JP7370002B2 - Liquid crystal materials, liquid crystal films, sensors and optical elements - Google Patents
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Description
本発明は、液晶材料、液晶フィルム、センサー及び光学素子に関するものである。 The present invention relates to liquid crystal materials, liquid crystal films, sensors, and optical elements.
液晶材料は、液晶ディスプレイの表示材料のみならず、近年ではその光学特性を利用して、フォトニックデバイスへの適応が進められている。かかる液晶材料の1つとして、セルロース誘導体が知られている。
例えば、下記特許文献1には、ヒドロキシプロピルセルロースが有する水酸基の水素原子をアクリロイル基、ブチリル基等で置換して合成したヒドロキシプロピルセルロース誘導体を含む液晶材料が開示されており、該液晶材料は、サーモトロピックコレステリック液晶性を示し、また、弾性を有し、該液晶材料を用いることで、ブラッグ反射の波長で配向が固定化された液晶フィルムを製造できることが開示されている。
Liquid crystal materials are not only used as display materials for liquid crystal displays, but in recent years, their optical properties have been utilized to make them suitable for photonic devices. Cellulose derivatives are known as one such liquid crystal material.
For example,
前記液晶材料を用いることで、該液晶材料に由来する光学特性を、様々な物品に付与することができるが、各物品には、その用途に応じて、様々な力学特性が求められる。
これに対して、本発明者らが検討したところ、上記特許文献1に記載の液晶材料は、優れた光学特性を有するものの、力学特性に改善の余地があり、特には、延伸特性に改善の余地があることが分かった。
By using the liquid crystal material, optical properties derived from the liquid crystal material can be imparted to various articles, but each article is required to have various mechanical properties depending on its use.
On the other hand, the present inventors investigated and found that although the liquid crystal material described in
そこで、本発明は、上記従来技術の問題を解決し、優れた延伸特性を有する液晶材料を提供することを課題とする。
また、本発明は、優れた延伸特性を有する液晶フィルム、センサー及び光学素子を提供することを更なる課題とする。
Therefore, an object of the present invention is to solve the problems of the prior art described above and provide a liquid crystal material having excellent stretching properties.
A further object of the present invention is to provide a liquid crystal film, a sensor, and an optical element that have excellent stretching properties.
上記課題を解決する本発明の要旨構成は、以下の通りである。 The gist of the present invention for solving the above problems is as follows.
本発明の液晶材料は、下記一般式(1):
かかる本発明の液晶材料は、優れた延伸特性を有する。
The liquid crystal material of the present invention has the following general formula (1):
The liquid crystal material of the present invention has excellent stretching properties.
本発明の液晶材料の好適例においては、上記一般式(1)で表される分子構造が、下記一般式(1-1):
本発明の液晶材料は、破断時の伸びが、50%以上であることが好ましい。かかる液晶材料は、高い延伸特性を要求される用途に利用できる。 The liquid crystal material of the present invention preferably has an elongation at break of 50% or more. Such liquid crystal materials can be used in applications requiring high stretching properties.
本発明の液晶材料は、更に、置換若しくは未置換のアルキル(メタ)アクリレート化合物を含むことが好ましい。この場合、液晶材料の引張強さが向上する。 The liquid crystal material of the present invention preferably further contains a substituted or unsubstituted alkyl (meth)acrylate compound. In this case, the tensile strength of the liquid crystal material is improved.
ここで、前記置換若しくは未置換のアルキル(メタ)アクリレート化合物が、置換若しくは未置換のブチル(メタ)アクリレートであることが好ましい。この場合、液晶材料の破断歪みが更に向上する。 Here, it is preferable that the substituted or unsubstituted alkyl (meth)acrylate compound is substituted or unsubstituted butyl (meth)acrylate. In this case, the breaking strain of the liquid crystal material is further improved.
また、前記置換若しくは未置換のブチル(メタ)アクリレートが、4-ヒドロキシブチルアクリレートであることが好ましい。この場合、液晶材料の復元力がより一層向上する。 Further, it is preferable that the substituted or unsubstituted butyl (meth)acrylate is 4-hydroxybutyl acrylate. In this case, the restoring force of the liquid crystal material is further improved.
また、本発明の液晶フィルムは、
三次元構造を有し、
下記一般式(2):
かかる本発明の液晶フィルムは、優れた延伸特性を有する。
Moreover, the liquid crystal film of the present invention is
It has a three-dimensional structure,
General formula (2) below:
The liquid crystal film of the present invention has excellent stretching properties.
本発明の液晶フィルムの好適例においては、上記一般式(2)で表される分子構造が、下記一般式(2-1):
また、本発明のセンサーは、上記の液晶フィルムを具えることを特徴とする。かかる本発明のセンサーは、優れた延伸特性を有する。 Moreover, the sensor of the present invention is characterized by comprising the above-mentioned liquid crystal film. Such a sensor of the present invention has excellent stretching properties.
また、本発明の光学素子は、上記の液晶フィルムを具えることを特徴とする。かかる本発明の光学素子は、優れた延伸特性を有する。 Moreover, the optical element of the present invention is characterized by comprising the above-mentioned liquid crystal film. Such an optical element of the present invention has excellent stretching properties.
本発明によれば、優れた延伸特性を有する液晶材料を提供することができる。
また、本発明によれば、優れた延伸特性を有する液晶フィルム、センサー及び光学素子を提供することができる。
According to the present invention, a liquid crystal material having excellent stretching properties can be provided.
Further, according to the present invention, a liquid crystal film, a sensor, and an optical element having excellent stretching properties can be provided.
以下に、本発明の液晶材料、液晶フィルム、センサー及び光学素子を、その実施形態に基づき、詳細に例示説明する。 Below, the liquid crystal material, liquid crystal film, sensor, and optical element of the present invention will be illustrated and explained in detail based on the embodiments thereof.
<液晶材料>
本実施形態の液晶材料は、下記一般式(1):
The liquid crystal material of this embodiment has the following general formula (1):
本実施形態の液晶材料は、側鎖に、一般式(3)で表され、R3aが炭素数7~20の長鎖アルキレン基である、不飽和二重結合を有する基を有するセルロース誘導体を含むため、ゴム弾性を示し、優れた延伸特性を有する。
また、本実施形態の液晶材料は、側鎖に、一般式(3)で表される不飽和二重結合を有する基を有するセルロース誘導体を含むため、機械的圧力に対する反射光の波長シフトが大きい。
The liquid crystal material of this embodiment includes a cellulose derivative having a group having an unsaturated double bond in the side chain, represented by the general formula (3), and R 3a is a long chain alkylene group with 7 to 20 carbon atoms. Because it contains rubber, it exhibits rubber elasticity and has excellent stretching properties.
Further, since the liquid crystal material of this embodiment includes a cellulose derivative having a group having an unsaturated double bond represented by general formula (3) in the side chain, the wavelength shift of reflected light in response to mechanical pressure is large. .
一般式(1)中、X11、X12及びX13で表されるアルキレン基は、特に制限はない。アルキレン基としては、直鎖又は分岐の炭素数1~18(好ましくは1~12)のアルキレン基、環状の炭素数3~18(好ましくは3~12)のシクロアルキレン基が挙げられる。直鎖又は分岐のアルキレン基としては、例えば、メチレン基、エチレン基、n-プロピレン基、イソプロピレン基、n-ブチレン基、イソブチレン基、sec-ブチレン基、tert-ブチレン基、n-ペンチレン基、イソペンチレン基等が挙げられる。また、環状のアルキレン基としては、例えば、シクロペンチレン基、シクロヘキシレン基等が挙げられる。 In general formula (1), the alkylene groups represented by X 11 , X 12 and X 13 are not particularly limited. Examples of the alkylene group include linear or branched alkylene groups having 1 to 18 carbon atoms (preferably 1 to 12 carbon atoms), and cyclic cycloalkylene groups having 3 to 18 carbon atoms (preferably 3 to 12 carbon atoms). Examples of straight chain or branched alkylene groups include methylene group, ethylene group, n-propylene group, isopropylene group, n-butylene group, isobutylene group, sec-butylene group, tert-butylene group, n-pentylene group, Examples include isopentylene group. Furthermore, examples of the cyclic alkylene group include a cyclopentylene group and a cyclohexylene group.
一般式(1)中、-(R14-O)h-で表される基におけるアルキレン基(-R14-)としては、上記X11、X12及びX13と同様のアルキレン基が挙げられる。
-(R14-O)h-としては、例えば、エチレンオキシ基、ポリエチレンオキシ基、プロピレンオキシ基、ポリプロピレンオキシ基等が挙げられる。
-(R14-O)h-は、より具体的には、-[(CH2)n-O]h-で表すことができる。ここで、nは、1以上5以下の整数である。
hは、1以上10以下の整数を表し、架橋によって適度なゴム弾性を有する液晶フィルムを得る観点から、好ましくは1以上6以下、より好ましくは1以上4以下、より一層好ましくは1以上3以下である。
In general formula (1), the alkylene group (-R 14 -) in the group represented by -(R 14 -O) h - includes the same alkylene groups as X 11 , X 12 and X 13 above. .
Examples of -(R 14 -O) h - include ethyleneoxy, polyethyleneoxy, propyleneoxy, and polypropyleneoxy groups.
-(R 14 -O) h - can be more specifically represented by -[(CH 2 ) n -O] h -. Here, n is an integer of 1 or more and 5 or less.
h represents an integer of 1 or more and 10 or less, and from the viewpoint of obtaining a liquid crystal film having appropriate rubber elasticity by crosslinking, h is preferably 1 or more and 6 or less, more preferably 1 or more and 4 or less, and even more preferably 1 or more and 3 or less. It is.
一般式(1)中、-C(=O)-R15-で表される基におけるアルキレン基(-R15-)としては、上記X11、X12及びX13と同様のアルキレン基が挙げられる。
-C(=O)-R15-としては、例えば、-C(=O)-CH2-、-C(=O)-C2H4-、-C(=O)-C3H6-等が挙げられる。
In general formula (1), the alkylene group (-R 15 -) in the group represented by -C(=O)-R 15 - includes the same alkylene groups as X 11 , X 12 and X 13 above. It will be done.
Examples of -C(=O)-R 15 - include -C(=O)-CH 2 -, -C(=O)-C 2 H 4 -, -C(=O)-C 3 H 6 -, etc.
なお、上述のアルキレン基、-(R14-O)h-、及び-C(=O)-R15-は、置換基を有していてもよい。
置換基としては、例えば、直鎖又は分岐の炭素数1~6のアルキル基、炭素数3~6のシクロアルキル基、炭素数6~12のアリール基、ハロゲン原子が挙げられる。置換基が2以上ある場合には、それぞれの置換基は、同一でも異なってもよい。
Note that the above-mentioned alkylene groups, -(R 14 -O) h -, and -C(=O)-R 15 - may have a substituent.
Examples of the substituent include a linear or branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a cycloalkyl group having 3 to 6 carbon atoms, an aryl group having 6 to 12 carbon atoms, and a halogen atom. When there are two or more substituents, each substituent may be the same or different.
一般式(1)中、R11、R12及びR13で表される不飽和二重結合を有する基としては、例えば、後述する一般式(3)で表される基、ビニル基、アリル基、ビニルオキシ基、イソプロペニル基、1-プロペニル基、2-ブテニル基、3-ブテニル基、1,3-ブタジエニル基、2-ペンテニル基、ゲラニル基、オレイル基、シクロアルケニル基(例えば、2-シクロペンテン-1-イル基、2-シクロヘキセン-1-イル基)、ビニルベンジル基、シンナミル基等が挙げられる。 In general formula (1), the group having an unsaturated double bond represented by R 11 , R 12 and R 13 includes, for example, a group represented by general formula (3) described below, a vinyl group, an allyl group. , vinyloxy group, isopropenyl group, 1-propenyl group, 2-butenyl group, 3-butenyl group, 1,3-butadienyl group, 2-pentenyl group, geranyl group, oleyl group, cycloalkenyl group (for example, 2-cyclopentene) -1-yl group, 2-cyclohexen-1-yl group), vinylbenzyl group, cinnamyl group, etc.
一般式(1)中、R11、R12及びR13で表される疎水性基としては、特に制限されず、例えば、炭素数1~18のアルキル基、炭素数2~20のアシル基、炭素数6~24のアリール基、炭素数7~20のアラルキル基、炭素数1~18のアルコキシ基、カルボン酸エステル基、ハロゲン原子等が挙げられる。 In the general formula (1), the hydrophobic groups represented by R 11 , R 12 and R 13 are not particularly limited, and include, for example, an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, an acyl group having 2 to 20 carbon atoms, Examples include an aryl group having 6 to 24 carbon atoms, an aralkyl group having 7 to 20 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 18 carbon atoms, a carboxylic acid ester group, and a halogen atom.
炭素数1~18のアルキル基は、直鎖、分岐鎖又は環状のアルキル基であってもよく、無置換であっても、置換されていてもよい。置換基としては、上述のアルキレン基、-(R14-O)h-、及び-C(=O)-R15-における置換基と同様のものが挙げられる。
炭素数1~18の無置換のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、tert-ブチル基等が挙げられる。
炭素数3~18の無置換の環状のアルキル基としては、例えば、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、メチルシクロペンチル基、メチルシクロヘキシル基、メチルシクロヘプチル基等が挙げられる。
The alkyl group having 1 to 18 carbon atoms may be a linear, branched or cyclic alkyl group, and may be unsubstituted or substituted. Examples of the substituent include the same substituents as those for the above-mentioned alkylene group, -(R 14 -O) h -, and -C(=O)-R 15 -.
Examples of the unsubstituted alkyl group having 1 to 18 carbon atoms include methyl group, ethyl group, n-propyl group, isopropyl group, n-butyl group, isobutyl group, and tert-butyl group.
Examples of the unsubstituted cyclic alkyl group having 3 to 18 carbon atoms include cyclopropyl group, cyclobutyl group, cyclopentyl group, cyclohexyl group, cycloheptyl group, methylcyclopentyl group, methylcyclohexyl group, methylcycloheptyl group, etc. It will be done.
炭素数2~20のアシル基は、直鎖又は分岐鎖のアシル基であってもよく、無置換であっても、置換されていてもよい。置換基としては、上述のアルキレン基、-(R14-O)h-、及び-C(=O)-R15-における置換基と同様のものが挙げられる。
また、前記アシル基は、炭素数2~4であることが好ましく、炭素数2~4のアシル基としては、例えば、アセチル基、プロピオニル基(プロパノイル基)、ブチリル基等が挙げられる。
The acyl group having 2 to 20 carbon atoms may be a linear or branched acyl group, and may be unsubstituted or substituted. Examples of the substituent include the same substituents as those for the above-mentioned alkylene group, -(R 14 -O) h -, and -C(=O)-R 15 -.
Further, the acyl group preferably has 2 to 4 carbon atoms, and examples of the acyl group having 2 to 4 carbon atoms include an acetyl group, a propionyl group (propanoyl group), and a butyryl group.
炭素数6~24のアリール基は、無置換であっても、置換されていてもよい。置換基としては、上述のアルキレン基、-(R14-O)h-、及び-C(=O)-R15-における置換基と同様のものが挙げられる。
炭素数6~24の無置換のアリール基としては、例えば、フェニル基、ナフチル基等が挙げられる。
The aryl group having 6 to 24 carbon atoms may be unsubstituted or substituted. Examples of the substituent include the same substituents as those for the above-mentioned alkylene group, -(R 14 -O) h -, and -C(=O)-R 15 -.
Examples of the unsubstituted aryl group having 6 to 24 carbon atoms include phenyl group and naphthyl group.
炭素数7~20のアラルキル基は、無置換であっても、置換されていてもよい。置換基としては、上述のアルキレン基、-(R14-O)h-、及び-C(=O)-R15-における置換基と同様のものが挙げられる。
炭素数7~20の無置換のアラルキル基としては、例えば、ベンジル基、フェニルエチル基、フェニルエテニル基等が挙げられる。
The aralkyl group having 7 to 20 carbon atoms may be unsubstituted or substituted. Examples of the substituent include the same substituents as those for the above-mentioned alkylene group, -(R 14 -O) h -, and -C(=O)-R 15 -.
Examples of the unsubstituted aralkyl group having 7 to 20 carbon atoms include benzyl group, phenylethyl group, and phenylethenyl group.
炭素数1~18のアルコキシ基は、直鎖又は分岐鎖のアルコキシ基であってもよく、無置換であっても、置換されていてもよい。置換基としては、上述のアルキレン基、-(R14-O)h-、及び-C(=O)-R15-における置換基と同様のものが挙げられる。
炭素数1~18のアルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、ヘキシルオキシ基、フェノキシ基、ベンジルオキシ基等が挙げられる。
The alkoxy group having 1 to 18 carbon atoms may be a linear or branched alkoxy group, and may be unsubstituted or substituted. Examples of the substituent include the same substituents as those for the above-mentioned alkylene group, -(R 14 -O) h -, and -C(=O)-R 15 -.
Examples of the alkoxy group having 1 to 18 carbon atoms include methoxy group, ethoxy group, propoxy group, butoxy group, hexyloxy group, phenoxy group, and benzyloxy group.
カルボン酸エステル基は、無置換であっても、置換されていてもよい。置換基としては、上述のアルキレン基、-(R14-O)h-、及び-C(=O)-R15-における置換基と同様のものが挙げられる。
カルボン酸エステル基としては、-COOR1Aで表されるカルボン酸エステル基が挙げられる。ここで、R1Aとしては、炭素数1~12の直鎖若しくは分岐のアルキル基、炭素数3~12のシクロアルキル基、炭素数6~18のアリール基が挙げられる。
無置換のカルボン酸エステル基としては、直鎖若しくは分岐鎖の炭素数2~12のアルキルエステル基(メチルエステル基、エチルエステル基等)、炭素数4~12のシクロアルキルエステル基(シクロプロピルエステル基、シクロブチルエステル基等)、炭素数7~12のアリールエステル基(フェニルエステル基)等が挙げられる。
The carboxylic acid ester group may be unsubstituted or substituted. Examples of the substituent include the same substituents as those for the above-mentioned alkylene group, -(R 14 -O) h -, and -C(=O)-R 15 -.
