JPH06279018A - 複合粉体並びに該粉体を分散相とする電気粘性流体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、電気粘性流体における分散相固体粒
子、高分子化合物への電気特性付与やゴム弾性改良のた
めの充填剤、触媒、耐熱材料、電極材料等の導電材、フ
ァインセラミックス粉体合成のための前駆体としての用
途が期待されるカーボン／層状粘土鉱物複合粉体、並び
に該粉体を分散相とする電気粘性流体に関するものであ
る。 【構成】本発明のカーボン／層状粘土鉱物複合粉体は、
層状粘土鉱物の粉体粒子の層間にカーボンを２〜２０重
量％含有していることを特徴とする。また本発明の電気
粘性流体は、上記の層状粘土鉱物の粉体粒子の層間にカ
ーボンを２〜２０重量％含有しており且つ平均粒径０．
０１〜１００ミクロンのカーボン／層状粘土鉱物複合粉
体１〜６０重量％よりなる分散相と、室温における粘度
０．６５〜１０００センチストークス（ｃＳｔ）の電気
絶縁油４０〜９９重量％よりなる液相とから構成されて
いることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電気粘性流体における
分散相固体粒子、高分子化合物への電気特性付与やゴム
弾性改良のための充填剤、触媒、耐熱材料、電極材料等
の導電材、ファインセラミックス粉体合成のための前駆
体等としての用途が期待されるカーボン／層状粘土鉱物
複合粉体、並びに該粉体を分散相とする電気粘性流体に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】本発明のカーボン／層状粘土鉱物複合粉
体の代表的な用途である電気粘性流体について先ず説明
する。電気粘性流体は疎水性で非導電性の油の中に微細
に分割した親水性の固体が分散している懸濁液で、十分
に強い電場の作用の下で極めて速やかにしかも可逆的に
流体の粘度が増加し、プラスチックまたは固体の状態と
なるものである。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、少ない電力によって強力な力を与え
るので、例えばクラッチ、水圧弁、ショックアブソーバ
ー、バイブレーター、防振ゴム、或はワークピースを正
常な位置に保持するシステムを制御するための電気−機
械のインターフェイス等における構成要素として使用す
ることができる。

【０００３】従来、電気粘性流体の構成要素の一つであ
る分散相固体粒子としては、表面から水を吸収させ微細
化させたセルロース、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等を、また他の構成要
素である液相としてはセバシン酸ブチル、トランス油、
塩化パラフィン、シリコーン油等を使用したものが知ら
れているが、実用性に乏しく、実用価値のある極めて高
性能かつ安定性の高い電気粘性流体はいまだに存在しな
い。

【０００４】実用的な電気粘性流体に要求される特性
は、大きな電気粘性効果を示し、電場がかかった時の消
費電力が少なく、かつ電場の印加および除去に瞬時に応
答することである。しかしながら前記のような、電気粘
性効果の発現のために水を吸収させた分散相では水分量
の増加に従って粒子間を流れる電流も同時に増えてしま
うため電力消費の点で大きな問題があった。特にこの傾
向は高温になるにつれて強まり、従来の分散相を用いた
電気粘性流体の使用温度の上限は７０〜８０℃程度で、
それ以上の高温で使用すると電流が過剰に流れてしまい
消費電力が非常に高くなると共に電気粘性効果の発現力
や応答性の低下等が時間とともに起こり、自動車のエン
ジンルーム等、高温環境下で使用する構成要素への応用
は不可能であった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、高温で高い
電気粘性効果を示し且つ電力消費が少ない電気粘性流体
を得るための分散相固体粒子として優れた特性を示すほ
か、高分子化合物への電気特性付与やゴム弾性改良のた
めの充填剤、触媒、耐熱材料、電極材料等の導電材、フ
ァインセラミックス粉体合成のための前駆体等としての
用途が期待されるカーボン／層状粘土鉱物複合粉体並び
に該粉体の特性を利用する電気粘性流体を提供すること
を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明のカーボン／層状
粘土鉱物複合粉体は、層状粘土鉱物の粉体粒子の層間に
カーボンを２〜２０重量％含有していることを特徴とす
る。電気粘性流体の分散相として使用する場合、カーボ
ン／層状粘土鉱物複合粉体中のカーボン含有量が２重量
％未満の場合には満足すべき電気粘性効果が得られな
い。また高分子化合物への電気特性付与やゴム弾性改良
のための充填剤、触媒、耐熱材料、電極材料等の導電
材、ファインセラミックス粉体合成のための前駆体とし
ての用途に用いる場合もカーボン含有に伴う特性の変化
が期待できない。一方層状粘土鉱物複合粉体の層間に２
０重量％を越えるカーボンを含有させることは困難であ
る。

