JP3270958B2 - Conductor made of poly (3-alkylthiophene) - Google Patents

Conductor made of poly (3-alkylthiophene)

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JP3270958B2
JP3270958B2 JP09829494A JP9829494A JP3270958B2 JP 3270958 B2 JP3270958 B2 JP 3270958B2 JP 09829494 A JP09829494 A JP 09829494A JP 9829494 A JP9829494 A JP 9829494A JP 3270958 B2 JP3270958 B2 JP 3270958B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、ポリ(3−アルキルチ
オフェン)に関し、更にポリ(3−アルキルチオフェ
ン)からなる導電体に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a poly (3-alkylthiophene), and more particularly to a conductor made of poly (3-alkylthiophene).

【0002】[0002]

【従来の技術】ポリ(3−アルキルチオフェン)は導電
性高分子として知られている。従来、ポリ(3−アルキ
ルチオフェン)は、対応するモノマーである3−アルキ
ルチオフェンを電解重合するか、或いは化学酸化重合す
ることによって製造されている。これらの重合法で重合
したポリ(3−アルキルチオフェン)はフィルム等に成
形できるが、電解重合法による場合は、化学酸化重合法
による場合より重合収率が劣る。しかして、化学酸化重
合法により重合され、側鎖のアルキル基がヘキシル以上
の重合体は、トルエンなどの溶剤に可溶で、且つ部分的
に結晶性を有する導電性高分子として注目されている。
2. Description of the Related Art Poly (3-alkylthiophene) is known as a conductive polymer. Conventionally, poly (3-alkylthiophene) has been produced by electrolytically polymerizing the corresponding monomer, 3-alkylthiophene, or by chemical oxidative polymerization. Poly (3-alkylthiophene) polymerized by these polymerization methods can be formed into a film or the like, but the polymerization yield is lower in the case of electrolytic polymerization than in the case of chemical oxidation polymerization. Thus, polymers polymerized by a chemical oxidative polymerization method and having a side chain alkyl group of hexyl or more are attracting attention as conductive polymers that are soluble in solvents such as toluene and partially crystalline. .

【0003】しかし、この化学酸化重合法による従来の
重合体は、その結晶性が小さく、各種電子デバイスに使
用した場合、それぞれの目的とする特性が充分でなく、
実用化にいたっていない。例えばダイオードや、導電体
を能動成分とするトランジスタに採用した場合、整流特
性についてみると、その特性は一般的には熱電子放出モ
デルを用いて解析されるが、その場合その特性の良し悪
し(障壁の安定性)を理想因子を用いて判断するのが便
利である。シリコンダイオードなどでは理想因子は1近
傍であり、また安定した整流特性を示すのは1から2の
範囲である。しかし、導電性高分子では6から10と大
きく、安定した障壁が形成されない例が多い。これは結
晶性の問題に帰着する。また、トランジスタに応用する
場合には、その結晶化度が低いと電子の移動度が小さ
く、安定した特性を示さない。更に、結晶性導電体の応
用については、融点付近で抵抗値が急変する性質(正の
抵抗温度特性:PCT特性)を利用して、温度ヒューズ
などいろいろの応用が考えられるが、この性質も結晶性
が悪いと、安定性を欠き、またPTC特性そのものも小
さいため、実用化が難しい状況にある。そのため、結晶
性が優れ、結晶化度の高いポリ(3−アルキルチオフェ
ン)が要望されている。
However, conventional polymers produced by this chemical oxidation polymerization method have low crystallinity and, when used in various electronic devices, do not have the desired properties.
It has not been put to practical use. For example, when a diode or a transistor having a conductor as an active component is employed, the rectification characteristic is generally analyzed using a thermionic emission model. It is convenient to determine the stability of the barrier) using an ideal factor. In a silicon diode or the like, the ideal factor is near 1, and the range of 1 to 2 shows stable rectification characteristics. However, conductive polymers are as large as 6 to 10, and there are many cases where a stable barrier is not formed. This results in crystallinity problems. In addition, in the case of application to a transistor, if the crystallinity is low, the mobility of electrons is small and stable characteristics are not exhibited. Further, as for the application of the crystalline conductor, various applications such as a thermal fuse can be considered by utilizing the property that the resistance value changes abruptly near the melting point (positive resistance temperature characteristic: PCT characteristic). Poor properties lack stability, and the PTC characteristics themselves are small, making it difficult to put them to practical use. Therefore, poly (3-alkylthiophene) having excellent crystallinity and high crystallinity has been demanded.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、結晶性に優
れ、且つ有機溶剤に可溶性のポリ(3−アルキルチオフ
ェン)を提供することを目的とし、また結晶化度が高
い、優れた電気特性を有するポリ(3−アルキルチオフ
ェン)からなる導電体を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide poly (3-alkylthiophene) which is excellent in crystallinity and is soluble in an organic solvent, and has high crystallinity and excellent electrical properties. It is an object of the present invention to provide a conductor made of poly (3-alkylthiophene) having

