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JP2007262195A - Light-driven polymer actuator, method for producing light-driven polymer actuator, polyfunctional monomer, and polymer - Google Patents

Light-driven polymer actuator, method for producing light-driven polymer actuator, polyfunctional monomer, and polymer Download PDF

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JP2007262195A
JP2007262195A JP2006087692A JP2006087692A JP2007262195A JP 2007262195 A JP2007262195 A JP 2007262195A JP 2006087692 A JP2006087692 A JP 2006087692A JP 2006087692 A JP2006087692 A JP 2006087692A JP 2007262195 A JP2007262195 A JP 2007262195A
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JP
Japan
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group
light
polymer
actuator
driven
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP2006087692A
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Japanese (ja)
Inventor
Naoyuki Nishikawa
尚之 西川
Takayasu Yasuda
貴康 保田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujifilm Corp
Original Assignee
Fujifilm Corp
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Publication date
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Abstract

【課題】 光の刺激によって構造が可逆的に変形し、かつ応答速度が実用的な光応答性、柔軟性、および軽量性を有するとともに無音で駆動する光駆動型アクチュエータ、その光駆動型高分子アクチュエータの簡便な製造方法、および光駆動型高分子アクチュエータの製造に用いられる良好な材料を提供する。
【解決手段】 光駆動型高分子アクチュエータは、光の刺激を受けて変形する高分子を備え、該高分子の変形をアクチュエータとして利用する光駆動型高分子アクチュエータにおいて、重合性を有する単官能性モノマーと重合性を有するとともに光の刺激を受けて構造変化を引き起こす光応答性基を複数含む多官能性モノマーとが重合してなる共重合体を備え、前記共重合体は、光の刺激に応じて変形しアクチュエータとしての機能を有する。
【選択図】なし
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light-driven actuator whose structure is reversibly deformed by light stimulation and whose response speed has practical light response, flexibility and light weight and is driven silently, and its light-driven polymer A simple manufacturing method of an actuator and a good material used for manufacturing a light-driven polymer actuator are provided.
A light-driven polymer actuator includes a polymer that deforms in response to light stimulation, and is a monofunctional that has polymerizability in a light-driven polymer actuator that uses deformation of the polymer as an actuator. A copolymer comprising a monomer and a polyfunctional monomer having a plurality of photoresponsive groups that have a polymerizability and undergo structural change under light stimulation, the copolymer being used for light stimulation It deforms accordingly and has a function as an actuator.
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Description

本発明は、光に応答して駆動する光駆動型の高分子アクチュエータとその製造方法、重合性を有するとともに光の刺激を受けて構造変化を引き起こす光応答性基を複数含む多官能性モノマー、およびその多官能性モノマーと重合性を有する単官能性モノマーとが重合してなる高分子に関する。   The present invention relates to a light-driven polymer actuator that is driven in response to light and a method for producing the same, a polyfunctional monomer that has a plurality of photoresponsive groups that have polymerizability and cause structural changes under light stimulation, And a polymer obtained by polymerizing the polyfunctional monomer and a polymerizable monofunctional monomer.

メカトロニクス分野において様々なアクチュエータの開発が進められ、特に高分子アクチュエータは、その柔軟さ、軽量性、および駆動時に無音であることから多大な注目を集めている。その中で、光に応答して駆動する光駆動型高分子アクチュエータは、非接触でエネルギー供給が可能であり、駆動のための配線を必要とせず、電気配線から発生するようなノイズを回避できることなどから、特に、医療・介護分野や航空宇宙分野で用いられるマイクロマシンやロボットへの応用が期待されている。   Various actuators have been developed in the mechatronics field, and polymer actuators in particular have attracted a great deal of attention because of their flexibility, light weight, and silence during driving. Among them, the light-driven polymer actuator that drives in response to light can supply energy without contact, and does not require wiring for driving, and can avoid noise generated from electrical wiring. In particular, it is expected to be applied to micromachines and robots used in the medical / nursing care field and aerospace field.

光により駆動する高分子材料としては、光応答性ゲルに関する研究が従来から活発に行われている。例えば、光イオン化するトリフェニルメタンのロイコ体を含むポリアクリルアミドゲルによる光変形(非特許文献1参照)や、ポリアクリルアミドゲルにCO赤外レーザー光を照射することによる屈曲動作(非特許文献2参照)が実現されている。前者の例は光によるイオン解離反応が起き、その結果としてゲル中の浸透圧が増大し膨潤したものであり、後者の例は赤外レーザー光照射によって発生する熱によるゲルの体積変化に基づく浸透圧変化によるものである。さらに、ポリアクリルアミドゲル以外にも光応答性基としてアゾベンゼン基をその主鎖に含むポリイミドゲル等も知られている(特許文献1参照)。しかしながら、このような光応答性ゲルは、その駆動原理が浸透圧変化に基づく水などの溶媒分子の取り込み・吐き出しによるため、溶媒が不可欠でドライな環境で使用できないという問題を有している。 As a polymer material driven by light, research on a photoresponsive gel has been actively conducted. For example, photodeformation by a polyacrylamide gel containing a leuco body of triphenylmethane that is photoionized (see Non-Patent Document 1), or a bending action by irradiating the polyacrylamide gel with CO 2 infrared laser light (Non-Patent Document 2). Reference) is realized. In the former example, an ion dissociation reaction due to light occurs, and as a result, the osmotic pressure in the gel increases and swells. In the latter example, the penetration is based on the volume change of the gel due to heat generated by infrared laser light irradiation. This is due to pressure changes. In addition to polyacrylamide gels, polyimide gels containing azobenzene groups in the main chain as photoresponsive groups are also known (see Patent Document 1). However, such a light-responsive gel has a problem that a solvent is indispensable and cannot be used in a dry environment because the driving principle is based on the uptake and discharge of solvent molecules such as water based on changes in osmotic pressure.

また、アゾベンゼン誘導体からなる重合性液晶組成物がトルエン等の有機溶媒で浸漬させ、膨潤させた状態で光を照射することにより屈曲するアクチュエータが報告されている(非特許文献3、特許文献2参照)。しかしながら、これらのアクチュエータも溶媒が不可欠でドライな環境で使用できないという問題を有している。   In addition, there has been reported an actuator that bends when a polymerizable liquid crystal composition composed of an azobenzene derivative is immersed in an organic solvent such as toluene and swelled and irradiated with light (see Non-Patent Document 3 and Patent Document 2). ). However, these actuators also have a problem that a solvent is indispensable and cannot be used in a dry environment.

一方、ドライな環境で使用できる光駆動型高分子アクチュエータとしては、アゾベンゼンで架橋されたポリエチルアクリレート(非特許文献4参照)やアゾベンゼンを主鎖に含むポリイミドフイルム(非特許文献5参照)が知られている。さらに、光応答性基としてスピロベンゾピランを橋かけ剤としたポリアクリル酸エチル(非特許文献6参照)やスチルベン基を主鎖に含むポリキノリン(非特許文献7参照)も知られている。しかしながら、いずれもその変位量は小さく、実用面での利用は難しいと考えられている(非特許文献8参照)。   On the other hand, as a light-driven polymer actuator that can be used in a dry environment, polyethyl acrylate crosslinked with azobenzene (see Non-Patent Document 4) and a polyimide film containing azobenzene in the main chain (see Non-Patent Document 5) are known. It has been. Furthermore, a polyquinoline (see Non-Patent Document 7) containing a polyethyl acrylate (see Non-Patent Document 6) or a stilbene group as a photoresponsive group with spirobenzopyran as a crosslinking agent is also known. However, in any case, the amount of displacement is small, and it is considered that practical use is difficult (see Non-Patent Document 8).

一方、近年、液晶エラストマ−が報告されている。例えば、光応答性基としてアゾベンゼン基を側鎖に有する高分子を液晶配向状態で架橋した液晶エラストマ−が紫外光照射により伸縮挙動を示すことが報告されている(非特許文献9参照)。また、アゾベンゼン誘導体からなる重合性液晶組成物を光、あるいは熱により架橋したポリドメイン液晶エラストマ−が紫外光の偏光照射により自由な方向に屈曲作動できることが知られている(非特許文献10参照)。   On the other hand, a liquid crystal elastomer has recently been reported. For example, it has been reported that a liquid crystal elastomer obtained by crosslinking a polymer having an azobenzene group in the side chain as a photoresponsive group in a liquid crystal alignment state exhibits a stretching behavior when irradiated with ultraviolet light (see Non-Patent Document 9). In addition, it is known that a polydomain liquid crystal elastomer obtained by crosslinking a polymerizable liquid crystal composition comprising an azobenzene derivative with light or heat can be bent in a free direction by irradiation with polarized light of ultraviolet light (see Non-Patent Document 10). .

しかしながら、前者の非特許文献9に開示された技術には、光に対する応答速度が非常に遅い点で問題を有している。また、後者の非特許文献10に開示された技術には、膜厚とともに応答性が減少し、薄膜としてしか機能を発揮できないという点、および液晶温度域でのみの駆動で作動温度等が限定されるという点で問題を有している。したがって、これらの液晶エラストマーに関しても、実用化を鑑み、性能面において課題が残されている。
Macromolecules誌、第 19巻、2476頁(1986年) J.Chem.Phys.誌、第 102巻、551頁(1995年) Adv.Mater.誌、第 15巻、201頁(2003年) Polymer誌、第 21巻、1175頁(1982年) Macromolecules誌、第 3巻、349頁(1970年) Pure Appl.Chem.誌、第 8巻、357頁(1973年) Macromolecules誌、第 18巻、321頁(1985年) 形状記憶ポリマーの開発と応用、シーエムシー社、東京(1988年) Phys.Rev.Lett.誌、第 87巻、015501頁(2001年) Nature誌、第 425巻、145頁(2003年) 特開2005−23151号公報 特開2002−256031号公報
However, the technique disclosed in the former Non-Patent Document 9 has a problem in that the response speed to light is very slow. In the latter technique disclosed in Non-Patent Document 10, the response is reduced with the film thickness, the function can be exhibited only as a thin film, and the operating temperature is limited only by driving in the liquid crystal temperature range. Has a problem in that. Accordingly, these liquid crystal elastomers still have problems in terms of performance in view of practical use.
Macromolecules, Vol. 19, p. 2476 (1986) J. et al. Chem. Phys. 102, 551 (1995) Adv. Mater. Journal, Volume 15, 201 (2003) Polymer, Vol. 21, 1175 (1982) Macromolecules, Volume 3, 349 (1970) Pure Appl. Chem. Magazine, Vol. 8, 357 (1973) Macromolecules, Vol. 18, 321 (1985) Development and application of shape memory polymer, CMC, Tokyo (1988) Phys. Rev. Lett. Journal, Vol. 87, 015501 (2001) Nature, Vol. 425, 145 (2003) JP-A-2005-23151 JP 2002-256031 A

本発明は、上記事情に鑑み、光の刺激によって構造が可逆的に変形し、かつ応答速度が実用的な光応答性、柔軟性、および軽量性を有するとともに無音で駆動する光駆動型アクチュエータ、その光駆動型高分子アクチュエータの簡便な製造方法、および光駆動型高分子アクチュエータの製造に用いられる良好な材料を提供することを目的とする。   In view of the above circumstances, the present invention is a light-driven actuator that is reversibly deformed by light stimulation and has a practical light response, flexibility, and lightness in response speed, and is driven silently, It is an object of the present invention to provide a simple manufacturing method of the light-driven polymer actuator and a good material used for manufacturing the light-driven polymer actuator.

上記目的を達成する本発明の光駆動型アクチュエータは、
光の刺激を受けて変形する高分子を備え、その高分子の変形をアクチュエータとして利用する光駆動型高分子アクチュエータにおいて、
重合性を有する単官能性モノマーと重合性を有するとともに光の刺激を受けて構造変化を引き起こす光応答性基を複数含む多官能性モノマーとが重合してなる共重合体を備え、
上記共重合体は、光の刺激に応じて変形しアクチュエータとしての機能を有するものであることを特徴とする。
The optically driven actuator of the present invention that achieves the above object is as follows.
In a light-driven polymer actuator that includes a polymer that deforms in response to light stimulation and uses the deformation of the polymer as an actuator,
Comprising a copolymer formed by polymerizing a monofunctional monomer having a polymerizable property and a polyfunctional monomer having a polymerizable property and a plurality of photoresponsive groups that undergo structural changes upon light stimulation;
The copolymer is characterized by being deformed in response to light stimulation and having a function as an actuator.

