JP2011099010A - Production method for polythiophene, production method for polythiophene dispersion, polythiophene dispersion, and conductive film - Google Patents

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Kosuke Tsuchiya
康佑 土屋
Kenji Ogino
賢司 荻野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for synthesizing a polythiophene by oxidation polymerization utilizing an oxidant in a catalyst amount, a dispersion containing the polythiophene, and a conductive film. <P>SOLUTION: The production method for a polythiophene is performed by subjecting a substituted thiophene such as 3,4-ethylenedioxythiophene to oxidation polymerization in the presence of a palladium-based catalyst such as palladium (II) acetate, a copper catalyst such as copper (II) acetate, and oxygen as an oxidant. The dispersion contains the polythiophene, palladium, and an aqueous polysulfonic acid solution. The conductive film is obtained from the dispersion. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、ポリチオフェンの製造方法、ポリチオフェン分散体の製造方法、ポリチオフェン分散体及び導電性フィルムに関する。   The present invention relates to a method for producing polythiophene, a method for producing a polythiophene dispersion, a polythiophene dispersion, and a conductive film.

ポリチオフェンは導電性や発光特性を有する機能性高分子として注目を集めている。特に、head−to−tailがそろった位置規則性の高いポリ(3−ヘキシルチオフェン)は高い電荷輸送能を有することが知られており、有機薄膜トランジスタや高分子薄膜太陽電池などの素子への応用が期待されている。
簡便な溶液重合によるポリチオフェンの合成法として酸化重合反応が挙げられる。例えば、特許文献1に、ポリアニオンの存在下において3,4−ジアルコキシチオフェン等をポリ酸の存在下で酸化重合するポリチオフェンの分散体の製造方法が記載されている。特許文献2には、導電性ポリマー先駆物質としてのチオフェンと、強酸、塩素酸塩または塩素酸、鉄の塩、および反応媒体の混合物を、重合条件下で反応させるポリチオフェンの製造方法が記載されている。特許文献3には、ポリ(ジオキシチオフェン)/ポリ(アクリルアミドアルキルスルホン酸)複合体及びそれらを製造するための酸化重合方法が記載されている。
Polythiophene has attracted attention as a functional polymer having electrical conductivity and light emission characteristics. In particular, poly (3-hexylthiophene) having a high positional order with head-to-tail is known to have a high charge transporting ability, and is applied to devices such as organic thin film transistors and polymer thin film solar cells. Is expected.
An oxidation polymerization reaction is an example of a method for synthesizing polythiophene by simple solution polymerization. For example, Patent Document 1 describes a method for producing a polythiophene dispersion in which 3,4-dialkoxythiophene or the like is oxidatively polymerized in the presence of a polyacid in the presence of a polyanion. Patent Document 2 describes a process for producing polythiophene in which a mixture of thiophene as a conductive polymer precursor and a strong acid, chlorate or chloric acid, iron salt, and reaction medium is reacted under polymerization conditions. Yes. Patent Document 3 describes a poly (dioxythiophene) / poly (acrylamide alkyl sulfonic acid) complex and an oxidative polymerization method for producing them.

特開平07−90060号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 07-90060 特表2001−523741号公報JP-T-2001-523741 特表2005−508418号公報JP-T-2005-508418

ところで、ポリチオフェンの合成法としての酸化重合は、塩化鉄(III)等の当量の酸化剤が必要となる。これらの酸化剤は、通常、実用の際に取り除く必要がある。また、酸化剤の使用量を減少させる場合でも、重合の際に、酸化剤等の添加剤をさらに加える必要がある。
本発明の目的は、触媒量の酸化剤を利用した酸化重合によりポリチオフェンを合成する方法を提供することにある。
By the way, oxidative polymerization as a synthesis method of polythiophene requires an equivalent oxidizing agent such as iron (III) chloride. These oxidizing agents usually need to be removed during practical use. Even when the amount of the oxidizing agent used is reduced, it is necessary to further add an additive such as an oxidizing agent during the polymerization.
An object of the present invention is to provide a method for synthesizing polythiophene by oxidative polymerization using a catalytic amount of an oxidizing agent.

本発明によれば、下記請求項1乃至14に係るポリチオフェンの製造方法、ポリチオフェン分散体の製造方法、ポリチオフェン分散体及び導電性フィルムが提供される。
請求項1に係る発明は、パラジウム系触媒と酸化剤の存在下で、チオフェンを酸化重合することを特徴とするポリチオフェンの製造方法である。
請求項2に係る発明は、前記パラジウム系触媒が、酢酸パラジウム(II)であることを特徴とする請求項1に記載のポリチオフェンの製造方法である。
請求項3に係る発明は、前記酸化剤が、酸素であることを特徴とする請求項1又は2に記載のポリチオフェンの製造方法である。
According to the present invention, there are provided a polythiophene production method, a polythiophene dispersion production method, a polythiophene dispersion, and a conductive film according to claims 1 to 14 below.
The invention according to claim 1 is a method for producing polythiophene, characterized in that thiophene is oxidatively polymerized in the presence of a palladium catalyst and an oxidizing agent.
The invention according to claim 2 is the method for producing polythiophene according to claim 1, wherein the palladium-based catalyst is palladium (II) acetate.
The invention according to claim 3 is the method for producing polythiophene according to claim 1 or 2, wherein the oxidizing agent is oxygen.

請求項4に係る発明は、前記チオフェンが、下記式(1)で表される化合物であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のポリチオフェンの製造方法である。   The invention according to claim 4 is the method for producing polythiophene according to any one of claims 1 to 3, wherein the thiophene is a compound represented by the following formula (1).

Figure 2011099010
Figure 2011099010

(式(1)中、R及びRは、それぞれ独立に、水素原子、置換されることがある、炭素数1〜炭素数8のアルキル基、炭素数1〜炭素数8のアルコキシ基、炭素数1〜炭素数8のジオキシアルキレン基を表す。)
請求項5に係る発明は、前記式(1)におけるR及びRは、ヘキシル基、ヘキシルオキシ基、エチレンジオキシ基から選ばれることを特徴とする請求項4に記載のポリチオ
フェンの製造方法である。
請求項6に係る発明は、さらに、酢酸銅(II)を使用することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載のポリチオフェンの製造方法である。
(In Formula (1), R 1 and R 2 are each independently a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 8 carbon atoms, which may be substituted, Represents a C1-C8 dioxyalkylene group.)
The invention according to claim 5 is the method for producing polythiophene according to claim 4, wherein R 1 and R 2 in the formula (1) are selected from a hexyl group, a hexyloxy group, and an ethylenedioxy group. It is.
The invention according to claim 6 is the method for producing polythiophene according to any one of claims 1 to 5, further comprising using copper (II) acetate.

請求項7に係る発明は、パラジウム系触媒、酸化剤及びポリスルホン酸の存在下で、水溶液中でチオフェンを酸化重合することを特徴とするポリチオフェン分散体の製造方法である。
請求項8に係る発明は、前記ポリスルホン酸が、ポリスチレンスルホン酸であることを特徴とする請求項7に記載のポリチオフェン分散体の製造方法である。
請求項9に係る発明は、前記チオフェンが、チオフェン骨格の3位及び4位に、それぞれ独立に、炭素数1〜炭素数8のアルキル基、炭素数1〜炭素数8のアルコキシ基、炭素数1〜炭素数8のジオキシアルキレン基が結合した3,4−ジ置換チオフェンであることを特徴とする請求項7又は8に記載のポリチオフェン分散体の製造方法である。
請求項10に係る発明は、前記チオフェンが、3,4−エチレンジオキシチオフェンであることを特徴とする請求項7乃至9のいずれか1項に記載のポリチオフェン分散体の製造方法である。
請求項11に係る発明は、前記パラジウム系触媒が、酢酸パラジウム(II)であり、前記酸化剤が、酸素であることを特徴とする請求項7乃至10のいずれか1項に記載のポリチオフェン分散体の製造方法である。
The invention according to claim 7 is a method for producing a polythiophene dispersion, wherein thiophene is oxidatively polymerized in an aqueous solution in the presence of a palladium-based catalyst, an oxidizing agent, and polysulfonic acid.
The invention according to claim 8 is the method for producing a polythiophene dispersion according to claim 7, wherein the polysulfonic acid is polystyrenesulfonic acid.
The invention according to claim 9 is characterized in that the thiophene is independently an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 8 carbon atoms, and a carbon number at the 3rd and 4th positions of the thiophene skeleton. 9. The method for producing a polythiophene dispersion according to claim 7, wherein the polythiophene dispersion is a 3,4-disubstituted thiophene bonded with a 1 to 8 carbon dioxyalkylene group.
The invention according to claim 10 is the method for producing a polythiophene dispersion according to any one of claims 7 to 9, wherein the thiophene is 3,4-ethylenedioxythiophene.
The invention according to claim 11 is the polythiophene dispersion according to any one of claims 7 to 10, wherein the palladium-based catalyst is palladium (II) acetate and the oxidizing agent is oxygen. It is a manufacturing method of a body.

