(57)【要約】【課題】電極の腐食を防止し安定的に膨潤・収縮を繰り返す高分子ゲル含有組成物、該高分子ゲル含有組成物を用いた調光デバイス及び調光方法の提供。【解決手段】本発明の高分子ゲル含有組成物は、２０℃における比誘電率εが５より低い溶媒と、電圧駆動で体積変化するイオン性高分子ゲルとを含有する。好適な前記イオン性高分子ゲルは疎水性基とイオン性基を有し、該イオン性基は電荷が非局在化していることが望ましく、更にイオン性高分子ゲルは親水性基を有することが好ましい。【選択図】図１
2009242732.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２０℃における比誘電率が５以下の溶媒と、電圧駆動で体積変化するイオン性高分子ゲルと、を含有することを特徴とする高分子ゲル含有組成物。
【請求項２】
前記イオン性高分子ゲルが、疎水性基を有することを特徴とする請求項１に記載の高分子ゲル含有組成物。
【請求項３】
前記疎水性基が、炭素数６〜５０の直鎖状、分岐状若しくは環状アルキル基、又は炭素数５〜５０の芳香族基であることを特徴とする請求項２に記載の高分子ゲル含有組成物。
【請求項４】
前記疎水性基が、炭素数１０〜３６の直鎖状、分岐状又は環状アルキル基であることを特徴とする請求項２に記載の高分子ゲル含有組成物。
【請求項５】
前記イオン性高分子ゲルがイオン性基を有し、該イオン性基が、四級アンモニウム塩基又はヘテロ環基であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の高分子ゲル含有組成物。
【請求項６】
前記イオン性基の電荷が非局在化することを特徴とする請求項５に記載の高分子ゲル含有組成物。
【請求項７】
前記疎水性基と前記イオン性基との比率が、モル比で、５０：５０〜８０：２０であることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の高分子ゲル含有組成物。
【請求項８】
前記イオン性高分子ゲルが、親水性基を有することを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の高分子ゲル含有組成物。
【請求項９】
前記親水性基が、ポリエチレンオキシ基又はポリプロピレンオキシ基を有することを特徴とする請求項８に記載の高分子ゲル含有組成物。
【請求項１０】
前記親水性基のモル数と、前記イオン性基及び前記疎水性基の総モル数と、の比率が、１０：９０〜３０：７０であることを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の高分子ゲル含有組成物。
【請求項１１】
前記高分子ゲルが、下記一般式（１）又は（２）で表される繰り返し構造を有する高分子化合物を含むことを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載の高分子ゲル含有組成物。
【化１】
2009242732.tif 000022
〔一般式（１）中、Ｒ１、Ｒ２及びＲ３は各々独立に、水素原子又はアルキル基を表し、Ｒ４は直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基を表す。Ｘ１及びＸ２は、各々独立に２価の連結基を表す。Ｂはカチオン又はアニオンを表し、Ａはその対イオンを表す。ｘ、ｙ及びｚはモル％を表し、それぞれ０＜ｘ≦９０、０＜ｙ≦９０、０＜ｚ≦１０、７０≦ｘ＋ｙ＋ｚ≦１００である。〕
【化２】
2009242732.tif 000023
〔一般式（２）中、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３及びＲ５は各々独立に、水素原子又はアルキル基を表し、Ｒ４は直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基を表す。Ｘ１及びＸ２は、各々独立に２価の連結基を表す。Ｂはカチオン又はアニオンを表し、Ａはその対イオンを表す。Ｙはポリエチレンオキシ基又はポリプロピレンオキシ基を表し、Ｚは直鎖状、分岐状若しくは環状のアルキル基、又は水素原子を示す。ｘ、ｙ、ｚ及びｗはモル％を表し、それぞれ０＜ｘ≦９０、０＜ｙ≦９０、０＜ｚ≦１０、０＜ｗ＜３０、７０≦ｘ＋ｙ＋ｚ＜１００である。〕
【請求項１２】
更に顔料を含有することを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれか１項に記載の高分子ゲル含有組成物。
【請求項１３】
少なくとも一方が透明電極である一対の電極と、
前記電極間に、請求項１〜請求項１２のいずれか１項に記載の高分子ゲル含有組成物を含有する層と、
を有することを特徴とする調光デバイス。
【請求項１４】
少なくとも一方が透明電極である一対の電極の間に、請求項１〜請求項１２のいずれか１項に記載の高分子ゲル含有組成物を含有する層を備える調光デバイスを用い、
前記一対の電極の極性を相互に変換して電圧を印加することを特徴とする調光方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高分子ゲル含有組成物、調光デバイス、及び調光方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高分子ゲルは電界によって体積相転移することが知られている。この高分子ゲル内に顔料を分散させたゲル粒子は、電界印加による体積変化に伴い、光散乱率、反射率又は光吸収率を変化させる。この現象を利用して調光や表示を行なうことが可能である。
【０００３】
このような高分子ゲルを用いた光学素子においては、高いコントラスト及び速い応答速度を実現すべく、高分子ゲル粒子中の顔料を特定濃度とする技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
上記高分子ゲルの体積変化は溶媒中で起こり、高分子ゲルが溶媒を吸収・放出し体積変化する。このような高分子ゲルの体積変化が起こるよう、従来の高分子ゲル光学素子には高極性の溶媒を適用していた。しかし高極性溶媒は通電するため、溶媒の電気分解により電極を腐食させ、或いは気泡を発生させて表示性能や調光特性を損なわせるという問題があった。
【０００５】
また、従来の溶媒は沸点が低いため揮発して消失しやすく、熱的又は電気的に不安定であった。水以外の通電性溶媒を適用した場合、揮発や漏洩により環境負荷などが懸念される。更に、溶媒の通電に起因して電力を浪費し、実効電圧が低下するという問題もあった。
これら総合的な状況から、表示素子や調光素子に対しては大面積化の要求があるものの、その実現は困難であった。
【０００６】
そこで、上記問題を解決すべく、帯電性高分子ゲルを適用する技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。この技術は、帯電性高分子ゲルに絶縁性液体を組み合わせて、溶媒の通電を阻止しようとするものである。
しかしながら、この技術では溶媒としてジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）を用いるため完全に通電を阻止できていない。
【０００７】
また、高分子ゲルを含む領域を保持材によって隔離する技術が提案されている（例えば、特許文献３参照）。この光学素子は、溶媒として絶縁性液体を用いており、電極反応に由来する分解反応の抑制が期待される。
しかしながら、この技術においても溶媒の一部をジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）などに置換しており、溶媒全体としては通電する溶媒となっている。
【特許文献１】特許第３５４３６４１号明細書
【特許文献２】特開２００３−１４７２２１号公報
【特許文献３】特開２００５−２００５７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記状況に鑑み、電極の腐食を防止し安定的に膨潤・収縮を繰り返す高分子ゲル含有組成物、調光デバイス、及び調光方法の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述のように、従来技術では高極性溶媒を用いるために溶媒に電流が流れており、電極の腐食や、経時的な表示品質や調光特性の劣化を抑えることが困難であった。
本発明者らは、鋭意検討により、電圧駆動によって膨潤するイオン性高分子ゲルを適用すれば、溶媒を通電させることなく表示や調光が可能であるとの知見を得、この知見を基に、電極の腐食を防止し安定的に膨潤・収縮を繰り返す高分子ゲル含有組成物、該高分子ゲル含有組成物に好適な高分子ゲルを新たに見出し、更に該高分子ゲル含有組成物を用いた調光デバイス及び調光方法を創出するに至った。
前記課題を解決するための手段は以下の通りである。
【００１０】
＜１＞  ２０℃における比誘電率が５以下の溶媒と、電圧駆動で体積変化するイオン性高分子ゲルと、を含有することを特徴とする高分子ゲル含有組成物である。
【００１１】
＜２＞  前記イオン性高分子ゲルが、疎水性基を有することを特徴とする前記＜１＞に記載の高分子ゲル含有組成物である。
【００１２】
＜３＞  前記疎水性基が、炭素数６〜５０の直鎖状、分岐状若しくは環状アルキル基、又は炭素数５〜５０の芳香族基であることを特徴とする前記＜２＞に記載の高分子ゲル含有組成物である。
【００１３】
＜４＞  前記疎水性基が、炭素数１０〜３６の直鎖状、分岐状又は環状アルキル基であることを特徴とする前記＜２＞に記載の高分子ゲル含有組成物である。
【００１４】
＜５＞  前記イオン性高分子ゲルがイオン性基を有し、該イオン性基が、四級アンモニウム塩基又はヘテロ環基であることを特徴とする前記＜１＞〜＜４＞のいずれか１項に記載の高分子ゲル含有組成物である。
【００１５】
＜６＞  前記イオン性基の電荷が非局在化することを特徴とする前記＜５＞に記載の高分子ゲル含有組成物である。
【００１６】
＜７＞  前記疎水性基と前記イオン性基との比率が、モル比で、５０：５０〜８０：２０であることを特徴とする前記＜５＞又は＜６＞に記載の高分子ゲル含有組成物である。
【００１７】
＜８＞  前記イオン性高分子ゲルが、親水性基を有することを特徴とする前記＜１＞〜＜７＞のいずれか１項に記載の高分子ゲル含有組成物である。
【００１８】
＜９＞  前記親水性基が、ポリエチレンオキシ基又はポリプロピレンオキシ基を有することを特徴とする前記＜８＞に記載の高分子ゲル含有組成物である。
【００１９】
＜１０＞  前記親水性基のモル数と、前記イオン性基及び前記疎水性基の総モル数と、の比率が、１０：９０〜３０：７０であることを特徴とする前記＜８＞又は＜９＞に記載の高分子ゲル含有組成物である。
【００２０】
＜１１＞  前記高分子ゲルが、下記一般式（１）又は（２）で表される繰り返し構造を有する高分子化合物を含むことを特徴とする前記＜１＞〜＜１０＞のいずれか１項に記載の高分子ゲル含有組成物である。
【００２１】
【化１】
2009242732.tif 000003
【００２２】
一般式（１）中、Ｒ１、Ｒ２及びＲ３は各々独立に、水素原子又はアルキル基を表し、Ｒ４は直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基を表す。Ｘ１及びＸ２は、各々独立に２価の連結基を表す。Ｂはカチオン又はアニオンを表し、Ａはその対イオンを表す。ｘ、ｙ及びｚはモル％を表し、それぞれ０＜ｘ≦９０、０＜ｙ≦９０、０＜ｚ≦１０、７０≦ｘ＋ｙ＋ｚ≦１００である。
【００２３】
【化２】
2009242732.tif 000004
【００２４】
一般式（２）中、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３及びＲ５は各々独立に、水素原子又はアルキル基を表し、Ｒ４は直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基を表す。Ｘ１及びＸ２は、各々独立に２価の連結基を表す。Ｂはカチオン又はアニオンを表し、Ａはその対イオンを表す。Ｙはポリエチレンオキシ基又はポリプロピレンオキシ基を表し、Ｚは直鎖状、分岐状、又は環状のアルキル基、又は水素原子を示す。ｘ、ｙ、ｚ及びｗはモル％を表し、それぞれ０＜ｘ≦９０、０＜ｙ≦９０、０＜ｚ≦１０、０＜ｗ＜３０、７０≦ｘ＋ｙ＋ｚ＜１００である。
【００２５】
＜１２＞  更に顔料を含有することを特徴とする前記＜１＞〜＜１１＞のいずれか１項に記載の高分子ゲル含有組成物である。
【００２６】
＜１３＞  少なくとも一方が透明電極である一対の電極と、
前記電極間に、前記＜１＞〜＜１２＞のいずれか１項に記載の高分子ゲル含有組成物を含有する層と、
を有することを特徴とする調光デバイスである。
【００２７】
＜１４＞  少なくとも一方が透明電極である一対の電極の間に、前記＜１＞〜＜１２＞のいずれか１項に記載の高分子ゲル含有組成物を含有する層を備える調光デバイスを用い、
前記一対の電極の極性を相互に変換して電圧を印加することを特徴とする調光方法である。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、電極の腐食を防止し安定的に膨潤・収縮を繰り返す高分子ゲル含有組成物、調光デバイス、及び調光方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明について詳細に説明する。なお、本明細書において「〜」はその前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を示す。
【００３０】
＜高分子ゲル含有組成物＞
本発明の高分子ゲル含有組成物は、少なくとも、（１）２０℃における比誘電率εが５以下の溶媒（以下「疎水性溶媒」と称する場合がある）と、（２）電圧駆動で体積変化するイオン性高分子ゲルと、を含有する。更に、適宜顔料などを添加することができる。
なお、本発明において「高分子ゲル」とは、溶媒を内包し得る高分子化合物を意味し、高分子化合物が溶媒を内包した状態、及び溶媒を放出し内包しない状態の両者を包含するものとする。
【００３１】
本発明において「電圧駆動」とは、電流が検出できない状態で、高分子ゲルを膨潤・収縮させて表示や調光の駆動を行なうことをいい、具体的には、電流が流れない状態で、又は電流が流れたとしても１μＡ／ｃｍ２以下の電流しか流れていない状態で駆動させることをいう。
【００３２】
