JP2649670B2 - Method for producing conductive organic polymer - Google Patents

Method for producing conductive organic polymer

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JP2649670B2
JP2649670B2 JP60100305A JP10030585A JP2649670B2 JP 2649670 B2 JP2649670 B2 JP 2649670B2 JP 60100305 A JP60100305 A JP 60100305A JP 10030585 A JP10030585 A JP 10030585A JP 2649670 B2 JP2649670 B2 JP 2649670B2
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conductivity
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  • Polymers With Sulfur, Phosphorus Or Metals In The Main Chain (AREA)
  • Macromolecular Compounds Obtained By Forming Nitrogen-Containing Linkages In General (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は新規な導電性有機重合体の製造方法に関し、
詳しくは、アニリンの化学酸化重合により得られる新規
な導電性有機重合体の製造方法に関する。
The present invention relates to a method for producing a novel conductive organic polymer,
Specifically, the present invention relates to a method for producing a novel conductive organic polymer obtained by chemical oxidative polymerization of aniline.

(従来の技術) 殆どの有機物質は電気的に絶縁性であるが、しかし、
有機半導体として知られる導電性を有する有機重合体の
一群が近年、注目を集めている。一般にそれ自体が導電
性である有機物質は3種類に分類される。第1はグラフ
アイトである。グラフアイトは厳密には有機物質とはみ
なされていないが、有機共役形の極限構造を有するとみ
ることもできる。このグラフアイトはそれ自体で既にか
なり高い導電性を有するが、これに種々の化合物をイン
ターカレートすることにより、一層高い導電性を有せし
めることができ、遂には超電導体となる。しかし、グラ
フアイトは二次元性が強く、成形加工が困難であるの
で、その応用面において障害となつている。
(Prior Art) Most organic materials are electrically insulating, however,
A group of organic polymers having conductivity, known as organic semiconductors, has recently attracted attention. In general, organic substances that are themselves conductive are classified into three types. The first is graphite. Although graphite is not strictly regarded as an organic substance, it can also be considered to have an organic conjugated ultimate structure. The graphite itself has a considerably high conductivity by itself, but by intercalating various compounds with the graphite, it can be made to have a higher conductivity, and finally becomes a superconductor. However, graphite has a strong two-dimensional property and is difficult to mold, and thus has an obstacle in its application.

第2は電荷移動錯体であつて、例えば、テトラチアフ
ルバレンとテトラシアノキノジメタンをそれぞれ電子供
与体及び電子受容体として得られる結晶性物質は、室温
で400〜500S/cmという非常に大きい電導性を有するが、
このような電荷移動錯体は重合体でないために、実用的
な応用を図るにはグラフアイトと同様に成形加工性に難
点がある。
The second is a charge transfer complex. For example, a crystalline substance obtained by using tetrathiafulvalene and tetracyanoquinodimethane as an electron donor and an electron acceptor, respectively, has a very large conductivity of 400 to 500 S / cm at room temperature. Has the property,
Since such a charge transfer complex is not a polymer, there is a problem in moldability as in the case of graphite for practical application.

第3はポリアセチレンによつて代表されるように、ド
ーピングによつて高導電性を有するに至るπ電子共役系
有機重合体である。ドーピング前のポリアセチレンの電
導度は、トランス型が10-5S/cm、シス型が10-9S/cmであ
り、半導体乃至絶縁体に近い性質を有している。しか
し、このようなポリアセチレンに五フツ化ヒ素、ヨウ
素、三酸化イオウ、塩化第二鉄等のような電子受容性化
合物或いはアルカリ金属のような電子供与性化合物をド
ーピングすることにより、それぞれp型半導体及びn型
半導体を形成させることができ、更には103S/cmもの導
体レベルの高い導電性を与えることもできる。上記ポリ
アセチレンは理論的には興味深い導電性有機重合体であ
るが、反面、ポリアセチレンは極めて酸化を受けやす
く、空気中で容易に酸化劣化して性質が大幅に変化す
る。ドーピングされた状態では一層酸化に対して敏感で
あり、空気中の僅かな湿気によつても電導度が急激に減
少する。この傾向はn型半導体に特に著しい。
The third is a π-electron conjugated organic polymer which has high conductivity by doping, as represented by polyacetylene. The conductivity of polyacetylene before doping is 10 −5 S / cm for the trans type and 10 −9 S / cm for the cis type, and has properties similar to those of semiconductors and insulators. However, by doping such polyacetylene with an electron-accepting compound such as arsenic pentafluoride, iodine, sulfur trioxide, or ferric chloride or an electron-donating compound such as an alkali metal, a p-type semiconductor can be obtained. And an n-type semiconductor can be formed, and high conductivity at a conductor level as high as 10 3 S / cm can be provided. The above-mentioned polyacetylene is a conductive organic polymer which is theoretically interesting. However, on the other hand, polyacetylene is extremely susceptible to oxidation, and is easily oxidized and degraded in the air to greatly change properties. In the doped state, it is more susceptible to oxidation, and even a small amount of moisture in the air causes a sharp decrease in conductivity. This tendency is particularly remarkable for n-type semiconductors.

また、ポリ(p−フエニレン)やポリ(p−フエニレ
ンサルフアイド)もドーピング前はその電導度がそれぞ
れ10-9S/cm及び10-16S/cmであるが、例えば前記した五
フツ化ヒ素をドーピングすることにより、それぞれ電導
度は500S/cm及び1S/cmである導電性有機重合体とするこ
とができる。これらのドーピングされた有機重合体の電
気的性質も程度の差こそあれ、やはり不安定である。
In addition, poly (p-phenylene) and poly (p-phenylene sulfide) also have conductivity before doping of 10 −9 S / cm and 10 −16 S / cm, respectively. By doping with arsenic, a conductive organic polymer having a conductivity of 500 S / cm and 1 S / cm, respectively, can be obtained. The electrical properties of these doped organic polymers are also more or less unstable.

このようにドーピングされた導電性有機重合体の電気
的性質が一般に環境に対して非常に不安定であること
は、この種の導電性有機重合体に共通する現象であつ
て、これらの実用的な応用の障害となつている。
The fact that the electrical properties of conductive organic polymers doped in this way are generally very unstable with respect to the environment is a phenomenon common to these types of conductive organic polymers and it is important to note that these practical It is an obstacle for various applications.

以上のように、従来より種々の有機導電性物質が知ら
れているが、その実用的な応用を展開する観点からは成
形加工性にすぐれる重合体形態が好ましい。
As described above, various organic conductive substances have been conventionally known, but from the viewpoint of developing practical applications thereof, a polymer form having excellent moldability is preferable.

一方、酸化染料としてのアニリンの酸化重合体に関す
る研究も、アニリンブラツクに関連して古くより行なわ
れている。特に、アニリンブラツク生成の中間体とし
て、式(I)で表わされるアニリンの8量体がエメラル
デイン(emeraldine)として確認されており(A.G.Gree
n et al.,J.Chem.Soc.,97,2388(1910);101,1117(19
12))、これは80%酢酸、冷ピリジン及びN,N−ジメチ
ルホルムアミドに可溶性である。また、このエメラルデ
インはアンモニア性媒体中で酸化されて、式(II)で表
わされるニグラニリン(nigraniline)を生成し、これ
もエメラルデインと類似した溶解特性を有することが知
られている。
On the other hand, studies on oxidized polymers of aniline as oxidation dyes have been conducted for a long time in connection with aniline black. In particular, as an intermediate for the production of aniline black, an octameric aniline represented by the formula (I) has been identified as emeraldine (AGGree).
n et al., J. Chem. Soc., 97 , 2388 (1910); 101, 1117 (19
12)), which is soluble in 80% acetic acid, cold pyridine and N, N-dimethylformamide. This emeraldine is also oxidized in an ammoniacal medium to produce nigraniline of formula (II), which is also known to have similar dissolution characteristics to emeraldine.

更に、近年になつて、R.Buvetらによつてこのエメラ
ルデインの硫酸塩が高い導電性を有することが見い出さ
れている(J.Polymer Sci.,C,16,2931;2943(1967);2
2,1187(1969))。
Furthermore, in recent years, it has been found by R. Buvet et al. That the sulfate of this emeraldine has high conductivity (J. Polymer Sci., C, 16 , 2931; 2943 (1967); Two
2 , 1187 (1969)).