【０００７】また本発明の電気粘性流体は、層状粘土鉱
物の粉体粒子の層間にカーボンを２〜２０重量％含有し
ており且つ平均粒径０．０１〜１００ミクロンのカーボ
ン／層状粘土鉱物複合粉体１〜６０重量％よりなる分散
相と、室温における粘度０．６５〜１０００センチスト
ークス（ｃＳｔ）の電気絶縁油４０〜９９重量％よりな
る液相とから構成されていることを特徴とする。

【０００８】上記のようなカーボン／層状粘土鉱物複合
粉体は、層状粘土鉱物の粉体粒子の層間に高分子量の有
機化合物を存在させた後、不活性ガス雰囲気下４００℃
以上６００℃未満の温度で熱処理して該高分子量の有機
化合物を炭化することにより得られる。さらに、層間に
高分子量の有機化合物が存在する層状粘土鉱物の粉体粒
子を不活性ガス雰囲気下４００℃以上６００℃未満の温
度で熱処理する前に、酸化雰囲気中１５０℃〜２５０℃
の温度で予備熱処理することによって炭化後の残炭量を
増大することができる。電気粘性流体用における分散相
固体粒子として使用する場合、以上の条件のうち最も重
要なのは、熱処理して炭化する温度を４００℃以上、６
００℃未満とすることである。この条件下で得られた層
間にカーボンを２〜２０重量％含有する層状粘土鉱物複
合粉体を分散相とする電気粘性流体の消費電力は小さく
なり、経済的効果が著しく大きくなる。

【０００９】カーボン／層状粘土鉱物複合粉体を製造す
る際の原料に用いる層状粘土鉱物としては、カオリナイ
ト、ディッカイト、ナクライト、ハロイサイト、アンチ
ゴライト、クリソタイル、パイロフイライト、スクメタ
イト（スクメタイトは同型置換により、さらにモンモリ
ロナイト、バイデライト、ノントロナイト、サポナイ
ト、ヘクトライト、そしてソーゴナイトに分類され、さ
らにモンモリロナイトは交換性陽イオンの種類によりベ
ントナイト、酸性白土に分類される）、白雲母、マーガ
ライト、タルク、バーミキュライト、金雲母、ザンソフ
ィライト、等が挙げられ、大きな有機化合物包接能（第
四級アンモニウム塩およびアクリロニトリルをインター
カレートし易い）と安価の点でスクメタイト中のモンモ
リロナイトが好ましい。さらに、天然のモンモリロナイ
トに含まれるといわれているクリストバライトは少ない
方がより好ましく、層状構造の結晶は大きい方が良い。

【００１０】カーボン／層状粘土鉱物複合粉体粒子中の
カーボンは層状粘土鉱物の粉体粒子の層間に存在させた
高分子量の有機化合物を炭化して得られるが、この高分
子量の有機化合物としては残炭率が大きいものが好まし
く、具体的には極限酸素指数（ＬＯＩ）が１８以上の有
機化合物が良い。

【００１１】ここでＬＯＩについて簡単に説明する。Ｌ
ＯＩとは、材料が燃焼を持続するのに必要な酸素と窒素
の混合気体中の容量パーセントで表される最低酸素濃度
（［Ｏ₂ ］／〔［Ｏ₂ ］＋［Ｎ₂ ］〕×１００）のこと
であり、この値が大きい程その材料は燃焼し難くなるこ
とを意味する。有機化合物の中には不活性ガス下の高温
度で熱処理すると炭化物を生成する化合物がある。炭化
物を生成する有機化合物の熱処理を不活性ガス中で行う
と一般に５００℃まで重量減少が大きく、６００℃以降
は徐々に重量減少は小さくなってゆく。８００℃以上に
おいても極く僅かの重量減少が認められるが、６００℃
までの変化に比べると小さい。故に不活性ガス下８５０
℃の熱処理における炭化物の生成する割合を残炭率（Ｃ
Ｒ）と定義する。Van Krevenはこの残炭率（ＣＲ）と極
限酸素指数（ＬＯＩ）とを次式のように関係づけてい
る。（ポリマーの難燃化、西沢仁著、大成社刊） ＬＯＩ（ｖｏｌ％）＝１７．５＋０．４×ＣＲ（ｗｔ
％） 上式によると、ＬＯＩが１７．５以上の化合物であれ
ば、不活性ガス下で熱処理したときに炭化物を生成する
ことが知られている。

【００１２】不活性ガス下の熱処理により炭化物を生成
する高分子量の有機化合物中でも、ＬＯＩが１８以上の
有機化合物が好ましく、その例を挙げれば、セルロー
ス、デンプン等の天然高分子、ポリウレタン、メタクリ
ル樹脂、ポリスチレン、ナイロン、ポリプロピレン、ポ
リアクリロニトリル、ポリ塩化ビニル、フッ素樹脂、ポ
リエステル、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン
樹脂、ユリア樹脂、フラン樹脂等の合成高分子、オリゴ
マー、或はタール、ピッチ等の芳香族多環式化合物、さ
らにデキストリン等を挙げることができ、中でも特に好
ましいのはポリアクリロニトリルである。

