JP2015199812A - conductive carbon material-containing composition - Google Patents

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杉岡 卓央
Takahisa Sugioka
卓央 杉岡
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a conductive carbon material-containing composition comprising a polysiloxane compound suitable as a dispersant for a conductive carbon material such as carbon nanotube.SOLUTION: A conductive carbon material-containing composition comprises a polysiloxane compound having a nonionic substituent in a side chain and a conductive carbon material.

Description

本発明は、導電性炭素材料含有組成物に関する。より詳しくは、導電性薄膜等の原料として好適に用いることができる導電性炭素材料含有組成物に関する。 The present invention relates to a conductive carbon material-containing composition. More specifically, the present invention relates to a conductive carbon material-containing composition that can be suitably used as a raw material for conductive thin films and the like.

ポリシロキサン化合物は、Si−O結合(シロキサン結合)を有する化合物であり、従来から、各種工業製品の原料として広く使用されている。そして昨今では、シロキサン結合に起因する耐熱性等の特性から、様々な用途へ適用されている。このようなポリシロキサン化合物を用いた組成物の例として、耐熱性に優れる硬化物を与え得る硬化性樹脂組成物として、シロキサン結合を形成するケイ素原子にイミド結合を有する有機骨格が結合してなる構成単位を有するシラン化合物と、有機樹脂とを含む樹脂組成物が開示されている(例えば、特許文献1参照。)。 A polysiloxane compound is a compound having a Si—O bond (siloxane bond), and has been widely used as a raw material for various industrial products. And nowadays, it has been applied to various uses due to characteristics such as heat resistance caused by siloxane bonds. As an example of a composition using such a polysiloxane compound, an organic skeleton having an imide bond is bonded to a silicon atom forming a siloxane bond as a curable resin composition capable of giving a cured product having excellent heat resistance. A resin composition containing a silane compound having a structural unit and an organic resin is disclosed (for example, see Patent Document 1).

ところで、カーボンナノチューブ(以下、CNTともいう。)は、優れた導電性や力学強度を持つ炭素のみで構成された円筒状の化合物であり、様々な応用が期待されている材料である。しかし、CNTは高いファンデルワールス相互作用による強い凝集力のために、分散化が困難であり、機能材料への応用は限られている。
このようなCNTの利用形態の1つとして、CNTを用いた導電性薄膜が検討されている。CNTを用いた導電性薄膜は、CNTを溶媒に分散したインク組成物を各種印刷工法、コーティング工法で塗布することで作製される。このとき、CNT分散剤として親水性高分子、各種界面活性剤が用いられるが、これら界面活性剤が熱に暴露された際の空気接触による劣化を受けて薄膜の電気的特性を変えるなどの問題があった。
これに対して、CNT分散剤の耐熱性を上げる試みとして、ポリシロキサン化合物を用いたCNT分散が検討されている(例えば、非特許文献1参照。)。
Incidentally, carbon nanotubes (hereinafter also referred to as CNT) are cylindrical compounds composed only of carbon having excellent electrical conductivity and mechanical strength, and are expected to be used in various applications. However, CNTs are difficult to disperse due to strong cohesion due to high van der Waals interactions, and their application to functional materials is limited.
As one of the utilization forms of such CNTs, a conductive thin film using CNTs has been studied. A conductive thin film using CNTs is produced by applying an ink composition in which CNTs are dispersed in a solvent by various printing methods and coating methods. At this time, hydrophilic polymers and various surfactants are used as CNT dispersants, but problems such as changing the electrical properties of the thin film due to deterioration due to air contact when these surfactants are exposed to heat. was there.
On the other hand, as an attempt to increase the heat resistance of the CNT dispersant, CNT dispersion using a polysiloxane compound has been studied (for example, see Non-Patent Document 1).

特許第5193217号公報Japanese Patent No. 5193217

T アラケ(T ARAKE)他5名「ポリマー(Polymer)」、(オランダ)2013年、第54巻、p5643−5647T ARAKE and five others "Polymer", (Netherlands) 2013, Vol. 54, p5643-5647 Y カネコ(Y KANEKO)他5名「ケミストリー オブ マテリアルズ(Chemistry of Materials)」、(米国)2004年、第16巻、p3417−3423Y Kaneko and five others "Chemistry of Materials" (USA) 2004, Vol. 16, p3417-3423

上記のようなポリシロキサン化合物をCNTの分散剤として用いた組成物は、ポリシロキサン化合物の新たな用途であるが、上記非特許文献1に記載の組成物では、CNTの溶媒への分散性の点でまだ充分とはいえず、カーボンナノチューブ等の導電性炭素材料の分散剤として好適なポリシロキサン化合物を含む導電性炭素材料含有組成物を開発する余地があった。 The composition using the polysiloxane compound as described above as a dispersant for CNT is a new use of the polysiloxane compound. However, in the composition described in Non-Patent Document 1, the dispersibility of CNT in a solvent can be improved. In terms of this point, there is still room for developing a conductive carbon material-containing composition containing a polysiloxane compound suitable as a dispersant for conductive carbon materials such as carbon nanotubes.

本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、カーボンナノチューブ等の導電性炭素材料の分散剤として好適なポリシロキサン化合物を含む導電性炭素材料含有組成物を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of the said present condition, and it aims at providing the conductive carbon material containing composition containing a polysiloxane compound suitable as a dispersing agent of conductive carbon materials, such as a carbon nanotube.

本発明者は、ポリシロキサン化合物について種々検討したところ、側鎖に非イオン性置換基を有するポリシロキサン化合物を導電性炭素材料の分散剤として用いて組成物を調製すると、導電性炭素材料の溶媒への分散性が向上することを見出し、本発明に到達したものである。 As a result of various studies on the polysiloxane compound, the present inventors have prepared a composition using a polysiloxane compound having a nonionic substituent in the side chain as a dispersant for the conductive carbon material. The present inventors have found that the dispersibility in the water is improved and have reached the present invention.

すなわち本発明は、側鎖に非イオン性置換基を有するポリシロキサン化合物と導電性炭素材料とを含む導電性炭素材料含有組成物である。
以下に本発明を詳述する。
なお、以下において記載する本発明の個々の好ましい形態を2つ以上組み合わせたものもまた、本発明の好ましい形態である。
That is, this invention is a conductive carbon material containing composition containing the polysiloxane compound which has a nonionic substituent in a side chain, and a conductive carbon material.
The present invention is described in detail below.
A combination of two or more preferred embodiments of the present invention described below is also a preferred embodiment of the present invention.

本発明の導電性炭素材料含有組成物には、側鎖に非イオン性置換基を有するポリシロキサン化合物(以下、非イオン性置換基を有するポリシロキサン化合物ともいう。)と導電性炭素材料とが含まれるが、これらが含まれる限りその他の成分が含まれていてもよい。また本発明の導電性炭素材料含有組成物は、側鎖に非イオン性置換基を有するポリシロキサン化合物、及び、導電性炭素材料をそれぞれ1種含んでいてもよく、2種以上含んでいてもよい。 The conductive carbon material-containing composition of the present invention includes a polysiloxane compound having a nonionic substituent in the side chain (hereinafter also referred to as a polysiloxane compound having a nonionic substituent) and a conductive carbon material. Although it is included, as long as these are included, other components may be included. In addition, the conductive carbon material-containing composition of the present invention may contain one or more polysiloxane compounds having a nonionic substituent in the side chain and two or more kinds of conductive carbon materials. Good.

上記非イオン性置換基とは、イオンを発生させる基(イオン性の基)を有しない置換基のことである。
側鎖に非イオン性置換基を有するポリシロキサン化合物を用いる導電性炭素材料含有組成物は、導電性炭素材料の溶媒への分散性に優れるものとなる。また、上述した非特許文献1に記載されているように、ポリシロキサン化合物は、カーボンナノチューブ等の導電性炭素材料の分散剤として検討されているが、非特許文献1のポリシロキサン化合物はイオン性の側鎖を有しており、また、イオン性の不純物も含む。イオン性の側鎖を有する化合物及びイオン性の不純物を含む組成物を導電性炭素材料の分散剤として用いた場合、分散性が充分でない。これは、イオン性の側鎖を有する化合物及びイオン性の不純物を含む組成物と導電性炭素材料との親和性が低いことによるものと考えられる。また、このようなポリシロキサン化合物で分散したカーボンナノチューブで導電性薄膜を製造した場合、イオン性不純物によるリークや短絡が発生して信頼性を損なうおそれもある。これに対して、側鎖に非イオン性置換基を有するポリシロキサン化合物を分散剤として用いた場合には、優れた分散性を発揮する。これは、非イオン性置換基を有するポリシロキサン化合物がイオン性の側鎖を有する化合物及びイオン性の不純物を含む組成物よりも、導電性炭素材料との親和性が高いことによるものと考えられる。また、本発明の導電性炭素材料含有組成物は、イオン性の低いものとなるため、組成物から作製される薄膜のイオン性不純物によるリークや短絡を抑制することができる。
The said nonionic substituent is a substituent which does not have the group (ionic group) which generates ion.
A conductive carbon material-containing composition using a polysiloxane compound having a nonionic substituent in the side chain is excellent in dispersibility of the conductive carbon material in a solvent. In addition, as described in Non-Patent Document 1 described above, polysiloxane compounds have been studied as dispersants for conductive carbon materials such as carbon nanotubes, but polysiloxane compounds in Non-Patent Document 1 are ionic. And also contains ionic impurities. When a composition containing a compound having an ionic side chain and an ionic impurity is used as a dispersant for the conductive carbon material, the dispersibility is not sufficient. This is considered to be due to the low affinity between the conductive carbon material and the composition containing an ionic side chain compound and ionic impurities. In addition, when a conductive thin film is manufactured using carbon nanotubes dispersed with such a polysiloxane compound, there is a risk that leakage or short-circuiting due to ionic impurities may occur and reliability may be impaired. On the other hand, when a polysiloxane compound having a nonionic substituent in the side chain is used as a dispersant, excellent dispersibility is exhibited. This is probably because the polysiloxane compound having a nonionic substituent has higher affinity with the conductive carbon material than the composition containing a compound having an ionic side chain and an ionic impurity. . Moreover, since the conductive carbon material containing composition of this invention becomes a thing with low ionicity, it can suppress the leak and short circuit by an ionic impurity of the thin film produced from a composition.

