JP2009215424A - Electroconductive nano sized polymer particles and method for producing the conductive nano sized polymer particles - Google Patents

Electroconductive nano sized polymer particles and method for producing the conductive nano sized polymer particles Download PDF

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Atsushi Shono
厚 庄野
Makoto Yuasa
真 湯浅
Hidenori Murata
英則 村田
Katsuto Otake
勝人 大竹
Masahiko Abe
正彦 阿部
Yasuhiro Yokota
康裕 横田
Yutaka Yasuda
豊 安田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide conductive nano sized polymer particles that do not contain any surfactant, hence is excellent in conductivity, and to provide a method for producing the conductive nano sized polymer particles. <P>SOLUTION: The electroconductive nano sized polymer particle is useful as functional electronic materials or as electronic sensing materials because it a has an average particle diameter of 10-1,000 nm and does not include in the particle any surfactant that causes drop of conductivity, hence is excellent in conductivity, and the electroconductive nano sized polymer particle can be obtained easily and effectively by mixing a monomer having a π-conjugated double bond in a supercritical carbon dioxide together with an oxidizing agent and performing polymerization. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、導電性高分子ナノ微粒子及び当該導電性高分子ナノ微粒子の製造方法に関する。さらに詳しくは、導電性に優れ、電子センシングマテリアルとして最適な導電性高分子ナノ微粒子及び当該導電性高分子ナノ微粒子の製造方法に関する。   The present invention relates to a conductive polymer nanoparticle and a method for producing the conductive polymer nanoparticle. More specifically, the present invention relates to a conductive polymer nanoparticle that is excellent in conductivity and optimal as an electronic sensing material, and a method for producing the conductive polymer nanoparticle.

ポリチオフェン(Pth)類、ポリピロール(PPy)類、ポリアニリン類(PAn)等に代表されるπ−共役二重結合を有するモノマーの重合体からなる導電性高分子は、電子センシングマテリアル(電子機能性材料)への応用が期待されている。一方、これらの導電性高分子は、そのπ−共役二重結合の強固さのために水や有機溶媒に対する溶解性が低く、成形加工が困難であるといった問題があった。   A conductive polymer composed of a polymer of a monomer having a π-conjugated double bond represented by polythiophene (Pth), polypyrrole (PPy), polyaniline (PAn) and the like is an electronic sensing material (electronic functional material). ) Is expected to be applied. On the other hand, these conductive polymers have a problem that they are difficult to mold due to their low solubility in water and organic solvents due to their strong π-conjugated double bonds.

よって、これらの導電性高分子を微粒子状態で合成・重合することが検討されており、例えば、モノマーに対して、水や有機溶媒といった助溶媒とノニオン系界面活性剤やアニオン系界面活性剤等の界面活性剤を分散剤として適用し、酸化剤を使用しない電解重合で、π−共役二重結合を有するモノマーの重合体からなるナノサイズの導電性高分子微粒子(導電性高分子ナノ微粒子)を製造する方法が提案されている(例えば、特許文献1を参照。)。また、溶媒として、超臨界状態の二酸化炭素とエタノールを用い、酸化剤として塩化鉄(FeCl)、及び界面活性剤を適用したポリピロールの製造方法も提案されている(例えば、非特許文献1を参照。) Therefore, it has been studied to synthesize and polymerize these conductive polymers in a fine particle state. For example, a co-solvent such as water or an organic solvent, a nonionic surfactant, an anionic surfactant, etc. Nano-sized conductive polymer fine particles (conductive polymer nano fine particles) composed of a polymer of monomers having a π-conjugated double bond by electropolymerization without using an oxidant and applying a surfactant as a dispersant Has been proposed (see, for example, Patent Document 1). In addition, a method for producing polypyrrole using carbon dioxide and ethanol in a supercritical state as a solvent, iron chloride (FeCl 3 ) as an oxidant, and a surfactant has also been proposed (for example, Non-Patent Document 1). reference.)

特開2003−119080号公報JP 2003-1119080 A Tanら、「Ionic Hydrocarbon Surfactants for Emulsification and Dispersion Polymerization in Supercritical CO2」、American Chemical Society(米国)、Macromolecules 2006,39,p7471−7473Tan et al., “Ionic Hydrocarbon Surfactants for Emulsification and Dispersion Polymerization in Supercritical CO2,” American Chemical Society, USA, 74, Macro71, United States, 74.

しかしながら、重合の際に界面活性剤を使用した場合には、得られる導電性高分子ナノ微粒子に界面活性剤が残留することになる一方、界面活性剤の存在は導電率の低下を招くことになり、好ましくなかった。   However, when a surfactant is used in the polymerization, the surfactant remains in the resulting conductive polymer nanoparticles, whereas the presence of the surfactant causes a decrease in conductivity. It was not preferable.

本発明は、前記の課題に鑑みてなされたものであり、界面活性剤の存在がなく、導電性に優れた導電性高分子ナノ微粒子及び当該導電性高分子ナノ微粒子の製造方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and provides a conductive polymer nanoparticle that is excellent in conductivity without the presence of a surfactant and a method for producing the conductive polymer nanoparticle. It is in.

前記の課題を解決するために、本発明の請求項1に係る導電性高分子ナノ微粒子は、π−共役二重結合を有するモノマーの重合体からなる導電性高分子ナノ微粒子であって、平均粒子径が10〜1000nmであり、界面活性剤が存在しないことを特徴とする。   In order to solve the above problem, the conductive polymer nanoparticle according to claim 1 of the present invention is a conductive polymer nanoparticle made of a polymer of a monomer having a π-conjugated double bond, The particle diameter is 10 to 1000 nm, and no surfactant is present.

本発明の請求項2に係る導電性高分子ナノ微粒子は、前記した請求項1において、ポリチオフェン類であることを特徴とする。   The conductive polymer nanoparticles according to claim 2 of the present invention are polythiophenes according to claim 1 described above.

本発明の請求項3に係る導電性高分子ナノ微粒子の製造方法は、π−共役二重結合を有するモノマーを、酸化剤とともに超臨界状態の二酸化炭素と混合して重合することを特徴とする。   The method for producing conductive polymer nanoparticles according to claim 3 of the present invention is characterized in that a monomer having a π-conjugated double bond is mixed with supercritical carbon dioxide together with an oxidizing agent and polymerized. .

本発明の請求項4に係る導電性高分子ナノ微粒子の製造方法は、前記した請求項3において、前記π−共役二重結合を有するモノマーがチオフェンまたはチオフェン誘導体であることを特徴とする。   The method for producing conductive polymer nanoparticles according to claim 4 of the present invention is characterized in that, in the above-described claim 3, the monomer having the π-conjugated double bond is thiophene or a thiophene derivative.

本発明の請求項5に係る導電性高分子ナノ微粒子の製造方法は、前記した請求項3または請求項4において、収率が50〜75%の時点で重合を終了させることを特徴とする。   The method for producing conductive polymer nanoparticles according to claim 5 of the present invention is characterized in that, in the above-described claim 3 or 4, the polymerization is terminated when the yield is 50 to 75%.

本発明の請求項6に係る導電性高分子ナノ微粒子の製造方法は、前記した請求項3ないし請求項5のいずれかにおいて、前記酸化剤が超原子価ヨウ素化合物であることを特徴とする。   The method for producing conductive polymer nanoparticles according to claim 6 of the present invention is characterized in that, in any of claims 3 to 5, the oxidizing agent is a hypervalent iodine compound.

本発明の請求項1に係る導電性高分子ナノ微粒子は、平均粒子径が10〜1000nmであり、微粒子中に界面活性剤が取り込まれておらず、当該界面活性剤による導電率の低下を招くこともなく導電性に優れるため、機能性電子材料ないし電子センシングマテリアルとして有用であり、例えば、半導体材料、導電性塗料、防錆塗料をはじめとして、耐電防止材、電解コンデンサ、高分子有機EL素子、二次電池、電磁波遮蔽材、有機トランジスタ、電子写真用感光体、有機半導体レーザー、有機太陽電池、キャパシタ、燃料電池、アクチュエータ、センサー、ナノワイヤ、インテリジェント材料、液晶性有機半導体等、あるいは、他の有機半導体、有機エレクトロニクス等の材料等として使用することができる。   The conductive polymer nanoparticle according to claim 1 of the present invention has an average particle diameter of 10 to 1000 nm, the surfactant is not taken into the particle, and the conductivity is lowered by the surfactant. It has excellent conductivity and is useful as a functional electronic material or electronic sensing material. For example, anti-static materials, electrolytic capacitors, and polymer organic EL devices, including semiconductor materials, conductive paints, and anti-rust paints. , Secondary batteries, electromagnetic shielding materials, organic transistors, electrophotographic photoreceptors, organic semiconductor lasers, organic solar cells, capacitors, fuel cells, actuators, sensors, nanowires, intelligent materials, liquid crystalline organic semiconductors, etc. It can be used as a material for organic semiconductors and organic electronics.