また、既にアニリンの電解酸化重合によつてエメラル
デイン類似の有機物質を得ることができることも知られ
ている(D.M.Mohilner et al.,J.Amer.Chem.Soc.,84,36
18(1962))。即ち、これによれば、アニリンの硫酸水
溶液を白金電極を用い、水の電気分解を避けるために、
標準カロメル電極に対して+0.8Vの酸化電位にて電解酸
化重合し、80%酢酸、ピリジン及びN,N−ジメチルホル
ムアミドに可溶性である物質が得られる。
It is also known that an organic substance similar to emeraldine can be obtained by electrolytic oxidation polymerization of aniline (DM Mohilner et al., J. Amer. Chem. Soc., 84 , 36).
18 (1962)). That is, according to this, a sulfuric acid aqueous solution of aniline is used with a platinum electrode to avoid electrolysis of water.
Electrolytic oxidative polymerization at an oxidation potential of +0.8 V relative to a standard calomel electrode yields a substance that is soluble in 80% acetic acid, pyridine and N, N-dimethylformamide.

そのほか、Diazら(J.Electroanal.Chem.,111,111(1
980)や、小山ら(高分子学会予稿集,30,(7),1524
(1981);J.Electroanal.Chem.,161,399(1984))もア
ニリンの電解酸化重合を試みているが、いずれも高分子
被覆化学修飾電極を目的としたものであつて、電解は1V
以下の電位で行なつている。
In addition, Diaz et al. (J. Electroanal. Chem., 111, 111 (1
980) and Koyama et al. (Proceedings of the Society of Polymer Science, 30 , (7), 1524)
(1981); J. Electroanal. Chem., 161, 399 (1984)) have also attempted electrolytic oxidative polymerization of aniline.
The operation is performed at the following potential.

(発明の目的) 本発明者らは、安定で高導電性を有する有機重合体を
得るために、アニリン及びその誘導体の酸化重合に関す
る研究を鋭意重ねた結果、アニリンの酸化重合の反応条
件を選択することにより、上記エメラルデインよりも遥
かに高分子量を有し、且つ、既にその酸化重合段階でド
ーピングされているために、新たなドーピング操作を要
せずして安定で且つ高導電性を有する有機重合体を得る
ことができることを見出した(特願昭58−212280号及び
特願昭58−212281号)。
(Object of the Invention) The present inventors have conducted intensive studies on oxidative polymerization of aniline and its derivatives in order to obtain a stable and highly conductive organic polymer. By doing so, it has a much higher molecular weight than the above emeraldine, and is stable and has high conductivity without requiring a new doping operation because it is already doped in the oxidative polymerization step. It has been found that an organic polymer can be obtained (Japanese Patent Application No. 58-212280 and Japanese Patent Application No. 58-212281).

その後、本発明者らは更に鋭意研究した結果、この導
電性有機重合体がキノンジイミン構造を主たる繰返し単
位として有する実質的に線状の高分子量重合体であるこ
とを見出す(特願昭59−198873号)と共に、このような
高導電性有機重合体を得るためには、ある群よりなる酸
化剤を用いることが必要であることを見出して、本発明
に至つたものである。
Subsequently, the inventors of the present invention have conducted further studies and found that the conductive organic polymer is a substantially linear high molecular weight polymer having a quinone diimine structure as a main repeating unit (Japanese Patent Application No. 59-198873). ), The inventors have found that it is necessary to use a certain group of oxidizing agents in order to obtain such a highly conductive organic polymer, leading to the present invention.

(発明の構成) 本発明は、アニリンを水溶液中にて化学酸化重合し
て、一般式 で表わされるキノンジイミン構造体を主たる繰返し単位
として有する実質的に線状の重合体であつて、ドーパン
トとしての電子受容体を含み、電導度が10-6S/cm以上で
あり、80%酢酸及びN,N−ジメチルホルムアミドに不溶
性である導電性有機重合体を製造する方法において、標
準水素電極を基準とする還元半電池反応における起電力
として定められる標準電極電位が0.6〜1.78Vである酸化
剤(重クロム酸塩を除く。)を用いて、氷水で冷却しな
がら、アニリンを酸化することを特徴とする。
(Constitution of the Invention) The present invention provides a compound represented by the general formula: A substantially linear polymer having a quinone diimine structure represented by the following formula as a main repeating unit, containing an electron acceptor as a dopant, having a conductivity of 10 -6 S / cm or more, and containing 80% acetic acid and In a method for producing a conductive organic polymer which is insoluble in N, N-dimethylformamide, an oxidizing agent having a standard electrode potential of 0.6 to 1.78 V defined as an electromotive force in a reduction half-cell reaction based on a standard hydrogen electrode. (Excluding dichromate), while oxidizing aniline while cooling with ice water.

本発明において、アニリンは、その塩を含むものとす
る。
In the present invention, aniline includes its salt.

本発明の方法によつて、アニリンを酸化重合して得ら
れる導電性有機重合体は、一般式 で表わされるキノンジイミン構造体を主たる繰返し単位
として有する実質的に線状の重合体であつて、反応系中
に存在する電子受容体をドーパントとして含み、電導度
が10-6S/cm以上である。
According to the method of the present invention, a conductive organic polymer obtained by oxidative polymerization of aniline has a general formula Is a substantially linear polymer having a quinone diimine structure represented by the following formula as a main repeating unit, containing an electron acceptor present in a reaction system as a dopant, and having an electric conductivity of 10 -6 S / cm or more. .

このような本発明の方法によるアニリンの酸化重合体
は、乾燥した粉末状態において、通常、緑色乃至黒緑色
を呈し、一般に導電性が高いほど、鮮やかな緑色を呈し
ている。しかし、加圧成形した成形物は、通常、光沢の
ある青色を示す。
Such an oxidized aniline polymer produced by the method of the present invention usually shows green to blackish green in a dry powder state, and generally shows a brighter green color as the conductivity is higher. However, a molded product obtained by pressure molding usually shows a glossy blue color.

本発明の方法による導電性有機重合体は水及び殆どの
有機溶剤に不溶性であるが、通常、濃硫酸に僅かに溶解
し、又は溶解する部分を含む。濃硫酸への溶解度は、重
合体を生成させるための反応方法及び反応条件によつて
も異なるが、後述するように、アニリンを化学酸化剤で
酸化重合して得られる導電性有機重合体は、通常、0.2
〜10重量%の範囲であり、殆どの場合、0.25〜5重量%
の範囲である。但し、この溶解度は、特に高分子量の重
合体の場合には、重合体が上記範囲の溶解度を有する部
分を含むとして理解されるべきである。前記したよう
に、エメラルデインが80%酢酸、冷ピリジン及びN,N−
ジメチルホルムアミドに可溶性であるのと著しい対照を
なす。
The conductive organic polymer according to the method of the present invention is insoluble in water and most organic solvents, but usually contains a portion that is slightly soluble or soluble in concentrated sulfuric acid. The solubility in concentrated sulfuric acid varies depending on the reaction method and reaction conditions for producing the polymer, but as described below, a conductive organic polymer obtained by oxidative polymerization of aniline with a chemical oxidizing agent is Usually 0.2
~ 10% by weight, in most cases 0.25-5% by weight
Range. However, this solubility should be understood as including a portion having a solubility in the above range, especially in the case of a high molecular weight polymer. As described above, emeraldine is 80% acetic acid, cold pyridine and N, N-
This is in marked contrast to being soluble in dimethylformamide.

本発明による重合体は、97%濃硫酸の0.5g/dl溶液が3
0℃において0.1〜1.0の範囲の対数粘度を有し、殆どの
場合、0.2〜0.6である。この場合においても、特に高分
子量の重合体の場合には、濃硫酸に可溶性の部分が上記
範囲の対数粘度を有するとして理解されるべきである。
これに対して、同じ条件下でのエメラルデイン及びアニ
リンブラツクの対数粘度はそれぞれ0.02及び0.005であ
り、本発明による重合体が高分子量重合体であることが
示される。更に、示差熱分析結果も本発明による重合体
が高分子量重合体であることを示している。
The polymer according to the present invention has a 0.5 g / dl solution of 97% concentrated sulfuric acid in 3 g.
It has a logarithmic viscosity in the range of 0.1 to 1.0 at 0 ° C, most often 0.2 to 0.6. Also in this case, especially in the case of high molecular weight polymers, it should be understood that the portion soluble in concentrated sulfuric acid has a logarithmic viscosity in the above range.
In contrast, the logarithmic viscosities of emeraldine and aniline black under the same conditions are 0.02 and 0.005, respectively, indicating that the polymer according to the invention is a high molecular weight polymer. Further, the results of the differential thermal analysis indicate that the polymer according to the present invention is a high molecular weight polymer.

