JP2014199838A - Thermoelectric conversion material, composition for thermoelectric conversion element, thermoelectric conversion film, and thermoelectric conversion element using them - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thermoelectric conversion material and a composition for the thermoelectric conversion element which are excellent in a non-dimensional thermoelectric figure of merit (ZT) and long-term reliability and capable of being coated on a plastic base material to form a film, and also to provide a thermoelectric conversion film, and the thermoelectric conversion element using such a material, a composition, and a film.SOLUTION: A thermoelectric conversion material contains polyanion (A) including a specific structure having sulfonic acid as a structural unit and a conjugated electroconductive polymer (B).

Description

本発明は熱電変換材料、ならびに熱電変換材料を形成するため熱電変換素子用組成物、熱電変換膜、および熱電変換素子に関する。   The present invention relates to a thermoelectric conversion material, and a thermoelectric conversion element composition, a thermoelectric conversion film, and a thermoelectric conversion element for forming a thermoelectric conversion material.

熱電変換組素子は、熱と電力を変換する素子である。2種類の異なる金属または半導体を接合して、両端に温度差を生じさせると起電力が生じるゼーベック効果を利用する。大きな電位差を得るためにp型半導体、n型半導体を組み合わせて使用される。   The thermoelectric conversion assembly element is an element that converts heat and electric power. The Seebeck effect is used, in which an electromotive force is generated when two different metals or semiconductors are joined and a temperature difference is generated between both ends. In order to obtain a large potential difference, a p-type semiconductor and an n-type semiconductor are used in combination.

『熱電変換技術ハンドブック(初版)』 エヌ・ティー・エス P19に記載されているとおり、熱電変換材料の性能は、無次元熱電性能指数(ZT)が指標であり、ZTは以下の式により表される。
ZT=(S2・σ・T)/κ
ここで、Sはゼーベック係数(V/K)、σは導電率(S・m)、Tは絶対温度(K)、κは熱伝導率(W/(m・K))である。熱伝導率κは以下の式で表される。
κ=α・ρ・C
ここで、αは熱拡散率(m2/s)、ρは密度(kg/m3)、Cは比熱容量(J/(kg・K))である。
つまり、熱電変換の性能を向上させるには、ゼーベック係数または導電率を向上させ、熱伝導率を低下させることが重要である。
“Thermoelectric conversion technology handbook (first edition)” As described in NTS P19, the performance of thermoelectric conversion materials is indexed by the dimensionless thermoelectric figure of merit (ZT), and ZT is expressed by the following equation: The
ZT = (S 2 · σ · T) / κ
Here, S is the Seebeck coefficient (V / K), σ is the conductivity (S · m), T is the absolute temperature (K), and κ is the thermal conductivity (W / (m · K)). The thermal conductivity κ is expressed by the following formula.
κ = α ・ ρ ・ C
Here, α is the thermal diffusivity (m 2 / s), ρ is the density (kg / m 3 ), and C is the specific heat capacity (J / (kg · K)).
That is, in order to improve the performance of thermoelectric conversion, it is important to improve the Seebeck coefficient or electrical conductivity and to reduce thermal conductivity.

熱電変換素子は、多数の素子を板状、または円筒状に組み合わせた熱電モジュールとして使用される。熱電変換素子材料としては、例えば、常温から500Kまではビスマス・テルル系(Bi−Te系)、常温から800Kまでは鉛・テルル系(Pb−Te系)常温から1000Kまではシリコン・ゲルマニウム系(Si−Ge系)などが使用されている。熱電変換素子を利用した熱電発電は地上用発電、人工衛星用の電源として利用されている。   The thermoelectric conversion element is used as a thermoelectric module in which a large number of elements are combined in a plate shape or a cylindrical shape. Thermoelectric conversion element materials include, for example, bismuth and tellurium (Bi-Te) from room temperature to 500K, lead and tellurium (Pb-Te) from room temperature to 800K, and silicon and germanium from room temperature to 1000K ( Si-Ge system) is used. Thermoelectric power generation using thermoelectric conversion elements is used as a power source for ground power generation and artificial satellites.

これらの無機材料を用いる熱電変換素子は、しばしば希少元素を含むまたは有害物質を含む。また加工がしにくい上に、剛直なためにフレキシブル性に優れた熱電変換素子は形成できないといった課題を抱えている。そのため、汎用化が困難であり、有機材料を熱変換材料に用いる研究が進められている。中でも導電性高分子が有望であり、特許文献1にポリアニリンを用いた熱変換素子が、特許文献2にポリ(3−アルキルチオフェン)を用いた熱変換素子が、また特許文献3にポリフェニレンビニレンを用いた熱変換素子が、また特許文献4にポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)(これを以下「PEDOT」ということがある。)を用いた熱電変換素子がそれぞれ開示されている。   Thermoelectric conversion elements using these inorganic materials often contain rare elements or contain harmful substances. In addition, it is difficult to process, and has a problem that a thermoelectric conversion element having excellent flexibility due to its rigidity cannot be formed. For this reason, it is difficult to make it versatile, and researches using organic materials as heat conversion materials are underway. Among them, a conductive polymer is promising, a heat conversion element using polyaniline is disclosed in Patent Document 1, a heat conversion element using poly (3-alkylthiophene) is described in Patent Document 2, and polyphenylene vinylene is described in Patent Document 3. Thermoelectric conversion elements using poly (3,4-ethylenedioxythiophene) (hereinafter sometimes referred to as “PEDOT”) are disclosed in Patent Document 4 as the heat conversion elements used.

しかし、これら導電性高分子を用いた熱電変換素子の課題として、ゼーベック係数および熱電変換効率指数が不十分であることが挙げられる。この課題を改善するため、これらの導電性高分子に少量のドーパントを添加することにより導電率を向上させることにより熱電変換効率指数を向上させている。   However, a problem of thermoelectric conversion elements using these conductive polymers is that the Seebeck coefficient and the thermoelectric conversion efficiency index are insufficient. In order to improve this problem, the thermoelectric conversion efficiency index is improved by increasing the conductivity by adding a small amount of dopant to these conductive polymers.

特に、PEDOTに代表されるチオフェン系高分子は、優れた導電性を有するホール移動型半導体として知られている。PEDOTにポリ(スチレンスルホン酸)(これを以下「PSS」ということがある。)のような高分子電解質を添加することにより、「ドーパント」として導電性と、水への可溶性とを付与させており、比較的高い熱電変換効率指数を示すことが知られている。   In particular, a thiophene polymer represented by PEDOT is known as a hole transfer semiconductor having excellent conductivity. By adding a polymer electrolyte such as poly (styrene sulfonic acid) (hereinafter sometimes referred to as “PSS”) to PEDOT, conductivity and solubility in water are imparted as a “dopant”. It is known that it exhibits a relatively high thermoelectric conversion efficiency index.

また、PEDOTに、PSSのような高分子電解質を添加すると共に、エチレングリコール、ジメチルスルホキド、n−メチルピロリドンあるいはジメチルホルムアミドような高沸点溶媒を加えることにより、導電率を向上させることにより熱電変換効率指数を一層向上させ熱電変換素子に応用した報告がされている。   In addition to adding a polymer electrolyte such as PSS to PEDOT and adding a high boiling point solvent such as ethylene glycol, dimethyl sulfoxide, n-methylpyrrolidone or dimethylformamide, thermoelectric conversion is achieved by improving conductivity. There are reports that the efficiency index is further improved and applied to thermoelectric conversion elements.

しかしながら、PSS類は主鎖構造が柔軟なポリエチレン骨格なため、高温環境下や、使用環境下での長期信頼性が不十分であるという問題があった。   However, since PSSs have a polyethylene skeleton with a flexible main chain structure, there is a problem that long-term reliability in a high-temperature environment or a use environment is insufficient.

特開2000−323758号公報JP 2000-323758 A 特開2003−332638号公報JP 2003-332638 A 特開2003−332639号公報JP 2003-332639 A 特開2012−84821号公報JP2012-84821A

無機材料や従来の導電性高分子材料を用いた熱電変換素子の問題を解決し、高い熱電変換効率指数と優れた長期信頼性と併せ持つ熱電変換素子を提供することである。   To solve the problem of thermoelectric conversion elements using inorganic materials and conventional conductive polymer materials, and to provide a thermoelectric conversion element having a high thermoelectric conversion efficiency index and excellent long-term reliability.

本願発明の目的は、熱電変換性能に優れた導電性高分子を含有する熱電変換素子用組成物を提供することである。更には、前記熱電変換素子用組成物を用いることで、熱電変換性能に優れる熱電変換膜および熱電変換素子を提供することである。   The objective of this invention is providing the composition for thermoelectric conversion elements containing the conductive polymer excellent in the thermoelectric conversion performance. Furthermore, it is providing the thermoelectric conversion film and thermoelectric conversion element which are excellent in the thermoelectric conversion performance by using the said composition for thermoelectric conversion elements.

すなわち、第1の発明は、下記一般式(1)または一般式(2)の構造単位を有するポリアニオン(A)と、共役系導電性高分子(B)とを含有する熱電変換材料に関する。
一般式(1)

Figure 2014199838
[一般式(1)中、R1、R2、R3およびR4は互いに独立して水素またはSO3Xであり、R1、R2、R3およびR4のいずれか1つ以上はSO3Xであり、Xは水素原子、Li、Na、K、アンモニウムイオン、プロトン化された第1級、プロトン化された第2級、プロトン化された第3級アミンまたは第4級アンモニウムイオンである。]

一般式(2)
Figure 2014199838
[一般式(2)中、R5、R6、R7およびR8は互いに独立して水素またはSO3Xであり、R5、R6、R7およびR8のいずれか1つ以上はSO3Xであり、Xは水素原子、Li、Na、K、アンモニウムイオン、プロトン化された第1級、プロトン化された第2級、プロトン化された第3級アミンまたは第4級アンモニウムイオンである。] That is, the first invention relates to a thermoelectric conversion material containing a polyanion (A) having a structural unit of the following general formula (1) or general formula (2) and a conjugated conductive polymer (B).
General formula (1)
Figure 2014199838
[In the general formula (1), R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are each independently hydrogen or SO 3 X, and any one or more of R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are SO 3 X, where X is a hydrogen atom, Li, Na, K, ammonium ion, protonated primary, protonated secondary, protonated tertiary amine or quaternary ammonium ion It is. ]

General formula (2)
Figure 2014199838
[In General Formula (2), R 5 , R 6 , R 7 and R 8 are each independently hydrogen or SO 3 X, and any one or more of R 5 , R 6 , R 7 and R 8 are SO 3 X, where X is a hydrogen atom, Li, Na, K, ammonium ion, protonated primary, protonated secondary, protonated tertiary amine or quaternary ammonium ion It is. ]

また、第2の発明は、下記一般式(1)または一般式(2)の構造単位を有するポリアニオン(A)と、共役系導電性高分子(B)とを含有し、無次元熱電性能指数(ZT)が0.02以上であることを特徴とする熱電変換素子用組成物に関する。   The second invention includes a polyanion (A) having a structural unit of the following general formula (1) or general formula (2) and a conjugated conductive polymer (B), and a dimensionless thermoelectric figure of merit. It is related with the composition for thermoelectric conversion elements characterized by (ZT) being 0.02 or more.

また、第3の発明は、共役系導電性高分子(B)がポリチオフェン及びその誘導体である請求 項2記載の熱電変換素子用組成物に関する。 The third invention relates to the composition for thermoelectric conversion elements according to claim 2, wherein the conjugated conductive polymer (B) is polythiophene and derivatives thereof.

また、第4の発明は、共役系導電性高分子(B)が、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)である請求項2または3記載の熱電変換素子用組成物に関する。   Moreover, 4th invention is related with the composition for thermoelectric conversion elements of Claim 2 or 3 whose conjugated system conductive polymer (B) is poly (3,4-ethylenedioxythiophene).

また、第5の発明は、導電助剤(C)を含むことを特徴とする請求項2〜4いずれか記載の熱電変換素子用組成物関する。   Moreover, 5th invention is related with the composition for thermoelectric conversion elements in any one of Claims 2-4 characterized by including a conductive support agent (C).

また、第6の発明は、導電性助剤(C)が、下記一般式(3)または一般式(4)の化合物を含むことを特徴とする請求項5記載の熱電変換素子用組成物関する。
一般式(3)

Figure 2014199838
[式中、Mは、リチウム原子、ナトリウム原子、または、カリウム原子を表す。
1はフッ素原子またはトリフルオロメチル基を表す。]

一般式(4)
Figure 2014199838
[式中、A2は、直接結合、置換もしくは未置換の2価の脂肪族炭化水素基、置換もしくは未置換の2価の芳香族炭化水素基、置換もしくは未置換の2価の脂肪族複素環基、または、置換もしくは未置換の2価の芳香族複素環基を表し、Xは、直接結合、酸素原子、窒素原子、または、硫黄原子を表し、Mは、リチウム原子、ナトリウム原子、または、カリウム原子を表す。] Moreover, 6th invention is related with the composition for thermoelectric conversion elements of Claim 5 characterized by the conductive auxiliary agent (C) containing the compound of the following general formula (3) or general formula (4). .
General formula (3)
Figure 2014199838
[Wherein, M represents a lithium atom, a sodium atom, or a potassium atom.
A 1 represents a fluorine atom or a trifluoromethyl group. ]

General formula (4)
Figure 2014199838
[In the formula, A 2 represents a direct bond, a substituted or unsubstituted divalent aliphatic hydrocarbon group, a substituted or unsubstituted divalent aromatic hydrocarbon group, a substituted or unsubstituted divalent aliphatic complex; Represents a cyclic group or a substituted or unsubstituted divalent aromatic heterocyclic group, X represents a direct bond, an oxygen atom, a nitrogen atom, or a sulfur atom, and M represents a lithium atom, a sodium atom, or Represents a potassium atom. ]

また、第7の発明は、請求項2〜6いずれか記載の熱電変換素子用組成物から形成される熱電変換膜に関する。   Moreover, 7th invention is related with the thermoelectric conversion film formed from the composition for thermoelectric conversion elements in any one of Claims 2-6.

また、第8の発明は、請求項2〜6いずれか記載の熱電変換素子用組成物、または請求項7記載の熱電変換膜を用いて得られる熱電変換素子に関する。   Moreover, 8th invention is related with the thermoelectric conversion element obtained using the composition for thermoelectric conversion elements in any one of Claims 2-6, or the thermoelectric conversion film of Claim 7.

本発明の熱電変換素子用材料は、少量のポリアニオンまたは導電助剤の添加により、耐久性に優れた熱電変換性能を発現する。また、本発明の熱電変換素子は熱電変換性能に優れ、工場や廃棄物焼却場などの廃熱の利用に好適に使用することができる。   The thermoelectric conversion element material of the present invention exhibits excellent thermoelectric conversion performance due to the addition of a small amount of polyanion or conductive additive. Moreover, the thermoelectric conversion element of this invention is excellent in thermoelectric conversion performance, and can be used suitably for utilization of waste heat, such as a factory and a waste incineration plant.

以下、本発明について詳細に説明する。
<熱電変換材料、熱電変換素子用組成物>
本発明の熱電変換素子用組成物は、後述の一般式(1)または一般式(2)の構造単位を有するポリアニオン(A)と、共役系導電性高分子(B)とを含有することで、優れた熱電変換性能を有するものである。
熱電変換材料の熱電変換性能は、前述したように、無次元熱電性能指数(ZT)が指標であり、ZTの数値が大きいほど優れた熱電変換能を有する熱電変換材料となる。
熱電変換の性能を向上させるには、ゼーベック係数または導電率を向上させ、熱伝導率を低下させることが重要である。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
<Thermoelectric conversion material, composition for thermoelectric conversion element>
The composition for thermoelectric conversion elements of the present invention contains a polyanion (A) having a structural unit of the following general formula (1) or general formula (2) and a conjugated conductive polymer (B). It has excellent thermoelectric conversion performance.
As described above, the dimensionless thermoelectric figure of merit (ZT) is an index of the thermoelectric conversion performance of the thermoelectric conversion material, and the larger the value of ZT, the better the thermoelectric conversion material having the thermoelectric conversion ability.
In order to improve the performance of thermoelectric conversion, it is important to improve the Seebeck coefficient or conductivity and to reduce the thermal conductivity.

本発明の熱電変換材料および熱電変換素子用組成物は、後述の一般式(1)または一般式(2)の構造単位を有するポリアニオン(A)と、共役系導電性高分子(B)とを含有することを特徴とする。   The thermoelectric conversion material and the composition for a thermoelectric conversion element of the present invention comprise a polyanion (A) having a structural unit of the following general formula (1) or general formula (2), and a conjugated conductive polymer (B). It is characterized by containing.

一般的に、ポリアニオン(A)と共役系導電性高分子(B)とが共存すると、ポリアニオンのアニオン基が共役系導電性高分子(B)へドーピングし、共役系導電性高分子(B)と塩を生成する。特に、スルホン酸基等のアニオン基では、強いイオン結合が生成される。これによって、共役系導電性高分子(B)がポリアニオン(A)の主鎖に強く引き寄せられ、規則正しく配列した共役系導電性高分子(B)が得られる。こうして共役系導電性高分子(B)の間にポリアニオンが存在することとなり、相溶性に優れる熱電変換材料および熱電変換素子用組成物が得られる。     Generally, when the polyanion (A) and the conjugated conductive polymer (B) coexist, the anion group of the polyanion is doped into the conjugated conductive polymer (B), and the conjugated conductive polymer (B). And produce salt. In particular, strong ionic bonds are generated in anionic groups such as sulfonic acid groups. As a result, the conjugated conductive polymer (B) is strongly attracted to the main chain of the polyanion (A), and the conjugated conductive polymer (B) arranged regularly is obtained. Thus, a polyanion is present between the conjugated conductive polymer (B), and a thermoelectric conversion material and a composition for thermoelectric conversion elements excellent in compatibility can be obtained.