本発明の請求項2に係る導電性高分子ナノ微粒子は、チオフェンまたはその誘導体の重合体であるポリチオフェン類であるので、導電性、軽量性、可塑性に優れ、半導体材料、導電性塗料、防錆塗料をはじめとして、耐電防止材、電解コンデンサ、高分子有機EL素子、二次電池、電磁波遮蔽材、有機トランジスタ、電子写真用感光体、有機半導体レーザー、有機太陽電池、キャパシタ、燃料電池、アクチュエータ、センサー、ナノワイヤ、インテリジェント材料、液晶性有機半導体等、あるいは、他の有機半導体、有機エレクトロニクス材料等の用途に最適である。   Since the conductive polymer nanoparticles according to claim 2 of the present invention are polythiophenes that are polymers of thiophene or its derivatives, they are excellent in conductivity, light weight, and plasticity, and are made of semiconductor materials, conductive paints, and rust prevention. Starting with paints, anti-static materials, electrolytic capacitors, polymer organic EL elements, secondary batteries, electromagnetic shielding materials, organic transistors, electrophotographic photoreceptors, organic semiconductor lasers, organic solar cells, capacitors, fuel cells, actuators, It is ideal for applications such as sensors, nanowires, intelligent materials, liquid crystalline organic semiconductors, or other organic semiconductors and organic electronics materials.

本発明の請求項3に係る導電性高分子ナノ微粒子の製造方法は、π−共役二重結合を有するモノマーを、酸化剤とともに超臨界状態の二酸化炭素と混合して重合するようにしており、重合に際して界面活性剤を用いないため、生成物である導電性高分子ナノ微粒子に界面活性剤が存在(残留)することもなく、導電性に優れたナノ微粒子を提供することができる。また、酸化剤を用いた酸化重合を実施するに際して、溶媒として超臨界状態の二酸化炭素を使用するので、界面活性剤を使用した場合と同様に、平均粒子径が揃った球状の導電性高分子ナノ微粒子を簡便に提供することができる。   In the method for producing a conductive polymer nanoparticle according to claim 3 of the present invention, a monomer having a π-conjugated double bond is mixed with supercritical carbon dioxide together with an oxidizing agent to be polymerized, Since a surfactant is not used in the polymerization, the surfactant is not present (residual) in the conductive polymer nanoparticles as a product, and thus nanoparticles having excellent conductivity can be provided. In addition, when conducting oxidative polymerization using an oxidizing agent, carbon dioxide in a supercritical state is used as a solvent, so that a spherical conductive polymer with a uniform average particle diameter is used as in the case of using a surfactant. Nanoparticles can be provided easily.

本発明の請求項4に係る導電性高分子ナノ微粒子の製造方法は、π−共役二重結合を有するモノマーとしてチオフェンまたはチオフェン誘導体を採用するので、前記した効果を享受するポリチオフェン類を提供することができる。   The method for producing conductive polymer nanoparticles according to claim 4 of the present invention employs thiophene or a thiophene derivative as a monomer having a π-conjugated double bond, and therefore provides polythiophenes that enjoy the above-described effects. Can do.

本発明の請求項5に係る導電性高分子ナノ微粒子の製造方法は、収率が50〜75%の時点で重合を終了させるようにしているので、高分子の鎖間での反応による粒子同士の凝集を防止することができ、平均粒子径の揃った反応生成物(導電性高分子ナノ微粒子)を得ることができる。   In the method for producing conductive polymer nanoparticles according to claim 5 of the present invention, the polymerization is terminated when the yield is 50 to 75%. Aggregation can be prevented, and a reaction product (conductive polymer nanoparticle) having a uniform average particle diameter can be obtained.

本発明の請求項6に係る導電性高分子ナノ微粒子の製造方法は、重合の際に使用される酸化剤として超原子価ヨウ素化合物を採用しており、当該化合物は、超臨界状態の二酸化炭素に可溶であり、金属酸化剤と同等の反応性を示すので、本発明の酸化剤として最適であり、重合が効率よく進行する。   The method for producing conductive polymer nanoparticles according to claim 6 of the present invention employs a hypervalent iodine compound as an oxidizing agent used in polymerization, and the compound is carbon dioxide in a supercritical state. It is optimal for the oxidant of the present invention and the polymerization proceeds efficiently.

以下、本発明を説明する。本発明の導電性高分子ナノ微粒子は、π−共役二重結合を有するモノマーの重合体からなり、平均粒子径が10〜1000nmであり、界面活性剤が存在しないものである。   The present invention will be described below. The conductive polymer nanoparticle of the present invention comprises a polymer of a monomer having a π-conjugated double bond, has an average particle diameter of 10 to 1000 nm, and does not have a surfactant.

本発明の導電性高分子ナノ微粒子は、π−共役二重結合を有するモノマーの重合体であり、使用できるモノマーとしては、例えば、チオフェン、3−アルキルチオフェン、3−メトキシチオフェン、3−アセチルチオフェン、3−フェニルチオフェン及び3,4−エチレンジオキシチオフェン等のチオフェン誘導体、ピロール、3−アルキルピロール、3−メトキシピロール、3−アセチルピロール、3−フェニルピロール等のピロール誘導体、アニリン、o−メチルアニリン及びm−メチルアニリン等のアニリン誘導体等を使用することができる。そして、これらの重合体として、例えば、ポリチオフェン、ポリ(3−アルキルチオフェン)、ポリ(3−メトキシチオフェン)、ポリ(3−アセチルチオフェン)、ポリ(3−フェニルチオフェン)及びポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)等のポリチオフェン類、ポリピロール、ポリ(3−アルキルピロール)、ポリ(3−メトキシピロール)、ポリ(3−アセチルピロール)、ポリ(3−フェニルピロール)等のポリピロール類、ポリアニリン、ポリ(o−メチルアニリン)及びポリ(m−メチルアニリン)等のポリアニリン類等を導電性高分子ナノ微粒子として提供することができる。   The conductive polymer nanoparticle of the present invention is a polymer of a monomer having a π-conjugated double bond. Examples of monomers that can be used include thiophene, 3-alkylthiophene, 3-methoxythiophene, and 3-acetylthiophene. Thiophene derivatives such as 3-phenylthiophene and 3,4-ethylenedioxythiophene, pyrrole derivatives such as pyrrole, 3-alkylpyrrole, 3-methoxypyrrole, 3-acetylpyrrole, 3-phenylpyrrole, aniline, o-methyl Aniline derivatives such as aniline and m-methylaniline can be used. Examples of these polymers include polythiophene, poly (3-alkylthiophene), poly (3-methoxythiophene), poly (3-acetylthiophene), poly (3-phenylthiophene), and poly (3,4- Polythiophenes such as ethylenedioxythiophene), polypyrroles such as polypyrrole, poly (3-alkylpyrrole), poly (3-methoxypyrrole), poly (3-acetylpyrrole), poly (3-phenylpyrrole), polyaniline, Polyanilines such as poly (o-methylaniline) and poly (m-methylaniline) can be provided as conductive polymer nanoparticles.

また、本発明の導電性高分子ナノ微粒子は、前記したように微粒子中に界面活性剤が取り込まれていないので、当該界面活性剤による導電率の低下を招くこともなく、例えば、当該導電率を10−6〜10S/cm−1となる導電性高分子ナノ微粒子を提供することができる。 In addition, since the conductive polymer nanoparticle of the present invention does not incorporate a surfactant into the fine particle as described above, it does not cause a decrease in conductivity due to the surfactant. Can be provided as a conductive polymer nanoparticle having a density of 10 −6 to 10 0 S / cm −1 .

このような、界面活性剤が存在せず、導電性にも優れた本発明の導電性高分子ナノ微粒子は、例えば、π−共役二重結合を有するモノマーを酸化剤とともに超臨界状態の二酸化炭素と混合して重合することにより、簡便にかつ効率よく得ることができる。かかる製造方法では、重合に際して界面活性剤を用いないため、生成物である導電性高分子ナノ微粒子に界面活性剤が存在(残留)せず、非共役系の化合物の存在による導電性の低下もなく、導電率を10−6〜10S/cm−1となる導電性に優れたナノ微粒子となる。また、水や有機溶媒といった助溶媒を用いないので、揮発性有機化合物(Volatile Organic Compounds:VOC)の排出がない環境調和型の合成プロセスとなるというメリットもある。そして、酸化剤を用いた酸化重合を実施するに当たって、溶媒として超臨界状態の二酸化炭素を使用するので、界面活性剤を使用した場合と同様に、平均粒子径が10〜1000nm(好ましくは20〜500nm)に揃った球状の導電性高分子ナノ微粒子を得ることができる。 Such a conductive polymer nanoparticle of the present invention having no surfactant and excellent conductivity is, for example, a supercritical carbon dioxide together with an oxidant and a monomer having a π-conjugated double bond. Can be obtained simply and efficiently. In such a production method, a surfactant is not used in the polymerization, so that the surfactant is not present (residual) in the conductive polymer nanoparticle as a product, and the conductivity is reduced due to the presence of a non-conjugated compound. In other words, the nanoparticle is excellent in conductivity with an electrical conductivity of 10 −6 to 10 0 S / cm −1 . In addition, since a co-solvent such as water or an organic solvent is not used, there is also an advantage that an environmentally harmonious synthesis process that does not emit volatile organic compounds (VOC) is obtained. In carrying out oxidative polymerization using an oxidant, carbon dioxide in a supercritical state is used as a solvent. Therefore, as in the case of using a surfactant, the average particle size is 10 to 1000 nm (preferably 20 to 500 nm) spherical conductive polymer nanoparticles can be obtained.

