JPH1121556A - 液晶ゲル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本来流動性を有する液状の液晶分子を主成分と
し、実質上その流動性が消失している液晶ゲルを提供す
ること。 【解決手段】液晶分子とゲル化剤とからなる液晶ゲルで
あって、ゲル化剤は分子間水素結合が可能な基およびア
ルキレン基を１分子中にそれぞれ２個以上有する化合物
である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、本来流動性のある
液晶分子を主成分とし、しかも該液晶分子の流動性が実
質上消失せしめた液晶ゲルに関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶デイスプレイの液晶分子として、液
状で流動性のものが用いられていることは、よく知られ
ていることである。一方、流出原油、家庭内廃油等を処
理する方法として、これらの油類にオイルゲル化剤を添
加してゼリー状に固める処理方法が知られている。しか
しながら、これらの従来技術は本発明を開示ないし示唆
するものではない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、本来
流動性を有する液状の液晶分子を主成分とし、実質上そ
の流動性が消失している液晶ゲルを提供することであ
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、液晶分
子とゲル化剤とからなることを特徴とする液晶ゲルによ
り、上記課題が達成される。また、上記課題は、液晶分
子とゲル化剤とからなる液晶ゲルであって、ゲル化剤が
分子間水素結合が可能な基およびアルキレン基を１分子
中それぞれ２個以上有する化合物であることを特徴とす
る液晶ゲルによって達成される。以下、本発明を詳述す
るが、それにより本発明の他の目的、利点及び効果が明
らかとなるであろう。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明の液晶ゲルは、例えば液晶
デイスプレイに用いられている液晶分子を主成分とする
ものであるが、共存するゲル化剤の作用により液晶分子
の流動性が消失しており、全体としてゲル化したもので
ある。そして該液晶ゲルは光学的に異方性を示す。上記
ゲル化剤は、（イ）水素結合等の分子間相互作用により
巨大繊維状会合体を形成し、（ロ）さらにこの巨大繊維
状会合体が ファン デル ワールス 力等によって相互に
結合して三次元化して網目状構造を形成し、（ハ）上記
網目状構造の中に上記液晶分子を取り込むように作用
し、本来流動性の液状の液晶分子が流動性を失い、ゲル
となったものと推定される。

【０００６】本発明の液晶ゲルの構成する液晶分子とし
ては、従来より液晶デイスプレイに用いられている液晶
分子を使用することができる。例えば、「液晶デバイス
ハンドブック」日本学術振興会１４２委員会編(１９８
９)；ｐ１５４〜１９２，ｐ７１５〜７２２に記載の、
ネマチックあるいはスメチック相を示すビフェニル系、
フェニルシクロヘキサン系、フェニルピリミジン系、シ
クロヘキシルシクロヘキサン系等の各種の液晶分子、又
はこれらの液晶分子の混合物が挙げられる。具体的に
は、下記式（Ｅ−１）、（Ｅ−２）及び（Ｅ−３）、化
学名では４−ｎ−ヘプチロキシ−４’−シアノビフェニ
ル、ｐ−メトキシベンジリデン−ｐ’−ブチルアニリ
ン、及び４−ｎ−デカノキシ−４’−シアノビフェニル
で示される液晶分子を挙げることが出来る。

【０００７】

【化１】

【０００８】本発明の液晶ゲルの他の構成成分であるゲ
ル化剤は、分子間水素結合が可能な基およびアルキレン
基を１分子中にそれぞれ２個以上有する。分子間水素結
合が可能な基としては、例えば−ＮＨＣＯ−で示される
アミド結合などが好ましい基として上げられるが、これ
に限定されない。アルキレン基としては、好ましくは炭
素数４以上、より好ましくは６〜２０である。ゲル化剤
の分子量は好ましくは２０００以下、より好ましくは１
５０〜１０００であり、キラル構造を有することが好ま
しい。上記ゲル化剤の具体例として、下記式（Ｇ−１）
で示される１，２ビス−（１１−（４−シアノビフェニ
ル４’−オキソ）ウンデシルカルボニルアミノ）シクロ
ヘキサン、および下記式（Ｇ−２）で示される１，２ビ
ス−（ウンデシルカルボニルアミノ）シクロヘキサンを
挙げることができる。式（Ｇ−１）で示される化合物
は、本発明が提供する新規化合物であり、メソゲン（剛
直構造）を２個有している。

【０００９】

【化２】

【００１０】この他のゲル化剤の例として、１，２，
３，４，−ジベンジリデン−Ｄ−ソルビトール、１２−
ヒドロキシステアリン酸、Ｎ−ラウロイル−Ｌ−グルタ
ミン酸−α，γ−ビス−ｎ−ブチルアミド，スピンラベ
ル化ステロイド、コレステロール誘導体、ジアルキルリ
ン酸アルミニウム、フェノール系環状オリゴマー、２，
３−ビス−ｎ−ヘキサデシロキシアントラセンおよび環
状デプシペプチド等のゲル化剤を挙げることができる。

