JP2841124B2 - ポリアニリン誘導体の製造方法 - Google Patents

ポリアニリン誘導体の製造方法

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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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、有機溶剤に可溶なポリ
アニリン誘導体の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、ポリアニリンは、新しい電子材
料、導電材料として、電池の電極材料、帯電防止材料、
電磁波遮蔽材料、光電子変換素子、光メモリー、各種セ
ンサー等の機能素子、表示素子、各種ハイブリッド材
料、透明導電体、各種端末機器等の広い分野への応用が
検討されている。
【0003】ところで、一般にポリアニリンは、π共役
系が高度に発達しているため、高分子主鎖が剛直で、分
子鎖間の相互作用が強く、また、分子鎖間に強固な水素
結合が数多く存在するため、殆どの有機溶剤に不溶であ
り、また加熱によっても溶融しないので、成形性に乏し
く、キャスト成形や塗工ができないと言う大きな欠点を
有している。そのために、例えば、高分子材料の繊維、
多孔質体等の所望の形状の基材にアニリンモノマーを含
浸させ、このアニリンモノマーを適当な重合触媒と接触
させることにより、或いは、電解酸化により重合させて
導電性複合材料としたり、或いはまた、熱可塑性重合体
粉末の存在下で、アニリンモノマーを重合させて同様の
複合材料を得ている。
【0004】一方、重合触媒と反応温度の工夫により、
N−メチル−2−ピロリドンのみに可溶なポリアニリン
も合成されている(M. Abe et al.:J.
Chem. Soc., Chem. Commu
n.,1989,1736)。しかしながら、このポリ
アニリンも、その他の汎用の有機溶媒には殆ど溶解せ
ず、適応範囲が限られていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
点を解消し、ポリアニリン本来の特性を損なうことな
く、汎用の有機溶剤に可溶なポリアニリン誘導体を製造
する方法を提供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記問題を
解決すべく鋭意検討した結果、ポリアニリンの窒素原子
に特定のメルカプト基を有する置換基を導入することに
より上記の問題点が解決できることを見出だし、本発明
を完成するに至った。
【0007】本発明は、ポリアニリン誘導体の製造方法
に関するものであって、その構成上の特徴は、還元型ポ
リアニリンに下記一般式(I) (式中、R1 及びR2 は、同一または異なっていてもよ
く、それぞれ水素原子、置換または非置換アルキル基、
置換または非置換アルケニル基、置換または非置換アリ
ール基、置換または非置換ベンジル基を表わす。)で示
されるチイラン化合物を反応させて、還元型ポリアニリ
ンの窒素原子に、式:−CHR1 CH(SH)R2 (式
中、R1 及びR2 は、上記と同意義を有する。)で示さ
れるメルカプト基を有する置換基を導入することにあ
る。
【0008】より具体的には、本発明は、アニリンをア
ンモニアで処理して可溶型ポリアニリンに変換し、次い
で過剰のヒドラジンで処理して還元型ポリアニリンに変
換し、さらにアミド系溶剤に溶解、または芳香族系溶剤
もしくはエーテル系溶剤に分散した後、得られた溶液ま
たは分散液に上記一般式(I)で示されるチイラン化合
物を加えて反応させることにより、前記還元型ポリアニ
リンの窒素原子に、式:−CHR1 CH(SH)R
2 (式中、R1 及びR2 は、上記と同意義を有する。)
で示されるメルカプト基を有する置換基を導入すること
を特徴とする。
【0009】 以下、本発明について詳細に説明する。
本発明においては、過硫酸アンモニウム等を酸化剤とし
て用いてアニリンを低温、例えば−20〜50℃の範囲
の温度で酸化重合することによって得た数平均分子量
2,000〜500,000〔GPC(N−メチル−2
−ピロリドン溶媒)で測定、ポリスチレン換算の数平均
分子量〕のポリアニリンを使用する。まず、このポリア
ニリンをアンモニアで処理して可溶型ポリアニリンに変
