JPH0411695A - 電気粘性流体 - Google Patents

電気粘性流体

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JPH0411695A
JPH0411695A JP11538890A JP11538890A JPH0411695A JP H0411695 A JPH0411695 A JP H0411695A JP 11538890 A JP11538890 A JP 11538890A JP 11538890 A JP11538890 A JP 11538890A JP H0411695 A JPH0411695 A JP H0411695A
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格二 村上
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信一 倉本
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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、電場を印加することにより同化又は粘度の増
加を示す液体に関し、詳しくは、粒子とその粒子を懸濁
又は分散させる電気絶縁性液体とからなるウィンズロ−
効果を有する電気粘性流体に関する。
〔従来技術〕
特定の電気絶縁性液体中に特定の固体粒子を分散又は懸
濁させた液体に外部から電界を印加すると、液体の粘度
が著しく増大したり固化したりする現象が観察されるが
、この現象はウィンズロ−(Winslow)効果とし
て知られている。
そして、このような特性を示す流体は、クラッチ、ダン
パー、油圧制御機器、振動素子等への応用が提案され、
また、着色剤を添加することにより、画像を形成するた
めのプリンターのインクとしての応用も提案されている
かかる現象を示す流体(電気粘性流体)として、U S
 P 24]7850号には、デンプン、小麦粉、石膏
、カーボン、石灰等の親水性粉体を、鉱油、オリーブ油
、トランス油等の絶縁性油に懸濁させた流体が開示され
ている。このような流体に電界を印加したとしても、得
られる剪断応力は小さく、実用には耐えないものであっ
た。特公昭52−30273号公報には、粒子としてイ
オン交換樹脂を用いる電気粘性流体が開示されている。
特定のイオン交換樹脂を用いることにより、大きな剪断
、応力は得られるものの、電界を印加した時に流れる電
流密度が高すぎて、電源装置上の制約から、充分な剪断
応力が得られる程度の高電圧を印加することが実用上で
きなかったり、大型の高圧電源を用いたりしなければな
らないという欠点があった。
ウィンズロ−効果を示す電気粘性流体に界面活性剤を用
いた例としては、  J、 Appl、 Phys。
3g、 (1) 67 (1967)に粒子としてシリ
カゲルを用いた系に界面活性剤を添加したものが開示さ
れているが、界面活性剤の添加の目的、界面活性剤の構
造、添加量については何ら触れられてはいない。また、
シリカゲルの含水量についてもなんの記述も見られない
が、J、Appl、 Phys、20、1137. (
1949)に記述されているように、従来はシリカゲル
等の粒子はある程度の水分を含むことが好ましいとされ
ていた。このような電気粘性流体は前記した電気粘性流
体と同様に電界印加時に流れる電流が大きくなりすぎる
傾向がみられる。また、シリカゲルを粒子として用いる
と粒子の懸濁安定性を保つのが困難であるという欠点も
あった。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明は前述のような問題点を解消し、電界を印加した
ときに得られる剪断応力が大きく、かつ流れる電流密度
の小さな電気粘性流体を得ることにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明の電気粘性流体は、(A)(イ)界面活性剤を含
有するが、はとんど水分を含有せず、(ロ)解離性の官
能基を有し、かつ、(ハ)粒径が0.1〜100μmで
ある粒子が、(B)電気絶縁性の液体中に分散又は懸濁
していることを特徴とするものである。
以下に本発明を更に詳細に説明する。
本発明における解離性の官能基を有する粒子は、分子中
に一〇〇〇M、−8o3M、−〇M。
−3M、−(R1,R2,R,)NX、−(R1゜R2
,R,)PX (ここにおいてMは水素、またはナトリ
ウム、カリウム、リチウムなどのアルカリ金属類、アン