【００１３】層状粘土鉱物の粉体粒子の層間に上記のよ
うな高分子量の有機化合物を存在させる手段の一つは、
重合性有機モノマー液中に前記粉体粒子を浸漬して粉体
粒子の層間に該モノマーを含浸させた後、モノマーを重
合させる方法である。他の手段としては、オリゴマーや
芳香族多環式化合物などの液中に前記粉体粒子を浸漬し
て含浸する方法がある。

【００１４】さらに、前記重合性有機モノマー、或はオ
リゴマー等を層状粘土鉱物の粉体粒子の層間に含浸させ
る際には、層状粘土鉱物の層間が広い方が含浸され易
く、そのため先ず該粉体粒子を第四級アンモニウム塩や
シクロデキストリン等で処理して粉体粒子の層間に第四
級アンモニウム塩やシクロデキストリン等を挿入して粉
体粒子の層間を予め拡大しておいた方が良い。作業性の
点で、シクロデキストリンよりも第四級アンモニウム塩
の方が好ましい。

【００１５】層状粘土鉱物の層間を拡大するための第四
級アンモニウム塩としては、アルキルトリメチルアンモ
ニウムクロライド、アルキルトリメチルアンモニウムブ
ロマイド、アルキルベンジルジメチルアンモニウムクロ
ライド、アルキルベンジルジメチルアンモニウムブロマ
イド、ジアルキルジメチルアンモニウムクロライド、ジ
アルキルジメチルアンモニウムブロマイド等のアルキル
第四級アンモニウム塩（アルキル基の炭素数１０〜１
８）が挙げられ、層状粘土鉱物の層間をより大きく拡大
するという点でアルキル基の炭素数は大きい方が好まし
く、また安価の点でハロゲンイオンとしては塩素イオン
の方が好ましい。代表的なものとしてはセシルトリメチ
ルアンモニウムクロライド（アルキル基の炭素数１
６）、ステアリルトリメチルアンモニウムクロライド
（アルキル基の炭素数１８）、テトラデシルベンジルジ
メチルアンモニウムクロライド（アルキル基の炭素数１
４）、ステアリルベンジルジメチルアンモニウムクロラ
イド（アルキル基の炭素数１８）、ジステアリルジメチ
ルアンモニウムクロライド（アルキル基の炭素数１８）
があるが、それらに限られるものではない。

【００１６】カーボン／層状粘土鉱物複合粉体が電気粘
性流体の分散相として適している理由は、層間のカーボ
ンを電極、層状粘土鉱物を絶縁層と仮定するとコンデン
サーが直列に配列した構造とみなすことができ、高誘電
率の粉体、そしてそれを分散相とする高電気粘性効果の
電気粘性流体が期待できるところにある。したがって層
間のカーボンはある程度の導電性を持たなければなら
ず、層状粘土鉱物の層間で高分子量の有機化合物を炭化
した後層間には縮合環構造ができなければならない。

【００１７】上記のような縮合環形成の手段としては、
層状粘土鉱物の層間に存在する高分子量の有機化合物を
炭化前に酸化雰囲気中１５０〜２５０℃の温度で予備熱
処理することによって酸素架橋させ、ある程度の縮合環
を形成しておく方法が良い。これは、例えばポリアクリ
ロニトリル（ＰＡＮ）系炭素繊維の安定化工程と同じ効
果を狙って行うものである。即ちＰＡＮ系炭素繊維の場
合、ＰＡＮ繊維を安定化工程を行わずに直接炭化工程に
持ち込むと閉環や脱水素などの発熱反応が急激に生じて
繊維が燃焼する。そこで安定化工程でＰＡＮ繊維を２０
０℃〜３００℃の温度で酸化反応による脱水素や架橋反
応を予め行わせ（ピリジン縮合環構造の生成）、繊維の
燃焼を防いでいる（炭素繊維、ｐ１０６、（株）近代編
集社）。この場合も、酸化雰囲気中での熱処理によって
層間で縮合環構造を形成させ、炭化後の複合粉体粒子の
層間のカーボンを多く残すという狙いがある。

