JP2007224182A - Electrically conductive polymer composition - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrically conductive polymer composition that comprises a π-conjugated polymer and a dopant agent imparting high electrical conductivity to the π-conjugated polymer and maintaining the high electrical conductivity even under a high-temperature and high-humidity environment. <P>SOLUTION: The electrically conductive polymer composition comprises a π-conjugated polymer and a solid acid having a sulfonic acid group wherein the solid acid having a sulfonic acid group is a polycondensation compound having a sulfonic acid group. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

近年、エレクトロニクスの発展に伴って、新しいエレクトロニクス材料が開発されている。特に機能性有機材料の分野においてめざましい技術革新が進み、導電性材料に限ってみても、ポリアセチレン、ポリアニリン、ポリパラフェニル、ポリピロール、ポリチオフェンなどのπ共役系高分子物質に、電子授与性化合物をドーパンドとしてドープした導電性高分子材料が開発され、例えば、PCや携帯電話のコンポーネント部品であるアルミやタンタル固体電解コンデンサの固体電解質をはじめELのホール注入層、半導体用チャージアップ防止剤、金属の防錆剤、帯電・静電防止剤、電磁波シールド剤、バッテリー 、電極材料、リチウム二次電池、太陽電池 、燃料電池、センサー 、ガスセンサ、バイオセンサ、温度センサ、湿度センサ、圧力・歪みセンサ、エレクトロクロミズム、光スイッチング素子、光記録素子、エレクトロルミネッセンス素子、非線形光学材料、被覆修飾電極、触媒機能、透過制御膜、イオン透過膜、アミノ酸透過膜、アクチュエーター、フィラー、プリント配線板のスルーホールメッキ、光誘起エレクトロクロミズム(フォトエレクトロクロミズム)、エレクトロクロミック素子など多方面に渡って利用が拡大しており、多くの企業にビジネスチャンスをもたらしている。
しかしながら、これら導電性高分子物質の実用性を拡大するには、電気伝導度のさらなる向上を図るとともに、耐熱性や耐湿性といった環境安定性が大きな課題となっている。
これらの実用化に向けた課題に対し、とりわけ環境安定性に関して、特許文献1において、m−スルホベンズアミド類をドーパント剤として用いたπ共役系高分子化合物および特許文献2において、m−フルオロベンゼンスルホン酸誘導体をドーパント剤として用いることが述べられている。
しかし、高温度(例えば、150℃の空気中)に加え水分が共存した場合、導電性が低下したり、ドーパント剤のスルホン酸基が脱離するという問題点がある。
したがって、導電性高分子の実用性拡大には、高湿度かつ高温度での安定性向上が不可欠といえる。
In recent years, with the development of electronics, new electronic materials have been developed. In particular, remarkable technological innovations have progressed in the field of functional organic materials, and even when limited to conductive materials, electron-donating compounds are doped with π-conjugated polymers such as polyacetylene, polyaniline, polyparaphenyl, polypyrrole, and polythiophene. Conductive polymer materials have been developed, such as solid electrolytes in aluminum and tantalum solid electrolytic capacitors, which are component parts of PCs and mobile phones, as well as EL hole injection layers, semiconductor charge-up prevention agents, and metal protection. Rust agent, antistatic / antistatic agent, electromagnetic shielding agent, battery, electrode material, lithium secondary battery, solar cell, fuel cell, sensor, gas sensor, biosensor, temperature sensor, humidity sensor, pressure / strain sensor, electrochromism , Optical switching element, optical recording element, electro Minence element, nonlinear optical material, coating modified electrode, catalytic function, permeation control film, ion permeable film, amino acid permeable film, actuator, filler, through-hole plating of printed wiring board, photo-induced electrochromism (photoelectrochromism), electrochromic The use is expanding in various fields such as devices, bringing business opportunities to many companies.
However, in order to expand the practicality of these conductive polymer substances, further improvement in electrical conductivity and environmental stability such as heat resistance and moisture resistance are major issues.
With respect to these problems for practical application, in particular, regarding environmental stability, in Patent Document 1, a π-conjugated polymer compound using m-sulfobenzamides as a dopant agent and in Patent Document 2, m-fluorobenzenesulfone The use of acid derivatives as dopant agents is stated.
However, when moisture coexists in addition to high temperature (for example, in the air at 150 ° C.), there are problems that conductivity is lowered and sulfonic acid groups of the dopant agent are eliminated.
Therefore, it can be said that improving the stability at high humidity and high temperature is indispensable for expanding the practicality of the conductive polymer.

特開2000−204074号公報JP 2000-204074 A 特開2003−40856号公報JP 2003-40856 A

本発明の課題は、π共役系高分子と、前記π共役系高分子に高い導電性とともに、高温・高湿度環境下においても高い導電性を維持できるドーパント剤を含有する導電性重合体組成物の提供を目的とする。
An object of the present invention is to provide a conductive polymer composition containing a π-conjugated polymer and a dopant agent capable of maintaining high conductivity in a high-temperature / high-humidity environment together with the π-conjugated polymer. The purpose is to provide.

本発明は、上記課題を解決すべく鋭意研究を進めた結果、π共役系高分子と、スルホン酸基とを有する固体酸とを含有することを特徴とする導電性重合体組成物に関する。   The present invention relates to a conductive polymer composition comprising a π-conjugated polymer and a solid acid having a sulfonic acid group as a result of earnest research to solve the above problems.

また、本発明は、スルホン酸基を有する固体酸が、スルホン酸基を有する重縮合化合物であることを特徴とする上記導電性重合体組成物に関する。   The present invention also relates to the above conductive polymer composition, wherein the solid acid having a sulfonic acid group is a polycondensation compound having a sulfonic acid group.

また、本発明は、π共役系高分子が、ポリアニリン、ポリチオフェン、またはポリピロールであることを特徴とする上記導電性重合体組成物に関する。
The present invention also relates to the above conductive polymer composition, wherein the π-conjugated polymer is polyaniline, polythiophene, or polypyrrole.

本発明の導電性重合体組成物は、π共役系高分子と、スルホン酸基を有する固体酸とを含有することを特徴とするものであり、前記スルホン酸基を有する固体酸が、スルホン酸基を有する重縮合化合物である。前記スルホン酸基を有する固体酸は、芳香族化合物の環化縮合した化合物をスルホン酸化したスルホン酸基を有する重縮合化合物であるので、スルホン酸基の脱離が生じにくく、耐熱性に優れている。また、前記固体酸は、超強酸体であり、酸解離定数が高いので、優れたドーパント剤となると推測される。π共役系高分子と、スルホン酸基を有する固体酸とを含有する導電性重合体組成物は、高い導電性と共に、高温・高湿度環境下においても高い導電性を維持できるという、顕著な効果を奏する。
また、さらなる本発明は、上記導電性重合体組成物のπ共役系高分子が、ポリアニリンまたはポリチオフェンまたはポリピロールであることを特徴とするものであり、高い導電性と共に、高温・高湿度環境下においても高い導電性を維持できるという、さらなる顕著な効果を奏する。
The conductive polymer composition of the present invention contains a π-conjugated polymer and a solid acid having a sulfonic acid group, and the solid acid having a sulfonic acid group is a sulfonic acid. It is a polycondensation compound having a group. Since the solid acid having a sulfonic acid group is a polycondensation compound having a sulfonic acid group obtained by sulfonating a compound obtained by cyclocondensation of an aromatic compound, the sulfonic acid group is hardly released and has excellent heat resistance. Yes. Moreover, since the said solid acid is a super strong acid body and its acid dissociation constant is high, it is estimated that it becomes an excellent dopant agent. The conductive polymer composition containing a π-conjugated polymer and a solid acid having a sulfonic acid group has a remarkable effect that it can maintain high conductivity even in a high temperature / high humidity environment as well as high conductivity. Play.
Further, the present invention is characterized in that the π-conjugated polymer of the conductive polymer composition is polyaniline, polythiophene or polypyrrole, and has high conductivity in a high temperature / high humidity environment. Furthermore, there is a further remarkable effect that high conductivity can be maintained.

以下、本発明を更に詳しく説明する。
本発明におけるπ共役系高分子は、ポリアニリン、ポリチオフェン、またはポリピロールなどの原料であるモノマーを酸化重合することで得られる。
酸化重合としては、化学酸化重合や電解重合、光化学酸化重合など公知の方法で行うことが可能である。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
The π-conjugated polymer in the present invention can be obtained by oxidative polymerization of monomers that are raw materials such as polyaniline, polythiophene, or polypyrrole.
The oxidative polymerization can be performed by a known method such as chemical oxidative polymerization, electrolytic polymerization, or photochemical oxidative polymerization.

