(57)【要約】【課題】機械的強度及び相転移速度に優れる刺激応答性ゲルを提供する。【解決手段】所定の相転移温度で体積変化する感温性高分子を主成分とする刺激応答性ゲルにカップ積層型多層カーボンナノチューブを添加し、またはさらに水溶性多糖類を添加することで刺激応答性ゲルの機械的強度及び相転移速度の向上を図る。【選択図】図3
2014005469.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の相転移温度で体積変化する感温性高分子を主成分とする刺激応答性ゲルであって、
前記刺激応答性ゲルはカップ積層型多層カーボンナノチューブを含有することを特徴とする刺激応答性ゲル。
【請求項２】
前記刺激応答性ゲルは、水溶性多糖類を含有することを特徴とする請求項１に記載の刺激応答性ゲル。
【請求項３】
請求項１または２に記載の刺激応答性ゲルを備えることを特徴とするアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可逆的な体積変化性能を有する刺激応答性のゲル及びそれを用いたアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、アクチュエータの動力源としては、電動モータや圧電素子が広く一般的に使用されているが、有機高分子ゲルをアクチュエータに採用することで、従来のアクチュエータよりも軽量かつ加工が容易で、騒音・振動の無い画期的なアクチュエータを得ることが期待されている。そのため、近年、アクチュエータの動力源として有機高分子ゲルを利用する研究が盛んに行われている。
【０００３】
有機高分子ゲルを用いたアクチュエータには、温度・電場・光などに応答し、体積変化を起こす刺激応答性ゲルが用いられている。中でも電場応答性ゲルは、制御の容易さ、応答速度の速さと機械的強度の高さから、最も広く研究されており、実用化例も存在するものの、電極が必要、体積変化が小さいなどの欠点を有する。一方、温度応答性ゲルは刺激応答性ゲルの中で最も大きな体積変化を示し、電極・配線が不要であるという利点を有するが、応答速度が遅く、機械的強度が低いという欠点を有する。そこで、これらの欠点を改善出来れば、アクチュエータを始め、様々な用途への応用が期待できる。
【０００４】
特許文献１にはポリＮ−イソプロピルアクリルアミドにカーボンナノチューブを添加した刺激応答性ゲルが記載され、それをアクチュエータの動力源として用いる例について記載されている。これは、温度応答性ゲルに光エネルギーを熱エネルギーに変換する部材としてカーボンナノチューブを添加することにより、光の照射により体積変化を生じさせる刺激応答性ゲルが得られるとするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】ＷＯ２００９／０８１５９２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載のゲルによれば、光の照射によって体積変化を生じさせることができるとしているものの、これはあくまで生体組織の損傷を回避するべく低出力光源によるゲルの体積変化を企図してカーボンナノチューブを添加するものである。ポリＮ−イソプロピルアクリルアミドは強度が低いことから、アクチュエータの動力源として用いる場合には機械的強度が十分でないため、強度不足を補う工夫が必要であるところ、特許文献１には機械的強度の向上や相転移速度の向上といった課題解決については記載がない。また、カーボンナノチューブの添加に際しても、一般にカーボンナノチューブは分散しにくいことから、例えば官能基を付けたり、超音波をかける等、何らかの手段を講じなければならず、手間やコストの負担が増加する。特許文献１においても、カーボンナノチューブを溶媒に分散させるための一例として酸処理によりカーボンナノチューブにカルボキシル基を導入し、親水性とすることで分散を行っている。
【０００７】
