JP2544739B2 - 導電性樹脂組成物成形物の製造方法 - Google Patents

導電性樹脂組成物成形物の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は導電性樹脂組成物成形物の製造方法に関する
ものである。さらに詳しくは熱可塑性樹脂と特定の構造
を有する導電性の複素5員環式化合物重合体よりなる導
電性樹脂組成物成形物の製造方法に関するものである。
〔従来の技術〕
静電気帯電防止、易めっき性の付与、或いは電磁波シ
ールド性の付与を目的として導電性の樹脂組成物の開発
が行われている。この目的のために従来、アルミニウ
ム、ステンレス鋼などの金属の粉末、または繊維、或い
は炭素の粉末や炭素繊維などを添加混合して導電性の樹
脂組成物とすることが行われている。
一方、主鎖に複素5員環式化合物が連なった構造を有
するポリピロール、ポリフラン、ポリチオフェン、ポリ
セレノフェン等の重合体はヨウ素や五フッ化ヒ素等のド
ーパントをドープすることにより、絶縁体から導電体に
変化するなど、優れた性質を有することが知られてお
り、導電性材料として使用されている。
例えば、ポリチオフェンはチオフェンを化学的重合方
法、または電気化学的酸化重合方法により重合して得ら
れるポリマーであるが、ヨウ素などのドーパントをドー
ピングしたものは高い導電性を有することが知られてい
る。さらにポリピロール、ポリフラン、ポリセレノフェ
ン、ポリテルロフェン等の複素5員環式化合物重合体に
ついても同様に導電性高分子化合物として知られてお
り、これらの導電性高分子化合物を添加混合して導電性
の樹脂組成物とすることも検討されている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上述の従来の導電性組成物を成形する方法は実質的に
固体を樹脂中に練り込む方法であり、添加物を大量に使
用することにより導電性を付与するという目的はある程
度達成されるものの、金属の粉末または繊維を添加する
方法では、添加物が高価である上に混合及び得られた組
成物を成形するのが困難であり、組成物の比重がかなり
大きくなるなどの問題があった。また一方、炭素の粉末
を添加する方法は、添加物が比較的安価であるが、導電
性を付与するためには、比較的多量の炭素粉末を添加す
ることが必要であり、樹脂との均一分散混合が困難であ
った。導電性高分子化合物の添加も導電性高分子化合物
自体が不融性、不溶性の重合体であるため、炭素の添加
と同様な問題がある。すなわち、いずれの方法でも成形
加工が難しく、樹脂の物性が低下するなどの問題があっ
た。
本発明の目的は溶融性、且つ導電性に優れた複素5員
環式化合物重合体と熱可塑性樹脂の混合組成物をつく
り、これより容易に導電性成形物を得る方法を提供する
事にある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明者らは、上記問題を解決するために鋭意探索し
た結果、特定の構造単位を有する複素5員環式化合物重
合体が樹脂との分散性が良く、軟化点を有するため、こ
れらの溶融可能な複素5員環式化合物重合体および熱可
塑性樹脂の軟化点以上の温度で成形加工することが可能
である事を見い出し、本発明を完成した。
即ち、本発明は熱可塑性樹脂と、一般式(I) 〔式(I)中、Rは炭素数1〜7個のアルキル基、Xは
酸素、硫黄、セレン、テルル又は=NR′で表わされるア
ミノ基(ここで、R′は水素、アルキル基、アリール基
を示す。)である。〕で表わされる単量体単位を繰り返
し単位とする溶融可能な複素5員環式化合物重合体の混
合物を該熱可塑性樹脂及び該複素5員環式化合物重合体
の軟化点以上の温度に加熱して、成形する方法であっ
て、少くとも該複素5員環式化合物重合体は予め及び/
又は成形後、ドーパントでドープ処理されることを特徴
とする導電性樹脂組成物成形物の製造方法である。
上記した本発明で使用される溶融可能な複素5員環式
化合物重合体は高分子鎖の複素5員環核上にアルキル基
を有しており、上記一般式(I)で、Rで示される炭素
数1〜7個のアルキル基としては、メチル、エチル、プ
ロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル等の直
鎖アルキル基のほかに、シクロヘキシル、シクロペンチ