<ポリアニオン(A)>
本発明に含まれるポリアニオン(A)は、下記一般式(1)または一般式(2)の構造単位を有する。
<Polyanion (A)>
The polyanion (A) included in the present invention has a structural unit represented by the following general formula (1) or general formula (2).

一般式(1)

Figure 2014199838
[一般式(1)中、R1、R2、R3およびR4は互いに独立して水素またはSO3Xであり、R1、R2、R3およびR4のいずれか1つ以上はSO3Xであり、Xは水素原子、Li、Na、K、アンモニウムイオン、プロトン化された第1級、プロトン化された第2級、プロトン化された第3級アミンまたは第4級アンモニウムイオンである。]

一般式(2)
Figure 2014199838
[一般式(2)中、R5、R6、R7およびR8は互いに独立して水素またはSO3Xであり、R5、R6、R7およびR8のいずれか1つ以上はSO3Xであり、Xは水素原子、Li、Na、K、アンモニウムイオン、プロトン化された第1級、プロトン化された第2級、プロトン化された第3級アミンまたは第4級アンモニウムイオンである。] General formula (1)
Figure 2014199838
[In the general formula (1), R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are each independently hydrogen or SO 3 X, and any one or more of R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are SO 3 X, where X is a hydrogen atom, Li, Na, K, ammonium ion, protonated primary, protonated secondary, protonated tertiary amine or quaternary ammonium ion It is. ]

General formula (2)
Figure 2014199838
[In General Formula (2), R 5 , R 6 , R 7 and R 8 are each independently hydrogen or SO 3 X, and any one or more of R 5 , R 6 , R 7 and R 8 are SO 3 X, where X is a hydrogen atom, Li, Na, K, ammonium ion, protonated primary, protonated secondary, protonated tertiary amine or quaternary ammonium ion It is. ]

本発明に含まれるポリアニオン(A)の合成方法について説明する。   A method for synthesizing the polyanion (A) included in the present invention will be described.

一般式(1)または一般式(2)の構造単位を有するポリアニオンは、下記一般式(5)または一般式(6)で表される化合物を重合することにより得ることができる。 The polyanion having the structural unit of the general formula (1) or the general formula (2) can be obtained by polymerizing a compound represented by the following general formula (5) or the general formula (6).

一般式(5)

Figure 2014199838
[一般式(5)中、R9、R10、R11およびR12は互いに独立して水素またはSO3Xであり、R9、R10、R11およびR12のいずれか1つ以上はSO3Xであり、Xは水素原子、Li、Na、K、アンモニウムイオン、プロトン化された第1級、プロトン化された第2級、プロトン化された第3級アミンまたは第4級アンモニウムイオンである。] General formula (5)
Figure 2014199838
[In General Formula (5), R 9 , R 10 , R 11 and R 12 are each independently hydrogen or SO 3 X, and any one or more of R 9 , R 10 , R 11 and R 12 are SO 3 X, where X is a hydrogen atom, Li, Na, K, ammonium ion, protonated primary, protonated secondary, protonated tertiary amine or quaternary ammonium ion It is. ]

一般式(6)

Figure 2014199838
[一般式(6)中、R13、R14、R15およびR16は互いに独立して水素またはSO3Xであり、R13、R14、R15およびR16のいずれか1つ以上はSO3Xであり、Xは水素原子、Li、Na、K、アンモニウムイオン、プロトン化された第1級、プロトン化された第2級、プロトン化された第3級アミンまたは第4級アンモニウムイオンである。] General formula (6)
Figure 2014199838
[In General Formula (6), R 13 , R 14 , R 15 and R 16 are each independently hydrogen or SO 3 X, and any one or more of R 13 , R 14 , R 15 and R 16 are SO 3 X, where X is a hydrogen atom, Li, Na, K, ammonium ion, protonated primary, protonated secondary, protonated tertiary amine or quaternary ammonium ion It is. ]

一般式(5)としては、例えば、4−スルホ−1H−インデン、5−スルホ−1H−インデン、6−スルホ−1H−インデン、7−スルホ−1H−インデン、1H-インデン−4,5−ジスルホン酸、1H-インデン−4,6−ジスルホン酸、1H-インデン−4,7−ジスルホン酸、1H-インデン−5,6−ジスルホン酸、1H-インデン−5,7−ジスルホン酸、1H-インデン−6,7−ジスルホン酸、1H-インデン−4,5,6−トリスルホン酸、1H-インデン−4,5,7−トリスルホン酸、1H-インデン−4,6,7−トリスルホン酸、1H-インデン−5,6,7−トリスルホン酸、1H-インデン−4,5,6,7−テトラスルホン酸、およびこれらのリチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩、アンモニウム塩、プロトン化された第1級、第2級、第3級アミンまたは第4級アンモニウム塩が挙げられる。
一般式(6)としては、例えば、ベンゾフラン−4−スルホン酸、ベンゾフラン−5−スルホン、ベンゾフラン−6−スルホン酸、ベンゾフラン−7−スルホン、ベンゾフラン−4,5−ジスルホン酸、ベンゾフラン−4,6−ジスルホン酸、ベンゾフラン−4,7−ジスルホン酸、ベンゾフラン−5,6−ジスルホン酸、ベンゾフラン−5,7−ジスルホン酸、ベンゾフラン−6,7−ジスルホン酸、ベンゾフラン−4,5,6−トリスルホン酸、ベンゾフラン−4,5,7−トリスルホン酸、ベンゾフラン−4,6,7−トリスルホン酸、ベンゾフラン−5,6,7−トリスルホン酸、ベンゾフラン−4,5,6,7−テトラスルホン酸、およびおよびこれらのリチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩、アンモニウム塩、プロトン化された第1級、第2級、第3級アミンまたは第4級アンモニウム塩が挙げられる。
一般式(5)または一般式(6)の中で、5−スルホ−1H−インデン、6−スルホ−1H−インデン、5−スルホ−ベンゾフラン、6−スルホ−ベンゾフランおよびそのナトリウム塩、カリウム塩が重合性の点から好ましいモノマーである。
これらの単量体は、単独で、または2種以上を組み合わせて用いることができる。
Examples of the general formula (5) include 4-sulfo-1H-indene, 5-sulfo-1H-indene, 6-sulfo-1H-indene, 7-sulfo-1H-indene, 1H-indene-4,5- Disulfonic acid, 1H-indene-4,6-disulfonic acid, 1H-indene-4,7-disulfonic acid, 1H-indene-5,6-disulfonic acid, 1H-indene-5,7-disulfonic acid, 1H-indene -6,7-disulfonic acid, 1H-indene-4,5,6-trisulfonic acid, 1H-indene-4,5,7-trisulfonic acid, 1H-indene-4,6,7-trisulfonic acid, 1H-indene-5,6,7-trisulfonic acid, 1H-indene-4,5,6,7-tetrasulfonic acid, and lithium, sodium, potassium, ammonium, protonated Level 1, Level 2, A tertiary amine or a quaternary ammonium salt may be mentioned.
Examples of the general formula (6) include benzofuran-4-sulfonic acid, benzofuran-5-sulfone, benzofuran-6-sulfonic acid, benzofuran-7-sulfone, benzofuran-4,5-disulfonic acid, and benzofuran-4,6. -Disulfonic acid, benzofuran-4,7-disulfonic acid, benzofuran-5,6-disulfonic acid, benzofuran-5,7-disulfonic acid, benzofuran-6,7-disulfonic acid, benzofuran-4,5,6-trisulfone Acid, benzofuran-4,5,7-trisulfonic acid, benzofuran-4,6,7-trisulfonic acid, benzofuran-5,6,7-trisulfonic acid, benzofuran-4,5,6,7-tetrasulfone Acids, and their lithium, sodium, potassium, ammonium salts, protonated Primary, secondary, tertiary amines or quaternary ammonium salts.
In general formula (5) or general formula (6), 5-sulfo-1H-indene, 6-sulfo-1H-indene, 5-sulfo-benzofuran, 6-sulfo-benzofuran and its sodium salt and potassium salt are It is a preferable monomer from the viewpoint of polymerizability.
These monomers can be used alone or in combination of two or more.

一般式(5)または(6)で表される化合物の重合は、アゾ系化合物、過酸化物、酸化剤、酸化重合触媒等を用いて、生成するポリマーが溶解する溶剤中にて行う。溶剤としては、例えば、水、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコールなどが挙げられる。   Polymerization of the compound represented by the general formula (5) or (6) is carried out using an azo compound, a peroxide, an oxidizing agent, an oxidation polymerization catalyst, or the like in a solvent in which the polymer to be formed is dissolved. Examples of the solvent include water, methanol, ethanol, isopropyl alcohol, and the like.

また、ポリアニオン(A)は、一般式(5)または(6)で表される化合物と、それ以外の単量体との共重合体であってもよい。
共重合可能なモノマーとしては、例えば、1,3−ブタジエン、イソプレン、2−クロロ−1,3−ブタジエン、2−メチル−1,3−ブタジエン等の共役ジエン単量体;
スチレン、α−メチルスチレン、p−メチルスチレン等の芳香族ビニル単量体;
(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸ブチル、(メタ)アクリル酸2−エチルヘキシル等のエチレン性不飽和カルボン酸アルキルエステル単量体;
アクリルアミド、メタクリルアミド、N,N−ジメチルアクリルアミド、N−メチロールアクリルアミド等のエチレン性不飽和カルボン酸アミド単量体;
(メタ)アクリル酸ヒドロキシアルキル、グリセリンジ(メタ)アクリレート等のエチレン性不飽和カルボン酸ヒドロキシアルキルエステル単量体;
酢酸ビニル等のカルボン酸ビニルエステル単量体;
および、(メタ)アクリロニトリル、N−ビニルピロリドン、(メタ)アクリロイルモルホリン、シクロヘキシルマレイミド、イソプロピルマレイミド、(メタ)アクリル酸グリシジル等が挙げられる。これらは単独で、あるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。
The polyanion (A) may be a copolymer of the compound represented by the general formula (5) or (6) and other monomers.
Examples of the copolymerizable monomer include conjugated diene monomers such as 1,3-butadiene, isoprene, 2-chloro-1,3-butadiene, and 2-methyl-1,3-butadiene;
Aromatic vinyl monomers such as styrene, α-methylstyrene, p-methylstyrene;
Ethylenically unsaturated carboxylic acid alkyl ester monomers such as methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, butyl (meth) acrylate, 2-ethylhexyl (meth) acrylate;
Ethylenically unsaturated carboxylic acid amide monomers such as acrylamide, methacrylamide, N, N-dimethylacrylamide, N-methylolacrylamide;
Ethylenically unsaturated carboxylic acid hydroxyalkyl ester monomers such as hydroxyalkyl (meth) acrylate and glycerin di (meth) acrylate;
Carboxylic acid vinyl ester monomers such as vinyl acetate;
And (meth) acrylonitrile, N-vinylpyrrolidone, (meth) acryloylmorpholine, cyclohexylmaleimide, isopropylmaleimide, glycidyl (meth) acrylate, and the like. These can be used alone or in combination of two or more.

また、一般式(1)または一般式(2)の構造単位を有するポリアニオンは、下記一般式(7)または一般式(8)で表される化合物を重合し、得られた重合体の芳香環をスルホン化する事によりポリアニオン(A)を得ることができる。   In addition, the polyanion having the structural unit of the general formula (1) or the general formula (2) is obtained by polymerizing a compound represented by the following general formula (7) or the general formula (8), and the aromatic ring of the obtained polymer. The polyanion (A) can be obtained by sulfonating the cation.

一般式(7)

Figure 2014199838
[一般式(7)中、R17、R18、R19およびR20は互いに独立して水素または炭素数1〜6のアルキル基であり、R17、R18、R19およびR20のいずれか1つ以上は水素である。] General formula (7)
Figure 2014199838
[In General Formula (7), R 17 , R 18 , R 19 and R 20 are each independently hydrogen or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and any of R 17 , R 18 , R 19 and R 20 One or more is hydrogen. ]

一般式(8)

Figure 2014199838
[一般式(7)中、R21、R22、R23およびR24は互いに独立して水素または炭素数1〜6のアルキル基であり、R21、R22、R23およびR24のいずれか1つ以上は水素である。] General formula (8)
Figure 2014199838
[In General Formula (7), R 21 , R 22 , R 23 and R 24 are each independently hydrogen or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and any of R 21 , R 22 , R 23 and R 24 One or more is hydrogen. ]

一般式(7)としては、例えば、1H−インデン、4−メチル−1H−インデン、5−メチル−1H−インデン、6−メチル−1H−インデン、7−メチル−1H−インデン、4−エチル−1H−インデン、5−エチル−1H−インデン、6−エチル−1H−インデン、7−エチル−1H−インデン、4−ブチル−1H−インデン、4−ヘキシル−1H−インデン、4−シクロへキシル−1H−インデン、4,5−ジメチル−1H−インデン、4,6−ジメチル−1H−インデン、4,7−ジメチル−1H−インデン、5,6−ジメチル−1H−インデン、5,7−ジメチル−1H−インデン、6,7−ジメチル−1H−インデン、4,5,6−トリメチル−1H−インデン、4,5,7−トリメチル−1H−インデン、4,6,7−トリメチル−1H−インデン、5,6,7−トリメチル−1H−インデン、およびこれらのリチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩、アンモニウム塩、プロトン化された第1級、第2級、第3級アミンまたは第4級アンモニウム塩などが挙げられる。
一般式(8)としては、例えば、ベンゾフラン、4−メチル−1H−ベンゾフラン、5−メチル−1H−ベンゾフラン、6−メチル−1H−ベンゾフラン、7−メチル−1H−ベンゾフラン、4−エチル−1H−ベンゾフラン、5−エチル−1H−ベンゾフラン、6−エチル−1H−ベンゾフラン、7−エチル−1H−ベンゾフラン、4−ブチル−1H−ベンゾフラン、4−ヘキシル−1H−ベンゾフラン、4−シクロへキシル−1H−ベンゾフラン、4,5−ジメチル−1H−ベンゾフラン、4,6−ジメチル−1H−ベンゾフラン、4,7−ジメチル−1H−ベンゾフラン、5,6−ジメチル−1H−ベンゾフラン、5,7−ジメチル−1H−ベンゾフラン、6,7−ジメチル−1H−ベンゾフラン、4,5,6−トリメチル−1H−ベンゾフラン、4,5,7−トリメチル−1H−ベンゾフラン、4,6,7−トリメチル−1H−ベンゾフラン、5,6,7−トリメチル−1H−ベンゾフラン、およびこれらのリチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩、アンモニウム塩、プロトン化された第1級、第2級、第3級アミンまたは第4級アンモニウム塩などが挙げられる。
Examples of the general formula (7) include 1H-indene, 4-methyl-1H-indene, 5-methyl-1H-indene, 6-methyl-1H-indene, 7-methyl-1H-indene, 4-ethyl- 1H-indene, 5-ethyl-1H-indene, 6-ethyl-1H-indene, 7-ethyl-1H-indene, 4-butyl-1H-indene, 4-hexyl-1H-indene, 4-cyclohexyl- 1H-indene, 4,5-dimethyl-1H-indene, 4,6-dimethyl-1H-indene, 4,7-dimethyl-1H-indene, 5,6-dimethyl-1H-indene, 5,7-dimethyl- 1H-indene, 6,7-dimethyl-1H-indene, 4,5,6-trimethyl-1H-indene, 4,5,7-trimethyl-1H-indene, 4,6,7-trimethyl-1H-indene, 5, 6 7-trimethyl -1H- indene, and these lithium salts, sodium salts, potassium salts, ammonium salts, primary protonated, secondary, etc. tertiary amines or quaternary ammonium salts.
Examples of the general formula (8) include benzofuran, 4-methyl-1H-benzofuran, 5-methyl-1H-benzofuran, 6-methyl-1H-benzofuran, 7-methyl-1H-benzofuran, 4-ethyl-1H- Benzofuran, 5-ethyl-1H-benzofuran, 6-ethyl-1H-benzofuran, 7-ethyl-1H-benzofuran, 4-butyl-1H-benzofuran, 4-hexyl-1H-benzofuran, 4-cyclohexyl-1H- Benzofuran, 4,5-dimethyl-1H-benzofuran, 4,6-dimethyl-1H-benzofuran, 4,7-dimethyl-1H-benzofuran, 5,6-dimethyl-1H-benzofuran, 5,7-dimethyl-1H- Benzofuran, 6,7-dimethyl-1H-benzofuran, 4,5,6-trimethyl-1H-benzofuran, 4,5,7- Limethyl-1H-benzofuran, 4,6,7-trimethyl-1H-benzofuran, 5,6,7-trimethyl-1H-benzofuran, and lithium salts, sodium salts, potassium salts, ammonium salts thereof, protonated compounds Primary, secondary, tertiary amine, quaternary ammonium salt, etc. are mentioned.

一般式(7)または(8)で表される化合物の重合は、アゾ系化合物、過酸化物、酸化剤、酸化重合触媒等を用いて、生成するポリマーが溶解する溶剤中にて行う。溶剤としては、例えば、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、酢酸エチル、酢酸ブチル、テトラヒドロフラン、トルエン、キシレン、ジクロロメタン、トリクロロメタン、クロロホルム、テトラクロロメタン、クロロベンゼン、o−クロロベンゼンなどが挙げられる。   Polymerization of the compound represented by the general formula (7) or (8) is performed in a solvent in which the polymer to be formed is dissolved using an azo compound, a peroxide, an oxidizing agent, an oxidation polymerization catalyst, or the like. Examples of the solvent include methyl ethyl ketone, cyclohexanone, ethyl acetate, butyl acetate, tetrahydrofuran, toluene, xylene, dichloromethane, trichloromethane, chloroform, tetrachloromethane, chlorobenzene, o-chlorobenzene and the like.

