EP1614122A1 - Specific oxidation agents for producing conductive polymers - Google Patents

Specific oxidation agents for producing conductive polymers

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EP1614122A1
EP1614122A1 EP04722174A EP04722174A EP1614122A1 EP 1614122 A1 EP1614122 A1 EP 1614122A1 EP 04722174 A EP04722174 A EP 04722174A EP 04722174 A EP04722174 A EP 04722174A EP 1614122 A1 EP1614122 A1 EP 1614122A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
oxidizing agent
mixture
precursors
production
conductive polymers
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP04722174A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Udo Merker
Stephan Kirchmeyer
Klaus Wussow
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Heraeus Deutschland GmbH and Co KG
Original Assignee
HC Starck GmbH
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Filing date
Publication date
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Application filed by HC Starck GmbH filed Critical HC Starck GmbH
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • Y02E60/13Energy storage using capacitors

Definitions

  • the invention relates to a process for the production of special oxidizing agents which, in mixtures with precursors for the production of conductive polymers, have a high processing time during the polymerization, oxidizing agents obtainable by this process, mixtures containing such special (retarding) oxidizing agents and their use for the production of solid electrolytic capacitors and conductive layers.
  • the compound class of the ⁇ conjugated polymers has been the subject of numerous publications in the past decades. They are also called conductive polymers or synthetic. Referred to metals.
  • Polymers are polypyrroles, polythiophenes, polyanilines, polyacetylenes, polyphenylenes and poly (p-phenylen-yinylenes).
  • Layers of conductive polymers are used in a variety of technical ways. An overview of is in L. Groenendaal, F. Jonas, D. Freitag, H. Pielartzik & J. R. Reynolds, Adv. Mater. 12 (2000) 4SI - 494.
  • conductive polymers takes place chemically oxidatively or electrochemically from precursors for the production of conductive polymers such as optionally substituted thiophenes, pyrroles and anilines and their respective optionally oligomeric derivatives.
  • chemical oxidative polymerization is widespread because it is technically easy to implement on a variety of substrates.
  • the precursors for the production of conductive polymers are polymerized using an oxidizing agent. The polymerization is so fast that • the precursors for the production of conductive polymers and the oxidizing agent usually have to be applied to the substrate one after the other.
  • EP-A 339 340 describes the chemically oxidative polymerization of 3,4-disubstituted thiophenes.
  • these thiophenes can also be processed into conductive layers in solution in the presence of the oxidizing agent. However, the reaction starts after a few minutes.
  • EP-A 615 256 describes that the addition of a non-volatile base such as imidazole can slow down the polymerization in mixtures of oxidizing agent and precursors for the production of conductive polymers. This allows the polymerization to be suppressed for a few hours. However, the additive remains in the conductive layer and can interfere with the function of the layer there. '
  • oxidizing agents which can be used together with precursors for the production of conductive polymers at temperatures which are technically easy to handle, the polymerization being suppressed for a sufficiently long time for industrial applications without having to carry out complex further process steps to prevent it. Therefore, the object was to find suitable oxidizing agent for the chemically oxidative polymerisation of precursors for producing conductive polymers and to produce, which suppress the polymerization sufficiently long and with which conductive layers' - can be prepared - for example, solid electrolyte capacitors, or other applications.
  • Another task was to find suitable oxidizing agents which are also stable in storage.
  • the present invention therefore relates to a process for the production of an oxidizing agent for the production of conductive polymers, characterized in that a metal salt of an organic acid or inorganic acid having organic residues is treated with an ion exchanger.
  • radical definitions, parameters and explanations can set out below, with each other so there 'combined between the respective ranges and preferred ranges in any way.
  • Inorganic or organic ion exchangers can be used as ion exchangers, but organic ion exchangers are preferred,
  • Inorganic anion exchangers are, for example, zeolites, montmorillonites, attapulgites, bentonites and other aluminosilicates, or else acid salts of polyvalent metal ions such as zirconium phosphate, titanium tungstate, nickel hexacyanoferrate (II).
  • Organic anion exchangers are, for example, polycondensates, e.g. from phenol and formaldehyde, or polymers, e.g. obtainable by copolymerization from styrene, acrylates or methacrylates and divinylbenzene, which were subsequently functionalized accordingly.
  • polycondensates e.g. from phenol and formaldehyde
  • polymers e.g. obtainable by copolymerization from styrene, acrylates or methacrylates and divinylbenzene, which were subsequently functionalized accordingly.
  • other appropriately functionalized macromolecules for example those of natural origin such as celluloses, dextrans and aragoses, can also be used.
  • the preceding enumeration serves as an example and is not to be interpreted as a limitation.
  • the ion exchangers can be used in the use forms known to those skilled in the art, for example in the form of pearls, as granules, as powder resins, in ground form, incorporated into fabrics or fibers, as papers, layers or other bodies, in the form of ion exchange membranes, as liquid organic ion exchangers or optionally also used as a magnetic ion exchanger.
  • the ion exchangers can be macroporous, microporous or gel-like. Macroporous ion exchangers are preferably used.
  • Anion exchangers are preferably used as ion exchangers.
  • Anion exchangers have functional basic groups bonded to the ion exchanger, such as primary, secondary or tertiary amine groups or quaternary ammonium groups.
  • the basicity of the ion exchangers can vary. For example, contain strongly basic ion exchangers usually quaternary ammonium groups, while weakly basic 'ion exchangers often less basic primary, secondary and / or tertiary amine groups bear. However, any mixed forms are known between strong and weakly basic ion exchangers. Weakly basic anion exchangers are preferred in the sense of the invention.
  • Ion exchangers and their preparation are known to the person skilled in the art and are described in the relevant specialist literature, for example in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry (Verlag Chemie, Weinheim), Volume 13, 4th Edition, pp. 281-308. However, all ion exchangers which can be prepared by newer methods and which have the properties listed above are also suitable for carrying out the process according to the invention.
  • Suitable ion exchangers are like them, Leverkusen are sold functionalized with tertiary amines macroporous polymers of styrene and divinylbenzene, for example, under the trade name Lewatit ® from Bayer AG.
  • the ion exchangers can be used in the process according to the invention without prior treatment. However, it is also possible to treat the ion exchangers with acids such as sulfuric acid or with bases such as sodium hydroxide or potassium hydroxide solution, for example in order to regenerate them before use.
  • the ion exchangers used according to the invention can also be subjected to such a regeneration if their capacity has been exhausted to the extent that they are loaded to such an extent that they are not sufficiently interchangeable for the implementation of the method according to the invention. show more. In this way, ion exchangers can be recycled for use in the process according to the invention.
  • the metal salts are preferably treated with the ion exchanger in the presence of one or more solvents.
  • Treatment can be continuous or discontinuous e.g. by mixing, stirring or shaking and subsequent separation, in a particular embodiment the treatment is carried out continuously.
  • a solution of the metal salt passed over a column containing the ion exchanger e.g. Metal salt, solvents and ion exchangers can also be brought together in one container and stored there for a time of, for example, one minute to 72 hours.
  • the ion exchanger can e.g. be separated from the oxidizing agent via a filter, a membrane or a centrifuge.
  • the process according to the invention can be carried out at temperatures of, for example, -20 ° C. to 120 ° C. Preference is given to temperatures which permit simple and inexpensive industrial implementation, for example temperatures from 10 to 40 ° C., particularly preferably room temperature.
  • the amount of ion exchanger added depends on its capacity and the contact time of the metal salt and ion exchanger. If necessary, it can be determined by preliminary tests.
  • the amount of ion exchanger is expediently chosen so that the resulting oxidizing agents according to the invention lead to a sufficiently low polymerization rate. Too small amounts of ion exchanger can lead to exhaustion of the ion exchanger before the metal salt has been adequately treated; too short a contact time can lead to incomplete treatment of the metal salt despite sufficient capacity of the ion exchanger. With too high capacities and or long contact times at the ion exchanger, an oxidizing agent can be produced which almost completely suppresses the polymerization at suitable process temperatures.
  • the suitable amount of added ion exchanger can, if necessary, be determined by preliminary tests.
  • the ion exchangers used can be water-containing or water-free.
  • water-containing means a water content of 1% by weight and more.
  • commercially available ion exchangers with a commercially available water content of, for example, 30 to 70% by weight are used.
  • the water content of the ion exchanger can optionally be reduced before the treatment of the metal salt, for example by rinsing with a solvent or drying. This is particularly advantageous if a solution of an oxidizing agent with a low water content is desired. It has surprisingly been found that solutions of oxidizing agents according to the invention with a low water content are stable in storage under customary storage or transport conditions.
  • ion exchangers with such a low water content are therefore used that the solution of the oxidizing agent according to the invention after treatment with the ion exchanger has a water content of 0 to 10% by weight, preferably 0 to 5% by weight. %, particularly preferably from 0 to 2 wt .-%, each based on the total weight of the solution.
  • the water content of ion exchangers with a high water content can be e.g. be reduced by gradually or continuously rinsing with an anhydrous solvent or by thermal drying or vacuum drying.
  • the same solvent in which the oxidizing agent is dissolved is preferably used as the solvent for rinsing.
  • the oxidants according to the invention can also be subsequently reduced in their water content after treatment with the ion exchanger, for example by drying and then dissolving them.
  • an anhydrous solvent or by using dehydrating agents such as molecular sieves can also be used.
  • solutions of the oxidants according to the invention with a low water content have been found to be stable under normal storage and transport conditions, i.e. they show no precipitations for a period of up to several months.
  • Solutions of oxidizing agents according to the invention with an increased water content show, under the same conditions over time, i.e. under certain circumstances precipitations can occur after just a few hours or days.
  • the latter solutions of oxidizing agents according to the invention can be cooled to temperatures of 10 ° C. or lower, preferably 6 ° C. or lower, in order to increase the storage stability.
  • the advantage of the solutions of the oxidants according to the invention with a low water content compared to solutions of the oxidants according to the invention with a higher water content is consequently that transport and / or storage do not require separate cooling.
  • the solutions of the oxidizing agents according to the invention preferably contain 1 to 80% by weight, particularly preferably 10 to 60% by weight, very particularly preferably 15 to 50% by weight of the oxidizing agent according to the invention.
  • metal salts known to the person skilled in the art and suitable for the oxidative polymerization of thiophenes, anilines or pyrroles as oxidizing agents can be used as metal salts.
  • Preferred transition metal salts are those of iron (Jjr).
  • Iron (IU) salts are often inexpensive, readily available and can be handled easily, such as the iron (IH) salts of inorganic acids, such as iron (II [) halide (eg FeCl 3 ) or iron (IIt ) Salts of other inorganic acids, such as Fe (C10) 3 or Fe 2 (S0 4 ) 3 , and the iron (TII) salts of organic acids and organic residues containing organic residues.
  • iron (IU) salts of organic residues containing inorganic acids are, for example, the iron (i ⁇ ) salts of the sulfuric acid semiesters of C 1 -C 20 -laols, e.g. called the iron (TI ⁇ ) salt of lauryl sulfate.
  • iron (JiI) ⁇ salts of organic acids which may be mentioned are: the iron ( ⁇ i) salts of C 1 -C 2 -alkanesulfonic acids, such as methane, ethane, propane, butane or higher sulfonic acids such as dodecanesulfonic acid, of aliphatic perfluorosulfonic acids , such as trifluoromethanesulfonic acid, perfluorobutanesulfonic acid or perfluorooctanesulfonic acid, from aliphatic C; [ -C20-Cafbonic acids such as 2-ethylhexylcarboxylic acid, of aliphatic perfluorocarboxylic acids such as trifluoroacetic acid or perfluorooctanoic acid, and of aromatic sulfonic acids optionally substituted by C 1 -C 2 -alkyl groups such as benzenesulfonic acid, o-toluen
  • One or more alcohol (s), water or a mixture of one or more alcohol (s) and water are preferably used as the solvent or solvents.
  • Butanol, ethanol and methanol are particularly preferred among the alcohols.
  • the oxidizing agent produced according to the invention can be separated from the solvent after treatment with the ion exchanger and, if appropriate, can be dissolved again in the same or different solvent from the selection listed above.
  • the invention furthermore relates to oxidizing agents or solutions of oxidizing agents obtainable by the process according to the invention described above. All apply here Preferred ranges that apply to the process according to the invention, individually and in any combination, also for the oxidizing agents or their solutions obtainable by this process.
  • the invention preferably relates to oxidizing agents or solutions of oxidizing agents prepared by the process according to the invention described above.
  • the oxidizing agents according to the invention slow down or delay the polymerization - at the same concentration and the same reaction temperature - in reactive mixtures of precursors for the production of conductive polymers and oxidizing agents according to the invention. They are therefore also called retarding oxidizing agents in the following.
  • more conductive layers can be produced from the oxidizing agents according to the invention than from oxidizing agents not treated with ion exchangers.
  • the retarding (retarding or slowing down) effect of the oxidizing agents according to the invention can be observed in a simple manner, for example, purely optically.
  • To determine the retarding effect it is possible, for example, to measure the time in which the first polymer particles are formed, which is visible to the eye.
  • the time until visible formation of polymer particles in the reactive mixtures is preferably longer than one hour, particularly preferably longer than 10 hours and very particularly preferably longer than 20 hours.
  • the invention therefore relates to the use of the oxidizing agents obtainable by the process according to the invention as retarding oxidizing agents in the oxidative polymerization of precursors for the production of conductive polymers.
  • polymers encompasses all compounds with more than one. Repeating unit.
  • Conductive polymers are understood here to mean the class of compounds of 7r-conjugated polymers which have an electrical conductivity after oxidation or reduction.
  • ⁇ -conjugated polymers are preferably understood to be conductive polymers which have electrical conductivity after oxidation. Examples include his optionally substituted polythiophenes, polypyrroles and polyanilines.
  • Preferred conductive polymers for the purposes of the invention are optionally substituted polythiophenes, in particular optionally substituted poly (3,4-ethylenedioxythiophenes).
  • Corresponding monomers or their derivatives are accordingly understood as precursors for the production of conductive polymers, hereinafter also referred to as precursors. Mixtures of different precursors can also be used.
  • Suitable monomeric precursors are, for example, optionally substituted thiophenes, pyrroles or anilines, preferably optionally substituted thiophenes, particularly preferably optionally substituted 3,4-alkylenedioxythiophenes.
  • substituted 3,4-alkylenedioxythiophenes include the compounds of the general ⁇ formula (I) called
  • A represents an optionally substituted C 1 -C 5 alkylene radical, preferably an optionally substituted C 2 -C 3 alkylene radical,
  • R is a linear or branched, optionally substituted Ci-Cis-alkyl radical, preferably linear or branched, optionally substituted C ⁇ C ⁇ -4 alkyl, optionally substituted C 5 -C ⁇ 2 cycloalkyl, optionally substituted C 6 -C I - Aryl radical, optionally substituted C 7 -C 8 aralkyl radical, optionally substituted C 1 -C 4 hydroxyalkyl radical, preferably optionally substituted C 1 -C 2 hydroxyalkyl radical, or a hydroxyl radical, '
  • x represents an integer from 0 to 8, preferably from 0 to 6, particularly preferably 0 or 1,
  • radicals R in the event that a plurality of radicals R are bonded to A, these may be the same or different.
  • the general formula (I) is to be understood such that the substituent R can be bonded to the alkylene radical A x times.
  • Very particularly preferred monomeric precursors are optionally substituted 3,4-ethylenedioxythiophenes.
  • substituted 3,4-ethylenedioxythiophenes are the compounds of the general formula (Ia)
  • derivatives of these monomeric precursors are understood to mean, for example, dimers or trimers of these monomeric precursors. They are also higher molecular weight derivatives, i.e. Tetramers, pentamers etc. of the monomeric precursors are possible as derivatives.
  • the derivatives can be constructed from the same or different monomer units and can be used in pure form and in a mixture with one another and / or with the monomeric precursors. Oxidized or reduced forms of these precursors are also included in the sense of the invention by the term “precursors”, provided that the same conductive polymers are formed in their polymerization as in the precursors listed above.
  • C 1 -C 5 -alkylene radicals A are methylene, ethylene, n-propylene, n-butylene or n-pentylene.
  • the advantage of applying the oxidizing agent and precursors together for the production of conductive polymers at technically easy-to-use temperatures is that the number of process steps is significantly reduced.
  • a defined stoichiometric ratio between the reactants can be set in this way. For example, it is possible to convert the precursors into the polymer in high proportions, possibly even up to almost 100%.
  • the solutions or mixtures of the oxidizing agents and the precursors obtainable according to the invention are particularly suitable for producing conductive layers on the surface of porous or smooth substrates. Because the oxidizing agents and the precursors are uniformly distributed in the mixtures, the polymerization also produces homogeneous, ie dense - in the sense of non-porous or not very porous - polymer layers. In the case of sequential application of oxidizing agent and precursors, porous polymer layers arise due to local excess or deficit of oxidizing agent and precursors.
  • the conductive layers obtainable from the mixtures according to the invention are therefore distinguished by a particular homogeneity and high conductivity.
  • solutions or mixtures according to the invention are accessible for processing for a significantly longer time than those which contain oxidizing agents which have not been treated with an ion exchanger. This makes it possible for the first time to use these mixtures or solutions in continuous, industrial manufacturing processes.
  • the invention also relates to mixtures comprising precursors for the production of conductive polymers and one or more oxidizing agents according to the invention and optionally one or more solvents, characterized in that the formation of polymers in the mixtures is delayed compared to untreated oxidizing agents.
  • the mixtures according to the invention can be homogeneous or heterogeneous and single or multi-phase.
  • the mixtures according to the invention are preferably solutions.
  • the oxidizing agents and precursors for the production of conductive polymers can be mixed together as a solid and / or liquid. However, one or more solvents are preferably added to the mixtures. Suitable solvents are above all the solvents already listed above. It is also possible to produce the mixtures directly on the surface to be coated, for example on an oxide layer of a metal or on a substrate surface. For this purpose, oxidizing agents and precursors for the production of conductive polymers are added in succession, preferably in the form of solutions, to the surface to be coated. The mixture is then created by mixing the individual components, i.e. Oxidizing agents and precursors, on the surface to be coated or, if appropriate, after partial or complete evaporation of the solvents by diffusion at the oxidizing agent interface to precursors.
  • one or more solvents are preferably added to the mixtures. Suitable solvents are above all the solvents already listed above. It is also possible to produce the mixtures directly on the surface to be coated, for example on an oxide layer of a metal or on
  • the mixtures according to the invention can contain water.
  • This water can, for example, originate from the oxidizing agent according to the invention or its solution and / or can be added subsequently to the mixtures according to the invention.
  • the addition of water can increase the delay in the formation of polymers in the mixtures according to the invention, ie the pot life.
  • Additional water is preferably added when using oxidizing agents according to the invention or their solutions with a low water content. 1 to 100% by weight, particularly preferably 1 to 60% by weight, very particularly preferably 1 to 40% by weight, of water, based on the weight of the oxidizing agent according to the invention, are preferably added.
  • the conductive polymers produced with the oxidizing agents according to the invention can be neutral or cationic, but they are preferably cationic.
  • cationic refers only to the charges which are located on the main polymer chain. These positive charges must be saturated by counterions which, in the special embodiments in which the repeating units are substituted by anionic groups such as, for example, sulfonate or carboxylate groups.
  • anionic groups such as, for example, sulfonate or carboxylate groups
  • the positive charges of the main polymer chain can be partially or completely saturated by the covalently bound anionic groups. In the event that there are more covalently bound anionic groups than positive charges, a negative total charge of the polymer can also result
  • charges are at least 1 and at most p, where p is the total number of all repetition units contained - identical or different - in the polymer.
  • the conductive polymers require anions as counterions.
  • polymeric carboxylic acids such as polyacrylic acids, polymethacrylic acid or polymalefic acids
  • polymeric sulfonic acids such as polystyrene sulfonic acids and polyvinyl sulfonic acids
  • polycarbonic and sulfonic acids can also be copolymers of vinylcarbonic and vinylsulfonic acids with other polymerizable monomers, such as acrylic acid esters and styrene.
  • the anion of the polystyrene sulfonic acid is particularly preferred as the counter ion.
  • the molecular weight of the polyacids providing the polyanions is preferably 1,000 to 2,000,000, particularly preferably 2,000 to 500,000.
  • the polyacids or their alkali metal salts are commercially available, for example polystyrene sulfonic acids and polyacrylic acids, or else can be prepared by known processes (see, for example, Houben Weyl , Methods of Organic Chemistry, Vol. E 20 Macromolecular Substances, Part 2, (1987), p. 1141 u.fi).
  • the monomeric anions such as those used by C ⁇ -C20 alkane sulfonic acids, such as methane, ethane, propane, butane or higher sulfonic acids such as dodecane, of aliphatic perfluorosulfonic acids, such as trifluoromethanesulfonic acid, perfluorobutane sulfonic ⁇ or perfluorooctane sulfonic acid, of aliphatic Ci -C20 carboxylic acids such as 2-ethylhexyl carboxylic acid, of aliphatic perfluorocarboxylic acids such as trifluoroacetic acid or perfluoro-octanoic acid, and of aromatic sulfonic acids optionally substituted by C ⁇ -C20 alkyl groups such as benzenesulfonic acid, o-toluenesulfonic acid, p-toluenesulfonic acid or dodecylbenzene
  • the counterions are added to the mixtures, for example in the form of their alkali salts or as free acids.
  • the anions present in the oxidizing agent used preferably serve as counterions, so that the addition of additional counterions is not absolutely necessary.
  • the mixtures according to the invention can also contain other components such as one or more organic binders which are soluble in organic solvents, such as polyvinyl acetate, polycarbonate, polyvinyl butyrate, polyacrylic acid esters, polymethacrylic acid esters, polystyrene, polyacrylonitrile, polyvinyl chloride, polybutadiene, polyisoprene, polyethers, polyesters, silicones, pyrrole / Acrylic acid ester, vinyl acetate / acrylic acid ester and ethylene / vinyl acetate copolymers or water-soluble binders such as polyvinyl alcohols, crosslinking agents such as polyurethanes or polyurethane dispersions, polyacrylates, polyolefin dispersions, epoxysilanes such as 3-glycidoxypropyltrialkoxysilane, and additives such as, for example surfactants are added.
  • organic binders which are soluble in organic solvents, such as polyvinyl a
  • oxidizing agents For the oxidative polymerization of the precursors for the production of conductive polymers, 2.25 equivalents of oxidizing agents are theoretically required per mole of thiophene (see, for example, J. Polym. Sc. Part A Polymer Chemistry Vol. 26, p. 1287 (1988)). However, lower or higher equivalents of oxidizing agent can also be used.
  • the mixtures preferably contain 1 to 30% by weight of the precursors for the production of conductive polymers and 0 to 50% by weight of binders, crosslinking agents and / or additives, both weight percentages based on the total weight of the mixture.
  • the mixtures according to the invention can furthermore contain solvents, counterions, binders and / or crosslinking agents.
  • C ⁇ -C2o alkane sulfonic acids such as methane, ethane, propane, butane or higher sulfonic acids such as dodecane sulfonic acid, of aliphatic perfluorosulfonic acids, such as trifluoromethane sulfonic acid, perfluorobutane sulfonic acid or perfiuorooctane sulfonic acid, of aliphatic C -C20 carboxylic acids such as 2-ethylhexylcarboxylic acid, of aliphatic perfluorocarboxylic acids such as trifluoroacetic acid or perfluorooctanoic acid, and of aromatic sulfonic acids optionally substituted by C20 -C20 alkyl groups such as benzenesulfonic acid, o-toluenesulfonic acid, p-toluenesulfonic acid or Dodecylbenzenes
  • water preferably 1 to 100% by weight, particularly preferably 1 to 60% by weight, very particularly preferably 1 to 40% by weight of water, based on the weight of the oxidizing agent, is added to the mixtures according to the invention ,
  • the “oxidizable metal” preferably forms an anode body with a large surface, for example in the form of a porous sintered body or a roughened foil. In the following, this is also referred to briefly as an anode body.
  • the solid electrolyte made of conductive polymer is produced on the anode body covered with an oxide layer by oxidative polymerization of the mixtures described above, by applying these mixtures, preferably in the form of solutions, to the oxide layer of the anode body and the oxidative polymerization, depending on the activity of the one used Oxidizing agent, optionally by heating the coating to the end.
  • the anions of the monomeric alkane or cycloalkane sulfonic acids or aromatic sulfonic acids are particularly preferred for use in the electrolytic capacitors according to the invention, since solutions containing them are more suitable for penetrating into the porous anode material and thus a larger contact area can be formed between the anode material and the solid electrolyte.
  • the solutions can additionally contain one or more binders, crosslinking agents and / or additives.
  • binders Suitable binders, crosslinking agents and / or additives are those listed above for the mixtures according to the invention.
  • anode body Depending on the type of anode body, it can be advantageous to impregnate the anode body with the mixtures a further number of times, preferably after washing, in order to achieve thicker polymer layers.
  • valve metal is to be understood as those metals whose oxide layers do not allow the current to flow in both directions equally: With an anodically applied voltage, the oxide layers of the valve metals block the current flow, while with cathodically applied voltage large currents occur which destroy the oxide layer can.
  • the valve metals include Be, Mg, Al, Ge, Si, Sn, Sb, Bi, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta and W and an alloy or combination of at least one of these metals with other elements.
  • the best known representatives of valve metals are AI, Ta and Nb. Connections with comparable Properties are those with metallic conductivity, which can be oxidized and whose oxide layers have the properties described above.
  • NbO has metallic conductivity, but is generally not considered a valve metal.
  • layers of oxidized NbO have the typical properties of valve metal oxide layers, so that NbO or an alloy or compound of NbO with other elements are typical examples of such compounds with comparable properties.
  • the present invention particularly preferably relates to a method, characterized in that the valve metal or the compound ' with comparable properties is tantalum, niobium, aluminum, titanium, zirconium, hafnium, vanadium, an alloy or compound of at least one of these Metals with other elements, NbO or an alloy or compound of NbO with other elements.
  • the “oxidizable metal” preferably forms an anode body with a large surface, for example in the form of a porous sintered body or a roughened foil.
  • the present invention therefore also relates to a process for the production of electrically conductive layers, characterized in that the mixtures according to the invention, preferably in the form of solutions, are applied to a base and chemically conductive polymers on this base at temperatures of from -10 ° C. to 250 ° C, preferably at temperatures from 0 ° C to 200 ° C, polymerized.
  • spin-coating of the mixtures or solutions is particularly suitable (spin coating).
  • counterions can also be added to the solutions. Suitable counterions are those listed above for the mixtures according to the invention, wherein the polyanions can lead to improved film formation properties for the formation of polymer films and are therefore preferred.
