JP2502155B2 - 共役系有機ポリマ―の製造方法 - Google Patents

共役系有機ポリマ―の製造方法

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JP2502155B2 JP27348189A JP27348189A JP2502155B2 JP 2502155 B2 JP2502155 B2 JP 2502155B2 JP 27348189 A JP27348189 A JP 27348189A JP 27348189 A JP27348189 A JP 27348189A JP 2502155 B2 JP2502155 B2 JP 2502155B2
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【発明の詳細な説明】 発明の技術分野 本発明は、共役系有機ポリマーの製造方法に関し、さ
らに詳しくは、光照射により酸または酸化剤を生成する
光感応性物質の存在下で、光照射により得ることができ
るような共役系有機ポリマーの製造方法に関する。
発明の技術的背景 長い共役鎖を有する共役系有機ポリマーは、半導電性
あるいは導電性を示し、また特異な電気化学的特性、電
気光学的特性、非線形光学特性を示すため、電子工学、
電気光学、電池、センサ、非線形光学などの分野におけ
る用途が期待されている。しかしながら現在までに多く
の共役系有機ポリマーが知られているが、いずれも多く
の解決すべき問題点が残っている。
たとえば、膜状に成形でき、しかも導電性を示す共役
系有機ポリマーとしては、ポリアセチレンCH=CHm
が知られており、このポリアセチレンはたとえば米国特
許第4,204,216号明細書および同第4,222,903号明細書に
詳しく記載されている。しかしこのポリアセチレンは、
一般に空気中で不安定であり実用には適さなかった。
一方空気中で安定であり、しかも加工性に優れた共役
系有機ポリマーとして、ポリアリレンビニレン系の共役
系ポリマーが知られている。
この共役系有機ポリマーは、下記式[A]あるいは
[A′]で示される前駆体ポリマーを膜状あるいは繊維
状に成形した後、これを200〜250℃の温度で不活性ガス
雰囲気下あるいは真空下に加熱することによって得られ
ることが知られている。
ところが上記のような方法によって膜状あるいは繊維
状のポリアリレンビニレンを得ようとすると、前駆体ポ
リマーの加熱分解時にカルボニル基が残存することがあ
り、このため、共役系有機ポリマーの特性たとえば光学
的特性に悪影響が認められることがあった。
発明の目的 本発明は、上記のような従来技術に伴う問題点を解決
しようとするものであって、加工性および化学的安定性
に優れるとともに純度が高く、したがって導電性、電気
光学特性などに優れた共役系有機ポリマーを比較的低温
で簡便に製造する方法を提供することを目的としてい
る。
発明の概要 このような目的を達成するために本発明に係る共役系
有機ポリマーの製造方法は、 光照射により酸または酸化剤を生成する光感応性物質
の存在下に、 一般式 (式中R1は水酸基、アルコキシ基、または で表わされるアシロキシ基で、R2はアルキル基、水素の
一部あるいは全部をFで置換したアルキル基、フェニル
基であり、nは2以上の整数、Arはアリレーン基を表わ
す)で示される前駆体ポリマーを光照射下で反応させる
ことを特徴としている。
本発明では、一般式[I]で示される前駆体ポリマー
を、好ましくは一般式[I]で示される前駆体ポリマー
を膜状に形成し、光照射により酸または酸化剤を生成す
る光感応物質の存在下に、光照射下で反応させて共役系
有機ポリマーを製造しているので、共役系有機ポリマー
を従来よりも低温で簡便に得ることができるとともに、
照射光パターンにしたがう導電性高分子のパターンを極
めて容易に形成させることができる。
発明の具体的説明 以下本発明に係る共役系有機ポリマーの製造方法につ
いて具体的に説明する。
本発明に係る共役系有機ポリマーを製造するには、下
記式[I]で示される前駆体ポリマーが用いられる。
式中、R1は水酸基、または−OCH3、−OC2H5、−OC3H7
等のアルコキシ基、または で表わされるアシロキシ基であり、 ここでR2は−CH3、−C2H5、−C3H7等のアルキル基、、
−CH2F、−C2H4F、−CF3等の水素の一部あるいは全部を