上記非イオン性置換基は、イオン性の基を有しない限り特に制限されないが、芳香族化合物の芳香環基、複素環式化合物の複素環基、脂環式化合物の脂環基及び炭素数1〜20のアルキル基、アルケニル基、アルキニル基等の非環式脂肪族炭化水素基を有する置換基、水酸基、ハロゲン原子及びOR基等が挙げられる。Rは、同一若しくは異なって、アルキル基、アシル基、アリール基及び不飽和脂肪族残基からなる群より選ばれる少なくとも一つの基を表し、アルキル基、ハロゲン原子及び芳香族基等の置換基があってもよい。
なお、上記非イオン性置換基には、水素原子は含まれないものとする。
The nonionic substituent is not particularly limited as long as it does not have an ionic group. However, the aromatic ring group of the aromatic compound, the heterocyclic group of the heterocyclic compound, the alicyclic group of the alicyclic compound, and the carbon number of 1 Examples include a substituent having an acyclic aliphatic hydrocarbon group such as an alkyl group, an alkenyl group, and an alkynyl group of ˜20, a hydroxyl group, a halogen atom, and an OR 1 group. R 1 is the same or different and represents at least one group selected from the group consisting of an alkyl group, an acyl group, an aryl group and an unsaturated aliphatic residue, and a substituent such as an alkyl group, a halogen atom and an aromatic group There may be.
Note that hydrogen atoms are not included in the nonionic substituent.

上記芳香族化合物としては、例えば、ベンゼン、ビフェニレン、ターフェニレン、ナフタレン、アントラセン、ペリレン等が挙げられる。上記複素環式化合物としては、例えば、ピロリジン、ピロール、ピペリジン、イミダゾール、ピラゾール、チアゾール、イミダゾリン、インドール、プリン、キノリン等が挙げられる。上記脂環式化合物の飽和脂肪族環状炭化水素としては、例えば、シクロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロオクタン、ノルボルナン、デカヒドロナフタレン等が挙げられ、上記脂環式化合物の不飽和脂肪族環状炭化水素としては、例えば、シクロブテン、シクロペンテン、シクロヘキセン、シクロオクテン、ノルボルネン等が挙げられる。 Examples of the aromatic compound include benzene, biphenylene, terphenylene, naphthalene, anthracene, and perylene. Examples of the heterocyclic compound include pyrrolidine, pyrrole, piperidine, imidazole, pyrazole, thiazole, imidazoline, indole, purine, quinoline and the like. Examples of the saturated aliphatic cyclic hydrocarbon of the alicyclic compound include cyclobutane, cyclopentane, cyclohexane, cyclooctane, norbornane, decahydronaphthalene and the like, and the unsaturated aliphatic cyclic hydrocarbon of the alicyclic compound. Examples thereof include cyclobutene, cyclopentene, cyclohexene, cyclooctene, and norbornene.

上記非イオン性置換基として好ましくは、芳香環基、複素環基、脂環基からなる群より選択される少なくとも1種の基を有する置換基であり、より好ましくは芳香環基を有する置換基である。上記非イオン性置換基を有するポリシロキサン化合物が芳香環基を有する置換基を有すると、芳香環のπ電子雲と、芳香環が連続してできた構造体であって、π共役構造をとる導電性炭素材料とが超共役相互作用による高い親和性を示すことにより、導電性炭素材料の分散性をより向上させることができると考えられる。非イオン性置換基として更に好ましくはベンゼン、ビフェニレン、ターフェニレン、ナフタレン、アントラセン、ペリレンからなる群より選択される少なくとも1種の芳香環基を有する置換基である。 The nonionic substituent is preferably a substituent having at least one group selected from the group consisting of an aromatic ring group, a heterocyclic group and an alicyclic group, more preferably a substituent having an aromatic ring group. It is. When the polysiloxane compound having a nonionic substituent has a substituent having an aromatic ring group, it is a structure in which a π electron cloud of an aromatic ring and an aromatic ring are continuously formed, and has a π-conjugated structure. It is considered that the dispersibility of the conductive carbon material can be further improved by exhibiting a high affinity due to the superconjugated interaction with the conductive carbon material. The nonionic substituent is more preferably a substituent having at least one aromatic ring group selected from the group consisting of benzene, biphenylene, terphenylene, naphthalene, anthracene, and perylene.

上記非イオン性置換基は、イミド結合を有する置換基であることが好ましい。イミド結合を有する置換基を側鎖に有するポリシロキサン化合物は、耐熱性が高く、導電性炭素材料の溶媒への分散性にも優れる。このため、イミド結合を有する置換基を有するポリシロキサン化合物を用いると、耐熱性が高く、導電性炭素材料の分散性にも優れた導電性炭素材料含有組成物とすることができる。
イミド結合を有する非イオン性置換基としては、構造中にイミド結合部位を含み、かつ、イオン性の基を含まないものであれば、その他の部位の構造は特に制限されない。イミド結合部位は、下記式(1):
The nonionic substituent is preferably a substituent having an imide bond. The polysiloxane compound having a substituent having an imide bond in the side chain has high heat resistance and is excellent in dispersibility of the conductive carbon material in a solvent. For this reason, when a polysiloxane compound having a substituent having an imide bond is used, a conductive carbon material-containing composition having high heat resistance and excellent dispersibility of the conductive carbon material can be obtained.
The nonionic substituent having an imide bond is not particularly limited as long as it contains an imide bond site in the structure and does not contain an ionic group. The imide bond site is represented by the following formula (1):

Figure 2015199812
Figure 2015199812

(式中、R、Rは、同一又は異なって、水素原子又は1価又は2価の有機基を表す。RとRとは、結合して環構造を形成していてもよい。)で表される構造であることが好ましい。
上記有機基が1価の有機基である場合、1価の有機基としては、炭素数1〜10の炭化水素基等が好ましい。
上記有機基が2価の有機基である場合、すなわち、RとRとが結合して−C−N−C−の部位とともに環構造を形成している場合、イミド結合部位の構造としては、マレイミド構造や、後述する式(2)中のイミド結合部位の構造が好ましい。
(Wherein R 2 and R 3 are the same or different and represent a hydrogen atom or a monovalent or divalent organic group. R 2 and R 3 may combine to form a ring structure. .) Is preferable.
When the organic group is a monovalent organic group, the monovalent organic group is preferably a hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms.
When the organic group is a divalent organic group, that is, when R 2 and R 3 are bonded to form a ring structure with the —C—N—C— site, the structure of the imide bond site is Is preferably a maleimide structure or an imide bond site structure in the formula (2) described later.

上記イミド結合を有する非イオン性置換基としては、イミド結合部位が芳香族化合物の環構造(芳香環)、複素環式化合物の環構造(複素環)及び脂環式化合物の環構造(脂環)からなる群より選ばれる少なくとも1種の構造を有するものであることが好ましい。
また、イミド結合を有する非イオン性置換基としては、(1)炭素数1〜6のアルキレン基を有する構造、(2)2級アミノ基を有する構造、(3)3級アミノ基を有する構造のいずれかの構造の末端にイミド結合部位を有するものが好ましい。中でも、熱的安定性が高いポリシロキサン化合物になる点で(1)炭素数1〜6のアルキレン基の末端にイミド結合部位を有する構造がより好ましい。
As the nonionic substituent having the imide bond, the imide bond site is an aromatic compound ring structure (aromatic ring), a heterocyclic compound ring structure (heterocycle), and an alicyclic compound ring structure (alicyclic ring). And at least one structure selected from the group consisting of:
The nonionic substituent having an imide bond includes (1) a structure having an alkylene group having 1 to 6 carbon atoms, (2) a structure having a secondary amino group, and (3) a structure having a tertiary amino group. Those having an imide bond site at the end of any of the structures are preferred. Among these, (1) a structure having an imide bond site at the terminal of an alkylene group having 1 to 6 carbon atoms is more preferable in that it becomes a polysiloxane compound having high thermal stability.

上記イミド結合を有する非イオン性置換基は、イミド結合を含む有機基である限り特に限定されないが、下記式(2)で表される基であることが好ましい。 The nonionic substituent having an imide bond is not particularly limited as long as it is an organic group containing an imide bond, but is preferably a group represented by the following formula (2).

Figure 2015199812
Figure 2015199812

(式中、Rは、芳香族、複素環、及び脂環からなる群より選ばれる少なくとも1種の構造を表す。x及びzは、同一若しくは異なって、0以上5以下の整数であり、yは、0又は1である。)
芳香族、複素環及び脂環からなる群より選ばれる少なくとも1種の構造とは、Rが芳香族化合物の環構造(芳香環)を有する基、複素環式化合物の環構造(複素環)を有する基及び脂環式化合物の環構造(脂環)を有する基からなる群より選ばれる少なくとも1種の基であることを表す。
上記芳香族化合物、複素環式化合物、脂環式化合物としては、上述の化合物が挙げられる。
本発明の組成物が、上記式(2)で表される基を有する化合物を含むことにより、導電性炭素材料の分散性をより向上させることができる。これは、上記式(2)で表される基がイミド環を有する基であって、イミド環は、電子的に一般にπ共役構造をとるため、イミド環と導電性炭素材料とが超共役相互作用による高い親和性を示すことによるものと考えられる。
(In the formula, R 4 represents at least one structure selected from the group consisting of aromatic, heterocyclic and alicyclic rings. X and z are the same or different and are integers of 0 or more and 5 or less, y is 0 or 1.)
At least one structure selected from the group consisting of aromatic, heterocyclic and alicyclic rings is a group in which R 4 has an aromatic ring structure (aromatic ring), or a heterocyclic compound ring structure (heterocycle). And at least one group selected from the group consisting of a group having a ring structure and an alicyclic compound ring structure (alicyclic ring).
Examples of the aromatic compound, heterocyclic compound, and alicyclic compound include the aforementioned compounds.
When the composition of this invention contains the compound which has group represented by the said Formula (2), the dispersibility of an electroconductive carbon material can be improved more. This is a group in which the group represented by the above formula (2) has an imide ring, and since the imide ring generally has a π-conjugated structure electronically, the imide ring and the conductive carbon material are superconjugated to each other. This is considered to be due to the high affinity due to action.