図1は、二酸化炭素の状態図である。二酸化炭素は、三重点(−56.6℃、0.52MPa)以上の温度と圧力条件下では液体化する場合があるが、温度と圧力が臨界点(31.1℃、7.38MPa)を超えると、液体と気体の特徴を兼ね備えた「超臨界流体」となる。一般に、超臨界状態の流体は速い物質移動や強い浸透性を有するため、溶解力を連続的に変化させることができ、特に、超臨界状態の二酸化炭素は、臨界温度31.1℃、臨界圧力7.38MPaといった比較的穏和な条件で超臨界状態とすることが可能である。また、超臨界状態の二酸化炭素は、毒性もなく、化学的に不活性であり、高純度なものが安価で入手できるため、超臨界状態の二酸化炭素を溶媒として用いることは、安全面及びコスト面においても優れた手段であるといえる。   FIG. 1 is a state diagram of carbon dioxide. Carbon dioxide may be liquefied under temperature and pressure conditions above the triple point (−56.6 ° C., 0.52 MPa), but the temperature and pressure are critical (31.1 ° C., 7.38 MPa). Beyond that, it becomes a "supercritical fluid" that combines the characteristics of liquid and gas. In general, a fluid in a supercritical state has fast mass transfer and strong permeability, so that the dissolving power can be continuously changed. In particular, carbon dioxide in a supercritical state has a critical temperature of 31.1 ° C. and a critical pressure. The supercritical state can be achieved under relatively mild conditions such as 7.38 MPa. Also, supercritical carbon dioxide has no toxicity, is chemically inert, and high-purity carbon dioxide can be obtained at low cost. Therefore, using supercritical carbon dioxide as a solvent is safe and costly. It can be said that it is an excellent means in terms of the aspect.

二酸化炭素は、臨界点を超えた温度では、高密度に圧縮しても液化しない「非凝集性の高圧・高密度流体」となる。圧力と温度で分子間距離を調整でき、密度を希薄な状態から液体に近いところまで変化させることができ、超臨界流体への溶質の溶解度等を変化させることができる。π−共役二重結合を有するモノマーの重合に際して、超臨界状態の二酸化炭素を溶媒として用いることにより、密度のゆらぎによりモノマーの溶解性に部分的な差が生じる。これを反応系内で撹拌して混合することにより、微細な反応場を作ることができ、界面活性剤を使用しなくとも、界面活性剤を使用したと同様に粒子状(球状)の反応生成物(導電性高分子ナノ微粒子)を得ることができる。   Carbon dioxide becomes a “non-aggregating high-pressure, high-density fluid” that does not liquefy even when compressed to a high density at temperatures exceeding the critical point. The intermolecular distance can be adjusted by pressure and temperature, the density can be changed from a dilute state to a place close to the liquid, and the solubility of the solute in the supercritical fluid can be changed. When a monomer having a π-conjugated double bond is polymerized, carbon dioxide in a supercritical state is used as a solvent, thereby causing a partial difference in solubility of the monomer due to density fluctuation. By stirring and mixing this in the reaction system, it is possible to create a fine reaction field, and without using a surfactant, a particulate (spherical) reaction is generated just as when using a surfactant. Product (conductive polymer nanoparticle) can be obtained.

また、前記したように、二酸化炭素は、臨界点を超えた温度では、高密度に圧縮しても液化しない「非凝集性の高圧・高密度流体」となるため、圧力と温度で分子間距離を調整でき、密度を希薄な状態から液体に近いところまで調整することにより、超臨界流体への溶質の溶解度等を変化させることができる。本発明にあっては、超臨界状態の二酸化炭素の密度を制御することができるので、かかる二酸化炭素の密度の制御を利用して、生成される導電性高分子ナノ微粒子の平均粒子径を制御することが可能となる。   In addition, as described above, carbon dioxide becomes a “non-aggregating high-pressure, high-density fluid” that does not liquefy even when compressed to a high density at temperatures exceeding the critical point. By adjusting the density from a dilute state to a place close to a liquid, the solubility of the solute in the supercritical fluid can be changed. In the present invention, since the density of carbon dioxide in a supercritical state can be controlled, the average particle diameter of the generated conductive polymer nanoparticles is controlled using such density control of carbon dioxide. It becomes possible to do.

すなわち、重合における超臨界状態の二酸化炭素は、概ね0.5〜1.0g/cm程度で推移し、本発明にあっても、かかる範囲の密度で実施することができ、平均粒子径が10〜2000nmの範囲の導電性高分子ナノ微粒子を得ることが可能となるが、二酸化炭素の密度を高くすると、導電性高分子ナノ微粒子の平均粒子径を小さくすることができ、例えば、密度を0.75〜0.95g/cmとすることにより、得られる導電性高分子ナノ微粒子の平均粒子径を30〜200nm程度とすることができる。二酸化炭素の密度を高くすることで、モノマーが反応系内で安定に分散することができ、反応生成物である導電性高分子ナノ微粒子の平均粒子径を小さくすることができる。 That is, the carbon dioxide in the supercritical state in the polymerization changes at about 0.5 to 1.0 g / cm 3 , and even in the present invention, it can be carried out in such a range of density, and the average particle size is Although it becomes possible to obtain conductive polymer nanoparticles in the range of 10 to 2000 nm, when the density of carbon dioxide is increased, the average particle diameter of the conductive polymer nanoparticles can be reduced. By setting it as 0.75-0.95 g / cm < 3 >, the average particle diameter of the electroconductive polymer nanoparticle obtained can be about 30-200 nm. By increasing the density of carbon dioxide, the monomer can be stably dispersed in the reaction system, and the average particle diameter of the conductive polymer nanoparticles that are the reaction product can be reduced.

臨界状態の二酸化炭素の密度は、二酸化炭素の温度と圧力により決定される。臨界状態の二酸化炭素の温度は、臨界点(31.1℃)以上の温度であればよいが、二酸化炭素の温度を高くするほど密度が低くなり、平均粒子径は大きくなる。また、臨界状態の二酸化炭素の圧力も、臨界点(7.38MPa)以上の圧力であればよいが、圧力を高くするほど密度は高くなり、平均粒子径は小さくなる。超臨界状態の二酸化炭素の温度は、概ね40〜80℃程度とすればよく、また、圧力は、15〜25MPa程度とすればよい。   The density of carbon dioxide in the critical state is determined by the temperature and pressure of carbon dioxide. The temperature of carbon dioxide in the critical state may be a temperature equal to or higher than the critical point (31.1 ° C.), but the higher the temperature of carbon dioxide, the lower the density and the larger the average particle size. Further, the pressure of carbon dioxide in the critical state may be a pressure not lower than the critical point (7.38 MPa), but the higher the pressure, the higher the density and the smaller the average particle size. The temperature of the carbon dioxide in the supercritical state may be approximately 40 to 80 ° C., and the pressure may be approximately 15 to 25 MPa.

本発明の導電性高分子ナノ微粒子の製造方法において、π−共役二重結合を有するモノマーとしては、導電性高分子を製造するために使用されるモノマーであれば特に限定されないが、例えば、ポリチオフェン類を製造するのであれば、チオフェン、3−アルキルチオフェン、3−メトキシチオフェン、3−アセチルチオフェン、3−フェニルチオフェン及び3,4−エチレンジオキシチオフェン等のチオフェン誘導体、ポリピロール類を製造するのであれば、ピロール、3−アルキルピロール、3−メトキシピロール、3−アセチルピロール、3−フェニルピロール等のピロール誘導体、ポリアニリン類を製造するのであれば、アニリン、o−メチルアニリン及びm−メチルアニリン等のアニリン誘導体等を使用することができる。本発明にあっては、この中でも、好ましくは、チオフェン、3,4−エチレンジオキシチオフェン等に代表されるチオフェン誘導体、ピロール及びアニリン等が挙げられる。   In the method for producing conductive polymer nanoparticles of the present invention, the monomer having a π-conjugated double bond is not particularly limited as long as it is a monomer used for producing a conductive polymer. For example, polythiophene Thiophene derivatives such as thiophene, 3-alkylthiophene, 3-methoxythiophene, 3-acetylthiophene, 3-phenylthiophene and 3,4-ethylenedioxythiophene, and polypyrroles. For example, when producing pyrrole derivatives such as pyrrole, 3-alkylpyrrole, 3-methoxypyrrole, 3-acetylpyrrole, 3-phenylpyrrole, and polyanilines, aniline, o-methylaniline, m-methylaniline, etc. An aniline derivative or the like can be used. In the present invention, among these, thiophene derivatives such as thiophene and 3,4-ethylenedioxythiophene, pyrrole, and aniline are preferable.

モノマーの濃度は、製造しようとするポリマー(導電性高分子ナノ微粒子)の種類、導電率や平均粒子径等により決定すればよいが、概ね1〜1000mM(0.001〜1M)の範囲内で選択することが好ましい。なお、本発明にあっては、モノマーの濃度は、反応生成物である導電性高分子ナノ微粒子に影響し、一般に、モノマーの濃度を高くするほど、導電性高分子ナノ微粒子の平均粒子径は大きくなる。   The concentration of the monomer may be determined depending on the type of polymer (conductive polymer nanoparticle) to be produced, conductivity, average particle size, etc., but is generally within the range of 1 to 1000 mM (0.001 to 1 M). It is preferable to select. In the present invention, the monomer concentration affects the conductive polymer nanoparticles that are the reaction product. Generally, the higher the monomer concentration, the more the average particle diameter of the conductive polymer nanoparticles is growing.

