JP2007023090A - 導電性高分子合成用酸化剤兼ドーパント、そのアルコール溶液、それらを用いて合成した導電性高分子およびその導電性高分子を固体電解質として用いた固体電解コンデンサ - Google Patents

Abstract

【課題】 アルコール溶液の状態でも、一定期間以上沈澱が生じない導電性高分子合成用酸化物兼ドーパントを提供し、該酸化剤兼ドーパントまたはそのアルコール溶液を用いて、導電性が高く、耐熱性が優れた導電性高分子を提供し、また、それを固体電解質として用いて高温・高湿条件下における信頼性が高い固体電解コンデンサを提供する。
【解決手段】 一般式（１）
【化１】

（式中、Ｒは炭素数１〜４のアルキル基またはアルコキシ基を表す）
で表わされ、ベンゼン環におけるＲ基とＳＯ_３Ｈ基とがパラ位に位置するものが、全体の９０モル％以上であるベンゼンスルホン酸誘導体の第二鉄塩で、水分含率が５質量％以下のもので酸化物兼ドーパントを構成し、また、上記酸化剤兼ドーパント、あるいはそのメタノール、エタノールまたはｎ−ブタノール溶液を用いて、チオフェンまたはその誘導体を重合させて導電性高分子を合成し、それを固体電解質として用いた固体電解コンデンサを構成する。
【選択図】 なし

Description

本発明は、導電性高分子合成用酸化剤兼ドーパント、そのアルコール溶液、それらを用いて合成した導電性高分子およびその導電性高分子を固体電解質として用いた固体電解コンデンサに関する。

導電性高分子は、その高い導電性により、例えば、アルミニウムコンデンサ、タンタルコンデンサの固体電解コンデンサなどの固体電解質として用いられている。

この用途における導電性高分子としては、例えば、チオフェンまたはその誘導体などを化学酸化重合または電解酸化重合することによって得られたものが用いられている。

上記チオフェンまたはその誘導体などの化学酸化重合を行う際のドーパントとしては、主に有機スルホン酸が用いられ、その中でも、芳香族スルホン酸が適しているといわれており、酸化剤としては、遷移金属が用いられ、その中でも第二鉄が適しているといわれて、通常、芳香族スルホン酸の第二鉄塩がチオフェンまたはその誘導体などの化学酸化重合にあたって酸化剤兼ドーパント剤として用いられている。

そして、その芳香族スルホン酸の第二鉄塩の中でも、トルエンスルホン酸第二鉄塩やメトキシベンゼンスルホン酸第二鉄塩などが特に有用であるとされている（特許文献１、特許文献２）。

しかしながら、トルエンスルホン酸第二鉄塩を酸化剤兼ドーパントとして用いて得られた導電性高分子は、初期抵抗値や耐熱性において、充分に満足できる特性が得られていなかった。また、メトキシベンゼンスルホン酸第二鉄を酸化剤兼ドーパントとして用いて得られた導電性高分子は、トルエンスルホン酸第二鉄塩を用いた導電性高分子に比べて、初期抵抗値が低く、耐熱性も優れているが、それでも、充分に満足できる特性は得られなかった。

これは、トルエンスルホン酸第二鉄塩やメトキシベンゼンスルホン酸第二鉄塩は、固体であるため、一般にアルコールに溶解された状態で用いられるが、これらの溶液は、保存している間に沈殿が生じるからである。

すなわち、沈殿が生じてしまったトルエンスルホン酸第二鉄塩やメトキシベンゼンスルホン酸第二鉄塩のアルコール溶液を用いると、均一性が低下して、得られた導電性高分子を固体電解質として用いた固体電解コンデンサが、ＥＳＲ（等価直列抵抗）や高温安定性などが低下するという問題があった。

特開２００３−１６０６４７号公報 特開２００４−２６５９２７号公報

上記のように、ＥＳＲや高温安定性などの低下がない固体電解コンデンサを得るための導電性高分子としては、その化学酸化重合にあたって用いる酸化剤兼ドーパントのアルコール溶液が少なくとも６カ月程度の長期間沈殿を生じないものであることが必要とされる。

従って、本発明は、アルコール溶液の状態でも、一定期間以上沈殿が生じない酸化剤兼ドーパントを提供し、その酸化剤兼ドーパントまたはそのアルコール溶液を用いてチオフェンまたはその誘導体などのモノマーを重合させて合成することにより、導電性が高く、耐熱性が優れた導電性高分子を提供し、かつ、それを固体電解質として用いて高温・高湿条件下における信頼性が高い固体電解コンデンサを提供することを目的とする。

本発明者は、上記課題を解決するため、鋭意研究を重ねた結果、特定のベンゼンスルホン酸誘導体の第二鉄塩で酸化剤兼ドーパントを構成し、かつ、その水分含率を小さくするときは、上記課題を解決できることを見出し、それに基づいて、本発明を完成するにいたった。

すなわち、本発明は、一般式（１）

（式中、Ｒは炭素数１〜４のアルキル基またはアルコキシ基を表す）
で表わされるベンゼンスルホン酸誘導体であって、ベンゼン環におけるＲ基とＳＯ_３Ｈ基とがパラ位に位置するものが、全体の９０モル％以上であるベンゼンスルホン酸誘導体の第二鉄塩からなり、水分含率が５質量％以下であることを特徴とする導電性高分子合成用酸化剤兼ドーパントに関するものである。

また、本発明は、上記一般式（１）中のＲがアルキル基である酸化剤兼ドーパントをメタノールまたはエタノールに溶解してなり、上記酸化剤兼ドーパントの濃度が５０質量％以上で、水分含率が５質量％以下、より好ましくは１質量％以下である導電性高分子合成用酸化剤兼ドーパントのメタノールまたはエタノール溶液に関するものである。

また、本発明は、上記一般式（１）中のＲがアルコキシ基である酸化剤兼ドーパントをメタノールまたはエタノールに溶解してなり、上記酸化剤兼ドーパントの濃度が５０質量％以上で、水分含率が２．５質量％以下、より好ましくは１質量％以下である導電性高分子合成用酸化剤兼ドーパントのメタノールまたはエタノール溶液に関するものである。