本発明では、溶媒として、２０℃における比誘電率εが５以下の溶媒を用いる。このように比誘電率の低い溶媒では、電極に電圧を印加しても電流が流れず或いは１μＡ／ｃｍ２以下の極微量の電流しか流れない。よって疎水性溶媒を用いた本発明の高分子ゲル含有組成物は、電極反応に由来する溶媒の分解反応を引き起こさず、安定して繰り返し高分子ゲルを膨潤・収縮させることができる。また、光学素子に適用したときに消費電力を低減することができる。
以下、高分子ゲル含有組成物を構成物ごとに詳細に説明する。
【００３３】
（１）溶媒
本発明の高分子ゲル含有組成物は、疎水性溶媒を含有する。本発明における疎水性溶媒とは、２０℃における比誘電率εが５以下の溶媒をいう。このような溶媒としては例えば、アイソパーＭ（Ｉｓｏｐａｒ Ｍ）（登録商標、エクソンモービル社製）（比誘電率１．９）、ヘキサン（比誘電率１．９）、トルエン（比誘電率２．２）、クロロホルム（比誘電率４．７）、ペンタン（比誘電率１．８）、ヘプタン（比誘電率１．９）、オクタン（比誘電率１．９）、シクロヘキサン（比誘電率２．１）、ジオキサン（比誘電率２．２）、四塩化炭素（比誘電率２．２）、o−キシレン（比誘電率２．３）、ｐ−キシレン（比誘電率２．３）、ｍ−キシレン（比誘電率２．４）、ベンゼン（比誘電率２．３）、二硫化炭素（比誘電率２．６）、トリクロロエチレン（比誘電率３．４）、ジエチルエーテル（比誘電率４．２）、鉱油（比誘電率１．９〜２．５）、軽油（比誘電率１．９）、パラフィン油（比誘電率４．５〜４．９）などを挙げることができる。
【００３４】
本発明にかかる溶媒は、従来用いられていた溶媒に比べて比誘電率が著しく低い。具体的には、従来用いられているジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）の比誘電率は３７、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）の比誘電率は４７、プロピレンカーボネート（ＰＣ）の比誘電率は６９．水の誘電率は８０である。このように本発明にかかる疎水性溶媒は、従来の溶媒に比べて比誘電率が一桁小さい。
【００３５】
本発明における溶媒は２種以上の混合物であってもよい。しかしながら溶媒混合後においても、２０℃における比誘電率εは５より低くなければならない。この比誘電率を満たす範囲であれば、上記以外の溶媒を併用することも可能である。
【００３６】
また、疎水性溶媒の屈折率は、後述のイオン性高分子ゲル（その中に色材を包含するものを含む）の屈折率との差が０．０１以下であることが望ましい。屈折率の差が小さい溶媒を用いると、粒子界面での光散乱性が低減し、色純度を向上できる。屈折差が低いものを組み合わせて用いることで、着色イオン性高分子ゲル粒子を用いた場合に、発色時においても入射される光が散乱されずに透過することから、透過型の光学素子に利用することも可能となる。
【００３７】
（２）イオン性高分子ゲル
本発明の高分子ゲル含有組成物は、上記疎水性溶媒中で電圧駆動によって体積変化するイオン性高分子ゲルを含有する。
【００３８】
従来の高分子ゲルは極性溶媒中で膨潤・収縮する。一般に塩は極性溶媒中でイオン解離し溶解するため、塩構造を有する高分子ゲルは、極性溶媒中でその塩構造がイオン解離して溶解しようとする。但し、高分子ゲルは架橋点で架橋した網目構造を有しているため、溶媒に溶解せずに形状を維持し、結果として膨潤する。つまり、高分子ゲルは極性溶媒中でしか膨潤・収縮できないと一般的に考えられていた。
【００３９】
これに対して本発明は、疎水性溶媒中であってもイオン性高分子ゲルが膨潤・収縮することを見出したものである。
本発明におけるイオン性高分子ゲルの電界応答原理について、図１を用いて説明する。但し、この原理は推測であり、本発明を限定的に解釈するものではない。
【００４０】
図１（ａ）は、イオン性高分子ゲルが膨潤しているときの様子を説明する図であり、図１（ｂ）は、イオン性高分子ゲルが収縮しているときの様子を説明する図である。
図１の光学素子は、第一の電極１０と第二の電極１２が対向して備えられ、その電極間に疎水性溶媒３０とイオン性高分子ゲル２０とを含む高分子ゲル含有組成物が注入されている。なお、図１で示すイオン性高分子ゲル２０は、カチオン性の高分子ゲルである。
【００４１】
本発明の光学素子（調光デバイスを含む）において、イオン性高分子ゲル２０は、電極１０，１２との相互作用によって可逆的に膨潤・収縮するよう、いずれか一方の電極に固定化されていることが好ましい。固定化の詳細は後述する。図１では、第二の電極１２に固定化点Ｐで固定化されている。
【００４２】
本発明のイオン性高分子ゲル２０におけるイオン性基は、疎水性溶媒３０中でも少なくとも一部においてイオン解離している。
図１（ａ）の光学素子において、第一の電極１０を陰極とし、第二の電極１２を陽極として電圧を印加すると、イオン性基としてカチオンを有する高分子ゲルは、その解離したカチオンが陰極である第一の電極１０側に引き寄せられ、その体積を増加させる。これによって疎となった高分子ゲル２０内に疎水性溶媒３０が浸入し、更に電気浸透によって疎水性溶媒３０の浸入を加速させる。その結果、イオン性高分子ゲル２０の体積は増大する。
【００４３】
次に、図１（ｂ）に示すように、電極の極性を逆転させる。第一の電極１０を陽極とし、第二の電極１２を陰極として電圧を印加すると、第一の電極１０の正の電荷と高分子ゲル２０のカチオンとが反発し合い、一方で高分子ゲル２０のカチオンは第二の電極１２の負の電荷に引き寄せられて、高分子ゲル２０は体積を収縮させる。
このように、電極の極性を逆転させることで、高分子ゲル２０が膨潤・収縮する。
【００４４】
なお、図１では、カチオン性の高分子ゲルを用いて電界応答原理を説明したが、アニオン性の高分子ゲルでも電界に対して応答する。すなわち、図１に示すようにカチオン性の高分子ゲルを用いたときには、高分子ゲルを固定した側の電極を陽極として電圧を印加した場合に膨潤し、電極を逆転させた場合に収縮する。一方、アニオン性の高分子ゲルを適用したときには、高分子ゲルを固定した側の電極を陽極とした場合には収縮し、電極を逆転させて固定した側の電極を陰極とした場合に膨潤する。
このように、本発明におけるイオン性高分子ゲルは、アニオン性であってもカチオン性であってもよい。
【００４５】
イオン性高分子ゲルの電界応答をより迅速に又は膨潤比を増大させるには、イオン性高分子ゲルのイオン解離が疎水性溶媒中においても促進されるよう設計することが望ましい。このようなイオン性高分子ゲルは、上記疎水性溶媒との親和性が向上するよう疎水性部分を有することが好適である。またイオン解離するためのイオン性基を有することが好ましい。つまり、本発明におけるイオン性高分子ゲルは、少なくとも、疎水性溶媒との親和性を向上させるための疎水性基と、イオン解離のためのイオン性基を有することが好適である。
【００４６】
本発明におけるイオン性高分子ゲルの前記疎水性基としては、炭素数６〜５０の直鎖状、分岐状若しくは環状アルキル基、又は炭素数５〜５０の芳香族基（例えば、炭素原子、水素原子、窒素原子、酸素原子若しくは硫黄原子等から構成される単環芳香族基、縮環した多環芳香族基、又はこれら複数の芳香環の組み合わせ）であることが好ましく、炭素数６〜５０の直鎖状、分岐状若しくは環状アルキル基、又は炭素数５〜５０の炭素原子と水素原子のみで構成される芳香族基であることがより好ましく、炭素数１０〜３６の直鎖状、分岐状又は環状アルキル基であることが更に好ましく、炭素数１２〜１８の直鎖状又は分岐状アルキル基であることが特に好ましい。
【００４７】
前記疎水性基としての芳香族基は、疎水性を妨げない程度に、１個又は複数個の置換基を有していてもよい。この場合、置換基の種類としては、炭素数１〜５０のアルキル基、１個若しくは複数個の水素原子がハロゲン原子で置換された炭素数１〜５０のアルキル基、ハロゲン原子、ジアルキルアミノ基、モノアルキルアミノ基、ニトロ基、シアノ基、又は炭素数１〜５０のアルキルエーテル基が好ましく、炭素数１〜２２のアルキル基、１個若しくは複数個の水素原子がハロゲン原子で置換された炭素数１〜２２のアルキル基、ハロゲン原子、又は炭素数１〜２２のアルキルエーテル基が更に好ましく、炭素数１〜１８のアルキル基、トリフルオロメチル基、フッ素原子、塩素原子、又は炭素数１〜１８のアルキルエーテル基が特に好ましい。
【００４８】
疎水性基としてのアルキル基は、直鎖状、分岐状、環状のいずれであってもよいが、ゲル化の容易さや膨潤性の高さの観点から直鎖状のアルキル基が好適である。疎水性基としてのアルキル基は置換基を有していてもよいが、疎水性溶媒との親和性（疎水性相互作用）の高さの観点から置換基を有さないアルキル基が好適である。
【００４９】
また、本発明におけるイオン性高分子ゲルは、イオン性部位を有する。当該イオン性部位がイオン解離し、浸透圧差が生じることで膨潤特性が向上する。
イオン性部位は、上述のようにアニオンでもカチオンでもよい。
【００５０】
特に本発明においては、非極性溶媒中でイオン解離を促進させるべく、イオン性基の電荷が非局在化する高分子ゲルであることが好ましい。イオン性基の電荷が非局在化することで、イオン性基近傍で広く電荷が分布し、イオン性基における正電荷と負電荷間の静電相互作用が低下するため、イオン解離が促進すると推測される。
なお、本発明において「電荷が非局在化する」とは、正電荷又は負電荷が１個の原子上にのみ存在するのではなく、電荷が共鳴効果により２個以上の原子上に広く分布することを意味する。
【００５１】
このようなイオン性基としては、カチオンの場合、四級アンモニウムイオン、ヘテロ環カチオン、ホスホニウムイオンであることが好ましく、四級アンモニウムイオン、芳香族ヘテロ環カチオン、ホスホニウムイオンであることがより好ましく、四級アンモニウムイオン、芳香族ヘテロ環カチオンであることが更に好ましい。
【００５２】
四級アンモニウムイオンは、アルキル基又はアリール基を有することが好ましく、炭素数６〜３６の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基を有することが、イオン解離を促進させつつ溶媒との親和性を高める観点から好適であり、より好ましくは、炭素数８〜２２の直鎖状又は分岐状のアルキル基であり、更に好ましくは、炭素数１０〜１８の直鎖状アルキル基である。
四級アンモニウムイオンのアルキル基は、直鎖状、分岐状、環状のいずれであってもよいが、直鎖状又は分岐状であることが好ましく、疎水性溶媒との親和性（疎水性相互作用）の高さの観点からより好適には直鎖状のアルキル基である。
【００５３】
アルキル基を有する四級アンモニウムイオンとして具体的には、例えば、トリｎ−ドデシルアンモニウムイオン、トリステアリルアンモニウムイオン、トリｎ−ドコサニルアンモニウムイオン、ジステアリルエチルアンモニウムイオン等を挙げることができるが、四級アンモニウムイオンはこれらに限定されない。
【００５４】
ヘテロ環カチオンとしては、例えば、ピロリウムイオン、ピラゾリウムイオン、ピロリジニウムイオン、イミダゾリウムイオン、トリアゾリウムイオン、イソキサゾリウムイオン、オキサゾリウムイオン、チアゾリウムイオン、イソチアゾリウムイオン、オキサジアゾリウムイオン、オキサトリアゾリウムイオン、ジオキサゾリウムイオン、オキサチアゾリウムイオン、インドールイオン、インダゾリウムイオン、ベンゾピロリジニウムイオン、ベンズイミダゾリウムイオン、ベンゾトリアゾリウムイオン、ベンズイソオキサゾリウムイオン、ベンゾオキサゾリウムイオン、ベンゾチアゾリウムイオン、ベンズイソチアゾリウムイオン、ベンズオキサジアゾリウムイオン、ベンズオキサトリアゾリウムイオン、ベンゾジオキサゾリウムイオン、ベンズオキサチアゾリウムイオン、カルボゾリウムイオン、プリニウムイオン、ピリジニウムイオン、ピリダジニウムイオン、ピリミジニウムイオン、ピラジニウムイオン、ピペラジニウムイオン、トリアジニウムイオン、オキサジニウムイオン、ピペリジニウムイオン、オキサチアジニウムイオン、オキサジアジニウムイオン、モルホリニウムイオン、イソキノリニウムイオン、キノリニウムイオン、シノリニウムイオン、キナゾリニウムイオン、ベンゾピラジニウムイオン、ベンゾピペラジニウムイオン、ベンゾトリアジニウムイオン、ベンズオキサジニウムイオン、ベンゾピペリジニウムイオン、ベンズオキサチアジニウムイオン、ベンズオキサジジニウムイオン、ベンゾモルホリニウムイオン、ナフチリジニウムイオン、アクリジニウムイオン、アゼピニウムイオン及びジアゼピニウムイオン等が挙げられる。しかしながら、これらのヘテロ環カチオンに限定されることはない。
【００５５】
前記ヘテロ環カチオンは、四級アンモニウムイオンであることが好ましく、特にイミダゾリウム型の四級アンモニウムイオンが好適である。イミダゾリウム型四級アンモニウム塩はイオン液体であり、無溶媒中でも電解質溶液と同程度にまでイオン解離していることから、更にイオン解離が促進される。よって、イミダゾリウム型四級アンモニウム塩を導入したイオン性高分子ゲルは、応答速度を向上させることができる。
【００５６】
本発明において、イミダゾリウム型の四級アンモニウム塩基は、イミダゾール環を有するカチオンから構成される塩であれば、その構造は特に限定されない。該イミダゾール環に置換基を有していてもよく、該置換基としては、アルキル基、フェニル基等の他の芳香環などを挙げることができ、アルキル基を置換基として有することが高極性のイオン性基を疎水性溶媒に親和させ易くする観点から好適である。イミダゾール環の置換基としてのアルキル基は、炭素数６〜３６の直鎖又は分岐状アルキル基が好ましく、炭素数８〜２２の直鎖又は分岐状アルキル基がより好ましく、炭素数１０〜１８の直鎖状アルキル基が更に好ましい。
【００５７】
四級アンモニウムイオンと組み合わせる対イオンとしては、臭素イオン、下記アニオン（Ｉ）、ＰＦ６−、ＢＦ４−、ＳｂＦ６−、（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ−、硫酸イオン、亜硫酸イオン、リン酸イオン、ホスホン酸イオン、塩素イオン、ヨウ素イオン、フッ素イオン、過塩素酸イオン、過臭素酸イオン、過ヨウ素酸イオン、塩素酸イオン、臭素酸イオン、ヨウ素酸イオンが好適であり、臭素イオン、塩素イオン、ヨウ素イオン、下記アニオン（Ｉ）であることがより好適であり、下記アニオン（Ｉ）が、電荷を広く非局在化させるのに更に好適である。
【００５８】
【化３】
2009242732.tif 000005
【００５９】
上記アニオン（Ｉ）中、Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３及びＲ１４は、各々独立に、１個又は複数個の置換基を有していてもよい芳香環基、ハロゲン原子、又は置換基を有してもよいアルキル基を表す。
Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３又はＲ１４で表される芳香族基は、フェニル基、１−ナフチル基、２−ナフチル基、チオフェン−２−イル基、チオフェン−３−イル基、チアゾール−２−イル基、チアゾール−３−イル基、ピリジン−２−イル基、ピリジン−３−イル基、ベンゾフラン−２−イル基、ベンゾフラン−３−イル基、ベンゾフラン−５−イル基、ベンゾフラン−６−イル、ベンゾチオフェン−２−イル基、ベンゾチオフェン−５−イル基、ベンゾチオフェン−６−イル基、ピリミジン−２−イル基、ピリミジン−５−イル基、ピラジン−２−イル基、ピラジン−５−イル基、ピリダジン−３−イル基、ピリダジン−６−イル基、イミダゾール−２−イル基、イミダゾール−４−イル基、イミダゾール−５−イル基等であることが好ましく、フェニル基、１−ナフチル基、２−ナフチル基、チオフェン−２−イル基、チオフェン−３−イル基、イミダゾール−２−イル基であることがより好ましく、フェニル基であることが好ましい。
【００６０】
Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３又はＲ１４で表される芳香族基の置換基としては、アルキル基、フルオロアルキル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アルキルカルボニルオキシ基、アルキルカルバメート基、アルキルウレア基、アルキルアミド基、カルバモイル基、アルキルイミド基、モノアルキルアミノ基、ジアルキルアミノ基、アルキルチオ基、又はハロゲン原子であることが好ましく、炭素数１〜３０のアルキル基、炭素数１〜３０のフルオロアルキル基、又はハロゲン原子であることがより好ましく、メチル基、エチル基、イソプロピル基、ｔ−ブチル基、トリフルオロメチル基、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、又はヨウ素原子であることが更に好ましい。
【００６１】
Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３又はＲ１４で表されるハロゲン原子は、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、又はヨウ素原子が好ましく、フッ素原子がより好ましい。
【００６２】
Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３又はＲ１４で表されるアルキル基は、炭素数１〜３０であることが好ましく、炭素数３〜２２であることがより好ましく、炭素数６〜１８であることが更に好ましい。
【００６３】
Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３又はＲ１４で表されるアルキル基の置換基としては、ハロゲン原子、フェニル基、１−ナフチル基、２−ナフチル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アルキルカルボニルオキシ基、アルキルカルバメート基、アルキルウレア基、アルキルアミド基、カルバモイル基、アルキルイミド基、モノアルキルアミノ基、ジアルキルアミノ基、又はアルキルチオ基が好ましく、ハロゲン原子、フェニル基、１−ナフチル基、２−ナフチル基、又はアルキルエーテル基がより好ましく、ハロゲン原子又はフェニル基が更に好ましい。
【００６４】
これらの中でも、Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３及びＲ１４としては、無置換の芳香環基、炭素数１〜２２のフルオロアルキル基を有する芳香環基、フッ素原子を置換基として有する芳香環基が好ましい。
Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３及びＲ１４は、同一であっても異なっていてもよいが、アニオン（Ｉ）の合成の簡便さによる入手の容易性の観点からは、同一の場合が好適である。
【００６５】
好ましいアニオン（Ｉ）としては、テトラフェニルボレート、テトラキス（３，５−ビス（トリフルオロメチル）フェニル）ボレート、テトラフルオロボレート等が挙げられる。中でもテトラフェニルボレート、テトラキス（３，５−ビス（トリフルオロメチル）フェニル）ボレートが、アニオン負電荷の非局在化によるイオン解離度向上の観点から好ましい。
なお、イミダゾリウム型の四級アンモニウム塩基の場合には、対イオンは芳香族基を有するアニオン（Ｉ）であることが、イオン性基における正電荷と負電荷間の静電相互作用が低下するためイオン解離を促進させる観点から望ましい。
【００６６】
前記疎水性基と前記イオン性基との比率は、疎水性溶媒への高い親和性と印加電圧に対する電気応答性を両立させる観点から、モル比で、疎水性基：イオン性基＝５０：５０〜９０：１０であることが好ましく、５０：５０〜８０：２０であることがより好ましく、６０：４０〜８０：２０であることが更に好ましく、６４：３６〜７５：２５であることが特に好ましい。
【００６７】
更に、本発明におけるイオン性高分子ゲルは親水性部位を有することが好適である。親水性部位を有することでイオン解離が促進され、高分子ゲルの膨潤・収縮率が向上する。一般的には、疎水性溶媒を用いる場合に高分子ゲルに親水性部位を導入しても膨潤・収縮率には何ら影響を与えないと想定されるが、しかしながら、事実、親水性基を導入したイオン性高分子ゲルでは膨潤収縮率が向上する。これは、前記イオン性基に当該親水性基が配位し、対イオンの解離を促進させるためと推測されるが、本発明は当該推測によって限定されない。
【００６８】
前記親水性部位としては、ポリエチレンオキシ基又はポリプロピレンオキシ基が好適であり、ポリエチレンオキシ基がより好適である。
【００６９】
ポリエチレンオキシ基及びポリプロピレンオキシ基の末端は疎水性基とすることが、上記疎水性溶媒との親和性の観点から好適であり、該疎水性基としては、炭素数１〜３６の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基が好ましく、炭素数１〜１２の直鎖又は分岐状アルキル基がより好ましく、炭素数１〜４の直鎖状アルキル基が更に好ましい。
【００７０】
ポリエチレンオキシ基の繰り返し単位数としては、２〜１５であることが好ましく、２〜１０であることがより好ましく、４〜８であることが更に好ましい。
ポリプロピレンオキシの繰り返し単位数としては、２〜１２であることが好ましく、２〜８であることがより好ましく、４〜６であることが更に好ましい。
【００７１】
前記親水性基のモル数と、前記イオン性基及び前記疎水性基の総モル数との比率が、（親水性基）：（イオン性基＋疎水性基）＝５：９５〜３０：７０であることが、イオン解離及び疎水性溶媒への親和性の観点から好適であり、１０：９０〜３０：７０がより好適であり、１０：９０〜２０：８０が更に好適である。
【００７２】
イオン性高分子ゲルは、上記構造を有するポリマーが架橋された網目構造を有する。高分子ゲルの膨潤性を高めるには、架橋密度を低くすることが好ましい。
本発明におけるイオン性高分子ゲルでは、架橋剤の構造は特に限定されない。
【００７３】
上記構造を有するポリマーの主鎖の骨格は特に制限されないが、アクリレートポリマー、メタクリレートポリマー、ビニルエーテルポリマー、スチレンポリマー、エポキシポリマー、オキセタンポリマーであることが好ましく、アクリレートポリマー、メタクリレートポリマーであることがより好ましく、メタクリレートポリマーが、良好にゲル化することから更に好ましい。
【００７４】
前記高分子ゲルは、下記一般式（１）又は（２）で表される繰り返し構造を有する高分子化合物を含有することが好適である。
【００７５】
【化４】
2009242732.tif 000006
【００７６】
一般式（１）中、Ｒ１、Ｒ２及びＲ３は各々独立に、水素原子又はアルキル基を表し、Ｒ４は直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基を表す。Ｘ１及びＸ２は、各々独立に２価の連結基を表す。Ｂはカチオン又はアニオンを表し、Ａはその対イオンを表す。ｘ、ｙ及びｚはモル％を表すが、本発明では、一般式（１）で表される各繰り返し単位を有していれば、ｘ、ｙ及びｚで表されるモル比は制限されない。好ましくは、ｘ、ｙ及びｚが下記の関係を満たす場合である。
０＜ｘ≦９０、０＜ｙ≦９０、０＜ｚ≦１０、７０≦ｘ＋ｙ＋ｚ≦１００
【００７７】
【化５】
2009242732.tif 000007
【００７８】
一般式（２）中、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３及びＲ５は各々独立に、水素原子又はアルキル基を表し、Ｒ４は直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基を表す。Ｘ１及びＸ２は、各々独立に２価の連結基を表す。Ｂはカチオン又はアニオンを表し、Ａはその対イオンを表す。Ｙはポリエチレンオキシ基又はポリプロピレンオキシ基を表し、Ｚは直鎖状、分岐状若しくは環状のアルキル基、又は水素原子を示す。ｘ、ｙ、ｚ及びｗはモル％を表すが、本発明では、一般式（２）で表される各繰り返し単位を有していれば、ｘ、ｙ、ｚ及びｗで表されるモル比は制限されない。好ましくは、ｘ、ｙ、ｚ及びｗが下記の関係を満たす場合である。
０＜ｘ≦９０、０＜ｙ≦９０、０＜ｚ≦１０、０＜ｗ＜３０、７０≦ｘ＋ｙ＋ｚ＜１００
【００７９】
一般式（１）及び（２）中、Ｒ１、Ｒ２及びＲ３は各々独立に、水素原子又はアルキル基を表す。一般式（２）中、Ｒ５は各々独立に、水素原子又はアルキル基を表す。
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３及びＲ５で表されるアルキル基の炭素数は１〜１２が好ましく、炭素数は１〜４がより好ましく、メチル基が特に好ましい。
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３及びＲ５は、水素原子又はメチル基が好適であり、ゲル化の容易さの観点からメチル基であることがより好適である。
【００８０】
一般式（１）及び（２）中、Ｒ４は直鎖又は分岐状のアルキル基を表す。該アルキル基の炭素数は、６〜５０が好ましく、炭素数１０〜３６がより好ましく、炭素数１２〜１８であることが更に好ましい。
Ｒ４で表されるアルキル基は、置換基を有していてもよいが、好ましくは置換基を有さないアルキル基である。
Ｒ４は、ゲル化の容易さ及び膨潤性の高さの観点から、直鎖のアルキル基であることが好適である。
【００８１】
一般式（１）及び（２）中、Ｘ１は２価の連結基を表す。好ましくは、炭素数２〜１２のアルキレン基、（ポリ）エチレンオキシ基、又は（ポリ）プロピレンオキシ基であり、より好ましくは炭素数２〜１０のアルキレン基であり、更に好ましくは炭素数３〜６のアルキレン基である。このような長さを有する連結基の場合、ポリマー骨格からイオン性基までの距離が適度に離れ、膨潤性が高まるものと推測される。
【００８２】
一般式（１）及び（２）中、Ｘ２は２価の連結基を表す。好ましくは、炭素数２〜５０のアルキレン基、（ポリ）エチレンオキシ基、又は（ポリ）プロピレンオキシ基であり、より好ましくは炭素数２〜２０のアルキレン基又は（ポリ）エチレンオキシ基であり、更に好ましくは炭素数３〜８のアルキレン基である。
【００８３】
一般式（１）及び（２）におけるＢは、前記Ｘ１を介して高分子鎖に共有結合で連結したカチオン又はアニオンを示す。
Ｂがカチオンの場合、Ｂは四級アンモニウム基又はヘテロ環基であることが好ましい。
【００８４】
Ｂで表される四級アンモニウム基は窒素原子に直結するアルキル基を有することが好ましい。該窒素原子に直結するアルキル基は、高極性のイオン性基を疎水性溶媒に親和させる。
四級アンモニウム基の窒素原子に直結するアルキル基は、炭素数６〜３６の直鎖又は分岐状アルキル基が好ましく、炭素数８〜２２の直鎖又は分岐状アルキル基がより好ましく、炭素数１０〜１８の直鎖状アルキル基が更に好ましい。
【００８５】
Ｂで表されるヘテロ環基は、例えば、ピロリウムイオン、ピラゾリウムイオン、ピロリジニウムイオン、イミダゾリウムイオン、トリアゾリウムイオン、イソキサゾリウムイオン、オキサゾリウムイオン、チアゾリウムイオン、イソチアゾリウムイオン、オキサジアゾリウムイオン、オキサトリアゾリウムイオン、ジオキサゾリウムイオン、オキサチアゾリウムイオン、インドールイオン、インダゾリウムイオン、ベンゾピロリジニウムイオン、ベンズイミダゾリウムイオン、ベンゾトリアゾリウムイオン、ベンズイソオキサゾリウムイオン、ベンゾオキサゾリウムイオン、ベンゾチアゾリウムイオン、ベンズイソチアゾリウムイオン、ベンズオキサジアゾリウムイオン、ベンズオキサトリアゾリウムイオン、ベンゾジオキサゾリウムイオン、ベンズオキサチアゾリウムイオン、カルボゾリウムイオン、プリニウムイオン、ピリジニウムイオン、ピリダジニウムイオン、ピリミジニウムイオン、ピラジニウムイオン、ピペラジニウムイオン、トリアジニウムイオン、オキサジニウムイオン、ピペリジニウムイオン、オキサチアジニウムイオン、オキサジアジニウムイオン、モルホリニウムイオン、イソキノリニウムイオン、キノリニウムイオン、シノリニウムイオン、キナゾリニウムイオン、ベンゾピラジニウムイオン、ベンゾピペラジニウムイオン、ベンゾトリアジニウムイオン、ベンズオキサジニウムイオン、ベンゾピペリジニウムイオン、ベンズオキサチアジニウムイオン、ベンズオキサジジニウムイオン、ベンゾモルホリニウムイオン、ナフチリジニウムイオン、アクリジニウムイオン、アゼピニウムイオン及びジアゼピニウムイオン等が挙げられる。しかしながら、これらのヘテロ環にＢが限定されることはない。
Ｂで表されるヘテロ環は、上記ヘテロ環の中でも特に、イミダゾリウムイオンであることが、応答性の速さ、膨潤性の高さの観点から好ましい。
【００８６】
Ｂで表されるヘテロ環は、任意の位置に１個以上のアルキル基を有することが好ましい。ヘテロ環上のアルキル基は、高極性のイオン性基を疎水性溶媒に親和させる。
ヘテロ環上のアルキル基は、炭素数６〜３６の直鎖又は分岐状アルキル基が好ましく、炭素数８〜２２の直鎖又は分岐状アルキル基がより好ましく、炭素数１０〜１８の直鎖状アルキル基が更に好ましい。
特に好適なＢで表されるヘテロ環は、炭素数１０〜１８の直鎖状アルキル基を置換基として有するイミダゾリウムイオンである。
【００８７】