Examples of the carboxylic ester group include a carboxylic ester group represented by -COOR 1A . Here, examples of R 1A include a linear or branched alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, a cycloalkyl group having 3 to 12 carbon atoms, and an aryl group having 6 to 18 carbon atoms.
Examples of unsubstituted carboxylic acid ester groups include linear or branched alkyl ester groups having 2 to 12 carbon atoms (methyl ester group, ethyl ester group, etc.), cycloalkyl ester groups having 4 to 12 carbon atoms (cyclopropyl ester group, etc.). group, cyclobutyl ester group, etc.), aryl ester group having 7 to 12 carbon atoms (phenyl ester group), and the like.
ハロゲン原子としては、例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子等が挙げられる。 Examples of the halogen atom include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and the like.
液晶性を発現する観点から、疎水性基としては、炭素数1~18の直鎖若しくは分岐のアルキル基、炭素数3~18のシクロアルキル基、炭素数6~18のアリール基、炭素数7~20のアラルキル基、炭素数2~20の直鎖若しくは分岐のアシル基、炭素数1~18の直鎖若しくは分岐のアルコキシ基、-COOR1A(ここで、R1Aは、炭素数1~12の直鎖若しくは分岐のアルキル基、炭素数3~12のシクロアルキル基、又は炭素数6~18のアリール基を表す。)で表されるカルボン酸エステル基、又はハロゲン原子であることが好ましい。
また、セルロース誘導体の合成のし易さの観点からは、疎水性基としては、炭素数5~20の直鎖若しくは分岐のアシル基、及び炭素数2~4の直鎖若しくは分岐のアシル基(直鎖及び分岐鎖のいずれも可。以下同様。)の少なくとも一方が好ましい。
From the viewpoint of exhibiting liquid crystallinity, hydrophobic groups include linear or branched alkyl groups having 1 to 18 carbon atoms, cycloalkyl groups having 3 to 18 carbon atoms, aryl groups having 6 to 18 carbon atoms, and 7 carbon atoms. ~20 aralkyl group, a linear or branched acyl group having 2 to 20 carbon atoms, a straight chain or branched alkoxy group having 1 to 18 carbon atoms, -COOR 1A (here, R 1A is a
In addition, from the viewpoint of ease of synthesizing cellulose derivatives, examples of hydrophobic groups include straight-chain or branched acyl groups having 5 to 20 carbon atoms, and straight-chain or branched acyl groups having 2 to 4 carbon atoms ( Either straight chain or branched chain is acceptable (the same applies hereinafter)), and at least one of the following is preferred.
一般式(1)中、n11は、2以上800以下の整数を表し、架橋によって適度なゴム弾性を有する液晶フィルムを得る観点から、好ましくは2以上400以下、より好ましくは2以上300以下である。 In general formula (1), n11 represents an integer of 2 or more and 800 or less, and is preferably 2 or more and 400 or less, more preferably 2 or more and 300 or less, from the viewpoint of obtaining a liquid crystal film having appropriate rubber elasticity by crosslinking. .
上記一般式(1)で表される分子構造は、下記一般式(1-1):
一般式(1-1)中、R1は、-CH2-CH2-、又は-CH2-CH(CH3)-を表し、R11、R12及びR13は、それぞれ独立に、水素原子、不飽和二重結合を有する基、又は疎水性基を表し、m1、t1及びr1は、それぞれ独立に、0以上10以下の整数を表し、n11は、2以上800以下の整数を表す。但し、R11、R12及びR13の少なくとも1つは、下記一般式(3):
ここで、一般式(3)中、R3aは、炭素数7~20の直鎖若しくは分岐のアルキレン基を表し、R3bは、炭素数3~20の直鎖若しくは分岐のアルキレン基を表し、R3cは、水素原子又はメチル基を表し、**は、上記一般式(1-1)中、-(R1-O)m1-、-(R1-O)t1-若しくは-(R1-O)r1-と結合する部分、又はセルロース骨格の2位、3位若しくは6位にある酸素原子と結合する部分を表す。
In general formula (1-1), R 1 represents -CH 2 -CH 2 - or -CH 2 -CH(CH 3 )-, and R 11 , R 12 and R 13 each independently represent hydrogen. represents an atom, a group having an unsaturated double bond, or a hydrophobic group, m1, t1 and r1 each independently represent an integer of 0 to 10, and n11 represents an integer of 2 to 800. However, at least one of R 11 , R 12 and R 13 is represented by the following general formula (3):
Here, in the general formula (3), R 3a represents a straight chain or branched alkylene group having 7 to 20 carbon atoms, R 3b represents a straight chain or branched alkylene group having 3 to 20 carbon atoms, R 3c represents a hydrogen atom or a methyl group, and ** represents -(R 1 -O) m1 -, -(R 1 -O) t1 - or -(R 1 -O) represents a moiety that binds to r1 - or a moiety that binds to an oxygen atom at the 2nd, 3rd, or 6th position of the cellulose skeleton.
一般式(1-1)中、R11、R12及びR13は、上記一般式(1)におけるR11、R12及びR13と同義であり、好ましい範囲も同様である。 In general formula (1-1), R 11 , R 12 and R 13 have the same meanings as R 11 , R 12 and R 13 in general formula (1) above, and their preferred ranges are also the same.
一般式(1-1)中、m1、t1及びr1は、それぞれ独立に、0以上10以下の整数を表し、m1、t1及びr1としては、セルロース誘導体の合成のし易さの観点から、それぞれ独立に、好ましくは0以上8以下、より好ましくは0以上5以下、より一層好ましくは0以上3以下である。 In general formula (1-1), m1, t1, and r1 each independently represent an integer of 0 to 10, and m1, t1, and r1 are selected from the viewpoint of ease of synthesis of cellulose derivatives. Independently, preferably 0 or more and 8 or less, more preferably 0 or more and 5 or less, even more preferably 0 or more and 3 or less.
一般式(1-1)中、n11は、上記一般式(1)におけるn11と同義であり、好ましい範囲も同様である。n11は、2以上800以下の整数を表し、架橋によって適度なゴム弾性を有する液晶フィルムを得る観点から、好ましくは2以上400以下、より好ましくは2以上300以下である。 In the general formula (1-1), n11 has the same meaning as n11 in the above general formula (1), and the preferred range is also the same. n11 represents an integer of 2 or more and 800 or less, and is preferably 2 or more and 400 or less, more preferably 2 or more and 300 or less, from the viewpoint of obtaining a liquid crystal film having appropriate rubber elasticity by crosslinking.
一般式(1-1)において、R1が-CH2-CH(CH3)-で表される場合、分子構造は、下記一般式(1a):
一般式(1a)中、R11、R12、R13、及びn11は、一般式(1)におけるR11、R12、R13、及びn11と同義である。また、一般式(1a)中、m11、t11、及びr11は、一般式(1-1)におけるm1、t1、及びr1と同義である。 In general formula (1a), R 11 , R 12 , R 13 and n11 have the same meanings as R 11 , R 12 , R 13 and n11 in general formula (1). Furthermore, in the general formula (1a), m11, t11, and r11 have the same meanings as m1, t1, and r1 in the general formula (1-1).
一般式(1-1)において、R1が、-CH2-CH2-で表される場合、分子構造は、下記一般式(1b):
一般式(1b)中、R11、R12、R13、及びn11は、一般式(1)におけるR11、R12、R13、及びn11と同義である。また、一般式(1b)中、m12、t12、r12は、一般式(1-1)におけるm1、t1、r1と同義である。 In general formula (1b), R 11 , R 12 , R 13 and n11 have the same meanings as R 11 , R 12 , R 13 and n11 in general formula (1). Furthermore, in the general formula (1b), m12, t12, and r12 have the same meanings as m1, t1, and r1 in the general formula (1-1).
前記セルロース誘導体の特に好ましい態様は、一般式(1a)で表される分子構造を有するセルロース誘導体、又は一般式(1b)で表される分子構造を有するセルロース誘導体である。
具体的には、一般式(1a)において、疎水性基(R11、R12、又はR13)が、炭素数2~4のアシル基又は炭素数5~20のアシル基であって、不飽和二重結合を有する基(R11、R12、又はR13)が、一般式(3)で表される基であって、m11、t11、及びr11が、それぞれ独立に、0以上3以下の整数であって、n11が、2以上300以下である態様;一般式(1b)において、疎水性基(R11、R12、又はR13)が、炭素数2~4のアシル基又は炭素数5~20のアシル基であって、不飽和二重結合を有する基(R11、R12、又はR13)が、一般式(3)で表される基であって、m12、t12、及びr12が、それぞれ独立に、0以上3以下の整数であって、n11が、2以上300以下である態様である。
A particularly preferred embodiment of the cellulose derivative is a cellulose derivative having a molecular structure represented by general formula (1a) or a cellulose derivative having a molecular structure represented by general formula (1b).
Specifically, in general formula (1a), the hydrophobic group (R 11 , R 12 , or R 13 ) is an acyl group having 2 to 4 carbon atoms or an acyl group having 5 to 20 carbon atoms, and The group having a saturated double bond (R 11 , R 12 , or R 13 ) is a group represented by general formula (3), and m11, t11, and r11 are each independently 0 or more and 3 or less. An embodiment in which n11 is an integer of 2 to 300; In general formula (1b), the hydrophobic group (R 11 , R 12 , or R 13 ) is an acyl group having 2 to 4 carbon atoms or a carbon The number 5 to 20 acyl group having an unsaturated double bond (R 11 , R 12 , or R 13 ) is a group represented by the general formula (3), m12, t12, and r12 are each independently an integer of 0 or more and 3 or less, and n11 is 2 or more and 300 or less.
一般式(1)及び一般式(1-1)中、R11、R12及びR13で表される不飽和二重結合を有する基としては、架橋によって優れたゴム弾性を有する液晶フィルムを得る観点から、R11、R12及びR13の少なくとも1つは、下記一般式(3):
一般式(3)中、R3aは、炭素数7~20の直鎖若しくは分岐のアルキレン基を表し、R3bは、炭素数3~20の直鎖若しくは分岐のアルキレン基を表し、R3cは、水素原子又はメチル基を表し、**は、上記一般式(1)中のX11、X12若しくはX13と結合する部分、一般式(1-1)中の-(R1-O)m1-、-(R1-O)t1-若しくは-(R1-O)r1-と結合する部分、又はセルロース骨格の2位、3位若しくは6位にある酸素原子と結合する部分を表す。一般式(3)中のR3aが、炭素数7~20の長鎖アルキレン基であることで、セルロース誘導体のゴム弾性が向上し、該セルロース誘導体を含む液晶材料の延伸特性が向上する。 In the general formula (3), R 3a represents a straight chain or branched alkylene group having 7 to 20 carbon atoms, R 3b represents a straight chain or branched alkylene group having 3 to 20 carbon atoms, and R 3c represents a straight chain or branched alkylene group having 3 to 20 carbon atoms. , represents a hydrogen atom or a methyl group, and ** represents a moiety bonding to X 11 , X 12 or X 13 in the above general formula (1), -(R 1 -O) in general formula (1-1) m1 -, -(R 1 -O) t1 - or -(R 1 -O) r1 - represents a moiety that bonds with the oxygen atom at the 2nd, 3rd, or 6th position of the cellulose skeleton. When R 3a in the general formula (3) is a long-chain alkylene group having 7 to 20 carbon atoms, the rubber elasticity of the cellulose derivative is improved, and the stretching properties of the liquid crystal material containing the cellulose derivative are improved.
R3aにおける、炭素数7~20の直鎖若しくは分岐のアルキレン基としては、ゴム弾性により優れる液晶フィルムが得られる観点から、炭素数7~20の直鎖のアルキレン基が好ましく、力学特性の観点から、炭素数10~18の直鎖のアルキレン基が更に好ましく、炭素数12の直鎖のアルキレン基が特に好ましい。炭素数7~20の直鎖若しくは分岐のアルキレン基としては、例えば、ヘプタメチレン基、オクタメチレン基、デカメチレン基、ドデカメチレン基、テトラデカメチレン基、ヘキサデカメチレン基、オクタデカメチレン基等が挙げられる。
なお、R3aが炭素数12の直鎖のアルキレン基であるセルロース誘導体を含む液晶材料においては、液晶性の元となる分子螺旋が反転する現象(掌性反転)が確認された。
The straight chain or branched alkylene group having 7 to 20 carbon atoms in R 3a is preferably a straight chain alkylene group having 7 to 20 carbon atoms, from the viewpoint of obtaining a liquid crystal film with better rubber elasticity, and from the viewpoint of mechanical properties. Therefore, a linear alkylene group having 10 to 18 carbon atoms is more preferable, and a linear alkylene group having 12 carbon atoms is particularly preferable. Examples of the linear or branched alkylene group having 7 to 20 carbon atoms include heptamethylene group, octamethylene group, decamethylene group, dodecamethylene group, tetradecamethylene group, hexadecamethylene group, octadecamethylene group, etc. It will be done.
In addition, in a liquid crystal material containing a cellulose derivative in which R 3a is a linear alkylene group having 12 carbon atoms, a phenomenon in which the molecular helix, which is the source of liquid crystallinity, is inverted (handedness inversion) was confirmed.
R3bにおける、炭素数3~20の直鎖若しくは分岐のアルキレン基としては、ゴム弾性により優れる液晶フィルムが得られる観点から、炭素数3~20の直鎖のアルキレン基が好ましく、炭素数5~15の直鎖のアルキレン基が更に好ましく、炭素数5~10の直鎖のアルキレン基がより一層好ましい。炭素数3~20の直鎖若しくは分岐のアルキレン基としては、例えば、n-プロピレン基、イソプロピレン基、n-ブチレン基、イソブチレン基、sec-ブチレン基、tert-ブチレン基、n-ペンチレン基、イソペンチレン基、ヘプタメチレン基、オクタメチレン基、デカメチレン基、ドデカメチレン基、テトラデカメチレン基、ヘキサデカメチレン基、オクタデカメチレン基等が挙げられる。 The straight chain or branched alkylene group having 3 to 20 carbon atoms in R 3b is preferably a straight chain alkylene group having 3 to 20 carbon atoms, and preferably a straight chain alkylene group having 5 to 20 carbon atoms, from the viewpoint of obtaining a liquid crystal film with better rubber elasticity. A straight chain alkylene group having 15 carbon atoms is more preferred, and a straight chain alkylene group having 5 to 10 carbon atoms is even more preferred. Examples of straight chain or branched alkylene groups having 3 to 20 carbon atoms include n-propylene group, isopropylene group, n-butylene group, isobutylene group, sec-butylene group, tert-butylene group, n-pentylene group, Examples include isopentylene group, heptamethylene group, octamethylene group, decamethylene group, dodecamethylene group, tetradecamethylene group, hexadecamethylene group, octadecamethylene group.
一般式(1)及び一般式(1-1)において、液晶性及び優れたゴム弾性を有し、且つ、反射波長の波長シフトが大きくなる観点から、R11、R12及びR13は、疎水性基及び不飽和二重結合を有する基の両方を有することが好ましく、炭素数2~4の直鎖若しくは分岐のアシル基及び一般式(3)の不飽和二重結合を有する基の両方を有することが更に好ましい。 In general formula (1) and general formula (1-1), R 11 , R 12 and R 13 are hydrophobic from the viewpoint of having liquid crystallinity and excellent rubber elasticity, and increasing the wavelength shift of the reflected wavelength. It is preferable to have both a straight-chain or branched acyl group having 2 to 4 carbon atoms and a group having an unsaturated double bond of general formula (3). It is more preferable to have.
前記セルロース誘導体は、不飽和二重結合を有する基のモノマー単位当たりの置換度(以下、「不飽和二重結合を有する基の置換度」とも称する)が0.01以上2.0以下であることが好ましい。
ここで、置換度とは、セルロースのモノマー単位(D-グルコピラノース(β-グルコース))が有する3つの水酸基のうち、少なくとも一部の水酸基又は水酸基の一部が、置換基により置換されている程度を示す指標であり、具体的には、上記置換基で置換された平均個数(≦3)を意味する。
前記「不飽和二重結合を有する基の置換度」とは、前記セルロース誘導体が一般式(1)で表される場合では、一般式(1)中、R11、R12及びR13の位置に導入された「不飽和二重結合を有する基」の平均個数とする。
同様に、疎水性基のモノマー単位当たりの置換度(以下、「疎水性基の置換度」とも称する。)とは、前記セルロース誘導体が一般式(1)で表される場合では、一般式(1)中、R11、R12及びR13の位置に導入された「疎水性基」の平均個数とする。
なお、本実施形態において、不飽和二重結合を有する基であり、且つ疎水性基にも該当する基の場合、かかる基は「不飽和二重結合を有する基」とみなす。
The cellulose derivative has a degree of substitution per monomer unit of a group having an unsaturated double bond (hereinafter also referred to as "degree of substitution of a group having an unsaturated double bond") of 0.01 or more and 2.0 or less. It is preferable.
Here, the degree of substitution refers to the degree to which at least some of the hydroxyl groups or a part of the hydroxyl groups among the three hydroxyl groups of the cellulose monomer unit (D-glucopyranose (β-glucose)) are substituted with a substituent. It is an index showing the degree of substitution, and specifically means the average number (≦3) of the above substituents.
The above-mentioned "degree of substitution of a group having an unsaturated double bond" means, when the cellulose derivative is represented by the general formula (1), the positions of R 11 , R 12 and R 13 in the general formula (1) The average number of "groups with unsaturated double bonds" introduced into
Similarly, the degree of substitution per monomer unit of a hydrophobic group (hereinafter also referred to as "degree of substitution of a hydrophobic group") means that when the cellulose derivative is represented by the general formula (1), the degree of substitution per monomer unit of the hydrophobic group is expressed by the general formula ( In 1), the average number of "hydrophobic groups" introduced at the positions of R 11 , R 12 and R 13 .