また、本発明は、上記酸化剤兼ドーパントをｎ−ブタノールに溶解してなり、上記酸化剤兼ドーパントの濃度が５０質量％以上で、かつ水分含率が１質量％以下である導電性高分子合成用酸化剤兼ドーパントのｎ−ブタノール溶液に関するものである。

また、本発明は、上記酸化剤兼ドーパント、あるいはそのメタノールまたはエタノール溶液、あるいはそのｎ−ブタノール溶液を用いて、チオフェンまたはその誘導体を重合させて合成した導電性高分子に関するものである。

さらに、本発明は、上記導電性高分子を固体電解質として用いた固体電解コンデンサに関するものである。

本発明の導電性高分子合成用酸化剤兼ドーパントによれば、導電率が高く、耐熱性が優れた導電性高分子を合成することができる。また、本発明の導電性高分子合成用酸化剤兼ドーパントを用いて合成した導電性高分子を固体電解質として用いて高温・高湿条件下における信頼性が高い固体電解コンデンサを提供することができる。

さらに、本発明の導電性高分子合成用酸化剤兼ドーパントのメタノールまたはエタノール溶液やｎ−ブタノール溶液は、保存安定性が優れ、長期間沈殿を生じず、従って、これを用いて、長期間にわたり、安定して、導電率が高く、耐熱性が優れた導電性高分子を合成することができる。

本発明において、酸化剤兼ドーパントとして用いるベンゼンスルホン酸誘導体の第二鉄塩におけるベンゼンスルホン酸誘導体としては、一般式（１）で表されるベンゼンスルホン酸誘導体であって、そのベンゼン環におけるＲ基とＳＯ_３Ｈ基とがパラ位に位置するものが全体の９０モル％以上であるものが用いられるが、本発明において、そのようなパラ体の含有率が高いベンゼンスルホン酸誘導体を用いるのは、導電率が高い導電性高分子を得るためである。

ベンゼンスルホン酸誘導体には、それぞれ、構造上、オルト体、メタ体、パラ体が存在するが、本発明において、上記のようにパラ体含有率が高いベンゼンスルホン酸誘導体を用いることによって、導電率が高い導電性高分子が得られるようになる理由は、現在のところ必ずしも明確ではないが、パラ体含有率が高い場合、導電性高分子が形成された後の立体規則性が向上し、その結果として導電率が高くなるものと考えられる。言い換えると、アルコキシ基やアルキル基が、パラ体以外の場所に結合しているベンゼンスルホン酸誘導体が導電性高分子のドーパントとして存在していると、立体的な障害により高分子の導電性を阻害し、導電率を低下させるものと考えられる。

上記ベンゼンスルホン酸誘導体におけるパラ体の含有率としては、ベンゼンスルホン酸誘導体全体に対して９０モル％以上であることが必要であるが、これはパラ体の含有率が９０モル％より低い場合は、得られる導電性高分子の導電率が低くなるからであり、このパラ体の含有率としては特に９３モル％以上が好ましい。前述したように、従来からも、メトキシベンゼンスルホン酸やトルエンスルホン酸の第二鉄塩が酸化剤兼ドーパントとして用いられているが、これらにおけるメトキシベンゼンスルホン酸やトルエンスルホン酸のパラ体の含有率は、高々、８５モル％程度であり（メトキシベンゼンスルホン酸やトルエンスルホン酸を通常の手法で製造すると、それらのパラ体の含有量は、高々、８５モル％程度になる）、そのため、それらの第二鉄塩を酸化剤兼ドーパントとして用いて得られた導電性高分子は、初期抵抗値が高く、耐熱性が悪くなるが、本発明では、上記ベンゼンスルホン酸誘導体を製造するにあたって、反応温度を高くしたり、再結晶化を繰り返すことなどによってパラ体の含有率が９０モル％以上のものを得ている。

本発明における一般式（１）で表されるベンゼンスルホン酸誘導体において、Ｒは炭素数が１〜４のアルキル基またはアルコキシ基であるが、これらの好適な具体例を挙げると、Ｒがアルキル基のものとしては、例えば、トルエンスルホン酸、エチルベンゼンスルホン酸、プロピルベンゼンスルホン酸、ブチルベンゼンスルホン酸などが挙げられ、Ｒがアルコキシ基のものとしては、例えば、メトキシベンゼンスルホン酸、エトキシベンゼンスルホン酸、プロポキシベンゼンスルホン酸、ブトキシベンゼンスルホン酸などが挙げられる。なお、Ｒの炭素数が３以上の場合、アルキル基の部分は分岐していても構わない。そして、上記ベンゼンスルホン酸誘導体としては、その一般式（１）において、炭素数が１のもの、すなわち、メトキシベンゼンスルホン酸やトルエンスルホン酸が好ましい。

本発明において、酸化剤兼ドーパントとしての一般式（１）で表されるベンゼンスルホン酸誘導体の第二鉄塩の水分含率を５質量％以下にするが、これは、上記水分含率が高くなると、導電率が高く、耐熱性の優れた導電性高分子を合成することができなくなったり、後述のように、アルコール溶液にしたときに、その保存安定性を低下させ、沈殿を生じさせる要因になるからであり、この水分含率は低いほど好ましく、可能であれば、０質量％にすることが好ましい。

また、本発明者は、上記導電性高分子の製造にあたり、酸化剤兼ドーパントとして用いるベンゼンスルホン酸誘導体の第二鉄塩を特定組成のアルコール溶液にして用いた場合に、導電率が高い導電性高分子が得られることも見出した。