一方、Ｂがアニオンの場合、Ｂとしては、アルキル置換してもよいアニオン（II）、アルキル置換してもよいアニオン（III）、又はアニオン（IV）、アルキル置換してもよいリン酸イオン、アルキル置換してもよいホスホン酸イオン、カルボン酸イオン、亜硫酸イオン、硫酸イオン等が好ましい例として挙げられる。
【００８８】
【化６】
2009242732.tif 000008
【００８９】
上記アニオン（II）、（III）及び（IV）における波線は、一般式（１）及び（２）におけるＸ１との結合位置を示す。
上記アニオン（ＩＶ）中、Ｒ１１、Ｒ１２及びＲ１３は、前記アニオン（Ｉ）におけるＲ１１、Ｒ１２及びＲ１３とそれぞれ同義であり、好適な範囲も同様である。
【００９０】
リン酸イオン、ホスホン酸イオン、アニオン（II）又はアニオン（III）の置換基としてのアルキル基は、炭素数１〜４０が好ましく、炭素数３〜３０がより好ましく、炭素数５〜２２が更に好ましい。当該アルキル基は、直鎖状、分岐状、又は環状のいずれであってもよいが、疎水性溶媒との親和性（疎水性相互作用）の高さの観点から直鎖のアルキル基であることが好ましい。
なお、アルキル置換したリン酸イオン、ホスホン酸イオン、アニオン（II）及びアニオン（III）とは、下記イオンを意味する。
【００９１】
【化７】
2009242732.tif 000009
【００９２】
上式中、Ｒは上述のリン酸イオン、ホスホン酸イオン、アニオン（II）、又はアニオン（III）の置換基としてのアルキル基を表す。
【００９３】
一般式（１）及び（２）中、Ａは、Ｂで表される前記イオン種の対イオンを表す。
Ｂがカチオンの場合、Ａはアニオンを表し、ハロゲンイオン、前記アニオン（Ｉ）、リン酸イオン、ホスホン酸イオン、カルボン酸イオン、亜硫酸イオン、硫酸イオン、ＰＦ６−、ＳｂＦ６−、Ｎ（ＳＯ２ＣＦ３）２−、ＣｌＯ４−、ＳＯ３ＣＦ３−等が挙げられ、特に前記アニオン（Ｉ）又はハロゲンイオンが好ましい。
アニオン（Ｉ）における好適な範囲は前述の通りであり、好ましいアニオン（Ｉ）の例としては、テトラフェニルボレートイオン、テトラキス（３，５−ビス（トリフルオロメチル）フェニル）ボレートイオン、テトラフルオロボレートイオン等が挙げられる。芳香環基を有するアニオン（Ｉ）が、電荷を広く非局在化させるのに更に好適である。
【００９４】
一方、Ｂがアニオンの場合、Ａはカチオンを表し、周期表第１族原子（アルカリ金属原子）、周期表第２族原子（アルカリ土類金属原子）、四級アンモニウムイオン、ピロリウムイオン、ピラゾリウムイオン、ピロリジニウムイオン、イミダゾリウムイオン、トリアゾリウムイオン、イソキサゾリウムイオン、オキサゾリウムイオン、チアゾリウムイオン、イソチアゾリウムイオン、オキサジアゾリウムイオン、オキサトリアゾリウムイオン、ジオキサゾリウムイオン、オキサチアゾリウムイオン、インドールイオン、インダゾリウムイオン、ベンゾピロリジニウムイオン、ベンズイミダゾリウムイオン、ベンゾトリアゾリウムイオン、ベンズイソオキサゾリウムイオン、ベンゾオキサゾリウムイオン、ベンゾチアゾリウムイオン、ベンズイソチアゾリウムイオン、ベンズオキサジアゾリウムイオン、ベンズオキサトリアゾリウムイオン、ベンゾジオキサゾリウムイオン、ベンズオキサチアゾリウムイオン、カルボゾリウムイオン、プリニウムイオン、ピリジニウムイオン、ピリダジニウムイオン、ピリミジニウムイオン、ピラジニウムイオン、ピペラジニウムイオン、トリアジニウムイオン、オキサジニウムイオン、ピペリジニウムイオン、オキサチアジニウムイオン、オキサジアジニウムイオン、モルホリニウムイオン、イソキノリニウムイオン、キノリニウムイオン、シノリニウムイオン、キナゾリニウムイオン、ベンゾピラジニウムイオン、ベンゾピペラジニウムイオン、ベンゾトリアジニウムイオン、ベンズオキサジニウムイオン、ベンゾピペリジニウムイオン、ベンズオキサチアジニウムイオン、ベンズオキサジジニウムイオン、ベンゾモルホリニウムイオン、ナフチリジニウムイオン、アクリジニウムイオン、アゼピニウムイオン及びジアゼピニウムイオン等が挙げられる。
なお、これらのイオンは、非置換であるか、又はアルキル基、アリール基、アシル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、ハロゲン原子、メルカプト基、アミノ基、ヒドロキシ基、アゾ基、シアノ基、カルボキシ基、アルコキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、ハロカルボニル基、又はその組み合わせで置換することができる。
【００９５】
一般式（１）及び（２）中、ｘ、ｙ、ｚ及びｗはモル％を表すが、一般式（１）及び（２）で表される各繰り返し単位を有していれば、ｘ、ｙ、ｚ及びｗで表されるモル比に制限はない。好適には、一般式（１）におけるｘ、ｙ、及びｚは、次の関係を満たす場合である。０＜ｘ≦９０、０＜ｙ≦９０、０＜ｚ≦１０、７０≦ｘ＋ｙ＋ｚ≦１００。
また、一般式（２）におけるｘ、ｙ、ｚ及びｗは、次の下記関係を満たす場合が好適である。０＜ｘ≦９０、０＜ｙ≦９０、０＜ｚ≦１０、０＜ｗ＜３０、７０≦ｘ＋ｙ＋ｚ＜１００。
【００９６】
一般式（１）及び（２）におけるｘは、イオン性基の導入率を意味する。これは電圧印加時のゲル粒子の膨潤収縮量に影響を与え得る重要な要因であり、ｘの割合を増やすと、電圧応答性が向上する。
一般式（１）及び（２）におけるｙは、疎水性モノマーの導入率を意味する。ｙの割合を増やすと、疎水性溶媒への膨潤性（親和性）が向上する。
一般式（１）及び（２）におけるｚは、架橋性モノマーの導入率を意味する。ｚの割合を減らすほど架橋密度が下がり、溶媒への膨潤性が向上する。
【００９７】
本発明の電圧応答性の高分子ゲルでは、イオン解離度を高め、疎水性溶媒への親和性を高め、かつ架橋密度を低くすると、膨潤収縮量が増大する。よって、「ｘの割合によって支配されるイオン解離度」と「ｙの割合によって支配される疎水性溶媒への親和性」の２つのパラメータは互いにトレードオフの関係にある。
【００９８】
また、本発明者らの研究により、本発明におけるイオン性高分子ゲルでは、電圧無印加時の溶媒への膨潤性を高めたときに、電圧印加時の膨潤収縮率が向上することが明らかとなった。よって、架橋させたゲルの３次元ネットワークを疎にして、その隙間に多くの溶媒分子が入り込めるよう高分子ゲルを設計することが膨潤収縮率を高めるのに好適である。
以上から、膨潤収縮率を向上させるには架橋密度を低くすることが望ましい。架橋密度を低減するには、一般式（１）及び（２）において、ｚを小さくすること、又はＸ２を大きくすることが有効である。
このような点から、好適なｘ、ｙ及びｚの比率は次のように表される。
【００９９】
ｘの好適な範囲は、５モル％以上６０モル％以下であり、１０モル％以上５０モル％以下がより好ましく、２０モル％以上４０モル％以下が更に好ましい。
ｙの好適な範囲は、５０モル％以上９０モル％以下であり、６０モル％以上９０モル％以下がより好ましく、６５モル％以上９０モル％以下が更に好ましい。
ｚの好適な範囲は、０．０１モル％以上３モル％以下であり、０．０５モル％以上１モル％以下がより好ましく、０．０５モル％以上０．８モル％以下がより好ましく、０．１モル％以上０．７モル％以下が更に好ましく、０．２モル％以上０．６以下であることが更に好ましい。
【０１００】
一般式（１）及び（２）は更に他の構成単位を有していてもよく、構成単位としては、置換基を有してもよいスチレン、置換基を有してもよいアクリルアミドなどの重合性モノマーを挙げることができる。これらの他の構成単位の導入量は、０モル％以上３０モル％未満であることが好ましく、０モル％以上２０モル％以下であることがより好ましく、０モル％以上１５モル％以下であることが更に好ましい。
【０１０１】
一般式（１）におけるｘ、ｙ及びｚの総モル％（ｘ＋ｙ＋ｚ）は、７０モル％以上１００モル％以下であることが、感応性の速さ及び膨潤性の高さの観点から好ましく、７５モル％以上１００モル％以下であることがより好ましく、８０モル％以上１００モル％以下であることが更に好ましい。
一般式（２）におけるｘ、ｙ及びｚの総モル％（ｘ＋ｙ＋ｚ）は、７０モル％以上１００モル％未満であることが、感応性の速さ及び膨潤性の高さの観点から好ましい。
【０１０２】
また、一般式（２）におけるｗは、親水性モノマーの導入率を意味する。イオン性高分子ゲル内部で適度に親水性を付与することでイオン解離が促進され、膨潤収縮量が増大する。疎水性溶媒への親和性を高めつつ、ゲル内部で親水性を付与するのに好適なｗの範囲は、５〜３０モル％であり、１０〜２０モル％がより好ましい。
【０１０３】
一般式（２）におけるＹは、ポリエチレンオキシ基（−（ＯＣＨ２ＣＨ２）ｎ−）又はポリプロピレンオキシ基（−（ＯＣＨ２ＣＨ（ＣＨ３））ｎ−）を表す。
好ましくは、繰り返し単位ｎが２〜１５のポリエチレンオキシ基であり、繰り返し単位ｎが３〜１０のポリエチレンオキシ基がより好ましく、繰り返し単位ｎが４〜８のポリエチレンオキシ基が更に好ましい。
【０１０４】
一般式（２）におけるＺは、直鎖又は分岐状のアルキル基、又は水素原子を表す。
Ｚとしては、メチル基、エチル基又は炭素数３〜２２の直鎖状若しくは分岐状アルキル基、又は水素原子が好ましく、メチル基、エチル基、炭素数３〜１２の直鎖状若しくは分岐状アルキル基、又は水素原子がより好ましく、メチル基、エチル基、又は炭素数３〜８の直鎖状アルキル基であることが、疎水性溶媒との親和性の観点から更に好ましい。
【０１０５】
以下では、具体的な高分子構造を例示するが、本発明はこれらの高分子構造に限定されない。
【０１０６】
【化８】
2009242732.tif 000010
【０１０７】
【化９】
2009242732.tif 000011
【０１０８】
【化１０】
2009242732.tif 000012
【０１０９】
【化１１】
2009242732.tif 000013
【０１１０】
上記高分子構造中の波線は、結合位置を表す。
【０１１１】
本発明の高分子ゲル含有組成物を調光デバイスや表示素子に適用する場合、イオン性高分子ゲルの体積変化量は大きいことが好ましく、膨潤時及び収縮時の体積比が５以上、好ましくは１０以上、より好ましくは１５以上のものである。この体積比の範囲内であれば、光学素子等としてのコントラストが十分となる。
【０１１２】
本発明におけるイオン性高分子ゲルの利用形態には特に制限はなく、粒子状、ブロック状、フイルム状、不定形状、繊維状など種々ものが使用可能である。なかでも特に、粒子状の形態は、調光デバイスや表示素子に適用した場合に、発色性、応答性が高いことや応用範囲が広いなどの特徴から特に好ましい。
粒子状における形態にも特に限定はないが、球体、楕円体、多面体、多孔質体、繊維状、星状、針状、中空状などのものが適用できる。
また、イオン性高分子ゲルが粒子の場合の好ましい大きさは、平均粒径で０．０１μｍ〜５ｍｍの範囲、より好ましくは０．０１μｍ〜１ｍｍの範囲である。当該粒径範囲内の場合、粒子のハンドリングに優れ、光学特性にも優れる。また、応答速度も良好である。
【０１１３】
これらの粒子は高分子ゲルを物理的粉砕法によって粉砕する方法や、架橋前の高分子を化学的粉砕法によって粒子化した後に架橋してゲルとする方法、あるいは乳化重合法、懸濁重合法、分散重合法などの粒子化重合法などの一般的な方法によって製造することができる。
【０１１４】
本発明において重合反応は、非金属の重合開始剤の存在下で行うことが好ましい。例えば、重合可能な炭素−炭素二重結合を有する化合物を、加熱によって炭素ラジカルや酸素ラジカル等の遊離ラジカルを発生して活性を示す重合開始剤存在下で重合することができる。
重合開始剤としては有機過酸化物または有機アゾ系化合物が好ましく用いられ、特に有機アゾ系化合物が好ましいが、本発明で使用される重合開始剤はこれらに限定されない。
【０１１５】
有機アゾ系化合物としては和光純薬工業株式会社で市販されているＶ−３０、Ｖ−４０、Ｖ−５９、Ｖ−６０、Ｖ−６５、Ｖ−７０等のアゾニトリル化合物類、ＶＡ−０８０、ＶＡ−０８５、ＶＡ−０８６、ＶＦ−０９６、ＶＡｍ−１１０、ＶＡｍ−１１１等のアゾアミド化合物類、ＶＡ−０４４、ＶＡ−０６１等の環状アゾアミジン化合物類、Ｖ−５０、ＶＡ−０５７等のアゾアミジン化合物類、２，２−アゾビス(４−メトキシ−２，４−ジメチルバレロニトリル)、２，２−アゾビス(２，４−ジメチルバレロニトリル)、２，２−アゾビス(２−メチルプロピオニトリル)、２，２−アゾビス（２，４−ジメチルブチロニトリル）、１，１−アゾビス（シクロヘキサン−１−カーボニトリル）、１−〔（１−シアノ−１−メチルエチル）アゾ〕ホルムアミド、２，２−アゾビス｛２−メチル−Ｎ−［１，１−ビス（ヒドロキシメチル）−２−ヒドロキシエチル］プロピオンアミド｝、２，２−アゾビス〔２−メチル−Ｎ−（２−ヒドロキシブチル）プロピオンアミド〕、２，２−アゾビス〔Ｎ−（２−プロペニル）−２−メチルプロピオンアミド〕、２，２−アゾビス（Ｎ−ブチル−２−メチルプロピオンアミド）、２，２−アゾビス（Ｎ−シクロヘキシル−２−メチルプロピオアミド）、２，２−アゾビス〔２−（２−イミダゾリン−２−イル）プロパン〕ジヒドロクロリド、２，２−アゾビス〔２−（２−イミダゾリン−２−イル）プロパン〕ジスルフェートジヒドレート、２，２−アゾビス{２−〔１−（２−ヒドロキシエチル）−２−イミダゾリン−２−イル〕プロパン}ジヒドロクロリド、２，２−アゾビス〔２−〔２−イミダゾリン−２−イル〕プロパン〕、２，２−アゾビス（１−イミノー１−ピロリジノ−２−メチルプロパン）ジヒドロクロリド、２，２−アゾビス（２−メチルプロピオンアミジン）ジヒドロクロリド、２，２−アゾビス〔Ｎ−（２−カルボキシエチル）−２−メチルプロピオンアミジン〕テトラヒドレート、ジメチル２，２−アゾビス（２−メチルプロピオネート）、４，４−アゾビス（４−シアノバレリックアシッド）、２，２−アゾビス（２，４，４−トリメチルペンタン）等が好ましく用いられる。
【０１１６】