本発明による重合体の代表例として、アニリンの酸化
重合によつて得られた導電性重合体の赤外線吸収スペク
トルを第1図に示し、比較のためにエメラルデイン及び
アニリンブラツク(市販顔料としてのダイヤモンド・ブ
ラツク)の赤外線吸収スペクトルをそれぞれ第2図及び
第3図に示す。
FIG. 1 shows an infrared absorption spectrum of a conductive polymer obtained by oxidative polymerization of aniline as a typical example of the polymer according to the present invention. For comparison, emeraldine and aniline black (a commercially available diamond 2 and 3 show the infrared absorption spectrum of (black).

本発明による導電性重合体の赤外線吸収スペクトルは
エメラルデインのそれに類似するが、一方において、本
発明による重合体においては、エメラルデインに明瞭に
認められる一置換ベンゼンのC−H面外変角振動に基づ
く吸収が殆どみられないのに対して、パラ置換ベンゼン
に基づく吸収が相対的に大きい。即ち、重合体鎖におい
て末端に位置する一置換ベンゼンBtと、重合体鎖におい
て末端以外に位置するベンゼン環Bとの数的な比率Bt/B
が小さい。しかし、本発明の方法による重合体のスペク
トルはアニリンブラツクとは大幅に異なる。従つて、本
発明の方法による重合体はパラ置換ベンゼンを多数含む
エメラルデイン類以の構造を有する。
The infrared absorption spectrum of the conductive polymer according to the present invention is similar to that of emeraldine, while in the polymer according to the present invention, the C-H out-of-plane bending vibration of monosubstituted benzene which is clearly observed in emeraldine is shown. , Whereas absorption based on para-substituted benzene is relatively large. That is, the numerical ratio Bt / B of the monosubstituted benzene Bt located at the terminal in the polymer chain and the benzene ring B located at a position other than the terminal in the polymer chain.
Is small. However, the spectrum of the polymer according to the method of the present invention is significantly different from the aniline black. Therefore, the polymer according to the method of the present invention has a structure other than emeraldines containing a large number of para-substituted benzenes.

本発明の方法による重合体は、アニリンの酸化重合の
段階で系中に存在する電子受容体によつてドーピングさ
れており、この結果として高導電性を有する。即ち、重
合体から電子受容体への電荷移動が生じて、重合体と電
子受容体との間に電荷移動錯体を形成している。本発明
による重合体を例えばデイスク状に成形して、これに一
対の電極を取付け、これら電極間に温度差を与えて半導
体に特有の熱起電力を生ぜしめるとき、低温電極側がプ
ラス、高温電極側がマイナスの起電力を与えるので、本
発明による重合体はp型半導体であることが示される。
The polymers according to the process of the invention are doped by electron acceptors present in the system during the oxidative polymerization of aniline and, as a result, have a high conductivity. That is, charge transfer from the polymer to the electron acceptor occurs, forming a charge transfer complex between the polymer and the electron acceptor. When the polymer according to the present invention is formed into a disk shape, for example, and a pair of electrodes are attached thereto, and a temperature difference is applied between the electrodes to generate a thermoelectromotive force specific to the semiconductor, the low-temperature electrode side is positive, and the high-temperature electrode is high. The side gives a negative electromotive force, indicating that the polymer according to the invention is a p-type semiconductor.

更に、本発明による重合体は、アンモニア等にて化学
補償することによつて導電性が大幅に減少し、また、外
観的にも黒緑色から紫色に変化し、これを再度硫酸等の
電子受容体にてドーピングすることにより、色も黒緑色
に戻ると共に、当初の高導電性を回復する。この変化は
可逆的であり、化学補償及びドーピングを繰り返して行
なつても同じ結果が得られる。第4図にこの化学補償及
び再ドーピングによる重合体の赤外線吸収スペクトルの
変化を示す。Aは当初の重合体、Bは化学補償した重合
体、及びCは再ドーピングした重合体を示す。Cのスペ
クトルがAとほぼ完全に一致することが明らかであり、
従つて、上記化学補償及び再ドーピングは重合体の骨格
構造の変化ではなく、重合体と化学補償試薬或いは電子
受容体との間の電子の授受である。このようにして、本
発明による重合体が酸化重合の段階で電子受容体にてド
ーピングされ、かくして、本発明による重合体はドーパ
ントを含んでいることが理解される。
Further, the polymer according to the present invention has a significantly reduced conductivity due to chemical compensation with ammonia or the like, and also changes in appearance from black green to purple, which is again converted to an electron acceptor such as sulfuric acid. By doping in the body, the color returns to black-green and restores the original high conductivity. This change is reversible and the same result can be obtained by repeated chemical compensation and doping. FIG. 4 shows the change in the infrared absorption spectrum of the polymer due to the chemical compensation and re-doping. A indicates the original polymer, B indicates the chemically compensated polymer, and C indicates the undoped polymer. It is clear that the spectrum of C almost completely matches A.
Therefore, the chemical compensation and re-doping are not changes in the skeletal structure of the polymer, but transfer of electrons between the polymer and the chemical compensating reagent or electron acceptor. In this way, it is understood that the polymer according to the invention is doped at the electron acceptor during the oxidative polymerization stage, and thus the polymer according to the invention contains a dopant.

本発明による導電性重合体が含むドーパントとして
は、例えば、塩素、臭素、ヨウ素等のハロゲン、塩化第
二鉄、四塩化スズ、二塩化銅等のルイス酸、塩化水素、
臭化水素、硫酸、硝酸等の無機酸やピクリン酸、p−ト
ルエンスルホン酸等の有機酸を挙げることができるが、
これらに限定されるものではない。
As the dopant contained in the conductive polymer according to the present invention, for example, chlorine, bromine, halogen such as iodine, ferric chloride, tin tetrachloride, Lewis acid such as copper dichloride, hydrogen chloride,
Hydrogen bromide, sulfuric acid, inorganic acids such as nitric acid and picric acid, organic acids such as p-toluenesulfonic acid can be mentioned,
It is not limited to these.

本発明による導電性有機重合体の化学構造は、上記し
た赤外線吸収スペクトルのほか、重合体の元素分析によ
つて確認され、また、本発明による重合体をアンモニア
等で化学補償した重合体(以下、補償重合体という。)
の元素分析からも確認され、実質的に、前記繰返し単位
からなる線状高分子重合体であり、π電子共役系がドー
パントを含むことによつて高導電性を有するとみられ
る。
The chemical structure of the conductive organic polymer according to the present invention can be confirmed by elemental analysis of the polymer in addition to the infrared absorption spectrum described above. , A compensation polymer.)
Elemental analysis confirmed that the polymer was substantially a linear high-molecular polymer composed of the above-mentioned repeating units, and that the π-electron conjugated system had high conductivity due to the inclusion of the dopant.

しかしながら、本発明の方法による重合体は、上記キ
ノンジイミン構造からなる繰返し単位と共に、その還元
構造である次の繰返し単位(IV) を含んでいてもよい。このような還元構造を含む重合体
は、例えば、本発明による重合体を部分的に還元するこ
とによつて容易に得ることができる。また、前記(II
I)式で表わされる繰返し単位を有する本発明の方法に
よる導電性有機重合体を還元剤にて還元し、上記(IV)
で表わされる繰返し単位を有する還元構造重合体を得た
後、電子受容体として有効な酸化剤により再び酸化する
ことによつて、本発明の方法による導電性有機重合体を
得ることもできる。
However, the polymer according to the method of the present invention comprises, together with the repeating unit having the quinone diimine structure, the following repeating unit (IV) having a reduced structure thereof: May be included. A polymer containing such a reduced structure can be easily obtained, for example, by partially reducing the polymer according to the present invention. In addition, the (II
The conductive organic polymer having a repeating unit represented by the formula (I) according to the method of the present invention is reduced with a reducing agent, and the above-mentioned (IV)
After obtaining a reduced structure polymer having a repeating unit represented by the formula, the conductive organic polymer can be obtained by the method of the present invention by re-oxidizing with a oxidizing agent effective as an electron acceptor.