  • antistatic coatings they can be used, for example, on films, packaging of electronic components, for finishing plastic films and for screen coating. Furthermore, they can be used as cathode materials in capacitors, as transparent electrodes, for example in displays, for example as a replacement for jxidium tin oxide electrodes, or as electrical conductors in polymer electronics. Other applications include sensors, batteries, solar cells, electrochromic windows (smart windows) and 'displays and the corrosion protection.
  • the mixtures according to the invention have a significantly longer pot life than the mixture with iron (ILT) -p-toluenesulfonate which has not been treated with an ion exchanger.
  • the layer thickness was determined using a Tencor Alpha Step 500 Surface Profiler. The specific conductivity was determined from the surface resistance and layer thickness. The rest of the mixture was stored in a refrigerator at approx. 6 ° C. and the pot life was determined there, as described in Example 1.
  • the mixture according to the invention has a significantly longer pot life than the mixture with an oxidizing agent not treated with an ion exchanger. At the same time, the conductivity of the layer is significantly greater and the surface resistance is significantly lower than for the sample which was produced from the reference mixture.
  • Example 4
  • the pot life of a mixture according to the invention was determined in comparison with a mixture of metal salt not treated with an ion exchanger and with added base.
  • Example 2 For this purpose, analogous to Example 1, a 40 wt .-% strength butanolic solution of iron (III) -p-toluene sulfonate in a volume ratio of 2: 1 with the weakly basic anion exchanger Lewatit MP 62 macroporous ® (Bayer AG), and the mixture left for 64 h. The anion exchanger was then filtered off.
  • Polymer films could be produced from both of the above mixtures by applying the mixture to a glass plate and drying at 60 ° C.
  • the mixture For reference mixtures with larger additives imidazole
  • no polymer films could provide more manufacturing • even at temperatures of 150 ° C.
  • the mixture according to the invention has a significantly longer pot life than the mixture with an oxidizing agent not treated with an ion exchanger and addition of the base imidazole.
  • a second solution was prepared analogously by using a 40 wt .-% ethanolic solution of iron (ITI) -p-toluenesulfonate in the volume ratio 2: basic 1 slightly with that anion exchanger Lewatit macroporous ® MP 62 (Bayer AG) for 7 hours with mixed with a shaker, and then the anion exchanger was filtered off (solution 2).
  • a mixture according to the invention consisting of one part by weight of 3,4-ethylenedioxy thiophene (BAYTRON ® M, HC Starck GmbH), 10 parts by weight of solution 1 and 10 parts by weight of solution 2 was prepared, and the mixture in a refrigerator at about 6 ° C stored.
  • the pot life was determined analogously to Example 1.
  • the pot life was 96 hours.
  • the pot life can also be adjusted by mixing differently prepared oxidizing agents according to the invention.
  • the pot life of a mixture according to the invention was determined when stored at low temperature.
  • Example 2 For this purpose, analogous to Example 1, a 40 wt .-% strength butanolic solution of iron (III) -p-toluene sulfonate in a volume ratio of 2: 1 with the weakly basic anion exchanger Lewatit MP 62 macroporous ® (Bayer AG), and the mixture left for 24 hours. The anion exchanger was then filtered off.
  • Analog were mixtures with the ® by the same treatment with the mitt Elba rectangular, macroporous anion exchanger Lewatit MP 64 (Bayer AG) or the. strongly basic, macroporous anion exchanger Lewatit ® MP 600 WS (Bayer AG) prepared as described under a), stored at 6 ° C and the samples also analyzed analogously.
  • Example 2 a 40% by weight ethanolic solution of iron (m) - p-toluenesulfonate in a volume ratio of 2: 1 (based on the volume of the ion exchanger before the treatment with ethanol) was used with the weakly basic, macroporous anion exchanger Lewatit ® MP 62 (Bayer AG) mixed for 7 hours with a shaker, and then the anion exchanger was filtered off.
  • Figure 2 Comparison of experimental data of the concentration profile of EDT ( ⁇ square), Fe ( ⁇ i) (f diamond) and Fe (LT) (A triangle) at 30 ° C with model simulation (solid lines).

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Abstract

The invention relates to a method for producing specific oxidation agents, which, when mixed with precursors for the production of conductive polymers, exhibit a long processing time during the polymerisation process. The invention also relates to oxidation agents that are obtained by said method, to mixtures containing specific (retarding) oxidation agents of this type and to their use for producing solid electrolyte capacitors and conductive layers. The oxidation agents are produced by treating a metal salt of an organic acid or an inorganic acid comprising organic groups with an ion exchanger.

Description

Retardierende Oxidationsmittel zur Herstellung leitfähiger Polymere Retarding oxidizing agents for the production of conductive polymers
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung spezieller Oxidationsmittel, die in Mischungen mit Vorstufen für die Herstellung leitfähiger Polymere eine hohe Verarbeitungszeit während der Polymerisation aufweisen, Oxidationsmittel erhältlich nach diesem Verfahren, Mischungen enthaltend solche speziellen (retardierenden) Oxidationsmittel und deren Verwendung zur Herstellung von Feststoffelektrolytkondensatoren und leitfähigen Schichten.The invention relates to a process for the production of special oxidizing agents which, in mixtures with precursors for the production of conductive polymers, have a high processing time during the polymerization, oxidizing agents obtainable by this process, mixtures containing such special (retarding) oxidizing agents and their use for the production of solid electrolytic capacitors and conductive layers.
Die Verbindungsklasse der ^-konjugierten Polymere war in den letzten Jahrzehnten Gegenstand zahlreicher Veröffentlichungen. Sie werden auch als leitfähige Polymere oder als synthetische . Metalle bezeichnet.The compound class of the ^ conjugated polymers has been the subject of numerous publications in the past decades. They are also called conductive polymers or synthetic. Referred to metals.
Leitfähige Polymere gewinnen zunehmend an wirtschaftlicher Bedeutung, da Polymere gegenüberConductive polymers are becoming increasingly important economically, as opposed to polymers
Metallen Vorteile bezüglich der Verarbeitbarkeit, des Gewichts und der gezielten Einstellung vonMetal advantages in terms of processability, weight and the targeted adjustment of
. Eigenschaften durch chemische Modifikation haben. Beispiele für bekannte 7τ-konjugierte-, Have properties through chemical modification. Examples of known 7τ-conjugated
Polymere sind Polypyrrole, Polythiophene, Polyaniline, Polyacetylene, Polyphenylene und Poly(p- phenylen-yinylene). Schichten aus leitfähigen Polymeren werden technisch vielfältig eingesetzt. Eine Übersicht über befindet sich in L. Groenendaal, F. Jonas, D. Freitag, H. Pielartzik & J. R. Reynolds, Adv. Mater. 12 (2000) 4SI - 494.Polymers are polypyrroles, polythiophenes, polyanilines, polyacetylenes, polyphenylenes and poly (p-phenylen-yinylenes). Layers of conductive polymers are used in a variety of technical ways. An overview of is in L. Groenendaal, F. Jonas, D. Freitag, H. Pielartzik & J. R. Reynolds, Adv. Mater. 12 (2000) 4SI - 494.
Die Herstellung leitfähiger Polymere erfolgt chemisch oxidativ oder elektrochemisch aus Vorstufen für die Herstellung leitfähiger Polymere 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 auf vielfältigen Substraten zu realisieren ist. Dazu werden die Vorstufen für die Herstellung leitfähiger Polymere mit Hilfe eines Oxidationsmittel polymerisiert. Die Polymerisation ist dabei so schnell, dass die Vorstufen für die Herstellung leitfähiger Polymere und das Oxidationsmittel in der Regel nacheinander auf das Substrat aufgebracht werden müssen. Bei, dieser sequentiellen Auftragung tritt je- doch das Problem auf, dass stöchiometrische Verhältnisse zwischen den Vorstufen für die Herstellung leitfähiger Polymere und dem Oxidationsmittel nur sehr schwer eingestellt werden können. Dies hat zur Folge, dass die Reaktion zum Polymeren unvollständig ist, die Vorstufen nur unvollständig genutzt werden und die Qualität der leitfahigen Schicht und deren Leitfähigkeit erniedr gt wird.The production of conductive polymers takes place chemically oxidatively or electrochemically from precursors for the production of conductive polymers such as optionally substituted thiophenes, pyrroles and anilines and their respective optionally oligomeric derivatives. In particular, chemical oxidative polymerization is widespread because it is technically easy to implement on a variety of substrates. For this purpose, the precursors for the production of conductive polymers are polymerized using an oxidizing agent. The polymerization is so fast that • the precursors for the production of conductive polymers and the oxidizing agent usually have to be applied to the substrate one after the other. With this sequential application, however, the problem arises that stoichiometric relationships between the precursors for the production of conductive polymers and the oxidizing agent can be set only with great difficulty. As a result, the reaction to the polymer is incomplete, the precursors are used only incompletely, and the quality of the conductive layer and its conductivity are reduced.
Darüber hinaus wird durch die sequentielle Auftragung die Anzahl der notwendigen Prozessschritte vervielfacht, so dass sequentielle Verfahren mit deutlich höheren Prozesskosten verbunden sind. Es besteht daher der Wunsch, Vorstufen für die Herstellung leitfähiger Polymere und das Oxidationsmittel gemeinsam und in genau festgelegten Mischungen zu verwenden. Mischungen aus Oxidationsmittel und Vorstufen für die Herstellung leitfähiger Polymere weisen nur bei tiefen Temperaturen ausreichend niedrige Reaktionsgeschwindigkeiten auf, um in industriell nutzbaren Verfahren eingesetzt werden zu können. So werden beispielsweise in US 5 455 • 736 verdünnte Mischung aus Pyrrol und Oxidationsmittel auf tiefe Temperaturen gekühlt, um die Polymerisation hinreichend zu verlangsamen. Der Einsatz tiefer Temperaturen ist jedoch zum einen technisch sehr aufwendig, zum anderen ist die Löslichkeit des Oxidationsmittels bei tiefen Temperaturen begrenzt und die Viskosität der. Lösung nimmt mit sinkender Temperatur stark zu. Weiterhin besteht der Nachteil, dass durch die tiefe Temperatur Feuchtigkeit aus der Umgebungs- .luft in die gekühlten Lösungen gelangt und die Qualität der aus diesen Lösungen hergestellten leit- fähigen Polymeren nachteilig verändert wird.In addition, the number of necessary process steps is multiplied by the sequential application, so that sequential processes are associated with significantly higher process costs. There is therefore a desire to use precursors for the production of conductive polymers and the oxidizing agent together and in precisely defined mixtures. Mixtures of oxidizing agents and precursors for the production of conductive polymers only have sufficiently low reaction rates at low temperatures to be able to be used in industrially usable processes. For example, in US 5 455 • 736 diluted mixture of pyrrole and oxidizing agent are cooled to low temperatures in order to slow down the polymerization sufficiently. On the one hand, the use of low temperatures is technically very complex, on the other hand, the solubility of the oxidizing agent is limited at low temperatures and the viscosity of the. Solution increases sharply with falling temperature. There is also the disadvantage that the low temperature causes moisture from the ambient air to enter the cooled solutions and the quality of the conductive polymers produced from these solutions is adversely affected.
In EP-A 339 340 wird die chemisch oxidative Polymerisation von 3,4-disubstituierten Thiophenen - beschrieben. Bei geeigneter Wahl des Oxidationsmittels lassen sich diese Thiophene auch in Lösung in Gegenwart des Oxidationsmittels zu leitfähigen Schichten verarbeiten. Die Reaktion setzt jedoch auch hier bereits nach wenigen Minuten ein.EP-A 339 340 describes the chemically oxidative polymerization of 3,4-disubstituted thiophenes. With a suitable choice of the oxidizing agent, these thiophenes can also be processed into conductive layers in solution in the presence of the oxidizing agent. However, the reaction starts after a few minutes.
In EP-A 615 256 wird beschrieben, dass durch den Zusatz einer nichtflüchtigen Base wie Imidazol die Polymerisation in Mischungen aus Oxidationsmittel und Vorstufen für die Herstellung leitfähiger Polymere verlangsamt werden kann. Damit lässt sich die Polymerisation für einige Stunden unterdrücken. Der Zusatz verbleibt jedoch in der leitfähigen Schicht und kann sich dort störend auf die Funktion der Schicht auswirken. ' EP-A 615 256 describes that the addition of a non-volatile base such as imidazole can slow down the polymerization in mixtures of oxidizing agent and precursors for the production of conductive polymers. This allows the polymerization to be suppressed for a few hours. However, the additive remains in the conductive layer and can interfere with the function of the layer there. '
In US 6 001 281 wird die Polymerisation dadurch verlangsamt, dass zwei Lösungsmittel mit unterschiedlichen Siedepunkten eingesetzt werden. Das flüchtigere Lösungsmittel wird so gewählt, dass es das als Oxidationsmittel eingesetzte Fe(lJJ) schwach komplexiert und somit die Reaktion verlangsamt. Das Lösungsmittel mit dem höheren Siedepunkt komplexiert das Fe(IH) hingegen nicht. Zur Polymerisation wird zunächst das flüchtigere Siedemittel abgedampft, woraufhin die Reaktion beschleunigt abläuft. Diese Methode hat den großen Nachteil, dass die reaktive Lösung stark mit einem weiteren Lösungsmittel verdünnt werden muss. Ferner sind die. eingesetzten Lösungsmittel wie Tetrahydrofuran industriell nicht erwünscht.In US 6 001 281 the polymerization is slowed down by using two solvents with different boiling points. The more volatile solvent is chosen so that it weakly complexes the Fe (lJJ) used as the oxidizing agent and thus slows down the reaction. However, the solvent with the higher boiling point does not complex the Fe (IH). For the polymerization, the more volatile boiling agent is first evaporated, whereupon the reaction proceeds accelerated. This method has the major disadvantage that the reactive solution has to be diluted heavily with another solvent. Furthermore, the. solvents used such as tetrahydrofuran are not desired industrially.
Es besteht somit weiterhin Bedarf an Oxidationsmitteln, die bei technisch einfach handhabbaren Temperaturen gemeinsam mit Vorstufen für die Herstellung leitfähiger Polymere angewandt werden können, wobei die Polymerisation für industrielle Anwendungen hinreichend lange unterdrückt wird, ohne dass zur Verhinderung dessen aufwendige weitere Prozessschritte durchgeführt werden müssen. Die Aufgabe bestand daher darin, geeignete Oxidationsmittel für die chemisch oxidative Polymerisation von Vorstufen für die Herstellung leitfähiger Polymere aufzufinden und herzustellen, welche die Polymerisation hinreichend lange unterdrücken und' mit denen sich leitfähige Schichten - beispielsweise für Feststoffelektrolytkondensatoren oder sonstige Anwendungen - herstellen lassen.There is therefore still a need for oxidizing agents which can be used together with precursors for the production of conductive polymers at temperatures which are technically easy to handle, the polymerization being suppressed for a sufficiently long time for industrial applications without having to carry out complex further process steps to prevent it. Therefore, the object was to find suitable oxidizing agent for the chemically oxidative polymerisation of precursors for producing conductive polymers and to produce, which suppress the polymerization sufficiently long and with which conductive layers' - can be prepared - for example, solid electrolyte capacitors, or other applications.
Eine weitere Aufgabe bestand darin, solche geeigneten Oxidationsmittel zu finden, die zudem lagerstabil sind.Another task was to find suitable oxidizing agents which are also stable in storage.
Überraschend wurde nun gefunden, dass Oxidationsmittel, die durch Behandlung eines Metallsalzes einer organischen Säure oder organische Reste aufweisenden anorganischen Säure mit einem Ionenaustauscher hergestellt wurden, diese Anforderungen erfüllen.Surprisingly, it has now been found that oxidizing agents which have been produced by treating a metal salt of an organic acid or inorganic acid having organic residues with an ion exchanger meet these requirements.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung eines Oxidationsmittels für die Herstellung leitfähiger Polymere, dadurch gekennzeichnet, dass ein Metallsalz einer organischen Säure oder organische Reste aufweisenden anorganischen Säure mit einem Ionenaustauscher behandelt wird.The present invention therefore relates to a process for the production of an oxidizing agent for the production of conductive polymers, characterized in that a metal salt of an organic acid or inorganic acid having organic residues is treated with an ion exchanger.
Im Rahmen der Erfindung können im Folgenden aufgeführten, allgemeinen oder in Vorzugsbereichen genannten Definitionen, Restedefϊnitionen, Parameter und Erläuterungen untereinander, also' auch zwischen den jeweiligen Bereichen und Vorzugsbereichen in beliebiger Weise kombiniert werden.In the invention, in general or within preferred ranges, radical definitions, parameters and explanations can set out below, with each other so there 'combined between the respective ranges and preferred ranges in any way.
Als Ionenaustauscher können anorganische oder organische Ionenaustauscher verwendet werden, bevorzugt sind jedoch organische Ionenaustauscher,Inorganic or organic ion exchangers can be used as ion exchangers, but organic ion exchangers are preferred,
Anorganische Anionenaustauscher sind beispielsweise Zeolithe, Montmorillonite, Attapulgite, Bentonite und andere Alumosilikate, oder auch saure Salze polyvalenter Metallionen wie Zirconiumphosphat, Titanwolframat, Nickelhexacyanoferrat(II).Inorganic anion exchangers are, for example, zeolites, montmorillonites, attapulgites, bentonites and other aluminosilicates, or else acid salts of polyvalent metal ions such as zirconium phosphate, titanium tungstate, nickel hexacyanoferrate (II).
Organische Anionenaustauscher sind beispielsweise Polykondensate, z.B. aus Phenol und Formaldehyd, oder Polymerisate, z.B. durch Copolymerisation aus Styrol, Acrylaten oder Meth- acrylaten und Divinylbenzol erhältlich, die im Anschluss entsprechend funktionalisiert wurden. Es können aber auch andere entsprechend funktionalisierte Makromoleküle, beispielsweise solche natürlichen Ursprungs wie Cellulosen, Dextrane und Aragosen verwendet werden.Organic anion exchangers are, for example, polycondensates, e.g. from phenol and formaldehyde, or polymers, e.g. obtainable by copolymerization from styrene, acrylates or methacrylates and divinylbenzene, which were subsequently functionalized accordingly. However, other appropriately functionalized macromolecules, for example those of natural origin such as celluloses, dextrans and aragoses, can also be used.
Die vorangehende Auszählung dient der beispielhaften Erläuterung und ist nicht als Beschränkung aufzufassen. Die Ionenaustauscher können in den dem Fachmann bekannten Anwendungsformen, beispielsweise als Perlform, als granulierte Form, als Pulverharze, in gemahlener Form eingearbeitet in Gewebe oder Fasern, als Papiere, Schichten oder sonstiger Körper, in Form von Ionentauscher- membranen, als flüssige organische Ionentauscher oder gegebenenfalls auch als magnetische Ionentauscher, eingesetzt werden. Die Ionenaustauscher können makroporös, mikroporös oder gel- förmig sein. Bevorzugt werden makroporöse Ionenaustauscher eingesetzt.The preceding enumeration serves as an example and is not to be interpreted as a limitation. The ion exchangers can be used in the use forms known to those skilled in the art, for example in the form of pearls, as granules, as powder resins, in ground form, incorporated into fabrics or fibers, as papers, layers or other bodies, in the form of ion exchange membranes, as liquid organic ion exchangers or optionally also used as a magnetic ion exchanger. The ion exchangers can be macroporous, microporous or gel-like. Macroporous ion exchangers are preferably used.
Bevorzugt werden als Ionenaustauscher Anionenaustauscher eingesetzt. Anionenaustauscher weisen an den Ionenaustauscher gebundene funktioneile basische Gruppen, wie beispielsweise primäre, sekundäre oder tertiäre Amingruppen bzw. quartäre Ammoniumgruppen, auf. Je nach Art und Kombination der funktionellen Gruppen können die Ionentauscher in ihrer Basizität variieren. Beispielsweise enthalten stark basische Ionenaustauscher gewöhnlich quartäre Ammoniumgruppen, während schwach basische' Ionenaustauscher häufig die weniger basischen primären, sekundären und/oder tertiären Amingruppen tragen. Jedoch sind zwischen stark und schwach basischen Ionenaustauschern auch beliebige Mischformen bekannt. Bevorzugt im Sinne der Er- fϊndung eignen sich schwach basische Anionenaustauscher. Diese können beispielsweise primäre, sekundäre und/oder- tertiäre Amingruppen gegebenenfalls zusammen mit quartären Ammoniumgruppen tragen. Besonders bevorzugt sind solche schwach basischen Ionenaustauscher mit überwiegend oder ausschließlich tertiären Amingruppen als funktioneile Gruppen.Anion exchangers are preferably used as ion exchangers. Anion exchangers have functional basic groups bonded to the ion exchanger, such as primary, secondary or tertiary amine groups or quaternary ammonium groups. Depending on the type and combination of the functional groups, the basicity of the ion exchangers can vary. For example, contain strongly basic ion exchangers usually quaternary ammonium groups, while weakly basic 'ion exchangers often less basic primary, secondary and / or tertiary amine groups bear. However, any mixed forms are known between strong and weakly basic ion exchangers. Weakly basic anion exchangers are preferred in the sense of the invention. These can, for example, carry primary, secondary and / or tertiary amine groups, if appropriate together with quaternary ammonium groups. Such weakly basic ion exchangers with predominantly or exclusively tertiary amine groups as functional groups are particularly preferred.
Ionenaustauscher sowie deren Herstellung sind dem Fachmann bekannt und in der einschlägigen Fachliteratur, wie beispielsweise in Ullmanns Encyclopädie der technischen Chemie (Verlag Chemie, Weinheim), Band 13, 4. Auflage, S. 281-308, beschrieben. Geeignet zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind jedoch auch alle Ionenaustauscher, die nach neueren Methoden herstellbar sind und die oben aufgeführten Eigenschaften besitzen.Ion exchangers and their preparation are known to the person skilled in the art and are described in the relevant specialist literature, for example in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry (Verlag Chemie, Weinheim), Volume 13, 4th Edition, pp. 281-308. However, all ion exchangers which can be prepared by newer methods and which have the properties listed above are also suitable for carrying out the process according to the invention.
Beispiele für geeignete Ionenaustauscher sind mit tertiären Aminen funktionalisierte makroporöse Polymerisate aus Stryrol und Divinylbenzol wie sie z.B. unter dem Handelnamen Lewatit® von der Bayer AG, Leverkusen vertrieben werden.Examples of suitable ion exchangers are like them, Leverkusen are sold functionalized with tertiary amines macroporous polymers of styrene and divinylbenzene, for example, under the trade name Lewatit ® from Bayer AG.
Die Ionenaustauscher können in das erfindungsgemäße Verfahren ohne vorherige Behandlung eingesetzt werden. Es ist aber ebenfalls möglich, die Ionenaustauscher vor ihrem Einsatz z.B. mit Säuren wie z.B. Schwefelsäure oder mit Basen wie z.B. Natron oder Kalilauge zu behandeln, bei- spielsweise, um sie vor ihrer Verwendung zu regenerieren. Einer solchen Regeneration können die erfϊndungsgemäß eingesetzten Ionenaustauscher auch dann unterzogen werden, wenn durch das erfindungsgemäße Verfahren ihre Kapazität soweit erschöpft ist, d.h. sie soweit beladen sind, dass sie für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens keine ausreichende Austauschfähig- keit mehr aufweisen. Auf diese Weise können Ionenaustauscher für den Einsatz im erfindungsgemäßen Verfahren recycelt werden.The ion exchangers can be used in the process according to the invention without prior treatment. However, it is also possible to treat the ion exchangers with acids such as sulfuric acid or with bases such as sodium hydroxide or potassium hydroxide solution, for example in order to regenerate them before use. The ion exchangers used according to the invention can also be subjected to such a regeneration if their capacity has been exhausted to the extent that they are loaded to such an extent that they are not sufficiently interchangeable for the implementation of the method according to the invention. show more. In this way, ion exchangers can be recycled for use in the process according to the invention.
Die Behandlung der Metallsalze mit dem Ionenaustauscher erfolgt bevorzugt unter Anwesenheit eines Lösungsmittels oder mehrerer verschiedener Lösungsmittel. Die Behandlung kann kontinuierlich oder diskontinuierlich z.B. durch Mischen, Rühren oder Schütteln und anschließende Trennung erfolgen, fn einer besonderen Ausführungsform wird die Behandlung kontinuierlich durchgeführt. Dazu wird z.B. eine Lösung des Metallsalzes über eine Säule, die den Ionenaustauscher enthält geführt. Metallsalz, Lösungsmittel und Ionenaustauscher können aber auch gemeinsam in einem Behälter zusammengeführt werden und dort für eine Zeit von beispiels- weise einer Minute bis 72 Stunden gelagert werden. Danach kann dann der Ionenaustauscher z.B. über einen Filter, eine Membran oder eine Zentrifuge vom Oxidationsmittel abgetrennt werden.The metal salts are preferably treated with the ion exchanger in the presence of one or more solvents. Treatment can be continuous or discontinuous e.g. by mixing, stirring or shaking and subsequent separation, in a particular embodiment the treatment is carried out continuously. For this, e.g. a solution of the metal salt passed over a column containing the ion exchanger. Metal salt, solvents and ion exchangers can also be brought together in one container and stored there for a time of, for example, one minute to 72 hours. Then the ion exchanger can e.g. be separated from the oxidizing agent via a filter, a membrane or a centrifuge.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann je nach verwendetem Lösungsmittel und Temperaturbeständigkeit des eingesetzten Ionenaustauschers bei Temperaturen von beispielsweise -20°C bis 120°C durchgeführt werden. Bevorzugt sind solche Temperaturen, die eine einfache und kosten- günstige großtechnische Durchführung erlauben, wie beispielsweise Temperaturen von 10 bis 40°C, besonders bevorzugt Raumtemperatur.Depending on the solvent used and the temperature resistance of the ion exchanger used, the process according to the invention can be carried out at temperatures of, for example, -20 ° C. to 120 ° C. Preference is given to temperatures which permit simple and inexpensive industrial implementation, for example temperatures from 10 to 40 ° C., particularly preferably room temperature.