有機過酸化物としては、日本油脂株式会社より市販されているパーヘキサＨ等のケトンパーオキサイド類、パーヘキサＴＭＨ等のパーオキシケタール類、パーブチルＨ−６９等のハイドロパーオキサイド類、パークミルＤ、パーブチルＣ、パーブチルＤ等のジアルキルパーオキサイド類、ナイパーＢＷ等のジアシルパーオキサイド類、パーブチルＺ、パーブチルＬ等のパーオキシエステル類、パーロイルＴＣＰ等のパーオキシジカーボネート、ジイソブチリルパーオキサイド、クミルパーオキシネオデカノエート、ジ−ｎ−プロピルパーオキシジカーボネート、ジイソプロピルパーオキシジカーボネート、ジ−ｓｅｃ−ブチルパーオキシジカーボネート、１，１，３，３−テトラメチルブチルパーオキシネオデカノエート、ジ（４−ｔ−ブチルクロヘキシル）パーオキシジカーボネート、ジ（２−エチルヘキシル）パーオキシジカーボネート、ｔ−ヘキシルパーオキシネオデカノエート、ｔ−ブチルパーオキシネオデカノエート、ｔ−ブチルパーオキシネオヘプタノエート、ｔ−ヘキシルパーオキシピバレート、ｔ−ブチルパーオキシピバレート、ジ（３，５，５−トリメチルヘキサノイル）パーオキサイド、ジラウロイルパーオキサイド、１,１，３，３−テトラメチルブチルパーオキシ−２−エチルヘキサノエート、ジコハク酸パーオキサイド、２，５−ジメチル−２，５−ジ（２−エチルヘキサノイルパーオキシ）ヘキサン、ｔ−ヘキシルパーオキシ-2-エチルヘキサノエート、ジ（４−メチルベンゾイル）パーオキサイド、ｔ−ブチルパーオキシ−２−エチルヘキサノエート、ジ（３−メチルベンゾイル）パーオキサイド、ベンゾイル（３−メチルベンゾイル）パーオキサイド、ジベンゾイルパーオキサイド、ジベンゾイルパーオキサイド、１，１−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）−２−メチルシクロヘキサン、１，１−ジ（ｔ−ヘキシルパーオキシ）−３，３，５−トリメチルシクロヘキサン、１，１−ジ（ｔ−ヘキシルパーオキシ）シクロヘキサン、１，１−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）シクロヘキサン、２，２−ジ（４，４−ジ−(ｔ−ブチルパーオキシ)シクロヘキシル）プロパン、ｔ−ヘキシルパーオキシイソプロピルモノカーボネート、ｔ−ブチルパーオキシマレイン酸、ｔ−ブチルパーオキシ−３，５，５、−トリメチルヘキサノエート、ｔ−ブチルパーオキシラウレート、ｔ−ブチルパーオキシイソプロピルモノカーボネート、ｔ−ブチルパーオキシ２−エチルヘキシルモノカーボネート、ｔ−ヘキシルパーオキシベンゾエート、２，５−ジ−メチル−２，５−ジ（ベンゾイルパーオキシ）ヘキサン、ｔ−ブチルパーオキシアセテート、２，２−ジ−（ｔ−ブチルパーオキシ）ブタン、ｔ−ブチルパーオキシベンゾエート、n-ブチル４，４−ジーｔ−ブチルパーオキシバレレート、ジ（２−ｔ−ブチルパーオキシイソプロピル）ベンゼン、ジクミルパーオキサイド、シ゛−t−ヘキシルパーオキサイド、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキサン、ｔ−ブチルクミルパーイキサイド、ジ−ｔ−ブチルパーオキサイド、ｐ−メタンヒドロパーオキサイド、２，５−ジメチル-２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキシン−３、ジイソプロピルベンゼンヒドロパーオキサイド、１，１，３，３−テ��ラメチルブチルヒドロパーオキサイド、クメンヒドロパーオキサイド、ｔ−ブチルヒドロパーオキサイド、２，３−ジメチル−２，３−ジフェニルブタン、２，４−ジクロロベンゾイルパーオキサイド、ｏ−クロロベンゾイルパーオキサイド、ｐ−クロロベンゾイルパーオキサイド、トリス−（ｔ−ブチルパーオキシ）トリアジン、２，４，４−トリメチルペンチルパーオキシネオデカノエート、α−クミルパーオキシネオデカノエート、ｔ−アミルパーオキシ２−エチルヘキサノエート、ｔ−ブチルパーオキシイソブチレート、ジーｔ−ブチルパーオキシヘキサヒドロテレフタレート、ジ−ｔ−ブチルパーオキシトリメチルアジペート、ジ−３−メトキシブチルパーオキシジカーボネート、ジ−イソプロピルパーオキシジカーボネート、ｔ−ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート、１，６−ビス（ｔ−ブチルパーオキシカルボニルオキシ）ヘキサン、ジエチレングリコールビス(ｔ−ブチルパーオキシカーボネート)、ｔ−ヘキシルパーオキシネオデカノエート等が好ましく用いられる。
【０１１７】
本発明において重合開始剤は、１種類を単独で用いても、２種以上を併用してもよい。
本発明において重合開始剤の使用量は全モノマーの合計に対して、好ましくは０．００１〜３モル％、より好ましくは０．０５〜２モル％、特に好ましくは０．１〜１．５モル％である。
【０１１８】
本発明における重合反応の最適な条件は、重合開始剤、化合物、溶媒の種類、濃度等によって異なるが、好ましくは内温０〜１５０℃、より好ましくは２０〜１００℃、特に好ましくは４０〜８０℃である。重合の反応時間としては、好ましくは０．５〜２０時間、より好ましくは１〜１２時間、特に好ましくは１．５〜８時間の範囲である。
【０１１９】
また、酸素による重合開始剤の不活性化を抑制するために不活性ガス雰囲気下（例えば窒素、アルゴン等）で反応させることが好ましい。反応時の酸素濃度は好ましくは５００ｐｐｍ以下、より好ましくは２００ｐｐｍ以下、特に好ましくは１００ｐｐｍ以下である。
【０１２０】
本発明の重合時の反応溶媒としては特に限定はされないが、例えばメタノール、エタノール、２−プロパノール、１−ブタノール、２−エトキシメタノール、３−メトキシプロパノール，１−メトキシ−２−プロパノール等のアルコール系溶剤、アセトン、アセチルアセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、メチルｔ−ブチルケトン、２−ペンタノン、３−ペンタノン、２−ヘプタノン、３−ヘプタノン、シクロペンタノン，シクロヘキサノン等のケトン系溶剤、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、酢酸イソブチル、酢酸ペンチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピル、プロピオン酸ブチル、プロピオン酸イソブチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、乳酸メチル、乳酸エチル、γ−ブチロラクトン等のエステル系溶剤、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジメトキシエタン、ジエトキシエタン、ジグライム、トリグライム、テトラグライム、ジイソプロピルエーテル、ジブチルエーテル、エチルプロピルエーテル、アニソール、フェネトール、ベラトロール等のエーテル系溶剤、ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン、エチルベンゼン、ジエチルベンゼン、プロピルベンゼン、ｔ−ブチルベンゼン等の芳香族炭化水素系溶剤、塩化メチレン、クロロホルム、ブロモホルム、四塩化炭素、等のハロゲン系溶剤、アイソパーＭ（登録商標、エクソンモービル社製）、流動パラフィン等の飽和炭化水素系溶剤、Ｎ−メチルピロリジノン、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド等のアミド系溶剤、鉱油などが挙げられ、これらは単独でも２種以上を混合して用いてもよい。
【０１２１】
より好ましい有機溶剤は、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジメトキシエタン、ジエトキシエタン、ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン、エチルベンゼン、ジエチルベンゼン、プロピルベンゼン、ｔ−ブチルベンゼン、クロロホルム、ブロモホルム、四塩化炭素、アイソパーＭ（登録商標）、流動パラフィン、鉱油であり、特に好ましくはテトラヒドロフラン、トルエン、キシレン、メシチレン、アイソパーＭ（登録商標）である。
【０１２２】
本発明の溶媒中における重合時のモノマー濃度は、好ましくは２０〜８０質量％であり、より好ましくは３０〜７０質量％であり、特に好ましく４０〜６０質量％である。
【０１２３】
本発明の高分子ゲルの重合方法としては、例えば、モノマー種および開始剤を溶剤に溶解させ、加熱することにより重合を行う一括重合法、加熱溶剤にモノマー種と開始剤の溶液を０．５〜１０時間かけて滴下して加える滴下重合法などが挙げられ、一括重合法が好ましい。
【０１２４】
重合反応後の高分子ゲルの取り出し方法としては、通常は、重合終了時にはゲルがほぼすべての反応溶媒を吸収して膨潤している状態であるため、物理的なかき出しによって取り出せる。膨潤ゲルを取り出した後、余分な溶媒を除去するための操作としては、吸引濾過、傾斜法（デカンテーション）、遠心分離等による取り出し方法が好ましく、特に吸引濾過が好ましい。ただし、吸引濾過において濾紙が目詰まりしやすく濾過が困難な場合には、遠心分離による溶媒の除去も好ましい。
【０１２５】
膨潤状態のゲルを取り出した後は、未反応のモノマー成分を取り除く目的で、反応溶媒と同じ溶媒を用いて、吸引濾過または遠心分離により洗浄することが好ましい。
【０１２６】
上記で得られた膨潤ゲルの洗浄後は、溶媒を留去するため乾燥させることが好ましい。乾燥温度としては、５０〜２００℃が好ましく、６０〜１８０℃が更に好ましく、７０〜１５０℃が特に好ましい。なお、乾燥時間を短縮するため、減圧下にて加熱乾燥させてもよい。
【０１２７】
なお、本発明にかかる高分子ゲルは、懸濁重合によって合成することが電圧応答しやすい球状且つ微小なゲル粒子を作製できる観点から好ましい。懸濁重合では、上記有機溶剤に溶解したモノマーを水中に滴下し、高分子ゲルの粒子を形成する。
【０１２８】
懸濁重合における反応温度は、０〜１２０℃が好ましく、２０〜９０℃がより好ましく、４０〜８０℃が更に好ましい。
重合の反応時間としては、好ましくは０．５〜２０時間、より好ましくは１〜１２時間、特に好ましくは１．５〜８時間の範囲である。
【０１２９】
本発明における懸濁重合法としては、水溶液中に少量の疎水性溶媒の液滴を懸濁させるＯ／Ｗ（オイル イン ウォーター）系の重合条件が好適である。この場合、モノマー及び重合開始剤等の成分が疎水性溶媒の液滴中に溶解していることが必要である。本発明の懸濁重合法における疎水性溶媒の含有量としては、０．０５〜３０重量％であることが好ましく、０．５〜２０重量％であることが更に好ましく、１〜１０重量％であることが更に好ましい。
【０１３０】
本発明の懸濁重合時の疎水性溶媒としては特に限定はされないが、例えばシクロヘキサノン等のケトン系溶剤、ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン、エチルベンゼン、ジエチルベンゼン、プロピルベンゼン、ｔ−ブチルベンゼン等の芳香族炭化水素系溶剤、塩化メチレン、クロロホルム、ブロモホルム、四塩化炭素、等のハロゲン系溶剤、アイソパーＭ（登録商標、エクソンモービル社製）、流動パラフィン等の飽和炭化水素系溶剤、鉱油などが挙げられ、これらは単独でも２種以上を混合して用いてもよい。
【０１３１】
本発明の懸濁重合では、懸濁粒子の安定性を向上させるため、疎水性溶媒または水溶液中に原料のモノマー又は重合開始剤以外の成分が溶解／分散していてもよい。成分としては特に限定はされないが、例えば水溶性樹脂、ノニオン系界面活性剤、両性界面活性剤、アニオン系界面活性剤、フッ素系界面活性剤、シリコーン系界面活性剤等が挙げられる。これらの成分は単独または複数の種類を組み合わせて添加してもよい。
【０１３２】
前記水溶性樹脂としては、例えば、親水性構造単位としてヒドロキシ基を有する樹脂であるポリビニルアルコール系樹脂〔ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、アセトアセチル変性ポリビニルアルコール、カチオン変性ポリビニルアルコール、アニオン変性ポリビニルアルコール、シラノール変性ポリビニルアルコール、ポリビニルアセタール等〕、セルロース系樹脂〔メチルセルロース（ＭＣ）、エチルセルロース（ＥＣ）、ヒドロキシエチルセルロース（ＨＥＣ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、ヒドロキシプロピルセルロース（ＨＰＣ）、ヒドロキシエチルメチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース等〕、キチン類、キトサン類、デンプン、エーテル結合を有する樹脂〔ポリエチレンオキサイド（ＰＥＯ）、ポリプロピレンオキサイド（ＰＰＯ）、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、ポリビニルエーテル（ＰＶＥ）等〕、カルバモイル基を有する樹脂〔ポリアクリルアミド（ＰＡＡＭ）、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、ポリアクリル酸ヒドラジド等〕等が挙げられる。
【０１３３】
上記ノニオン系界面活性剤としては、ポリオキシアルキレンアルキルエーテルおよびポリオキシアルキレンアルキルフェニルエーテル類（例えば、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリーコールジエチルエーテル、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル等）、オキシエチレン・オキシプロピレンブロックコポリマー、ソルビタン脂肪酸エステル類（例えば、ソルビタンモノラウレート、ソルビタンモノオレート、ソルビタントリオレート等）、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル類（例えば、ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート、ポリオキシエチレンソルビタンモノオレート、ポリオキシエチレンソルビタントリオレート等）、ポリオキシエチレンソルビトール脂肪酸エステル類（例えば、テトラオレイン酸ポリオキシエチレンソルビット等）、グリセリン脂肪酸エステル類（例えば、グリセロールモノオレート等）、ポリオキシエチレングリセリン脂肪酸エステル類（モノステアリン酸ポリオキシエチレングリセリン、モノオレイン酸ポリオキシエチレングリセリン等）、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル類（ポリエチレングリコールモノラウレート、ポリエチレングリコールモノオレート等）、ポリオキシエチレンアルキルアミン、アセチレングリコール類（例えば、２，４，７，９−テトラメチル−５−デシン−４，７−ジオール、及び該ジオールのエチレンオキサイド付加物、プロピレンオキサイド付加物等）等が挙げられ、就中、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル類が好ましい。