本発明の光駆動型高分子アクチュエータは、共重合体が架橋部位に光応答性基を複数含むので、光の刺激によって構造が可逆的に変形し、かつ応答速度が実用的な光応答性を有する。また、本発明の光駆動型高分子アクチュエータは、共重合体からなる高分子であるので、柔軟性を有し、軽量性を具備し、かつ無音により駆動することができる。   In the light-driven polymer actuator of the present invention, since the copolymer contains a plurality of photoresponsive groups at the cross-linked site, the structure is reversibly deformed by light stimulation, and the response speed has practical photoresponsiveness. Have. In addition, since the light-driven polymer actuator of the present invention is a polymer made of a copolymer, it has flexibility, is lightweight, and can be driven silently.

ここで、上記多官能性モノマーが、下記一般式(I)で表される多官能性モノマーであることが好ましい。
一般式(I)
Here, the polyfunctional monomer is preferably a polyfunctional monomer represented by the following general formula (I).
Formula (I)

Figure 2007262195
Figure 2007262195

(式中、P、Pはそれぞれ独立して重合性基を表し、L、L2m、およびLはそれぞれ独立して二価の連結基を表し、R、R2mはそれぞれ独立して光応答性基を表す。mは1〜4の整数を表す。)
一般式(I)で示される多官能性モノマーによれば、R、R2mがそれぞれ独立して光応答性を示すので、光に対する応答性を高めることができる。
(In the formula, P 1 and P 2 each independently represent a polymerizable group, L 1 , L 2m and L 3 each independently represent a divalent linking group, and R 1 and R 2m each independently And m represents an integer of 1 to 4.)
According to the polyfunctional monomer represented by the general formula (I), R 1 and R 2m each independently exhibit photoresponsiveness, so that responsiveness to light can be enhanced.

また、上記光応答性基が、アゾベンゼン基であることが好適である。   The photoresponsive group is preferably an azobenzene group.

アゾベンゼン基は、通常、熱力学的に安定なトランス体として存在しているが、紫外光をアゾベンゼン基に照射することでシス体となり、可視光をアゾベンゼン基に照射することで再びトランス体に戻る光異性化基である。したがって、光異性化基としてアゾベンゼン基を用いることで、光異性化反応を起こすことが容易となり、極めて高い光応答性が得られる。   An azobenzene group usually exists as a thermodynamically stable trans isomer, but becomes a cis isomer by irradiating the azobenzene group with ultraviolet light, and returns to the trans isomer again by irradiating the azobenzene group with visible light. It is a photoisomerization group. Therefore, by using an azobenzene group as a photoisomerization group, it is easy to cause a photoisomerization reaction, and extremely high photoresponsiveness can be obtained.

ここで、上記単官能性モノマーが、下記一般式(II)で表される単官能性モノマーであることが好ましい。
一般式(II)
Here, the monofunctional monomer is preferably a monofunctional monomer represented by the following general formula (II).
Formula (II)

Figure 2007262195
Figure 2007262195

(式中、Pは重合性基を表し、Lは、二価の連結基を表し、Mはメソゲン基を表す。oは0又は1を表す。)
この一般式(II)で示される単官能性モノマーによれば、付加重合が容易となる。また、この単官能性モノマーは、メソゲン基を有することにより高分子の配向性を高めることができる。
(Wherein P 3 represents a polymerizable group, L 4 represents a divalent linking group, M represents a mesogenic group, and o represents 0 or 1)
According to the monofunctional monomer represented by the general formula (II), addition polymerization is facilitated. Moreover, this monofunctional monomer can enhance the orientation of the polymer by having a mesogenic group.

また、上記一般式(I)において、
およびPが、それぞれ独立して下記一般式(III)で表される重合性基であることが好ましい。
一般式(III)
In the general formula (I),
P 1 and P 2 are preferably each independently a polymerizable group represented by the following general formula (III).
Formula (III)

Figure 2007262195
Figure 2007262195

(式中、Zは単結合、酸素原子、あるいは−O−CH−を表し、Zは水素原子、炭素数1〜6のアルキル基、あるいはハロゲン原子を表し、Zは単結合、−CO−、あるいは−O−を表す。)
さらに、上記一般式(I)において、PおよびPが、それぞれ独立してアクリロイル基もしくはメタアクリロイル基であることが特に好ましい。
(In the formula, Z 1 represents a single bond, an oxygen atom, or —O—CH 2 —, Z 2 represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, or a halogen atom, and Z 3 represents a single bond, -CO- or -O- is represented.)
Further, in the above general formula (I), P 1 and P 2, it is particularly preferred independently an acryloyl group or a methacryloyl group.

この多官能性モノマーによれば、アクリロイル基もしくはメタアクリロイル基は、付加重合性が特に高いため、光駆動型高分子アクチュエータの製造が容易となる。   According to this polyfunctional monomer, an acryloyl group or a methacryloyl group has a particularly high addition polymerizability, so that it becomes easy to produce a light-driven polymer actuator.

ここで、上記目的を達成する本発明の光駆動型アクチュエータの第1の製造方法は、
光の刺激を受けて変形する高分子を備え、その高分子の変形をアクチュエータとして利用する光駆動型高分子アクチュエータの製造方法において、
重合性を有する単官能性モノマーと重合性を有するとともに光の刺激を受けて構造変化を引き起こす光応答性基を複数含む多官能性モノマーとからなる組成物を基板上に塗布する工程と、
該組成物を重合する工程とを備えたことを特徴とする。
Here, the first manufacturing method of the optically driven actuator of the present invention that achieves the above object is as follows.
In a method of manufacturing a light-driven polymer actuator that includes a polymer that deforms in response to light stimulation and uses the deformation of the polymer as an actuator.
Applying a composition comprising a monofunctional monomer having a polymerizability and a polyfunctional monomer having a plurality of photoresponsive groups having a polymerizability and causing a structural change upon light stimulation;
And a step of polymerizing the composition.

本発明の光駆動型高分子アクチュエータの第1の製造方法によれば、組成物を基板上に塗布した直後に重合が開始するのではなく、光や熱などの刺激により重合が開始する。そのため、加工性に優れるとともに取り扱いが容易となり、光駆動型高分子アクチュエータを簡便に製造することができる。   According to the first method for producing a light-driven polymer actuator of the present invention, polymerization does not start immediately after the composition is applied onto the substrate, but polymerization is initiated by stimulation with light or heat. Therefore, it is excellent in processability and easy to handle, and a light-driven polymer actuator can be easily produced.

また、ここで、上記目的を達成する本発明の光駆動型アクチュエータの第2の製造方法は、光の刺激を受けて変形する高分子を備え、その高分子の変形をアクチュエータとして利用する光駆動型高分子アクチュエータの製造方法において、
重合性を有する単官能性モノマーと重合性を有するとともに光の刺激を受けて構造変化を引き起こす光応答性基を複数含む多官能性モノマーとからなる組成物を一対の基板間に注入する工程と、
その組成物を重合する工程とを備えたことを特徴とする。
Here, the second manufacturing method of the light-driven actuator of the present invention that achieves the above object includes a polymer that deforms in response to light stimulation, and uses the deformation of the polymer as an actuator. In the manufacturing method of the type polymer actuator,
Injecting a composition comprising a monofunctional monomer having a polymerizable property and a polyfunctional monomer having a plurality of photoresponsive groups having a polymerizable property and undergoing a structural change upon light stimulation; ,
And a step of polymerizing the composition.

本発明の光駆動型高分子アクチュエータの第2の製造方法によっても、組成物を一対の基板間に注入した直後に重合が開始するのではなく、光や熱などの刺激により重合が開始する。そのため、加工性に優れるとともに取り扱いが容易となり、光駆動型高分子アクチュエータを簡便に製造することができる。   Also in the second method for producing a light-driven polymer actuator of the present invention, polymerization does not start immediately after the composition is injected between a pair of substrates, but polymerization is initiated by stimulation of light or heat. Therefore, it is excellent in processability and easy to handle, and a light-driven polymer actuator can be easily produced.

ここで、上記多官能性モノマーが、下記一般式(IV)で表される多官能性モノマーであることが好ましい。
一般式(IV)
Here, the polyfunctional monomer is preferably a polyfunctional monomer represented by the following general formula (IV).
Formula (IV)

Figure 2007262195
Figure 2007262195

(式中、P、Pはそれぞれ独立して重合性基を表し、L、L、およびLはそれぞれ独立して二価の連結基を表す。式中のアゾベンゼン基は置換基を有していてもよい。)
この多官能性モノマーによれば、複数のアゾベンゼン基を有しているので光駆動型高分子アクチュエータの光応答性が極めて高くなる。
(In the formula, P 1 and P 2 each independently represent a polymerizable group, and L 1 , L 2 and L 3 each independently represent a divalent linking group. In the formula, the azobenzene group is a substituent. May be included.)
According to this polyfunctional monomer, since it has a plurality of azobenzene groups, the photoresponsiveness of the light-driven polymer actuator becomes extremely high.

前記一般式(IV)において、
前記PおよびPは、それぞれ独立してアクリロイル基もしくはメタアクリロイル基であり、
前記L、L、およびLは、それぞれ独立して炭素数1〜20の二価のアルキレン基、炭素数1〜20の二価のアルケニレン基、炭素数1〜20の二価のアルキニレン基、−O−、−S−、−NH−、−COO−、−OCO−、−CONH−,−NHCO−、もしくはこれらの組合せからなる二価の連結基であることを特徴とする。
In the general formula (IV),
P 1 and P 2 are each independently an acryloyl group or a methacryloyl group,
L 1 , L 2 , and L 3 are each independently a divalent alkylene group having 1 to 20 carbon atoms, a divalent alkenylene group having 1 to 20 carbon atoms, or a divalent alkynylene group having 1 to 20 carbon atoms. It is a divalent linking group comprising a group, —O—, —S—, —NH—, —COO—, —OCO—, —CONH—, —NHCO—, or a combination thereof.

このような多官能性モノマーによれば、光駆動型高分子アクチュエータの物性を適切にコントロールすることができる。   According to such a polyfunctional monomer, the physical properties of the light-driven polymer actuator can be appropriately controlled.

ここで、上記一般式(IV)において、
上記Lが、炭素数1〜20のアルキレン基、炭素数1〜20のオキシアルキレンオキシ基、炭素数1〜20のカルボニルオキシアルキレンオキシカルボニル基、もしくは炭素数1〜20のオキシカルボニルアルキレンカルボニルオキシ基であることが好ましい。
Here, in the general formula (IV),
L 2 is an alkylene group having 1 to 20 carbon atoms, an oxyalkyleneoxy group having 1 to 20 carbon atoms, a carbonyloxyalkyleneoxycarbonyl group having 1 to 20 carbon atoms, or an oxycarbonylalkylenecarbonyloxy group having 1 to 20 carbon atoms. It is preferably a group.

このような多官能性モノマーによっても、光駆動型高分子アクチュエータの物性を適切にコントロールすることができる。   Such a polyfunctional monomer can also appropriately control the physical properties of the light-driven polymer actuator.

ここで、上記共重合体が、一般式(IV)で表される多官能性モノマーと一般式(II)で表される単官能性モノマーとの共重合からなる高分子であることが好ましい。   Here, the copolymer is preferably a polymer composed of a copolymer of a polyfunctional monomer represented by the general formula (IV) and a monofunctional monomer represented by the general formula (II).

この高分子は、光応答性を高めた高分子として機能することができる。   This polymer can function as a polymer with improved photoresponsiveness.