本発明で酸化重合に使用される酸化剤としては、金属系と非金属系とがあり、酸化させることが可能であれば特に限定はない。電解酸化重合においては、反応媒体中で高電導性重合体を生成する電解酸化重合法と同程度の酸化電位を有する酸化剤が好適である。   The oxidizing agent used for the oxidative polymerization in the present invention includes a metallic type and a nonmetallic type, and is not particularly limited as long as it can be oxidized. In the electrolytic oxidation polymerization, an oxidizing agent having an oxidation potential comparable to that of the electrolytic oxidation polymerization method for producing a highly conductive polymer in the reaction medium is suitable.

金属系酸化剤としては、例えば、鉄(III)塩、モリブテン(V)塩、ルテニウム(III)塩などが挙げられる。非金属系酸化剤としては、例えば、過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウム、過硫酸ナトリウム等の過硫酸塩、過酸化ベンゾイル、過酸化水素等の過酸化物、ペルオキシホウ酸ナトリウム、ペルオキシホウ酸、ペルオキシ硫酸、ペルオキシ硫酸アンモニウム、ペルオキシ硫酸、ペルオキシ硫酸水素カリウムなどのペルオキシ酸類、過塩素酸、過塩素酸銅などの過塩素酸類、次亜塩素酸、次亜塩素酸ナトリム、次亜塩素酸カリウム等の塩素酸類が挙げれられる。   Examples of the metal oxidant include iron (III) salt, molybdate (V) salt, ruthenium (III) salt and the like. Examples of non-metallic oxidants include persulfates such as ammonium persulfate, potassium persulfate, and sodium persulfate, peroxides such as benzoyl peroxide and hydrogen peroxide, sodium peroxyborate, peroxyboric acid, and peroxysulfuric acid. , Peroxy acids such as ammonium peroxysulfate, peroxysulfuric acid, potassium peroxysulfate, perchloric acids such as perchloric acid, copper perchlorate, chloric acids such as hypochlorous acid, sodium hypochlorite, potassium hypochlorite Can be mentioned.

また、これら酸化剤の触媒となる化合物の添加も、必要に応じてなされるものである。これら酸化触媒を例示すれば、鉄イオン(II)、鉄イオン(III)といった遷移金属イオン類、鉄サレン系化合物といった有機遷移金属錯体化合物類、西洋ワサビ由来ペルオキシダーゼといった、ペルオキシダーゼ類が挙げられる。   In addition, the addition of a compound serving as a catalyst for these oxidizing agents is performed as necessary. Examples of these oxidation catalysts include transition metal ions such as iron ions (II) and iron ions (III), organic transition metal complex compounds such as iron salen compounds, and peroxidases such as horseradish peroxidase.

本発明におけるポリチオフェンの原料であるモノマーとしては、チオフェン骨格を有する化合物、多環状スルフィド骨格を有する化合物などが挙げられる。
チオフェン骨格を有する化合物としては、例えば、3−メチルチオフェン、3−エチルチオフェン、3−n−プロピルチオフェン、3−n−ブチルチオフェン、3−n−ペンチルチオフェン、3−n−ヘキシルチオフェン、3−n−ヘプチルチオフェン、3−n−オクチルチオフェン、3−n−ノニルチオフェン、3−n−デシルチオフェン、3−n−ウンデシルチオフェン、3−n−ドデシルチオフェン、3−n−オクタドデシルチオフェン、3−メトキシチオフェン、3−フェニルチオフェン、3−チオフェンカルボン酸、3−チオフェンアルデヒド、チオフェン−3−酢酸、3−チオフェンエタノール、3−チオフェンマロン酸、3−チオフェンメタノール、3−フルオロチオフェン、3−ブロモチオフェン、3−ヨードチオフェン、3−シアノチオフェン、3−ブロモ−4−メチルチオフェン、3,4−ジメチルチオフェン、3,4−ジエチルチオフェン、3,4−ブチレンチオフェン、3,4−メチレンジオキシチオフェン、3,4−エチレンジオキシチオフェン等の誘導体を挙げることができるがこれらに限定するものではない。これらの化合物は、一般には市販されている化合物であるか、または公知の方法(例えば,SyntheticMetals、1986年15巻169頁)で調整することができる。これらを単独または2種以上組み合わせて酸化重合して、ポリチオフェンを製造することが可能である。
Examples of the monomer that is a raw material of polythiophene in the present invention include a compound having a thiophene skeleton and a compound having a polycyclic sulfide skeleton.
Examples of the compound having a thiophene skeleton include 3-methylthiophene, 3-ethylthiophene, 3-n-propylthiophene, 3-n-butylthiophene, 3-n-pentylthiophene, 3-n-hexylthiophene, 3- n-heptylthiophene, 3-n-octylthiophene, 3-n-nonylthiophene, 3-n-decylthiophene, 3-n-undecylthiophene, 3-n-dodecylthiophene, 3-n-octadodecylthiophene, 3 -Methoxythiophene, 3-phenylthiophene, 3-thiophenecarboxylic acid, 3-thiophene aldehyde, thiophene-3-acetic acid, 3-thiopheneethanol, 3-thiophenmalonic acid, 3-thiophenemethanol, 3-fluorothiophene, 3-bromo Thiophene, 3-iodothiophene, -Cyanothiophene, 3-bromo-4-methylthiophene, 3,4-dimethylthiophene, 3,4-diethylthiophene, 3,4-butylenethiophene, 3,4-methylenedioxythiophene, 3,4-ethylenedioxy Although derivatives, such as thiophene, can be mentioned, it is not limited to these. These compounds are generally commercially available compounds, or can be prepared by known methods (for example, Synthetic Metals, 1986, Vol. 15, p.169). Polythiophene can be produced by oxidative polymerization of these alone or in combination of two or more.

多環状スルフィド骨格を有する化合物としては、例えば、1,3−ジヒドロ多環状スルフィド(別名、1,3−ジヒドロベンゾ[c]チオフェン)骨格を有する化合物、1,3−ジヒドロナフト[2,3−c]チオフェン骨格を有する化合物、1,3−ジヒドロアントラ[2,3−c]チオフェン骨格を有する化合物、1,3−ジヒドロナフタセノ[2,3−c]チオフェン骨格を有する化合物を挙げることができる。これらは、例えば特開平8−3156号公報記載等の公知の方法により調整することができる。   Examples of the compound having a polycyclic sulfide skeleton include a compound having a 1,3-dihydropolycyclic sulfide (also known as 1,3-dihydrobenzo [c] thiophene) skeleton, 1,3-dihydronaphtho [2,3- c) a compound having a thiophene skeleton, a compound having a 1,3-dihydroanthra [2,3-c] thiophene skeleton, and a compound having a 1,3-dihydronaphthaceno [2,3-c] thiophene skeleton. it can. These can be adjusted by known methods such as those described in JP-A-8-3156.

また、例えば、1,3−ジヒドロナフト[1,2−c]チオフェン骨格を有する化合物、1,3−ジヒドロフェナントラ[2,3−c]チオフェン誘導体、1,3−ジヒドロトリフェニロ[2,3−c]チオフェン骨格を有する化合物、1,3−ジヒドロベンゾ[a]アントラセノ[7,8−c]チオフェン誘導体なども利用できる。   Further, for example, a compound having a 1,3-dihydronaphtho [1,2-c] thiophene skeleton, a 1,3-dihydrophenanthra [2,3-c] thiophene derivative, a 1,3-dihydrotriphenylo [2 , 3-c] thiophene skeleton, 1,3-dihydrobenzo [a] anthraceno [7,8-c] thiophene derivatives, and the like can also be used.

縮合環に窒素またはN−オキシドを任意に含んでいる場合もあり、例えば1,3−ジヒドロチエノ[3,4−b]キノキサリン、1,3−ジヒドロチエノ[3,4−b]キノキサリン−4−オキシド、1,3−ジヒドロチエノ[3,4−b]キノキサリン−4,9−ジオキシド等を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。   The condensed ring may optionally contain nitrogen or N-oxide, such as 1,3-dihydrothieno [3,4-b] quinoxaline, 1,3-dihydrothieno [3,4-b] quinoxaline-4-oxide 1,3-dihydrothieno [3,4-b] quinoxaline-4,9-dioxide, and the like, but is not limited thereto.