モニウム、ホスホニウム類であり、R1,R2,R3は
それぞれ水素または、置換基を有することができるアル
キル基であり、Xはハロゲンなどの陰イオンとなりうる
元素または官能基を示す。)などの官能基を有する粒子
である。これらの粒子の代表的な例としては、スチレン
とジビニルベンゼンとを共重合させたものに前記の官能
基を導入したイオン交換樹脂、アクリル酸とN、N−メ
チレンビスアクリルアミドとの共重合体等のアクリル酸
を含む重合体、カルボキシメチルセルロース、セルロー
ス粒子を反応染料で染着せしめたものなどのセルロース
に前記の解離性の官能基を導入したもの、アクリルアミ
ドとエチレングリコールジメタクリレートとの共重合体
などのアクリルアミド共重合体、酸性染料、直接染料、
塩基性染料等の塊状集合体等が挙げられる。これらの粒
子は必ずしも粒子全体が上記のような解離性の官能基を
有する化合物で構成されている必要は無く、例えば、ポ
リエチレン、スチレンとジビニルベンゼンとを共重合さ
せた化合物等で構成される粒子の表面近傍に上記の解離
性官能基を有する化合物がコートされたような粒子も好
ましく用いることができる。
本発明に用いる粒子はほとんど水分を含有しない粒子で
ある。より具体的には、粒子中の水分が5重量パーセン
ト以下、より好ましくは1重量パーセント以下の粒子を
用いる。水分を除去した粒子は、上記の粒子を合成、精
製した後、加熱乾燥、真空乾燥、乾燥気流中への放置、
凍結真空乾燥等の方法により得ることができる。
前記のような粒子に水分を含有させることにより剪断応
力の大きな電気粘性流体を得ることはできるが、そのよ
うな粒子を用いると電流密度が高くなってしまう。
本発明に用いる前記の粒子の粒径は0.1〜100μ肩
が好ましく、0.1μm以下あるいは100μm以上の
粒径では充分な電場による粘度の上昇が得られない。
本発明に用いられる界面活性剤としては、アニオン系、
カチオン系、ノニオン系の界面活性剤のいずれでも良い
が、電場を印加したときに流れる電流を少なくするため
に最も好ましいのはノニオン系の界面活性剤である。ま
た、充分に大きな剪断応力を得るためには常温において
、液体状のものを用いるのが好ましい。
本発明に用いられる界面活性剤の具体的な例として、ポ
リオキシエチレンアルキルエーテル類、ポリオキシエチ
レンアルキルフェニルエーテル類、ポリオキシエチレン
アルキルエステル類、ポリオキシエチレンアルキルソル
ビタンエステル類、ポリオキシエチレンアルキルアミン
類、グリセリン脂肪酸エステル類、デカグリセリン脂肪
酸エステル類、ポリグリセリン脂肪酸エステル類、ソル
ビタン脂肪酸エステル類、プロピレングリコール脂肪酸
エステル類、ポリオキシエチレングリコール脂肪酸エス
テル類、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンアル
キルエーテル類、ポリオキシエチレンポリオキシプロピ
レンブロックポリマー類、パーフルオロアルキルリン酸
エステル類、パーフルオロアルキルベタイン類等を挙げ
ることができる。これらのノニオン系の界面活性剤の中
でも特に酸化エチレン基(ポリオキシエチレン基)を有
する化合物を用いるのが、より大きな剪断応力を得るの
に好ましい。好ましい剪断応力を得るためには、粒子や
界面活性剤の種類に応じて、酸化エチレン基の長さ、ア
ルキル基の長さが適当な範囲の化合物を選択する。
次に本発明に用いられる電気絶縁性の液体としては、従
来、ウィンズロ−効果を示す電気粘性流体に用いられて
きた液体がそのまま用いられる。そのような液体の例と
しては、フタル酸ジオクチル、フタル酸ジデシル、フタ
ル酸ジブチル、フタル酸ジエチル、フタル酸ジノニル、
フタル酸ジイソノニル、フタル酸ジ−2エチルヘキシル
、フタル酸ジトリデシル、フタル酸ブチルベンジル、ト
リメリット酸トリオクチル、トリメリット酸トリデシル
等の芳香族カルボン酸エステル類、セパチン酸ブチル、
オレイン酸ブチル、ステアリン酸ブチル、アジピン酸ジ
ブチル、エチレングリコール酸ブチルフタリル、エチレ
ングリコール酸メチルフタリル、ブチルグリコール酸メ
チルフタリル、モノアセチン、ジアセチン、トリアセチ
ン、植物油などの脂肪族カルボン酸エステル類、変性又
は未変性のポリメチルシロキサン等のシリコーン油類、
ドデカン、2,2.3−トリメチルペンタン、ヘキサデ
カン、リグロイン、精製された灯油類等の脂肪族炭化水
素類、アルキルナフタレン、水素化トリフェニル、ジフ
ェニルメタン、モノエチルジフェニル、トリエチルジフ
ェニル、ジエチルジフェニル、ジフェニル、ターフェニ