以上のように、本発明の方法に従つて、アニリンの酸
化重合によつて得られる導電性有機重合体は、好ましく
は、実質的に前記繰返し単位からなり、その重合段階で
既にプロトン酸等のドーパントによつてドーピングされ
ているために、新たなドーピング処理を要せずして高導
電性を有し、しかも、長期間にわたつて空気中に放置し
ても、その導電性は何ら変化せず、従来より知られてい
るドーピングした導電性有機重合体に比較して、特異的
に高い安定性を有している。
As described above, the conductive organic polymer obtained by the oxidative polymerization of aniline according to the method of the present invention preferably comprises substantially the above-mentioned repeating unit, and at the polymerization stage, already contains a protonic acid or the like. Since it is doped with a dopant, it has high conductivity without requiring a new doping treatment, and its conductivity does not change even if left in air for a long period of time. However, it has a specifically high stability as compared with a conventionally known doped conductive organic polymer.

本発明による導電性有機重合体の製造方法は、アニリ
ンを化学酸化剤にて化学酸化重合させるに際して、標準
水素電極を基準として還元過程によつて定まる標準電極
電位が0.6〜1.78Vである酸化剤(重クロム酸塩を除
く。)と、必要に応じてプロトン供給体とを含む酸化剤
液を用いるものである。ここに、標準電極電位が1.78V
である酸化剤として、後述するように、過酸化水素を挙
げることができる。
The method for producing a conductive organic polymer according to the present invention is characterized in that, when aniline is chemically oxidized and polymerized with a chemical oxidizing agent, the oxidizing agent has a standard electrode potential of 0.6 to 1.78 V determined by a reduction process based on a standard hydrogen electrode. (Excluding bichromate) and, if necessary, an oxidant liquid containing a proton donor. Here, the standard electrode potential is 1.78V
Examples of the oxidizing agent include hydrogen peroxide as described below.

本発明において、出発物質として、アニリン又はその
塩が用いられる。アニリン塩としては、反応媒体に溶解
すれば特に制限されるものではないが、例えば、反応媒
体が水であるとき、無機酸の水溶性塩が好ましく用いら
れる。通常、塩酸、硫酸等の鉱酸塩が好適であるが、こ
れらに限定されるものではない。
In the present invention, aniline or a salt thereof is used as a starting material. The aniline salt is not particularly limited as long as it is dissolved in the reaction medium. For example, when the reaction medium is water, a water-soluble salt of an inorganic acid is preferably used. Usually, mineral salts such as hydrochloric acid and sulfuric acid are suitable, but not limited thereto.

一般に、酸化剤の酸化力の強さを表わす指標として、
標準電極電位が知られている。この標準電極電位とは、
酸化剤が被酸化物から電子を得て、自身は還元されると
きの化学反応を、外部回路から電子を受け入れる電極か
らなる半電池とみて、この場合の半電池の起電力の大き
さをいい、従つて、この標準電極電位によつて酸化剤の
酸化力を定量化することができる。電気化学の分野にお
いては、よく知られているように、かかる標準電極電位
のための基準電極として、水素圧が1気圧であつて、且
つ、溶液中の水素イオン活量が単位活量である標準水素
電極を用い、この標準水素電極の電位を0Vとして、標準
電極電位が定められる。
Generally, as an index indicating the strength of the oxidizing power of the oxidizing agent,
The standard electrode potential is known. This standard electrode potential is
The oxidizing agent obtains electrons from the oxide to be oxidized, and considers the chemical reaction when it is reduced as a half-cell composed of electrodes that accept electrons from an external circuit, and refers to the magnitude of the electromotive force of the half-cell in this case. Therefore, the oxidizing power of the oxidizing agent can be quantified by using the standard electrode potential. As is well known in the field of electrochemistry, as a reference electrode for such a standard electrode potential, a hydrogen pressure is 1 atm and a hydrogen ion activity in a solution is a unit activity. The standard electrode potential is determined by using a standard hydrogen electrode and setting the potential of the standard hydrogen electrode to 0V.

本発明においては、この標準電極電位は、標準水素電
極を基準とする還元半電池反応における起電力として定
義される。
In the present invention, the standard electrode potential is defined as an electromotive force in a reduction half-cell reaction based on a standard hydrogen electrode.

即ち、一般に、酸化剤Oxが電子e-を得て、自身は還元
剤Redになる電極反応、 Ox+ne-→Red における電極電位Eは、標準電極電位をE0として、次の
ネルンスト式で与えられる。
That is, in general, the oxidizing agent Ox obtains the electron e and becomes an reducing agent Red, and the electrode reaction E. The electrode potential E in Ox + ne → Red is given by the following Nernst equation with the standard electrode potential as E 0. .

(但し、Fはフアラデー定数、nは反応に関与する電子
の数、aは活量、Rは気体定数、Tは絶対温度を示
す。) ここで、すべての活量aが1である標準状態において
は、上記式中の対数項が0となつて、E=E0である。即
ち、電極電位Eは標準電極電位E0と等しい。
(Where F is the Faraday constant, n is the number of electrons involved in the reaction, a is the activity, R is the gas constant, and T is the absolute temperature.) Here, the standard state where all the activities a are 1 In E, E = E 0 because the logarithmic term in the above equation becomes 0. That is, the electrode potential E is equal to the standard electrode potential E 0.

実際の酸化重合条件下での反応系における酸化剤の電
位は、厳密には、上記ネルンスト式によつて活量を含む
対数項を考慮して計算する必要があるが、しかし、本発
明の方法に従つて、酸化剤を選択するに際しては、酸化
剤の酸化力の序列はこの標準電極電位の序列にほぼ一致
するので、活量項を含まない標準状態での電位、即ち、
標準電極電位を用いても、実質的に何ら問題がない。
Strictly, it is necessary to calculate the potential of the oxidizing agent in the reaction system under the actual oxidative polymerization conditions by considering the logarithmic term including the activity according to the above-mentioned Nernst equation. Therefore, when selecting an oxidizing agent, the order of the oxidizing power of the oxidizing agent substantially corresponds to the order of the standard electrode potential, and thus the potential in the standard state without the activity term, that is,
Even if a standard electrode potential is used, there is substantially no problem.

尚、本発明の方法においては、標準電極電位は、過酸
化水素のように、その還元半電池反応にプロトンが関与
する場合は、プロトンが関与する反応における標準電極
電位によるものとし、アニリンを酸化重合させる反応に
おいては、反応系には所要量又はそれ以上のプロトンを
供給するプロトン供与体、代表的には硫酸、塩酸等のプ
ロトン酸を存在させるものとする。反対に、セリウム
(IV)塩は、その還元半電池反応にプロトンは関与しな
い。従つて、これらを本発明の方法において酸化剤とし
て用いる場合は、反応系にはプロトン供与体を存在させ
る必要はないが、しかし、反応系にプロトン供与体を存
在させることは何ら差支えなく、また、反応によつて得
られる有機重合体に高導電性を付与するために、プロト
ン供与体を存在させることが好ましい場合がある。
In the method of the present invention, when a proton is involved in the reduction half-cell reaction, such as hydrogen peroxide, the standard electrode potential is determined by the standard electrode potential in a reaction involving protons, and aniline is oxidized. In the polymerization reaction, a proton donor for supplying a required amount or more of protons, typically a protonic acid such as sulfuric acid or hydrochloric acid, is present in the reaction system. Conversely, cerium (IV) salts do not involve protons in their reduction half-cell reactions. Therefore, when these are used as the oxidizing agent in the method of the present invention, the presence of a proton donor in the reaction system is not required, but the presence of the proton donor in the reaction system may be any effect. In order to impart high conductivity to the organic polymer obtained by the reaction, it may be preferable that a proton donor is present.

このような標準電極電位は、例えば、「CRCハンドブ
ツク・オブ・ケミストリー・アンド・フイジツクス」
(CRCプレス社)D−155〜D−160や、電気化学協会編
「電気化学便覧」(丸善(株))第71〜74頁に記載され
ている。
Such a standard electrode potential is described, for example, in "CRC Handbook of Chemistry and Physics".
(CRC Press Co.) D-155 to D-160, and the Electrochemical Association, "Electrochemical Handbook" (Maruzen Co., Ltd.), pp. 71-74.

更に、本発明の方法においては、標準電極電位の高い
酸化剤を用いる場合は、プロトン酸を選択して用いるこ
とが望ましい。例えば、酸化剤として、標準電極電位が
それぞれ1.36V及び1.09Vである塩素及び臭素を用いる場
合、プロトン酸として塩酸や臭化水素酸を用いるとき、
それぞれ 2Cl-→Cl2+2e- 2Br-→Br2+2e- なる反応がアニリンの酸化よりも優先して起こり、得ら
れる導電性有機重合体の電導度及び収率が低くなるの
で、プロトン酸としては硫酸を用いることが好ましい。
Furthermore, in the method of the present invention, when an oxidizing agent having a high standard electrode potential is used, it is desirable to select and use a protonic acid. For example, when using chlorine and bromine whose standard electrode potentials are 1.36 V and 1.09 V, respectively, as the oxidizing agent, when using hydrochloric acid or hydrobromic acid as the protic acid,
The reaction of 2Cl → Cl 2 + 2e 2Br → Br 2 + 2e occurs in preference to the oxidation of aniline, and the conductivity and yield of the resulting conductive organic polymer are reduced. Preferably, sulfuric acid is used.