ル基のような環状アルキル基、或いはtert−ブチル、イ
ソプロピル基のような分枝構造を有するアルキル基など
が挙げられる。これらのアルキル基はハロゲン、ニト
ロ、シアノ、アルコキシ、アリール、アルケニルなどの
基を有していてもよい。また、これらアルキル基の炭素
が窒素、酸素、硫黄などのヘテロ原子と置き換わったも
のでもよい。
本発明で使用される溶融可能な複素5員環式化合物重
合体は、通常、一般式(I)で表わされる。複素5員環
式化合物の酸化的カップリング反応によって製造され
る。
また2,5−ジハロゲン化した複素5員環式化合物をマ
グネシウムと反応させてジグリニャール化した後、ニッ
ケル触媒によりカップリングして重合体を製造する方法
によっても合成することができる。
本発明で使用される複素5員環式化合物重合体は、一
般式(I)の化合物単位が2,5位または2,4位で繰り返し
結合している重合体であり、或いは一部架橋構造を有し
た重合体であっても構わない。要するに、加熱により溶
融するものであればよい。
複素5員環式化合物の酸化的カップリング反応による
具体的な重合方法としては、酸化剤触媒を用いて重合す
る方法、電気化学的に重合する方法等が挙げられ、中で
も酸化剤触媒を用いて重合する方法が重合体を安価に容
易に得る手段として好ましい。
これらの重合用触媒としては塩化アルミニウム、塩化
鉄、塩化モリブデン、塩化タングステン、塩化錫、塩化
アンチモン、五フッ化ヒ素等のルイス酸として知られて
いる化合物が挙げられる。これらのうち、塩化アルミニ
ウムのように酸化力を持たないものや酸化力の弱いもの
は、塩化第二銅や二酸化マンガン、酸素などのような酸
化剤を併用することも好ましい。
これらの酸化剤触媒を、上記アルキル置換複素5員環
式化合物中に添加することにより室温下で容易に本発明
で使用される複素5員環式化合物重合体を製造すること
ができる。又、必要に応じて、この反応系中に不活性溶
媒を加えることも反応の制御などが容易に行なえるよう
になるので好ましい方法である。
このようにして合成して得られる複素5員環式化合物
重合体のなかには、不融性の重合体との混合物として得
られる場合がある。例えば、前記の一般式(I)で示さ
れる複素5員環式化合物のうちRが4個以下のアルキル
基を有する化合物を用いて重合した時には、不融性の重
合体が特に混入し易い。
本発明の方法においては、これらの不融性の重合体が
混入していても何ら差支えないが、特に、不融性の重合
体を分離したい時は、溶媒を用いて抽出するなどの方法
によって、おおまかに不融部と溶融部に分けることが可
能である。分離用の溶媒としては、ジクロルエタン、ク
ロロホルム、四塩化炭素等のハロゲン化合物、ベンゼ
ン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素、ヘキサ
ン、ヘプタン等の脂肪族炭化水素、テトラヒドロフラ
ン、ジオキサン等のエーテル化合物、メタノール、エタ
ノール、イソプロパノール等のアルコール化合物および
アセトニトリル、ベンゾニトリル、ニトロメタン、ジメ
チルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、水等の極性
溶媒などが挙げられる。抽出時の温度は、通常、室温か
ら溶媒の沸点で行なわれる。
本発明では溶融可能な複素5員環式化合物重合体と熱
可塑性樹脂の混合物を熱可塑性樹脂及び溶融可能な複素
5員環式化合物重合体の軟化点以上の温度で成形加工す
ることにより導電性樹脂組成物成形物を製造することが
できる。ここで熱可塑性樹脂としては特に制限はなくポ
リエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化
ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリメタクリル酸メチ
ル、ポリカーボネート、ポリフェニレンオキサイド、ポ
リビニルアルコール、ポリエーテル、ポリエステル、セ
ルロース系樹脂、ポリアクリルアミド、ポリアミド、熱
可塑性ポリイミド又はポリアミック酸、ポリスルホンな
ど工業上入手可能の熱可塑性樹脂なら、あらゆる種類の
樹脂を用いることができる。
本発明では溶融可能な複素5員環式化合物重合体と熱
可塑性樹脂の混合比は必要に応じて任意の量比を取るこ