またポリアニオン(A)は、一般式(7)または(8)で表される化合物と、それ以外の単量体との共重合体の芳香族をスルホン化してもよい。
共重合可能なモノマーとしては、例えば、1,3−ブタジエン、イソプレン、2−クロロ−1,3−ブタジエン、2−メチル−1,3−ブタジエン等の共役ジエン単量体;
スチレン、α−メチルスチレン、p−メチルスチレン等の芳香族ビニル単量体;
(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸ブチル、(メタ)アクリル酸2−エチルヘキシル等のエチレン性不飽和カルボン酸アルキルエステル単量体;
アクリルアミド、メタクリルアミド、N,N−ジメチルアクリルアミド、N−メチロールアクリルアミド等のエチレン性不飽和カルボン酸アミド単量体;
(メタ)アクリル酸ヒドロキシアルキル、グリセリンジ(メタ)アクリレート等のエチレン性不飽和カルボン酸ヒドロキシアルキルエステル単量体;
酢酸ビニル等のカルボン酸ビニルエステル単量体;
および、(メタ)アクリロニトリル、N−ビニルピロリドン、(メタ)アクリロイルモルホリン、シクロヘキシルマレイミド、イソプロピルマレイミド、(メタ)アクリル酸グリシジル等が挙げられる。これらは単独で、あるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。
In addition, the polyanion (A) may sulfonate the aromatic of a copolymer of the compound represented by the general formula (7) or (8) and another monomer.
Examples of the copolymerizable monomer include conjugated diene monomers such as 1,3-butadiene, isoprene, 2-chloro-1,3-butadiene, and 2-methyl-1,3-butadiene;
Aromatic vinyl monomers such as styrene, α-methylstyrene, p-methylstyrene;
Ethylenically unsaturated carboxylic acid alkyl ester monomers such as methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, butyl (meth) acrylate, 2-ethylhexyl (meth) acrylate;
Ethylenically unsaturated carboxylic acid amide monomers such as acrylamide, methacrylamide, N, N-dimethylacrylamide, N-methylolacrylamide;
Ethylenically unsaturated carboxylic acid hydroxyalkyl ester monomers such as hydroxyalkyl (meth) acrylate and glycerin di (meth) acrylate;
Carboxylic acid vinyl ester monomers such as vinyl acetate;
And (meth) acrylonitrile, N-vinylpyrrolidone, (meth) acryloylmorpholine, cyclohexylmaleimide, isopropylmaleimide, glycidyl (meth) acrylate, and the like. These can be used alone or in combination of two or more.

芳香環のスルホン化は、好ましくは、米国特許第3870841号に記載のスルホン化剤、例えば、硫酸、クロロスルホン酸、アセチル硫酸等の存在下に行う。スルホン化したい芳香環1モルに対して、スルホン化剤を0.01〜10モルを添加し、10〜100℃、好ましくは20〜70℃の範囲の温度で、1時間〜48時間行われる。   The sulfonation of the aromatic ring is preferably carried out in the presence of a sulfonating agent described in US Pat. No. 3,870,841, for example, sulfuric acid, chlorosulfonic acid, acetyl sulfuric acid and the like. 0.01 to 10 mol of a sulfonating agent is added to 1 mol of an aromatic ring to be sulfonated, and the reaction is performed at a temperature in the range of 10 to 100 ° C., preferably 20 to 70 ° C. for 1 to 48 hours.

ポリアニオン(A)中における、 一般式(5)、一般式(6)、スルホン化された一般式(7)、またはスルホン化された一般式(8)に由来するモノマーユニットは、ポリアニオン(A)中の全モノマーユニットのモル量に対して50〜100mol%の範囲であることが好ましく、より好ましくは85〜97mol%である。50mol%未満の場合は、ドーピングが不十分である場合がある。   The monomer unit derived from the general formula (5), the general formula (6), the sulfonated general formula (7), or the sulfonated general formula (8) in the polyanion (A) is represented by the polyanion (A). It is preferable that it is the range of 50-100 mol% with respect to the molar amount of all the monomer units in it, More preferably, it is 85-97 mol%. If it is less than 50 mol%, doping may be insufficient.

ポリアニオン(A)の重量平均分子量は、好ましくは1,000〜500,000であり、より好ましくは2,000〜300,000である。1,000未満の場合は、分子鎖が短いために分散不良が生じる場合がある。また500,000より大きい場合は、熱電変換素子用組成物の粘度が非常に高い場合がある。   The weight average molecular weight of the polyanion (A) is preferably 1,000 to 500,000, more preferably 2,000 to 300,000. When the molecular weight is less than 1,000, a dispersion failure may occur due to a short molecular chain. Moreover, when larger than 500,000, the viscosity of the composition for thermoelectric conversion elements may be very high.

本発明のポリアニオン(A)の主鎖は、従来ドーパントとして用いられるポリスチレンスルホン酸の主鎖と比較し、剛直のため運動性が抑制され、高温環境下や、使用環境化での長期信頼性が優れる。   The main chain of the polyanion (A) of the present invention is rigid compared to the main chain of polystyrene sulfonic acid conventionally used as a dopant, and its mobility is suppressed due to its rigidity, and long-term reliability in high temperature environments and use environments is improved. Excellent.

ポリアニオン(A)以外のアニオン化合物、すなわちアクセプタ性ドーパントまたはドナー性のドーパントは、本発明の熱電変換素子用組成物を用いて形成される熱電変換膜の導電性をさらに向上する目的で必要に応じて加えることができる。
例えば、ハロゲン化合物、ルイス酸、プロトン酸、有機シアノ化合物等のアクセプタ性ドーパント;
アルカリ金属、アルカリ土類金属、4級アンモニウムイオン等のドナー性ドーパントなどが挙げられる。
An anionic compound other than the polyanion (A), that is, an acceptor dopant or a donor dopant is necessary for the purpose of further improving the conductivity of the thermoelectric conversion film formed using the composition for thermoelectric conversion elements of the present invention. Can be added.
For example, acceptor dopants such as halogen compounds, Lewis acids, proton acids, organic cyano compounds;
Examples thereof include donor metals such as alkali metals, alkaline earth metals, and quaternary ammonium ions.

アクセプタ性ドーパントとして好適なハロゲン化合物としては、塩素(Cl2)、臭素(Br2)、ヨウ素(I2)、塩化ヨウ素(ICl)、臭化ヨウ素(IBr)、フッ化ヨウ素(IF)等が挙げられる。
ルイス酸としては、PF5、AsF5、SbF5、BF5、BCl5、BBr5、SO3等が挙げられる。
Suitable halogen compounds as acceptor dopants include chlorine (Cl 2 ), bromine (Br 2 ), iodine (I 2 ), iodine chloride (ICl), iodine bromide (IBr), and iodine fluoride (IF). Can be mentioned.
Examples of the Lewis acid include PF 5 , AsF 5 , SbF 5 , BF 5 , BCl 5 , BBr 5 , SO 3 and the like.

プロトン酸としては、塩酸、硫酸、硝酸、リン酸、ホウフッ化水素酸、フッ化水素酸、過塩素酸等の無機酸や、有機カルボン酸類、フェノール類、有機スルホン酸類等の有機酸が挙げられる。ドーピング効果の点で、有機酸の中では、有機カルボン酸類や有機スルホン酸類が好ましく用いられる。   Examples of the protic acid include inorganic acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, phosphoric acid, borohydrofluoric acid, hydrofluoric acid, and perchloric acid, and organic acids such as organic carboxylic acids, phenols, and organic sulfonic acids. . Of the organic acids, organic carboxylic acids and organic sulfonic acids are preferably used in terms of the doping effect.

有機カルボン酸類としては、脂肪族、芳香族、環状脂肪族等の基にカルボン酸基が一つ以上結合したものが使用でき、例えば、ギ酸、酢酸、シュウ酸、安息香酸、フタル酸、マレイン酸、フマル酸、マロン酸、酒石酸、クエン酸、乳酸、コハク酸、モノクロロ酢酸、ジクロロ酢酸、トリクロロ酢酸、トリフルオロ酢酸、ニトロ酢酸、トリフエニル酢酸等が挙げられる。   As the organic carboxylic acids, those in which one or more carboxylic acid groups are bonded to a group such as aliphatic, aromatic, and cycloaliphatic can be used. For example, formic acid, acetic acid, oxalic acid, benzoic acid, phthalic acid, maleic acid , Fumaric acid, malonic acid, tartaric acid, citric acid, lactic acid, succinic acid, monochloroacetic acid, dichloroacetic acid, trichloroacetic acid, trifluoroacetic acid, nitroacetic acid, triphenylacetic acid and the like.

有機スルホン酸類としては、脂肪族、芳香族、環状脂肪族等の基にスルホン酸基が一つ以上結合したものが使用できる。
スルホン酸基を一つ含むものとしては、メタンスルホン酸、エタンスルホン酸、1−プロパンスルホン酸、1−ブタンスルホン酸、1−ヘキサンスルホン酸、1−ヘプタンスルホン酸、1−オクタンスルホン酸、1−ノナンスルホン酸、1−デカンスルホン酸、1−ドデカンスルホン酸、1−テトラデカンスルホン酸、1−ペンタデカンスルホン酸、2−ブロモエタンスルホン酸、3−クロロ−2−ヒドロキシプロパンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、コリスチンメタンスルホン酸、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、アミノメタンスルホン酸、1−アミノ−2−ナフト−ル−4−スルホン酸、2−アミノ−5−ナフト−ル−7−スルホン酸、3−アミノプロパンスルホン酸、N−シクロヘキシル−3−アミノプロパンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、p−トルエンスルホン酸、キシレンスルホン酸、エチルベンゼンスルホン酸、プロピルベンゼンスルホン酸、ブチルベンゼンスルホン酸、ペンチルベンゼンスルホン酸、ヘキシルベンゼンスルホン酸、ヘプチルベンゼンスルホン酸、オクチルベンゼンスルホン酸、ノニルベンゼンスルホン酸、デシルベンゼンスルホン酸、ウンデシルベンゼンスルホン酸、ドデシルベンゼンスルホン酸、ペンタデシルベンゼンスルホン酸、へキサデシルベンゼンスルホン酸、2,4−ジメチルベンゼンスルホン酸、ジプロピルベンゼンスルホン酸、ブチルベンゼンスルホン酸、4−アミノベンゼンスルホン酸 、o−アミノベンゼンスルホン酸、m−アミノベンゼンスルホン酸、4−アミノ−2−クロロトルエン−5−スルホン酸、4−アミノ−3−メチルベンゼン−1−スルホン酸、4−アミノ−5−メトキシ−2−メチルベンゼンスルホン酸 、2−アミノ−5−メチルベンゼン−1−スルホン酸、4−アミノ−2−メチルベンゼン−1−スルホン酸、5−アミノ−2−メチルベンゼン−1−スルホン酸、4−アミノ−3−メチルベンゼン−1−スルホン酸、4−アセトアミド−3−クロロベンゼンスルホン酸、4−クロロ−3−ニトロベンゼンスルホン酸、p−クロロベンゼンスルホン酸、ナフタレンスルホン酸、メチルナフタレンスルホン酸、プロピルナフタレンスルホン酸、ブチルナフタレンスルホン酸、ペンチルナフタレンスルホン酸、ジメチルナフタレンスルホン酸、4−アミノ−1−ナフタレンスルホン酸、8−クロロナフタレン−1−スルホン酸、ナフタレンスルホン酸ホルマリン重縮合物、メラミンスルホン酸ホルマリン重縮合物等が挙げられる。
As the organic sulfonic acids, those in which one or more sulfonic acid groups are bonded to an aliphatic, aromatic, or cycloaliphatic group can be used.
Those containing one sulfonic acid group include methanesulfonic acid, ethanesulfonic acid, 1-propanesulfonic acid, 1-butanesulfonic acid, 1-hexanesulfonic acid, 1-heptanesulfonic acid, 1-octanesulfonic acid, 1 -Nonanesulfonic acid, 1-decanesulfonic acid, 1-dodecanesulfonic acid, 1-tetradecanesulfonic acid, 1-pentadecanesulfonic acid, 2-bromoethanesulfonic acid, 3-chloro-2-hydroxypropanesulfonic acid, trifluoromethanesulfone Acid, colistin methanesulfonic acid, 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid, aminomethanesulfonic acid, 1-amino-2-naphthol-4-sulfonic acid, 2-amino-5-naphthol-7- Sulfonic acid, 3-aminopropanesulfonic acid, N-cyclohexyl-3-amino Propanesulfonic acid, benzenesulfonic acid, p-toluenesulfonic acid, xylenesulfonic acid, ethylbenzenesulfonic acid, propylbenzenesulfonic acid, butylbenzenesulfonic acid, pentylbenzenesulfonic acid, hexylbenzenesulfonic acid, heptylbenzenesulfonic acid, octylbenzenesulfone Acid, nonylbenzenesulfonic acid, decylbenzenesulfonic acid, undecylbenzenesulfonic acid, dodecylbenzenesulfonic acid, pentadecylbenzenesulfonic acid, hexadecylbenzenesulfonic acid, 2,4-dimethylbenzenesulfonic acid, dipropylbenzenesulfonic acid , Butylbenzenesulfonic acid, 4-aminobenzenesulfonic acid, o-aminobenzenesulfonic acid, m-aminobenzenesulfonic acid, 4-amino-2-chlorotoluene- -Sulfonic acid, 4-amino-3-methylbenzene-1-sulfonic acid, 4-amino-5-methoxy-2-methylbenzenesulfonic acid, 2-amino-5-methylbenzene-1-sulfonic acid, 4-amino 2-methylbenzene-1-sulfonic acid, 5-amino-2-methylbenzene-1-sulfonic acid, 4-amino-3-methylbenzene-1-sulfonic acid, 4-acetamido-3-chlorobenzenesulfonic acid, 4 -Chloro-3-nitrobenzenesulfonic acid, p-chlorobenzenesulfonic acid, naphthalenesulfonic acid, methylnaphthalenesulfonic acid, propylnaphthalenesulfonic acid, butylnaphthalenesulfonic acid, pentylnaphthalenesulfonic acid, dimethylnaphthalenesulfonic acid, 4-amino-1- Naphthalenesulfonic acid, 8-chloronaphthalene-1-s Acid, naphthalenesulfonic acid-formalin polycondensates, include melamine sulfonic acid-formalin polycondensates, and the like.

<共役系導電性高分子(B)>
共役系導電性高分子(B)は、ポリピロール類、ポリチオフェン類、ポリアニリン類に加え、ポリフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリフェニレンエチニレン、ポリアセチレン、ポリアセン、及び前記重合体を構成するモノマーからなる共重合体等が挙げられる。好ましくは、導電性、空気雰囲気下での化学的安定性からポリチオフェン類であり、さらに好ましくはポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)である。
<Conjugated conductive polymer (B)>
Conjugated conductive polymers (B) include polypyrroles, polythiophenes, polyanilines, copolymers of polyphenylene, polyphenylene vinylene, polyphenylene ethynylene, polyacetylene, polyacene, and monomers constituting the polymer. Can be mentioned. Preferred are polythiophenes from the viewpoint of conductivity and chemical stability in an air atmosphere, and more preferred is poly (3,4-ethylenedioxythiophene).

本発明では、ポリアニオン(A)を共存させているので、共役系導電性高分子(B)に特段の官能基を導入しなくても、共役系導電性高分子(B)の溶剤溶解性や他の樹脂との相溶性(分散性)は良好である。但し、アルキル基、カルボキシ基、スルホン酸基、アルコキシ基、ヒドロキシ基等の官能基を共役導電性高分子(B)に導入することによって、溶剤溶解性や他の樹脂との相溶性(分散性)をより向上させることができる。   In the present invention, since the polyanion (A) coexists, the solvent solubility of the conjugated conductive polymer (B) can be reduced without introducing a special functional group into the conjugated conductive polymer (B). Compatibility (dispersibility) with other resins is good. However, by introducing functional groups such as alkyl groups, carboxy groups, sulfonic acid groups, alkoxy groups, and hydroxy groups into the conjugated conductive polymer (B), solvent solubility and compatibility with other resins (dispersibility) ) Can be further improved.