In addition, in this embodiment, in the case of a group having an unsaturated double bond and also falling under the category of a hydrophobic group, such a group is considered to be a "group having an unsaturated double bond."
前記セルロース誘導体は、サーモトロピックコレステリック液晶性の発現を向上することができ、架橋後におけるセルロース誘導体に優れたゴム弾性を付与する観点から、不飽和二重結合を有する基の置換度は、0.01以上2.0以下が好ましく、0.1以上1.5以下が更に好ましく、0.2以上1.0未満がより一層好ましい。
また、前記セルロース誘導体は、架橋によって適度なゴム弾性を有する液晶フィルムを得る観点から、不飽和二重結合を有する基の置換度と、疎水性基の置換度と、の比(不飽和二重結合を有する基の置換度/疎水性基の置換度)は、好ましくは3.0×10-3以上2.0以下、より好ましくは3.0×10-2以上1.0以下、より一層好ましくは7.0×10-2以上0.5以下である。
The cellulose derivative can improve the expression of thermotropic cholesteric liquid crystallinity, and from the viewpoint of imparting excellent rubber elasticity to the cellulose derivative after crosslinking, the degree of substitution of the group having an unsaturated double bond is set to 0. It is preferably 0.01 or more and 2.0 or less, more preferably 0.1 or more and 1.5 or less, and even more preferably 0.2 or more and less than 1.0.
In addition, from the viewpoint of obtaining a liquid crystal film having appropriate rubber elasticity by crosslinking, the cellulose derivative has a ratio of the degree of substitution of groups having unsaturated double bonds to the degree of substitution of hydrophobic groups (unsaturated double bonds). The degree of substitution of a group having a bond/the degree of substitution of a hydrophobic group is preferably 3.0 × 10 -3 or more and 2.0 or less, more preferably 3.0 × 10 -2 or more and 1.0 or less, and even more preferably 3.0 × 10 -2 or more and 1.0 or less. Preferably it is 7.0×10 -2 or more and 0.5 or less.
前記セルロース誘導体は、架橋によって適度なゴム弾性を有する液晶フィルムを得る観点から、一般式(3)で表される不飽和二重結合を有する基の置換度は、0.01以上1.0以下が好ましく、0.01以上0.5以下が更に好ましく、0.01以上0.1以下がより一層好ましい。
また、前記セルロース誘導体は、架橋によって適度なゴム弾性を有する液晶フィルムを得る観点から、一般式(3)で表される不飽和二重結合を有する基の置換度と、疎水性基の置換度と、の比(一般式(3)の不飽和二重結合を有する基の置換度/疎水性基の置換度)は、好ましくは3.0×10-3以上0.5以下、より好ましくは5.0×10-3以上0.1以下、より一層好ましくは7.0×10-3以上0.05以下である。
In the cellulose derivative, from the viewpoint of obtaining a liquid crystal film having appropriate rubber elasticity by crosslinking, the degree of substitution of the group having an unsaturated double bond represented by the general formula (3) is 0.01 or more and 1.0 or less. is preferable, more preferably 0.01 or more and 0.5 or less, even more preferably 0.01 or more and 0.1 or less.
In addition, from the viewpoint of obtaining a liquid crystal film having appropriate rubber elasticity by crosslinking, the cellulose derivative has a degree of substitution of a group having an unsaturated double bond represented by general formula (3) and a degree of substitution of a hydrophobic group. The ratio (degree of substitution of the group having an unsaturated double bond in general formula (3)/degree of substitution of the hydrophobic group) is preferably 3.0 × 10 -3 or more and 0.5 or less, more preferably It is 5.0×10 −3 or more and 0.1 or less, and even more preferably 7.0×10 −3 or more and 0.05 or less.
不飽和二重結合を有する基の置換度及び疎水性基の置換度は、1H-NMRにより、各置換基が有する特徴的なプロトンピークの積分値から算出される。
具体的には、後述する実施例に示すように、下記の測定条件で、重クロロホルムに溶解させた前記セルロース誘導体溶液の1H-NMRスペクトルを測定し、測定された1H-NMRスペクトルに基づき、不飽和二重結合を有する基に由来するプロトンピーク;疎水性基に由来するプロトンピーク;セルロース骨格由来のプロトンピーク(例えばβ-グルコースモノマー単位にあるプロトンピーク等);セルロース骨格がヒドロキシプロピルセルロース(HPC)の場合、HPC由来のプロトンピーク鎖中のヒドロキシプロピル基が有するメチン基のプロトンピーク;等の積分値に基づき算出される。
-測定条件-
装置:BRUKER製、ULTRASHIELD400PLUS(型番)
周波数:400MHz
The degree of substitution of a group having an unsaturated double bond and the degree of substitution of a hydrophobic group are calculated from the integral value of the characteristic proton peak of each substituent by 1 H-NMR.
Specifically, as shown in the examples below, the 1 H-NMR spectrum of the cellulose derivative solution dissolved in deuterated chloroform was measured under the following measurement conditions, and based on the measured 1 H-NMR spectrum, , proton peaks derived from groups with unsaturated double bonds; proton peaks derived from hydrophobic groups; proton peaks derived from cellulose skeleton (for example, proton peaks in β-glucose monomer units, etc.); cellulose skeleton is hydroxypropylcellulose In the case of (HPC), the proton peak derived from HPC is calculated based on the integral value of the proton peak of the methine group possessed by the hydroxypropyl group in the chain.
-Measurement condition-
Device: Made by BRUKER, ULTRASHIELD400PLUS (model number)
Frequency: 400MHz
前記セルロース誘導体の重量平均分子量は、架橋によって優れたゴム弾性を有する液晶フィルムを得る観点から、好ましくは2万以上20万以下、より好ましくは5万以上20万以下、より一層好ましくは10万以上20万以下である。
前記セルロース誘導体の重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー法(GPC)(ポリスチレン標準)により算出することができ、以下の測定条件で得られる測定結果からポリスチレン標準試料により作成した分子量校正曲線を使用して算出することができる。
-測定条件-
装置:東ソー社製、HLC-8220GPC(型番)
溶剤:テトラヒドロフラン
カラム:0021815 TSKgel SuperMultiporeHZ-N(粒子径3μm、内径4.6mm×長さ15cm、東ソー社製)
流速:0.15mL/分
試料濃度:2.0質量%
注入量:10μL
検出器:示差屈折検出器
温度:40℃
The weight average molecular weight of the cellulose derivative is preferably from 20,000 to 200,000, more preferably from 50,000 to 200,000, and even more preferably from 100,000 to 200,000, from the viewpoint of obtaining a liquid crystal film with excellent rubber elasticity through crosslinking. It is less than 200,000.
The weight average molecular weight of the cellulose derivative can be calculated by gel permeation chromatography (GPC) (polystyrene standard) using a molecular weight calibration curve created using a polystyrene standard sample from the measurement results obtained under the following measurement conditions. It can be calculated by
-Measurement condition-
Equipment: Tosoh Corporation, HLC-8220GPC (model number)
Solvent: Tetrahydrofuran Column: 0021815 TSKgel SuperMultiporeHZ-N (
Flow rate: 0.15mL/min Sample concentration: 2.0% by mass
Injection volume: 10μL
Detector: Differential refraction detector Temperature: 40℃
前記セルロース誘導体の合成方法は、特に限定されず、任意の方法で合成することができる。以下、セルロース誘導体の合成方法の一例として、一般式(1)で表される分子構造を有するヒドロキシプロピルセルロース誘導体を合成する方法について説明する。 The method for synthesizing the cellulose derivative is not particularly limited, and any method can be used to synthesize the cellulose derivative. Hereinafter, as an example of a method for synthesizing a cellulose derivative, a method for synthesizing a hydroxypropyl cellulose derivative having a molecular structure represented by general formula (1) will be described.
出発物質としてヒドロキシプロピルセルロース(HPC)を準備し、このHPCを溶媒に溶解してHPC溶液を調製する。
HPC溶液と、不飽和二重結合を有する基を持つ化合物(以下、「重合性化合物」とも称する。)及び疎水性基を有する化合物(以下、「疎水性化合物」とも称する。)の少なくとも1つを混合する。
次に、この混合溶液中で、HPCと、重合性化合物及び疎水性化合物を反応させ、HPCのモノマー単位にある3つの水酸基の水素原子を、不飽和二重結合を有する基又は疎水性基で置換する(HPCの側鎖(末端)に不飽和二重結合を有する基又は疎水性基を導入する)。なお、HPC溶液と、重合性化合物及び疎水性化合物の一方を混合して、HPCの側鎖に一方を導入した後、他方を混合してHPCの側鎖に他方を導入することが好ましい。これにより、一般式(1a)(一般式(1)の一例)で表される分子構造を有するHPC誘導体が得られる。
なお、上記合成において、例えば出発物質としてヒドロキシエチルセルロースを用いれば、一般式(1b)(一般式(1)の一例)で表される分子構造を有するセルロース誘導体が得られる。
Hydroxypropylcellulose (HPC) is prepared as a starting material, and this HPC is dissolved in a solvent to prepare an HPC solution.
An HPC solution and at least one of a compound having a group having an unsaturated double bond (hereinafter also referred to as a "polymerizable compound") and a compound having a hydrophobic group (hereinafter also referred to as a "hydrophobic compound"). Mix.
Next, in this mixed solution, HPC is reacted with a polymerizable compound and a hydrophobic compound, and the hydrogen atoms of the three hydroxyl groups in the monomer unit of HPC are replaced with a group having an unsaturated double bond or a hydrophobic group. Substitution (introducing a group having an unsaturated double bond or a hydrophobic group to the side chain (end) of HPC). Note that it is preferable to mix the HPC solution with one of a polymerizable compound and a hydrophobic compound to introduce one into the side chain of HPC, and then mix the other and introduce the other into the side chain of HPC. Thereby, an HPC derivative having a molecular structure represented by general formula (1a) (an example of general formula (1)) is obtained.
In the above synthesis, for example, if hydroxyethyl cellulose is used as a starting material, a cellulose derivative having a molecular structure represented by general formula (1b) (an example of general formula (1)) can be obtained.
また、上記方法に準じる方法により、一般式(1)で表される分子構造を有するセルロース誘導体を、例えば以下の方法で得ることができる。
まず、セルロース骨格の2位、3位、6位に結合する酸素原子と水素原子との間に、公知の方法により、アルキレン基、-(R14-O)h-(R14;アルキレン基、h;1以上10以下の整数)、又は、-C(=O)-R15-(R15;アルキレン基)を有する連結基を導入したセルロース誘導体を準備し、これを出発物質とする。
次に、このセルロース誘導体(出発物質)の末端にある水素原子を、上記方法に準じる方法により不飽和二重結合を有する基又は疎水性基で置換する。これにより、一般式(1)で表される分子構造を有するセルロース誘導体が得られる。
Further, by a method similar to the above method, a cellulose derivative having a molecular structure represented by general formula (1) can be obtained, for example, by the following method.
First, an alkylene group, -(R 14 -O) h -(R 14 ;alkylene group, A cellulose derivative into which a linking group having h; an integer from 1 to 10) or -C(=O)-R 15 -(R 15 ; alkylene group) is introduced is prepared, and this is used as a starting material.
Next, the hydrogen atoms at the terminals of this cellulose derivative (starting material) are substituted with a group having an unsaturated double bond or a hydrophobic group by a method similar to the above method. Thereby, a cellulose derivative having a molecular structure represented by general formula (1) is obtained.
出発物質(例えばHPC)としては、合成したものを用いても、市販のものを用いてもよい。
溶媒としては、出発物質を溶解できるものであれば特に制限されない。溶媒としては、例えば、アセトン等のケトン類;メトキシプロパノール、エトキシエタノール、プロパノール等のアルコール類;テトラヒドロフラン;等を挙げることができる
不飽和二重結合を有する基を持つ化合物(重合性化合物)としては、前述の不飽和二重結合を有する基を有し、その不飽和二重結合を有する基を上記一般式(1)におけるR11、R12若しくはR13に導入できるものであれば特に制限されない。
疎水性基を有する化合物(疎水性化合物)としては、前述の疎水性基を有し、その疎水性基を上記一般式(1)におけるR11、R12若しくはR13に導入できるものであれば特に制限されない。かかる疎水性化合物としては、ハロゲン化アシル(例えば、塩化アシル(塩化アセチル、塩化プロピオニル、塩化ブチリル、塩化ペンタノイル、塩化デカノイル等)、臭化アシル(臭化アセチル、臭化プロピオニル、臭化ブチリル、臭化ペンタノイル、臭化デカノイル等);が好ましく、塩化アシルが更に好ましく、塩化アセチル、塩化プロピオニル、塩化ブチリルが特に好ましい。
As the starting material (for example, HPC), either a synthesized material or a commercially available material may be used.
The solvent is not particularly limited as long as it can dissolve the starting material. Examples of the solvent include ketones such as acetone; alcohols such as methoxypropanol, ethoxyethanol, and propanol; tetrahydrofuran; etc. Compounds (polymerizable compounds) having a group having an unsaturated double bond include is not particularly limited as long as it has the group having the aforementioned unsaturated double bond and the group having the unsaturated double bond can be introduced into R 11 , R 12 or R 13 in the above general formula (1). .
The compound having a hydrophobic group (hydrophobic compound) includes any compound having the above-mentioned hydrophobic group and which can be introduced into R 11 , R 12 or R 13 in the above general formula (1). There are no particular restrictions. Such hydrophobic compounds include acyl halides (for example, acyl chlorides (acetyl chloride, propionyl chloride, butyryl chloride, pentanoyl chloride, decanoyl chloride, etc.), acyl bromides (acetyl bromide, propionyl bromide, butyryl bromide, etc.), pentanoyl chloride, decanoyl bromide, etc.) are preferred, acyl chloride is more preferred, and acetyl chloride, propionyl chloride, and butyryl chloride are particularly preferred.
本実施形態の液晶材料では、液晶材料の全体に占める前記セルロース誘導体の比率が80質量%以上であることが好ましく、90質量%以上であることがより好ましく、99質量%以上であることがより一層好ましい。液晶材料の全体に占める前記セルロース誘導体の比率が80質量%以上であれば、セルロース誘導体に起因する優れたゴム弾性がより発現され、液晶材料の延伸特性が更に向上する。 In the liquid crystal material of this embodiment, the ratio of the cellulose derivative to the entire liquid crystal material is preferably 80% by mass or more, more preferably 90% by mass or more, and even more preferably 99% by mass or more. More preferred. When the proportion of the cellulose derivative in the entire liquid crystal material is 80% by mass or more, the excellent rubber elasticity due to the cellulose derivative is further expressed, and the stretching properties of the liquid crystal material are further improved.
本実施形態の液晶材料は、更に、置換若しくは未置換のアルキル(メタ)アクリレート化合物を含むことが好ましい。液晶材料が置換若しくは未置換のアルキル(メタ)アクリレート化合物を含む場合、引張強さが向上する。
ここで、「(メタ)アクリレート」とは、アクリレート及びメタクリレートを指す(以下、同じ)。
また、置換されたアルキル(メタ)アクリレート化合物において、置換基としては、ヒドロキシル基、ハロゲン原子等が挙げられ、これらの中でも、ヒドロキシル基が好ましい。
It is preferable that the liquid crystal material of this embodiment further contains a substituted or unsubstituted alkyl (meth)acrylate compound. When the liquid crystal material contains a substituted or unsubstituted alkyl (meth)acrylate compound, tensile strength is improved.
Here, "(meth)acrylate" refers to acrylate and methacrylate (the same applies hereinafter).
Further, in the substituted alkyl (meth)acrylate compound, examples of the substituent include a hydroxyl group, a halogen atom, and the like, and among these, a hydroxyl group is preferable.
前記置換若しくは未置換のアルキル(メタ)アクリレート化合物としては、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、プロピル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、ミリスチル(メタ)アクリレート、イソミリスチル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート、イソステアリル(メタ)アクリレート、n-オクタデシル(メタ)アクリレート、ヒドロキメチル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、3-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、4-ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート等が挙げられる。 The substituted or unsubstituted alkyl (meth)acrylate compounds include methyl (meth)acrylate, ethyl (meth)acrylate, propyl (meth)acrylate, butyl (meth)acrylate, lauryl (meth)acrylate, and myristyl (meth)acrylate. , isomyristyl (meth)acrylate, stearyl (meth)acrylate, isostearyl (meth)acrylate, n-octadecyl (meth)acrylate, hydroxymethyl (meth)acrylate, 2-hydroxyethyl (meth)acrylate, 2-hydroxypropyl ( Examples include meth)acrylate, 3-hydroxypropyl(meth)acrylate, 4-hydroxybutyl(meth)acrylate, and the like.
ここで、前記置換若しくは未置換のアルキル(メタ)アクリレート化合物は、置換若しくは未置換のブチル(メタ)アクリレートであることが好ましい。液晶材料が置換若しくは未置換のブチル(メタ)アクリレートを含む場合、液晶材料の破断歪みが更に向上する。
また、前記置換若しくは未置換のブチル(メタ)アクリレートの中でも、4-ヒドロキシブチルアクリレートが特に好ましい。液晶材料が4-ヒドロキシブチルアクリレートを含む場合、液晶材料の復元力がより一層向上する。
Here, the substituted or unsubstituted alkyl (meth)acrylate compound is preferably substituted or unsubstituted butyl (meth)acrylate. When the liquid crystal material contains substituted or unsubstituted butyl (meth)acrylate, the strain at break of the liquid crystal material is further improved.
Furthermore, among the substituted or unsubstituted butyl (meth)acrylates, 4-hydroxybutyl acrylate is particularly preferred. When the liquid crystal material contains 4-hydroxybutyl acrylate, the restoring power of the liquid crystal material is further improved.
