JPH0841476A

JPH0841476A - 液晶系の電気粘性流体

Info

Publication number: JPH0841476A
Application number: JP6181350A
Authority: JP
Inventors: Yoichiro Ide; 陽一郎井出
Original assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 1994-08-02
Filing date: 1994-08-02
Publication date: 1996-02-13

Abstract

(57)【要約】【構成】一つの分子鎖に非液晶性の側鎖および二つ以
上の液晶性基を結合した液晶性化合物と、液晶性基を含
有せず該液晶性化合物の分子鎖とは強い親和性を持つが
液晶性基とは親和性が弱い非液晶性化合物との混合物か
らなる電気粘性流体。【効果】長期の放置、温度の変化、電圧の印加によっ
ても相分離を起こさない、安定な電気粘性流体を提供す
ることが可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、温度変化や長期放置に
安定な均一系の電気粘性流体に関するものであり、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
として利用される。

【０００２】

【従来の技術】電圧印加により粘性が瞬間的かつ可逆的
に大きく変化する電気粘性流体は、既に１９４０年代よ
りシリカやでんぷんなどの含水微粒子を絶縁油に分散さ
せた、いわゆるＷｉｎｓｌｏｗ流体（米国特許第２４１
７８５０号明細書）としてよく知られる。

【０００３】その後含水微粒子にイオン交換樹脂粒子
（特開昭５０−９２２７８号公報）やゼオライト粒子
（特開平２−３７１１号公報）を用いる方法、また有機
半導体粒子（英国特許第２１７０５１０号明細書）、表
面絶縁化した導電体粒子（特開昭６４−６０９３号公
報）、液晶ポリマー粒子（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｔ
ｈｅ２ｎｄＩｎｔ’ｌＣｏｎｆ．ｏｎＥＲＦ，
Ｐ．２３１（１９８９））などの非含水粒子を用いる方
法など、多くの改良が提案されている。しかしながら、
これらの粒子を用いる方法は、短期的には優れた性能を
示すものの長期的には粒子の沈降分離や沈降粒子の凝集
粘土化が避けがたく実用化の大きな障害になっている。

【０００４】一方、粒子沈降や凝集の問題を発生しない
均一系の電気粘性流体として液晶性物質が注目されてい
る。液晶性物質は、電圧印加により分子配向してその粘
度が増大する。特に一つの分子鎖に二つ以上の液晶性基
を結合した液晶性物質は、液晶性基の形成するドメイン
間が結合されるため電圧印加による粘度増加は顕著であ
る。さらに、液晶性化合物の分子鎖とは強い親和性を持
つが液晶性基とは親和性が弱い非液晶性化合物（２）を
用いて液晶性化合物を希釈することにより電圧印加に対
する応答性の向上や作動温度範囲の拡大、基底粘度の低
減などの性能が改善される（特開平５−５１５９０号公
報）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、液晶性
化合物と、液晶性化合物の分子鎖とは強い親和性を持つ
が液晶性基とは親和性が弱い非液晶性化合物（２）の混
合物からなる電気粘性流体において、非液晶性化合物
（２）の混合比がある一定量より多くなると、両者は相
分離を起こすという問題があった。そこで、液晶性化合
物と、液晶性化合物の分子鎖とは強い親和性を持つが液
晶性基とは親和性が弱い非液晶性化合物（２）との相溶
性の向上を図り、長期の放置、温度の変化、電圧の印加
よる相分離を防止することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】液晶性化合物がより多く
の非液晶性化合物と相分離せずに相溶すれば、電圧印加
に対する応答性の向上や作動温度範囲の拡大、基底粘度
の低減などの性能がより改善される。本発明者らは、長
期の放置、温度の変化などによってもドメインが大きく
成長しない液晶性物質の分子構造を検討した結果、分子
鎖に液晶性基の他に、側鎖として嵩高い非液晶性基を結
合すれば液晶のドメインの成長を阻害できることを見出
し、本発明に到達することができた。

【０００７】すなわち、本発明は、一つの分子鎖に二つ
以上の液晶性基及び非液晶性基を結合させた液晶性化合
物（１）と、液晶性を含有せず、液晶性化合物とは強い
親和性を持つが液晶性基とは親和性が弱い非液晶性化合
物（２）との混合物からなる電気粘性流体である。ある
分子鎖に結合した液晶性基は、同じ分子鎖あるいは他の
分子鎖に結合した液晶性基と互いに集合してドメインを
形成する。このドメインが大きく成長した場合、図２に
模式的に示されるように液晶性化合物同士が集合してし
まうために、非液晶性化合物が排除され相分離が起こ
る。従って、相分離を防止するためには、ドメインの成
長を阻害できればよい。本発明は、分子鎖に液晶性基の
他に、側鎖として嵩高い非液晶性基を結合することによ
り、図１に模式的に示されるように液晶のドメインの成
長を阻害できることを見出したものである。