上記Rとしては、フェニレン基、ナフチリデン基、ノルボルネンの2価基、(アルキル)シクロヘキシレン基、シクロヘキセニル基等が好ましい。なお、Rがフェニレン基である場合、上記イミド結合を有する非イオン性置換基が下記式(2−1)で表される基となり、Rが(アルキル)シクロヘキシレン基である場合、上記イミド結合を有する非イオン性置換基が下記式(2−2)で表されるポリシロキサン化合物となり、Rがナフチリデン基である場合、上記イミド結合を有する非イオン性置換基が下記式(2−3)又は(2−4)で表されるポリシロキサン化合物となり、Rがノルボルネンの2価基である場合、上記イミド結合を有する非イオン性置換基が下記式(2−5)で表されるポリシロキサン化合物となり、Rがシクロヘキセニル基である場合、上記イミド結合を有する非イオン性置換基が下記式(2−6)で表されるポリシロキサン化合物となる。 R 4 is preferably a phenylene group, naphthylidene group, norbornene divalent group, (alkyl) cyclohexylene group, cyclohexenyl group or the like. When R 4 is a phenylene group, the nonionic substituent having the imide bond is a group represented by the following formula (2-1), and when R 4 is an (alkyl) cyclohexylene group, When the nonionic substituent having an imide bond is a polysiloxane compound represented by the following formula (2-2) and R 4 is a naphthylidene group, the nonionic substituent having the imide bond is represented by the following formula (2 -3) or a polysiloxane compound represented by (2-4), and when R 4 is a norbornene divalent group, the nonionic substituent having the imide bond is represented by the following formula (2-5). When R 4 is a cyclohexenyl group, the nonionic substituent having the imide bond is a polysiloxane compound represented by the following formula (2-6).

上記式(2)において、x及びzは、同一若しくは異なって、0以上5以下の整数である。
なお、x+zとしては、0以上10以下の整数であればよいが3〜7であることが好ましく、より好ましくは、3〜5であり、特に好ましくは、3である。上記yとしては、0又は1であり、0であることが好ましい。
In the above formula (2), x and z are the same or different and are integers of 0 or more and 5 or less.
X + z may be an integer of 0 or more and 10 or less, preferably 3 to 7, more preferably 3 to 5, and particularly preferably 3. The y is 0 or 1, and is preferably 0.

Figure 2015199812
Figure 2015199812

上記式(2−1)〜(2−6)中、x、y及びzは、各々上記式(2)中のx、y及びzと同様である。
上記式(2−1)中、R〜Rは、同一又は異なって、水素原子、アルキル基、ハロゲン原子及び芳香族からなる群より選ばれる少なくとも1種の構造を表す。上記R〜Rとしては、全てが水素原子である形態が好ましい。
上記式(2−2)中、R〜R12及びR9´〜R12´は、同一又は異なって、水素原子、アルキル基、ハロゲン原子及び芳香族からなる群より選ばれる少なくとも1種の構造を表す。上記R〜R12及びR9´〜R12´としては、R10若しくはR11がメチル基で残りの全てが水素原子である形態、又は、R〜R12及びR9´〜R12´全てが水素原子である形態、又は、R〜R12及びR9´〜R12´全てがフッ素原子である形態が好ましい。より好ましくは、R10又はR11がメチル基で残りの全てが水素原子である形態である。
In the above formulas (2-1) to (2-6), x, y and z are the same as x, y and z in the above formula (2), respectively.
In the above formula (2-1), R 5 to R 8 are the same or different and represent at least one structure selected from the group consisting of a hydrogen atom, an alkyl group, a halogen atom and an aromatic. As said R < 5 > -R < 8 >, the form whose all are hydrogen atoms is preferable.
In the formula (2-2), R 9 to R 12 and R 9 ′ to R 12 ′ are the same or different and are at least one selected from the group consisting of a hydrogen atom, an alkyl group, a halogen atom and an aromatic. Represents the structure. As the R 9 to R 12 and R 9'to R 12 ', form all R 10 or R 11 are the remaining methyl group is a hydrogen atom, or, R 9 to R 12 and R 9'to R 12 'all are hydrogen atom form or embodiment R 9 to R 12 and R 9'to R 12' all are a fluorine atom is preferable. More preferably, R 10 or R 11 is a methyl group and the rest are all hydrogen atoms.

上記式(2−3)中、R13〜R18は、同一又は異なって、水素原子、アルキル基、ハロゲン原子及び芳香族からなる群より選ばれる少なくとも1種の構造を表す。上記R13〜R18としては、全てが水素原子である形態、又は、全てがフッ素原子である形態が好ましい。より好ましくは、全てが水素原子である形態である。
上記式(2−4)中、R19〜R24は、同一又は異なって、水素原子、アルキル基、ハロゲン原子及び芳香族からなる群より選ばれる少なくとも1種の構造を表す。上記R19〜R24としては、全てが水素原子である形態、又は、全てがフッ素原子である形態が好ましい。より好ましくは、全てが水素原子である形態である。
上記式(2−5)中、R25〜R30は、同一又は異なって、水素原子、アルキル基、ハロゲン原子及び芳香族からなる群より選ばれる少なくとも1種の構造を表す。上記R25〜R30としては、全てが水素原子である形態、全てがフッ素原子である形態、又は、全てが塩素原子である形態のいずれかの形態が好ましい。より好ましくは、全てが水素原子である形態である。
上記式(2−6)中、R31〜R34、R31´及びR34´は、同一又は異なって、水素原子、アルキル基、ハロゲン原子及び芳香族からなる群より選ばれる少なくとも1種の構造を表す。上記R31〜R34、R31´及びR34´としては、全てが水素原子である形態、全てがフッ素原子である形態、又は、全てが塩素原子である形態のいずれかの形態が好ましい。より好ましくは、全てが水素原子である形態である。
In the above formula (2-3), R 13 to R 18 are the same or different and represent at least one structure selected from the group consisting of a hydrogen atom, an alkyl group, a halogen atom and an aromatic. As said R < 13 > -R < 18 >, the form in which all are hydrogen atoms, or the form in which all are fluorine atoms is preferable. More preferred is a form in which all are hydrogen atoms.
In the above formula (2-4), R 19 to R 24 are the same or different and each represents at least one structure selected from the group consisting of a hydrogen atom, an alkyl group, a halogen atom and an aromatic. As said R < 19 > -R < 24 >, the form in which all are hydrogen atoms, or the form in which all are fluorine atoms is preferable. More preferred is a form in which all are hydrogen atoms.
In the above formula (2-5), R 25 to R 30 are the same or different and represent at least one structure selected from the group consisting of a hydrogen atom, an alkyl group, a halogen atom and an aromatic. As said R < 25 > -R < 30 >, the form in which all are hydrogen atoms, the form in which all are fluorine atoms, or the form in which all are chlorine atoms is preferable. More preferred is a form in which all are hydrogen atoms.
In the above formula (2-6), R 31 to R 34 , R 31 and R 34 ′ are the same or different and are at least one selected from the group consisting of a hydrogen atom, an alkyl group, a halogen atom and an aromatic. Represents the structure. As the R 31 to R 34, R 31 'and R 34', it forms all are hydrogen atom, and all are a fluorine atom form or any form of embodiment all is a chlorine atom is preferable. More preferred is a form in which all are hydrogen atoms.

上記式(2)で表される構成単位の中でも、下記式(2−7): Among the structural units represented by the above formula (2), the following formula (2-7):

Figure 2015199812
Figure 2015199812

(式中、R35は、芳香族、複素環及び脂環からなる群より選ばれる少なくとも1種の構造を表す。)で表される構成単位であることが好適である。すなわち、本発明の非イオン性置換基を有するポリシロキサン化合物は、上記イミド結合を有する非イオン性置換基が上記式(2−7)で表される置換基である、ポリシロキサン化合物を含むことが好適である。なお、上記式(2−7)中のR35は、上記式(2)において説明したRと同様であることが好ましい。 (Wherein R 35 represents a structural unit represented by at least one structure selected from the group consisting of aromatic, heterocyclic and alicyclic rings). That is, the polysiloxane compound having a nonionic substituent of the present invention includes a polysiloxane compound in which the nonionic substituent having an imide bond is a substituent represented by the above formula (2-7). Is preferred. R 35 in the above formula (2-7) is preferably the same as R 4 described in the above formula (2).

上記非イオン性置換基を有するポリシロキサン化合物の特に好ましい形態としては、R35がフェニレン基であるポリ(γ−フタロイミドプロピルシルセスキオキサン);R35がメチルシクロヘキシレン基であるポリ{γ−(へキサヒドロ−4−メチルフタルイミド)プロピルシルセスキオキサン};R35がナフチリデン基であるポリ{γ−(1,8−ナフタルイミド)プロピルシルセスキオキサン};R35がナフチリデン基であるポリ{γ−(2,3−ナフタルイミド)プロピルシルセスキオキサン};R35がノルボルネンの2価基であるポリ{γ−(5−ノルボルネン−2,3−イミド)プロピルシルセスキオキサン};R35がシクロヘキセニル基であるポリ〔(cis−4−シクロヘキセン−1,2−イミド)プロピルシルセスキオキサン〕である。より好ましくはポリ(γ−フタロイミドプロピルシルセスキオキサン)、ポリ{γ−(1,8−ナフタルイミド)プロピルシルセスキオキサン}、ポリ{γ−(2,3−ナフタルイミド)プロピルシルセスキオキサン}である。これらの化合物の構造は、H−NMR、13C−NMR、MALDI−TOF−MSを測定して同定することができる。 As a particularly preferable form of the polysiloxane compound having a nonionic substituent, poly (γ-phthaloimidopropylsilsesquioxane) in which R 35 is a phenylene group; poly {γ that R 35 is in a methylcyclohexylene group; - propyl silsesquioxane} (Kisahidoro -4-methyl phthalimide to); poly {.gamma. (1,8-naphthalimide) propyl silsesquioxane} R 35 is naphthylidene group; R 35 is a naphthylidene group Poly {γ- (2,3-naphthalimide) propylsilsesquioxane}; poly {γ- (5-norbornene-2,3-imido) propylsilsesquioxane} in which R 35 is a divalent group of norbornene Poly [(cis-4-cyclohexene-1,2-imido) propylsyl wherein R 35 is a cyclohexenyl group; Sesquioxane]. More preferably, poly (γ-phthalimidopropylsilsesquioxane), poly {γ- (1,8-naphthalimide) propylsilsesquioxane}, poly {γ- (2,3-naphthalimide) propylsilsesquioxane. Oxan}. The structures of these compounds can be identified by measuring 1 H-NMR, 13 C-NMR, and MALDI-TOF-MS.