本発明におけるポリアニリンの原料であるモノマーとしては、アニリン骨格を有する化合物が挙げられる。例えば、2−メチルアニリン、2−エチルアニリン、2−プロピルアニリン、2−ブチルアニリン、2−ペンチルアニリン、2−ヘキシルアニリン、2−ヘプチルアニリン、2−オクチルアニリン、2−ノニルアニリン、2−デシルアニリン、2−フルオルアニリン、2−クロロアニリン、2−ブロモアニリン、2−シアノアニリン、2,5−ジメチルアニリン、2,5−ジエチルアニリン、2,3−ブチレンアニリン、2,3−メチレンジオキシアニリン、2,3−エチレンジオキシアニリン等の化合物を挙げることができる。これらの化合物は、市販品が入手可能であり、また公知の方法で製造することができる。これらを単独または2種以上組み合わせて酸化重合して、ポリアニリンを製造することが可能である。   Examples of the monomer that is a raw material for polyaniline in the present invention include compounds having an aniline skeleton. For example, 2-methylaniline, 2-ethylaniline, 2-propylaniline, 2-butylaniline, 2-pentylaniline, 2-hexylaniline, 2-heptylaniline, 2-octylaniline, 2-nonylaniline, 2-decyl Aniline, 2-fluoroaniline, 2-chloroaniline, 2-bromoaniline, 2-cyanoaniline, 2,5-dimethylaniline, 2,5-diethylaniline, 2,3-butyleneaniline, 2,3-methylenedi Examples thereof include compounds such as oxyaniline and 2,3-ethylenedioxyaniline. These compounds are commercially available and can be produced by known methods. Polyaniline can be produced by oxidative polymerization of these alone or in combination of two or more.

本発明におけるポリピロールの原料であるモノマーとしては、ピロール骨格を有する化合物が挙げられる。 例えば、3−メチルピロール、3−エチルピロール、3−プロピルピロール、3−ブチルピロール、3−ペンチルピロール、3−ヘキシルピロール、3−ヘプチルピロール、3−オクチルピロール、3−ノニルピロール、3−デシルピロール、3−フルオロピロール、3−クロロピロール、3−ブロモピロール、3−シアノピロール、3,4−ジメチルピロール、3,4−ジエチルピロール、3,4−ブチレンピロール、3,4−メチレンジオキシピロール、3,4−エチレンジオキシピロール等の化合物を挙げることができる。これらの化合物は、市販品が入手可能であり、また公知の方法で製造することができる。これらを単独または2種以上組み合わせて酸化重合して、ポリアニリンを製造することが可能である。
前記ポリチオフェンの原料であるモノマー、ポリアニリンの原料であるモノマー、ポリピロールの原料であるモノマーを単独または2種以上組み合わせて酸化重合して、π共役系高分子を製造することが可能である。
Examples of the monomer that is a raw material for polypyrrole in the present invention include compounds having a pyrrole skeleton. For example, 3-methylpyrrole, 3-ethylpyrrole, 3-propylpyrrole, 3-butylpyrrole, 3-pentylpyrrole, 3-hexylpyrrole, 3-heptylpyrrole, 3-octylpyrrole, 3-nonylpyrrole, 3-decyl Pyrrole, 3-fluoropyrrole, 3-chloropyrrole, 3-bromopyrrole, 3-cyanopyrrole, 3,4-dimethylpyrrole, 3,4-diethylpyrrole, 3,4-butylenepyrrole, 3,4-methylenedioxy Examples of the compound include pyrrole and 3,4-ethylenedioxypyrrole. These compounds are commercially available and can be produced by known methods. Polyaniline can be produced by oxidative polymerization of these alone or in combination of two or more.
It is possible to produce a π-conjugated polymer by oxidative polymerization of a monomer that is a raw material of the polythiophene, a monomer that is a raw material of polyaniline, or a monomer that is a raw material of polypyrrole, alone or in combination of two or more.

本発明におけるスルホン酸基を有する固体酸としては、芳香族環が2以上縮合した多環式芳香族炭化水素または、カリックスアレンのような芳香環が集合している芳香族多環化合物にスルホン酸基を有するものが挙げられる。
本発明におけるスルホン酸基を有する重縮合化合物としては、芳香族化合物とを、常圧下で重縮合化剤の存在下で加熱処理し、得られた重縮合化合物を、スルホン酸化剤でスルホン酸化することで得られる固体酸の製造方法に関するものであり、好ましくは加熱処理温度が50℃〜220℃であり、より好ましくは加熱処理温度が90℃〜150℃であり、また、前記芳香族化合物は常圧下で50℃〜220℃で液体状態であることが好ましく、常圧下で重縮合化剤の存在下で加熱処理し、得られた重縮合化合物を、スルホン酸化剤でスルホン酸化したものである。
より好ましくは、芳香族化合物が常圧下で90℃〜150℃で液体状態であり、常圧下で重縮合化剤の存在下で90℃〜150℃で加熱処理し、得られた重縮合化合物を、スルホン酸化剤でスルホン酸化したものである。ここでいう液体状態とは、反応温度が融点以上沸点以下であるか、反応温度において他の液状物質に溶解して液体である部分が存在する状態、例えば、熱処理温度100℃において、ナフタレン(融点80.2℃、沸点218℃)中にコロネン(融点438〜440℃)が存在するような状態のことをいう。
Examples of the solid acid having a sulfonic acid group in the present invention include a polycyclic aromatic hydrocarbon in which two or more aromatic rings are condensed, or an aromatic polycyclic compound in which aromatic rings such as calixarene are assembled to sulfonic acid. The thing which has group is mentioned.
As the polycondensation compound having a sulfonic acid group in the present invention, an aromatic compound is heat-treated in the presence of a polycondensation agent under normal pressure, and the resulting polycondensation compound is sulfonated with a sulfonated agent. The heat treatment temperature is preferably 50 ° C. to 220 ° C., more preferably the heat treatment temperature is 90 ° C. to 150 ° C., and the aromatic compound is It is preferably in a liquid state at 50 ° C. to 220 ° C. under normal pressure, heat-treated in the presence of a polycondensation agent under normal pressure, and the resulting polycondensation compound is sulfonated with a sulfonated agent. .
More preferably, the aromatic compound is in a liquid state at 90 ° C. to 150 ° C. under normal pressure, and heat-treated at 90 ° C. to 150 ° C. in the presence of a polycondensation agent under normal pressure. Sulfonated with a sulfonating agent. The liquid state here means a state in which the reaction temperature is not lower than the melting point and not higher than the boiling point, or in a state where there is a liquid part dissolved in another liquid substance at the reaction temperature, for example, at a heat treatment temperature of 100 ° C. 80.2 ° C., boiling point 218 ° C.) means that coronene (melting point: 438 to 440 ° C.) exists.

本発明で用いる芳香族化合物としては、芳香環が1以上含まれる化合物であればいずれも使用でき、これらの内の2種以上複数種組み合わせて使用することもできる。   As the aromatic compound used in the present invention, any compound containing one or more aromatic rings can be used, and two or more of these compounds can be used in combination.

その中でも、常圧下で50℃〜220℃で液体状態である芳香族化合物を原料に使用した場合、よりプロトン性伝導性が高く耐熱性に優れ、且つイオン交換容量、触媒性能などにも優れ、作業安全性、収率、分子設計の自由度が高く、再現性よく、且つ容易に製造できることが多いので好ましく使用できる。   Among them, when an aromatic compound that is in a liquid state at 50 ° C. to 220 ° C. under normal pressure is used as a raw material, it has higher protonic conductivity and excellent heat resistance, and excellent ion exchange capacity, catalyst performance, etc. It can be preferably used because it has a high degree of freedom in work safety, yield, and molecular design, is often reproducible and can be easily manufactured.