また、使用できる酸化剤としては、超臨界状態の二酸化炭素に可溶であればよく、いわゆる「超原子価ヨウ素化合物」と呼ばれる化合物を酸化剤として酸化剤を使用することができる。超原子化ヨウ素化合物としては、例えば、(ペルフルオロ−n−オクチル)フェニルヨードニウムトリフルオロメタンスルホナート、(ペルフルオロヘキシル)フェニルヨードニウムトリフルオロメタンスルホナート、(ペルフルオロイソプロピル)フェニルヨードニウムトリフルオロメタンスルホナート、(ペルフルオロプロピル)フェニルヨードニウムトリフルオロメタンスルホナート、ヨードメシチレンジアセタート、フェニル[2−(トリメチルシリル)フェニル]ヨードニウムトリフルオロメタンスルホナート、[ビス(トリフルオロアセトキシ)ヨード]ベンゼン、[ビス(トリフルオロアセトキシ)ヨード]ペンタフルオロベンゼン等の酸化剤が挙げられる。これらの酸化剤は、1種類を単独で使用してもよく、また、2種類以上を組み合わせて使用するようにしてもよい。   The oxidant that can be used is only required to be soluble in carbon dioxide in a supercritical state, and a so-called “hypervalent iodine compound” can be used as an oxidant. Examples of the hyperatomized iodine compound include (perfluoro-n-octyl) phenyliodonium trifluoromethanesulfonate, (perfluorohexyl) phenyliodonium trifluoromethanesulfonate, (perfluoroisopropyl) phenyliodonium trifluoromethanesulfonate, and (perfluoropropyl). Phenyliodonium trifluoromethanesulfonate, iodomesitylene diacetate, phenyl [2- (trimethylsilyl) phenyl] iodonium trifluoromethanesulfonate, [bis (trifluoroacetoxy) iodo] benzene, [bis (trifluoroacetoxy) iodo] pentafluoro An oxidizing agent such as benzene may be mentioned. One type of these oxidizing agents may be used alone, or two or more types may be used in combination.

なお、かかる超原子化ヨウ素化合物は、下記式(I)または下記式(II)で表される。ここで、式(I)または式(II)において、Rは、H、CHまたはF、Rは、フェニル、アルキル、パーフルオロアルキル、Aは、アルキルスルホン酸、パーフルオロアルキルスルホン酸、テトラフルオロボレートのようなアニオン、R’、R’は、アルキルスルホン酸、パーフルオロスルホン酸、アルキルエステル、パーフルオロエステルの1つまたは2つで、上記が1つのものは他に1つ、アルキル、パーフルオロアルキル、あるいはフェニルを有する。 Such a superatomized iodine compound is represented by the following formula (I) or the following formula (II). Here, in Formula (I) or Formula (II), R 1 is H, CH 3 or F, R 2 is phenyl, alkyl, perfluoroalkyl, A is alkyl sulfonic acid, perfluoroalkyl sulfonic acid, Anions such as tetrafluoroborate, R 2 ′, R 3 ′ are one or two of alkyl sulfonic acid, perfluoro sulfonic acid, alkyl ester, perfluoro ester, one of which is one of the other , Alkyl, perfluoroalkyl, or phenyl.

これらの超原子価ヨウ素化合物は、超臨界状態の二酸化炭素に可溶であることに加え、化合物中に金属元素を含まないにもかかわらず、金属酸化剤と同等の反応性を示し、また、ドーピング剤としての性質も併せ待っているので、本発明の製造方法に使用される酸化剤として好ましい。また、これらの超原子価ヨウ素化合物は、フッ素基を含むことにより、超臨界状態の二酸化炭素との親和性が高くなり可溶となる。一方、例えば塩化鉄(FeCl)等の遷移金属を含む酸化剤の場合、超臨界状態の二酸化炭素に不溶となり、結果的に有機溶媒を添加しないといけないため、本発明の製造法に使用される酸化剤としては好ましくない。 In addition to being soluble in carbon dioxide in the supercritical state, these hypervalent iodine compounds exhibit reactivity equivalent to that of a metal oxidant even though the compound does not contain a metal element, Since it also waits for the property as a doping agent, it is preferable as an oxidizing agent used in the production method of the present invention. Further, these hypervalent iodine compounds contain a fluorine group, so that they have high affinity with carbon dioxide in a supercritical state and become soluble. On the other hand, in the case of an oxidant containing a transition metal such as iron chloride (FeCl 2 ), it becomes insoluble in carbon dioxide in a supercritical state, and as a result, an organic solvent must be added. Therefore, it is used in the production method of the present invention. It is not preferable as an oxidizing agent.

使用する酸化剤の濃度は、モノマーの種類や濃度、また、使用する酸化剤の種類等に対応させて決定すればよく、概ね1〜1000mM(0.001〜1M)(あるいは、モノマー1Mに対して概ね0.05〜0.5M)程度とすればよい。   The concentration of the oxidizing agent to be used may be determined according to the type and concentration of the monomer, the type of the oxidizing agent to be used, etc., and is generally 1 to 1000 mM (0.001 to 1 M) (or to the monomer 1M). About 0.05 to 0.5M).

前記の酸化剤を用いた酸化重合は、酸化剤、π−共役二重結合を有するモノマー、及び溶媒となる超臨界状態の二酸化炭素を混合するが、撹拌状態で実施することが好ましい。撹拌は、マグネットスターラー、ホモジナイザー、撹拌機等の公知の撹拌手段を用いて行うことができ、撹拌速度としては、例えば、100〜1000rpmとすることができる。   The oxidative polymerization using the oxidant is performed by mixing an oxidant, a monomer having a π-conjugated double bond, and a supercritical carbon dioxide serving as a solvent, but is preferably performed in a stirred state. Stirring can be performed using known stirring means such as a magnetic stirrer, homogenizer, and stirrer, and the stirring speed can be, for example, 100 to 1000 rpm.

重合時間は、使用されるモノマーの種類、濃度、及び量等によって適宜決定すればよいが、概ね30分以上とすればよく、30〜120分とすることが好ましい。なお、重合を過度に進行させると、高分子の鎖間での反応により粒子同士の凝集が起こり、平均粒子径の揃った導電性高分子ナノ微粒子が得られない場合があるため、例えば、収率が50〜75%(重合時間としては、概ね40〜80分程度)のところで重合を終了させると、粒子同士の凝集を防止することができ、平均粒子径の揃った反応生成物(導電性高分子ナノ微粒子)を得ることができる。   The polymerization time may be appropriately determined depending on the type, concentration, amount, and the like of the monomer used, but it may be approximately 30 minutes or more, and preferably 30 to 120 minutes. If the polymerization is excessively advanced, particles may aggregate due to a reaction between polymer chains, and conductive polymer nanoparticles having a uniform average particle diameter may not be obtained. When the polymerization is terminated at a rate of 50 to 75% (the polymerization time is approximately 40 to 80 minutes), aggregation of the particles can be prevented, and a reaction product having a uniform average particle diameter (conductivity) Polymer nanoparticle) can be obtained.

なお、反応系には、前記のモノマー、酸化剤、及び超臨界状態の二酸化炭素といった必須成分のほか、本発明の目的及び効果を妨げない範囲において、各種の添加剤を必要に応じて適宜添加することができる。添加剤としては、従来公知のものを使用することができ、例えば、メタノール、エタノール、アセトニトリルといった有機溶剤等が挙げられる。   In addition to the essential components such as the monomer, oxidant, and carbon dioxide in the supercritical state, various additives are added to the reaction system as needed within a range that does not interfere with the purpose and effect of the present invention. can do. A conventionally well-known thing can be used as an additive, For example, organic solvents, such as methanol, ethanol, and acetonitrile, are mentioned.

図2は、本発明の導電性高分子ナノ微粒子の製造方法を実施する製造装置の一態様を示した概略図である。図2に示す製造装置1において、高圧セル10は、原料を導入して重合反応を実施するものであり、高圧セル10の周囲には、高圧セル10を加熱するためのヒーター11(リボンヒーター)が配設され、また、高圧セル10の内部には、撹拌用のスターラー13が載置されている。高圧セル10の温度及び圧力は、設置される熱電対14及び圧力計15により確認することができる。なお、高圧セル10は、サファイアガラスからなる観察窓17を介して、外部から高圧セル10の内部の状態を確認することができる。   FIG. 2 is a schematic view showing an embodiment of a production apparatus for carrying out the method for producing conductive polymer nanoparticles according to the present invention. In the manufacturing apparatus 1 shown in FIG. 2, the high-pressure cell 10 introduces raw materials to perform a polymerization reaction, and a heater 11 (ribbon heater) for heating the high-pressure cell 10 is provided around the high-pressure cell 10. In addition, a stirrer 13 for stirring is placed inside the high-pressure cell 10. The temperature and pressure of the high-pressure cell 10 can be confirmed by the thermocouple 14 and the pressure gauge 15 installed. The high-pressure cell 10 can confirm the internal state of the high-pressure cell 10 from the outside through the observation window 17 made of sapphire glass.