【０１３４】
上記両性界面活性剤としては、アミノ酸型、カルボキシアンモニウムベタイン型、スルホンアンモニウムベタイン型、アンモニウム硫酸エステルベタイン型、イミダゾリウムベタイン型等が挙げられ、例えば、米国特許第３，８４３，３６８号明細書、特開昭５９−４９５３５号公報、同６３−２３６５４６号公報、特開平５−３０３２０５号公報、同８−２６２７４２号公報、同１０−２８２６１９号公報等に記載されているものを好適に使用できる。該両性界面活性剤としては、アミノ酸型両性界面活性剤が好ましく、該アミノ酸型両性界面活性剤としては、特開平５−３０３２０５号公報に記載されているように、例えば、アミノ酸（グリシン、グルタミン酸、ヒスチジン酸等）から誘導体化されたもので挙げられ、具体的には、長鎖のアシル基を導入したＮ−アミノアシル酸およびその塩が挙げられる。
【０１３５】
前記アニオン系界面活性剤としては、脂肪酸塩（例えばステアリン酸ソーダ、オレイン酸カリ）、アルキル硫酸エステル塩（例えばラウリル硫酸ナトリウム、ラウリル硫酸トリエタノールアミン）、スルホン酸塩（例えばドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム）、アルキルスルホコハク酸塩（例えばジオクチルスルホコハク酸ナトリウム）、アルキルジフェニルエーテルジスルホン酸塩、アルキルリン酸塩等が挙げられる。
前記カチオン系界面活性剤としては、アルキルアミン塩、第４級アンモニウム塩、ピリジニウム塩、イミダゾリウム塩などが挙げられる。
【０１３６】
前記フッ素系界面活性剤としては、電解フッ素化、テロメリゼーション、オリゴメリゼーションなどの方法を用いてパーフルオロアルキル基を持つ中間体をへて誘導される化合物が挙げられる。
例えば、パーフルオロアルキルスルホン酸塩、パーフルオロアルキルカルボン酸塩、パーフルオロアルキルエチレンオキサイド付加物、パーフルオロアルキルトリアルキルアンモニウム塩、パーフルオロアルキル基含有オリゴマー、パーフルオロアルキルリン酸エステルなどがあげられる。
【０１３７】
前記シリコーン系界面活性剤としては、有機基で変性したシリコーンオイルが好ましく、これは、シロキサン構造の側鎖を有機基で変性した構造、両末端を変性した構造、片末端を変性した構造をとり得る。有機基変性としてアミノ変性、ポリエーテル変性、エポキシ変性、カルボキシル変性、カルビノール変性、アルキル変性、アラルキル変性、フェノール変性、フッ素変性等が挙げられる。
【０１３８】
本発明の懸濁重合時における水溶性樹脂または界面活性剤の含有量としては、水溶液中において０．０１〜１０質量％が好ましく、０．１〜７質量％が更に好ましく、０．５〜５質量％が特に好ましい。
【０１３９】
懸濁重合反応後の高分子ゲル粒子の取り出し方法としては、濾過又は遠心分離等により取り出すことができる。高分子ゲル粒子を取り出した後は、未反応のモノマー成分、重合開始剤、水溶性樹脂又は界面活性剤等を取り除く目的で、水、アルコール等の水溶性溶媒及びトルエン、アイソパーＭ（登録商標）等の疎水性溶媒の両方を用いて洗浄することが好ましい。
【０１４０】
上記で得られた膨潤ゲルの洗浄後は、溶媒を留去するため乾燥させてもよい。乾燥温度としては、５０〜２００℃が好ましく、６０〜１８０℃が更に好ましく、７０〜１５０℃が特に好ましい。なお、乾燥時間を短縮するため、減圧下にて加熱乾燥させてもよい。
【０１４１】
また、高分子ゲル粒子の分散性又は基板への定着性を改善する目的で、無機微粒子表面をシランカップリング剤で処理してもよい。該シランカップリング剤としては、カップリング処理を行なう部位の他に、有機官能性基（例えば、ビニル基、アミノ基（１級〜３級アミノ基、第４級アンモニウム塩基）、エポキシ基、メルカプト基、クロロ基、アルキル基、フェニル基、エステル基等）を有するものが好ましい。
【０１４２】
以下では、高分子ゲル合成方法の具体例として、懸濁重合法のスキームの一例を挙げる。詳細な合成方法は、後述の実施例で記載する。
【０１４３】
【化１２】
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【０１４４】
また、イオン性高分子ゲルの体積変化特性をより高速にするために、高分子ゲルを多孔質化して液体の出入りを向上させることも好ましい。一般に膨潤した顔料を含有する高分子ゲルを凍結乾燥する方法で多孔質化することができる。
【０１４５】
本発明の高分子ゲル含有組成物中、イオン性高分子ゲルと前記疎水性溶媒との好適な含有比の範囲は、質量比で、イオン性高分子ゲル：疎水性溶媒＝１：２０００〜１：１であり、１：１００〜１：１０がより好ましい。
【０１４６】
（３）その他の添加物
１）色材
本発明の高分子ゲル含有組成物は、更に染料や顔料を添加することができる。染料や顔料はイオン性高分子ゲル中に物理的又は化学的に固定化されることが好ましい。
【０１４７】
染料の好適な具体例としては、例えば、黒色のニグロシン系染料や赤、緑、青、シアン、マゼンタ、イエローなどのカラー染料であるアゾ染料、アントラキノン系染料、インジゴ系染料、フタロシアニン系染料、カルボニウム染料、キノンイミン染料、メチン染料、キノリン染料、ニトロ染料、ベンゾキノン染料、ナフトキノン染料、ナフタルイミド染料、ベリノン染料などが挙げられ、特に光吸収係数が高いものが望ましい。
【０１４８】
このような染料としては例えば、Ｃ．Ｉ．ダイレクトイエロー１，８，１１，１２，２４，２６，２７，２８，３３，３９，４４，５０，５８，８５，８６，８７，８８，８９，９８，１５７，Ｃ．Ｉ．アシッドイエロー１，３，７，１１，１７，１９，２３，２５，２９，３８，４４，７９，１２７，１４４，２４５，Ｃ．Ｉ．ベイシックイエロー１，２，１１，３４，Ｃ．Ｉ．フードイエロー４，Ｃ．Ｉ．リアクティブイエロー３７，Ｃ．Ｉ．ソルベントイエロー６，９，１７，３１，３５，１００，１０２，１０３，１０５；
Ｃ．Ｉ．ダイレクトレッド１，２，４，９，１１，１３，１７，２０，２３，２４，２８，３１，３３，３７，３９，４４，４６，６２，６３，７５，７９，８０，８１，８３，８４，８９，９５，９９，１１３，１９７，２０１，２１８，２２０，２２４，２２５，２２６，２２７，２２８，２２９，２３０，２３１，Ｃ．Ｉ．アシッドレッド１，６，８，９，１３，１４，１８，２６，２７，３５，３７，４２，５２，８２，８５，８７，８９，９２，９７，１０６，１１１，１１４，１１５，１１８，１３４，１５８，１８６，２４９，２５４，２８９，Ｃ．Ｉ．ベイシックレッド１，２，９，１２，１４，１７，１８，３７，Ｃ．Ｉ．フードレッド１４，Ｃ．Ｉ．リアクティブレッド２３，１８０，Ｃ．Ｉ．ソルベントレッド５，１６，１７，１８，１９，２２，２３，１４３，１４５，１４６，１４９，１５０，１５１，１５７，１５８；
Ｃ．Ｉ．ダイレクトブルー１，２，６，１５，２２，２５，４１，７１，７６，７８，８６，８７，９０，９８，１６３，１６５，１９９，２０２，Ｃ．Ｉ．アシッドブルー１，７，９，２２，２３，２５，２９，４０，４１，４３，４５，７８，８０，８２，９２，９３，１２７，２４９，Ｃ．Ｉ．ベイシックブルー１，３，５，７，９，２２，２４，２５，２６，２８，２９，Ｃ．Ｉ．フードブルー２，Ｃ．Ｉ．ソルベントブルー２２，６３，７８，８３〜８６，１９１，１９４，１９５，１０４；
Ｃ．Ｉ．ダイレクトブラック２，７，１９，２２，２４，３２，３８，５１，５６，６３，７１，７４，７５，７７，１０８，１５４，１６８，１７１，Ｃ．Ｉ．アシッドブラック１，２，７，２４，２６，２９，３１，４４，４８，５０，５２，９４，Ｃ．Ｉ．ベイシックブラック２，８，Ｃ．Ｉ．フードブラック１，２，Ｃ．Ｉ．リアクティブブラック３１；
Ｃ．Ｉ．フードバイオレット２，Ｃ．Ｉ．ソルベントバイオレット３１，３３，３７；
Ｃ．Ｉ．ソルベントグリーン２４，２５；
Ｃ．Ｉ．ソルベントブラウン３，９
等が挙げられる。
これらの染料は，単独で使用しても、或いは所望とする色を得るために混合して使用してもよい。
【０１４９】
染料としては、イオン性高分子ゲルに固定化するために、不飽和二重結合基などの重合可能な基を有した構造の染料やイオン性高分子ゲルと反応可能ないわゆる反応性染料などが好ましく使用される。
【０１５０】
イオン性高分子ゲル中に含有させる染料の好ましい濃度は、乾燥状態の高分子ゲルに対して、２質量％〜７０質量％の範囲であり、特に好ましくは５質量％〜５０質量％の範囲である。この範囲の染料濃度であると、良好な調光作用や強度を有する高分子ゲルとなる。
【０１５１】
一方、高分子ゲルに含有する顔料としては、無機系顔料、有機系顔料などが好ましい。
顔料の好適な具体例としては、黒色顔料であるブロンズ粉、チタンブラック、各種カーボンブラック（チャネルブラック、ファーネスブラック等）、白色顔料である酸化チタン、シリカなどの金属酸化物、炭酸カルシウムや金属紛などの光散乱材、カラー顔料である例えばフタロシアニン系のシアン顔料、ベンジジン系のイエロー顔料、ローダミン系のマゼンタ顔料、あるいはこの他にもアントラキノン系、アゾ系、アゾ金属錯体、フタロシアニン系、キナクリドン系、ペリレン系、インジゴ系、イソインドリノン系、キナクリドン系、アリルアミド系、硫化亜鉛などの各種顔料や光散乱材を挙げることができる。
【０１５２】
例えば、イエロー系顔料としては、縮合アゾ化合物、イソインドリノン化合物、アンスラキノン化合物、アゾ金属錯体、メチン化合物、アリルアミド化合物に代表される化合物が用いられる。より詳細には、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー１２，１３，１４，１５，１７，６２，７４，８３，９３，９４，９５，１０９，１１０，１１１，１２８，１２９，１４７，１６８等が好適に用いられる。
また、マゼンタ系顔料としては，縮合アゾ化合物，ジケトピロロピロール化合物、アンスラキノン、キナクリドン化合物、塩基染料レーキ化合物、ナフトール化合物、ベンズイミダゾロン化合物、チオインジゴ化合物、ペリレン化合物が用いられる。より詳細には、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド２，３，５，６，７，２３，４８；２，４８；３，４８；４，５７；１，８１；１，１４４，１４６，１６６，１６９，１７７，１８４，１８５，２０２，２０６，２２０，２２１，２５４が特に好ましい。
シアン系顔料としては、銅フタロシアニン化合物及びその誘導体、アンスラキノン化合物、塩基染料レーキ化合物等が利用できる。具体的には、例えば顔料としては、Ｃ．Ｉ．ピグメントブルー１，７，１５，１５：１，１５：２，１５；３，１５：４，６０，６２，６６等が特に好適に利用できる。
【０１５３】
当該顔料としては、特に光吸収係数が高いものが望ましい。
また、顔料の好適な粒径は、１次粒子の平均粒径で０．００１μｍ〜１μｍである。より好ましい粒径は０．０１μｍ〜０．５μｍである。上記粒径範囲内であれば、高分子ゲルの網目内に顔料が留まって溶出し難くなり、また、発色濃度も低下し難い。
【０１５４】
また、これらの顔料において、分子内に酸基、水酸基、アミノ基、チオール基、ハロゲン、ニトロ基、カルボニル基など極性基をもち、高分子ゲル内において色材濃度が高い場合に凝集体を形成しやすい特性のものも好ましく使用される。
【０１５５】
顔料は、イオン性高分子ゲルの網目に極力、均一な分散状態として含有され、当該網目から流出しないことが好適である。そのためにはイオン性高分子ゲルの架橋密度を最適化して顔料や光散乱材を高分子網目中に物理的に閉じ込めること、イオン性高分子ゲルとの電気的、イオン的、その他物理的な相互作用が高い顔料や光散乱材を用いること、表面を化学修飾した顔料や光散乱材を用いることなどが好ましい。
具体的には、例えば、表面を化学修飾した顔料や光散乱材としては、表面にビニル基などの不飽和基や不対電子（ラジカル）などのイオン性高分子ゲルと化学結合する基を導入したものや、高分子材料をグラフト結合したもの、表面を高分子等で被覆あるいはカプセル化されたものなどが挙げられる。
【０１５６】
含有される顔料の量は、飽和吸収濃度以上の濃度とすることが好ましい。
ここで、飽和吸収濃度以上とは、一般的な高い吸収係数を有する顔料を用いる場合において高分子ゲルが収縮した、すなわち外的刺激によりほとんど液体を吸収していない状態の高分子ゲル（あるいは乾燥状態の高分子ゲル）中における、一つの指標として各々の顔料粒子同士の平均間隔が、
（１／２）・λ・・・・・（１）  〔λ：光の波長〕
以下となるように含有されている状態であることをいう。
【０１５７】
高分子ゲルにおいてこのような間隔で顔料粒子が含有されている状態を形成すると、波長λの光が顔料粒子間に侵入できなくなるため顔料粒子の光吸収の働きが１粒子的なものから、集合体的なものに変化し、光吸収の効率が変化するものとなる。このように顔料粒子が集合体的な光吸特性を示す状態になる状態を飽和吸収濃度以上の顔料を含む状態と呼ぶ。
また、飽和吸収濃度以上という定義を別の特性で表現すれば、特定の光路長のもとにおける顔料濃度と光学濃度（あるいは光吸収量）の関係が１次直線の関係から大きく乖離するような顔料濃度である。
したがって、可視光の波長に対して、飽和吸収濃度以上になるためには、可視光波長λは４００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲であるので、乾燥状態の高分子ゲル中で、顔料粒子の間隔は、０．２μｍ以下となることが好ましい。
また、顔料粒子と高分子ゲルとの比重が同一であり、かつ、顔料粒子の平均粒径が０．１μｍ以下である場合には、飽和吸収濃度以上となるためには、顔料の好ましい濃度としては、顔料が乾燥状態の高分子ゲル中に約３質量％以上含有されることが１つの目安となる。しかしながら、これは１つの目安であって、顔料の粒径や吸光係数によって種々変化するものである。
【０１５８】
このような飽和吸収濃度以上の状態を実現するためには、顔料の吸光係数にも依存するがイオン性高分子ゲルに含有させる顔料濃度は一般に、乾燥状態の高分子ゲルに対して、５質量％〜９５質量％の範囲が好ましく、より好ましくは１０質量％〜９５質量％の範囲である。顔料の濃度が上記範囲内にあると、飽和吸収濃度以上となって体積変化による色濃度変化が現れ、十分なコントラストが得られる。また、高分子ゲルの膨潤・収縮が応答よく進行し、体積変化量も低下し難い。
【０１５９】
顔料を内包するイオン性高分子ゲルは、架橋前の高分子に顔料を均一に分散、混合した後に架橋する方法や重合時に高分子前駆体モノマー組成物に顔料を添加して重合する方法によって製造することができる。重合時において顔料を添加する場合には前記したように重合性基や不対電子（ラジカル）をもつ顔料を使用し、化学結合することも好ましい。