Fで置換したアルキル基、フェニル基であり、 nは2以上の整数を表わし、好ましくは10〜10000で
ある。また、Arはアリレーン基を表わし、具体的には、
チエニレン基 フェニレン基 等が挙げられる。
ここで、R7〜R12は、それぞれ独立に、水素原子、ハ
ロゲン原子、アルキル基またはアルコキシ基である。
このような前駆体ポリマーは、下記のような反応経路
によって合成することができる。
上記式において、Yはハロゲン原子またはハロゲン化
物イオンであり、Yがハロゲン化物である場合には、Y-
は化合物[IV]、[IV′]および[V]、[V′]中で
他のイオンで交換されうる。
式[IV′]で表わされる化合物としては具体的には、
たとえば、 が挙げられ、この場合、式[V′]で表わされる化合物
としては、具体的には、 で表わされる化合物が挙げられる。
なお上記式[V]で示される化合物あるいは上記式
[I]で示される前駆体ポリマーの製造方法は、それぞ
れ特開昭61-148231号公報およびPolymer Preprints,Jap
an,Vol 37,No,10(1988),P3161〜3163に記載されてい
る。
上記式[I]で示される前駆体ポリマーとしては、た
とえば、 等を例示することができる。
上記式[I]で示される前駆体ポリマーは、有機溶媒
に可溶であって、この前駆体ポリマーを溶解した溶液
を、石英ガラスなどの基板上にスピンコート法あるいは
キャスティング法などによって塗布することにより、前
駆体ポリマーを膜状に成形することができる。
上記のような前駆体ポリマーを溶解しうる有機溶媒と
しては、クロロホルム、テトラヒドロフラン、ジメチル
ホルムアミド、ジクロルメタン、1,2−ジクロルエタ
ン、ジメチルスルホキシド、ジメチルアセトアミド、ジ
オキサン、メチルイソブチルケトンなどが用いられる。
本発明では、上記のような前駆体ポリマーを光照射ま
たは電子線照射により酸または酸化剤を生成する光感応
性物質の存在下に、光照射下で反応させることにより下
記式[II]で示される共役系有機ポリマーを製造してい
る。
Ar−CH=CHn …[II] (式中、Arおよびnは上記[I]式と同じである) 本発明において使用する光感応性物質としては、酸化
物イオン、塩化物イオン、臭化物イオン、ヨウ化物イオ
ン、過塩素酸イオン、ヘキサフルオロヒ(IV)酸イオ
ン、テトラフルオロホウ酸イオン、ヘキサフルオロリン
(V)酸イオン、ヘキサフルオロアンチモン(V)酸イ
オン等のようなハロゲンまたはメタルハライドを陰イオ
ンとして有するジアリールヨードニウム塩、トリアリー
ルスルホニウム塩、アリールジアゾニウム塩、あるいは
芳香族スルホン化合物、ハロゲン化アルキル化合物等が
挙げられる。
このような光感応性物質は、前駆体ポリマー100重量
部に対し、0.01重量部〜100重量部、好ましくは0.1〜50
重量部の量で用いられる。光感応性物質を供給する方法
は、前駆体ポリマーを溶解した溶液に光感応性物質を混
合し、溶解させた溶液を、石英ガラスなどの基板上にス
ピンコート法あるいはキャスティング法などによって塗
布することにより、光感応性物質を含む前駆体ポリマー
の膜状物を得る。その後、この膜状物に光照射を行い、
酸または酸化剤を発生させる。あるいは光感応性物質を
含む液相中に前駆体ポリマーを浸し、その後、そのまま
液相中あるいは液相下で光照射を行い、酸または酸化剤
を発生させることもできる。なお光照射によっても分解
されずに残存する光感応性物質は、後述するようなドー
パントとしての作用を示すことがある。照射する光の波
長は、光感応性物質の吸収波長であれば特に限定されな
い。一般的には紫外部が好ましいが、他に色素増感剤を
添加すれば他の波長域でも可能である。一方、光照射で
生じた酸または酸化剤と前駆体ポリマーとの反応の効率
を高めるために光照射時あるいは光照射後、20〜300
℃、好ましくは50〜200℃の温度で熱処理することも可
能である。熱処理を行なう場合は、真空中あるいは不活
性ガス雰囲気中で熱処理を行なうことが好ましい。
上記のようにして得られた共役系有機ポリマーは、ド
ーパントとともに用いることによって、高導電性組成物
とすることができる。
このようなドーパントとしては、p型ドーパントある
いはn型ドーパントが用いられる。p型ドーパントとし
ては、具体的には、I2、AsF5、AlCl3、NO+塩およびNO2 +
