JP2844089B2 - ゲル状導電性高分子化合物の製造方法 - Google Patents

ゲル状導電性高分子化合物の製造方法

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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、主鎖に共役系が発達した成形可能なゲル状
導電性高分子化合物の製造方法に関する。
さらに詳しくは、アニリン又はその誘導体からなる重
合体を還元剤で還元することによる成形加工可能なゲル
状導電性高分子化合物の製造方法に関する。
〔従来の技術〕
高分子化合物の主鎖に共役系が高度に発達した導電性
高分子化合物は、電子供与体あるいは電子受容体である
ドーパントをドーピングすることにより、絶縁体−金属
転移を生じ、その導電率を任意に制御できる。さらに、
この転移にともない光学的・磁気的性質が大きく変化す
る。これらのことから、これを利用する様々な機能応用
が可能な機能性素材として非常に注目されている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、一般に導電性高分子化合物はほとんど
の溶剤に不溶であり、また加熱によっても溶融しないた
め、加工性に乏しいという大きな欠点を有していた。こ
れに対し、最近、溶剤に溶解する導電性高分子や、加熱
によって溶融成形可能な導電性高分子が開発されてい
る。しかし、これらの導電性高分子はいまだ充分な加工
性を有しておらず、また加工性を付与したが故に導電率
が低下しているのが現状である。
一方、ゲル状の高分子化合物は、古くから数多く知ら
れており、高分子化合物のファイバー、フィルムなどを
加工する上で、ゲル延伸などの加工技術も開発されてい
る。
本発明は、その導電率の低下を招くこと無く、加工可
能なアニリン系化合物のゲル状重合体を製造する方法を
提供するものである。
〔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鋭意検討した
結果、アニリン系化合物からなる導電性高分子が、ゲル
化可能であること及びゲル化することによりその導電率
を損なうこと無くその加工性を著しく向上せしめること
を見出した。
本発明、ドーパントを含むアニリン系酸化重合体を還
元することにより得られたアニリン系重合体の還元体
を、有機溶剤中で膨潤してゲル化することを特徴とする
ゲル状導電性高分子化合物の製造方法である。
本発明でいうアニリン系重合体とはアニリン重合体、
アリニン誘導体の(共)重合体及びアニリンとアニリン
誘導体の共重合体をいう。具体的には無置換のアニリン
あるいはアニリンの4位以外にアルキル、アルコキシ、
アルケニル、アミノ、アリール、アリル、カルボキシ
ル、ニトロ、ハロゲン、シアノ、スルホン酸などの基、
及びアルキル基の水素の一部がアルコキシ、アルケニ
ル、アミノ、アリール、アリル、カルボキシル、ニト
ロ、ハロゲン、シアノ、スルホン酸などの基で置換した
基を有するアニリン誘導体の重合体が用いられる。ま
た、この重合体を構成するアニリン及びアニリン誘導体
は1種類に限定されるものではなく、複数のアニリン系
化合物によって構成されていてもよい。
アニリン誘導体の具体例としては、N−メチルアニリ
ン、N−エチルアニリン、N−n−プロピル−アニリ
ン、N−n−ブチル−アニリン、N−n−ペンチル−ア
ニリン、N−n−ヘキシル−アニリン、N−n−ヘプチ
ル−アニリン、N−n−オクチル−アニリン、N−n−
ノニル−アニリン、N−n−デシル−アニリン、N−n
−ウンデシル−アニリン、N−n−ドデシル−アニリ
ン、N−t−ブチル−アニリン、N−(2−シアノエチ
ル)−アニリン、N−(2−ヒトロキシエチル)−アニ
リン、N−アリルアニリン、ジフェニルアミン、2−メ
チルアニリン、3−メチルアニリン、2−エチルアニリ
ン、3−エチルアニリン、2−n−プロピル−アニリ
ン、2,3−ジメチルアニリン、2,5−ジメチルアニリン、
2,6−ジメチルアニリン、2,3−ジエチルアニリン、2,5
−ジエチルアニリン、2,6−ジエチルアニリン、2−メ
トキシアニリン、3−メトキシアニリン、2−エトキシ
アニリン、3−エトキシアニリン、2,3−ジメトキシア
ニリン、2,5−ジメトキシアニリン、2,6−ジメトキシア
ニリン、2,3−ジエトキシアニリン、2,5−ジエトキシア
ニリン、2,6−ジエトキシアニリン、2−クロロアニリ
ン、3−クロロアニリン、2−ブロモアニリン、3−ブ
ロモアニリン、2,3−ジクロロアニリン、2,5−ジクロロ
アニリン、2,6−ジクロロアニリン、2,3−ジブロモアニ
リン、2,5−ジブロモアニリン、2、6−ジブロモアニ
リン、2−ニトロアニリン、2−クロロ−3−メチルア
ニリン、2−ブロモ−3−メチルアニリン、2−クロロ
−3−エチルアニリン、2−ブロモ−3−エチルアニリ
ン、2−クロロ−3−(n−ブチル)アニリン、2−ブ