また、顔料は極力均一に分散されていることが好ましい。特に、高分子への分散に際して、機械的混練法、攪拌法やあるいは分散剤などを利用して均一に分散させることが望ましい。
【０１６０】
飽和吸収濃度以上の顔料を含むイオン性高分子ゲル（以下「発色材料」と称する場合がある）の調光原理について図２を用いて説明する。
図２（ａ）は膨潤状態の発色材料を粒子状形態として表したものである。図２中、顔料２５は構成材料である高分子ゲル２０の液体膨潤体中に均一に拡散、分散されていることが好ましい。均一に分散されていることで、顔料２５は光４０を効率良く吸収し発色材料の光吸収効率は高くなる。
【０１６１】
一方、図２（ｂ）は収縮状態をあらわす。図中、高分子ゲルが収縮することで光を吸収する面積が小さくなり、光吸収量が低下する。さらに顔料２５は高分子ゲルの体積収縮によって顔料密度が高まり、顔料の凝集が引き起こされる。これによって、飽和吸収濃度以上の顔料濃度となり、顔料の単位量当たりの光吸収量が低下し、結果として発色材料の光吸収効率が低下する。つまり、顔料が凝集することによって一定以上大きさの凝集体を形成すると、凝集体の表面に存在する顔料２５Ａは光を吸収するが凝集体内部の顔料２５Ｂは光吸収に関与しなくなり、顔料の単位量当たりの光吸収量が低下してしまうと考えられる。
【０１６２】
また、高分子ゲルが収縮すると不均一な構造を形成し膨潤時に比べて光散乱性が高まることも知られ、特に高分子ゲルの表面における光散乱によって顔料の光吸収能力や色純度を低下させる作用も考えられる。これらの作用が複合化されて高分子ゲルの膨潤時と収縮時で大きな光吸収量の差が生じ、これによって色濃度が変化するものと考えられる。
つまり、顔料を含有する高分子ゲルからなる材料の体積変化によって発色濃度を種々制御することができる。また、本発色材料では、その体積を段階的に変化させることが可能であり、これによって種々光学濃度の中間色を表現することも可能である。
【０１６３】
２）その他の添加剤
本発明の高分子ゲル含有組成物には、ベンゾフェノン系、ベンゾトリアゾール系、ベンゾエート系等の紫外線吸収剤、フェノール系、有機硫黄系、リン系、アミン系等の酸化防止剤、光安定化剤、ケイソウ土、タルク、カオリン、焼成カオリン、重質炭酸カルシウム、沈降炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、二酸化チタン、硫酸バリウム、硫酸亜鉛、非晶質シリカ、非晶質ケイ酸カルシウム、コロイダルシリカ等の無機顔料、メラミン樹脂フィラー、尿素−ホルマリン樹脂フィラー、ポリエチレンパウダー、ナイロンパウダー等の有機顔料、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム等の高級脂肪酸金属塩、ステアリン酸アミド等の高級脂肪酸アミド、パラフィン、ポリエチレンワックス、酸化ポリエチレン、カスターワックス等の滑剤、アニオン性、ノニオン性の高分子量の化合物を含む界面活性剤、蛍光染料、消泡剤、レベリング剤などを添加してもよい。
【０１６４】
＜光学素子＞
次に、本発明の高分子ゲル含有組成物を用いた光学素子（本発明の調光デバイスを含む。以下「本発明の光学素子」と称する。）について説明する。
本発明の光学素子は、基材上に本発明の高分子ゲル含有組成物を層状に形成し、あるいは一対の基材間に本発明の高分子ゲル含有組成物を層状に挟持することで光学素子とする。
【０１６５】
本発明の光学素子には、表示素子、記録素子、光変調素子、調光デバイスなどの用途とする場合、電界付与手段を備える。
一般的な電界付与手段としては、一対の電極などを利用することができ、これら電極をパターン化、セグメント化させて任意の部位を調光させることも好ましく実施される。また、これらのパターンに対応して特定の特性のイオン性高分子ゲルを配置することも好ましく実施される。
【０１６６】
本発明の光学素子において、イオン性高分子ゲルは、上述のように、電極上に固定化されていることが好ましい。また、その固定化は、電極が複数ある場合にはすべての電極上に施されていても構わない。
【０１６７】
このようなイオン性高分子ゲルの固定化は、種々の二官能性化合物や接着剤を利用することや、あるいは物理的な手段で行うことができる。具体的には、例えば、反応性シランカップリング材により電極基板をあらかじめ処理することで官能基を導入し、これとイオン性高分子ゲルの官能基とを反応させることにより共有結合させることが可能である。その他にも、種々の多官能性化合物や接着剤により固定する方法や基板上を立体的に加工して、イオン性高分子ゲルを物理的に固定化することも可能である。
なお、イオン性高分子ゲルの固定化においては電極（基板）と密着させすぎると、応答特性が低下する場合があるため、空間を空けるために基板等の表面を立体的に加工し、その凸部に結合させる手段や長鎖化合物を介することで、イオン性高分子ゲルを結合させる手段も好ましく施される。
【０１６８】
本発明の光学素子において、高分子ゲル含有組成物の配置（封入）位置、即ち調光層は密閉されてなる構成であることが好ましい。調光層が密閉されてなることで、調光層（高分子ゲル含有組成物）が外気と触れなくなり、劣化を防止することができる。このような構成は、例えば、電極間に挟持した調光層を樹脂封止させる、セル状にした電極間に調光層を配置する等して行うことができる。
【０１６９】
本発明の光学素子には、様々な層を更に形成してもかまわない。例えば、光学素子の保護を目的とした保護層、防汚染層、紫外線吸収層、帯電防止層、光反射層、誘電層、カラーフィルター等の着色層等が挙げられる。
【０１７０】
以下、本発明の光学素子の構成について、図３を参照しつつ説明する。なお、同様の機能を有する部材には、全図面通して同じ符合を付与し、その説明を省略する。
【０１７１】
図３は、本発明の光学素子の一例を示す概略構成図である。図３に示す光学素子は、基板１４、１６上に電極１０、１２を備える一対の電極基板を対向させ、その電極基板間（セル）内部に、イオン性高分子ゲル粒子２０と疎水性溶媒３０とを封入する構成である。なお、電極基板の少なくとも一方は透明であり、調光デバイスとして利用する場合には、両方が透明であることが好ましい。
さらに、一対の電極基板間を一定の間隔を持たせるためにスペーサ５０が設けられている。このときイオン性高分子ゲル２０は、電極基板１２表面に固定されている。
【０１７２】
電極基板における基板１４，１６の部材としては、ポリエステル、ポリイミド、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリアミド、ナイロン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリカーボネート、ポリエーテルスルフォン、シリコーン樹脂、ポリアセタール樹脂、フッ素樹脂、セルロース誘導体、ポリオレフィンなどの高分子のフイルムや板状基板、ガラス基板、金属基板、セラミック基板等の無機基板などが好ましく用いられる。
また、調光デバイスなどの透過型の光学素子として用いる場合には、少なくとも５０％以上の光透過率を有する基板部材が好ましく用いられる。
【０１７３】
電極１０，１２としては、酸化錫−酸化インジウム（ＩＴＯ）、酸化錫、酸化亜鉛などに代表される金属酸化物層が形成されたものが好ましく用いられる。少なくとも５０％以上の光透過率を有する透明電極が好ましく用いられる。また、反射型光学素子用途の場合、観察方向から見て遠い方の電極基板上に設けられる通電部材としては、酸化錫−酸化インジウム（ＩＴＯ）、酸化錫、酸化亜鉛などに代表される金属酸化物層の他に、導電性高分子や、カーボン、銅、アルミニウム、金、銀、ニッケル、プラチナなどに代表される金属層を用いることができる。
【０１７４】
電極基板の厚みや大きさは所望の光学素子（表示素子）によって様々なものが利用でき、特に限定はないが、厚みの好ましい範囲は１０μｍから２０ｎｍである。電極基板ともに透明電極とした場合には透過型の表示素子としても利用することができる。
【０１７５】
図３には一対の基板間に封入された構成を一例として示したが、図３のような構成が複数積層されたものでも構わない。色の異なる顔料（調光用材料）を含有したイオン性高分子ゲルを封入した層を積層することにより、積層型カラー表示素子に利用することが可能である。
複数色を用いる場合は、光学素子の平面上に着色高分子ゲルと顔料との組合わせが異なる複数異なる色を発色するセグメントを設けることでフルカラーの発色や表示を行なうことも可能である。
【０１７６】
また、光学素子（表示素子）の用途に応じて、電極基板には、配線、薄膜トランジスタ、金属・絶縁層・金属構造を持つダイオード、バリアブルコンデンサ、強誘電体等の駆動用スイッチング素子を形成しても構わない。一般に表示用途として画像表示する場合は、パターン化された電極を持つ構成において、所望のパターンに通電し、パターン上のイオン性高分子ゲルを体積変化させることにより実現できる。さらにカラー表示を行う場合も、複数の異なる色のイオン性高分子ゲルを各パターン上に固定化し、種々のパターンに選択的に通電することによって実現可能である。
【０１７７】
＜用途＞
本発明の高分子ゲルは、膨潤・収縮率が大きく、表示や調光の用途に好適である。よって、この高分子ゲルを含む高分子ゲル含有組成物は、光の透過量を調節する調光素子やフィルター、さらには画像を表示する表示素子などの光学素子に好適に利用できる。
本発明の高分子ゲル含有組成物では疎水性溶媒を用いる。この高分子ゲル含有組成物を用いた本発明の光学素子では電極の腐食などを抑えることができ、安定した表示や調光が可能である。また疎水性溶媒は通電しないため、本発明の光学素子では消費電力を節約でき、実効電圧を高めることができる。以上から、本発明の高分子ゲル含有組成物を用いた光学素子は、大面積化に適する。
【実施例】
【０１７８】
以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、試薬、物質量とその割合、操作等は本発明の主旨から逸脱しない限り適宜変更することができる。従って本発明の範囲は以下の実施例に制限されるものではない。
【０１７９】
［合成例１］
＜モノマーの合成＞
下記化合物−１を下記スキームに従い合成した。
【０１８０】
【化１３】
2009242732.tif 000015
【０１８１】
（ステップ１）
３−ブロモ−１−プロパノール（上記化合物−１ａ）（１９．９ｇ、１４３ｍｍｏｌ）及びトリｎ−ドデシルアミン（１４９ｇ、２８６ｍｍｏｌ）を無溶媒状態で１２０℃にて９時間攪拌した。室温に冷却して得られた白色固体を濾別後、酢酸エチルにて洗浄し、化合物−１ｂを定量的に得た。
【０１８２】
（ステップ２）
上記で得られた化合物−１ｂ（３１．４ｇ、４７．５ｍｍｏｌ）及びトリエチルアミン（５．７７ｇ、５７．０ｍｍｏｌ）を塩化メチレン１４７ｍｌに溶解させ、氷冷窒素雰囲気下、メタクリル酸クロリド（５．４６ｇ、５２．２ｍｍｏｌ）をゆっくりと滴下した。室温にて２時間攪拌した後、２００ｍｌの水を加え、分液操作を行った。その後、溶媒を留去して化合物−１ｃを得た。
【０１８３】
（ステップ３）
上記で得られた化合物−１ｃ（２６．９ｇ、３６．９ｍｍｏｌ）を１５０ｍｌの塩化メチレンに溶解させ、テトラフェニルホウ酸ナトリウム（２８．３ｇ、８２．８ｍｍｏｌ）及び水７５ｍｌを加え、二相系にて室温で７時間攪拌を行った。反応液に水２００ｍｌを加えた後、塩化メチレンにて分液操作を行った。抽出液を水にて洗浄し、化合物−１を得た。
【０１８４】
［合成例２］
＜モノマーの合成＞
下記化合物−２を下記スキームに従い合成した。
【化１４】
2009242732.tif 000016
【０１８５】
（ステップ１）
上記化合物−２ａ（１０．０ｇ、１２２ｍｍｏｌ）を２４０ｍｌのテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）溶媒に溶解させ、その後窒素雰囲気にて氷冷下攪拌しながらゆっくりと水素化ナトリウム（４．８７ｇ、１２２ｍｍｏｌ）を添加し、氷冷下にて３０分間攪拌した。室温にて１−ブロモオクタデカン（４２．６ｇ、１２８ｍｍｏｌ）を加えた後、６０℃にて４時間攪拌した。反応溶液に水３００ｍｌを加えた後、酢酸エチルにて抽出を行い、飽和食塩水にて洗浄を行った後、無水硫酸マグネシウムにて乾燥を行った。溶媒を留去した後、シリカゲルカラムクロマトグラフィー（溶媒：ヘキサン／酢酸エチル＝１０／１）にて精製し、化合物−２ｂ（４０．７ｇ）を得た。
【０１８６】
（ステップ２）
上記で得られた化合物−２ｂ（４０．１ｇ、１２０ｍｍｏｌ）及び３−ブロモ−１−プロパノール（１６．７ｇ、１２０ｍｍｏｌ）を無溶媒状態で１１０℃にて１０時間攪拌した。室温に冷却後、得られたロウ状の固体をトルエンにて洗浄し、シリカゲルクロマトグラフィーにより精製を行い、化合物−２ｃを得た
【０１８７】
（ステップ３）
上記で得られた化合物−２ｃ（３６．３ｇ、７６．６ｍｍｏｌ）及びトリエチルアミン（９．２３ｇ、９１．９ｍｍｏｌ）を塩化メチレン１５０ｍｌに溶解させ、氷冷窒素雰囲気下、メタクリル酸クロリド（８．４１ｇ、８０．５ｍｍｏｌ）をゆっくりと滴下した。室温にて２時間攪拌した後、１５０ｍｌの水を加え、分液操作を行った。その後、溶媒を留去して化合物−２ｄを得た。
【０１８８】
（ステップ４）
上記で得られた化合物−２ｄ（３８．５ｇ、７１．１ｍｍｏｌ）を１７０ｍｌの塩化メチレンに溶解させ、テトラフェニルホウ酸ナトリウム（３１．６ｇ、９２．４ｍｍｏｌ）および水６０ｍｌを加え、二相系にて室温で９時間攪拌を行った。反応液に水２００ｍｌを加えた後、塩化メチレンにて分液操作を行った。抽出液を水にて洗浄し、化合物−２を得た。
【０１８９】
［実施例１］
＜顔料を含まない高分子ゲルの作製＞
電界により膨潤及び収縮する高分子ゲル粒子を、下記スキームに示す順相懸濁重合法により作製した。
【０１９０】
【化１５】
2009242732.tif 000017
【０１９１】
モノマーとして合成例１で合成した化合物−１（１．８９ｇ、１．９５ｍｍｏｌ）、オクタデシルメタクリレート（１．５４ｇ、４．５５ｍｍｏｌ）、架橋剤としてエチレングリコールジメタクリレート（１２．９ｍｇ、０．０６５ｍｍｏｌ）を脱気したトルエン３ｍｌに溶解し、窒素雰囲気下室温にて１５分間攪拌した。その後、重合開始剤としてＶ−６５（１６．１ｍｇ、０．０６５ｍｍｏｌ）（和光純薬工業社製）を添加し、室温窒素雰囲気下にて５分間攪拌した。