【００１８】次に、カーボン／層状粘土鉱物複合粉体の
製造手順にそってさらに詳細に説明する。

【００１９】層状粘土鉱物の粉体粒子の層間への第四級
アンモニウム塩の挿入は、第四級アンモニウム塩の水溶
液に層状粘土鉱物を含浸するが、その際には撹拌した方
が好ましい。つまり撹拌した方が挿入効率が良くなり、
第四級アンモニウム塩が層状粘土鉱物の粉体粒子の層間
に入り易くなるため、層間がより確実に拡がる。その結
果、カーボン源である高分子量の有機化合物を層間によ
り多く存在させることができ、炭化処理後の残炭量が多
くなり、電気粘性効果の増大に結びつくからである。ま
た層状粘土鉱物の粉体粒子の層間への第四級アンモニウ
ム塩挿入時の温度は室温から１００℃の間で自由に選べ
るが、温度が低いと挿入の効率が悪くなり、温度が高す
ぎると第四級アンモニウム塩水溶液の濃度が変化するの
で、４０℃〜８０℃の範囲が好ましい。第四級アンモニ
ウム塩水溶液の濃度は第四級アンモニウム塩が水に溶解
しさえすれば自由に選択できる。挿入を十分に行った
後、水及びハロゲンイオン（第四級アンモニウム塩構成
要素）を除去するために、洗浄、乾燥を行う必要があ
る。

【００２０】粉体粒子層間へのＬＯＩが１８以上の高分
子量有機化合物を生成するモノマーの含浸、或はオリゴ
マーの含浸は、気相から含浸しても良いが、作業性及び
安全性の点で、層状粘土鉱物粉体又は層間に第四級アン
モニウム塩を挿入した層状粘土鉱物粉体をモノマー或は
オリゴマー液中に浸漬する方法が好ましい。含浸温度は
室温で行うことが好ましく、また含浸を十分に行う必要
がある。含浸の際には撹拌した方が好ましい。これは撹
拌した方がモノマー、或はオリゴマーの含浸効率が良く
なり、炭化処理後の残炭量が多くなるからである。

【００２１】粉体粒子の層間に含浸されたモノマーの重
合は、通常の方法なら何でも選択できるが、作業性及び
安全性の点で熱重合が好ましい。

【００２２】粉体粒子の層間に含浸されたモノマーを重
合するとか、層間にオリゴマー等を含浸させるとかして
層間に高分子量の有機化合物を存在させた後、層間に含
浸されず粒子外部に付着したモノマーの重合物、或はオ
リゴマー等は、洗浄・乾燥して除去する。洗浄にはモノ
マーの重合物、或はオリゴマー等を溶解する溶剤を用い
る。乾燥処理の温度は室温が好ましい。高温で乾燥する
と粉体粒子の層間に存在している高分子量の有機化合物
までも揮発する可能性があり、結果として炭化した後の
残炭量の低下、そして得られた複合粉体を分散相とする
電気粘性流体の電気粘性効果の低下につながるからであ
る。

【００２３】酸化雰囲気中での予備熱処理については、
酸化雰囲気はＣＯやＣＯ₂ でも良いが、空気の方が作業
性の点で好ましい。熱処理温度は１５０℃〜２５０℃、
好ましくは１８０℃〜２２０℃である。熱処理時間は５
時間〜５０時間であり、好ましくは１０時間〜３０時間
である。熱処理時間が短いと十分な縮合環の生成が出来
なくて炭化後の複合粉体中の炭素が少なくなってしまう
し、熱処理時間が長すぎると縮合環の連続性が増す（環
数が大きくなる）ため複合粉体の導電性が増大し、結果
として電気粘性流体の消費電力が大きくなってしまう。

【００２４】最後の熱処理は層間に炭素を生成する工程
である。熱処理温度の設定は最も重要な点であり、４０
０℃以上、６００℃未満、好ましくは４５０℃以上、５
５０℃以下とする。これが低い（４００℃未満）と炭素
の生成が不十分となり、層間にカーボンを２重量％以上
含有させることが困難である。本発明の複合粉体を分散
相として用いた電気粘性流体の電気粘性効果を向上する
ためには、複合粉体中のカーボン量を増大させることが
重要である。一方熱処理温度が６００℃以上であると、
複合粉体の導電性が非常に増大し結果として電気粘性流
体の消費電力が大きくなり、更に７００℃を越えると粉
体の層状構造の分解が起きてしまう。

【００２５】高分子量の有機化合物を炭化するための熱
処理の雰囲気は不活性ガスであり、好ましくは窒素ガス
またはアルゴンガスである。昇温速度は１〜１０℃/min
が好適である。昇温速度が速いと（１０℃/minを越える
と）縮合環構造の形成が不十分となり、複合粉体を分散
相とする電気粘性流体の電気粘性効果が小さくなってし
まい、昇温速度が遅いと（１℃/min未満）作業性が悪く
なる。また昇温は均一昇温速度の一段階昇温でも良い
し、場合によっては昇温速度を変えた複数段階昇温でも
良い。前記炭化温度での保持時間は０．１〜１０時間で
あり、これが短いと（０．１時間未満）縮合環構造の形
成が不十分となり複合粉体を分散相とする電気粘性流体
の電気粘性効果が小さくなり、保持時間が長いと（１０
時間を越えると）作業性が悪くなる。冷却速度は自由に
選択でき、自然放冷でも良い。

