DE102013004526A1 - PEDOT / surfactant complexes - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Dispersion, welche Komplexe aus einem Polythiophen und einem Tensid beinhaltet, wobei Thiophen-Monomere in einer wässrigen Phase in Gegenwart eines Tensides mittels eines organischen Peroxides oxidativ polymerisiert werden. Die vorliegende Erfindung betrifft auch die durch dieses Verfahren erhältlichen Dispersionen, eine Dispersionen, welche Komplexe aus einem Polythiophen und einem Tensid beinhaltet, ein Verfahren zur Herstellung einer elektrisch leitfähigen Schicht, die durch dieses erhältliche elektrisch leitfähige Schicht sowie die Verwendung der erfindungsgemäßen Dispersionen.The present invention relates to a method for producing a dispersion which contains complexes of a polythiophene and a surfactant, thiophene monomers being polymerized oxidatively in an aqueous phase in the presence of a surfactant by means of an organic peroxide. The present invention also relates to the dispersions obtainable by this process, a dispersion which contains complexes of a polythiophene and a surfactant, a process for producing an electrically conductive layer, the electrically conductive layer obtainable by this and the use of the dispersions according to the invention.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Dispersion, welche Komplexe aus einem Polythiophen und einem Tensid beinhaltet, die durch dieses Verfahren erhältliche Dispersion, eine Dispersion, beinhaltend Komplexe aus einem Polythiophen und einem Tensid, ein Verfahren zur Herstellung einer elektrisch leitfähigen Schicht, die durch dieses erhältliche elektrisch leitfähige Schicht sowie die Verwendung der erfindungsgemäßen Dispersionen.The present invention relates to a process for producing a dispersion which includes complexes of a polythiophene and a surfactant, the dispersion obtainable by this process, a dispersion including complexes of a polythiophene and a surfactant, a process for producing an electroconductive layer, by this available electrically conductive layer and the use of the dispersions of the invention.

Leitfähige Polymere gewinnen zunehmend an wirtschaftlicher Bedeutung, da Polymere gegenüber Metallen Vorteile bezüglich der Verarbeitbarkeit, des Gewichts und der gezielten Einstellung von Eigenschaften durch chemische Modifikation haben. Beispiele für bekannte π-konjugierte Polymere sind Polypyrrole, Polythiophene, Polyanilin, Polyacetylene, Polyphenylene und Poly(p-phenylen-vinylene). Schichten aus leitfähigen Polymeren werden technisch vielfältig eingesetzt, z. B. als polymere Gegenelektrode in Kondensatoren oder zur Durchkontaktierung von elektronischen Leiterplatten. Die Herstellung leitfähiger Polymere erfolgt chemisch oder elektrochemisch oxidativ aus monomeren Vorstufen, wie z. B. gegebenenfalls substituierten Thiophenen, Pyrrolen und Anilinen und deren jeweiligen gegebenenfalls oligomeren Derivaten. Insbesondere die chemisch oxidative Polymerisation ist weit verbreitet, da sie technisch einfach in einem flüssigen Medium bzw. auf vielfältigen Substraten zu realisieren ist.Conductive polymers are increasingly gaining in economic importance because polymers have advantages over metals in terms of processability, weight, and targeted chemical properties modification. Examples of known π-conjugated polymers are polypyrroles, polythiophenes, polyaniline, polyacetylenes, polyphenylenes and poly (p-phenylene-vinylenes). Layers of conductive polymers are used technically diverse, eg. B. as a polymeric counter electrode in capacitors or for the via of electronic circuit boards. The production of conductive polymers takes place chemically or electrochemically oxidatively from monomeric precursors, such as. B. optionally substituted thiophenes, pyrroles and anilines and their respective optionally oligomeric derivatives. In particular, the chemically oxidative polymerization is widespread because it is technically easy to implement in a liquid medium or on a variety of substrates.

Ein besonders wichtiges und technisch genutztes Polythiophen ist das beispielsweise in der EP 0 339 340 A2 beschriebene Poly(3,4-ethylendioxythiophen) (PEDOT oder PEDT), das durch chemische Polymerisation von 3,4-Ethylendioxythiophen (EDOT oder EDT) hergestellt wird und das in seiner oxidierten Form sehr hohe Leitfähigkeiten aufweist. Eine Übersicht über zahlreiche Poly(3,4-alkylendioxythiophen)-Derivate, insbesondere Poly(3,4-ethylendioxythiophen)-Derivate, deren Monomerbausteine, Synthesen und Anwendungen geben L. Groenendaal, F. Jonas, D. Freitag, H. Pielartzik & J. R. Reynolds, Adv. Mater. 12, (2000) S. 481–494 .A particularly important and technically used polythiophene is the example in the EP 0 339 340 A2 described poly (3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT or PEDT), which is prepared by chemical polymerization of 3,4-ethylenedioxythiophene (EDOT or EDT) and which has very high conductivities in its oxidized form. A review of numerous poly (3,4-alkylenedioxythiophene) derivatives, in particular poly (3,4-ethylenedioxythiophene) derivatives, their monomeric building blocks, Syntheses and applications are given by L. Groenendaal, F. Jonas, D. Freitag, H. Pielartzik & JR Reynolds, Adv. Mater. 12, (2000) pp. 481-494 ,

Besondere technische Bedeutung haben die beispielsweise in der EP 0 440 957 A2 offenbarten Dispersionen von PEDOT mit Polyanionen, wie z. B. Polystyrolsulfonsäure (PSS), erlangt. Aus diesen Dispersionen können transparente, leitfähige Filme erzeugt werden, die eine Vielzahl von Anwendungen gefunden haben, z. B. als antistatische Beschichtung oder als Lochinjektionsschicht in organischen Leuchtdioden (OLEDs) wie in der EP 1 227 529 A2 gezeigt.Special technical significance, for example, in the EP 0 440 957 A2 disclosed dispersions of PEDOT with polyanions such. As polystyrene sulfonic acid (PSS) obtained. From these dispersions transparent, conductive films can be produced, which have found a variety of applications, for. B. as an antistatic coating or hole injection layer in organic light-emitting diodes (OLEDs) as in EP 1 227 529 A2 shown.

Die Polymerisation von EDOT erfolgt dabei in einer wässrigen Lösung des Polyanions, und es entsteht ein Polyelektrolytkomplex. Kationische Polythiophene, die zur Ladungskompensation polymere Anionen als Gegenionen enthalten, werden in der Fachwelt auch oft als Polythiophen/Polyanion-Komplexe bezeichnet. Aufgrund der Polyelektrolyteigenschaften von PEDOT als Polykation und PSS als Polyanion stellt dieser Komplex dabei keine echte Lösung dar, sondern eher eine Dispersion. Inwieweit Polymere oder Teile der Polymere dabei gelöst oder dispergiert sind, hängt vom Massenverhältnis des Polykations und des Polyanions, von der Ladungsdichte der Polymere, von der Salzkonzentration der Umgebung und von der Natur des umgebenden Mediums ab ( V. Kabanov, Russian Chemical Reviews 74, 2005, 3–20 ). Die Übergänge können dabei fließend sein. Daher wird im Folgenden nicht zwischen den Begriffen „dispergiert” und „gelöst” unterschieden. Ebenso wenig wird zwischen „Dispersion” und „Lösung” oder zwischen „Dispersionsmittel” und „Lösungsmittel” unterschieden. Vielmehr werden diese Begriffe im Folgenden als gleichbedeutend verwendet.The polymerization of EDOT takes place in an aqueous solution of the polyanion, and a polyelectrolyte complex is formed. Cationic polythiophenes which contain polymeric anions as counterions for charge compensation are also often referred to in the art as polythiophene / polyanion complexes. Due to the polyelectrolyte properties of PEDOT as a polycation and PSS as a polyanion, this complex is not a real solution, but rather a dispersion. The extent to which polymers or parts of the polymers are dissolved or dispersed depends on the mass ratio of the polycation and the polyanion, on the charge density of the polymers, on the salt concentration of the environment and on the nature of the surrounding medium ( V. Kabanov, Russian Chemical Reviews 74, 2005, 3-20 ). The transitions can be fluent. Therefore, no distinction is made between the terms "dispersed" and "dissolved" below. Nor is there any distinction between "dispersion" and "solution" or between "dispersant" and "solvent". Rather, these terms are used in the following as synonymous.

Elektrisch leitfähige Polymere werden zunehmen auch in Lacksystemen eingesetzt. Da viele Lacksysteme jedoch auf unpolaren Lösungsmitteln basieren, besteht ein großer Bedarf an leitfähigen Polythiophenen, welche in unpolaren Lösungsmitteln gelöst oder dispergiert sind. Der Nachteil der aus dem Stand der Technik bekannten wässrigen PEDOT/PSS-Dispersionen besteht jedoch unter anderem darin, dass die PEDOT/PSS-Komplexe nur schwer in ein organisches Lösungsmittelsystem überführt werden können.Electrically conductive polymers are increasingly used in paint systems. However, since many coating systems are based on non-polar solvents, there is a great need for conductive polythiophenes which are dissolved or dispersed in nonpolar solvents. However, the disadvantage of the aqueous PEDOT / PSS dispersions known from the prior art is, inter alia, that the PEDOT / PSS complexes can be converted into an organic solvent system only with difficulty.

Weiterhin werden wässrige PEDOT/PSS-Dispersionen auch zur Herstellung von Feststoffelektrolyt-Schichten in Kondensatoren eingesetzt, wie die beispielsweise in der DE-A-10 2005 043829 beschrieben ist. Dazu wird ein poröser Elektrodenkörper eines Elektrodenmaterials (beispielsweise aus Aluminium oder Tantal) zur Bildung eines Dielektrikums, das die Oberfläche dieses Elektrodenmaterials bedeckt, anodisch oxidiert und anschließend wird der so erhaltene poröse Körper mit einer PEDOT/PSS-Dispersion imprägniert. Durch Trocknen wird sodann eine PEDOT/PSS-Schicht als Feststoffelektrolytschicht auf der Dielektrikumsschicht abgeschieden. Die aus dem Stand der Technik bekannten wässrigen PEDOT/PSS-Dispersionen sind jedoch durch einen vergleichsweise starken Anstieg der Viskosität bei einer Erhöhung des Feststoffgehaltes durch das schrittweise Trocknen der Dispersionen gekennzeichnet, was eine gleichmäßige Beschichtung der Porenwände mit dem leitfähigen Polymer bei dem in der DE-A-10 2005 043829 beschriebenen Verfahren erschwert.Furthermore, aqueous PEDOT / PSS dispersions are also used for the production of solid electrolyte layers in capacitors, such as those in the DE-A-10 2005 043829 is described. For this purpose, a porous electrode body of an electrode material (for example, aluminum or tantalum) is anodized to form a dielectric covering the surface of this electrode material, and then the porous body thus obtained is impregnated with a PEDOT / PSS dispersion. Drying then deposits a PEDOT / PSS layer as a solid electrolyte layer on the dielectric layer. However, the aqueous PEDOT / PSS dispersions known from the prior art are characterized by a comparatively high increase in viscosity with an increase in the solids content characterized the stepwise drying of the dispersions, resulting in a uniform coating of the pore walls with the conductive polymer in the in the DE-A-10 2005 043829 described method difficult.

Um den aus dem Stand der Technik bekannten Nachteilen wässriger PEDOT/PSS-Dispersionen zu begegnen, schlagen KR 10-0933441 B1 und KR 10-2009-012790 A vor, anstelle der Polystyrolsulfonsäure Tenside wie beispielsweise Natrium-Laurylsulfonat als Gegenionen der kationischen Polythiophene einzusetzen. Gemäß der Lehre dieser beiden Veröffentlichungen werden Komplexe aus einem Polythiophen und einem anionischen Tensid hergestellt, in dem die Thiophen-Monomere in Gegenwart solcher Tenside mittels Natriumperoxodisulfat als Oxidationsmittel polymerisiert werden. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht jedoch darin, dass die auf diese Art und Weise erhaltenen Dispersionen keine ausreichende Lagerungsstabilität aufweisen und bei diesen Dispersionen schon nach kurzer Zeit Ausfällungen zu beobachten sind.To counteract the known from the prior art disadvantages of aqueous PEDOT / PSS dispersions, beat KR 10-0933441 B1 and KR 10-2009-012790 A instead of using polystyrenesulfonic surfactants such as sodium lauryl sulfonate as counterions of cationic polythiophenes. According to the teaching of these two publications, complexes of a polythiophene and an anionic surfactant are prepared in which the thiophene monomers are polymerized in the presence of such surfactants by means of sodium peroxodisulfate as the oxidant. The disadvantage of this method, however, is that the dispersions obtained in this way do not have sufficient storage stability and precipitations are observed in these dispersions after a short time.

Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, die sich aus dem Stand der Technik ergebenden Nachteile im Zusammenhang mit der Herstellung von Dispersionen beinhaltend leitfähige Polymere, vorzugsweise beinhaltend Polythiophene, zu überwinden.It is an object of the present invention to overcome the disadvantages of the prior art in connection with the preparation of dispersions comprising conductive polymers, preferably including polythiophenes.

Insbesondere lag der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Polythiophene beinhaltenden Dispersion bzw. allgemein Polythiophene beinhaltende Dispersion anzugeben, wobei sich die in der Dispersion enthaltenen elektrisch leitfähigen Polythiophene möglichst einfach in organische Lösungsmittelsysteme überführen lassen. Darüberhinaus sollten sich die durch dieses Verfahren erhältlichen Dispersionen im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten Dispersionen durch eine verbesserte Lagerungsstabilität auszeichnen.In particular, the present invention has the object to provide a method for producing a polythiophene-containing dispersion or generally polythiophene-containing dispersion, wherein the electrically conductive polythiophenes contained in the dispersion can be as simple as possible to convert into organic solvent systems. In addition, the dispersions obtainable by this process should be distinguished by an improved storage stability compared to the dispersions known from the prior art.

Auch lag der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Polythiophene beinhaltenden Dispersion bzw. allgemein Polythiophene beinhaltende Dispersion anzugeben, wobei sich die Dispersionen vorzugsweise auch dadurch auszeichnen, dass sie durch einen möglichst geringen Anstieg der Viskosität beim schrittweisen Trocknen der Dispersion gekennzeichnet sind.It was also the object of the present invention to provide a process for preparing a dispersion containing polythiophenes or dispersion containing generally polythiophenes, wherein the dispersions are preferably also characterized in that they are characterized by the lowest possible increase in the viscosity during the stepwise drying of the dispersion ,

Einen Beitrag zur Lösung der eingangs genannten Aufgaben leistet ein Verfahren zur Herstellung einer Dispersion, welche Komplexe aus einem Polythiophen, vorzugsweise Poly(3,4-ethylendioxythiophen), und einem Tensid beinhaltet, wobei Thiophen-Monomere in einer wässrigen Phase in Gegenwart eines Tensides mittels eines organischen Peroxides oxidativ polymerisiert werden.A contribution to the solution of the abovementioned objects is afforded by a process for preparing a dispersion which comprises complexes of a polythiophene, preferably poly (3,4-ethylenedioxythiophene), and a surfactant, thiophene monomers being used in an aqueous phase in the presence of a surfactant an organic peroxide are oxidatively polymerized.

Überraschend wurde festgestellt, dass sich insbesondere bei der Verwendung von organischen Peroxiden bei der oxidativen Polymerisation von Thiophenen in Gegenwart von Tensiden, insbesondere in Gegenwart von anionischen Tensiden beinhaltend eine Sulfonat-Gruppe oder eine Sulfat-Gruppe, besonders lagerungsstabile Dispersionen beinhaltend Komplexe auch den Polythiophenen und den Tensiden erhalten lassen.Surprisingly, it has been found that, in particular in the use of organic peroxides in the oxidative polymerization of thiophenes in the presence of surfactants, especially in the presence of anionic surfactants containing a sulfonate group or a sulfate group, particularly storage stable dispersions containing complexes and the polythiophenes get the surfactants.

Erfindungsgemäß bevorzugte Polythiophene sind solche mit wiederkehrenden Einheiten der allgemeinen Formel (I)

Figure DE102013004526A1_0001
in der
R1 und R2 unabhängig voneinander jeweils für H, einen gegebenenfalls substituierten C1-C18-Alkylrest oder einen gegebenenfalls substituierten C1-C18-Alkoxyrest, R4 und R5 zusammen für einen gegebenenfalls substituierten C1-C8-Alkylenrest, worin ein oder mehrere C-Atom(e) durch ein oder mehrere gleiche oder unterschiedliche Heteroatome ausgewählt aus O oder S ersetzt sein können, bevorzugt einen C1-C8-Dioxyalkylenrest, einen gegebenenfalls substituierten C1-C8-Oxythiaalkylenrest oder einen gegebenenfalls substituierten C1-C8-Dithiaalkylenrest, oder für einen gegebenenfalls substituierten C1-C8-Alkylidenrest, worin gegebenenfalls wenigstens ein C-Atom durch ein Heteroatom ausgewählt aus O oder S ersetzt ist, stehen.Preferred polythiophenes according to the invention are those having repeating units of the general formula (I)
Figure DE102013004526A1_0001
in the
R 1 and R 2 independently of one another are each H, an optionally substituted C 1 -C 18 -alkyl radical or an optionally substituted C 1 -C 18 -alkoxy radical, R 4 and R 5 together represent an optionally substituted C 1 -C 8 -alkylene radical in which one or more carbon atom (s) may be replaced by one or more identical or different heteroatoms selected from O or S, preferably a C 1 -C 8 -dioxyalkylene radical, an optionally substituted C 1 -C 8 -Oxythiaalkylenrest or a optionally substituted C 1 -C 8 -dithiaalkylene radical, or an optionally substituted C 1 -C 8 -alkylidene radical, wherein optionally at least one C-atom is replaced by a heteroatom selected from O or S.

Besonders bevorzugt sind Polythiophene enthaltend wiederkehrende Einheiten der allgemeinen Formel (I-a) und/oder (I-b)

Figure DE102013004526A1_0002
worin
A für einen gegebenenfalls substituierten C1-C5-Alkylenrest, bevorzugt für einen gegebenenfalls substituierten C2-C3-Alkylenrest steht,
Y für O oder S steht,
R3 für einen linearen oder verzweigten, gegebenenfalls substituierten C1-C18-Alkylrest, bevorzugt linearen oder verzweigten, gegebenenfalls substituierten C1-C14-Alkylrest, einen gegebenenfalls substituierten C5-C12-Cycloalkylrest, einen gegebenenfalls substituierten C6-C14-Arylrest, einen gegebenenfalls substituierten C7-C18-Aralkylrest, einen gegebenenfalls substituierten C7-C18-Alkarylrest, einen gegebenenfalls substituierten C1-C4-Hydroxyalkylrest oder einen Hydroxylrest steht, und
y für eine ganze Zahl von 0 bis 8, bevorzugt für 0, 1 oder 2, besonders bevorzugt für 0 oder 1, steht, und
wobei für den Fall, dass mehrere Reste R3 an A gebunden sind, diese gleich oder unterschiedlich sein können. Die allgemeine Formeln (I-a) ist dabei so zu verstehen, dass der Substituent R3 y-mal an den Alkylenrest A gebunden sein kann. Particular preference is given to polythiophenes containing recurring units of the general formula (Ia) and / or (Ib)
Figure DE102013004526A1_0002
wherein
A represents an optionally substituted C 1 -C 5 -alkylene radical, preferably an optionally substituted C 2 -C 3 -alkylene radical,
Y stands for O or S,
R 3 is a linear or branched, optionally substituted C 1 -C 18 -alkyl radical, preferably linear or branched, optionally substituted C 1 -C 14 -alkyl radical, an optionally substituted C 5 -C 12 -cycloalkyl radical, an optionally substituted C 6 - C 14 aryl radical, an optionally substituted C 7 -C 18 aralkyl radical, an optionally substituted C 7 -C 18 alkaryl radical, an optionally substituted C 1 -C 4 hydroxyalkyl radical or a hydroxyl radical, and
y is an integer from 0 to 8, preferably 0, 1 or 2, more preferably 0 or 1, and
in the case where several radicals R 3 are bonded to A, they may be the same or different. The general formulas (Ia) is understood to mean that the substituent R 3 may be bonded y times to the alkylene radical A.

In weiteren ganz besonders bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens handelt es sich bei den Polythiophenen um solche enthaltend wiederkehrende Einheiten der allgemeinen Formel (I-aa) und/oder der allgemeinen Formel (I-ab)

Figure DE102013004526A1_0003
worin R3 und y die oben genannte Bedeutung haben.In further very particularly preferred embodiments of the process according to the invention, the polythiophenes are those containing recurring units of the general formula (I-aa) and / or the general formula (I-ab)
Figure DE102013004526A1_0003
wherein R 3 and y have the abovementioned meaning.

In noch weiteren überaus bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens handelt es sich bei den Polythiophenen um solche enthaltend wiederkehrende Einheiten der allgemeinen Formel (I-aaa) und/oder der allgemeinen Formel (I-aba)

Figure DE102013004526A1_0004
In still further highly preferred embodiments of the process according to the invention, the polythiophenes are those containing recurring units of the general formula (I-aaa) and / or the general formula (I-aba)
Figure DE102013004526A1_0004

Unter dem Präfix „Poly-” ist im Rahmen der Erfindung zu verstehen, dass mehr als eine, gleiche oder verschiedene, wiederkehrende Einheit im Polythiophen enthalten ist. Die Polythiophene enthalten insgesamt n wiederkehrende Einheiten der allgemeinen Formel (I), wobei n eine ganze Zahl von 2 bis 2000, bevorzugt 2 bis 100, sein kann. Die wiederkehrenden Einheiten der allgemeinen Formel (I) können innerhalb eines Polythiophens jeweils gleich oder verschieden sein. Bevorzugt sind Polythiophene enthaltend jeweils gleiche wiederkehrende Einheiten der allgemeinen Formel (I).For the purposes of the invention, the prefix "poly" is understood to mean that more than one, identical or different, repeating unit is contained in the polythiophene. The polythiophenes contain a total of n repeating units of the general formula (I), where n can be an integer from 2 to 2000, preferably 2 to 100. The repeating units of general formula (I) may be the same or different within each polythiophene. Preference is given to polythiophenes containing in each case identical recurring units of the general formula (I).

An den Endgruppen tragen die Polythiophene bevorzugt jeweils H.At the end groups, the polythiophenes preferably carry H.

In besonders bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Polythiophen mit wiederkehrenden Einheiten der allgemeinen Formel (I) Poly(3,4-ethylendioxythiophen), Poly(3,4-ethylenoxythiathiophen) oder Poly(thieno[3,4-b]thiophen, d. h. ein Homopolythiophen aus wiederkehrenden Einheiten der Formel (I-aaa), (I-aba) oder (I-b), bei welchem Y = S ist. Ganz besonders bevorzugt als Polythiophen ist Poly(3,4-ethylendioxythiophen).In particularly preferred embodiments of the process according to the invention, the polythiophene having repeating units of the general formula (I) is poly (3,4-ethylenedioxythiophene), poly (3,4-ethyleneoxythiathiophene) or poly (thieno [3,4-b] thiophene, ie a homopolythiophene of recurring units of the formula (I-aaa), (I-aba) or (Ib) in which Y = S. Very particularly preferred polythiophene is poly (3,4-ethylenedioxythiophene).