共役系導電性高分子(B)の具体例としては、
ポリピロール、ポリ(3−メチルピロール)、ポリ(3−エチルピロール)、ポリ(3−n−プロピルピロール)、ポリ(3−ブチルピロール)、ポリ(3−ヘキシルピロール)、ポリ(3−オクチルピロール)、ポリ(3−デシルピロール)、ポリ(3−ドデシルピロール)、ポリ(3,4−ジメチルピロール)、ポリ(3,4−ジブチルピロール)、ポリ(3−カルボキシルピロール)、ポリ(3−メチル−4−カルボキシルピロール)、ポリ(3−メチル−4−カルボキシエチルピロール)、ポリ(3−メチル−4−カルボキシブチルピロール)、ポリ(3−ヒドロキシピロール)、ポリ(3−メトキシピロール)、ポリ(3−エトキシピロール)、ポリ(3−ブトキシピロール)、ポリ(3−ヘキシルオキシピロール)、ポリ(3−メチル−4−ヘキシルオキシピロール)、ポリ(3,4−エチレンジオキシピロール)等のポリピロール類;
ポリチオフェン、ポリ(3−メチルチオフェン)、ポリ(3−エチルチオフェン)、ポリ(3−プロピルチオフェン)、ポリ(3−ブチルチオフェン)、ポリ(3−ヘキシルチオフェン)、ポリ(3−ヘプチルチオフェン)、ポリ(3−オクチルチオフェン)、ポリ(3−デシルチオフェン)、ポリ(3−ドデシルチオフェン)、ポリ(3−オクタデシルチオフェン)、ポリ(3−ブロモチオフェン)、ポリ(3−クロロチオフェン)、ポリ(3−ヨードチオフェン)、ポリ(3−シアノチオフェン)、ポリ(3−フェニルチオフェン)、ポリ(3,4−ジメチルチオフェン)、ポリ(3,4−ジブチルチオフェン)、ポリ(3,4−ジペンチルチオフェン)、ポリ(3−ヒドロキシチオフェン)、ポリ(3−メトキシチオフェン)、ポリ(3−エトキシチオフェン)、ポリ(3−ブトキシチオフェン)、ポリ(3−ヘキシルオキシチオフェン)、ポリ(3−ヘプチルオキシチオフェン)、ポリ(3−オクチルオキシチオフェン)、ポリ(3−デシルオキシチオフェン)、ポリ(3−ドデシルオキシチオフェン)、ポリ(3−オクタデシルオキシチオフェン)、ポリ(3,4−ジヒドロキシチオフェン)、ポリ(3,4−ジメトキシチオフェン)、ポリ(3,4−ジエトキシチオフェン)、ポリ(3,4−ジプロポキシチオフェン)、ポリ(3,4−ジブトキシチオフェン)、ポリ(3,4−ジヘキシルオキシチオフェン)、ポリ(3,4−ジヘプチルオキシチオフェン)、ポリ(3,4−ジオクチルオキシチオフェン)、ポリ(3,4−ジデシルオキシチオフェン)、ポリ(3,4−ジドデシルオキシチオフェン)、ポリ(3−クロロ−4−シクロヘキシルチオフェン)、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)、ポリ(3−メチル−3,4−エチレンジオキシチオフェン)、ポリ(3、4−ジプロピル−3,4−エチレンジオキシチオフェン)、ポリ(3−メトキシ−3,4−エチレンジオキシチオフェン)、ポリ(3−フェニル−3,4−エチレンジオキシチオフェン)、ポリ(3−シクロヘキシル−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)、ポリ(3,4−ブテンジオキシチオフェン)、ポリ(3−メチル−4−メトキシチオフェン)、ポリ(3−メチル−4−エトキシチオフェン)、ポリ(3−カルボキシチオフェン)、ポリ(3−メチル−4−カルボキシチオフェン)、ポリ(3−メチル−4−カルボキシエチルチオフェン)、ポリ(3−メチル−4−カルボキシブチルチオフェン)、ポリ(チエノ[3,4−b][1,4]ジオキシン)等のポリチオフェン類、
ポリアニリン、ポリ(2−メチルアニリン)、ポリ(3−イソブチルアニリン)、ポリ(2−アニリンスルホン酸)、ポリ(3−アニリンスルホン酸)等のポリアニリン類等が挙げられる。
As a specific example of the conjugated conductive polymer (B),
Polypyrrole, poly (3-methylpyrrole), poly (3-ethylpyrrole), poly (3-n-propylpyrrole), poly (3-butylpyrrole), poly (3-hexylpyrrole), poly (3-octylpyrrole) ), Poly (3-decylpyrrole), poly (3-dodecylpyrrole), poly (3,4-dimethylpyrrole), poly (3,4-dibutylpyrrole), poly (3-carboxylpyrrole), poly (3- Methyl-4-carboxylpyrrole), poly (3-methyl-4-carboxyethylpyrrole), poly (3-methyl-4-carboxybutylpyrrole), poly (3-hydroxypyrrole), poly (3-methoxypyrrole), Poly (3-ethoxypyrrole), poly (3-butoxypyrrole), poly (3-hexyloxypyrrole), poly (3- Chill-4-hexyloxy-pyrrole), poly (3,4-ethylenedioxy-pyrrole) polypyrroles such as;
Polythiophene, poly (3-methylthiophene), poly (3-ethylthiophene), poly (3-propylthiophene), poly (3-butylthiophene), poly (3-hexylthiophene), poly (3-heptylthiophene), Poly (3-octylthiophene), poly (3-decylthiophene), poly (3-dodecylthiophene), poly (3-octadecylthiophene), poly (3-bromothiophene), poly (3-chlorothiophene), poly ( 3-iodothiophene), poly (3-cyanothiophene), poly (3-phenylthiophene), poly (3,4-dimethylthiophene), poly (3,4-dibutylthiophene), poly (3,4-dipentylthiophene) ), Poly (3-hydroxythiophene), poly (3-methoxythiophene), poly ( -Ethoxythiophene), poly (3-butoxythiophene), poly (3-hexyloxythiophene), poly (3-heptyloxythiophene), poly (3-octyloxythiophene), poly (3-decyloxythiophene), poly (3-dodecyloxythiophene), poly (3-octadecyloxythiophene), poly (3,4-dihydroxythiophene), poly (3,4-dimethoxythiophene), poly (3,4-diethoxythiophene), poly ( 3,4-dipropoxythiophene), poly (3,4-dibutoxythiophene), poly (3,4-dihexyloxythiophene), poly (3,4-diheptyloxythiophene), poly (3,4-dioctyl) Oxythiophene), poly (3,4-didecyloxythiophene), poly (3, -Didodecyloxythiophene), poly (3-chloro-4-cyclohexylthiophene), poly (3,4-ethylenedioxythiophene), poly (3-methyl-3,4-ethylenedioxythiophene), poly (3 4-dipropyl-3,4-ethylenedioxythiophene), poly (3-methoxy-3,4-ethylenedioxythiophene), poly (3-phenyl-3,4-ethylenedioxythiophene), poly (3 -Cyclohexyl-3,4-ethylenedioxythiophene), poly (3,4-propylenedioxythiophene), poly (3,4-butenedioxythiophene), poly (3-methyl-4-methoxythiophene), poly (3-methyl-4-ethoxythiophene), poly (3-carboxythiophene), poly (3-methyl-4-carboxyl) Polythiophene), poly (3-methyl-4-carboxyethylthiophene), poly (3-methyl-4-carboxybutylthiophene), poly (thieno [3,4-b] [1,4] dioxin), etc. Kind,
Examples thereof include polyanilines such as polyaniline, poly (2-methylaniline), poly (3-isobutylaniline), poly (2-aniline sulfonic acid), and poly (3-aniline sulfonic acid).

共役系導電性高分子(B)の製造に用いられる、他のモノマーとしては、ピロール、3−メチルピロール、3−エチルピロール、3−n−プロピルピロール、3−ブチルピロール3−ヘキシルピロール、3−オクチルピロール、3−デシルピロール、3−ドデシルピロール、3,4−ジメチルピロール、3,4−ジブチルピロール、3−カルボキシルピロール、3−メチル−4−カルボキシルピロール、3−メチル−4−カルボキシエチルピロール、3−メチル−4−カルボキシブチルピロール、3−ヒドロキシピロール、3−メトキシピロール、3−エトキシピロール、3−ブトキシピロール、3−ヘキシルオキシピロール、3−メチル−4−ヘキシルオキシピロール、3−メチル−4−ヘキシルオキシピロール等のピロール類;
チオフェン、3−メチルチオフェン、3−エチルチオフェン、3−プロピルチオフェン、3−ブチルチオフェン、3−ヘキシルチオフェン、3−ヘプチルチオフェン、3−オクチルチオフェン、3−デシルチオフェン、3−ドデシルチオフェン、3−オクタデシルチオフェン、3−ブロモチオフェン、3−クロロチオフェン、3−ヨードチオフェン、3−シアノチオフェン、3−フェニルチオフェン、3,4−ジメチルチオフェン、3,4−ジブチルチオフェン、3,4−ジペンチルチオフェン、3−ヒドロキシチオフェン、3−メトキシチオフェン、3−エトキシチオフェン、3−ブトキシチオフェン、3−ヘキシルオキシチオフェン、3−ヘプチルオキシチオフェン、3−オクチルオキシチオフェン、3−デシルオキシチオフェン、3−ドデシルオキシチオフェン、3−オクタデシルオキシチオフェン、3,4−ジヒドロキシチオフェン、3,4−ジメトキシチオフェン、3,4−ジエトキシチオフェン、3,4−ジプロポキシチオフェン、3,4−ジブトキシチオフェン、3,4−ジヘキシルオキシチオフェン、3,4−ジヘプチルオキシチオフェン、3,4−ジオクチルオキシチオフェン、3,4−ジデシルオキシチオフェン、3,4−ジドデシルオキシチオフェン、3−クロロ−4−シクロヘキシルチオフェン、3,4−エチレンジオキシチオフェン、3−メチル−3,4−エチレンジオキシチオフェン、3,4−ジプロピル−3,4−エチレンジオキシチオフェン、3−メトキシ−3,4−エチレンジオキシチオフェン、3−フェニル−3,4−エチレンジオキシチオフェン、3−シクロヘキシル−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、3,4−ブテンジオキシチオフェン、3−メチル−4−メトキシチオフェン、3−メチル−4−エトキシチオフェン、3−カルボキシチオフェン、3−メチル−4−カルボキシチオフェン、3−メチル−4−カルボキシエチルチオフェン、3−メチル−4−カルボキシブチルチオフェン、チエノ[3,4−b][1,4]ジオキシン等のチオフェン類等;
アニリン、2−メチルアニリン、3−イソブチルアニリン、2−アニリンスルホン酸、3−アニリンスルホン酸等のアニリン類等が挙げられる。
これらは1種又は2種以上を用いることができる。
共役系導電性高分子(B)の製造に用いられるモノマーの重合は、アゾ系化合物、過酸化物、酸化剤、酸化重合触媒等を用いて、生成するポリマーが溶解する溶剤中にて行う。
Other monomers used for the production of the conjugated conductive polymer (B) include pyrrole, 3-methylpyrrole, 3-ethylpyrrole, 3-n-propylpyrrole, 3-butylpyrrole, 3-hexylpyrrole, 3 -Octylpyrrole, 3-decylpyrrole, 3-dodecylpyrrole, 3,4-dimethylpyrrole, 3,4-dibutylpyrrole, 3-carboxylpyrrole, 3-methyl-4-carboxylpyrrole, 3-methyl-4-carboxyethyl Pyrrole, 3-methyl-4-carboxybutylpyrrole, 3-hydroxypyrrole, 3-methoxypyrrole, 3-ethoxypyrrole, 3-butoxypyrrole, 3-hexyloxypyrrole, 3-methyl-4-hexyloxypyrrole, 3- Pyrroles such as methyl-4-hexyloxypyrrole;
Thiophene, 3-methylthiophene, 3-ethylthiophene, 3-propylthiophene, 3-butylthiophene, 3-hexylthiophene, 3-heptylthiophene, 3-octylthiophene, 3-decylthiophene, 3-dodecylthiophene, 3-octadecyl Thiophene, 3-bromothiophene, 3-chlorothiophene, 3-iodothiophene, 3-cyanothiophene, 3-phenylthiophene, 3,4-dimethylthiophene, 3,4-dibutylthiophene, 3,4-dipentylthiophene, 3- Hydroxythiophene, 3-methoxythiophene, 3-ethoxythiophene, 3-butoxythiophene, 3-hexyloxythiophene, 3-heptyloxythiophene, 3-octyloxythiophene, 3-decyloxythiophene, 3- Decyloxythiophene, 3-octadecyloxythiophene, 3,4-dihydroxythiophene, 3,4-dimethoxythiophene, 3,4-diethoxythiophene, 3,4-dipropoxythiophene, 3,4-dibutoxythiophene, 3, 4-dihexyloxythiophene, 3,4-diheptyloxythiophene, 3,4-dioctyloxythiophene, 3,4-didecyloxythiophene, 3,4-didodecyloxythiophene, 3-chloro-4-cyclohexylthiophene, 3,4-ethylenedioxythiophene, 3-methyl-3,4-ethylenedioxythiophene, 3,4-dipropyl-3,4-ethylenedioxythiophene, 3-methoxy-3,4-ethylenedioxythiophene, 3-Phenyl-3,4-ethylenedioxythio , 3-cyclohexyl-3,4-ethylenedioxythiophene, 3,4-propylenedioxythiophene, 3,4-butenedioxythiophene, 3-methyl-4-methoxythiophene, 3-methyl-4-ethoxy Thiophene, 3-carboxythiophene, 3-methyl-4-carboxythiophene, 3-methyl-4-carboxyethylthiophene, 3-methyl-4-carboxybutylthiophene, thieno [3,4-b] [1,4] dioxin Thiophenes such as
Examples include anilines such as aniline, 2-methylaniline, 3-isobutylaniline, 2-anilinesulfonic acid, and 3-anilinesulfonic acid.
These can use 1 type (s) or 2 or more types.
Polymerization of the monomer used for the production of the conjugated conductive polymer (B) is carried out using a azo compound, a peroxide, an oxidant, an oxidative polymerization catalyst, etc., in a solvent in which the produced polymer is dissolved.

<導電助剤(C)>
導電助剤(C)は、本発明の熱電変換素子用組成物を用いて形成される導電膜の導電性をさらに向上する目的で必要に応じて加えているものであり、具体的にはラクタム類、アルコール類、アミノアルコール類、フランカルボン酸、ハロゲン置換酢酸、イオン性液体などが挙げられる。
それらの具体例としては、例えば、
N−メチルピロリドン、ピロリドン、カプロラクタム、N−メチルカプロラクタム、N−オクチルピロリドン、等のラクタム類;
ショ糖、グルコース、フルクトース、ラクトース、ソルビトール、マンニトール、キシリトール、エチレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、グリセリン、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、トリフルオロエタノール、m−クレゾール、チオジグリコール、等のアルコール類;
ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、等のアミノアルコール類;
2−フランカルボン酸、3−フランカルボン酸、ジクロロ酢酸、トリフルオロ酢酸、等のカルボン酸類;
無水酢酸、無水プロピオン酸、無水アクリル酸、無水メタクリル酸、無水安息香酸、無水コハク酸、無水マレイン酸、無水イタコン酸、無水グルタル酸、無水フタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸(別名:シクロヘキサン−1,2−ジカルボン酸無水物)、無水トリメリット酸、ヘキサヒドロ無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸、無水ハイミック酸、ビフェニルテトラカルボン酸無水物、1,2,3,4−ブタンテトラカルボン酸無水物、ナフタレンテトラカルボン酸無水物、9,9−フルオレニリデンビス無水フタル酸、スチレン−無水マレイン酸コポリマー、エチレン−無水マレイン酸コポリマー、イソブチレン−無水マレイン酸コポリマー、アルキルビニルエーテル−無水マレイン酸コポリマーなどの、無水マレイン酸と他のビニルモノマーとを共重合したコポリマー等の酸無水物類などが挙げられる。
またイオン性液体としては、導電助剤(C1)〜(C6)などの一般式(2)に包含される化合物;
導電助剤(C7)〜(C26)などの一般式(3)に包含される化合物などが挙げられる。
<Conductive aid (C)>
The conductive auxiliary agent (C) is added as necessary for the purpose of further improving the conductivity of the conductive film formed by using the composition for thermoelectric conversion elements of the present invention, and specifically, lactam. , Alcohols, amino alcohols, furan carboxylic acid, halogen-substituted acetic acid, ionic liquid and the like.
Specific examples thereof include, for example,
Lactams such as N-methylpyrrolidone, pyrrolidone, caprolactam, N-methylcaprolactam, N-octylpyrrolidone;
Sucrose, glucose, fructose, lactose, sorbitol, mannitol, xylitol, ethylene glycol, 1,3-propanediol, 1,4-butanediol, diethylene glycol, triethylene glycol, glycerin, polyethylene glycol, polypropylene glycol, trifluoroethanol, alcohols such as m-cresol and thiodiglycol;
Amino alcohols such as diethanolamine and triethanolamine;
Carboxylic acids such as 2-furancarboxylic acid, 3-furancarboxylic acid, dichloroacetic acid, trifluoroacetic acid;
Acetic anhydride, propionic anhydride, acrylic anhydride, methacrylic anhydride, benzoic anhydride, succinic anhydride, maleic anhydride, itaconic anhydride, glutaric anhydride, phthalic anhydride, tetrahydrophthalic anhydride, hexahydrophthalic anhydride (also known as : Cyclohexane-1,2-dicarboxylic anhydride), trimellitic anhydride, hexahydro trimellitic anhydride, pyromellitic anhydride, hymic anhydride, biphenyltetracarboxylic anhydride, 1,2,3,4-butanetetra Carboxylic anhydride, naphthalenetetracarboxylic anhydride, 9,9-fluorenylidenebisphthalic anhydride, styrene-maleic anhydride copolymer, ethylene-maleic anhydride copolymer, isobutylene-maleic anhydride copolymer, alkyl vinyl ether-maleic anhydride Acid copolymer etc. , And the like acid anhydrides such as copolymers obtained by copolymerizing the maleic acid and other vinyl monomers anhydrous.
Moreover, as an ionic liquid, the compound included by General formula (2), such as conductive support agents (C1)-(C6);
Examples include compounds included in the general formula (3) such as the conductive assistants (C7) to (C26).

Figure 2014199838
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この中でも、導電性の観点から、ラクタム類、アルコール類、イオン性液体等が好ましい。
導電助剤(C)は熱電変換素子用組成物中に0.1〜50重量%含まれることが好ましい。0.1重量%より少ない場合は導電助剤(C)による導電性の向上が期待できない。また、50重量%よりも多い場合は膜物性に悪影響を及ぼす場合が多い。
Among these, lactams, alcohols, ionic liquids and the like are preferable from the viewpoint of conductivity.
It is preferable that 0.1-50 weight% of conductive adjuvants (C) are contained in the composition for thermoelectric conversion elements. When the amount is less than 0.1% by weight, no improvement in conductivity due to the conductive auxiliary agent (C) can be expected. On the other hand, when the amount is more than 50% by weight, the physical properties of the film are often adversely affected.