ル、1゜4−ジフェニルベンゼン、フェニルキシリルエ
タン、トルエン、キシレン等のアルキル置換の芳香族炭
化水素類、アルキル置換のビフェニル類、トリクロロエ
チレン、テトラクロロエチレン、ブロモナフタレン等の
ハロゲン置換の、脂肪族、芳香族炭化水素類、アニソー
ル、フェネトール、メトキシトルエン、ジフェニルエー
テル、ベラロール等のエーテル類、ホスファゼン類等を
挙げることができる。
本発明の必須成分は、前述の(イ)、(ロ)及び(ハ)
の要件を備えた粒子(A)および電気#@縁性液体(B
)である。これらの各成分は単独の化合物で形成されて
いても良いが、目的により数種の化合物を混合して用い
ることもできる。
また、目的に応じて種々の添加物を加えることができる
。例えば、流体の粘度を調整するためにゲル化剤を加え
たり、流体の安定性を高めるために酸化防止剤を添加し
たりすることができる。本発明による電気粘性流体を画
像記録のためのインクとして用いる時には、染料などの
着色剤を添加することもできる。
電気粘性効果のメカニズムはいまだに完全に解明されて
はいないが、解離性官能基を有する粒子を用いることに
より電界を印加した時に粒子内で解離したイオンが移動
し、粒子間に静電気力が働くために電気粘性効果が発現
されるものと推定される。また粒子中の界面活性剤はこ
れらの解離基の解離を促進すると同時に水のように高い
導電率を持たないため電流密度が小さくなるものと推定
される。
〔実施例〕
以下に実施例および比較例を示す。ここでの部は重量基
準である。
実施例1 (粒子の合成) スチレン            94.8部ジビニル
ベンゼン         3.5部アルキルベンゼン
スルホン酸    1.5部過硫酸カリウム     
     0.2部を300部の純水に加えて撹拌した
後、更に撹拌を続けながら加熱を行ない架橋されたスチ
レン共重合体を得た。架橋共重合体にパラホルムアルデ
ヒドおよび塩化水素を反応させてクロルメチル化ポリス
チレンとした後、ジメチルアミンと反応させて、第三級
のアミノ基を有する共重合体粒子を得た。この共重合体
を希塩酸で洗浄した後、更に、純水で洗浄し、その懸濁
液をスプレー・ドライ法により乾燥した。得られた粉体
を50℃において30時間の真空乾燥を行ない、カウン
ター・イオンを塩素イオンとする解離性のアミノ基を有
する、実質的に水分を含有しない共重合体を得た。この
粒子の平均粒径をコールタ−・カウンターにより測定し
たところ、2.6μ勝であった。
(調合) 得られた粒子を下記の処方で調合し、撹拌、超音波洗浄
機による励振を行なうことにより電気応答性の流体を得
た。
粒子                  25.0部
テトラクロロエチレン           53.0
部精製灯油                 20.
5部この流体を同軸二重円筒型の粘度計に入れ、内外円
筒間に直流電圧を印加した状態で外側電極に回転力を与
え、内側電極と外側電極との間に滑りが生じる時のトル
クを測定し、このトルクと有効電極面積とから剪断応力
を算出した。
結果は5KV/+amの電界強度において、剪断応力は
48gf/ a#であり、電流密度は3.8 X ]0
−LlA /dであった。
この流体の沈降性を測定するために、栓付きのガラス製
試験管内に流体を入れ、室温にて三ヶ月間の放置を行っ
たが、まったく粒子の沈降はa察されなかった。
比較例1(水分含有粒子の使用) 実施例1の流体の処方において、界面活性剤を使用しな
いかわりに1.5部の水分を吸着せしめた粒子を用い、
実施例1と同様に試験を行った。結果は5KV/mの電
界強度において、剪断応力は46gf/dであり、電流
密度は1,2X10−’A/dであった。
比較例2(解離性官能基を有しない粒子の使用)実施例
1の流体の処方において、実施例1で合成した粒子に替
えて実施例1と同様に真空乾燥した結晶セルロースの粉
末を用いて流体を得て、実施例1と同様に試験を行った
。結果は、5 KV/■の電界強度において、剪断応力
は5.7gf/dであり、電流密度は2.9 X 10
−@A / a#であり、電流密度は小さいものの、著
しく弱い剪断応力しか得られなかった。
実施例2 実施例1で合成した粒子を用いて下記処方の流体を実施
例1と同様にして得た。
実施例1で合成した粒子         20部トリ
メリット酸トリオクチル       65部フタル酸
ジデシル            14部実施例1と同
様に試験を行った。結果は、5にV/mの電界強度にお
いて、剪断応力は39gf/dであり、電流密度は2.