Die Polythiophene in den Komplexen sind vorzugsweise kationisch, wobei sich „kationisch” nur auf die Ladungen bezieht, die auf der Polythiophenhauptkette sitzen. Je nach Substituent an den Resten R1 bzw. R2 können die Polythiophene positive und negative Ladungen in der Struktureinheit tragen, wobei sich die positiven Ladungen auf der Polythiophenhauptkette und die negativen Ladungen gegebenenfalls an den durch Sulfonat- oder Carboxylatgruppen substituierten Resten R befinden. Dabei können die positiven Ladungen der Polythiophenhauptkette zum Teil durch die gegebenenfalls vorhandenen anionischen Gruppen an den Resten R abgesättigt werden. Die positiven Ladungen sind in den Formeln nicht dargestellt, da sie mesomer delokalisiert sind. Die Anzahl der positiven Ladungen beträgt jedoch mindestens 1 und höchstens n, wobei n die Gesamtanzahl aller wiederkehrenden Einheiten (gleicher oder unterschiedlicher) innerhalb des Polythiophens ist. Zur Kompensation der positiven Ladung dienen erfindungsgemäß vorzugsweise die Sulfonat-Gruppen oder Sulfat-Gruppen der eingesetzten Tenside, die zusammen mit den (kationischen) Polythiophenen die Komplexe bilden.The polythiophenes in the complexes are preferably cationic, with "cationic" referring only to those located on the polythiophene backbone. Depending on the substituent on the radicals R 1 or R 2 , the polythiophenes can carry positive and negative charges in the structural unit, the positive charges on the polythiophene main chain and the negative charges being optionally on the radicals R substituted by sulfonate or carboxylate groups. In this case, the positive charges of the polythiophene main chain can be partially saturated by the optionally present anionic groups on the radicals R. The positive charges are not shown in the formulas because they are delocalized mesomerically. However, the number of positive charges is at least 1 and at most n, where n is the total number of all repeating units (equal or different) within the polythiophene. To compensate for the positive charge according to the invention preferably use the sulfonate groups or sulfate groups of the surfactants used, which form the complexes together with the (cationic) polythiophenes.

Das in dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte Tensid ist vorzugsweise ein anionisches Tensid, besonders bevorzugt ein anionisches Tensid aufweisend eine Sulfonat-Gruppe oder eine Sulfat-Gruppe. Besonders bevorzugt ist das Tensid ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Dodecylsulfonsäure, Octylsulfonsäure, Schwefelsäuredodecylester, Dodecylbenzolsulfonat, Laurylethersulfat, der Verbindung der Struktur (II),

Figure DE102013004526A1_0005
der Verbindungen der Struktur (III)
Figure DE102013004526A1_0006
oder einer Mischung aus mindestens zwei davon, wobei der Einsatz von Schwefelsäuredodecylester besonders bevorzugt ist.The surfactant used in the process of the invention is preferably an anionic surfactant, more preferably an anionic surfactant having a sulfonate group or a sulfate group. The surfactant is particularly preferably selected from the group consisting of dodecylsulfonic acid, octylsulfonic acid, dodecylsulfuric acid, dodecylbenzenesulfonate, lauryl ether sulfate, the compound of structure (II),
Figure DE102013004526A1_0005
the compounds of structure (III)
Figure DE102013004526A1_0006
or a mixture of at least two thereof, wherein the use of sulfuric acid dodecyl ester is particularly preferred.

Weiterhin ist es erfindungsgemäß besonders bevorzugt, dass das Tensid und das Thiophen-Monomer in einem Gewichtsverhältnis Tensid:Thiophen-Monomer in einem Bereich von 10:1 bis 1:10, besonders bevorzugt in einem Bereich von 5:1 bis 1:5 und am meisten bevorzugt in einem Bereich von 2,5:1 bis 1:1 eingesetzt werden.Furthermore, it is particularly preferred according to the invention that the surfactant and the thiophene monomer in a weight ratio of surfactant: thiophene monomer in a range from 10: 1 to 1:10, particularly preferably in a range from 5: 1 to 1: 5 and am most preferably in the range of 2.5: 1 to 1: 1.

Das in dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte organische Peroxid weist vorzugsweise die Strukturformel R-O-O-R auf, in der R für einen C1-C20-Alkylrest oder einen C2-C20-Acylrest stehen (i. e. das organische Peroxid ist vorzugsweise ein Dialkylperoxid oder ein Diacylperoxid), wobei die beiden Reste R innerhalb der Strukturformel gleich oder verschieden sein können. Erfindungsgemäß besonders bevorzugt ist das organische Peroxid ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Dibenzoylperoxid, Laurylperoxid, tert.-Butylperoxid oder einer Mischung aus mindestens zwei davon, wobei der Einsatz von Dibenzyolperoxid am meisten bevorzugt ist.The organic peroxide used in the process according to the invention preferably has the structural formula ROOR in which R is a C 1 -C 20 -alkyl radical or a C 2 -C 20 -acyl radical (ie the organic peroxide is preferably a dialkyl peroxide or a diacyl peroxide), the two radicals R within the structural formula being identical or different can. According to the invention, the organic peroxide is particularly preferably selected from the group consisting of dibenzoyl peroxide, lauryl peroxide, tert-butyl peroxide or a mixture of at least two thereof, wherein the use of dibenzyl peroxide is the most preferred.

Vorzugsweise werden dabei das Thiophen-Monomer und das organische Peroxid in einem Molverhältnis Thiophen-Monomer:organisches Peroxid in einem Bereich von 1:0,5 bis 1:5, besonders bevorzugt in einem Bereich von 1:1,01 bis 1:2,5 und am meisten bevorzugt in einem Bereich von 1:1,1 bis 1:1,5 eingesetzt.Preferably, the thiophene monomer and the organic peroxide are in a molar ratio thiophene monomer: organic peroxide in a range of 1: 0.5 to 1: 5, more preferably in a range of 1: 1.01 to 1: 2, 5, and most preferably in a range of 1: 1.1 to 1: 1.5.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst dieses die Verfahrensschritte:

  • i) Bereitstellen einer wässrigen Phase beinhaltend das Tensid;
  • ii) Zugabe der Thiophen-Monomere sowie des organischen Peroxides zu dieser wässrigen Phase;
  • iii) oxidative Polymerisation der Thiophen-Monomere in Gegenwart des Tensides unter Erhalt einer Dispersion, welche Komplexe aus dem Polythiophen und dem Tensid beinhaltet.
  • iv) ggf. zumindest teilweises Austauschen des Wassers in der Dispersion gegen ein organisches Lösungsmittel.
According to a preferred embodiment of the method according to the invention, this comprises the method steps:
  • i) providing an aqueous phase containing the surfactant;
  • ii) adding the thiophene monomers and the organic peroxide to this aqueous phase;
  • iii) oxidatively polymerizing the thiophene monomers in the presence of the surfactant to obtain a dispersion comprising complexes of the polythiophene and the surfactant.
  • iv) optionally at least partially replacing the water in the dispersion with an organic solvent.

Im Verfahrensschritt i) wird zunächst eine wässrige Phase beinhaltend das Tensid bereitgestellt, wobei die Konzentration des Tensides in der wässrigen Phase vorzugsweise in einem Bereich von 0,1 bis 25 Gew.-%, besonders bevorzugt in einem Bereich von 0,5 bis 10 Gew.-% und am meisten bevorzugt in einem Bereich von 1 bis 5 Gew.-% liegt. In process step i), an aqueous phase containing the surfactant is first provided, wherein the concentration of the surfactant in the aqueous phase preferably in a range of 0.1 to 25 wt .-%, particularly preferably in a range of 0.5 to 10 wt %, and most preferably in a range of 1 to 5% by weight.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens liegen mindestens 50 Mol-%, besonders bevorzugt mindestens 60 Mol-% und am meisten bevorzugt mindestens 75 Mol-% der Sulfonat-Gruppen oder der Sulfat-Gruppen des in dem Verfahren eingesetzten Tensides, bezogen auf Summe aller im Verfahren eingesetzten tensidischen Sulfonat-Gruppen oder der Sulfat-Gruppen, in protonierter Form vor. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass eine Lösung eines Alkali-Metallsalzes des Tensides mit einem geeigneten Kationenaustauscher behandelt wird. Vorzugsweise weist die im Verfahrensschritt i) bereitgestellte wässrige Phase einen Gehalt an Metall-Ionen von weniger als 1.000 ppm, besonders bevorzugt weniger als 500 ppm und am meisten bevorzugt weniger als 500 ppm auf, jeweils bezogen auf den Feststoffgehalt der der im Verfahrensschritt i) bereitgestellten wässrigen Phase.According to an advantageous embodiment of the method according to the invention are at least 50 mol%, more preferably at least 60 mol% and most preferably at least 75 mol% of the sulfonate groups or the sulfate groups of the surfactant used in the process, based on the sum of all in the process used surfactant sulfonate groups or sulfate groups, in protonated form. This can be achieved, for example, by treating a solution of an alkali metal salt of the surfactant with a suitable cation exchanger. The aqueous phase provided in process step i) preferably has a metal ion content of less than 1000 ppm, particularly preferably less than 500 ppm and most preferably less than 500 ppm, in each case based on the solids content of that provided in process step i) aqueous phase.

Vor der Zugabe der Thiophen-Monomere und des organischen Peroxides im Verfahrensschritt ii) wird die im Verfahrensschritt i) bereitgestellte wässrige Phase vorzugsweise zumindest teilweise von darin gelöstem Sauerstoff befreit, beispielsweise durch das Entgasen mit Inertgas, insbesondere mit Stickstoff.Before the addition of the thiophene monomers and the organic peroxide in process step ii), the aqueous phase provided in process step i) is preferably at least partially freed of dissolved oxygen, for example by degassing with inert gas, in particular with nitrogen.

Im Verfahrensschritt ii) werden dann die Thiophen-Monomere sowie das organische Peroxid zu dieser wässrigen Phase gegeben, wobei es bevorzugt ist, zunächst die Thiophen-Monomere zuzusetzen und dann, unter Rühren, schrittweise das organische Peroxid zuzusetzen. In diesem Zusammenhang ist es auch bevorzugt, die Thiophen-Monomere und das organische Peroxid unter einer Inertgasatmosphäre, insbesondere unter einer N2-Atmosphäre, der wässrigen Phase zuzusetzen. Gegebenenfalls können neben dem organischen Peroxid auch weitere, gegebenenfalls anorganische Oxidationsmittel zugesetzt werden, wie etwa Eisen(III)-Sulfat.In process step ii), the thiophene monomers and the organic peroxide are then added to this aqueous phase, wherein it is preferred first to add the thiophene monomers and then, with stirring, to gradually add the organic peroxide. In this connection it is also preferred to add the thiophene monomers and the organic peroxide to the aqueous phase under an inert gas atmosphere, in particular under an N 2 atmosphere. Optionally, in addition to the organic peroxide also further, optionally inorganic oxidizing agents may be added, such as iron (III) sulfate.

Als Thiophen-Monomere werden diejenigen Monomere eingesetzt, die zu den Polythiophenen beinhaltend die wiederkehrenden Einheiten der allgemeinen Formel (I), (I-a), (I-b), (I-aa), (I-ab), (I-aaa) und (I-aba) führen, wobei der Einsatz von 3,4-Ethylendioxythiophen als Thiophen-Monomer am meisten bevorzugt ist.The thiophene monomers used are those monomers which contain the polythiophenes comprising the recurring units of the general formula (I), (Ia), (Ib), (Iaa), (I-ab), (Iaaa) and (I-aba), with the use of 3,4-ethylenedioxythiophene being the thiophene monomer most preferred.

Im Verfahrensschritt iii) werden sodann die Thiophen-Monomere in Gegenwart des Tensides unter Erhalt einer Dispersion, welche Komplexe aus dem Polythiophen und dem Tensid beinhaltet, oxidativ polymerisiert, wobei die oxidative Polymerisation vorzugsweise bei einer Temperatur in einem Bereich von 15 bis 100°C, besonders bevorzugt in einem Bereich von 25 bis 75°C für einen Zeitraum in einem Bereich von 1 bis 120 Stunden, besonders bevorzugt in einem Bereich von 10 bis 48 Stunden unter Rühren der Reaktionsmischung erfolgt. Weiterhin ist es erfindungsgemäß bevorzugt, dass der pH-Wert der wässrigen Phase während der oxidativen Polymerisation der Thiophen-Monomere, jeweils gemessen bei einer Temperatur von 20°C, kleiner als 5,0, besonders bevorzugt kleiner als 3,5 und am meisten bevorzugt kleiner als 2,0 ist.In process step iii), the thiophene monomers are then oxidatively polymerized in the presence of the surfactant to obtain a dispersion comprising complexes of the polythiophene and the surfactant, wherein the oxidative polymerization is preferably carried out at a temperature in a range of 15 to 100 ° C, more preferably in a range of 25 to 75 ° C for a period in a range of 1 to 120 hours, more preferably in a range of 10 to 48 hours while stirring the reaction mixture. Furthermore, it is preferred according to the invention that the pH of the aqueous phase during the oxidative polymerization of the thiophene monomers, each measured at a temperature of 20 ° C, less than 5.0, more preferably less than 3.5 and most preferably is less than 2.0.