種々の酸化剤の25℃における還元半電池反応とその標
準電極電位、本発明の方法における適用性及び得られた
導電性有機重合体の電導度を第1表に示す。
Table 1 shows reduction half-cell reactions of various oxidizing agents at 25 ° C. and their standard electrode potentials, applicability in the method of the present invention, and conductivities of the obtained conductive organic polymers.

この結果から、標準電極電位が0.6〜1.78Vである酸化
剤を用いることによつて、電導度が10-6S/cm以上である
導電性有機重合体を得ることができることが理解され
る。尚、第1表に示す結果は、塩酸アニリンを水溶液中
で酸化剤によつて酸化重合させたときの結果であり、且
つ、酸化重合の条件として、反応系中にプロトン酸が存
在する方が高導電性の重合体を得やすいので、反応系中
には酸化剤に対して十分な量の硫酸が添加されている。
From these results, it is understood that a conductive organic polymer having a conductivity of 10 −6 S / cm or more can be obtained by using an oxidizing agent having a standard electrode potential of 0.6 to 1.78 V. The results shown in Table 1 are obtained when aniline hydrochloride is oxidatively polymerized in an aqueous solution using an oxidizing agent. The condition of oxidative polymerization is that protonic acid is present in the reaction system. Since a highly conductive polymer is easily obtained, a sufficient amount of sulfuric acid for the oxidizing agent is added to the reaction system.

第1表に示す結果から明らかなように、本発明におい
ては、好適に用い得る酸化剤として、例えば、フエリシ
アン化カリウム(ヘキサシアノ鉄(III)酸カリウ
ム)、ヘキサクロロ白金(IV)酸カリウム、ヨウ素酸ナ
トリウム、二酸化マンガン、硝酸セリウムアンモニウム
(ヘキサニトラトセリウム(IV)酸アンモニウム)、塩
素酸ナトリウム、二酸化鉛、過マンガン酸カリウム及び
過酸化水素を挙げることができる。
As is evident from the results shown in Table 1, in the present invention, oxidizing agents that can be suitably used include, for example, potassium ferricyanide (potassium hexacyanoferrate (III)), potassium hexachloroplatinate (IV), and sodium iodate. Manganese dioxide, cerium ammonium nitrate (ammonium hexanitratocerate (IV)), sodium chlorate, lead dioxide, potassium permanganate and hydrogen peroxide.

本発明においては、反応媒体としては、水が用いられ
る。
In the present invention, water is used as a reaction medium.

本発明による導電性有機重合体の特に好ましい製造方
法は、アニリンを反応媒体中に溶解させ、この溶液に酸
化剤液を徐々に加えて、酸化重合させる方法である。し
かし、アニリンを溶解させた溶液中に所要量の酸化剤液
を一度に加えてもよい。また、酸化剤液中にアニリンを
溶解させた溶液を添加してもよい。前記したように、反
応系中にプロトン供与体を存在させる必要がある場合
は、アニリン溶液及び/又は酸化剤液中に含有させれば
よい。
A particularly preferred method for producing the conductive organic polymer according to the present invention is a method in which aniline is dissolved in a reaction medium, and an oxidizing agent solution is gradually added to the solution to carry out oxidative polymerization. However, the required amount of the oxidizing agent solution may be added at a time to the solution in which aniline is dissolved. Further, a solution in which aniline is dissolved in an oxidant solution may be added. As described above, when the proton donor needs to be present in the reaction system, it may be contained in the aniline solution and / or the oxidant solution.

反応は、氷水で冷却しながら行なう。 The reaction is performed while cooling with ice water.

本発明の方法においては、反応開始後、通常、数分程
度の誘導期間を経た後、直ちに重合体が析出する。この
ように反応は直ちに終了するが、通常、その後数分乃至
数時間、熟成のために撹拌してもよい。次いで、反応混
合物の大量の水中又は有機溶剤中に投入し、重合体を濾
別し、濾液が中性になるまで水洗した後、アセトン等の
有機溶剤にてこれが着色しなくなるまで洗滌し、真空乾
燥して、本発明による導電性有機重合体を得る。
In the method of the present invention, a polymer precipitates immediately after an induction period of usually about several minutes after the start of the reaction. As described above, the reaction is completed immediately, but usually the mixture may be stirred for several minutes to several hours for aging. Next, the reaction mixture is poured into a large amount of water or an organic solvent, the polymer is separated by filtration, washed with water until the filtrate becomes neutral, and then washed with an organic solvent such as acetone until the color is no longer colored. Drying gives the conductive organic polymer according to the invention.

(発明の効果) 以上のように、本発明の方法によれば、標準電極電位
が0.6〜1.78Vである酸化剤を用いて、アニリンを酸化重
合することによつて、キノンジイミン構造を主たる繰返
し単位として有する実質的に線状の高分子量重合体であ
つて、既にその酸化重合段階でドーピングされているた
めに、新たなドーピング操作を要せずして高導電性を有
し、更に、長期間にわたつて空気中に放置しても、その
導電性が何ら変化せず、従来より知られているドーピン
グした導電性有機重合体に比較して、特異的に高い安定
性を有する導電性有機重合体を得ることができる。
(Effects of the Invention) As described above, according to the method of the present invention, aniline is oxidatively polymerized using an oxidizing agent having a standard electrode potential of 0.6 to 1.78 V to form a main repeating unit having a quinone diimine structure. Is a substantially linear high molecular weight polymer having a high conductivity without the necessity of a new doping operation because it has already been doped in the oxidative polymerization step. When left in air for a long time, its conductivity does not change at all, and the conductive organic polymer has a specific high stability as compared with conventionally known conductive organic polymers. Coalescence can be obtained.

(実施例) 以下に実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明は
これら実施例により何ら限定されるものではない。尚、
参考例として、本発明による導電性有機重合体の化学的
及び物理的物性を示すために、重クロム酸カリウムを酸
化剤として用いた例を挙げる。
(Examples) Hereinafter, the present invention will be described with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples. still,
As a reference example, an example using potassium dichromate as an oxidizing agent to show the chemical and physical properties of the conductive organic polymer according to the present invention will be described.

参考例 (標準電極電位が1.33Vである重クロム酸カリウムをプ
ロトン酸存在下に水溶液中で用いる例) (1) 重合体の製造 300mlのフラスコ中に水45gを入れ、濃塩酸4mlを加
え、更にアニリン5g(0.0537モル)を溶解させ、アニリ
ン塩酸塩水溶液を調製し、氷水でフラスコを冷却した。
Reference Example (Example of using potassium dichromate having a standard electrode potential of 1.33 V in an aqueous solution in the presence of a protonic acid) (1) Production of polymer 45 g of water was placed in a 300 ml flask, and 4 ml of concentrated hydrochloric acid was added. Further, 5 g (0.0537 mol) of aniline was dissolved to prepare an aniline hydrochloride aqueous solution, and the flask was cooled with ice water.

別に、水28.8gに濃硫酸4.61g(0.047モル)を加え、
更に重クロム酸カリウム1.84g(0.00625モル)を溶解さ
せた酸化剤水溶液(プロトン酸/重クロム酸カリウムモ
ル比7.5)を調製し、これを氷水で冷却した上記アニリ
ンの塩酸塩水溶液中に撹拌下、滴下ろうとから30分間を
要して滴下した。滴下開始後、最初の2〜3分間は溶液
が黄色に着色したのみであつたが、その後、速やかに緑
色固体が析出し、反応液は黒録色を呈した。
Separately, 4.61 g (0.047 mol) of concentrated sulfuric acid was added to 28.8 g of water,
Further, an oxidizing agent aqueous solution (protonic acid / potassium dichromate molar ratio 7.5) in which 1.84 g (0.00625 mol) of potassium dichromate was dissolved was prepared, and this was stirred in an aqueous solution of the above aniline hydrochloride cooled with ice water. It took 30 minutes to drop from the dropping funnel. After the start of the dropping, the solution was only colored yellow for the first few minutes, after which a green solid was immediately precipitated, and the reaction solution exhibited black color.