【００２６】このようにして得られたカーボン／層状粘
土鉱物複合粉体は水分によらない粒子自身の分極作用を
示すため、該複合粉体を分散相とすることによって高温
で消費電力が少なく、且つ電気粘性効果を長時間維持で
きる電気粘性流体を得ることができる。

【００２７】電気粘性液体の分散相として適当な該カー
ボン／層状粘土鉱物複合粉体の平均粒径は０．０１〜１
００ミクロン、好ましくは０．３〜１５ミクロンの範囲
である。０．０１ミクロン未満では電場のない状態で初
期粘度が著しく大きくなって電気粘性効果による粘度変
化が小さく、また１００ミクロンを越えると電気粘性流
体の分散相としての十分な安定性が得られない。

【００２８】電気粘性液体の液相を構成する電気絶縁油
としては炭化水素油、エステル油、芳香族系油、シリコ
ーン油やホスファゼン油などを例示することが出来る。
これらは単独で用いることができ、また二種以上を併用
することもできる。これらの電気絶縁油のなかでもポリ
ジメチルシロキサンやポリメチルフェニルシロキサンな
どのシリコーン油は、ゴム状の弾性を有する材料と直接
接触する状態でも使用できるという点で優れているし、
またホスファゼン油は比重が比較的大きいため分散相の
沈降防止性の点で優れている。

【００２９】電気絶縁油の粘度としては室温において
０．６５〜１０００センチストークス（ｃＳｔ）、好ま
しくは１０〜５０ｃＳｔの粘度を有するものを用いる。
液相の粘度が低すぎると揮発分が多くなり電気粘性効果
による粘度変化が小さくなる。また適度に低粘度の電気
絶縁油を液相とすることによって分散相を効率良く懸濁
させることができる。

【００３０】電気粘性流体を構成する分散相と液相の割
合は、前記カーボン／層状粘土鉱物複合粉体から成る分
散相の含有量が１〜６０重量％、好ましくは２０〜５０
重量％であり、電気絶縁油からなる液相の含有量が４０
〜９９重量％、好ましくは５０〜８０重量％である。分
散相の量が１重量％未満では電気粘性効果が小さく、６
０重量％を越えると電場がない時の初期粘度が著しく大
きくなり、好ましくない。

【００３１】また、電気粘性流体には本発明の効果を損
なわない範囲で他の分散相や界面活性剤、分散剤、無機
塩などの添加剤を配合することもできる。

【００３２】以下、実施例により、本発明をさらに詳細
に説明する。

【００３３】

【実施例１】平均粒径３．２６ミクロン（レーザ回折式
粒度分布計により測定）のモンモリロナイト系の層状粘
土鉱物粉体（水澤化学工業（株）製 Benclay MK-101、
１１０℃乾燥基準組成：ＳｉＯ₂ ：７３．２１ｗｔ％、
Ａｉ₂ Ｏ₃ ：１２．４５ｗｔ％、Ｆｅ₂ Ｏ₃ ：２．９４
Ｗｔ％、ＣａＯ：１．３７ｗｔ％、ＭｇＯ：２．２５ｗ
ｔ％、Ｎａ₂ Ｏ：１．８２ｗｔ％、Ｋ₂ Ｏ：０．２６ｗ
ｔ％、Ｘ線回折測定による００１面間隔：１．１９ナノ
メーター）７０ｇを第四級アンモニウム塩であるセシル
トリメチルアンモニウムクロライド（東京化成工業
（株）製）の０．０５モル／リッター水溶液１．５リッ
ターに加え５０℃で１００時間撹拌した後、瀘過、洗
浄、乾燥して第四級アンモニウム塩が層状粘土鉱物の層
間に挿入された粉体を得た。この粉体の００１面間隔を
Ｘ線回折計にて測定したところ１．９１ナノメーターに
拡大していた。更にこの粉体をアクリロニトリル（関東
化学工業（株）製）５００ミリリッターに浸漬し室温で
１００時間撹拌することによって層間にアクリロニトリ
ルを含浸させた。その後５０℃で３０時間加熱処理して
層状粘土鉱物層間のアクリロニトリルを重合させポリア
クリロニトリルとした。次いで粉体を瀘過、アセトン洗
浄後、室温にて６時間真空乾燥して第四級アンモニウム
塩とポリアクリロニトリルが層状粘土鉱物の層間に存在
する粉体を得た。この粉体を空気中２００℃で３０時間
予備熱処理した後アルゴンガス雰囲気中５００℃で１時
間（昇温速度５℃／分）熱処理しポリアクリロニトリル
を炭化することによってカーボン／層状粘土鉱物複合粉
体を得た。この粉体の平均粒径は９．６ミクロン（レー
ザ回折式粒度分布計により測定）、００１面間隔は１．
３１ナノメーター、炭素量含有は５．３重量％であっ
た。この複合粉体３４．５重量％を液相成分である２５
℃における粘度１０ｃＳｔのシリコーン油（東芝シリコ
ーン（株）製TSF-451-10）６５．５重量％に良く分散し
懸濁液として電気粘性流体を得た。