Die Menge an zugesetzten Ionenaustauscher richtet sich nach dessen Kapazität und der Kontaktzeit von Metallsalz und Ionenaustauscher. Sie kann gegebenenfalls durch Vorversuche ermittelt werden. Sinnvollerweise wird die Menge von Ionenaustauscher so gewählt, dass die resultierenden erfindungsgemäßen Oxidationsmittel gerade zu einer ausreichend niedrigen Polymerisationsgeschwindigkeit führen. Zu geringe Mengen an Ionenaustauscher können zu einer Erschöpfung des , Ionenaustauschers führen, bevor das Metallsalz hinreichend behandelt ist; eine zu kurze Kontaktzeit kann trotz ausreichender Kapazität des Ionenaustauschers zu einer nicht vollständigen Behandlung des Metallsalzes führen. Mit zu hohen Kapazitäten und oder langen Kontaktzeiten an Ionenaustauscher kann ein Oxidationsmittel hergestellt werden, das die Polymerisation bei geeigneten Prozesstemperaturen nahezu vollständig unterdrückt. Die geeignete Menge an zugesetzten Ionenaustauscher kann gegebenenfalls durch Vorversuche ermittelt werden.The amount of ion exchanger added depends on its capacity and the contact time of the metal salt and ion exchanger. If necessary, it can be determined by preliminary tests. The amount of ion exchanger is expediently chosen so that the resulting oxidizing agents according to the invention lead to a sufficiently low polymerization rate. Too small amounts of ion exchanger can lead to exhaustion of the ion exchanger before the metal salt has been adequately treated; too short a contact time can lead to incomplete treatment of the metal salt despite sufficient capacity of the ion exchanger. With too high capacities and or long contact times at the ion exchanger, an oxidizing agent can be produced which almost completely suppresses the polymerization at suitable process temperatures. The suitable amount of added ion exchanger can, if necessary, be determined by preliminary tests.
Die eingesetzten Ionenaustauscher können wasserhaltig oder wasserfrei sein. Insbesondere ist im Rahmen der Erfindung unter wasserhaltig ein Wassergehalt von 1 Gew.-% und mehr zu verstehen. In bevorzugten Ausfuhrungsformen werden handelsübliche Ionentauscher mit handelsüblichem Wassergehalt von beispielsweise 30 bis 70 Gew.-% eingesetzt. Der Wassergehalt des Ionenaustauschers kann gegebenenfalls vor der Behandlung des Metallsalzes beispielsweise durch Spülen mit einem Lösungsmittel oder Trocknung gesenkt werden. Dies ist besonders vorteilhaft, falls eine Lösung eines Oxidationsmittels mit niedrigem Wassergehalt erwünscht ist. Überraschend wurde gefunden, dass Lösungen erfindungsgemäßer Oxidationsmittel mit einem niedrigen Wassergehalt unter üblichen Lager- bzw. Transportbedingungen lagerstabil sind. Unter üblichen Lager- und Transportbedingungen sind beispielsweise Umgebungsdruck sowie Umgebungstemperaturen bei Transport und Lagerung zu verstehen. Insbesondere die Um- gebungstemperaturen können je nach geographischer Lage und Jahreszeit variieren und in der Regel beispielsweise bis zu 30°C betragen. Es können jedoch auch Temperaturen von bis zu 50°C oder höher erreicht werden.The ion exchangers used can be water-containing or water-free. In the context of the invention, in particular, water-containing means a water content of 1% by weight and more. In preferred embodiments, commercially available ion exchangers with a commercially available water content of, for example, 30 to 70% by weight are used. The water content of the ion exchanger can optionally be reduced before the treatment of the metal salt, for example by rinsing with a solvent or drying. This is particularly advantageous if a solution of an oxidizing agent with a low water content is desired. It has surprisingly been found that solutions of oxidizing agents according to the invention with a low water content are stable in storage under customary storage or transport conditions. Typical storage and transport conditions are understood to mean, for example, ambient pressure and ambient temperatures during transport and storage. In particular, the ambient temperatures can vary depending on the geographic location and the time of year and can usually be up to 30 ° C, for example. However, temperatures of up to 50 ° C or higher can also be reached.
In weiteren bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden daher Ionenaustauscher mit einem derart niedrigen Wassergehalt eingesetzt, dass die Lösung des erfϊndungs- gemäßen Oxidationsmittels nach Behandlung mit dem Ionenaustauscher einen Wassergehalt von 0 bis 10 Gew.-%, bevorzugt von 0 bis' 5 Gew.-%, besonders bevorzugt von 0 bis 2 Gew.-% enthält, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Lösung. Der Wassergehalt von Ionenaustauscher mit einem hohen Wassergehalt kann dazu vor der Behandlung des Oxidationsmittels z.B. durch stufenweises oder kontinuierliches Spülen mit einem wasserfreien Lösungsmittel oder durch thermisches Trocknen oder Vakuumtrocknen reduziert werden. Als Lösungsmittel zum Spülen wird bevorzugt das gleiche Lösungsmittel, in dem das Oxidationsmittel gelöst ist, verwendet. Es können aber auch andere, beispielsweise kostengünstigere Lösungsmittel eingesetzt werden. Bei Verwendung von Ionenaustauschern mit höherem Wassergehalt können die erfindungsgemäßen Oxidationsmittel nach der Behandlung mit dem Ionenaustauscher auch nachträglich in ihrem Wassergehalt reduziert werden, beispielsweise durch Trocknen und anschließendem Lösen in . einem wasserfreien Lösungsmittel oder durch die Verwendung von wasserentziehenden Mitteln, wie beispielsweise Molekularsieben.In further preferred embodiments of the present invention, ion exchangers with such a low water content are therefore used that the solution of the oxidizing agent according to the invention after treatment with the ion exchanger has a water content of 0 to 10% by weight, preferably 0 to 5% by weight. %, particularly preferably from 0 to 2 wt .-%, each based on the total weight of the solution. For this purpose, the water content of ion exchangers with a high water content can be e.g. be reduced by gradually or continuously rinsing with an anhydrous solvent or by thermal drying or vacuum drying. The same solvent in which the oxidizing agent is dissolved is preferably used as the solvent for rinsing. However, other, for example less expensive, solvents can also be used. When using ion exchangers with a higher water content, the oxidants according to the invention can also be subsequently reduced in their water content after treatment with the ion exchanger, for example by drying and then dissolving them. an anhydrous solvent or by using dehydrating agents such as molecular sieves.
Solche Lösungen der erfindungsgemäßen Oxidationsmittel mit niedrigem Wassergehalt erweisen sich unter üblichen Lager- und Transportbedingungen als lagerstabil, d.h. sie zeigen während eines Zeitraumes von bis zu mehreren Monaten keine Ausfällungen. Lösungen erfindungsgemäßer Oxidationsmittel mit einem erhöhten Wassergehalt hingegen zeigen, unter gleichen Bedingungen im Laufe der Zeit, d.h. unter Umständen schon nach wenigen Stunden oder Tagen Ausfällungen. Letztgenannte Lösungen erfindungsgemäßer Oxidationsmittel können aber zur Erhöhung der Lagerstabilität auf Temperaturen von 10°C oder niedriger, bevorzugt von 6°C oder niedriger ge- kühlt werden.Such solutions of the oxidants according to the invention with a low water content have been found to be stable under normal storage and transport conditions, i.e. they show no precipitations for a period of up to several months. Solutions of oxidizing agents according to the invention with an increased water content, on the other hand, show, under the same conditions over time, i.e. under certain circumstances precipitations can occur after just a few hours or days. However, the latter solutions of oxidizing agents according to the invention can be cooled to temperatures of 10 ° C. or lower, preferably 6 ° C. or lower, in order to increase the storage stability.
Der Vorteil der Lösungen der erfindungsgemäßen Oxidationsmittel mit niedrigem Wassergehalt gegenüber Lösungen erfindungsgemäßer Oxidationsmittel mit höherem Wassergehalt liegt folglich darin, dass Transport und/oder Lagerung keiner separaten Kühlung bedürfen. Die Lösungen der erfindungsgemäßen Oxidationsmittel enthalten bevorzugt 1- bis 80 Gew.-%, besonders bevorzugt 10 bis 60 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt 15 bis 50 Gew.-% des erfindungsgemäßen Oxidationsmittels.The advantage of the solutions of the oxidants according to the invention with a low water content compared to solutions of the oxidants according to the invention with a higher water content is consequently that transport and / or storage do not require separate cooling. The solutions of the oxidizing agents according to the invention preferably contain 1 to 80% by weight, particularly preferably 10 to 60% by weight, very particularly preferably 15 to 50% by weight of the oxidizing agent according to the invention.
Als Metallsalze können alle dem Fachmann bekannten für die oxidative Polymerisation von Thiophenen, Anilinen oder Pyrrolen als Oxidationsmittel geeigneten Metallsalze verwendet werden.All metal salts known to the person skilled in the art and suitable for the oxidative polymerization of thiophenes, anilines or pyrroles as oxidizing agents can be used as metal salts.
Geeignete Metallsalze sind Metallsalze von Haupt- oder Nebengruppenmetallen, letztere im Folgenden auch als Übergangsmetallsalze bezeichnet, des Periodensystems der Elemente nach Mendelejew. Bevorzugt sind Übergangsmetallsalze. Geeignete Übergangsmetallsalze sind insbe- sondere Salze einer anorganischen oder organischen Säure oder organische Reste aufweisenden anorganischen Säure von Übergangsmetallen, wie z.B. von Eisen(III), Kupfer(IT), Chrom(VI), - Cer( ), Mangan( )5 Mangan(VrJ), Ruthenium(m) und Zink(II).Suitable metal salts are metal salts of main or subgroup metals, the latter also referred to below as transition metal salts, of the Periodic Table of the Elements according to Mendeleev. Transition metal salts are preferred. Suitable transition metal salts are in particular salts of an inorganic or organic acid or inorganic acid having organic residues of transition metals, such as iron (III), copper (IT), chromium (VI), cerium (), manganese () 5 manganese ( VrJ), ruthenium (m) and zinc (II).
Bevorzugte Übergangsmetallsalze sind solche des Eisen(Jjr). Eisen(IU)-Salze sind häufig preiswert, leicht erhältlich und können leicht gehandhabt , erden, wie z.B. die Eisen(IH)-Salze an- organischer Säuren, wie beispielsweise Eisen(II[)halogenide (z.B. FeCl3) oder Eisen(IIt)-Salze anderer anorganischer Säuren, wie Fe(C10 )3 oder Fe2(S04)3, und die Eisen(TII)-Salze organischer Säuren und organische Reste aufweisender anorganischer Säuren.Preferred transition metal salts are those of iron (Jjr). Iron (IU) salts are often inexpensive, readily available and can be handled easily, such as the iron (IH) salts of inorganic acids, such as iron (II [) halide (eg FeCl 3 ) or iron (IIt ) Salts of other inorganic acids, such as Fe (C10) 3 or Fe 2 (S0 4 ) 3 , and the iron (TII) salts of organic acids and organic residues containing organic residues.
Als Eisen(IU)-Salze organische Reste aufweisender anorganischer Säuren seien beispielsweise die Eisen(iπ)-Salze der Schwefelsäurehalbester von Cι-C20- l a olen, z.B. das Eisen(TIι)-Salz des Laurylsulfates genannt.Examples of iron (IU) salts of organic residues containing inorganic acids are, for example, the iron (iπ) salts of the sulfuric acid semiesters of C 1 -C 20 -laols, e.g. called the iron (TIι) salt of lauryl sulfate.
Besonders bevorzugte Übergangsmetallsalze sind solche einer organischen Säure, insbesondere Eisen(ILT)-Salze organischer Säuren.Particularly preferred transition metal salts are those of an organic acid, in particular iron (ILT) salts of organic acids.
Als Eisen(JiI)~Salze organischer Säuren seien beispielsweise genannt: die Eisen(πi)-Salze von Cι^C2θ-Alkansulfonsäuren, wie der Methan-, Ethan-, Propan-, Butan- oder höherer Sulfonsäuren wie der Dodecansulfonsäure, von aliphatischen Perfluorsuϊfonsäuren, wie der Trifluormethan- sulfonsäure, der Perfluorbutansulfonsäure oder der Perfluoroctansulfonsäure, von aliphatischen C;[-C20-Cafbonsäuren wie der 2-Ethylhexylcarbonsäure, von aliphatischen Perfluorcarbonsäuren, wie der Trifluoressigsäure oder der Perfluoroctansäure, und von aromatischen, gegebenenfalls durch Cι -C2o-Arkylgruppen substituierten Sulfonsäuren wie der Benzolsulfonsäure, o-Toluol- sulfonsäure, p-Toluolsulfonsäure oder der Dodecylbenzolsulfonsäure und von Cycloalkansulfon- säuren wie Ca phersulfonsäure. Es können auch beliebige Gemische dieser vorgenannten Eisen(JJI)-Salze organischer Säuren eingesetzt werden.Examples of iron (JiI) ~ salts of organic acids which may be mentioned are: the iron (πi) salts of C 1 -C 2 -alkanesulfonic acids, such as methane, ethane, propane, butane or higher sulfonic acids such as dodecanesulfonic acid, of aliphatic perfluorosulfonic acids , such as trifluoromethanesulfonic acid, perfluorobutanesulfonic acid or perfluorooctanesulfonic acid, from aliphatic C; [ -C20-Cafbonic acids such as 2-ethylhexylcarboxylic acid, of aliphatic perfluorocarboxylic acids such as trifluoroacetic acid or perfluorooctanoic acid, and of aromatic sulfonic acids optionally substituted by C 1 -C 2 -alkyl groups such as benzenesulfonic acid, o-toluenesulfonic acid, p-toluenesulfonic acid or Dodecylbenzenesulfonic acid and cycloalkanesulfonic acids such as Ca phersulfonic acid. Any mixtures of these aforementioned iron (JJI) salts of organic acids can also be used.
Die Verwendung der Eisen(iπ)-salze organischer Säuren und der organischen Reste aufweisenden anorganischen Säuren hat den großen Vorteil, dass sie nicht korrosiv wirken.The use of the iron (iπ) salts of organic acids and the inorganic acids containing organic residues has the great advantage that they do not have a corrosive effect.
Ganz besonders bevorzugt als Metallsalze sind Eisen(m)-p-toluolsulfonat, Eisen(ITJ)-o- toluolsulfonat oder einer Mischung aus Eisen(πi)-p-toluolsulfonat und Eisen(lU)-o-toluolsulfonat.Particularly preferred metal salts are iron (m) p-toluenesulfonate, iron (ITJ) -toluenesulfonate or a mixture of iron (πi) -p-toluenesulfonate and iron (lU) -o-toluenesulfonate.
Weiterhin geeignete Metallsalze sind Peroxoverbindungen wie Peroxodisulfate (Persulfate), insbesondere Ammonium- und Alkaliperoxodisulfate, wie Natrium- und Kaliumperoxodisulfat, oder Alkaliperborate sowie Übergangsmetalloxide, wie z.B. Braunstein (Mangan(lV)oxid) oder Cer(IV)oxid.Further suitable metal salts are peroxo compounds such as peroxodisulfates (persulfates), in particular ammonium and alkali peroxodisulfates, such as sodium and potassium peroxodisulfate, or alkali perborates and transition metal oxides, such as e.g. Manganese dioxide (manganese (IV) oxide) or cerium (IV) oxide.
Als Lösungsmittel seien vor allem folgende unter den Reaktionsbedingungen inerten organischen Lösungsmittel genannt: aliphatische Alkohole wie Methanol, Ethanol, i-Propanol und Butanol; aliphatische Ketone wie Aceton und Methylethylketon; aliphatische Carbonsäureester wie Essig- säureethylester und Essigsäurebutylester; aromatische Kohlenwasserstoffe wie Toluol und Xylol; aliphatische Kohlenwasserstoffe wie Hexan, Heptan und Cyclohexan; Chlorkohlenwasserstoffe wie Dichlormethan und Dichlorethan; aliphatische Nitrile wie Acetonirril, aliphatische Sulfoxide und Sulfone wie Dimethylsulfoxid und Sulfolan; aliphatische Carbonsäureamide wie Methylacet- amid, Dimefhylacetamid und Dimethylformamid; aliphatische und araliphatische Ether wie Di- ethylether und Anisol. Weiterhin kann auch Wasser oder Gemische aus Wasser mit den vorge- nannten organischen Lösungsmitteln als Lösungsmittel verwendet werden. Lösungsmittel aus vorangehend aufgeführter Auswahl, die mit dem Ionentauscher eine für das erfindungsgemäße Verfahren nachteilige Reaktion eingehen, werden erst nach der Behandlung mit dem Ionentauscher - entweder nach vorheriger Entfernung des vorherigen Lösungsmittels oder zusätzlich zu diesem - zugegeben.The following are especially mentioned as solvents which are inert under the reaction conditions: aliphatic alcohols such as methanol, ethanol, i-propanol and butanol; aliphatic ketones such as acetone and methyl ethyl ketone; aliphatic carboxylic acid esters such as ethyl acetate and butyl acetate; aromatic hydrocarbons such as toluene and xylene; aliphatic hydrocarbons such as hexane, heptane and cyclohexane; Chlorinated hydrocarbons such as dichloromethane and dichloroethane; aliphatic nitriles such as acetone-irile, aliphatic sulfoxides and sulfones such as dimethyl sulfoxide and sulfolane; aliphatic carboxamides such as methylacetamide, dimefhylacetamide and dimethylformamide; aliphatic and araliphatic ethers such as diethyl ether and anisole. Furthermore, water or mixtures of water with the aforementioned organic solvents can also be used as the solvent. Solvents from the above-mentioned selection which enter into a reaction which is disadvantageous for the process according to the invention with the ion exchanger are only added after the treatment with the ion exchanger - either after the previous solvent has been removed beforehand or in addition to the latter.
Bevorzugt als das oder die Lösungsmittel werden ein oder mehrere Alkohol(e), Wasser oder eine Mischung von einem oder mehreren Alkohol(en) und Wasser eingesetzt. Besonders bevorzugt unter den Alkoholen sind Butanol, Ethanol und Methanol.One or more alcohol (s), water or a mixture of one or more alcohol (s) and water are preferably used as the solvent or solvents. Butanol, ethanol and methanol are particularly preferred among the alcohols.
Das erfϊndungsgemäß hergestellte Oxidationsmittel kann nach Behandlung mit dem Ionenaustauscher vom Lösungsmittel getrennt werden und gegebenenfalls im gleichen oder anderen Lösungsmittel aus oben aufgeführter Auswahl wieder gelöst werden.The oxidizing agent produced according to the invention can be separated from the solvent after treatment with the ion exchanger and, if appropriate, can be dissolved again in the same or different solvent from the selection listed above.
Weiterhin Gegenstand der Erfindung sind Oxidationsmittel oder Lösungen von Oxidationsmitteln erhältlich durch das vorangehend beschriebene erfϊndungsgemäße Verfahren. Hierbei gelten alle Vorzugsbereiche, die für das erfindungsgemäße Verfahren gelten, einzeln und in beliebiger Kombination auch für die nach diesem Verfahren erhältlichen Oxidationsmittel oder deren Lösungen. Bevorzugt Gegenstand der Erfindung sind Oxidationsmittel oder Lösungen von Oxidationsmitteln hergestellt durch das vorangehend beschriebene erfindungsgemäße Verfahren.The invention furthermore relates to oxidizing agents or solutions of oxidizing agents obtainable by the process according to the invention described above. All apply here Preferred ranges that apply to the process according to the invention, individually and in any combination, also for the oxidizing agents or their solutions obtainable by this process. The invention preferably relates to oxidizing agents or solutions of oxidizing agents prepared by the process according to the invention described above.
Im Vergleich zu nicht mit Ionenaustauschern behandelten Oxidationsmitteln verlangsamen bzw. verzögern die erfindungsgemäßen Oxidationsmittel - bei gleicher Konzentration und gleicher Reaktionstemperatur - die Polymerisation in reaktiven Mischungen aus Vorstufen für die Herstellung leitfähiger Polymere und erfindungsgemäßem Oxidationsmittel. Sie werden daher im folgenden auch retardierende Oxidationsmittel genannt.In comparison to oxidizing agents not treated with ion exchangers, the oxidizing agents according to the invention slow down or delay the polymerization - at the same concentration and the same reaction temperature - in reactive mixtures of precursors for the production of conductive polymers and oxidizing agents according to the invention. They are therefore also called retarding oxidizing agents in the following.
Die Reaktionsgeschwindigkeit in den reaktiven Mischungen und somit auch die verzögernde bzw. verlangsamende Wirkung kann . darüber hinaus gegebenenfalls durch Verdünnung und/oder Kühlung weiter abgesenkt werden.The reaction rate in the reactive mixtures and thus also the delaying or slowing effect can. moreover, if necessary, be further reduced by dilution and / or cooling.
Ferner lassen sich aus den erfindungsgemäßen Oxidationsmitteln gegebenenfalls leitfähigere Schichten als aus nicht mit Ionenaustauschern behandelten Oxidationsmitteln herstellen.Furthermore, more conductive layers can be produced from the oxidizing agents according to the invention than from oxidizing agents not treated with ion exchangers.
Die retardierende (verzögernde bzw. verlangsamende) Wirkung der erfindungsgemäßen Oxidationsmittel kann beispielsweise rein optisch auf einfache Weise beobachtet werden. Zur Bestimmung der retardierenden Wirkung kann beispielsweise die Zeit gemessen werden, in der für das Auge sichtbar die ersten Polymerpartikel gebildet werden. Vorzugsweise beträgt die Zeit bis zur sichtbaren Bildung von Polymerpartikeln in den reaktiven Mischungen länger als eine Stunde, besonders bevorzugt länger als 10 Stunden und ganz besonders bevorzugt länger als 20 Stunden.The retarding (retarding or slowing down) effect of the oxidizing agents according to the invention can be observed in a simple manner, for example, purely optically. To determine the retarding effect, it is possible, for example, to measure the time in which the first polymer particles are formed, which is visible to the eye. The time until visible formation of polymer particles in the reactive mixtures is preferably longer than one hour, particularly preferably longer than 10 hours and very particularly preferably longer than 20 hours.
Gegenstand der Erfindung ist daher die Verwendung der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen Oxidationsmittel als retardierende Oxidationsmittel bei der oxidativen Polymerisation von Vorstufen für die Herstellung leitfähiger Polymere.The invention therefore relates to the use of the oxidizing agents obtainable by the process according to the invention as retarding oxidizing agents in the oxidative polymerization of precursors for the production of conductive polymers.
Der Begriff Polymere umfasst im Sinne der Erfindung alle Verbindungen mit mehr als einer. Wiederholungseinheit.For the purposes of the invention, the term polymers encompasses all compounds with more than one. Repeating unit.
Unter leitfähigen Polymeren wird hier die Verbindungsklasse der 7r-konjugierten Polymere verstanden, die nach Oxidation oder Reduktion eine elektrische Leitfähigkeit besitzen. Bevorzugt werden im Sinne der Erfindung solche π-konjugierten Polymere unter leitfähigen Polymeren verstanden, die nach Oxidation elektrische Leitfähigkeit besitzen. Als Beispiel seinen hier gege- benenfalls substituierte Polythiophene, Polypyrrole und Polyaniline genannt. Bevorzugte leitfähige Polymere im Sinne der Erfindung sind gegebenenfalls substituierte Polythiophene, insbesondere gegebenenfalls substituierte Poly(3,4-ethylendioxythiophene). Als Vorstufen für die Herstellung leitfähiger Polymere, im Folgenden auch als Vorstufen bezeichnet, werden demnach entsprechende Monomere oder deren Derivate verstanden. Es können auch Mischungen von unterschiedlichen Vorstufen verwendet werden. Geeignete monomere Vorstufen sind beispielsweise gegebenenfalls substituierte Thiophene, Pyrrole oder Aniline, bevorzugt gegebenenfalls substituierte Thiophene, besonders bevorzugt gegebenenfalls substituierte 3,4- Alkylendioxythiophene .Conductive polymers are understood here to mean the class of compounds of 7r-conjugated polymers which have an electrical conductivity after oxidation or reduction. For the purposes of the invention, π-conjugated polymers are preferably understood to be conductive polymers which have electrical conductivity after oxidation. Examples include his optionally substituted polythiophenes, polypyrroles and polyanilines. Preferred conductive polymers for the purposes of the invention are optionally substituted polythiophenes, in particular optionally substituted poly (3,4-ethylenedioxythiophenes). Corresponding monomers or their derivatives are accordingly understood as precursors for the production of conductive polymers, hereinafter also referred to as precursors. Mixtures of different precursors can also be used. Suitable monomeric precursors are, for example, optionally substituted thiophenes, pyrroles or anilines, preferably optionally substituted thiophenes, particularly preferably optionally substituted 3,4-alkylenedioxythiophenes.
Als substituierte 3,4-Alkylendioxythiophene seien beispielhaft die Verbindungen der allgemeinen Formel (I) genannt,As the substituted 3,4-alkylenedioxythiophenes include the compounds of the general formula (I) called
worinwherein
A für einen gegebenenfalls substituierten C1-C5-Alkylenrest, bevorzugt für einen gegebenenfalls substituierten C2-C3-Alkylenrest, steht,A represents an optionally substituted C 1 -C 5 alkylene radical, preferably an optionally substituted C 2 -C 3 alkylene radical,
R für einen linearen oder verzweigten, gegebenenfalls substituierten Ci-Cis-Alkylrest, bevorzugt linearen oder verzweigten, gegebenenfalls substituierten Cι-Cι4-Alkylrest, gege- benenfalls substituierten C5-Cι2-Cycloalkylrest, gegebenenfalls substituierten C6-CI -Aryl- rest, gegebenenfalls substituierten C7-Cι8-Aralkylrest, gegebenenfalls substituierten Cι-C4- Hydroxyalkylrest, bevorzugt gegebenenfalls substituierten Cι-C2-Hydroxyalkylrest, oder einen Hydroxylrest steht, ' R is a linear or branched, optionally substituted Ci-Cis-alkyl radical, preferably linear or branched, optionally substituted Cι Cι-4 alkyl, optionally substituted C 5 -Cι 2 cycloalkyl, optionally substituted C 6 -C I - Aryl radical, optionally substituted C 7 -C 8 aralkyl radical, optionally substituted C 1 -C 4 hydroxyalkyl radical, preferably optionally substituted C 1 -C 2 hydroxyalkyl radical, or a hydroxyl radical, '
x für eine ganze Zahl von 0 bis 8 steht, bevorzugt von 0 bis 6, besonders bevorzugt für 0 oder 1 steht,x represents an integer from 0 to 8, preferably from 0 to 6, particularly preferably 0 or 1,
wobei für den Fall das mehrere Reste R an A gebunden sind, diese gleich oder unterschiedlich sein können.in the event that a plurality of radicals R are bonded to A, these may be the same or different.
Die allgemeine Formel (I) ist so zu verstehen, dass der Substi uent R x-mal an den Alkylenrest A gebunden sein kann.The general formula (I) is to be understood such that the substituent R can be bonded to the alkylene radical A x times.