本発明によれば、光の刺激によって構造が可逆的に変形し、かつ応答速度が実用的な光応答性、柔軟性、および軽量性を有するとともに無音で駆動する光駆動型アクチュエータ、その光駆動型高分子アクチュエータの簡便な製造方法、および光駆動型高分子アクチュエータの製造に用いられる良好な材料を提供することができる。   According to the present invention, a light-driven actuator whose structure is reversibly deformed by light stimulation and whose response speed has practical light responsiveness, flexibility, and light weight and is driven silently, and its light driving It is possible to provide a simple method for manufacturing a type polymer actuator and a good material used for manufacturing a light-driven type polymer actuator.

以下、本発明の実施の形態を説明する。   Embodiments of the present invention will be described below.

本発明の光駆動型高分子アクチュエータは、重合性を有する単官能性モノマーと重合性を有するとともに光の刺激を受けて構造変化を引き起こす光応答性基を複数含む多官能性モノマーとが重合してなる共重合体を備えることを特徴とする。該共重合体は、前記多官能性モノマーが重合することにより重合体の主鎖と主鎖が架橋されている。また、この光駆動型高分子アクチュエータは、架橋部位に光応答性基を複数含むことにより、光に対する応答性を良化できる。   The light-driven polymer actuator of the present invention is obtained by polymerizing a monofunctional monomer having a polymerizable property and a polyfunctional monomer having a polymerizable property and a plurality of photoresponsive groups that undergo structural changes upon stimulation of light. It is characterized by providing the copolymer which consists of. In the copolymer, the main chain and the main chain of the polymer are cross-linked by the polymerization of the polyfunctional monomer. In addition, the light-driven polymer actuator can improve the response to light by including a plurality of photoresponsive groups at the cross-linked site.

尚、高分子とは一般に分子量が10000以上のものを指し、分子量が1000〜10000(未満)の化合物は準高分子として扱われる。また、その重合度が2〜20ぐらいのものをオリゴマーとよび、通常、高分子とは区別されている(岩波理化学辞典 第3版増補版,玉虫文一ら編集,449頁,岩波書店,1982)。本発明において、光駆動型高分子アクチュエータにおける高分子とは、準高分子を含み、分子量が1000以上で、かつ重合度が20以上のものを意味し、好ましくは分子量が5000以上、あるいは重合度が50以上であり、さらに好ましくは分子量が10000以上、あるいは重合度が100以上である。また、前記の重合性を有する単官能性モノマーと重合性を有するとともに光の刺激を受けて構造変化を引き起こす光応答性基を複数含む多官能性モノマーとが重合してなる共重合のみから構成されていてもよく、他の低分子化合物や高分子化合物との混合物でもよく、必要に応じて無機粒子との混合物でもよい。   In addition, a polymer generally refers to a polymer having a molecular weight of 10,000 or more, and a compound having a molecular weight of 1000 to 10,000 (less than) is treated as a quasi-polymer. Also, those having a degree of polymerization of about 2 to 20 are called oligomers and are usually distinguished from polymers (Iwanami Rikagaku Dictionary 3rd edition supplement edition, edited by Tamamichi Bunichi et al., Page 449, Iwanami Shoten, 1982). ). In the present invention, the polymer in the light-driven polymer actuator means a quasi-polymer having a molecular weight of 1000 or more and a polymerization degree of 20 or more, preferably a molecular weight of 5000 or more, or a polymerization degree. The molecular weight is 10,000 or more, or the degree of polymerization is 100 or more. Also, it is composed only of a copolymer obtained by polymerizing the above-mentioned monofunctional monomer having a polymerizable property and a polyfunctional monomer having a polymerizable property and a plurality of photoresponsive groups that cause structural changes upon light stimulation. It may be a mixture with other low molecular compounds or high molecular compounds, and may be a mixture with inorganic particles as required.

ここで、光応答性基とは、例えば、光照射により光異性化反応、光二量化反応、および光分解反応の少なくとも1つを起こす基である。この光応答性基は、可逆性の観点より、光照射により光異性化反応を起こす基から構成される単位が特に好ましい。具体的には、アゾベンゼン基が特に好ましい例として挙げることができる。   Here, the photoresponsive group is, for example, a group that causes at least one of a photoisomerization reaction, a photodimerization reaction, and a photolysis reaction by light irradiation. The photoresponsive group is particularly preferably a unit composed of a group that undergoes a photoisomerization reaction by light irradiation from the viewpoint of reversibility. Specifically, an azobenzene group can be mentioned as a particularly preferred example.

本発明において好適に用いられる光応答性基を複数含む多官能性モノマーとしては、下記一般式(I)で示される多官能性モノマーを挙げることができる。一般式(I)において、P、Pはそれぞれ独立して重合性基を示す。重合性基としては、付加重合反応が可能な重合性基が好ましい。具体的には、アクリロイル基、メタアクリロイル基、グリシジル基、ビニル基、ビニルオキシ基、オキセタニル基等が好ましい例として挙げられ、その中でアクリロイル基、メタアクリロイル基が特に好ましい。L、L2m、およびLはそれぞれ独立して二価の連結基を示し、炭素数1〜20の二価のアルキレン基、炭素数1〜20の二価のアルケニレン基、炭素数1〜20の二価のアルキニレン基、−O−、−S−、−NH−、−NY−、−COO−、−OCO−、−CONH−,−NHCO−、もしくはこれらの組合せからなる二価の連結基が好ましい。L、Lに関しては、炭素数1〜20のアルキレンオキシ基、炭素数1〜20のオキシアルキレンオキシ基、炭素数1〜20のオキシアルキレンオキシカルボニル基、炭素数1〜20のオキシアルキレンカルボニルオキシ基等を特に好ましい例として挙げることができる。また、L2mに関しては、炭素数1〜20のアルキレン基、炭素数1〜20のオキシアルキレンオキシ基、炭素数1〜20のカルボニルオキシアルキレンオキシカルボニル基、もしくは炭素数1〜20のオキシカルボニルアルキレンカルボニルオキシ基を特に好ましい例として挙げることができる。R、R2mはそれぞれ独立して前述の光応答性基を示す。mは1から4のうちのいずれかの整数を示し、好ましくは1又は2である。 Examples of the polyfunctional monomer containing a plurality of photoresponsive groups preferably used in the present invention include polyfunctional monomers represented by the following general formula (I). In the general formula (I), P 1 and P 2 each independently represent a polymerizable group. As the polymerizable group, a polymerizable group capable of addition polymerization reaction is preferable. Specific examples include acryloyl group, methacryloyl group, glycidyl group, vinyl group, vinyloxy group, oxetanyl group and the like, among which acryloyl group and methacryloyl group are particularly preferable. L 1 , L 2m , and L 3 each independently represent a divalent linking group, a C 1-20 divalent alkylene group, a C 1-20 divalent alkenylene group, a carbon number 1 A divalent linkage comprising 20 divalent alkynylene groups, -O-, -S-, -NH-, -NY-, -COO-, -OCO-, -CONH-, -NHCO-, or combinations thereof Groups are preferred. As for L 1 and L 3 , an alkyleneoxy group having 1 to 20 carbon atoms, an oxyalkyleneoxy group having 1 to 20 carbon atoms, an oxyalkyleneoxycarbonyl group having 1 to 20 carbon atoms, and an oxyalkylenecarbonyl having 1 to 20 carbon atoms An oxy group etc. can be mentioned as a particularly preferable example. For L 2m , an alkylene group having 1 to 20 carbon atoms, an oxyalkyleneoxy group having 1 to 20 carbon atoms, a carbonyloxyalkyleneoxycarbonyl group having 1 to 20 carbon atoms, or an oxycarbonylalkylene having 1 to 20 carbon atoms A carbonyloxy group can be mentioned as a particularly preferred example. R 1 and R 2m each independently represent the above-described photoresponsive group. m represents an integer of 1 to 4, and is preferably 1 or 2.

ここで、一般式(I)で示される多官能性モノマーは、下記一般式(III)で示される多官能性モノマーが特に好ましい例である。
一般式(III)
Here, the polyfunctional monomer represented by the general formula (I) is particularly preferably a polyfunctional monomer represented by the following general formula (III).
Formula (III)

Figure 2007262195
Figure 2007262195

上記一般式(III)において、P、P、L、L、R、R2m、l、nの説明は、上記一般式(I)と同様である。Lに関しては、炭素数1〜20のアルキレン基、炭素数1〜20のオキシアルキレンオキシ基、炭素数1〜20のカルボニルオキシアルキレンオキシカルボニル基、炭素数1〜20のオキシカルボニルアルキレンカルボニルオキシ基を好ましい例として挙げることができ、−CH−、−CHCH−が特に好ましい例として挙げることができる。 In the general formula (III), the description of P 1 , P 2 , L 1 , L 3 , R 1 , R 2m , l, n is the same as that in the general formula (I). Regarding L 2 , an alkylene group having 1 to 20 carbon atoms, an oxyalkyleneoxy group having 1 to 20 carbon atoms, a carbonyloxyalkyleneoxycarbonyl group having 1 to 20 carbon atoms, and an oxycarbonylalkylenecarbonyloxy group having 1 to 20 carbon atoms Can be mentioned as preferred examples, and —CH 2 — and —CH 2 CH 2 — can be mentioned as particularly preferred examples.

以下に本発明で用いられる光応答性基を複数含む多官能性モノマーの具体例を挙げる。但し、本発明の多官能性モノマーはこれらのみに限定されるものではない。   Specific examples of the polyfunctional monomer containing a plurality of photoresponsive groups used in the present invention are given below. However, the polyfunctional monomer of the present invention is not limited to these.

Figure 2007262195
Figure 2007262195

Figure 2007262195
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以下に本発明の一般式(III)で示される光応答性基を複数含む多官能性モノマーは、例えば下記の方法により製造することができる。
スキーム1
The polyfunctional monomer containing a plurality of photoresponsive groups represented by the general formula (III) of the present invention can be produced, for example, by the following method.
Scheme 1

Figure 2007262195
Figure 2007262195

(式中、P、P、L、L、Lは上述した内容と同義である。Qは適切な脱離基を示す。L11、L12は反応により結合してLとなる基を示し、L31、L32は反応により結合してLとなる基を示す。)
一般式(I−I)で示される化合物と一般式(I−II)、および一般式(I−III)で示される化合物とのジアゾカップリングにより一般式(I−IV)で示される化合物に変換する。本反応において、L11、L31としては、−O−、−S−、−NH−などの二価の連結基が好ましい例として挙げられる。ジアゾカップリングに関しては、一般式(I−I)で示される化合物に、酸存在下において亜硝酸ナトリウムを作用させてジアゾニウム塩とした後、塩基存在下で一般式(I−II)、および一般式(I−III)で示される化合物とカップリングさせる一般的なジアゾカップリング法を採用できる。使用する酸に関しては塩酸が好ましく、使用する塩基に関しては水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウムなどの無幾塩基、あるいはトリエチルアミン等の有機塩基を採用できるが、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどの無幾塩基が好ましい。次に、一般式(I−V)、一般式(I−VI)で示される化合物と塩基存在下で縮合させ、目的とする一般式(III)で示される光応答性単位として複数のアゾベンゼン基を含む多官能性モノマーを合成することができる。ここで、Qは脱離基を示すが、好ましい脱離基としてメシル基、トシル基、ハロゲノ基を挙げることができる。L12、L32は、それぞれL11、L31と結合して二価の連結基L、Lを構成する置換基であり、アルキレン基、オキシアルキレン基、イミノアルキレン基等が好ましい例として挙げることができる。用いる塩基に関しては水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウムなどの無幾塩基、あるいはトリエチルアミン等の有機塩基を採用できるが、炭酸ナトリウム、炭酸カリウムなどの無幾塩基が特に好ましい。また、必要に応じてヨウ化ナトリウム、ヨウ化カリウム等を小量添加することも反応加速の観点から好ましい。
(In the formula, P 1 , P 2 , L 1 , L 2 and L 3 have the same meanings as described above. Q represents an appropriate leaving group. L 11 and L 12 are bonded by reaction to form L 1. And L 31 and L 32 are groups bonded to each other by reaction to form L 3. )
A compound represented by the general formula (I-IV) is obtained by diazo coupling of the compound represented by the general formula (II) with the compound represented by the general formula (I-II) and the general formula (I-III). Convert. In this reaction, preferred examples of L 11 and L 31 include divalent linking groups such as —O—, —S—, and —NH—. Regarding diazo coupling, a compound represented by formula (II) is allowed to react with sodium nitrite in the presence of an acid to form a diazonium salt, and then in the presence of a base, formula (I-II), and A general diazo coupling method for coupling with a compound represented by the formula (I-III) can be employed. The acid used is preferably hydrochloric acid, and the base used can be any base such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium carbonate, potassium carbonate, or an organic base such as triethylamine, but sodium hydroxide, potassium hydroxide. Non-bases such as are preferred. Next, the compound represented by the general formula (IV) or the general formula (I-VI) is condensed in the presence of a base, and a plurality of azobenzene groups are used as the target photoresponsive unit represented by the general formula (III). Can be synthesized. Here, Q represents a leaving group, and preferred leaving groups include a mesyl group, a tosyl group, and a halogeno group. L 12 and L 32 are each a substituent that forms a divalent linking group L 1 or L 3 by binding to L 11 or L 31, and preferred examples include an alkylene group, an oxyalkylene group, and an iminoalkylene group. Can be mentioned. As the base to be used, a non-base such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium carbonate and potassium carbonate or an organic base such as triethylamine can be adopted, but a non-base such as sodium carbonate and potassium carbonate is particularly preferred. It is also preferable from the viewpoint of accelerating the reaction to add a small amount of sodium iodide, potassium iodide or the like as required.

