JP2750559B2 - 導電性重合体組成物 - Google Patents

導電性重合体組成物

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は導電性重合体組成物に関
し、特に、チオフェン−シロール−チオフェン骨格を有
する新規な導電性重合体組成物に関する。
【0002】
【従来技術】ポリアセチレンに電子受容性物質又は電子
供与性物質をドーピングすることにより電荷移動形成反
応を起こさせ、電子伝導に基づく高い電気伝導性を発現
させることが見出された後、同様の現象が、ポリフェニ
レン、ポリピロール、ポリアニリン及びポリチオフェン
等についても見出されるに至り、導電性有機高分子化合
物が近年注目を浴びている。しかしながら、これらの高
分子は、不溶不融であるために賦形性に乏しい上、気相
重合法や電解重合法によるために、生成フィルムの形状
が反応容器や電極の形状により制約されるのみならず、
ドーピング時に高分子物性が著しく劣化するという欠点
があった。
【0003】かかる欠点を解決するために、ポリチオフ
ェンの側鎖にアルキル基を導入することが提案されてい
るが、未だシロールとチオフェンを組み合わせたポリマ
ーについては知られていない。そこで、本発明者等は、
上記従来の欠点を解決すべく鋭意検討した結果、安定な
チオフェン−シロール共重合体を得ることができるこ
と、及び、該共重合体にヨウ素をドーピングすることに
より高い電気伝導性を発現させることができることを見
出し本発明に到達した。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従って本発明の目的
は、任意の形状のフィルムや塗膜に賦形することができ
る、溶剤可溶な導電性重合体組成物を提供することにあ
る。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の上記の目的は、
ヨウ素をドーピングしてなる導電性重合体組成物であっ
て、該重合体が下記化11で表されるチオフェン−シロ
ール−チオフェン骨格を繰り返し単位として持つ重合体
であることを特徴とする導電性重合体組成物により達成
された。
【化11】 但し、上式中のRは水素原子又は炭素数が1〜7の一価
の炭化水素基、R’は炭素数が1〜12の一価の有機基
又は有機基で置換されたケイ素基である。本発明におけ
るチオフェン−シロール共重合体の代表例は一般式化2
で表され、それは、下記化3で表される化合物と、化4
で表される化合物とを、ニッケル又はパラジウムの金属
錯体存在下に反応させることによって容易に得ることが
できる。
【0006】
【化2】
【化3】 但し、上式中のRは水素原子又は炭素数が1〜7の一価
の炭化水素基、R’は炭素数が1〜12の一価の有機基
又は有機基で置換されたケイ素基であり、nは0〜20
の整数であることが好ましい。Xはハロゲン原子、Yは
水素原子又はハロゲン原子である。ハロゲン原子として
は、取り扱いの容易性及び反応性の観点から臭素原子が
最も好ましい。
【化4】 但し上式中のR及びR’は化3のものと同一であり、M
はSnR、M’はSnRまたは水素原子である。
【0007】上記三置換の錫基としては、トリメチルス
タニル基、トリブチルスタニル基及びトリフェニルスタ
ニル基等が例示される。Rとしては、メチル基、エチル
基、プロピル基等のアルキル基の他、フェニル基、トリ
ル基、ビニル基、3,3,3−トリフルオロプロピル基
等を挙げることができる。また、R’としては、メチル
基、エチル基、イソプロピル基、第三級ブチル基、フェ
ニル基、ベンジル基、ジヒドロピラニル基、トリメチル
シリル基、第三級ブチルジメチルシリル基、ジフェニル
メチルシリル基等が挙げられる。これらの中でも特に第
三級ブチルジメチルシリル基が好ましい。
【0008】上記化3の化合物は、例えば対応する2,
5−ジチエニルシロールをN−臭化こはく酸イミド等で
処理することにより、また化4の化合物は、2.5−ジ
チエニルシロールをn−ブチルリチウムと反応させた
後、塩化トリアルキル錫などを加える等の公知の方法で
夫々得ることができる。パラジウムまたはニッケルの金
属錯体は、本発明の前記化2の化合物を得るために不可
欠な触媒であって、その例としては、一般式Cl2
(PR1 3 2 又はCl2 M(R2 2 PQPR3 2 )そ
の他で示されるものを挙げることができる。但し、ここ
でMはPd又はNiである。
【0009】前者の具体例としては、Cl2 Pd(PM