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】ポリ(3−アルキルチオ
フェン)は、対応するモノマーである3−アルキルチオ
フェンを、酸化剤を用いて重合し得ることが知られてい
る。この重合においては、重合温度が上がればその収率
が増加するので、従来、重合は室温以上の温度で実施さ
れている。本発明者は、3−アルキルチオフェンを化学
酸化重合法により重合して、結晶性のよい重合体を得る
べく究明した結果、この重合を低温で行なうことによ
り、結晶性が著しく優れたポリ(3−アルキルチオフェ
ン)が得られ、これをアニーリング処理すると優れた導
電体となることを知見し、本発明を完成した。すなわち
本発明は、3−アルキルチオフェンを0℃以下の温度で
重合したポリ(3−アルキルチオフェン)を、アニーリ
ング処理してなる導電体である。本発明のポリ(3−ア
ルキルチオフェン)は、下記一般式で示される。
It is known that poly (3-alkylthiophene) can polymerize the corresponding monomer, 3-alkylthiophene, using an oxidizing agent. In this polymerization, if the polymerization temperature rises, the yield increases, so that the polymerization is conventionally carried out at room temperature or higher. The present inventors have studied to obtain a polymer having good crystallinity by polymerizing 3-alkylthiophene by a chemical oxidative polymerization method. As a result of conducting this polymerization at a low temperature, poly (3 -Alkylthiophene), which can be annealed to give excellent conductivity.
The present inventor has found that it is an electric conductor, and has completed the present invention. That is, the present invention relates to poly (3-alkylthiophene) obtained by polymerizing 3-alkylthiophene at a temperature of 0 ° C. or less , to annealy.
It is a conductor that has been subjected to a rolling process . The poly (3-alkylthiophene) of the present invention is represented by the following general formula.

【0006】[0006]

【化1】 Embedded image

【0007】(式中Rは、炭素数1〜18のアルキル基
である。)本発明のポリ(3−アルキルチオフェン)
は、アルキル基の炭素数が1〜18のポリ(3−アルキ
ルチオフェン)である。このポリ(3−アルキルチオフ
ェン)は、対応するモノマーである3−アルキルチオフ
ェンを0℃以下の温度で重合した重合体である。重合触
媒には遷移金属ハライド、プロトン酸などが用いられ、
具体的には例えば塩化第二鉄、塩化モリブデン、硫酸な
どである。0℃以下の温度で重合することによって、重
合時の分子の規則性がよくなり、得られた重合体は著し
く結晶性が向上する。この生成重合体の結晶性の向上
は、重合温度が低いほど顕著になる。重合温度は0〜−
100℃であるが、重合溶液が凍結しない方が重合反応
させ易い。重合溶液が凍結すると重合反応時間が極端に
長くなり、温度を低下させたわりには結晶性の向上効果
が必ずしも高くない。したがって、例えばクロロホルム
を重合溶媒に用いた場合は、溶液が凍結しない温度範囲
例えば−20〜−40℃で重合反応させるのが好まし
い。
Wherein R is an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms. Poly (3-alkylthiophene) of the present invention
Is a poly (3-alkylthiophene) having 1 to 18 carbon atoms in the alkyl group. This poly (3-alkylthiophene) is a polymer obtained by polymerizing a corresponding monomer, 3-alkylthiophene, at a temperature of 0 ° C. or lower. Transition metal halide, protonic acid, etc. are used for the polymerization catalyst,
Specifically, examples thereof include ferric chloride, molybdenum chloride, and sulfuric acid. By performing the polymerization at a temperature of 0 ° C. or lower, the regularity of the molecules during the polymerization is improved, and the obtained polymer is remarkably improved in crystallinity. The improvement in the crystallinity of the produced polymer becomes more remarkable as the polymerization temperature is lower. The polymerization temperature is 0-
Although the temperature is 100 ° C., the polymerization reaction is easier if the polymerization solution is not frozen. When the polymerization solution freezes, the polymerization reaction time becomes extremely long, and the effect of improving the crystallinity is not always high even though the temperature is lowered. Therefore, for example, when chloroform is used as the polymerization solvent, it is preferable to carry out the polymerization reaction in a temperature range in which the solution does not freeze, for example, -20 to -40 ° C.