上記非イオン性置換基を有するポリシロキサン化合物は、側鎖に非イオン性置換基を少なくとも1つ有していればよいが、上記非イオン性置換基を有するポリシロキサン化合物において、上記非イオン性置換基が占める割合としては、ポリシロキサン化合物における全側鎖100モル%に対して、50〜100モル%であることが好ましい。より好ましくは、70〜100モル%であり、更に好ましくは80〜100モル%であり、最も好ましくは100モル%である。非イオン性置換基の割合が実質的に100モル%であれば、本発明の導電性炭素材料含有組成物がイオン性の不純物を実質的に含まないため、組成物から作製される薄膜のイオン性不純物によるリークや短絡をより充分に抑制することができる。 The polysiloxane compound having a nonionic substituent only needs to have at least one nonionic substituent in the side chain. In the polysiloxane compound having a nonionic substituent, the nonionic substituent The proportion of the substituent is preferably 50 to 100 mol% with respect to 100 mol% of all side chains in the polysiloxane compound. More preferably, it is 70-100 mol%, More preferably, it is 80-100 mol%, Most preferably, it is 100 mol%. If the proportion of the nonionic substituent is substantially 100 mol%, the conductive carbon material-containing composition of the present invention does not substantially contain ionic impurities, so that the ions of the thin film produced from the composition Leakage and short circuit due to ionic impurities can be more sufficiently suppressed.

上記非イオン性置換基を有するポリシロキサン化合物において、イミド結合を有する非イオン性置換基を有する場合、イミド結合を有する非イオン性置換基が占める割合としては、特に制限されないが、ポリシロキサン化合物における全側鎖100モルに対して、50〜100モルであることが好ましい。より好ましくは、70〜100モルであり、更に好ましくは、80〜100モルであり、最も好ましくは100モルである。これによれば、導電性炭素材料含有組成物の耐熱性をより向上させることができる。 When the polysiloxane compound having a nonionic substituent has a nonionic substituent having an imide bond, the proportion of the nonionic substituent having an imide bond is not particularly limited. It is preferable that it is 50-100 mol with respect to 100 mol of all the side chains. More preferably, it is 70-100 mol, More preferably, it is 80-100 mol, Most preferably, it is 100 mol. According to this, the heat resistance of the conductive carbon material-containing composition can be further improved.

上記非イオン性置換基を有するポリシロキサン化合物において、非イオン性置換基として、芳香環基、複素環基、脂環基からなる群より選択される少なくとも1種の基を有する置換基を有する場合、これらの基が占める割合としては、ポリシロキサン化合物における全側鎖100モルに対して、80〜100モルであることが好ましい。より好ましくは、90〜100モルであり、特に好ましくは、100モルである。 The polysiloxane compound having a nonionic substituent has a substituent having at least one group selected from the group consisting of an aromatic ring group, a heterocyclic group, and an alicyclic group as the nonionic substituent. The proportion of these groups is preferably 80 to 100 mol with respect to 100 mol of all side chains in the polysiloxane compound. More preferably, it is 90-100 mol, Most preferably, it is 100 mol.

上記非イオン性置換基としては、イミド結合を有し、かつ、芳香環基、複素環基、脂環基からなる群より選択される少なくとも1種の基を有する置換基が好ましい。このような基が占める割合としては、ポリシロキサン化合物における全側鎖100モルに対して、50〜100モルであることが好ましい。より好ましくは、80〜100モルであり、更に好ましくは、90〜100モルであり、特に好ましくは、100モルである。 As the nonionic substituent, a substituent having an imide bond and having at least one group selected from the group consisting of an aromatic ring group, a heterocyclic group, and an alicyclic group is preferable. As a ratio which such a group accounts, it is preferable that it is 50-100 mol with respect to 100 mol of all the side chains in a polysiloxane compound. More preferably, it is 80-100 mol, More preferably, it is 90-100 mol, Most preferably, it is 100 mol.

本発明のポリシロキサン化合物は、上記非イオン性置換基以外にイオン性の置換基を有していてもよい。
イオン性の置換基としては、カルボキシル基又カルボキシル基の塩、アミノ基、アミン塩、メルカプト基、スルホン酸基又はスルホン酸基の塩、フェノール性水酸基又はフェノール性水酸基の塩、ホスフォン酸基またはホスフォン酸基の塩等のイオン性の基を有する炭素数1〜20のアルキル基、アリール基、アラルキル基などの芳香族残基、不飽和脂肪族残基等が挙げられる。
ポリシロキサン化合物が有するイオン性の置換基の割合は、ポリシロキサン化合物における全側鎖100モルに対して、5〜50モルであることが好ましい。より好ましくは、5〜40モルであり、更に好ましくは、5〜30モルであり、特に好ましくは、5〜15モルである。
The polysiloxane compound of the present invention may have an ionic substituent in addition to the nonionic substituent.
Examples of ionic substituents include carboxyl groups or carboxyl group salts, amino groups, amine salts, mercapto groups, sulfonic acid groups or sulfonic acid group salts, phenolic hydroxyl groups or phenolic hydroxyl group salts, phosphonic acid groups or phosphones. Examples thereof include aromatic residues such as alkyl groups having 1 to 20 carbon atoms, such as salts of acid groups, aryl groups, aralkyl groups, unsaturated aliphatic residues, and the like.
It is preferable that the ratio of the ionic substituent which a polysiloxane compound has is 5-50 mol with respect to 100 mol of all the side chains in a polysiloxane compound. More preferably, it is 5-40 mol, More preferably, it is 5-30 mol, Most preferably, it is 5-15 mol.

上記の非イオン性置換基を有するポリシロキサン化合物は、下記平均組成式:
XaYbHcSiOd
(式中、Xは、同一若しくは異なって、非イオン性置換基を表す。Yは、同一若しくは異なって、イオン性の基を有する置換基を表す。aは、0でない3以下の数であり、bは、0又は3未満の数であり、cは、0又は3未満の数であり、dは、0でない2未満の数であり、a+b+c+2d=4である。すなわち、Xの係数aは、0<a≦3の数であり、Yの係数bは、0≦b<3の数であり、H(水素原子)の係数cは、0≦c<3未満の数である。Oの係数dは、0<d<2である。)で表すことができる。
The polysiloxane compound having the above nonionic substituent has the following average composition formula:
XaYbHcSiOd
(Wherein X is the same or different and represents a nonionic substituent. Y is the same or different and represents a substituent having an ionic group. A is a non-zero number of 3 or less. , B is a number less than 0 or 3, c is a number less than 0 or 3, d is a non-zero number less than 2, and a + b + c + 2d = 4, ie, the coefficient a of X is , 0 <a ≦ 3, the coefficient b of Y is a number 0 ≦ b <3, and the coefficient c of H (hydrogen atom) is a number less than 0 ≦ c <3. The coefficient d can be expressed as 0 <d <2.

上記非イオン性置換基を有するポリシロキサン化合物において、ケイ素原子に対する非イオン性置換基の割合を多くすることによって、導電性炭素材料含有組成物中の導電性炭素材料の分散性を向上させることができる。
上記平均組成式におけるXの係数aが、0.5≦a≦1.5を満たすことが好ましい。aが上記範囲にあれば、導電性炭素材料の分散性をより充分に発揮することができる。より好ましくは、0.6≦a≦1.5であり、更に好ましくは0.7≦a≦1.5であり、特に好ましくは、1.0≦a≦1.5であり、最も好ましくはa=1である。
また、上記平均組成式において、a+b+cが0.5以上であることが好ましく、より好ましくは、0.7以上であり、更に好ましくは、0.7以上1.0以下であり、特に好ましくは、1である。また、酸素の係数であるdは1.5であることが好適である。
In the polysiloxane compound having a nonionic substituent, the dispersibility of the conductive carbon material in the conductive carbon material-containing composition can be improved by increasing the ratio of the nonionic substituent to the silicon atom. it can.
It is preferable that the coefficient a of X in the average composition formula satisfies 0.5 ≦ a ≦ 1.5. If a is in the above range, the dispersibility of the conductive carbon material can be more fully exhibited. More preferably, 0.6 ≦ a ≦ 1.5, still more preferably 0.7 ≦ a ≦ 1.5, particularly preferably 1.0 ≦ a ≦ 1.5, most preferably a = 1.
In the above average composition formula, a + b + c is preferably 0.5 or more, more preferably 0.7 or more, still more preferably 0.7 or more and 1.0 or less, and particularly preferably 1. Further, d which is a coefficient of oxygen is preferably 1.5.

上記非イオン性置換基を有するポリシロキサン化合物は、側鎖に非イオン性置換基を有するものである。「側鎖に非イオン性置換基を有する」とは、ポリシロキサン化合物の主鎖骨格(シロキサン骨格)を形成するケイ素原子に上記非イオン性置換基が結合した構造を意味する。 The polysiloxane compound having a nonionic substituent has a nonionic substituent in the side chain. “Having a nonionic substituent in the side chain” means a structure in which the nonionic substituent is bonded to a silicon atom forming the main chain skeleton (siloxane skeleton) of the polysiloxane compound.

上記非イオン性置換基を有するポリシロキサン化合物は、例えば、 The polysiloxane compound having a nonionic substituent is, for example,

Figure 2015199812
Figure 2015199812

(式中、X及びYは、同一若しくは異なって、上述と同様である。n及びnは、重合度を示し、nは、0でない正の整数であり、nは、0又は正の整数である。m及びmは、酸素原子の数を表し、同一又は異なって、正の整数である。)で示される。なお、Y/H−は、Y又はHが結合していることを表し、X−は、Xが1又は2個結合していることを表し、(H/Y)−は、H又はYが1個結合するか、H又はYが2個結合するか、H及びYが1個ずつ、合計2個結合することを表す。Si−(X/Y/H)は、X、Y及びHから選ばれる任意の3種がケイ素原子に結合していることを示す。上記式において、Si−OmとSi−Omは、Si−OmとSi−Omの結合順序を規定するものではなく、例えば、Si−OmとSi−Omが交互又はランダムに共縮合している形態、Si−OmからなるポリシロキサンとSi−Omのポリシロキサンが結合している形態等が好適であり、縮合構造は任意である。 (Wherein X and Y are the same or different and are the same as described above. N 1 and n 2 indicate the degree of polymerization, n 1 is a non-zero positive integer, and n 2 is 0 or M 1 and m 2 represent the number of oxygen atoms, and are the same or different and are positive integers. Y / H- represents that Y or H is bonded, X 1 to 2 − represents that 1 or 2 X are bonded, and (H / Y) 1 to 2 −. Represents that one H or Y is bonded, two H or Y are bonded, or one H and one Y are bonded in total. Si- (X / Y / H) 3 indicates that any three selected from X, Y and H are bonded to a silicon atom. In the above formula, Si-Om 1 and Si-Om 2 is not intended to define the binding order of Si-Om 1 and Si-Om 2, for example, Si-Om 1 and Si-Om 2 is alternately or randomly A co-condensed form, a form in which a polysiloxane composed of Si—Om 1 and a polysiloxane of Si—Om 2 are bonded are suitable, and the condensed structure is arbitrary.