重合の溶媒として使用される二酸化炭素は、二酸化炭素ボンベ21に貯蔵され、図2にあっては、経路Aを通過して高圧セル10の内部に導入される。また、原料となるπ−共役二重結合を有するモノマーは、図2の製造装置1にあっては経路Bに仕込まれ、二酸化炭素によって高圧セル10の内部に圧入される。ヒーター12(リボンヒーター)は、通過する二酸化炭素を加熱する。なお、高圧セル10の内部を含めた反応系内の圧力は、ポンプ22の駆動により調整され、系内の圧力は圧力計16により測定される。また、経路内及び高圧セル10にはバルブVが配設されている。   Carbon dioxide used as a solvent for the polymerization is stored in a carbon dioxide cylinder 21 and is introduced into the high pressure cell 10 through the path A in FIG. Further, the monomer having a π-conjugated double bond as a raw material is charged into the path B in the production apparatus 1 of FIG. 2 and is press-fitted into the high-pressure cell 10 by carbon dioxide. The heater 12 (ribbon heater) heats the passing carbon dioxide. The pressure in the reaction system including the inside of the high-pressure cell 10 is adjusted by driving the pump 22, and the pressure in the system is measured by the pressure gauge 16. Further, a valve V is disposed in the path and in the high-pressure cell 10.

図3を用いて、本発明の導電性高分子ナノ微粒子の製造方法の一態様を説明する。図3は、本発明の導電性高分子ナノ微粒子の製造方法のフローチャートを示した図である。まず、高圧セル10の内部に酸化剤を導入し(S1)、高圧セル10を密閉状態として臨界点以上の温度(例えば、40〜80℃)とする(S2)。次に、二酸化炭素ボンベ21から二酸化炭素を、経路Aを通過させてセル内に導入した後(S3)、高圧セル10を臨界点以上の圧力(例えば、15〜25MPa)として超臨界状態とし(S4)、暫く撹拌する。この際、系を安定させるため暫く(30〜120分程度)放置するようにしてもよい。   With reference to FIG. 3, an embodiment of the method for producing the conductive polymer nanoparticles of the present invention will be described. FIG. 3 is a view showing a flowchart of the method for producing conductive polymer nanoparticles of the present invention. First, an oxidizing agent is introduced into the high-pressure cell 10 (S1), and the high-pressure cell 10 is brought into a sealed state to a temperature above the critical point (for example, 40 to 80 ° C.) (S2). Next, after introducing carbon dioxide from the carbon dioxide cylinder 21 through the path A into the cell (S3), the high pressure cell 10 is brought to a supercritical state with a pressure higher than the critical point (for example, 15 to 25 MPa) ( S4), stirring for a while. At this time, the system may be left for a while (about 30 to 120 minutes) in order to stabilize the system.

経路Bにπ−共役二重結合を有するモノマーを仕込み、酸化剤と超臨界状態の二酸化炭素が混合された高圧セル10の内部にモノマーを、経路Bから高圧セル10内に導入した後(S5)、さらに撹拌、混合して重合を進行させる(S6)。重合終了後、高圧セル10の内部を減圧して(S7)、導電性高分子ナノ微粒子を得ることができる。   After charging a monomer having a π-conjugated double bond in the path B and introducing the monomer into the high pressure cell 10 in which the oxidant and carbon dioxide in a supercritical state are mixed into the high pressure cell 10 from the path B (S5 ), And further stirred and mixed to proceed the polymerization (S6). After completion of the polymerization, the inside of the high-pressure cell 10 is decompressed (S7), and conductive polymer nanoparticles can be obtained.

得られた導電性高分子ナノ微粒子は、減圧後、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノールといったアルコール類等で遠心分離等により洗浄して精製することが好ましい(S8)。なお、精製後の導電性高分子ナノ微粒子は、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノールといったアルコール類等の溶媒に再分散させることも可能であるので、これらの溶媒の分散溶液(導電性高分子ナノ微粒子分散溶液)として使用することができる。   The obtained conductive polymer nanoparticles are preferably purified by centrifuging and centrifuging with alcohols such as methanol, ethanol, propanol and butanol after decompression (S8). The purified conductive polymer nanoparticles can be re-dispersed in a solvent such as methanol, ethanol, propanol, or butanol, so that a dispersion solution of these solvents (conductive polymer nanoparticles) Dispersion solution).

本発明の導電性高分子ナノ微粒子は、界面活性剤の存在がなく優れた導電性を備えているので、機能性電子材料ないし電子センシングマテリアルとして有用であり、例えば、半導体材料、導電性塗料、防錆塗料をはじめとして、耐電防止材、電解コンデンサ、高分子有機EL素子、二次電池、電磁波遮蔽材、有機トランジスタ、電子写真用感光体、有機半導体レーザー、有機太陽電池、キャパシタ、燃料電池、アクチュエータ、センサー、ナノワイヤ、インテリジェント材料、液晶性有機半導体等、あるいは、他の有機半導体、有機エレクトロニクス等の材料等として使用することができる。   Since the conductive polymer nanoparticle of the present invention has excellent conductivity without the presence of a surfactant, it is useful as a functional electronic material or an electronic sensing material, for example, a semiconductor material, a conductive paint, Including anti-corrosion paints, anti-static materials, electrolytic capacitors, polymer organic EL elements, secondary batteries, electromagnetic shielding materials, organic transistors, electrophotographic photoreceptors, organic semiconductor lasers, organic solar cells, capacitors, fuel cells, It can be used as actuators, sensors, nanowires, intelligent materials, liquid crystalline organic semiconductors, or other organic semiconductors, organic electronics materials, and the like.

また、本発明の導電性高分子ナノ微粒子は、有機溶剤に分散可能であり、分散安定性も良好であるため、導電性高分子ナノ微粒子をメタノール、エタノール、プロパノール等のアルコール類、あるいは、ジメチルホルムアミド、ジエチルホルムアミド等の有機ホルムアミド類、ジメチルスルホキシド、ジエチルスルホキシド等の有機スルホキシド類、酢酸メチル、酢酸エチル等の酢酸エステル類、アセトン、ジエチルケトン等のケトン類、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン等のフラン類等の有機溶媒に分散させ、キャスト法、ディップ法、スピンコート法、アプリケータ法、インクジェット法等の公知の製膜手段を用いて所定の基材上にコーティング、乾燥することにより、導電性高分子ナノ微粒子からなる薄膜を当該基材上に簡便に形成させることができる。   In addition, since the conductive polymer nanoparticle of the present invention can be dispersed in an organic solvent and has good dispersion stability, the conductive polymer nanoparticle can be used as an alcohol such as methanol, ethanol, propanol, or dimethyl Organic formamides such as formamide and diethylformamide, organic sulfoxides such as dimethyl sulfoxide and diethyl sulfoxide, acetates such as methyl acetate and ethyl acetate, ketones such as acetone and diethyl ketone, furans such as tetrahydrofuran and 2-methyltetrahydrofuran It is dispersed in an organic solvent such as a coating, coated on a predetermined substrate using a known film forming means such as a casting method, a dip method, a spin coating method, an applicator method, an ink jet method, and dried to be conductive. A thin film made of polymer nanoparticles is It can be easily formed thereon.

なお、本発明の導電性高分子ナノ微粒子は、いわゆるコア−シェル型複合粒子として使用するようにしてもよい。導電性高分子ナノ微粒子は、コア−シェル型複合粒子のコア部、シェル部のいずれにも適用することができ、例えば、金、銀、白金等の貴金属、カーボン類、ポルフィリン、フタロシアニン等の錯体類、テトラフェニルベンジジン類、芳香族アミン類、スチリルベンゼン類等のモノマー及びオリゴマー等をコア部、導電性高分子ナノ微粒子をシェル部として適用した複合粒子や、導電性高分子ナノ微粒子をコア部、他のπ−共役系高分子、ポルフィリン、フタロシアニン等の有機化合物等をシェル部として適用した複合粒子として使用することができる。また、ヨウ素、低分子アニオン、アニオン系オリゴマー、アニオン系高分子等を導電性高分子ナノ微粒子にドープした複合材料として使用することもできる。   In addition, you may make it use the conductive polymer nanoparticle of this invention as what is called a core-shell type composite particle. The conductive polymer nanoparticle can be applied to both the core part and the shell part of the core-shell type composite particle, for example, a noble metal such as gold, silver or platinum, a carbon, a complex such as porphyrin or phthalocyanine. , Tetraphenylbenzidines, aromatic amines, styrylbenzenes and other monomers and oligomers as core parts and conductive polymer nanoparticles as shell parts, and composite polymer nanoparticles and conductive polymer nanoparticles as core parts Further, it can be used as a composite particle to which another π-conjugated polymer, an organic compound such as porphyrin, phthalocyanine or the like is applied as a shell part. Moreover, it can also be used as a composite material in which conductive polymer nanoparticles are doped with iodine, a low molecular anion, an anionic oligomer, an anionic polymer, or the like.