また、ゲルのサイズについて、特許文献1に記載によれば、「ＮＩＲ光を照射するとＳＷＮＴ／ＰＮＩＰＡＭ複合ゲル（直径〜２００μｍ）上に窪んだ点が即座に生じ、やがてゲルの直径は小さくなった（直径〜１００μｍ）。（段落［００４７］）」や、ゲルの合成について「この溶液はＵＶセルやキャピラリー（内径：２００μｍ）中で２４時間静置して完全に重合させた（段落［００５５］」また、「 ガラスキャピラリーから取り出したゲルを、ガラス底の付いたデッシュ（３５ｍｍΦ）上の中央に固定し（段落［００５６］）」と記載されていることから、直径200μm以下の極小サイズであると言える。これに対し、マクロサイズのゲル、例えば、直径及び長さ数十mmのゲルを作製する場合、カーボンナノチューブを均一に分散させたゲルの作製は、特許文献1に記載されたミクロサイズのゲルの作製よりも困難になる。特に単層カーボンナノチューブは分散が困難であるため、サイズが大きくなるほど均一なゲルを得るのは困難になる。
【０００８】
そこで、本発明者は鋭意研究の結果、添加する物質の組み合わせにより、刺激応答性ゲルの機械的強度や相転移速度を向上させることができることを見出した。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、機械的強度及び相転移速度に優れる刺激応答性ゲルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の刺激応答性ゲルは、所定の相転移温度で体積変化する感温性高分子を主成分とする刺激応答性ゲルであって、前記刺激応答性ゲルはカップ積層型多層カーボンナノチューブを含有することにより上記課題を解決する。
【００１１】
本発明の刺激応答性ゲルによれば、感温性高分子を主成分としたヒドロゲルが、所定の温度条件、すなわち下限臨界溶解温度（Lower Critical Solution temperature，以下、「ＬＣＳＴ」という。）を境界として、体積相転移を起こす性質を用いる。これは、ＬＣＳＴ未満においては親水性だが、ＬＣＳＴを超えると疎水性となり、ヒドロゲルは水を排出して収縮する。この性質は可逆性を備え、収縮したゲルは、ＬＣＳＴ未満に温度が下がると再び親水性となって水を吸収し、元の大きさに戻る。すなわち熱エネルギーを運動エネルギーに変換することができる。このＬＣＳＴは、主成分として用いるモノマーによって異なり、換言すればモノマーによって所定温度が定まることとなる。例えば、感温性高分子として広く知られているポリＮ−イソプロピルアクリルアミドを主成分としたヒドロゲルのＬＣＳＴは、一般的に32度付近とされる。
【００１２】
熱エネルギーに関する一般論としては、150度未満の熱の９割以上は回収困難であるとされているところ、本発明の刺激応答性ゲルは、例えば上記の32度といった低質なエネルギーを有効に利用できるものである。かかる温度条件による可逆的な体積変化性能を利用することで様々な応用が可能であり、例えば、アクチュエータを駆動する動力源として本発明の刺激応答性ゲルを用いることができる。
【００１３】
ここで、ゲルにカーボンナノチューブを添加することで光熱変換機能を持たせ、光応答性能を付与する。カーボンナノチューブは、多層カーボンナノチューブであるカップ積層型カーボンナノチューブを使用する。多層カーボンナノチューブは単層カーボンナノチューブよりも弾性が高く、特にカップ積層型は、樹脂に複合すると応力緩和機能を発揮するため、単層カーボンナノチューブを複合したものよりも衝撃・変形に強い材料を作ることが出来る。カップ積層型カーボンナノチューブの添加により、ゲルの引っ張り強度や伸長度を大幅に向上させることができる。多層カーボンナノチューブが分子鎖間を架橋し、さらにはゲルに加えられた応力を吸収・分散する。そのため、このゲルを例えばアクチュエータに用いた場合に、より強い力を持たせることや、可動範囲を拡げることに資する。このゲルを光に応答させる用い方をする場合、光のＯＮ・ＯＦＦで制御出来るため、制御が容易であることから、温度に応答させる場合よりも操作性に優れる利点を有する。
【００１４】
また、一般にカーボンナノチューブは分散しにくいため、分散剤を混合して超音波を長時間かけることで分散させたり、分散しやすくなるように特殊な官能基を付加し、その上で超音波をかける等、溶媒中で分散しやすくなるような特別な措置を講ずる必要があるところ、カップ積層型多層カーボンナノチューブを用いることで、極めて容易に分散できる。このため、作業負担を大幅に低減でき、コストダウンを図ることができる。
【００１５】