請求項12に係る発明は、下記式(2)で表される構造単位を有するポリチオフェンと、パラジウムと、ポリスルホン酸水溶液と、を含むことを特徴とするポリチオフェン分散体である。   The invention according to claim 12 is a polythiophene dispersion comprising polythiophene having a structural unit represented by the following formula (2), palladium, and an aqueous polysulfonic acid solution.

Figure 2011099010
Figure 2011099010

(式(2)中、R及びRは、それぞれ独立に、水素原子、置換されることがある、炭素数1〜炭素数8のアルキル基、炭素数1〜炭素数8のアルコキシ基、炭素数1〜炭素数8のジオキシアルキレン基を表す。)
請求項13に係る発明は、前記式(2)におけるR及びRが、エチレンジオキシ基であることを特徴とする請求項12に記載のポリチオフェン分散体である。
(In Formula (2), R 1 and R 2 are each independently a hydrogen atom, a C1-C8 alkyl group, a C1-C8 alkoxy group, which may be substituted, Represents a C1-C8 dioxyalkylene group.)
The invention according to claim 13 is the polythiophene dispersion according to claim 12, wherein R 1 and R 2 in the formula (2) are ethylenedioxy groups.

請求項14に係る発明は、請求項12又は13に記載のポリチオフェン分散体の塗布膜を所定の基板上に成膜し、当該塗布膜を乾燥して得られることを特徴とする導電性フィルムである。   The invention according to claim 14 is a conductive film obtained by forming the coating film of the polythiophene dispersion according to claim 12 or 13 on a predetermined substrate and drying the coating film. is there.

本発明によれば、従来の当量の酸化剤が必要となる酸化重合と比較して、微量のパラジウム系触媒の使用によりポリチオフェンを合成することができる。これにより、重合反応が終了した後に、酸化剤などを除去するための精製工程が不要となる。
また、ポリスルホン酸水溶液を含むポリチオフェン分散体により、精製工程を経ることなく、導電性フィルムとしての性能を有するポリチオフェン薄膜が得られる。
According to the present invention, polythiophene can be synthesized by using a trace amount of a palladium-based catalyst, as compared with conventional oxidative polymerization that requires an equivalent amount of oxidizing agent. This eliminates the need for a purification step for removing the oxidizing agent after the polymerization reaction is completed.
Moreover, the polythiophene dispersion containing the polysulfonic acid aqueous solution provides a polythiophene thin film having performance as a conductive film without going through a purification step.

実施例1に示したポリ(3−ヘキシルチオフェン)のH−NMRスペクトルである。2 is a 1 H-NMR spectrum of poly (3-hexylthiophene) shown in Example 1. 実施例5に示したポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)のIRスペクトルである。6 is an IR spectrum of poly (3,4-ethylenedioxythiophene) shown in Example 5. 実施例7及び8で得られたポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)薄膜のUV−可視吸収スペクトルである。It is a UV-visible absorption spectrum of the poly (3,4-ethylenedioxythiophene) thin film obtained in Examples 7 and 8. 実施例7で得られたポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)薄膜の調製方法を説明する図である。6 is a diagram illustrating a method for preparing a poly (3,4-ethylenedioxythiophene) thin film obtained in Example 7. FIG.

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。尚、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することが出来る。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. The present invention is not limited to the following embodiments, and various modifications can be made within the scope of the invention.

<ポリチオフェンの製造方法>
(チオフェン)
本実施の形態が適用されるポリチオフェンの製造方法で使用するチオフェンは、例えば、下記式(1)で表されるように、チオフェン環の3位及び4位に水素原子または置換基が結合した化合物が挙げられる。
<Method for producing polythiophene>
(Thiophene)
The thiophene used in the method for producing polythiophene to which the present embodiment is applied is, for example, a compound in which a hydrogen atom or a substituent is bonded to the 3-position and 4-position of the thiophene ring as represented by the following formula (1) Is mentioned.

Figure 2011099010
Figure 2011099010

ここで、式(1)中、R及びRは、それぞれ独立に、水素原子、置換されることがある、炭素数1〜炭素数8のアルキル基、炭素数1〜炭素数8のアルコキシ基、炭素数1〜炭素数8のジオキシアルキレン基を表す。R及びRは、互いに結合してもよい。
置換されることがある、炭素数1〜炭素数8のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基、ペンチル基、オクチル基等が挙げられる。置換されることがある炭素数1〜炭素数8のアルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロピルオキシ基、ヘキシルオキシ基等が挙げられる。置換されることがある炭素数1〜炭素数8のジオキシアルキレン基としては、例えば、エチレンジオキシ基等が挙げられる。
これらの中でも、ヘキシル基、メトキシ基、ヘキシルオキシ基、3,4−エチレンジオキシ基が好ましい。
Here, in Formula (1), R < 1 > and R < 2 > are respectively independently a hydrogen atom, the C1-C8 alkyl group which may be substituted, and a C1-C8 alkoxy. Group represents a C1-C8 dioxyalkylene group. R 1 and R 2 may be bonded to each other.
As a C1-C8 alkyl group which may be substituted, a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, a hexyl group, a pentyl group, an octyl group etc. are mentioned, for example. As a C1-C8 alkoxy group which may be substituted, a methoxy group, an ethoxy group, a propyloxy group, a hexyloxy group etc. are mentioned, for example. As a C1-C8 dioxyalkylene group which may be substituted, an ethylene dioxy group etc. are mentioned, for example.
Among these, a hexyl group, a methoxy group, a hexyloxy group, and a 3,4-ethylenedioxy group are preferable.

式(1)で表される化合物としては、チオフェン骨格の3位及び4位に、それぞれ独立に、炭素数1〜炭素数8のアルキル基、炭素数1〜炭素数8のアルコキシ基、炭素数1〜炭素数8のジオキシアルキレン基が結合した3,4−ジ置換チオフェンが好ましい。
具体的には、例えば、3,4−ジアルキルチオフェン、3,4−ジアルコキシチオフェン、3,4−アルキレンジオキシチオフェン等が挙げられる。
具体的な化合物としては、例えば、3−ヘキシルチオフェン、3,4−ジヘキシルチオフェン、3,4−ジメトキシチオフェン、3,4−ジヘキシルオキシチオフェン、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、3,4−プロピレンジオキシチオフェン等が挙げられる。これらの中でも、3,4−エチレンジオキシチオフェンが好ましい。
As the compound represented by the formula (1), the alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, the alkoxy group having 1 to 8 carbon atoms, and the number of carbon atoms independently at the 3rd and 4th positions of the thiophene skeleton. A 3,4-disubstituted thiophene to which a 1 to 8 carbon dioxyalkylene group is bonded is preferred.
Specifically, for example, 3,4-dialkylthiophene, 3,4-dialkoxythiophene, 3,4-alkylenedioxythiophene and the like can be mentioned.
Specific examples of the compound include 3-hexylthiophene, 3,4-dihexylthiophene, 3,4-dimethoxythiophene, 3,4-dihexyloxythiophene, 3,4-methylenedioxythiophene, and 3,4-ethylene. Examples include dioxythiophene and 3,4-propylenedioxythiophene. Among these, 3,4-ethylenedioxythiophene is preferable.