上記非イオン性置換基を有するポリシロキサン化合物としては、上記平均組成式:XaYbHcSiOdで表すことができるが、該ポリシロキサン化合物のシロキサン骨格(シロキサン結合を必須とする主鎖骨格)は、(SiOm)nと表すこともできる。(SiOm)n以外の構造は、非イオン性置換基X、イオン性の基を有する置換基Y、水素原子であり、これらは主鎖骨格のケイ素原子に結合することとなる。上記(SiOm)nにおいて、nは、重合度を表すが、該重合度は、主鎖骨格の重合度を表し、非イオン性置換基は、必ずしもn個存在していなくてもよい。言い換えれば、(SiOm)nの1つの単位に必ず1つの非イオン性置換基が存在していなくてもよい。また、非イオン性置換基は、1分子中に1つ以上含まれていればよいが、複数含まれる場合、上述したように、1つのケイ素原子に2以上の非イオン性置換基が結合していてもよい。 The polysiloxane compound having a nonionic substituent can be represented by the above average composition formula: XaYbHcSiOd, and the siloxane skeleton of the polysiloxane compound (main chain skeleton in which siloxane bond is essential) is (SiOm) It can also be expressed as n. The structures other than (SiOm) n are a nonionic substituent X, a substituent Y having an ionic group, and a hydrogen atom, which are bonded to a silicon atom of the main chain skeleton. In the above (SiOm) n, n represents the degree of polymerization, and the degree of polymerization represents the degree of polymerization of the main chain skeleton, and n nonionic substituents may not necessarily exist. In other words, one nonionic substituent does not necessarily exist in one unit of (SiOm) n. In addition, one or more nonionic substituents may be included in one molecule. However, when a plurality of nonionic substituents are included, as described above, two or more nonionic substituents are bonded to one silicon atom. It may be.

上記主鎖骨格(SiOm)nにおいて、mは、1.0以上2.0未満の数であることが好ましい。より好ましくは、m=1.5〜1.8である。特に好ましくは、m=1.5である。また、上記主鎖骨格(SiOm)n及び(SiOm)nにおいて、(n+1)/(n+n+1)の範囲が、上記平均組成式:XaYbHcSiOdにおけるaの好ましい範囲に同様であることが好ましい。更に、上記式中の(X/Y/H)に結合しているSi原子、及び、(SiOm)中のSi原子に結合するXの個数は1個であることが好ましい。
上記nは、重合度を表し、5〜200であることが好ましい。より好ましくは5〜100であり、特に好ましくはn=6〜100である。重合度が上記好ましい範囲であれば、導電性炭素材料含有組成物から作製される薄膜の成膜性を向上させることができる。
In the main chain skeleton (SiOm) n, m is preferably a number of 1.0 or more and less than 2.0. More preferably, m = 1.5 to 1.8. Particularly preferably, m = 1.5. In the main chain skeletons (SiOm 1 ) n 1 and (SiOm 2 ) n 2 , the range of (n 1 +1) / (n 1 + n 2 +1) is a preferable range of a in the average composition formula: XaYbHcSiOd. The same is preferable. Further, the number of Si atoms bonded to (X / Y / H) 3 in the above formula and the number of X bonded to Si atoms in (SiOm 1 ) is preferably one.
N represents the degree of polymerization and is preferably 5 to 200. More preferably, it is 5-100, Most preferably, it is n = 6-100. When the degree of polymerization is within the above preferred range, the film formability of a thin film produced from the conductive carbon material-containing composition can be improved.

上記非イオン性置換基を有するポリシロキサン化合物は、下記計算式(α)で求められるシラノール基量が、0.1以下であることが好ましい。
[Si−OH結合モル数]/[Si−O結合モル数] (α)
これによれば、上記非イオン性置換基を有するポリシロキサン化合物を含む組成物が著しく低粘度化し、また、該組成物が耐吸湿性に極めて優れたものとすることができる。上記計算式(α)で求められるシラノール基量として、より好ましくは、0.05以下であり、更に好ましくは、0.01以下である。特に好ましくは、上記ポリシロキサン化合物が、残存シラノール基を有さないものである。ここで、[Si−OH結合モル数]とは、SiとOHとの結合数をモル数で表すものである。例えば、1モルのSi原子のそれぞれに2つのOH基が結合している場合には、[Si−OH結合モル数]は2モルとなる。Si−O結合モル数についても同様に数えるものとする。
It is preferable that the amount of silanol groups calculated | required by the following formula ((alpha)) is 0.1 or less as for the polysiloxane compound which has the said nonionic substituent.
[Si—OH bond moles] / [Si—O bond moles] (α)
According to this, the composition containing the polysiloxane compound having a nonionic substituent can be remarkably reduced in viscosity, and the composition can be extremely excellent in moisture absorption resistance. More preferably, it is 0.05 or less as a silanol group amount calculated | required by the said Formula ((alpha)), More preferably, it is 0.01 or less. Particularly preferably, the polysiloxane compound does not have a residual silanol group. Here, [Si—OH bond mole number] represents the bond number between Si and OH in moles. For example, when two OH groups are bonded to each 1 mol of Si atoms, the [number of moles of Si—OH bond] is 2 mol. The number of moles of Si—O bonds is counted similarly.

上記非イオン性置換基を有するポリシロキサン化合物の分子構造としては、特に制限されないが、鎖状(直鎖状、分岐状)、網状、環状、かご状、キュービック状、ラダー状等が挙げられる。好ましくは、鎖状(直鎖状、分岐状)、網状、環状、かご状、キュービック状である。すなわち上記ポリシロキサン化合物が、鎖状、網状、環状、かご状、キュービック状からなる群より選択される少なくとも1つのポリシロキサン骨格構造を有することは、本発明の好ましい形態の1つである。
ここで、上記網状、かご状、ラダー状の分子構造は、例えば、下記構造式:
The molecular structure of the polysiloxane compound having a nonionic substituent is not particularly limited, and examples thereof include chain (linear, branched), network, ring, cage, cubic, ladder, and the like. Preferred are a chain (linear or branched), a net, a ring, a cage, or a cubic. That is, it is one of the preferable embodiments of the present invention that the polysiloxane compound has at least one polysiloxane skeleton structure selected from the group consisting of chain, network, ring, cage, and cubic.
Here, the molecular structure of the network, basket, or ladder is, for example, the following structural formula:

Figure 2015199812
Figure 2015199812

(式中、Rは、上記平均組成式における「XaYbHc」で表される有機骨格を表す。)で表すことができる。
上記構造式(a)はランダム(網状)構造(Random structure)であり、構造式(b)は不完全かご型構造(Incomplete condensed cage)、構造式(c)〜(e)はかご型構造(Completely condensed structures)、構造式(f)はラダー状構造(Ladder structure)を示す。
上記構造式(b)〜(e)で例示されるように、上記かご状の分子構造を持つポリシロキサン化合物は、有機骨格層がシェル部分、無機骨格層がコア部分となる形態が好適である。
(Wherein R represents an organic skeleton represented by “XaYbHc” in the above average composition formula).
The structural formula (a) is a random (network structure), the structural formula (b) is an incomplete cage structure, and the structural formulas (c) to (e) are cage structures ( (Complementary condensed structures) and the structural formula (f) indicate a ladder structure.
As exemplified by the structural formulas (b) to (e), the polysiloxane compound having the cage molecular structure preferably has a form in which the organic skeleton layer is a shell portion and the inorganic skeleton layer is a core portion. .

上記非イオン性置換基を有するポリシロキサン化合物において、シロキサン骨格の占める割合としては、ポリシロキサン化合物100質量%中、10〜80質量%であることが好ましい。より好ましくは、15〜70質量%であり、更に好ましくは、20〜50質量%である。 In the polysiloxane compound having a nonionic substituent, the proportion of the siloxane skeleton is preferably 10 to 80% by mass in 100% by mass of the polysiloxane compound. More preferably, it is 15-70 mass%, More preferably, it is 20-50 mass%.

上記非イオン性置換基を有するポリシロキサン化合物の数平均分子量、重量平均分子量は、特に限定されないが、数平均分子量は500以上であることが好ましく、より好ましくは700以上、更に好ましくは1,000以上である。非イオン性置換基を有するポリシロキサン化合物の数平均分子量が上記好ましい範囲であれば、導電性炭素材料含有組成物からフィルム状の薄膜を作成したときの、塗膜乾燥時のクラックや表面が荒れることを防ぎ、成膜性を向上させることができる。これは、分子同士の絡まりあいによって薄膜の膜強度を向上させることによるものと考えられる。上記数平均分子量は、100,000以下であることが好ましい。
また、重量平均分子量は、1,000以上であることが好ましく、更に好ましくは1,200以上である。上記重量平均分子量は、200,000以下であることが好ましい。
非イオン性置換基を有するポリシロキサン化合物の分子量(数平均分子量及び重量平均分子量)は、後述する測定条件下、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)測定により求めることができる。
The number average molecular weight and weight average molecular weight of the polysiloxane compound having a nonionic substituent are not particularly limited, but the number average molecular weight is preferably 500 or more, more preferably 700 or more, and still more preferably 1,000. That's it. If the number average molecular weight of the polysiloxane compound having a nonionic substituent is within the above-mentioned preferable range, when a film-like thin film is formed from the conductive carbon material-containing composition, the cracks and the surface when the coating film is dried are roughened. This can be prevented and the film-forming property can be improved. This is considered to be due to the improvement of the film strength of the thin film due to the entanglement between molecules. The number average molecular weight is preferably 100,000 or less.
Moreover, it is preferable that a weight average molecular weight is 1,000 or more, More preferably, it is 1,200 or more. The weight average molecular weight is preferably 200,000 or less.
The molecular weight (number average molecular weight and weight average molecular weight) of the polysiloxane compound having a nonionic substituent can be determined by GPC (gel permeation chromatography) measurement under the measurement conditions described later.

上記非イオン性置換基を有するポリシロキサン化合物の製造方法としては、特に制限されないが、(i)シロキサン骨格を形成する工程、(ii)非イオン性置換基を形成する工程を含む製造方法が好ましい。上記(i)及び(ii)の工程は、いずれを先に行ってもよい。 The method for producing the polysiloxane compound having a nonionic substituent is not particularly limited, but a production method including (i) a step of forming a siloxane skeleton and (ii) a step of forming a nonionic substituent is preferable. . Any of the steps (i) and (ii) may be performed first.