Im Anschluss an den Verfahrensschritt iii) kann die Dispersion gegebenenfalls noch weiter aufgearbeitet werden. So können eventuell noch vorhandene Feststoffanteile durch Filtration entfernt oder gelöste Kationen und/oder Anionen, insbesondere Na+- oder K+-Kationen oder SO4 2–-Anionen, durch Ultrafiltration oder Dialyse entfernt werden.After the process step iii), the dispersion can optionally be worked up even further. Thus, any remaining solids can be removed by filtration or dissolved cations and / or anions, in particular Na + or K + cations or SO 4 2- anions, can be removed by ultrafiltration or dialysis.

Gegebenenfalls kann im Anschluss an den Verfahrensschritt iii) in einem weiteren Verfahrensschritt iv) zumindest ein Teil des in der Dispersion enthaltenen Wassers gegen ein organisches Lösungsmittel ausgetauscht werden. Als organisches Lösungsmittel in Betracht kommen insbesondere aliphatische Alkohole wie Methanol, Ethanol, i-Propanol und Butanol, aliphatische Ketone wie Aceton und Methylethylketon, aliphatische Carbonsäureester wie Essigsäureethylester und Essigsäurebutylester, aromatische Kohlenwasserstoffe wie Toluol und Xylol, aliphatische Kohlenwasserstoffe wie Hexan, Heptan und Cyclohexan, Chlorkohlenwasserstoffe wie Dichlormethan, Trichlormethan und 1,2-Dichlorethan, aliphatische Nitrile wie Acetonitril, aliphatische Sulfoxide und Sulfone wie Dimethylsulfoxid und Sulfolan, aliphatische Carbonsäureamide wie Methylacetamid, Dimethylacetamid, Dimethylformamid oder N-Methylpyrrolidon, aliphatische und araliphatische Ether wie Diethylether und Anisol oder Mischungen aus mindestens zwei davon. Der Austausch des Wassers gegen diese organischen Lösungsmittel kann im Fall von mit Wasser nicht mischbaren organischen Lösungsmitteln beispielsweise durch Extraktion der wässrigen Dispersion mit dem organischen Lösungsmittel erfolgen. Im Falle von mit Wasser mischbaren Lösungsmitteln ist ein Lösungsmittelaustausch beispielsweise dadurch möglich, dass die wässrige Dispersion mit dem organischen Lösungsmittel vermischt und sodann zumindest ein Teil des Wassers beispielsweise durch Destillation entfernt wird.If appropriate, after the process step iii) in a further process step iv) at least a part of the water contained in the dispersion can be exchanged for an organic solvent. Particularly suitable organic solvents are aliphatic alcohols such as methanol, ethanol, i-propanol and butanol, aliphatic ketones such as acetone and methyl ethyl ketone, aliphatic carboxylic esters such as ethyl acetate and butyl acetate, aromatic hydrocarbons such as toluene and xylene, aliphatic hydrocarbons such as hexane, heptane and cyclohexane, Chlorohydrocarbons such as dichloromethane, trichloromethane and 1,2-dichloroethane, aliphatic nitriles such as acetonitrile, aliphatic sulfoxides and sulfones such as dimethyl sulfoxide and sulfolane, aliphatic carboxylic acid amides such as methylacetamide, dimethylacetamide, dimethylformamide or N-methylpyrrolidone, aliphatic and araliphatic ethers such as diethyl ether and anisole or mixtures of at least two of them. The replacement of the water with these organic solvents can be carried out in the case of water-immiscible organic solvents, for example by extraction of the aqueous dispersion with the organic solvent. In the case of water-miscible solvents, for example, a solvent exchange is possible by mixing the aqueous dispersion with the organic solvent and then removing at least some of the water, for example by distillation.

Einen Beitrag zur Lösung der eingangs genannten Aufgaben leisten auch eine Dispersion, beinhaltend Komplexe aus einem Polythiophen und einem Tensid, welche durch das erfindungsgemäße Verfahren erhältlich ist. Vorzugsweise verwirklicht diese Dispersion mindestens eine der folgenden Eigenschaften, besonders bevorzugt jedoch alle folgenden Eigenschaften:

  • (α1) eine gemäß der hierin beschriebenen Testmethode bestimmte Viskosität von höchstens 3 mPas, besonders bevorzugt von höchstens 2 mPas und am meisten bevorzugt von höchstens 1 mPas, wenn die Dispersion auf einen gemäß der hierin beschriebenen Testmethode bestimmten Feststoffgehalt von 2,0 Gew.-% oder von 5,0 Gew.-% eingestellt wird;
  • (α2) das Integral der Viskosität der Dispersion, welche dargestellt ist als Funktion des Feststoffgehalts, im Integrationsbereich von 0,5 Gew.-% Feststoff bis 5 Gew.-% Feststoff ist kleiner als 15 mPas × %, besonders bevorzugt kleiner als 12,5 mPas × % und am meisten bevorzugt kleiner als 10,0 mPas × %, wobei die Viskosität mit einem Rheometer in mPas bei 20°C und einer Scherrate von 100 s–1 und der Feststoffgehalt in Prozent bestimmt wird;
  • (α3) einen gemäß der hierin beschriebenen Testmethode bestimmten Sulfat-Gehalt von höchstens 200 ppm, besonders bevorzugt von höchstens 150 ppm und am meisten bevorzugt von höchstens 100 ppm, wenn die Dispersion auf einen Feststoffgehalt von 2,0 Gew.-% eingestellt wird;
  • (α4) einen gemäß der hierin beschriebenen Testmethode bestimmten Natrium-Gehalt von höchstens 1.000 ppm, besonders bevorzugt von höchstens 750 ppm und am meisten bevorzugt von höchstens 500 ppm, wenn die Dispersion auf einen Feststoffgehalt von 2,0 Gew.-% eingestellt wird;
  • (α5) eine gemäß der hierin beschriebenen Testmethode bestimmte Filtrierbarkeit über einen 0,45 μm-Filter nach einer Lagerung der Dispersion für einen Zeitraum von 7 Tagen bei einer Temperatur von 20°C von mindestens 50%, besonders bevorzugt von mindestens 75% und am meisten bevorzugt von mindestens 90%, jeweils wenn die Dispersion vor der Filtration auf einen Feststoffgehalt von 2,0 Gew.-% eingestellt wird;
  • (α6) einen gemäß der hierin beschriebenen Testmethode bestimmten pH-Wert kleiner als 5,0, besonders bevorzugt kleiner als 3,5 und am meisten bevorzugt kleiner als 2,0.
A contribution to the solution of the abovementioned objects is also afforded by a dispersion comprising complexes of a polythiophene and a surfactant obtainable by the process according to the invention. Preferably, this dispersion realizes at least one of the following properties, but particularly preferably all the following properties:
  • (α1) a viscosity, determined according to the test method described herein, of at most 3 mPas, more preferably of at most 2 mPas and most preferably of at most 1 mPas, if the dispersion has a solids content of 2.0% by weight determined according to the test method described herein. % or of 5.0 wt .-% is set;
  • (α2) the integral of the viscosity of the dispersion, which is represented as a function of the solids content, in the integration range from 0.5% by weight of solid to 5% by weight of solid is less than 15 mPas ×%, particularly preferably less than 12, 5 mPas ×% and most preferably less than 10.0 mPas ×%, wherein the viscosity is determined with a rheometer in mPas at 20 ° C and a shear rate of 100 s -1 and the solids content in percent;
  • (α3) a sulphate content of at most 200 ppm, more preferably at most 150 ppm and most preferably at most 100 ppm, determined according to the test method described herein, when the dispersion is adjusted to a solids content of 2.0% by weight;
  • (α4) a sodium content of at most 1,000 ppm, more preferably at most 750 ppm and most preferably at most 500 ppm, determined according to the test method described herein, when the dispersion is adjusted to a solids content of 2.0% by weight;
  • (α5) a filterability determined according to the test method described herein via a 0.45 μm filter after storage of the dispersion for a period of 7 days at a temperature of 20 ° C of at least 50%, more preferably of at least 75% and most preferably at least 90%, each time the dispersion is adjusted to a solids content of 2.0% by weight before filtration;
  • (α6) has a pH determined in accordance with the test method described herein of less than 5.0, more preferably less than 3.5, and most preferably less than 2.0.

Das Einstellen auf einen Feststoffgehalt von 2,0 Gew.-% im Zusammenhang mit den Eigenschaften (α3), (α4) und (α5) kann über dem Fachmann bekannte Art und Weise erfolgen, i. e. durch Verdünnen (im Falle von Dispersionen mit einem Feststoffgehalt > 2 Gew.-%) oder durch Verdampfen (im Falle von Dispersionen mit einem Feststoffgehalt < 2 Gew.-%).The adjustment to a solids content of 2.0 wt .-% in connection with the properties (α3), (α4) and (α5) can be carried out by the skilled person known manner, i. e. by dilution (in the case of dispersions having a solids content> 2% by weight) or by evaporation (in the case of dispersions having a solids content <2% by weight).

Erfindungsgemäß bevorzugte Dispersionen sind solche, welche die folgenden Eigenschaften bzw. Eigenschaftskombinationen verwirklichen: (α1), (α2), (α3), (α4), (α5), (α6), (α1)(α2), (α1)(α3), (α1)(α4), (α1)(α5), (α1)(α6), (α2)(α3), (α2)(α4), (α2)(α5), (α2)(α6), (α3)(α4), (α3)(α5), (α3)(α6), (α4)(α5), (α4)(α6), (α5)(α6), (α3)(α5) und (α1)(α2)(α3)(α4)(α5)(α6).Dispersions preferred according to the invention are those which realize the following properties or combinations of properties: (α1), (α2), (α3), (α4), (α5), (α6), (α1) (α2), (α1) ( α3), (α1) (α4), (α1) (α5), (α1) (α6), (α2) (α3), (α2) (α4), (α2) (α5), (α2) (α6 ), (α3) (α4), (α3) (α5), (α3) (α6), (α4) (α5), (α4) (α6), (α5) (α6), (α3) (α5) and (α1) (α2) (α3) (α4) (α5) (α6).