(たとえば、NOBF4、NOPF6、NOSbF6、NOAsF6、NOCH3SO3、NO2
BF4、NO2PF6、NO2AsF6、NO2SbF6およびNO2CF3SO3)、HBF4
HClO4、HNO3、H2SO4、P−トルエンスルホン酸(TsOH)、
過酸化ベンゾイル、CF3SO3H、SO3、Br2、(FSO3)2、FSO3H、Fe
(ClO4)3、FeCl3、Fe(OTs)3およびFe(CF3SO3)3などを挙げ
ることができる。このようなドーパントを用いて重合体
をドーピング処理すれば、たとえばI3 -、NO3 -、BF4 -、P
F6 -、AsF6 -、SbF6 -、CF3SO3 -、ClO4 --OTs、SO3 -、C6H5CO2 -、B
r3 -、CH3SO3 -およびFeCl4 -をドーパントとして含有する
重合体が得られる。
本発明で用いることのできるp型ドーパントとして
は、上記したドーパントの他に、LiClO4、LiAsF4、NaPF6
Bu4NClO4、Bu4NOTs、Bu4NCF3SO3、LiCF3SO3、AgOTs、N(C2H5)
4PF6などのような電解質塩を挙げることができる。
またn型ドーパントとしては、具体的には、アルカリ
金属(Li、Na、K、RbおよびCs)ナフタリドおよびベン
ゾフェノンケチル(bonzophenoneketyl)のテトラ−ア
ルキルアンモニウム塩を挙げることができる。
上記のような高導電性組成物では、ドーパントは0.01
〜50重量%好ましくは0.01〜10重量%の量で用いられる
ことが望ましい。
発明の効果 本発明によって加工性および化学安定性に優れた共役
系有機ポリマーを従来よりも低温で簡便に得ることがで
きるとともに照射光パターンにしたがって導電性高分子
のパターンを極めて容易に形成させることが可能となっ
た。
[実施例] 以下、本発明を実施例により説明するが、本発明はこ
れら実施例に限定されるものではない。
実施例1 (a)2,5−ビス(クロロメチル)チオフェンの製造 塩化水素ガス発生器として、500gの塩化ナトリウムの
入った1の2つ口フラスコに濃硫酸200mlを入れた滴
下ロートを取り付けた。146mlの37%ホルムアルデヒド
水溶液と36mlの36%塩酸のはいった4つ口フラスコには
チオフェン50g(0.594モル)の入った滴下ロートおよび
温度計、HClガス導入管を取り付けた。さらに、過剰の
塩化水素ガスを吸収するために2N水酸化ナトリウム水溶
液トラップを設けた。
混合液を撹拌しつつ、初め濃硫酸の滴下速度を調節し
てガス発生量を抑え徐々に系内に導入した(約1時
間)。その後、やや発生量を多くし塩化水素ガスを充分
吸収させた(約2時間)。
この操作を2回行ない混合液を塩化水素飽和溶液とし
た。(この間、温度は25℃→40℃へと上昇した。)混合
液を30℃まで冷却後、5時間かけてチオフェンをゆっく
り滴下した。
滴下終了後、約2時間撹拌を続けた。混合液を静置す
ると2層に分離した。上層の水層をデカンテーション
し、下層の黒色のオイルを冷水で洗浄、エーテルで抽
出、重曹(NaHCO3)で中和後、再び冷水で洗浄した。エ
ーテル層をぼう硝(Na2SO4)で乾燥後、エーテルを留去
し減圧蒸留により生成物(受器中で結晶化、透明針状
晶)を得た。1H‐NMRによればこの結晶は純粋な2,5−ビ
ス(クロロメチル)チオフェンであることが確認され
た。
(b)2,5−ビス(メチレン ジメチルスルホニウムク
ロライド)チオフェンの製造 上記実施例1(a)で製造した18.11g(0.1モル)の
2,5−ビス(クロロメチル)チオフェンに対して2.5〜3
当量のメチルスルフィドと、10mlのジメチルホルムアミ
ドを加え、室温(25〜27℃)または低温(5〜7℃)で
24〜144時間撹拌し、反応させた。
反応停止後、DMF、エーテルで洗浄し白色の固体を得
た。固体の構造確認は1H‐NMRおよび13C‐NMRにより行
なった。
(C)2,5−ビス(メチレン ジメチルスルホニウムク
ロライド)チオフェンの重合 上記実施例1(b)の生成物30.53g(0.1モル)を、
撹拌器および100mlの滴下ロートを取り付けた500mlの3
つ口丸底フラスコ中で水−メタノール混合溶媒(体積比
=1:2)200mlに溶解させた。この溶液を冷媒を用いて−
20℃に冷却した。滴下ロートに当モルのテトラメチルア
ンモニウム ヒドロキシドの水−メタノール溶液を入れ