【０００８】本発明にいう非液晶性の側鎖とは、液晶性
基との親和性が弱く、なおかつ液晶性基によるドメイン
の成長を阻害できるだけの嵩高さを持つ基である。例え
ばペンチル基、オクチル基など−Ｃ_nＨ_2n+1（ｎは３〜
１８の整数を表す。）で表される直鎖状アルキル基、−
Ｃ_nＨ_2nＯＣ_mＨ_2m+1（ｎ＋ｍは３〜１８の整数を表
す。）で表されるエーテル構造を含有するアルキル基、
−Ｃ_nＨ_2nＯＰｈＲ（ｎは１〜５の整数を表し、ＲはＨ
またはアルキル基を表す。）で表される芳香環を含むア
ルキル基、−ＣＨ₂ＣＲ¹Ｒ²Ｒ³（Ｒ¹，Ｒ²，Ｒ³
はアルキル基またはＨを表す。ただしＲ¹，Ｒ²，Ｒ³
のうちの少なくとも２つはアルキル基である。）で表さ
れる分岐のあるアルキル基、−（ＳｉＲ¹Ｒ²Ｏ）_nＲ
³（Ｒ¹，Ｒ²，Ｒ³はアルキル基を表し、ｎは１〜５
０の整数を表す。）で表されるシロキサン基などであ
る。一方、直鎖状アルキル基においてｎが１または２の
場合、嵩高さが小さくドメインの成長を阻害できないた
め好ましくない。

【０００９】下記数式（Ｉ）によって、非液晶性の側鎖
の導入率を定義すると、本発明における非液晶性の側鎖
の導入率は、好ましくは１〜１００％、さらに好ましく
は５〜５０％である。非液晶性の側鎖の導入率＝（一つの分子鎖に結合された非液晶性の側鎖／一つの分子鎖に結合された液晶性基の数）×１００（％）（Ｉ）本発明にいう液晶性基とは、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、シクロヘキ
シル系、安息香酸エステル系、シクロヘキシルカルボン
酸系、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、強誘電性液晶など従来知ら
れている一般的な低分子液晶（詳しくは、佐々木昭
夫、”液晶エレクトロニクス”、オーム社、に代表例が
記載されている。）の液晶性発現構造（一般にメソゲン
と呼ばれる。）部分を含む結合基である。これは結合基
部分にいわゆるスペーサーと呼ばれるフレキシブル鎖、
例えばアルキレンやオキシアルキレン、シロキサンを介
在させることができる。

【００１０】また、本発明にいう分子鎖とは、１）メチ
レン、エチレン、プロピレンなどの−Ｃm Ｈ2m−（ｍは
１から２０の整数を表す。）で表されるアルキレン、
２）オキシエチレン、オキシプロピレン、オキシブチレ
ンなどの−ＯＣ_mＨ_2m−（ｍは１から５の整数を表
す。）で表されるオキシアルキレン、３）ジメチルシロ
キサン、フェニルメチルシロキサンなどの−ＳｉＲ¹Ｒ
²Ｏ−（Ｒ¹，Ｒ²はアルキル基またはフェニル基を表
す。）で表されるシロキサンなどを１単位とする単量体
もしくは単独重合体または共重合体であり、その重合度
は２〜１００、より好ましくは２〜３０である。これら
の分子鎖は、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、メチル基、エチル基、フェニル基な
どの側鎖基や液晶性基を導入するための−Ｃ_nＨ_2n−
（ｎは１〜２０の整数を表す。）、−Ｏ−、−ＣＯＯ−
などの結合基を、また３）に示した単位では一部または
全部のＲ¹、Ｒ²の代わり上記同様の結合基をもつこと
ができる。この分子鎖は片末端また両末端あるいは側鎖
に、液晶性基と化学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。また、上記の分
子鎖は必要に応じて途中にエステル基、アミド基、フェ
ニレン基などを介在させることもできる。

【００１１】さらに本発明にいう、強い親和性、弱い親
和性の定義は以下の通りである。二種の物質ａ，ｂを２
５℃下で混合した際にその重量比が１：１０から１０：
１の間のある混合比において二層に分離しない場合、こ
の二種の物質ａ，ｂは強い親和性をもつ。一方、１：１
０から１０：１の間のいずれの混合比においても２層分
離を起こす場合、二種の物質ａ，ｂは親和性が弱い。

【００１２】従って非液晶性化合物（２）とは、液晶性
化合物（１）から非液晶性の側鎖および液晶性基をはず
した分子鎖と２５℃において１：１０から１０：１の間
のある混合比において混合すると二相に分離せず、液晶
性化合物（１）の液晶性基に相当するメソゲンと２５℃
において１：１０から１０：１のいずれの混合比で混合
しても二相に分離する物質である。