【００３４】

【実施例２】実施例１と同様の層状粘土鉱物粉体７０ｇ
を第四級アンモニウム塩であるベンジルジメチルテトラ
デシルアンモニウムクロライド（東京化成工業（株）
製）の０．０５モル／リッター水溶液１．５リッターに
加え５０℃で１００時間撹拌した後、瀘過、洗浄、乾燥
して第四級アンモニウム塩が層状粘土鉱物の層間に挿入
された粉体を得た。この粉体の００１面間隔をＸ線回折
計にて測定したところ、１．８２ナノメーターに拡大し
ていた。以下この粉体をアクリロニトリルへの浸漬以降
実施例１と同様の処理を行ってカーボン／層状粘土鉱物
複合粉体を得た。この粉体の平均粒径は８．２ミクロ
ン、００１面間隔は１．２８ナノメーター、炭素含有量
は３．６重量％であった。この複合粉体３４．５重量％
を、液相成分である２５℃における粘度１０ｃＳｔのシ
リコーン油（東芝シリコーン（株）製TSF-451-10）６
５．５重量％に良く分散し懸濁液として電気粘性流体を
得た。

【００３５】

【実施例３】平均粒径３．９４ミクロンのモンモリロナ
イト系の層状粘土鉱物粉体（水澤化学工業（株）製 Sil
ton LP-1、１１０℃乾燥基準組成：ＳｉＯ₂ ：７３．３
２ｗｔ％、Ａｌ₂ Ｏ₃ ：１３．１７ｗｔ％、Ｆｅ₂ Ｏ
₃ ：２．９４Ｗｔ％、ＣａＯ：１．４２ｗｔ％、Ｍｇ
Ｏ：２．１３ｗｔ％、Ｎａ₂ Ｏ：０．２７ｗｔ％、Ｋ₂
Ｏ：０．２９ｗｔ％、Ｘ線回折測定による００１面間
隔：１．５０ナノメーター）の乾式分級後の粗粉（平均
粒径４．９７ミクロン）６０ｇを、第四級アンモニウム
塩であるセシルトリメチルアンモニウムクロライド（東
京化成工業（株）製）０．０５モル／リッター水溶液
１．５リッターに加え５０℃で１００時間撹拌した後、
瀘過、洗浄、乾燥して第四級アンモニウム塩が層状粘土
鉱物の層間に挿入された粉体を得た。この粉体の００１
面間隔をＸ線回折計にて測定したところ、１．９４ナノ
メーターに拡大していた。以下この粉体をアクリロニト
リルへの浸漬以降実施例１と同様の処理を行ってカーボ
ン／層状粘土鉱物複合粉体を得た。この粉体の平均粒径
は９．４ミクロン、００１面間隔は１．２６ナノメータ
ー、炭素含有量は４．３重量％であった。この複合粉体
３４．５重量％を、液相成分である２５℃における粘度
１０ｃＳｔのシリコーン油（東芝シリコーン（株）製TS
F-451-10）６５．５重量％に良く分散し懸濁液として電
気粘性流体を得た。

【００３６】

【実施例４】実施例１と同様の層状粘土鉱物粉体の分級
粗粉６０ｇを第四級アンモニウム塩であるトリメチルス
テアリルアンモニウムクロライド（東京化成工業（株）
製）０．０５モル／リッター水溶液１．５リッターに加
え、５０℃で１００時間撹拌した後、瀘過、洗浄、乾燥
して第四級アンモニウム塩が層状粘土鉱物の層間に挿入
された粉体を得た。この粉体の００１面間隔をＸ線回折
計にて測定したところ２．０６ナノメーターに拡大して
いた。以下この粉体をアクリロニトリルへの浸漬以降実
施例１と同様の処理を行ってカーボン／層状粘土鉱物複
合粉体を得た。この粉体の平均粒径は８．３ミクロン、
００１面間隔は１．３２ナノメーター、炭素含有量は
６．０重量％であった。この複合粉体３４．５重量％
を、液相成分である２５℃における粘度１０ｃＳｔのシ
リコーン油（東芝シリコーン（株）製TSF-451-10）６
５．５重量％に良く分散し懸濁液として電気粘性流体を
得た。