換し、この可溶型ポリアニリンを、過剰のヒドラジンで
処理して還元型のポリアニリンを製造する。なお、還元
型のポリアニリンとは、酸化重合により得られた上記ポ
リアニリンの還元体であって、ポリアニリンに含まれる
窒素原子に水素原子が結合したものを意味する。ヒドラ
ジンの処理は、可溶型のポリアニリンを水に分散し、ポ
リアニリン中の窒素原子に対して当量以上、好ましくは
3倍以上のヒドラジンを窒素雰囲気下で加え、24時間
0〜30℃で攪拌することにより行う。
【0010】得られる還元型ポリアニリンは、N−メチ
ル−2−ピロリドンあるいはN,N−ジメチルアセトア
ミドに可溶であるが、他の汎用有機溶剤、例えば、クロ
ロホルムやテトラヒドロフランには殆ど不溶である。
【0011】次いで、この還元型ポリアニリンをアミド
系溶剤に溶解し、または芳香族系溶剤もしくはエーテル
系溶剤に分散させ、得られた溶液または分散液に、上記
一般式(I)で示されるチイラン化合物を加え、触媒と
して、例えば硝酸銀の存在下、窒素雰囲気下で数時間な
いし2日間加熱して反応させ、ポリアニリンの窒素原子
に式:−CHR1 CH(SH)R2 (式中、R1 及びR
2 は、上記と同意義を有する。)で示されるメルカプト
基を有する置換基を導入する。
【0012】その際、アミド系溶剤としては、N−メチ
ル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミド、
N,N−ジメチルホルムアミド、ヘキサメチルホスホリ
ックトリアミド、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジ
ノン等が使用できる。芳香族系溶剤としては、ベンゼ
ン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、テトラリン
等が使用できる。また、エーテル系溶剤としては、エー
テル、テトラヒドロフラン、ジオキサン等が使用でき
る。
【0013】本発明において、上記一般式(I)で示さ
れるチイラン化合物におけるR1 及びR2 は、同一また
は異なっていてもよく、それぞれ水素原子、置換または
非置換アルキル基、置換または非置換アルケニル基、置
換または非置換アリール基、置換または非置換ベンジル
基を表わすが、それらについて、次のものが例示され
る。
【0014】置換または非置換アルキル基としては、エ
チル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル
基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウ
ンデシル基、ドデシル基、ヘキサデシル基、ドコシル等
の直鎖アルキル基、イソブチル基、イソペンチル基、ネ
オペンチル基、イソヘキシル等の分岐鎖アルキル基、シ
クロヘキシル等の環状アルキル基、およびそれらの水素
原子の1つ以上が、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ
基、アルコキシ基、エステル基または水酸基によって置
換されているものをあげることができる。置換または非
置換アルケニル基としては、ブテニル基、ペンテニル
基、ヘキセニル基、およびそれらの水素原子の1つ以上
が、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、アルコキシ
基、エステル基または水酸基によって置換されているも
のをあげることができる。置換または非置換アリール基
としては、フェニル基、およびフェニル基の水素原子の
1つ以上が、アルキル基、フェニル基、ハロゲン原子、
シアノ基、ニトロ基、アルコキシ基、エステル基または
水酸基によって置換されているものをあげることができ
る。また置換ベンジル基における置換基としては、ハロ
ゲン原子、シアノ基、ニトロ基、アルコキシ基、エステ
ル基または水酸基をあげることができる。
【0015】チイラン化合物の好ましいものとして、チ
イランおよび2−エチルチイランをあげることができ
る。
【0016】本発明において、上記メルカプト基を有す
る置換基は、還元型ポリアニリンの窒素原子の10%以
上に導入されるように反応を行なうのが好ましい。導入
率が10%未満の場合には、有機溶剤に対する充分な溶
解度が得られない。
【0017】上記のようにして得られた窒素原子に上記
メルカプト基を有する置換基が導入されたポリアニリン