本実施形態の液晶材料では、液晶材料の全体に占める前記置換若しくは未置換のアルキル(メタ)アクリレート化合物の比率が0~20質量%であることが好ましく、1~15質量%であることがより好ましく、5~15質量%であることがより一層好ましい。液晶材料の全体に占める前記置換若しくは未置換のアルキル(メタ)アクリレート化合物の比率が1質量%以上の場合、液晶材料の引張強さを向上させる効果が大きくなる。 In the liquid crystal material of this embodiment, the ratio of the substituted or unsubstituted alkyl (meth)acrylate compound to the entire liquid crystal material is preferably 0 to 20% by mass, more preferably 1 to 15% by mass. It is preferably 5 to 15% by mass, and even more preferably 5 to 15% by mass. When the ratio of the substituted or unsubstituted alkyl (meth)acrylate compound to the entire liquid crystal material is 1% by mass or more, the effect of improving the tensile strength of the liquid crystal material becomes large.
本実施形態の液晶材料は、その他の成分を含んでいてもよい。その他の成分としては、例えば、重合開始剤、充填剤、架橋剤、難燃剤、相溶化剤、酸化防止剤、離型剤(剥離剤)、耐光剤、耐候剤、改質剤、帯電防止剤、加水分解防止剤等が挙げられ、これらの中でも、重合開始剤、充填剤、架橋剤が好ましい。 The liquid crystal material of this embodiment may contain other components. Other components include, for example, polymerization initiators, fillers, crosslinking agents, flame retardants, compatibilizers, antioxidants, mold release agents (releasing agents), light stabilizers, weather resistant agents, modifiers, and antistatic agents. , hydrolysis inhibitors, etc. Among these, polymerization initiators, fillers, and crosslinking agents are preferred.
前記重合開始剤としては、例えば、熱重合開始剤、光重合開始剤等の公知の重合開始剤を用いることができ、これらの中でも、光重合開始剤が好ましい。光重合開始剤としては、例えば、2-ヒドロキシ-2-メチルプロピオフェノン(HMPP)、アセトフェノン、1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2-ヒドロキシ-4’-(2-ヒドロキシエトキシ)-2-メチルプロピオフェノン、2-メチル-4’-(メチルチオ)-2-モルホリノプロピオフェニン、2-ベンジル-2-(ジメチルミノ)-4’-モルホリノブチロフェニン、フェニルビス(2,4,6-トリメチルベンゾイル)ホスフィンオキシド、ビス(2,6-ジフルオロ-3-(1-ヒドロピロール-1-イル)フェニル)チタノセン等が挙げられる。本実施形態の液晶材料では、液晶材料の全体に占める重合開始剤の比率が0~10質量%であることが好ましく、0.01~5質量%であることがより好ましく、0.1~3質量%であることがより一層好ましい。
前記充填剤としては、カーボンブラック、シリカ等が挙げられる。本実施形態の液晶材料では、液晶材料の全体に占める充填剤の比率が0~20質量%であることが好ましく、0.1~10質量%であることがより好ましい。
前記架橋剤としては、1,6-ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、トリレンジイソシアネート(TDI)、ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、イソホロンジイソシアネート(IPDI)等のポリイソシアネート等が挙げられる。本実施形態の液晶材料では、液晶材料の全体に占める架橋剤の比率が0~5質量%であることが好ましく、0.01~1質量%であることがより好ましい。
As the polymerization initiator, for example, known polymerization initiators such as thermal polymerization initiators and photopolymerization initiators can be used, and among these, photopolymerization initiators are preferred. Examples of the photopolymerization initiator include 2-hydroxy-2-methylpropiophenone (HMPP), acetophenone, 1-hydroxycyclohexylphenyl ketone, and 2-hydroxy-4'-(2-hydroxyethoxy)-2-methylpropiophenone. Piophenone, 2-methyl-4'-(methylthio)-2-morpholinopropiophenine, 2-benzyl-2-(dimethylmino)-4'-morpholinobutyrophenine, phenylbis(2,4,6-trimethyl Examples include benzoyl)phosphine oxide, bis(2,6-difluoro-3-(1-hydropyrrol-1-yl)phenyl)titanocene, and the like. In the liquid crystal material of this embodiment, the ratio of the polymerization initiator to the entire liquid crystal material is preferably 0 to 10% by mass, more preferably 0.01 to 5% by mass, and 0.1 to 3% by mass. It is even more preferable that it is mass %.
Examples of the filler include carbon black and silica. In the liquid crystal material of this embodiment, the proportion of the filler in the entire liquid crystal material is preferably 0 to 20% by mass, more preferably 0.1 to 10% by mass.
Examples of the crosslinking agent include polyisocyanates such as 1,6-hexamethylene diisocyanate (HDI), tolylene diisocyanate (TDI), diphenylmethane diisocyanate (MDI), and isophorone diisocyanate (IPDI). In the liquid crystal material of this embodiment, the ratio of the crosslinking agent to the entire liquid crystal material is preferably 0 to 5% by mass, more preferably 0.01 to 1% by mass.
本実施形態の液晶材料は、破断時の伸びが、50%以上であることが好ましく、55%以上であることが更に好ましく、60%以上であることがより一層好ましい。破断時の伸びが50%以上である液晶材料は、高い延伸特性を要求される用途に利用できる。
また、破断時の伸びの上限に特に制限はないが、本実施形態の液晶材料は、破断時の伸びが、通常は200%以下であり、一実施形態においては、100%以下である。
なお、本実施形態において、破断時の伸びは、実施例に記載の方法で測定した値である。
The liquid crystal material of this embodiment preferably has an elongation at break of 50% or more, more preferably 55% or more, and even more preferably 60% or more. A liquid crystal material having an elongation at break of 50% or more can be used in applications requiring high stretching properties.
Further, although there is no particular restriction on the upper limit of elongation at break, the elongation at break of the liquid crystal material of this embodiment is usually 200% or less, and in one embodiment, 100% or less.
In addition, in this embodiment, the elongation at break is a value measured by the method described in Examples.
本実施形態の液晶材料は、タイヤ、ホース、コンベヤベルト、免震ゴム、橋梁免震ゴム、自転車用チューブ、テント、スキー、リハビリ用品、家電製品のケーブル等のゴム弾性を要する物品に利用できる。本実施形態の液晶材料を用いることで、これらの物品が可逆的に色変化することを可能にできる。
また、本発明の液晶材料は、後述する液晶フィルムの材料としても、利用できる。
The liquid crystal material of this embodiment can be used in articles that require rubber elasticity, such as tires, hoses, conveyor belts, seismic isolation rubber, bridge seismic isolation rubber, bicycle tubes, tents, skis, rehabilitation equipment, and cables for home appliances. By using the liquid crystal material of this embodiment, these articles can be made to change color reversibly.
Furthermore, the liquid crystal material of the present invention can also be used as a material for a liquid crystal film, which will be described later.
<液晶フィルム>
本実施形態の液晶フィルムは、
三次元構造を有し、
下記一般式(2):
The liquid crystal film of this embodiment is
It has a three-dimensional structure,
General formula (2) below:
本実施形態の液晶フィルムは、三次元構造を有し、一般式(2)で表される分子構造を有するセルロース誘導体を含み、該セルロース誘導体が、モノマー単位同士を連結する基を有する基を含む。
三次元構造(即ち、架橋構造)を有するセルロース誘導体は、上記一般式(1)で表される分子構造を有するセルロース誘導体に由来するモノマー単位同士を架橋することにより得られる。
従って、本実施形態における三次元構造を有するセルロース誘導体は、不飽和二重結合が開裂することで生じた連結基によって、モノマー単位同士が適度に連結(架橋)されて得られたもの、即ち、セルロース誘導体のポリマーが架橋されて得られたものである。
本実施形態では、前記三次元構造が、液晶フィルムのゴム弾性の発現に寄与していると考えられる。三次元構造を有するセルロース誘導体は、精製性が向上する。この精製性の向上は、液晶フィルムのコレステリック液晶性の発現、及び、ゴム弾性の発現に寄与すると考えられる。
従って、本実施形態の液晶フィルムは、ゴム弾性を有し、さらにブラッグ反射の波長で配向が固定化される。さらに、機械的応力の印加によって、その応力に対応する波長の反射光が得られる。
The liquid crystal film of this embodiment includes a cellulose derivative having a three-dimensional structure and a molecular structure represented by general formula (2), and the cellulose derivative includes a group having a group that connects monomer units with each other. .
A cellulose derivative having a three-dimensional structure (that is, a crosslinked structure) can be obtained by crosslinking monomer units derived from a cellulose derivative having a molecular structure represented by the above general formula (1).
Therefore, the cellulose derivative having a three-dimensional structure in this embodiment is one obtained by appropriately linking (crosslinking) monomer units with each other by a linking group generated by cleavage of an unsaturated double bond, that is, It is obtained by crosslinking a cellulose derivative polymer.
In this embodiment, the three-dimensional structure is considered to contribute to the development of rubber elasticity of the liquid crystal film. Cellulose derivatives having a three-dimensional structure have improved purification properties. This improvement in purification property is thought to contribute to the development of cholesteric liquid crystallinity and rubber elasticity of the liquid crystal film.
Therefore, the liquid crystal film of this embodiment has rubber elasticity, and furthermore, the orientation is fixed at the wavelength of Bragg reflection. Furthermore, by applying mechanical stress, reflected light of a wavelength corresponding to the stress is obtained.
ここで、三次元構造の形成(架橋構造)の有無は、架橋前後の液晶フィルムを溶媒に溶解することで確認することができる。
具体的には、架橋後の液晶フィルムは三次元構造が形成されているため、溶媒(例えば、アセトン)に溶解しないが、三次元構造が形成されていない架橋前の液晶フィルム(即ち、液晶材料)は溶媒に溶解する。このように溶媒に対する溶解性の有無を比較することにより、三次元構造の形成を確認することができる。
また、本実施形態の液晶フィルムは、架橋剤を用いなくても三次元構造が形成されるため、比較的簡易な方法で製造することができる。なお、架橋剤を用いてモノマー単位同士を架橋させてもよい。
また、本実施形態の液晶フィルムは、モノマー単位同士が架橋されている構造(三次元構造)を有するが、これはモノマー単位内での架橋を排除するものではない。
Here, the presence or absence of the formation of a three-dimensional structure (crosslinked structure) can be confirmed by dissolving the liquid crystal film before and after crosslinking in a solvent.
Specifically, since the liquid crystal film after crosslinking has a three-dimensional structure, it does not dissolve in a solvent (e.g., acetone), but the liquid crystal film before crosslinking, which does not have a three-dimensional structure (i.e., the liquid crystal material ) is dissolved in the solvent. The formation of a three-dimensional structure can be confirmed by comparing the presence or absence of solubility in a solvent in this way.
Further, the liquid crystal film of this embodiment can be manufactured by a relatively simple method because a three-dimensional structure is formed without using a crosslinking agent. Note that monomer units may be crosslinked using a crosslinking agent.
Moreover, although the liquid crystal film of this embodiment has a structure (three-dimensional structure) in which monomer units are crosslinked, this does not exclude crosslinking within the monomer units.
一般式(2)において、X21、X22及びX23で表されるアルキレン基としては、上記一般式(1)におけるX11、X12及びX13で表されるアルキレン基と同義であり、好ましい範囲も同様である。 In general formula (2), the alkylene group represented by X 21 , X 22 and X 23 has the same meaning as the alkylene group represented by X 11 , X 12 and X 13 in general formula (1) above, The same applies to preferred ranges.
一般式(2)において、X21、X22及びX23で表される-(R24-O)j-、又は-C(=O)-R25-としては、上記一般式(1)における-(R14-O)h-、又は-C(=O)-R15-と同義であり、好ましい範囲も同様である。 In general formula (2), -(R 24 -O) j - represented by X 21 , X 22 and X 23 or -C(=O)-R 25 - in general formula (1) above is It has the same meaning as -(R 14 -O) h - or -C(=O)-R 15 -, and the preferred ranges are also the same.
一般式(2)において、R21、R22及びR23で表される疎水性基としては、上記一般式(1)におけるR11、R12及びR13で表される疎水性基と同義であり、好ましい範囲も同様である。 In general formula (2), the hydrophobic groups represented by R 21 , R 22 and R 23 have the same meaning as the hydrophobic groups represented by R 11 , R 12 and R 13 in general formula (1) above. The preferred range is also the same.
一般式(2)において、R21、R22及びR23で表されるモノマー単位同士を連結する基を有する基は、上述の不飽和二重結合を有する基が、開裂することで生じる連結基である。但し、R21、R22及びR23の少なくとも1つは、下記一般式(4):
一般式(4)中、R4aは、炭素数7~20の直鎖若しくは分岐のアルキレン基を表し、R4bは、炭素数3~20の直鎖若しくは分岐のアルキレン基を表し、R4cは、水素原子又はメチル基を表し、*は、モノマー単位同士が連結されたときの結合位置を表し、**は、上記一般式(2)中、X21、X22若しくはX23と結合する部分、又はセルロース骨格の2位、3位若しくは6位にある酸素原子と結合する部分を表す。
一般式(4)において、R4aで表される炭素数7~20の直鎖若しくは分岐のアルキレン基としては、上記一般式(3)におけるR3aで表される炭素数7~20の直鎖若しくは分岐のアルキレン基と同義であり、好ましい範囲も同様である。
一般式(4)において、R4bで表される炭素数3~20の直鎖若しくは分岐のアルキレン基を表し、としては、上記一般式(3)におけるR3bで表される炭素数3~20の直鎖若しくは分岐のアルキレン基と同義であり、好ましい範囲も同様である。
In the general formula (4), R 4a represents a straight chain or branched alkylene group having 7 to 20 carbon atoms, R 4b represents a straight chain or branched alkylene group having 3 to 20 carbon atoms, and R 4c represents a straight chain or branched alkylene group having 3 to 20 carbon atoms. , represents a hydrogen atom or a methyl group, * represents a bonding position when monomer units are connected to each other, and ** represents a moiety bonded to X 21 , X 22 or X 23 in the above general formula (2) , or a moiety that bonds with the oxygen atom at the 2nd, 3rd, or 6th position of the cellulose skeleton.
In general formula (4), the straight chain or branched alkylene group having 7 to 20 carbon atoms represented by R 4a is the linear or branched alkylene group having 7 to 20 carbon atoms represented by R 3a in general formula (3) above. or a branched alkylene group, and the preferred ranges are also the same.
In the general formula (4) , R 4b represents a straight chain or branched alkylene group having 3 to 20 carbon atoms; It has the same meaning as the linear or branched alkylene group, and the preferred range is also the same.
一般式(2)において、n21は、2以上800以下の整数を表し、適度なゴム弾性を有する観点から、好ましくは2以上400以下、より好ましくは2以上300以下である。 In general formula (2), n21 represents an integer of 2 or more and 800 or less, and from the viewpoint of having appropriate rubber elasticity, is preferably 2 or more and 400 or less, more preferably 2 or more and 300 or less.
上記一般式(2)で表される分子構造は、下記一般式(2-1):
一般式(2-1)中、R2は、-CH2-CH2-、又は-CH2-CH(CH3)-を表し、R21、R22及びR23は、それぞれ独立に、水素原子、モノマー単位同士を連結する基を有する基、又は疎水性基を表し、m2、t2及びr2は、それぞれ独立に、0以上10以下の整数を表し、n21は、2以上800以下の整数を表す。但し、R21、R22及びR23の少なくとも1つは、上記一般式(4)で表されるモノマー単位同士を連結する基を有する基を表す。 In general formula (2-1), R 2 represents -CH 2 -CH 2 - or -CH 2 -CH(CH 3 )-, and R 21 , R 22 and R 23 each independently represent hydrogen. Represents an atom, a group having a group that connects monomer units, or a hydrophobic group, m2, t2, and r2 each independently represent an integer of 0 to 10, and n21 represents an integer of 2 to 800. represent. However, at least one of R 21 , R 22 and R 23 represents a group having a group connecting monomer units represented by the above general formula (4).
一般式(2-1)中、R21、R22及びR23は、上記一般式(2)におけるR21、R22及びR23と同義であり、好ましい範囲も同様である。 In general formula (2-1), R 21 , R 22 and R 23 have the same meanings as R 21 , R 22 and R 23 in general formula (2) above, and their preferred ranges are also the same.
一般式(2-1)中、m2、t2及びr2は、それぞれ独立に、0以上10以下の整数を表し、m2、t2及びr2としては、セルロース誘導体の合成のし易さの観点から、それぞれ独立に、好ましくは0以上8以下、より好ましくは0以上5以下、より一層好ましくは0以上3以下である。 In general formula (2-1), m2, t2, and r2 each independently represent an integer of 0 to 10, and m2, t2, and r2 are selected from the viewpoint of ease of synthesis of cellulose derivatives, respectively. Independently, preferably 0 or more and 8 or less, more preferably 0 or more and 5 or less, even more preferably 0 or more and 3 or less.
一般式(2-1)中、n21は、上記一般式(2)におけるn21と同義であり、好ましい範囲も同様である。n21は、2以上800以下の整数を表し、架橋によって適度なゴム弾性を有する液晶フィルムを得る観点から、好ましくは2以上400以下、より好ましくは2以上300以下である。 In the general formula (2-1), n21 has the same meaning as n21 in the above general formula (2), and the preferred range is also the same. n21 represents an integer of 2 or more and 800 or less, and is preferably 2 or more and 400 or less, more preferably 2 or more and 300 or less, from the viewpoint of obtaining a liquid crystal film having appropriate rubber elasticity by crosslinking.
本実施形態の液晶フィルムは、例えば、基板上に、上記実施形態の液晶材料を付与し、基板上に付与された液晶材料に、熱を加える又は紫外線を照射することで製造できる。
かかる製法により、ゴム弾性を有し、ブラッグ反射が特定の波長で固定化された液晶フィルムを得ることができる。さらに、機械的応力の印加によって、その応力に対応する波長の反射光が得られる液晶フィルムを製造することができる。
The liquid crystal film of this embodiment can be manufactured, for example, by applying the liquid crystal material of the above embodiment onto a substrate and applying heat or irradiating the liquid crystal material applied to the substrate with ultraviolet rays.