本発明で用いる芳香族化合物としては、具体的には、例えば、ベンゼンあるいは置換基含有ベンゼンが挙げられる。前記置換基としては、ハロゲン基、フェニル基、アルコキシル基、アミノ基、水酸基、N−オキシド基、フェニルオキシド基、アミノ基、ヒドラジル基、フェルダジル基、ニトロ基、ニトロソ基、水酸基、燐酸基、ジスルフィド基、メルカプタン基、アミド基、イミド基、イソシアネート基、ビニル基、(メタ)アクロリル基、シアノ基、カルボン酸、アルデヒド基、炭化水素基が挙げられる。炭化水素基は鎖状であっても、環状であってもよく、環状炭化水素は脂肪族系でも芳香族系でもよく、さらには単環であっても、多環であっても、またヘテロ環であってもよい。また炭化水素基は置換基を含んでいてもよい。   Specific examples of the aromatic compound used in the present invention include benzene and substituent-containing benzene. Examples of the substituent include halogen group, phenyl group, alkoxyl group, amino group, hydroxyl group, N-oxide group, phenyl oxide group, amino group, hydrazyl group, ferdazyl group, nitro group, nitroso group, hydroxyl group, phosphate group, disulfide Group, mercaptan group, amide group, imide group, isocyanate group, vinyl group, (meth) acrylyl group, cyano group, carboxylic acid, aldehyde group, hydrocarbon group. The hydrocarbon group may be linear or cyclic, and the cyclic hydrocarbon may be aliphatic or aromatic, and may be monocyclic, polycyclic, or heterocyclic. It may be a ring. The hydrocarbon group may contain a substituent.

また、本発明で用いる芳香族化合物として、ナフタレン、ピレン、ベンゾ(α)ピレン、ベンゾアントラセン、アントラセン、フェナントレン、コロネン、ケクレンなどの少なくとも2以上の芳香環が縮合している多環式芳香族炭化水素あるいは置換基含有多環式芳香族炭化水素が挙げられる。
前記置換基としては前述の置換基が挙げられる。
In addition, as the aromatic compound used in the present invention, polycyclic aromatic carbonization in which at least two or more aromatic rings such as naphthalene, pyrene, benzo (α) pyrene, benzoanthracene, anthracene, phenanthrene, coronene, and ketrene are condensed. Examples thereof include hydrogen or a substituent-containing polycyclic aromatic hydrocarbon.
Examples of the substituent include the above-described substituents.

また、本発明で用いる芳香族化合物として、ビフェニル、ターフェニル、クァテルフェニル、キンクフェニル、セクシフェニル、セプチフェニル、オクチフェニル、ノビフェニル、デシフェニル、ヘキサフェニルベンゼンなどの芳香環が2個以上集合しているポリフェニル、置換基含有ポリフェニルが挙げられる。
前記置換基としては前述の置換基が挙げられる。
In addition, as an aromatic compound used in the present invention, two or more aromatic rings such as biphenyl, terphenyl, quaterphenyl, kinkphenyl, sexualphenyl, septiphenyl, octiphenyl, nobiphenyl, deciphenyl, hexaphenylbenzene are aggregated. Examples thereof include polyphenyl and substituent-containing polyphenyl.
Examples of the substituent include the above-described substituents.

また、本発明で用いる芳香族化合物として、前記ベンゼン、置換基含有ベンゼン、多環式芳香族炭化水素、置換基含有多環式芳香族炭化水素、ポリフェニル、置換基含有ポリフェニルが、アミド結合、エステル結合、エーテル結合、スルホン結合、イミド結合、ウレタン基、尿素結合、ケトン結合、炭素−炭素2重結合、炭素−炭素3重結合などで結合された芳香環が1個以上含まれる芳香環含有化合物あるいは、これらの結合の1種以上複数種組み合わせてなる芳香環含有有機化合物が挙げられる。
例えば、ポリ芳香族スルホン類、ポリスチレン類、ポリフェノール類、ポリイミド類、ポリアルキッド類、ポリアミド酸、ポリメラミン類、ベンゾグアナミン類、ポリベンゾグアナミン類、ポリビスマレイミド−トリアジン類、ポリアリル類、ポリエポキシ類、ポリアミド類、ポリアミドイミド類、ポリアリレート類、ポリアリルスルホン類、ポリベンゾイミダゾール類、ポリカーボネート類、ポリエーテルエーテルケトン類、ポリエーテルイミド類、ポリエーテルケトン類、ポリエーテルニトリル類、ポリエーテルスルホン類、ポリチオエーテルスルホン類、ポリエチレンテレフタレート類、ポリアミノビスマレイミド類、ポリケトン類、ポリフェニルエーテル類、ポリフェニルスルフィド類、SAN樹脂類、ポリウレタン類、ポリキシレン類などの合成ポリマー類などを挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
より好ましくは、常圧下で50℃〜220℃で液体状態である芳香族化合物としては、ベンゼン、安息香酸、トルエン、キシレン、ナフタレン、1−ナフタレンカルボン酸、2−ナフタレンカルボン酸、1−ナフトール、2−ナフトール、ビフェニル、ピレン、アントラセン、ベンゾアントラセン、ビス(N,N−ジメチルアニリン)などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
本発明の加熱処理温度範囲としては、重縮合反応が生じる温度であればよく、50℃〜220℃が好ましく、90℃〜150℃がさらに好ましい。
In addition, as the aromatic compound used in the present invention, the benzene, the substituent-containing benzene, the polycyclic aromatic hydrocarbon, the substituent-containing polycyclic aromatic hydrocarbon, polyphenyl, the substituent-containing polyphenyl is an amide bond. , An aromatic ring containing one or more aromatic rings bonded by ester bond, ether bond, sulfone bond, imide bond, urethane group, urea bond, ketone bond, carbon-carbon double bond, carbon-carbon triple bond, etc. An aromatic compound containing an aromatic ring formed by combining one or more kinds of contained compounds or one or more of these bonds.
For example, polyaromatic sulfones, polystyrenes, polyphenols, polyimides, polyalkyds, polyamic acids, polymelamines, benzoguanamines, polybenzoguanamines, polybismaleimide-triazines, polyallyls, polyepoxies, polyamides , Polyamideimides, polyarylates, polyallyl sulfones, polybenzimidazoles, polycarbonates, polyether ether ketones, polyether imides, polyether ketones, polyether nitriles, polyether sulfones, poly Thioether sulfones, polyethylene terephthalates, polyamino bismaleimides, polyketones, polyphenyl ethers, polyphenyl sulfides, SAN resins, polyurethanes, polyxylates And the like can be mentioned synthetic polymers such as kind, but is not limited thereto.
More preferably, examples of the aromatic compound that is in a liquid state at 50 ° C. to 220 ° C. under normal pressure include benzene, benzoic acid, toluene, xylene, naphthalene, 1-naphthalenecarboxylic acid, 2-naphthalenecarboxylic acid, 1-naphthol, Examples include, but are not limited to, 2-naphthol, biphenyl, pyrene, anthracene, benzoanthracene, and bis (N, N-dimethylaniline).
The heat treatment temperature range of the present invention may be any temperature at which a polycondensation reaction occurs, and is preferably 50 ° C to 220 ° C, more preferably 90 ° C to 150 ° C.

また、芳香族化合物が常圧下で50℃〜220℃で液体状態であると、重縮合化剤への接触がより向上されるので、重縮合反応が促進させ易いために効果的であると推測されるためである。
本発明で用いる重縮合化剤としては、五塩化アンチモン、塩化アルミニウム、臭化アルミニウム、四塩化チタン、四塩化スズ、塩化亜鉛、塩化銅、塩化鉄、などをAlCl3、FeCl3、SbCl5,BF3,ZnCl2,TiCl4,HF,H3PO4,P25、ポリリン酸などルイス酸触媒、塩化第二鉄、フェリシアン化カリウム、二酸化マンガン、過酸化水素、過硫酸、ヨウ素、酸化セレン、有機過酸など諸種の酸化剤、Scholl反応に使用される縮合剤、固体酸や一般的な脱水素触媒などを挙げることができるが、これらに限定するもではない。
これらの添加方法は、一度に添加してもよく、別々に添加してもよい。
また、重縮合を促進させるために、ルイス酸触媒と酸化剤とを組み合わせてもよい。
また、重縮合を促進させるために、重縮合化剤の溶融温度を下げる塩化カリウム、塩化ナトリウム、ヨウ化カリウム、臭化ナトリウム、ヨウ化ナトリウム、臭化カリウム、などのアルカリ金属塩などを組み合わせることも効果的である。
In addition, if the aromatic compound is in a liquid state at 50 ° C. to 220 ° C. under normal pressure, contact with the polycondensation agent is further improved, and thus it is presumed that the polycondensation reaction is facilitated to be effective. It is to be done.
Examples of the polycondensation agent used in the present invention include antimony pentachloride, aluminum chloride, aluminum bromide, titanium tetrachloride, tin tetrachloride, zinc chloride, copper chloride, iron chloride, and the like such as AlCl 3 , FeCl 3 , SbCl 5 , BF 3 , ZnCl 2 , TiCl 4 , HF, H 3 PO 4 , P 2 O 5 , Lewis acid catalyst such as polyphosphoric acid, ferric chloride, potassium ferricyanide, manganese dioxide, hydrogen peroxide, persulfuric acid, iodine, selenium oxide And various oxidizing agents such as organic peracids, condensing agents used in Scholl reaction, solid acids and general dehydrogenation catalysts, but are not limited thereto.
These addition methods may be added at once, or may be added separately.
In order to promote polycondensation, a Lewis acid catalyst and an oxidizing agent may be combined.
In order to promote polycondensation, a combination of alkali metal salts such as potassium chloride, sodium chloride, potassium iodide, sodium bromide, sodium iodide, potassium bromide, etc. that lowers the melting temperature of the polycondensation agent is combined. Is also effective.