【0008】本発明の上記の0℃以下の温度で化学酸化
重合したポリ(3−アルキルチオフェン)は、アニーリ
ング処理によって結晶化度が向上する。本発明の重合体
を導電体として利用する時には、溶剤に溶解するか又は
熱溶融することによって、電子機器基盤またはフィルム
等の適当な形に成形して使用する。本発明の低温重合し
た重合体はフィルム等の成形物に成形したときに結晶化
度が低下するが、この結晶化度が低下した成形物をアニ
ーリング処理することによって、成形物の結晶化度を大
きく高めることができる。本発明の重合体におけるこの
アニーリング処理による結晶化度の向上の現象は、通常
の温度で重合した従来の重合体に比し著しく大きい。そ
して、結晶化度の向上に伴い、その成形物の導電体とし
ての各種の特性が著しく向上する。
The poly (3-alkylthiophene) of the present invention which has been chemically oxidized and polymerized at a temperature of 0 ° C. or lower has an improved crystallinity by annealing. When the polymer of the present invention is used as an electric conductor, the polymer is dissolved in a solvent or melted by heat to be formed into a suitable shape such as an electronic device base or a film. The low-temperature polymerized polymer of the present invention has a reduced crystallinity when molded into a molded product such as a film.By annealing the molded product with the reduced crystallinity, the crystallinity of the molded product is reduced. Can be greatly increased. The phenomenon of the improvement in crystallinity by the annealing treatment in the polymer of the present invention is significantly larger than that of the conventional polymer polymerized at a normal temperature. Then, with the improvement of the crystallinity, various characteristics of the molded product as a conductor are remarkably improved.

【0009】かくして本発明は、上記の0℃以下の温度
で化学酸化重合したポリ(3−アルキルチオフェン)を
アニーリング処理してなる導電体でもある。本発明にお
けるアニーリング処理は、その重合体の融点温度と融点
より60℃低い温度との間の温度において、真空中又
は、アルゴン、窒素などの不活性ガス雰囲気中で行な
う。アニーリング処理時間は、効果が得られる時間であ
れば良く、特に限定されない。本発明のポリ(3−アル
キルチオフェン)のアルキル基の炭素数は1〜18であ
るが、特にアルキル基の炭素数が6以上の重合体、すな
わち、ポリ(3−ヘキシルチオフェン)、ポリ(3−ヘ
プチルチオフェン)、ポリ(3−オクチルチオフェ
ン)、ポリ(3−ノニルチオフェン)、ポリ(3−デシ
ルチオフェン)、ポリ(3−ウンデシルチオフェン)、
ポリ(3−ドデシルチオフェン)、ポリ(3−トリデシ
ルチオフェン)、ポリ(3−テトラデシルチオフェ
ン)、ポリ(3−ペンタデシルチオフェン)、ポリ(3
−ヘキサデシルチオフェン)、ポリ(3−ヘプタデシル
チオフェン)、ポリ(3−オクタデシルチオフェン)
が、アニーリング処理による結晶性、結晶化度向上効果
がよく好ましい。
Thus, the present invention is also a conductor obtained by annealing poly (3-alkylthiophene) chemically oxidized and polymerized at a temperature of 0 ° C. or lower. The annealing treatment in the present invention is performed at a temperature between the melting point of the polymer and a temperature 60 ° C. lower than the melting point, in a vacuum or in an atmosphere of an inert gas such as argon or nitrogen. The annealing time is not particularly limited as long as the effect can be obtained. The poly (3-alkylthiophene) of the present invention has 1 to 18 carbon atoms in the alkyl group. In particular, a polymer having 6 or more carbon atoms in the alkyl group, that is, poly (3-hexylthiophene), poly (3 -Heptylthiophene), poly (3-octylthiophene), poly (3-nonylthiophene), poly (3-decylthiophene), poly (3-undecylthiophene),
Poly (3-dodecylthiophene), poly (3-tridecylthiophene), poly (3-tetradecylthiophene), poly (3-pentadecylthiophene), poly (3
-Hexadecylthiophene), poly (3-heptadecylthiophene), poly (3-octadecylthiophene)
However, the effect of improving the crystallinity and the degree of crystallinity by the annealing treatment is favorable and preferable.