そして、カップ積層型多層カーボンナノチューブは溶媒に分散させ易い性質を有することから、一般的なカーボンナノチューブを用いた場合よりも均一なゲルを作成することができる。そうすると、ゲルの部位毎の強度のバラつきが生じにくくなり、全体的なゲル強度の均質化を図ることが可能となる。さらに、カップ積層型多層カーボンナノチューブは一般的なカーボンナノチューブよりも凝集し難いため、長時間経過してもゲル内のカーボンナノチューブの濃度にムラが生じ難いと考えられる。すなわち、カップ積層型多層カーボンナノチューブを添加することによって、ゲル内における強度不足の箇所の偏在等を回避することができ、全体的な機械的強度の向上が図れるとともに、ゲルの性能の安定に資する。
【００１６】
さらに、親水性高分子である水溶性多糖類を添加することで、ゲルの引っ張り強度と伸長率を飛躍的に向上させることができる。これは、例えば、アクチュエータの駆動力の動力源として用いた場合にカップ積層型多層カーボンナノチューブの添加との組み合わせにより、応答速度と出力密度（パワー）を大きく向上出来ると考えられる。また、親水性高分子である水溶性多糖類を混合することで、ゲル内に水の通り道が出来るため、ゲルが相転移する際の水の吸収・排出がスムーズに行われ、ゲルの体積変化速度が向上する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、機械的強度及び相転移速度に優れる刺激応答性ゲルを提供することができ、及びそれを用いることにより従来のアクチュエータよりも軽量かつ加工が容易で、騒音・振動の無いアクチュエータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図1は、本発明の一実施形態に係る刺激応答性ゲルを用いたアクチュエータの一例を示す模式図である。
【図２】図２（ａ）及び（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る刺激応答性ゲルを用いた自動換気システムの一例を示す模式図である。
【図３】図３（ａ）及び（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る刺激応答性ゲルを示す写真であり、図３（ａ）は上方から撮影した写真、図３（ｂ）は斜め上方から撮影した写真である。
【図４】図４（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、本発明の一実施形態に係る刺激応答性ゲルの光応答性能を測定した際の写真であり、図４（ａ）は反応前の膨潤状態の刺激応答性ゲルを示す写真、図４（ｂ）は刺激応答性ゲルにルーペで集光した太陽光を照射している状態を示す写真、図４（ｃ）はルーペで集光した太陽光を1分間照射し、収縮反応をした後の収縮状態の刺激応答性ゲルを示す写真である。
【図５】図５（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、本発明の一実施形態に係る刺激応答性ゲルの温度応答性能を測定した際の写真であり、図５（ａ）は反応前の膨潤状態の刺激応答性ゲルを示す写真、図５（ｂ）は刺激応答性ゲルを収容した容器に40度の熱水を加えて10秒経過し収縮した状態の刺激応答性ゲルを示す写真、図５（ｃ）は10分経過した後の収縮状態の刺激応答性ゲルを示す写真である。
【図６】図６（ａ）及び（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る刺激応答性ゲルの荷重を垂直方向に持ち上げる性能を測定した際の模式図と写真であり、図６（ａ）は測定装置の模式図であり、図６（ｂ）は刺激応答性ゲルが反応する前と反応後の変化を示す写真である。
【図７】図７（ａ）及び（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る刺激応答性ゲルを用いたアクチュエータの一例における動作状態を測定した際の写真である。図７（ａ）は膨潤状態のゲルを示す写真及びアクチュエータのアームが下がっている状態を示す写真であり、図７（ｂ）は収縮した状態のゲルを示す写真及びアクチュエータのアームが上がった状態を示す写真である。