なお、以上説明した態様は、本発明の一態様を示したものであって、本発明は、前記し
た実施形態に限定されるものではなく、本発明の構成を備え、目的及び効果を達成できる
範囲内での変形や改良が、本発明の内容に含まれるものであることはいうまでもない。ま
た、本発明を実施する際における具体的な構造及び形状等は、本発明の目的及び効果を達
成できる範囲内において、他の構造や形状等としても問題はない。本発明は前記した各実
施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形や改良は、本
発明に含まれるものである。
The aspect described above shows one aspect of the present invention, and the present invention is not limited to the above-described embodiment, and has the configuration of the present invention and can achieve the objects and effects. It goes without saying that modifications and improvements within the scope are included in the content of the present invention. Further, the specific structure, shape, and the like in carrying out the present invention are not problematic as other structures, shapes, and the like as long as the objects and effects of the present invention can be achieved. The present invention is not limited to the above-described embodiments, and modifications and improvements within the scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.

例えば、前記した実施形態では、導電性高分子ナノ微粒子の製造方法として、図2に示した製造装置1を使用する例を示して説明したが、導電性高分子ナノ微粒子の製造方法の実施としてはこれには限定されず、他の構成の製造装置を使用して当該製造方法を実施するようにしても問題はない。
その他、本発明の実施の際の具体的な構造及び形状等は、本発明の目的を達成できる範
囲で他の構造等としてもよい。
For example, in the above-described embodiment, the example of using the manufacturing apparatus 1 shown in FIG. 2 has been described as the method for manufacturing the conductive polymer nanoparticle. However, as the method for manufacturing the conductive polymer nanoparticle, However, the present invention is not limited to this, and there is no problem even if the manufacturing method is performed using a manufacturing apparatus having another configuration.
In addition, the specific structure, shape, and the like when implementing the present invention may be other structures as long as the object of the present invention can be achieved.

以下、実施例に基づき本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、かかる実施例に何ら限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated further in detail based on an Example, this invention is not limited to this Example at all.

[実施例1]
ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)(EDOT)の重合:
図2に示した製造装置1を用いて、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)の重合を行った。観察窓17付きのSUS316製高圧セル10(容量:50cm)中に酸化剤(重合開始剤)として、フッ素基を有した超原子価ヨウ素化合物であり、超臨界状態の二酸化炭素に可溶な[ビス(トリフルオロアセトキシ)ヨード]ベンゼン(BTI)(濃度:0.05M)を導入し、高圧セル10を密封した後、スターラー13で撹拌しながら、経路Aより二酸化炭素(CO)を導入し、圧力を20MPa、温度を40℃まで上昇させ、二酸化炭素を超臨界状態として、系を安定させるため30分放置した。
[Example 1]
Polymerization of poly (3,4-ethylenedioxythiophene) (EDOT):
Polymerization of poly (3,4-ethylenedioxythiophene) was performed using the production apparatus 1 shown in FIG. It is a hypervalent iodine compound having a fluorine group as an oxidizing agent (polymerization initiator) in a high pressure cell 10 (capacity: 50 cm 3 ) made of SUS316 with an observation window 17 and is soluble in carbon dioxide in a supercritical state. [Bis (trifluoroacetoxy) iodo] benzene (BTI) (concentration: 0.05M) was introduced, the high-pressure cell 10 was sealed, and then carbon dioxide (CO 2 ) was introduced from path A while stirring with a stirrer 13. Then, the pressure was increased to 20 MPa, the temperature was increased to 40 ° C., carbon dioxide was brought into a supercritical state, and the mixture was left for 30 minutes to stabilize the system.

次に、経路Bの管内にπ−共役二重結合を有するモノマーである3,4−エチレンジオキシチオフェン(EDOT)(濃度:0.05M)を仕込み、バルブVにより経路を切り替え、その差圧を利用することで高圧セル10の内部に当該モノマーを圧入して、撹拌、混合した。高圧セル10の内部に3,4−エチレンジオキシチオフェンを導入した時を重合開始時間として、反応時間60分で重合して、重合体であるポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)(PEDOT)を得た。なお、得られた重合体には界面活性剤は存在しなかった。また、酸化剤として使用した[ビス(トリフルオロアセトキシ)ヨード]ベンゼン(BTI)は、反応後CFCOOとなってポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)(PEDOT)に取り込まれ、ドープ材の一部として作用している。 Next, 3,4-ethylenedioxythiophene (EDOT) (concentration: 0.05 M), which is a monomer having a π-conjugated double bond, is charged into the pipe of the path B, and the path is switched by the valve V, and the differential pressure is changed. Was used to press-fit the monomer into the high-pressure cell 10 and stirred and mixed. Polymerization is carried out with a reaction time of 60 minutes, with the time when 3,4-ethylenedioxythiophene is introduced into the high-pressure cell 10 as the polymerization start time, and the polymer is poly (3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT). ) In addition, surfactant was not present in the obtained polymer. In addition, [bis (trifluoroacetoxy) iodo] benzene (BTI) used as an oxidizing agent becomes CF 3 COO after the reaction, is taken into poly (3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT), and is doped. Acts as part of the material.

得られたポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)(PEDOT)は、減圧して回収後、遠心分離(回転数:15000rpm)によりエタノール洗浄して精製した後、動的光散乱(Dynamic Light Scattering:DLS)による平均粒子径測定、及び走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope:SEM)による粒子形状の観察を行った。   The obtained poly (3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) was recovered by reducing the pressure, washed with ethanol by centrifugation (rotation speed: 15000 rpm), purified, and then subjected to dynamic light scattering (Dynamic Light Scattering). : DLS) average particle size measurement, and scanning electron microscope (Scanning Electron Microscope: SEM) particle shape observation.

なお、遠心分離によって回収したポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)は、超音波処理によってメタノールに再分散させることが可能であった。また、得られたポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)の導電率を、ドープ材としてヨウ素を用いて、抵抗率測定器で四端子法により測定した結果、約3.3×10−2S/cmであった。 Note that poly (3,4-ethylenedioxythiophene) recovered by centrifugation could be redispersed in methanol by sonication. Moreover, as a result of measuring the electrical conductivity of the obtained poly (3,4-ethylenedioxythiophene) by a four-terminal method with a resistivity meter using iodine as a doping material, it was about 3.3 × 10 −2. S / cm.

前記した条件(超臨界状態の二酸化炭素の温度を40℃、圧力を20MPa、酸化剤の濃度を0.05M、モノマー濃度を0.05M、重合時間を60分、圧力を20MPa、二酸化炭素の密度を0.84g/cm)において重合したポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)(PEDOT)微粒子の動的光散乱(DLS)における測定結果を図4に示した。図4に示したように、得られたポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)微粒子の平均粒子径(平均1次粒子径)は約100nmであった。なお、このように、本発明に係る導電性高分子ナノ微粒子の平均粒子径(平均1次粒子径)は、例えばDLSを用いて測定した値とすればよい。 The conditions described above (supercritical carbon dioxide temperature 40 ° C., pressure 20 MPa, oxidant concentration 0.05 M, monomer concentration 0.05 M, polymerization time 60 minutes, pressure 20 MPa, carbon dioxide density. the measurement results in the polymerization poly (3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) dynamic light scattering of fine particles in the 0.84g / cm 3) (DLS) shown in FIG. As shown in FIG. 4, the average particle diameter (average primary particle diameter) of the obtained poly (3,4-ethylenedioxythiophene) fine particles was about 100 nm. As described above, the average particle diameter (average primary particle diameter) of the conductive polymer nanoparticles according to the present invention may be a value measured using, for example, DLS.

また、図5は、実施例1で得られたポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)(PEDOT)微粒子の走査型電子顕微鏡(SEM)による形態写真を示した図である。図5に示すように、得られたポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)微粒子の形状は、粒子径(平均粒子径)が揃った球形状の微粒子であることが明らかとなった。これは、超臨界状態の二酸化炭素を溶媒に用いた場合、密度のゆらぎにより3,4−エチレンジオキシチオフェンの溶解性に部分的な差が生じ、これを撹拌、混合することで、微細な反応場を作ることができ、界面活性剤を用いた場合と同様に粒子状の生成物が得られたと考えられる。   FIG. 5 is a view showing a morphological photograph of the poly (3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) fine particles obtained in Example 1 by a scanning electron microscope (SEM). As shown in FIG. 5, it was revealed that the obtained poly (3,4-ethylenedioxythiophene) fine particles were spherical fine particles having a uniform particle diameter (average particle diameter). This is because, when carbon dioxide in a supercritical state is used as a solvent, a partial difference occurs in the solubility of 3,4-ethylenedioxythiophene due to density fluctuations. A reaction field can be created, and it is considered that a particulate product was obtained as in the case of using a surfactant.

次に、重合条件による平均粒子径の制御の検討をした。具体的には、前記した実施例1の条件において、温度を一定(40℃)にして、圧力を調整して密度を変化させた場合におけるポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)の平均粒子径への影響を確認した。   Next, the control of the average particle size according to the polymerization conditions was examined. Specifically, the average particle of poly (3,4-ethylenedioxythiophene) when the temperature is constant (40 ° C.) and the density is changed by adjusting the pressure under the conditions of Example 1 described above. The effect on the diameter was confirmed.