【0010】以下具体例を示し、本発明を更に説明す
る。 実施例1. A.ポリ(3−ヘキシルチオフェン)の重合 まず、脱水蒸留済みのクロロホルムを真空中で脱気し
た。このクロロホルムに塩化第2鉄(FeCl3)を溶
解して0.4M濃度の塩化第2鉄溶液を調製し、十分に
攪拌をおこなった。この溶液を15分静置し、その上澄
み溶液を100mlとり、密閉容器に入れ、所定の温度
になるように恒温槽に1時間保った。この温度調整した
溶液(触媒溶液)に3−ヘキシルチオフェンを182m
g入れ、恒温槽中で所定の時間、攪拌しながら反応させ
た。反応後、黒い粉末状の重合生成物を触媒溶液と共に
沈澱剤であるメタノール500ml中に投入し、30分
攪拌した。その後、生じた黒い沈澱物をガラスろ過器を
用いてろ過し、多量のメタノールで洗浄し、エタノール
中で攪拌洗浄を2回繰り返して行った。次いで、エタノ
ール70%と30%アンモニア水30%とからなる溶液
中で洗浄及び残留鉄イオンの脱ドープを行った。その後
減圧乾燥し、茶褐色の粉末状のポリ(3−ヘキシルチオ
フェン)を得た。生成したポリ(3−ヘキシルチオフェ
ン)は、クロロホルム、トルエン、ベンゾニトリルなど
の溶剤に可溶であった。
Hereinafter, the present invention will be further described with reference to specific examples. Embodiment 1 FIG. A. Polymerization of poly (3-hexylthiophene) First, chloroform that had been dehydrated and distilled was degassed in vacuum. Ferric chloride (FeCl 3 ) was dissolved in this chloroform to prepare a 0.4 M ferric chloride solution, and the mixture was sufficiently stirred. This solution was allowed to stand for 15 minutes, 100 ml of the supernatant solution was taken, placed in a closed container, and kept in a thermostat at a predetermined temperature for 1 hour. 182 m of 3-hexylthiophene was added to the temperature-adjusted solution (catalyst solution).
g of the mixture and reacted while stirring in a thermostat for a predetermined time. After the reaction, the black powdery polymerization product was put together with the catalyst solution into 500 ml of methanol as a precipitant and stirred for 30 minutes. Thereafter, the resulting black precipitate was filtered using a glass filter, washed with a large amount of methanol, and stirred and washed twice in ethanol. Next, washing and dedoping of residual iron ions were performed in a solution containing 70% of ethanol and 30% of 30% aqueous ammonia. Thereafter, the resultant was dried under reduced pressure to obtain brownish powdery poly (3-hexylthiophene). The resulting poly (3-hexylthiophene) was soluble in solvents such as chloroform, toluene, and benzonitrile.

【0011】B.重合温度の影響 上記の重合反応を、40℃、20℃、0℃、−20℃及
び−40℃の各温度で行なった。この重合温度の影響に
ついて以下に説明する。 (1)上記の重合反応は120分で飽和に達したが、重
合温度が低いほど収率は減少した。すなわち、120分
間の重合反応において、重合温度40℃では収率90%
であり、重合温度20℃では収率85%、重合温度0℃
では収率80%であり、重合温度−20℃では収率70
%であり、重合温度−40℃では収率65%であった。
B. Influence of polymerization temperature The above polymerization reaction was carried out at each temperature of 40 ° C, 20 ° C, 0 ° C, -20 ° C and -40 ° C. The effect of the polymerization temperature will be described below. (1) The above polymerization reaction reached saturation in 120 minutes, but the lower the polymerization temperature, the lower the yield. That is, in a polymerization reaction for 120 minutes, at a polymerization temperature of 40 ° C., the yield is 90%.
At a polymerization temperature of 20 ° C., a yield of 85% and a polymerization temperature of 0 ° C.
At a polymerization temperature of −20 ° C., the yield is 80%.
% At a polymerization temperature of -40 ° C, and the yield was 65%.