本発明において好適に用いられる単官能性モノマーとしては、一般式(II)で示される単官能性モノマーが好ましい。   The monofunctional monomer suitably used in the present invention is preferably a monofunctional monomer represented by the general formula (II).

一般式(II)において、Pは重合性基を示し、付加重合反応が可能な重合性基が好ましい。具体的には、アクリロイル基、メタアクリロイル基、グリシジル基、ビニル基、ビニルオキシ基、オキセタニル基等が好ましい例として挙げられ、その中でアクリロイル基、メタアクリロイル基が特に好ましい。Lは、二価の連結基を示し、炭素数1〜20の二価のアルキレン基、炭素数1〜20の二価のアルケニレン基、炭素数1〜20の二価のアルキニレン基、−O−、−S−、−NH−、−NY−、−COO−、−OCO−、−CONH−,−NHCO−、あるいはこれらの組合せからなる二価の連結基が好ましいMはメソゲン基、すなわち、剛直な液晶形成に寄与する液晶分子の主要骨格を示す。メソゲン基の例としては、例えば「Flussige Kristalle in Tabellen II」、VEB Deutsche Verlag fur Grundstoff Industrie, Leipzig、(1984年)、7頁〜18頁に記載されている。メソゲン基は、棒状液晶に用いられるメソゲン基と円盤状液晶に用いられるメソゲン基に分類されるが、好ましくは、一般に棒状液晶に用いられるメソゲン基である。中でも、下記、一般式(IV)で示されるメソゲン基であることが特に好ましい。
一般式(IV)
In the general formula (II), P 3 represents a polymerizable group, and a polymerizable group capable of addition polymerization reaction is preferable. Specific examples include acryloyl group, methacryloyl group, glycidyl group, vinyl group, vinyloxy group, oxetanyl group and the like, among which acryloyl group and methacryloyl group are particularly preferable. L 4 represents a divalent linking group, and is a divalent alkylene group having 1 to 20 carbon atoms, a divalent alkenylene group having 1 to 20 carbon atoms, a divalent alkynylene group having 1 to 20 carbon atoms, —O A divalent linking group consisting of-, -S-, -NH-, -NY-, -COO-, -OCO-, -CONH-, -NHCO-, or a combination thereof is preferred M is a mesogenic group, The main skeleton of liquid crystal molecules contributing to the formation of rigid liquid crystals is shown. Examples of mesogenic groups are described in, for example, “Flushage Kristal in Table II”, VEB Deutsche Verlag fur Grundstoff Industries, Leipzig, (1984), pages 7-18. The mesogen group is classified into a mesogen group used for a rod-like liquid crystal and a mesogen group used for a disc-like liquid crystal, and is preferably a mesogen group generally used for a rod-like liquid crystal. Among these, a mesogen group represented by the following general formula (IV) is particularly preferable.
Formula (IV)

Figure 2007262195
Figure 2007262195

式中、環A、環B、環Cは、環員数5〜10の環状基を示し、ベンゼン環、シクロヘキサン環、ピペリジン環、ピリジン環、ピリミジン環、ジオキサン環、チオフェン環あるいはナフタレン環を示し、ベンゼン環、シクロヘキサン環が特に好ましい。環A、環B、環Cは、それぞれ環上に置換基を有していてもよく、置換基としては炭素数1〜20のアルキル基、炭素数1〜20のアルコキシ基、炭素数1〜20のアルコキシカルボニル基、炭素数1〜20のアルキルオキシカルボニル基、シアノ基、ハロゲノ基等が好ましく、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数1〜6のアルコキシカルボニル基、炭素数1〜6のアアルキルオキシカルボニル基、シアノ基、フルオロ基、ブロモ基等が特に好ましい。環A、B、Cが環上に置換基を有する場合、環上の置換基は互いに連結して環を形成してもよい。X、またはYは、それぞれ独立して、単結合、−CHCH−、−CH=CH−、−C≡C−、−C≡C−C≡C−、−COO−、−OCO−、−O−、−CHO−、−OCH−、−N=N−、−CH=N−、−N−C=H−、−C=C−CO−、−CO−C=C−を示し、単結合、−COO−、−OCO−、−C=C−CO−、−CO−C=C−が特に好ましい。
oは0または1を表すが、1であることが好ましい。
In the formula, ring A, ring B and ring C represent a cyclic group having 5 to 10 ring members, and represent a benzene ring, cyclohexane ring, piperidine ring, pyridine ring, pyrimidine ring, dioxane ring, thiophene ring or naphthalene ring, A benzene ring and a cyclohexane ring are particularly preferred. Ring A, Ring B, and Ring C may each have a substituent on the ring, and the substituent includes an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, and 1 to 1 carbon atoms. 20 alkoxycarbonyl groups, C1-20 alkyloxycarbonyl groups, cyano groups, halogeno groups and the like are preferable, C1-6 alkyl groups, C1-6 alkoxy groups, C1-6 carbon atoms. Particularly preferred are an alkoxycarbonyl group, an aalkyloxycarbonyl group having 1 to 6 carbon atoms, a cyano group, a fluoro group, a bromo group and the like. When the rings A, B, and C have a substituent on the ring, the substituents on the ring may be connected to each other to form a ring. X or Y p is, independently, a single bond, -CH 2 CH 2 -, - CH = CH -, - C≡C -, - C≡C-C≡C -, - COO -, - OCO -, - O -, - CH 2 O -, - OCH 2 -, - N = N -, - CH = N -, - N-C = H -, - C = C-CO -, - CO-C = C— represents a single bond, —COO—, —OCO—, —C═C—CO—, and —CO—C═C—.
o represents 0 or 1, but is preferably 1.

以下に本発明で用いられる単官能性モノマーの具体例を挙げる。但し、本発明の単官能性モノマーはこれらのみに限定されるものではない。   Specific examples of the monofunctional monomer used in the present invention are given below. However, the monofunctional monomer of the present invention is not limited to these.

Figure 2007262195
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Figure 2007262195
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Figure 2007262195
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本発明の光駆動型高分子アクチュエータを構成する共重合体において、光応答性基を複数含む多官能性モノマーの総量は、駆動応答性の観点から、共重合体構成成分の総量に対して50重量%以下が好ましく、30重量%以下がさらに好ましい。単官能性モノマーの総量は、駆動応答性の観点から、共重合体構成成分の総量に対して50重量%以上が好ましく、70重量%以上がさらに好ましい。共重合体の構成成分には、多官能性モノマーや単官能性モノマー以外にも、必要に応じて架橋剤などの添加剤を含んでいてもよい。単官能性モノマー、および前記多官能性モノマーはそれぞれ一種でも複数でもよい。架橋剤は、具体的には、重合性基を複数持つ化合物であり、用いるモノマーに応じて適宜選択できる。具体的には、アクリレートの例として、トリメチロールプロパントリアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレートなどを挙げることができる。   In the copolymer constituting the light-driven polymer actuator of the present invention, the total amount of the polyfunctional monomer containing a plurality of photoresponsive groups is 50 with respect to the total amount of the copolymer components from the viewpoint of drive response. % By weight or less is preferable, and 30% by weight or less is more preferable. The total amount of the monofunctional monomer is preferably 50% by weight or more, more preferably 70% by weight or more, based on the total amount of the copolymer constituent components, from the viewpoint of drive response. In addition to the polyfunctional monomer and the monofunctional monomer, the constituent component of the copolymer may contain an additive such as a crosslinking agent as necessary. Each of the monofunctional monomer and the polyfunctional monomer may be one kind or plural. Specifically, the crosslinking agent is a compound having a plurality of polymerizable groups, and can be appropriately selected depending on the monomer used. Specific examples of the acrylate include trimethylolpropane triacrylate and dipentaerythritol hexaacrylate.

本発明の光駆動型高分子アクチュエータを構成する共重合体は、前記の単官能性モノマーと前記の重合性を有するとともに光の刺激を受けて構造変化を引き起こす光応答性基を複数含む多官能性モノマーを含む組成物を重合することにより得ることができる。
重合反応には、単官能性モノマー、および多官能性モノマーの重合性基、および性質によって異なるが、一般的な重合法を用いることができる。例えば、重合には、熱あるいは電磁波による公知の種々の重合法が採用できるが、アゾ系重合開始剤、あるいは光重合開始剤を用いるラジカル重合、光酸発生剤を用いるカチオン重合が特に好ましい。重合反応は該組成物を溶剤に溶解し溶液で反応を行う方法や基板上に組成物を塗布、あるいは基板間に組成物を注入して反応する方法が採用されるが、後者の組成物を基板上に塗布、あるいは組成物を一対の基板間に注入して反応する方法が好ましい。
The copolymer constituting the light-driven polymer actuator of the present invention is a polyfunctional compound having a plurality of photoresponsive groups that have the above-mentioned monofunctional monomer and the above-described polymerizability and cause structural changes upon light stimulation. It can be obtained by polymerizing a composition containing a functional monomer.
A general polymerization method can be used for the polymerization reaction, although it varies depending on the polymerizable group and properties of the monofunctional monomer and the polyfunctional monomer. For example, various known polymerization methods using heat or electromagnetic waves can be employed for the polymerization, but radical polymerization using an azo polymerization initiator or a photopolymerization initiator, or cationic polymerization using a photoacid generator is particularly preferred. For the polymerization reaction, a method of dissolving the composition in a solvent and reacting with a solution or a method of reacting by applying the composition on a substrate or injecting the composition between substrates is employed. A method of reacting by coating on a substrate or injecting a composition between a pair of substrates is preferable.

本発明の光駆動型高分子アクチュエータにおいて、単官能性モノマーと多官能性モノマーとが重合してなる共重合体中に存在する光応答性基は、高分子中で配向していてもしていなくてもよく、いずれを選択するかはアクチュエータの利用形態によって異なる。例えば、ある一方向にのみ選択的に屈曲、あるいは伸縮する材料が必要なときは光応答性基が高分子層中で一軸に配列していることが好ましい。また、自在な方向に屈曲、あるいは伸縮する材料が必要なときは、光応答性基が高分子層中で配向していない方が好ましい。   In the light-driven polymer actuator of the present invention, the photoresponsive group present in the copolymer obtained by polymerizing a monofunctional monomer and a polyfunctional monomer may or may not be oriented in the polymer. Which one is selected depends on the usage form of the actuator. For example, when a material that selectively bends or stretches only in one direction is required, it is preferable that the photoresponsive groups are uniaxially arranged in the polymer layer. In addition, when a material that can be bent or stretched in a free direction is required, it is preferable that the photoresponsive group is not oriented in the polymer layer.