【００３７】

【実施例５】実施例３と同様の層状粘土鉱物粉体の乾式
分級後の粗粉（平均粒径５．６２ミクロン）１００ｇ
を、第四級アンモニウム塩であるジステアリルジメチル
アンモニウムクロライド（東京化成工業（株）製）の
０．０２５モル／リッター水溶液１．７リッターに加え
８０℃で１００時間撹拌した後、瀘過、洗浄、乾燥して
第四級アンモニウム塩が層状粘土鉱物の層間に挿入され
た粉体を得た。この粉体の００１面間隔をＸ線回折計に
て測定したところ２．６３ナノメーターに拡大してい
た。以下この粉体をアクリロニトリルへの浸漬以降実施
例１と同様の処理を行ってカーボン／層状粘土鉱物複合
粉体を得た。この粉体の平均粒径は９．９ミクロン、０
０１面間隔は１．３１ナノメーター、炭素含有量は７．
０重量％であった。この複合粉体３４．５重量％を、液
相成分である２５℃における粘度１０ｃＳｔのシリコー
ン油（東芝シリコーン（株）製TSF-451-10）６５．５重
量％に良く分散し懸濁液として電気粘性流体を得た。

【００３８】

【実施例６】実施例５と同様であるが、最後の炭化処理
の温度のみ４５０℃に低下してカーボン／層状粘度鉱物
複合粉体を得た。この粉体の平均粒径は６．８ミクロ
ン、００１面間隔は１．３０ナノメーター、炭素含有量
は５．１重量％であった。この複合粉体３４．５重量％
を、液相成分である２５℃における粘度１０ｃＳｔのシ
リコーン油（東芝シリコーン（株）製TSF-451-10）６
５．５重量％に良く分散し懸濁液として電気粘性流体を
得た。

【００３９】次に比較として、層状粘土鉱物の層間にカ
ーボンが無いか、または少ない粉体から得られた電気粘
性流体の例を示す。

【００４０】

【比較例１】平均粒径２．５ミクロンのモンモリロナイ
ト系の層状粘土鉱物粉体（水澤化学工業（株）製 Silto
n LP-1、１１０℃乾燥基準組成：ＳｉＯ₂ ：７３．３２
ｗｔ％、Ａｌ₂ Ｏ₃ ：１３．１７ｗｔ％、Ｆｅ₂ Ｏ₃ ：
２．９４Ｗｔ％、ＣａＯ：１．４２ｗｔ％、ＭｇＯ：
２．１３ｗｔ％、Ｎａ₂ Ｏ：０．２７ｗｔ％、Ｋ₂ Ｏ：
０．２９ｗｔ％、Ｘ線回折測定による００１面間隔：
１．５０ナノメーター、水分保有量９．３ｗｔ％）３０
重量％を、液相成分である２５℃における粘度１０ｃＳ
ｔのシリコーン油（東芝シリコーン（株）製TSF-451-1
0）７０重量％に良く分散し懸濁液として電気粘性流体
を得た。

【００４１】

【比較例２】比較例１と同様の層状粘土鉱物粉体を２０
０℃で６時間真空乾燥して層間の水分を除去した。この
時、粉体の水分保有量は０．３重量％であった。この乾
燥粉体１６．７重量％を、液相成分である２５℃におけ
る粘度１０ｃＳｔのシリコーン油（東芝シリコーン
（株）製TSF-451-10）８３．３重量％に良く分散し、懸
濁液として電気粘性流体を得た。

【００４２】

【比較例３】平均粒径２．５ミクロンのモンモリロナイ
ト系の層状粘土鉱物粉末（水澤化学工業（株）製Silton
LP-1）１００ｇをベンジルジメチルテトラデシルアン
モニウムクロライド（東京化成工業（株）製）の０．０
５モル／リッター水溶液に加え２４時間放置した後、瀘
過、洗浄、乾燥して第四級アンモニウム塩が層状粘土鉱
物の層間に挿入された粉体を得た。さらにこの粉末８０
ｇをアクリロニトリル（関東化学工業（株）製）５００
ミリリッターに浸漬し室温で３０時間放置することによ
って層間にアクリロニトリルを含浸させた。その後５０
℃で３０時間加熱処理することによって層状粘土鉱物層
間のアクリロニトリルを重合させポリアクリロニトリル
とした。次いでこの粉体を瀘過、アセトン洗浄、乾燥し
て第四級アンモニウム塩とポリアクリロニトリルが層状
粘土鉱物の層間に存在する粉体を得た。この粉体を窒素
ガス雰囲気中６００℃で３時間（昇温速度５℃／分）熱
処理しポリアクリロニトリルを炭化することによってカ
ーボン／層状粘土鉱物複合粉体を得た。炭化を６００℃
で行ったこの複合粉体中の炭素含有量は０．９８重量％
であった。この粉末２５重量％を、液相成分である２５
℃における粘度１０ｃＳｔのシリコーン油（東芝シリコ
ーン（株）製TSF-451-10）７５重量％に良く分散し懸濁
液として電気粘性流体を得た。