【0012】(2)GPCで分子量を求たところ、重合
温度40℃で重合したものは重量平均分子量が65,0
00、重合温度0℃で重合したものは重量平均分子量が
100,000、重合温度−20℃で重合したものは重
量平均分子量が120,000であった。このように重
合温度が低い程、分子量の大きい重合体が生成した。 (3)上記方法で重合した重合物中には、酸化剤である
塩化第2鉄が少し残り、これが電子受容性分子(ドーパ
ント)として働いて導電性を付与する。上記のポリ(3
−ヘキシルチオフェン)重合体中のFe元素をプラズマ
発光分光分析した。その結果を表1に示す。全体として
大差がないが、低温で重合したもの程、鉄が残留する傾
向があり、ドーパントが安定して入り易いことを示して
いる。
(2) When the molecular weight was determined by GPC, the one polymerized at a polymerization temperature of 40 ° C. had a weight average molecular weight of 65,0
Those polymerized at a polymerization temperature of 0 ° C. had a weight average molecular weight of 100,000, and those polymerized at a polymerization temperature of −20 ° C. had a weight average molecular weight of 120,000. Thus, a polymer having a higher molecular weight was produced as the polymerization temperature was lower. (3) A small amount of ferric chloride as an oxidizing agent remains in the polymer polymerized by the above method, and this acts as an electron accepting molecule (dopant) to impart conductivity. The above poly (3
-Hexylthiophene) The Fe element in the polymer was analyzed by plasma emission spectroscopy. Table 1 shows the results. Although there is not much difference as a whole, as the polymer is polymerized at a lower temperature, iron tends to remain, which indicates that the dopant is more likely to enter stably.

【0013】[0013]

【表1】 [Table 1]

【0014】(4)重合温度の違いにより、重合体の結
晶化度が相違する。すなわち、各重合温度で重合したポ
リ(3−ヘキシルチオフェン)について、X線回析によ
り、23.4度のピークを用いて、その結晶化度を求め
た。図1はポリ(3−ヘキシルチオフェン)の結晶化度
の重合温度依存性を示したグラフである。図1から明ら
かなように、40℃で重合したものを基準とした場合、
−20℃で重合したものでは1.2倍結晶化度が増加し
た。
(4) The crystallinity of the polymer varies depending on the polymerization temperature. That is, the crystallinity of poly (3-hexylthiophene) polymerized at each polymerization temperature was determined by X-ray diffraction using a peak at 23.4 degrees. FIG. 1 is a graph showing the polymerization temperature dependence of the crystallinity of poly (3-hexylthiophene). As is evident from FIG. 1, when polymerized at 40 ° C. as a reference,
Crystallization at -20 ° C increased 1.2-fold.

【0015】(5)種々の重合温度で重合したポリ(3
−ヘキシルチオフェン)について、それぞれ示差走査熱
量分析(DSC分析)を行なった。その結果を図2に示
した。図2はポリ(3−ヘキシルチオフェン)の熱特性
の重合温度依存性を示したグラフである。重合温度を低
くするほど程、生成した重合体の融点は高くなった。す
なわち、重合温度20℃で重合した重合体の融点は18
0℃であったが、重合温度−20℃で重合した重合体の
融点は190℃あり、融点が10℃も高くなった。また
重合温度を低くするほど程、半値幅も小さくなった。更
に、その結晶融解の吸熱量は前者の8.67J/gに対
し、後者は34.81J/gで4倍増加していた。
(5) Poly (3) polymerized at various polymerization temperatures
-Hexylthiophene) was subjected to differential scanning calorimetry (DSC analysis). The result is shown in FIG. FIG. 2 is a graph showing the polymerization temperature dependence of the thermal characteristics of poly (3-hexylthiophene). The lower the polymerization temperature, the higher the melting point of the produced polymer. That is, the melting point of the polymer polymerized at a polymerization temperature of 20 ° C. is 18
Although it was 0 ° C, the melting point of the polymer polymerized at the polymerization temperature of -20 ° C was 190 ° C, and the melting point was as high as 10 ° C. Also, the lower the polymerization temperature, the smaller the half width. Further, the endothermic amount of the crystal melting was 8.67 J / g in the former case, and 34.81 J / g in the latter case, which was a four-fold increase.