ロモ−3−(n−プロピル)アニリン、2−クロロ−3
−(n−プロピル)アニリン、2−ブロモ−3−(n−
ブチル)アニリン、2−(n−プロピル)アニリン、3
−(n−プロピル)アニリン、2−(n−ブチル)アニ
リン、3−(n−ブチル)アニリン、2−(i−プロピ
ル)アニリン、3−(i−プロピル)アニリン、2−
(i−ブチル)アニリン、3−(i−ブチル)アニリ
ン、2−(t−ブチル)アニリン、3−(t−ブチル)
アニリン、2−ステアリルアニリン、3−ステアリルア
ニリン、2,3,5−トリエチルアニリン、2,3,5−トリ(n
−プロピル)アニリン、2,3,5,6−テトラメチルアニリ
ン、2,3,5,6−テトラエチルアニリン等があげられる。
アニリン又はN位以外に置換基を有するアニリン誘導体
が好ましい。
本発明でいうアニリン系重合体はアニリン又はアニリ
ン誘導体の酸化的重合反応によって合成できる。
酸化的重合反応としては、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などがあげられる。
酸化剤触媒を用いて重合する方法が重合体を安価にかつ
容易に大量に合成することができるので好ましい。
これらの重合用触媒としては、過酸化水素、過マンガ
ン酸塩、二酸化鉛、重クロム酸塩、二酸化マンガン、過
硫酸塩、ヨウ素酸塩等が挙げられるが、必ずしもこれら
に限定されるものではない。
これらの酸化剤をアニリン又はアニリン誘導体中に、
室温下で、好ましくは0℃以下で添加することで容易
に、導電性高分子化合物を得ることができる。
また、電気化学的に重合する場合は、一般的な陽極酸
化によって重合が可能で、約0.01〜50mA/cm2、電解電圧
は1〜300Vの範囲で、定電流法、定電圧法等を用いるこ
とができる。重合は水溶液中、アルコール、アセトニト
リルなどの有機溶媒中、あるいはこれらの混合溶媒中で
行われるが、水溶液中で行うことが好ましい。
アニリン又はアニリン誘導体の酸化的重合反応によっ
て合成されたアニリン系重合体はキノジイミン構造 を有する。
本発明を実施するに際しては、まず前記のアニリン系
重合体を還元する。これによってキノジイミン構造の一
部又は全部がフェニレンジアミン構造 となる。
具体的には、アニリン系導電性高分子化合物を過剰量
の還元剤、例えばヒドラジン、ヒドラジン誘導体、水素
化アルミニウムリチウム、水素化アルコキシアルミニウ
ムリチウム、水素化ホウ素ナトリウム、シアン化水素化
ホウ素ナトリウム、シアン化水素化ホウ素リチウム等に
より水中あるいは有機溶媒中で還元する。キノジイミン
構造に対し過剰量のヒドラジン水溶液を用いて還元する
ことが好ましい。
本発明の導電性高分子化合物還元体は、適当な有機溶
媒によって膨潤し、ゲル化することができ、それにより
任意に成形加工が可能になる。ゲル状高分子化合物は、
例えばゲル状のまま延伸して繊維状にしたり、フィルム
に加工することができる。
上記導電性高分子化合物還元体の膨潤・ゲル化の溶媒
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などのア
ミン系溶剤、ジクロロメタン、ジクロロエタン、クロロ
ホルム等のハロゲン化炭化水素、テトラヒドロフラン、
ジオキサン等のエーテル系溶剤、ジメチルスルホキシ
ド、アセトニトリル、メチルエチルケトンなどの極性溶
剤などが単独又は2種類以上の混合物として用いられ
る。
導電性高分子化合物還元体の膨潤・ゲル化は、還元体
1重量部に対し溶剤0.05〜100重量部使用し、常温ない
し溶剤の沸点で行うことができる。
本発明の導電性高分子化合物還元体のゲル又はその成
形加工物は必要に応じ、ドーパントをドープすることに
より導電率を大きく変化させることができる。
ここで使用されるドーパントには特に制限はなく、ア
ニリン系導電性高分子のドープに際し、ドーパントとし
て公知の化合物例えばヨウ素、臭素、塩素、三塩化ヨウ
素などのハロゲン化合物、硫酸、塩酸、硝酸、過塩素
酸、ホウフッ化水素酸などのプロトン酸、前記プロトン
酸の各種塩、三塩化アルミニウム、三塩化鉄、塩化モリ
ブデン、塩化アンチモン、五フッ化ヒ素などのルイス
酸、酢酸、トリフルオロ酢酸、ベンゼンスルホン酸、p
−トルエンスルホン酸などの有機酸、ポリビニルスルホ
ン酸、ポリスチレンスルホン酸などの高分子多価スルホ
ン酸などの各種ドーパント化合物が使用できる。
これらをドープする方法については、特に制限はな
く、公知のあらゆる方法が可能である。一般には、導電
性高分子化合物還元体のゲル、またはその成形加工物と
ドーパント化合物とを、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。あるいはプロトン酸や
その塩の溶液中で電気化学的にドープする方法も用いら
れる。
〔実施例〕
実施例1 アニリン0.0044モルを塩酸0.2モルと共に水に溶解し1
00mlにする。また、酸化剤である過硫酸アンモニウム0.