(パラジウム触媒)
本実施の形態で使用するパラジウム触媒としては、特に限定されず、例えば、パラジウム触媒としては、特に限定されず、例えば、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)、トリス(ジベンジリデンアセトン)二パラジウム(0)、ビス(トリシクロヘキシル)パラジウム(0)、ジクロロビス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(II)、ジブロモビス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(II)、ジクロロ[1,4−ビス(ジフェニルホスフィノ)ブタン]パラジウム(II)、ジクロロ[1,2−ビス(ジフェニルホスフィノ)エタン]パラジウム(II)、ジクロロ[1,1’−ビス(ジフェニルホスフィノ)フェロセン]パラジウム(II)、酢酸パラジウム(II)等が挙げられる。これらの中でも、触媒活性の観点から、酢酸パラジウム(II)が好ましい。
(Palladium catalyst)
The palladium catalyst used in the present embodiment is not particularly limited. For example, the palladium catalyst is not particularly limited. For example, tetrakis (triphenylphosphine) palladium (0), tris (dibenzylideneacetone) dipalladium. (0), bis (tricyclohexyl) palladium (0), dichlorobis (triphenylphosphine) palladium (II), dibromobis (triphenylphosphine) palladium (II), dichloro [1,4-bis (diphenylphosphino) butane] Palladium (II), dichloro [1,2-bis (diphenylphosphino) ethane] palladium (II), dichloro [1,1′-bis (diphenylphosphino) ferrocene] palladium (II), palladium (II) acetate, etc. Is mentioned. Among these, palladium (II) acetate is preferable from the viewpoint of catalytic activity.

パラジウム触媒の使用量は、特に限定されないが、式(1)で示されるチオフェン化合物1モルに対して0.005当量〜0.5当量、好ましくは0.01当量〜0.1当量である。パラジウム触媒の使用量が過度に少ないと、酸化重合反応が進行しにくい傾向がある。また、パラジウム触媒の使用量が過度に多い場合、使用量に見合う効果が得られず経済的ではない。   Although the usage-amount of a palladium catalyst is not specifically limited, It is 0.005 equivalent-0.5 equivalent with respect to 1 mol of thiophene compounds shown by Formula (1), Preferably it is 0.01 equivalent-0.1 equivalent. When the amount of the palladium catalyst used is excessively small, the oxidative polymerization reaction tends to hardly proceed. Moreover, when the usage-amount of a palladium catalyst is too much, the effect corresponding to a usage-amount cannot be acquired and it is not economical.

(銅触媒)
本実施の形態では、パラジウム触媒に加えて銅触媒を併用することが好ましい。銅触媒としては特に限定されず、例えば、金属銅、塩化第一銅、塩化第二銅、臭化第一銅、臭化第二銅、ヨウ化第一銅、ヨウ化第二銅、硫酸第一銅、硫酸第二銅、酢酸第一銅、酢酸第二銅、ギ酸第一銅、ギ酸第二銅、酸化第一銅、酸化第二銅、銅(I)トリフレート、銅(I)メトキシド、銅(II)トリフレート、銅(II)メトキシド、銅(II)アセチルアセトナート、銅(II)ジピバロイルメタン等が挙げられる。これらの中でも、塩化第二銅、ヨウ化第一銅、酢酸第二銅が好ましく、酢酸第二銅がより好ましい。
銅触媒の使用量は、特に限定されないが、式(1)で示されるチオフェン化合物1モルに対して0.005当量〜0.5当量、好ましくは0.01当量〜0.1当量である。銅触媒の使用量が過度に少ないと、重合度が上がりにくい傾向がある。また、銅触媒の使用量が過度に多い場合、得られるポリチオフェンの精製が困難となる傾向がある。
(Copper catalyst)
In the present embodiment, it is preferable to use a copper catalyst in combination with the palladium catalyst. The copper catalyst is not particularly limited. For example, metal copper, cuprous chloride, cupric chloride, cuprous bromide, cupric bromide, cuprous iodide, cupric iodide, sulfate sulfate Cuprous, cupric sulfate, cuprous acetate, cupric acetate, cuprous formate, cupric formate, cuprous oxide, cupric oxide, copper (I) triflate, copper (I) methoxide , Copper (II) triflate, copper (II) methoxide, copper (II) acetylacetonate, copper (II) dipivaloylmethane, and the like. Among these, cupric chloride, cuprous iodide, and cupric acetate are preferable, and cupric acetate is more preferable.
Although the usage-amount of a copper catalyst is not specifically limited, It is 0.005 equivalent-0.5 equivalent with respect to 1 mol of thiophene compounds shown by Formula (1), Preferably it is 0.01 equivalent-0.1 equivalent. If the amount of copper catalyst used is excessively small, the degree of polymerization tends to be difficult to increase. Moreover, when there is too much usage-amount of a copper catalyst, there exists a tendency for the refinement | purification of the obtained polythiophene to become difficult.

(酸化剤)
本実施の形態で使用する酸化剤としては、特に限定されず、例えば、空気または酸素、FeCl、Fe(ClO等の鉄(III)塩、有機酸及び有機残基を含む無機酸の鉄(III)塩、H、KCrO、過硫酸アルカリまたはアンモニウム、過ホウ酸アルカリ、過マンガン酸カリウム及び銅塩、四フッ化ホウ酸銅等が挙げられる。本実施の形態では、空気又は酸素が好ましい。
(Oxidant)
The oxidizing agent used in the present embodiment is not particularly limited, and examples thereof include air or oxygen, iron (III) salts such as FeCl 3 and Fe (ClO 4 ) 3 , organic acids, and inorganic acids containing organic residues. Iron (III) salt, H 2 O 2 , K 2 CrO 7 , alkali or ammonium persulfate, alkali perborate, potassium permanganate and copper salt, copper tetrafluoroborate and the like. In the present embodiment, air or oxygen is preferable.

(重合溶媒)
本実施の形態では、チオフェンの酸化重合は、溶液重合法、沈殿重合法、乳化重合法、懸濁重合法等により行うことが好ましい。これらの中でも、溶液重合法が好ましい。
酸化重合する際に使用できる重合溶媒としては、例えば、クロロホルム、ジクロロメタン、1,2−ジクロロエタン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、トリクロロベンゼン等の塩素化炭化水素;ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン、ジエチルベンゼン等の芳香族炭化水素;ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジグライム、アニソール、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、2−ヘプタノン、シクロヘキサノン、シクロペンタン等のケトン;酢酸メチル、酢酸エチル、乳酸メチル、乳酸エチル等のエステル;γ−ブチロラクトン、γ−ブチロラクタム等の複素環化合物;N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン、N−メチルイミダゾリジノン、ピリジン、ニトロベンゼン等の含窒素化合物;二硫化炭素、ニトロメタン、ジメチルスルホキシド等の含硫黄化合物が挙げられる。これらの中でも、クロロホルム、テトラヒドロフラン、ジクロロメタン、トルエン、ピリジン等が好ましい。
(Polymerization solvent)
In the present embodiment, the thiophene oxidative polymerization is preferably performed by a solution polymerization method, a precipitation polymerization method, an emulsion polymerization method, a suspension polymerization method, or the like. Among these, the solution polymerization method is preferable.
Examples of the polymerization solvent that can be used for oxidative polymerization include chlorinated hydrocarbons such as chloroform, dichloromethane, 1,2-dichloroethane, chlorobenzene, dichlorobenzene, and trichlorobenzene; aromatics such as benzene, toluene, xylene, mesitylene, and diethylbenzene. Group hydrocarbons; ketones such as diethyl ether, tetrahydrofuran, dioxane, diglyme, anisole, acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, 2-heptanone, cyclohexanone, cyclopentane; esters such as methyl acetate, ethyl acetate, methyl lactate, ethyl lactate; Heterocyclic compounds such as γ-butyrolactone and γ-butyrolactam; N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone, N-methylimidazoli Examples thereof include nitrogen-containing compounds such as dinone, pyridine and nitrobenzene; and sulfur-containing compounds such as carbon disulfide, nitromethane and dimethyl sulfoxide. Among these, chloroform, tetrahydrofuran, dichloromethane, toluene, pyridine and the like are preferable.