(i)シロキサン骨格を形成する工程は、特に制限されないが、アルコキシシリル基を有するシラン化合物の加水分解・重縮合反応によりシロキサン骨格を形成する工程であることが好ましい。上記加水分解・重縮合反応の詳細については、特許第5193217号公報に記載の方法を参照することができる。
(ii)非イオン性置換基を形成する工程において、非イオン性置換基を形成する方法は、特に制限されず、非イオン性置換基の種類によって好ましい方法は異なるが、通常用いられる方法により行うことができる。
上記非イオン性置換基が、イミド結合を有する置換基である場合、イミド結合を有する置換基を有するポリシロキサン化合物の製造方法としては、(1)アミノ基を有するシラン化合物に酸無水物を付加することによるイミド化工程、(2)ハロゲン原子を有するシラン化合物のハロアルキル基のイミド化工程、(3)イソシアネート基を有するシラン化合物のイミド化工程のいずれかの工程を含む製造方法が好ましく、これらの製造方法の詳細については、特許第5193217号公報に記載の方法を参照することができる。
(I) The step of forming a siloxane skeleton is not particularly limited, but is preferably a step of forming a siloxane skeleton by hydrolysis / polycondensation reaction of a silane compound having an alkoxysilyl group. For details of the hydrolysis / polycondensation reaction, the method described in Japanese Patent No. 5193217 can be referred to.
(Ii) In the step of forming the nonionic substituent, the method for forming the nonionic substituent is not particularly limited, and a preferable method varies depending on the type of the nonionic substituent, but is performed by a commonly used method. be able to.
When the nonionic substituent is a substituent having an imide bond, a method for producing a polysiloxane compound having a substituent having an imide bond includes (1) adding an acid anhydride to a silane compound having an amino group And (2) imidation step of haloalkyl group of silane compound having halogen atom, (3) production method including any step of imidation of silane compound having isocyanate group is preferable. For the details of the manufacturing method, reference can be made to the method described in Japanese Patent No. 5193217.

本発明の導電性炭素材料含有組成物に含まれる導電性炭素材料は、導電性を有する炭素材料であれば特に制限されないが、例えば、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノバッド、グラフェン等が挙げられ、好ましくはカーボンナノチューブである。 The conductive carbon material contained in the conductive carbon material-containing composition of the present invention is not particularly limited as long as it is a carbon material having conductivity. Examples thereof include carbon nanotubes, carbon nanohorns, carbon nanobuds, and graphene. Carbon nanotubes are preferable.

上記カーボンナノチューブは、グラフェンシート(炭素によって作られる六員環ネットワーク)を円筒状に丸めた構造とる。上記カーボンナノチューブとしては、特に制限されないが、一層のグラフェンシートからなるシングルウォールカーボンナノチューブ (以下、SWCNTともいう。)であっても、多層グラフェンシートからなるマルチウォールカーボンナノチューブ(以下、MWCNTともいう。)であってもよいが、MWCNTが好ましい。 The carbon nanotube has a structure in which a graphene sheet (six-membered ring network made of carbon) is rolled into a cylindrical shape. The carbon nanotube is not particularly limited, and even a single wall carbon nanotube (hereinafter also referred to as SWCNT) made of a single graphene sheet is referred to as a multiwall carbon nanotube (hereinafter also referred to as MWCNT) made of a multilayer graphene sheet. MWCNT is preferred.

上記カーボンナノチューブの直径は、特に限定されないが、1〜20nmであることが好ましく、更に好ましくは2〜15nmである。 Although the diameter of the said carbon nanotube is not specifically limited, It is preferable that it is 1-20 nm, More preferably, it is 2-15 nm.

上記カーボンナノチューブの長さは、特に限定されないが、0.1〜800μmであることが好ましく、更に好ましくは0.5〜500μmである。 Although the length of the said carbon nanotube is not specifically limited, It is preferable that it is 0.1-800 micrometers, More preferably, it is 0.5-500 micrometers.

上記導電性炭素材料含有組成物における非イオン性置換基を有するポリシロキサン化合物の含有量は、導電性炭素材料100質量%に対し、10〜10,000質量%であることが好ましく、10〜5,000質量%であることがより好ましく、10〜1,000質量%であることが更に好ましく、特に好ましくは20〜500質量%である。非イオン性置換基を有するポリシロキサン化合物の含有量が上記好ましい範囲であれば、導電性炭素材料の分散剤として優れた効果を発揮させることができる。 It is preferable that content of the polysiloxane compound which has a nonionic substituent in the said conductive carbon material containing composition is 10-10,000 mass% with respect to 100 mass% of conductive carbon materials, 10-5 It is more preferably 1,000,000% by mass, still more preferably 10-1,000% by mass, and particularly preferably 20-500% by mass. If content of the polysiloxane compound which has a nonionic substituent is the said preferable range, the effect outstanding as a dispersing agent of an electroconductive carbon material can be exhibited.

上記導電性炭素材料含有組成物は、非イオン性置換基を有するポリシロキサン化合物及び導電性炭素材料の他に、その他の成分を含んでいてもよく、その他の成分としては、特に限定されないが、例えば、溶媒等が挙げられる。
上記溶媒として好ましくは、N−メチルピロリドン、ジメチルスルホキシド、N,N’−ジメチルホルマミド、等の非極性溶媒であり、より好ましくはN−メチルピロリドン、である。
The conductive carbon material-containing composition may contain other components in addition to the polysiloxane compound having a nonionic substituent and the conductive carbon material, and the other components are not particularly limited, For example, a solvent etc. are mentioned.
The solvent is preferably a nonpolar solvent such as N-methylpyrrolidone, dimethyl sulfoxide, N, N′-dimethylformamide, and more preferably N-methylpyrrolidone.

上記その他の成分の含有量は、導電性炭素材料含有組成物における非イオン性置換基を有するポリシロキサン化合物及び導電性炭素材料の質量の合計100質量%に対し、10〜1000質量%であることが好ましく、より好ましくは20〜500質量%である。その他の成分の含有量が上記好ましい範囲であれば、導電性炭素材料の分散剤として優れた効果を発揮させることができる。 Content of the said other component shall be 10-1000 mass% with respect to a total of 100 mass% of the mass of the polysiloxane compound which has a nonionic substituent in an electroconductive carbon material containing composition, and an electroconductive carbon material. Is more preferable, and 20 to 500% by mass is more preferable. If content of another component is the said preferable range, the effect outstanding as a dispersing agent of an electroconductive carbon material can be exhibited.

本発明の導電性炭素材料含有組成物は、上述の構成よりなり、溶媒への分散性及び薄膜の成膜性に優れるため、分散剤用途等に好適に用いることができる。 The conductive carbon material-containing composition of the present invention has the above-described configuration and is excellent in dispersibility in a solvent and film formability of a thin film, and therefore can be suitably used for dispersant applications and the like.

以下に実施例を掲げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。なお、特に断りのない限り、「部」は「重量部」を、「%」は「質量%」を意味するものとする。 The present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, the present invention is not limited to these examples. Unless otherwise specified, “part” means “part by weight” and “%” means “mass%”.

<GPC測定条件>
計測機器:東ソー社製「HLC−8220GPC」
カラム:東ソー社製「TSK−GEL SUPER HZM−N 6.0*150」×4本
溶離液:1mol%臭化リチウム N,N’−ジメチルホルマミド溶液
流速:0.6mL/分
温度:40℃
検量線:ポリスチレン標準サンプル(東ソー社製)を用いて作成。
<GPC measurement conditions>
Measuring instrument: “HLC-8220GPC” manufactured by Tosoh Corporation
Column: “TSK-GEL SUPER HZM-N 6.0 * 150” x 4 manufactured by Tosoh Corporation Eluent: 1 mol% lithium bromide N, N′-dimethylformamide solution Flow rate: 0.6 mL / min Temperature: 40 ° C.
Calibration curve: Prepared using polystyrene standard sample (manufactured by Tosoh Corporation).

<TG−DTA測定条件>
測定機器:TG−DTA2000SA(Bruker AXS 社製)
測定条件:室温〜500℃、昇温速度10℃/分、窒素ガス流通(流量:100mL/分)
<TG-DTA measurement conditions>
Measuring instrument: TG-DTA2000SA (manufactured by Bruker AXS)
Measurement conditions: room temperature to 500 ° C., temperature rising rate 10 ° C./min, nitrogen gas flow (flow rate: 100 mL / min)

<合成例1>
ポリ(3−フタルイミドプロピル)シルセスキオキサン(化合物A)の合成
攪拌装置、温度センサー、冷却管を備え付けた500mL4つ口フラスコに、予めモレキュラーシーブで乾燥したジグライム86.6gと、3−アミノプロピルトリメトキシシラン179.4gを投入し、攪拌しながら乾燥窒素流通下で100℃に昇温して系内の水分を除去した。次に80℃に反応液温度を維持しながら無水フタル酸148.2gを30分かけて4分割投入した。投入終了後3時間で無水フタル酸が完全に消費されているのを高速液体クロマトグラフィで確認した。
続いて脱イオン水54.2gを一括投入し冷却管で副生メタノールの還流が掛かるように昇温し、6時間保持したのち、冷却管をパーシャルコンデンサーに付け替えて再び昇温を開始し、副生メタノールおよび縮合水を回収しながら3時間かけて反応液温度を120℃に到達させた。120℃到達時にピリジン7.9gを投入してそのまま昇温を開始し、縮合水を回収しながら3時間かけて160℃に到達、同温度で2時間保持して室温まで冷却した。
反応生成物は不揮発分80.6%で濃褐色高粘度液体であり、GPCで分子量測定したところ数平均分子量2310、重量平均分子量2830であった。H−NMR、13C−NMRを測定し、下記化学式(3)で表される化合物Aを含有することを確認した。
<Synthesis Example 1>
Synthesis of poly (3-phthalimidopropyl) silsesquioxane (Compound A) Into a 500 mL four-necked flask equipped with a stirrer, a temperature sensor, and a condenser tube, 86.6 g of diglyme previously dried with molecular sieve and 3-aminopropyl 179.4 g of trimethoxysilane was added, and the temperature was raised to 100 ° C. under a flow of dry nitrogen while stirring to remove moisture in the system. Next, 148.2 g of phthalic anhydride was added in four portions over 30 minutes while maintaining the reaction solution temperature at 80 ° C. It was confirmed by high performance liquid chromatography that phthalic anhydride was completely consumed in 3 hours after the completion of the addition.
Subsequently, 54.2 g of deionized water was added all at once, and the temperature was raised so that by-product methanol was refluxed in the cooling pipe. After holding for 6 hours, the cooling pipe was replaced with a partial condenser, and the temperature was raised again. The reaction liquid temperature was allowed to reach 120 ° C. over 3 hours while collecting raw methanol and condensed water. When the temperature reached 120 ° C., 7.9 g of pyridine was added and the temperature was raised as it was. The temperature reached 160 ° C. over 3 hours while collecting condensed water, and the temperature was maintained at the same temperature for 2 hours and cooled to room temperature.
The reaction product was a dark brown high-viscosity liquid with a non-volatile content of 80.6%. The molecular weight measured by GPC was a number average molecular weight of 2310 and a weight average molecular weight of 2830. 1 H-NMR and 13 C-NMR were measured, and it was confirmed that the compound A represented by the following chemical formula (3) was contained.