Einen Beitrag zur Lösung der eingangs genannten Aufgaben leisten auch eine Dispersion, beinhaltend Komplexe aus einem Polythiophen und einem Tensid, wobei die Dispersion mindestens eine der folgenden Eigenschaften, vorzugsweise jedoch alle folgenden Eigenschaften verwirklicht:

  • (α1) eine gemäß der hierin beschriebenen Testmethode bestimmte Viskosität von höchstens 3 mPas, besonders bevorzugt von höchstens 2 mPas und am meisten bevorzugt von höchstens 1 mPas, wenn die Dispersion auf einen gemäß der hierin beschriebenen Testmethode bestimmten Feststoffgehalt von 2,0 Gew.-% oder von 5,0 Gew.-% eingestellt wird;
  • α2) das Integral der Viskosität der Dispersion, welche dargestellt ist als Funktion des Feststoffgehalts, im Integrationsbereich von 0,5 Gew.-% Feststoff bis 5 Gew.-% Feststoff ist kleiner als 15,0 mPas × %, besonders bevorzugt kleiner als 12,5 mPas × % und am meisten bevorzugt kleiner als 10,0 mPas × %, wobei die Viskosität mit einem Rheometer in mPas bei 20°C und einer Scherrate von 100 s–1 und der Feststoffgehalt in Prozent bestimmt wird;
  • (α3) einen gemäß der hierin beschriebenen Testmethode bestimmten Sulfat-Gehalt von höchstens 200 ppm, besonders bevorzugt von höchstens 150 ppm und am meisten bevorzugt von höchstens 100 ppm, wenn die Dispersion auf einen Feststoffgehalt von 2,0 Gew.-% eingestellt wird;
  • (α4) einen gemäß der hierin beschriebenen Testmethode bestimmten Natrium-Gehalt von höchstens 1.000 ppm, besonders bevorzugt von höchstens 750 ppm und am meisten bevorzugt von höchstens 500 ppm, wenn die Dispersion auf einen Feststoffgehalt von 2,0 Gew.-% eingestellt wird;
  • (α5) eine gemäß der hierin beschriebenen Testmethode bestimmte Filtrierbarkeit über einen 0,45 μm-Filter nach einer Lagerung der Dispersion für einen Zeitraum von 7 Tagen bei einer Temperatur von 20°C von mindestens 50%, besonders bevorzugt von mindestens 75% und am meisten bevorzugt von mindestens 90%, jeweils wenn die Dispersion vor der Filtration auf einen Feststoffgehalt von 2,0 Gew.-% eingestellt wird;
  • (α6) einen gemäß der hierin beschriebenen Testmethode bestimmten pH-Wert kleiner als 5,0, besonders bevorzugt kleiner als 3,5 und am meisten bevorzugt kleiner als 2,0.
A contribution to the solution of the abovementioned objects is also afforded by a dispersion comprising complexes of a polythiophene and a surfactant, the dispersion realizing at least one of the following properties, but preferably all the following properties:
  • (α1) a viscosity, determined according to the test method described herein, of at most 3 mPas, more preferably of at most 2 mPas and most preferably of at most 1 mPas, if the dispersion has a solids content of 2.0% by weight determined according to the test method described herein. % or of 5.0 wt .-% is set;
  • α2) the integral of the viscosity of the dispersion, which is shown as a function of the solids content, in the integration range of 0.5 wt .-% solids to 5 wt .-% solids is less than 15.0 mPas ×%, more preferably less than 12 , 5 mPas ×% and most preferably less than 10.0 mPas ×%, wherein the viscosity is determined with a rheometer in mPas at 20 ° C and a shear rate of 100 s -1 and the solids content in percent;
  • (α3) a sulphate content of at most 200 ppm, more preferably at most 150 ppm and most preferably at most 100 ppm, determined according to the test method described herein, when the dispersion is adjusted to a solids content of 2.0% by weight;
  • (α4) a sodium content of at most 1,000 ppm, more preferably at most 750 ppm and most preferably at most 500 ppm, determined according to the test method described herein, when the dispersion is adjusted to a solids content of 2.0% by weight;
  • (α5) a filterability determined according to the test method described herein via a 0.45 μm filter after storage of the dispersion for a period of 7 days at a temperature of 20 ° C of at least 50%, more preferably of at least 75% and most preferably at least 90%, each time the dispersion is adjusted to a solids content of 2.0% by weight before filtration;
  • (α6) has a pH determined in accordance with the test method described herein of less than 5.0, more preferably less than 3.5, and most preferably less than 2.0.

Erfindungsgemäß bevorzugte Dispersionen sind wiederum solche, welche die folgenden Eigenschaften bzw. Eigenschaftskombinationen verwirklichen: (α1), (α2), (α3), (α4), (α5), (α6), (α1)(α2), (α1)(α3), (α1)(α4), (α1)(α5), (α1)(α6), (α2)(α3), (α2)(α4), (α2)(α5), (α2)(α6), (α3)(α4), (α3)(α5), (α3)(α6), (α4)(α5), (α4)(α6), (α5)(α6), (α3)(α5) und (α1)(α2)(α3)(α4)(α5)(α6). Dispersions preferred according to the invention are in turn those which realize the following properties or combinations of properties: (α1), (α2), (α3), (α4), (α5), (α6), (α1) (α2), (α1) (α3), (α1) (α4), (α1) (α5), (α1) (α6), (α2) (α3), (α2) (α4), (α2) (α5), (α2) ( α6), (α3) (α4), (α3) (α5), (α3) (α6), (α4) (α5), (α4) (α6), (α5) (α6), (α3) (α5 ) and (α1) (α2) (α3) (α4) (α5) (α6).

Als Polythiophene und als Tenside sind diejenigen Polythiophene und Tenside bevorzugt, die bereits eingangs im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung der Dispersionen als bevorzugte Polythiophene bzw. Tenside genannt wurden. Gleiches gilt auch für das Gewichtsverhältnis von Tensid zu Polythiophenen. In den erfindungsgemäßen Komplexen liegt dieses vorzugsweise in einem Bereich von 10:1 bis 1:10, besonders bevorzugt in einem Bereich von 5:1 bis 1:5 und am meisten bevorzugt in einem Bereich von 2,5:1 bis 1:1.Preferred polythiophenes and surfactants are those polythiophenes and surfactants which have already been mentioned as preferred polythiophenes or surfactants in connection with the process according to the invention for preparing the dispersions. The same applies to the weight ratio of surfactant to polythiophenes. In the complexes of the present invention, it is preferably in a range of 10: 1 to 1:10, more preferably in a range of 5: 1 to 1: 5, and most preferably in a range of 2.5: 1 to 1: 1.

Einen Beitrag zur Lösung der eingangs genannten Aufgaben leistet auch ein Verfahren zur Herstellung einer elektrisch leitfähigen Schicht, umfassend die Verfahrensschritte:

  • I) Bereitstellung eines Substrates;
  • II) Aufbringen einer durch das erfindungsgemäße Verfahren erhältlichen Dispersion oder einer erfindungsgemäßen Dispersion auf das Substrat;
  • III) zumindest teilweises Entfernen des Wassers bzw. des organischen Lösungsmittels aus der Dispersion unter Erhalt einer elektrisch leitfähigen Schicht auf dem Substrat.
A contribution to achieving the abovementioned objects is also made by a method for producing an electrically conductive layer, comprising the method steps:
  • I) providing a substrate;
  • II) applying a dispersion obtainable by the process according to the invention or a dispersion according to the invention to the substrate;
  • III) at least partially removing the water or the organic solvent from the dispersion to obtain an electrically conductive layer on the substrate.

Im Verfahrensschritt I) wird zunächst ein Substrat bereitgestellt, wobei die Art des Substrates davon abhängt, für welchen Verwendungszweck die erfindungsgemäße Dispersion eingesetzt wird. Wird die erfindungsgemäße Dispersion beispielsweise zur Herstellung einer Feststoffelektrolytschicht in einem Kondensator eingesetzt, so handelt kann es sich bei dem Substrat beispielsweise um einen mit einer Dielektrikumsschicht versehenen porösen Anodenkörper. Wird die Dispersion beispielsweise zur Herstellung einer Lochinjektionsschicht in einem OLED eingesetzt, so kann es sich bei dem Substrat beispielsweise um eine transparente Elektrode wie ITO handeln. Weiterhin als Substrate in Betracht kommen insbesondere Folien, besonders bevorzugt Polymerfolien, ganz besonders bevorzugt Polymerfolien aus thermoplastischen Polymeren, oder aber Glasplatten.In method step I), a substrate is initially provided, the type of substrate depending on the intended use of the dispersion according to the invention. If the dispersion according to the invention is used, for example, for producing a solid electrolyte layer in a capacitor, the substrate may be, for example, a porous anode body provided with a dielectric layer. If the dispersion is used, for example, to produce a hole injection layer in an OLED, the substrate can be, for example, a transparent electrode such as ITO. Also suitable as substrates are in particular films, particularly preferably polymer films, very particularly preferably polymer films made from thermoplastic polymers, or glass plates.

Im Verfahrensschritt II) wird sodann eine durch das erfindungsgemäße Verfahren erhältliche Dispersion oder eine erfindungsgemäße Dispersion auf das Substrat aufgebracht, wobei dieses Aufbringen nach bekannten Verfahren, z. B. durch Spincoating, Tränkung, Gießen, Auftropfen, Spritzen, Aufsprühen, Aufrakeln, Bestreichen oder Bedrucken, beispielsweise durch Ink-jet-, Sieb-, Tief-, Offset- oder Tampondrucken in einer Nassfilmdicke von beispielsweise 0,5 μm bis 250 μm, bevorzugt in einer Nassfilmdicke von 2 μm bis 50 μm erfolgen kann.In process step II), a dispersion obtainable by the process according to the invention or a dispersion according to the invention is then applied to the substrate, this application being carried out by known processes, e.g. As by spin coating, impregnation, casting, dripping, spraying, spraying, knife coating, brushing or printing, for example by ink-jet, screen, gravure, offset or pad printing in a wet film thickness of, for example, 0.5 microns to 250 microns , preferably in a wet film thickness of 2 microns to 50 microns can be done.

Im Verfahrensschritt III) wird dann zumindest ein Teil des Wassers bzw. des organischen Lösungsmittels aus der Dispersion unter Erhalt einer elektrisch leitfähigen Schicht auf dem Substrat entfernt, wobei dieses Entfernen vorzugsweise durch eine Trocknung des mit der Dispersion beschichteten Substrates bei einer Temperatur einem Bereich von 20°C bis 200°C erfolgt.In method step III), at least some of the water or organic solvent is then removed from the dispersion to obtain an electrically conductive layer on the substrate, this removal preferably being effected by drying the dispersion-coated substrate at a temperature in the range of 20 ° C to 200 ° C takes place.

Einen Beitrag zur Lösung der eingangs genannten Aufgaben leistet auch eine elektrisch leitfähige Schicht, welche durch das vorstehend beschriebene Verfahren erhältlich ist. Vorzugsweise ist eine solche elektrisch leitfähige Schicht durch eine Leitfähigkeit von mindestens 1 S/cm, besonders bevorzugt von mindestens 2 S/cm und am meisten bevorzugt von mindestens 4 S/cm gekennzeichnet.A contribution to the solution of the abovementioned objects is also provided by an electrically conductive layer which can be obtained by the method described above. Preferably, such an electrically conductive layer is characterized by a conductivity of at least 1 S / cm, more preferably at least 2 S / cm, and most preferably at least 4 S / cm.

Einen Beitrag zur Lösung der eingangs genannten Aufgaben leistet auch die Verwendung einer durch das erfindungsgemäße Verfahren erhältlichen Dispersion oder einer erfindungsgemäßen Dispersion zur antistatischen Beschichtung, zur Herstellung einer leitfähigen Schicht in einem Kondensator, insbesondere zur Herstellung einer Feststoffelektrolytschicht oder einer auf einer Feststoffelektrolytschicht aufgebrachten polymeren Außenschicht in einem Kondensator, zur Herstellung einer Lochinjektionsschicht in einem OLED oder einem OPV oder zur Herstellung einer IR-Reflektionsschicht.The use of a dispersion or a dispersion according to the invention for the antistatic coating obtainable by the process according to the invention, for producing a conductive layer in a condenser, in particular for producing a solid electrolyte layer or a polymer outer layer applied to a solid electrolyte layer, also contributes to the solution of the abovementioned problems a capacitor for producing a hole injection layer in an OLED or an OPV or for producing an IR reflection layer.

Die Erfindung wird nun anhand von Testmethoden und nicht limitierenden Beispielen näher erläutert.The invention will now be explained in more detail by means of test methods and non-limiting examples.