すなわち、本発明において酸化剤兼ドーパントとして用いる一般式（１）で表されるベンゼンスルホン酸誘導体の第二鉄塩を、導電性高分子の合成にあたり、アルコール溶液にして使用する際に、その水分含量を調整することによって、保存安定性を高め、長期間にわたって沈殿が生じるのを防止することができ、その結果として、得られる導電性高分子の導電率を高くすることができる。これを詳しく説明すると、導電性高分子を生産性高く合成するには、酸化剤兼ドーパントとしてのベンゼンスルホン酸誘導体の第二鉄塩のアルコール溶液中の濃度を高くすることが必要であり、ユーザーからは濃度を５０質量％以上にすることが要望されているが、そのように酸化剤兼ドーパントとしてのベンゼンスルホン酸誘導体の第二鉄塩の濃度を高くすると、保存安定性が悪くなり、沈殿が生じやすくなる。そこで、本発明者らは、その原因を探求し、使用するアルコールの種類やベンゼンスルホン酸誘導体の種類に応じて、そのアルコール溶液の水分含率を後記に示すように、特定値以下にすることによって、アルコール溶液の保存安定性を高め、長期間にわたって沈殿が生じないようにしたのである。

まず、酸化剤兼ドーパントとしてのベンゼンスルホン酸誘導体の第二鉄塩をアルコール溶液にするためのアルコールとして、メタノールやエタノールを用い、上記ベンゼンスルホン酸誘導体を示す一般式（１）中のＲがアルキル基のものを５０質量％以上の濃度にする場合は、その水分含率を５質量％以下にすることが好ましく、１質量％以下にすることがより好ましい。また、アルコールとして、上記同様にメタノールやエタノールを用い、ベンゼンスルホン酸誘導体を示す一般式（１）中のＲがアルコキシ基のものを５０質量％以上の濃度にする場合は、その水分含率を２．５質量％以下にすることが好ましく、１質量％以下にすることが好ましい。また、アルコールとしてｎ−ブタノールを用い、上記酸化剤兼ドーパントとしてのベンゼンスルホン酸誘導体の第二鉄塩の濃度を５０質量％以上にする場合は、その水分含率を１質量％以下にすることが好ましい。また、酸化剤兼ドーパントをアルコール溶液にするためのアルコールとしては、上記メタノール、エタノール、ｎ−ブタノール以外にも、ｎ−プロパノールも用いることができるが、このｎ−プロパノールを用いて酸化剤兼ドーパントの濃度が５０質量％以上のアルコール溶液にする場合、その水分含率はｎ−ブタノールの場合と同様に１質量％以下にしておくことが好ましい。

上記のように、アルコール溶液の水分含率を一定値以下にしておく必要があるのは、アルコール溶液中の水分含率が保存安定性に影響を与え、水分含率が高いと、沈殿を生じやすくさせ、ひいては、それを用いて合成した導電性高分子の導電率を低くさせるのを防止するためである。アルコール溶液中の水分含量が高い場合、保存安定性が悪くなり、沈殿が生じやすくなる理由としては、現在のところ必ずしも明確ではないが、次のように考えられる。本発明において酸化剤兼ドーパントとして用いるベンゼンスルホン酸誘導体の第二鉄塩は、アルコール溶媒中ではほとんど解離していないが、水分が多くなると鉄塩が解離しやすくなり、その解離によるイオン化によって鉄が酸化されやすくなって酸化鉄や水酸化鉄などになり、それらが結果的に沈殿して行くために保存安定性が悪くなっていくものと考えられる。また、上記ベンゼンスルホン酸誘導体の第二鉄塩の中で、前記一般式（１）のＲが炭素数１のアルコキシ基のものは、水分含量の増加により、メトキシ基が加水分解されてフェノールスルホン酸鉄塩に変わりやすい。そして、フェノールスルホン酸鉄塩が形成されると、フェノール性のＯＨ基は、鉄と反応しやすいため、周りに存在する鉄イオンまたはアルコキシベンゼンスルホン酸第二鉄塩と架橋構造を形成し、高分子化して沈殿するので、その結果として、保存安定性が悪くなるものと考えられる。このように、一般式（１）中のＲがアルコキシ基のものは、Ｒがアルキル基のものの場合より、保存安定性が悪くなる傾向があるため、前記のように、アルコールとして同じメタノールやエタノールを用いる場合でも、Ｒがアルキル基の場合は、その水分含率を５質量％以下にすることにより、保存安定性の良好なアルコール溶液が得られるものの、一般式（１）中のＲがアルコキシ基の場合は、アルコールとしてメタノールやエタノールを用いる場合でも、その水分含率を２．５質量％以下にすることが好ましい。

アルコールとしてｎ−ブタノールを用いた場合、メタノールやエタノールより揮発性や引火性が低く、安全であるという長所を有するものの、ｎ−ブタノールが、メタノールやエタノールに比べて、水と混和しにくいため、部分的に水分濃度が高くなるおそれがあり、その水分濃度が高くなったところの含有水分により保存安定性の低下が生じるおそれがあるため、ｎ−ブタノール溶液の場合、良好な保存安定性を確保するために水分含率を１質量％以下にすることが好ましい。

本発明において、酸化剤兼ドーパントとして用いるベンゼンスルホン酸誘導体の第二鉄塩の水分含率を低くしたり、そのアルコール溶液の水分含率を低くするにあたっては、蒸留による濃縮とメタノールやエタノールなどの水と共沸する有機溶媒の添加を繰り返しつつ水分含率を低下させると、酸化剤兼ドーパントとしての機能の優れたものを得ることができる。

本発明において酸化剤兼ドーパントとして用いるベンゼンスルホン酸誘導体の第二鉄塩の酸部分を構成するベンゼンスルホン酸誘導体は、炭素数が１〜４のアルキルベンゼンまたはアルコキシベンゼンと濃硫酸とを混合し、スルホン化した後、晶析分離などの精製処理を施すことにより合成することができる。そして、このベンゼンスルホン酸誘導体の第二鉄塩は、硫酸第二鉄や塩化第二鉄などの３価の鉄塩を水に溶解させ、水酸化ナトリウム水溶液やアンモニア水溶液などのアルカリ水溶液で中和して、生成させ、かつ精製した水酸化第二鉄と、上記一般式（１）で表されるベンゼンスルホン酸誘導体とをアルコール溶媒中で反応させることによって合成することができる。