系内を窒素置換した。次にスルホニウム塩溶液を撹拌し
つつアルカリ溶液を約1時間かけて滴下した。滴下終了
後、−20℃で保持したまま5時間撹拌を行なった。pH=
7となっていることを万能指示薬紙により確認し反応の
終了点とした。
(d)前駆体高分子の製造 上記実施例1(c)で得られた−20℃の溶液を室温
(20℃)まで2時間かけて昇温させた。温度上昇にした
がって前駆体高分子が淡黄色の析出物として得られた。
得られた析出物を濾過し減圧下で乾燥させた。1H‐NM
R、13C‐NMR、IR、元素分析の結果から析出物の構造確
認を行なった。
(e)ポリ2,5−チエニレンビニレンの製造 上記実施例1(d)で得られた前駆体高分子1gおよび
光感応性物質としてジフェニルヨードニウムクロライド
0.2gとを塩化メチレン100mlに溶解させ、ガラスシャー
レにそそぎ、空気中、20℃で溶媒を蒸発させることによ
り厚さ10μmの膜状物を得た。
このフィルムにXeランプを用いて紫外光を空気中で30
分間照射した。照射後10-6torrの真空下80℃で1時間熱
処理を行なった。その後IRスペクトルを測定した。光照
射した部分にtrans-vinylene基のC-H面外変角振動(930
cm-1)を確認した。
比較例1 光照射を行なわなかった以外は、実施例1と同様に行
ない、IRスペクトルを測定した結果、trans-vinylene基
のC-H面外変角振動は認められず、前駆体高分子のもの
と同一であった。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−182092(JP,A) 特開 平2−32121(JP,A) 特開 平1−289922(JP,A) 特開 平1−234418(JP,A) 特開 昭64−79222(JP,A) 特開 昭64−33140(JP,A) 特開 昭64−9221(JP,A) 特開 昭64−9220(JP,A)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光照射により酸または酸化剤を生成する光
    感応性物質の存在下に、 一般式 (式中R1は水酸基、アルコキシ基、または で表わされるアシロキシ基で、R2はアルキル基、水素の
    一部あるいは全部をFで置換したアルキル基、フェニル
    基であり、nは2以上の整数、Arはアリレーン基を表わ
    す)で示される前駆体ポリマーを 光照射下で反応させることを特徴とする、 一般式 Ar−CH=CHn …[II] (式中、Arおよびnは上記[I]式と同じである)で示
    される共役系有機ポリマーの製造方法。
  2. 【請求項2】光照射により酸または酸化剤を生成する光
    感応性物質の存在下に、 一般式 (式中R1は水酸基、アルコキシ基、または で表わされるアシロキシ基で、R2はアルキル基、水素の
    一部あるいは全部をFで置換したアルキル基、フェニル
    基であり、nは2以上の整数、Arはアリレーン基を表わ
    す)で示される膜状の前駆体ポリマーを 光照射下で反応させることを特徴とする、 一般式 Ar−CH=CHn …[II] (式中、Arおよびnは上記[I]式と同じである)で示
    される膜状の共役系有機ポリマーの製造方法。
  3. 【請求項3】前記一般式[I]で示される前駆体ポリマ
    ーを光照射時あるいは光照射後、20〜300℃の温度で熱
    処理することを特徴とする請求項第1項または第2項に
    記載の共役系有機ポリマーの製造方法。
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FR2699542B1 (fr) * 1992-12-21 1995-01-20 Thomson Csf Procédé d'obtention de polymères conducteurs de type polyarylène vinylène.
GB0206944D0 (en) * 2002-03-23 2002-05-08 Univ Cranfield Photochemical polymerisation using aqueous and water-organic mixed environment
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