【００１３】例えば、ジメチルシリコーンの側鎖として
安息香酸エステル型の液晶性基を結合した液晶性化合物
の場合、トルエンやジクロロメタンでは液晶性基との親
和性が強すぎて液晶性化合物を溶解し液晶性を消失させ
て好ましくないが、ジメチルシリコーンやフェニル基含
有量の少ないフェニルメチルシリコーン、アルキル変性
シリコーン、フッ素変性シリコーン、鉱油等が好まし
く、これらがこの場合の（２）の化合物に当たる。

【００１４】本発明における液晶性化合物（１）と非液
晶性化合物（２）の混合重量比は、好ましくは（液晶性
化合物）：（非液晶性化合物）＝１：０．４から１：
２、より好ましくは（液晶性化合物）：（非液晶性化合
物）＝１：０．５から１：１．５である。以下、本発明
における液晶性化合物（１）と非液晶性物質（２）との
相溶性について、実施例によって具体的に説明する。

【００１５】

【実施例】

【００１６】

【実施例１および比較例１】下記化１に示す非液晶性の
側鎖を導入した液晶性化合物１０ｇと、下記化２に示す
非液晶性化合物１０ｇの相溶性を測定したところ９６Ｐ
ＨＲであった（実施例１）。

【００１７】

【化１】

【００１８】

【化２】

【００１９】一方、下記化３に示す非液晶性の側鎖を導
入していない液晶性化合物と、上記化２に示す非液晶性
化合物の相溶性を測定したところ３８ＰＨＲであった
（比較例１）。

【００２０】

【化３】

【００２１】これらの結果より、液晶性化合物に非液晶
性の側鎖を導入した場合、非液晶性の側鎖を導入しない
場合と比較して非液晶性化合物（２）の液晶性化合物
（１）に対する相溶量は２倍以上向上した。なお、相溶
性の測定は以下の方法で行った。１）液晶性化合物（１）と液晶性化合物と等しい質量の
非液晶性化合物（２）との総質量に対して、質量比にし
て５倍量のテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）に溶解する。２）１）の溶液よりＴＨＦを留去する。３）２）において得られた混合物を２５℃にて２４時間
静置する。４）３）の時点で分離した非液晶性化合物（２）除去
し、その質量を測定することにより相溶した非液晶性化
合物（２）の量を算出する。５）非液晶性化合物（２）の液晶性化合物（１）に対す
る相溶量（ＰＨＲ）＝（相溶した非液晶性物質の質量／
液晶性物質の質量）×１００

【００２２】

【実施例２および比較例２】実施例１において調製し
た、液晶性化合物（１）と非液晶性化合物（２）の混合
物（分離した非液晶性化合物（２）は除去済である。）
を２５℃にて１ヶ月間静置したが、さらなる分離は起こ
らなかった（実施例２）。一方、比較例１において調製
した、液晶性化合物（１）と非液晶性化合物（２）の混
合物（分離した非液晶性化合物（２）は除去済であ
る。）を２５℃にて１ヶ月間静置したところ、非液晶性
化合物（２）が１．１ｇ分離した（比較例２）。

【００２３】

【実施例３および比較例３】実施例１において調製し
た、液晶性化合物（１）と非液晶性化合物（２）の混合
物（分離した非液晶性化合物（２）は除去済である。）
を平行円盤電極間に充填し、ＤＣ１ｋＶの電圧を８時間
印加したが、分離はみられなかった（実施例３）。

【００２４】一方、比較例１において調製した、液晶性
化合物（１）と非液晶性化合物（２）の混合物（分離し
た非液晶性化合物（２）は除去済である。）を平行円盤
電極間に充填し、ＤＣ１ｋＶの電圧を８時間印加したと
ころ、一部の非液晶性化合物（２）が分離した（比較例
３）。ここで、円盤電極直径は３２ｍｍ、電極間距離は
０．５ｍｍである。また、上記の平行円盤電極は温度調
節器が付属した電気炉中に設置してあり、電圧印加中の
温度は６０℃に保たれている。

【００２５】

【発明の効果】長期の放置、温度の変化、電圧の印加に
よっても相分離を起こさない、安定な電気粘性流体を提
供することを可能にする。

【図面の簡単な説明】

【図１】液晶性化合物に非液晶性の側鎖を導入した場合
に液晶ドメインの成長が阻害されている様子を表した模
式図である。

【図２】液晶性化合物に非液晶性の側鎖を導入しない場
合に液晶ドメインが成長した様子を表した模式図であ
る。

【符号の説明】

１液晶性基２スペーサー３分子鎖４非液晶性の側鎖

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 40:14

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一つの分子鎖に非液晶性の側鎖および二
つ以上の液晶性基を結合した液晶性化合物（１）と、液
晶性基を含有せず該液晶性化合物（１）の分子鎖とは強
い親和性を持つが液晶性基とは親和性が弱い非液晶性化
合物（２）との混合物からなる電気粘性流体。