By this manufacturing method, it is possible to obtain a liquid crystal film that has rubber elasticity and has fixed Bragg reflection at a specific wavelength. Furthermore, by applying mechanical stress, it is possible to produce a liquid crystal film that can obtain reflected light of a wavelength corresponding to the stress.
基板としては特に制限されず、目的に応じて通常用いられるものから適宜選択することができる。基板としては、例えば、ガラス基板、プラスチック基板(例えば、ポリエチレンナフタレート(PEN)基板、ポリエチレンテレフタレート(PET)基板、ポリカーボネート(PC)基板、ポリイミド(PI)基板等)、アルミニウム基板やステンレス基板等の金属基板、シリコン基板等の半導体基板等を用いることができる。
基板の厚さ、形状は特に限定されず、目的に応じて適宜選択することが好ましい。
基板上への液晶材料の付与方法としては、例えば、スピンコート法、ディップ法、スプレー法等の塗布法;インクジェット法;スクリーン印刷法;減圧注入法等の注入法;等が挙げられる。
The substrate is not particularly limited, and can be appropriately selected from commonly used substrates depending on the purpose. Examples of the substrate include glass substrates, plastic substrates (e.g., polyethylene naphthalate (PEN) substrates, polyethylene terephthalate (PET) substrates, polycarbonate (PC) substrates, polyimide (PI) substrates, etc.), aluminum substrates, stainless steel substrates, etc. A semiconductor substrate such as a metal substrate or a silicon substrate can be used.
The thickness and shape of the substrate are not particularly limited, and are preferably selected appropriately depending on the purpose.
Examples of methods for applying the liquid crystal material onto the substrate include coating methods such as spin coating, dipping, and spraying; inkjet methods; screen printing methods; and injection methods such as reduced pressure injection.
液晶材料の形態は、固形状(例えば粉末)であっても液状であってもよい。
液晶材料が固形状である場合は、使用する際に溶媒と混合して液状にすればよく、液晶材料が基板上に付与できる程度の液状を有する場合は、そのまま用いてもよいし、溶媒と混合して使用しやすい粘度に調整したものを用いてもよい。
The form of the liquid crystal material may be solid (for example, powder) or liquid.
If the liquid crystal material is in a solid state, it may be mixed with a solvent to make it into a liquid state, and if the liquid crystal material is in a liquid state that can be applied to a substrate, it may be used as is, or it may be mixed with a solvent. You may use one whose viscosity is adjusted to be easy to mix and use.
基板に付与される前記液晶材料は、その他の成分を含んでもよい。その他の成分としては、既述のその他の成分(例えば重合開始剤、剥離剤)と同様のものが挙げられる。
溶媒としては特に制限されず、例えば、既述のセルロース誘導体の合成方法の項で例示した溶媒を用いることができる。
The liquid crystal material applied to the substrate may also contain other components. Other components include the same components as those described above (eg, polymerization initiator, release agent).
The solvent is not particularly limited, and for example, the solvents exemplified in the section of the cellulose derivative synthesis method described above can be used.
基板上に付与された液晶材料に、熱を加える場合、熱を加えることで、架橋前のセルロース誘導体が有していた不飽和二重結合が開裂してモノマー単位同士が連結基を介して連結(架橋)され、その結果、ゴム弾性が発現される。また、ブラッグ反射の波長で配向が固定化される。
熱の付与方法としては特に制限されず、例えば、公知の加熱装置(オーブン、赤外線ヒーター、ホットプレート等)を用いて熱を加える方法が挙げられる。
液晶材料に熱を付与する際の温度は、適度なゴム弾性を有する観点、及び、ブラッグ反射の波長で配向を固定化する観点から、好ましくは25℃以上130℃以下、より好ましくは25℃以上120℃以下、より一層好ましくは25℃以上110℃以下である。なお、液晶材料に熱を付与する際の温度は、液晶材料が上記範囲になるように制御される。
なお、熱付与条件(温度、加熱時間等)を制御することにより、ブラッグ反射の波長で配向が固定化され易くなる。
When heat is applied to the liquid crystal material provided on the substrate, the unsaturated double bonds that the cellulose derivative had before crosslinking are cleaved and the monomer units are linked together via linking groups. (crosslinked), and as a result, rubber elasticity is developed. Furthermore, the orientation is fixed at the wavelength of Bragg reflection.
The method of applying heat is not particularly limited, and examples thereof include a method of applying heat using a known heating device (oven, infrared heater, hot plate, etc.).
The temperature at which heat is applied to the liquid crystal material is preferably 25°C or higher and 130°C or lower, more preferably 25°C or higher, from the viewpoint of having appropriate rubber elasticity and fixing the orientation at the wavelength of Bragg reflection. The temperature is 120°C or less, and even more preferably 25°C or more and 110°C or less. Note that the temperature when applying heat to the liquid crystal material is controlled so that the temperature of the liquid crystal material falls within the above range.
Note that by controlling the heat application conditions (temperature, heating time, etc.), the orientation can be easily fixed at the wavelength of Bragg reflection.
基板上に付与された液晶材料に、紫外線を照射する場合、紫外線を照射することで、架橋前のセルロース誘導体が有していた不飽和二重結合が開裂してモノマー単位同士が連結基を介して連結(架橋)され、その結果、ゴム弾性が発現される。また、ブラッグ反射の波長で配向が固定化される。
液晶材料に紫外線を照射する際の温度(以下、「UV照射温度」とも称する。)は、好ましくは25℃以上130℃以下、より好ましくは25℃以上120℃以下、より一層好ましくは25℃以上110℃以下である。なお、液晶材料に紫外線を照射する際の温度は、液晶材料が上記範囲になるように制御される。
また、紫外線の照射強度(UV照度)(以下、「UV照射強度」とも称する。)は、好ましくは1mW/cm2以上20mW/cm2以下、より好ましくは5mW/cm2以上20mW/cm2以下、より一層好ましくは10mW/cm2以上20mW/cm2以下である。
紫外線照射においては、UV照射温度とUV照射強度とを組み合わせて制御することによって、異なるブラッグ反射で配向が固定化された液晶フィルムが得られる。
より詳細には、UV照射温度を上記範囲に制御することによって、セルロース誘導体のサーモトロピックコレステリック液晶性が発現され、目的とする色に調整し易くなり、所望の色が得られ易くなる。そして、UV照射温度を上記範囲に制御した上で、更にUV照射強度を上記範囲に制御することによって、UV照射温度によって得られた色が固定化される。
従って、上記紫外線照射では、UV照射温度及びUV照射強度(好ましくはUV照射時間)を共に制御することによって、目的とする箇所に目的とする色を呈する多色からなる液晶フィルムが得られる。
なお、このような多色からなる液晶フィルム(即ち、異なるブラッグ反射での配向が固定化されたフィルム)は、例えば、フォトマスクを用いることで容易に得ることができる。詳細は後述する。
When a liquid crystal material provided on a substrate is irradiated with ultraviolet rays, the unsaturated double bonds that the cellulose derivative had before crosslinking are cleaved, and the monomer units are bonded to each other via linking groups. and are linked (crosslinked), resulting in rubber elasticity. Furthermore, the orientation is fixed at the wavelength of Bragg reflection.
The temperature at which the liquid crystal material is irradiated with ultraviolet light (hereinafter also referred to as "UV irradiation temperature") is preferably 25°C or higher and 130°C or lower, more preferably 25°C or higher and 120°C or lower, and even more preferably 25°C or higher. The temperature is 110°C or less. Note that the temperature at which the liquid crystal material is irradiated with ultraviolet rays is controlled so that the temperature of the liquid crystal material falls within the above range.
Further, the irradiation intensity of ultraviolet rays (UV illuminance) (hereinafter also referred to as "UV irradiation intensity") is preferably 1 mW/cm 2 or more and 20 mW/cm 2 or less, more preferably 5 mW/cm 2 or more and 20 mW/cm 2 or less. , and even more preferably 10 mW/cm 2 or more and 20 mW/cm 2 or less.
In ultraviolet irradiation, by controlling the UV irradiation temperature and UV irradiation intensity in combination, a liquid crystal film whose orientation is fixed by different Bragg reflections can be obtained.
More specifically, by controlling the UV irradiation temperature within the above range, the thermotropic cholesteric liquid crystallinity of the cellulose derivative is expressed, making it easier to adjust the desired color and obtain the desired color. Then, by controlling the UV irradiation temperature within the above range and further controlling the UV irradiation intensity within the above range, the color obtained by the UV irradiation temperature is fixed.
Therefore, in the above ultraviolet irradiation, by controlling both the UV irradiation temperature and the UV irradiation intensity (preferably the UV irradiation time), a multicolored liquid crystal film that exhibits the desired color at the desired location can be obtained.
Note that such a multicolored liquid crystal film (that is, a film with fixed orientations in different Bragg reflections) can be easily obtained by using, for example, a photomask. Details will be described later.
本実施形態の液晶フィルムは、破断時の伸びが、50%以上であることが好ましく、55%以上であることが更に好ましく、60%以上であることがより一層好ましい。破断時の伸びが50%以上である液晶フィルムは、高い延伸特性を要求される用途に利用できる。
また、破断時の伸びの上限に特に制限はないが、本実施形態の液晶フィルムは、破断時の伸びが、通常は200%以下であり、一実施形態においては、100%以下である。
The liquid crystal film of this embodiment preferably has an elongation at break of 50% or more, more preferably 55% or more, and even more preferably 60% or more. A liquid crystal film having an elongation at break of 50% or more can be used in applications requiring high stretching properties.
Further, there is no particular restriction on the upper limit of elongation at break, but the elongation at break of the liquid crystal film of this embodiment is usually 200% or less, and in one embodiment, 100% or less.
本実施形態の液晶フィルムは、例えば、偏光フィルム、位相差フィルム、バックライト、反射防止フィルム、光拡散フィルム、輝度向上フィルム、防眩フィルム等の光学フィルム;物体の歪み、伸縮、振動、衝撃等に起因する変形を、反射の波長(好ましくは反射色)によって検出するセンサー(圧力センサー、歪みセンサー、伸縮センサー、振動センサー、衝撃センサー等);脈波、呼吸、心弾動等の生体情報を、反射の波長(好ましくは反射色)によって検出するウェアラブルセンサー;上記光学フィルムを利用した光学素子;前記以外の光学素子;液晶表示素子;等に搭載して利用することができる。
本実施形態の液晶フィルムは、ゴム弾性を有し、機械的応力の印加によって、印加応力に対応する波長の反射光を得ることができるので、反射の波長(好ましくは反射色)によって機械的応力を検出できるセンサー、又は、機械的応力の印加によって反射光が得られる光学素子に搭載して利用することが好ましい。
The liquid crystal film of this embodiment is, for example, an optical film such as a polarizing film, a retardation film, a backlight, an antireflection film, a light diffusion film, a brightness enhancement film, an anti-glare film; distortion of an object, expansion/contraction, vibration, impact, etc. Sensors (pressure sensors, strain sensors, stretch sensors, vibration sensors, impact sensors, etc.) that detect deformation caused by reflection using reflected wavelengths (preferably reflected colors); , a wearable sensor that detects by the reflected wavelength (preferably reflected color); an optical element using the above optical film; an optical element other than the above; a liquid crystal display element; etc.
The liquid crystal film of this embodiment has rubber elasticity, and by applying mechanical stress, it is possible to obtain reflected light with a wavelength corresponding to the applied stress. It is preferable to use the sensor by mounting it on a sensor capable of detecting , or an optical element capable of obtaining reflected light by applying mechanical stress.
<センサー>
本実施形態のセンサーは、上記の液晶フィルムを具えることを特徴とする。かかる本実施形態のセンサーは、優れた延伸特性を有する。
センサーとしては、例えば、歪みセンサー、ウェアラブルセンサー等が好ましい。
<Sensor>
The sensor of this embodiment is characterized by comprising the above-mentioned liquid crystal film. The sensor of this embodiment has excellent stretching properties.
As the sensor, for example, a strain sensor, a wearable sensor, etc. are preferable.
本実施形態のセンサーは、物体の歪みを検出する歪みセンサーであることが好ましい。
本実施形態の歪みセンサーは、上記の液晶フィルムを具えるため、物体の歪みに起因する変形を、反射の波長(好ましくは反射色)によって検出することができる。
例えば、本実施形態の歪みセンサーを、歪みが生じ易い物体(例えば、橋梁や建物等の構造物)の箇所に予め設置しておくことによって、物体の歪みの程度を検出することができる。また、その歪み(変形)に起因する機械的応力を可視的に、すなわち反射の波長(好ましくは反射色)によって検出することができる。
The sensor of this embodiment is preferably a distortion sensor that detects distortion of an object.
Since the strain sensor of this embodiment includes the above-mentioned liquid crystal film, it is possible to detect deformation caused by distortion of an object based on the wavelength of reflection (preferably the color of reflection).
For example, by installing the strain sensor of this embodiment in advance at a location on an object where distortion is likely to occur (for example, a structure such as a bridge or a building), the degree of distortion of the object can be detected. Further, the mechanical stress caused by the distortion (deformation) can be detected visually, that is, by the wavelength of reflection (preferably the color of reflection).
本実施形態のセンサーは、生体情報を検出するウェアラブルセンサーであることが好ましい。ウェアラブルセンサーとは、身につけて使用できる比較的小型のセンサーのことである。
本実施形態のウェアラブルセンサーは、上記の液晶フィルムを具えるため、生体情報を、反射の波長(好ましくは反射色)によって検出することができる。
例えば、本実施形態の歪みセンサーを、生体情報を取得したい箇所に直接(例えば、肌に)貼り付ける若しくは装着する、又は、衣類、下着、靴下、手袋、ネクタイ、ハンカチ、マフラー、時計、メガネ、靴、スリッパ、帽子等に貼り付ける若しくは装着することによって、生体情報(脈波、呼吸、心弾動、体動(筋肉の動き等)等)を可視的に、即ち、反射の波長(好ましくは反射色)によって取得することができる。
The sensor of this embodiment is preferably a wearable sensor that detects biological information. Wearable sensors are relatively small sensors that can be worn on the body.
Since the wearable sensor of this embodiment includes the above-mentioned liquid crystal film, biological information can be detected by the wavelength of reflection (preferably the color of reflection).
For example, the strain sensor of this embodiment may be attached or worn directly (for example, on the skin) to a location where biological information is to be obtained, or clothing, underwear, socks, gloves, ties, handkerchiefs, mufflers, watches, glasses, etc. By pasting or wearing it on shoes, slippers, hats, etc., biological information (pulse waves, breathing, ballistocardial motion, body movements (muscle movements, etc.), etc.) can be visually detected, that is, reflected wavelengths (preferably reflection color).
<光学素子>
本実施形態の光学素子は、上記の液晶フィルムを具えることを特徴とする。かかる本実施形態の光学素子は、優れた延伸特性を有する。
本実施形態の光学素子を、例えば人為的に機械的応力を印加する、又は、自然に機械的応力がかかる箇所に予め設置することにより、その応力に対応する異なる反射光が得られる。このような光学素子の用途としては、玩具、非常用光源、インテリア(置物、棚等)、建築部材(床、壁、階段等)、食器、容器等が挙げられる。
<Optical element>
The optical element of this embodiment is characterized by comprising the above liquid crystal film. The optical element of this embodiment has excellent stretching properties.
By applying mechanical stress artificially or installing the optical element of this embodiment in advance at a location where mechanical stress is naturally applied, for example, different reflected light corresponding to the stress can be obtained. Applications of such optical elements include toys, emergency light sources, interior decorations (ornaments, shelves, etc.), architectural components (floors, walls, stairs, etc.), tableware, containers, and the like.
以下に、実施例を挙げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be described in more detail below with reference to Examples, but the present invention is not limited to the Examples below.
<セルロース誘導体1の合成>
アルミホイルで遮光し、窒素充填したフラスコ内に、ヘキサメチレンジイソシアナート(東京化成工業(株)製、製品番号:H0324)5.5mL(34mmol)及び4-ヒドロキシブチルアクリレート(東京化成工業(株)製、製品番号:A1390)2.2mL(15.9mmol)を加え、24時間撹拌した。生成物300mgをクロロホルム3.0mLに溶解させた後、HPLC((株)日本分析工業製、製品名:リサイクル分取HPLC装置)で、4-(((6-イソシアナートヘキシル)カルバモイル)オキシル)ブチルアクリレート(4H)を分離して、エバポレーションによってクロロホルムを留去した。
減圧下、室温(25℃)で24時間以上乾燥した低分子量ヒドロキシプロピルセルロース(HPC)(和光純薬工業(株)製、製品名:ヒドロキシプロピルセルロース2.0~2.9、製品番号:082-07925、重量平均分子量:5.0×104)6.0g(13.4mmol)を窒素充填したフラスコ内で、超脱水アセトン110mLに溶解させた後、アルミホイルで遮光した状態で、加熱(45℃)条件下で、末端に不飽和二重結合と、分子鎖中に1つのカルバメート結合を有する4H 360mg(1.2mmol)を溶解させた超脱水アセトン10.0mLを加え20時間撹拌した。
次に、室温(25℃)条件下で、塩化プロピオニル(PrCl)15mL(172mmol)を加え24時間撹拌した後、反応溶液を超純水に滴下した。特級アセトンに再溶解させて、超純水への滴下による洗浄操作を3回繰り返した後、1日以上減圧乾燥することにより生成物であるセルロース誘導体1(HPC-4HC/PrE)を得た。
収量は、4.0gであった。以下に、反応スキームを示す。
In a flask sealed with aluminum foil and filled with nitrogen, 5.5 mL (34 mmol) of hexamethylene diisocyanate (manufactured by Tokyo Kasei Kogyo Co., Ltd., product number: H0324) and 4-hydroxybutyl acrylate (manufactured by Tokyo Kasei Kogyo Co., Ltd.) were added. ), product number: A1390) was added thereto, and the mixture was stirred for 24 hours. After dissolving 300 mg of the product in 3.0 mL of chloroform, 4-(((6-isocyanatohexyl)carbamoyl)oxyl) was analyzed by HPLC (manufactured by Nippon Analytical Industry Co., Ltd., product name: Recycle Preparative HPLC device). Butyl acrylate (4H) was separated and chloroform was removed by evaporation.