【0016】(6)また、重合温度を変えて重合したポ
リ(3−ヘキシルチオフェン)について、それぞれの重
合体を実施例2の方法によりアニーリング処理して、こ
れにより融点がどの様に変化するか調べた。図3はポリ
(3−ヘキシルチオフェン)の粉末のアニーリング処理
前のDSCプロフィールを示したものであり、図4はポ
リ(3−ヘキシルチオフェン)の粉末のアニーリング処
理後のDSCプロフィールを示したものである。図3と
図4のDSCプロフィールとを比較すると明らかなよう
に、アニーリング処理しても20℃で重合した重合体の
融点は上がらないが、一方−20℃で重合した重合体は
アニーリング処理によって、融点が190℃から220
℃に上昇した。すなわち低温で重合した重合体はアニー
リング処理することによって融点が上昇した。また、D
SCプロフィールのピークが急峻になった。これは結晶
化度が高くなったことを示している。
(6) With respect to poly (3-hexylthiophene) polymerized by changing the polymerization temperature, each polymer is subjected to an annealing treatment according to the method of Example 2 to determine how the melting point changes. Examined. FIG. 3 shows a DSC profile of the poly (3-hexylthiophene) powder before the annealing treatment, and FIG. 4 shows a DSC profile of the poly (3-hexylthiophene) powder after the annealing treatment. is there. As is clear from the comparison between the DSC profiles of FIGS. 3 and 4, the melting point of the polymer polymerized at 20 ° C. does not rise even after annealing, whereas the polymer polymerized at −20 ° C. Melting point from 190 ° C to 220
° C. That is, the melting point of the polymer polymerized at a low temperature was increased by the annealing treatment. Also, D
The peak of the SC profile became sharp. This indicates that the crystallinity has increased.

【0017】(7)さらに、上記ポリ(3−ヘキシルチ
オフェン)と同様にして重合したポリ(3−オクチルチ
オフェン)について、熱分析を行なった。その結果を図
5、図6に示した。図5はポリ(3−オクチルチオフェ
ン)のアニーリング処理前のDSCプロフィール、図6
はポリ(3−オクチルチオフェン)のアニーリング処理
(140℃、60分間)後のDSCプロフィールであ
る。重合生成したポリ(3−オクチルチオフェン)は、
図5にみるように、重合温度20℃で重合したものは大
きなピークが見られず、−20℃で重合したものは15
4℃に融点が観察された。しかるに、これらをアニーリ
ング処理したものについてみると、図6にみるように、
20℃で重合したものはアニーリング処理してもその効
果が殆どみられないのに対し、−20℃で重合したもの
はアニーリング処理によって、はっきりとしたピークが
170℃に現れた。そして、そのグラム当りの熱量は1
2.1J/gであった。すなわち低温で重合した重合体
はアニーリング処理することによって融点が上昇し、ま
たピークが急峻になる。これは結晶性が高くなったこと
を示している。
(7) Further, the poly (3-octylthiophene) polymerized in the same manner as the above-mentioned poly (3-hexylthiophene) was subjected to a thermal analysis. The results are shown in FIGS. FIG. 5 is a DSC profile of poly (3-octylthiophene) before annealing, FIG.
Is a DSC profile after annealing of poly (3-octylthiophene) (140 ° C., 60 minutes). The polymerized poly (3-octylthiophene) is
As shown in FIG. 5, no large peak was observed in the case of polymerization at a polymerization temperature of 20 ° C.
A melting point was observed at 4 ° C. However, looking at the results obtained by annealing them, as shown in FIG.
Those polymerized at 20 ° C. showed little effect even after annealing, whereas those polymerized at −20 ° C. showed a clear peak at 170 ° C. due to the annealing. And the calorie per gram is 1
2.1 J / g. That is, the melting point of a polymer polymerized at a low temperature is increased by annealing treatment, and the peak is sharpened. This indicates that the crystallinity has increased.