Ganz besonders bevorzugte monomere Vorstufen sind gegebenenfalls substituierte 3,4-Ethylen- dioxythiophene. Als substituierte 3,4-Ethylendioxythiophene seien beispielhaft die Verbindungen der allgemeinen Formel (Ia) genannt,Very particularly preferred monomeric precursors are optionally substituted 3,4-ethylenedioxythiophenes. Examples of substituted 3,4-ethylenedioxythiophenes are the compounds of the general formula (Ia)
worin R und x die für die allgemeine Formel (I) genannte Bedeutung haben.wherein R and x have the meaning given for the general formula (I).
Unter Derivaten dieser monomeren Vorstufen werden im Sinne der Erfindung beispielsweise Dimere oder Trimere dieser monomeren Vorstufen verstanden. Es sind auch höhermolekulare Derivate, d.h. Tetramere, Pentamere etc. der monomeren Vorstufen als Derivate möglich.For the purposes of the invention, derivatives of these monomeric precursors are understood to mean, for example, dimers or trimers of these monomeric precursors. They are also higher molecular weight derivatives, i.e. Tetramers, pentamers etc. of the monomeric precursors are possible as derivatives.
Als Derivate substituierter 3,4-Alkylendioxythiophene seien beispielhaft die Verbindungen der allgemeinen Formel (H) genannt,Examples of derivatives of substituted 3,4-alkylenedioxythiophenes are the compounds of the general formula (H)
worin ■in which ■
n für eine ganze Zahl von 2 bis 20, bevorzugt 2 bis 6, besonders bevorzugt für 2 oder 3 steht,n represents an integer from 2 to 20, preferably 2 to 6, particularly preferably 2 or 3,
unU.N
A, R und x die für- die allgemeine Formel (I) genannte Bedeutung haben.A, R and x have the meaning given for the general formula (I).
Die Derivate können sowohl aus gleichen wie unterschiedlichen Monomereinheiten aufgebaut sein und in reiner Form sowie im Gemisch untereinander und/oder mit den monomeren Vorstufen eingesetzt werden. Auch oxidierte oder reduzierte Formen dieser Vorstufen sind im Sinne der Erfindung von dem Begriff „Vorstufen" umfasst, sofern bei ihrer Polymerisation die gleichen leitfähigen Polymeren entstehen wie bei den vorangehend aufgeführten Vorstufen.The derivatives can be constructed from the same or different monomer units and can be used in pure form and in a mixture with one another and / or with the monomeric precursors. Oxidized or reduced forms of these precursors are also included in the sense of the invention by the term “precursors”, provided that the same conductive polymers are formed in their polymerization as in the precursors listed above.
Als Substituenten für die Vorstufen, insbesondere für die Thiophene, bevorzugt für die 3,4- Alkylendioxythiophene kommen die für die allgemeine Formel (I) für R genannten Reste in Frage. Cι-C5-Alkylenreste A sind im Rahmen der Erfindung Methylen, Ethylen, n-Propylen, n-Butylen oder n-Pentylen. C Cι8-Alkyl steht im Rahmen der Erfindung für lineare oder verzweigte Cι-Cι8- Alkylreste wie beispielsweise Methyl, Ethyl, n- oder iso-Propyl, n-, iso-, sec- oder tert-Butyl, n- Pentyl, 1-Methylbutyl, 2-Methylbutyl, 3-Methylbutyl, 1-Efhylpropyl, l,l-Dimethylpropyl,'l,2-Di- methylprqpyl, 2,2-Dimethylpropyl, n-Hexyl, n-Heptyl, n-Octyl, 2-Ethylhexyl, n-Nonyl, n-Decyl, n- Undecyl, n-Dodecyl, n-Tridecyl, n-Tetradecyl, n-Hexadecyl oder n-Octadecyl, C5-Cι2-Cycloalkyl für C5-Ci2-Cycloalkylreste wie beispielsweise Cyclopentyl, Cyclohexyl, Cycloheptyl, Cyclooctyl, Cyclononyl oder Cyclodecyl, C6-Cι -Aryl für C6-Cι4-Arylreste wie beispielsweise Phenyl, o-, m-, p-Tolyl, 2,3-, 2,4-, 2,5-, 2,6-, 3,4-, 3,5-Xylyl, Mesityl oder Naphthyl, und C7-Cι8-Aralkyl für C7- C18-Aralkylreste wie beispielsweise Benzyl. Die vorangehende Aufzählung dient der beispielhaften Erläuterung der Erfindung und ist nicht als abschließend zu betrachten.The substituents mentioned for the general formula (I) for R are suitable as substituents for the precursors, in particular for the thiophenes, preferably for the 3,4-alkylenedioxythiophenes. In the context of the invention, C 1 -C 5 -alkylene radicals A are methylene, ethylene, n-propylene, n-butylene or n-pentylene. C 8 in the context of the invention represents linear or branched C 8 alkyl radicals such as methyl, ethyl, n- or isopropyl, n-, iso-, sec- or tert-butyl, n-pentyl, 1-methylbutyl, 2-methylbutyl, 3-methylbutyl, 1-ethylpropyl, l, l-dimethylpropyl, ' l, 2-dimethylpropyl, 2,2-dimethylpropyl, n-hexyl, n-heptyl, n-octyl, 2 -Ethylhexyl, n-nonyl, n-decyl, n-undecyl, n-dodecyl, n-tridecyl, n-tetradecyl, n-hexadecyl or n-octadecyl, C 5 -Cι 2 cycloalkyl for C 5 -Ci 2 cycloalkyl radicals such as cyclopentyl, cyclohexyl, cycloheptyl, cyclooctyl, cyclononyl or cyclodecyl, C 6 -C aryl for C 6 -C 4 aryl radicals such as phenyl, o-, m-, p-tolyl, 2,3-, 2,4 -, 2,5-, 2,6-, 3,4-, 3,5-xylyl, mesityl or naphthyl, and C 7 -C 8 aralkyl for C 7 - C 18 aralkyl radicals such as benzyl. The preceding list serves to explain the invention by way of example and is not to be regarded as conclusive.
Als mögliche Substituenten für die Reste R kommen zahlreiche organische Gruppen in Frage, beispielsweise Alkyl-, Cycloalkyl-, Aryl-, Halogen-, Hydroxyl-, Ether-, Thiqether-, Disulfid-, Sulfoxid-, Sulfonsäure-, Sulfonat-, Amino-, Aldehyd-, Keto-, Carbonsäureester-, Carbonat-, Carboxylat, Cyano-, Alkylsilan- und Alkoxysilangruppen sowie Carboxylamidgruppen.Numerous organic groups come into consideration as possible substituents for the radicals R, for example alkyl, cycloalkyl, aryl, halogen, hydroxyl, ether, thiqether, disulfide, sulfoxide, sulfonic acid, sulfonate, amino , Aldehyde, keto, carboxylic acid ester, carbonate, carboxylate, cyano, alkylsilane and alkoxysilane groups and carboxylamide groups.
Verfahren zur Herstellung der monomeren Vorstufen für die Herstellung leitfähiger Polymere sowie deren Derivaten sind dem Fachmann bekannt und beispielsweise in L. Groenendaal, F. Jonas, D. Freitag, H. Pielartzik & J. R. Reynolds, Adv. Mater. 12 (2000) 481 - 494 und darin zitierter Literatur beschrieben.Processes for the preparation of the monomeric precursors for the production of conductive polymers and their derivatives are known to the person skilled in the art and are described, for example, in L. Groenendaal, F. Jonas, D. Freitag, H. Pielartzik & J. R. Reynolds, Adv. Mater. 12 (2000) 481-494 and the literature cited therein.
Der Vorteil des gemeinsamen Aufbringens von Oxidationsmittel und Vorstufen für die Herstellung leitfähiger Polymere bei technisch einfach handhabbaren Temperaturen liegt darin, dass sich dadurch die Anzahl der Prozessschritte deutlich reduziert. Außerdem kann auf diese Weise ein definiertes stöchiometrisches Verhältnis zwischen den Reaktionspartnern eingestellt werden. So ist es beispielsweise möglich, die Vorstufen zu hohen Anteilen, gegebenenfalls sogar bis nahezu 100 % in das Polymer zu überführen.The advantage of applying the oxidizing agent and precursors together for the production of conductive polymers at technically easy-to-use temperatures is that the number of process steps is significantly reduced. In addition, a defined stoichiometric ratio between the reactants can be set in this way. For example, it is possible to convert the precursors into the polymer in high proportions, possibly even up to almost 100%.
Weiterhin sind die Lösungen oder Mischungen der erfindungsgemäß erhältlichen Oxidationsmittel und den Vorstufen in besonderem Maße zur Erzeugung von leitfähigen Schichten auf der Oberfläche von porösen oder glatten Substraten geeignet. Dadurch dass die Oxidationsmittel und die Vorstufen in den Mischungen gleichmäßig verteilt vorliegen, entstehen bei der Polymerisation auch homogene, d.h. dichte - im Sinne von nicht oder wenig poröse - Polymerschichten. Bei einer sequentiellen Auftragung von Oxidationsmittel und Vorstufen entstehen aufgrund lokalem Überoder Unterschuss von Oxidationsmittel und Vorstufen, dagegen poröse Polymerschichten. Die aus den erfindungsgemäßen Mischungen erhältlichen leitfähigen Schichten zeichnen sich daher durch eine besondere Homogenität und hohe Leitfähigkeit aus. Weiterhin sind die erfindungsgemäßen Lösungen oder Mischungen für eine deutlich längere Zeit der Verarbeitung zugänglich als solche, die Oxidationsmittel enthalten, die nicht mit einen Ionenaustauscher behandelt wurden. Hierdurch wird es erstmals möglich, diese Mischungen bzw. Lösungen in kontinuierlichen, industriellen Fertigungsprozessen einzusetzen.Furthermore, the solutions or mixtures of the oxidizing agents and the precursors obtainable according to the invention are particularly suitable for producing conductive layers on the surface of porous or smooth substrates. Because the oxidizing agents and the precursors are uniformly distributed in the mixtures, the polymerization also produces homogeneous, ie dense - in the sense of non-porous or not very porous - polymer layers. In the case of sequential application of oxidizing agent and precursors, porous polymer layers arise due to local excess or deficit of oxidizing agent and precursors. The conductive layers obtainable from the mixtures according to the invention are therefore distinguished by a particular homogeneity and high conductivity. Furthermore, the solutions or mixtures according to the invention are accessible for processing for a significantly longer time than those which contain oxidizing agents which have not been treated with an ion exchanger. This makes it possible for the first time to use these mixtures or solutions in continuous, industrial manufacturing processes.
Ebenfalls Gegenstand der Erfindung sind Mischungen enthaltend Vorstufen für die Herstellung leitfähiger Polymere und ein oder mehrere erfindungsgemäße Oxidationsmittel sowie gegebenenfalls ein oder mehrere Lösungsmittel, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildung von Polymeren in den Mischungen im Vergleich zu unbehandelten Oxidationsmitteln verzögert wird.The invention also relates to mixtures comprising precursors for the production of conductive polymers and one or more oxidizing agents according to the invention and optionally one or more solvents, characterized in that the formation of polymers in the mixtures is delayed compared to untreated oxidizing agents.
Vorangehend aufgeführte Vorzugsbereiche, Definitionen und Beispiele für Vorstufen, erfindungs- gemäße Oxidationsmittel und Lösungsmittel gelten hier analog.The above-mentioned preferred ranges, definitions and examples for precursors, oxidizing agents and solvents according to the invention apply analogously here.
Die erfindungsgemäßen Mischungen können homogen oder heterogen sowie ein- oder mehrphasig sein. Bevorzugt handelt es sich bei den erfindungsgemäßen Mischungen um Lösungen.The mixtures according to the invention can be homogeneous or heterogeneous and single or multi-phase. The mixtures according to the invention are preferably solutions.
Die Oxidationsmittel und Vorstufen für die Herstellung leitfähiger Polymere können als Feststoff und/oder Flüssigkeit miteinander gemischt werden. Bevorzugt werden den Mischungen jedoch ein oder mehrere , Lösungsmittel zugegeben. Als geeignete Lösungsmittel seien vor allem die oben bereits aufgeführten Lösungsmittel genannt. Es ist auch möglich die Mischungen direkt auf der zu beschichtenden Oberfläche, beispielsweise auf einer Oxidschicht eines Metalls oder auf einer Substratoberfläche, herzustellen. Dazu werden Oxidationsmittel und Vorstufen für die Herstellung leitfähiger Polymere nacheinander, bevorzugt in Form von Lösungen auf die zu beschichtende Oberfläche gegeben. Die Mischung entsteht dann durch Durchmischung der einzelnen Komponenten, d.h. Oxidationsmittel und Vorstufen, auf der zu beschichtenden Oberfläche bzw. gegebenenfalls nach teilweisem oder vollständigem Abdampfen der Lösungsmittel durch Diffusion an der Grenzfläche Oxidationsmittel zu Vorstufen.The oxidizing agents and precursors for the production of conductive polymers can be mixed together as a solid and / or liquid. However, one or more solvents are preferably added to the mixtures. Suitable solvents are above all the solvents already listed above. It is also possible to produce the mixtures directly on the surface to be coated, for example on an oxide layer of a metal or on a substrate surface. For this purpose, oxidizing agents and precursors for the production of conductive polymers are added in succession, preferably in the form of solutions, to the surface to be coated. The mixture is then created by mixing the individual components, i.e. Oxidizing agents and precursors, on the surface to be coated or, if appropriate, after partial or complete evaporation of the solvents by diffusion at the oxidizing agent interface to precursors.
Die erfindungsgemäßen Mischungen können Wasser enthalten. Dieses Wasser kann beispielsweise aus dem erfindungsgemäßen Oxidationsmittel oder dessen Lösung stammen und/oder den erfindungsgemäßen Mischungen nachträglich zugesetzt werden. Durch den Zusatz von Wasser kann die Verzögerung der Bildung von Polymeren in den erfindungsgemäßen Mischungen, d.h. die Topfzeit, erhöht werden. Eine zusätzliche Wasserzugabe erfolgt bevorzugt bei Verwendung erfindungsgemäßer Oxidationsmittel oder deren Lösungen mit einem niedrigen Wassergehalt. Bevor- zugt werden 1 bis 100 Gew.-%, besonders bevorzugt 1 bis 60 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt 1 bis 40 Gew.-% Wasser zugesetzt, bezogen auf das Gewicht des erfindungsgemäßen Oxidationsmittels. Die mit den erfindungsgemäßen Oxidationsmitteln hergestellten leitfähigen Polymere können neutral oder kationisch sein, bevorzugt sind sie jedoch kationisch. Hierbei bezieht sich „kationisch" nur auf die Ladungen, die auf der Polymerhauptkette sitzen. Diese positiven Ladungen müssen durch Gegenionen abgesättigt werden, welche in den speziellen Ausführungsformen, in denen die Wiederholungseinheiten durch anionische Gruppen wie beispielsweise Sulfonat- oder Carboxylatgruppen substituiert sind, an die Polymerkette kovalent gebunden sein können. Dabei können die positiven Ladungen der Polymerhauptkette zum Teil oder vollständig durch die kovalent gebundenen anionischen Gruppen abgesättigt werden. Für den Fall das mehr kovalent gebundene anionische Gruppen als positive Ladungen vorhanden sind, kann zwar auch eine negative Gesamtladung des Polymeren resultieren, diese werden jedoch im Rahmen der Erfindung auch als kationische Polymere betrachtet, da die positiven Ladungen auf der PolymerhauptketteThe mixtures according to the invention can contain water. This water can, for example, originate from the oxidizing agent according to the invention or its solution and / or can be added subsequently to the mixtures according to the invention. The addition of water can increase the delay in the formation of polymers in the mixtures according to the invention, ie the pot life. Additional water is preferably added when using oxidizing agents according to the invention or their solutions with a low water content. 1 to 100% by weight, particularly preferably 1 to 60% by weight, very particularly preferably 1 to 40% by weight, of water, based on the weight of the oxidizing agent according to the invention, are preferably added. The conductive polymers produced with the oxidizing agents according to the invention can be neutral or cationic, but they are preferably cationic. Here, "cationic" refers only to the charges which are located on the main polymer chain. These positive charges must be saturated by counterions which, in the special embodiments in which the repeating units are substituted by anionic groups such as, for example, sulfonate or carboxylate groups The positive charges of the main polymer chain can be partially or completely saturated by the covalently bound anionic groups. In the event that there are more covalently bound anionic groups than positive charges, a negative total charge of the polymer can also result However, these are also considered cationic polymers in the context of the invention, since the positive charges on the polymer main chain
■ maßgeblich sind. Die positiven Ladungen sind im Allgemeinen in Formeln nicht dargestellt, da ihre genaue Zahl und Position nicht einwandfrei feststellbar sind. Die Anzahl der positiven■ are decisive. The positive charges are generally not shown in formulas because their exact number and position cannot be determined correctly. The number of positive
Ladungen beträgt jedoch mindestens 1 und höchstens p, wobei p die Gesamtanzahl aller im Poly- meren enthaltenen - gleichen oder unterschiedlichen - Wiederholungseinheiten ist.However, charges are at least 1 and at most p, where p is the total number of all repetition units contained - identical or different - in the polymer.
Zur Kompensation der positiven Ladung, soweit dies nicht bereits durch gegebenenfalls kovalent gebundene Sulfonat- oder Carboxylat-substituierte und somit negativ geladenen Reste erfolgt, benötigen die leitfähigen Polymere Anionen als Gegenionen.To compensate for the positive charge, unless this is already done by optionally covalently bound sulfonate or carboxylate-substituted and thus negatively charged residues, the conductive polymers require anions as counterions.
Den Mischungen können daher Gegenionen zugesetzt werden. Dies können monomere oder poly- mere Anionen, letztere im Folgenden als Polyanionen bezeichnet, sein.Counterions can therefore be added to the mixtures. These can be monomeric or polymeric anions, the latter hereinafter referred to as polyanions.
Als Polyanionen dienen vorzugsweise die Anionen von polymeren Carbonsäuren, wie Polyacryl- säuren, Polymethacrylsäure oder Polymalefnsäuren, oder die Anionen von polymeren Sulfonsäuren, wie Polystyrolsulfonsäuren und Polyvinylsulfonsäuren. Diese Polycarbon- und -sulfonsäuren können auch Copolymere von Vinylcarbon- und Vinylsulfonsäuren mit anderen poly- merisierbaren Monomeren, wie Acrylsäureestern und Styrol, sein.The anions of polymeric carboxylic acids, such as polyacrylic acids, polymethacrylic acid or polymalefic acids, or the anions of polymeric sulfonic acids, such as polystyrene sulfonic acids and polyvinyl sulfonic acids, are preferably used as polyanions. These polycarbonic and sulfonic acids can also be copolymers of vinylcarbonic and vinylsulfonic acids with other polymerizable monomers, such as acrylic acid esters and styrene.
Besonders bevorzugt ist das Anion der Polystyrolsulfonsäure als Gegenion.The anion of the polystyrene sulfonic acid is particularly preferred as the counter ion.
Das Molekulargewicht der die Polyanionen liefernden Polysäuren beträgt vorzugsweise 1 000 bis 2 000 000, besonders bevorzugt 2 000 bis 500 000. Die Polysäuren oder ihre Alkalisalze sind im Handel erhältlich, z.B. Polystyrolsulfonsäuren und Polyacrylsäuren, oder aber nach bekannten Verfahren herstellbar (siehe z.B. Houben Weyl, Methoden der organischen Chemie, Bd. E 20 Makromolekulare Stoffe, Teil 2, (1987), S. 1141 u.fi). Als monomere Anionen dienen beispielsweise solche von Cι-C20-Alkansulfonsäuren, wie der Methan-, Ethan-, Propan-, Butan- oder höherer Sulfonsäuren wie der Dodecansulfonsäure, von aliphatischen Perfluorsulfonsäuren, wie der Trifluormethansulfonsäure, der Perfluorbutansulfonsäure oder der Perfluoroctansulfonsäure, von aliphatischen Ci -C20-Carbonsäuren wie der 2-Ethylhexyl- carbonsäure, von aliphatischen Perfluorcarbonsäuren, wie der Trifluoressigsäure oder der Perfluor- octansäure, und von aromatischen, gegebenenfalls durch Cτ -C20-Alkylgruppen substituierten Sulfonsäuren wie der Benzolsulfonsäure, o-Toluolsulfonsäure, p-Toluolsulfonsäure oder der Dodecylbenzolsulfonsäure und von Cycloalkansulfonsäuren wie Camphersulfonsäure oder Tetra- fluoroborate, Hexafluorophosphate, Perchlorate, Hexafluoroantimonate, Hexafluoroarsenate oder Hexachloroantimonate.The molecular weight of the polyacids providing the polyanions is preferably 1,000 to 2,000,000, particularly preferably 2,000 to 500,000. The polyacids or their alkali metal salts are commercially available, for example polystyrene sulfonic acids and polyacrylic acids, or else can be prepared by known processes (see, for example, Houben Weyl , Methods of Organic Chemistry, Vol. E 20 Macromolecular Substances, Part 2, (1987), p. 1141 u.fi). The monomeric anions such as those used by Cι-C20 alkane sulfonic acids, such as methane, ethane, propane, butane or higher sulfonic acids such as dodecane, of aliphatic perfluorosulfonic acids, such as trifluoromethanesulfonic acid, perfluorobutane sulfonic or perfluorooctane sulfonic acid, of aliphatic Ci -C20 carboxylic acids such as 2-ethylhexyl carboxylic acid, of aliphatic perfluorocarboxylic acids such as trifluoroacetic acid or perfluoro-octanoic acid, and of aromatic sulfonic acids optionally substituted by Cτ -C20 alkyl groups such as benzenesulfonic acid, o-toluenesulfonic acid, p-toluenesulfonic acid or dodecylbenzenesulfonic acid and cycloalkanesulfonic acids such as camphorsulfonic acid or tetrafluoroborate, hexafluorophosphate, perchlorate, hexafluoroantimonate, hexafluoroarsenate or hexachloroantimonate.
Bevorzugt sind die Anionen der p-Toluolsulfonsäure, Methansulfonsäure oder Camphersulfonsäure. The anions of p-toluenesulfonic acid, methanesulfonic acid or camphorsulfonic acid are preferred.
Die Gegenionen werden den Mischungen beispielsweise in Form ihrer Alkalisalze oder als freie Säuren zugegeben.The counterions are added to the mixtures, for example in the form of their alkali salts or as free acids.
Bevorzugt dienen die vorhandenen Anionen des verwendeten Oxidationsmittels als Gegenionen, so dass eine Zugabe zusätzlicher Gegenionen nicht zwingend erforderlich ist.The anions present in the oxidizing agent used preferably serve as counterions, so that the addition of additional counterions is not absolutely necessary.
Den erfindungsgemäßen Mischungen können außerdem weitere Komponenten wie ein oder mehrere in organischen Lösungsmitteln lösliche organische Binder wie Polyvinylacetat, Poly- carbonat, Polyvinylbutyrat, Polyacrylsäureester, Polymethacrylsäureester, Polystyrol, Polyacrylo- nitril, Polyvinylchlorid, Polybutadien, Polyisopren, Polyether, Polyester, Silicone, Pyrrol/Acryl- säureester-, Vinylacetat/Acrylsäureester- und Ethylen/Vinylacetat-Copolymerisate oder wasserlösliche Binder wie Polyvinylalkohole, Vernetzer wie Polyurethane bzw. Polyurethandispersionen, Polyacrylate, Polyolefindispersionen, Epoxysilane, wie 3-Glycidoxypropyltrialkoxysilan, und Additive wie z.B. oberflächenaktive Stoffe zugesetzt werden. Weiterhin können Alkoxysilanhydroly- säte z.B. auf Basis von Tetraethoxysilan zur Erhöhung der Kratzfestigkeit bei Beschichtungen zugesetzt werden.The mixtures according to the invention can also contain other components such as one or more organic binders which are soluble in organic solvents, such as polyvinyl acetate, polycarbonate, polyvinyl butyrate, polyacrylic acid esters, polymethacrylic acid esters, polystyrene, polyacrylonitrile, polyvinyl chloride, polybutadiene, polyisoprene, polyethers, polyesters, silicones, pyrrole / Acrylic acid ester, vinyl acetate / acrylic acid ester and ethylene / vinyl acetate copolymers or water-soluble binders such as polyvinyl alcohols, crosslinking agents such as polyurethanes or polyurethane dispersions, polyacrylates, polyolefin dispersions, epoxysilanes such as 3-glycidoxypropyltrialkoxysilane, and additives such as, for example surfactants are added. Furthermore, alkoxysilane hydrolysates e.g. based on tetraethoxysilane to increase the scratch resistance of coatings.
Für die oxidative Polymerisation der Vorstufen für die Herstellung leitfähiger Polymere werden theoretisch je Mol Thiophen 2,25 Äquivalente Oxidationsmittel benötigt (siehe z.B. J. Polym. Sc. Part A Polymer Chemistry Vol. 26, S. 1287 (1988)). Es können aber auch niedrigere oder höhere Äquivalente an Oxidationsmittel eingesetzt werden. Die Mischungen enthalten vorzugsweise 1 bis 30 Gew.-% der Vorstufen für die Herstellung leitfähiger Polymere und 0 bis 50 Gew.-% Bindemittel, Vernetzer und/oder Additive, beide Gewichtsprozente bezogen auf das Gesamtgewicht der Mischung.For the oxidative polymerization of the precursors for the production of conductive polymers, 2.25 equivalents of oxidizing agents are theoretically required per mole of thiophene (see, for example, J. Polym. Sc. Part A Polymer Chemistry Vol. 26, p. 1287 (1988)). However, lower or higher equivalents of oxidizing agent can also be used. The mixtures preferably contain 1 to 30% by weight of the precursors for the production of conductive polymers and 0 to 50% by weight of binders, crosslinking agents and / or additives, both weight percentages based on the total weight of the mixture.
Die Polymerisationsgeschwindigkeit in Mischungen enthaltend Vorstufen für die Herstellung leit- fähiger Polymere und wenigstens ein Oxidationsmittel, wird neben der Konzentration der Edukte durch die Reaktionskonstanten der Polymerisation bestimmt. Die Reaktionskonstanten k besitzen eine Temperaturabhängigkeit, die gegeben ist durch:The polymerization rate in mixtures containing precursors for the production of conductive polymers and at least one oxidizing agent is determined in addition to the concentration of the starting materials by the reaction constants of the polymerization. The reaction constants k have a temperature dependency, which is given by:
k = υ * e -EaIRTk = υ * e -EaIRT
wobei v der Frequenzfaktor, Ea die Aktivierungsenergie in J/mol, R die Gaskonstante 8,3145 JK'mol"1 und T die Temperatur in Kelvin ist.where v is the frequency factor, E a is the activation energy in J / mol, R is the gas constant 8.3145 JK'mol "1 and T is the temperature in Kelvin.