TESTMETHODEN TEST METHODS

Bestimmung der LeitfähigkeitDetermination of conductivity

Ein gereinigtes Glassubstrat wurde auf eine Lackschleuder gelegt und 10 ml der erfindungsgemäßen Zusammensetzung wurden auf dem Substrat verteilt. Anschließend wurde die überstehende Lösung durch Rotation des Tellers abgeschleudert. Danach wurde das so beschichtete Substrat 15 min lang bei 130°C auf einer Heizplatte getrocknet. Die Schichtdicke wurde mit Hilfe eines Schichtdickenmessgerätes bestimmt. (Tencor, Alphastep 500). Die Leitfähigkeit wurde bestimmt, indem über eine Schattenmaske Ag-Elektroden mit 2,5 cm Länge in einem Abstand von 10 mm aufgedampft werden. Der mit einem Elektrometer (Keithly 614) bestimmte Oberflächenwiderstand wurde mit der Schichtdicke multipliziert, um den elektrischen spezifischen Widerstand zu erhalten. Die Leitfähigkeit entspricht dem Kehrwert des elektrischen spezifischen Widerstands.A cleaned glass substrate was placed on a spin coater and 10 ml of the composition of the invention was spread on the substrate. Subsequently, the supernatant solution was spun off by rotation of the plate. Thereafter, the thus coated substrate was dried at 130 ° C for 15 minutes on a hot plate. The layer thickness was determined with the aid of a layer thickness gauge. (Tencor, Alphastep 500). The conductivity was determined by evaporating over a shadow mask Ag electrodes 2.5 cm in length at a distance of 10 mm. The surface resistance determined with an electrometer (Keithly 614) was multiplied by the layer thickness to obtain the electrical resistivity. The conductivity corresponds to the reciprocal of the electrical resistivity.

Bestimmung der ViskositätDetermination of viscosity

Die Viskosität wurde mit Hilfe eines Haake RV 1 Rheometers mit angeschlossenem Kryostaten bestimmt. Dazu wurde eine DG 43 Messbecher mit Doppelspalt und ein DG 43 Rotor, beide Firma Haake, verwendet. 12 g der wässrigen Lösung werden in den Messbecher eingewogen. Die Temperatur wurde mittels Kryostat auf 20°C geregelt. Zur Temperierung der Dispersion wurde zunächst für 240 Sekunden bei einer Scheerrate von 50 s–1 temperiert. Anschließend wurde die Scheerate auf 700 s–1 erhöht. Es wurden 30 Sekunden bei dieser Scheerrate abgewartet. Dann erfolgen 30 Viskositätsmessungen bei einer Scheerrate von 100 s–1 über weitere 30 Sekunden (1 Messwert/Sekunde). Der Mittelwert dieser 30 Messwerte ist der Viskositätswert der Dispersion.The viscosity was determined using a Haake RV 1 rheometer with attached cryostat. For this purpose, a double-gap DG 43 measuring cup and a DG 43 rotor, both from Haake, were used. 12 g of the aqueous solution are weighed into the measuring cup. The temperature was controlled by cryostat to 20 ° C. To control the temperature of the dispersion was first tempered for 240 seconds at a Scheerrate of 50 s -1 . Subsequently, the Scheerate was increased to 700 s -1 . It was 30 seconds at this Scheer rate. Then, 30 viscosity measurements are taken at a shear rate of 100 s -1 for a further 30 seconds (1 measured value / second). The mean of these 30 readings is the viscosity value of the dispersion.

Bestimmung des Integrals der ViskositätDetermination of the integral of the viscosity

Das Integral der Viskosität als Funktion des Feststoffgehalts wird wie folgt bestimmt: Zunächst wird die Viskosität der Dispersion bei verschiedenen Feststoffgehalten im Bereich 0,5 % bis 5% mit einem Rheometer in mPas bei 20°C und einer Scherrate von 100 s–1 bestimmt. Der Feststoffgehalt wird dazu über Zugabe oder Abdampfen von dem Dispersionsmittel verändert. Um das Integral mit einer hinreichende Genauigkeit zu ermitteln, wird dabei für jeden der Prozentbereiche 0,5% bis kleiner 1%, 1% bis kleiner 2%, 2% bis kleiner 3%, 3% bis kleiner 4%, 4% bis kleiner 5% und 5% mindestens für einen Feststoffgehalt die Viskosität bestimmt. Aus den Viskositätswerten bei gegebenem Feststoffgehalt wird nach bekannten Regeln der Mathematik das Integral der Viskosität im Integrationsbereich 0,5% bis 5% berechnet. Dies kann beispielsweise über die Sehnentrapezregel erfolgen: Wird die Viskosität h beispielsweise für jeweils einen Feststoffgehalt xi aus obigen sechs Prozentbereichen bestimmt, so ergibt sich die Fläche Ai des Trapez zwischen zwei benachbarten Werten h(xi) und h(xi+1) über die Formel:

Figure DE102013004526A1_0007
The integral of the viscosity as a function of the solids content is determined as follows: First, the viscosity of the dispersion at various solids contents in the range 0.5% to 5% with a rheometer in mPas at 20 ° C and a shear rate of 100 s -1 determined. The solids content is changed by addition or evaporation of the dispersant. In order to determine the integral with a sufficient accuracy, for each of the percentage ranges, 0.5% to less than 1%, 1% to less than 2%, 2% to less than 3%, 3% to less than 4%, 4% to less 5% and 5% determines the viscosity at least for a solids content. From the viscosity values for a given solids content, the integral of the viscosity in the integration range 0.5% to 5% is calculated according to known rules of mathematics. This can be done for example through the tendon trapezoidal rule: If the viscosity h, for example, each have a solids content x i determined from the above six percent areas, then the area A i of the trapezoid results in between two adjacent values of h (x i) and h (x i + 1 ) about the formula:
Figure DE102013004526A1_0007

Das Integral I ergibt sich dann aus der Summe der einzelnen Trapezflächen:

Figure DE102013004526A1_0008
The integral I then results from the sum of the individual trapezoidal areas:
Figure DE102013004526A1_0008

Bestimmung des Natrium und des Sulfat-GehaltesDetermination of sodium and sulfate content

Die Bestimmung des Na+- und des SO4 2–-Gehaltes erfolgte mittels Ionenchromatographie (Verwendetes Gerät: Metrohm 882 Compact IC Plus; Verwendetes Programm: Metrohm MagIC Net®).The determination of Na + - and SO 4 2- -content was performed by ion chromatography (Apparatus used: Metrohm 882 Compact IC Plus; Utilized program: Metrohm MagIC Net ®).

Bestimmung des Feststoffgehaltes (FG)Determination of the solids content (FG)

Ein Wägeglas (d = 50 mm) mit Deckel wurde leer gewogen (Gewicht A). Dann wurden 5 g des zu prüfenden Stoffes eingewogen (Gewicht B) und in einem Trockenschrank bei 100°C für 16 h getrocknet. Nach der Entnahme aus dem Trockenschrank wurde die Probe sofort mit einem Deckel verschlossen und gewogen (Gewicht C). Der Feststoffgehalt wird wie folgt berechnet: Feststoffgehalt = 100% × (C – A)/(B – A). A weighing jar (d = 50 mm) with lid was weighed empty (weight A). Then 5 g of the substance to be tested was weighed (weight B) and dried in a drying oven at 100 ° C for 16 h. After removal from the oven, the sample was immediately capped and weighed (weight C). The solids content is calculated as follows: Solids content = 100% × (C - A) / (B - A).

Es wurde immer eine Doppelbestimmung durchgeführt (max. Abweichung 0,03%) und der Mittelwert angegeben. A double determination was always carried out (maximum deviation 0.03%) and the mean value indicated.

Bestimmung des pH-Wertes]Determination of pH]

Die pH-Wert-Bestimmung erfolgte mit Hilfe eines pH-Meters (Einstabmesskette, Glaselektrode) bei einer Temperatur von 20°C.The pH value was determined using a pH meter (combination electrode, glass electrode) at a temperature of 20 ° C.

Bestimmung der Filtrierbarkeit (zur Beurteilung der Stabilität einer Dispersion) Die zu betrachtende Probe wird auf einen Feststoffgehalt von 2 Gew.-% eingestellt. 10 ml der Probe werden als Referenzprobe verwahrt, 10 ml werden per Hand mittels einer 10 ml-Spritze über einen 0,45 μm-Spritzenfilter der Firma PALL (Artikelnummer 16NPG004-02JVA) filtiert, dies ist die Vergleichsprobe.Determination of filterability (to assess the stability of a dispersion) The sample to be considered is adjusted to a solids content of 2% by weight. 10 ml of the sample are stored as a reference sample, 10 ml are filtered by hand using a 10 ml syringe through a 0.45 μm syringe filter from PALL (article number 16NPG004-02JVA), this is the reference sample.

Zunächst wird von der Referenzprobe die Lichtabsorption im Spektralbereich von 950–1050 nm als Mittelwert über diesen Absorptionsbereich bestimmt, wobei der Feststoffgehalt in der Dispersion durch Verdünnung so eingestellt wird, dass die mittlere Absorption der Referenz ungefähr 0.4–0.5 beträgt. Der Mittelwert der Lichtabsorption über den Spektralbereich von 950–4050 nm (Schichtdicke: 0,01 mm) wird im Folgenden als „mittlere Absorption der Referenzprobe” (ARef) bezeichnet.First, from the reference sample the light absorption in the spectral range of 950-1050 nm is determined as the mean value over this absorption range, the solids content in the dispersion being adjusted by dilution such that the mean absorption of the reference is approximately 0.4-0.5. The average of the light absorption over the spectral range of 950-4050 nm (layer thickness: 0.01 mm) is referred to below as the "mean absorption of the reference sample" (A Ref ).

Anschließend wird zur Vergleichsprobe dieselbe Lösemittelmenge wie zu der Referenzprobe gegeben und es wird sodann erneut der Mittelwert der Lichtabsorption über den Spektralbereich von 950–1050 nm bei gleicher Schichtdicke bestimmt (A -Vergl).Subsequently, the same amount of solvent is added to the comparative sample as to the reference sample, and then the mean value of the light absorption over the spectral range of 950-1050 nm is determined again for the same layer thickness (A - Vergl ).

Als halbquantitaves Maß für die Filtrierbarkeit wird definiert:

Figure DE102013004526A1_0009
As semi-quantitative measure of filterability is defined:
Figure DE102013004526A1_0009

BEISPIEL 1EXAMPLE 1

Herstellung einer Dodecylschwefelsäure-StammlösungPreparation of a dodecylsulfuric acid stock solution

Natriumdodecylsulfat (18 g, 0,063 mol) wurde in H2O (750 g) gelöst, mit Lewatit S 108 H (31 ml) versetzt und 15 min gerührt. Das Lewatit wurde durch Filtration über Watte entfernt, und mit H2O (250 g) gewaschen. Es wurden 960 ml Stammlösung erhalten. FG = 1,78%; Na-Gehalt: 311 ppm. Dies entspricht 49,5 mmol (79%) Dodecylschwefelsäure, 13,5 mmol Natriumdodecylsulfat (21%) pro 960 ml. Die Stammlösung wurde vor jedem Experiment frisch angesetzt.Sodium dodecyl sulfate (18 g, 0.063 mol) was dissolved in H 2 O (750 g), added with Lewatit S 108 H (31 mL) and stirred for 15 min. The Lewatit was removed by filtration through cotton wool and washed with H 2 O (250 g). 960 ml of stock solution were obtained. FG = 1.78%; Na content: 311 ppm. This corresponds to 49.5 mmol (79%) of dodecylsulfuric acid, 13.5 mmol of sodium dodecyl sulfate (21%) per 960 ml. The stock solution was freshly prepared before each experiment.