以下に、本発明の光駆動型高分子アクチュエータを構成する共重合体の製造方法の例について詳細に説明する。   Below, the example of the manufacturing method of the copolymer which comprises the optically driven polymer actuator of this invention is demonstrated in detail.

図1は、本発明の光駆動型高分子アクチュエータの第1の製造方法の一実施形態を示すフローチャートである。   FIG. 1 is a flowchart showing an embodiment of a first method for producing a light-driven polymer actuator of the present invention.

第1の工程として、重合性を有する単官能性モノマーと重合性を有するとともに光の刺激を受けて構造変化を引き起こす光応答性基を複数含む多官能性モノマーとからなる組成物を基板上に塗布する(ステップS100)。   As a first step, a composition comprising a monofunctional monomer having a polymerizable property and a polyfunctional monomer having a polymerizable property and a plurality of photoresponsive groups that undergo structural changes upon receiving light stimulation is formed on a substrate. Apply (step S100).

この第1の工程をさらに詳述すると、以下の通りである。   This first step will be described in further detail as follows.

基板には、ガラス基板、シリコン基板、金属基板、各種高分子フイルムやエラストマー等を用いることができる。基板は、必要に応じて配向処理が施されていてもよい。配向処理には、一般に液晶や高分子の分野で用いる方法を採用できる。具体的には、例えば、基板上にポリイミドやポリビニルアルコール等の配向膜を配して該配向膜にはラビング処理を施す方法、シンナモイル系高分子やアゾ系高分子等からなる光配向膜を配して光配向処理を施す方法、基板に四級アンモニウム塩を用いて垂直配向処理を施す方法等が採用できる。さらに、連続生産の観点では、ドラムやバンドが基板として用いられてもよい。   As the substrate, a glass substrate, a silicon substrate, a metal substrate, various polymer films, an elastomer, or the like can be used. The substrate may be subjected to orientation treatment as necessary. For the alignment treatment, methods generally used in the field of liquid crystals and polymers can be employed. Specifically, for example, an alignment film such as polyimide or polyvinyl alcohol is disposed on the substrate and a rubbing treatment is applied to the alignment film, or a photo-alignment film made of cinnamoyl polymer or azo polymer is disposed. Thus, a method of performing photo-alignment treatment, a method of performing vertical alignment treatment using a quaternary ammonium salt on the substrate, and the like can be employed. Furthermore, from the viewpoint of continuous production, a drum or a band may be used as the substrate.

塗布液の溶剤には、共重合体を構成するためのモノマー成分を溶解、あるいは分散できる公知の溶剤を用いることができる。溶剤の具体例としては、クロロホルム、ジクロロメタン等のハロゲン系溶剤、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン系溶剤、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等のアミド系溶剤が挙げられ、クロロホルム、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、ジメチルアセトアミドが好ましく、クロロホルム、メチルエチルケトン、ジメチルアセトアミドが特に好ましい。また、これらの溶剤を組み合わせて用いてもよい。   As the solvent of the coating solution, a known solvent that can dissolve or disperse the monomer component for constituting the copolymer can be used. Specific examples of the solvent include halogen solvents such as chloroform and dichloromethane, ketone solvents such as methyl ethyl ketone and cyclohexanone, amide solvents such as dimethylformamide and dimethylacetamide, and chloroform, methyl ethyl ketone, cyclohexanone and dimethylacetamide are preferable. Particularly preferred are chloroform, methyl ethyl ketone, and dimethylacetamide. Moreover, you may use combining these solvents.

上記溶剤の添加量は、塗布性を損なわない範囲で最適値が決められるが、固形分濃度が塗布溶剤中で1〜75%の範囲であることが好ましく、5〜50%の範囲であることが特に好ましい。   The optimum amount of the solvent added is determined within a range that does not impair the applicability, but the solid content concentration is preferably in the range of 1 to 75% in the coating solvent, and in the range of 5 to 50%. Is particularly preferred.

塗布液には必要に応じて、重合開始剤、重合禁止剤、光増感剤、塗布助剤などの添加剤を添加してもよい。重合開始剤に関しては、光応答性基を有する重合性分子および重合方法に応じて公知の重合開始剤を適宜選択できる。   If necessary, additives such as a polymerization initiator, a polymerization inhibitor, a photosensitizer, and a coating aid may be added to the coating solution. Regarding the polymerization initiator, a known polymerization initiator can be appropriately selected according to the polymerizable molecule having a photoresponsive group and the polymerization method.

具体的には、アゾ系重合開始剤、カチオン系光重合開始剤、ラジカル系光重合開始剤等を採用することができる。   Specifically, an azo polymerization initiator, a cationic photopolymerization initiator, a radical photopolymerization initiator, or the like can be employed.

アゾ系重合開始剤の例としては、V−30、V−40、V−59、V−65、V−70、V−601、VAm−110、VAm−111(いずれも和光純薬製)などを採用できる。カチオン系光重合開始剤としては、WPI−113(和光純薬製)、イルガキュア250(チバ・スペシャリティー・ケミカルズ製)などを採用できる。ラジカル系光重合開始剤としては、イルガキュア651、イルガキュア907、イルガキュア784、イルガキュア オキセ 01(いずれもチバ・スペシャリティー・ケミカルズ製)などを採用できる。   Examples of the azo polymerization initiator include V-30, V-40, V-59, V-65, V-70, V-601, VAm-110, and VAm-111 (all manufactured by Wako Pure Chemical Industries). Can be adopted. As a cationic photopolymerization initiator, WPI-113 (manufactured by Wako Pure Chemical Industries), Irgacure 250 (manufactured by Ciba Specialty Chemicals), or the like can be employed. As the radical photopolymerization initiator, Irgacure 651, Irgacure 907, Irgacure 784, Irgacure Oxe 01 (all manufactured by Ciba Specialty Chemicals) and the like can be employed.

重合禁止剤としては、例えば公知のハイドロキノン系重合禁止剤、ヒンダードフェノール系重合禁止剤等を用いることができる。ハイドロキノン系重合禁止剤としては、ハイドロキノンモノメチルエーテル、DOHQ(和光純薬製)、DHHQ(和光純薬製)等が採用できる。ヒンダードフェノール系重合禁止剤としては、イルガノックス1010、イルガノックス1035、イルガノックス1076(いずれもチバ・スペシャリティー・ケミカルズ製)等が採用できる。   As the polymerization inhibitor, for example, known hydroquinone polymerization inhibitors, hindered phenol polymerization inhibitors, and the like can be used. As the hydroquinone polymerization inhibitor, hydroquinone monomethyl ether, DOHQ (manufactured by Wako Pure Chemical Industries), DHHQ (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and the like can be employed. As the hindered phenol polymerization inhibitor, Irganox 1010, Irganox 1035, Irganox 1076 (all manufactured by Ciba Specialty Chemicals) and the like can be employed.

光増感剤はとしては、光重合開始剤と併用するために用いられ、光重合開始剤と光の波長とに応じて適宜選択できる。具体的な例としては、ジエチルチオキサントン、イソプロピルチオキサントン、ダロキュア EHA(チバ・スペシャリティー・ケミカルズ製)、ダロキュア EDB(チバ・スペシャリティー・ケミカルズ製)などを挙げることができる。   The photosensitizer is used for combined use with a photopolymerization initiator, and can be appropriately selected according to the photopolymerization initiator and the wavelength of light. Specific examples include diethylthioxanthone, isopropylthioxanthone, Darocur EHA (manufactured by Ciba Specialty Chemicals), Darocur EDB (manufactured by Ciba Specialty Chemicals), and the like.

塗布助剤に関しては、例えば、塗布性の向上のために公知の界面活性剤や高粘剤などを用いることができる。   With respect to the coating aid, for example, a known surfactant or high viscosity agent can be used to improve coating properties.

上記溶剤の添加量は、塗布性を損なわない範囲で最適値が決められるが、上記高分子の濃度が塗布溶剤中で1〜75%の範囲であることが好ましく、5〜50%の範囲であることが特に好ましい。   The optimum amount of the solvent added is determined within a range that does not impair the applicability, but the concentration of the polymer is preferably in the range of 1 to 75% in the coating solvent, and in the range of 5 to 50%. It is particularly preferred.

塗布方式としては、公知の方法、例えばカーテンコーティング法、押し出しコーティング法、ロールコーティング法、スピンコーティング法、ディップコーティング法、バーコーティング法、スプレーコーティング法、スライドコーティング法、印刷コーティング法等が用いることができる。   As the coating method, known methods such as curtain coating method, extrusion coating method, roll coating method, spin coating method, dip coating method, bar coating method, spray coating method, slide coating method, print coating method, etc. may be used. it can.

続いて、組成物を乾燥させる。乾燥には公知の乾燥法を用いることができる。具体的には、室温乾燥、加温乾燥、送風乾燥、減圧乾燥が挙げられ、またこれらを組み合わせてもよい。   Subsequently, the composition is dried. A known drying method can be used for drying. Specifically, room temperature drying, warming drying, blow drying, and reduced pressure drying are mentioned, and these may be combined.

次に、第2の工程として、その組成物を重合する(ステップS101)。   Next, as a second step, the composition is polymerized (step S101).

この第2の工程をさらに詳述すると、以下の通りである。   This second step will be described in further detail as follows.

まず、組成物のモノマーを重合させ、光応答性基を複数含む多官能性モノマーと単官能性モノマーの共重合体を形成する。重合には、熱あるいは電磁波による公知の種々の重合法が採用できるが、アゾ系重合開始剤、あるいは光重合開始剤を用いるラジカル重合、光酸発生剤を用いるカチオン重合が特に好ましい。   First, the monomer of the composition is polymerized to form a copolymer of a polyfunctional monomer containing a plurality of photoresponsive groups and a monofunctional monomer. Various known polymerization methods using heat or electromagnetic waves can be employed for the polymerization, but radical polymerization using an azo polymerization initiator or a photopolymerization initiator, and cationic polymerization using a photoacid generator are particularly preferred.

熱重合の場合、適切な加熱温度は、用いる重合開始剤に依存する。塗布物が液晶性を示す場合、液晶を呈する温度より高い温度で重合することが好ましく、そのために適切な加熱温度と重合開始剤が採用される。   In the case of thermal polymerization, the appropriate heating temperature depends on the polymerization initiator used. When the coated material exhibits liquid crystallinity, it is preferable to polymerize at a temperature higher than the temperature at which the liquid crystal is exhibited. For this purpose, an appropriate heating temperature and polymerization initiator are employed.

光重合の場合、用いる光源としては、公知のものを制限なしで用いることができるが、用いられる光重合開始剤に適切な光源が好ましい。光源の波長としては、光応答性基の種類や光重合開始剤に依存するが、220nm〜740nmである。光応答性基としてアゾベンゼン基を採用する場合、具体的には450nmより長波の光源が好ましく、中でも、波長520nm〜600nmが好適に用いられる。組成物が液晶性を示す場合、液晶を呈する温度より高い温度で重合することが好ましい。また、重合反応は窒素雰囲気下で行うことが好ましい。   In the case of photopolymerization, a known light source can be used without limitation, but a light source suitable for the photopolymerization initiator used is preferable. The wavelength of the light source is 220 nm to 740 nm, although it depends on the type of photoresponsive group and the photopolymerization initiator. When employing an azobenzene group as the photoresponsive group, specifically, a light source having a longer wave than 450 nm is preferable, and a wavelength of 520 nm to 600 nm is preferably used. When the composition exhibits liquid crystallinity, the polymerization is preferably performed at a temperature higher than the temperature at which the liquid crystal is exhibited. The polymerization reaction is preferably performed in a nitrogen atmosphere.

以上の結果得られた共重合体を必要に応じて基板(ドラム、バンド)から剥ぎ取り、本発明の共重合体を得ることができる。   The copolymer obtained as a result of the above can be peeled off from the substrate (drum, band) as necessary to obtain the copolymer of the present invention.

なお、基板と一体の形態でアクチュエータとして用いる場合、得られた共重合体を基板から剥ぎ取らずに用いることができる。   In addition, when using as an actuator by the form integrated with a board | substrate, it can be used without peeling off the obtained copolymer from a board | substrate.