一方で、この反応液とは別の容器にポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）２質量％水溶液７０ｍｌ及びドデシル硫酸ナトリウム（３００ｍｇ）を室温窒素雰囲気下にて激しく攪拌（６００ｒｐｍ）し、この水溶液中に前述のモノマー類を含有するトルエン溶液を滴下した。室温にて３分間（回転数：６００ｒｐｍ）にて攪拌した後、回転数２００ｒｐｍにて６０℃で５時間攪拌を行った。
その後、反応液を遠心分離機により溶液と固形分とに分離し、ゲル上の固形分のみを取り出した。この固形分を、水、エタノールおよびアイソパーＭ（登録商標、エクソンモービル社製、屈折率：１．４５）にて洗浄し、高分子ゲル粒子を作製した。得られた高分子ゲル粒子の屈折率は１．５１であった。
【０１９２】
［実施例２］
＜顔料を含まない高分子ゲルの作製＞
ＰＥＯ基を有する高分子ゲル粒子の作製に関しては、実施例１においてモノマー成分を次の組成に変更した以外は、実施例１と同様の方法により作製した。得られた高分子ゲル粒子の屈折率は１．４４であった。
【０１９３】
（モノマー組成）
・エチレングリコールモノメチルエーテル  モノメタクリレート（商品名：ＮＫエステルＭ４０Ｇ：新中村化学工業株式会社製）・・・２６９ｍｇ（０．９７５ｍｍｏｌ）
・合成例２で合成した化合物−２・・・１．８９ｇ（１．９５ｍｍｏｌ）
・オクダデシルメタクリレート・・・１．２１ｇ（３．５８ｍｍｏｌ）
・架橋剤としてエチレングリコールジメタクリレート・・・１２．９ｍｇ（０．０６５ｍｍｏｌ）
【０１９４】
［実施例３］
＜顔料を含む高分子ゲル粒子の作製＞
顔料を含みＰＥＯ基を有する高分子ゲル粒子を、下記スキームに示す順相懸濁重合法により作製した。
【０１９５】
【化１６】
2009242732.tif 000018
【０１９６】
まず、懸濁重合法によるゲル粒子作製に先立って、顔料分散液を調液した。
銅フタロシアニン系青色顔料（３．０ｇ）、溶媒としてアイソパーＭ（登録商標、エクソンモービル社製）および分散剤としてソルスパース１７０００（アビシア社製）を加え、超音波ホモジナイザーを用いて顔料を分散させ、顔料を１０質量％含む顔料分散液を調液した。
【０１９７】
上記で調液した顔料分散液（３．０ｍｌ）に対して、上記合成例２で合成した化合物−２（１．５２ｇ、１．９５ｍｍｏｌ）、他のモノマーとしてオクダデシルメタクリレート（１．２１ｇ、３．５８ｍｍｏｌ）及びエチレングリコールモノメチルエーテル  モノメタクリレート（商品名：ＮＫエステルＭ４０Ｇ：新中村化学工業株式会社製）（２６９ｍｇ、０．９７５ｍｍｏｌ）、架橋剤としてエチレングリコールジメタクリレート（１２．９ｍｇ、０．０６５ｍｍｏｌ）を添加し、窒素雰囲気下室温にて１５分間攪拌した。
その後、重合開始剤としてＶ−６５（１６．１ｍｇ、０．０６５ｍｍｏｌ）を添加し、室温窒素雰囲気下にて５分間攪拌した。
【０１９８】
一方で、この反応液とは別の容器にポリビニルピロリドン２質量％水溶液７０ｍｌおよびドデシル硫酸ナトリウム（３００ｍｇ）を室温窒素雰囲気下にて激しく攪拌（６００ｒｐｍ）し、この水溶液中に前述の顔料及びモノマー類を含有するアイソパーＭ溶液を滴下した。室温にて３分間（回転数：６００ｒｐｍ）にて攪拌した後、回転数２００ｒｐｍにて６０℃で５時間攪拌を行った。
その後、反応液を遠心分離機により溶液と固形分とに分離し、ゲル上の固形分のみを取り出した。この固形分を、水、エタノールおよびアイソパーＭ（登録商標、エクソンモービル社製）にて洗浄し、顔料を含む高分子ゲル粒子を作製した。
【０１９９】
［実施例４］
（電圧駆動によるゲル粒子の体積変化）
上記実施例１又は２で得られた高分子ゲル粒子にアイソパーＭ（登録商標、エクソンモービル社製、比誘電率：１．９）を加え、１質量％の該高分子ゲルを含有するアイソパーＭ分散液−１及び２を調製した。
大きさ２０ｍｍ×２０ｍｍの透明電極（ＩＴＯ：酸化錫―酸化インジウム）基板上に同じ大きさの電極基板を備える対向基板を準備し、この表面に７５μｍの樹脂スペーサ（基板間距離が７５μｍ）を電極面に内向させて配置し、一部の溶液注入開口部を除き外周部を熱接着剤で封止しセルを作製した。
上記セル内部に前記アイソパーＭ分散液−１又は２を注入後、開口部を封止してゲル粒子の体積変化評価用の素子−１及び２を作製した。なお、高分子ゲルの電極への固定は、重力沈降によるゲル粒子表面とガラス基板との物理吸着によって行なった。
【０２００】
得られた評価用素子−１及び２について光学顕微鏡で観察したところ、電極基板に対し高分子ゲル粒子が単層状態で配置されていることが確認された。
【０２０１】
上記評価用素子−１及び２の対向させた電極間に１００Ｖの直流電圧を印加すると、高分子ゲル粒子の体積が変化した。背面基板（高分子ゲル粒子が吸着している面）がアノード（陽極）となるときには高分子ゲル粒子は膨潤した。逆に、背面基板がカソード（陰極）となるときには高分子ゲル粒子は収縮した。
【０２０２】
評価用素子−１の高分子ゲル粒子１０個の大きさを光学顕微鏡で測定したところ、膨潤時の平均粒径（直径）は２５μｍであり、収縮時の平均粒径は２０μｍであり、膨潤比（膨潤時の体積／収縮時の面積比）は、１．５６であった。
なお、膨潤／収縮時のゲルの粒径測定に関しては、１分間電圧を印加したときのゲルの状態を測定したものである。
【０２０３】
評価用素子−１における高分子ゲルの応答速度を測定したところ、１００ｍｓであった
。この応答速度は、電圧を印加し始めてから膨潤／収縮が完了するまでの時間を、動画のスローモーション再生画像から目視で算出した。１Ｈｚの交流電圧の極性反転１０回分の平均値である。
【０２０４】
また、評価用素子−２の高分子ゲル粒子１０個の大きさを電子顕微鏡で測定したところ、膨潤時の平均粒径は３４μｍであり、収縮時の平均粒径は２２μｍであり、膨潤比（面積比）は、２．３９であった。
評価用素子−２における高分子ゲルの応答速度を上記方法で測定したところ、１００ｍｓであった
【０２０５】
評価用素子−１及び２の高分子ゲル粒子は、膨潤・収縮を１万回繰り返しても、膨潤比（面積比）がそれぞれ１．５６、２．３９であった。
【０２０６】
なお、評価用素子−１及び２において、電圧を印加したときに電極間に流れた電流量は１μＡ／ｃｍ２以下（検出限界以下）であった。
【０２０７】
［実施例５］
（電圧駆動による調光性能）
実施例３で得られた顔料を分散させた高分子ゲル粒子にアイソパーＭ（登録商標、エクソンモービル社製）を加え、１質量％の該高分子ゲルを含有するアイソパーＭ分散液−３を調製した。
大きさ２０ｍｍ×２０ｍｍの透明電極（ＩＴＯ）基板上に同じ大きさの電極基板を備える対向基板を準備し、この表面に７５μｍの樹脂スペーサ（基板間距離が７５μｍ）を電極面に内向させて配置し、一部の溶液注入開口部を除き外周部を熱接着剤で封止しセルを作製した。
上記セル内部にアイソパーＭ分散液−３を注入後、開口部を封止し光学素子（調光セル）−３を作製した。
【０２０８】
得られた光学素子−３について光学顕微鏡で観察したところ、電極基板に対し高分子ゲル粒子が単層状態で配置されていることが確認された。
【０２０９】
得られた光学素子−３は、対向させた電極間に７５Ｖの直流電圧を印加することで、高分子ゲル粒子の体積が変化した。背面基板（高分子ゲル粒子が吸着している面）がアノード（陽極）となるときには高分子ゲル粒子は膨潤し、青色に着色した。逆に、背面基板がカソード（陰極）となるときには高分子ゲル粒子は収縮し、透過光が増加したことにより透明に変化した。
高分子ゲル粒子１０個の大きさを電子顕微鏡で測定したところ、膨潤時の平均粒径は４４μｍであり、収縮時の平均粒径は２１μｍであり、膨潤比（面積比）は、４．３９であった。
【０２１０】
評価用素子−３の高分子ゲル粒子は、膨潤・収縮を１万回繰り返しても、膨潤比は４．３９であった。
【０２１１】
更に、その応答速度を実施例４と同様の方法で測定したところ、１００ｍｓであった。なお、この時対向させた電極間に流れた電流量は１μＡ／ｃｍ２以下（検出限界以下）であった。
【０２１２】
ゲル粒子の膨潤時（着色時）および収縮時（消光時）における調光素子のコントラスト比を、評価用素子の可視光透過率によって測定したところ、４．０であった。
電圧印加による体積変化の挙動は可逆的であり、交流による１万回の電極反転（サイクル：１Ｈｚ）を繰り返しても調光性能（コントラスト比、応答速度）の変化、溶媒の着色、透明電極の腐食、顔料のゲル粒子からの漏れ出し等の問題点は確認されなかった。
【０２１３】
［比較例１］
イオン性基を含有しない高分子ゲル粒子を以下に示すような順相懸濁重合法により作製した。
モノマーとしてオクダデシルメタクリレート（３．０８ｇ、９．１０ｍｍｏｌ）、架橋剤としてエチレングリコールジメタクリレート（１８．１ｍｇ、０．０９１ｍｍｏｌ）を脱気したトルエン３ｍｌに溶解し、窒素雰囲気下室温にて１５分間攪拌した。その後、重合開始剤としてＶ−６５（２２．５ｍｇ、０．０９１ｍｍｏｌ）を添加し、室温窒素雰囲気下にて５分間攪拌した。
【０２１４】
一方で、この反応液とは別の容器にポリビニルピロリドン２質量％水溶液７０ｍｌおよびドデシル硫酸ナトリウム（３００ｍｇ）を室温窒素雰囲気下にて激しく攪拌（６００ｒｐｍ）し、この水溶液中に前述のモノマー類を含有するトルエン溶液を滴下した。室温にて３分間（回転数：６００ｒｐｍ）にて攪拌した後、回転数２００ｒｐｍにて６０℃で５時間攪拌を行った。
その後、反応液を遠心分離機により溶液と固形分とに分離し、ゲル上の固形分のみを取り出した。この固形分を、水、エタノールおよびアイソパーＭ（登録商標、エクソンモービル社製）にて洗浄し、目的とするゲル粒子を作製した。
【０２１５】
得られたゲル粒子を用い、実施例４に記載の方法に従ってアイソパーＭ（登録商標、エクソンモービル社製）を分散液とする比較の光学素子−１を作製した。この光学素子の対向させた電極間に１５０Ｖの直流電圧を印加したが、高分子ゲル粒子の体積変化は観測されなかった。
【０２１６】
［比較例２］
特開２００３−１４７２２１号公報の実施例３（段落番号［００５２］〜［００５３］）に従って顔料を含有する高分子ゲル粒子を作製した。このゲル粒子を用いて前記実施例５と同様の方法により、非極性のアイソパーＭ（登録商標、エクソンモービル社製）を溶媒として含有する比較の光学素子−２を作製した。
【０２１７】
得られた比較の光学素子−２の電極間に１５０Ｖの直流電圧を印加したが、ゲル粒子の体積変化は観測されなかった。この結果より、非極性溶媒中での電界駆動に関しては、本発明で得られたイオン性高分子ゲルにおいて優れた調光性能を示すことが明らかになった。
【０２１８】
以上の結果を下記表１に示す。
【０２１９】
【表１】
2009242732.tif 000019
【０２２０】
上表中、アイソパーＭは、エクソンモービル社製の登録商標であり本発明における疎水性溶媒である。以下の表中のアイソパーＭも同様である。
【０２２１】
［比較例３］
親水性溶媒中で駆動する高分子ゲル粒子を以下に示すように作製した。
モノマーとしてアクリル酸１６ｇ、架橋剤としてメチレンビスアクリルアミド０．０９ｇ、蒸留水２５ｍｌに溶解し、これに水酸化ナトリウム８ｇを混合してアクリル酸を中和したモノマー水溶液を調製し、フラスコ中に入れ、脱気、窒素置換した。
このモノマー混合物に過硫酸アンモニウム０．２ｇを重合開始剤として添加したものを、分散媒であるシクロヘキサン２００ｍｌに投入し、これを窒素置換した容器内に加え、ホモジナイザーで高速攪拌して乳化した。さらに、重合促進剤としてテトラメチルエチレンジアミン０．１ｍｌを添加し、３０℃で５時間重合を行った。
重合により生成した粒子を大量の蒸留水に投入し、これをろ過する操作を繰り返すことで精製を行い、高分子ゲル粒子を作製した。
【０２２２】
得られた親水性ゲル粒子を親水性の分散溶媒であるジメチルホルムアミド（ＤＭＦ、比誘電率３７）に添加し、前記実施例４に記載の方法と同様にして比較の評価用素子−３を作製した。
【０２２３】
この比較の評価用素子−３の対向させた電極間に１０Ｖの直流電圧を印加することで、親水性性高分子ゲル粒子の体積が変化した。親水性高分子ゲル粒子が吸着した側の電極がカソードとなるときにはイオン性高分子ゲル粒子は膨潤し、逆にアノードとなるときには収縮した。
但しこの場合、対向させた電極間に０．１９ｍＡの電流が流れ、約１分後に透明電極の腐食が発生した。電極が腐食した後には、親水性ゲル粒子の膨潤収縮は観測されなかった。
【０２２４】
［実施例６］
実施例５と同様にして、但し下記表２に示す高分子ゲルに変更して、調光素子を作製した。この調光素子の評価を実施例５と同様にして行なった。評価結果を表２に示す。
【０２２５】
【表２】
2009242732.tif 000020
【０２２６】
表２に示すように、調光素子４〜１４のいずれも、溶媒中に電流を流さず、電極の腐食が抑えられており、且つ高いコントラスト比および早い応答速度を実現している。更に、1万回の膨潤・収縮を繰り返しても、高い膨潤比を維持している。
特に、高分子ゲルとして、イオン性基としてアルキル置換イミダゾリウム基、疎水性基として直鎖のステアリル基、親水性基としてテトラエチレングリコールモノメチルエーテル基を導入した場合に、特に膨潤／収縮比（面積比）およびコントラスト比の点で優れていることが分かる。
【０２２７】
［実施例７］
実施例５と同様にして、但し下記表３に示す疎水性溶媒に変更して、調光素子を作製した。この調光素子の評価を実施例５と同様にして行なった。評価結果を表３に示す。
【０２２８】
【表３】
2009242732.tif 000021
【０２２９】
表３に示すように、疎水性溶媒を変更してもイオン性高分子ゲルは膨潤・収縮し、電極の腐食は発生せず、繰り返し安定的に調光することができた。
【図面の簡単な説明】
【０２３０】
【図１】図１（ａ）は、イオン性高分子ゲルが膨潤しているときの様子を説明する図であり、図１（ｂ）は、イオン性高分子ゲルが収縮しているときの様子を説明する図である。
【図２】図２（ａ）は膨潤状態のイオン性高分子ゲルを粒子状形態として表したものであり、図２（ｂ）は収縮状態を表す。
【図３】図３は、本発明の光学素子の一例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【０２３１】
１０，１２    電極
１４，１６    基板
２０          イオン性高分子ゲル
２５          顔料
３０          疎水性溶媒
４０          光
５０          スペーサ
【図２】
2009242732.tif 000024
【図３】
2009242732.tif 000025
【図１】
2009242732.tif 000026