7 X 1O−LA / cJであった。
実施例3 (粒子の合成) 実施例1において合成したポリスチレン−ジビニルベン
ゼンの架橋共重合体に発煙硫酸を作用させてスルホン化
を行い、水酸化ナトリウムの水溶液で洗浄することによ
りナトリウムをカウンター・イオンとしたスルホン基を
含有する重合体を得た。この重合体を100℃で真空乾
燥することにより、実質的に水分を含まない粒子を得た
。この粒子の平均粒径をコールタ−・カウンターにより
測定したところ、5.2μmであった。
(調合) 得られた粒子を下記の処方で調合し、撹拌、超音波洗浄
機による励振を行なうことにより電気応答性の流体を得
た。
粒子                  20.0部
シリコーン・オイル(20cst)        7
7.0部実施例1と同様に試験を行った。結果は、5K
V/mの電界強度において、剪断応力は35gf/dで
あり、電流密度はs、s x 1o−” A / al
であった。
比較例3 (水分含有粒子の使用) 実施例3の流体の処方において、界面活性剤のかわりに
界面活性剤と同量の水分を吸着せしめた粒子を用い、実
施例3と同様に試験を行った。5KV/mの電界強度に
おいては、絶縁破壊を生じ、異常な電流が流れてしまい
、剪断応力の測定は不可能であった。
比較例4(解離性官能基を有しない粒子の使用)実施例
3の流体の処方において、実施例3で合成した粒子に替
えて実施例3と同様に真空乾燥したシリカゲルの粉末を
用いて流体を得て、実施例1と同様に試験を行った。結
果は、5KV/llN11の電界強度において、剪断応
力は8.4gf/dであり、電流密度は5.6 X 1
O−1lA / cJであり、電流密度は小さいものの
、著しく弱い剪断応力しか得られなかった。
実施例4 実施例3で合成した粒子を用いて下記処方の流体を実施
例1と同様にして得た。
実施例3で合成した粒子          20.0
部ジエチルジフェニル            32.
0部水素化トリフェニル            46
.9部実施例1と同様に試験を行った。結果は、5KV
/mmの電界強度において、剪断応力は37gf/dで
あり、電流密度は6.8 X 10−” A / ad
であった。
実施例5 (粒子の合成) メタクリル酸ナトリウム塩        100部N
、N’ −メチレンビスアクリルアミド   4部過硫
酸アンモニウム           0.2部精製水
の溶液を調合した(溶液A)。   1200部ヘキサ
ン                100部溶液A 
                70部溶液B   
                50部とを混合し、
スターラーで撹拌し、さらに激しく撹拌を続けながら8
時間反応させた。得られた生成物を水洗し遠心分離器で
水分を除去した後、120℃の流動気流中で乾燥し、さ
らに50℃において真空乾燥を行い、実質的に水分を含
有しないナトリウムをカウンター・イオンとするカルボ
ン酸基を有する重合体の粒子を得た。この粒子の平均粒
径をコールタ−・カウンターにより測定したところ、1
5.3μmであった。
(調合) 得られた粒子を下記の処方で調合し、撹拌。
超音波洗浄機による励振を行なうことにより電気応答性
の流体を得た。
粒子                   25.0
部テトラクロロエチレン           55.
5部精製灯油                 17
.5部実施例1と同様に試験を行った。結果は、5KV
/閣の電界強度において、剪断応力は32gf/dであ
り、電流密度は1.5X10−@A/a#であった。
実施例1と同様にこの流体の沈降性を測定するために、
栓付きのガラス製試験管内に流体を入れ、室温にて三か
月間の放置を行ったが、まったく粒子の沈降は観察され
なかった。
〔発明の効果〕
本発明の電気粘性流体により、大きな剪断応力を得るこ
とができるとともに、電気密度を著しく低く抑えること
ができた。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、(A)(イ)界面活性剤を含有するがほとんど水分
    を含有せず、(ロ)解離性の官能基を有し、かつ、(ハ
    )粒径が0.1〜100μmである粒子が、(B)電気
    絶縁性の液体中に分 散又は懸濁していることを特徴とする電気 粘性流体。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8421238B2 (en) 2009-03-27 2013-04-16 Panasonic Corporation Stacked semiconductor device with through via

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