本発明の酸化剤兼ドーパントのアルコール溶液においては、前記のように、その酸化剤兼ドーパントを構成するベンゼンスルホン酸誘導体の第二鉄塩の濃度を５０質量％以上にするが、このベンゼンスルホン酸誘導体の第二鉄塩の濃度は、溶媒として用いるアルコールの種類によっても異なるが、メタノール溶液やエタノール溶液の場合、６５質量％程度まで高くすることができ、ｎ−ブタノール溶液の場合、６０質量％程度まで高くすることができる。

導電性高分子を合成するためのモノマーとしては、チオフェンまたはその誘導体を用いることが適しているが、このチオフェンまたはその誘導体におけるチオフェンの誘導体としては、例えば、３，４−エチレンジオキシチオフェン、３−アルキルチオフェン、３−アルコキシチオフェン、３−アルキル−４−アルコキシチオフェン、３，４−アルキルチオフェン、３，４−アルコキシチオフェンなどが挙げられ、そのアルキル基やアルコキシ基の炭素数は１〜１６が適しているが、特に３，４−エチレンジオキシチオフェンが好ましい。

そして、このチオフェンまたはその誘導体は、液状なので、その重合にあたっては、そのまま使用することができるが、重合反応をよりスムーズに進行させるためには、チオフェンまたはその誘導体を、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、アセトン、アセトニトリルなどの有機溶媒で希釈して溶液（有機溶媒溶液）状にしておくことが好ましい。

導電性高分子の合成にあたっては、一般式（１）で表されるベンゼンスルホン酸誘導体の第二鉄塩を酸化剤兼ドーパントとして用いて、チオフェンまたはその誘導体の化学酸化重合を行う。その際、チオフェンまたはその誘導体はあらかじめ前記のような有機溶媒溶液にしておき、また、酸化剤兼ドーパントとしての一般式（１）で表されるベンゼンスルホン酸誘導体の第二鉄塩もあらかじめ前記のようなアルコール溶液にしておき、それらの溶液同士を混合して一定時間反応させるようにすることが好ましく、反応後は、洗浄、乾燥することによって導電性高分子を得ることができる。このチオフェンまたはその誘導体の化学酸化重合において、酸化剤兼ドーパントとして用いた一般式（１）で表されるベンゼンスルホン酸誘導体の第二鉄塩のうち、鉄塩部分は、重合に際しての酸化剤（酸化重合剤）として働き、ベンゼンスルホン酸誘導体部分は高分子マトリックス中に含有され、いわゆるドーパントの役割を果たすことになる。また、反応時に用いる有機溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、ｎ−ブタノールなどを用いることができ、洗浄の際にも上記溶媒のいずれかを用いればよい。通常、上記酸化剤兼ドーパントとして用いた一般式（１）で表されるベンゼンスルホン酸誘導体の第二鉄塩の鉄塩部分は、重合に際して酸化剤としての役割を果たした後、洗浄によって、導電性高分子から取り除かれるが、得られた導電性高分子をアルミコンデンサの固体電解質として用いる場合、その鉄塩が残っていてもよい。

本発明の酸化剤兼ドーパントは、モノマーとして上記のようなチオフェンまたはその誘導体を用いて導電性高分子を合成する場合に適するように開発したものであるが、チオフェンまたはその誘導体以外にも、例えば、ピロールまたはその誘導体、アニリンまたはその誘導体、イソチアナフテンまたはその誘導体などをモノマーとして導電性高分子を合成する場合に、その酸化剤兼ドーパントとして適用することもできる。

本発明によって合成される導電性高分子は、導電率が高く、耐熱性が優れていることから、前記のアルミコンデンサをはじめ、タンタルコンデンサ、ニオブコンデンサなどの固体電解コンデンサの固体電解質として好適に用いられ、高温・高湿条件下における信頼性が高い固体電解質コンデンサを提供することができる。

また、本発明の導電性高分子は、その導電率が高く、耐熱性が優れているという特性を利用して、上記の固体電解質コンデンサの固体電解質以外にも、バッテリーの正極活物質、帯電防止シート、耐腐食用塗料の基材樹脂などとしても好適に用いることができる。

以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はそれらの実施例のみに限定されるものではない。

実施例１〜４および比較例１〜３
まず、これらの実施例および比較例の酸化剤兼ドーパントを構成するベンゼンスルホン酸誘導体の第二鉄塩のベンゼンスルホン酸誘導体部分（サンプル１〜５）の製造について説明する。なお、以下において、溶液、分散液などの濃度や水分含量を示す％は、特にその基準を付記しないかぎり、質量％を示す。

サンプル１（パラ体の含有率が全体中の９８モル％であるメトキシベンゼンスルホン酸）
９８％硫酸５６０ｇをメトキシベンゼン６００ｇに攪拌しながら滴下した。その後、攪拌を続けながら８０〜８５℃に温度を上げた後、３時間、反応させた。反応終了後、蒸留水を加え、濃度が５５％になるように調整後、約４０℃の状態から徐々に温度を下げてゆき、２０℃になったところで、あらかじめ作製しておいたパラメトキシベンゼンスルホン酸の結晶を微量添加し、系中のパラメトキシベンゼンスルホン酸分を結晶析出させた。得られた結晶物を濾過により回収し、そこに蒸留水を添加し、液温が４０℃になるまで加温して再び溶解させ、濃度が５５％になるように調整した。そして、約４０℃の状態から徐々に温度を下げ、２０℃になったところで、再びあらかじめ作製しておいたパラメトキシベンゼンスルホン酸の結晶を微量添加して、結晶を析出させた。結晶物を濾過で回収し、パラメトキシベンゼンスルホン酸がメトキシベンゼンスルホン酸全体中の９８モル％を占めるメトキシベンゼンスルホン酸を得た。

サンプル２（パラ体の含有量が全体中の９３モル％であるメトキシベンゼンスルホン酸）
９８％硫酸５６０ｇをメトキシベンゼン６００ｇに攪拌しながら滴下した。その後、攪拌を続けながら８０〜８５℃に温度を上げた後、３時間、反応させた。反応終了後、５００ｇの蒸留水を加えた。次いで、エーテル２００ｇを添加し、２層に分離した下層（水相）を取り出し、さらに、蒸留による濃縮と水を添加する操作を２回繰り返し、メトキシベンゼンスルホン酸を得た。分析の結果、このメトキシベンゼンスルホン酸中のパラメトキシベンゼンスルホン酸の含有率はメトキシベンゼンスルホン酸全体中の９３モル％であった。