とができる。たとえば、導電性の良好な樹脂組成物が必
要なときは溶融可能な複素5員環式化合物重合体の量比
を大きくすればよく、混合比に制限はないが、一般に複
素5員環式化合物重合体と熱可塑性樹脂の混合比は1:99
〜99:1(重量比)が適当である。
本発明の成形方法では熱可塑性樹脂及び溶融可能な複
素5員環式化合物重合体混合物の軟化点以上の温度で成
形加工することにより導電性樹脂組成物成形物を製造す
ることができる。
このような方法としては具体的には、いわゆる熱可塑
性樹脂の一般的な成形加工方法が利用可能であり、例え
ば、押出成形、射出成形、インフレーション成形、ロー
ル加工やカレンダー加工などが挙げられる。
本発明では、このようにして成形加工した重合体に適
当なドーパントをドープする工程により導電性の製品を
製造することができる。
ここで使用されるドーパントとしては特に制限はな
く、導電性の複素5員環式化合物重合体を形成するため
にドープされる公知の化合物が使用可能である。このよ
うなドーパントとしてはヨウ素、臭素、塩素、三塩化ヨ
ウ素などのハロゲン化合物、硫酸、硝酸、過塩素酸、ほ
うフッ化水素酸等のプロトン酸、三塩化アルミニウム、
三塩化鉄、塩化モリブデン、塩化タングステン、塩化ア
ンチモン、五フッ化ヒ素、三酸化イオウなどのルイス
酸、ヘキサフルオロアンチモン酸ニトロシル(NOSb
F6)、ヘキサフルオロヒ酸ニトロシル(NOAsF6)、トリ
フルオロメタンスルホン酸ニトロシル(NOCF3SO3)、ヘ
キサフルオロアンチモン酸ニトロイル(NO2SbF6)、ト
リフルオロメタンスルホン酸ニトロイル(NO2CF2SO3
などの酸化剤、リチウム(Li)、ナトリウム(Na)、カ
リウム(K)、ルビジウム(Rb)、セシウム(Cs)など
のアルカリ金属、R″4NA(ここで、R″はアルキル
基、Aは陰イオン基を示す)で表されるテトラアルキル
アンモニウム塩など各種のドーパント物質が挙げられ
る。
これらのドーパントを成形物にドープする方法につい
ても特に制限はなく、一般的には成形物とドーパント物
質とを接触させればよく、気相あるいは液相中で行われ
ることが多い。
また、過塩素酸リチウム(LiClO4)、テトラフルオロ
ホウ酸リチウム(LiBF4)、ヘキサフルオロヒ酸リチウ
ム(LiAsF6)、テトラフルオロホウ酸テトラブチルアン
モニウム(Bu4NBF4)、過塩素酸テトラブチルアンモニ
ウム(Bu4NClO4)などの電解質塩を含む電解溶液中で電
気化学的にドープする方法も採用できる。さらに、上述
の成形加工時にドーパントを添加しても良い。
本発明の他の実施態様としては、熱可塑性樹脂と予め
ドープ処理してドーパントを含有する、溶融可能な複素
5員環式化合物重合体の混合物を用いることによっても
同様に成形することが可能であり、具体的な成形方法と
しては前述の方法と同様である。
この場合も又、必要によって、成形した後、更にドー
パントでドープ処理してもよい。
〔実 施 例〕
以下、合成例及び実施例により本発明を説明する。
合成例1 3−ヘキシルチオフェンの合成例 3−ブロモチオフェン81.5g(0.5mol)とジフェニル
ホスフィノペンタンニッケルジクロライド1gを含む無水
エーテル300ml中に、ヘキシルマグネシウムブロマイド9
4.5g(0.5mol)を、含むエーテル250mlを0℃で滴下
し、滴下終了後5時間還流してから、水を加えて加水分
解した。次いで、有機層をエーテル抽出した後、得られ
たエーテル溶液を減圧蒸留して、3−ヘキシルチオフェ
ンを80%の収率(理論)で得た。
同様にして、種々のグリニャール試薬を用いることに
より、3−ヘプチルチオフェン、3−ペンチルチオフェ
ン、3−ブチルチオフェンおよび3−プロピルチオフェ
ンを得た。又、3−メチルチオフェンは市販品を用い
た。
合成例2 本発明で使用する溶融可能な複素5員環式化合物重合体
の合成例 クロロホルム3中に無水塩化第二鉄240gを入れたの
ち、さらに3−ヘキシルチオフェン60gを加えて室温で2
4時間かきまぜた。
反応混合物をメタノール10中に加えて良くかきまぜ
たのち、不溶物を濾過により集め、メタノール、希塩
酸、水、アンモニア水で洗浄してから減圧下、80℃で10
時間乾燥し、暗緑色のポリマー52gを得た。
このポリマーの軟化点を測定したところ185.5℃であ
った。
又、このポリマーの分子量をテトラヒドロフラン溶媒