Die Aktivierungsenergie ist eine temperatur- und konzentrationsunabhängige Kenngröße für die Reaktionsgeschwindigkeit. Eine hohe Aktivierungsenergie führt zu langsameren Reaktionen und damit längeren Topfzeiten der Mischungen.The activation energy is a temperature and concentration independent parameter for the reaction rate. A high activation energy leads to slower reactions and thus longer pot lives of the mixtures.
Weiterhin Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind Mischungen enthaltend Vorstufen für die Herstellung leitfähiger Polymere und wenigstens ein Oxidationsmittel, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymerisation der Vorstufen eine Aktivierungsenergie von 75 kJ/mol oder größer, bevorzugt 85 kJ/mol oder größer, besonders bevorzugt 95 kJ/mol oder größer aufweist. Zu hohe Aktivierungsenergien können den Nachteil haben, dass die Polymerisation nur bei sehr hohen Temperaturen einsetzt, die für die Herstellung leitfähiger Polymere nachteilig ist. Daher ist die Aktivierungsenergie bevorzugt kleiner 200 kJ/mol, besonders bevorzugt kleiner 150 kJ/mol und ganz besonders bevorzugt kleiner 130 kJ/mol.The present invention furthermore relates to mixtures comprising precursors for the production of conductive polymers and at least one oxidizing agent, characterized in that the polymerization of the precursors has an activation energy of 75 kJ / mol or greater, preferably 85 kJ / mol or greater, particularly preferably 95 kJ / has mol or greater. Activation energies that are too high can have the disadvantage that the polymerization only starts at very high temperatures, which is disadvantageous for the production of conductive polymers. The activation energy is therefore preferably less than 200 kJ / mol, particularly preferably less than 150 kJ / mol and very particularly preferably less than 130 kJ / mol.
Zur. Ermittlung der Aktivierungsenergie ist es erforderlich, den Konzentrationsverlauf von Edukten (Vorstufen, Oxidationsmittel) und Produkten experimentell zu bestimmen. Wird ein Modell, das die Kinetik der einzelnen Reaktionsteilschritte beschreibt, an den Konzentrationsverlauf bei ver- schiedenen Reaktionstemperaturen angepasst, so erhält man die Reaktionskonstanten für verschiedene Temperaturen. Aus der Tempera urabhängigkeit der Reaktionskonstanten k kann dann nach obiger Formel die Aktivierungsenergie der Reaktion bestimmt werden.To. To determine the activation energy, it is necessary to experimentally determine the concentration profile of starting materials (precursors, oxidizing agents) and products. If a model that describes the kinetics of the individual reaction sub-steps is adapted to the concentration curve at different reaction temperatures, the reaction constants are obtained for different temperatures. The activation energy of the reaction can then be determined from the temperature dependence of the reaction constant k using the above formula.
Die Ermittlung von Aktivierungsenergien sowie die Durchführung der kinetischen Messungen hierzu sind dem Fachmann bekannt und beispielsweise in "Kinetics of homogeneous multistep reactions" von F.G. Helfferich, herausgegeben von R.G. Compton und G. Hancock als Volume 38 in der Serie "Comprehensive Chemical Kinetices", (Elsevier, Amsterdam 2001) beschrieben. Beispielhaft wird in Beispiel 11 beschrieben, wie die Aktivierungsenergien der Polymerisation in . Mischungen enthaltend als Vorstufen 3,4-Ethylendiόxythioρhen und als Oxidationsmittel Eisen- (JH)-ρ-toluolsulfonat ermittelt wurden.The determination of activation energies and the implementation of the kinetic measurements are known to the person skilled in the art and are, for example, in "Kinetics of homogeneous multistep reactions" by FG Helfferich, published by RG Compton and G. Hancock as volume 38 in the series "Comprehensive Chemical Kinetices", ( Elsevier, Amsterdam 2001). Example 11 describes how the activation energies of the polymerization in , Mixtures containing 3,4-ethylenediόxythioρhen as precursors and iron (JH) -ρ-toluenesulfonate as oxidizing agent were determined.
Die erfindungsgemäßen Mischungen können weiterhin Lösungsmittel, Gegenionen, Bindemittel und/oder Vernetzer enthalten.The mixtures according to the invention can furthermore contain solvents, counterions, binders and / or crosslinking agents.
Vorangehend aufgeführte Vorzugsbereiche, Definitionen und Beispiele für Vorstufen, Gegenionen, Bindemittel, Vernetzer und Lösungsmittel gelten hier analog.The above-mentioned preferred ranges, definitions and examples for precursors, counterions, binders, crosslinking agents and solvents apply analogously here.
Als Oxidationsmittel eignet sich vorzugsweise ein Metallsalz einer organischen Säure oder organische Reste aufweisenden anorganischen Säure.A metal salt of an organic acid or inorganic acid having organic radicals is preferably suitable as the oxidizing agent.
Als solche Metallsalze können alle όem Fac maτ bekanntes für die oxidative Polymerisation von Thiophenen, Anilinen oder Pyrrolen als Oxidationsmittel geeigneten Metallsalze verwendet werden. All such metal salts known for the oxidative polymerization of thiophenes, anilines or pyrroles as suitable oxidizing agents can be used as such metal salts.
Geeignete Metallsalze sind Metallsalze von Haupt- oder Nebengruppenmetallen, letztere im Folgenden auch als Übergangsmetallsalze bezeichnet, des Periodensystems der Elemente nach Mendelejew. Bevorzugt sind Übergangsmetallsalze. Geeignete Übergangsmetallsalze sind insbe- sondere Salze einer anorganischen oder organischen Säure oder organische Reste aufweisenden anorganischen Säure von Übergangsmetallen, wie z.B. von Eisen(JJI), Kupfer(H), Chrom(VI), ' . Cer(IV), Mangan(IV), Mangan(VJI), Rumeniurn(III) und Zink(7J).Suitable metal salts are metal salts of main or subgroup metals, the latter also referred to below as transition metal salts, of the Periodic Table of the Elements according to Mendeleev. Transition metal salts are preferred. Suitable transition metal salts are in particular salts of an inorganic or organic acid or inorganic acid having organic residues of transition metals, such as iron (JJI), copper (H), chromium (VI), ' . Cerium (IV), Manganese (IV), Manganese (VJI), Rumeniurn (III) and Zinc (7J).
Bevorzugte Übergangsmetallsalze sind solche des Eisen(IH). Eisen(m)-Salze sind häufig preiswert, leicht erhältlich und können leicht gehandhabt werden, wie z.B. die Eisen(πT Salze an- organischer Säuren, wie beispielsweise Eisen(iπ)halogenide (z.B. FeCl3) oder Eisen(IH)-Salze anderer anorganischer Säuren, wie Fe(C104)3 oder Fe2(S04)3, und die Eisen(IH)-Salze organischer Säuren und organische Reste aufweisender anorganischer Säuren.Preferred transition metal salts are those of iron (IH). Iron (m) salts are often inexpensive, readily available and easy to handle, such as the iron (πT salts of inorganic acids, such as iron (iπ) halogenide (eg FeCl 3 ) or iron (IH) salts of others inorganic acids, such as Fe (C10 4 ) 3 or Fe 2 (S0 4 ) 3 , and the iron (IH) salts of organic acids and inorganic acids containing organic residues.
Als Eisen(πi)-Salze organische Reste aufweisender anorganischer Säuren seien beispielsweise die Eisen(IH)-Salze der Schwefelsäurehalbester von Cι -C2n-Alkanolen, z.B. das Eisen(IH)-Salz des " Laurylsulfates genannt.As iron (πi) salts containing organic residues of inorganic acids, for example the iron (IH) salts of the sulfuric acid semiesters of C 1 -C 2 -alkanols, for example the iron (IH) salt of " lauryl sulfate.
Besonders bevorzugte Übergangsmetallsalze sind solche einer organischen Säure, insbesondere Eisen(in)-Salze organischer Säuren.Particularly preferred transition metal salts are those of an organic acid, in particular iron (in) salts of organic acids.
Als Eisen(TlI)-Salze organischer Säuren seien beispielsweise genannt: die Eisen(LTt)-Salze vonExamples of iron (TlI) salts of organic acids are: the iron (LTt) salts of
Cι -C2o-Alkansulfonsäuren, wie der Methan-, Ethan-, Propan-, Butan- oder höherer Sulfonsäuren wie der Dodecansulfonsäure, von aliphatischen Perfluorsulfonsäuren, wie der Trifluormethan- sulfonsäure, der Perfluorbutansulfonsäure oder der Perfiuoroctansulfonsäure, von aliphatischen Cι -C20-Carbonsäuren wie der 2-Ethylhexylcarbonsäure, von aliphatischen Perfluorcarbonsäuren, wie der Trifluoressigsäure oder der Perfluoroctansäure, und von aromatischen, gegebenenfalls durch Cι -C20-Alkylgruppen substituierten Sulfonsäuren wie der Benzolsulfonsäure, o-Toluol- sulfonsäure, p-Toluolsulfonsäure oder der Dodecylbenzolsulfonsäure und von Cycloalkansulfon- säuren wie Camphersulfonsäure.Cι -C2o alkane sulfonic acids, such as methane, ethane, propane, butane or higher sulfonic acids such as dodecane sulfonic acid, of aliphatic perfluorosulfonic acids, such as trifluoromethane sulfonic acid, perfluorobutane sulfonic acid or perfiuorooctane sulfonic acid, of aliphatic C -C20 carboxylic acids such as 2-ethylhexylcarboxylic acid, of aliphatic perfluorocarboxylic acids such as trifluoroacetic acid or perfluorooctanoic acid, and of aromatic sulfonic acids optionally substituted by C20 -C20 alkyl groups such as benzenesulfonic acid, o-toluenesulfonic acid, p-toluenesulfonic acid or Dodecylbenzenesulfonic acid and cycloalkanesulfonic acids such as camphorsulfonic acid.
Es können auch beliebige Gemische dieser vorgenannten Eisen(ITJ)-Salze organischer Säuren eingesetzt werden.Any mixtures of these aforementioned iron (ITJ) salts of organic acids can also be used.
Die Verwendung der Eisen(ITI)-salze organischer Säuren und der organischen Reste aufweisenden anorganischen Säuren hat den großen Vorteil, dass sie nicht korrosiv wirken.The use of the iron (ITI) salts of organic acids and the inorganic acids containing organic residues has the great advantage that they are not corrosive.
Ganz besonders bevorzugt als Metallsalze sind Eisen(ILt)-p-toluolsulfonat, Eisen(iπ)-o-toluol- sulfonat oder einer Mischung aus Eisen(πi)-p-toluolsulfonat und Eisen(rfi)-o-toluolsulfonat. .Iron (ILt) -p-toluenesulfonate, iron (iπ) -o-toluenesulfonate or a mixture of iron (πi) -p-toluenesulfonate and iron (rfi) -o-toluenesulfonate are very particularly preferred as metal salts. ,
Weiterhin geeignete Metallsalze sind Peroxoverbindungen wie Peroxodisulfate (Persulfate), insbesondere Ammonium- und Alkaliperoxodisulfate, wie Natrium- und Kaliumperoxodisulfat, oder Alkaliperborate sowie Übergangsmetalloxide, wie z.B. Braunstein (Mangan(lV)oxid) oder Cer(IV)oxid.Further suitable metal salts are peroxo compounds such as peroxodisulfates (persulfates), in particular ammonium and alkali peroxodisulfates, such as sodium and potassium peroxodisulfate, or alkali perborates and transition metal oxides, such as e.g. Manganese dioxide (manganese (IV) oxide) or cerium (IV) oxide.
In bevorzugten Ausführungsformen enthalten die erfindungsgemäßen Mischungen ein gemäß dem vorangehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren erhältliches Oxidationsmittel.In preferred embodiments, the mixtures according to the invention contain an oxidizing agent obtainable according to the method according to the invention described above.
In weiteren bevorzugten Ausführungsformen enthalten die erfindungsgemäßen Mischungen als Vorstufen für die Herstellung leitfähiger Polymere gegebenenfalls substituierte Thiophene, Pyrrole, Aniline oder deren Derivate. Besonders bevorzugt sind gegebenenfalls substituierte 3,4- Ethylendioxythiophene oder deren Derivate, ganz besonders bevorzugt 3,4-Ethylendioxythiophen.In further preferred embodiments, the mixtures according to the invention contain optionally substituted thiophenes, pyrroles, anilines or their derivatives as precursors for the preparation of conductive polymers. Optionally substituted 3,4-ethylenedioxythiophenes or their derivatives are particularly preferred, very particularly preferably 3,4-ethylenedioxythiophene.
In weiteren bevorzugten Ausführungsformen enthalten die erfindungsgemäßen Mischungen als . Oxidationsmittel ein Eisen(III)-Salz, bevorzugt Eisen(IJJ)-p-toluolsulfonat, Eisen(πT)-o-toluol- sulfonat oder einer Mischung aus Eisen(ITI)-p-toluolsulfonat und Eisen(rJT)-o-toluolsulfonat.In further preferred embodiments, the mixtures according to the invention contain as. Oxidizing agent is an iron (III) salt, preferably iron (IJJ) -p-toluenesulfonate, iron (πT) -o-toluenesulfonate or a mixture of iron (ITI) -p-toluenesulfonate and iron (rJT) -o-toluenesulfonate ,
In weiteren bevorzugten Ausführungsformen wird den erfindungsgemäßen Mischungen nachträglich Wasser, bevorzugt 1 bis 100 Gew.-%, besonders bevorzugt 1 bis 60 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt 1 bis 40 Gew.-% Wasser, bezogen auf das Gewicht des Oxidationsmittels, zugesetzt.In further preferred embodiments, water, preferably 1 to 100% by weight, particularly preferably 1 to 60% by weight, very particularly preferably 1 to 40% by weight of water, based on the weight of the oxidizing agent, is added to the mixtures according to the invention ,
Die erfindungsgemäßen Mischungen können auch in-situ entstehen, indem auf einer Oberfläche beispielsweise durch sequentielles Tauchen in ein Oxidationsmittel, gegebenenfalls in Form einer Lösung, und Vorstufen, gegebenenfalls in Form einer Lösung, wobei sich nach dem jeweiligenThe mixtures according to the invention can also be formed in situ by, for example, dipping sequentially in an oxidizing agent, optionally in the form of a solution, and precursors, optionally in the form of a solution, depending on the particular surface
Tauchvorgang gegebenenfalls eine Trocknung anschließen kann. Die Mischungen entstehen dann beispielsweise durch Grenzflächendiffusion oder Durchmischung verschiedener Flüssigkeiten auf der Oberfläche. Auch diese Mischungen sind im Rahmen der Erfindung als erffndungsgemäße Mischungen zu betrachten.Dipping process can optionally be followed by drying. The mixtures then arise for example by interfacial diffusion or by mixing different liquids on the surface. These mixtures are also to be regarded as mixtures according to the invention within the scope of the invention.
Mit den erfindungsgemäßen Mischungen lassen sich Elektrolytkondensatoren herstellen. Prinzipiell wird ein Elektrolytkondensator hergestellt, indem ein oxidierbares Metall zunächst oxidativ, beispielsweise durch elektrochemische Oxidation, mit einem Dielektrikum, d. h. einer Oxidschicht, überzogen wird. Auf dem Dielektrikum wird dann mittels oxidativer Polymerisation, erfindungsgemäß mittels einer der oben beschriebenen Mischungen, chemisch ein leitfähiges Polymer abgeschieden, welches den Feststoffelektrolyten bildet. Ein Überzug mit weiteren gut leit- fähigen Schichten, wie Graphit und Silber, dient der Ableitung des Stroms. Schließlich wird der Kondensatorkörper kohtaktiert und eingekapselt.The mixtures according to the invention can be used to produce electrolytic capacitors. In principle, an electrolytic capacitor is produced by first oxidatively oxidizing a metal, for example by electrochemical oxidation, with a dielectric, ie. H. an oxide layer is coated. A conductive polymer which forms the solid electrolyte is then chemically deposited on the dielectric by means of oxidative polymerization, according to the invention using one of the mixtures described above. A coating with other highly conductive layers, such as graphite and silver, serves to dissipate the current. Finally, the capacitor body is coactivated and encapsulated.
Das -„oxidierbare Metall" bildet im erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt einen Anodenkörper mit großer Oberfläche, z.B. in Form eines porösen Sinterkörpers oder einer aufgerauten Folie. Im Folgenden wird dieser auch kurz als Anodenkörper bezeichnet.In the process according to the invention, the “oxidizable metal” preferably forms an anode body with a large surface, for example in the form of a porous sintered body or a roughened foil. In the following, this is also referred to briefly as an anode body.
Der Feststoffelektrolyt aus leitfähigem Polymer wird erfindungsgemäß auf den mit einer Oxidschicht bedeckten Anodenkörper durch oxidative Polymerisation der oben beschriebenen Mischungen erzeugt, indem man auf die Oxidschicht des Anodenkörpers diese Mischungen, vorzugsweise in Form von Lösungen, aufbringt und die oxidative Polymerisation, je nach Aktivität des verwendeten Oxidationsmittels, gegebenenfalls durch ein Erwärmen der Beschichtung zu Ende führt.According to the invention, the solid electrolyte made of conductive polymer is produced on the anode body covered with an oxide layer by oxidative polymerization of the mixtures described above, by applying these mixtures, preferably in the form of solutions, to the oxide layer of the anode body and the oxidative polymerization, depending on the activity of the one used Oxidizing agent, optionally by heating the coating to the end.
Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher -ein Verfahren zur Herstellung eines Elektrolytkondensators, dadurch gekennzeichnet, dass die erfindungsgemäßen Mischungen gegebenenfalls in Form von Lösungen auf eine Oxidschicht eines Metalls aufgebracht und chemisch oxidativ bei Temperaturen von -10°C bis 250°C zu den entsprechenden Polymeren polymerisiert werden.The present invention therefore also relates to a process for producing an electrolytic capacitor, characterized in that the mixtures according to the invention are applied, if appropriate in the form of solutions, to an oxide layer of a metal and are chemically oxidative at temperatures from -10 ° C. to 250 ° C. to the corresponding ones Polymers are polymerized.
Weiterhin Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Elektrolytkondensators, dadurch gekennzeichnet, dass Vorstufen für die Herstellung leitfähiger Polymere und die erfindungsgemäß erhältlichen Oxidationsmittel nacheinander, gegebenenfalls in Form von Lösungen, auf eine Oxidschicht eines Metalls aufgebracht und chemisch oxidativ bei Temperaturen von -10°C bis 250°C zu den entsprechenden Polymeren polymerisiert werden. Die Aufbringung kann direkt oder unter Verwendung eines Haftverrnittlers, beispielsweise eines Silans, und/oder einer anderen funktioneilen Schicht auf die Oxidschicht des Anodenkörpers erfolgen.The present invention furthermore relates to a process for producing an electrolytic capacitor, characterized in that precursors for the production of conductive polymers and the oxidizing agents obtainable according to the invention are applied in succession, optionally in the form of solutions, to an oxide layer of a metal and chemically oxidatively at temperatures of -10 ° C to 250 ° C to be polymerized to the corresponding polymers. The application can be carried out directly or using an adhesion promoter, for example a silane, and / or another functional layer on the oxide layer of the anode body.
Die oxidative chemische Polymerisation der Vorstufen zur Herstellung leitfähiger Polymere wird je nach verwendetem Oxidationsmittel und gewünschter Reaktionszeit im allgemeinen bei Temperaturen von -10°C bis 250°C, bevorzugt bei Temperaturen von 0°C bis 200°C, vorgenommen.Depending on the oxidizing agent used and the desired reaction time, the oxidative chemical polymerization of the precursors for the production of conductive polymers is generally carried out at temperatures from -10 ° C. to 250 ° C., preferably at temperatures from 0 ° C. to 200 ° C.
Wie den erfindungsgemäßen Mischungen können auch den Lösungen zusätzlich Gegenionen zugegeben werden. Geeignete Gegenionen sind die oben für die erfindungsgemäßen Mischungen aufge- führten.Like the mixtures according to the invention, counterions can also be added to the solutions. Suitable counterions are those listed above for the mixtures according to the invention.
Besonders bevorzugt zur Anwendung in den erfindungsgemäßen Elektrolytkondensatoren sind die Anionen der monomeren Alkan- oder Cycloalkansulfonsäuren oder aromatischen Sulfonsäuren, da diese enthaltende Lösungen besser geeignet sind, in das poröse Anodenmaterial einzudringen und somit eine größere Kontaktfläche zwischen diesem und dem Feststoffelektrolyten gebildet werden kann.The anions of the monomeric alkane or cycloalkane sulfonic acids or aromatic sulfonic acids are particularly preferred for use in the electrolytic capacitors according to the invention, since solutions containing them are more suitable for penetrating into the porous anode material and thus a larger contact area can be formed between the anode material and the solid electrolyte.
Außerdem können zur Anwendung in den erfindungsgemäßen Elektrolytkondensatoren bevorzugt als Gegenionen die gegebenenfalls vorhandenen Anionen des verwendeten Oxidationsmittels dienen, so dass eine Zugabe zusätzlicher Gegenionen nicht zwingend erforderlich ist.In addition, the anions of the oxidizing agent used, which may be present, can preferably serve as counterions for use in the electrolytic capacitors according to the invention, so that addition of additional counterions is not absolutely necessary.
Wie die erfindungsgemäßen Mischungen können auch die Lösungen zusätzlich einen oder mehrere Binder, Vernetzer und/oder Additive enthalten. Geeignete Binder, Vernetzer und/oder Additive sind die oben für die erfindungsgemäßen Mischungen aufgeführten.Like the mixtures according to the invention, the solutions can additionally contain one or more binders, crosslinking agents and / or additives. Suitable binders, crosslinking agents and / or additives are those listed above for the mixtures according to the invention.
Als Vorstufen für die Herstellung leitfähiger Polymere eignen sich die oben bereits aufgeführten.Those already listed above are suitable as precursors for the production of conductive polymers.
Die erfindungsgemäßen Mischungen werden nach bekannten Verfahren, z.B. durch Tränkung, Gießen, Auftropfen, Spritzen, Aufsprühen, Aufrakeln, Bestreichen oder Bedrucken auf die Oxid- Schicht des Anodenkörpers aufgebracht.The mixtures according to the invention are produced by known processes, e.g. applied to the oxide layer of the anode body by impregnation, pouring, dripping, spraying, spraying, knife coating, brushing or printing.
Das Entfernen der gegebenenfalls eingesetzten Lösungsmittel nach dem Aufbringen der Mischungen kann durch einfaches Abdampfen bei Raumtemperatur erfolgen. Zur Erzielung höherer Verarbeitungsgeschwindigkeiten ist es jedoch vorteilhafter, die Lösungsmittel bei erhöhten Temperaturen, z.B. bei Temperaturen von 20 bis zu 300°C, bevorzugt 40 bis zu 250°C, zu entfernen. Eine thermische Nachbehandlung kann unmittelbar mit dem Entfernen des Lösungs- mittel verbunden oder aber auch in zeitlichem Abstand von der Fertigstellung der Beschichtung vorgenommen werden.The solvent, if used, can be removed after the mixtures have been applied by simple evaporation at room temperature. To achieve higher processing speeds, however, it is more advantageous to remove the solvents at elevated temperatures, for example at temperatures from 20 to 300 ° C., preferably 40 to 250 ° C. A thermal aftertreatment can be carried out immediately with the removal of the solution medium connected or can also be carried out at an interval from the completion of the coating.
Die Dauer der Wärmebehandlung beträgt in Abhängigkeit von der Art des für die Beschichtung verwendeten Polymers 5 Sekunden bis mehrere Stunden. Für die thermische Behandlung können auch Temperaturprofile mit unterschiedlichen Temperaturen und Verweilzeiten eingesetzt werden.The duration of the heat treatment is 5 seconds to several hours, depending on the type of polymer used for the coating. Temperature profiles with different temperatures and residence times can also be used for the thermal treatment.
Die Wärmebehandlung kann z.B. in der Weise ausgeführt werden, dass man die beschichteten Anodenkörper mit einer solchen Geschwindigkeit durch eine auf der gewünschten Temperatur befindliche Wärmekammer bewegt, so dass die gewünschte Verweilzeit bei der gewählten Temperatur erreicht wird, oder mit einer auf der gewünschten Temperatur befindlichen Heizplatte für die gewünschte Verweilzeit in Kontakt bringt. Des Weiteren kann die Wärmebehandlung beispielsweise in einem Wärmeofen oder mehreren Wärmeöfen mit. jeweils unterschiedlichen Temperaturen erfolgen.The heat treatment can e.g. in such a way that the coated anode bodies are moved at such a speed through a heating chamber at the desired temperature so that the desired residence time is achieved at the selected temperature, or with a heating plate at the desired temperature for the desired residence time brings in contact. Furthermore, the heat treatment can be carried out, for example, in one or more heating ovens. different temperatures take place.
Nach dem Entfernen der Lösungsmittel (Trocknen) und gegebenenfalls nach der thermischen Nachbehandlung kann es vorteilhaft sein, das überschüssige Oxidationsmittel und Restsalze aus der Beschichtung mit einem geeigneten Lösungsmittel, bevorzugt Wasser oder Alkoholen, auszuwaschen. Unter Restsalzen sind hier die Salze der reduzierten Form des Oxidationsmittels und gegebenenfalls weitere vorhandene Salze zu verstehen.After the removal of the solvents (drying) and optionally after the thermal aftertreatment, it may be advantageous to wash out the excess oxidizing agent and residual salts from the coating with a suitable solvent, preferably water or alcohols. Residual salts are to be understood here as the salts of the reduced form of the oxidizing agent and, if appropriate, other salts present.
Je nach Art des Anodenkörpers kann es vorteilhaft sein, den Anodenkörper bevorzugt nach einer Waschung weitere Male mit den Mischungen zu imprägnieren, um dickere Polymerschichten zu erzielen.Depending on the type of anode body, it can be advantageous to impregnate the anode body with the mixtures a further number of times, preferably after washing, in order to achieve thicker polymer layers.
Nach der Polymerisation und bevorzugt während oder nach der Waschung kann es vorteilhaft sein, den Oxidfilm elektrochemisch nachzubilden, um eventuelle Fehlstellen im Oxidfilm auszubessern und dadurch den Reststrom des fertigen Kondensators zu senken (Reformierung).After the polymerization and preferably during or after washing, it can be advantageous to electrochemically simulate the oxide film in order to repair any defects in the oxide film and thereby reduce the residual current in the finished capacitor (reforming).