本発明の熱電変換素子用組成物は、必要に応じて他の成分を含むものであっても良い。
例えば、成膜性や膜強度の調整等を目的として、溶剤や他の有機樹脂(F)を併用することができる。
溶剤としては、例えば、水;
メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノールのようなアルコール類;
アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンのようなケトン類;
プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、メチルプロピルカーボネートのような炭酸エステル類;
プロピオン酸エチル、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、δ−バレロラクトン、メチルアセテート、エチルアセテートのようなエステル類;
エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、グリコールエーテルのようなエーテル類;
これらにフッ素などの置換基を導入した化合物が挙げられる。溶媒はそれぞれ単独でまたは2種以上を組み合わせて使用することができる。
また、有機樹脂(F)としては、熱電変換素子用組成物に相溶又は混合分散するものであれば、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂のいずれを用いても良い。
その具体例としては、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、フッ素樹脂、ビニル樹脂、エポキシ樹脂、キシレン樹脂、アラミド樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリウレア樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、ポリエーテル、アクリル樹脂、アクリルアミド樹脂およびこれらの共重合樹脂等が挙げられる。
The composition for thermoelectric conversion elements of the present invention may contain other components as necessary.
For example, a solvent or other organic resin (F) can be used in combination for the purpose of adjusting film formability and film strength.
Examples of the solvent include water;
Alcohols such as methanol, ethanol, propanol, isopropanol;
Ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone;
Carbonates such as propylene carbonate, ethylene carbonate, vinylene carbonate, methylpropyl carbonate;
Esters such as ethyl propionate, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, δ-valerolactone, methyl acetate, ethyl acetate;
Ethers such as ethylene glycol dimethyl ether, ethylene glycol diethyl ether, glycol ether;
These include compounds in which a substituent such as fluorine is introduced. A solvent can be used individually or in combination of 2 types or more, respectively.
As the organic resin (F), any one of a thermosetting resin and a thermoplastic resin may be used as long as it is compatible or mixed and dispersed in the thermoelectric conversion element composition.
Specific examples include polyester resin, polyimide resin, polyamide resin, fluororesin, vinyl resin, epoxy resin, xylene resin, aramid resin, polyurethane resin, polyurea resin, melamine resin, phenol resin, polyether, acrylic resin, acrylamide resin. And copolymer resins thereof.

本発明の熱電変換組成物には、熱電変換性能を高めるために無機熱電材料から成る微粒子を加えても良い。無機熱電材料としては、Bi−(Te、Se)系、Si−Ge系、Mg−Si系、Pb−Te系、GeTe−AgSbTe系、(Co、Ir、Ru)−Sb系、(Ca、Sr、Bi)Co25系などを挙げることができ、具体的には、Bi2Te3、PbTe、AgSbTe2、GeTe、Sb2Te3、NaCo24、CaCoO3、SrTiO3、ZnO、SiGe、Mg2Si、FeSi2、Ba8Si46、MnSi1.73、ZnSb、Zn4Sb3、GeFe3CoSb12、LaFe3CoSb12などが挙げられる。このとき、上記の無機熱電材料に、不純物を加えて極性(p型、n型)や導電率を制御して利用しても良い。 In order to improve the thermoelectric conversion performance, fine particles made of an inorganic thermoelectric material may be added to the thermoelectric conversion composition of the present invention. Inorganic thermoelectric materials include Bi— (Te, Se), Si—Ge, Mg—Si, Pb—Te, GeTe—AgSbTe, (Co, Ir, Ru) —Sb, (Ca, Sr). , Bi) Co 2 O 5 system, and the like. Specifically, Bi 2 Te 3 , PbTe, AgSbTe 2 , GeTe, Sb 2 Te 3 , NaCo 2 O 4 , CaCoO 3 , SrTiO 3 , ZnO, Examples thereof include SiGe, Mg 2 Si, FeSi 2 , Ba 8 Si 46 , MnSi 1.73 , ZnSb, Zn 4 Sb 3 , GeFe 3 CoSb 12 , and LaFe 3 CoSb 12 . At this time, impurities may be added to the inorganic thermoelectric material to control the polarity (p-type, n-type) and conductivity.

<熱電変換素子用組成物の製造方法>
次に、本発明の熱電変換素子用組成物の製造方法について説明する。
本発明の熱電変換素子用組成物は、具体的には、一般式(1)または一般式(2)の構造単位を有するポリアニオン(A)の存在下に、溶剤に溶解又は分散した共役系導電性高分子(B)のモノマー(1種又は2種以上のモノマー)を、重合開始剤等を用いて重合する方法、ビリルビンオキシダーゼなどの酸化酵素を用いて重合する方法、あるいは、過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウム、過マンガン酸カリウム、亜塩素酸ナトリウム、塩素酸カリウムなどの酸化剤を用いて重合する方法(化学酸化重合)により製造することができる。
この中でも、重合の簡便さおよび得られる熱電変換素子用組成物の導電性の観点から、化学酸化重合する工程〔以下、「工程(1)」とも表記する。〕を含む製造方法により得ることが好ましい。
<The manufacturing method of the composition for thermoelectric conversion elements>
Next, the manufacturing method of the composition for thermoelectric conversion elements of this invention is demonstrated.
Specifically, the composition for a thermoelectric conversion element of the present invention is a conjugated conductive solution dissolved or dispersed in a solvent in the presence of a polyanion (A) having a structural unit of the general formula (1) or (2). A polymer (B) monomer (one or more monomers) using a polymerization initiator or the like, a polymerizing method using an oxidase such as bilirubin oxidase, or ammonium persulfate, It can be produced by a method (chemical oxidative polymerization) of polymerization using an oxidizing agent such as potassium sulfate, potassium permanganate, sodium chlorite, potassium chlorate and the like.
Among these, from the viewpoint of the ease of polymerization and the conductivity of the resulting composition for a thermoelectric conversion element, a step of chemical oxidative polymerization [hereinafter also referred to as “step (1)”). It is preferable to obtain by the manufacturing method containing this.

本発明の製造方法ではさらに、工程(1)後に、ポリアニオン(A)と生成された共役系導電性高分子(B)を含む溶液に対して、限外濾過法や、イオン交換樹脂により遊離イオンを除去する工程〔以下、「工程(2)」とも表記する。〕を有することが好ましい。   Furthermore, in the production method of the present invention, after the step (1), free ion is obtained by ultrafiltration or ion exchange resin with respect to the solution containing the polyanion (A) and the conjugated conductive polymer (B) produced. The step of removing [hereinafter also referred to as “step (2)”. It is preferable to have

限外濾過法は膜分離法の1種で、例えば多孔質支持基材上にそれよりも小さい細孔を有する高分子膜を有した限外濾過膜を用いて成分の分離を行う手法である。本発明では、必要な高分子成分が膜を透過しないので、クロスフロー式を採用することが好ましい。必要に応じて希釈しながら、限外濾過処理を1回又は複数回実施することで、小さい粒子及び残留イオンを含む不純物のみを膜透過させ除去することができる。本発明では、例えば分画分子量1〜1,000,000の限外濾過膜を用いることが好ましい。   The ultrafiltration method is a type of membrane separation method, for example, a method of separating components using an ultrafiltration membrane having a polymer membrane having pores smaller than that on a porous support substrate. . In the present invention, since a necessary polymer component does not permeate the membrane, it is preferable to adopt a cross flow method. By carrying out the ultrafiltration treatment once or a plurality of times while diluting as necessary, only impurities including small particles and residual ions can be passed through the membrane and removed. In the present invention, for example, it is preferable to use an ultrafiltration membrane having a fractional molecular weight of 1 to 1,000,000.

本発明の製造方法はさらに、プロトン含有溶液を添加する工程〔以下、「工程(3)」とも表記する。〕を有することが好ましい。工程(3)は、工程(2)と同時に実施しても良いし、工程(2)後に実施しても良い。
工程(3)で用いるプロトン含有溶液としては特に制限はないが、硫酸、塩酸、リン酸、硝酸、スルホン酸化合物等を含む溶液が挙げられる。必要に応じて工程(3)を実施することで、アニオン基と錯体形成されているカチオンをプロトンに交換することができる。これによって、より高い電気伝導度が得られると共に、遊離金属イオンが除去され、好適である。
The production method of the present invention is further expressed as a step of adding a proton-containing solution [hereinafter referred to as “step (3)”. It is preferable to have Step (3) may be performed simultaneously with step (2) or after step (2).
Although there is no restriction | limiting in particular as a proton containing solution used at a process (3), The solution containing a sulfuric acid, hydrochloric acid, phosphoric acid, nitric acid, a sulfonic acid compound, etc. is mentioned. By performing step (3) as necessary, a cation complexed with an anion group can be exchanged for a proton. As a result, higher electrical conductivity is obtained and free metal ions are removed, which is preferable.

<熱電変換膜>
次に、調製した熱電変換素子用組成物を用いて熱電変換膜を形成する方法について説明する。熱電変換膜の形成には、主に湿式成膜法が用いられる。具体的には、スピンコート法、スプレー法、ローラーコート法、グラビアコート法、ダイコート法、コンマコート法、ロールコート法、カーテンコート法、バーコート法、インクジェット法、ディスペンサー法、シルクスクリーン印刷、フレキソ印刷等各種の手段を用いた方法がある。それらの方法は、塗布する厚み、粘度等に応じて適宜利用できる。
<Thermoelectric conversion membrane>
Next, a method for forming a thermoelectric conversion film using the prepared composition for thermoelectric conversion elements will be described. A wet film forming method is mainly used for forming the thermoelectric conversion film. Specifically, spin coating method, spray method, roller coating method, gravure coating method, die coating method, comma coating method, roll coating method, curtain coating method, bar coating method, ink jet method, dispenser method, silk screen printing, flexo printing There are methods using various means such as printing. These methods can be appropriately used depending on the thickness, viscosity, and the like to be applied.

また、本発明の熱電変換用組成物を成膜する際の基材として、ポリエチレン、ポリエチレンテレフテレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルサルフォン、ポリプロピレン、ポリイミド、ボリカーボネート、若しくはセルローストリアセテートなどのプラスチックフィルム、又は、ガラスなどを用いることができる。
基材上に、本発明の熱電変換素子用組成物を用いて熱電変換膜を形成することにより、積層体を得ることができる。
In addition, as a substrate for forming the thermoelectric conversion composition of the present invention, a plastic film such as polyethylene, polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polyethersulfone, polypropylene, polyimide, polycarbonate, or cellulose triacetate Alternatively, glass or the like can be used.
A laminated body can be obtained by forming a thermoelectric conversion film on the base material using the composition for thermoelectric conversion elements of the present invention.

一般に、これら基材と熱電変換膜との密着性を向上させる目的で、基材表面に様々な処理を行うことができる。具体的には、UVオゾン処理、コロナ処理、プラズマ処理、易接着処理などを挙げることができる。   In general, various treatments can be performed on the surface of the substrate for the purpose of improving the adhesion between the substrate and the thermoelectric conversion film. Specific examples include UV ozone treatment, corona treatment, plasma treatment, and easy adhesion treatment.

<熱電変換素子>
本発明の熱電変換素子を製造する場合、その製造方法は特に制限されない。例えば、従来公知のものが挙げられる。
<Thermoelectric conversion element>
When manufacturing the thermoelectric conversion element of this invention, the manufacturing method in particular is not restrict | limited. For example, a conventionally well-known thing is mentioned.

熱電変換素子は、熱電変換組成物を用いて得た熱電変換膜に二つの電極を取り付けることで作成することが出来る。
電極としては、金属、合金、および半導体を好適に用いることが出来るが、とりわけ導電率が高いことから金属および合金が好ましく、金、銀、銅、アルミニウムおよびそれらの合金が好ましい。
電極は、真空蒸着法、電極材料箔や電極材料膜を有するフィルムの熱圧着、電極材料の微粒子を分散したペーストの塗布、などで形成することが出来る。この中では、プロセスが簡便な観点で、電極材料箔や電極材料膜を有するフィルムの熱圧着、電極材料を分散したペーストの塗布による電極の形成が好ましい。
A thermoelectric conversion element can be produced by attaching two electrodes to a thermoelectric conversion film obtained using a thermoelectric conversion composition.
As the electrode, a metal, an alloy, and a semiconductor can be preferably used, but a metal and an alloy are preferable because of high conductivity, and gold, silver, copper, aluminum, and an alloy thereof are preferable.
The electrode can be formed by vacuum deposition, thermocompression bonding of a film having an electrode material foil or an electrode material film, application of a paste in which fine particles of the electrode material are dispersed, and the like. Among these, from the viewpoint that the process is simple, it is preferable to form an electrode by thermocompression bonding of a film having an electrode material foil or an electrode material film and application of a paste in which the electrode material is dispersed.

熱電変換膜と二つの電極の位置関係の代表例としては、本発明の熱電変換膜の両端に電極が形成されている場合、2つの電極で本発明の熱電変換膜が挟持されている場合、の2つが挙げられる。
例えば、基材に熱電変換膜を形成した後に、その両端に銀ペーストを塗布することで本発明の熱電変換膜の両端に電極が形成されている熱電素子を作成出来る。また、例えば、基材上に銀ペーストを塗工することで電極膜を形成し、その上に本発明の熱電変換膜を形成し、さらにその上に、銀ペーストを塗工することで、2つの電極で本発明の熱電変換膜が挟持されている熱電素子が形成できる。
As a representative example of the positional relationship between the thermoelectric conversion film and the two electrodes, when electrodes are formed at both ends of the thermoelectric conversion film of the present invention, when the thermoelectric conversion film of the present invention is sandwiched between two electrodes, There are two.
For example, after forming a thermoelectric conversion film on a substrate, a thermoelectric element in which electrodes are formed on both ends of the thermoelectric conversion film of the present invention can be created by applying a silver paste to both ends thereof. Further, for example, an electrode film is formed by coating a silver paste on a substrate, a thermoelectric conversion film of the present invention is formed thereon, and a silver paste is further coated thereon to form 2 A thermoelectric element in which the thermoelectric conversion film of the present invention is sandwiched between two electrodes can be formed.

熱電変換膜の両端に電極が形成されている場合、2つの電極間の距離を広くとることが容易であり、結果として2つの電極間で大きな温度差を発生させて熱電変換を行うことが出来る。   When electrodes are formed on both ends of the thermoelectric conversion film, it is easy to increase the distance between the two electrodes, and as a result, a large temperature difference can be generated between the two electrodes to perform thermoelectric conversion. .

2つの電極で本発明の熱電変換膜が挟持されている場合は、二つの電極間の距離を広くすることは難しい。なぜならば、熱電変換膜の膜厚に依存するためである。このため、2つの電極間に大きな温度差を発生させることは難しい。しかし、基材に対して垂直な方向の温度差を利用できることから、発熱体に貼り付けるなどの形で利用することが可能であり、熱源の広い面積の活用が容易い点で好ましい。   When the thermoelectric conversion film of the present invention is sandwiched between two electrodes, it is difficult to increase the distance between the two electrodes. This is because it depends on the thickness of the thermoelectric conversion film. For this reason, it is difficult to generate a large temperature difference between the two electrodes. However, since a temperature difference in a direction perpendicular to the base material can be used, it can be used in a form such as being attached to a heating element, which is preferable in terms of easy utilization of a large area of the heat source.

また、熱電素子を、直列に接続することで高い電圧を発生させることが可能であり、並列に接続することで大きな電流を発生させることが可能である。また、2つ以上の熱電素子を接続することも可能である。   Further, it is possible to generate a high voltage by connecting thermoelectric elements in series, and it is possible to generate a large current by connecting them in parallel. It is also possible to connect two or more thermoelectric elements.

本発明の熱電素子を他の熱電材料から成る熱電素子と組み合わせることも有効である。例えば、無機熱電材料としては、Bi−(Te、Se)系、Si−Ge系、Mg−Si系、Pb−Te系、GeTe−AgSbTe系、(Co、Ir、Ru)−Sb系、(Ca、Sr、Bi)Co25系などを挙げることができ、具体的には、Bi2Te3、PbTe、AgSbTe2、GeTe、Sb2Te3、NaCo24、CaCoO3、SrTiO3、ZnO、SiGe、Mg2Si、FeSi2、Ba8Si46、MnSi1.73、ZnSb、Zn4Sb3、GeFe3CoSb12、LaFe3CoSb12などが挙げられる。このとき、上記の無機熱電材料に、不純物を加えて極性(p型、n型)や導電率を制御して利用しても良い。有機熱電材料としては、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリアセチレン、フラーレンおよびそれらの誘導体が挙げられる。 It is also effective to combine the thermoelectric element of the present invention with a thermoelectric element made of another thermoelectric material. For example, inorganic thermoelectric materials include Bi- (Te, Se), Si-Ge, Mg-Si, Pb-Te, GeTe-AgSbTe, (Co, Ir, Ru) -Sb, (Ca , Sr, Bi) Co 2 O 5 and the like, and specifically, Bi 2 Te 3 , PbTe, AgSbTe 2 , GeTe, Sb 2 Te 3 , NaCo 2 O 4 , CaCoO 3 , SrTiO 3 , ZnO, SiGe, Mg 2 Si, FeSi 2, Ba 8 Si 46, MnSi 1.73, ZnSb, Zn 4 Sb 3, GeFe 3 CoSb 12, such as LaFe 3 CoSb 12 and the like. At this time, impurities may be added to the inorganic thermoelectric material to control the polarity (p-type, n-type) and conductivity. Examples of the organic thermoelectric material include polythiophene, polyaniline, polyacetylene, fullerene, and derivatives thereof.