さらに、本実施の形態では、チオフェンの酸化重合において、前述した重合溶媒に加え、トリフルオロ酢酸を併用している。重合溶媒と共にトリフルオロ酢酸を併用することにより、重合速度および重合度を上げることができる。
トリフルオロ酢酸の使用量は特に限定されないが、本実施の形態では、前述した重合溶媒に対し、5質量%〜50質量%、好ましくは10質量%〜20質量%である。
トリフルオロ酢酸の使用量が過度に少ないと、重合度が上がりにくい傾向がある。また、トリフルオロ酢酸以外に、例えば、メタンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、トルエンスルホン酸等を使用することができる。
Furthermore, in this embodiment, in the thiophene oxidative polymerization, trifluoroacetic acid is used in combination with the polymerization solvent described above. By using trifluoroacetic acid together with the polymerization solvent, the polymerization rate and degree of polymerization can be increased.
Although the usage-amount of trifluoroacetic acid is not specifically limited, In this Embodiment, it is 5 mass%-50 mass% with respect to the polymerization solvent mentioned above, Preferably it is 10 mass%-20 mass%.
If the amount of trifluoroacetic acid used is too small, the degree of polymerization tends to be difficult to increase. In addition to trifluoroacetic acid, for example, methanesulfonic acid, trifluoromethanesulfonic acid, toluenesulfonic acid and the like can be used.

(チオフェンの酸化重合反応)
本実施の形態が適用されるポリチオフェンの製造方法は、所定の反応条件下で、下記に示す反応スキームに従い、パラジウム系触媒と酸化剤の存在下で、式(1)で表されるチオフェンを酸化重合することによりポリチオフェンを合成する。
(Oxidative polymerization reaction of thiophene)
The production method of polythiophene to which the present embodiment is applied oxidizes the thiophene represented by the formula (1) in the presence of a palladium-based catalyst and an oxidizing agent according to the reaction scheme shown below under predetermined reaction conditions. Polythiophene is synthesized by polymerization.

Figure 2011099010
Figure 2011099010

式(1)で表されるチオフェンの酸化重合を溶液重合法により行う場合、重合溶媒中のモノマーとしてのチオフェンの濃度は、通常、1質量%〜50質量%、好ましくは3質量%〜20質量%、より好ましくは5質量%〜15質量%である。
酸化重合反応を行う重合温度は、通常、0℃〜100℃、好ましくは20℃〜80℃、より好ましくは20℃〜50℃である。また、重合時間は、通常、1時間〜48時間、好ましくは6時間〜24時間、より好ましくは12時間〜24時間である。
本実施の形態では、チオフェンの酸化重合における酸化剤とし酸素を使用する場合、重合反応系中に酸素を存在させる方法としては、例えば、反応溶液を空気中で撹拌することにより空気中の酸素を反応溶液中に取り込む方法、反応溶液中に空気又は酸素を吹き込む方法等が挙げられる。
When the oxidative polymerization of thiophene represented by formula (1) is performed by a solution polymerization method, the concentration of thiophene as a monomer in the polymerization solvent is usually 1% by mass to 50% by mass, preferably 3% by mass to 20% by mass. %, More preferably 5% by mass to 15% by mass.
The polymerization temperature for conducting the oxidative polymerization reaction is usually 0 ° C to 100 ° C, preferably 20 ° C to 80 ° C, more preferably 20 ° C to 50 ° C. The polymerization time is usually 1 hour to 48 hours, preferably 6 hours to 24 hours, more preferably 12 hours to 24 hours.
In the present embodiment, when oxygen is used as an oxidant in the oxidative polymerization of thiophene, for example, oxygen can be present in the polymerization reaction system by, for example, stirring the reaction solution in air to Examples thereof include a method for taking in the reaction solution and a method for blowing air or oxygen into the reaction solution.

(ポリチオフェン)
本実施の形態が適用されるチオフェンの製造方法により、下記(2)式で表される構造単位を有するポリチオフェンが得られる。
(Polythiophene)
By the method for producing thiophene to which the present embodiment is applied, polythiophene having a structural unit represented by the following formula (2) is obtained.

Figure 2011099010
Figure 2011099010

ここで、式(2)中、R及びRは、前述した式(1)におけるR及びRと同様なものが挙げられる。
ポリチオフェンの分子量は、特に限定されないが、本実施の形態では、ゲルパミエーションクロマトグラム(GPC)の測定結果に基づき標準ポリスチレンに換算した数平均分子量(Mn)として、通常、1000以上である。また、標準ポリスチレンに換算した数平均分子量(Mn)と重量平均分子量(Mw)とを用いて求めた分子量分散(Mw/Mn)は、通常、1.5〜4.0である。
ポリチオフェンの具体例としては、例えば、ポリ(3−ヘキシルチオフェン)、ポリ(3,4−ジヘキシルチオフェン)、ポリ(3,4−ジメトキシチオフェン)、ポリ(3,4−ジヘキシルオキシチオフェン)、ポリ(3,4−メチレンジオキシチオフェン)、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)、ポリ(3,4−プロピレンジオキシチオフェン)等が挙げられる。これらの中でも、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)が好ましい。
Here, in the formula (2), R 1 and R 2 include those similar to R 1 and R 2 in Formula (1) described above.
Although the molecular weight of polythiophene is not particularly limited, in the present embodiment, the number average molecular weight (Mn) converted to standard polystyrene based on the measurement result of gel permeation chromatogram (GPC) is usually 1000 or more. Moreover, the molecular weight dispersion | distribution (Mw / Mn) calculated | required using the number average molecular weight (Mn) converted into standard polystyrene and the weight average molecular weight (Mw) is 1.5-4.0 normally.
Specific examples of polythiophene include, for example, poly (3-hexylthiophene), poly (3,4-dihexylthiophene), poly (3,4-dimethoxythiophene), poly (3,4-dihexyloxythiophene), poly ( 3,4-methylenedioxythiophene), poly (3,4-ethylenedioxythiophene), poly (3,4-propylenedioxythiophene) and the like. Among these, poly (3,4-ethylenedioxythiophene) is preferable.

<ポリチオフェン分散体の製造方法>
次に、ポリチオフェン分散体の製造方法を説明する。本実施の形態が適用されるポリチオフェン分散体の製造方法は、パラジウム系触媒、酸化剤及びポリスルホン酸の存在下で、水溶液中でチオフェンを酸化重合することにより、ポリチオフェンが水溶液中に分散状態で存在する分散体が製造される。
<Method for producing polythiophene dispersion>
Next, a method for producing a polythiophene dispersion will be described. The method for producing a polythiophene dispersion to which the present embodiment is applied is that polythiophene exists in a dispersed state in an aqueous solution by oxidative polymerization of thiophene in an aqueous solution in the presence of a palladium-based catalyst, an oxidizing agent, and polysulfonic acid. A dispersion is produced.