サンプル３（パラ体の含有率が全体中の８６モル％であるメトキシベンゼンスルホン酸であって、比較例に用いるもの）
９８％硫酸５６０ｇをメトキシベンゼン６００ｇに攪拌しながら滴下した。その後、攪拌を続けながら４５〜５５℃に温度を上げた後、１２時間、反応させた。反応終了後、５００ｇの蒸留水を加えた。次いで、エーテル２００ｇを添加し、２層に分離した下層を取り出し、さらに、蒸留による濃縮と水を添加する操作を２回繰り返し、メトキシベンゼンスルホン酸を得た。分析の結果、このメトキシベンゼンスルホン酸のパラメトキシベンゼンスルホン酸の含有率はベンゼンスルホン酸誘導体全体中の８６モル％であった。

サンプル４（パラ体の含有率が全体中の９９モル％であるトルエンスルホン酸）
９８％硫酸５６０ｇをトルエン６００ｇに攪拌しながら滴下した。その後、攪拌を続けながら１１０〜１２０℃に温度を上げた後、５時間、反応させた。反応終了後、温度を下げながら、蒸留水を加え、温度が約２０℃になったところで、あらかじめ作製しておいたパラトルエンスルホン酸の結晶を微量添加し、系中のパラトルエンスルホン酸分を結晶析出させた。得られた結晶物を濾過により回収し、そこに蒸留水を添加し、液温が６０℃になるまで加温して再び溶解させた後、再び徐々に温度を下げ、約２０℃になったところで、再びあらかじめ作製しておいたパラトルエンスルホン酸の結晶を微量添加して、結晶を析出させた。結晶物を濾過で回収し、パラトルエンスルホン酸がトルエンスルホン酸体全体中の９９モル％を占めるトルエンスルホン酸を得た。

サンプル５（パラトルエンスルホン酸の含有率が全体中の８５モル％であるトルエンスルホン酸であって、比較例に用いるもの）
９８％硫酸５６０ｇをトルエン５６０ｇに攪拌しながら滴下した。その後、攪拌を続けながら６０〜７０℃に温度を上げた後、５時間、反応させた。反応終了後、５００ｇの蒸留水を加えた。次いで、エーテル２００ｇを添加し、２層に分離した下層（水相）を取り出し、さらに、蒸留による濃縮と水を添加する操作を２回繰り返し、トルエンスルホン酸を得た。分析の結果、このトルエンスルホン酸のパラトルエンスルホン酸の含有率はトルエンスルホン酸全体中の８５モル％であった。

つぎに、上記サンプル１〜５に示すベンゼンスルホン酸誘導体を用いて、以下に示すように、実施例１〜４および比較例１〜３の酸化剤兼ドーパントのアルコール溶液を製造した。該アルコール溶液の製造にあたり、まず、上記サンプル１〜５のベンゼンスルホン酸誘導体と反応させるための水酸化第二鉄のｎ−ブタノール分散液を次に示すように製造した。

２５℃で、１０００ｍｌの蒸留水にＦｅ_２（ＳＯ_４）_３・８Ｈ_２Ｏを１０８．６ｇ（０．２モル）溶解した溶液を激しく攪拌しながら、その中に濃度が５モル／リットルの水酸化ナトリウム水溶液をゆっくりと添加してｐＨ７に調整した後、遠心分離により上澄みを取り除いて水酸化第二鉄の沈殿を得た。余分の水溶性塩を取り除くため、４０００ｍｌの蒸留水に沈殿を分散させた後、遠心分離で上清を取り除く操作を２回繰り返した。得られた沈殿を５００ｇのｎ−ブタノールに分散させた。

上記とは別に、表１に示す各ベンゼンスルホン酸誘導体（サンプル１〜５およびそれらの混合物）をあらかじめ５００ｇのｎ−ブタノールにそれぞれ０．５６モル溶解しておき、その溶液中に前記の水酸化第二鉄のｎ−ブタノール分散液を添加した。室温下、一晩かきまぜて反応させた後、蒸留して濃縮することとｎ−ブタノールを添加する操作を繰り返し、ベンゼンスルホン酸誘導体の第二鉄塩の濃度が５０％のｎ−ブタノール溶液（水分含量１％）をそれぞれ得た。

上記表１から明らかなように、実施例１の酸化剤兼ドーパントはパラ体含有率が９９モル％のトルエンスルホン酸の第二鉄塩で構成されるものであり、実施例２の酸化剤兼ドーパントはパラ体含有率が９８モル％のメトキシベンゼンスルホン酸の第二鉄塩で構成されるものであり、実施例３の酸化剤兼ドーパントはパラ体含有率が９３モル％のメトキシベンゼンスルホン酸の第二鉄塩で構成されるものであり、実施例４の酸化剤兼ドーパントはパラ体含有率が９９モル％のトルエンスルホン酸とパラ体含有率が９８モル％のメトキシベンゼンスルホン酸とを質量比９：１で混合したパラ体含有率が９０モル％以上のベンゼンスルホン酸誘導体の第二鉄塩で構成されるものである。そして、比較例１の酸化剤兼ドーパントはパラ体含有率が８５モル％のトルエンスルホン酸の第二鉄塩で構成されるものであり、比較例２の酸化剤兼ドーパントはパラ体含有率が８６モル％のメトキシベンゼンスルホン酸の第二鉄塩で構成されるものであり、比較例７の酸化剤兼ドーパントはパラ体含有率が８５モル％のトルエンスルホン酸とパラ体含有率が８６モル％のメトキシベンゼンスルホン酸とを質量比９：１で混合したパラ体含有率が９０モル％より低いベンゼンスルホン酸誘導体の第二鉄塩で構成されるものである。