【００１１】液晶分子をゲル化させるのに必要な上記ゲ
ル化剤の量は、液晶分子及びゲル化剤の種類にもよる
が、液晶分子とゲル化剤との総和に対して好ましくは
０．０１〜２０モル％であり、より好ましくは０．１〜
１０モル％使用される。液晶分子とゲル化剤から液晶ゲ
ル化を得る方法として、これらを加熱して均一な等方性
溶液とした後、冷却して光学的に異方性の液晶ゲルとす
る方法を挙げることができるが、この方法に制限される
ものではない。後述する実施例で具体的に示されるよう
に、液晶分子として前記式（Ｅ−１）で示される液晶分
子を用い、ゲル化剤として前記式（Ｇ−１）で示される
化合物を用いた場合、等方性の均一混合溶液から冷却す
ることにより７１．５℃から３２．５℃の間で光学的に
異方性を示す液晶ゲルを得ることができる。この液晶ゲ
ルは、再加熱することにより等方性溶液に戻り、再冷却
すれば再度液晶ゲルが得られる。このように本発明の液
晶ゲルは、熱的に可逆性である。

【００１２】本発明の液晶ゲルは、例えばフィルム状、
シート状、その他任意の形状のものが容易に得ることが
できる。本発明の液晶ゲルは、液晶分子デイスプレイ、
アクチュエーター、記録材料等に利用可能である。

【００１３】

【実施例】以下実施例により本発明を具体的に説明する
が、本発明の範囲は実施例に制限されるものではない。 実施例１ 図１に示す反応式に従ってゲル化剤（Ｇ−１）を合成し
た。各ステップの反応条件は下記の通りである。 ステップ i) ブロモウンデシル酸： ２１．０ｇ 硫酸： ６ｍL エタノール： ２００ｍL ２４時間、環流条件下に反応させてブロモウンデシル酸
エチルを得た。 ステップ ii) ブロモウンデシル酸エチル： １１．６ｇ ４−シアノ−４’−ヒドロキシビフェニル： ７．６ｇ 炭酸カリウム： ８．６ｇ ジメチルフォルムアミド： ５０ｍL ２４時間環流し、目的物である１１−(４−シアノビフ
ェニル−４'−オキシ)ウンデシル酸エチルを得た。 ステップ iii) １１−(４−シアノビフェニル−４'−オキシ)ウンデシ
ル酸エチル：７．７ｇ水酸化カリウム１．４ｇを溶かし
たエタノール溶液：１００ｍL ２４時間環流し、目的物である１１−(４−シアノビフ
ェニル−４'−オキシ)ウンデシル酸エチルを得た。 ステップ iv) １１−(４−シアノビフェニル−４'−オキシ)ウンデカ
ン酸１．７１ｇにジメチルフォルムアミド２滴を加えた
後、チオニルクロライド１０ｍLに入れ、室温で３０分
撹拌した後、チオニルクロライドを揮発させて除去し
た。これに乾燥したＴＨＦ２０ｍLを入れて溶解し、氷
冷しながら１，２−シクロヘキサンジアミン０．２８
ｇ、トリエチルアミン０．６３ｍLを加えて、３時間撹
拌しながら反応させた。生成物はカラムクロマトグラフ
ィーで分取し、再結晶により精製した。ＮＭＲ、ＩＲ分
析等により式(Ｇ−１)で示される化合物であることを確
認した。

【００１４】実施例２ 液晶分子(Ｅ−１)、ゲル化剤(Ｇ−１)を用い、該ゲル化
剤のモル分率を変えた各混合物の相変換挙動を以下の方
法で観察した。 （１）示差走査型熱量計（ＤＳＣ）を用いて、１５０℃
まで１５℃／ｍｉｎで昇温して均一な等方性溶液とした
後、徐冷して発熱ピークを観察した。 （２）別途、１５０℃から５℃／ｍｉｎで降温しつつ、
偏光顕微鏡により混合物の相状態を観察した。

【００１５】その結果を図２及び図３に示した。図２
は、ゲル化剤(Ｇ−１)のモル分率（モル％）と温度によ
って形成される、等方性溶液領域、等方性ゲル領域、液
晶ゲル領域、結晶領域及びコレステリック相領域を示し
ている。これらの領域は、再加熱、冷却を繰り返すこと
により出現するものであり、熱可逆性である。液晶ゲル
領域での混合物は、ゲル状であり、流動性は実質上認め
られなかった。図３は、ゲル化剤(Ｇ−１)のモル分率が
３．０モル％のときのＤＳＣチャート(降温)であり、降
温下、液晶ゲル領域となる温度で僅かな発熱ピークが存
在することが示されている。