(ポリスルホン酸)
本実施の形態で使用するポリスルホン酸としては、ポリスチレンスルホン酸、ポリビニルスルホン酸等が挙げられる。これらの中でも、ポリスチレンスルホン酸が好ましい。
ポリスルホン酸の分子量は特に限定されないが、例えば、数平均分子量として、1,000〜2,000,000であり、好ましくは2,000〜500,000である。
また、本実施の形態では、ポリスルホン酸以外に、又はポリスルホン酸と共にポリカルボン酸を用いることもできる。ポリカルボン酸としては、例えば、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリマレイン酸等が挙げられる。
ポリスルホン酸は、通常、水溶液の形態で使用する。ポリスルホン酸水溶液中のポリスルホン酸の濃度は、特に限定されないが、通常、5質量%〜100質量%、好ましくは、10質量%〜30質量%である。
(Polysulfonic acid)
Examples of the polysulfonic acid used in the present embodiment include polystyrene sulfonic acid and polyvinyl sulfonic acid. Among these, polystyrene sulfonic acid is preferable.
Although the molecular weight of polysulfonic acid is not specifically limited, For example, as a number average molecular weight, it is 1,000-2,000,000, Preferably it is 2,000-500,000.
Moreover, in this Embodiment, polycarboxylic acid can also be used in addition to polysulfonic acid or with polysulfonic acid. Examples of the polycarboxylic acid include polyacrylic acid, polymethacrylic acid, and polymaleic acid.
Polysulfonic acid is usually used in the form of an aqueous solution. The concentration of polysulfonic acid in the polysulfonic acid aqueous solution is not particularly limited, but is usually 5% by mass to 100% by mass, and preferably 10% by mass to 30% by mass.

(酸化重合反応)
本実施の形態では、通常、予め、ポリスルホン酸水溶液を調製し、この水溶液中にパラジウム系触媒、必要に応じて及び銅触媒を加えて水溶液を調製する。次に、この水溶液中に、モノマーとして式(1)で表されるチオフェンを加え、チオフェンモノマーとポリスルホン酸水溶液を含む分散液を調製する。続いて、大気下において、酸化剤としての空気によりチオフェンの酸化重合反応を行い、ポリチオフェン分散体を製造する。
以下に、チオフェンとして3,4−エチレンジオキシチオフェン、パラジウム触媒として酢酸パラジウム(II)、銅触媒として酢酸銅(II)、ポリスルホン酸としてポリスチレンスルホン酸、酸化剤として酸素を用い、水溶液中で酸化重合を行う場合の反応スキームを示す。
(Oxidative polymerization reaction)
In the present embodiment, usually, an aqueous polysulfonic acid solution is prepared in advance, and a palladium-based catalyst, if necessary, and a copper catalyst are added to the aqueous solution to prepare an aqueous solution. Next, a thiophene represented by the formula (1) is added as a monomer to the aqueous solution to prepare a dispersion containing the thiophene monomer and the polysulfonic acid aqueous solution. Subsequently, thiophene is subjected to an oxidative polymerization reaction with air as an oxidizing agent in the atmosphere to produce a polythiophene dispersion.
Below, 3,4-ethylenedioxythiophene as thiophene, palladium (II) acetate as a palladium catalyst, copper acetate (II) as a copper catalyst, polystyrene sulfonic acid as polysulfonic acid, oxygen as an oxidizing agent, and oxidation in an aqueous solution The reaction scheme in the case of performing polymerization is shown.

Figure 2011099010
Figure 2011099010

本実施の形態において、水溶液中のモノマーとしての式(1)で表されるチオフェンの濃度は、通常、0.1質量%〜50質量%、好ましくは0.5質量%〜10質量%、より好ましくは1質量%〜5質量%である。
酸化重合反応を行う重合温度は、通常、0℃〜100℃、好ましくは20℃〜80℃、より好ましくは20℃〜50℃である。また、重合時間は、通常、1時間〜48時間、好ましくは6時間〜24時間、より好ましくは12時間〜24時間である。
本実施の形態では、水溶液中におけるチオフェンの酸化重合における酸化剤とし酸素を使用する場合、水溶液中に酸素を存在させる方法としては、例えば、水溶液を空気中で撹拌することにより空気中の酸素を水溶液中に取り込む方法、水溶液中に空気又は酸素を吹き込む方法等が挙げられる。
In this Embodiment, the density | concentration of the thiophene represented by Formula (1) as a monomer in aqueous solution is 0.1 mass%-50 mass% normally, Preferably it is 0.5 mass%-10 mass%. Preferably they are 1 mass%-5 mass%.
The polymerization temperature for conducting the oxidative polymerization reaction is usually 0 ° C to 100 ° C, preferably 20 ° C to 80 ° C, more preferably 20 ° C to 50 ° C. The polymerization time is usually 1 hour to 48 hours, preferably 6 hours to 24 hours, more preferably 12 hours to 24 hours.
In the present embodiment, when oxygen is used as an oxidant in oxidative polymerization of thiophene in an aqueous solution, for example, oxygen can be present in the aqueous solution by, for example, stirring the aqueous solution in the air to Examples thereof include a method of incorporating into an aqueous solution and a method of blowing air or oxygen into the aqueous solution.

(ポリチオフェン分散体)
上述したポリチオフェン分散体の製造方法によりポリチオフェン分散体が得られる。本実施の形態において、ポリチオフェン分散体中のポリチオフェンの濃度は、特に限定されないが、通常、0.5質量%〜10質量%、好ましくは、1質量%〜5質量%である。
ポリチオフェン分散体中のパラジウムの濃度は、特に限定されないが、通常、0.001質量%〜0.1質量%、好ましくは、0.005質量%〜0.05質量%である。
ポリチオフェン分散体中のポリスルホン酸の濃度は、特に限定されないが、通常、1質量%〜30質量%、好ましくは、2質量%〜10質量%である。
ポリチオフェン分散体における固形分の濃度は、特に限定されないが、通常、0.5質量%〜30質量%、好ましくは、1質量%〜10質量%である。
(Polythiophene dispersion)
A polythiophene dispersion is obtained by the above-described method for producing a polythiophene dispersion. In this Embodiment, the density | concentration of the polythiophene in a polythiophene dispersion is although it does not specifically limit, Usually, 0.5 mass%-10 mass%, Preferably, they are 1 mass%-5 mass%.
Although the density | concentration of palladium in a polythiophene dispersion is not specifically limited, Usually, 0.001 mass%-0.1 mass%, Preferably, they are 0.005 mass%-0.05 mass%.
The concentration of polysulfonic acid in the polythiophene dispersion is not particularly limited, but is usually 1% by mass to 30% by mass, and preferably 2% by mass to 10% by mass.
The concentration of the solid content in the polythiophene dispersion is not particularly limited, but is usually 0.5% by mass to 30% by mass, and preferably 1% by mass to 10% by mass.

<導電性フィルム>
本実施の形態が適用されるポリチオフェン分散体は、種々の方法により膜の形態に成形され、導電性フィルムとして使用することができる。成膜方法としては特に限定されないが、例えば、ポリチオフェン分散体を平坦な基板に広げ、分散体に含まれる水分を蒸発させてフィルムを得るキャスト法が挙げられる。
本実施の形態では、このようにして得られる導電性フィルムの体積抵抗は、0.1Ω.cm〜10,000Ω.cmである。
<Conductive film>
The polythiophene dispersion to which this embodiment is applied can be formed into a film form by various methods and used as a conductive film. The film forming method is not particularly limited, and examples thereof include a casting method in which a polythiophene dispersion is spread on a flat substrate and moisture contained in the dispersion is evaporated to obtain a film.
In the present embodiment, the volume resistance of the conductive film thus obtained is 0.1Ω. cm to 10,000 Ω. cm.

以下に、実施例に基づき本実施の形態をさらに詳細に説明する。尚、本実施の形態は以下の実施例に限定されない。   Hereinafter, the present embodiment will be described in more detail based on examples. The present embodiment is not limited to the following examples.

