JPH0762370A

JPH0762370A - 電気粘性流体

Info

Publication number: JPH0762370A
Application number: JP23240693A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Haji; 勝彦土師; Yukio Kobayashi; 幸雄小林; Makoto Sasaki; 眞佐々木
Original assignee: Nippon Oil Corp
Current assignee: Eneos Corp
Priority date: 1993-08-25
Filing date: 1993-08-25
Publication date: 1995-03-07

Abstract

(57)【要約】【目的】非含水系の電気粘性流体の提供。【構成】ヨウ素で処理されたカーボン質分散粒子と電
気絶縁性液体とを含む電気粘性流体及びヨウ素で処理さ
れた後、さらに電気絶縁性膜でコートされたカーボン質
分散粒子と電気絶縁性液体とを含む電気粘性流体。【効果】非含水系であるにもかかわらず、高い電気粘
性効果を有し、かつ電流の流れが少なくショートが起こ
らない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電界を印加することに
より粘性を制御できる非含水系の電気粘性流体に関す
る。

【０００２】

【従来技術】電気粘性流体とは、無機あるいは高分子の
粒子を電気絶縁性液体に分散させた懸濁液である。該流
体は電界を印加することにより液体状態から可塑的状態
または固体状態へと急速かつ可逆的に粘性が変化する。
この現象はウインズロー効果と呼ばれている。

【０００３】一般に分散粒子は電界により表面が分極し
易いものが用いられており、例えば、無機系分散粒子と
しては、米国特許３０４７５０７、英国特許１０７６７
５４および特開昭６１−４４９９８にシリカが、特開昭
６２−９５３９７にゼオライトが記載されている。ま
た、高分子系粒子としては、特開昭５１−３３７８３に
アルギン酸、カルボキシル基を有するグルコース、スル
ホン基を有するグルコースが、特開昭５３−９３１８６
にジビニルベンゼンで架橋されたポリアクリル酸が、特
開昭５８−１７９２５９にレゾール型フェノール樹脂が
記載されている。また、電気絶縁性液体としては、鉱
油、シリコーンオイル、フッ素系オイル、ハロゲン化芳
香族油などが知られている。

【０００４】しかしながら、前記の技術はいずれの場合
も電気粘性効果を高めるために分散粒子表面に水が吸着
していることが必要であるので、系内に少量の水を含ん
でいる。電界の印加により電気粘性流体が増粘する機構
は、電気二重層説により説明される。電気粘性流体の分
散粒子表面には電気二重層が形成されており、電界が印
加していない時はお互い表面で反発しあい粒子が並んだ
構造を作ることはない。しかし、電界を印加すると分散
粒子の電気二重層に電気的な偏りが起こり、静電引力で
粒子が並び、粒子のブリッジが形成される。このため、
液体の粘度が増加し場合によっては固化することもあ
る。なお、系内に添加された水は電気二重層の形成を促
進する。

【０００５】電気粘性流体の用途としては、エンジンマ
ウント、ショックアブソーバー、クラッチなどへの応用
が期待されている。

【０００６】しかし、従来の技術は十分な電気粘性効果
を得るために水の存在が必要であるので、これに起因す
るいくつかの問題が生じる。その一つには電圧を上げて
行くと電流が流れ易くなり、ショートするという問題で
ある。また一つには、０℃以下の低温では水が凝固し、
１００℃以上では水が蒸発するため、電気粘性効果が減
少し使用温度範囲が限定されるという問題である。そし
て、このような問題が電気粘性流体の実用化を妨げてい
る主要な要因になっている。

【０００７】また炭素微粒子を用いた非水系の電気粘性
液体も特開平３−４７８９６に開示されているが、炭素
微粒子は、熱処理のみされたものであり、電気粘性効果
は低い。

【０００８】さらに、本発明者らは、分散粒子として酸
化処理したカーボン質粒子を用いる電気粘性流体を提案
している（特願平３−３５８２５７）。この場合、非含
水系にもかかわらず比較的高い電気粘性効果を有する
が、用途によっては、電気粘性効果がまだ不十分であ
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、非含水系で
あるにもかかわらず、高い電気粘性効果を有し、かつ電
流の流れが少なくショートが起こらない、さらに０℃以
下の低温領域と１００℃以上の高温領域でも性能が低下
しない電気粘性流体を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記問題を
解決するために鋭意研究した結果、分散粒子として特定
の化合物で処理したカーボン質分散粒子を用いることに
より問題を解決できることを見い出し本発明を完成する
に至った。