酸化剤兼ドーパントのｎ−ブタノール溶液の保存安定性評価：
上記のように製造した実施例１〜４および比較例１〜３の酸化剤兼ドーパントのｎ−ブタノール溶液を、それぞれ５０ｍｌのバイアル２本ずつに入れ、密栓後、一方は５℃の条件下、もう一方は２５℃の条件下で６カ月間静置し、沈殿発生の有無を目視にして観察した。その結果を表２に示す。

表２に示すように、実施例１〜４および比較例１〜３の酸化剤兼ドーパントのｎ−ブタノール溶液は、２５℃で６カ月経過しても沈殿が生じず、保存安定性が優れていた。

導電性高分子を合成したときの評価：
導電性高分子の合成にあたり、モノマーとしてチオフェン誘導体である３，４−エチレンジオキシチオフェンを用い、前記のように製造した実施例１〜４および比較例１〜３の酸化剤兼ドーパントのｎ−ブタノール溶液のそれぞれ５００μｌに、３，４−エチレンジオキシチオフェンを６０μｌ添加し、充分かき混ぜることにより、３，４−エチレンジオキシチオフェンの酸化重合を開始させ、それらを直ちに、３ｃｍ×５ｃｍのセラミックプレート上に１８０μｌ滴下した。湿度６０％、温度２５℃で３時間重合させた後、上記セラミックプレートを水中に浸して洗浄し、１３０℃で３０分間乾燥して、セラミックプレート上にポリエチレンジオキシチオフェンをシート状に形成した。次に上記セラミックプレート上のポリエチレンジオキシチオフェンのシートに１．５トンの荷重をかけたまま５分間静置してシートにかかる圧力を均等にした後、該ポリエチレンジオキシチオフェンの導電率を４探針方式の測定器（三菱化学社製ＭＣＰ−Ｔ６００）により測定した。その結果を表３に示す。

表３に示すように、実施例１〜４の導電性高分子（ポリエチレンオキシジオキシチオフェン）は、比較例１〜３の導電性高分子（ポリエチレンオキシジオキシチオフェン）に比べて、導電率が高く、この結果から、パラ体含有率が９０モル％以上のトルエンスルホン酸の第二鉄塩またはパラ体含有率が９０モル％以上のメトキシベンゼンスルホン酸の第二鉄塩を酸化剤兼ドーパントとして用いて製造した導電性高分子は、高い導電率を有することが明らかであった。

次に、上記実施例１〜４および比較例１〜３のポリエチレンジオキシチオフェンの各シートについて、導電率を測定した後、各シートを１５０℃の恒温槽中に静置しておき、経時的にシートを取り出して導電率を測定した。その際の各シートの２４時間経過後および４８時間経過後の導電率の保持率を表４に示す。

なお、導電率の保持率は、経時後の導電率を初期導電率（表３記載の導電率）で割り、パーセント（％）表示したものである。これを式で表すと、次のようになる。保持率の高い方が、熱に対する導電率の低下が起こりにくいことになり、耐熱性が優れていることを示す。
経時後の導電率
導電率の保持率（％）＝ ――――――――――― × １００
初期導電率

表４に示すように、実施例１〜４の導電性高分子は、比較例１〜３の導電性高分子に比べて、導電率の保持率が高く、耐熱性が優れていた。すなわち、パラ体含有率が９０モル％以上のトルエンスルホン酸の第二鉄塩またはパラ体含有率が９０モル％以上のメトキシベンゼンスルホン酸の第二鉄塩を酸化剤兼ドーパントとして用いて製造した導電性高分子は、耐熱性が優れていた。

実施例５〜７および比較例４
パラ体含有率が９９モル％のトルエンスルホン酸を用い、アルコールとしてはエタノールを用い、前記実施例１と同様の操作で、酸化剤兼ドーパントとなるトルエンスルホン酸の第二鉄塩の濃度５５％のエタノール溶液を製造した。ただし、該溶液の水分含率に関しては、水分含率を１．０％（実施例５）、２．５％（実施例６）、５．０％（実施例７）および１０．０％（比較例４）とした。

このようにして得た実施例５〜７および比較例４の酸化剤兼ドーパントのエタノール溶液について、実施例１と同様に、沈殿が生じるまでの保存安定性を調べた。その結果を表５に示す。

表５に示すように、水分含率を５．０％以下に規制した実施例５〜７の酸化剤兼ドーパントのエタノール溶液は、トルエンスルホン酸の第二鉄塩の濃度が５５％と高いにもかかわらず、５℃の保存条件下では、６カ月以上沈殿が生じず、保存安定性が優れていた。

実施例８〜９および比較例５〜６
パラ体含有率が９８モル％のメトキシベンゼンスルホン酸を用い、アルコールとしては、エタノールを用い、前記実施例1と同様の操作で、酸化剤兼ドーパントとなるメトキシベンゼンスルホン酸誘導体の第二鉄塩の濃度５５％のエタノール溶液を製造した。ただし、該溶液の水分含率に関しては、水分含率を１．０％（実施例８）、２．５％（実施例９）、５．０％（比較例５）および１０．０％（比較例６）とした。

このようにして得た実施例８〜９および比較例５〜６の酸化剤兼ドーパントのエタノール溶液について、実施例１などと同様に、沈殿が発生するまでの保存安定性を調べた。その結果を表６に示す。

表６に示すように、水分含率を２．５％以下に規制した実施例８〜９の酸化剤兼ドーパントのエタノール溶液は、メトキシベンゼンスルホン酸の第二鉄塩の濃度が５５％と高いにもかかわらず、５℃の保存条件下では、６カ月以上沈殿が生じず、保存安定性が優れていた。

なお、一般式（１）中のＲがアルキル基のトルエンスルホン酸の第二鉄塩の場合は、水分含率が５％でも、表５に実施例７として示すように、保存安定性が優れていたが、一般式（１）中のＲがアルコキシ基のメトキシベンゼンスルホン酸の第二鉄塩の場合は、水分含率が５％のときは、表６に比較例５として示すように、保存安定性が低下した。

つぎに、上記実施例５〜９および比較例４〜６の酸化剤兼ドーパントのエタノール溶液を用い、実施例１と同様の条件下で、３，４−エチレンジオキシチオフェンを重合させて導電性高分子（ポリエチレンジオキシチオフェン）を合成し、その導電率および導電率の保持率を調べた。その結果を表７に示す。