滴下終了後、更に30分間撹拌し、この後、反応混合物
をアセトン400ml中に投じ、2時間撹拌し、次いで、重
合体を濾別した。得られた重合体を蒸留水中で撹拌洗滌
し、濾別し、このようにして濾液が中性になるまで洗滌
を繰り返した。次いで、濾別した重合体をアセトンによ
り濾液が着色しなくなるまで洗滌を繰り返した。濾別し
た重合体を五酸化リン上、室温で10時間真空乾燥し、本
発明による導電性有機重合体を緑色粉末として得た。
After completion of the dropwise addition, the mixture was further stirred for 30 minutes. Thereafter, the reaction mixture was poured into 400 ml of acetone, stirred for 2 hours, and then the polymer was separated by filtration. The polymer obtained was washed with stirring in distilled water, filtered off and the washing was repeated in this manner until the filtrate became neutral. Next, the polymer separated by filtration was repeatedly washed with acetone until the filtrate no longer colored. The polymer separated by filtration was vacuum-dried over phosphorus pentoxide at room temperature for 10 hours to obtain a conductive organic polymer according to the present invention as a green powder.

(2) 重合体の物性 上で得た重合体を室温において濃度97%の濃硫酸に加
え、撹拌して、その溶解度を調べたところ、溶解量は1.
2重量%であつた。また、濃度0.5g/dlとしたこの重合体
の97%濃硫酸溶液の温度30℃における対数粘度は0.46で
あつた。比較のために、エメラルデイン及びダイヤモン
ド・ブラツクの同じ条件下での粘度はそれぞれ0.02及び
0.005であつた。
(2) Physical properties of polymer The polymer obtained above was added to concentrated sulfuric acid having a concentration of 97% at room temperature, stirred, and the solubility was examined.
It was 2% by weight. The logarithmic viscosity at a temperature of 30 ° C. of a 97% concentrated sulfuric acid solution of this polymer having a concentration of 0.5 g / dl was 0.46. For comparison, viscosities of emeraldine and diamond black under the same conditions were 0.02 and 0.02, respectively.
It was 0.005.

更に、上記重合体及びエメラルデインについての空気
中における熱重量分析の結果を第5図に示す。昇温速度
は10℃/分である。
FIG. 5 shows the results of thermogravimetric analysis of the polymer and emeraldine in air. The heating rate is 10 ° C./min.

次に、上で得た重合体粉末約120mgを瑪瑙製乳鉢で粉
砕した後、赤外分光光度計用錠剤成形器にて圧力6000kg
/cm2で直径13mmのデイスクに加圧成形した。幅約1mmの
銅箔4本を銀ペースト又はグラフアイトペーストでデイ
スクの四隅に接着し、空気中でフアン・デル・ポウ法に
従つて測定した結果、電導度は2.0S/cmであつた。この
重合体成形物は、10-2Torrの真空中で測定しても、ほぼ
同じ電導度を示した。このデイスクを4か月間空気中に
放置したが、電導度は実質的に変化しなかつた。
Next, after about 120 mg of the polymer powder obtained above was pulverized in an agate mortar, a pressure of 6000 kg was applied using a tablet press for an infrared spectrophotometer.
It was pressed into a 13 mm diameter disk at a pressure of / cm 2 . Four copper foils having a width of about 1 mm were adhered to the four corners of the disk with silver paste or graphite paste, and the conductivity was 2.0 S / cm as a result of measurement in air according to the Van der Pauw method. The molded polymer showed almost the same conductivity as measured in a vacuum of 10 -2 Torr. The disk was left in the air for four months, but the conductivity did not change substantially.

(3) 重合体の赤外線吸収スペクトル 上で得た重合体の赤外線吸収スペクトルを第1図に示
す。比較のために、エメラルデイン及び市販ダイヤモン
ド・ブラツクの赤外線吸収スペクトルをそれぞれ第2図
及び第3図に示す。尚、エメラルデインはA.G.Greenら
の方法によつて調製した(A.G.Green et al.,J.Chem.So
c.,97,2388(1910))。
(3) Infrared absorption spectrum of polymer The infrared absorption spectrum of the polymer obtained above is shown in FIG. For comparison, the infrared absorption spectra of emeraldine and commercially available diamond black are shown in FIGS. 2 and 3, respectively. Emeraldine was prepared by the method of AGGreen et al. (AGGreen et al., J. Chem. So
c., 97 , 2388 (1910)).

上記重合体の赤外線吸収スペクトルは、エメラルデイ
ンのそれと類似するが、同時に大きい差違もある。即
ち、エメラルデインには一置換ベンゼンに基づくC−H
面外変角振動による690cm-1及び740cm-1の明瞭な吸収が
認められるが、本発明による重合体においては、これら
の吸収は殆ど認められず、代わりにパラ置換ベンゼンを
示す800cm-1の吸収が強く認められる。これはエメラル
デインが低分子量体であるために、分子末端の一置換ベ
ンゼンに基づく吸収が相対的に強く現われるのに対し
て、上記重合体は高分子量体であるために、高分子鎖を
なすパラ置換ベンゼンに基づく吸収が相対的に強く現わ
れるからである。これに対して、アニリンブラツクの赤
外線吸収スペクトルは、上記重合体及びエメラルデイン
のいずれとも顕著に相違し、特に、3200〜3400cm-1付近
の広幅の吸収、1680cm-1にあるキノン性カルボニル基と
認められる吸収、1200〜1300cm-1のC−N伸縮振動領
域、600cm-1以下の領域等において異なることが明らか
である。
The infrared absorption spectrum of the above polymer is similar to that of emeraldine, but at the same time there are large differences. That is, emeraldine has C—H based on monosubstituted benzene.
Although a clear absorption of 690 cm -1 and 740 cm -1 due to out-of-plane deformation vibration is observed, in the polymers according to the present invention, these absorption was not observed most of 800 cm -1 indicating the para-substituted benzene in place Absorption is strongly observed. This is because emeraldine is a low-molecular-weight substance, so that absorption based on mono-substituted benzene at the molecular end appears relatively strongly, whereas the above-mentioned polymer is a high-molecular-weight substance, and thus forms a polymer chain. This is because the absorption based on para-substituted benzene appears relatively strongly. In contrast, the infrared absorption spectrum of aniline wanders, the above polymers and also differs markedly from any of Emerarudein, particularly wide absorption around 3200~3400Cm -1, and a quinone carbonyl group in 1680 cm -1 observed is absorbed, C-N stretching vibration region of 1200~1300cm -1, differ in 600 cm -1 or less in the region and the like is obvious.

上記重合体における赤外線吸収スペクトルの帰属は次
のとおりである。
The assignment of the infrared absorption spectrum of the above polymer is as follows.

1610cm-1(シヨルダー、C=N伸縮振動) 1570、1480cm-1(ベンゼン環C−C伸縮振動) 1300、1240cm-1(C−N伸縮振動) 1120cm-1(ドーパントに基づく吸収。ドーパントの種類
によらず、ほぼ同じ位置に吸収を有する。) 800cm-1(パラ置換ベンゼンC−H面外片角振動) 740、690cm-1(一置換ベンゼンC−H面外変角振動) また、上記重合体をアンモニア補償したときの赤外線
吸収スペクトルを第4図(B)に示し、これを5N硫酸で
再びドーピングした後の赤外線吸収スペクトルを第4図
(C)に示す。この再ドーピング後のスペクトルは第4
図(A)に示す当初のそれとほぼ完全に同じであり、更
に、電導度もアンモニア補償前と同じである。また、電
導度の変化は、補償前(A)は0.45S/cm、補償後(B)
は1.6×10-8S/cm、再ドーピング後(C)は0.31S/cmで
あつた。従つて、アンモニア補償する前の上記重合体
は、その酸化重合の段階で用いたプロトン酸によつて既
にドーピングされていることが示される。
1610 cm -1 (shoulder, C = N stretching vibration) 1570, 1480 cm -1 (benzene ring CC stretching vibration) 1300, 1240 cm -1 (CN stretching vibration) 1120 cm -1 (absorption based on dopant. Type of dopant 800 cm -1 (para-substituted benzene C-H out-of-plane angular vibration) 740, 690 cm -1 (mono-substituted benzene C-H out-of-plane bending vibration) FIG. 4 (B) shows the infrared absorption spectrum when the polymer was ammonia-compensated, and FIG. 4 (C) shows the infrared absorption spectrum after doping it again with 5N sulfuric acid. The spectrum after this re-doping is the fourth.
It is almost completely the same as the initial one shown in FIG. (A), and the electric conductivity is the same as before the ammonia compensation. The change in conductivity is 0.45 S / cm before compensation (A) and after compensation (B)
Was 1.6 × 10 −8 S / cm, and after re-doping (C) was 0.31 S / cm. Thus, it is shown that the polymer before ammonia compensation was already doped with the protonic acid used in the oxidative polymerization stage.