Bevorzugt ist weiterhin ein Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem oxidierbaren Metall um ein Ventilmetall oder eine Verbindung mit vergleichbaren Eigenschaften handelt.Furthermore, a method is preferably characterized in that the oxidizable metal is a valve metal or a compound with comparable properties.
Als Ventilmetall sind im Rahmen der Erfindung solche Metalle zu verstehen, deren Oxidschichten den Stromfluss nicht in beide Richtungen gleichermaßen ermöglichen: Bei anodisch angelegter Spannung sperren die Oxidschichten der Ventilmetalle den Stromfluss, während es bei kathodisch angelegter Spannung zu großen Strömen kommt, die die Oxidschicht zerstören können. Zu den Ventilmetallen zählen Be, Mg, AI, Ge, Si, Sn, Sb, Bi, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta und W sowie eine Legierung oder Verbindung von wenigstens einem dieser Metalle mit anderen Elementen. Die bekanntesten Vertretern der Ventilmetalle sind AI, Ta und Nb. Verbindungen mit vergleichbaren Eigenschaften sind solche mit metallischer Leitfähigkeit, welche oxidierbar sind und deren Oxidschichten die vorangehend beschriebenen Eigenschaften besitzen. Beispielsweise besitzt NbO metallische Leitfähigkeit, wird jedoch im allgemeinen nicht als Ventilmetall betrachtet. Schichten von oxidiertem NbO weisen jedoch die typischen Eigenschaften von Ventilmetalloxidschichten auf, so dass NbO oder eine Legierung oder Verbindung von NbO mit anderen Elementen typische Beispiele für solche Verbindungen mit vergleichbaren Eigenschaften sind.Within the scope of the invention, valve metal is to be understood as those metals whose oxide layers do not allow the current to flow in both directions equally: With an anodically applied voltage, the oxide layers of the valve metals block the current flow, while with cathodically applied voltage large currents occur which destroy the oxide layer can. The valve metals include Be, Mg, Al, Ge, Si, Sn, Sb, Bi, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta and W and an alloy or combination of at least one of these metals with other elements. The best known representatives of valve metals are AI, Ta and Nb. Connections with comparable Properties are those with metallic conductivity, which can be oxidized and whose oxide layers have the properties described above. For example, NbO has metallic conductivity, but is generally not considered a valve metal. However, layers of oxidized NbO have the typical properties of valve metal oxide layers, so that NbO or an alloy or compound of NbO with other elements are typical examples of such compounds with comparable properties.
Demzufolge sind unter dem Begriff „oxidierbares Metall" nicht nur Metalle sondern auch eine Legierung oder Verbindung eines Metalls mit anderen Elementen gemeint, sofern sie metallische Leitfähigkeit besitzen und oxidierbar sind.Accordingly, the term “oxidizable metal” means not only metals but also an alloy or compound of a metal with other elements, provided that they have metallic conductivity and are oxidizable.
Besonders bevorzugt Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist demgemäss ein Verfahren, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Ventilmetall oder der Verbindung 'mit vergleichbaren Eigenschaften um Tantal, Niob, Aluminium, Titan, Zirkonium, Hafnium, Vanadium, eine Legierung oder Verbindung von wenigstens einem dieser Metalle mit anderen Elementen, NbO oder eine Legierung oder Verbindung von NbO mit anderen Elementen handelt.Accordingly, the present invention particularly preferably relates to a method, characterized in that the valve metal or the compound ' with comparable properties is tantalum, niobium, aluminum, titanium, zirconium, hafnium, vanadium, an alloy or compound of at least one of these Metals with other elements, NbO or an alloy or compound of NbO with other elements.
Das „oxidierbare Metall" bildet im erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt einen Anodenkörper mit großer Oberfläche, z.B. in Form eines porösen Sinterkörpers oder einer aufgerauten Folie.In the process according to the invention, the “oxidizable metal” preferably forms an anode body with a large surface, for example in the form of a porous sintered body or a roughened foil.
Allerdings eignen sich das erfindungsgemäße Verfahren nicht nur zur Herstellung von Elektrolytkondensatoren, sondern ebenfalls zur Herstellung leitfähiger Schichten für andere Anwendungen.However, the method according to the invention is not only suitable for the production of electrolytic capacitors, but also for the production of conductive layers for other applications.
Erfindungsgemäß werden die Schichten durch ein Verfahren hergestellt, welches durch oxidative Polymerisation der erfindungsgemäßen Mischungen die leitfähigen Schichten liefert.According to the invention, the layers are produced by a process which delivers the conductive layers by oxidative polymerization of the mixtures according to the invention.
Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung, elektrisch leitfahiger Schichten, dadurch gekennzeichnet, dass die erfindungsgemäßen Mischungen, vorzugsweise in Form von Lösungen, auf eine Unterlage aufgebracht und auf dieser Unterlage chemisch zu leitfähigen Polymeren bei Temperaturen von — 10°C bis 250°C, bevorzugt bei Temperaturen von 0°C bis 200°C, polymerisiert werden.The present invention therefore also relates to a process for the production of electrically conductive layers, characterized in that the mixtures according to the invention, preferably in the form of solutions, are applied to a base and chemically conductive polymers on this base at temperatures of from -10 ° C. to 250 ° C, preferably at temperatures from 0 ° C to 200 ° C, polymerized.
Weiterhin Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung leitfähiger Schichten, dadurch gekennzeichnet, dass Vorstufen für die Herstellung leitfähiger Polymere und erfindungsgemäß erhältliche Oxidationsmittel nacheinander, gegebenenfalls in Form von Lösungen, auf eine Unterlage aufgebracht und auf dieser Unterlage chemisch oxidativ bei Temperaturen von -10°C bis 250°C zu den entsprechenden leitfähigen Polymeren polymerisiert werden. Beispielhafte und bevorzugte Reaktionsbedingungen, Molverhältnisse, Gewichtsprozentangaben, Lösungsmittel, Oxidationsmittel, Vorstufen für die Herstellung leitfähiger Polymere sowie im Zusammenhang mit diesen beschriebene Varianten bzw. Besonderheiten bei der Durchführung der oxidativen Polymerisation entsprechen dem vorangehend für die Herstellung der Elektrolyt- kondensatoren bereits beschriebenen.The present invention furthermore also relates to a process for the production of conductive layers, characterized in that precursors for the production of conductive polymers and oxidizing agents obtainable according to the invention are applied in succession, optionally in the form of solutions, to a base and chemically oxidatively on this base at temperatures of - 10 ° C to 250 ° C to be polymerized to the corresponding conductive polymers. Exemplary and preferred reaction conditions, molar ratios, percentages by weight, solvents, oxidizing agents, precursors for the production of conductive polymers and the variants or particularities described in connection with these in carrying out the oxidative polymerization correspond to those already described above for the production of the electrolytic capacitors.
Für flache Substrate bietet sich neben den für Kondensatoren geschilderten Auftragungsmethoden insbesondere auch das Aufschleudern der Mischungen öder Lösungen an (Spincoating).For flat substrates, in addition to the application methods described for capacitors, spin-coating of the mixtures or solutions is particularly suitable (spin coating).
Wie die erfindungsgemäßen Mischungen können auch die Lösungen zusätzlich einen oder mehrere Binder, Vernetzer und/oder Additive enthalten. Geeignete Binder, Vernetzer und/oder Additive sind die oben für die erfindungsgemäßen Mischungen aufgeführten.Like the mixtures according to the invention, the solutions can additionally contain one or more binders, crosslinking agents and / or additives. Suitable binders, crosslinking agents and / or additives are those listed above for the mixtures according to the invention.
Wie den erfindungsgemäßen Mischungen können auch den Lösungen zusätzlich Gegenionen zugegeben werden. Geeignete Gegenionen sind die oben für die erfindungsgemäßen Mischungen aufgeführten, wobei für die Bildung von Polymerfilmen die Polyanionen zu verbesserten Filmbildungseigenschaften führen können und daher bevorzugt sind.Like the mixtures according to the invention, counterions can also be added to the solutions. Suitable counterions are those listed above for the mixtures according to the invention, wherein the polyanions can lead to improved film formation properties for the formation of polymer films and are therefore preferred.
Die erfindungsgemäß hergestellten elektrisch leitfähigen Schichten können nach der Polymerisation und gegebenenfalls nach Trocknung - ebenso wie bei den Elektrolytkondensatoren beschrieben - mit geeigneten Lösungsmitteln gewaschen werden, um überschüssiges Oxidations- . mittel und Restsalze zu entfernen.The electrically conductive layers produced according to the invention can be washed with suitable solvents after the polymerization and, if appropriate, after drying, as described for the electrolytic capacitors, in order to prevent excess oxidation. remove medium and residual salts.
Bei der Unterlage kann es sich beispielsweise um Glas, Dünstglas (flexibles Glas) oder Kunst- Stoffe handeln.The base can be, for example, glass, vapor glass (flexible glass) or plastics.
Besonders geeignete Kunststoffe sind: Pofycarbonate, Polyester wie z.B. PET und PEN (Poly- ethylenterephthalat bzw. Polyethylennaphthenat), Copolycarbonate, Polysulfon, Polyethersulfon, Polyimid, Polyethylen, Polypropylen oder cyclische Polyölefine bzw. cyclische Olefincopolymere (COC), hydrierte Styrolpolymere oder hydrierte Styrolcopolymere.Particularly suitable plastics are: polycarbonates, polyesters such as e.g. PET and PEN (polyethylene terephthalate or polyethylene naphthenate), copolycarbonates, polysulfone, polyether sulfone, polyimide, polyethylene, polypropylene or cyclic polyolefins or cyclic olefin copolymers (COC), hydrogenated styrene polymers or hydrogenated styrene copolymers.
Geeignete Polymerunterlagen können beispielsweise Folien wie Polyesterfolien, PES-Folien der Firma Surnitomo oder Polycarbonatfolien der Firma Bayer AG (Makrofol®) sein.Suitable polymer substrates can be, for example, films such as polyester films, PES films from Surnitomo or polycarbonate films from Bayer AG (Makrofol®).
Die erfindungsgemäß hergestellten leitfähigen Schichten können auf der Unterlage verbleiben oder von dieser abgelöst werden.The conductive layers produced according to the invention can remain on the base or be detached from it.
Die Polythiophenschichten besitzen je nach Anwendung eine Dicke von 1 nm bis 100 μm, bevor- zugt 10 nm bis 10 μm, besonders bevorzugt 50 nm bis 1 μm. Die erfindungsgemäß hergestellten Schichten eignen sich hervorragend für die Verwendung als antistatische Beschichtung, als transparente Heizung, als gegebenenfalls transparente Elektroden, als lochinjizierende oder lochleitende Schichten in organischen Leuchtdioden, zur Durch- kontaktierung von Leiterplatten oder als Feststoffelektrolyt in Elektrolytkondensatoren. Sie können vorteilhafterweise transparent sein.Depending on the application, the polythiophene layers have a thickness of 1 nm to 100 μm, preferably 10 nm to 10 μm, particularly preferably 50 nm to 1 μm. The layers produced according to the invention are outstandingly suitable for use as an antistatic coating, as transparent heating, as optionally transparent electrodes, as hole-injecting or hole-conducting layers in organic light-emitting diodes, for through-contacting printed circuit boards or as solid electrolyte in electrolytic capacitors. They can advantageously be transparent.
Als antistatische Beschichtungen können sie beispielsweise auf Filmen, Verpackungen elektronischer Bauteile, zur Ausrüstung von Kunststofffolien sowie zur Bildschirmbeschichrung eingesetzt werde. Weiterhin können sie als Kathodenmaterialien in Kondensatoren, als transparente Elektroden z.B. in Displays, beispielsweise als Ersatz für Jxidium-Zinn-Oxid-Elektroden, oder als elektrische Leiter in polymerer Elektronik verwendet werden. Weitere Einsatzmöglichkeiten bieten Sensoren, Batterien, Solarzellen, elektrochrome Fenster (smart Windows) und ' Displays sowie der Korrosionsschutz.As antistatic coatings, they can be used, for example, on films, packaging of electronic components, for finishing plastic films and for screen coating. Furthermore, they can be used as cathode materials in capacitors, as transparent electrodes, for example in displays, for example as a replacement for jxidium tin oxide electrodes, or as electrical conductors in polymer electronics. Other applications include sensors, batteries, solar cells, electrochromic windows (smart windows) and 'displays and the corrosion protection.
Weiterhin Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung der erfindungsgemäßen bzw. nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Oxidationsmittel sowie der erfindungs- gemäßen Mischungen zur Herstellung leitfähiger Schichten und Elektrolytkondensatoren.The present invention furthermore relates to the use of the oxidizing agents according to the invention or produced by the method according to the invention and of the mixtures according to the invention for the production of conductive layers and electrolytic capacitors.
Die im Folgenden aufgeführten Beispiele sind nicht als Beschränkung aufzufassen. The examples listed below should not be interpreted as a limitation.
BeispieleExamples
Beispiel 1:Example 1:
a) Herstellung einer Lösung eines erfindungsgemäßen Oxidationsmittelsa) Preparation of a solution of an oxidizing agent according to the invention
In einem Volumenmessgefäß wurden separat zwei Volumenteile einer 40 gew.-%igen Lösung von Eisen(ιJJ)-p-toluolsulfonat in Ethanol und ein Volumenteil des schwach basischen, makroporösen Anionenaustauschers Lewatit® MP 62 (Bayer AG) abgemessen. Die Abmessung des festen Anionenaustauschers erfolgte über eine einfache Schüttung (auf diese Weise wurden auch die Volumenteile der festen Anionentauscher in den folgenden Beispielen abgemessen). Die abgemessenen Volumina an ethanolischer Lösung von Eisen(iπ)-p-toluolsulfonat und an Anionen- tauscher wurden anschließend in einem geschlossenen Behälter für 24 Stunden mit einem Schüttler gemischt. Danach wurde der Anionentauscher abfiltriert.In a volume measuring vessel two volume parts of a 40 wt .-% solution of iron (ιJJ) were separately -p-toluenesulfonate in ethanol and one part by volume of the weakly basic, macroporous anion exchanger Lewatit MP 62 ® (Bayer AG) were measured. The solid anion exchanger was dimensioned using a simple bed (the volume parts of the solid anion exchanger in the following examples were also measured in this way). The measured volumes of ethanolic solution of iron (iπ) -p-toluenesulfonate and of anion exchanger were then mixed in a closed container for 24 hours with a shaker. The anion exchanger was then filtered off.
b) Herstellung einer erfindungsgemäßen Mischung aus Oxidationsmittel und Vorstufenb) Preparation of a mixture of oxidizing agent and precursors according to the invention
1 Gewichtsteil 3,4-Ethylendioxythiophen (BAYTRON® M, H.C. Starck GmbH) und 20 Gewichtsteile der wie unter a) beschrieben hergestellten Lösung des erfindungsgemäßen Oxidationsmittels wurden unter Rühren gemischt und die resultierende Mischung in einem Kühlschrank bei ca. 6°C gelagert. In regelmäßigen Abständen wurde ein dünner Lösungsfilm der erfindungsgemäßen Mischung mit einer Lampe durchschienen und mit dem Auge auf Feststoffpartikel untersucht. Die Zeitspanne zwischen dem Ansetzen der Mischung und dem Zeitpunkt, zu dem die ersten Partikel sichtbar wurden, wurde als Topfzeit definiert.1 part by weight 3,4-ethylenedioxythiophene (BAYTRON ® M, HC Starck GmbH) and 20 parts by weight of the solution prepared as described under a) of the oxidizing agent according to the invention were mixed with stirring and the resulting mixture in a refrigerator at about 6 ° C storage. At regular intervals, a thin solution film of the mixture according to the invention was shined through with a lamp and examined for solid particles by eye. The time between the preparation of the mixture and the time at which the first particles became visible was defined as the pot life.
Es ergab sich eine Topfzeit von 24 Stunden.The pot life was 24 hours.
Beispiel 2:Example 2:
Einer 40 gew.-%igen Lösung von Eisen(ILt)-p-toluolsulfonat in Ethanol wurden analog zu Beispiel 1 verschiedene Mengen an Anionenaustauscher zugesetzt und anschließend die 'Topfzeit in Mischungen mit 3,4-Ethγlendioxythiophen bestimmt.Of a 40 wt .-% solution of iron (ILT) -p-toluenesulfonate in ethanol analogously to Example 1, various amounts were added to anion exchangers and then determines the "pot life in mixtures with 3,4-Ethγlendioxythiophen.
a) Herstellung von Lösungen erfindungsgemäßer Oxidationsmittelna) Preparation of solutions of oxidizing agents according to the invention
Dazu wurde eine 40 gew.-%ige ethanolische Lösung von Eisen(LT[)-p-toluolsulfonat im Volumenverhältnis 9:1, 3:1 und 2:1 mit dem schwach basischen, makroporösen Anionenaustauscher Lewatit® MP 62 (Bayer AG) jeweils für 7 Stunden mit einem Schüttler gemischt, und anschließend wurde der Anionentauscher abfiltriert. b) Herstellung von erfindungsgemäßen Mischungen aus Oxidationsmittel und VorstufenThereto was added a 40 wt .-% ethanolic solution of iron (LT [) - p-toluenesulfonate in the volume ratio 9: 3 1: 1 and 2: 1 with the weakly basic anion exchanger Lewatit macroporous ® MP 62 (Bayer AG), respectively mixed with a shaker for 7 hours, and then the anion exchanger was filtered off. b) Preparation of mixtures according to the invention from oxidizing agent and precursors
Es wurde eine Mischung bestehend aus einem Gewichtsteil 3,4-Ethylendioxythiophen (BAYTRON® M, H.C. Starck GmbH) und 20 Gewichtsteilen der wie unter a) beschrieben hergestellten Lösungen der erfindungsgemäßen Oxidationsmittel hergestellt und die jeweilige Mischung in einem Kühlschrank bei ca. 6°C gelagert. Die Bestimmung der Topfzeit erfolgte wie in Beispiel 1.A mixture was prepared consisting of one part by weight 3,4-ethylenedioxythiophene (BAYTRON ® M, HC Starck GmbH) and 20 parts by weight of the solutions of the oxidizing agents of the invention prepared as described under a) and the respective mixture in a refrigerator at about 6 ° C stored. The pot life was determined as in Example 1.
c) Herstellung einer nicht-erfindungsgemäßen Vergleichsmischung aus nicht mit einem Ionenaustauscher behandeltem Oxidationsmittel und Vorstufenc) Preparation of a non-inventive comparison mixture from oxidizing agent and precursors not treated with an ion exchanger
Als Vergleich wurde eine Mischung aus einem Gewichtsteil 3,4-Ethγlendioxythiophen (BAYTRON® M, H.C. Starck GmbH) und 20 Gewichtsteilen nicht mit einem Ionenaustauscher behandelter 40 gew.-%iger efhanolischer Lösung von Eisen(ITJ)-p-toluolsulfonat hergestellt, diese bei ca. 6°C gelagert und entsprechend dem obigen Verfahren ebenfalls untersucht (Referenz).As a comparison, a mixture of one part by weight of 3,4-Ethγlendioxythiophen (BAYTRON ® M, HC Starck GmbH) and 20 parts by weight was not prepared with an ion exchanger-treated 40 wt .-% hydrochloric efhanolischer solution of iron (ITJ) -p-toluenesulfonate, this stored at approx. 6 ° C and also examined according to the above procedure (reference).
Es ergaben sich folgende Messwerte:The following measured values resulted:
Die erfindungsgemäßen Mischungen haben eine deutlich höhere Topfzeit als die Mischung mit nicht mit einem Ionenaustauscher behandeltem Eisen(ILT)-p-toluolsulfonat.The mixtures according to the invention have a significantly longer pot life than the mixture with iron (ILT) -p-toluenesulfonate which has not been treated with an ion exchanger.
Beispiel 3:Example 3:
Zur Bestimmung der Leitfähigkeit von Polymerfilmen, die aus den erfindungsgemäßen Mischungen erzeugt wurden, wurden Filme aus den Mischungen aufgeschleudert und anschließend polymerisiert.To determine the conductivity of polymer films which were produced from the mixtures according to the invention, films were spun on from the mixtures and then polymerized.
a> Herstellung einer Lösung eines erfindungs gemäßen Oxidationsmittelsa> Preparation of a solution of an oxidizing agent according to the Invention
Dazu wurde analog zu Beispiel 1 eine 40 gew.-%ige butanolische Lösung von Eisen(ILt)-p-toluol- sulfonat im Volumenverhältnis 2:1 mit dem schwach basischen, makroporösen Anionenaus- tauscher Lewatit® MP 62 (Bayer AG) gemischt und die Mischung für 64 h ruhen gelassen. Anschließend wurde der Anionentauscher abfiltriert. b) Herstellung einer erfindungsgemäßen Mischung aus Oxidationsmittel und Vorstufen sowie einer leitfähigen Beschichtung 1 (Bayer AG) with the weakly basic, macroporous anion exchanger Lewatit ® MP 62 and mixed: by analogy with Example 1, a 40 wt .-% strength butanolic solution of iron (ILT) -p-toluene sulfonate in a ratio of 2 was let the mixture rest for 64 h. The anion exchanger was then filtered off. b) Preparation of an inventive mixture of oxidizing agent and precursors as well as a conductive coating
Es -wurde eine Mischung bestehend aus einem Gewichtsteil 3,4-Ethylendioxythiophen (BAYTRON® M, H.C. Starck GmbH) und 20 Gewichtsteilen der wie unter a) beschrieben hergestellten Lösung des erfindungsgemäßen Oxidationsmittels hergestellt und ein Teil dieser Mischung auf einen Glasobjektträger (26 mm*26 mm*l mm) mittels eines Spincoaters (Chemat Technology KW-4A) bei 2000 U/min für 5 Sekunden aufgeschleudert. Die Probe wurde 60 min bei 20°C getrocknet und anschließend 15 min in einer Glasschale mit Methanol gewaschen. Danach wurde die Probe für 15 min bei 50°C getrocknet und anschließend über eine Vier-Punkt-Messung mit einem Keithley 199 Multimeter der Oberflächenwiderstand ermittelt. Die Schichtdicke wurde mit einem Tencor Alpha Step 500 Surface Profiler bestimmt. Aus Oberflächenwiderstand und Schichtdicke wurde die spezifische Leitfähigkeit ermittelt. Der Rest der Mischung wurde in einem Kühlschrank bei ca. 6°C gelagert und an dieser, wie in Beispiel 1 beschrieben, die Topfzeit bestimmt.It -was a mixture consisting of one part by weight 3,4-ethylenedioxythiophene (BAYTRON ® M, HC Starck GmbH) and 20 parts by weight of as prepared under a) above prepared solution of the oxidizing agent according to the invention and a portion of this mixture on a glass slide (26 mm * 26 mm * l mm) by means of a spin coater (Chemat Technology KW-4A) at 2000 rpm for 5 seconds. The sample was dried at 20 ° C. for 60 min and then washed with methanol in a glass dish for 15 min. The sample was then dried at 50 ° C. for 15 minutes and the surface resistance was then determined using a four-point measurement with a Keithley 199 multimeter. The layer thickness was determined using a Tencor Alpha Step 500 Surface Profiler. The specific conductivity was determined from the surface resistance and layer thickness. The rest of the mixture was stored in a refrigerator at approx. 6 ° C. and the pot life was determined there, as described in Example 1.
c) Herstellung einer nicht-erfindungs gemäßen Vergleichsmischung aus nicht mit einem Ionenaustauscher behandeltem Oxidationsmittel und Vorstufenc) Production of a comparative mixture according to the invention from oxidizing agent and precursors not treated with an ion exchanger
Als Vergleich wurde eine Mischung aus einem Gewichtsteil 3,4-Ethylendioxyfhiophen (BAYTRON® M, H.C. Starck GmbH) und 20 Gewichtsteilen nicht mit einem Ionenaustauscher behandelter 40 gew.-%iger butanolischer Lösung von Eisen(IU)-p-toluolsulfonat hergestellt, diese bei 6°C gelagert und entsprechend den obigen Verfahren ebenfalls untersucht (Referenz).As a comparison, a mixture of one part by weight of 3,4-Ethylendioxyfhiophen (BAYTRON ® M, HC Starck GmbH) and 20 parts by weight was not prepared with an ion exchanger-treated 40 wt .-% hydrochloric butanolic solution of iron (IU) -p-toluenesulfonate, this stored at 6 ° C and also examined according to the above methods (reference).
Es ergaben sich folgende Messwerte:The following measured values resulted:
Die erfindungsgemäße Mischung hat eine deutlich höhere Topfzeit als die Mischung mit nicht mit einem Ionenaustauscher behandeltem Oxidationsmittel. Gleichzeitig ist die Leitfähigkeit der Schicht wesentlich größer und der Oberflächenwiderstand wesentlich niedriger als bei der Probe, die aus der Referenzmischung hergestellt wurde. Beispiel 4:The mixture according to the invention has a significantly longer pot life than the mixture with an oxidizing agent not treated with an ion exchanger. At the same time, the conductivity of the layer is significantly greater and the surface resistance is significantly lower than for the sample which was produced from the reference mixture. Example 4:
Es wurde die Topfzeit einer erfindungsgemäßen Mischung im Vergleich zu einer Mischung aus nicht mit einem Ionenaustauscher behandeltem Metallsalz mit Basenzusatz bestimmt.The pot life of a mixture according to the invention was determined in comparison with a mixture of metal salt not treated with an ion exchanger and with added base.
a) ' Herstellung einer Lösung eines erfindungs gemäßen Oxidationsmittelsa) 'Preparation of a solution of an oxidizing agent according to the Invention
Dazu wurde analog zu Beispiel 1 eine 40 gew.-%ige butanolische Lösung von Eisen(m)-p-toluol- sulfonat im Volumenverhältnis 2:1 mit dem schwach basischen, makroporösen Anionenaustauscher Lewatit® MP 62 (Bayer AG) gemischt und die Mischung für 64 h ruhen gelassen. Anschließend wurde der Anionentauscher abfiltriert.For this purpose, analogous to Example 1, a 40 wt .-% strength butanolic solution of iron (III) -p-toluene sulfonate in a volume ratio of 2: 1 with the weakly basic anion exchanger Lewatit MP 62 macroporous ® (Bayer AG), and the mixture left for 64 h. The anion exchanger was then filtered off.
b) Herstellung einer erfindungs gemäßen Mischung aus Oxidationsmittel und Vorstufenb) Production of a mixture according to the invention of oxidizing agent and precursors
Es wurde eine Mischung, bestehend aus einem Gewichtsteil 3,4-EthylendioxythiophenThere was a mixture consisting of a part by weight of 3,4-ethylenedioxythiophene
(BAYTRON® M, H.C. Starck GmbH) und 20 Gewichtsteilen der wie unter a) beschrieben herge-(BAYTRON ® M, HC Starck GmbH) and 20 parts by weight of the as described under a)
• stellten Lösung des erfindungsgemäßen Oxidationsmittels hergestellt. Die Mischung wurde in einem Kühlschrank bei ca. 6°C gelagert und an dieser, wie in Beispiel 1 beschrieben, die Topfzeit bestimmt.• Made solution of the oxidizing agent according to the invention. The mixture was stored in a refrigerator at approx. 6 ° C. and the pot life was determined there, as described in Example 1.
c) Herstellung einer nicht-erfindungsgemäßen Vergleichsmischung aus nicht mit einemc) Preparation of a non-inventive comparison mixture from not with one
Ionenaustauscher behandeltem Oxidationsmittel und VorstufenIon exchanger treated oxidant and precursors
Als Vergleich wurde eine Mischung aus einem Gewichtsteil 3,4-Ethylendioxythiophen, (BAYTRON® M, H.C. Starck GmbH) 20 Gewichtsteilen nicht mit einem Ionenaustauscher behandelter 40 gew.-%iger butanolischer Lösung von Eisen(ILI)-p-toluolsulfonat und 0.75 Ge- wichtsteilen Imidazol hergestellt, diese bei 6°C gelagert und entsprechend den obigen Verfahren ebenfalls untersucht (Referenz).As a comparison, a mixture of one part by weight 3,4-ethylenedioxythiophene (BAYTRON ® M, HC Starck GmbH) 20 parts by weight is not treated with an ion exchanger 40 wt .-% hydrochloric butanolic solution of iron (ILI) -p-toluenesulfonate and 0.75 Ge - parts of imidazole produced, stored at 6 ° C and also examined according to the above methods (reference).