BEISPIEL 2EXAMPLE 2

960 g der frisch bereiteten Dodecylschwefelsäure-Stammlösung aus Beispiel 1 wurden in einen Dreihalskolben mit KPG-Rührer überführt, mit N2 entgast (durchleiten von N2 für 30 min) und unter einer N2-Atmosphäre wurde 3,4-Ethylendioxythiophen (11,2 g; 0,079 mol) zugegeben. Unter Rühren wurde über einen Zeitraum von 2 h portionsweise Dibenzoylperoxid (29,07 g; 0,09 mol, Luperox A 75, 75% in H2O) zugegeben und es wurde 24 h bei 60°C gerührt (pH-Wert der Reaktionslösung: pH = 1). Die erhaltene Dispersion wurde über einen Faltenfilter filtriert und durch Ultrafiltration gereinigt. Dazu wurden 1.000 g der Dispersion mit 1.000 g Wasser versetzt und entlang einer Membran mit 50 nm Porengröße (Pall Schumasiv) gepumpt, bis das Volumen auf 1.000 g reduziert war. Das Permeat wurde verworfen. Dieser Vorgang wurde dreimal wiederholt. Nach Filtration über einen 0,45 μm Spritzenfilter (PVDF) wurden die analytischen Daten (s. u.) erhoben. Abschließend wurde die Mischung über einen 0,2 μm Filter (Nylon-66; Tiefenfilter „Junior”, Fa. Amazon, 16NPG002-02JVA) filtriert (FG = 0,29).960 g of the freshly prepared dodecylsulfuric acid stock solution from Example 1 were transferred to a three-necked flask with KPG stirrer, degassed with N 2 (passage of N 2 for 30 minutes) and under an N 2 atmosphere, 3,4-ethylenedioxythiophene (11, 2 g, 0.079 mol). While stirring, dibenzoyl peroxide (29.07 g, 0.09 mol, Luperox A 75, 75% in H 2 O) was added in portions over a period of 2 h and the mixture was stirred at 60 ° C. for 24 h (pH of the reaction solution : pH = 1). The resulting dispersion was filtered through a fluted filter and purified by ultrafiltration. 1000 g of water were added to 1,000 g of the dispersion and pumped along a 50 nm pore size membrane (Pall Schumasiv) until the volume was reduced to 1,000 g. The permeate was discarded. This process was repeated three times. After filtration through a 0.45 μm syringe filter (PVDF), the analytical data (see below) were collected. Finally, the mixture was filtered through a 0.2 μm filter (nylon-66, depth filter "Junior", Amazon, 16NPG002-02JVA) (FG = 0.29).

Die Filtrierbarkeit der frisch hergestellten Dispersion betrugt 109% (bei der Filtration wird mehr Lösemittel als Feststoff zurückbehalten, so dass ein Wert > 100% resultiert). Nach 7-tägiger Lagerung der Dispersion bei 20°C wird die Filtrierbarkeit erneut bestimmt. Es wurde ein Wert von 100% erhalten. Feststoffgehalt [%] Viskosität [mPas] pH Na [ppm] SO4 [ppm] 0,6 1 1,5 209 74 The filterability of the freshly prepared dispersion was 109% (in the case of filtration, more solvent than solids is retained, so that a value> 100% results). After 7 days storage of the dispersion at 20 ° C, the filterability is determined again. A value of 100% was obtained. Solids content [%] Viscosity [mPas] pH Na [ppm] SO 4 [ppm] 0.6 1 1.5 209 74

BEISPIEL 3 EXAMPLE 3

200 g der Dispersion aus Beispiel 2 wurden auf 47,3 g konzentriert und über einen 0,2 μm-Spritzenfilter (PVDF) filtriert. Feststoffgehalt [%] Viskosität [mPas] pH Na [ppm] SO4 [ppm] 1,81 1,6 1,5 1.491 520 200 g of the dispersion from Example 2 were concentrated to 47.3 g and filtered through a 0.2 μm syringe filter (PVDF). Solids content [%] Viscosity [mPas] pH Na [ppm] SO 4 [ppm] 1.81 1.6 1.5 1491 520

BEISPIEL 4EXAMPLE 4

960 g der frisch bereiteten Dodecylschwefelsäure-Stammlösung aus Beispiel 1 wurden in einen Dreihalskolben mit KPG-Rührer überführt, mit N2 entgast und unter einer N2-Atmosphäre wurde 3,4-Ethylendioxythiophen (11,2 g; 0,079 mol) zugegeben. Nach Addition von Eisen(III)sulfat (200 mg) wurden unter Rühren über einen Zeitraum von 2 h portionsweise Dibenzoylperoxid (29,1 g; 0,09 mol, Luperox A 75, 75% in H2O) zugegeben und es wurde 24 h bei Raumtemperatur gerührt. Die erhaltene Dispersion wurde über einen Faltenfilter filtriert und durch Ultrafiltration gereinigt (dazu wurden 1.000 g der Dispersion mit 1.000 g Wasser versetzt und entlang einer Membran mit 50 nm Porengröße (Pall Schumasiv) gepumpt, bis das Volumen auf 1.000 g reduziert war. Das Permeat wurde verworfen.960 g of the freshly prepared dodecylsulfuric acid stock solution from Example 1 were transferred to a three-necked flask with KPG stirrer, degassed with N 2 and 3,4-ethylenedioxythiophene (11.2 g, 0.079 mol) was added under an N 2 atmosphere. After addition of iron (III) sulfate (200 mg), dibenzoyl peroxide (29.1 g, 0.09 mol, Luperox A 75, 75% in H 2 O) was added portionwise with stirring over a period of 2 h, and it became 24 h stirred at room temperature. The resulting dispersion was filtered through a fluted filter and purified by ultrafiltration (1000 g of water was added to 1,000 g of water and pumped along a 50 nm pore size membrane (Pall Schumasiv) until the volume was reduced to 1000 g discarded.

Dieser Vorgang wurde dreimal wiederholt. Abschließend wurde die Mischung über einen 0,2 μm Filter (Nylon-66; Tiefenfilter „Junior”, Fa. Amazon, 16NPG002-02JVA) filtriert. Feststoffgehalt [%] Leitfähigkeit [S/cm] Schichtdicke [nm] 0,53 4 29 This process was repeated three times. Finally, the mixture was filtered through a 0.2 μm filter (nylon-66, depth filter "Junior", Amazon, 16NPG002-02JVA). Solids content [%] Conductivity [S / cm] Layer thickness [nm] 0.53 4 29

BEISPIEL 5EXAMPLE 5

150 g der Dispersion aus Beispiel 4 wurden auf 50 ml (Feststoffgehalt 2,1%) eingedampft. Feststoffgehalt [%] Viskosität [mPas] Na [ppm] SO4 [ppm] 2,1 1 877 154 150 g of the dispersion from Example 4 were evaporated to 50 ml (solids content 2.1%). Solids content [%] Viscosity [mPas] Na [ppm] SO 4 [ppm] 2.1 1 877 154

BEISPIEL 6EXAMPLE 6

279 g der Dispersion aus Beispiel 2 wurden auf 45 g konzentriert und über einen 0,2 μm-Spritzenfilter (PVDF) filtriert. Feststoffgehalt [%] Viskosität [mPas] pH Leitfähigkeit [S/cm] 5,8 3,1 1,7 27 279 g of the dispersion from Example 2 were concentrated to 45 g and filtered through a 0.2 μm syringe filter (PVDF). Solids content [%] Viscosity [mPas] pH Conductivity [S / cm] 5.8 3.1 1.7 27

VERGLEICHSBEISPIEL (Natriumperoxodisulfat als Oxidationsmittel)COMPARATIVE EXAMPLE (Sodium peroxodisulfate as oxidizer)

100 g der frisch bereiteten Dodecylschwefelsäure-Stammlösung aus Beispiel 1 wurden in einen Dreihalskolben mit Magnetrührer überfuhrt, mit N2 entgast und unter N2-Atmosphäre wurde 3,4-Ethylendioxythiophen (1,12 g; 0,0079 mol) zugegeben. Dann wurde Natriumperoxodisulfat (2,14 g, 0,009 mol) zugegeben und das Reaktionsgemisch wurde für 24 h auf 60°C erhitzt. Die dunkelblaue Dispersion wurde direkt nach der Reaktion über ein 280 μm Schnellsieb filtriert. Nach einer Standzeit von 1 h trennte sich die zunächst homogen scheinende, blaue Dispersion in einen schwarz-blauen Feststoff und eine gelbe, klare Lösung. Nach diesem Zeitpunkt konnten keine Absorptionsmessungen an dem heterogenen Substanzgemisch vorgenommen werden.100 g of the freshly prepared dodecylsulfuric acid stock solution from Example 1 were transferred to a three-necked flask with magnetic stirrer, degassed with N 2 and under N 2 atmosphere was added 3,4-ethylenedioxythiophene (1.12 g, 0.0079 mol). Then, sodium peroxodisulfate (2.14 g, 0.009 mol) was added and the reaction mixture was heated to 60 ° C for 24 h. The dark blue dispersion was filtered immediately after the reaction through a 280 μm fast sieve. After a period of 1 h, the initially homogeneous, blue dispersion separated into a black-blue solid and a yellow, clear solution. After this time no absorption measurements could be made on the heterogeneous substance mixture.

Bei Filtration einer 10 ml. Probe direkt nach der Reaktion über einen 1 μm Faltenfilter wurde eine klare, hellgelbe Lösung (FG 3,17 Gew.-%, vor allem Na2SO4) erhalten, der blaue Feststoff (PEDOT/Tensid-Komplex) wurde vollständig zurückgehalten. Die mittlere Absorbtion des Filtrats im Spektralbereich von 950–1050 nm betrug nur 10% gegenüber dem Produkt aus Beispiel 2 (bei gleicher Filtrationsmethode und Verdünnung).Filtration of a 10 ml. Sample directly after the reaction through a 1 micron folded filter gave a clear, pale yellow solution (FG 3.17 wt.%, Especially Na 2 SO 4 ), the blue solid (PEDOT / surfactant complex ) was completely restrained. The average absorption of the filtrate in the spectral range of 950-1050 nm was only 10% compared to the product from Example 2 (with the same filtration method and dilution).

Weitere 50 ml wurden direkt nach der Reaktion mit Kationentauscher und Anionentauscher behandelt, welche jeweils nach 15 min Rühren durch Filtration über Watte entfernt wurden. Schon nach wenigen Minuten Standzeit konnte beobachtet werden, dass sich die Dispersion in einen blauen Feststoff und eine klare gelbe Lösung auftrennte. Nach Filtration (durchgeführt direkt nach der Ionentauscherbehandlung) über einen 1 μm Spritzenfilter betrug der Feststoffgehalt des klaren, gelben Filtrats 1,36 gew.-%, der blaue Feststoff wurde vollständig zurückgehalten. Another 50 ml were treated immediately after the reaction with cation exchanger and anion exchanger, which were each removed after 15 min stirring by filtration through cotton wool. After just a few minutes of standing, it was observed that the dispersion separated into a blue solid and a clear yellow solution. After filtration (performed immediately after the ion exchange treatment) over a 1 μm syringe filter, the solid content of the clear, yellow filtrate was 1.36 wt%, the blue solid was completely retained.