Low molecular weight hydroxypropylcellulose (HPC) (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., product name: Hydroxypropylcellulose 2.0 to 2.9, product number: 082) dried at room temperature (25°C) for 24 hours or more under reduced pressure -07925, weight average molecular weight: 5.0×10 4 ) was dissolved in 110 mL of ultra-dehydrated acetone in a flask filled with nitrogen, and heated ( 45° C.), 10.0 mL of ultra-dehydrated acetone in which 360 mg (1.2 mmol) of 4H having an unsaturated double bond at the terminal and one carbamate bond in the molecular chain was dissolved was added, and the mixture was stirred for 20 hours.
Next, under room temperature (25° C.) conditions, 15 mL (172 mmol) of propionyl chloride (PrCl) was added and stirred for 24 hours, and then the reaction solution was added dropwise to ultrapure water. After redissolving it in special grade acetone and repeating the washing operation by dropping it into ultrapure water three times, the product, Cellulose Derivative 1 (HPC-4HC/PrE), was obtained by drying under reduced pressure for one day or more.
The yield was 4.0g. A reaction scheme is shown below.
(1H-NMRスペクトルの測定)
上記で合成した4H及びセルロース誘導体1(HPC-4HC/PrE)の1H-NMRスペクトルを測定した。
4Hに関しては、5.8ppm、6.1ppm、6.4ppm付近のピークが、それぞれ末端のアクリロイル基の二重結合につくプロトンのピークであり、4.8ppm付近のピークが、カルバメート結合におけるアミノ基のプロトンのピークである。4.2ppm及び3.2ppm付近のピークは、4-ヒドロキシブチルアクリレートに由来した4つのメチレン基のプロトンのピークであり、1.2ppmから1.8ppm付近のピークは、ヘキサメチレンジイソシアナートに由来した6つのメチレン基のプロトンのピークである。
セルロース誘導体1(HPC-4HC/PrE)に関しては、5.8ppm、6.1ppm、6.4ppm付近のピークが、それぞれ末端のアクリロイル基の二重結合につくプロトンのピークであり、5.0ppm付近のピークが、末端のヒドロキシプロピオニル基のメチン基のプロトンのピークである。1.0ppmから2.5ppm付近のピークは、HPC側鎖のヒドロキシプロピル基のメチル基、不飽和結合を有する基の有するメチレン基のうち酸素原子、窒素原子に隣接しないメチレン基、プロピオニル基のメチル基、メチレン基のプロトンである。2.7ppmから4.6ppm付近のピークはセルロース誘導体1が有するその他のプロトンのピークである。
帰属したピークをもとに、HPC側鎖(水酸基中の水素原子)において、不飽和二重結合を有する基(即ち、4HC基)への置換度及び疎水性基(即ち、プロピオニル基)への置換度を算出した。
その結果、セルロース誘導体1(HPC-4HC/PrE)は、4HC基(不飽和二重結合を有する基)への置換度が0.024であり、プロピオニル基(疎水性基)への置換度が2.75であった。
(Measurement of 1 H-NMR spectrum)
The 1 H-NMR spectra of 4H and cellulose derivative 1 (HPC-4HC/PrE) synthesized above were measured.
Regarding 4H, the peaks around 5.8 ppm, 6.1 ppm, and 6.4 ppm are the peaks of protons attached to the double bond of the terminal acryloyl group, respectively, and the peak around 4.8 ppm is the peak of the amino group in the carbamate bond. This is the proton peak. The peaks around 4.2 ppm and 3.2 ppm are the peaks of protons of four methylene groups derived from 4-hydroxybutyl acrylate, and the peaks around 1.2 ppm to 1.8 ppm are derived from hexamethylene diisocyanate. These are the proton peaks of the six methylene groups.
Regarding cellulose derivative 1 (HPC-4HC/PrE), the peaks around 5.8 ppm, 6.1 ppm, and 6.4 ppm are the peaks of protons attached to the double bond of the terminal acryloyl group, respectively, and the peaks around 5.0 ppm The peak is the proton peak of the methine group of the terminal hydroxypropionyl group. The peak around 1.0 ppm to 2.5 ppm is the methyl group of the hydroxypropyl group in the HPC side chain, the oxygen atom of the methylene group of the group having an unsaturated bond, the methylene group not adjacent to the nitrogen atom, and the methyl of the propionyl group. group, the proton of the methylene group. The peak around 2.7 ppm to 4.6 ppm is the peak of other protons that
Based on the assigned peaks, the degree of substitution to a group having an unsaturated double bond (i.e., 4HC group) and the substitution degree to a hydrophobic group (i.e., propionyl group) in the HPC side chain (hydrogen atom in the hydroxyl group) is determined. The degree of substitution was calculated.
As a result, in cellulose derivative 1 (HPC-4HC/PrE), the degree of substitution to the 4HC group (group having an unsaturated double bond) was 0.024, and the degree of substitution to the propionyl group (hydrophobic group) was 0.024. It was 2.75.
<セルロース誘導体2の合成>
アルミホイルで遮光し、窒素充填したフラスコ内に、1,12-ドデカンジオール(東京化成工業(株)製、製品番号:D0969)5.0g(24.7mmol)と脱水THF(関東化学(株)製、製品番号:40993-05)を加え、35℃に加熱し10分間撹拌することで溶解させた。これに、塩化アクリロイル(東京化成工業(株)製、製品番号:A0147)1.7mL(21.0mmol)に脱水THF20mLを加えた希釈溶液を、約2時間かけて液滴した後、室温(25℃)で24時間反応させた。エバポレーションによってTHFを留去した後、少量のヘキサンを加えてろ過をし、さらにエバポレーションによってヘキサンを留去することで、12-ヒドロキシドデシルアクリレートを主生成物とする透明な液体Aを得た。
アルミホイルで遮光し、窒素充填したフラスコ内に、ヘキサメチレンジイソシアナート(東京化成工業(株)製、製品番号:H0324)4.7mL(29.3mmol)及び脱水クロロホルム8.0mL(関東化学(株)製、製品番号;08097-05)を加えた後、上記で合成した透明な液体A 1.9mLを滴下し、24時間撹拌した。生成物300mgをクロロホルム3.0mLに溶解させた後、HPLC((株)日本分析工業製、製品名:リサイクル分取HPLC装置、)で、12-(((6-イソシアナートヘキシル)カルバモイル)オキシル)ドデシルアクリレート(12H)を分離して、エバポレーションによってクロロホルムを留去した。
減圧下、室温(25℃)で24時間以上乾燥したヒドロキシプロピルセルロース(HPC)(和光純薬工業(株)製、製品名:ヒドロキシプロピルセルロース2.0~2.9、製品番号:082-07925、重量平均分子量:5.0×104)5.0g(15.2mmol)を窒素充填したフラスコ内で、脱水アセトン(関東化学(株)製、製品番号:01866-05)90mLに溶解させた後、アルミホイルで遮光した状態で、47℃に加熱し、上記で合成した12H 380mg(0.89mmol)を溶解させた脱水アセトン10.0mLを加え20時間撹拌した。
次に、室温(25℃)条件下で、塩化プロピオニル(PrCl)20mL(229mmol)を加え24時間撹拌した後、反応溶液を超純水に滴下した。特級アセトンに再溶解させて、超純水への滴下による洗浄操作を3回繰り返した後、1日以上減圧乾燥することにより生成物であるセルロース誘導体2(HPC-12HC/PrE)を得た。収量は、4.0gであった。以下に、反応スキームを示す。
In a flask sealed with aluminum foil and filled with nitrogen, 5.0 g (24.7 mmol) of 1,12-dodecanediol (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., product number: D0969) and dehydrated THF (manufactured by Kanto Kagaku Co., Ltd.) were added. (product number: 40993-05) was added, heated to 35°C, and stirred for 10 minutes to dissolve. A dilute solution prepared by adding 20 mL of dehydrated THF to 1.7 mL (21.0 mmol) of acryloyl chloride (manufactured by Tokyo Kasei Kogyo Co., Ltd., product number: A0147) was added dropwise to this over about 2 hours, and then at room temperature (25 ℃) for 24 hours. After THF was distilled off by evaporation, a small amount of hexane was added and filtered, and further hexane was distilled off by evaporation to obtain a transparent liquid A containing 12-hydroxydodecyl acrylate as the main product. .
In a flask sealed with aluminum foil and filled with nitrogen, 4.7 mL (29.3 mmol) of hexamethylene diisocyanate (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., product number: H0324) and 8.0 mL of dehydrated chloroform (manufactured by Kanto Kagaku Co., Ltd.) were added. Co., Ltd., product number: 08097-05), 1.9 mL of the transparent liquid A synthesized above was added dropwise, and the mixture was stirred for 24 hours. After dissolving 300 mg of the product in 3.0 mL of chloroform, 12-(((6-isocyanatohexyl)carbamoyl)oxyl ) Dodecyl acrylate (12H) was separated and chloroform was removed by evaporation.
Hydroxypropylcellulose (HPC) (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., product name: Hydroxypropylcellulose 2.0 to 2.9, product number: 082-07925) dried under reduced pressure at room temperature (25°C) for 24 hours or more , weight average molecular weight: 5.0×10 4 ) was dissolved in 90 mL of dehydrated acetone (manufactured by Kanto Kagaku Co., Ltd., product number: 01866-05) in a flask filled with nitrogen. Thereafter, the mixture was heated to 47° C. while shielded from light with aluminum foil, 10.0 mL of dehydrated acetone in which 380 mg (0.89 mmol) of 12H synthesized above was dissolved was added, and the mixture was stirred for 20 hours.
Next, under room temperature (25° C.) conditions, 20 mL (229 mmol) of propionyl chloride (PrCl) was added and stirred for 24 hours, and then the reaction solution was added dropwise to ultrapure water. The cellulose derivative 2 (HPC-12HC/PrE), which is a product, was obtained by redissolving it in special grade acetone and repeating the washing operation three times by dropping it into ultrapure water, and then drying it under reduced pressure for one day or more. The yield was 4.0g. A reaction scheme is shown below.
(1H-NMRスペクトルの測定)
上記で合成した12H及びセルロース誘導体2(HPC-12HC/PrE)の1H-NMRスペクトルを測定した。
12Hに関しては、5.8ppm、6.1ppm、6.4ppm付近のピークが、それぞれ末端のアクリロイル基の二重結合につくプロトンのピークであり、4.8ppm付近のピークが、カルバメート結合におけるアミノ基のプロトンのピークである。4.2ppm及び3.2ppm付近のピークは、12-ヒドロキシドデシルアクリレートに由来した12個のメチレン基のプロトンのピークであり、1.2ppmから1.8ppm付近のピークは、ヘキサメチレンジイソシアナートに由来した6つのメチレン基のプロトンのピークである。
セルロース誘導体2(HPC-12HC/PrE)に関しては、5.8ppm、6.1ppm、6.4ppm付近のピークが、それぞれ末端のアクリロイル基の二重結合につくプロトンのピークであり、5.0ppm付近のピークが、末端のヒドロキシプロピオニル基のメチン基のプロトンのピークである。1.0ppmから2.5ppm付近のピークは、HPC側鎖のヒドロキシプロピル基のメチル基、不飽和結合を有する基の有するメチレン基のうち酸素原子、窒素原子に隣接しないメチレン基、プロピオニル基のメチル基、メチレン基のプロトンである。2.7ppmから4.6ppm付近のピークはセルロース誘導体2が有するその他のプロトンのピークである。
帰属したピークをもとに、HPC側鎖(水酸基中の水素原子)において、不飽和二重結合を有する基(即ち、12HC基)への置換度及び疎水性基(即ち、プロピオニル基)への置換度を算出した。
その結果、セルロース誘導体2(HPC-12HC/PrE)は、12HC基(不飽和二重結合を有する基)への置換度が0.024であり、プロピオニル基(疎水性基)への置換度が2.71であった。
(Measurement of 1 H-NMR spectrum)
The 1 H-NMR spectra of 12H and cellulose derivative 2 (HPC-12HC/PrE) synthesized above were measured.
Regarding 12H, the peaks around 5.8 ppm, 6.1 ppm, and 6.4 ppm are the peaks of protons attached to the double bond of the terminal acryloyl group, respectively, and the peak around 4.8 ppm is the peak of the amino group in the carbamate bond. This is the proton peak. The peaks around 4.2 ppm and 3.2 ppm are the peaks of protons of 12 methylene groups derived from 12-hydroxydodecyl acrylate, and the peaks around 1.2 ppm to 1.8 ppm are the peaks of protons of 12 methylene groups derived from 12-hydroxydodecyl acrylate. This is the proton peak of the six derived methylene groups.
Regarding cellulose derivative 2 (HPC-12HC/PrE), the peaks around 5.8 ppm, 6.1 ppm, and 6.4 ppm are the peaks of protons attached to the double bond of the terminal acryloyl group, respectively, and the peaks around 5.0 ppm The peak is the proton peak of the methine group of the terminal hydroxypropionyl group. The peak around 1.0 ppm to 2.5 ppm is the methyl group of the hydroxypropyl group in the HPC side chain, the oxygen atom of the methylene group of the group having an unsaturated bond, the methylene group not adjacent to the nitrogen atom, and the methyl of the propionyl group. group, the proton of the methylene group. The peaks around 2.7 ppm to 4.6 ppm are peaks of other protons possessed by
Based on the assigned peaks, the degree of substitution to a group having an unsaturated double bond (i.e., 12HC group) and the substitution degree to a hydrophobic group (i.e., propionyl group) in the HPC side chain (hydrogen atom in the hydroxyl group) is determined. The degree of substitution was calculated.
As a result, in cellulose derivative 2 (HPC-12HC/PrE), the degree of substitution to the 12HC group (group having an unsaturated double bond) was 0.024, and the degree of substitution to the propionyl group (hydrophobic group) was 0.024. It was 2.71.
<セルロース誘導体3の合成>
「セルロース誘導体1の合成」において、添加する4Hの量を変化させることで、4HC基の置換度が異なるセルロース誘導体3(HPC-4HC/PrE)を合成した。得られたセルロース誘導体3(HPC-4HC/PrE)は、4HC基(不飽和二重結合を有する基)への置換度が0.023であり、プロピオニル基(疎水性基)への置換度が2.58であった。
<Synthesis of
In "Synthesis of
[実施例1~2及び比較例1~2]
<液晶材料の調製>
表1~表3に示す配合処方に従って、上記のようにして合成したセルロース誘導体1~3と、4-ヒドロキシブチルアクリレート(東京化成工業(株)製、製品名:アクリル酸4-ヒドロキシブチル、製品番号:A1390)(4HBA)と、光重合開始剤としての2-ヒドロキシ-2-メチルプロピオフェノン(東京化成工業(株)製、製品番号:H0991)(HMPP)と、を撹拌混合して、液晶材料(リオトロピック液晶)を調製した。
[Examples 1-2 and Comparative Examples 1-2]
<Preparation of liquid crystal material>
<液晶フィルムの作製>
離形シートを貼り付けたガラスセルに、調製した液晶材料(リオトロピック液晶)を厚さ500μmのPTFEスペーサーと共に挟み込み、一晩静置して配向させた後、25℃の室温下で、紫外線(波長:365nm、強度:10mW/cm2)を1時間照射することで、液晶フィルムを作製した。
<Preparation of liquid crystal film>
The prepared liquid crystal material (lyotropic liquid crystal) was sandwiched with a 500 μm thick PTFE spacer in a glass cell with a release sheet attached, and left to stand overnight for orientation. : 365 nm, intensity: 10 mW/cm 2 ) for 1 hour to produce a liquid crystal film.
(1)引張試験
得られた液晶フィルムから、JIS-7号ダンベル試験片を作製し、小型卓上試験機((株)島津製作所製、製品名:EZ-LX)を用いて、室温(25℃)において、引張速度10mm/minで、引張試験を行った。各液晶フィルムの弾性率、引張強さ(最大点応力)、破断時の伸びを表1~表3に示す。また、図1に、実施例1及び比較例1の液晶フィルムの延伸過程における応力-歪み曲線を示し、図2に、実施例1及び実施例2の液晶フィルムの延伸過程における応力-歪み曲線を示し、図3に、実施例2及び比較例2の液晶フィルムの延伸過程における応力-歪み曲線を示す。
(1) Tensile test A JIS-7 dumbbell test piece was prepared from the obtained liquid crystal film, and tested at room temperature (25°C) using a small tabletop testing machine (manufactured by Shimadzu Corporation, product name: EZ-LX). ), a tensile test was conducted at a tensile speed of 10 mm/min. The elastic modulus, tensile strength (maximum point stress), and elongation at break of each liquid crystal film are shown in Tables 1 to 3. Furthermore, FIG. 1 shows the stress-strain curves during the stretching process of the liquid crystal films of Example 1 and Comparative Example 1, and FIG. 2 shows the stress-strain curves during the stretching process of the liquid crystal films of Example 1 and Example 2. 3 shows stress-strain curves during the stretching process of the liquid crystal films of Example 2 and Comparative Example 2.
表1及び表3から、本発明に従う実施例1及び2の液晶材料は、比較例1及び2の液晶材料に比べて、破断時の伸びが大きく、延伸方向の柔軟性に優れることが分かる。
また、表2の、実施例1と、実施例2との比較から、液晶材料が置換若しくは未置換のアルキル(メタ)アクリレート化合物を含む場合、弾性率が大きくなることが分かる。
Tables 1 and 3 show that the liquid crystal materials of Examples 1 and 2 according to the present invention have greater elongation at break and superior flexibility in the stretching direction than the liquid crystal materials of Comparative Examples 1 and 2.