(実施例1)
<ポリ(3−ヘキシルチオフェン)の合成1>
モノマーとして3−ヘキシルチオフェン0.421g(2.5mmol)、触媒として酢酸パラジウム(II)55mg(10mol%)及び酢酸銅(II)45mg(10mol%)を二口フラスコ内に入れ、続いて、容器内を酸化剤としての酸素で置換した。次に、クロロホルム5mlとトリフルオロ酢酸1mlを加え、50℃で24時間激しく撹拌し、3−ヘキシルチオフェンの酸化重合反応を行った。
反応終了後、反応溶液を水で洗浄し、有機層を濃縮した。得られたポリマーをメタノールにより洗浄した後、乾燥し、黒色のポリマーを0.164g(収率40%)得た。
得られたポリマーのプロトン核磁気共鳴(H−NMR)スペクトル測定により、ポリ(3−ヘキシルチオフェン)が得られたことを確認した。H−NMRの測定結果を図1に示す。また、得られたポリマーをGPCにより測定した結果、標準ポリスチレン換算で、数平均分子量4,000、分子量分散(Mw/Mn)1.75であった。
Example 1
<Synthesis 1 of poly (3-hexylthiophene)>
Into a two-necked flask, 0.421 g (2.5 mmol) of 3-hexylthiophene as a monomer, 55 mg (10 mol%) of palladium (II) acetate and 45 mg (10 mol%) of copper (II) acetate as a catalyst, The inside was replaced with oxygen as an oxidizing agent. Next, 5 ml of chloroform and 1 ml of trifluoroacetic acid were added, and the mixture was vigorously stirred at 50 ° C. for 24 hours to carry out an oxidative polymerization reaction of 3-hexylthiophene.
After completion of the reaction, the reaction solution was washed with water, and the organic layer was concentrated. The obtained polymer was washed with methanol and dried to obtain 0.164 g (yield 40%) of a black polymer.
It was confirmed that poly (3-hexylthiophene) was obtained by proton nuclear magnetic resonance ( 1 H-NMR) spectrum measurement of the obtained polymer. The measurement result of 1 H-NMR is shown in FIG. Moreover, as a result of measuring the obtained polymer by GPC, it was number average molecular weight 4,000 and molecular weight dispersion | distribution (Mw / Mn) 1.75 in standard polystyrene conversion.

(実施例2)
<ポリ(3−ヘキシルチオフェン)の合成2>
実施例1において、触媒の使用量を、酢酸パラジウム(II)5.5mg(1mol%)及び酢酸銅(II)4.5mg(1mol%)に変更し、反応温度を70℃に変更し、それ以外は実施例1と同様な条件で3−ヘキシルチオフェンの酸化重合反応を行った。
反応終了後、反応溶液を水で洗浄し、有機層を濃縮した。得られたポリマーをメタノールにより洗浄した後、乾燥し、黒色のポリマーを0.071g(収率17%)得た。
得られたポリマーのH−NMR測定により、ポリ(3−ヘキシルチオフェン)が得られたことを確認した。また、得られたポリマーをGPCにより測定した結果、標準ポリスチレン換算で、数平均分子量2,000、分子量分散(Mw/Mn)1.91であった。
(Example 2)
<Synthesis 2 of poly (3-hexylthiophene)>
In Example 1, the amount of catalyst used was changed to 5.5 mg (1 mol%) of palladium (II) acetate and 4.5 mg (1 mol%) of copper (II) acetate, and the reaction temperature was changed to 70 ° C. The oxidative polymerization reaction of 3-hexylthiophene was carried out under the same conditions as in Example 1.
After completion of the reaction, the reaction solution was washed with water, and the organic layer was concentrated. The obtained polymer was washed with methanol and dried to obtain 0.071 g (yield 17%) of a black polymer.
It was confirmed by the 1 H-NMR measurement of the obtained polymer that poly (3-hexylthiophene) was obtained. Moreover, as a result of measuring the obtained polymer by GPC, it was number average molecular weight 2,000 and molecular weight dispersion | distribution (Mw / Mn) 1.91 in standard polystyrene conversion.

(実施例3)
<ポリ(3,4−ジヘキシルチオフェン)の合成>
モノマーとして3,4−ジヘキシルチオフェン0.25g(1mmol)、触媒として酢酸パラジウム(II)22mg(10mol%)及び酢酸銅(II)18mg(10mol%)を二口フラスコ内に入れ、続いて、容器内を酸化剤としての酸素で置換した。次に、クロロホルム5mlとトリフルオロ酢酸1mlを加え、50℃で24時間激しく撹拌し、3−ヘキシルチオフェンの酸化重合反応を行った。
反応終了後、反応溶液を水で洗浄し、有機層を濃縮した。得られたポリマーをメタノー
ルにより洗浄した後、乾燥し、黒色のポリマーを0.073g(収率29%)得た。
得られたポリマーのH−NMR測定により、ポリ(3,4−ジヘキシルチオフェン)が得られたことを確認した。また、得られたポリマーをGPCにより測定した結果、標準ポリスチレン換算で、数平均分子量1,000、分子量分散(Mw/Mn)1.88であった。
(Example 3)
<Synthesis of poly (3,4-dihexylthiophene)>
0.25 g (1 mmol) of 3,4-dihexylthiophene as a monomer, 22 mg (10 mol%) of palladium (II) acetate and 18 mg (10 mol%) of copper (II) acetate as a catalyst were placed in a two-necked flask, followed by a container. The inside was replaced with oxygen as an oxidizing agent. Next, 5 ml of chloroform and 1 ml of trifluoroacetic acid were added, and the mixture was vigorously stirred at 50 ° C. for 24 hours to carry out an oxidative polymerization reaction of 3-hexylthiophene.
After completion of the reaction, the reaction solution was washed with water, and the organic layer was concentrated. The obtained polymer was washed with methanol and dried to obtain 0.073 g (yield 29%) of a black polymer.
1 H-NMR measurement of the obtained polymer confirmed that poly (3,4-dihexylthiophene) was obtained. Moreover, as a result of measuring the obtained polymer by GPC, it was number average molecular weight 1,000 and molecular weight dispersion | distribution (Mw / Mn) 1.88 in standard polystyrene conversion.

(実施例4)
<ポリ(3,4−ジメトキシチオフェン)の合成>
モノマーとして3,4−ジメトキシチオフェン0.36g(2.5mmol)、触媒として酢酸パラジウム(II)28mg(5mol%)及び酢酸銅(II)23mg(5mol%)を二口フラスコ内に入れ、続いて、容器内を酸化剤としての酸素で置換した。次に、クロロホルム5mlとトリフルオロ酢酸1mlを加え、50℃で24時間激しく撹拌し、3,4−ジメトキシチオフェンの酸化重合反応を行った。
反応終了後、反応溶液を水で洗浄し、有機層を濃縮した。得られたポリマーをメタノールにより洗浄した後、乾燥し、黒色のポリマーを0.272g(収率76%)得た。
得られたポリマーのH−NMR測定により、ポリ(3,4−ジメトキシチオフェン)が得られたことを確認した。また、得られたポリマーをGPCにより測定した結果、標準ポリスチレン換算で、数平均分子量1,000、分子量分散(Mw/Mn)2.06であった。
Example 4
<Synthesis of poly (3,4-dimethoxythiophene)>
Into a two-necked flask, 0.36 g (2.5 mmol) of 3,4-dimethoxythiophene as a monomer, 28 mg (5 mol%) of palladium (II) acetate and 23 mg (5 mol%) of copper (II) acetate as a catalyst, The inside of the container was replaced with oxygen as an oxidizing agent. Next, 5 ml of chloroform and 1 ml of trifluoroacetic acid were added, and the mixture was vigorously stirred at 50 ° C. for 24 hours to carry out oxidative polymerization reaction of 3,4-dimethoxythiophene.
After completion of the reaction, the reaction solution was washed with water, and the organic layer was concentrated. The obtained polymer was washed with methanol and then dried to obtain 0.272 g (yield 76%) of a black polymer.
It was confirmed by the 1 H-NMR measurement of the obtained polymer that poly (3,4-dimethoxythiophene) was obtained. Moreover, as a result of measuring the obtained polymer by GPC, it was number average molecular weight 1,000 and molecular weight dispersion | distribution (Mw / Mn) 2.06 in standard polystyrene conversion.