図6は、温度一定下(40℃)における二酸化炭素の密度と得られたポリエチレンジオキシチオフェンの平均粒子径の関係を示した図である(二酸化炭素の条件を表1に示す。)。図6に示すように、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)微粒子の大きさは超臨界状態の二酸化炭素の密度に依存し、密度が高いほど得られるポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)の平均粒子径は小さくなっていることが確認できた。この理由は、二酸化炭素の密度が高くなることで、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)微粒子が安定に分散しているためと考えられる。   FIG. 6 is a graph showing the relationship between the density of carbon dioxide at a constant temperature (40 ° C.) and the average particle diameter of the obtained polyethylenedioxythiophene (conditions for carbon dioxide are shown in Table 1). As shown in FIG. 6, the size of the poly (3,4-ethylenedioxythiophene) fine particles depends on the density of carbon dioxide in a supercritical state, and the higher the density, the more poly (3,4-ethylenedioxyphene) obtained. It was confirmed that the average particle size of (thiophene) was reduced. The reason for this is considered to be that poly (3,4-ethylenedioxythiophene) fine particles are stably dispersed by increasing the density of carbon dioxide.

(二酸化炭素の条件)
(Conditions for carbon dioxide)

[実施例2]
ポリピロール(PPy)の重合:
モノマーとして、3,4−エチレンジオキシチオフェン(EDOT)の代わりにピロール(Py)を用い、酸化剤の濃度を0.05Mから0.005Mとした以外は、実施例1に示した方法と同様な方法を用いて、重合体であるポリピロール(PPy)を製造した。なお、得られた重合体には界面活性剤は存在しなかった。
[Example 2]
Polymerization of polypyrrole (PPy):
Similar to the method shown in Example 1, except that pyrrole (Py) is used as the monomer instead of 3,4-ethylenedioxythiophene (EDOT), and the concentration of the oxidizing agent is changed from 0.05M to 0.005M. Using this method, polypyrrole (PPy), which is a polymer, was produced. In addition, surfactant was not present in the obtained polymer.

得られたポリピロールを走査型電子顕微鏡(SEM)による粒子形状の観察を行った。図7は、実施例2で得られたポリピロール(PPy)微粒子の走査型電子顕微鏡(SEM)による形態写真を示した図である。図7に示すように、実施例1のポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)(PEDOT)と同様、比較的ナノオーダーの大きさに揃ったポリピロール微粒子が得られたことが確認できた。また、微粒子の形状は球形状であった。なお、得られたポリピロール(PPy)の導電率を、実施例1と同様に四端子法により測定した結果、約2.1×10−1S/cmであった。 The obtained polypyrrole was observed for particle shape by a scanning electron microscope (SEM). FIG. 7 is a view showing a morphological photograph of polypyrrole (PPy) fine particles obtained in Example 2 by a scanning electron microscope (SEM). As shown in FIG. 7, it was confirmed that polypyrrole fine particles having a comparatively nano-order size were obtained as in the case of poly (3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) in Example 1. The shape of the fine particles was spherical. In addition, as a result of measuring the electrical conductivity of the obtained polypyrrole (PPy) by the four-terminal method in the same manner as in Example 1, it was about 2.1 × 10 −1 S / cm.

次に、重合時間に対する平均粒子径の変化を確認した。具体的には、前記した実施例2の条件(実施例1の条件と共通)において、重合時間を30分、60分(前記した条件)、180分、360分とした場合のポリピロールの平均粒子径の変化を確認した。   Next, the change of the average particle diameter with respect to polymerization time was confirmed. Specifically, the average particles of polypyrrole when the polymerization time is 30 minutes, 60 minutes (the above-mentioned conditions), 180 minutes, and 360 minutes under the conditions of Example 2 described above (common to the conditions of Example 1). The change in diameter was confirmed.

図8は、重合時間を60分として得られたポリピロール(PPy)微粒子の走査型電子顕微鏡(SEM)による形態写真を示した図、図9は、重合時間を180分として得られたポリピロール(PPy)微粒子の走査型電子顕微鏡(SEM)による形態写真を示した図、図10は、重合時間を360分として得られたポリピロール(PPy)微粒子の走査型電子顕微鏡(SEM)による形態写真を示した図である。図8ないし図10に示したように、重合時間の経過とともに一次粒子径が増加し、粒子同士の凝集によりさらに大きな粒子となることが確認できた。   FIG. 8 is a view showing a morphological photograph of polypyrrole (PPy) fine particles obtained with a polymerization time of 60 minutes by a scanning electron microscope (SEM), and FIG. 9 is a view of polypyrrole (PPy) obtained with a polymerization time of 180 minutes. FIG. 10 is a view showing a morphological photograph of fine particles by a scanning electron microscope (SEM). FIG. 10 shows a morphological photograph of polypyrrole (PPy) fine particles obtained with a polymerization time of 360 minutes by a scanning electron microscope (SEM). FIG. As shown in FIGS. 8 to 10, it was confirmed that the primary particle diameter increased with the lapse of the polymerization time, and the particles became larger due to aggregation of the particles.

また、図11は、重合時間と収率との関係(経時変化)を示した図である(二酸化炭素の温度を40℃、圧力を20MPa、密度を0.84g/cm)。図11に示したように、重合時間が30分の時点で収率が約50%まで達しており、重合の初期において急激に反応が進行することが確認できた。これらの結果より、本実施例において、最適な反応時間は60分程度であると考えられる。 FIG. 11 is a graph showing the relationship (time-dependent change) between the polymerization time and the yield (the temperature of carbon dioxide is 40 ° C., the pressure is 20 MPa, and the density is 0.84 g / cm 3 ). As shown in FIG. 11, when the polymerization time was 30 minutes, the yield reached about 50%, and it was confirmed that the reaction proceeded rapidly at the initial stage of the polymerization. From these results, it is considered that the optimum reaction time is about 60 minutes in this example.

さらに、実施例1と同様に、重合条件による平均粒子径の制御の検討をした。具体的には、前記した実施例2(実施例1と共通)の条件において、温度を一定(40℃)にして、圧力を調整して密度を変化させた場合におけるポリピロールの平均粒子径への影響を確認した。   Further, as in Example 1, the control of the average particle diameter by the polymerization conditions was examined. Specifically, in the condition of the above-described Example 2 (common with Example 1), the temperature is kept constant (40 ° C.), and the pressure is adjusted to change the density. The effect was confirmed.

図12は、温度一定下(40℃)における二酸化炭素の密度と得られたポリピロール(PPy)の平均粒子径の関係を示した図である(二酸化炭素の条件を表2に示す。)。図12に示すように、実施例1のポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)の場合と同様、ポリピロール微粒子の大きさは超臨界状態の二酸化炭素の密度に依存し、密度が高いほど得られるポリピロールの平均粒子径は小さくなっていることが確認できた。   FIG. 12 is a graph showing the relationship between the density of carbon dioxide at a constant temperature (40 ° C.) and the average particle diameter of the obtained polypyrrole (PPy) (the conditions for carbon dioxide are shown in Table 2). As shown in FIG. 12, as in the case of poly (3,4-ethylenedioxythiophene) in Example 1, the size of the polypyrrole fine particles depends on the density of carbon dioxide in the supercritical state, and the higher the density, the more obtained. It was confirmed that the average particle size of the resulting polypyrrole was small.

(二酸化炭素の条件)
(Conditions for carbon dioxide)

また、実施例2(実施例1と共通)の条件において、圧力を一定(20MPa)重合温度を40℃から50℃、80℃に変更した場合における平均粒子径の変化を確認した(二酸化炭素の条件を表3に示す。)。図13は、重合温度とポリピロールの平均粒子径の関係を示した図である。図13に示したように、重合温度が高いほど、すなわち、超臨界状態の二酸化炭素の密度が低くなるほど、得られるポリピロールの平均粒子径は大きくなることが確認できた。   In addition, in the conditions of Example 2 (common to Example 1), the change in average particle diameter was confirmed when the pressure was constant (20 MPa) and the polymerization temperature was changed from 40 ° C. to 50 ° C. and 80 ° C. (of carbon dioxide The conditions are shown in Table 3.) FIG. 13 is a graph showing the relationship between the polymerization temperature and the average particle size of polypyrrole. As shown in FIG. 13, it was confirmed that the average particle diameter of the obtained polypyrrole increases as the polymerization temperature increases, that is, as the density of carbon dioxide in the supercritical state decreases.

(二酸化炭素の条件)
(Conditions for carbon dioxide)

そして、使用したモノマーであるピロール(Py)の濃度、酸化剤である[ビス(トリフルオロアセトキシ)ヨード]ベンゼン(BTI)の濃度を変化させた場合における、得られるポリピロール(PPy)の平均粒子径への影響を確認した。具体的には、ピロールの濃度を0.05M、0.1M、0.25M、及び[ビス(トリフルオロアセトキシ)ヨード]ベンゼンを0.0025M、0.005M、0.01Mとした場合におけるポリピロールの平均粒子径の変化を確認した。   The average particle diameter of the resulting polypyrrole (PPy) when the concentration of the used monomer pyrrole (Py) and the oxidizing agent [bis (trifluoroacetoxy) iodo] benzene (BTI) are varied Confirmed the impact on Specifically, the concentration of polypyrrole when the concentration of pyrrole is 0.05M, 0.1M, 0.25M, and [bis (trifluoroacetoxy) iodo] benzene is 0.0025M, 0.005M, 0.01M. The change of the average particle diameter was confirmed.