(4) 重合体の化学構造 上記導電性重合体の元素分析値を示す。尚、重合体を
水洗及びアセトン洗滌によつて精製しても、元素分析後
に無水酸化クロム(Cr2O3)の緑色粉末が残渣として残
ることが認められるので、実測元素分析値と共に、その
合計を100としたときのそれぞれの換算値を併せて示
す。換算値が理論値と一致することが認められる。ま
た、アンモニアにて化学補償した重合体についても結果
を示す。
(4) Chemical structure of polymer The elemental analysis value of the conductive polymer is shown. Even if the polymer is purified by washing with water and acetone, it is recognized that a green powder of anhydrous chromium oxide (Cr 2 O 3 ) remains as a residue after elemental analysis. The converted values are also shown when the value of is set to 100. It is recognized that the converted value matches the theoretical value. The results are also shown for a polymer chemically compensated with ammonia.

(a)硫酸をドーパントとして含む重合体 C12H8N2(H2SO40.58 理論値 測定値 換算値 C 60.79 58.11 60.99 H 3.89 4.05 4.25 N 11.81 10.80 11.34 S 7.84 7.45 7.82 O 15.66 (14.87) (15.61) 尚、理論式における硫酸量は、イオウの実測値から算
出し、この硫酸量に基づいて理論値における酸素量を算
出した。また、測定値における酸素量は、イオウの測定
値から硫酸量を算出し、この硫酸量から算出した。
(A) Polymer containing sulfuric acid as dopant C 12 H 8 N 2 (H 2 SO 4 ) 0.58 theoretical value measured value converted value C 60.79 58.11 60.99 H 3.89 4.05 4.25 N 11.81 10.80 11.34 S 7.84 7.45 7.82 O 15.66 (14.87) (15.61) The amount of sulfuric acid in the theoretical formula was calculated from the actually measured value of sulfur, and the amount of oxygen in the theoretical value was calculated based on the amount of sulfuric acid. The amount of oxygen in the measured value was calculated from the measured amount of sulfur and the amount of sulfuric acid.

(b)補償重合体 C12H8N2 理論値 測定値 換算値 C 70.98 73.24 79.77 H 4.48 4.34 4.73 N 15.54 14.23 15.50 実施例1 (標準電極電位が1.44Vである硝酸セリウム(IV)アン
モニウムをプロトン酸存在下に用いる例) 200ml容量、蓋付きガラス製反応容器に蒸留水53g及び
塩酸アニリン3.9g(0.030モル)を入れ、アニリン塩酸
塩水溶液を調製した。
(B) Compensating polymer C 12 H 8 N 2 theoretical value measured value converted value C 70.98 73.24 79.77 H 4.48 4.34 4.73 N 15.54 14.23 15.50 Example 1 (Cerium (IV) ammonium nitrate having a standard electrode potential of 1.44 V was converted to proton Example of Using in the Presence of an Acid) A 200 ml-capacity glass reaction vessel with a lid was charged with 53 g of distilled water and 3.9 g (0.030 mol) of aniline hydrochloride to prepare an aniline hydrochloride aqueous solution.

別に、蒸留水38gと硫酸11.8gとからなる酸性水溶液を
調製し、これに硝酸セリウム(IV)アンモニウム16.5g
(0.030モル)を溶解させて、酸化剤液を調製した。
Separately, an acidic aqueous solution composed of 38 g of distilled water and 11.8 g of sulfuric acid was prepared, and 16.5 g of cerium (IV) ammonium nitrate was added thereto.
(0.030 mol) was dissolved to prepare an oxidant solution.

氷水で冷却しながら、この酸化剤液を撹拌下に上記塩
酸アニリン塩水溶液中に滴下した。反応混合物は、直ち
に青色を呈し、間もなく黒緑色となつて、黒録色の沈殿
を生じた。
While cooling with ice water, this oxidizing agent solution was dropped into the above aniline hydrochloride aqueous solution with stirring. The reaction mixture immediately turned blue and soon turned black-green, producing a black-colored precipitate.

この黒緑色の沈殿を濾別し、参考例と同様にして精
製、乾燥して、本発明による導電性有機重合体を収率50
%にて得た。また、この導電性有機重合体の電導度は0.
46S/cmであつた。
The black-green precipitate was separated by filtration, purified and dried in the same manner as in Reference Example to obtain a conductive organic polymer according to the present invention in a yield of 50.
%. In addition, the conductivity of this conductive organic polymer is 0.
It was 46 S / cm.

実施例2 (標準電極電位が1.45Vである塩素酸ナトリウムをプロ
トン酸存在下に用いる例) 200ml容量、蓋付きガラス製反応容器に蒸留水35g及び
硫酸3.9g(0.033モル)を入れ、これに塩酸アニリン3.3
g(0.030モル)を加えて溶解させた。
Example 2 (Example of using sodium chlorate having a standard electrode potential of 1.45 V in the presence of a protonic acid) A 200 ml capacity, 35 g of distilled water and 3.9 g (0.033 mol) of sulfuric acid were placed in a glass-made reaction vessel with a lid. Aniline hydrochloride 3.3
g (0.030 mol) was added and dissolved.

別に、蒸留水38gと塩素酸ナトリウム3.2g(0.030モ
ル)とからなる酸化液を調製し、この酸化液を撹拌下に
上記アニリン塩水溶液中に一度に加えた後、氷水で冷却
しながら、触媒として塩化第二銅40mg(塩素酸ナトリウ
ムに対して1モル%)を添加した。直ちに黒緑色の沈殿
が生成した。冷蔵庫に一晩放置した後、黒緑色の沈殿を
濾別し、参考例と同様にして精製、乾燥して、本発明に
よる導電性有機重合体を収率1%にて得た。また、電導
度は0.19S/cmであつた。
Separately, an oxidizing solution consisting of 38 g of distilled water and 3.2 g (0.030 mol) of sodium chlorate was prepared, and this oxidizing solution was added to the aniline salt aqueous solution at a time with stirring, and then cooled with ice water to obtain a catalyst. Was added as cupric chloride (1 mol% based on sodium chlorate). A black-green precipitate formed immediately. After standing in a refrigerator overnight, a black-green precipitate was separated by filtration, purified and dried in the same manner as in Reference Example to obtain a conductive organic polymer according to the present invention in a yield of 1%. The conductivity was 0.19 S / cm.

また、塩化第二銅に代えて、メタバナジン酸アンモニ
ウム70mg(塩素酸ナトリウムに対して2モル%))を用
いた以外は、上記と同様にし反応させたところ、重合体
の収率は56%、電導度は3.6×10-4S/cmであつた。
When the reaction was carried out in the same manner as above except that 70 mg of ammonium metavanadate (2 mol% based on sodium chlorate) was used instead of cupric chloride, the yield of the polymer was 56%, The conductivity was 3.6 × 10 −4 S / cm.

実施例3 (標準電極電位が1.21Vである二酸化マンガンをプロト
ン酸存在下に用いる例) 100ml容量、蓋付きガラス製反応容器に蒸留水35g及び
硫酸2.9g(0.030モル)を入れ、これに塩酸アニリン3.9
g(0.030モル)を溶解させて、アニリン塩水溶液を調製
した。
Example 3 (Example in which manganese dioxide having a standard electrode potential of 1.21 V is used in the presence of a protonic acid) A 100 ml-capacity, glass reaction vessel with a lid is charged with 35 g of distilled water and 2.9 g (0.030 mol) of sulfuric acid. Aniline 3.9
g (0.030 mol) was dissolved to prepare an aniline salt aqueous solution.

この水溶液を氷冷しながら、撹拌下に二酸化マンガン
粉末2.6g(0.030モル)を少量ずつ添加した。反応混合
物は直ちに青緑色になり、黒緑色の沈殿が生成した。2
時間撹拌を続けた後、一晩放置した。
While the aqueous solution was cooled with ice, 2.6 g (0.030 mol) of manganese dioxide powder was added little by little with stirring. The reaction mixture turned blue-green immediately and a black-green precipitate formed. 2
After continuing stirring for hours, it was left overnight.