(実施例5)
<ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)の合成1>
モノマーとして3,4−エチレンジオキシチオフェン0.71g(5mmol)、触媒として酢酸パラジウム(II)11mg(1mol%)及び酢酸銅(II)9mg(1mol%)を二口フラスコ内に入れ、続いて、容器内を酸化剤としての酸素で置換した。次に、クロロホルム5mlとトリフルオロ酢酸1mlを加え、50℃で24時間激しく撹拌し、3,4−エチレンジオキシチオフェンの酸化重合反応を行った。
反応終了後、反応溶液を水で洗浄し、有機層を濃縮した。得られたポリマーをメタノールにより洗浄した後、乾燥し、黒色のポリマーを0.071g(収率10%)得た。
得られたポリマーの赤外線(IR)吸収スペクトル測定により、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)が得られたことを確認した。IRの測定結果を図2に示す。
(Example 5)
<Synthesis 1 of poly (3,4-ethylenedioxythiophene)>
3,1-ethylenedioxythiophene (0.71 g, 5 mmol) as a monomer, 11 mg (1 mol%) of palladium (II) acetate and 9 mg (1 mol%) of copper (II) acetate as a catalyst, The inside of the container was replaced with oxygen as an oxidizing agent. Next, 5 ml of chloroform and 1 ml of trifluoroacetic acid were added, and the mixture was vigorously stirred at 50 ° C. for 24 hours to carry out an oxidative polymerization reaction of 3,4-ethylenedioxythiophene.
After completion of the reaction, the reaction solution was washed with water, and the organic layer was concentrated. The obtained polymer was washed with methanol and then dried to obtain 0.071 g (yield 10%) of a black polymer.
It was confirmed by the infrared (IR) absorption spectrum measurement of the obtained polymer that poly (3,4-ethylenedioxythiophene) was obtained. The IR measurement results are shown in FIG.

(実施例6)
<ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)の合成2>
実施例5において、触媒の使用量を、酢酸パラジウム(II)1.1mg(0.1mol%)及び酢酸銅(II)0.9mg(0.1mol%)に変更し、それ以外は実施例5と同様な条件で3−ヘキシルチオフェンの酸化重合反応を行った。
反応終了後、反応溶液を水で洗浄し、有機層を濃縮した。得られたポリマーをメタノールにより洗浄した後、乾燥し、黒色のポリマーを0.062g(収率9%)得た。
得られたポリマーのH−NMR測定により、ポリ(3−ヘキシルチオフェン)が得られたことを確認した。
(Example 6)
<Synthesis 2 of poly (3,4-ethylenedioxythiophene)>
In Example 5, the amount of the catalyst used was changed to 1.1 mg (0.1 mol%) of palladium (II) acetate and 0.9 mg (0.1 mol%) of copper (II) acetate, and otherwise, Example 5 The oxidative polymerization reaction of 3-hexylthiophene was performed under the same conditions as above.
After completion of the reaction, the reaction solution was washed with water, and the organic layer was concentrated. The obtained polymer was washed with methanol and then dried to obtain 0.062 g (yield 9%) of a black polymer.
It was confirmed by the 1 H-NMR measurement of the obtained polymer that poly (3-hexylthiophene) was obtained.

(実施例7)
<ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)分散体の合成1>
フラスコ中に、ポリスチレンスルホン酸水溶液(18重量%)10gと蒸留水10mLを加え、次いで、触媒として酢酸パラジウム(II)11mg(1mol%)及び酢酸銅(II)9mg(1mol%)加えて水溶液を調製した。
次に、この水溶液中に、モノマーとして3,4−エチレンジオキシチオフェン0.71g(5mmol)加え、ホモジェナイザーを用いてよく分散させ、3,4−エチレンジオキシチオフェンとポリスチレンスルホン酸水溶液を含む分散液を調製した。続いて、調製した分散液をメカニカルスターラーにより300rpmで撹拌し、大気下において、50℃で24時間の条件で、酸化剤としての空気により3,4−エチレンジオキシチオフェンの酸化重合反応を行った。
(Example 7)
<Synthesis 1 of poly (3,4-ethylenedioxythiophene) dispersion>
In a flask, 10 g of polystyrenesulfonic acid aqueous solution (18 wt%) and 10 mL of distilled water were added, and then 11 mg (1 mol%) of palladium (II) acetate and 9 mg (1 mol%) of copper (II) acetate were added as catalysts. Prepared.
Next, 0.71 g (5 mmol) of 3,4-ethylenedioxythiophene is added to this aqueous solution as a monomer, and well dispersed using a homogenizer, and 3,4-ethylenedioxythiophene and an aqueous polystyrenesulfonic acid solution are added. A dispersion containing was prepared. Subsequently, the prepared dispersion was stirred at 300 rpm with a mechanical stirrer, and oxidative polymerization reaction of 3,4-ethylenedioxythiophene was performed with air as an oxidant under the conditions of 24 hours at 50 ° C. in the air. .

反応終了後、室温まで冷却し、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)を含む濃青色のポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)分散体を得た。得られた分散体は6ヶ月間安定に分散状態を維持し、沈澱物は殆ど見られなかった。
さらに、このポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)分散体に蒸留水を加えて希釈液(濃度1重量%)を調製した。次いで、この希釈液をガラス基板上にスピンキャスト(1500rpm,30秒)し、ガラス基板上に塗布膜を成膜した。続いて、この塗布膜を200℃で1時間加熱処理を行い、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)の薄膜を得た。得られた薄膜の体積抵抗を測定した結果、1260Ω・cmであった。
得られた薄膜の紫外線(UV)−可視吸収スペクトルを測定した結果、波長800nm以上の波長領域においてポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)の吸収に由来するブロードな吸収が観察された。図3に、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)薄膜のUV−可視吸収スペクトルを示す。また、図4は、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)薄膜の調製方法を説明する図である。
After completion of the reaction, the mixture was cooled to room temperature to obtain a deep blue poly (3,4-ethylenedioxythiophene) dispersion containing poly (3,4-ethylenedioxythiophene). The obtained dispersion remained stably dispersed for 6 months, and almost no precipitate was observed.
Furthermore, distilled water was added to this poly (3,4-ethylenedioxythiophene) dispersion to prepare a diluted solution (concentration 1% by weight). Subsequently, this diluted solution was spin-cast (1500 rpm, 30 seconds) on a glass substrate, and a coating film was formed on the glass substrate. Subsequently, this coating film was heat-treated at 200 ° C. for 1 hour to obtain a poly (3,4-ethylenedioxythiophene) thin film. It was 1260 ohm * cm as a result of measuring the volume resistance of the obtained thin film.
As a result of measuring the ultraviolet (UV) -visible absorption spectrum of the obtained thin film, broad absorption derived from absorption of poly (3,4-ethylenedioxythiophene) was observed in a wavelength region of 800 nm or more. FIG. 3 shows the UV-visible absorption spectrum of the poly (3,4-ethylenedioxythiophene) thin film. FIG. 4 is a view for explaining a method for preparing a poly (3,4-ethylenedioxythiophene) thin film.