【図８】図８（ａ）、（ｂ−１）及び（ｂ−２）は、本発明の一実施形態に係る刺激応答性ゲルを用いた自動換気システムの一例における装置及び動作状態を測定した際の写真である。図８（ａ）は、自動換気システムの一例の装置を示す写真である。図８（ｂ−１）は開閉部が閉じている状態を示す写真であり、図８（ｂ−２）は開閉部が開いた状態を示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係る刺激応答性ゲルの一実施形態について説明する。本実施形態に係るゲルは、溶媒に感温性高分子であるモノマー、架橋剤、重合促進剤及びカップ積層型多層カーボンナノチューブを所定量溶解させ、該溶液を重合することで得ることができる。
【００２０】
原料にはモノマーとしてＮ−アルキル置換アクリルアミド、Ｎ−アルキル置換メタクリルアミド、ビニルメチルエーテルとその誘導体、Ｎ−８−（メタ）アクリロイル１，４−ジオキサ−８−アザースピロ（４，５）デカンを用いることができる。ただし、有機溶媒中での重合は、合成の選択肢は増えるものの、有機溶媒系で高分子を合成すると有機溶媒の除去に時間を要し、溶媒自体も高価になる。これらを考慮し、Ｎ−イソプロピルアクリルアミドを好ましく用いることができる。
【００２１】
重合の開始剤にはアゾビスイソブチロニトリル、１，１’
−アゾビス(シクロヘキサンカルボニトリル)、 過酸化ベンゾイルを用いることができ、水系・低温での重合を考慮すると、水溶性アゾ重合開始剤、特に過硫酸アンモニウムを好ましく用いることができる。また、架橋剤にエチレングリコールジメタクリレート、エチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジメタクリレート、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル
、グルタルアルデヒド、ポリイソシアネート系架橋剤、好ましくはＮ，Ｎ’ −メチレンビスアクリルアミド、重合促進剤にテトラエチルメチレンジアミン（ＴＥＭＥＤ）を使用できる。
【００２２】
重合促進剤は、還元剤として機能するアミン系の物質を用いる。重合開始剤が重合促進剤に炭素ラジカルを発生させ、その炭素ラジカルがモノマーの二重結合部位を開裂することで重合が始まる。モノマーと直接反応するのは重合促進剤だが、その重合促進剤に炭素ラジカルを発生させるのが重合開始剤の役割となる。
【００２３】
カップ積層型多層カーボンナノチューブを添加することで、ゲルに光熱変換機能が付与され機械的強度が向上する。
【００２４】
また、水溶性多糖類を混合することで引っ張り強度や伸長率をさらに向上させることができる。水溶性多糖類としては、例えば、プルラン、カラギーナン、ペクチン、カルボキシメチルセルロース、アルギン酸ナトリウム、アガロースを挙げることができる。中でも、水への高い溶解性、エントロピー弾性の高さから、プルランを好ましく用いることができる。
【００２５】
イオン交換水等の溶媒の中にモノマーと架橋剤、重合促進剤及びカップ積層型多層カーボンナノチューブを所定量溶解させ、その溶液の入った容器を窒素置換もしくはアスピレータで脱気を行う。
【００２６】
脱気もしくは窒素置換を行った後、溶液が収容された容器を５〜25℃の水浴中に浸し、溶媒に溶解させた重合開始剤を入れる。反応が進むと本実施形態に係るゲルが生成される。
【００２７】
重合反応はＤＭＳＯやＤＭＦ、ＮＭＰなどの有機溶媒中で行っても良く、その場合、４０℃〜６０℃に加熱しながら重合を行う。また、架橋反応は重合後でも良く、重合した高分子水溶液に架橋剤を溶解させた水溶液を加えて反応させる、もしくはゲルの状態にしたものを、架橋剤を溶解させた水溶液中に浸漬させることで架橋させる但し、有機溶媒を用いた場合、プルランなどの水溶性高分子は、重合したポリマーを水に溶解させてから混合し、その後架橋処理を施す。水系においても、重合促進剤を使用せず、40〜60℃の熱水で重合させても良い。また、重合の開始はＵＶ照射を使用しても良い。その場合、重合開始剤を使用せず、脱気もしくは窒素置換を行ったモノマー水溶液の入った容器に、外部からUVを照射することで重合させる。ここで、重合時間は20分程度でも可能であるが、１時間〜４時間が好ましく、精製はメタノールやイソプロピルアルコールなどの有機溶媒中に沈殿させることで行うことも可能である。
【００２８】
カップ積層型多層カーボンナノチューブは、反応前の仕込み時に溶媒に溶解させるか、重合させたポリＮ−イソプロピルアクリルアミド水溶液中に混合する。また、水溶性多糖類を入れる場合は反応前の水溶液に混合する。架橋は重合後でも良い。