表７に示すように、実施例５〜９の導電性高分子は、導電率が高く、かつ導電率の保持率も実施例１〜４と同程度の高いレベルを維持していて、耐熱性が優れていた。

実施例１０〜１２および比較例７
パラ体含有率が９９モル％のトルエンスルホン酸を用い、アルコールとしてはメタノールを用い、前記実施例１と同様の操作で、酸化剤兼ドーパントとなるトルエンスルホン酸の第二鉄塩の濃度５５％のメタノール溶液を製造した。ただし、該溶液の水分含率に関しては、水分含率を１．０％（実施例１０）、２．５％（実施例１１）、５．０％（実施例１２）および１０．０％（比較例７）とした。

このようにして得た実施例１０〜１２および比較例７の酸化剤兼ドーパントのメタノール溶液について、実施例１と同様に、沈殿が生じるまでの保存安定性を調べた。その結果を表８に示す。

表８に示すように、水分含率を５．０％以下に規制した実施例１０〜１２の酸化剤兼ドーパントのメタノール溶液は、トルエンスルホン酸の第二鉄塩の濃度が５５％と高いにもかかわらず、５℃の保存条件下では、６カ月以上沈殿が生じず、保存安定性が優れていた。

実施例１３〜１４および比較例８〜９
パラ体含有率が９８モル％のメトキシベンゼンスルホン酸を用い、アルコールとしてはメタノールを用い、前記実施例1と同様の操作で、酸化剤兼ドーパントとなるメトキシベンゼンスルホン酸誘導体の第二鉄塩の濃度５５％のメタノール溶液を製造した。ただし、該溶液の水分含率に関しては、水分含率を１．０％（実施例１３）、２．５％（実施例１４）、５．０％（比較例８）および１０．０％（比較例９）とした。

このようにして得た実施例１３〜１４および比較例８〜９の酸化剤兼ドーパントのメタノール溶液について、実施例１と同様に、沈殿が生じるまでの保存安定性を調べた。その結果を表９に示す。

表９に示すように、水分含率を２．５％以下に規制した実施例１３〜１４の酸化剤兼ドーパントのメタノール溶液は、メトキシベンゼンスルホン酸の第二鉄塩の濃度が５５％と高いにもかかわらず、５℃の保存条件下では、６カ月以上沈殿が生じず、保存安定性が優れていた。

なお、一般式（１）中のＲがアルキル基のトルエンスルホン酸の第二鉄塩の場合は、水分含率が５％でも、表８に実施例１２として示すように、保存安定性が優れていたが、一般式（１）中のＲがアルコキシ基のメトキシベンゼンスルホン酸の第二鉄塩の場合は、水分含率が５％のとき、表９に比較例８として示すように、保存安定性が悪くなっていた。

つぎに、上記実施例１０〜１４および比較例７〜９の酸化剤兼ドーパントのメタノール溶液を用い、実施例１と同様の条件下で、３，４−エチレンジオキシチオフェンを重合させて導電性高分子（ポリエチレンジオキシチオフェン）を合成し、その導電率および導電率の保持率を調べた。その結果を表１０に示す。

表１０に示すように、実施例１０〜１４の導電性高分子は、導電率が高く、かつ導電率の保持率も実施例１〜４と同程度の高いレベルを維持していて、耐熱性が優れていた。

実施例１５および比較例１０〜１２
パラ体含有率が９９モル％のトルエンスルホン酸を用い、アルコールとしてはｎ−ブタノールを用い、前記実施例１と同様の操作で、酸化剤兼ドーパントとなるトルエンスルホン酸の第二鉄塩の濃度５５％のｎ−ブタノール溶液を製造した。ただし、該溶液の水分含率に関しては、水分含率を１．０％（実施例１５）、２．５％（比較例１０）、５．０％（比較例１１）および１０．０％（比較例１２）とした。

このようにして得た実施例１５および比較例１０〜１２の酸化剤兼ドーパントのｎ−ブタノール溶液について、実施例１と同様に、沈殿が生じるまでの保存安定性を調べた。その結果を表１１に示す。

表１１に示すように、水分含率を１．０％にした実施例１５の酸化剤兼ドーパントのｎ−ブタノール溶液は、トルエンスルホン酸の第二鉄塩の濃度が５５％と高いにもかかわらず、５℃の保存条件下では、６カ月以上沈殿が生じず、保存安定性が優れていた。

実施例１６および比較例１３〜１５
パラ体含有率が９８モル％のメトキシベンゼンスルホン酸を用い、アルコールとしては、ｎ−ブタノールを用い、前記実施例1と同様の操作で、酸化剤兼ドーパントとなるメトキシベンゼンスルホン酸誘導体の第二鉄塩の濃度５５％のｎ−ブタノール溶液を製造した。ただし、該溶液の水分含率に関しては、水分含率を１％（実施例１６）、２．５％（比較例１３）、５％（比較例１４）および１０％（比較例１５）とした。

このようにして得た実施例１６および比較例１３〜１５の酸化剤兼ドーパントのｎ−ブタノール溶液について、実施例１と同様に、沈殿が生じるまでの保存安定性を調べた。その結果を表１２に示す。

表１２に示すように、水分含率を１％にした実施例１６の酸化剤兼ドーパントのｎ−ブタノール溶液は、メトキシベンゼンスルホン酸の第二鉄塩の濃度が５５％と高いにもかかわらず、５℃の保存条件下では、６カ月以上沈殿が生じず、保存安定性が優れていた。

つぎに、上記実施例１５〜１６および比較例１０〜１５の酸化剤兼ドーパントのｎ−ブタノール溶液を用い、実施例１と同様の条件下で、３，４−エチレンジオキシチオフェンを重合させて導電性高分子（ポリエチレンジオキシチオフェン）を合成し、その導電率および導電率の保持率を調べた。その結果を表１３に示す。