は、後処理として、アンモニア水で脱ドープ処理するこ
とが望ましい。
【0018】本発明によって製造される上記窒素原子に
上記メルカプト基を有する置換基が導入されたポリアニ
リンは、N−メチル−2−ピロリドンおよびN,N−ジ
メチルアセトアミドに可溶であるばかりでなく、クロロ
ホルム、ジクロロエタン、ジクロロメタン等のハロゲン
化炭化水素溶剤、テトラヒドロフラン等のエーテル系溶
剤、及びメタノール、エタノール、プロパノール等のア
ルコール系溶剤に可溶であり、そして、これらの溶剤に
溶解した溶液を用い、キャスト成形によって、良好な自
立性のフィルムを得ることができる。また、形成された
フィルムは、塩酸、硫酸、ホウフッ化水素酸、過塩素酸
等のプロトン酸中でドープすることにより、10-3〜1
-1S/cmの高い導電率を示すものとなる。
【0019】
【実施例】以下、本発明を実施例によって説明する。 実施例1 アニリン4.1g、濃塩酸21.9gを水に溶かして1
00mlとし、−5℃に冷却する。濃塩酸21.9g、
過硫酸アンモニウム6.28gを水に溶かして100m
lとし、この溶液もまた−5℃に冷却し、さきのアニリ
ン溶液にゆっくりと滴下し、−5℃で4時間攪拌を続け
た。こうして得られた数平均分子量12,000(GP
C,N−メチル−2−ピロリドン溶媒中で測定、ポリス
チレン換算の数平均分子量)のポリアニリンを水で十分
洗浄した後、さらにアンモニア水で脱ドープ処理を行な
った。こうして得られた可溶型ポリアニリンを200m
lの水に分散し、窒素雰囲気下で50mlのヒドラジン
を加え、24時間室温で攪拌を続け、濾別、乾燥して灰
白色の還元型ポリアニリンを得た。
【0020】こうして得られた還元型ポリアニリン1g
をN−メチル−2−ピロリドン30mlに完全に溶解
し、充分に窒素置換した後、チイラン0.66g(還元
型ポリアニリンの窒素原子に対して100mol%)と
硝酸銀0.01gを加えて5時間50℃で攪拌を続け、
反応させた。この溶液を1リットルの水に攪拌しながら
投入し、沈澱物を濾別し、乾燥後、アンモニア水で脱ド
ープ処理して窒素原子を置換したポリアニリン誘導体を
1.3g得た。反応収率から窒素原子の置換率が46%
であることが分った。メルカプト基の存在は、赤外吸収
スペクトルの2565cm-1の吸収で確認した。
【0021】このポリアニリン誘導体は、N−メチル−
2−ピロリドンに可溶なだけでなく、クロロホルム、ジ
クロロエタン、ジクロロメタン、テトラヒドロフラン等
の有機溶剤に対して良好な溶解性を示した。さらにこの
ポリアニリン誘導体のクロロホルム溶液から、キャスト
成形によって自立性のフィルムを得ることができた。導
電率は、硫酸ドープ時で0.01S/cmであった。ま
た、ドーピング前のフィルムは、先に述べたN−メチル
−2−ピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミド、ク
ロロホルム、ジクロロエタン、ジクロロメタン、テトラ
ヒドロフラン、メタノール等の有機溶剤に溶解させるこ
とができた。
【0022】実施例2 実施例1において用いた還元型ポリアニリン1gを、エ
ーテル30ml中に分散し、これにチイラン0.47g
と硝酸銀0.02gを加えて12時間25℃で攪拌を続
け、反応させた。沈澱物を濾別し、乾燥後、アンモニア
水で脱ドープ処理して窒素原子を置換したポリアニリン
誘導体を1.15g得た。反応収率から窒素原子の置換
率が23%であることが分った。メルカプト基の存在
は、赤外吸収スペクトルの2565cm-1の吸収で確認
した。
【0023】このポリアニリン誘導体は、N−メチル−
2−ピロリドンに可溶なだけでなく、クロロホルム、ジ
クロロエタン、ジクロロメタン、テトラヒドロフラン等
の有機溶剤に対して良好な溶解性を示した。さらにこの
ポリアニリン誘導体のクロロホルム溶液から、キャスト
成形によって自立性のフィルムを得ることができた。導
電率は、硫酸ドープ時で0.01S/cmであった。ま
た、ドーピング前のフィルムは、先に述べたN−メチル
−2−ピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミド、ク
ロロホルム、ジクロロエタン、ジクロロメタン、テトラ
ヒドロフラン、メタノール等の有機溶剤に溶解させるこ
とができた。
【0024】実施例3 実施例1において、チイランの代わりに、2−エチルチ