Further, from a comparison between Example 1 and Example 2 in Table 2, it can be seen that when the liquid crystal material contains a substituted or unsubstituted alkyl (meth)acrylate compound, the elastic modulus increases.
(2)圧縮時における波長のシフト変化
実施例2の液晶フィルムに対して、ノギスを用いて膜厚を測定した後、圧縮チューニングセルを用いて、歪み(ε)0、0.06、0.13、0.17で、液晶フィルムの厚み方向へ圧縮した。小型ファイバマルチチャンネル分光器(Ocean Optics社製、型番:USB-4000)を用いて、各歪み(ε)での透過スペクトルを測定することで、圧縮時における波長のシフト変化を測定した。圧縮-解放過程における透過スペクトルの変化を図4(a)に示し、圧縮-解放時の液晶フィルムの様子を図4(b)に示す。
(2) Wavelength shift change during compression After measuring the film thickness of the liquid crystal film of Example 2 using a caliper, the film thickness was measured using a compression tuning cell and the strain (ε) was 0, 0.06, 0. 13 and 0.17, the liquid crystal film was compressed in the thickness direction. By measuring the transmission spectrum at each strain (ε) using a compact fiber multichannel spectrometer (manufactured by Ocean Optics, model number: USB-4000), the change in wavelength shift during compression was measured. FIG. 4(a) shows the change in the transmission spectrum during the compression-release process, and FIG. 4(b) shows the state of the liquid crystal film during the compression-release process.
(3)延伸時における波長のシフト変化
実施例2の液晶フィルムに対して、歪み(ε)0、0.04、0.08、0.12、0.15、0.23、0.30で、液晶フィルムの長さ方向へ延伸し、透過スペクトルの測定と同様にして、各歪み(ε)での反射スペクトルを測定することで、延伸時における波長のシフト変化を測定した。延伸-解放過程における反射スペクトルの変化を図5(a)に示し、延伸-解放時の液晶フィルムの様子を図5(b)に示す。
(3) Wavelength shift change during stretching For the liquid crystal film of Example 2, the strain (ε) was 0, 0.04, 0.08, 0.12, 0.15, 0.23, 0.30. The change in wavelength shift during stretching was measured by stretching the liquid crystal film in the longitudinal direction and measuring the reflection spectrum at each strain (ε) in the same manner as the measurement of the transmission spectrum. FIG. 5(a) shows the change in the reflection spectrum during the stretching and releasing process, and FIG. 5(b) shows the state of the liquid crystal film during the stretching and releasing process.
図4(a)及び(b)に示す圧縮-解放過程における透過スペクトルの変化、並びに、図5(a)及び(b)に示す延伸-解放過程における反射スペクトルの変化の結果から、圧縮-解放過程、延伸-解放過程のいずれにおいても、実施例2の液晶フィルムは、色の変化が可逆的であることが分かる。 From the results of the changes in the transmission spectrum during the compression-release process shown in Figures 4(a) and (b) and the changes in the reflection spectrum during the stretching-release process shown in Figures 5(a) and (b), it was found that the compression-release It can be seen that the color change of the liquid crystal film of Example 2 is reversible in both the stretching and releasing processes.
(4)伸縮耐久性
実施例2の液晶フィルムに対して、歪み(ε)0.15で、液晶フィルムの長さ方向へ延伸と解放を1000回繰り返し、各サイクルにおける応力-歪み曲線と、反射スペクトルを測定した。図6(a)に、各サイクル(1、2、100、1000サイクル目)の応力-歪み曲線を示す。また、図6(b)に、各サイクル(1、2、3、100サイクル目)における延伸時と解放時における反射スペクトルのピーク波長の結果を示し、図6(c)に、各サイクルにおける液晶フィルムの様子を示す。
(4) Stretching and contraction durability The liquid crystal film of Example 2 was stretched and released 1000 times in the longitudinal direction of the liquid crystal film at a strain (ε) of 0.15, and the stress-strain curve and reflection at each cycle were The spectrum was measured. FIG. 6(a) shows stress-strain curves for each cycle (1st, 2nd, 100th, and 1000th cycles). In addition, FIG. 6(b) shows the results of the peak wavelength of the reflection spectrum during stretching and releasing in each cycle (1st, 2nd, 3rd, and 100th cycle), and FIG. 6(c) shows the results of the peak wavelength of the reflection spectrum in each cycle Shows how the film looks.
図6(a)から、実施例2の液晶フィルムの応力-歪み曲線は、1サイクル目と、1000サイクル目とで、変化が小さく、実施例2の液晶フィルムは、可逆的に伸縮できることが分かる。
また、図6(b)及び(c)から、実施例2の液晶フィルムは、100サイクルの伸縮を繰り返しても、色の変化が可逆的であることが分かる。
From FIG. 6(a), it can be seen that the stress-strain curve of the liquid crystal film of Example 2 shows little change between the 1st cycle and the 1000th cycle, indicating that the liquid crystal film of Example 2 can be reversibly expanded and contracted. .
Further, from FIGS. 6(b) and 6(c), it can be seen that the color change of the liquid crystal film of Example 2 is reversible even after 100 cycles of expansion and contraction.
[実施例3及び4]
<セルロース誘導体4の合成>
「セルロース誘導体2の合成」において、添加する12Hの量を変化させることで、12HC基の置換度が異なるセルロース誘導体4(HPC-12HC/PrE)を合成した。得られたセルロース誘導体4(HPC-12HC/PrE)は、12HC基(不飽和二重結合を有する基)への置換度が0.010であり、プロピオニル基(疎水性基)への置換度が2.53であった。
[Example 3 and 4]
<Synthesis of
In "Synthesis of
<液晶材料の調製>
上記のようにして合成したセルロース誘導体4と、4-ヒドロキシブチルアクリレート(4HBA)と、2-ヒドロキシ-2-メチルプロピオフェノン(HMPP)と、を用い、表4に示す配合処方に従って、液晶材料を調製し、実施例1と同様にして、液晶フィルムを作製した。
<Preparation of liquid crystal material>
Using the
(1)引張試験
得られた液晶フィルムに対して、実施例1と同様にして、引張試験を行った。図7に、液晶フィルムの延伸過程における応力-歪み曲線を示す。また、各液晶フィルムの弾性率、引張強さ、破断時の伸びを表4に示す。
(1) Tensile test The obtained liquid crystal film was subjected to a tensile test in the same manner as in Example 1. FIG. 7 shows a stress-strain curve during the stretching process of the liquid crystal film. Table 4 also shows the elastic modulus, tensile strength, and elongation at break of each liquid crystal film.
実施例3と、実施例4との比較から、液晶材料が置換若しくは未置換のアルキル(メタ)アクリレート化合物を含む場合、弾性率及び引張強さが大きくなることが分かる。
また、実施例3と実施例1の比較、並びに、実施例4と実施例2の比較から、一般式(3)で表される不飽和二重結合を有する基(架橋基)の導入量を低減することで、延伸方向の柔軟性が更に向上することが分かる。
A comparison between Example 3 and Example 4 shows that when the liquid crystal material contains a substituted or unsubstituted alkyl (meth)acrylate compound, the elastic modulus and tensile strength are increased.
Furthermore, from the comparison between Example 3 and Example 1 and the comparison between Example 4 and Example 2, the amount of the group having an unsaturated double bond (crosslinking group) represented by the general formula (3) was determined. It can be seen that by reducing the amount, the flexibility in the stretching direction is further improved.
(2)延伸時における反射波長の変化と、センサーへの適用
実施例4の液晶フィルムから、JIS-7号ダンベル試験片を作製し、延伸時における反射波長の変化を測定した。結果を図8(a)に示す。
また、実施例4の液晶フィルムを500円硬貨、100円硬貨、1円硬貨のそれぞれに押し付けた際の、反射波長の変化を測定した。結果を図8(b)に示す。
(2) Change in reflection wavelength during stretching and application to sensor JIS-7 dumbbell test pieces were prepared from the liquid crystal film of Example 4, and changes in reflection wavelength during stretching were measured. The results are shown in FIG. 8(a).
In addition, changes in reflection wavelength were measured when the liquid crystal film of Example 4 was pressed against each of a 500 yen coin, a 100 yen coin, and a 1 yen coin. The results are shown in FIG. 8(b).
図8(a)から、実施例4の液晶フィルムは、延伸の度合いによって、反射波長が変化することが分かる。
また、図8(b)から、延伸の度合いによって、反射波長が変化する特性を利用することで、実施例4の液晶フィルムは、硬貨表面の微小な凹凸のセンシングが可能であることが分かる。
From FIG. 8(a), it can be seen that the reflection wavelength of the liquid crystal film of Example 4 changes depending on the degree of stretching.
Further, from FIG. 8(b), it can be seen that the liquid crystal film of Example 4 is capable of sensing minute irregularities on the coin surface by utilizing the characteristic that the reflection wavelength changes depending on the degree of stretching.
[実施例5~9]
<セルロース誘導体5及び6の合成>
「セルロース誘導体2の合成」において、添加する12Hの量を変化させることで、12HC基の置換度が異なるセルロース誘導体5及び6(HPC-12HC/PrE)を合成した。得られたセルロース誘導体5(HPC-12HC/PrE)は、12HC基(不飽和二重結合を有する基)への置換度が0.013であり、プロピオニル基(疎水性基)への置換度が2.80であり、また、セルロース誘導体6(HPC-12HC/PrE)は、12HC基(不飽和二重結合を有する基)への置換度が0.014であり、プロピオニル基(疎水性基)への置換度が2.74であった。
[Examples 5 to 9]
<Synthesis of cellulose derivatives 5 and 6>
In "Synthesis of
<液晶材料の調製>
上記のようにして合成したセルロース誘導体5又は6、4-ヒドロキシブチルアクリレート(4HBA)、2-ヒドロキシ-2-メチルプロピオフェノン(HMPP)、カーボンブラック(三菱ケミカル製、製品番号:#2650)(CB)、シリカ(日本触媒製、製品番号:KE-P10)(SiO2)、1,6-ヘキサメチレンジイソシアネート(東京化成工業(株)製、製品番号:H0324)(HDI)を用い、表5及び表6に示す配合処方に従って、液晶材料を調製し、実施例1と同様にして、液晶フィルムを作製した。
<Preparation of liquid crystal material>
Cellulose derivatives 5 or 6, 4-hydroxybutyl acrylate (4HBA), 2-hydroxy-2-methylpropiophenone (HMPP), carbon black (manufactured by Mitsubishi Chemical, product number: #2650) synthesized as described above ( Table 5 and A liquid crystal material was prepared according to the formulation shown in Table 6, and a liquid crystal film was produced in the same manner as in Example 1.
(1)引張試験
得られた液晶フィルムに対して、実施例1と同様にして、引張試験を行った。各液晶フィルムの弾性率、引張強さ、破断時の伸びを表5及び表6に示す。また、図9に、実施例5及び実施例6の液晶フィルムの延伸過程における応力-歪み曲線を示し、図10に、実施例7~9の液晶フィルムの延伸過程における応力-歪み曲線を示す。
(1) Tensile test The obtained liquid crystal film was subjected to a tensile test in the same manner as in Example 1. Tables 5 and 6 show the elastic modulus, tensile strength, and elongation at break of each liquid crystal film. Further, FIG. 9 shows stress-strain curves during the stretching process of the liquid crystal films of Examples 5 and 6, and FIG. 10 shows stress-strain curves during the stretching process of the liquid crystal films of Examples 7 to 9.
表5及び表6から、本発明の液晶材料は、カーボンブラックやシリカ等の充填剤を含んでも、優れた延伸特性を維持できることが分かる。
また、表6の実施例9の結果から、本発明の液晶材料は、ポリイソシアネートを含むことで、弾性率が向上することが分かる。
Tables 5 and 6 show that the liquid crystal material of the present invention can maintain excellent stretching properties even if it contains fillers such as carbon black and silica.
Moreover, from the results of Example 9 in Table 6, it can be seen that the elastic modulus of the liquid crystal material of the present invention is improved by containing polyisocyanate.
(2)掌性反転
実施例7の液晶フィルムに対して、右円偏光(R-CPL)と左円偏光(L-CPL)の白色光を入射し、延伸-解放過程における透過スペクトル変化を測定した。図11(a)に、右円偏光(R-CPL)の白色光を入射した際の延伸-解放過程における透過スペクトル変化を示し、図11(b)に、左円偏光(L-CPL)の白色光を入射した際の延伸-解放過程における透過スペクトル変化を示す。
(2) Handivity reversal Inject white light of right-handed circularly polarized light (R-CPL) and left-handed circularly polarized light (L-CPL) into the liquid crystal film of Example 7, and measure the change in transmission spectrum during the stretching-release process. did. Figure 11(a) shows the transmission spectrum change during the stretching-release process when right-handed circularly polarized (R-CPL) white light is incident, and Figure 11(b) shows the transmission spectrum change in left-handed circularly polarized (L-CPL) white light. It shows the change in transmission spectrum during the stretching-release process when white light is incident.
図11(a)に示すように、延伸に伴って、右円偏光(R-CPL)由来の反射ピークは、短波長シフトしながら、ピーク強度が小さくなった。一方、図11(b)に示すように、左円偏光(L-CPL)を照射した場合は、延伸に伴って反射ピークが出現し、歪み(ε)=0.15におけるピーク強度は、右円偏光(R-CPL)よりも、左円偏光(L-CPL)の方が大きくなった。また、液晶フィルムを解放すると、反射波長は長波長側にシフトするだけでなく、左円偏光(L-CPL)由来の反射ピークも減衰し、初期状態において完全に消失した。一方、液晶フィルムの膜厚方向の圧縮-解放過程における透過スペクトル変化を測定したところ、掌性反転は起こらなかった。これらの結果から、本実施形態の液晶フィルムは、延伸でのみ掌性反転が起こる特異な性質を有することが確認できた。 As shown in FIG. 11(a), as the film was stretched, the reflection peak derived from right-handed circularly polarized light (R-CPL) shifted to shorter wavelengths and its peak intensity became smaller. On the other hand, as shown in FIG. 11(b), when left-handed circularly polarized light (L-CPL) is irradiated, a reflection peak appears with stretching, and the peak intensity at strain (ε) = 0.15 is The left circularly polarized light (L-CPL) was larger than the circularly polarized light (R-CPL). Furthermore, when the liquid crystal film was released, the reflection wavelength not only shifted to the longer wavelength side, but also the reflection peak derived from left-handed circularly polarized light (L-CPL) was attenuated and completely disappeared in the initial state. On the other hand, when we measured the transmission spectrum change during the compression-release process in the thickness direction of the liquid crystal film, no handedness reversal occurred. From these results, it was confirmed that the liquid crystal film of this embodiment has a unique property in which handedness reversal occurs only upon stretching.
[実施例10~12]
<セルロース誘導体7の合成>
「セルロース誘導体2の合成」において、添加する12Hの量を変化させることで、12HC基の置換度が異なるセルロース誘導体7(HPC-12HC/PrE)を合成した。得られたセルロース誘導体7(HPC-12HC/PrE)は、12HC基(不飽和二重結合を有する基)への置換度が0.010であり、プロピオニル基(疎水性基)への置換度が2.74であった。
[Examples 10 to 12]
<Synthesis of cellulose derivative 7>
In "Synthesis of
<液晶材料の調製>
上記のようにして合成したセルロース誘導体7と、4-ヒドロキシブチルアクリレート(4HBA)、ブチルアクリレート(BA)(東京化成工業(株)製、製品番号:A0142)又は2-ヒドロキシエチルメタクリレート(HEMA)(東京化成工業(株)製、製品番号:M0085)と、2-ヒドロキシ-2-メチルプロピオフェノン(HMPP)と、を用い、表7に示す配合処方に従って、液晶材料を調製し、実施例1と同様にして、液晶フィルムを作製した。
<Preparation of liquid crystal material>
Cellulose derivative 7 synthesized as above, 4-hydroxybutyl acrylate (4HBA), butyl acrylate (BA) (manufactured by Tokyo Kasei Kogyo Co., Ltd., product number: A0142) or 2-hydroxyethyl methacrylate (HEMA) ( A liquid crystal material was prepared according to the formulation shown in Table 7 using 2-hydroxy-2-methylpropiophenone (manufactured by Tokyo Kasei Kogyo Co., Ltd., product number: M0085) and 2-hydroxy-2-methylpropiophenone (HMPP). A liquid crystal film was produced in the same manner.
(1)引張試験
得られた液晶フィルムに対して、実施例1と同様にして、引張試験を行った。各液晶フィルムの弾性率、引張強さ、破断時の伸びを表7に示す。また、図12に、実施例10~12の液晶フィルムの延伸過程における応力-歪み曲線を示す。
(1) Tensile test The obtained liquid crystal film was subjected to a tensile test in the same manner as in Example 1. Table 7 shows the elastic modulus, tensile strength, and elongation at break of each liquid crystal film. Further, FIG. 12 shows stress-strain curves during the stretching process of the liquid crystal films of Examples 10 to 12.
表7から、液晶材料が置換若しくは未置換のブチル(メタ)アクリレートを含む場合、液晶材料の破断歪みが更に向上し、また、液晶材料が4-ヒドロキシブチルアクリレートを含む場合、液晶材料の復元力が向上することが分かる。 Table 7 shows that when the liquid crystal material contains substituted or unsubstituted butyl (meth)acrylate, the breaking strain of the liquid crystal material is further improved, and when the liquid crystal material contains 4-hydroxybutyl acrylate, the restoring force of the liquid crystal material is further improved. It can be seen that the results are improved.