【００４３】実施例１〜６及び比較例１〜３で得られた
各電気粘性流体について、電気粘性効果の測定を行っ
た。電気粘性効果は二重円筒型回転粘度計を使用して、
内外円筒間に０〜２ｋＶ／ｍｍの直流電圧を印加した時
の剪断速度３６６ｓｅｃ^-1、温度２５℃の剪断力で評価
し、同時に内外円筒間に流れる電流を測定した。また、
実施例１〜３及び比較例２，３については高温での電気
粘性効果を評価するため７０℃（ただし実施例３は８０
℃、比較例３は１００℃）でも同様の測定を行った。電
圧をかけない場合の剪断力Ｔ₀ 、電圧２ｋＶ／ｍｍを印
加した時の剪断力Ｔ、その差Ｔ−Ｔ₀ 、および電圧２ｋ
Ｖ／ｍｍを印加した時の電流密度を次に示す。

【００４８】 電 気 粘 性 効 果 測定流体 粉体中 測定温度 T₀ T T-T₀ 電流密度 Ｃ含有量 ℃ (g・cm) (g・cm) (g・cm) （μA/cm²) 実施例１ 5.3 wt% 25 59 408 349 0.71 実施例１ 5.3 wt% 70 48 293 245 1.70 実施例２ 3.6 wt% 25 65 318 253 0.16 実施例２ 3.6 wt% 70 30 271 241 0.55 実施例３ 4.3 wt% 25 100 378 278 0.79 実施例３ 4.3 wt% 80 43 375 332 4.36 実施例４ 6.0 wt% 25 118 307 189 0.27 実施例５ 7.0 wt% 25 88 524 436 6.22 実施例６ 5.1 wt% 25 92 353 261 0.71 比較例１ 0 wt% 25 63 測定不能 - - 1000以上 比較例２ 0 wt% 25 337 337 0 0 比較例２ 0 wt% 70 99 99 0 0 比較例３ 0.98 wt% 25 71 116 45 0 比較例３ 0.98 wt% 100 16 77 61 2.4

【００４４】上記の測定結果から明らかなように、実施
例１〜６で得られたカーボン／層状粘土鉱物複合粉体を
分散相とする各電気粘性流体は室温（２５℃）で大きな
電気粘性効果（Ｔ−Ｔｏ）を示し、かつ消費電力（電流
密度）が小さい。また、高温での電気粘性効果を評価し
た実施例１〜３の各電気粘性流体は、高温でも安定した
電気粘性効果を示し、消費電力は僅かに上昇しているだ
けである。

【００４５】これに対して、層間にカーボンを含まない
比較例１の層状粘土鉱物粉体を分散相として用いた電気
粘性流体は、層間の交換性陽イオンに配位した水による
導電性が大きく、電流が低電圧で測定装置の限界をオー
バーしたため２ｋＶ／ｍｍの電圧を印可することはでき
なかった。これは消費電力が大きい点で電気粘性流体と
しては不利である。このため乾燥することによって層間
の水を除去した比較例２の層状粘土鉱物粉体を分散相と
して用いた電気粘性流体は、室温でも高温（７０℃）で
も全く電気粘性効果を示さなかった。また層間カーボン
含有量が少ない（１％以下）比較例３のカーボン／層状
粘土鉱物複合粉体を分散相として用いた電気粘性流体
は、電気粘性効果が各実施例の複合粉体を分散相として
用いた電気粘性流体の数分の１であった。

【００４６】

【発明の効果】高温で高い電気粘性効果を示し且つ電力
消費が少ない電気粘性流体を得るための分散相固体粒子
として優れた特性を示すほか、高分子化合物への電気特
性付与やゴム弾性改良のための充填剤、触媒、耐熱材
料、電極材料等の導電材、ファインセラミックス粉体合
成のための前駆体としての用途が期待されるカーボン／
層状粘土鉱物複合粉体が得られ、また該粉体の特性を利
用して優れた性能を有する電気粘性流体が得られる。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ１０Ｎ 30:02 40:14

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 層状粘土鉱物の粉体粒子の層間にカーボ
   ンを２〜２０重量％含有していることを特徴とするカー
   ボン／層状粘土鉱物複合粉体。
2. 【請求項２】 層状粘土鉱物の粉体粒子の層間にカーボ
   ンを２〜２０重量％含有しており且つ平均粒径０．０１
   〜１００ミクロンのカーボン／層状粘土鉱物複合粉体１
   〜６０重量％よりなる分散相と、室温における粘度０．
   ６５〜１０００センチストークス（ｃＳｔ）の電気絶縁
   油４０〜９９重量％よりなる液相とから構成されている
   ことを特徴とする電気粘性流体。