イラン0.97g(還元型ポリアニリンの窒素原子に対
して100mol%)を用い、同様の手順で窒素原子を
置換したポリアニリン誘導体を1.3g得た。反応収率
から窒素原子の置換率は31%であることが分った。メ
ルカプト基の存在は、赤外吸収スペクトルの2565c
-1の吸収で確認した。
【0025】このポリアニリン誘導体は、N−メチル−
2−ピロリドンに可溶なだけでなく、クロロホルム、ジ
クロロエタン、ジクロロメタン、テトラヒドロフラン等
の有機溶剤に対して良好な溶解性を示した。さらにこの
ポリアニリン誘導体のクロロホルム溶液から、キャスト
成形によって自立性のフィルムを得ることができた。導
電率は、硫酸ドープ時で0.01S/cmであった。ま
た、ドーピング前のフィルムは、先に述べたN−メチル
−2−ピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミド、ク
ロロホルム、ジクロロエタン、ジクロロメタン、テトラ
ヒドロフラン、メタノール等の有機溶剤に溶解させるこ
とができた。
【0026】比較例 アニリン4.1g、濃塩酸21.9gを水に溶かして1
00mlとし、−5℃に冷却する。濃塩酸21.9g、
過硫酸アンモニウム6.28gを水に溶かして100m
lとし、この溶液もまた−5℃に冷却し、さきのアニリ
ン溶液にゆっくりと滴下し、−5℃で4時間攪拌を続け
た。こうして得られたポリアニリンを水で充分洗浄した
後、さらにアンモニア水で脱ドープ処理を行なった。こ
うして得られたポリアニリンは、N−メチル−2−ピロ
リドンに可溶で、この溶液から自立性のフィルムを得る
ことができた。しかしながら、得られたポリアニリンは
クロロホルムやテトラヒドロフランには不溶であり、ま
た、得られた自立性のフィルムは如何なる有機溶剤にも
不溶であった。
【0027】
【発明の効果】本発明によれば、還元型ポリアニリンの
窒素原子に式:−CHR1 CH(SH)R2 で示される
メルカプト基を有する置換基を導入することにより、ポ
リアニリン本来の特性を損なうことなく、有機溶剤に可
溶であって、かつフィルム化や塗工等の加工性に優れた
ポリアニリン誘導体を製造することができる。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 還元型ポリアニリンに下記一般式(I) (式中、R1 及びR2 は、同一または異なっていてもよ
    く、それぞれ水素原子、置換または非置換アルキル基、
    置換または非置換アルケニル基、置換または非置換アリ
    ール基、置換または非置換ベンジル基を表わす。)で示
    されるチイラン化合物を反応させて、還元型ポリアニリ
    ンの窒素原子に、式:−CHR1 CH(SH)R2 (式
    中、R1 及びR2 は、上記と同意義を有する。)で示さ
    れるメルカプト基を有する置換基を導入することを特徴
    とするポリアニリン誘導体の製造方法。
  2. 【請求項2】 ポリアニリンをアンモニアで処理して可
    溶型ポリアニリンに変換し、次いで過剰のヒドラジンで
    処理して還元型ポリアニリンに変換し、さらにアミド系
    溶剤に溶解、または芳香族系溶剤もしくはエーテル系溶
    剤に分散した後、得られた溶液または分散液に下記一般
    式(I) (式中、R1 及びR2 は、同一または異なっていてもよ
    く、それぞれ水素原子、置換または非置換アルキル基、
    置換または非置換アルケニル基、置換または非置換アリ
    ール基、置換または非置換ベンジル基を表わす。)で示
    されるチイラン化合物を加えて反応させることにより、
    前記還元型ポリアニリンの窒素原子に、式:−CHR1
    CH(SH)R2 (式中、R1 及びR2 は、上記と同意
    義を有する。)で示されるメルカプト基を有する置換基
    を導入することを特徴とするポリアニリン誘導体の製造
    方法。
  3. 【請求項3】 還元型ポリアニリンの窒素原子の10%
    以上に式:−CHR1 CH(SH)R2 (式中、R1
    びR2 は、上記と同意義を有する。)で示されるメルカ
    プト基を有する置換基を導入することを特徴とする請求
    項1または2記載のポリアニリン誘導体の製造方法。
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