【００１６】図４には、ゲル化剤(Ｇ−１)のモル分率が
４．０モル％、温度が５０℃のときに生成している液晶
ゲルの赤外吸収スペクトルが示されており、波数３２８
５ｃｍ^-1及び１６３７ｃｍ^-1に吸収が認められる。前者
はＮ−Ｈの伸縮、後者はＣ＝Ｏの伸縮に相当する吸収で
あり、上記ゲル化剤(Ｇ−１)が分子間で会合していなけ
れば出現しない吸収である。この二つの吸収の存在によ
り、該ゲル化剤が水素結合を介して会合していることが
強く推定される。以上説明したように、本発明は液晶分
子と少量の低分子量ゲル化剤とからなる液晶ゲルという
新規素材を提供する。また本発明は、新規化合物である
ゲル化剤（Ｇ−１）を提供する。液晶ゲルの一例として
メソゲンを側鎖に有するゲル化剤、具体的にはメソゲン
を側鎖に有するジアミドシクロヘキサン誘導体と液晶分
子、具体的にはシアノビフェニル化合物とを組み合わせ
た液晶ゲルを開示した。

【００１７】実施例３ ゲル化剤(Ｇ−２)を用い、液晶分子として(Ｅ−１)のほ
かに前記式（Ｅ−２）及び(Ｅ−３)で示される液晶分子
を用いて、実施例２と同様にして三種類の混合物の相変
化挙動を観察したところ、液晶分子が(Ｅ−１)の場合は
ゲル化剤モル分率が０．８〜９モル％、温度２５〜７０
℃の範囲で、(Ｅ−２)の場合はゲル化剤モル分率が０．
４〜９モル％、温度−１５〜４０℃の範囲で、(Ｅ−３)
の場合はゲル化剤モル分率が０．８〜９モル％、温度３
２〜８０℃の範囲で、光学異方性を有する液晶ゲルが熱
可逆的に生成することが認められた。

【００１８】本発明の好ましい態様は次のとおりであ
る。 １）液晶分子とゲル化剤とからなる液晶ゲルにおいて、
ゲル化合物の分子量が２０００以下である化合物である
液晶ゲル。液晶分子とゲル化剤とからなる液晶ゲルにお
いて、ゲル化合物の分子量が１５０〜１０００の範囲に
ある化合物である液晶ゲル。 ３）液晶分子とゲル化剤とからなる液晶ゲルにおいて、
ゲル化合物中のアルキレン基の炭素数が４以上であるこ
とを特徴とする液晶ゲル。 ４）液晶分子とゲル化剤とからなる液晶ゲルにおいて、
ゲル化合物中のアルキレン基の炭素数が６〜２０である
ことを特徴とする液晶ゲル。液晶分子とゲル化剤とから
なる液晶ゲルにおいて、ゲル化剤の量が液晶分とゲル化
剤の総和に対して０．０１〜２０モル％であることを特
徴とする液晶ゲル。 ６）液晶分子とゲル化剤とからなる液晶ゲルにおいて、
ゲル化剤の量が液晶分子とゲル化剤の総和に対して０．
１〜１０モル％であることを特徴とする液晶ゲル。 ７）液晶分子とゲル化剤とからなる液晶ゲルにおいて、
ゲル化剤がメソゲンを側鎖に有する化合物である液晶ゲ
ル。液晶分子とゲル化剤とからなる液晶ゲルにおいて、
ゲル化剤がキラル構造を有する化合物である液晶ゲル。

【００１９】

【発明の効果】本発明の液晶ゲルは、本来流動性を有す
る液状の液晶分子を主成分とし、実質上その流動性が消
失しており、しかも光学的に異方性である。

【図面の簡単な説明】

【図１】ゲル化剤(Ｇ−１)の合成経路を示す図である。

【図２】液晶(Ｅ−１)とゲル化剤(Ｇ−１)からなる液晶
ゲルにおける、ゲル化剤(Ｇ−１)のモル分率（％）と温
度によって形成される、等方性溶液領域、等方性ゲル領
域、液晶ゲル領域、結晶領域及びコレステリック相領域
を示すグラフである。

【図３】液晶(Ｅ−１)、ゲル化剤(Ｇ−１)(モル分率が
３．０モル％)からなる液晶ゲルのＤＳＣチャート（降
温）である。

【図４】液晶(Ｅ−１)、ゲル化剤(Ｇ−１)(モル分率が
４．０モル％)、温度が５０℃のときの液晶ゲルの赤外
吸収スペクトルである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液晶分子とゲル化剤とからなることを特
   徴とする液晶ゲル。
2. 【請求項２】 ゲル化剤が分子間水素結合が可能な基お
   よびアルキレン基を１分子中にそれぞれ２個以上有する
   化合物であることを特徴とする請求項１に記載の液晶ゲ
   ル。