【００２９】
以上のように本実施の形態によれば、カップ積層型多層カーボンナノチューブがゲル内にムラなく分散し、機械的強度及び相転移速度に優れる刺激応答性ゲルを得ることができる。
【００３０】
次に、本発明に係る刺激応答性ゲルを用いたアクチュエータの一実施形態の構成について説明する。これは本発明に係る刺激応答性ゲルを加熱することで、ＬＣＳＴ以上の温度ではゲルが収縮し、ＬＣＳＴ未満ではゲルが元の大きさに戻るという体積変化を利用する。すなわち、ゲルの体積変化を駆動力としてアクチュエータを構成する他の部材に力を伝達し、アクチュエータを組み込んだデバイスを駆動させる。ゲルはアクチュエータの用途に応じて、膜、棒又は繊維状等に形状を加工したり、カップ積層型多層カーボンナノチューブの添加量、プルランの添加量の組み合わせを変更して所望の性能とすることができる。
【００３１】
図１は、該アクチュエータの一例を示す模式図である。これは本発明に係る刺激応答性ゲル１の一端部をシアノアクリレート系接着剤で収容容器２の底に固定し、収容容器２には水３を入れる。ゲル1の他端部をワイヤ４の一端部と連続させ、ワイヤ４の他端部をアーム５に接続することで、ゲル１の体積変化によって生じる運動エネルギーがアーム５に伝わる構成である。この例では、プーリー６を用いて、力の方向を変更しアーム５の駆動方向を定めている。ゲル１を浸漬させている溶液の水温をＬＣＳＴ以上に上昇させるか、ゲル１に光を照射することでゲル１は収縮し、ワイヤ２を介してゲル１と繋がったアーム４が駆動する。ゲル１を浸漬させた水温をＬＣＳＴ未満にすると、アーム４は元の位置に戻る。
【００３２】
なお、本実施の形態に限定されることなく発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、上記実施の形態では駆動力を伝達する手段としてワイヤやプーリーを用いた構成としているが、力を伝達できればどのような手段を用いてもよい。さらに、ゲルの固定手段についてもどのような手段を用いてもよく、上記実施の形態ではゲルの固定を接着剤で直接収容容器に固定していたが、例えばゲルをポリエチレンなどのフィルムに接着し、そのフィルム部位を熱可塑性樹脂で固定することもできる。また、ゲルの収容手段についてもどのような手段でもよく、例えばポリエチレン、ポリプロピレンなどの袋にパッキングし、ゲルの末端を接着剤で固定、一方を紐や細長いフィルムに繋ぐことによって構成とすることもできる。
【００３３】
本発明に係るゲルを駆動力として用いる例の他の形態として、温度変化により自動的に作動するシステムの駆動源とする形態とすることができる。例えば、本発明に係るゲルを室内の温度が上昇すると自動的に窓が開く自動換気システムの駆動力として用いる構成とすることができる。図２は、該自動換気システムの一例を示す模式図である。ここでは、上記と同様、本発明に係る刺激応答性ゲル１の一端部を収容容器２の底に固定し、収容容器２に水３を入れる。ゲル1の他端部をワイヤ４の一端部と連続させ、ワイヤ４の他端部を開閉部７に接続することで、ゲル１の体積変化によって生じる運動エネルギーが開閉部７に伝わる構成である。この例においても、プーリー６を用いて、力の方向を変更し開閉部７の開閉方向を定めている。気温変化によってゲル１を浸漬させている溶液の水温がＬＣＳＴ以上に上昇するとゲル１は収縮し、ワイヤ４を介してゲル１と繋がった開閉部７が自動的に開閉する。ゲル１を浸漬させた水３の水温がＬＣＳＴ未満になると、開閉部７は元の位置に戻る。なお、上記と同様、駆動力の伝達手段、ゲルの収容手段、ゲルの固定手段については他のどのような手段を用いてもよい。
【実施例】
【００３４】
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。
【００３５】
（原料）
原料にはモノマーとしてＮ−イソプロピルアクリルアミド、開始剤に過硫酸アンモニウム、架橋剤にＮ，Ｎ’−メチレンビスアクリルアミド（ＭＢＡＡ）、重合促進剤にテトラエチルメチレンジアミン（ＴＥＭＥＤ）を使用した。カップ積層型多層カーボンナノチューブは、『ＡＭＣ』（登録商標，宇部興産株式会社）を用いた。
【００３６】
（作成手順）