本発明の重縮合化剤の添加量としては、重縮合反応が生じる量であればよいが、より好ましくは、芳香族化合物100重量部に対して50〜2000重量部である。好ましくは、100〜500重量部である。
本発明におけるルイス酸触媒と酸化剤の組み合わせによる比率は、ルイス酸触媒100重量部に対して酸化剤0.01から100重量部である。
本発明におけるハロゲン化アルカリ金属の添加量としては、ルイス酸触媒100重量部に対して、ハロゲン化金属1〜100重量部である。より好ましくは、5〜60重量部である。
The addition amount of the polycondensation agent of the present invention may be an amount that causes a polycondensation reaction, but is more preferably 50 to 2000 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the aromatic compound. Preferably, it is 100-500 weight part.
In the present invention, the ratio by the combination of the Lewis acid catalyst and the oxidizing agent is 0.01 to 100 parts by weight of the oxidizing agent with respect to 100 parts by weight of the Lewis acid catalyst.
The addition amount of the alkali metal halide in the present invention is 1 to 100 parts by weight of the metal halide with respect to 100 parts by weight of the Lewis acid catalyst. More preferably, it is 5 to 60 parts by weight.

また、本重縮合反応は、溶媒の非存在下においても行い得るが、溶媒の存在下でも行うことができる。
この溶媒としては、ニトロメタン、ニトロプロパン、ニトロベンゼン、二硫化炭素など、一般的にFriedel−Crafts反応やカチオン重合などに使用される溶媒が使用できる。
The polycondensation reaction can be performed in the absence of a solvent, but can also be performed in the presence of a solvent.
As this solvent, a solvent generally used for Friedel-Crafts reaction or cationic polymerization, such as nitromethane, nitropropane, nitrobenzene and carbon disulfide, can be used.

本重縮合反応で得られる重縮合化合物は、過剰のルイス酸を取り除く方法としては酸性水溶液、例えば希塩酸、希硫酸などで加水分解を行うことで得られる。
加水分解は、酸性水溶液へ本重縮合反応溶液を添加する方法や反応容器中の重縮合反応溶液へ酸性水溶液を添加する方法などにより行える。加水分解後、濾過による取り出し方法、重縮合反応物を溶解する溶媒を添加し溶液として取り出し、この溶液から溶媒を取り除き得る方法や再沈殿方法で得る方法などにより得られる。
The polycondensation compound obtained by this polycondensation reaction can be obtained by hydrolysis with an acidic aqueous solution such as dilute hydrochloric acid or dilute sulfuric acid as a method for removing excess Lewis acid.
Hydrolysis can be performed by a method of adding the polycondensation reaction solution to an acidic aqueous solution, a method of adding an acidic aqueous solution to the polycondensation reaction solution in a reaction vessel, or the like. After hydrolysis, it can be obtained by a method of taking out by filtration, a method of adding a solvent that dissolves the polycondensation reaction product and taking out it as a solution, removing the solvent from this solution, a method of obtaining by a reprecipitation method, and the like.

本発明におけるスルホン酸基を有する重縮合化合物は、芳香族化合物が、常圧下で重縮合化剤の存在下で加熱処理し重縮合、すなわち、2個またそれ以上の芳香環が、新たに2個またはそれ以上の原子を共有した形で一体となった縮合環を生成すること、縮合の進んだ複雑に重縮合した多環式芳香族炭化水素のアモルファス体が生成されること、一般に縮合した芳香環の数が増えるにつれてその性質は黒鉛に近くなり、この縮合の進んだ複雑に重縮合した多環式芳香族炭化水素、IRやNMR、GPCなどで構造や分子量などで分子設計された多環式芳香族炭化水素をスルホン酸化剤でスルホン酸化することで、酸化による結合の破壊分解させずに先の性質を保持し、任意にスルホン酸基を導入できるという知見を応用した製造により得られた固体酸である。   In the polycondensation compound having a sulfonic acid group in the present invention, the aromatic compound is subjected to heat treatment in the presence of a polycondensation agent under normal pressure, that is, polycondensation, that is, two or more aromatic rings are newly added. The formation of fused rings with one or more atoms in common, the formation of complex polycondensed polycyclic aromatic hydrocarbons with advanced condensation, generally condensed As the number of aromatic rings increases, its properties become close to that of graphite, and this polycondensed aromatic hydrocarbon, which has undergone condensation, has been designed in terms of structure and molecular weight by IR, NMR, GPC, etc. It is obtained by applying the knowledge that cyclic aromatic hydrocarbons are sulfonated with a sulfonating agent, retaining the previous properties without breaking the bond due to oxidation, and optionally introducing sulfonic acid groups. It is a solid acid.

本発明者らは、常圧下で重縮合化剤の存在下、50℃〜220℃で加熱処理し、得られた重縮合化合物をスルホン酸化剤でスルホン酸化を行えば、炭素化が進み、大きく発達した疎水性の多環式芳香族炭化水素が作られ、これをスルホン酸化剤でスルホン酸化することで、水に不溶の固体酸になることを予想して常圧下で加熱処理を行った結果、目的を達成できた。   When the present inventors heat-treat at 50 ° C. to 220 ° C. in the presence of a polycondensation agent under normal pressure, and sulfonated the resulting polycondensation compound with a sulfonated agent, carbonization proceeds and is greatly increased. The result of heat treatment under normal pressure in anticipation of the development of a developed hydrophobic polycyclic aromatic hydrocarbon, which is sulfonated with a sulfonating agent to form a solid acid insoluble in water. And achieved the goal.

本発明で用いるスルホン酸化剤としては、三酸化硫黄、濃硫酸、発煙硫酸、クロロ硫酸、アミド硫酸などが挙げられるがこれらに限定されるものではない。
本発明のスルホン酸化剤の添加量としては、スルホン酸化剤の種類やスルホン酸化導入量により添加量は変わるが、重縮合化合物にスルホン酸化が生じる量であればよく、好ましくは、有機化合物100重量部に対して0.1〜2000重量部である。
このときの反応温度としては、スルホン酸化剤の種類やスルホン基導入量などにより反応温度は適宜変わるが、好ましくは、−20℃〜250℃である。
Examples of the sulfonating agent used in the present invention include, but are not limited to, sulfur trioxide, concentrated sulfuric acid, fuming sulfuric acid, chlorosulfuric acid, amidosulfuric acid and the like.
The addition amount of the sulfonating agent of the present invention varies depending on the kind of sulfonating agent and the amount of introduction of sulfonation, but any amount that causes sulfonation to the polycondensation compound may be used, and preferably 100 wt. 0.1 to 2000 parts by weight with respect to parts.
The reaction temperature at this time is suitably -20 ° C to 250 ° C, although the reaction temperature varies appropriately depending on the type of the sulfonating agent and the amount of sulfone group introduced.