027モルを、モノマーと同様に塩酸0.2モルと共に、水に
溶解し100mlとする。これらの溶液を0℃に冷却し、撹
拌しながら酸化剤を含む溶液をゆっくりと滴下し、さら
に6時間0℃に保つ。析出した濃紺色のポリマーを濾別
し、濾液が弱酸性になるまで水で洗浄する。これを5gと
って還元剤としての20%ヒドラジン水溶液100mlに懸濁
させ一昼夜撹拌を続ける。これを濾別し、濾液が中性に
なるまで充分に水洗する。これを30℃で減圧乾燥する。
得られた重合体2gをN−メチル−2−ピロリドン10g
中で室温で撹拌するとゲル化し紡糸や延伸によるフィル
ム化が可能であった。このフィルムを20%塩酸水溶液に
24時間つけてドープし乾燥したところ導電率は0.5S/cm
であった。
また、N−メチル−2−ピロリドンの代りにN,N−ジ
メチルアセトアミドあるいはN,N−ジメチルホルムアミ
ドを用いても同様のゲル化が可能であった。
実施例2 アニリンの代りに2−エチルアニリンを用い、その他
は実施例1と同様にしてポリ−2−エチルアニリンを得
た。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、テトラヒドロ
フランの何れの溶媒を用いてもゲル化可能であった。N
−メチル−2−ピロリドンを用いたゲルから作成したフ
ィルムを、実施例1と同様にドープしたところ、乾燥後
の導電率は0.1S/cmであった。
実施例3 アニリンの代りにN−n−プロピルアニリンを用い、
その他は実施例1と同様にしてポリ−(N−n−プロピ
ルアニリン)を得た。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、テトラヒドロフラン、クロロホルムの何れの溶媒を
用いてもゲル化可能であった。N−メチル−2−ピロリ
ドンを用いたゲルから作成したフィルムを、実施例1と
同様にドープしたところ、乾燥後の導電率は0.001S/cm
であった。
実施例4 アニリン0.2モル/、過塩素酸0.6モル/の水溶液
を調製し、白金板を電極として0.65Vの定電位で4時間
電解重合を行った。陽極に生成したポリアニリンを20%
ヒドラジン水溶液100mlにつけ一昼夜撹拌を続けた。こ
れを濾別し、濾液が中性になるまで水洗し、30℃で減圧
乾燥し、ポリアニリンを得た。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、テトラヒドロフランの何れの溶媒を用いても
ゲル化可能であった。N−メチル−2−ピロリドンを用
いたゲルから作成したフィルムを、実施例1と同様にド
ープしたところ、乾燥後の導電率は0.1S/cmであった。
〔発明の効果〕
本発明方法によれば、成形加工性を有しかつ高い伝導
度・ゲル状導電性性高分子化合物を容易に得ることがで
きる。

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ドーパントを含むアニリン系酸化重合体を
    還元することにより得られたアニリン系重合体の還元体
    を、有機溶剤中で膨潤してゲル化することを特徴とする
    ゲル状導電性高分子化合物の製造方法。
  2. 【請求項2】ヒドラジンを用いて還元することを特徴と
    する第1請求項記載の方法。
  3. 【請求項3】有機溶剤がアミン系溶剤であることを特徴
    とする第1請求項記載の方法。
  4. 【請求項4】ドーパントを含むアニリン系重合体を還元
    したのち、有機溶剤中で膨潤して得たゲル状導電性高分
    子化合物を成型加工することを特徴とする導電性高分子
    化合物の成形加工方法。
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