以下に、本発明の光駆動型高分子アクチュエータを構成する共重合体の別なる製造方法の例について説明する。   Below, the example of another manufacturing method of the copolymer which comprises the optically driven polymer actuator of this invention is demonstrated.

図2は、本発明の光駆動型高分子アクチュエータの第2の製造方法の一実施形態を示すフローチャートである。   FIG. 2 is a flowchart showing an embodiment of the second manufacturing method of the optically driven polymer actuator of the present invention.

第1の工程として、重合性を有する単官能性モノマーと重合性を有するとともに光の刺激を受けて構造変化を引き起こす光応答性基を複数含む多官能性モノマーとからなる組成物を一対の基板間に注入する(ステップS200)。   As a first step, a composition comprising a monofunctional monomer having a polymerizable property and a polyfunctional monomer having a polymerizable property and a plurality of photoresponsive groups that undergo structural changes upon light stimulation is paired with a pair of substrates. Inject in between (step S200).

この第1の工程をさらに詳述すると、以下の通りである。   This first step will be described in further detail as follows.

一対の基板間に注入する方法としては、ディスペンサー方式、ベルジャー法などの一般的な方法が採用される。組成物には、重合開始剤、重合禁止剤、光増感剤、塗布助剤などの添加剤を添加してもよい。これらの説明に関しては前述の通りである。   As a method of injecting between a pair of substrates, a general method such as a dispenser method or a bell jar method is adopted. Additives such as a polymerization initiator, a polymerization inhibitor, a photosensitizer, and a coating aid may be added to the composition. These explanations are as described above.

次に、第2の工程として、その組成物を重合する(ステップS201)。   Next, as a second step, the composition is polymerized (step S201).

すなわち、注入したモノマーを重合させ、多官能性モノマーと単官能性モノマーとの共重合体を形成する。重合に関しては、前述の説明と同様である。   That is, the injected monomer is polymerized to form a copolymer of a polyfunctional monomer and a monofunctional monomer. The polymerization is the same as described above.

これらの工程を経ても、本発明の光駆動型高分子アクチュエータが製造される。   Even through these steps, the optically driven polymer actuator of the present invention is manufactured.

以上の結果得られた共重合体を必要に応じて基板から剥ぎ取り、本発明の共重合体からなる高分子を得ることができる。   The copolymer obtained as a result of the above can be peeled off from the substrate as necessary to obtain a polymer comprising the copolymer of the present invention.

以上により得られた共重合体を駆動部に配置し、光駆動のための光照射部と光導波部を設け、光照射部から照射された光を駆動部に導いて本発明の光駆動型高分子アクチュエータの一形態を製造することができる。光照射部の光源としては、通常使われる光源、例えば、タングステンランプ、ハロゲンランプ、キセノンランプ、キセノンフラッシュランプ、水銀ランプ、水銀キセノンランプ、カーボンアークランプ等のランプ、各種のレーザー(例、半導体レーザー、ヘリウムネオンレーザー、アルゴンイオンレーザー、ヘリウムカドミウムレーザー、YAGレーザー)、発光ダイオード、陰極線管などを挙げることができる。光照射は、可逆動作のために、必要に応じて2種類の異なる波長の光を駆動部に照射できる構成が好ましい。また、ヒーターや光による加熱を利用し、光照射と熱により駆動する構成も好ましい。   The copolymer obtained as described above is disposed in the drive unit, provided with a light irradiation unit and a light waveguide unit for light driving, and the light irradiated from the light irradiation unit is guided to the drive unit, and the light drive type of the present invention One form of polymer actuator can be manufactured. As a light source of the light irradiation unit, a commonly used light source, for example, a tungsten lamp, a halogen lamp, a xenon lamp, a xenon flash lamp, a mercury lamp, a mercury xenon lamp, a carbon arc lamp, various lasers (eg, semiconductor laser) , Helium neon laser, argon ion laser, helium cadmium laser, YAG laser), light emitting diode, cathode ray tube, and the like. The light irradiation preferably has a configuration capable of irradiating the drive unit with light of two different wavelengths as required for reversible operation. In addition, a configuration in which heating by light or heat is used using a heater or light is also preferable.

以下の実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。
(実施例1)
架橋剤C−1の合成
架橋剤C−1
The present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the present invention is not limited to these examples.
(Example 1)
Synthetic crosslinking agent C-1 of crosslinking agent C-1

Figure 2007262195
Figure 2007262195

まず、25.8mLの水に87.8mLの濃塩酸、25gの4,4‘−メチレンジアニリン(アルドリッチ製)を氷冷下において加え、攪拌しながら21.7gの亜硝酸ナトリウムを30.4mLの水に溶解した水溶液を滴下してジアゾニウム塩の反応液を調製した。   First, 87.8 mL of concentrated hydrochloric acid and 25 g of 4,4′-methylenedianiline (manufactured by Aldrich) were added to 25.8 mL of water under ice-cooling, and 21.7 g of sodium nitrite was added to 30.4 mL with stirring. An aqueous solution dissolved in water was added dropwise to prepare a diazonium salt reaction solution.

続いて、680mLの水に29.6gのフェノールと68gの水酸化ナトリウムを加えて氷冷下において攪拌し、先に調製したジアゾニウム塩の反応液を滴下した。4時間反応させた後、小量の塩酸を加え、吸引ろ過を行った。得られた沈殿物を水で洗浄した後、シリカゲルクロマト(溶離液:ヘキサン/酢酸エチル=1/1)により精製し、36gのビス(4−(4−ヒドロキシフェニルアゾフェニル)メタンを得た。   Subsequently, 29.6 g of phenol and 68 g of sodium hydroxide were added to 680 mL of water and stirred under ice-cooling, and the previously prepared diazonium salt reaction solution was added dropwise. After reacting for 4 hours, a small amount of hydrochloric acid was added and suction filtration was performed. The obtained precipitate was washed with water and purified by silica gel chromatography (eluent: hexane / ethyl acetate = 1/1) to obtain 36 g of bis (4- (4-hydroxyphenylazophenyl) methane.

次に、100mLのジメチルアセトアミドに、上記で得られたビス(4−(4−ヒドロキシフェニルアゾフェニル)メタン10g、4−アクリルオキシブチルメシレート13.3g、炭酸カリウム8.3g、および触媒量のイルガキュア1010を加え、70℃で24時間反応させた。反応液に水を加え、ジクロロメタンで抽出し、有機層を塩化アンモニウム水溶液と飽和食塩水で洗浄した後、硫酸マグネシウムで乾燥した。溶媒を減圧下で留去した後、シリカゲルクロマト(溶離液:ジクロロメタン/酢酸エチル=3/1)により精製し、6.0gの目的とする架橋剤C−1を得た。
(実施例2)
架橋剤C−2合成
架橋剤C−2
Next, to 100 mL of dimethylacetamide, 10 g of the bis (4- (4-hydroxyphenylazophenyl) methane obtained above, 13.3 g of 4-acryloxybutyl mesylate, 8.3 g of potassium carbonate, and a catalytic amount of Irgacure 1010 was added, and the mixture was reacted for 24 hours at 70 ° C. Water was added to the reaction mixture, and the mixture was extracted with dichloromethane, and the organic layer was washed with an aqueous ammonium chloride solution and saturated brine, and then dried over magnesium sulfate. After evaporation under reduced pressure, the residue was purified by silica gel chromatography (eluent: dichloromethane / ethyl acetate = 3/1) to obtain 6.0 g of the intended crosslinking agent C-1.
(Example 2)
Crosslinking agent C-2 Synthetic crosslinking agent C-2

Figure 2007262195
Figure 2007262195

まず、203.6mLの1N−塩酸に25gの4,4‘−エチレンジアニリン(アルドリッチ製)を氷冷下において加え、攪拌しながら17.1gの亜硝酸ナトリウムを40.8mLの水に溶解した水溶液を滴下し、406.5mLのメタノールを添加してジアゾニウム塩の反応液を調製した。   First, 25 g of 4,4′-ethylenedianiline (manufactured by Aldrich) was added to 203.6 mL of 1N hydrochloric acid under ice cooling, and 17.1 g of sodium nitrite was dissolved in 40.8 mL of water while stirring. The aqueous solution was added dropwise, and 406.5 mL of methanol was added to prepare a diazonium salt reaction solution.

続いて、81.7mLのメタノールに23.3gのフェノールと26.3gの水酸化カリウムを加えた反応液を、先に調製したジアゾニウム塩の反応液に滴下した。4時間反応させた後、小量の塩酸を加え、吸引ろ過を行った。得られた沈殿物を1N-塩酸、酢酸エチル、水で洗浄し、58.8gの1,2−ビス(4−(4−ヒドロキシフェニルアゾフェニル)エタンを得た。   Subsequently, a reaction solution obtained by adding 23.3 g of phenol and 26.3 g of potassium hydroxide to 81.7 mL of methanol was added dropwise to the previously prepared diazonium salt reaction solution. After reacting for 4 hours, a small amount of hydrochloric acid was added and suction filtration was performed. The obtained precipitate was washed with 1N hydrochloric acid, ethyl acetate and water to obtain 58.8 g of 1,2-bis (4- (4-hydroxyphenylazophenyl) ethane.

次に、100mLのジメチルアセトアミドに、上記で得られた1,2−ビス(4−(4−ヒドロキシフェニルアゾフェニル)エタン10g、4−アクリルオキシブチルメシレート13.3g、炭酸カリウム8.3g、および触媒量のイルガキュア1010を加え、70℃で24時間反応させた。反応液に水を加え、ジクロロメタンで抽出し、有機層を1N−塩酸と飽和炭酸水素ナトリウム水溶液で洗浄した後、硫酸マグネシウムで乾燥した。溶媒を減圧下で留去した後、シリカゲルクロマト(溶離液:ジクロロメタン/酢酸エチル=20/1)により精製し、7.0gの目的とする架橋剤C−2を得た。
(実施例3)
架橋剤C−3合成
架橋剤C−3
Next, to 100 mL of dimethylacetamide, 10 g of 1,2-bis (4- (4-hydroxyphenylazophenyl) ethane obtained above, 13.3 g of 4-acryloxybutyl mesylate, 8.3 g of potassium carbonate, And a catalytic amount of Irgacure 1010 were added and reacted for 24 hours at 70 ° C. Water was added to the reaction solution, extracted with dichloromethane, and the organic layer was washed with 1N-hydrochloric acid and saturated aqueous sodium hydrogen carbonate solution, and then with magnesium sulfate. After the solvent was distilled off under reduced pressure, the residue was purified by silica gel chromatography (eluent: dichloromethane / ethyl acetate = 20/1) to obtain 7.0 g of the desired crosslinking agent C-2.
Example 3
Crosslinking agent C-3 Synthetic crosslinking agent C-3

Figure 2007262195
Figure 2007262195

まず、7.23mLの水に24.6mLの濃塩酸、10gの4,4‘−ジアミノスチルベンニ塩酸塩(アルドリッチ製)を氷冷下において加え、攪拌しながら6.1gの亜硝酸ナトリウムを8.5mLの水に溶解した水溶液を滴下してジアゾニウム塩の反応液を調製した。   First, 24.6 mL of concentrated hydrochloric acid, 10 g of 4,4′-diaminostilbene hydrochloride (manufactured by Aldrich) was added to 7.23 mL of water under ice-cooling, and 6.1 g of sodium nitrite was added while stirring. An aqueous solution dissolved in 5 mL of water was added dropwise to prepare a diazonium salt reaction solution.

続いて、188mLの水に8.3gのフェノールと18.8gの水酸化ナトリウムを加えて氷冷下において攪拌し、先に調製したジアゾニウム塩の反応液を滴下した。4時間反応させた後、小量の塩酸を加え、吸引ろ過を行った。得られた沈殿物を水で洗浄し、14.4gのビス(4−(4−ヒドロキシフェニルアゾフェニル)メタンを得た。   Subsequently, 8.3 g of phenol and 18.8 g of sodium hydroxide were added to 188 mL of water and stirred under ice-cooling, and the previously prepared diazonium salt reaction solution was added dropwise. After reacting for 4 hours, a small amount of hydrochloric acid was added and suction filtration was performed. The obtained precipitate was washed with water to obtain 14.4 g of bis (4- (4-hydroxyphenylazophenyl) methane.