[実施例13]
<セルロース誘導体8の合成>
「セルロース誘導体2の合成」において、添加する12Hの導入量を変化させることで、12HC基の置換度が異なるセルロース誘導体8(HPC-12HC/PrE)を合成した。得られたセルロース誘導体8(HPC-12HC/PrE)は、12HC基(不飽和二重結合を有する基)への置換度が0.017であり、プロピオニル基(疎水性基)への置換度が2.73であった。
[Example 13]
<Synthesis of cellulose derivative 8>
In "Synthesis of
<液晶材料の調製>
上記のようにして合成したセルロース誘導体8、4-ヒドロキシブチルアクリレート(4BHA)、2-ヒドロキシ-2-メチルプロピオフェノン(HMPP)を用い、使用するセルロース誘導体が、セルロース誘導体4でない点を除き、表4に示す配合処方に従って、液晶材料を調製し、実施例1と同様にして、液晶フィルムを作製した。
<Preparation of liquid crystal material>
Using cellulose derivative 8, 4-hydroxybutyl acrylate (4BHA) and 2-hydroxy-2-methylpropiophenone (HMPP) synthesized as described above, except that the cellulose derivative used was not
(1)二軸延伸試験
得られた液晶フィルムから、40mm×30mm×0.5mmの試験片を作製し、XYステージ(シグマ光機(株)製、製品番号:TSD-602)を組み合わせた、図13に示す二軸延伸試験機を用いて、右円偏光(R-CPL)と左円偏光(L-CPL)の白色光を入射し、二軸延伸過程における透過スペクトル変化を測定した。その結果を図14、図15に示す。
(1) Biaxial stretching test A test piece of 40 mm x 30 mm x 0.5 mm was prepared from the obtained liquid crystal film, and an XY stage (manufactured by Sigma Koki Co., Ltd., product number: TSD-602) was combined. Using the biaxial stretching tester shown in FIG. 13, white light of right-handed circularly polarized light (R-CPL) and left-handed circularly polarized light (L-CPL) was incident, and changes in transmission spectrum during the biaxial stretching process were measured. The results are shown in FIGS. 14 and 15.
図14(a)から分かるように、段落[0127]のような一軸延伸の場合は、延伸に伴って、右円偏光(R-CPL)由来の反射ピークは短波長シフトしながら、ピーク強度が小さくなり、左円偏光(L-CPL)由来の反射ピークは短波長シフトしながら、ピーク強度が大きくなるような掌性反転が起きたのに対し、二軸延伸の場合は、前述のような掌性反転が起こらなかった。
図14(b)は、二軸延伸(biaxial)中の液晶フィルムの固定を一方向外し、一軸延伸(uniaxial)にしたときの透過スペクトルの変化である。液晶フィルムが一軸延伸の状態になることで、段落[0127]と同様に、掌性反転が起こった。
これらの結果から、本実施形態の液晶フィルムは、一軸延伸でのみ掌性反転が起こり、二軸延伸では掌性反転が起こらない性質を有していることが確認できた。
As can be seen from FIG. 14(a), in the case of uniaxial stretching as in paragraph [0127], the reflection peak derived from right-handed circularly polarized light (R-CPL) shifts to shorter wavelengths as the stretching progresses, and the peak intensity increases. While the reflection peak derived from left-handed circularly polarized light (L-CPL) shifted to shorter wavelengths, a handedness reversal occurred in which the peak intensity increased. No handedness reversal occurred.
FIG. 14(b) shows the change in the transmission spectrum when the fixation of the liquid crystal film during biaxial stretching is removed in one direction and uniaxial stretching is performed. When the liquid crystal film was uniaxially stretched, handedness reversal occurred as in paragraph [0127].
From these results, it was confirmed that the liquid crystal film of this embodiment has the property that handedness reversal occurs only in uniaxial stretching and does not occur in biaxial stretching.
図15(a)から分かるように、二軸延伸によって液晶フィルムを延伸すると、図5のような一軸延伸による短波長シフトよりも、そのシフト幅が拡大した。
また、図15(b)より、図14と同様に二軸延伸では掌性反転が起こらないことが分かった。
これらの結果から、本実施形態の液晶フィルムを延伸することで、右円偏光(R-CPL)由来の赤色、緑色、青色の反射色を示すことが可能になった。
As can be seen from FIG. 15(a), when the liquid crystal film was stretched by biaxial stretching, the shift width was wider than the short wavelength shift caused by uniaxial stretching as shown in FIG.
Further, from FIG. 15(b), it was found that, similarly to FIG. 14, no handedness reversal occurred in biaxial stretching.
From these results, by stretching the liquid crystal film of this embodiment, it became possible to exhibit red, green, and blue reflected colors derived from right-handed circularly polarized light (R-CPL).
図16は、二軸延伸過程における液晶フィルムの変色の様子である。延伸の力が加わっている場所の色が大幅に変化し、延伸の力があまり加わっていない場合には、中心付近と比較して、その変色の度合いが小さいことを確認できた。 FIG. 16 shows how the liquid crystal film changes color during the biaxial stretching process. It was confirmed that the color of the area where the stretching force was applied changed significantly, and that when less stretching force was applied, the degree of discoloration was smaller than that near the center.
本発明の液晶材料は、タイヤ、ホース、コンベヤベルト、免震ゴム、橋梁免震ゴム、自転車用チューブ、各種グリップ、テント、スキー等のスポーツ用品、マット、リハビリ用品、家電製品のケーブル等のゴム弾性を要する物品に利用できる。特には、本発明の液晶材料を、タイヤのサイドウォールに搭載することで、タイヤのデザイン性を向上させることができ、また、該液晶材料を、圧力センサーや、劣化インジケーターとしても利用できる。
また、本発明の液晶フィルムは、各種センサー及び光学素子に利用できる。
The liquid crystal material of the present invention can be used in rubbers such as tires, hoses, conveyor belts, seismic isolation rubber, bridge seismic isolation rubber, bicycle tubes, various grips, tents, sports equipment such as skis, mats, rehabilitation products, and cables for home appliances. Can be used for items that require elasticity. In particular, by mounting the liquid crystal material of the present invention on the sidewall of a tire, the design of the tire can be improved, and the liquid crystal material can also be used as a pressure sensor or a deterioration indicator.
Further, the liquid crystal film of the present invention can be used in various sensors and optical elements.
Claims (10)
[一般式(1)中、X11、X12及びX13は、それぞれ独立に、単結合、アルキレン基、-(R14-O)h-、又は-C(=O)-R15-を表し、R11、R12及びR13は、それぞれ独立に、水素原子、不飽和二重結合を有する基、炭素数1~18のアルキル基、炭素数2~20のアシル基、炭素数6~24のアリール基、炭素数7~20のアラルキル基、炭素数1~18のアルコキシ基、-COOR 1A (ここで、R 1A は、炭素数1~12の直鎖若しくは分岐のアルキル基、炭素数3~12のシクロアルキル基、又は炭素数6~18のアリール基を表す。)で表される基、又はハロゲン原子を表し、R14及びR15は、それぞれ独立に、アルキレン基を表し、hは、1以上10以下の整数を表し、n11は、2以上800以下の整数を表す。但し、R11、R12及びR13の少なくとも1つは、下記一般式(3):
(一般式(3)中、R3aは、炭素数7~20の直鎖若しくは分岐のアルキレン基を表し、R3bは、炭素数3~20の直鎖若しくは分岐のアルキレン基を表し、R3cは、水素原子又はメチル基を表し、**は、上記一般式(1)中、X11、X12若しくはX13と結合する部分、又はセルロース骨格の2位、3位若しくは6位にある酸素原子と結合する部分を表す。)で表される不飽和二重結合を有する基を表す。]で表される分子構造を有するセルロース誘導体を含むことを特徴とする、液晶材料。 General formula (1) below:
[In general formula (1), X 11 , X 12 and X 13 each independently represent a single bond, an alkylene group, -(R 14 -O) h -, or -C(=O)-R 15 - R 11 , R 12 and R 13 each independently represent a hydrogen atom, a group having an unsaturated double bond , an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, an acyl group having 2 to 20 carbon atoms, and a group having 6 to 20 carbon atoms. 24 aryl group, an aralkyl group having 7 to 20 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 18 carbon atoms, -COOR 1A (here, R 1A is a linear or branched alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, a carbon number represents a cycloalkyl group having 3 to 12 carbon atoms, or an aryl group having 6 to 18 carbon atoms, or a halogen atom, R 14 and R 15 each independently represent an alkylene group, and h represents an integer of 1 or more and 10 or less, and n11 represents an integer of 2 or more and 800 or less. However, at least one of R 11 , R 12 and R 13 has the following general formula (3):
(In general formula (3), R 3a represents a straight chain or branched alkylene group having 7 to 20 carbon atoms, R 3b represents a straight chain or branched alkylene group having 3 to 20 carbon atoms, and R 3c represents a hydrogen atom or a methyl group, and ** represents a moiety bonding to X 11 , X 12 or represents a group having an unsaturated double bond represented by ] A liquid crystal material characterized by containing a cellulose derivative having a molecular structure represented by the following.
[一般式(1-1)中、R1は、-CH2-CH2-、又は-CH2-CH(CH3)-を表し、R11、R12及びR13は、それぞれ独立に、水素原子、不飽和二重結合を有する基、炭素数1~18のアルキル基、炭素数2~20のアシル基、炭素数6~24のアリール基、炭素数7~20のアラルキル基、炭素数1~18のアルコキシ基、-COOR 1A (ここで、R 1A は、炭素数1~12の直鎖若しくは分岐のアルキル基、炭素数3~12のシクロアルキル基、又は炭素数6~18のアリール基を表す。)で表される基、又はハロゲン原子を表し、m1、t1及びr1は、それぞれ独立に、0以上10以下の整数を表し、n11は、2以上800以下の整数を表す。但し、R11、R12及びR13の少なくとも1つは、下記一般式(3):
(一般式(3)中、R3aは、炭素数7~20の直鎖若しくは分岐のアルキレン基を表し、R3bは、炭素数3~20の直鎖若しくは分岐のアルキレン基を表し、R3cは、水素原子又はメチル基を表し、**は、上記一般式(1-1)中、-(R1-O)m1-、-(R1-O)t1-若しくは-(R1-O)r1-と結合する部分、又はセルロース骨格の2位、3位若しくは6位にある酸素原子と結合する部分を表す。)で表される不飽和二重結合を有する基を表す。]で表される分子構造である、請求項1に記載の液晶材料。 The molecular structure represented by the above general formula (1) is the following general formula (1-1):
[In general formula (1-1), R 1 represents -CH 2 -CH 2 - or -CH 2 -CH(CH 3 )-, and R 11 , R 12 and R 13 are each independently, Hydrogen atom, group having an unsaturated double bond, alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, acyl group having 2 to 20 carbon atoms, aryl group having 6 to 24 carbon atoms, aralkyl group having 7 to 20 carbon atoms, carbon number 1-18 alkoxy group, -COOR 1A (here, R 1A is a straight-chain or branched alkyl group having 1-12 carbon atoms, a cycloalkyl group having 3-12 carbon atoms, or an aryl group having 6-18 carbon atoms) represents a group represented by ) or a halogen atom , m1, t1 and r1 each independently represent an integer of 0 to 10, and n11 represents an integer of 2 to 800. However, at least one of R 11 , R 12 and R 13 is represented by the following general formula (3):
(In general formula (3), R 3a represents a straight chain or branched alkylene group having 7 to 20 carbon atoms, R 3b represents a straight chain or branched alkylene group having 3 to 20 carbon atoms, and R 3c represents a hydrogen atom or a methyl group, and ** represents -(R 1 -O) m1 -, -(R 1 -O) t1 - or -(R 1 -O) in the above general formula (1-1). ) Represents a group having an unsaturated double bond represented by () represents a moiety that binds to r1 - or a moiety that binds to an oxygen atom at the 2nd, 3rd, or 6th position of the cellulose skeleton. The liquid crystal material according to claim 1, which has a molecular structure represented by the following.
下記一般式(2):
[一般式(2)中、X21、X22及びX23は、それぞれ独立に、単結合、アルキレン基、-(R24-O)j-、又は-C(=O)-R25-を表し、R21、R22及びR23は、それぞれ独立に、水素原子、モノマー単位同士を連結する基を有する基、炭素数1~18のアルキル基、炭素数2~20のアシル基、炭素数6~24のアリール基、炭素数7~20のアラルキル基、炭素数1~18のアルコキシ基、-COOR 1A (ここで、R 1A は、炭素数1~12の直鎖若しくは分岐のアルキル基、炭素数3~12のシクロアルキル基、又は炭素数6~18のアリール基を表す。)で表される基、又はハロゲン原子を表し、R24及びR25は、それぞれ独立に、アルキレン基を表し、jは、1以上10以下の整数を表し、n21は、2以上800以下の整数を表す。但し、R21、R22及びR23の少なくとも1つは、下記一般式(4):
(一般式(4)中、R4aは、炭素数7~20の直鎖若しくは分岐のアルキレン基を表し、R4bは、炭素数3~20の直鎖若しくは分岐のアルキレン基を表し、R4cは、水素原子又はメチル基を表し、*は、モノマー単位同士が連結されたときの結合位置を表し、**は、上記一般式(2)中、X21、X22若しくはX23と結合する部分、又はセルロース骨格の2位、3位若しくは6位にある酸素原子と結合する部分を表す。)で表されるモノマー単位同士を連結する基を有する基を表す。]で表される分子構造を有するセルロース誘導体を含むことを特徴とする、液晶フィルム。 It has a three-dimensional structure,
General formula (2) below:
[In general formula (2), X 21 , X 22 and X 23 each independently represent a single bond, an alkylene group, -(R 24 -O) j -, or -C(=O)-R 25 - R 21 , R 22 and R 23 each independently represent a hydrogen atom, a group having a group that connects monomer units, an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, an acyl group having 2 to 20 carbon atoms, and a carbon number Aryl group having 6 to 24 carbon atoms, aralkyl group having 7 to 20 carbon atoms, alkoxy group having 1 to 18 carbon atoms, -COOR 1A (herein, R 1A is a linear or branched alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, represents a cycloalkyl group having 3 to 12 carbon atoms, or an aryl group having 6 to 18 carbon atoms, or a halogen atom, and R 24 and R 25 each independently represent an alkylene group. , j represent an integer of 1 or more and 10 or less, and n21 represents an integer of 2 or more and 800 or less. However, at least one of R 21 , R 22 and R 23 has the following general formula (4):
(In general formula (4), R 4a represents a straight chain or branched alkylene group having 7 to 20 carbon atoms, R 4b represents a straight chain or branched alkylene group having 3 to 20 carbon atoms, and R 4c represents a hydrogen atom or a methyl group, * represents a bonding position when monomer units are connected to each other, and ** represents a bond to X 21 , X 22 or X 23 in the above general formula (2). represents a group that has a group that connects monomer units represented by a moiety, or a moiety that binds to an oxygen atom at the 2nd, 3rd, or 6th position of the cellulose skeleton. ] A liquid crystal film comprising a cellulose derivative having a molecular structure represented by:
[一般式(2-1)中、R2は、-CH2-CH2-、又は-CH2-CH(CH3)-を表し、R21、R22及びR23は、それぞれ独立に、水素原子、モノマー単位同士を連結する基を有する基、炭素数1~18のアルキル基、炭素数2~20のアシル基、炭素数6~24のアリール基、炭素数7~20のアラルキル基、炭素数1~18のアルコキシ基、-COOR 1A (ここで、R 1A は、炭素数1~12の直鎖若しくは分岐のアルキル基、炭素数3~12のシクロアルキル基、又は炭素数6~18のアリール基を表す。)で表される基、又はハロゲン原子を表し、m2、t2及びr2は、それぞれ独立に、0以上10以下の整数を表し、n21は、2以上800以下の整数を表す。但し、R21、R22及びR23の少なくとも1つは、下記一般式(4):
(一般式(4)中、R4aは、炭素数7~20の直鎖若しくは分岐のアルキレン基を表し、R4bは、炭素数3~20の直鎖若しくは分岐のアルキレン基を表し、R4cは、水素原子又はメチル基を表し、*は、モノマー単位同士が連結されたときの結合位置を表し、**は、上記一般式(2-1)中、-(R2-O)m2-、-(R2-O)t2-若しくは-(R2-O)r2-と結合する部分、又はセルロース骨格の2位、3位若しくは6位にある酸素原子と結合する部分を表す。)で表されるモノマー単位同士を連結する基を有する基を表す。]で表される分子構造である、請求項7に記載の液晶フィルム。 The molecular structure represented by the above general formula (2) is the following general formula (2-1):
[In general formula (2-1), R 2 represents -CH 2 -CH 2 - or -CH 2 -CH(CH 3 )-, and R 21 , R 22 and R 23 are each independently, A hydrogen atom, a group having a group that connects monomer units, an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, an acyl group having 2 to 20 carbon atoms, an aryl group having 6 to 24 carbon atoms, an aralkyl group having 7 to 20 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 18 carbon atoms, -COOR 1A (here, R 1A is a linear or branched alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, a cycloalkyl group having 3 to 12 carbon atoms, or a cycloalkyl group having 6 to 18 carbon atoms) ) or a halogen atom, m2, t2 and r2 each independently represent an integer of 0 to 10, and n21 represents an integer of 2 to 800. . However, at least one of R 21 , R 22 and R 23 has the following general formula (4):
(In general formula (4), R 4a represents a straight chain or branched alkylene group having 7 to 20 carbon atoms, R 4b represents a straight chain or branched alkylene group having 3 to 20 carbon atoms, and R 4c represents a hydrogen atom or a methyl group, * represents a bonding position when monomer units are connected to each other, and ** represents -(R 2 -O) m2 - in the above general formula (2-1). , -(R 2 -O) t2 - or -(R 2 -O) r2 -, or a part that bonds to the oxygen atom at the 2nd, 3rd or 6th position of the cellulose skeleton). Represents a group having a group that connects the represented monomer units. ] The liquid crystal film according to claim 7, which has a molecular structure represented by the following.
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