【0018】(8)重合温度の違いによる電気特性の違
いについて説明する。 (i)20℃、10℃、−20℃及び−30℃の重合温
度でポリ(3−ヘキシルチオフェン)を重合した。生成
した重合物のそれぞれについて、−150℃から200
℃の温度における導電率を測定した。この結果を図7に
示した。すなわち、図7はアニーリング処理前のポリ
(3−ヘキシルチオフェン)の直流導電率の重合温度依
存性を示したものである。いずれの温度で重合した重合
物も、室温以下の温度領域では、温度の逆数と導電率と
が直線関係を示し、半導体的であった。また、重合温度
が低い程導電率が大きい。重合温度−30℃で重合した
ものは、重合温度20℃で重合したものより1桁大きな
導電率を示した。これは低温で重合したもの程結晶性が
よく、そのことが導電率を大きくしているものと推察さ
れる。
(8) The difference in electrical characteristics due to the difference in polymerization temperature will be described. (I) Poly (3-hexylthiophene) was polymerized at polymerization temperatures of 20 ° C, 10 ° C, -20 ° C and -30 ° C. For each of the produced polymers, from -150 ° C to 200
The conductivity at a temperature of ° C. was measured. The result is shown in FIG. That is, FIG. 7 shows the polymerization temperature dependence of the DC conductivity of poly (3-hexylthiophene) before the annealing treatment. The polymer polymerized at any temperature showed a semiconductor-like relationship between the reciprocal of the temperature and the electrical conductivity in a temperature range of room temperature or lower. Also, the lower the polymerization temperature, the higher the conductivity. Those polymerized at a polymerization temperature of −30 ° C. showed an order of magnitude higher conductivity than those polymerized at a polymerization temperature of 20 ° C. It is presumed that the higher the temperature, the better the crystallinity, and the higher the conductivity, the higher the conductivity.

【0019】(ii)図7にみるように、室温以上の温度
領域では、一旦導電率の上昇が緩やかになり、100℃
から150℃付近で(重合温度20℃のものを除い
て)、導電率は急上昇し、融点近傍付近でピークが最大
となった。図8は、重合温度−20℃で重合したポリ
(3−ヘキシルチオフェン)について、アニーリング処
理前とアニーリング処理(実施例2による)後の導電率
−温度特性の変化を示したグラフである。図7における
100℃から150℃付近での導電率の急上昇は、図8
に示したアニーリング処理後の導電率−温度特性からわ
かるように、アニーリング処理によって、結晶化が促進
した分だけ導電率が大きくなり、なだらかに修正され
た。しかし、この傾向は、20℃で重合したものではほ
とんど影響がなく、0℃以下の温度で重合したものにつ
いてみられる特性であった。
(Ii) As shown in FIG. 7, in the temperature region above room temperature, the conductivity once rises gradually and reaches 100 ° C.
From 150 ° C. to around 150 ° C. (except for those having a polymerization temperature of 20 ° C.), the conductivity sharply increased, and the peak reached a peak near the melting point. FIG. 8 is a graph showing the change in the electrical conductivity-temperature characteristics of the poly (3-hexylthiophene) polymerized at a polymerization temperature of −20 ° C. before the annealing treatment and after the annealing treatment (according to Example 2). The sharp rise in conductivity between 100 ° C. and 150 ° C. in FIG.
As can be seen from the conductivity-temperature characteristics after the annealing treatment shown in Fig. 7, the annealing treatment increased the conductivity by the amount promoted by the crystallization, and was corrected gently. However, this tendency had almost no effect when polymerized at 20 ° C., and was a characteristic observed when polymerized at a temperature of 0 ° C. or less.

【0020】(iii)190℃付近の融点を超えた温度
領域では、導電率は急速に小さくなるが、これは結晶の
融解に伴って、導電回路が乱されるためと考えられる。
このような特性はPTC特性と知られているが、温度ヒ
ューズなどへの応用が可能である。この特性も結晶性と
関係しており、結晶化度の大きい程その変化が鋭敏であ
る。このようなPTC特性はチタン酸バリウムやカーボ
ンブラック−ポリマー複合材料で知られているが、本発
明の如き単独の有機物質では知られていない。
(Iii) In a temperature range exceeding the melting point around 190 ° C., the conductivity rapidly decreases, which is considered to be because the conductive circuit is disturbed by melting of the crystal.
Such characteristics are known as PTC characteristics, but can be applied to thermal fuses and the like. This property is also related to the crystallinity, and the change is sharper as the degree of crystallinity increases. Such PTC properties are known for barium titanate and carbon black-polymer composites, but not for a single organic substance as in the present invention.