本スルホン酸化反応は、溶媒の非存在下においても行い得るが、溶媒の存在下でも行うことができる。この溶媒としては、例えば、ペンタン、ヘキサン、ベンゼン、トルエン、キシレン、などの炭化水素溶媒;ジクロロメタン、クロロホルム、四塩化炭素、ジクロロエタン、テトラクロロエタン、トリクロロフルオロメタン、1、1、2ートリクロロー1、2、2ートリフルオロエタン、などのハロゲン化炭化水素溶媒;ニトロメタン、ニトロエタン、ニトロプロパン、ニトロベンゼン、などの含窒素溶媒、などが挙げられる。このほか一般にフリーデル−クラフツ反応やカチオン重合などに使用される溶媒も適宜に選択して好適に使用できる。なお、これらの溶媒は、1種単独で用いても2種以上混合して用いてもよい。   The sulfonation reaction can be performed in the absence of a solvent, but can also be performed in the presence of a solvent. Examples of the solvent include hydrocarbon solvents such as pentane, hexane, benzene, toluene and xylene; dichloromethane, chloroform, carbon tetrachloride, dichloroethane, tetrachloroethane, trichlorofluoromethane, 1,1,2-trichloro-1,2, Halogenated hydrocarbon solvents such as 2-trifluoroethane; nitrogen-containing solvents such as nitromethane, nitroethane, nitropropane, and nitrobenzene. In addition, a solvent generally used for Friedel-Crafts reaction, cationic polymerization and the like can be appropriately selected and used suitably. These solvents may be used alone or in combination of two or more.

本重縮合反応系を構成するに当たって、芳香族化合物と重縮合化剤などの配合の順序、方法については特に制限はなく、それぞれを同時にあるいは種々の順序、様式で段階的に配合することも可能である。
また、本スルホン酸化反応系を構成するに当たって、重縮合化合物とスルホン酸化剤などの配合の順序、方法については特に制限はなく、それぞれを同時にあるいは種々の順序、様式で段階的に配合することも可能である。
本発明のスルホン酸化剤でスルホン酸化して得られる固体酸は、反応溶液をイオン交換水で希釈し、デカンテーションあるいは一般濾過、精密濾過、限外濾過、逆浸透濾過などによって、上澄み液また濾液が中和になるまで洗浄を行う。
In configuring this polycondensation reaction system, there are no particular restrictions on the order and method of blending the aromatic compound and the polycondensation agent, and each can be blended simultaneously or stepwise in various orders and manners. It is.
In addition, there are no particular restrictions on the order and method of blending the polycondensation compound and the sulphonating agent, etc. in configuring this sulphonation reaction system, and they may be blended simultaneously or stepwise in various orders and manners. Is possible.
The solid acid obtained by sulfonating with the sulfonating agent of the present invention is obtained by diluting the reaction solution with ion-exchanged water, and decanting or performing general filtration, microfiltration, ultrafiltration, reverse osmosis filtration, etc. Wash until is neutralized.

乾燥方法としては、自然乾燥や熱風乾燥、外部加熱乾燥、スプレードライ、マイクロ波や赤外線、遠赤外線を使用した乾燥、凍結乾燥などで行うことができる。   As a drying method, natural drying, hot air drying, external heating drying, spray drying, drying using microwaves, infrared rays, far infrared rays, freeze drying, or the like can be performed.

本発明におけるスルホン酸基を有する固体酸のスルホン酸基の対陽イオンとしては、水素イオン、アルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオンおよび周期律表第VIII族の遷移金属イオンからなる群より選ばれるイオンであることが好ましい。特に、スルホン酸基の対イオンが、水素イオン、ナトリウムイオン、カリウムイオン、鉄(III)からなる群より選ばれるイオンであることが好ましい。これは、後術の電解酸化重合法において、pHを中性領域に保つことで好適な重合速度を得るためであり、特にナトリウムイオン、カリウムイオンが好ましい。また、後述の化学酸化重合法では遷移金属の酸化・還元を利用するため、容易に酸化できる金属イオンとして、特に鉄(III)イオンが好ましい。   The counter cation of the sulfonic acid group of the solid acid having a sulfonic acid group in the present invention is selected from the group consisting of hydrogen ions, alkali metal ions, alkaline earth metal ions, and transition metal ions of Group VIII of the periodic table. It is preferable that it is an ion. In particular, the counter ion of the sulfonic acid group is preferably an ion selected from the group consisting of hydrogen ion, sodium ion, potassium ion, and iron (III). This is in order to obtain a suitable polymerization rate by maintaining pH in a neutral region in the subsequent electrolytic oxidation polymerization method, and sodium ions and potassium ions are particularly preferable. In addition, since the chemical oxidative polymerization method described later utilizes oxidation and reduction of transition metals, iron (III) ions are particularly preferable as metal ions that can be easily oxidized.

本発明における導電性重合体組成物は、例えば、π共役系高分子にスルホン酸基を有する固体酸をブレンドまたはドーピングしてなる。
本発明におけるブレンドの方法としては、乾式法、湿式法、溶融式法が挙げられる。
乾式法としては、前記固体酸およびπ共役系高分子が粉体状で、例えば、各種混合機、混練機を使用してブレンドできる。その中でも混合物を渦巻き状、上下方向、円周方向を一挙に行える点においてアジテート式の混合機であるヘンシェルミキサー、スーパーミキサーが好ましい。
湿式法としては、例えば、溶媒スラリーの状態(溶媒と前記固体酸および/またはπ共役系高分子を混合して調整することができる。ここで使用する溶媒の種類は特に限定されず、特に不純物を多く含むものでない限り、あらゆる溶媒が使用できる。)で、混合方法は特に限定されず、通常液状の混合に使用されるいずれの撹拌機を使用できる。また、必要に応じて、サンドミルなどの分散機により分散処理することも可能である。前記π共役系高分子とスルホン酸基を有する固体酸を含有する混合物が、それを製造する際、最終的にスラリー状として得られる場合は、これを乾燥せずにそのまま使用してもよい。また、通常の方法によって乾燥・粉砕しての使用も可能である。
溶融式法としては、例えば、ニーダー、熱ロール、エクストルーダー等のニ軸押し出し機のような混練機等の溶融混練でブレンドできる。また、通常の方法により粉砕しての使用も可能である。例えば、ジェットミル粉砕機で細粒化してもよい。
The conductive polymer composition in the present invention is formed, for example, by blending or doping a solid acid having a sulfonic acid group to a π-conjugated polymer.
Examples of the blending method in the present invention include a dry method, a wet method, and a melt method.
As the dry method, the solid acid and the π-conjugated polymer are in powder form, and can be blended using, for example, various mixers and kneaders. Among them, a Henschel mixer and a super mixer, which are agitating mixers, are preferable in that the mixture can be swirled, vertically and circumferentially drawn at once.
As the wet method, for example, the state of a solvent slurry (the solvent can be adjusted by mixing the solid acid and / or the π-conjugated polymer. The type of the solvent used here is not particularly limited, and particularly impurities. Any solvent can be used as long as it does not contain a large amount of.), And the mixing method is not particularly limited, and any stirrer usually used for liquid mixing can be used. Moreover, it is also possible to carry out a dispersion process with a disperser such as a sand mill, if necessary. When the mixture containing the π-conjugated polymer and a solid acid having a sulfonic acid group is finally obtained as a slurry when it is produced, it may be used as it is without being dried. Also, it can be used after drying and pulverizing by a usual method.
As the melting method, for example, blending can be performed by melt kneading using a kneader such as a twin screw extruder such as a kneader, a heat roll, or an extruder. Further, it can be used after being pulverized by an ordinary method. For example, the fine particles may be obtained with a jet mill.

本発明における導電性重合体組成物は、必要に応じて添加剤を使用してもよい。
The conductive polymer composition in the present invention may use additives as necessary.

本発明におけるドーピングの方法としては、π共役系高分子をスルホン酸基を有する固体酸の溶液に浸漬する方法、前記固体酸を支持電解質に用いて電解酸化重合する方法、前記固体酸を用い化学酸化重合する方法、前記固体酸の遷移金属塩を用い化学酸化重合する方法、前記固体酸と酸化剤を用い化学酸化重合する方法等の一般的な方法が使用できる。 The doping method in the present invention includes a method of immersing a π-conjugated polymer in a solution of a solid acid having a sulfonic acid group, a method of electrolytic oxidation polymerization using the solid acid as a supporting electrolyte, and a chemical method using the solid acid. General methods such as a method of oxidative polymerization, a method of chemical oxidative polymerization using the transition metal salt of the solid acid, and a method of chemical oxidative polymerization using the solid acid and an oxidizing agent can be used.