イオン交換水40ml中にＮ−イソプロピルアクリルアミドを各実施例毎に所定量とＮ，Ｎ’ −メチレンビスアクリルアミドを各実施例毎に所定量、テトラエチルメチレンジアミン1.0ｍｌ、さらにカップ積層型多層カーボンナノチューブを各実施例毎に所定量を溶解させ、その溶液の入った容器をアスピレータで１時間かけて脱気処理を行った。
【００３７】
脱気を行った容器を15℃の冷水中に浸し（比較例１及び実施例２では熱水中）、開始剤である過硫酸アンモニウムを溶解したイオン交換水を入れて20分間重合処理を行った(比較例１及び実施例２では１時間)。架橋反応は重合反応と同時に進行し、重合反応が進むとポリＮーイソプロピルアクリルアミドゲルが生成された。得られたポリマーを熱水中に沈殿させ、精製を行った。次に、イオン交換水中で24時間膨潤させ、刺激応答性ゲルを得た。なお、全ての実施例・比較例において、架橋剤は重合開始前に溶液中に溶解させており、架橋は重合と同時に進行させた。
【００３８】
（実施例毎の所定量の内訳）
比較例１、比較例２及び実施例２では、Ｎ−イソプロピルアクリルアミドは5.0ｇ用いた。比較例３、４、実施例１、３、４、５及び６ではＮ−イソプロピルアクリルアミドは6.0ｇ用いた。なお、比較例１及び実施例２では熱水中で重合処理を行った。比較例２、実施例１、３、４、５、６、７及び８では上述の通り、15度の冷水中でＴＥＭＥＤを用いて重合処理を行った。
【００３９】
（実施例毎のＣＮＴ所定量の内訳）
カップ積層型多層カーボンナノチューブは、比較例１、２、３及び４では全く添加せず、実施例１では0.25重量％、実施例２では1.00重量％、実施例３及び４では0.42重量％、実施例５及び６では0.71重量％混合した。
【００４０】
（実施例毎の架橋剤の添加量の内訳）
実施例１、３〜６、比較例１〜４では、架橋剤としてＮ，Ｎ’
−メチレンビスアクリルアミドを用いた。添加量は、実施例１及び比較例２では0.010ｇ、実施例3及び比較例３では0.005ｇ、実施例４では0.003ｇ、比較例４では0.013ｇ、実施例5では0.014ｇ、実施例6では0.008ｇ使用した。なお、実施例２では架橋剤は用いていない。
【００４１】
（プルランの添加について）
比較例３、４、実施例３〜６では、重合処理前の水溶液にプルランを実施例毎に所定量混合した。プルランの実施例毎の混合量は、比較例３、４、実施例３及び５では7.7重量％、実施例４では9.1重量％、実施例６では14.2重量％とした。
【００４２】
実施例３で得られたゲルを図３に示す。
【００４３】
（ゲルの引っ張り強度及び伸長率の測定）
測定には、完全膨潤させたゲルを用いた。引っ張り強度は、10ｍｍ×４ｍｍ×４ｍｍのゲルをバネ測りにかけ、破断したときの力をゲルの断面で割って算出した。伸長率は、10ｍｍ×４ｍｍ×４ｍｍのゲルの両端を持ち、破断するまで引き伸ばし、破断したときの長さを元の長さ(10ｍｍ)を100％として算出した。
【００４４】
また、架橋度＝架橋剤（ｍｏｌ）／モノマー（ｍｏｌ）×100として算出した。この測定は4回行い、その平均値を用いた。得られた引っ張り強度及び伸長率を表１に示す。
【００４５】
【表１】
2014005469.tif 000003
【００４６】
表１より、カップ積層型多層カーボンナノチューブを全く添加していない比較例１（または２）と実施例１の測定値を比較すると、引っ張り強度が46倍に向上し、伸長率は50%向上していることが確認できた。また、比較例１（または２）と実施例２の測定値を比較すると、引っ張り強度は100倍向上し、伸長率は２倍に向上していることが確認できた。さらに、プルランを添加した場合の引っ張り強度及び伸長率の向上について、表1より明らかであるものの、例えば、比較例１（または２）と実施例３の測定値を比較すると、引っ張り強度は70％向上し、伸長率は15倍に向上することが確認できた。
【００４７】
（ゲルの光応答について）
実施例1で得られたゲルを６ｃｍ3のゲルに太陽光をルーペで集光して照射したところ、１分後には体積が1.4ｃｍ3に収縮変化したことを確認できた。この様子を図４に示す。
【００４８】
（ゲルの体積変化の速度について）