【００１１】すなわち、本発明はヨウ素で処理されたカ
ーボン質分散粒子と電気絶縁性液体とを含むことを特徴
とする電気粘性流体を提供する。

【００１２】さらに、本発明はヨウ素で処理された後、
さらに電気絶縁性膜でコートされたカーボン質分散粒子
と電気絶縁性液体とを含むことを特徴とする電気粘性流
体をも提供する。

【００１３】本発明で用いるカーボン質分散粒子とは、
各種のカーボンブラック、無煙炭、歴青炭などの石炭類
の微粉砕物、ナフサ残油、アスファルト、流動接触分解
残油などの石油系重質油を熱処理して得られる石油系ピ
ッチの微粉砕物、コールタールなどの石炭系重質油を熱
処理して得られる石炭系ピッチの微粉砕物、炭素数が１
５〜２０程度のパラフィン、オレフィン等の炭素化物の
微粉砕物、ナフタレン、ビフェニールのような低分子芳
香族化合物の炭素化物の微粉砕物、ポリエチレン、ポリ
アクリル酸メチル、ポリビニルクロライド、フェノール
樹脂、ポリアクリロニトリルなどの高分子を炭素化した
高分子炭素化物の微粉砕物などが挙げられる。

【００１４】また、本発明で用いるカーボン質分散粒子
としては石油系ピッチ、石炭系ピッチ、ポリビニルクロ
ライド炭化物などのカーボン質をメソフェーズ（液晶）
化して得たメソフェーズ小球体あるいはそれを含む粒子
が挙げられる。メソフェーズ小球体はキノリンなどの溶
媒の不溶分として取り出すことができる。特に石油系ピ
ッチ、石炭系ピッチから得られるものが好ましく用いら
れる。

【００１５】カーボン質分散粒子の粒径は０．０１〜５
００μｍ、好ましくは１．０〜１００μｍである。０．
０１μｍ未満では十分な電気粘性効果が得られず、５０
０μｍを越えると十分な分散安定性が得られない。

【００１６】また、さらに本発明では、電気粘性効果を
向上させるために、カーボン質分散粒子として、形状異
方性を有するカーボン質物質を用いることができる。形
状異方性を有するカーボン質物質とは長さが０．０２〜
１０，０００μｍ、好ましくは１０〜５，０００μｍ
で、直径が０．０１〜５００μｍ、好ましくは１．０〜
１００μｍで、アスペクト比が２〜１，０００，００
０、好ましくは２〜１００，０００、さらに好ましくは
３〜１０，０００である棒状（あるいはウイスカー）形
状を有するものである。

【００１７】形状異方性を有するカーボン質物質の直径
が０．０１μｍ未満では十分な電気粘性効果が得られ
ず、５００μｍを越えると十分な分散安定性（数時間放
置後の沈降テスト）が得られない。形状異方性を有する
カーボン質物質の長さが０．０２μｍ未満では形状異方
性の効果が電気粘性効果に十分に反映されず、１０，０
００μｍを越えると十分な分散安定性が得られない。形
状異方性を有するカーボン質物質のアスペクト比が２未
満では形状異方性の効果が電気粘性効果に十分に反映さ
れず１，０００，０００を越えると電場が無いときの初
期粘度が著しく大きくなり実用上好ましくない。

【００１８】カーボン質物質に形状異方性を持たせる方
法はいくつかあるが、例えば、前記カーボン質物質を乾
式、湿式または溶融紡糸等の公知の紡糸方法で繊維化し
た後、ヘンシルミキサー等のミキサーで粉砕する方法が
挙げられる。さらに、炭素数１〜９の炭化水素を金属触
媒の存在下、水素中で気相熱分解しウイスカー状のカー
ボン質物質を得る方法も挙げられる。カーボン質物質が
形状異方性を有することで電気粘性効果がさらに向上す
る理由としては、球状あるいは塊状粒子に比べ電界下で
構造が作り易いためと考えられる。

【００１９】カーボン質物質をヨウ素で処理する方法と
しては、カーボン質物質とヨウ素溶液を混合撹拌して行
う方法が一般的であるが、繊維に紡糸できる石油系ピッ
チ、石炭系ピッチあるいはポリアクリロニトリル炭化物
等に関しては、紡糸してからヨウ素による処理を行い、
その後粒子状になるまで細かく粉砕しても良い。ヨウ素
による処理終了後、良く洗浄し、乾燥してヨウ素で処理
されたカーボン質粒子を得ることができる。