Es ergaben sich folgende Topfzeiten:The following pot lives resulted:
Aus beiden obigen Mischungen ließen sich durch Aufbringen der Mischung auf einer Glasplatte und Trocknen bei 60°C Polymerfilme herstellen. Für Referenz-Mischungen mit größeren Zusätzen an Imidazol ließen sich jedoch auch bei Temperaturen von 150°C keine Polymerfilme mehr her- stellen.Polymer films could be produced from both of the above mixtures by applying the mixture to a glass plate and drying at 60 ° C. For reference mixtures with larger additives imidazole However, no polymer films could provide more manufacturing even at temperatures of 150 ° C.
Die erfϊndungsgemäße Mischung hat eine deutlich höhere Topfzeit als die Mischung mit nicht mit einem Ionenaustauscher behandeltem Oxidationsmittel und Zusatz der Base Imidazol.The mixture according to the invention has a significantly longer pot life than the mixture with an oxidizing agent not treated with an ion exchanger and addition of the base imidazole.
Beispiel 5:Example 5:
Es wurde die Topfzeit einer erfindungsgemäßen Mischung, die zwei unterschiedlich hergestellten erfindungsgemäße Oxidationsmittel enthält, bestimmt.The pot life of a mixture according to the invention which contains two differently produced oxidizing agents according to the invention was determined.
a) Herstellung zweier Lösungen erfindungsgemäßer Oxidationsmittelsa) Preparation of two solutions of oxidizing agent according to the invention
Dazu wurde analog zu Beispiel 1 eine 40 gew.-%ige ethanolische Lösung von Eisen(ITJ)-p-toluol- sulfonat im Volumenverhältnis 1:1 mit dem schwach basischen, makroporösen Anionenaustauscher Lewatit® MP 62 (Bayer AG) für 7 Stunden mit einem Schüttler gemischt, und anschließend wurde der Anionentauscher abfiltriert (Lösung 1).For this purpose, analogous to Example 1, a 40 wt .-% ethanolic solution of iron (ITJ) -p-toluene-sulfonate in the volume ratio 1: 1 with the weakly basic anion exchanger Lewatit MP 62 macroporous ® (Bayer AG) for 7 hours with mixed with a shaker, and then the anion exchanger was filtered off (solution 1).
Eine zweite Lösung wurde analog hergestellt, indem eine 40 gew.-%ige ethanolische Lösung von Eisen(ITI)-p-toluolsulfonat im Volumenverhältnis 2:1 mit dem schwach basischen, makroporösen Anionenaustauscher Lewatit® MP 62 (Bayer AG) für 7 Stunden mit einem Schüttler gemischt, und anschließend der Anionentauscher abfiltriert wurde (Lösung 2).A second solution was prepared analogously by using a 40 wt .-% ethanolic solution of iron (ITI) -p-toluenesulfonate in the volume ratio 2: basic 1 slightly with that anion exchanger Lewatit macroporous ® MP 62 (Bayer AG) for 7 hours with mixed with a shaker, and then the anion exchanger was filtered off (solution 2).
b) • Herstellung einer erfindungs gemäßen Mischung aus Oxidationsmittel und Vorstufenb) • Production of a mixture according to the invention of oxidizing agent and precursors
Es wurde eine erfindungsgemäße Mischung bestehend aus einem Gewichtsteil 3,4-Ethylendioxy- thiophen (BAYTRON® M, H.C. Starck GmbH), 10 Gewichtsteilen von Lösung 1 und 10 Ge- wichtsteilen von Lösung 2 hergestellt und die Mischung in einem Kühlschrank bei ca. 6°C gelagert. Die Topfzeit wurde analog zu Beispiel 1 bestimmt.A mixture according to the invention consisting of one part by weight of 3,4-ethylenedioxy thiophene (BAYTRON ® M, HC Starck GmbH), 10 parts by weight of solution 1 and 10 parts by weight of solution 2 was prepared, and the mixture in a refrigerator at about 6 ° C stored. The pot life was determined analogously to Example 1.
Es ergab sich eine Topfzeit von 96 Stunden.The pot life was 96 hours.
Wie dieses Beispiel zeigt, lässt sich die Topfzeit auch durch Mischung von unterschiedlich hergestellten erfindungsgemäßen Oxidationsmitteln einstellen. As this example shows, the pot life can also be adjusted by mixing differently prepared oxidizing agents according to the invention.
Beispiel 6:Example 6:
Es wurde die Topfzeit einer erfindungsgemäßen Mischung bei einer Lagerung bei tiefer Temperatur bestimmt.The pot life of a mixture according to the invention was determined when stored at low temperature.
a) Herstellung einer Lösung eines erfindungsgemäßen Oxidationsmittelsa) Preparation of a solution of an oxidizing agent according to the invention
Dazu wurde analog zu Beispiel 1 eine 40 gew.-%ige ethanolische Lösung von Eisen(III)-p-toluol- sulfonat im Volumenverhältnis 2:1 mit dem schwach basischen, makroporösen Anionenaustauscher Lewatit® MP 62 (Bayer AG) für 7 Stunden mit einem Schüttler gemischt, und an- schließend wurde der Anionentauscher abfiltriert.For this purpose, analogous to Example 1, a 40 wt .-% ethanolic solution of iron (III) -p-toluene sulfonate in a volume ratio of 2: 1 with the weakly basic anion exchanger Lewatit MP 62 macroporous ® (Bayer AG) for 7 hours with mixed with a shaker, and then the anion exchanger was filtered off.
b) Herstellung einer erfindungs gemäßen Mischung aus Oxidationsmittel und Vorstufenb) Production of a mixture according to the invention of oxidizing agent and precursors
Es wurde eine Mischung, bestehend aus einem Gewichtsteil 3,4-Ethylendioxythiophen (BAYTRON® M, H.C. Starck GmbH) und 20 Gewichtsteilen der wie unter a) beschrieben hergestellten Lösung des erfindungsgemäßen Oxidationsmittels hergestellt und die Mischung in einem Gefrierschrank ca. -15°C gelagert. Die Mischung blieb bei dieser Temperatur flüssig. Die Topfzeit wurde wie in Beispiel 1 bestimmt.A mixture consisting of one part by weight 3,4-ethylenedioxythiophene (BAYTRON ® M, HC Starck GmbH) and 20 parts by weight of the solution of the oxidizing agent of the invention prepared as described under a) was prepared, and the mixture in a freezer about -15 ° C stored. The mixture remained liquid at this temperature. The pot life was determined as in Example 1.
c)' Herstellung einer nicht-erfindungsgemäßen Vergleichsmischung aus ■ nicht mit einem Ionenaustauscher behandeltem Oxidationsmittel und Vorstufenc) 'the preparation of a comparative mixture of the invention from non-■ not ion-exchanged with a oxidizer and precursors
Als Vergleich wurde eine Mischung aus einem Gewichtsteil 3,4-Ethylendioxythiophen (BAYTRON® M, H.C. Starck GmbH) und 20 Gewichtsteilen nicht mit einem Ionenaustauscher behandelter 40 gew.-%iger ethanolischer Lösung von Eisen(JJI)-p-toluolsulfonat hergestellt, diese bei -15°C gelagert und entsprechend den obigen Verfahren ebenfalls untersucht (Referenz).As a comparison, a mixture of one part by weight 3,4-ethylenedioxythiophene (BAYTRON ® M, HC Starck GmbH) and 20 parts by weight was not prepared with an ion exchanger-treated 40 wt .-% ethanolic solution of iron (JJI) -p-toluenesulfonate, this stored at -15 ° C and also examined according to the above methods (reference).
Es ergaben sich folgende Messwerte (als Vergleich sind die entsprechenden Topfzeiten bei einer Lagerung bei 6°C aus Beispiel 2 mit aufgeführt):The following measured values were obtained (the corresponding pot lives for storage at 6 ° C. from Example 2 are also listed as a comparison):
Wie der Vergleich der Topfzeiten bei unterschiedlicher Lagertemperatur zeigt, kann die Topfzeit durch Kühlung auf tiefe Temperaturen sowohl für die erfindungsgemäße Mischung als auch für die Referenz deutlich erhöht werden. Die erfindungsgemäßen Mischungen haben aber auch, bei tiefen Temperaturen weit längere Topfzeiten als Mischungen, die nicht mit einem Ionenaustauscher behandeltes Eisen(]Tf)-p-toluolsulfonat enthalten. As the comparison of the pot lives at different storage temperatures shows, the pot life can be significantly increased by cooling to low temperatures both for the mixture according to the invention and for the reference. However, the mixtures according to the invention also have, at low temperatures, much longer pot lives than mixtures which do not contain iron (] Tf) -p-toluenesulfonate treated with an ion exchanger.
Beispiel 7:Example 7:
Es wurden die Topfzeiten von erfindungsgemäßen Mischungen bestimmt, die erfindungsgemäße Oxidationsmittel enthalten, welche mit unterschiedlichen Anionenaustauschern hergestellt wurden.The pot lives of mixtures according to the invention which contain oxidizing agents according to the invention, which were prepared with different anion exchangers, were determined.
a) Herstellung von Lösungen der erfindungs gemäßen Oxidationsmittela) Preparation of solutions of the oxidizing agent according to the Invention
Dazu wurde analog zu Beispiel 1 eine 40 gew.-%ige butanolische Lösung von Eisen(m)-p-toluol- sulfonat im Volumenverhältnis 2:1 mit dem schwach basischen, makroporösen Anionenaustauscher Lewatit® MP 62 (Bayer AG) gemischt und die Mischung für 24 Stunden ruhen gelassen. Anschließend wurde der Anionentauscher abfiltriert. Analog -wurden erfindungsgemäße .Oxidationsmittel durch Behandlung der Eisen(ILt)-p-toluolsulfonat-Lösung mit dem mittel- basischen, makroporösen Anionenaustauscher Lewatit® MP 64 (Bayer AG) oder dem starkbasischen, makroporösen Anionenaustauscher Lewatit® MP 600 WS (Bayer AG) hergestellt.For this purpose, analogous to Example 1, a 40 wt .-% strength butanolic solution of iron (III) -p-toluene sulfonate in a volume ratio of 2: 1 with the weakly basic anion exchanger Lewatit MP 62 macroporous ® (Bayer AG), and the mixture left for 24 hours. The anion exchanger was then filtered off. Analog -were invention .Oxidationsmittel by treating the iron (ILT) -p-toluenesulfonate solution with the medium basic, anion exchanger Lewatit MP 64 macroporous ® (Bayer AG) or the strongly basic macroporous anion exchanger Lewatit ® MP 600 WS (Bayer AG) manufactured.
b) Herstellung der erfindungsgemäßen Mischungen aus Oxidationsmittel und Vorstufenb) Preparation of the mixtures according to the invention from oxidizing agent and precursors
Es wurde eine Mischung, bestehend aus einem Gewichtsteil 3,4-Ethylendioxythiophen (BAYTRON® M, H.C. Starck GmbH) und 20 Gewichtsteilen der wie unter a) beschrieben hergestellten Lösung des erfindungsgemäßen Oxidationsmittels hergestellt und die Mischung in einem Kühlschrank bei ca. 6°C gelagert. Die Topfzeit wurde wie in Beispiel 1 bestimmt.A mixture consisting of one part by weight 3,4-ethylenedioxythiophene (BAYTRON ® M, HC Starck GmbH) and 20 parts by weight of the solution of the oxidizing agent of the invention prepared as described under a) was prepared, and the mixture in a refrigerator at about 6 ° C stored. The pot life was determined as in Example 1.
Analog wurden Mischungen mit den durch die gleiche Behandlung mit dem mittelbasischen, makroporösen Anionenaustauscher Lewatit® MP 64 (Bayer AG) oder dem. starkbasischen, makroporösen Anionenaustauscher Lewatit® MP 600 WS (Bayer AG) wie unter a) beschrieben hergestellten Lösungen hergestellt, bei 6°C gelagert und die Proben ebenfalls analog untersucht.Analog were mixtures with the ® by the same treatment with the mitt Elba rectangular, macroporous anion exchanger Lewatit MP 64 (Bayer AG) or the. strongly basic, macroporous anion exchanger Lewatit ® MP 600 WS (Bayer AG) prepared as described under a), stored at 6 ° C and the samples also analyzed analogously.
c) Herstellung einer nicht-erfindungsgemäßen Vergleichsmischung aus nicht mit einem Ionenaustauscher behandeltem Oxidationsmittel und Vorstufenc) Preparation of a non-inventive comparison mixture from oxidizing agent and precursors not treated with an ion exchanger
Als Vergleich wurde eine Mischung aus einem Gewichtsteil 3,4-Ethylendioxythiophen (BAYTRON® M, H.C. Starck GmbH) und 20 Gewichtsteilen nicht mit einem Ionenaustauscher behandelter 40 gew.-%iger butanolischer Lösung von Eisen(IH)-p-toluolsulfonat hergestellt, bei 6°C gelagert und entsprechend den obigen Verfahren ebenfalls untersucht (Referenz).As a comparison, a mixture of one part by weight 3,4-ethylenedioxythiophene (BAYTRON ® M, HC Starck GmbH) and 20 parts by weight was not with an ion exchanger treated 40 wt .-% butanolic solution of iron (IH) p-toluenesulfonate prepared, stored at 6 ° C and also examined according to the above methods (reference).
Es ergaben sich folgende Messwerte:The following measured values resulted:
Beispiel 8:Example 8:
Es wurde eine Lösung eines erfindungsgemäßen Oxidationsmittel mit niedrigem Wassergehalt und hoher Lagerstabilität hergestellt.A solution of an oxidizing agent according to the invention with a low water content and high storage stability was prepared.
a) Herstellung einer Lösung eines erfindungs gemäßen Oxidationsmittels mit niedrigem Wassergehalta) Preparation of a solution of an oxidizing agent according to the invention with a low water content
Dazu wurde 1 1 des schwach basischen, makroporösen Anionenaustauschers Lewatit® MP 62 (Bayer AG) mit 2 1 absolutem Ethanol versetzt und 6 Stunden gerührt. Anschließend wurde das Austauscherharz über ein Sieb abgetrennt und noch dreimal wie beschrieben konditioniert.To this was added 1 1 of weak base, macroporous anion exchanger Lewatit MP 62 ® (Bayer AG) with 2 1 of absolute ethanol and stirred for 6 hours. The exchange resin was then separated off via a sieve and conditioned three more times as described.
Anschließend wurde analog zu Beispiel 1 eine 40 gew.-%ige ethanolische Lösung von Eisen(m)- p-toluolsulfonat im Volumenverhältnis 2:1 (bezogen auf das Volumen des Ionenaustauschers vor der Behandlung mit Ethanol) mit dem schwach basischen, makroporösen Anionenaustauscher Lewatit® MP 62 (Bayer AG) für 7 Stunden mit einem Schüttler gemischt, und anschließend wurde der Anionentauscher abfiltriert.Then, analogously to Example 1, a 40% by weight ethanolic solution of iron (m) - p-toluenesulfonate in a volume ratio of 2: 1 (based on the volume of the ion exchanger before the treatment with ethanol) was used with the weakly basic, macroporous anion exchanger Lewatit ® MP 62 (Bayer AG) mixed for 7 hours with a shaker, and then the anion exchanger was filtered off.
b) Herstellung einer Lösung eines erfindungsgemäßen Oxidationsmittel ohne Vorbehandlung des Ionenaustauschersb) Preparation of a solution of an oxidizing agent according to the invention without pretreating the ion exchanger
Analog zu Beispiel 1 wurde eine 40 gew.-%ige ethanolische Lösung von Eisen(H[)-p-toluol- sulfonat im Volumenverhältnis 2:1 mit dem schwach basischen, makroporösen Anionenaustauscher Lewatit® MP 62 (Bayer AG) für 7 Stunden mit einem Schüttler gemischt, und anschließend wurde der Anionentauscher abfiltriert.Analogously to Example 1, a 40 wt .-% ethanolic solution of iron (H [) - p-toluene sulfonate in a ratio of 2: basic 1 slightly with that anion exchanger Lewatit macroporous ® MP 62 (Bayer AG) for 7 hours with mixed with a shaker, and then the anion exchanger was filtered off.
Die Lösung des erfindungsgemäßen Oxidationsmittels nach Herstellung a) hatte einen Wassergehalt von 1,1 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der Lösung und die Lösung zeigte nach drei Monaten Lagerung an Raumtemperatur (20°C) keine Ausfällungen. Die Lösung des erfindungsgemäßen Oxidationsmittels nach Herstellung b) hatte einen Wassergehalt von 12,8 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der Lösung. Die Lösung zeigte bei Lagerung an Raumtemperatur nach einer Woche Ausfällungen, bei Lagerung bei ca. 6°C im Kühlschrank kam es nach zwei Monaten zu Ausfällungen.The solution of the oxidizing agent according to the invention after preparation a) had a water content of 1.1% by weight, based on the total weight of the solution, and the solution showed no precipitation after three months' storage at room temperature (20 ° C.). The solution of the oxidizing agent according to the invention after preparation b) had a water content of 12.8% by weight, based on the total weight of the solution. The solution showed precipitations after one week when stored at room temperature, and precipitated after two months when stored at about 6 ° C. in the refrigerator.
Beispiel 9:Example 9:
Es wurde die Topfzeit einer erfindungsgemäßen Mischung enthaltend ein erfindungsgemäßes Oxidationsmittels mit niedrigem Wassergehalt bestimmt.The pot life of a mixture according to the invention containing an oxidizing agent according to the invention with a low water content was determined.
a) Herstellung einer erfindungsgemäßen Mischung aus Oxidationsmittel und Vorstufena) Preparation of a mixture of oxidizing agent and precursors according to the invention
Es wurde eine Mischung, bestehend aus einem Gewichtsteil 3,4-Ethylendioxythiophen (BAYTRON® M, H.C. Starck GmbH) und 20 Gewichtsteilen der wie unter Beispiel 8a) beschrieben hergestellten Lösung des erfindungsgemäßen Oxidationsmittels hergestellt. Die Mischung wurde in einem Kühlschrank bei ca. 6°C gelagert und an dieser," wie in Beispiel 1 beschrieben, die Topfzeit bestimmt.A mixture was prepared consisting of one part by weight 3,4-ethylenedioxythiophene (BAYTRON ® M, HC Starck GmbH) and 20 parts by weight of the solution of the oxidizing agent according to the invention prepared as described in Example 8a). The mixture was stored in a refrigerator at approx. 6 ° C. and the pot life was determined there, as described in Example 1.
b) Herstellung einer erfindungsgemäßen Mischung aus Oxidationsmittel und Vorstufen mit Wasserzusatzb) Production of a mixture according to the invention from oxidizing agent and precursors with the addition of water
Es wurde eine Mischung, bestehend aus einem Gewichtsteil 3,4-Ethylendioxyfhiophen (BAYTRON® M, H.C. Starck GmbH), 20 Gewichtsteilen der wie unter Beispiel 8a) beschrieben hergestellten Lösung des erfindungsgemäßen Oxidationsmittels und 2 Teilen Wasser hergestellt. Die Mischung wurde in einem Kühlschrank bei ca. 6°C gelagert und an dieser, wie in Beispiel 1 beschrieben, die Topfzeit bestimmt.A mixture was prepared consisting of one part by weight 3,4-Ethylendioxyfhiophen (BAYTRON ® M, HC Starck GmbH), 20 parts by weight of the solution of the oxidizing agent according to the invention prepared as described in Example 8a) and 2 parts of water. The mixture was stored in a refrigerator at approx. 6 ° C. and the pot life was determined there, as described in Example 1.
Die erfindungsgemäße Mischung aus a) hatte eine Topfzeit von 2,5 Stunden, die erfindungsgemäße Mischung aus b) eine Topfzeit von 30 Stunden.The mixture according to the invention from a) had a pot life of 2.5 hours, the mixture from b) according to the invention had a pot life of 30 hours.
Beispiel 10:Example 10:
Herstellung von Kondensatoren unter Verwendung der erfindungs gemäßen OxidationsmittelProduction of capacitors using the oxidizing agent according to the Invention
Tantalpulver mit einer spezifischen Kapazität von 50 000 μFV/g wurde zu Pellets gepresst und gesintert, um einen porösen, zylindrischen Körper mit den Abmessungen 2,5 mm Durchmesser und 1,9 mm Höhe zu bilden. Die Pellets (Anoden) wurden in einem Phosphorsäureelektrolyten auf 30 V anodisiert. Eine 40 gew.-%ige ethanolische Lösung von Eisen(ITI)-p-toluolsulfonat wurde analog zu Beispiel 1 im Volumenverhältnis 2:1 mit dem schwach basischen, makroporösen Anionenaustauscher Lewatit® MP 62 (Bayer AG) für 7 Stunden mit einem Schüttler gemischt, und anschließend wurde der Anionentauscher abfiltriert.Tantalum powder with a specific capacity of 50,000 μFV / g was pressed into pellets and sintered to form a porous, cylindrical body measuring 2.5 mm in diameter and 1.9 mm in height. The pellets (anodes) were anodized to 30 V in a phosphoric acid electrolyte. A 40 wt .-% ethanolic solution of iron (ITI) -p-toluenesulfonate was added to Example 1 in the volume ratio 2 analog: 1 basic weakly to the anion exchangers Lewatit macroporous ® MP 62 (Bayer AG) were mixed for 7 hours with a shaker , and then the anion exchanger was filtered off.
Es wurde eine Mischung, bestehend aus einem Gewichtsteil 3,4-Ethylendioxythiophen (BAYTRON® M, H.C. Starck GmbH) und 20 Gewichtsteilen der wie unter a) beschrieben hergestellten Lösung des erfindungsgemäßen Oxidationsmittels hergestellt.A mixture consisting of the oxidizing agent prepared according to the invention from one part by weight 3,4-ethylenedioxythiophene (BAYTRON ® M, HC Starck GmbH) and 20 parts by weight of the solution prepared as described under a).
Die erfindungsgemäße Mischung wurde zur Imprägnierung der Anodenpellets verwendet. Die Anodenpellets wurden in dieser Mischung getränkt und anschließend für 15 min bei Zimmer- temperatur, 15 min bei 50°C und 15 min bei 150°C getrocknet. Nach der Temperaturbehandlung war die Mischung in den Pellets polymerisiert. Anschließend wurden die Pellets in Methanol 30 min lang gewaschen. Die beschriebene Tränkung und Waschung wurde noch zwei weitere Male durchgeführt. Abschließend wurden die Pellets mit einer Graphit- und einer Silberschicht überzogen.The mixture according to the invention was used to impregnate the anode pellets. The anode pellets were soaked in this mixture and then dried for 15 min at room temperature, 15 min at 50 ° C and 15 min at 150 ° C. After the heat treatment, the mixture in the pellets was polymerized. The pellets were then washed in methanol for 30 minutes. The impregnation and washing described was carried out two more times. Finally, the pellets were coated with a graphite and a silver layer.
Das gleiche Verfahren wurde mit derselben erfindungsgemäßen Mischung an neuen Pellets durchgeführt, nachdem die Mischung 24 Stunden alt war und während dieser Zeit bei 6°C gelagert worden war.The same procedure was carried out on the same mixture according to the invention on new pellets after the mixture was 24 hours old and had been stored at 6 ° C. during this time.
Nachdem die erfindungsgemäße Mischung 72 Stunden alt war und während dieser Zeit bei 6°C gelagert worden war, wurde diese filtriert und das Verfahren an neuen Pellets erneut durchgeführt.After the mixture of the invention was 72 hours old and had been stored at 6 ° C. during this time, it was filtered and the process was carried out again on new pellets.
Die Kondensatoren hatten folgende elektrischen Werte:The capacitors had the following electrical values:
Die Kapazität wurde bei 120 Hz und der äquivalente Serienwiderstand bei 100 kHz mittels eines LCR Meters (Agilent 4284A) bestimmt. Es zeigen sich keine signifikanten Unterschiede in den elektrischen Werten. Beispiel ll:The capacitance was determined at 120 Hz and the equivalent series resistance at 100 kHz using an LCR meter (Agilent 4284A). There are no significant differences in the electrical values. Example ll:
Bestimmung der Aktivierungsenergie von erfindungsgemäßen und nicht erfindungs gemäßen Mischungen •Determination of the activation energy of mixtures according to the invention and mixtures not according to the invention
Im Folgenden wird beschrieben, wie die Aktivierungsenergien der Polymerisation in Mischungen enthaltend als Vorstufen 3,4-Ethylendioxyfhiophen und als Oxidationsmittel Eisen(IlT)-p-toluol- sulfonat ermittelt wurden. Hierbei wurde ein Vergleich zwischen Mischungen mit unbehandeltem Eisen(iπ)-p-toluolsulfonat und mit 'erfindungsgemäß mit Ionenaustauscher behandelten Eisen(iπ)- p-toluolsulfonat durchgeführt.The following describes how the activation energies of the polymerization were determined in mixtures containing 3,4-ethylenedioxyfhiophene as precursors and iron (IIT) -p-toluenesulfonate as the oxidizing agent. Here, a comparison was made between mixtures with untreated iron (iπ) -p-toluenesulfonate and 'inventively treated with ion exchangers iron (iπ) - p-toluenesulfonate was carried out.