Figure 2015199812
Figure 2015199812

<合成例2>
ポリ{γ−(1,8−ナフタルイミド)プロピルシルセスキオキサン}(化合物B)の合成
攪拌装置、温度センサー、冷却管を備え付けた300mL4つ口フラスコに、予めモレキュラーシーブで乾燥したN,N’−ジメチルアセトアミド89.3gと、3−アミノプロピルトリメトキシシラン29.7gを投入し、攪拌しながら乾燥窒素流通下で100℃に昇温して系内の水分を除去した。次に100℃のまま反応液温度を維持しながら1,8−ナフタレンジカルボン酸無水物32.8gを30分かけて4分割投入した。投入終了後9時間で1,8−ナフチル酸無水物が完全に消費されているのを高速液体クロマトグラフィで確認した。続いて脱イオン水9.0gをN,N’−ジメチルアセトアミド6.2gで希釈したものを一括投入し冷却管で副生メタノールの還流が掛かるように昇温し、95℃で10時間保持したのち、冷却管をパーシャルコンデンサーに付け替えて再び昇温を開始し、副生メタノールおよび縮合水を回収しながら3時間かけて反応液温度を120℃に到達させた。120℃到達時にピリジン2.6gを投入してそのまま昇温を開始し、縮合水を回収しながら3時間かけて160℃に到達、同温度で3時間保持して室温まで冷却した。
反応生成物は不揮発分37.1%で濃褐色高粘度液体であり、GPCで分子量測定したところ数平均分子量1450、重量平均分子量1500であった。H−NMR、13C−NMRを測定し、下記化学式(4)で表される化合物Bを含有することを確認した。
<Synthesis Example 2>
Synthesis of poly {γ- (1,8-naphthalimide) propylsilsesquioxane} (Compound B) In a 300 mL four-necked flask equipped with a stirrer, temperature sensor, and condenser, N, N previously dried with molecular sieve 89.3 g of '-dimethylacetamide and 29.7 g of 3-aminopropyltrimethoxysilane were added, and the temperature was raised to 100 ° C. under a flow of dry nitrogen with stirring to remove moisture in the system. Next, 32.8 g of 1,8-naphthalenedicarboxylic acid anhydride was added in 4 portions over 30 minutes while maintaining the temperature of the reaction solution at 100 ° C. It was confirmed by high performance liquid chromatography that 1,8-naphthylic anhydride was completely consumed in 9 hours after the completion of the addition. Subsequently, 9.0 g of deionized water diluted with 6.2 g of N, N′-dimethylacetamide was added all at once, and the temperature was raised so that by-product methanol was refluxed in the cooling tube, and the temperature was maintained at 95 ° C. for 10 hours. After that, the cooling pipe was replaced with a partial condenser, and the temperature was raised again, and the temperature of the reaction solution reached 120 ° C. over 3 hours while collecting by-product methanol and condensed water. When the temperature reached 120 ° C., 2.6 g of pyridine was added and the temperature was raised as it was. The temperature reached 160 ° C. over 3 hours while collecting condensed water, and the temperature was maintained at the same temperature for 3 hours and cooled to room temperature.
The reaction product was a dark brown high-viscosity liquid with a non-volatile content of 37.1%, and its molecular weight measured by GPC was a number average molecular weight of 1450 and a weight average molecular weight of 1500. 1 H-NMR and 13 C-NMR were measured and confirmed to contain Compound B represented by the following chemical formula (4).

Figure 2015199812
Figure 2015199812

<合成例3>
ポリ{γ−(5−ノルボルネン−2,3−イミド)プロピルシルセスキオキサン}(化合物C)の合成
攪拌装置、温度センサー、冷却管を備え付けた300mL4つ口フラスコに、予めモレキュラーシーブで乾燥したジグライム35.1gと、3−アミノプロピルトリメトキシシラン30.8gを投入し、攪拌しながら乾燥窒素流通下で100℃に昇温して系内の水分を除去した。次に100℃のまま反応液温度を維持しながら5−ノルボルネン−2,3−ジカルボン酸無水物28.2gを30分かけて4分割投入した。投入終了後9時間で5−ノルボルネン−2,3−ジカルボン酸無水物が完全に消費されているのを高速液体クロマトグラフィで確認した。
続いて脱イオン水9.3gを一括投入し冷却管で副生メタノールの還流が掛かるように昇温し、95℃で10時間保持したのち、冷却管をパーシャルコンデンサーに付け替えて再び昇温を開始し、副生メタノールおよび縮合水を回収しながら3時間かけて反応液温度を120℃に到達させた。120℃到達時にピリジン1.4gを投入してそのまま昇温を開始し、縮合水を回収しながら3時間かけて160℃に到達、同温度で2時間保持して室温まで冷却した。
反応生成物は不揮発分58.2%で濃褐色高粘度液体であり、GPCで分子量測定したところ数平均分子量2340、重量平均分子量2570であった。H−NMR、13C−NMRを測定し、下記化学式(5)で表される化合物Cを含有することを確認した。
<Synthesis Example 3>
Synthesis of poly {γ- (5-norbornene-2,3-imido) propylsilsesquioxane} (Compound C) A 300 mL four-necked flask equipped with a stirrer, a temperature sensor and a condenser tube was previously dried with molecular sieve. 35.1 g of diglyme and 30.8 g of 3-aminopropyltrimethoxysilane were added, and the temperature was raised to 100 ° C. under a flow of dry nitrogen while stirring to remove moisture in the system. Next, 28.2 g of 5-norbornene-2,3-dicarboxylic acid anhydride was added in four portions over 30 minutes while maintaining the reaction solution temperature at 100 ° C. It was confirmed by high performance liquid chromatography that 5-norbornene-2,3-dicarboxylic anhydride was completely consumed in 9 hours after the completion of the addition.
Subsequently, 9.3 g of deionized water was added all at once, and the temperature was raised so that by-product methanol was refluxed in the cooling pipe. After holding at 95 ° C. for 10 hours, the cooling pipe was replaced with a partial condenser and the temperature was raised again. The reaction liquid temperature was allowed to reach 120 ° C. over 3 hours while collecting by-product methanol and condensed water. When the temperature reached 120 ° C., 1.4 g of pyridine was added, and the temperature was raised as it was. The temperature reached 160 ° C. over 3 hours while collecting condensed water, and the temperature was kept at the same temperature for 2 hours and cooled to room temperature.
The reaction product was a dark brown high-viscosity liquid with a non-volatile content of 58.2%. When the molecular weight was measured by GPC, the number-average molecular weight was 2340 and the weight-average molecular weight was 2570. 1 H-NMR and 13 C-NMR were measured, and it was confirmed that the compound C represented by the following chemical formula (5) was contained.

Figure 2015199812
Figure 2015199812

<合成例4>
籠状{γ−(5−ノルボルネン−2,3−イミド)プロピルシルセスキオキサン}(化合物D)の合成
攪拌装置、温度センサー、冷却管を備え付けた500mL4つ口フラスコに、予めモレキュラーシーブで乾燥したジグライム87.9gと、3−アミノプロピルトリメトキシシラン142.5gを投入し、攪拌しながら乾燥窒素流通下で100℃に昇温して系内の水分を除去した。次に100℃のまま反応液温度を維持しながら5−ノルボルネン−2,3−ジカルボン酸無水物131.8gを30分かけて4分割投入した。投入終了後9時間で5−ノルボルネン−2,3−ジカルボン酸無水物が完全に消費されているのを高速液体クロマトグラフィで確認した。
続いて脱イオン水42.9gを一括投入し冷却管で副生メタノールの還流が掛かるように昇温し、95℃で10時間保持したのち、冷却管をパーシャルコンデンサーに付け替えて再び昇温を開始し、副生メタノール及び縮合水を回収しながら3時間かけて反応液温度を120℃に到達させた。120℃到達時に炭酸セシウム0.65gを投入してそのまま昇温を開始し、縮合水を回収しながら3時間かけて160℃に到達、同温度で2時間保持して室温まで冷却、メタノール中に投入することで析出物を回収し乾燥させて化合物Dを得た。化合物DはFT−IR、NMRによる分析結果から下記化学式(6)で表される籠状{γ−(5−ノルボルネン−2,3−イミド)プロピルシルセスキオキサン}であることを確認した。GPCにより分子量測定を行ったところ、数平均分子量Mnは2,340、重量平均分子量Mwは2,570、分子量分布Mw/Mnは1.10であった。
<Synthesis Example 4>
Synthesis of cage-like {γ- (5-norbornene-2,3-imido) propylsilsesquioxane} (compound D) In a 500 mL four-necked flask equipped with a stirrer, a temperature sensor, and a cooling tube, dried in advance with a molecular sieve. 87.9 g of the diglyme and 142.5 g of 3-aminopropyltrimethoxysilane were added, and the temperature was raised to 100 ° C. under a flow of dry nitrogen while stirring to remove moisture in the system. Next, 131.8 g of 5-norbornene-2,3-dicarboxylic anhydride was added in four portions over 30 minutes while maintaining the reaction solution temperature at 100 ° C. It was confirmed by high performance liquid chromatography that 5-norbornene-2,3-dicarboxylic anhydride was completely consumed in 9 hours after the completion of the addition.
Subsequently, 42.9 g of deionized water was added all at once, and the temperature was raised so that by-product methanol was refluxed in the cooling pipe. After holding at 95 ° C. for 10 hours, the temperature was raised again by replacing the cooling pipe with a partial condenser. The reaction liquid temperature was allowed to reach 120 ° C. over 3 hours while collecting by-product methanol and condensed water. When reaching 120 ° C., 0.65 g of cesium carbonate was added and the temperature was raised as it was, reaching 160 ° C. over 3 hours while collecting condensed water, holding at that temperature for 2 hours, and cooling to room temperature. The precipitate was collected by charging and dried to obtain Compound D. Compound D was confirmed to be a cage {γ- (5-norbornene-2,3-imido) propylsilsesquioxane} represented by the following chemical formula (6) from the results of analysis by FT-IR and NMR. When the molecular weight was measured by GPC, the number average molecular weight Mn was 2,340, the weight average molecular weight Mw was 2,570, and the molecular weight distribution Mw / Mn was 1.10.