表１３に示すように、実施例１５〜１６の導電性高分子は、導電率が高く、かつ導電率の保持率も実施例１〜４と同程度の高いレベルを維持していて、耐熱性が優れていた。

つぎに、本発明の酸化剤兼ドーパントについて、アルミ巻回型コンデンサによる評価について示す。評価にあたって使用する酸化剤兼ドーパントのアルコール溶液については以下の実施例１７および比較例１６〜１８に示すものを準備した。

実施例１７
パラ体含有率が９８モル％のメトキシベンゼンスルホン酸を用い、アルコールとしてエタノールを用いて、実施例１と同様の操作で、酸化剤兼ドーパントとなるメトキシベンゼンスルホン酸の第二鉄塩の濃度が５０％で、水分含率が１．０％の酸化剤兼ドーパントのエタノール溶液を製造した。

比較例１６
パラ体含有率が９８モル％のメトキシベンゼンスルホン酸を用い、アルコールとしてエタノールを用いて、実施例１と同様の操作で、酸化剤兼ドーパントとなるメトキシベンゼンスルホン酸の第二鉄塩の濃度が５０％で、水分含率が５．０％の酸化剤兼ドーパントのエタノール溶液を製造した。

比較例１７
パラ体含有率が８５モル％のトルエンスルホン酸を用い、アルコールとしてｎ−ブタノールを用いて。実施例１と同様の操作で、酸化剤兼ドーパントとなるトルエンスルホン酸の濃度が５０％で、水分含率が１．０％の酸化剤兼ドーパントのｎ−ブタノール溶液を製造した。

比較例１８
パラ体含有率が８５モル％のトルエンスルホン酸を用い、アルコールとしてｎ−ブタノールを用いて、実施例１と同様の操作で、酸化剤兼ドーパントとなるトルエンスルホン酸の第二鉄塩の濃度が５０％で、水分含率が５．０％の酸化剤兼ドーパントのｎ−ブタノール溶液を製造した。

つぎに、それらの酸化剤兼ドーパントのアルコール溶液を用い、モノマーとして３，４−エチレンジオキシチオフェンを用い、その重合を以下に示すようなアルミ巻回型コンデンサの作製工程中で行った。

アルミニウム箔の表面をエッチング処理した後、化成処理を行って誘電体層を形成した陽極にリード端子を取り付け、また、アルミニウム箔からなる陰極にリード端子を取り付け、それらのリード端子付き陽極と陰極とをセパレータを介して巻回して、コンデンサ素子を作製した。

次に、上記コンデンサ素子を濃度が３０％の３，４−エチレンジオキシチオフェンのエタノール溶液に浸漬し、引き出した後、前記実施例１７および比較例１６〜１８の酸化剤兼ドーパントのアルコール溶液のそれぞれに、上記コンデンサ素子をそれぞれ別々に浸漬し、引き出した後、６０℃で２時間加熱することによって、３，４−エチレンジオキシチオフェンを重合させてポリエチレンジオキシチオフェンからなる固体電解質層を形成した。これを外装材で外装して、アルミ巻回型コンデンサを作製した。

上記のようにして作製したアルミ巻回型コンデンサについて、そのＥＳＲを、HEWLETT PACKARD社製のLCRメーター（４２８４A）を用い、２５℃の条件下、１００ｋHｚで測定を行った。その結果を表１４に示す。

表１４から明らかなように、実施例１７のアルミ巻回型コンデンサは、比較例１６〜１８のアルミ巻回型コンデンサに比べて、ＥＳＲが低く、優れた電気特性を示すことがわかる。

Claims (11)

1. 一般式（１）
   

   

   
   
   （式中、Ｒは炭素数１〜４のアルキル基またはアルコキシ基を表す）
   で表わされるベンゼンスルホン酸誘導体であって、ベンゼン環におけるＲ基とＳＯ_３Ｈ基とがパラ位に位置するものが、全体の９０モル％以上であるベンゼンスルホン酸誘導体の第二鉄塩からなり、水分含率が５質量％以下であることを特徴とする導電性高分子合成用酸化剤兼ドーパント。
2. 一般式（１）中のＲの炭素数が１である請求項１記載の導電性高分子合成用酸化剤兼ドーパント。
3. 請求項１または請求項２記載で、かつ、その一般式（１）中のＲがアルキル基である酸化剤兼ドーパントをメタノールまたはエタノールに溶解してなり、上記酸化剤兼ドーパントの濃度が５０質量％以上で、水分含率が５質量％以下である導電性高分子合成用酸化剤兼ドーパントのメタノールまたはエタノール溶液。
4. 水分含量が１質量％以下である請求項３記載の導電性高分子合成用酸化剤兼ドーパントのメタノールまたはエタノール溶液。
5. 請求項１または請求項２記載で、かつ、その一般式（１）中のＲがアルコキシ基である酸化剤兼ドーパントをメタノールまたはエタノールに溶解してなり、上記酸化剤兼ドーパントの濃度が５０質量％以上で、水分含率が２．５質量％以下である導電性高分子合成用酸化剤兼ドーパントのメタノールまたはエタノール溶液。
6. 水分含量が１質量％以下である請求項５記載の導電性高分子合成用酸化剤兼ドーパントのメタノールまたはエタノール溶液。
7. 請求項１または請求項２記載の酸化剤兼ドーパントをｎ−ブタノールに溶解してなり、上記酸化剤兼ドーパントの濃度が５０質量％以上で、かつ水分含率が１質量％以下である導電性高分子合成用酸化剤兼ドーパントのｎ−ブタノール溶液。
8. 請求項１または２記載の酸化剤兼ドーパントを用いて、チオフェンまたはその誘導体を重合させて合成したことを特徴とする導電性高分子。
9. 請求項３〜７のいずれかに記載の酸化剤兼ドーパントのメタノールまたはエタノール溶液を用いて、チオフェンまたはその誘導体を重合させて合成したことを特徴とする導電性高分子。
10. 請求項７記載の酸化剤兼ドーパントのｎ−ブタノール溶液を用いて、チオフェンまたはその誘導体を重合させて合成したことを特徴とする導電性高分子。
11. 請求項８〜１０のいずれかに記載の導電性高分子を固体電解質として用いたことを特徴とする固体電解コンデンサ。