浸漬によるドーピングにおいて、スルホン酸基を有する固体酸を溶解または分散する際の溶媒としては、溶解力または分散力のある溶媒であればいずれでも使用できる。例えば、水、アセトニトリル、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、n−ブタノール、ニトロベンゼン、プロピレンカーボネート、エチレングリコール等を使用することができる。
本発明の浸漬によるドーピングにおいては、モノマーを酸化重合した後、π共役系高分子形成体をよく洗浄し、残存する酸化剤およびその還元体を除去することが望ましい。この際、溶媒としては、酸化重合工程で用いられるものと同様のものを用いることができる。さらに、洗浄後、高分子形成体はよく乾燥し、残存する溶媒を除去することが望ましい。得られる電導性高分子形成体に酸化剤あるいはその還元体または溶媒が残存していると、これを二次成形する際、熱により表面の導電性皮膜が変質する原因となったり、使用時にガスを発生させる原因となることがある。必要に応じて、溶液を撹拌してもよい。
As a solvent for dissolving or dispersing a solid acid having a sulfonic acid group in doping by immersion, any solvent having a dissolving power or a dispersing power can be used. For example, water, acetonitrile, methanol, ethanol, isopropyl alcohol, n-butanol, nitrobenzene, propylene carbonate, ethylene glycol and the like can be used.
In the doping by dipping according to the present invention, it is desirable to thoroughly wash the π-conjugated polymer former after oxidative polymerization of the monomer, and remove the remaining oxidizing agent and its reduced form. At this time, the same solvent as that used in the oxidation polymerization step can be used as the solvent. Furthermore, it is desirable that after the washing, the polymer formed body is well dried to remove the remaining solvent. If the oxidant or its reduced form or solvent remains in the resulting conductive polymer former, it may cause the surface conductive film to be altered by heat during secondary molding, or it may be gas during use. May be caused. If necessary, the solution may be stirred.

本発明において、基材に導電性を付与するためには、表面に形成される導電性皮膜の厚さは、0.02×10-6m〜200×10-6mである。好ましくは、0.02×10-6m〜20×10-6mである。さらに好ましくは、0.05×10-6m〜10×10-6mである。被膜の厚さが、0.02×10-6mより薄いと十分な導電性が得られず、200×10-6mを超えると形成時に被膜の切断や剥離が生じ、導電性が損なわれ易くなるなどの問題が生じる。 In the present invention, in order to impart conductivity to the substrate, the thickness of the conductive film formed on the surface is 0.02 × 10 -6 m~200 × 10 -6 m. Preferably, a 0.02 × 10 -6 m~20 × 10 -6 m. More preferably 0.05 × 10 -6 m~10 × 10 -6 m. If the thickness of the coating is less than 0.02 × 10 −6 m, sufficient conductivity cannot be obtained, and if it exceeds 200 × 10 −6 m, the coating is cut or peeled off during formation, and the conductivity is impaired. Problems such as facilitation arise.

電解酸化重合法においては、支持電解質としてのスルホン酸基を有する固体酸と、前記π共役系高分子の単量体とからなる溶液に、所定の電流あるいは電位を印加することでドーピングされる。必要に応じて、溶液を撹拌してもよい。 In the electrolytic oxidation polymerization method, doping is performed by applying a predetermined current or potential to a solution comprising a solid acid having a sulfonic acid group as a supporting electrolyte and a monomer of the π-conjugated polymer. If necessary, the solution may be stirred.

電解酸化重合反応に使用される溶媒としては、スルホン酸基を有する固体酸を溶解または分散し、かつ前記導電性重合体の単量体を溶解するものであればよく、例えば、水、ジメチルホルムアミド、アセトニトリル、プロピレンカーボネート、エチレングリコール、ニトロベンゼン、メタノール、エタノール、イソプピルアルコール、n−ブタノールなどが挙げられる。電解酸化重合は、通常、−100〜200℃の温度範囲、好ましくは0〜100℃の温度範囲で行うことができ、定電流電解法、定電位電解法のいずれの方法であってもよい。また、電解酸化重合は、窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気下で行うことが望ましい。 The solvent used in the electrolytic oxidation polymerization reaction may be any solvent that dissolves or disperses a solid acid having a sulfonic acid group and dissolves the monomer of the conductive polymer. For example, water, dimethylformamide , Acetonitrile, propylene carbonate, ethylene glycol, nitrobenzene, methanol, ethanol, isopropyl alcohol, n-butanol and the like. The electrolytic oxidation polymerization can be usually performed in a temperature range of −100 to 200 ° C., preferably in a temperature range of 0 to 100 ° C., and may be either a constant current electrolysis method or a constant potential electrolysis method. The electrolytic oxidation polymerization is desirably performed in an atmosphere of an inert gas such as nitrogen or argon.

化学酸化重合法によるドーピングでは、スルホン酸基を有する固体酸の共役塩基を配位する遷移金属錯体と、電子共役系の分子構造を有する高分子化合物を形成する導電性重合体の単量体とを溶媒中で接触させることで、重合とともにドーピングが行われる。遷移金属錯体を構成する中心金属としては、例えば、鉄、コバルト、ルテニウムなどを挙げることでき、これらの中でも特に鉄が好ましい。遷移金属錯体は、通常単量体1モルに対して1〜100モルの量で使用される。前記反応で使用される溶媒は、上記遷移金属錯体ならびに単量体を溶解するものであればよく、例えば、水、ジメチルホルムアミド、アセトニトリル、テトラヒドロフラン、プロピレンカーボネート、エチレングリコールなどを挙げることができる。重合温度は、0〜50℃が好ましく、反応時間は1〜48時間が好ましい。また、重合は窒素やアルゴン等の不活性ガス雰囲気下で行われることが望ましい。
In doping by chemical oxidative polymerization, a transition metal complex that coordinates a conjugated base of a solid acid having a sulfonic acid group, a monomer of a conductive polymer that forms a polymer compound having a molecular structure of an electron conjugated system, and Is contacted in a solvent to perform doping together with polymerization. Examples of the central metal constituting the transition metal complex include iron, cobalt, ruthenium and the like, and iron is particularly preferable among these. The transition metal complex is usually used in an amount of 1 to 100 mol with respect to 1 mol of the monomer. The solvent used in the reaction may be any solvent that dissolves the transition metal complex and the monomer, and examples thereof include water, dimethylformamide, acetonitrile, tetrahydrofuran, propylene carbonate, and ethylene glycol. The polymerization temperature is preferably 0 to 50 ° C., and the reaction time is preferably 1 to 48 hours. The polymerization is desirably performed in an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon.

以下、実施例および比較例により本発明を具体的に説明するが、この例示により本発明が限定的に解釈されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example demonstrate this invention concretely, this invention is not interpreted limitedly by this illustration.

(固体酸1の製造)
4つ口フラスコ300mlに、窒素60ml/min流しながら、無水塩化アルミニウム50gと塩化ナトリウム10gとナフタレン20gを仕込み、30分間緩やかに撹拌した。加熱を開始と同時に窒素を止め、90℃まで加熱し、90℃で30分間保持してから、次いで100℃まで加熱した。100℃〜105℃で4時間反応した。室温まで冷却し、過剰の塩化アルミニウムを失活させるために、希塩酸150mlを加えた。
上澄み液を捨て、トルエン200mlを添加して析出物を溶解した。得られた溶液を濾紙で濾過し、ヘプタン1000mlへ徐々に添加した。得られた沈殿物をろ過し、得た沈殿物を80℃で一晩乾燥し、重縮合反応化合物1を17.1gを得た。
4つ口フラスコ300mlに、重縮合反応化合物1 17.1gと97%硫酸171mlを仕込み、窒素を80ml/min流しながら、180℃まで加熱し、5時間反応させた。この溶液をイオン交換水340mlに撹拌しながら注ぎ込み、1時間そのまま撹拌した。これを、吸引ろ過し、さらにイオン交換水300mlで洗浄した。再度、析出物をイオン交換水300mlに分散し、1時間撹拌を行い、吸引ろ過し、イオン交換水で濾液が中性になるまで洗浄した後、熱風乾燥オーブンにて80℃で一晩乾燥し、固体酸1を23.1gを得た。
酸価の測定は、固体酸1を純水で洗浄した。次に、48時間2規定の硝酸ナトリウム水溶液中で固体酸1と反応させ、固体酸1をフィルターで濾過した。この固体酸1を取り除いた酸性溶液に水酸化ナトリウム溶液を滴下し、窒素気流中で中和点を計測した。その滴下した量により酸価を算出した。固体酸1の酸価値は、4.5meq/gであった。
(Production of solid acid 1)
A 300 ml four-necked flask was charged with 50 g of anhydrous aluminum chloride, 10 g of sodium chloride and 20 g of naphthalene while flowing nitrogen at 60 ml / min, and gently stirred for 30 minutes. Nitrogen was turned off as soon as heating was started, heated to 90 ° C., held at 90 ° C. for 30 minutes, and then heated to 100 ° C. The reaction was carried out at 100 ° C. to 105 ° C. for 4 hours. In order to cool to room temperature and deactivate excess aluminum chloride, 150 ml of dilute hydrochloric acid was added.
The supernatant was discarded and 200 ml of toluene was added to dissolve the precipitate. The resulting solution was filtered through filter paper and gradually added to 1000 ml of heptane. The obtained precipitate was filtered, and the obtained precipitate was dried at 80 ° C. overnight to obtain 17.1 g of polycondensation reaction compound 1.
A 300 ml four-necked flask was charged with 17.1 g of polycondensation reaction compound 1 and 171 ml of 97% sulfuric acid, heated to 180 ° C. while allowing nitrogen to flow at 80 ml / min, and reacted for 5 hours. This solution was poured into 340 ml of ion-exchanged water with stirring and stirred for 1 hour. This was subjected to suction filtration and further washed with 300 ml of ion-exchanged water. Again, the precipitate was dispersed in 300 ml of ion-exchanged water, stirred for 1 hour, suction filtered, washed with ion-exchanged water until the filtrate became neutral, and then dried overnight at 80 ° C. in a hot air drying oven. 23.1 g of solid acid 1 was obtained.
The acid value was measured by washing the solid acid 1 with pure water. Next, it was reacted with solid acid 1 in 2N aqueous sodium nitrate solution for 48 hours, and solid acid 1 was filtered with a filter. A sodium hydroxide solution was dropped into the acidic solution from which the solid acid 1 was removed, and the neutralization point was measured in a nitrogen stream. The acid value was calculated from the amount dropped. The acid value of the solid acid 1 was 4.5 meq / g.