実施例３のゲルを10ｍｍ3のゲル（キューブ状）にし、このゲルを何も負荷をかけていない状態で、浸漬させた水の温度を20度から40度に瞬時に変化させた場合、約３秒で半分以下の体積になり、約10秒で最も小さくなることが確認できた。また、このゲルにハロゲンライト（1.8Ｗ）を照射した場合、10秒で半分以下、20秒で最も小さくなることが確認できた。太陽光をルーペで集光させた場合、10秒未満で最も小さくなることが確認できた。さらに、水温20度の条件下で、最小サイズに収縮させると、元の大きさに戻るのに3分かかることが確認できた。さらに、体積を10倍にした100ｍｍ3とした場合、直径３ｍｍ程度の棒形状もしくは厚さ２ｍｍ程度の膜形状に成型すると、ほぼ同じ応答速度であることが確認できた。
【００４９】
また、比較例２のゲルと実施例６とを同じ容器に収容し、容器に40度の熱水を入れたところ、カップ積層型多層カーボンナノチューブを含有する実施例６のゲルは10秒後にはほぼ最少のサイズに収縮するのに対し、カップ積層型多層カーボンナノチューブを含有しない比較例２のゲルが同じサイズに収縮するためには約10分要することができた。この様子を図５に示す。これにより、カップ積層型多層カーボンナノチューブを含有するゲルの体積相転移の速度が、カップ積層型多層カーボンナノチューブを含有しないゲルと比較して大幅に向上することが確認できた。
【００５０】
（荷重を垂直方向に持ち上げる性能について）
ゲルが重力に逆らって荷重を垂直方向に持ち上げる性能について、測定を行った。この装置を図６に示す。この測定では、５×５×55ｍｍのサイズで、1.2ｇの重さの実施例１のゲルを用いた。測定装置は、固定したプーリー６にワイヤ４を懸架し、そのワイヤ４の一端に実施例１のゲル１を容器２内に配置し、他端にゲル１の自重の10倍に相当する12ｇの重りを吊るした装置を用いて測定を行った。ゲルは末端をシアノアクリレート系接着剤によって容器の底に直接固定した。容器２内にＬＣＳＴを超える温度の温水３を入れると容器内に配置された袋内のゲルが収縮することで、プーリー６を介したワイヤ４の他端に固定した重りが上昇する。容器に80度の熱湯を注ぐと、12ｇの重りが５ｍｍ上昇し、所要時間９秒で重りを持ち上げることができることが確認できた。
【００５１】
（アクチュエータについて）
本発明の一実施形態に係る刺激応答性ゲルをアクチュエータの駆動源として用いた場合の一例について、測定を行った。装置は、上述の模式図（図１）と同様の構成とした。ゲルを浸漬させた水の温度を18度から50度に変化させたところ、３〜５秒でアームが上昇し始め、２分で最大角度に達することを確認できた。この様子を図７に示す。
【００５２】
（自動換気システムについて）
本発明の一実施態様に係る刺激応答性ゲルを自動開閉システムの駆動源として用いた場合の一例について、測定を行った。装置は、上述の模式図（図２）と同様の構成とした。開閉部の先端とゲルを糸で繋ぎ、ゲルは水の入った容器に浸漬させ、ゲルの収容容器の上部をポリプロピレンの袋で閉じ、水の蒸発を防止した。室内の温度が34度を超えるとゲルが収縮し、ゲルに糸を介して連続した開閉部が開くことを確認できた。この様子を図８に示す。なお、室内の温度が32度のとき、ゲルの浸漬した水の温度は32度より低く、ゲルは収縮しなかった。本測定では収容容器にＰＥＴボトルを使用したが、収容容器を熱伝導率の高いものに変更すれば、室温32度でもゲルを収縮させることが出来ると考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明の刺激応答性ゲルは、機械的強度及び相転移速度に優れるため、アクチュエータの駆動力の動力源として用いることができ、ロボットのアーム、農業ハウスや自動車内の温度調整・換気システム、自動昇降機、環境温度の変化もしくは光の照射で流体の流れを制御可能な温度応答性バルブ、気温が特定の温度を越えると日光を遮る庇・カーテン、環境温度の変化もしくは光の照射で開閉するクランプ、自動で折り畳むフレームなどへの応用が考えられる。
【符号の説明】
【００５４】
１  刺激応答性ゲル
２  収容容器
３  水
４  ワイヤ
５  アーム
６  プーリー
７  開閉部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年10月18日(2013.10.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４５】
【表１】
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