次に、60mLのジメチルアセトアミドに、上記で得られた1,2−ビス(4−(4−ヒドロキシフェニルアゾフェニル)メタン10g、4−アクリルオキシブチルメシレート13.3g、炭酸カリウム8.3g、および触媒量のイルガキュア1010を加え、70℃で24時間反応させた。反応液に水を加え、ジクロロメタンで抽出し、有機層を0.5N−塩酸、飽和炭酸水素水溶液、水で洗浄した後、硫酸マグネシウムで乾燥した。溶媒を減圧下で留去した後、残留物をメタノール、熱水で洗浄し、8.3gの目的とする架橋剤C−3を得た。
(実施例4)
共重合体の製造1
まず、下記組成を有する塗布液を作成し、ミクロフィルター(DISMIC−13 PTFE 0.45ΜM:ADVANTEC社製)にて濾過し、ニトフロンフイルムAS ONE製)に180μm厚のテフロン(登録商標)テープで作製した3cm×3cmの正方形の枠内に流し込み、室温下で約12時間溶媒を蒸発させ、乾燥させた。
Next, to 60 mL of dimethylacetamide, 10 g of 1,2-bis (4- (4-hydroxyphenylazophenyl) methane obtained above, 13.3 g of 4-acryloxybutyl mesylate, 8.3 g of potassium carbonate, And a catalytic amount of Irgacure 1010 were added and reacted for 24 hours at 70 ° C. Water was added to the reaction solution, extracted with dichloromethane, and the organic layer was washed with 0.5N hydrochloric acid, saturated aqueous bicarbonate solution, and water, After drying with magnesium sulfate, the solvent was distilled off under reduced pressure, and the residue was washed with methanol and hot water to obtain 8.3 g of the intended crosslinking agent C-3.
Example 4
Production of copolymer 1
First, a coating solution having the following composition was prepared, filtered with a micro filter (DISMIC-13 PTFE 0.45 mm: manufactured by ADVANTEC), and then with a 180 μm-thick Teflon (registered trademark) tape on a nitroflon film AS ONE. The solution was poured into a 3 cm × 3 cm square frame, and the solvent was evaporated at room temperature for about 12 hours and dried.

次に、窒素雰囲気下、125℃において紫外線照射器(EXECURE3000、HOYA CANDEO OPTRONICS社製)より出射される紫外光をO−54カットフィルター(HOYA製)を通して50mW/cm(560nm)の強度で照射し、厚さ27μmの架橋膜を作成した。 Next, ultraviolet light emitted from an ultraviolet irradiator (EXECURE 3000, manufactured by HOYA CANDEO OPTRONICS) at 125 ° C. in a nitrogen atmosphere is irradiated through an O-54 cut filter (manufactured by HOYA) at an intensity of 50 mW / cm 2 (560 nm). Thus, a crosslinked film having a thickness of 27 μm was prepared.

図3は、本発明の実施例4における光駆動型高分子アクチュエータの光応答性の評価実験を示す図である。   FIG. 3 is a diagram showing an evaluation experiment of optical response of the optically driven polymer actuator in Example 4 of the present invention.

図3(a)は、紫外線照射前の状態を示す。載置台2の上面の端部に光駆動型高分子アクチュエータ1の一端が止め具3で固定されている。なお、止め具3は、光を遮断する材質からなる。   FIG. 3 (a) shows a state before ultraviolet irradiation. One end of the light-driven polymer actuator 1 is fixed to the end of the upper surface of the mounting table 2 with a stopper 3. The stopper 3 is made of a material that blocks light.

この光駆動型高分子アクチュエータ1に、紫外線照射器(EXECURE3000、HOYA CANDEO OPTRONICS社製)より出射される紫外光を偏光板を介して直線偏光に変換して得られた架橋膜に照射した。   This light-driven polymer actuator 1 was irradiated onto a cross-linked film obtained by converting ultraviolet light emitted from an ultraviolet irradiator (EXECURE 3000, manufactured by HOYA CANDEO OPTRONICS) into linearly polarized light through a polarizing plate.

図3(b)は、紫外線照射後の状態を示す。図3(b)に示すように、光により駆動することを確認した。   FIG. 3B shows a state after ultraviolet irradiation. As shown in FIG. 3B, it was confirmed to be driven by light.

塗布液組成は以下の通りである。
前記架橋剤 C−1 10mg
単官能モノマー M−1 90mg
ラジカル系重合開始剤 Irg−784 2mg
(チバ・スペシャルティ・ケミカルズ製)
カチオン系光重合開始材 W113 2mg
(和光純薬製)
クロロホルム 1mL
The composition of the coating solution is as follows.
Cross-linking agent C-1 10 mg
Monofunctional monomer M-1 90mg
Radical polymerization initiator Irg-784 2mg
(Ciba Specialty Chemicals)
Cationic photopolymerization initiator W113 2mg
(Wako Pure Chemical)
Chloroform 1mL

Figure 2007262195
Figure 2007262195

単官能性モノマー M−1
(実施例5)
共重合体の製造2
まず、ポリイミド液晶配向膜(SE−150)を塗布し、ラビング処理した一対のガラス基板を40μmの両面テープをスペーサーとして作成したセル中に、下記組成物を注入し、150℃で一時間加熱して分子配向させた厚さ26μmの架橋膜を作成した。
Monofunctional monomer M-1
(Example 5)
Production of copolymer 2
First, a polyimide liquid crystal alignment film (SE-150) was applied, and the following composition was poured into a cell in which a pair of rubbed glass substrates were prepared using a 40 μm double-sided tape as a spacer, and heated at 150 ° C. for 1 hour. Thus, a crosslinked film having a thickness of 26 μm was formed.

次に、紫外線照射器(EXECURE3000、HOYA CANDEO OPTRONICS社製)より出射される紫外光を得られた架橋膜に照射し、その光駆動挙動を確認した。   Next, the obtained crosslinked film was irradiated with ultraviolet light emitted from an ultraviolet irradiator (EXECULE 3000, manufactured by HOYA CANDEO OPTRONICS), and its light driving behavior was confirmed.

モノマー組成は以下の通りである。
架橋剤 C−2 30mg
単官能モノマー M−2 3mg
アゾ系重合開始剤 V−40 1mg
(和光純薬製)
The monomer composition is as follows.
Cross-linking agent C-2 30mg
Monofunctional monomer M-2 3mg
Azo polymerization initiator V-40 1mg
(Wako Pure Chemicals)

Figure 2007262195
Figure 2007262195

単官能性モノマー M−2
(実施例6)
共重合体の製造3
まず、ガラス基板を40μmの両面テープをスペーサーとして作成したセル中に、下記組成物を注入し、150℃で一時間加熱して分子配向させた厚さ27μmの架橋膜を作成した。
Monofunctional monomer M-2
(Example 6)
Production of copolymer 3
First, the following composition was injected into a cell prepared using a double-sided tape having a glass substrate of 40 μm as a spacer and heated at 150 ° C. for 1 hour to form a 27 μm thick crosslinked film.

次に、紫外線照射器(EXECURE3000、HOYA CANDEO OPTRONICS社製)より出射される紫外光を偏光板を介して直線偏光に変換して得られた架橋膜に照射し、その光駆動挙動を確認した。   Next, the ultraviolet light emitted from the ultraviolet irradiator (EXECULE 3000, manufactured by HOYA CANDEO OPTRONICS) was irradiated to the crosslinked film obtained by converting the linearly polarized light through the polarizing plate, and the light driving behavior was confirmed.

モノマー組成は以下の通りである。
架橋剤 C−2 30mg
単官能モノマー M−3 3mg
アゾ系重合開始剤 V−40 1mg
(和光純薬製)
The monomer composition is as follows.
Cross-linking agent C-2 30mg
Monofunctional monomer M-3 3mg
Azo polymerization initiator V-40 1mg
(Wako Pure Chemicals)

Figure 2007262195
Figure 2007262195

単官能性モノマー M−3
(実施例7)
共重合体の製造4
まず、ポリイミド液晶配向膜(SE−150)を塗布し、ラビング処理した一対のガラス基板を40μmの両面テープをスペーサーとして作成したセル中に、下記組成物を注入し、150℃で一時間加熱して分子配向させた厚さ26μmの架橋膜を作成した。
Monofunctional monomer M-3
(Example 7)
Production of copolymer 4
First, a polyimide liquid crystal alignment film (SE-150) was applied, and the following composition was poured into a cell in which a pair of rubbed glass substrates were prepared using a 40 μm double-sided tape as a spacer, and heated at 150 ° C. for 1 hour. Thus, a crosslinked film having a thickness of 26 μm was formed.

次に、紫外線照射器(EXECURE3000、HOYA CANDEO OPTRONICS社製)より出射される紫外光を得られた架橋膜に照射し、その光駆動挙動を確認した。   Next, the obtained crosslinked film was irradiated with ultraviolet light emitted from an ultraviolet irradiator (EXECULE 3000, manufactured by HOYA CANDEO OPTRONICS), and its light driving behavior was confirmed.

モノマー組成は以下の通りである。
架橋剤 C−2 30mg
単官能モノマー M−4 3mg
アゾ系重合開始剤 V−40 1mg
(和光純薬製)
The monomer composition is as follows.
Cross-linking agent C-2 30mg
Monofunctional monomer M-4 3mg
Azo polymerization initiator V-40 1mg
(Wako Pure Chemicals)

Figure 2007262195
Figure 2007262195

単官能性モノマー M−4
(比較例1)
比較共重合体の製造1
ポリイミド液晶配向膜(SE−150)を塗布し、ラビング処理した一対のガラス基板を40μmの両面テープをスペーサーとして作成したセル中に、下記組成物を注入し、90℃で一時間加熱して分子配向させた厚さ28μmの架橋膜を作成した。
Monofunctional monomer M-4
(Comparative Example 1)
Production of comparative copolymer 1
The following composition is injected into a cell in which a polyimide liquid crystal alignment film (SE-150) is applied and a pair of rubbed glass substrates is prepared using a 40 μm double-sided tape as a spacer, and heated at 90 ° C. for 1 hour to form molecules. An oriented crosslinked film having a thickness of 28 μm was prepared.

モノマー組成は以下の通りである。
架橋剤 D−1 30mg
単官能モノマー M−4 3mg
アゾ系重合開始剤 V−40 1mg
(和光純薬製)
架橋剤 D−1
The monomer composition is as follows.
Cross-linking agent D-1 30 mg
Monofunctional monomer M-4 3mg
Azo polymerization initiator V-40 1mg
(Wako Pure Chemicals)
Cross-linking agent D-1

Figure 2007262195
Figure 2007262195

(比較例2)
比較共重合体の製造2
ポリイミド液晶配向膜(SE−150)を塗布し、ラビング処理した一対のガラス基板を40μmの両面テープをスペーサーとして作成したセル中に、下記組成物を注入し、100℃で一時間加熱して分子配向させた厚さ25μmの架橋膜を作成した。
(Comparative Example 2)
Comparative copolymer production 2
The following composition was injected into a cell prepared by applying a polyimide liquid crystal alignment film (SE-150) and rubbing a pair of glass substrates using a 40 μm double-sided tape as a spacer, and heated at 100 ° C. for 1 hour to form molecules. An oriented crosslinked film having a thickness of 25 μm was prepared.