Figure 2015199812
Figure 2015199812

<比較合成例1>
ラダー状ポリ(3−アミノプロピル)シルセスキオキサン三ヨウ化物塩(化合物F)の合成
300mLのビーカー中に3−アミノプロピルトリメトキシシラン8.695gと0.5mol/L塩酸150mLを加えて、マグネティック・スターラーで2時間室温で撹拌した。その後、容量50mLのディスポトレー5枚の上で60℃で加熱し、続いて100℃のオーブンで10時間加熱して完全に残存塩化水素と水とメタノールを蒸発させた。得られた板状固形分を300mLのビーカー中で精製水50mLに溶解し、100mLのアセトンを撹拌しながら投入してデカンテーションにより沈殿物を回収、さらに回収物にメタノール100mLを加えて洗浄する工程を5回実施し、最後にアセトン100mLで回収物を洗浄したものを減圧乾燥した。乾燥物の収量は 3.667gであり、FT−IR、NMR、XRDによる分析結果から非特許文献2の同定結果と一致しており、ラダー状ポリ(3−アミノプロピル)シルセスキオキサン塩酸塩であることを確認した。GPC測定では数平均分子量Mnは 3,200、重量平均分子量Mwは5,760、分子量分布Mw/Mnは1.80であった。
次に、陰イオン交換樹脂(製品名「アンバーライトIRA−900」、オルガノ社製)を直径2cm、長さ40cmのカラムに充填し、1.0mol/Lのヨウ化カリウム水溶液50mLを通し、その後150mLの精製水で洗浄することで陰イオン交換樹脂の陰イオン種をヨウ化物イオンに置換した。ラダー状ポリ(3−アミノプロピル)シルセスキオキサン塩酸塩0.733gを精製水30mLに溶解し、このカラム中に投入、三角フラスコで回収した。回収液を再びカラム処理することを5回繰り返し、凍結乾燥することで化合物E0.9010gを得た。化合物Eのイオンクロマトグラフィによる元素分析結果から塩化物イオンは全く確認されず、代わりに同じモル量のヨウ化物イオンが検出されており、化合物Eはラダー状ポリ(3−アミノプロピル)シルセスキオキサンヨウ化物塩であると確認した。GPCで分子量測定したところ数平均分子量Mnは 3,040、重量平均分子量Mwは5,290、分子量分布Mw/Mnは1.74であった。続いてヨウ素0.0426mgをジグライム5mLに溶解させて、そこに化合物E0.020mgを加えて室温で2時間撹拌することでラダー状ポリ(3−アミノプロピル)シルセスキオキサン三ヨウ化物塩(化合物F)のジグライム溶液を得た。
<Comparative Synthesis Example 1>
Synthesis of ladder-like poly (3-aminopropyl) silsesquioxane triiodide salt (Compound F) In a 300 mL beaker, 8.695 g of 3-aminopropyltrimethoxysilane and 150 mL of 0.5 mol / L hydrochloric acid were added. The mixture was stirred with a magnetic stirrer for 2 hours at room temperature. After that, it was heated at 60 ° C. on five disposable trays with a capacity of 50 mL, and then heated in an oven at 100 ° C. for 10 hours to completely evaporate residual hydrogen chloride, water and methanol. Step of dissolving the obtained plate-like solid content in 50 mL of purified water in a 300 mL beaker, adding 100 mL of acetone while stirring, collecting the precipitate by decantation, and further adding 100 mL of methanol to the recovered product and washing The last was washed with 100 mL of acetone and dried under reduced pressure. The yield of the dried product is 3.667 g, which is consistent with the identification result of Non-Patent Document 2 from the analysis results by FT-IR, NMR and XRD, and ladder-like poly (3-aminopropyl) silsesquioxane hydrochloride It was confirmed that. In GPC measurement, the number average molecular weight Mn was 3,200, the weight average molecular weight Mw was 5,760, and the molecular weight distribution Mw / Mn was 1.80.
Next, an anion exchange resin (product name “Amberlite IRA-900”, manufactured by Organo Co., Ltd.) is packed in a column having a diameter of 2 cm and a length of 40 cm, and 50 mL of a 1.0 mol / L potassium iodide aqueous solution is passed through it. The anion species of the anion exchange resin were replaced with iodide ions by washing with 150 mL of purified water. Ladder-like poly (3-aminopropyl) silsesquioxane hydrochloride (0.733 g) was dissolved in 30 mL of purified water, charged into this column, and collected in an Erlenmeyer flask. The recovered liquid was subjected to column treatment again 5 times and freeze-dried to obtain 0.9010 g of compound E. From the result of elemental analysis of Compound E by ion chromatography, no chloride ion was confirmed. Instead, the same molar amount of iodide ion was detected, and Compound E was a ladder-like poly (3-aminopropyl) silsesquioxane iodide. It was confirmed to be a chloride salt. When the molecular weight was measured by GPC, the number average molecular weight Mn was 3,040, the weight average molecular weight Mw was 5,290, and the molecular weight distribution Mw / Mn was 1.74. Subsequently, 0.0426 mg of iodine is dissolved in 5 mL of diglyme, 0.020 mg of compound E is added thereto, and the mixture is stirred at room temperature for 2 hours, whereby ladder-like poly (3-aminopropyl) silsesquioxane triiodide salt (compound A diglyme solution of F) was obtained.

<耐熱性評価>
上記化合物A〜D、Fの耐熱性評価をTG−DTAを用いて行った。各サンプルを10mg程度秤量し100mL/minの窒素流通下、10℃/minの昇温速度で500℃まで加熱し、重量減少率5%となる温度(Td5%)の温度を求めた。Td5%の温度を表1に示した。
<Heat resistance evaluation>
The heat resistance evaluation of the compounds A to D and F was performed using TG-DTA. About 10 mg of each sample was weighed and heated to 500 ° C. at a rate of temperature increase of 10 ° C./min under a nitrogen flow of 100 mL / min, and the temperature at which the weight loss rate was 5% (Td 5%) was determined. A temperature of Td 5% is shown in Table 1.

Figure 2015199812
Figure 2015199812

<CNT分散性評価>
上記化合物A〜D、FのCNT分散性評価を以下の通り行った。
50mLガラスバイアルに化合物A〜D、F0.1g、MWCNT(東京化成工業社製、直径10nm、全長1〜2μm)0.1gをそれぞれ計量し、さらにN−メチルピロリドン10mLを加えて、超音波ホモジナイザーを用いて分散処理を行った。ホモジナイザー分散条件は出力150W、処理液温度40℃以下、処理時間1時間とした。
<CNT dispersibility evaluation>
Evaluation of CNT dispersibility of the compounds A to D and F was performed as follows.
Compound A to D, F 0.1 g, MWCNT (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., diameter 10 nm, total length 1 to 2 μm) 0.1 g are weighed into a 50 mL glass vial, and further 10 mL of N-methylpyrrolidone is added to the ultrasonic homogenizer Was used for dispersion processing. The homogenizer dispersion conditions were an output of 150 W, a treatment liquid temperature of 40 ° C. or less, and a treatment time of 1 hour.

得られた分散液の分散安定性は室温で24時間放置し、MWCNTの分散状態の変化を目視で確認することにより評価した。分散状態の判定は以下の通りとした。結果を表2に示した。
◎:分散液は分離なく均一で沈殿物なし
○:沈殿物が少しあるが分散液は分離なく均一
×:分散液は黒色部と透明部の2層に分かれており、底部に沈殿物あり
The dispersion stability of the obtained dispersion was allowed to stand at room temperature for 24 hours and evaluated by visually confirming the change in the dispersion state of MWCNT. The determination of the dispersion state was as follows. The results are shown in Table 2.
◎: Dispersion is uniform without separation and there is no precipitate ○: Dispersion is uniform with little separation, but dispersion is uniform ×: Dispersion is divided into two layers, black and transparent, with sediment at the bottom

Figure 2015199812
Figure 2015199812

比較例1、2で用いられる化合物Fは、数平均分子量は3000以上と充分大きい。しかしながらTd5%が300℃以下で耐熱性が低く、MWCNT分散性もそれほど高いものではない。非特許文献1のようにIなどを分散助剤として添加する必要があると推察される。
これに対して実施例1〜8で用いた化合物A、B、C、Dは主骨格のシルセスキオキサン型無機構造と側鎖のイミド骨格に起因してTd5%が350℃を超え、耐熱性がいずれも非常に高かった。またMWCNT分散液の分散状態に優れていた。
Compound F used in Comparative Examples 1 and 2 has a sufficiently large number average molecular weight of 3000 or more. However, when Td5% is 300 ° C. or lower, the heat resistance is low, and the MWCNT dispersibility is not so high. As in Non-Patent Document 1, it is presumed that I 2 or the like needs to be added as a dispersion aid.
On the other hand, the compounds A, B, C, and D used in Examples 1 to 8 have a Td of 5% exceeding 350 ° C. due to the silsesquioxane type inorganic structure of the main skeleton and the imide skeleton of the side chain. The sex was very high. Moreover, it was excellent in the dispersion state of the MWCNT dispersion.

Claims (2)

側鎖に非イオン性置換基を有するポリシロキサン化合物と導電性炭素材料とを含むことを特徴とする導電性炭素材料含有組成物。 A conductive carbon material-containing composition comprising a polysiloxane compound having a nonionic substituent in a side chain and a conductive carbon material. 前記ポリシロキサン化合物は、鎖状、網状、環状、かご状、キュービック状からなる群より選択される少なくとも1つのポリシロキサン骨格構造を有することを特徴とする請求項1に記載の導電性炭素材料含有組成物。
2. The conductive carbon material-containing material according to claim 1, wherein the polysiloxane compound has at least one polysiloxane skeleton structure selected from the group consisting of a chain, a network, a ring, a cage, and a cubic. Composition.
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