3 2 、Cl2 Pd(PEt3 2 、Cl2 Pd(P
Bu3 2 、Cl2 Pd(PPh3 2 、Cl2 Pd
(P(OMe)3 2 、Cl2 Pd(P(OEt)3
2 ;Cl2 Ni(PMe3 2、Cl2 Ni(PE
3 2 、Cl2 Ni(PBu3 2 、Cl2 Ni(P
Ph3 2 、Cl2 Ni(P(OMe)3 2 、Cl2
Ni(P(OEt)3 2 等があり;
【0010】二価の配位子を有する後者の具体例として
は、Cl2 Pd(Ph2 P(CH24 PPh2 )、C
2 Pd(Ph2 P(CH2 3 PPh2 )、Cl2
d(1,1−ビス(ジフェニルホスフィノフェロセ
ン))、Cl2 Ni(Ph2 P(CH2 4 PP
2 )、Cl2 Pd(Ph2 P(CH2 4 PPh2
等を挙げることができる。
【0011】又、その他の例としてPd(PP
3 4 、(PhCH2 )PdCl(PR1 3 2 、C
2 Pd(MeCN)2 、Cl2 Pd(PhCN)2
Cl2 Pd(MeCN)PR3 、Cl2 Pd(PhC
N)PR3 、〔Pd(π−C3 3 )Cl〕3 が挙げら
れる。但し、上式中のMeはメチル基、Etはエチル
基、Buはブチル基及びPhはフェニル基を表す。
【0012】本発明においては、上記の如くして得られ
た共重合体にヨウ素をドーピングする。ヨウ素のドーピ
ングは、1)ヨウ素の蒸気雰囲気下に、前記共重合体を
晒す気相又は乾式方法、2)ヨウ素を不活性溶媒中に溶
解した後、得られた溶液中に前記共重合体を浸積する湿
式ドーピング法によって行うことができる他、前記共重
合体を溶解し得る溶媒中に、該共重合体と共にヨウ素を
溶解させ、得られた溶液を塗布・乾燥し、賦形と同時に
ドーピングを行う同時ドーピング法を採用することもで
きる。
【0013】気相ドーピングでは、ドーパント雰囲気の
温度とドーパント分圧を制御することによりドーピング
速度をコントロールすることができる。この場合、一般
に温度は−30℃〜200℃の範囲で行われる。−30
℃未満ではドーピング速度が遅く、200℃を超えた場
合にはドーピング時にポリマーの劣化を招くので好まし
くない。ドーパント分圧は、1mmHg〜5気圧の範囲
とすることが好ましい。1mmHg未満ではドーピング
速度が遅く、5気圧を超えてもドーピング速度は増加し
ない。
【0014】湿式ドーピングに用いられる不活性溶媒と
は、ヨウ素と反応して電子供与性化合物としての能力を
失活させない溶媒をいう。かかる溶媒としては、アセト
ン、メチルエチルケトン、シクロヘキサンのようなケト
ン類、ヘキサン、オクタン、シクロヘキサンのような炭
化水素類、トルエン、キシレン、ニトロベンゼンのよう
な芳香族類、エーテル、THFのようなエーテル類、酢
酸エチルのようなエステル類、メタノール、エタノール
のようなアルコール類、DMF、DMSO、HMPAの
ような非プロトン性極性溶媒、その他、ニトロメタン、
アセトニトリル等が挙げられる。
【0015】これらの中でも、THFのような溶媒はポ
リマーを非常によく溶解するので、特にこれらの溶媒を
用いて同時ドーピングを行うことが好適である。同時ド
ーピング法における乾燥温度は、通常0〜150℃であ
り、乾燥は常圧又は減圧下で行われる。このようにして
得られた導電性重合体組成物の導電率の測定は、ガラス
板上に4端子部を白金蒸着により形成させて電極とした
後、この上に、溶解させたポリマー溶液をスピンコート
して薄膜を形成させることによって容易に行うことがで
きる。
【0016】上記の如く、本発明で使用するチオフェン
−シロール−チオフェン骨格を繰り返し単位として有す
るポリマーは、溶剤に可溶であって任意の形状のフィル
ムや塗膜に賦形することができる上、ヨウ素でドーピン
グしても脆化することがなく、導電性は、ヨウ素をドー
ピングしない場合より、導電率で107 〜108 倍と著
しく向上する。
【0017】
【発明の効果】以上詳述した如く、本発明の導電性重合
体組成物は賦形性に優れるので、バッテリーの電極、太
陽電池、電磁シールド用筐体等、電気、電子、通信分野
の用途に好適である。
【0018】
【実施例】以下、本発明を合成例及び実施例によって更
に詳述するが、本発明はこれによって限定されるもので
はない。ジチエニルシロール及びその2臭化物の合成
【0019】合成例1.冷却基、滴下ロート、攪拌子を
取り付けた200mlのフラスコに、構造式が下記化5
で表される2,5−ジチエニルシロール1.45gとテ
トラヒドロフラン40mlを入れた後、N−臭化こはく