モノマー組成は以下の通りである。
架橋剤 D−1 30mg
単官能モノマー M−3 3mg
アゾ系重合開始剤 V−40 1mg
(和光純薬製)
ここで、本発明の実施例と比較例に示される架橋膜に対し、紫外線照射器(EXECURE3000、HOYA CANDEO OPTRONICS社製)より出射される紫外光を得られた架橋膜の光駆動挙動に対する応答性を表1にまとめる。本結果より明らかなように、本発明の共重合体より構成される架橋膜は室温で光屈曲挙動を示し、その応答性が向上していることが明らかとなった。
The monomer composition is as follows.
Cross-linking agent D-1 30 mg
Monofunctional monomer M-3 3mg
Azo polymerization initiator V-40 1mg
(Wako Pure Chemicals)
Here, with respect to the crosslinked films shown in the examples and comparative examples of the present invention, the responsiveness to the light driving behavior of the crosslinked films obtained from the ultraviolet light emitted from the ultraviolet irradiator (EXECURE 3000, manufactured by HOYA CANDEO OPTRONICS). Are summarized in Table 1. As is clear from this result, it was revealed that the crosslinked film composed of the copolymer of the present invention exhibited a light bending behavior at room temperature and improved its responsiveness.

Figure 2007262195
Figure 2007262195

以上より、本発明によれば、光の刺激によって構造が可逆的に変形し、かつ応答速度が実用的な光応答性、柔軟性、および軽量性を有するとともに無音で駆動する光駆動型アクチュエータ、その光駆動型高分子アクチュエータの簡便な製造方法、および光駆動型高分子アクチュエータの製造に用いられる良好な材料を提供することができる。   As described above, according to the present invention, a light-driven actuator that has a structure that is reversibly deformed by light stimulation and that has a practical response speed, flexibility, and lightness, and that is driven silently. It is possible to provide a simple manufacturing method of the light-driven polymer actuator and a good material used for manufacturing the light-driven polymer actuator.

なお、本発明の光駆動型アクチュエータは、例えば、医療・介護分野における、能動鉗子、内視鏡、人工筋肉、ドラッグデリバリーシステム、バイオ素子、航空宇宙分野における、小型探査機、生体模倣ロボット、人工衛星などの駆動部に適用できる。さらに、一般機器において、デジタルカメラ、携帯電話、マイクロポンプ、触感ディスプレイ、非接触検査機器などの駆動部に利用できる。   The light-driven actuator according to the present invention includes, for example, active forceps, endoscopes, artificial muscles, drug delivery systems, bio-elements, bio-elements, aerospace robots, artificial mimics in the medical / nursing field. It can be applied to a driving unit such as a satellite. Furthermore, in general equipment, it can be used for a drive unit of a digital camera, a mobile phone, a micropump, a tactile display, a non-contact inspection equipment, and the like.

本発明の光駆動型高分子アクチュエータの第1の製造方法の一実施形態を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows one Embodiment of the 1st manufacturing method of the optically driven polymer actuator of this invention. 本発明の光駆動型高分子アクチュエータの第2の製造方法の一実施形態を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows one Embodiment of the 2nd manufacturing method of the optically driven polymer actuator of this invention. 本発明の実施例3における光駆動型高分子アクチュエータの光応答性の評価実験を示す図である。It is a figure which shows the evaluation experiment of the photoresponsiveness of the optically driven polymer actuator in Example 3 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 光駆動型高分子アクチュエータ
2 載置台
3 止め具
1 Light-driven polymer actuator 2 Mounting table 3 Stopper

Claims (14)

光の刺激を受けて変形する高分子を備え、該高分子の変形をアクチュエータとして利用する光駆動型高分子アクチュエータにおいて、
重合性を有する単官能性モノマーと重合性を有するとともに光の刺激を受けて構造変化を引き起こす光応答性基を複数含む多官能性モノマーとが重合してなる共重合体を備え、
前記共重合体は、光の刺激に応じて変形しアクチュエータとしての機能を有するものであることを特徴とする光駆動型高分子アクチュエータ。
In a light-driven polymer actuator that includes a polymer that deforms in response to light stimulation and uses the deformation of the polymer as an actuator,
Comprising a copolymer formed by polymerizing a monofunctional monomer having a polymerizable property and a polyfunctional monomer having a polymerizable property and a plurality of photoresponsive groups that undergo structural changes upon light stimulation;
The light-driven polymer actuator, wherein the copolymer is deformed in response to light stimulation and has a function as an actuator.
前記多官能性モノマーが、下記一般式(I)で表される多官能性モノマーであることを特徴とする請求項1記載の光駆動型高分子アクチュエータ。
一般式(I)
Figure 2007262195
(式中、P、Pはそれぞれ独立して重合性基を表し、L、L2m、およびLはそれぞれ独立して二価の連結基を表し、R、R2mはそれぞれ独立して光応答性基を表す。mは1〜4の整数を表す。)
The light-driven polymer actuator according to claim 1, wherein the polyfunctional monomer is a polyfunctional monomer represented by the following general formula (I).
Formula (I)
Figure 2007262195
(In the formula, P 1 and P 2 each independently represent a polymerizable group, L 1 , L 2m and L 3 each independently represent a divalent linking group, and R 1 and R 2m each independently And m represents an integer of 1 to 4.)
前記光応答性基が、アゾベンゼン基であることを特徴とする請求項1又は2記載の光駆動型高分子アクチュエータ。   The light-driven polymer actuator according to claim 1, wherein the photoresponsive group is an azobenzene group. 前記単官能性モノマーが、下記一般式(II)で表される単官能性モノマーであることを特徴とする請求項1から3のうちいずれか1項記載の光駆動型高分子アクチュエータ。
一般式(II)
Figure 2007262195
(式中、Pは重合性基を表し、Lは、二価の連結基を表し、Mはメソゲン基を表す。oは0又は1を表す。)
4. The light-driven polymer actuator according to claim 1, wherein the monofunctional monomer is a monofunctional monomer represented by the following general formula (II). 5.
Formula (II)
Figure 2007262195
(Wherein P 3 represents a polymerizable group, L 4 represents a divalent linking group, M represents a mesogenic group, and o represents 0 or 1)
前記一般式(I)において、
前記PおよびPが、それぞれ独立して下記一般式(III)で表される重合性基であることを特徴とする請求項2から4のうちいずれか1項記載の光駆動型高分子アクチュエータ。
一般式(III)
Figure 2007262195
(式中、Zは単結合、酸素原子、あるいは−O−CH−を表し、Zは水素原子、炭素数1〜6のアルキル基、あるいはハロゲン原子を表し、Zは単結合、−CO−、あるいは−O−を表す。)
In the general formula (I),
5. The light-driven polymer according to claim 2, wherein P 1 and P 2 are each independently a polymerizable group represented by the following general formula (III): Actuator.
Formula (III)
Figure 2007262195
(In the formula, Z 1 represents a single bond, an oxygen atom, or —O—CH 2 —, Z 2 represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, or a halogen atom, and Z 3 represents a single bond, -CO- or -O- is represented.)
前記一般式(I)において、
前記PおよびPが、それぞれ独立してアクリロイル基もしくはメタアクリロイル基であることを特徴とする請求項2から4のうちいずれか1項記載の光駆動型高分子アクチュエータ。
In the general formula (I),
5. The light-driven polymer actuator according to claim 2 , wherein each of P 1 and P 2 is independently an acryloyl group or a methacryloyl group.
光の刺激を受けて変形する高分子を備え、該高分子の変形をアクチュエータとして利用する光駆動型高分子アクチュエータの製造方法において、
重合性を有する単官能性モノマーと重合性を有するとともに光の刺激を受けて構造変化を引き起こす光応答性基を複数含む多官能性モノマーとからなる組成物を基板上に塗布する工程と、
該組成物を重合する工程とを備えたことを特徴とする光駆動型高分子アクチュエータの製造方法。
In a method for producing a light-driven polymer actuator comprising a polymer that deforms in response to light stimulation, and using the deformation of the polymer as an actuator,
Applying a composition comprising a monofunctional monomer having a polymerizability and a polyfunctional monomer having a plurality of photoresponsive groups having a polymerizability and causing a structural change upon light stimulation;
A process for polymerizing the composition, and a method for producing a light-driven polymer actuator.
光の刺激を受けて変形する高分子を備え、該高分子の変形をアクチュエータとして利用する光駆動型高分子アクチュエータの製造方法において、
重合性を有する単官能性モノマーと重合性を有するとともに光の刺激を受けて構造変化を引き起こす光応答性基を複数含む多官能性モノマーとからなる組成物を一対の基板間に注入する工程と、
該組成物を重合する工程とを備えたことを特徴とする光駆動型高分子アクチュエータの製造方法。
In a method for producing a light-driven polymer actuator comprising a polymer that deforms in response to light stimulation, and using the deformation of the polymer as an actuator,
Injecting a composition comprising a monofunctional monomer having a polymerizable property and a polyfunctional monomer having a plurality of photoresponsive groups having a polymerizable property and undergoing a structural change upon light stimulation; ,
A process for polymerizing the composition, and a method for producing a light-driven polymer actuator.
下記一般式(IV)で表される多官能性モノマー。
一般式(IV)
Figure 2007262195
(式中、P、Pはそれぞれ独立して重合性基を表し、L、L、およびLはそれぞれ独立して二価の連結基を表す。式中のアゾベンゼン基は置換基を有していてもよい。)
The polyfunctional monomer represented by the following general formula (IV).
Formula (IV)
Figure 2007262195
(In the formula, P 1 and P 2 each independently represent a polymerizable group, and L 1 , L 2 and L 3 each independently represent a divalent linking group. In the formula, the azobenzene group is a substituent. May be included.)
前記一般式(IV)において、
前記PおよびPが、それぞれ独立して上記一般式(III)で表される重合性基であることを特徴とする請求項9記載の多官能性モノマー。
In the general formula (IV),
The polyfunctional monomer according to claim 9, wherein P 1 and P 2 are each independently a polymerizable group represented by the general formula (III).
前記一般式(IV)において、
前記PおよびPが、それぞれ独立してアクリロイル基もしくはメタアクリロイル基であることを特徴とする請求項9記載の多官能性モノマー。
In the general formula (IV),
The polyfunctional monomer according to claim 9, wherein P 1 and P 2 are each independently an acryloyl group or a methacryloyl group.
前記一般式(IV)において、
前記PおよびPは、それぞれ独立してアクリロイル基もしくはメタアクリロイル基であり、
前記L、L、およびLは、それぞれ独立して炭素数1〜20の二価のアルキレン基、炭素数1〜20の二価のアルケニレン基、炭素数1〜20の二価のアルキニレン基、−O−、−S−、−NH−、−COO−、−OCO−、−CONH−,−NHCO−、もしくはこれらの組合せからなる二価の連結基であることを特徴とする請求項9記載の多官能性モノマー。
In the general formula (IV),
P 1 and P 2 are each independently an acryloyl group or a methacryloyl group,
L 1 , L 2 , and L 3 are each independently a divalent alkylene group having 1 to 20 carbon atoms, a divalent alkenylene group having 1 to 20 carbon atoms, or a divalent alkynylene group having 1 to 20 carbon atoms. A divalent linking group comprising a group, -O-, -S-, -NH-, -COO-, -OCO-, -CONH-, -NHCO-, or a combination thereof. 9. The multifunctional monomer according to 9.
前記一般式(IV)において、
前記Lが、炭素数1〜20のアルキレン基、炭素数1〜20のオキシアルキレンオキシ基、炭素数1〜20のカルボニルオキシアルキレンオキシカルボニル基、もしくは炭素数1〜20のオキシカルボニルアルキレンカルボニルオキシ基であることを特徴とした請求項9から12のうちいずれか1項記載の多官能性モノマー。
In the general formula (IV),
L 2 is an alkylene group having 1 to 20 carbon atoms, an oxyalkyleneoxy group having 1 to 20 carbon atoms, a carbonyloxyalkyleneoxycarbonyl group having 1 to 20 carbon atoms, or an oxycarbonylalkylenecarbonyloxy group having 1 to 20 carbon atoms. The polyfunctional monomer according to claim 9, wherein the polyfunctional monomer is a group.
請求項9から13のうちのいずれか1項記載の多官能性モノマーと請求項4記載の一般式(II)で表される単官能性モノマーとの共重合からなる高分子。   A polymer comprising a copolymer of the polyfunctional monomer according to any one of claims 9 to 13 and the monofunctional monomer represented by the general formula (II) according to claim 4.
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