複数の熱電素子を接続する場合、1つの基材に集積した状態で接続して利用することも出来る。この際、本発明の熱電素子に対してn型としての極性を示す熱電材料から成る熱電素子を組み合わせ、直列に接続することは、熱電素子を緻密に集積することが容易と成るために好ましい。   When connecting a plurality of thermoelectric elements, they can be connected and used in a state of being integrated on one base material. At this time, it is preferable to combine a thermoelectric element made of a thermoelectric material exhibiting n-type polarity with the thermoelectric element of the present invention and connect them in series because it is easy to densely integrate the thermoelectric elements.

以下、実施例により、本発明をより具体的に説明する。なお、例中、「部」とあるのは「重量部」を、「%」とあるのは「重量%」をそれぞれ意味するものとする。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically by way of examples. In the examples, “parts” means “parts by weight”, and “%” means “% by weight”.

重量平均分子量Mwは、東ソー株式会社社製TSK−GELのα−2500、α―3000およびα―4000を各1本ずつ連結したカラムを用いてGPC測定により、ポリエチレンオキサイド換算にて決定した。カラム温度は40℃、流速1.0mL/分、溶離液は0.2M硝酸ナトリウム水溶液とした。   The weight average molecular weight Mw was determined in terms of polyethylene oxide by GPC measurement using a column in which α-2500, α-3000 and α-4000 of TSK-GEL manufactured by Tosoh Corporation were connected one by one. The column temperature was 40 ° C., the flow rate was 1.0 mL / min, and the eluent was a 0.2 M sodium nitrate aqueous solution.

<ポリアニオン(A)の製造>
[製造例1]
ガス導入管、温度計、コンデンサー、攪拌機を備えた反応容器に、イオン交換水200部および5−スルホ−1H−インデンのNa塩300部を入れて、60℃に加温した。2,2‘−アゾビス(2−メチルプロピオンアミジン)二塩酸塩(和光純薬工業株式会社製V−50)を1.75部加えることにより重合を開始した。60℃で8時間攪拌した後、V−50を0.58部添加した。次いで、60℃で8時間攪拌した後、V−50を0.58部添加し、70℃に加温した。さらに70℃で8時間攪拌して、冷却した。その後、イオン交換水を添加することにより固形分15%、Mw20000、一般式(1)に由来するモノマーユニット100mol%のポリアニオン(A1)を得た。
<Production of polyanion (A)>
[Production Example 1]
In a reaction vessel equipped with a gas introduction tube, a thermometer, a condenser, and a stirrer, 200 parts of ion-exchanged water and 300 parts of 5-sulfo-1H-indene Na salt were added and heated to 60 ° C. Polymerization was started by adding 1.75 parts of 2,2′-azobis (2-methylpropionamidine) dihydrochloride (V-50 manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.). After stirring at 60 ° C. for 8 hours, 0.58 part of V-50 was added. Subsequently, after stirring at 60 degreeC for 8 hours, 0.58 part of V-50 was added and it heated at 70 degreeC. Furthermore, it stirred at 70 degreeC for 8 hours, and cooled. Thereafter, polyanion (A1) having a solid content of 15%, Mw 20000, and a monomer unit of 100 mol% derived from the general formula (1) was obtained by adding ion-exchanged water.

[製造例2]
ガス導入管、温度計、コンデンサー、攪拌機を備えた反応容器に、イオン交換水200部および6−スルホ−ベンゾフランのカリウム塩100部を入れて、50℃に加温した。V−50を2.75g加えることにより重合を開始した。50℃で8時間攪拌した後、V−50を0.92部添加した。次いで、50℃で8時間攪拌した後、V−50を0.92部添加し、70℃に加温した。さらに70℃で8時間攪拌して、冷却した。その後、イオン交換水を添加することにより固形分15%、Mw175000、一般式(2)に由来するモノマーユニット100mol%のポリアニオン(A2)を得た。
[Production Example 2]
In a reaction vessel equipped with a gas introduction tube, a thermometer, a condenser, and a stirrer, 200 parts of ion-exchanged water and 100 parts of a potassium salt of 6-sulfo-benzofuran were added and heated to 50 ° C. The polymerization was initiated by adding 2.75 g of V-50. After stirring at 50 ° C. for 8 hours, 0.92 part of V-50 was added. Subsequently, after stirring at 50 degreeC for 8 hours, 0.92 part of V-50 was added and it heated at 70 degreeC. Furthermore, it stirred at 70 degreeC for 8 hours, and cooled. Thereafter, polyanion (A2) having a solid content of 15%, Mw of 175000, and a monomer unit of 100 mol% derived from the general formula (2) was obtained by adding ion exchange water.

[製造例3]
ガス導入管、温度計、コンデンサー、攪拌機を備えた反応容器に、イオン交換水250部と、5−スルホ−1H−インデンのNa塩40部と、およびアクリルアミド10部とを入れて、50℃に加温した。V−50を2.25g加えることにより重合を開始した。50℃で8時間攪拌した後、V−50を0.75部添加した。次いで、50℃で8時間攪拌した後、V−50を0.75部添加し、70℃に加温した。さらに70℃で16時間攪拌して、冷却した。その後、イオン交換水を添加することにより固形分15%、Mw300000、一般式(1)に由来するモノマーユニット57mol%のポリアニオン(A3)を得た。
[Production Example 3]
In a reaction vessel equipped with a gas introduction tube, a thermometer, a condenser, and a stirrer, 250 parts of ion-exchanged water, 40 parts of sodium salt of 5-sulfo-1H-indene, and 10 parts of acrylamide were placed at 50 ° C. Warmed up. Polymerization was initiated by adding 2.25 g of V-50. After stirring at 50 ° C. for 8 hours, 0.75 part of V-50 was added. Subsequently, after stirring at 50 degreeC for 8 hours, 0.75 part of V-50 was added and it heated at 70 degreeC. The mixture was further stirred at 70 ° C. for 16 hours and cooled. Thereafter, ion-exchanged water was added to obtain a polyanion (A3) having a solid content of 15%, Mw of 300,000, and a monomer unit of 57 mol% derived from the general formula (1).

[製造例4]
ガス導入管、温度計、コンデンサー、攪拌機を備えた反応容器に、トルエン150部およびインデン150部を入れて、90℃に加温した。ジメチル2,2‘−アゾビス(2−メチルプロピオネート)(和光純薬工業株式会社製V−601)1部を加えることにより重合を開始した。90℃で5時間攪拌した後、V−601を0.026部添加した。次いで、90℃で2時間攪拌した後、V−601を0.026部添加し、100℃に加温した。さらに100℃で3時間攪拌して、50℃まで冷却した。その後、アセチル硫酸173.5部およびジクロロメタン150部を添加し、50℃で5時間攪拌した後、エバポレーターにて揮発成分を蒸発させた。不揮発成分にイオン交換水を添加することにより固形分15%、Mw80000、一般式(1)に由来するモノマーユニット100mol%のポリアニオン(A4)を得た。
[Production Example 4]
In a reaction vessel equipped with a gas introduction tube, a thermometer, a condenser, and a stirrer, 150 parts of toluene and 150 parts of indene were added and heated to 90 ° C. The polymerization was started by adding 1 part of dimethyl 2,2′-azobis (2-methylpropionate) (V-601 manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.). After stirring at 90 ° C. for 5 hours, 0.026 part of V-601 was added. Subsequently, after stirring at 90 degreeC for 2 hours, 0.026 part of V-601 was added and it heated at 100 degreeC. Furthermore, it stirred at 100 degreeC for 3 hours, and cooled to 50 degreeC. Thereafter, 173.5 parts of acetyl sulfuric acid and 150 parts of dichloromethane were added and stirred at 50 ° C. for 5 hours, and then the volatile components were evaporated by an evaporator. By adding ion-exchanged water to the non-volatile component, a polyanion (A4) having a solid content of 15%, Mw of 80,000, and a monomer unit of 100 mol% derived from the general formula (1) was obtained.

[製造例5]
ガス導入管、温度計、コンデンサー、攪拌機を備えた反応容器に、トルエン200部と、インデン80部と、ベンゾフラン20部とをを入れて、90℃に加温した。V−601を0.75部を加えることにより重合を開始した。90℃で5時間攪拌した後、V−601を0.020部添加した。次いで、90℃で2時間攪拌した後、V−601を0.020部添加し、100℃に加温した。さらに100℃で3時間攪拌して、50℃まで冷却した。その後、アセチル硫酸115.3部およびジクロロメタン150部を添加し、50℃で5時間攪拌した後、エバポレーターにて揮発成分を蒸発させた。不揮発成分にイオン交換水を添加することにより固形分15%、Mw150000、一般式(1)または(2)に由来するモノマーユニット100mol%のポリアニオン(A5)を得た。
[Production Example 5]
In a reaction vessel equipped with a gas introduction tube, a thermometer, a condenser, and a stirrer, 200 parts of toluene, 80 parts of indene, and 20 parts of benzofuran were placed and heated to 90 ° C. Polymerization was initiated by adding 0.75 part of V-601. After stirring at 90 ° C. for 5 hours, 0.020 part of V-601 was added. Subsequently, after stirring at 90 degreeC for 2 hours, 0.020 part of V-601 was added and it heated at 100 degreeC. Furthermore, it stirred at 100 degreeC for 3 hours, and cooled to 50 degreeC. Thereafter, 115.3 parts of acetylsulfuric acid and 150 parts of dichloromethane were added and stirred at 50 ° C. for 5 hours, and then the volatile components were evaporated with an evaporator. By adding ion-exchanged water to the nonvolatile component, a polyanion (A5) having a solid content of 15%, Mw of 150,000, and a monomer unit of 100 mol% derived from the general formula (1) or (2) was obtained.

[製造例6]
ガス導入管、温度計、コンデンサー、攪拌機を備えた反応容器に、トルエン200部と、インデン50部と、ベンゾフラン20部と、シクロヘキシルマレイミド30部とを入れて、90℃に加温した。V−601を0.70部を加えることにより重合を開始した。90℃で5時間攪拌した後、V−601を0.018部添加した。次いで、90℃で2時間攪拌した後、V−601を0.018部添加し、100℃に加温した。さらに100℃で3時間攪拌して、60℃まで冷却した。その後、アセチル硫酸63.6部およびジクロロメタン120部を添加し、60℃で5時間攪拌した後、エバポレーターにて揮発成分を蒸発させた。不揮発成分にイオン交換水を添加することにより固形分15%、Mw250000、一般式(1)または(2)に由来するモノマーユニット65mol%のポリアニオン(A6)を得た。
[Production Example 6]
In a reaction vessel equipped with a gas introduction tube, a thermometer, a condenser, and a stirrer, 200 parts of toluene, 50 parts of indene, 20 parts of benzofuran, and 30 parts of cyclohexylmaleimide were added and heated to 90 ° C. Polymerization was initiated by adding 0.70 parts of V-601. After stirring at 90 ° C. for 5 hours, 0.018 part of V-601 was added. Subsequently, after stirring at 90 degreeC for 2 hours, 0.018 part of V-601 was added and it heated at 100 degreeC. Furthermore, it stirred at 100 degreeC for 3 hours, and cooled to 60 degreeC. Thereafter, 63.6 parts of acetylsulfuric acid and 120 parts of dichloromethane were added and stirred at 60 ° C. for 5 hours, and then the volatile components were evaporated by an evaporator. By adding ion-exchanged water to the non-volatile component, a polyanion (A6) having a solid content of 15%, Mw of 250,000, and a monomer unit of 65 mol% derived from the general formula (1) or (2) was obtained.

<熱電変換組成物の製造>
[実施例1]
ポリアニオン(A1)10.8部(固形分1.62部)および3,4−エチレンジオキシチオフェン1.42部を、イオン交換水77.7に混合した。この混合液を25℃に保ち、イオン交換水10部に過硫酸アンモニウム1.1部と、硫酸第二鉄0.1gとを溶解した触媒溶液をゆっくり加え、同温度で24時間攪拌した(工程(1))。
得られた反応液にイオン交換水2000mlを添加し、限界濾過法にて溶液を300mlまで濃縮する操作を2回繰り返し、重合触媒の遊離イオンを除去した(工程(2))。さらに、濃縮液にイオン交換水100ml及び10%硫酸水溶液20gを順次添加し、限界濾過法にて溶液を300mlまで濃縮する操作を計5回繰り返し、プロトン交換を行った(工程(3)及び(2))。さらに、イオン交換水3000mlを添加し、限界濾過法にて300mlまで濃縮する操作を濾過液が中性になるまで繰り返し(工程(2))、固形分2.0%の黒青色液体の熱電変換素子用組成物1を得た。
<Manufacture of thermoelectric conversion composition>
[Example 1]
10.8 parts (solid content 1.62 parts) of polyanion (A1) and 1.42 parts of 3,4-ethylenedioxythiophene were mixed in ion-exchanged water 77.7. This mixed liquid was kept at 25 ° C., and a catalyst solution in which 1.1 parts of ammonium persulfate and 0.1 g of ferric sulfate were dissolved in 10 parts of ion-exchanged water was slowly added and stirred at the same temperature for 24 hours (step (step ( 1)).
The operation of adding 2000 ml of ion-exchanged water to the resulting reaction solution and concentrating the solution to 300 ml by ultrafiltration was repeated twice to remove free ions of the polymerization catalyst (step (2)). Further, 100 ml of ion exchange water and 20 g of 10% sulfuric acid aqueous solution were sequentially added to the concentrate, and the operation of concentrating the solution to 300 ml by ultrafiltration was repeated 5 times in total to perform proton exchange (steps (3) and (3)). 2)). Furthermore, the operation of adding 3000 ml of ion-exchanged water and concentrating to 300 ml by ultrafiltration is repeated until the filtrate becomes neutral (step (2)), and thermoelectric conversion of a black-blue liquid having a solid content of 2.0% A device composition 1 was obtained.

[実施例2]
ポリアニオン(A1)10.8部(固形分1.62部)および3,4−エチレンジオキシチオフェン1.42部を、イオン交換水62.8部に混合した。この混合液を25℃に保ち、イオン交換水10部に過硫酸アンモニウム1.1部と、硫酸第二鉄0.1gとを溶解した触媒溶液をゆっくり加え、同温度で24時間攪拌した(工程(1))。
得られた反応液にイオン交換水2000mlを添加し、限界濾過法にて溶液を300mlまで濃縮する操作を2回繰り返し、重合触媒の遊離イオンを除去した(工程(2))。さらに、濃縮液にイオン交換水100ml及び10%硫酸水溶液20gを順次添加し、限界濾過法にて溶液を300mlまで濃縮する操作を計5回繰り返し、プロトン交換を行った(工程(3)及び(2))。さらに、イオン交換水3000mlを添加し、限界濾過法にて300mlまで濃縮する操作を濾過液が中性になるまで繰り返し(工程(2))、固形分2.0%の黒青色液体を得た。この黒青色液体の固形分に対し、15%のN−メチルピロリドンを添加することにより熱電変換素子用組成物2を得た。
[Example 2]
10.8 parts of polyanion (A1) (solid content 1.62 parts) and 1.42 parts of 3,4-ethylenedioxythiophene were mixed with 62.8 parts of ion-exchanged water. This mixed liquid was kept at 25 ° C., and a catalyst solution in which 1.1 parts of ammonium persulfate and 0.1 g of ferric sulfate were dissolved in 10 parts of ion-exchanged water was slowly added and stirred at the same temperature for 24 hours (step (step ( 1)).
The operation of adding 2000 ml of ion-exchanged water to the resulting reaction solution and concentrating the solution to 300 ml by ultrafiltration was repeated twice to remove free ions of the polymerization catalyst (step (2)). Further, 100 ml of ion exchange water and 20 g of 10% sulfuric acid aqueous solution were sequentially added to the concentrate, and the operation of concentrating the solution to 300 ml by ultrafiltration was repeated 5 times in total to perform proton exchange (steps (3) and (3)). 2)). Further, 3000 ml of ion-exchanged water was added, and the operation of concentrating to 300 ml by the ultrafiltration method was repeated until the filtrate became neutral (step (2)) to obtain a black-blue liquid having a solid content of 2.0%. . Thermoelectric conversion element composition 2 was obtained by adding 15% N-methylpyrrolidone to the solid content of the black-blue liquid.

[実施例3]
ポリアニオン(A2)10.8部(固形分1.62部)およびピロール1.42部を、イオン交換水72.8部に混合した。この混合液を25℃に保ち、イオン交換水10部に過硫酸アンモニウム1.1部と、硫酸第二鉄0.1gとを溶解した触媒溶液をゆっくり加え、同温度で24時間攪拌した(工程(1))。
得られた反応液にイオン交換水2000mlを添加し、限界濾過法にて溶液を300mlまで濃縮する操作を2回繰り返し、重合触媒の遊離イオンを除去した(工程(2))。さらに、濃縮液にイオン交換水100ml及び10%硫酸水溶液20gを順次添加し、限界濾過法にて溶液を300mlまで濃縮する操作を計5回繰り返し、プロトン交換を行った(工程(3)及び(2))。さらに、イオン交換水3000mlを添加し、限界濾過法にて300mlまで濃縮する操作を濾過液が中性になるまで繰り返し(工程(2))、固形分2.0%の黒青色液体を得た。この黒青色液体の固形分に対し、5%のエチレングリコールを添加することにより熱電変換素子用組成物3を得た。
[Example 3]
10.8 parts of polyanion (A2) (solid content 1.62 parts) and 1.42 parts of pyrrole were mixed with 72.8 parts of ion-exchanged water. This mixed liquid was kept at 25 ° C., and a catalyst solution in which 1.1 parts of ammonium persulfate and 0.1 g of ferric sulfate were dissolved in 10 parts of ion-exchanged water was slowly added and stirred at the same temperature for 24 hours (step (step ( 1)).
The operation of adding 2000 ml of ion-exchanged water to the resulting reaction solution and concentrating the solution to 300 ml by ultrafiltration was repeated twice to remove free ions of the polymerization catalyst (step (2)). Further, 100 ml of ion exchange water and 20 g of 10% sulfuric acid aqueous solution were sequentially added to the concentrate, and the operation of concentrating the solution to 300 ml by ultrafiltration was repeated 5 times in total to perform proton exchange (steps (3) and (3)). 2)). Further, 3000 ml of ion-exchanged water was added, and the operation of concentrating to 300 ml by the ultrafiltration method was repeated until the filtrate became neutral (step (2)) to obtain a black-blue liquid having a solid content of 2.0%. . A thermoelectric conversion element composition 3 was obtained by adding 5% ethylene glycol to the solid content of the black-blue liquid.