によるゲルパーミエィションクロマトグラフィーによ
り、ポリスチレン換算値で求めた値(以下、単にMWと略
記する)は293,000であった。
同様にして、ポリ−3−ヘプチルチオフェン(MW:28
5,000)、ポリ−3−ペンチルチオフェン、(MW:187,00
0)、ポリ−3−ブチルチオフェン(MW:35,000)、ポリ
−3−プロピルチオフェン(MW:9,200)、ポリ−3−エ
チルチオフェン(MW:5,700)、ポリ−3−メチルチオフ
ェン(MW:4,000)などの3位にアルキル基を有するポリ
チオフェンを得た。なお、これらのポリマーのうち、後
の4つは上記のようにして得られた重合体からソックス
レー抽出器を用いてクロロホルム可溶部のみを取り出し
た。
実施例1 ポリ−3−ヘキシルチオフェンの粉末とポリ塩化ビニ
ルの粉末とフタル酸ジオクチルを重量比で1:3:2の割合
でヘンシェルミキサー中で混合した後、押出機(BT−2
5、プラスチック工学研究所(株)製)を用いて造粒
し、得られた組成物を0.1mmの空隙を有する二枚の鉄板
の間にはさんで220℃で5分間ホットプレスして、厚さ
0.1mmのフィルム状成形物を得た。
このフィルムは暗赤色の均一フィルムで、室温で飽和
蒸気圧のヨウ素ガスに24時間接触させたところ、1S/cm
の電気伝導度を示した。
実施例2 ポリ−3−ペンチルチオフェンの粉末とポリスチレン
の粉末を重量比で1:5の割合でヘンシェルミキサー中で
混合した後、押出機(BT−25、プラスチック工学研究所
(株)製)を用いて造粒し、得られた組成物を0.1mmの
空隙を有する二枚の鉄板の間にはさんで250℃で5分間
ホットプレスして、厚さ0.1mmのフィルム状成形物を得
た。
このフィルムは赤色で透明性の良好な均一フィルム
で、室温で飽和蒸気圧のヨウ素ガスに24時間接触させた
ところ、0.2S/cmの電気伝導度を示した。
実施例3 ポリ−3−ブチルチオフェンの粉末とポリプロピレン
の粉末を重量比で3:5の割合でヘンシェルミキサー中で
混合した後、押出機(BT−25、プラスチック工学研究所
(株)製)を用いて造粒し、得られた組成物を0.1mmの
空隙を有する二枚の鉄板の間にはさんで260℃で5分間
ホットプレスして、厚さ0.1mmのフィルム状成形物を得
た。
このフィルムは暗赤色の均一フィルムで、室温で飽和
蒸気圧のヨウ素ガスに24時間接触させたところ、0.8S/c
mの電気伝導度を示した。
同様にして、ポリ−3−ブチルチオフェンの代りにそ
れぞれポリ−3−ヘプチルチオフェン、ポリ−3−メチ
ルオフェン、ポリ−3−エチルチオフェン、ポリ−3−
プロピルチオフェンを用いることにより、ポリプロピレ
ンとの組成物からなるフィルム状成形物を製造した。
同様にヨウ素ガスでドープしたフィルムの電気伝導度
はそれぞれ0.5S/cm、10-3S/cm、10-2S/cm、0.25S/cmで
あった。
実施例4 ポリ−3−ペンチルチオフェンの代わりにヨウ素をド
ープしたポリ−3−ペンチルチオフェンを用いて、実施
例2と同様にホットプレスして、厚さ0.1mmのシート状
の成形物を得た。このシートの電気伝導度は10-2S/cmで
あった。
〔発明の効果〕
本発明の方法を実施することにより、従来、困難であ
った導電性樹脂組成物の成形が容易にでき、導電性樹脂
組成物成形物を安価に製造することが可能となり、工業
上極めて価値がある。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】熱可塑性樹脂と、一般式(I) 〔式(I)中、Rは炭素数1〜7個のアルキル基、Xは
    酸素、硫黄、セレン、テルル又は=NR′で表わされるア
    ミノ基(ここで、R′は水素、アルキル基、アリール基
    を示す。)である。〕で表わされる単量体単位を繰り返
    し単位とする溶融可能な複素5員環式化合物重合体の混
    合物を該熱可塑性樹脂及び該複素5員環式化合物重合体
    の軟化点以上の温度に加熱して、成形する方法であっ
    て、少くとも該複素5員環式化合物重合体は予め及び/
    又は成形後、ドーパントでドープ処理されることを特徴
    とする導電性樹脂組成物成形物の製造方法。
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