(実施例1)
固体酸1 6.00gとピロール1.34gをイオン交換水200mlに溶解し電解酸化重合用反応液を調整した。この溶液に窒素ガスを焼く15分間バブリングし窒素置換した後、4cm四方のステンレス(SUS304)板2枚を1cm間隔で浸漬し作用極および対極とした。
浸漬した2枚のステンレス電極を用い定電流(1.25mA/cm2)で40分間通電し、電解酸化重合を行った。電極上に生成したポリピロールフィルムはイオン交換水、アセトンで洗浄した後、電極から剥離し、真空中で12時間乾燥した。得られたフィルムの電気伝導度を四探針法で測定した結果168S/cmであった。
生成したポリピロールフィルムを空気中、150℃の高温下で6時間保持した後、電気伝導度を四探針法で測定した結果133S/cmであった。
一方、重合で得られたポリピロールフィルムをイオン交換水中に浸漬し、イオン交換水の温度を90℃とし、12時間保持した。次いで、ポリピロールフィルムをイオン交換水より取り出し、真空乾燥した後に、電気伝導度を四探針法で測定した結果127S/cmであった。
Example 1
6.00 g of solid acid and 1.34 g of pyrrole were dissolved in 200 ml of ion-exchanged water to prepare a reaction solution for electrolytic oxidation polymerization. After bubbling nitrogen gas in this solution for 15 minutes and replacing with nitrogen, two 4 cm square stainless steel (SUS304) plates were immersed at 1 cm intervals to form a working electrode and a counter electrode.
Using two immersed stainless steel electrodes, current was passed at a constant current (1.25 mA / cm 2 ) for 40 minutes to perform electrolytic oxidation polymerization. The polypyrrole film produced on the electrode was washed with ion exchange water and acetone, then peeled off from the electrode, and dried in vacuum for 12 hours. It was 168 S / cm as a result of measuring the electrical conductivity of the obtained film by the four-point probe method.
After the produced polypyrrole film was kept in air at a high temperature of 150 ° C. for 6 hours, the electric conductivity was measured by a four-point probe method to be 133 S / cm.
On the other hand, the polypyrrole film obtained by polymerization was immersed in ion-exchanged water, the temperature of ion-exchanged water was set to 90 ° C., and held for 12 hours. Next, the polypyrrole film was taken out from the ion-exchanged water and dried in vacuum, and then the electrical conductivity was measured by a four-point probe method. As a result, it was 127 S / cm.

(比較例1)
4−フルオロ−2−スルホベンズアミド4.38gとピロール1.34gをイオン交換水200mlに溶解し電解酸化重合用反応液を調整した。この溶液に窒素ガスを焼く15分間バブリングし窒素置換した後、4cm四方のステンレス(SUS304)板2枚を1cm間隔で浸漬し作用極および対極とした。
浸漬した2枚のステンレス電極を用い定電流(1.25mA/cm2)で40分間通電し、電解酸化重合を行った。電極上に生成したポリピロールフィルムはイオン交換水、アセトンで洗浄した後、電極から剥離し、真空中で12時間乾燥した。得られたフィルムの電気伝導度を四探針法で測定した結果162S/cmであった。
生成したポリピロールフィルムを空気中、150℃の高温下で6時間保持した後、電気伝導度を四探針法で測定した結果117S/cmであった。
一方、重合で得られたポリピロールフィルムをイオン交換水中に浸漬し、イオン交換水の温度を90℃とし、12時間保持した。次いで、ポリピロールフィルムをイオン交換水より取り出し、真空乾燥した後に、電気伝導度を四探針法で測定した結果96S/cmであった。
(Comparative Example 1)
A reaction liquid for electrolytic oxidation polymerization was prepared by dissolving 4.38 g of 4-fluoro-2-sulfobenzamide and 1.34 g of pyrrole in 200 ml of ion-exchanged water. After bubbling nitrogen gas in this solution for 15 minutes and replacing with nitrogen, two 4 cm square stainless steel (SUS304) plates were immersed at 1 cm intervals to form a working electrode and a counter electrode.
Using two immersed stainless steel electrodes, current was passed at a constant current (1.25 mA / cm 2 ) for 40 minutes to perform electrolytic oxidation polymerization. The polypyrrole film produced on the electrode was washed with ion exchange water and acetone, then peeled off from the electrode, and dried in vacuum for 12 hours. It was 162 S / cm as a result of measuring the electrical conductivity of the obtained film by the four-point probe method.
After the produced polypyrrole film was kept in air at a high temperature of 150 ° C. for 6 hours, the electric conductivity was measured by a four-point probe method, and was 117 S / cm.
On the other hand, the polypyrrole film obtained by polymerization was immersed in ion-exchanged water, the temperature of ion-exchanged water was set to 90 ° C., and held for 12 hours. Next, the polypyrrole film was taken out from ion-exchanged water, dried in vacuum, and the electrical conductivity was measured by a four-probe method, which was 96 S / cm.

本発明におけるπ共役系高分子と、スルホン酸基を有する固体酸とを含有する導電性重合体組成物は、高い導電性と共に、高温・高湿度環境下においても高い導電性を維持できるので、固体電解コンデンサー、帯電防止フィルム、電磁波シールド材、導電性接着剤、導電性塗料、配線材料、二次電池用電極材料、表示材料、過電流保護素子、半導体素子等に好適に用いることができるので、産業上の利用価値が高い。
Since the conductive polymer composition containing the π-conjugated polymer in the present invention and the solid acid having a sulfonic acid group can maintain high conductivity in a high temperature / high humidity environment together with high conductivity, Since it can be suitably used for solid electrolytic capacitors, antistatic films, electromagnetic shielding materials, conductive adhesives, conductive paints, wiring materials, secondary battery electrode materials, display materials, overcurrent protection elements, semiconductor elements, etc. Industrial use value is high.

Claims (3)

π共役系高分子と、スルホン酸基を有する固体酸とを含有することを特徴とする導電性重合体組成物。   A conductive polymer composition comprising a π-conjugated polymer and a solid acid having a sulfonic acid group. スルホン酸基を有する固体酸が、スルホン酸基を有する重縮合化合物であることを特徴とする請求項1記載の導電性重合体組成物。   2. The conductive polymer composition according to claim 1, wherein the solid acid having a sulfonic acid group is a polycondensation compound having a sulfonic acid group. π共役系高分子が、ポリアニリン、ポリチオフェン、またはポリピロールであることを特徴とする請求項1または2記載の導電性重合体組成物。
The conductive polymer composition according to claim 1 or 2, wherein the π-conjugated polymer is polyaniline, polythiophene, or polypyrrole.
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