[実施例4]
ポリアニオン(A3)10.8部(固形分1.62部)および3−ヘキシルチオフェン1.42部を、イオン交換水57.8部に混合した。この混合液を25℃に保ち、イオン交換水10部に過硫酸アンモニウム1.1部と、硫酸第二鉄0.1gとを溶解した触媒溶液をゆっくり加え、同温度で24時間攪拌した(工程(1))。
得られた反応液にイオン交換水2000mlを添加し、限界濾過法にて溶液を300mlまで濃縮する操作を2回繰り返し、重合触媒の遊離イオンを除去した(工程(2))。さらに、濃縮液にイオン交換水100ml及び10%硫酸水溶液20gを順次添加し、限界濾過法にて溶液を300mlまで濃縮する操作を計5回繰り返し、プロトン交換を行った(工程(3)及び(2))。さらに、イオン交換水3000mlを添加し、限界濾過法にて300mlまで濃縮する操作を濾過液が中性になるまで繰り返し(工程(2))、固形分2.0%の黒青色液体を得た。この黒青色液体の固形分に対し、20%の導電助剤(C1)を添加することにより熱電変換素子用組成物4を得た。
[Example 4]
10.8 parts of polyanion (A3) (solid content 1.62 parts) and 1.42 parts of 3-hexylthiophene were mixed with 57.8 parts of ion-exchanged water. This mixed liquid was kept at 25 ° C., and a catalyst solution in which 1.1 parts of ammonium persulfate and 0.1 g of ferric sulfate were dissolved in 10 parts of ion-exchanged water was slowly added and stirred at the same temperature for 24 hours (step (step ( 1)).
The operation of adding 2000 ml of ion-exchanged water to the resulting reaction solution and concentrating the solution to 300 ml by ultrafiltration was repeated twice to remove free ions of the polymerization catalyst (step (2)). Further, 100 ml of ion exchange water and 20 g of 10% sulfuric acid aqueous solution were sequentially added to the concentrate, and the operation of concentrating the solution to 300 ml by ultrafiltration was repeated 5 times in total to perform proton exchange (steps (3) and (3)). 2)). Further, 3000 ml of ion-exchanged water was added, and the operation of concentrating to 300 ml by the ultrafiltration method was repeated until the filtrate became neutral (step (2)) to obtain a black-blue liquid having a solid content of 2.0%. . The composition 4 for thermoelectric conversion elements was obtained by adding 20% of conductive auxiliary agent (C1) with respect to solid content of this black blue liquid.

[実施例5]
ポリアニオン(A4)10.8部(固形分1.62部)およびチオフェン1.42部を、イオン交換水57.8部に混合した。この混合液を25℃に保ち、イオン交換水10部に過硫酸アンモニウム1.1部と、硫酸第二鉄0.1gとを溶解した触媒溶液をゆっくり加え、同温度で24時間攪拌した(工程(1))。
得られた反応液にイオン交換水2000mlを添加し、限界濾過法にて溶液を300mlまで濃縮する操作を2回繰り返し、重合触媒の遊離イオンを除去した(工程(2))。さらに、濃縮液にイオン交換水100ml及び10%硫酸水溶液20gを順次添加し、限界濾過法にて溶液を300mlまで濃縮する操作を計5回繰り返し、プロトン交換を行った(工程(3)及び(2))。さらに、イオン交換水3000mlを添加し、限界濾過法にて300mlまで濃縮する操作を濾過液が中性になるまで繰り返し(工程(2))、固形分2.0%の黒青色液体を得た。この黒青色液体の固形分に対し、20%のチオグリコールを添加することにより熱電変換素子用組成物5を得た。
[Example 5]
10.8 parts of polyanion (A4) (solid content 1.62 parts) and 1.42 parts of thiophene were mixed with 57.8 parts of ion-exchanged water. This mixed liquid was kept at 25 ° C., and a catalyst solution in which 1.1 parts of ammonium persulfate and 0.1 g of ferric sulfate were dissolved in 10 parts of ion-exchanged water was slowly added and stirred at the same temperature for 24 hours (step (step ( 1)).
The operation of adding 2000 ml of ion-exchanged water to the resulting reaction solution and concentrating the solution to 300 ml by ultrafiltration was repeated twice to remove free ions of the polymerization catalyst (step (2)). Further, 100 ml of ion exchange water and 20 g of 10% sulfuric acid aqueous solution were sequentially added to the concentrate, and the operation of concentrating the solution to 300 ml by ultrafiltration was repeated 5 times in total to perform proton exchange (steps (3) and (3)). 2)). Further, 3000 ml of ion-exchanged water was added, and the operation of concentrating to 300 ml by the ultrafiltration method was repeated until the filtrate became neutral (step (2)) to obtain a black-blue liquid having a solid content of 2.0%. . The composition 5 for thermoelectric conversion elements was obtained by adding 20% of thioglycol with respect to solid content of this black blue liquid.

[実施例6]
ポリアニオン(A5)10.8部(固形分1.62部)および3,4−エチレンジオキシチオフェン1.42部を、イオン交換水37.8部に混合した。この混合液を25℃に保ち、イオン交換水10部に過硫酸アンモニウム1.1部と、硫酸第二鉄0.1gとを溶解した触媒溶液をゆっくり加え、同温度で24時間攪拌した(工程(1))。
得られた反応液にイオン交換水2000mlを添加し、限界濾過法にて溶液を300mlまで濃縮する操作を2回繰り返し、重合触媒の遊離イオンを除去した(工程(2))。さらに、濃縮液にイオン交換水100ml及び10%硫酸水溶液20gを順次添加し、限界濾過法にて溶液を300mlまで濃縮する操作を計5回繰り返し、プロトン交換を行った(工程(3)及び(2))。さらに、イオン交換水3000mlを添加し、限界濾過法にて300mlまで濃縮する操作を濾過液が中性になるまで繰り返し(工程(2))、固形分2.0%の黒青色液体を得た。この黒青色液体の固形分に対し、40%の導電助剤(C3)を添加することにより熱電変換素子用組成物6を得た。
[Example 6]
10.8 parts (solid content 1.62 parts) of polyanion (A5) and 1.42 parts of 3,4-ethylenedioxythiophene were mixed with 37.8 parts of ion-exchanged water. This mixed liquid was kept at 25 ° C., and a catalyst solution in which 1.1 parts of ammonium persulfate and 0.1 g of ferric sulfate were dissolved in 10 parts of ion-exchanged water was slowly added and stirred at the same temperature for 24 hours (step (step ( 1)).
The operation of adding 2000 ml of ion-exchanged water to the resulting reaction solution and concentrating the solution to 300 ml by ultrafiltration was repeated twice to remove free ions of the polymerization catalyst (step (2)). Further, 100 ml of ion exchange water and 20 g of 10% sulfuric acid aqueous solution were sequentially added to the concentrate, and the operation of concentrating the solution to 300 ml by ultrafiltration was repeated 5 times in total to perform proton exchange (steps (3) and (3)). 2)). Further, 3000 ml of ion-exchanged water was added, and the operation of concentrating to 300 ml by the ultrafiltration method was repeated until the filtrate became neutral (step (2)) to obtain a black-blue liquid having a solid content of 2.0%. . The composition 6 for thermoelectric conversion elements was obtained by adding 40% of conductive support agent (C3) with respect to solid content of this black blue liquid.

[実施例7]
ポリアニオン(A4)10.8部(固形分1.62部)および3,4−エチレンジオキシチオフェン1.42部を、イオン交換水52.8部に混合した。この混合液を25℃に保ち、イオン交換水10部に過硫酸アンモニウム1.1部と、硫酸第二鉄0.1gとを溶解した触媒溶液をゆっくり加え、同温度で24時間攪拌した(工程(1))。
得られた反応液にイオン交換水2000mlを添加し、限界濾過法にて溶液を300mlまで濃縮する操作を2回繰り返し、重合触媒の遊離イオンを除去した(工程(2))。さらに、濃縮液にイオン交換水100ml及び10%硫酸水溶液20gを順次添加し、限界濾過法にて溶液を300mlまで濃縮する操作を計5回繰り返し、プロトン交換を行った(工程(3)及び(2))。さらに、イオン交換水3000mlを添加し、限界濾過法にて300mlまで濃縮する操作を濾過液が中性になるまで繰り返し(工程(2))、固形分2.0%の黒青色液体を得た。この黒青色液体の固形分に対し、5%のN−メチルピロリドンおよび20%の導電助剤(C5)を添加することにより熱電変換素子用組成物7を得た。
[Example 7]
10.8 parts (solid content 1.62 parts) of polyanion (A4) and 1.42 parts of 3,4-ethylenedioxythiophene were mixed with 52.8 parts of ion-exchanged water. This mixed liquid was kept at 25 ° C., and a catalyst solution in which 1.1 parts of ammonium persulfate and 0.1 g of ferric sulfate were dissolved in 10 parts of ion-exchanged water was slowly added and stirred at the same temperature for 24 hours (step (step ( 1)).
The operation of adding 2000 ml of ion-exchanged water to the resulting reaction solution and concentrating the solution to 300 ml by ultrafiltration was repeated twice to remove free ions of the polymerization catalyst (step (2)). Further, 100 ml of ion exchange water and 20 g of 10% sulfuric acid aqueous solution were sequentially added to the concentrate, and the operation of concentrating the solution to 300 ml by ultrafiltration was repeated 5 times in total to perform proton exchange (steps (3) and (3)). 2)). Further, 3000 ml of ion-exchanged water was added, and the operation of concentrating to 300 ml by the ultrafiltration method was repeated until the filtrate became neutral (step (2)) to obtain a black-blue liquid having a solid content of 2.0%. . The composition 7 for thermoelectric conversion elements was obtained by adding 5% of N-methylpyrrolidone and 20% of a conductive additive (C5) to the solid content of the black-blue liquid.

[実施例8]
ポリアニオン(A5)10.8部(固形分1.62部)および3,4−エチレンジオキシチオフェン1.42部を、イオン交換水42.8部に混合した。この混合液を25℃に保ち、イオン交換水10部に過硫酸アンモニウム1.1部と、硫酸第二鉄0.1gとを溶解した触媒溶液をゆっくり加え、同温度で24時間攪拌した(工程(1))。
得られた反応液にイオン交換水2000mlを添加し、限界濾過法にて溶液を300mlまで濃縮する操作を2回繰り返し、重合触媒の遊離イオンを除去した(工程(2))。さらに、濃縮液にイオン交換水100ml及び10%硫酸水溶液20gを順次添加し、限界濾過法にて溶液を300mlまで濃縮する操作を計5回繰り返し、プロトン交換を行った(工程(3)及び(2))。さらに、イオン交換水3000mlを添加し、限界濾過法にて300mlまで濃縮する操作を濾過液が中性になるまで繰り返し(工程(2))、固形分2.0%の黒青色液体を得た。この黒青色液体の固形分に対し、5%のN−メチルピロリドンおよび30%の導電助剤(C7)を添加することにより熱電変換素子用組成物8を得た。
[Example 8]
10.8 parts (solid content 1.62 parts) of polyanion (A5) and 1.42 parts of 3,4-ethylenedioxythiophene were mixed with 42.8 parts of ion-exchanged water. This mixed liquid was kept at 25 ° C., and a catalyst solution in which 1.1 parts of ammonium persulfate and 0.1 g of ferric sulfate were dissolved in 10 parts of ion-exchanged water was slowly added and stirred at the same temperature for 24 hours (step (step ( 1)).
The operation of adding 2000 ml of ion-exchanged water to the resulting reaction solution and concentrating the solution to 300 ml by ultrafiltration was repeated twice to remove free ions of the polymerization catalyst (step (2)). Further, 100 ml of ion exchange water and 20 g of 10% sulfuric acid aqueous solution were sequentially added to the concentrate, and the operation of concentrating the solution to 300 ml by ultrafiltration was repeated 5 times in total to perform proton exchange (steps (3) and (3)). 2)). Further, 3000 ml of ion-exchanged water was added, and the operation of concentrating to 300 ml by the ultrafiltration method was repeated until the filtrate became neutral (step (2)) to obtain a black-blue liquid having a solid content of 2.0%. . The composition 8 for thermoelectric conversion elements was obtained by adding 5% of N-methylpyrrolidone and 30% of conductive aid (C7) to the solid content of the black-blue liquid.

[比較例1]
Mw75000のポリスチレンスルホン酸1.62部(固形分1.62部)および3,4−エチレンジオキシチオフェン1.42部を、イオン交換水72.0部に混合した。この混合液を25℃に保ち、イオン交換水10部に過硫酸アンモニウム1.1部と、硫酸第二鉄0.1gとを溶解した触媒溶液をゆっくり加え、同温度で24時間攪拌した(工程(1))。
得られた反応液にイオン交換水2000mlを添加し、限界濾過法にて溶液を300mlまで濃縮する操作を2回繰り返し、重合触媒の遊離イオンを除去した(工程(2))。さらに、濃縮液にイオン交換水100ml及び10%硫酸水溶液20gを順次添加し、限界濾過法にて溶液を300mlまで濃縮する操作を計5回繰り返し、プロトン交換を行った(工程(3)及び(2))。さらに、イオン交換水3000mlを添加し、限界濾過法にて300mlまで濃縮する操作を濾過液が中性になるまで繰り返し(工程(2))、固形分2.0%の黒青色液体を得た。この黒青色液体の固形分に対し、15%のN−メチルピロリドンを添加することにより熱電変換素子用組成物9を得た。
[Comparative Example 1]
1.62 parts (solid content 1.62 parts) of polystyrene sulfonic acid having a Mw of 75000 and 1.42 parts of 3,4-ethylenedioxythiophene were mixed with 72.0 parts of ion-exchanged water. This mixed liquid was kept at 25 ° C., and a catalyst solution in which 1.1 parts of ammonium persulfate and 0.1 g of ferric sulfate were dissolved in 10 parts of ion-exchanged water was slowly added and stirred at the same temperature for 24 hours (step (step ( 1)).
The operation of adding 2000 ml of ion-exchanged water to the resulting reaction solution and concentrating the solution to 300 ml by ultrafiltration was repeated twice to remove free ions of the polymerization catalyst (step (2)). Further, 100 ml of ion exchange water and 20 g of 10% sulfuric acid aqueous solution were sequentially added to the concentrate, and the operation of concentrating the solution to 300 ml by ultrafiltration was repeated 5 times in total to perform proton exchange (steps (3) and (3)). 2)). Further, 3000 ml of ion-exchanged water was added, and the operation of concentrating to 300 ml by the ultrafiltration method was repeated until the filtrate became neutral (step (2)) to obtain a black-blue liquid having a solid content of 2.0%. . A thermoelectric conversion element composition 9 was obtained by adding 15% of N-methylpyrrolidone to the solid content of the black-blue liquid.

[比較例2]
Mw75000のポリスチレンスルホン酸6.48部(固形分6.48部)および3,4−エチレンジオキシチオフェン1.42部を、イオン交換水67.1部に混合した。この混合液を25℃に保ち、イオン交換水10部に過硫酸アンモニウム1.1部と、硫酸第二鉄0.1gとを溶解した触媒溶液をゆっくり加え、同温度で24時間攪拌した(工程(1))。
得られた反応液にイオン交換水2000mlを添加し、限界濾過法にて溶液を300mlまで濃縮する操作を2回繰り返し、重合触媒の遊離イオンを除去した(工程(2))。さらに、濃縮液にイオン交換水100ml及び10%硫酸水溶液20gを順次添加し、限界濾過法にて溶液を300mlまで濃縮する操作を計5回繰り返し、プロトン交換を行った(工程(3)及び(2))。さらに、イオン交換水3000mlを添加し、限界濾過法にて300mlまで濃縮する操作を濾過液が中性になるまで繰り返し(工程(2))、固形分2.0%の黒青色液体を得た。この黒青色液体の固形分に対し、15%のN−メチルピロリドンを添加することにより熱電変換素子用組成物10を得た。
[Comparative Example 2]
6.48 parts of polystyrene sulfonic acid having a Mw of 75,000 (solid content: 6.48 parts) and 1.42 parts of 3,4-ethylenedioxythiophene were mixed with 67.1 parts of ion-exchanged water. This mixed liquid was kept at 25 ° C., and a catalyst solution in which 1.1 parts of ammonium persulfate and 0.1 g of ferric sulfate were dissolved in 10 parts of ion-exchanged water was slowly added and stirred at the same temperature for 24 hours (step (step ( 1)).
The operation of adding 2000 ml of ion-exchanged water to the resulting reaction solution and concentrating the solution to 300 ml by ultrafiltration was repeated twice to remove free ions of the polymerization catalyst (step (2)). Further, 100 ml of ion exchange water and 20 g of 10% sulfuric acid aqueous solution were sequentially added to the concentrate, and the operation of concentrating the solution to 300 ml by ultrafiltration was repeated 5 times in total to perform proton exchange (steps (3) and (3)). 2)). Further, 3000 ml of ion-exchanged water was added, and the operation of concentrating to 300 ml by the ultrafiltration method was repeated until the filtrate became neutral (step (2)) to obtain a black-blue liquid having a solid content of 2.0%. . The composition 10 for thermoelectric conversion elements was obtained by adding 15% of N-methylpyrrolidone to the solid content of the black-blue liquid.

