2 1)試料の調整 側鎖型液晶性化合物Aに対して、ジメチルシリコーン
(20cSt)を50%重量部90℃で混合し試料を調
整した。 2)電気粘性効果の測定 結果を表2に示す。電気粘性効果を示す最大剪断発生応
力は、比較例2とほぼ同じである15.0Pa・Sに対
し、作動温度が10〜80℃となり低温側へシフトして
いる。
【0024】
【表2】
【0025】比較例1 1)側鎖型液晶性化合物Bの合成 水120mlに溶解した水酸化カリウム100とエタノ
ール500mlの混合液に、p−ヒドロキシ安息香酸9
9g、沃化カリウム0.7gを溶解させ、アリルブロマ
イド86gを滴下して加え、80℃で12時間還流し
た。冷却後、水150mlを加えた後、塩酸でpH3と
し析出した沈殿を濾別、エタノールから再結晶し、90
gの生成物Hを得た。
【0026】
【化5】
【0027】生成物H14gに塩化チオニル24mlと
数滴のジメチルホルムアミドを加え、室温で1時間撹拌
して酸クロリド体とし、真空下で過剰の塩化チオニルを
除去した。テトラヒドロフラン(THF)50mlに溶
解した酸クロリド体を、4−シアノフェノール10.1
gとトリエチルアミン11gを溶解した0℃のTHF1
50mlの中に滴下し、0℃でさらに1時間撹拌した。
THFを真空下で除去し残渣をジクロロメタンに溶解し
水洗した。エタノールから再結晶して20gの液晶性化
合物Gを得た。
【0028】
【化6】
【0029】側鎖型液晶性化合物Aの合成法と同様にし
て、m/n=1.4、重合度約30からなる共重合体シ
リコーン〔東芝シリコーン(株)、XF−A4302〕
4.2gと液晶性化合物G8.0gから側鎖型液晶性化
合物Bを9.2g合成した。 2)基底粘度の測定 結果を表1に示す。実施例に比べて、基底粘度が4.2
Pa・Sであり著しく高い。
【0030】比較例2 1)試料の調整 側鎖型液晶性化合物Bに対して、実施例2と同様にして
試料を調整した。 2)電気粘性効果の測定 結果を表2に示す。電気粘性効果を示す最大剪断発生応
力は、実施例2とほぼ同じ15.6Pa・Sであるのに
対し、作動温度が40〜90℃と高い。
【0031】
【発明の効果】本発明の液晶性化合物は、粘度が低く比
較的低温でも液晶性を発現し、電気粘性流体、ディスプ
レー、センサー、光シャッター、スイッチング素子、選
択透過膜、非線形光学材料等で用いることができる。特
に本発明の液晶性化合物を電気粘性流体に用いた場合、
従来の粒子分散系電気粘性流体のような粒子沈降分離の
問題はなく、安定な均一系の流体として、基底粘度(電
圧を印加しない時の粘度)が低く比較的低温側でも作動
する。バルブ、クラッチ、ブレーキ、トルクコンバータ
ー等のコンパクトで電子制御で作動する新しいアクチュ
エータに、長期間安定に使用することができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 // C10N 30:02 40:06 40:08 40:14

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 オキシアルキレン単位を少なくとも1個
    以上含むスペーサーを介して液晶性基を一つの分子鎖に
    少なくとも2個以上結合した液晶性化合物。
  2. 【請求項2】 オキシアルキレン単位を少なくとも1個
    以上含むスペーサーを介して液晶性基を一つの分子鎖に
    少なくとも2個以上結合した液晶性化合物を主成分とす
    る電気粘性流体。
JP5258255A 1993-10-15 1993-10-15 液晶性化合物およびそれを用いた電気粘性流体 Pending JPH07109455A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009132793A (ja) * 2007-11-30 2009-06-18 Hitachi Displays Ltd 液晶組成物およびそれを用いた液晶表示装置
WO2012063509A1 (ja) * 2010-11-11 2012-05-18 独立行政法人科学技術振興機構 両親媒性液晶化合物、ミセル、及びそれらの利用

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