【００２０】ヨウ素で処理する前及び／又は処理した後
に不融化や酸のよる処理を行ってもよい。また、ヨウ素
で処理する前及び／又は処理した後不活性ガス中で１０
０℃から８００℃でさらに焼成しても良い。ヨウ素によ
る処理により電気粘性効果が向上する理由としては、ヨ
ウ素による処理によりカーボン質分散粒子内部にヨウ素
が入り込み、電荷移動錯体を形成し、電界下での電子の
移動が起こり易くなり分極が促進されるためと考えられ
る。

【００２１】ヨウ素はエタノール等の有機溶媒に溶解し
て用いるが、固体状態で昇華により処理を行っても良
い。溶液の場合、ヨウ素の濃度としては、０．０１Ｎ以
上であることが好ましく、さらに０．０３〜５Ｎが好ま
しい。０．０１Ｎ未満であるとヨウ素による処理が十分
に進行しない。

【００２２】ヨウ素による処理温度としては、−５０〜
３００℃の範囲が好ましく、さらに０〜１２０℃が好ま
しい。−５０℃未満ではヨウ素による処理の効果が十分
に現れない。３００℃を越えると急激な発熱が起こる可
能性があるので好ましくない。

【００２３】さらに、ヨウ素で処理されたカーボン質分
散粒子を電気絶縁性膜でコートすれば、電流密度を下げ
ることができるのでより好ましい。このような電気絶縁
性膜は、高分子溶液からの粉体へのコーティング、小径
粒子を乾式で混合し粉体の表面で溶融するハイブリダイ
ゼーション、シラン処理等の表面処理、スパッタリング
真空蒸着、モノマーからの重合等によって形成される。

【００２４】電気絶縁性膜として用いる物質としては、
ポリエチレン、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレー
ト、ポリ酢酸ビニル、ポリ塩化ビニル、ポリアクリル酸
ナトリウム、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ウレタン
樹脂などの合成高分子物質、テトラエトキシシラン、メ
チルトリメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラ
ン、ヘキサメチルジシラザン、トリメチルクロルシラン
などのシラン処理剤、カルボキシル基や水酸基を持ちジ
メチルポリシロキサンやフェニルメチルポリシロキサン
構造を主鎖とする変性シリコーンオイル、シリカ、アル
ミナ、ルチルなどの無機化合物が代表例として挙げられ
る。

【００２５】電気絶縁性膜の厚さは０．００５〜３０μ
ｍが好ましく、さらに０．０１〜３μｍが好ましい。電
気絶縁性膜の厚さが０．００５μｍ未満では絶縁層とし
ての効果が不足し、３０μｍ超では電気粘性効果が発現
しない。

【００２６】本発明で用いる電気絶縁性液体としては、
鉱油、アルキルナフタレン、ポリアルファーオレフィン
などの炭化水素溶媒、フタル酸ブチル、セバチン酸ブチ
ルなどのエステル系油、オリゴフェニレンオキサイドな
どのエーテル系油、シリコーンオイル、フッ素系オイル
などが挙げられる。

【００２７】本発明の電気粘性流体中のカーボン質分散
粒子と電気絶縁性液体の割合は、分散粒子が１〜６０重
量％、好ましくは５〜５０重量％であり、電気絶縁性液
体が９９〜４０重量％、好ましくは９５〜５０重量％で
ある。分散粒子の量が１重量％未満では十分な電気粘性
効果が得られず、６０重量％を越えると電場が無いとき
の初期粘度が著しく大きくなり実用上好ましくない。

【００２８】また、本発明の電気粘性流体の効果を損な
わない範囲で、他の分散粒子、界面活性剤のような分散
剤などの添加剤を配合しても良い。さらに、水を少量添
加することで電気粘性効果がより大きくなる場合がある
が、電流が流れ易くなる、あるいは使用温度範囲が狭く
なるなどの問題も生じる。

【００２９】本発明の電気粘性流体は、非含水系におい
ても優れた電気粘性効果を示すものであり、エンジンマ
ウント、ショックアブソーバーなどの減衰装置、クラッ
チ、トルクコンバーター、ブレーキシステム、バルブ、
ダンバー、サスペンション、アクチュエーター、バイブ
レーター、インクジェットプリンター等の用途に用いる
ことができる。