[比較例3]
ドデシルベンゼンスルホン酸3.24部(固形分3.24部)およびピロール1.42部を、イオン交換水65.3部に混合した。この混合液を25℃に保ち、イオン交換水10部に過硫酸アンモニウム1.1部と、硫酸第二鉄0.1gとを溶解した触媒溶液をゆっくり加え、同温度で24時間攪拌した(工程(1))。
得られた反応液にイオン交換水2000mlを添加し、限界濾過法にて溶液を300mlまで濃縮する操作を2回繰り返し、重合触媒の遊離イオンを除去した(工程(2))。さらに、濃縮液にイオン交換水100ml及び10%硫酸水溶液20gを順次添加し、限界濾過法にて溶液を300mlまで濃縮する操作を計5回繰り返し、プロトン交換を行った(工程(3)及び(2))。さらに、イオン交換水3000mlを添加し、限界濾過法にて300mlまで濃縮する操作を濾過液が中性になるまで繰り返し(工程(2))、固形分2.0%の黒青色液体を得た。この黒青色液体の固形分に対し、20%のエチレングリコールを添加することにより熱電変換素子用組成物11を得た。
[Comparative Example 3]
3.24 parts of dodecylbenzene sulfonic acid (solid content 3.24 parts) and 1.42 parts of pyrrole were mixed with 65.3 parts of ion-exchanged water. This mixed liquid was kept at 25 ° C., and a catalyst solution in which 1.1 parts of ammonium persulfate and 0.1 g of ferric sulfate were dissolved in 10 parts of ion-exchanged water was slowly added and stirred at the same temperature for 24 hours (step (step ( 1)).
The operation of adding 2000 ml of ion-exchanged water to the resulting reaction solution and concentrating the solution to 300 ml by ultrafiltration was repeated twice to remove free ions of the polymerization catalyst (step (2)). Further, 100 ml of ion exchange water and 20 g of 10% sulfuric acid aqueous solution were sequentially added to the concentrate, and the operation of concentrating the solution to 300 ml by ultrafiltration was repeated 5 times in total to perform proton exchange (steps (3) and (3)). 2)). Further, 3000 ml of ion-exchanged water was added, and the operation of concentrating to 300 ml by the ultrafiltration method was repeated until the filtrate became neutral (step (2)) to obtain a black-blue liquid having a solid content of 2.0%. . A thermoelectric conversion element composition 11 was obtained by adding 20% ethylene glycol to the solid content of the black-blue liquid.

[比較例4]
ジアルキルスルホコハク酸ナトリウム(花王株式会社製ラテムルPS)3.24部(固形分3.24部)および3−ヘキシルチオフェン1.42部を、イオン交換水65.3部に混合した。この混合液を25℃に保ち、イオン交換水10部に過硫酸アンモニウム1.1部と、硫酸第二鉄0.1gとを溶解した触媒溶液をゆっくり加え、同温度で24時間攪拌した(工程(1))。
得られた反応液にイオン交換水2000mlを添加し、限界濾過法にて溶液を300mlまで濃縮する操作を2回繰り返し、重合触媒の遊離イオンを除去した(工程(2))。さらに、濃縮液にイオン交換水100ml及び10%硫酸水溶液20gを順次添加し、限界濾過法にて溶液を300mlまで濃縮する操作を計5回繰り返し、プロトン交換を行った(工程(3)及び(2))。さらに、イオン交換水3000mlを添加し、限界濾過法にて300mlまで濃縮する操作を濾過液が中性になるまで繰り返し(工程(2))、固形分2.0%の黒青色液体を得た。この青色液体の固形分に対し、5%のN−メチルピロリドンおよび20%の導電助剤(C8)を添加することにより熱電変換素子用組成物12を得た。
[Comparative Example 4]
Sodium dialkylsulfosuccinate (Latemul PS manufactured by Kao Corporation) (3.24 parts) (solid content 3.24 parts) and 3-hexylthiophene (1.42 parts) were mixed with ion-exchanged water (65.3 parts). This mixed liquid was kept at 25 ° C., and a catalyst solution in which 1.1 parts of ammonium persulfate and 0.1 g of ferric sulfate were dissolved in 10 parts of ion-exchanged water was slowly added and stirred at the same temperature for 24 hours (step (step ( 1)).
The operation of adding 2000 ml of ion-exchanged water to the resulting reaction solution and concentrating the solution to 300 ml by ultrafiltration was repeated twice to remove free ions of the polymerization catalyst (step (2)). Further, 100 ml of ion exchange water and 20 g of 10% sulfuric acid aqueous solution were sequentially added to the concentrate, and the operation of concentrating the solution to 300 ml by ultrafiltration was repeated 5 times in total to perform proton exchange (steps (3) and (3)). 2)). Further, 3000 ml of ion-exchanged water was added, and the operation of concentrating to 300 ml by the ultrafiltration method was repeated until the filtrate became neutral (step (2)) to obtain a black-blue liquid having a solid content of 2.0%. . A thermoelectric conversion element composition 12 was obtained by adding 5% N-methylpyrrolidone and 20% conductive auxiliary (C8) to the solid content of the blue liquid.

[比較例5]
アルキルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウム(花王株式会社製ペレックスSS−L)1.62部(固形分1.62部)およびチオフェン1.42部を、イオン交換水27.0部に混合した。この混合液を25℃に保ち、イオン交換水10部に過硫酸アンモニウム1.1部と、硫酸第二鉄0.1gとを溶解した触媒溶液をゆっくり加え、同温度で24時間攪拌した(工程(1))。
得られた反応液にイオン交換水2000mlを添加し、限界濾過法にて溶液を300mlまで濃縮する操作を2回繰り返し、重合触媒の遊離イオンを除去した(工程(2))。さらに、濃縮液にイオン交換水100ml及び10%硫酸水溶液20gを順次添加し、限界濾過法にて溶液を300mlまで濃縮する操作を計5回繰り返し、プロトン交換を行った(工程(3)及び(2))。さらに、イオン交換水3000mlを添加し、限界濾過法にて300mlまで濃縮する操作を濾過液が中性になるまで繰り返し(工程(2))、固形分2.0%の黒青色液体を得た。この青色液体の固形分に対し、60%のチオグリコールを添加することにより熱電変換素子用組成物13を得た。
[Comparative Example 5]
1.62 parts (solid content 1.62 parts) of sodium alkyldiphenyl ether disulfonate (Perox SS-L manufactured by Kao Corporation) and 1.42 parts of thiophene were mixed in 27.0 parts of ion-exchanged water. This mixed liquid was kept at 25 ° C., and a catalyst solution in which 1.1 parts of ammonium persulfate and 0.1 g of ferric sulfate were dissolved in 10 parts of ion-exchanged water was slowly added and stirred at the same temperature for 24 hours (step (step ( 1)).
The operation of adding 2000 ml of ion-exchanged water to the resulting reaction solution and concentrating the solution to 300 ml by ultrafiltration was repeated twice to remove free ions of the polymerization catalyst (step (2)). Further, 100 ml of ion exchange water and 20 g of 10% sulfuric acid aqueous solution were sequentially added to the concentrate, and the operation of concentrating the solution to 300 ml by ultrafiltration was repeated 5 times in total to perform proton exchange (steps (3) and (3)). 2)). Further, 3000 ml of ion-exchanged water was added, and the operation of concentrating to 300 ml by the ultrafiltration method was repeated until the filtrate became neutral (step (2)) to obtain a black-blue liquid having a solid content of 2.0%. . The composition 13 for thermoelectric conversion elements was obtained by adding 60% of thioglycol with respect to solid content of this blue liquid.

<熱電変換材料(熱電変換素子用組成物)の評価>
(ZTの算出)
本発明の熱電変換材料の性能を評価するために、バーコーター(#20)を用いて膜厚50μmのPET(ポリエチレンテレフタレート)フィルム上に熱電変換素子用組成物を塗布した。100℃にて2分間乾燥させて得られた熱電変換膜を用いて、ゼーベック係数と導電率はZEM−2(アルバック理工製)、熱拡散率はフラッシュ法熱拡散率測定装置LFT−447(ネッチ社製)、比熱容量は示差走査熱量測定装置DSC6200(セイコーインスツル製)を用いて測定し、密度は文献値より1.45(g/cm3)と見なしてZTの算出を行った。
(信頼性試験)
また、熱電変換膜を120℃に加温したオーブンに1000時間保管した加熱試験後のZTを測定することにより、使用環境下での信頼性試験を行った。加温後のZTが、加温前のZTに対して±20%以内であれば○、±20%より大きく±30%未満であれば△、±30%以上であれば×とした。
<Evaluation of thermoelectric conversion material (composition for thermoelectric conversion element)>
(Calculation of ZT)
In order to evaluate the performance of the thermoelectric conversion material of the present invention, the composition for thermoelectric conversion elements was applied onto a PET (polyethylene terephthalate) film having a thickness of 50 μm using a bar coater (# 20). Using a thermoelectric conversion film obtained by drying at 100 ° C. for 2 minutes, the Seebeck coefficient and conductivity are ZEM-2 (manufactured by ULVAC-RIKO), and the thermal diffusivity is flash method thermal diffusivity measuring apparatus LFT-447 (Netch The specific heat capacity was measured using a differential scanning calorimeter DSC6200 (manufactured by Seiko Instruments Inc.), and the density was regarded as 1.45 (g / cm 3 ) from the literature value, and ZT was calculated.
(Reliability test)
Moreover, the reliability test in a use environment was done by measuring ZT after the heat test which stored the thermoelectric conversion film in the oven heated at 120 degreeC for 1000 hours. If the ZT after heating was within ± 20% of the ZT before heating, it was evaluated as ◯, when it was larger than ± 20% but less than ± 30%, and when it was ± 30% or more, it was marked as ×.

Figure 2014199838
Figure 2014199838

PSS:ポリスチレンスルホン酸
DBSA:ドデシルベンゼンスルホン酸
ラテムルPS:アルカンスルホン酸ナトリウム(花王株式会社製)
ペレックスSS−L:アルキルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウム(花王株式会社製)
PEDOT:ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)
P3HT:ポリ(3−ヘキシルチオフェン)
NMP:N−メチルピロリドン
EG:エチレングリコール
PSS: polystyrene sulfonate DBSA: dodecylbenzene sulfonate latemul PS: sodium alkane sulfonate (manufactured by Kao Corporation)
Perex SS-L: Sodium alkyldiphenyl ether disulfonate (manufactured by Kao Corporation)
PEDOT: Poly (3,4-ethylenedioxythiophene)
P3HT: Poly (3-hexylthiophene)
NMP: N-methylpyrrolidone EG: ethylene glycol

以上の評価結果から明らかなように、本発明に用いるポリアニオン(A)を使用した実施例1〜8の熱電変換素子用組成物を基材に塗布して得られた熱電変換膜は、初期および加熱試験後の無次元熱電性能指数(ZT)が良好である。
これに対して、比較例1および2では、ZTを向上させるためにポリアニオン(A)の添加量を増加させると、信頼性が低下してしまう。また比較例3〜5では、ドーパントが低分子量のため、耐熱性が不十分であり、信頼性が低下した。
As is clear from the above evaluation results, the thermoelectric conversion films obtained by applying the compositions for thermoelectric conversion elements of Examples 1 to 8 using the polyanion (A) used in the present invention to the substrate are initially and The dimensionless thermoelectric figure of merit (ZT) after the heating test is good.
On the other hand, in Comparative Examples 1 and 2, if the amount of polyanion (A) added is increased in order to improve ZT, the reliability is lowered. Moreover, in Comparative Examples 3-5, since a dopant is low molecular weight, heat resistance is inadequate and reliability fell.

本発明の熱電変換材料は、熱電変換性能に優れ、かつ、長期信頼性に優れることがわかった。更には、本発明の組成物を用いることで熱電変換性能に優れる熱電変換素子が得られることがわかった。

The thermoelectric conversion material of the present invention was found to be excellent in thermoelectric conversion performance and excellent in long-term reliability. Furthermore, it turned out that the thermoelectric conversion element which is excellent in thermoelectric conversion performance is obtained by using the composition of this invention.

Claims (8)

下記一般式(1)または一般式(2)の構造単位を有するポリアニオン(A)と、共役系導電性高分子(B)とを含有する熱電変換材料。
一般式(1)
Figure 2014199838
[一般式(1)中、R1、R2、R3およびR4は互いに独立して水素またはSO3Xであり、R1、R2、R3およびR4のいずれか1つ以上はSO3Xであり、Xは水素原子、Li、Na、K、アンモニウムイオン、プロトン化された第1級、プロトン化された第2級、プロトン化された第3級アミンまたは第4級アンモニウムイオンである。]

一般式(2)
Figure 2014199838
[一般式(2)中、R5、R6、R7およびR8は互いに独立して水素またはSO3Xであり、R5、R6、R7およびR8のいずれか1つ以上はSO3Xであり、Xは水素原子、Li、Na、K、アンモニウムイオン、プロトン化された第1級、プロトン化された第2級、プロトン化された第3級アミンまたは第4級アンモニウムイオンである。]
A thermoelectric conversion material comprising a polyanion (A) having a structural unit represented by the following general formula (1) or general formula (2) and a conjugated conductive polymer (B).
General formula (1)
Figure 2014199838
[In the general formula (1), R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are each independently hydrogen or SO 3 X, and any one or more of R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are SO 3 X, where X is a hydrogen atom, Li, Na, K, ammonium ion, protonated primary, protonated secondary, protonated tertiary amine or quaternary ammonium ion It is. ]

General formula (2)
Figure 2014199838
[In General Formula (2), R 5 , R 6 , R 7 and R 8 are each independently hydrogen or SO 3 X, and any one or more of R 5 , R 6 , R 7 and R 8 are SO 3 X, where X is a hydrogen atom, Li, Na, K, ammonium ion, protonated primary, protonated secondary, protonated tertiary amine or quaternary ammonium ion It is. ]
下記一般式(1)または一般式(2)の構造単位を有するポリアニオン(A)と、共役系導電性高分子(B)とを含有し、無次元熱電性能指数(ZT)が0.02以上であることを特徴とする熱電変換素子用組成物。   It contains a polyanion (A) having a structural unit of the following general formula (1) or general formula (2) and a conjugated conductive polymer (B), and has a dimensionless thermoelectric figure of merit (ZT) of 0.02 or more. The composition for thermoelectric conversion elements characterized by these. 共役系導電性高分子(B)がポリチオフェン及びその誘導体である請求項2記載の熱電変換素子用組成物。 The composition for thermoelectric conversion elements according to claim 2, wherein the conjugated conductive polymer (B) is polythiophene or a derivative thereof. 共役系導電性高分子(B)が、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)である請求項2または3記載の熱電変換素子用組成物。 The composition for thermoelectric conversion elements according to claim 2 or 3, wherein the conjugated conductive polymer (B) is poly (3,4-ethylenedioxythiophene). 導電助剤(C)を含むことを特徴とする請求項2〜4いずれか記載の熱電変換素子用組成物。 The composition for thermoelectric conversion elements according to any one of claims 2 to 4, comprising a conductive additive (C). 導電性助剤(C)が、下記一般式(3)または一般式(4)の化合物を含むことを特徴とする請求項5記載の熱電変換素子用組成物。
一般式(3)
Figure 2014199838
[式中、Mは、リチウム原子、ナトリウム原子、または、カリウム原子を表す。
1はフッ素原子またはトリフルオロメチル基を表す。]

一般式(4)
Figure 2014199838
[式中、A2は、直接結合、置換もしくは未置換の2価の脂肪族炭化水素基、置換もしくは未置換の2価の芳香族炭化水素基、置換もしくは未置換の2価の脂肪族複素環基、または、置換もしくは未置換の2価の芳香族複素環基を表し、Xは、直接結合、酸素原子、窒素原子、または、硫黄原子を表し、Mは、リチウム原子、ナトリウム原子、または、カリウム原子を表す。]
The composition for thermoelectric conversion elements according to claim 5, wherein the conductive auxiliary agent (C) comprises a compound represented by the following general formula (3) or general formula (4).
General formula (3)
Figure 2014199838
[Wherein, M represents a lithium atom, a sodium atom, or a potassium atom.
A 1 represents a fluorine atom or a trifluoromethyl group. ]

General formula (4)
Figure 2014199838
[In the formula, A 2 represents a direct bond, a substituted or unsubstituted divalent aliphatic hydrocarbon group, a substituted or unsubstituted divalent aromatic hydrocarbon group, a substituted or unsubstituted divalent aliphatic complex; Represents a cyclic group or a substituted or unsubstituted divalent aromatic heterocyclic group, X represents a direct bond, an oxygen atom, a nitrogen atom, or a sulfur atom, and M represents a lithium atom, a sodium atom, or Represents a potassium atom. ]
請求項2〜6いずれか記載の熱電変換素子用組成物から形成される熱電変換膜。   The thermoelectric conversion film formed from the composition for thermoelectric conversion elements in any one of Claims 2-6. 請求項2〜6いずれか記載の熱電変換素子用組成物、または請求項7記載の熱電変換膜を用いて得られる熱電変換素子。   The thermoelectric conversion element obtained using the composition for thermoelectric conversion elements in any one of Claims 2-6, or the thermoelectric conversion film of Claim 7.
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