図14は、ピロール及び[ビス(トリフルオロアセトキシ)ヨード]ベンゼンの濃度とポリピロール(PPy)の平均粒子径との関係を示した図である(二酸化炭素の温度を40℃、圧力を20MPa、密度を0.84g/cm)。図14に示したように、酸化剤である[ビス(トリフルオロアセトキシ)ヨード]ベンゼンの濃度を変化させても平均粒子径にはほとんど影響がないことが確認できた。一方、モノマーであるピロール濃度が高くなると、それに応じて平均粒子径は大きくなった。 FIG. 14 is a graph showing the relationship between the concentration of pyrrole and [bis (trifluoroacetoxy) iodo] benzene and the average particle size of polypyrrole (PPy) (the temperature of carbon dioxide is 40 ° C., the pressure is 20 MPa, the density 0.84 g / cm 3 ). As shown in FIG. 14, it was confirmed that there was almost no influence on the average particle diameter even when the concentration of [bis (trifluoroacetoxy) iodo] benzene as an oxidizing agent was changed. On the other hand, when the pyrrole concentration as the monomer was increased, the average particle size was increased accordingly.

[実施例3]
ポリ(3−アセチルチオフェン)の重合:
モノマーとして、3,4−エチレンジオキシチオフェン(EDOT)の代わりに3−アセチルチオフェンを用いた以外は、実施例1に示した方法と同様な方法を用いて、重合体であるポリ(3−アセチルチオフェン)を製造した。なお、得られた重合体には界面活性剤は存在しなかった。得られたポリ(3−アセチルチオフェン)の導電率を、実施例1と同様に四端子法により測定した結果、4.0×10−2S/cmであった。
[Example 3]
Polymerization of poly (3-acetylthiophene):
Poly (3- (3)), which is a polymer, was used in the same manner as in Example 1 except that 3-acetylthiophene was used instead of 3,4-ethylenedioxythiophene (EDOT) as the monomer. Acetylthiophene) was prepared. In addition, surfactant was not present in the obtained polymer. It was 4.0 * 10 <-2 > S / cm as a result of measuring the electrical conductivity of the obtained poly (3-acetylthiophene) by the 4-terminal method similarly to Example 1. FIG.

[実施例4]
ポリ(3−アセチルピロール)の重合:
モノマーとして、3,4−エチレンジオキシチオフェン(EDOT)の代わりに3−アセチルピロールを用いた以外は、実施例1に示した方法と同様な方法を用いて、重合体であるポリ(3−アセチルピロール)を製造した。なお、得られた重合体には界面活性剤は存在しなかった。得られたポリ(3−アセチルピロール)の導電率を、実施例1と同様に四端子法により測定した結果、5.0×10−2S/cmであった。
[Example 4]
Polymerization of poly (3-acetylpyrrole):
Poly (3- (3)), which is a polymer, was used in the same manner as in Example 1 except that 3-acetylpyrrole was used in place of 3,4-ethylenedioxythiophene (EDOT) as the monomer. Acetylpyrrole) was produced. In addition, surfactant was not present in the obtained polymer. It was 5.0 * 10 <-2 > S / cm as a result of measuring the electrical conductivity of the obtained poly (3-acetylpyrrole) by the 4-terminal method similarly to Example 1. FIG.

本発明は、電子機能性材料等として適用される導電性高分子ナノ微粒子として有利に使用することができる。   The present invention can be advantageously used as conductive polymer nanoparticles applied as an electronic functional material or the like.

二酸化炭素の状態図である。It is a phase diagram of carbon dioxide. 本発明の導電性高分子ナノ微粒子の製造方法を実施する製造装置の一態様を示した概略図である。It is the schematic which showed the one aspect | mode of the manufacturing apparatus which enforces the manufacturing method of the conductive polymer nanoparticle of this invention. 本発明の導電性高分子ナノ微粒子の製造方法のフローチャートを示した図である。It is the figure which showed the flowchart of the manufacturing method of the conductive polymer nanoparticle of this invention. 実施例1で得られたポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)(PEDOT)微粒子の動的光散乱(DLS)における測定結果を示した図である。FIG. 3 is a diagram showing measurement results in dynamic light scattering (DLS) of poly (3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) fine particles obtained in Example 1. 実施例1で得られたポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)(PEDOT)微粒子の走査型電子顕微鏡(SEM)による形態写真を示した図である。It is the figure which showed the form photograph by the scanning electron microscope (SEM) of the poly (3,4-ethylene dioxythiophene) (PEDOT) microparticles | fine-particles obtained in Example 1. FIG. 二酸化炭素の密度とポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)(PEDOT)の平均粒子径の関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between the density of a carbon dioxide, and the average particle diameter of poly (3,4-ethylene dioxythiophene) (PEDOT). 実施例2で得られたポリピロール(PPy)微粒子の走査型電子顕微鏡(SEM)による形態写真を示した図である。It is the figure which showed the form photograph by the scanning electron microscope (SEM) of the polypyrrole (PPy) microparticles | fine-particles obtained in Example 2. FIG. 重合時間を60分として得られたポリピロール(PPy)微粒子の走査型電子顕微鏡(SEM)による形態写真を示した図である。It is the figure which showed the form photograph by the scanning electron microscope (SEM) of the polypyrrole (PPy) microparticles | fine-particles obtained by superposing | polymerizing time for 60 minutes. 重合時間を180分として得られたポリピロール(PPy)微粒子の走査型電子顕微鏡(SEM)による形態写真を示した図である。It is the figure which showed the form photograph by the scanning electron microscope (SEM) of the polypyrrole (PPy) microparticles | fine-particles obtained by making polymerization time into 180 minutes. 重合時間を360分として得られたポリピロール(PPy)微粒子の走査型電子顕微鏡(SEM)による形態写真を示した図である。It is the figure which showed the form photograph by the scanning electron microscope (SEM) of the polypyrrole (PPy) microparticles | fine-particles obtained by making polymerization time into 360 minutes. 重合時間と収率との関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between superposition | polymerization time and a yield. 二酸化炭素の密度とポリピロール(PPy)の平均粒子径の関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between the density of a carbon dioxide, and the average particle diameter of polypyrrole (PPy). 重合温度とポリピロール(PPy)の平均粒子径の関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between superposition | polymerization temperature and the average particle diameter of polypyrrole (PPy). ピロール及び[ビス(トリフルオロアセトキシ)ヨード]ベンゼンの濃度とポリピロール(PPy)の平均粒子径との関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between the density | concentration of pyrrole and [bis (trifluoroacetoxy) iodo] benzene, and the average particle diameter of polypyrrole (PPy).

符号の説明Explanation of symbols

1 製造装置
10 高圧セル
11,12 ヒーター(リボンヒーター)
13 スターラー
14 熱電対
15,16 圧力計
17 観察窓
21 二酸化炭素ボンベ
22 ポンプ
V バルブ
1 Manufacturing Equipment 10 High Pressure Cell 11, 12 Heater (Ribbon Heater)
13 Stirrer 14 Thermocouple 15, 16 Pressure gauge 17 Observation window 21 Carbon dioxide cylinder 22 Pump V valve

Claims (6)

π−共役二重結合を有するモノマーの重合体からなる導電性高分子ナノ微粒子であって、
平均粒子径が10〜1000nmであり、界面活性剤が存在しないことを特徴とする導電性高分子ナノ微粒子。
Conductive polymer nanoparticles comprising a polymer of monomers having a π-conjugated double bond,
Conductive polymer nanoparticles having an average particle diameter of 10 to 1000 nm and no surfactant.
ポリチオフェン類であることを特徴とする請求項1に記載の導電性高分子ナノ微粒子。   The conductive polymer nanoparticle according to claim 1, which is a polythiophene. π−共役二重結合を有するモノマーを、酸化剤とともに超臨界状態の二酸化炭素と混合して重合することを特徴とする導電性高分子ナノ微粒子の製造方法。   A method for producing conductive polymer nanoparticles, wherein a monomer having a π-conjugated double bond is mixed with an oxidizing agent and carbon dioxide in a supercritical state and polymerized. 前記π−共役二重結合を有するモノマーがチオフェンまたはチオフェン誘導体であることを特徴とする請求項3に記載の導電性高分子ナノ微粒子の製造方法。   The method for producing conductive polymer nanoparticles according to claim 3, wherein the monomer having a π-conjugated double bond is thiophene or a thiophene derivative. 収率が50〜75%の時点で重合を終了させることを特徴とする請求項3または請求項4に記載の導電性高分子ナノ微粒子の製造方法。   The method for producing conductive polymer nanoparticles according to claim 3 or 4, wherein the polymerization is terminated when the yield is 50 to 75%. 前記酸化剤が超原子価ヨウ素化合物であることを特徴とする請求項3ないし請求項5のいずれかに記載の導電性高分子ナノ微粒子の製造方法。
6. The method for producing conductive polymer nanoparticles according to claim 3, wherein the oxidizing agent is a hypervalent iodine compound.
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