Kinetisches Modell der Polymerisation von 3.4-Ethylendioxythiophen mit EisendTD-p-toluol- sulfonatKinetic model for the polymerization of 3,4-ethylenedioxythiophene with EisendTD-p-toluene sulfonate
Die Reaktion von 3,4-Ethylendioxythiophen (EDT) mit Eisen(JJI)-p-toluolsulfonat wurde anhand der EDT-, Fe(m)- und Fe(II)-Konzentrationen in Lösungen der reaktiven Mischung verfolgt. Da das Produkt Poly-(3,4-ethylendioxythiophen) unlöslich ist und aus der Lösung ausfällt, lässt sich dessen Konzentrationsverlauf nicht direkt verfolgen.The reaction of 3,4-ethylenedioxythiophene (EDT) with iron (JJI) p-toluenesulfonate was followed using the EDT, Fe (m) and Fe (II) concentrations in solutions of the reactive mixture. Since the product poly- (3,4-ethylenedioxythiophene) is insoluble and precipitates out of the solution, its course of concentration cannot be followed directly.
Zur Ermittlung des Konzentrationsverlaufs wurden reaktive Mischungen aus EDT und alkoholischen Lösungen von Fe(m)-p-toluolsulfonat angesetzt und die Mischung in temperierten, verschlossenen Behältern unter Rühren gelagert. In regelmäßigen zeitlichen Abständen wurde eine Probe entnommen und an dieser der EDT, Fe(ITI) und Fe(IT) Gehalt bestimmt. Die EDT-Kon- zentration -wurde mittels HPLC (Hochleistungs-Flüssigkeitschromatographie) bestimmt. Eisen(II)- und Eisen(πr)-Konzentτation wurden photometrisch ermittelt.To determine the course of the concentration, reactive mixtures of EDT and alcoholic solutions of Fe (m) -p-toluenesulfonate were prepared and the mixture was stored in temperature-controlled, sealed containers with stirring. A sample was taken at regular intervals and the EDT, Fe (ITI) and Fe (IT) content determined. The EDT concentration was determined by HPLC (high performance liquid chromatography). Iron (II) and iron (πr) concentrations were determined photometrically.
Das Reaktionsschema für die oxidative Polymerisation von EDT mit Eisen(ITi)-p-toluolsulfonat zu leitfähigem Poly-(3,4-Ethylendipxythiophen) ist in Figur 1 dargestellt.The reaction scheme for the oxidative polymerization of EDT with iron (ITi) -p-toluenesulfonate to form conductive poly (3,4-ethylenedipxythiophene) is shown in FIG. 1.
Figur 1: Reaktionsschema für die oxidative Polymerisation von EDT mit Eisen(ITI)-p-toluol- sulfonat zu leitfähigem Poly-(3;4-Ethylendioxythiophen).Figure 1: Reaction scheme for the oxidative polymerization of EDT with iron (ITI) -p-toluenesulfonate to conductive poly- (3 ; 4-ethylenedioxythiophene).
Diese Reaktion lässt sich durch folgende Teilreaktionsschritte beschreiben:This reaction can be described by the following partial reaction steps:
π Monomeroxidation π monomer oxidation
?"θ = ^0CEDTCfe"' """ "- '01 C H* C EDT ' pe m ? " θ = ^ 0 C EDT C f e "'"""" - ' 01 C H * C EDT 'p e m
koi beschreibt eine Reaktionsbeschleunigung bedingt durch bei der Oxidation freiwerdende Säure.koi describes an acceleration of the reaction due to the acid released during the oxidation.
Q Endgruppenoxidation Q end group oxidation
+ CPolymerC Fe" + C polymer C Fe "
kπ beschreibt eine Reaktionsbeschleunigung bedingt durch bei der Oxidation freiwerdenden Säure.kπ describes an acceleration of the reaction due to the acid released during the oxidation.
Kettenwachstum durch Radikal(kation)kombination und Deprotonierung Chain growth through radical (cation) combination and deprotonation
r 1 — κ l~ c Radikalr 1 - κ l ~ c radical
Polymeroxidationpolymer oxidation
'' kDC F peeam V" 'Wiederholeinheiten Oxidationssstellen '' k D C F p ee a m V "'Repeating units oxidation sites
"-D ~ 'C-DCF fJe"' C. Oxidationsstellen "-D ~ ' C -D C F fJ e "' C. oxidation sites
Wiederholeinheit repeat
Die experimentell ermittelten Reaktionskonstanten für die oxidative Polymerisation von EDT mit Eisen(J I)-p-toluolsulfonat zu oxidiertem Poly-3,4-Ethylendioxythiophen bei 30°C sind in folgender Tabelle wiedergegeben.The experimentally determined reaction constants for the oxidative polymerization of EDT with iron (J I) -p-toluenesulfonate to oxidized poly-3,4-ethylenedioxythiophene at 30 ° C. are shown in the following table.
Der geschwindigkeitsbestimmende Reaktionsschritt ist die Monomeroxidation (ko).The rate-determining reaction step is the monomer oxidation (ko).
Mit Hilfe der Konstanten aus obiger Tabelle lassen, sich die Konzentrationsverläufe von EDT, Fe(πi) und Fe(H) für unterschiedliche Ausgangskonzentrationen sehr gut beschreiben. Figur 2 zeigt an einem Beispiel einen Vergleich zwischen dem experimentellen Verlauf und der Modell- Simulation.With the help of the constants from the table above, the concentration profiles of EDT, Fe (πi) and Fe (H) can be described very well for different initial concentrations. Figure 2 shows an example of a comparison between the experimental process and the model simulation.
Figur 2: Vergleich experimenteller Daten des Konzentrationsverlaufs von EDT (■ Quadrat), Fe(πi) (f Raute) und Fe(LT) (A Dreieck) bei 30°C mit Modellsimulation (durchgezogene Linien).Figure 2: Comparison of experimental data of the concentration profile of EDT (■ square), Fe (πi) (f diamond) and Fe (LT) (A triangle) at 30 ° C with model simulation (solid lines).
Bestimmung der Aktivierungsenergie für die Polymerisation von 3,4-Ethylendioxythiophen mit unbehandeltem Eisen(LTr)-n-tohιolsulfonatDetermination of the activation energy for the polymerization of 3,4-ethylenedioxythiophene with untreated iron (LTr) -n-tothiosulfonate
Zur Bestimmung der Aktivierungsenergie wurde der Konzentrationsverlauf bei verschiedenen Temperaturen (10°C, 20°C, 30°C, 40°C, 50°C) ermittelt und die geschwindigkeitsbestimmende Reaktionskonstante ko jeweils angepasst. Aus der Arrhenius-Auftragung (siehe Figur 3) wurde die Aktivierungsenergie zu 67 kJ/mol und der Frequenzfaktor zu 5,2*1010 mol^h"1 ermittelt.To determine the activation energy, the concentration curve was determined at different temperatures (10 ° C, 20 ° C, 30 ° C, 40 ° C, 50 ° C) and the rate-determining one Reaction constant ko adjusted in each case. From the Arrhenius plot (see FIG. 3), the activation energy was found to be 67 kJ / mol and the frequency factor was 5.2 * 10 10 mol ^ h "1 .
Figur 3: Arrhenius-Auftragung des Geschwindigkeitskoeffizienten o (Symbole φ: experimentelle Daten, Linie: Simulation).Figure 3: Arrhenius plot of the velocity coefficient o (symbols φ: experimental data, line: simulation).
Bestimmung der Aktivierungsenergie für die Polymerisation von 3,4-Ethylendioxymiophen in erfindungs gemäßen MischungenDetermination of the activation energy for the polymerization of 3,4-ethylenedioxymiophene in mixtures according to the invention
Es wurde eine erfindungsgemäße Mischung, bestehend aus 6,3 Gewichtsteilen 3,4-Ethylendioxy- thiophen (BAYTRON® M, H.C. Starck GmbH), 85,2 Gewichtsteilen der wie unter Beispiel 8a) beschrieben hergestellten Lösung des erfindungsgemäßen Oxidationsmittels und 8,5 Gewichtsteilen Wasser hergestellt.A mixture according to the invention, consisting of 6.3 parts by weight of 3,4-ethylenedioxy thiophene (BAYTRON ® M, HC Starck GmbH), 85.2 parts by weight of the solution prepared as described under Example 8a) of the oxidation agent of the invention and 8.5 parts by weight Water.
Die Reaktionsgeschwindigkeit für die Polymerisation mit dem erfindungsgemäßen Oxidationsmittel ist wesentlich kleiner als die entsprechender Reaktionen mit unbehandeltem Oxidationsmittel. In Figur 4 ist der Konzentrationsverlauf von EDT in der erfindungsgemäßen Mischung im Vergleich zur_Simulation mit den Reaktionskonstanten für das unbehandelte Oxidationsmittel dar- gestellt.The reaction rate for the polymerization with the oxidizing agent according to the invention is significantly lower than the corresponding reactions with untreated oxidizing agent. FIG. 4 shows the concentration profile of EDT in the mixture according to the invention in comparison to the simulation with the reaction constants for the untreated oxidizing agent.
Figur 4: Experimentell bestimmter Monomer-Konzentrationsverlauf (Symbole ♦) für die Polymerisatio , von EDT in erfindungsgemäßen Mischungen bei 20°C im Vergleich zu Simulationen (durchgezogene Linie) mit dem für das unbehandelte Oxidationsmittel entwickelten Modellkonstanten.Figure 4: Experimentally determined monomer concentration curve (symbols ♦) for the polymerisation of EDT in mixtures according to the invention at 20 ° C. in comparison to simulations (solid line) with the model constant developed for the untreated oxidizing agent.
Um das vorhandene Modell an die experimentellen Daten anzupassen, wurden die kinetischen Parameter für die Oxidationsschritte 7c0, k0_, k , kn, mit demselben Faktor skaliert. Dadurch wurde der geringeren Geschwindigkeit der Oxidationsschritte Rechnung getragen.- Alle anderen Parameter wurden unverändert gelassen. Figur 5 zeigt, dass sich so die experimentellen Konzentrationsverläufe sehr gut mit dem Modell beschreiben lassen.In order to adapt the existing model to the experimental data, the kinetic parameters for the oxidation steps 7c 0 , k 0 _, k, k n were scaled with the same factor. This took into account the slower rate of the oxidation steps. All other parameters were left unchanged. FIG. 5 shows that the experimental concentration curves can be described very well using the model.
Figur 5: Experimentelle Konzentrationsverläufe von EDT, Fe(III) und Fe(U) (Symbole) bei 20°C und zugehörige Simulationen (Linien).Figure 5: Experimental concentration profiles of EDT, Fe (III) and Fe (U) (symbols) at 20 ° C and associated simulations (lines).
Zur Bestimmung der Aktivierungsenergie wurde der Konzentrationsverlauf bei verschiedenen Temperaturen (20°C, 30°C, 45°C) ermittelt und die geschwindigkeitsbestimmende Reaktionskonstante o jeweils angepasst. Die Arrhenius-Auswertung ist in Figur 6 dargestellt. Man erhält eine Aktivierungsenergie von 100 kJ/mol . Der Frequenzfaktor beträgt 2,4- 1014 l'mor'h"1. Figur 6: Arrhenius-Auswertung des Geschwindigkeitskoeffizienten ko für die Monomeroxidation (Symbole: experimentelle Werte, Linie: Simulation).To determine the activation energy, the concentration curve was determined at different temperatures (20 ° C, 30 ° C, 45 ° C) and the rate-determining reaction constant o was adjusted in each case. The Arrhenius evaluation is shown in FIG. 6. An activation energy of 100 kJ / mol is obtained. The frequency factor is 2.4-10 14 l'mor'h "1 . Figure 6: Arrhenius evaluation of the speed coefficient ko for the monomer oxidation (symbols: experimental values, line: simulation).
Die Polymerisation in der erfindungsgemäßen Mischung ist aufgrund der höheren Aktivierungsenergie deutlich langsamer als in Mischungen mit unbehandelten Oxidationsmittel. Due to the higher activation energy, the polymerization in the mixture according to the invention is significantly slower than in mixtures with untreated oxidizing agent.

Claims

Patentansprflche Patentansprflche
1. Verfahren zur Herstellung eines Oxidationsmittels für die Herstellung leitfähiger Polymere, dadurch gekennzeichnet, dass ein Metallsalz einer organischen Säure oder organische Reste aufweisenden anorganischen Säure mit einem Ionenaustauscher be- handelt wird.1. A process for the preparation of an oxidizing agent for the production of conductive polymers, characterized in that a metal salt of an organic acid or inorganic acid having organic residues is treated with an ion exchanger.
2. Verfahren zur Herstellung eines Oxidationsmittels gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Ionenaustauscher ein Anionenaustauscher eingesetzt wird.2. A method for producing an oxidizing agent according to claim 1, characterized in that an anion exchanger is used as the ion exchanger.
3. Verfahren zur Herstellung eines Oxidationsmittels gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Ionenaustauscher ein schwach basischer Anionenaustauscher einge- setzt wird.3. A method for producing an oxidizing agent according to claim 1 or 2, characterized in that a weakly basic anion exchanger is used as the ion exchanger.
4. Verfahren zur Herstellung eines Oxidationsmittels gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Metallsalz um ein Übergangsmetallsalz handelt.4. A method for producing an oxidizing agent according to at least one of claims 1 to 3, characterized in that the metal salt is a transition metal salt.
5. Verfahren zur Herstellung eines Oxidationsmittels gemäß Anspruch 4, dadurch gekenn- zeichnet,- dass es sich bei dem Übergangsmetallsalz um ein Eisen(m)-Salz handelt.5. A process for producing an oxidizing agent according to claim 4, characterized in that - the transition metal salt is an iron (m) salt.
6. Verfahren zur Herstellung eines Oxidationsmittels gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Rest der organischen Säure um einen Rest einer Sulfonsäure handelt.6. A method for producing an oxidizing agent according to at least one of claims 1 to 5, characterized in that the rest of the organic acid is a residue of a sulfonic acid.
7. Verfahren zur Herstellung eines Oxidationsmittels gemäß wenigstens einem der An- Sprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Übergangsmetall-Salz um7. A method for producing an oxidizing agent according to at least one of claims 1 to 6, characterized in that it is the transition metal salt
Fe(IU)-p-toluolsulfonat, Fe(III)-o-toluolsulfonat oder einer Mischung aus Fe(Jjf)-p-toluol- sulfonat und Fe(IIJ)-o-toluolsulfonat handelt.Fe (IU) -p-toluenesulfonate, Fe (III) -o-toluenesulfonate or a mixture of Fe (JJf) -p-toluenesulfonate and Fe (IIJ) -o-toluenesulfonate is.
8. Verfahren zur Herstellung eines Oxidationsmittels gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren unter Anwesenheit eines oder mehrerer Lösungsmittel(s) durchgeführt wird.8. A method for producing an oxidizing agent according to at least one of claims 1 to 7, characterized in that the method is carried out in the presence of one or more solvents.
9. Verfahren zur Herstellung eines Oxidationsmittels gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als das oder die Lösungsmittel ein oder mehrere Alkohol(e), Wasser oder eine Mischung von einem oder mehreren Alkohol(en) und Wasser eingesetzt werden. 9. A method for producing an oxidizing agent according to at least one of claims 1 to 8, characterized in that one or more alcohol (s), water or a mixture of one or more alcohol (s) and water are used as the solvent or solvents.
10. Verfahren zur Herstellung eines Oxidationsmittels gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem oder den Alkohol(en) um Butanol, Ethanol oder Methanol handelt.10. A method for producing an oxidizing agent according to at least one of claims 1 to 9, characterized in that the alcohol or alcohols is butanol, ethanol or methanol.
11. Verfahren zur Herstellung eines Oxidationsmittels gemäß wenigstens einem der An- sprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Oxidationsmittel nach Behandlung mit dem Ionenaustauscher vom Lösungsmittel getrennt wird und gegebenenfalls im gleichen oder anderen Lösungsmittel wieder gelöst wird.11. A method for producing an oxidizing agent according to at least one of claims 1 to 10, characterized in that the oxidizing agent is separated from the solvent after treatment with the ion exchanger and, if appropriate, is dissolved again in the same or different solvent.
12. Oxidationsmittel erhältlich durch ein Verfahren gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11.12. Oxidizing agent obtainable by a process according to at least one of claims 1 to 11.
13. Oxidationsmittel gemäß Anspruch 12,'dadurch gekennzeichnet, dass es in Lösung vorliegt und die Lösung einen Wassergehalt von 0 bis 10 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der Lösung besitzt.13. Oxidizing agent according to claim 12, ' characterized in that it is in solution and the solution has a water content of 0 to 10 wt .-% based on the total weight of the solution.
14. Verwendung der Oxidationsmittel gemäß Anspruch 12 oder 13 als retardierende Oxi- . dationsmittel bei der oxidativen Polymerisation von Vorstufen für die Herstellung leit- fähiger Polymere.14. Use of the oxidizing agent according to claim 12 or 13 as a retarding oxi. dation agent in the oxidative polymerization of precursors for the production of conductive polymers.
15. Mischung enthaltend Vorstufen für die Herstellung leitfähiger Polymere und ein oder mehrere Oxidationsmittel gemäß Anspruch 12 oder 13 sowie gegebenenfalls ein oder mehrere Lösungsmittel, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildung von Polymeren in der Mischung verzögert wird.15. Mixture containing precursors for the production of conductive polymers and one or more oxidizing agents according to claim 12 or 13 and optionally one or more solvents, characterized in that the formation of polymers in the mixture is delayed.
16. Mischung gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass als Vorstufen für die Herstellung leitfähiger Polymere gegebenenfalls substituiertes 3,4-Efhylendioxythiophen oder • dessen Derivate eingesetzt werden.16. Mixture according to claim 15, characterized in that optionally substituted 3,4-ethylenedioxythiophene or • its derivatives are used as precursors for the production of conductive polymers.
17. Mischung gemäß Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass sie Wasser enthält.17. Mixture according to claim 15 or 16, characterized in that it contains water.
18. Mischung gemäß wenigstens einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, , dass sie Gegenionen enthält.18. Mixture according to at least one of claims 15 to 17, characterized in that it contains counterions.
19. Mischung gemäß wenigstens einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen oder mehrere Binder, Vernetzer und/oder Additive enthält.19. Mixture according to at least one of claims 15 to 18, characterized in that it contains one or more binders, crosslinking agents and / or additives.
20. Mischung enthaltend Vorstufen für die Herstellung leitfähiger Polymere und wenigstens ein Oxidationsmittel, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymerisation der Vorstufen eine Aktivierungsenergie von 75 kJ/mol oder größer aufweist. 20. Mixture containing precursors for the production of conductive polymers and at least one oxidizing agent, characterized in that the polymerization of the precursors has an activation energy of 75 kJ / mol or greater.
21. Mischung gemäß Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Vorstufen für die Herstellung leitfähiger Polymere gegebenenfalls substituiertes 3,4-Ethylendioxythiophen oder dessen Derivate enthält.21. Mixture according to claim 20, characterized in that it contains optionally substituted 3,4-ethylenedioxythiophene or its derivatives as precursors for the production of conductive polymers.
22. Mischung gemäß Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Oxidations- mittel ein Übergangsmetallsalz, bevorzugt ein Eisen(IH)-Salz enthält.22. Mixture according to claim 20 or 21, characterized in that it contains a transition metal salt, preferably an iron (IH) salt, as the oxidizing agent.
23. Verfahren zur Herstellung eines Elektrolytkondensators, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mischung gemäß wenigstens einem der Ansprüche 15 bis 22 gegebenenfalls in Form von Lösungen auf eine Oxidschicht eines Metalls aufgebracht und chemisch oxidativ bei Temperaturen von — 10°C bis 250°C zu den entsprechenden Polymeren polymerisiert werden.23. A method for producing an electrolytic capacitor, characterized in that a mixture according to at least one of claims 15 to 22, optionally in the form of solutions, is applied to an oxide layer of a metal and chemically oxidatively at temperatures of from -10 ° C to 250 ° C to the corresponding Polymers are polymerized.
, .
24. Verfahren . zur Herstellung eines Elektrolytkondensators, dadurch gekennzeichnet, dass24. Procedure. for the production of an electrolytic capacitor, characterized in that
Vorstufen für die Herstellung leitfähiger Polymere und Oxidationsmittel gemäß AnspruchPrecursors for the production of conductive polymers and oxidizing agents according to claim
12 oder 13 nacheinander, gegebenenfalls in Form von Lösungen, auf eine Öxidschicht eines Metalls aufgebracht und chemisch oxidativ bei Temperaturen von -10°C bis 250°C zu den entsprechenden Polymeren polymerisiert werden.12 or 13, one after the other, optionally in the form of solutions, are applied to an oxide layer of a metal and are chemically oxidatively polymerized at temperatures from -10 ° C. to 250 ° C. to give the corresponding polymers.
25. Verfahren gemäß Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem oxidierbaren Metall um ein Ventilmetall oder eine Verbindung mit vergleichbaren Eigenschaften handelt.25. The method according to claim 23 or 24, characterized in that the oxidizable metal is a valve metal or a compound with comparable properties.
26. Verfahren gemäß wenigstens einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Ventilmetall oder der Verbindung mit vergleichbaren Eigenschaften um Tantal, Niob, Aluminium, Titan, Zirkon, Hafnium, Vanadium, eine Legierung oder Verbindung von wenigstens einem dieser Metalle mit anderen Elementen, NbO oder eine Legierung oder Verbindung von NbO mit anderen Elementen handelt26. The method according to at least one of claims 23 to 25, characterized in that the valve metal or the compound with comparable properties is tantalum, niobium, aluminum, titanium, zirconium, hafnium, vanadium, an alloy or compound of at least one of these Metals with other elements, NbO or an alloy or compound of NbO with other elements
27. , Verfahren zur Herstellung leitfähiger Schichten, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mischung gemäß wenigstens einem der Ansprüche 15 bis 22 gegebenenfalls in Form von27., Method for producing conductive layers, characterized in that a mixture according to at least one of claims 15 to 22, optionally in the form of
Lösungen auf eine Unterlage aufgebracht und auf dieser Unterlage chemisch oxidativ bei Temperaturen von -10°C bis 250°C zu den entsprechenden leitfähigen Polymeren polymerisiert werden.Solutions are applied to a base and polymerized on this base chemically oxidatively at temperatures from -10 ° C to 250 ° C to the corresponding conductive polymers.
28. Verfahren zur Herstellung leitfähiger Schichten, dadurch gekennzeichnet, dass Vorstufen für die Herstellung leitfähiger Polymere und Oxidationsmittel gemäß Ansp uch 12 oder 13 nacheinander, gegebenenfalls in Form von Lösungen, auf eine Unterlage aufgebracht und auf dieser Unterlage chemisch oxidativ bei Temperaturen von -10°C bis 250°C zu den entsprechenden leitfähigen Polymeren polymerisiert werden.28. Process for the production of conductive layers, characterized in that precursors for the production of conductive polymers and oxidizing agents according to claim 12 or 13 are applied in succession, optionally in the form of solutions, and be polymerized on this base chemically oxidatively at temperatures from -10 ° C to 250 ° C to the corresponding conductive polymers.
29. Verfahren gemäß Anspruch 23 und 28, dadurch gekennzeichnet, dass den Lösungen Gegenionen zugesetzt werden.29. The method according to claim 23 and 28, characterized in that counterions are added to the solutions.
30. Verfahren gemäß wenigstens einem der Ansprüche 23 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass als Vorstufen für die Herstellung leitfähiger Polymere gegebenenfalls substituierte Thiophene, Pyrrole, Aniline oder deren Derivate eingesetzt werden.30. The method according to at least one of claims 23 to 29, characterized in that optionally substituted thiophenes, pyrroles, anilines or their derivatives are used as precursors for the production of conductive polymers.
31. Verfahren gemäß Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass als gegebenenfalls substituierte Thiophene oder deren Derivaten gegebenenfalls substituierte Alkylen-3,4-dioxy- thiopene oder deren Derivate eingesetzt werden.31. The method according to claim 30, characterized in that optionally substituted alkylene-3,4-dioxythiopenes or their derivatives are used as optionally substituted thiophenes or their derivatives.
32. Verfahren gemäß Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass als gegebenenfalls substituiertes Alkylen-3,4-dioxythiopen 3,4-Ethylendioxythiophen eingesetzt wird.32. The method according to claim 31, characterized in that 3,4-ethylenedioxythiophene is used as optionally substituted alkylene-3,4-dioxythiophene.
33. Verfahren gemäß wenigstens einem der Ansprüche 23 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Lösungen zusätzlich einen oder mehrere Binder, Vernetzer und/oder Additive ent- halten.33. The method according to at least one of claims 23 to 32, characterized in that the solutions additionally contain one or more binders, crosslinking agents and / or additives.
34. Verfahren gemäß wenigstens einem der Ansprüche 23 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Gegenionen um Anionen von monomeren oder polymeren Alkan- oder Cycloalkansulfonsäuren oder aromatischen Sulfonsäuren handelt.34. The method according to at least one of claims 23 to 33, characterized in that the counterions are anions of monomeric or polymeric alkane or cycloalkanesulfonic acids or aromatic sulfonic acids.
35. Verfahren gemäß wenigstens einem der Ansprüche 23 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass die die Polymere enthaltende Schicht (Elektrolytschicht) nach der Polymerisation und35. The method according to at least one of claims 23 to 34, characterized in that the layer containing the polymers (electrolyte layer) after the polymerization and
. gegebenenfalls nach Trocknung mit geeigneten Lösungsmitteln gewaschen wird, um überschüssiges Oxidationsmittel und Restsalze zu entfernen., optionally after drying with suitable solvents to remove excess oxidizing agent and residual salts.
36. Verwendung der Oxidationsmittel gemäß Anspruch 12 oder 13 zur Herstellung leitfähiger Schichten oder Elektrolytkondensatoren.36. Use of the oxidizing agent according to claim 12 or 13 for the production of conductive layers or electrolytic capacitors.
37. Verwendung der Mischung gemäß wenigstens einem der Ansprüche 15 bis 22 zur Herstellung leitfähiger Schichten oder Elektrolytkondensatoren. 37. Use of the mixture according to at least one of claims 15 to 22 for the production of conductive layers or electrolytic capacitors.
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