【００３０】

【実施例】以下に本発明を実施例により具体的に説明す
るが、本発明はそれらに限定されるものではない。合成例１アラビア系原油の減圧軽油の脱硫油をシリカ−アルミナ
系触媒を用いて５００℃にて流動接触分解して得られた
沸点が３２０℃〜５５０℃の重質油を、圧力１５ｋｇ／
ｃｍ²・Ｇ、温度４３０℃にて３時間熱処理した。この
熱処理油を２５０℃／１ｍｍＨｇにて蒸留し、軽質分を
除去させ、軟化点９８℃のピッチ（１−I）を得た。次
に、このピッチ（１−I）を窒素下で温度４００℃にて
１２時間熱処理を行い、軟化点２６８℃のピッチ（１−
II）を得た。元素分析によるピッチ（１−II）の炭素量
は９５重量％、水素量は５重量％であった。さらに、こ
のピッチ（１−II）を細かく粉砕し粒径１１μｍのピッ
チ粒子（１−１）を得た。このピッチ粒子（１−１）５
０ｇとヨウ素２．５ｇをエタノール溶液２００ｍｌ
（０．０５Ｎ）中室温で５時間混合撹拌した。その後ろ
過、エタノール洗浄を行い、最後に８０℃／２ｍｍＨｇ
で５時間乾燥させ、ヨウ素で処理されたピッチ粒子（１
−２）を得た。元素分析によるピッチ粒子（１−２）の
炭素量は９０重量％、水素量は６重量％、ヨウ素量４重
量％であった。

【００３１】合成例２石炭ピッチを４５０℃で窒素ガス中で熱処理し、メソフ
ェーズ小球体を含むピッチ（２−I）を得た。次に、こ
のピッチ（２−I）からキノリン抽出でメソフェーズ小
球体からなる粒径８μｍのピッチ粒子（２−１）を回収
した。元素分析によるピッチ（２−１）の炭素量は９６
重量％、水素量は３重量％、窒素量は１重量％であっ
た。このピッチ粒子（２−１）を合成例１と同様な条件
でヨウ素で処理し、ピッチ粒子（２−２）を得た。元素
分析によるピッチ粒子（２−２）の炭素量は８９重量
％、水素量は６重量％、ヨウ素量は５重量％であった。

【００３２】合成例３合成例１で得られたピッチ（１−II）をノズル径３ｍｍ
φ、Ｌ／Ｄ＝２の紡糸器を用いて３１５℃で１５μｍの
繊維に紡糸した後、ヘンシェルミキサーを用い３秒間粉
砕し形状異方性を有するピッチ（３−１）を得た。ピッ
チ（３−１）は直径１５μｍ、アスペクト比３〜５０の
棒状であった。このピッチ（３−１）を合成例１と同様
な条件でヨウ素で処理し、形状異方性を有するピッチ粒
子（３−２）を得た。元素分析によるピッチ粒子（３−
２）の炭素量は９０重量％、水素量は６重量％、ヨウ素
量は４重量％であった。

【００３３】合成例４合成例３でヨウ素処理したピッチ粒子（３−２）１０ｇ
を０．２ｗｔ％ポリアクリル酸ナトリウム（重合度２．
２万〜７万）水溶液５００ｍｌ中室温で８時間混合撹拌
した。その後この溶液を３Ｌのエタノール中で再沈殿さ
せ、ろ過、エタノール洗浄を行い、最後に８０℃／２ｍ
ｍＨｇで５時間乾燥させ、ポリアクリル酸ナトリウムで
被覆したヨウ素処理されたピッチ粒子（３−３）を得
た。

【００３４】合成例５ポリエチレン１ｇを１１０℃でデカヒドロナフタレン５
００ｍｌに溶解し、この溶液に合成例３でヨウ素処理し
たピッチ粒子（３−２）１０ｇを添加し、１１０℃で５
分、室温で２時間混合撹拌した。その後ろ過、洗浄を行
い、最後に８０℃／２ｍｍＨｇで５時間乾燥させ、ポリ
エチレンで被覆したヨウ素処理されたピッチ粒子（３−
４）を得た。

【００３５】合成例６テトラエトキシシラン１７．３ｇ、エタノール５０ｇを
混合した溶液に、合成例３でヨウ素処理したピッチ粒子
（３−２）１０ｇを添加し、さらに撹拌下１．５Ｎアン
モニア水を２ｍｌ添加した。添加直後直ちに粒子が生成
したが、その後８０℃で５時間反応を続け、シリカ生成
のゾルゲル反応を完結させた。反応終了後、８０℃／２
ｍｍＨｇで５時間乾燥させ、シリカで被覆したヨウ素処
理されたピッチ粒子（３−５）を得た。