(実施例8)
<ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)分散体の合成2>
実施例7において、触媒の使用量を、酢酸パラジウム(II)1.1mg(0.1mol%)及び酢酸銅(II)0.9mg(0.1mol%)に変更し、それ以外は実施例7と同様な条件で3,4−エチレンジオキシチオフェンの酸化重合反応を行って、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)を含む濃青色のポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)分散体を得た。
さらに、得られたポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)分散体を用いて、実施例7と同様な操作により、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)の薄膜を得た。
得られた薄膜の体積抵抗を測定した結果、1630Ω・cmであった。また、実施例7と同様に、得られた薄膜の紫外線(UV)−可視吸収スペクトルを測定した結果、波長800nm以上の波長領域においてポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)の吸収に由来するブロードな吸収が観察された。図3に、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)薄膜のUV−可視吸収スペクトルを示す。
(Example 8)
<Synthesis 2 of poly (3,4-ethylenedioxythiophene) dispersion>
In Example 7, the amount of the catalyst used was changed to 1.1 mg (0.1 mol%) of palladium (II) acetate and 0.9 mg (0.1 mol%) of copper (II) acetate. A dark blue poly (3,4-ethylenedioxythiophene) dispersion containing poly (3,4-ethylenedioxythiophene) by conducting an oxidative polymerization reaction of 3,4-ethylenedioxythiophene under the same conditions as Got.
Furthermore, a thin film of poly (3,4-ethylenedioxythiophene) was obtained by the same operation as in Example 7 using the obtained poly (3,4-ethylenedioxythiophene) dispersion.
It was 1630 ohm * cm as a result of measuring the volume resistance of the obtained thin film. Moreover, as in Example 7, the ultraviolet (UV) -visible absorption spectrum of the obtained thin film was measured, and as a result, it was derived from the absorption of poly (3,4-ethylenedioxythiophene) in the wavelength region of wavelength 800 nm or more. Broad absorption was observed. FIG. 3 shows the UV-visible absorption spectrum of the poly (3,4-ethylenedioxythiophene) thin film.

以上、詳述したように、本実施の形態が適用されるポリチオフェンの製造方法では、従来の酸化剤による酸化重合と比較して、微量のパラジウム系触媒の使用によりポリチオフェンを合成する。これにより、重合反応が終了した後に、酸化剤などを除去するための精製工程が不要となる。
また、ポリスルホン酸水溶液を含むポリチオフェン分散体を用い、精製工程を経ることなく得られるポリチオフェン薄膜は、導電性フィルムとしての性能を有する。
As described above in detail, in the method for producing polythiophene to which the present embodiment is applied, polythiophene is synthesized by using a trace amount of a palladium-based catalyst, as compared with oxidative polymerization using a conventional oxidizing agent. This eliminates the need for a purification step for removing the oxidizing agent after the polymerization reaction is completed.
In addition, a polythiophene thin film obtained using a polythiophene dispersion containing an aqueous polysulfonic acid solution without undergoing a purification step has performance as a conductive film.

本発明により得られるポリチオフェン薄膜は、帯電防止フィルムや、有機ELに代表される電子デバイスへの応用が可能である。   The polythiophene thin film obtained by the present invention can be applied to an antistatic film and an electronic device typified by organic EL.

Claims (14)

パラジウム系触媒と酸化剤の存在下で、チオフェンを酸化重合することを特徴とするポリチオフェンの製造方法。   A method for producing polythiophene, characterized in that thiophene is oxidatively polymerized in the presence of a palladium catalyst and an oxidizing agent. 前記パラジウム系触媒が、酢酸パラジウム(II)であることを特徴とする請求項1に記載のポリチオフェンの製造方法。   The method for producing polythiophene according to claim 1, wherein the palladium-based catalyst is palladium (II) acetate. 前記酸化剤が、酸素であることを特徴とする請求項1又は2に記載のポリチオフェンの製造方法。   The method for producing polythiophene according to claim 1 or 2, wherein the oxidizing agent is oxygen. 前記チオフェンが、下記式(1)で表される化合物であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のポリチオフェンの製造方法。
Figure 2011099010
(式(1)中、R及びRは、それぞれ独立に、水素原子、置換されることがある、炭素数1〜炭素数8のアルキル基、炭素数1〜炭素数8のアルコキシ基、炭素数1〜炭素数8のジオキシアルキレン基を表す。)
The said thiophene is a compound represented by following formula (1), The manufacturing method of the polythiophene of any one of Claim 1 thru | or 3 characterized by the above-mentioned.
Figure 2011099010
(In Formula (1), R 1 and R 2 are each independently a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 8 carbon atoms, which may be substituted, Represents a C1-C8 dioxyalkylene group.)
前記式(1)におけるR及びRは、ヘキシル基、ヘキシルオキシ基、エチレンジオキシ基から選ばれることを特徴とする請求項4に記載のポリチオフェンの製造方法。 The method for producing polythiophene according to claim 4, wherein R 1 and R 2 in the formula (1) are selected from a hexyl group, a hexyloxy group, and an ethylenedioxy group. さらに、酢酸銅(II)を使用することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載のポリチオフェンの製造方法。   Furthermore, copper acetate (II) is used, The manufacturing method of the polythiophene of any one of Claim 1 thru | or 5 characterized by the above-mentioned. パラジウム系触媒、酸化剤及びポリスルホン酸の存在下で、水溶液中でチオフェンを酸化重合することを特徴とするポリチオフェン分散体の製造方法。   A method for producing a polythiophene dispersion, characterized in that thiophene is oxidatively polymerized in an aqueous solution in the presence of a palladium-based catalyst, an oxidizing agent, and polysulfonic acid. 前記ポリスルホン酸が、ポリスチレンスルホン酸であることを特徴とする請求項7に記載のポリチオフェン分散体の製造方法。   The method for producing a polythiophene dispersion according to claim 7, wherein the polysulfonic acid is polystyrene sulfonic acid. 前記チオフェンが、チオフェン骨格の3位及び4位に、それぞれ独立に、炭素数1〜炭素数8のアルキル基、炭素数1〜炭素数8のアルコキシ基、炭素数1〜炭素数8のジオキシアルキレン基が結合した3,4−ジ置換チオフェンであることを特徴とする請求項7又は8に記載のポリチオフェン分散体の製造方法。   The thiophene is independently an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 8 carbon atoms, or a dioxy having 1 to 8 carbon atoms at the 3-position and the 4-position of the thiophene skeleton. The method for producing a polythiophene dispersion according to claim 7 or 8, which is a 3,4-disubstituted thiophene having an alkylene group bonded thereto. 前記チオフェンが、3,4−エチレンジオキシチオフェンであることを特徴とする請求項7乃至9のいずれか1項に記載のポリチオフェン分散体の製造方法。   The method for producing a polythiophene dispersion according to any one of claims 7 to 9, wherein the thiophene is 3,4-ethylenedioxythiophene. 前記パラジウム系触媒が、酢酸パラジウム(II)であり、前記酸化剤が、酸素であることを特徴とする請求項7乃至10のいずれか1項に記載のポリチオフェン分散体の製造方法。   The method for producing a polythiophene dispersion according to any one of claims 7 to 10, wherein the palladium-based catalyst is palladium (II) acetate and the oxidizing agent is oxygen. 下記式(2)で表される構造単位を有するポリチオフェンと、
パラジウムと、
ポリスルホン酸水溶液と、
を含むことを特徴とするポリチオフェン分散体。
Figure 2011099010
(式(2)中、R及びRは、それぞれ独立に、水素原子、置換されることがある、炭素数1〜炭素数8のアルキル基、炭素数1〜炭素数8のアルコキシ基、炭素数1〜炭素数8のジオキシアルキレン基を表す。)
Polythiophene having a structural unit represented by the following formula (2);
Palladium and
An aqueous polysulfonic acid solution,
A polythiophene dispersion comprising:
Figure 2011099010
(In Formula (2), R 1 and R 2 are each independently a hydrogen atom, a C1-C8 alkyl group, a C1-C8 alkoxy group, which may be substituted, Represents a C1-C8 dioxyalkylene group.)
前記式(2)におけるR及びRが、エチレンジオキシ基であることを特徴とする請求項12に記載のポリチオフェン分散体。 The polythiophene dispersion according to claim 12, wherein R 1 and R 2 in the formula (2) are ethylenedioxy groups. 請求項12又は13に記載のポリチオフェン分散体の塗布膜を所定の基板上に成膜し、当該塗布膜を乾燥して得られることを特徴とする導電性フィルム。   A conductive film obtained by forming a coating film of the polythiophene dispersion according to claim 12 or 13 on a predetermined substrate and drying the coating film.
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