Ein identisches Ergebnis wurde erhalten, wenn die Reaktion mit Natriumdodecylsulfat (statt Dodecylschwefelsäure) unter Fe(III)SO4-Katalyse bei Raumtemperatur geführt wurde.An identical result was obtained when the reaction with sodium dodecyl sulfate (instead of dodecylsulfuric acid) was conducted under Fe (III) SO 4 catalysis at room temperature.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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  • V. Kabanov, Russian Chemical Reviews 74, 2005, 3–20 [0005] V. Kabanov, Russian Chemical Reviews 74, 2005, 3-20 [0005]

Claims (19)

Ein Verfahren zur Herstellung einer Dispersion, welche Komplexe aus einem Polythiophen und einem Tensid beinhaltet, wobei Thiophen-Monomere in einer wässrigen Phase in Gegenwart eines Tensides mittels eines organischen Peroxides oxidativ polymerisiert werden.A process for preparing a dispersion comprising complexes of a polythiophene and a surfactant, wherein thiophene monomers are oxidatively polymerized in an aqueous phase in the presence of a surfactant by means of an organic peroxide. Verfahren nach Anspruch 1, umfassend die Verfahrensschritte: i) Bereitstellen einer wässrigen Phase beinhaltend das Tensid; ii) Zugabe der Thiophen-Monomere sowie des organischen Peroxides zu dieser wässrigen Phase; iii) oxidative Polymerisation der Thiophen-Monomere in Gegenwart des Tensides unter Erhalt einer Dispersion, welche Komplexe aus dem Polythiophen und dem Tensid beinhaltet; iv) ggf. zumindest teilweises Austauschen des Wassers in der Dispersion gegen ein organisches Lösungsmittel.Method according to claim 1, comprising the method steps: i) providing an aqueous phase containing the surfactant; ii) adding the thiophene monomers and the organic peroxide to this aqueous phase; iii) oxidatively polymerizing the thiophene monomers in the presence of the surfactant to obtain a dispersion comprising complexes of the polythiophene and the surfactant; iv) optionally at least partially replacing the water in the dispersion with an organic solvent. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Konzentration des Tensides in der im Verfahrensschritt i) bereitgestellten wässrigen Phase in einem Bereich von 0,1 bis 25 Gew.-% liegt.The method of claim 1 or 2, wherein the concentration of the surfactant in the aqueous phase provided in step i) is in a range of 0.1 to 25 wt .-%. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei die im Verfahrensschritt i) bereitgestellte wässrige Phase einen Gehalt an Metall-Ionen von weniger als 1.000 ppm, bezogen auf das Gesamtgewicht der im Verfahrensschritt i) bereitgestellten wässrigen Phase, aufweist.A method according to claim 2 or 3, wherein the aqueous phase provided in step i) has a metal ion content of less than 1000 ppm, based on the total weight of the aqueous phase provided in step i). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Tensid und das Thiophen-Monomer in einem Gewichtsverhältnis Tensid: Thiophen-Monomer in einem Bereich von 10:1 bis 1:10 eingesetzt werden.A method according to any one of the preceding claims, wherein the surfactant and the thiophene monomer are used in a weight ratio of surfactant: thiophene monomer in the range of 10: 1 to 1:10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Tensid ein anionisches Tensid ist.A method according to any one of the preceding claims, wherein the surfactant is an anionic surfactant. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das anionische Tensid eine Sulfonat-Gruppe oder eine Sulfat-Gruppe aufweist.The method of claim 6, wherein the anionic surfactant comprises a sulfonate group or a sulfate group. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei das Tensid ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Dodecylsulfonsäure, Octylsulfonsäure, Schwefelsäuredodecylester, Dodecylbenzolsulfonat, Laurylethersulfat, der Verbindung der Struktur (II),
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der Verbindung der Struktur (IV)
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oder einer Mischung aus mindestens zwei davon.
A process according to claim 5 or 6, wherein the surfactant is selected from the group consisting of dodecylsulfonic acid, octylsulfonic acid, dodecylsulfonate, dodecylbenzenesulfonate, lauryl ether sulfate, the compound of structure (II),
Figure DE102013004526A1_0010
the compound of structure (IV)
Figure DE102013004526A1_0011
or a mixture of at least two of them.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei mindestens 50 Mol-% der Sulfonat-Gruppen oder der Sulfat-Gruppen des in dem Verfahren eingesetzten Tensides, bezogen auf Summe aller im Verfahren eingesetzten tensidischen Sulfonat-Gruppen oder der Sulfat-Gruppen, in protonierter Form vorliegen.A process as claimed in claim 7 or 8, wherein at least 50 mol% of the sulfonate groups or the sulfate groups of the surfactant used in the process, based on the sum of all surface-active sulfonate groups or sulfate groups used in the process, are present in protonated form , Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der pH-Wert der wässrigen Phase während der oxidativen Polymerisation der Thiophen-Monomere kleiner als 5,0 ist.A process according to any one of the preceding claims wherein the pH of the aqueous phase is less than 5.0 during the oxidative polymerization of the thiophene monomers. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das organische Peroxid die Strukturformel R-O-O-R aufweist, in der R für einen C1-C20-Alkylrest oder einen C2-C20-Acylrest stehen und wobei die beiden Reste R innerhalb der Strukturformel gleich oder verschieden sein können.A process according to any one of the preceding claims, wherein the organic peroxide has the structural formula ROOR in which R is a C 1 -C 20 -alkyl radical or a C 2 -C 20 -acyl radical and where the two radicals R within the structural formula may be identical or different. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das organische Peroxid ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Dibenzoylperoxid, Laurylperoxid, tert.-Butylperoxid oder einer Mischung aus mindestens zwei davon.The method of claim 11 wherein the organic peroxide is selected from the group consisting of dibenzoyl peroxide, lauryl peroxide, tertiary butyl peroxide, or a mixture of at least two thereof. Eine Dispersion, beinhaltend Komplexe aus einem Polythiophen und einem Tensid, erhältlich durch das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12.A dispersion comprising complexes of a polythiophene and a surfactant obtainable by the process of any one of claims 1 to 12. Dispersion nach Anspruch 13, wobei die Dispersion mindestens eine der folgenden Eigenschaften verwirklicht: (α1) eine gemäß der hierin beschriebenen Testmethode bestimmte Viskosität von höchstens 3 mPas, wenn die Dispersion auf einen gemäß der hierin beschriebenen Testmethode bestimmten Feststoffgehalt von 2,0 Gew.-% oder von 5,0 Gew.-% eingestellt wird; (α2) das Integral der Viskosität der Dispersion, welche dargestellt ist als Funktion des Feststoffgehalts, im Integrationsbereich von 0,5 Gew.-% % Feststoff bis 5%Gew.-% Feststoff ist kleiner als 15,0 mPas × % ist, wobei die Viskosität mit einem Rheometer in mPas bei 20°C und einer Scherrate von 100 s–1 und der Feststoffgehalt in Prozent bestimmt wird; (α3) einen gemäß der hierin beschriebenen Testmethode bestimmten Sulfat-Gehalt von höchstens 200 ppm, wenn die Dispersion auf einen Feststoffgehalt von 2,0 Gew.-% eingestellt wird; (α4) einen gemäß der hierin beschriebenen Testmethode bestimmten Natrium-Gehalt von höchstens 1.000 ppm, wenn die Dispersion auf einen Feststoffgehalt von 2,0 Gew.-% eingestellt wird; (α5) eine gemäß der hierin beschriebenen Testmethode bestimmte Filtrierbarkeit über einen 0,45 μm-Filter nach einer Lagerung der Dispersion für einen Zeitraum von 7 Tagen bei einer Temperatur von 20°C von mindestens 50%, wenn die Dispersion vor der Filtration auf einen Feststoffgehalt von 2,0 Gew.-% eingestellt wird; (α6) einen gemäß der hierin beschriebenen Testmethode bestimmten pH-Wert kleiner als 5,0.A dispersion according to claim 13, wherein the dispersion achieves at least one of the following properties: (α1) a viscosity of at most 3 mPas determined according to the test method described herein when the dispersion is tested for a solids content of 2.0% by weight determined according to the test method described herein. % or of 5.0 wt .-% is set; (α2) is the integral of the viscosity of the dispersion represented as a function of solids content in the integration range from 0.5% by weight% solids to 5% weight% solids is less than 15.0 mPas ×%, where the viscosity is determined with a rheometer in mPas at 20 ° C and a shear rate of 100 s -1 and the solids content in percent; (α3) a sulphate content of at most 200 ppm determined according to the test method described herein when the dispersion is adjusted to a solids content of 2.0% by weight; (α4) a sodium content of at most 1,000 ppm determined according to the test method described herein when the dispersion is adjusted to a solids content of 2.0% by weight; (α5) a filterability determined according to the test method described herein of a 0.45 μm filter after storage of the dispersion for a period of 7 days at a temperature of 20 ° C of at least 50%, if the dispersion before filtration to a Solids content of 2.0 wt .-% is set; (α6) has a pH determined in accordance with the test method described herein of less than 5.0. Eine Dispersion, beinhaltend Komplexe aus einem Polythiophen und einem Tensid, wobei die Dispersion mindestens eine der folgenden Eigenschaften verwirklicht: (α1) eine gemäß der hierin beschriebenen Testmethode bestimmte Viskosität von höchstens 3 mPas, wenn die Dispersion auf einen gemäß der hierin beschriebenen Testmethode bestimmten Feststoffgehalt von 2,0 Gew.-% oder von 5,0 Gew.-% eingestellt wird; (α2) das Integral der Viskosität der Dispersion, welche dargestellt ist als Funktion des Feststoffgehalts, im Integrationsbereich von 0,5 Gew.-% Feststoff bis 5 Gew.-% Feststoff ist kleiner als 15,0 mPas × % ist, wobei die Viskosität mit einem Rheometer in mPas bei 20°C und einer Scherrate von 100 s·1 und der Feststoffgehalt in Prozent bestimmt wird; (α3) einen gemäß der hierin beschriebenen Testmethode bestimmten Sulfat-Gehalt von höchstens 200 ppm, wenn die Dispersion auf einen Feststoffgehalt von 2,0 Gew.-% eingestellt wird; (α4) einen gemäß der hierin beschriebenen Testmethode bestimmten Natrium-Gehalt von höchstens 1.000 ppm, wenn die Dispersion auf einen Feststoffgehalt von 2,0 Gew.-% eingestellt wird; (α5) eine gemäß der hierin beschriebenen Testmethode bestimmte Filtrierbarkeit über einen 0,45 μm-Filter nach einer Lagerung der Dispersion für einen Zeitraum von 7 Tagen bei einer Temperatur von 20°C von mindestens 50%, wenn die Dispersion vor der Filtration auf einen Feststoffgehalt von 2,0 Gew.-% eingestellt wird; (α6) einen gemäß der hierin beschriebenen Testmethode bestimmten pH-Wert kleiner als 5,0.A dispersion comprising complexes of a polythiophene and a surfactant, wherein the dispersion achieves at least one of the following properties: (α1) a viscosity of at most 3 mPas determined according to the test method described herein, when the dispersion has a solids content determined according to the test method described herein of 2.0% by weight or 5.0% by weight; (α2) is the integral of the viscosity of the dispersion, which is represented as a function of solids content, in the integration range from 0.5% by weight of solid to 5% by weight of solid is less than 15.0 mPas ×%, where the viscosity with a rheometer in mPas at 20 ° C and a shear rate of 100 s · 1 and the solids content in percent is determined; (α3) a sulphate content of at most 200 ppm determined according to the test method described herein when the dispersion is adjusted to a solids content of 2.0% by weight; (α4) a sodium content of at most 1,000 ppm determined according to the test method described herein when the dispersion is adjusted to a solids content of 2.0% by weight; (α5) a filterability determined according to the test method described herein of a 0.45 μm filter after storage of the dispersion for a period of 7 days at a temperature of 20 ° C of at least 50%, if the dispersion before filtration to a Solids content of 2.0 wt .-% is set; (α6) has a pH determined in accordance with the test method described herein of less than 5.0. Ein Verfahren zur Herstellung einer elektrisch leitfähigen Schicht, umfassend die Verfahrensschritte: I) Bereitstellung eines Substrates; II) Ausbringen einer Dispersion nach einem der Ansprüche 13 bis 15 auf das Substrat; III) zumindest teilweises Entfernen des Wassers bzw. des organischen Lösungsmittels aus der Dispersion unter Erhalt einer elektrisch leitfähigen Schicht auf dem Substrat.A method for producing an electrically conductive layer, comprising the method steps: I) providing a substrate; II) applying a dispersion according to any one of claims 13 to 15 to the substrate; III) at least partially removing the water or the organic solvent from the dispersion to obtain an electrically conductive layer on the substrate. Eine elektrisch leitfähige Schicht, erhältlich durch das Verfahren nach Anspruch 16.An electrically conductive layer obtainable by the method of claim 16. Verwendung der Dispersionen nach einem der Ansprüche 13 bis 15 zur antistatischen Beschichtung, zur Herstellung einer leitfähigen Schicht in einem Kondensator, zur Herstellung einer Lochinjektionsschicht in einem OLED oder einem OPV oder zur Herstellung einer IR-Reflektionsschicht.Use of the dispersions according to one of Claims 13 to 15 for the antistatic coating, for producing a conductive layer in a capacitor, for producing a hole injection layer in an OLED or an OPV or for producing an IR reflection layer. Verwendung nach Anspruch 18, wobei die leitfähige Schicht in einem Kondensator eine Feststoffelektrolytschicht oder eine auf einer Feststoffelektrolytschicht aufgebrachte polymere Außenschicht ist.Use according to claim 18, wherein the conductive layer in a capacitor is a solid electrolyte layer or a polymeric outer layer applied to a solid electrolyte layer.
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