酸イミド0.85gのジメチルホルムアミド溶液20m
lを滴下した。
【化5】 ジメチルホルムアミド溶液の滴下終了後10分後に、水
100mlを入れて反応を終了させ、ヘキサン100m
lで三回抽出した。有機層を集めて水及び食塩水で洗っ
た後、硫酸ナトリウムで乾燥した。
【0020】溶媒を留去した後、シリカゲルカラムクロ
マトグラフィー(溶離液;ヘキサン/塩化メチレン=1
0/1、Rf=0.38)を用いて、下記化6で表され
る1.2gの2臭化物を得た。
【化6】 得られた臭化物は、融点が145〜147℃の黄色の結
晶であった。又、元素分析の結果は炭素原子が55.3
6%、水素原子が6.02%であり、C41522 2
Si3 Br2 とした場合の夫々の計算値55.64%及
び5.92%と良く一致した。
【0021】チオフェン−シロール共重合体の合成 合成例2.合成例1で使用した無置換のジチエニルシロ
ール(化5)495mgの乾燥ヘキサン溶液に、室温で
N,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミン
0.4ml及びn−ブチルリチウムの1.67モルヘキ
サン溶液1.6mlを順次添加して1時間攪拌した。次
に、クロロトリブチル錫を0.81ml滴下した後更に
1時間攪拌し、合成例1で合成した2臭化物(化6)6
02mgの乾燥テトラヒドロフラン溶液12mlとCl
2 Pd(PPh3 2 52mgを加えた。
【0022】反応混合液を65℃で一週間攪拌し、溶媒
を留去した後、残りを50mlのクロロホルムに溶かし
た。クロロホルム溶液を27ミリモルのシアン化カリウ
ム水溶液で2度、水で2度洗浄した後、硫酸ナトリウム
で乾燥した。濾過した後溶媒を留去して得た固体を少量
のクロロホルムに溶解した後ヘキサンで再沈を行って濾
過し、ヘキサン洗浄を経て、下記化7で表される濃い赤
紫色のポリマーを650mg得た。
【化7】 重量平均分子量は12,600、数平均分子量は7,7
00であった。
【0023】実施例1.合成例2で製造したチオフェン
−シロール共重合体化7をTHFに溶解させて、10重
量%溶液を調整した。一方、ガラス板上に、白金蒸着に
より4端子部を形成して電極とし、この上に上記溶液を
スピンコートし、2mmHg/50℃で乾燥させて、厚
さ1μmの薄膜を形成させた。次いで、遮光、密閉下に
得られた薄膜をヨウ素、蒸気と接触させ、直流抵抗の経
時変化を追跡したところ、ヨウ素、蒸気に晒されると、
急速に導電率が上昇し、膜の外観も濃紺から黒茶色に変
化することが確認された。最終的に安定した導電率は
9.2×10-3S/cmであった。
【0024】実施例2.合成例2で得たチオフェン−シ
ロール共重合体をプレスして厚さ100μmのフィルム
を作製した。次いで得られたフィルムを、4端子部を有
する電極で挟み、導電率測定用の試料を調製した。得ら
れた試料を、真空ラインに接続したガラス瓶容器内に取
り付け、固体ヨウ素と共存させた後脱気した。脱気した
後、固体ヨウ素と共に密閉下に静置した試料の導電率を
測定したところ、ヨウ素蒸気に晒された試料は急速に導
電率が上昇し、最終滴に1×10-3S/cmに落ちつい
た。
【0025】比較例.固体ヨウ素を全く用いない他は実
施例2と全く同様にして導電率を測定したところ、1×
10-11 S/cmと極めて低いものであった。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ヨウ素をドーピングしてなる導電性重合
    体組成物であって、該重合体が、下記化10で表される
    チオフェン−シロール−チオフェン骨格を繰り返し単位
    として持つ重合体であることを特徴とする導電性重合体
    組成物。 【化10】 但し、化10中のRは水素原子又は炭素数が1〜7の一
    価の炭化水素基、R’は炭素数が1〜12の一価の有機
    基または有機基で置換されたケイ素基である。
  2. 【請求項2】 重合体が、下記化1で表される請求項1
    に記載の導電性重合体組成物; 【化1】 但し、化1中のRは水素原子又は炭素数が1〜7の一価
    の炭化水素基、R’は炭素数が1〜12の一価の有機基
    または有機基で置換されたケイ素基であり、nは0〜2
    0の整数である。
  3. 【請求項3】 R’が第三級ブチルジメチルシリル基で
    ある請求項1又は2に記載の導電性重合体組成物。
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