【００３６】実施例１〜６、比較例１〜３合成例１〜６で得られたピッチ（１−２）、（２−
２）、（３−２）、（３−３）、（３−４）、（３−
５）各々３ｇを粘度２０ｃＳｔのシリコーンオイル（信
越シリコーン製ＫＦ−９６）７ｇに分散させ、電気粘性
流体（１）〜（６）を調製した。また、合成例１で得ら
れたピッチ粒子（１−１）及び合成例２で得られたピッ
チ粒子（２−１）を用い実施例１〜６と同様にして電気
粘性流体（７）、（８）を調製した。さらに、粒径１５
μｍのシリカ粒子３ｇを粘度２０ｃＳｔのシリコーンオ
イル（信越シリコーン製ＫＦ−９６）７ｇに分散させ、
さらに水０．３ｇを添加し電気粘性流体（９）を調製し
た。

【００３７】次に円筒の直径が１６ｍｍ、外筒の直径が
１８ｍｍの電界印加装置付き二重円筒型回転粘度計を用
いて、印加電圧３ｋＶ／ｍｍ、せん断速度４００ｓ^-1で
の２５℃、７０℃、１１０℃における上記電気粘性流体
（１）〜（９）のトルク値を測定した。また、その際の
電流値も測定した。結果を表１に示した。なお、トルク
値は、電界印加前と印加後のトルクの差として求めた。

【００３８】

【表１】

【００３９】実施例１〜６及び比較例１〜３から次のこ
とが言える本発明の分散粒子としてヨウ素で処理されたカーボン
質分散粒子を用いた電気粘性流体は、処理前のカーボン
質分散粒子を用いたものに比べて電気粘性効果が大き
い。また、シリカ粒子と水を用いたものに比べても電気粘
性効果は大きく、かつ流れる電流も少ない。特に、７０
℃において電流の流れ易さの違いが顕著である。さらに、シリカ粒子系は、水の蒸発のため、１１０℃
でせん断応力が大幅に低下しているが、ヨウ素で処理さ
れたカーボン質分散粒子系は高いせん断応力を保持して
いる。この結果より、ヨウ素で処理されたカーボン質分散粒
子系は高温特性にも優れることが分かる。また、ヨウ素
で処理されたカーボン質分散粒子を電気絶縁性膜でコー
トすることにより電流値をより低くすることができる。

【００４０】

【発明の効果】本発明のヨウ素で処理されたカーボン質
分散粒子又はヨウ素で処理された後電気絶縁性膜でコー
トされたカーボン質分散粒子を用いた電気粘性流体は、
非含水系で優れた電気粘性効果を示すものであり、エン
ジンマウント、ショックアブソーバー、クラッチ、トル
クコンバーター、ブレーキシステム、パワーステアリン
グ、バルブ、ダンパー、サスペンション、アクチュエー
ター、バイブレーター、インキジェットプリンターなど
の用途に用いることができる。

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 40:12 40:14 60:08 70:00

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ヨウ素で処理されたカーボン質分散粒子
と電気絶縁性液体とを含むことを特徴とする電気粘性流
体。
【請求項２】混合割合がヨウ素で処理されたカーボン
質分散粒子１〜６０重量％、電気絶縁性液体４０〜９９
重量％である請求項１記載の電気粘性流体。
【請求項３】カーボン質分散粒子が、長さが０．０２
〜１０，０００μｍ、直径が０．０１〜５００μｍ、ア
スペクト比が２〜１，０００，０００である形状異方性
を有する請求項１記載の電気粘性流体。
【請求項４】ヨウ素で処理された後、さらに電気絶縁
性膜でコートされたカーボン質分散粒子と電気絶縁性液
体とを含むことを特徴とする電気粘性流体。
【請求項５】混合割合が、ヨウ素で処理された後、さ
らに電気絶縁性膜でコートされたカーボン質分散粒子１
〜６０重量％、電気絶縁性液体４０〜９９重量％である
請求項４記載の電気粘性流体。
【請求項６】カーボン質分散粒子が、長さが０．０２
〜１０，０００μｍ、直径が０．０１〜５００μｍ、ア
スペクト比が２〜１，０００，０００である形状異方性
を有する請求項４記載の電気粘性流体。