この黒緑色の沈殿を濾別し、参考例と同様にして精
製、乾燥して、鮮やかな緑色の本発明による導電性有機
重合体を収率90%にて得た。また、電導度は2.5S/cmで
あつた。
The black-green precipitate was separated by filtration, purified and dried in the same manner as in Reference Example to obtain a bright green conductive organic polymer according to the present invention in a yield of 90%. The conductivity was 2.5 S / cm.

尚、用いた二酸化マンガンは、反応終了後、水溶性の
Mn2+となつて、重合体の精製過程ですべて重合体から除
去されていることが確認された。
The manganese dioxide used was water-soluble after the reaction was completed.
It was confirmed that Mn 2+ was completely removed from the polymer during the purification process of the polymer.

次に、二酸化マンガンを用いる方法において、硫酸の
影響を調べるために、硫酸を用いない場合、及び硫酸を
上記の5倍量用いた場合について、上記と同様にして重
合体を得た。
Next, in a method using manganese dioxide, a polymer was obtained in the same manner as described above in the case where sulfuric acid was not used and the case where sulfuric acid was used in an amount 5 times the amount described above in order to investigate the influence of sulfuric acid.

硫酸を用いない場合は、重合体の収率は64%、電導度
は6.3×10-5S/cm、硫酸を上記の5倍量用いた場合は、
重合体の収率は89%、電導度は3.0S/cmであつた。
When sulfuric acid was not used, the polymer yield was 64%, the conductivity was 6.3 × 10 −5 S / cm, and when sulfuric acid was used in an amount 5 times the above,
The yield of the polymer was 89%, and the conductivity was 3.0 S / cm.

実施例4 (標準電極電位が1.085Vであるヨウ素酸ナトリウムをプ
ロトン酸存在下に用いる例) 200ml容量、蓋付きガラス製反応容器に蒸留水26g、塩
酸1.3ml及び硫酸1.3gを入れ、これにアニリン1.3g(0.0
14モル)を加えて溶解させた。
Example 4 (Example in which sodium iodate having a standard electrode potential of 1.085 V is used in the presence of a protonic acid) A 200 ml capacity, 26 g of distilled water, 1.3 ml of hydrochloric acid, and 1.3 g of sulfuric acid are placed in a glass reaction vessel with a lid, and put into this. 1.3 g of aniline (0.0
14 mol) and dissolved.

別に、蒸留水10gに硫酸2.3gとヨウ素酸ナトリウム0.9
2g(0.00465モル)を溶解させて、酸化液を調製し、こ
の酸化液を撹拌下に上記アニリン塩水溶液中に氷冷下に
徐々に加えた。溶液は直ちに紫色から青、青緑色へと変
色し、遂には緑色の沈殿が生成した。
Separately, 2.3 g of sulfuric acid and 0.9 g of sodium iodate were added to 10 g of distilled water.
2 g (0.00465 mol) was dissolved to prepare an oxidizing solution, and this oxidizing solution was gradually added to the above aniline salt aqueous solution with stirring under ice cooling. The solution immediately turned from purple to blue to turquoise and eventually a green precipitate formed.

この沈殿を濾別し、参考例と同様にして精製、乾燥し
て、本発明による導電性有機重合体を収率71%にて得
た。電導度は4.7S/cmであつた。
This precipitate was separated by filtration, purified and dried in the same manner as in Reference Example to obtain a conductive organic polymer according to the present invention in a yield of 71%. The conductivity was 4.7 S / cm.

実施例5 (標準電極電位が1.46Vである二酸化鉛をプロトン酸存
在下に用いる例) 実施例4において、酸化液として、蒸留水25gと硫酸
5.5gの水溶液に二酸化鉛3.35g(0.014モル)を分散させ
たものを用いた以外は、実施例4と全く同様にして、黒
緑色の本発明による導電性有機重合体を得た。電導度は
1.5×10-3S/cmであつた。
Example 5 (Example of using lead dioxide having a standard electrode potential of 1.46 V in the presence of a protonic acid) In Example 4, 25 g of distilled water and sulfuric acid were used as the oxidizing solution.
A black-green conductive organic polymer according to the present invention was obtained in exactly the same manner as in Example 4, except that a dispersion of 3.35 g (0.014 mol) of lead dioxide in a 5.5 g aqueous solution was used. Conductivity
It was 1.5 × 10 −3 S / cm.

比較例 (標準電極電位が0.58Vであるヒ酸を用いる例) 実施例9において、酸化液として、60%ヒ酸水溶液3.
3g(ヒ酸として0.014モル)と硫酸2.75gとの混合物を用
いた以外は、実施例11と全く同様に処理した。しかし、
1か月経過後も重合体は全く生成せず、僅かに溶液が黄
緑色に着色したのみであつた。
Comparative Example (Example using arsenic acid having a standard electrode potential of 0.58 V) In Example 9, a 60% arsenic acid aqueous solution was used as an oxidizing solution.
The same treatment as in Example 11 was carried out except that a mixture of 3 g (0.014 mol as arsenic acid) and 2.75 g of sulfuric acid was used. But,
After one month, no polymer was formed at all, and the solution was slightly yellow-green.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は参考例にて調製された導電性有機重合体の赤外
線吸収スペクトル、第2図及び第3図はそれぞれエメラ
ルデイン及びアニリン・ブラツクの赤外線吸収スペクト
ル、第4図において、スペクトルAは上記導電性有機重
合体、Bはこの重合体をアンモニア補償して得られる重
合体、及びCは上記Bの重合体を硫酸で再ドーピングし
て得られる重合体のそれぞれの赤外線吸収スペクトルで
ある。第5図は上記導電性有機重合体及びエメラルデイ
ンの加熱による重量残存率を示すグラフである。
1 is an infrared absorption spectrum of the conductive organic polymer prepared in Reference Example, FIGS. 2 and 3 are infrared absorption spectra of emeraldine and aniline black, respectively, and FIG. B is an infrared absorption spectrum of a conductive organic polymer, B is a polymer obtained by ammonia-compensating the polymer, and C is an infrared absorption spectrum of a polymer obtained by re-doping the polymer of B with sulfuric acid. FIG. 5 is a graph showing the weight residual ratio by heating of the conductive organic polymer and emeraldine.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐々木 武 茨木市下穂積1丁目1番2号 日東電気 工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−204266(JP,A) 特開 昭61−64729(JP,A) 特開 昭60−197728(JP,A) 特表 昭60−501262(JP,A) 英国特許1216549(GB,A) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Inventor Takeshi Sasaki 1-2-1, Shimohozumi, Ibaraki City Inside Nitto Electric Industry Co., Ltd. (56) References JP-A-61-204266 (JP, A) JP-A-61 JP-A-64729 (JP, A) JP-A-60-197728 (JP, A) JP-A-60-501262 (JP, A) British patent 1216549 (GB, A)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】アニリンを水溶液中にて化学酸化重合し
て、一般式 で表わされるキノンジイミン構造体を主たる繰返し単位
として有する実質的に線状の重合体であつて、ドーパン
トとしての電子受容体を含み、電導度が10-6S/cm以上で
あり、80%酢酸及びN,N−ジメチルホルムアミドに不溶
性である導電性有機重合体を製造する方法において、標
準水素電極を基準とする還元半電池反応における起電力
として定められる標準電極電位が0.6〜1.78Vである酸化
剤(重クロム酸塩を除く。)を用いて、氷水で冷却しな
がら、アニリンを酸化することを特徴とする導電性有機
重合体の製造方法。
An aniline is chemically oxidized and polymerized in an aqueous solution to obtain a compound represented by the general formula A substantially linear polymer having a quinone diimine structure represented by the following formula as a main repeating unit, containing an electron acceptor as a dopant, having a conductivity of 10 -6 S / cm or more, and containing 80% acetic acid and In a method for producing a conductive organic polymer which is insoluble in N, N-dimethylformamide, an oxidizing agent having a standard electrode potential of 0.6 to 1.78 V defined as an electromotive force in a reduction half-cell reaction based on a standard hydrogen electrode. A method for producing a conductive organic polymer, comprising oxidizing aniline while cooling with ice water using (excluding dichromate).
【請求項2】重合体の0.5g/dl濃硫酸溶液が30℃におい
て0.10以上の対数粘度を有することを特徴とする特許請
求の範囲第1項記載の導電性有機重合体の製造方法。
2. The method according to claim 1, wherein the 0.5 g / dl concentrated sulfuric acid solution of the polymer has a logarithmic viscosity at 30 ° C. of 0.10 or more.
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