【0021】実施例2.ポリ(3−ヘキシルチオフェ
ン)の導電体 実施例1において、重合温度−20℃にて重合して得た
ポリ(3−ヘキシルチオフェン)を、トルエンに溶解し
キャステイング法によってフィルムを成形した。このフ
ィルムを、窒素ガス雰囲気中において、140℃で60
分間加熱するアニーリング処理を行なった。アニーリン
グ処理したフィルムは、アニーリング処理前のフィルム
に対し、その結晶化度が1.4倍増加した。
Embodiment 2 FIG. Conductor of poly (3-hexylthiophene) In Example 1, poly (3-hexylthiophene) obtained by polymerization at a polymerization temperature of −20 ° C. was dissolved in toluene, and a film was formed by a casting method. This film is heated at 140 ° C. for 60 hours in a nitrogen gas atmosphere.
Annealing treatment for heating for minutes was performed. The annealed film had a 1.4-fold increase in crystallinity compared to the film before the annealing treatment.

【0022】実施例3.3−オクチルチオフェンを、実
施例1に準じて、−20℃で120分間重合させ、ポリ
(3−オクチルチオフェン)を収率65%で得た。な
お、重合温度20℃で重合させたときの収率は80%で
あった。また、同様に、3−ドデシルチオフェンを重合
させてポリ(3−ドデシルチオフェン)を得た。
Example 3.3 According to Example 1, 3-octylthiophene was polymerized at -20 ° C for 120 minutes to obtain poly (3-octylthiophene) at a yield of 65%. The yield when polymerized at a polymerization temperature of 20 ° C. was 80%. Similarly, poly (3-dodecylthiophene) was obtained by polymerizing 3-dodecylthiophene.

【0023】[0023]

【発明の効果】本発明の0℃以下の低温で重合したポリ
(3−アルキルチオフェン)は、従来の常温以上の温度
で重合したポリ(3−アルキルチオフェン)に比して、
重合体収率は劣るものの、生成した重合体の分子量が大
きく、また導電性に必要な電子受容性分子(ドーパン
ト)を多量に且つ安定に取り込んでいる。また、結晶化
度も優れており、例えば−20℃で重合したものは、4
0度で重合したものの1.2倍の結晶化度を有する。更
に、重合温度を低温にするほど、融点の高い重合体が得
られる。またこの重合体は有機溶剤に可溶性であるので
キャスチング成形が可能であるなど取り扱いやすい。ま
た、本発明の0℃以下の低温で重合したポリ(3−アル
キルチオフェン)は、アニーリング処理によって、従来
の常温以上の温度で重合したポリ(3−アルキルチオフ
ェン)をアニーリング処理したときには得られない特性
を発揮する。すなわち、例えば、従来の常温以上の温度
で重合した重合体はアニーリング処理しても融点は上昇
しなく、結晶化度に変化はみられないが、本発明の低温
で重合した重合体はアニーリング処理によって融点が著
しく上昇し、また結晶化度が高くなる。
According to the present invention, poly (3-alkylthiophene) polymerized at a low temperature of 0 ° C. or lower is lower than the conventional poly (3-alkylthiophene) polymerized at a temperature higher than ordinary temperature.
Although the polymer yield is inferior, the produced polymer has a large molecular weight and incorporates a large amount and stably of electron accepting molecules (dopants) necessary for conductivity. Further, the degree of crystallinity is excellent.
It has 1.2 times the crystallinity of the one polymerized at 0 degree. Further, as the polymerization temperature is lowered, a polymer having a higher melting point can be obtained. Further, since this polymer is soluble in an organic solvent, it is easy to handle, for example, it can be cast molded. Further, the poly (3-alkylthiophene) of the present invention polymerized at a low temperature of 0 ° C. or less cannot be obtained by annealing the conventional poly (3-alkylthiophene) polymerized at a temperature of normal temperature or higher by annealing. Demonstrate the characteristics. That is, for example, a conventional polymer polymerized at a normal temperature or higher does not increase its melting point even after annealing, and does not show any change in crystallinity, but the polymer polymerized at a low temperature of the present invention has an annealing treatment. This significantly increases the melting point and increases the crystallinity.

【0024】更に、ポリ(3−アルキルチオフェン)の
重合温度を低くするほど、導電率が大きくなる。また、
重合体の導電率は融点付近で急激に上昇し最高になる
が、この重合体をアニーリング処理することによって、
この導電率の上昇をなだらかにすることができる。常温
以上の温度で重合した重合体はアニーリング処理しても
この現象は生じない。また、重合体の融点付近を超える
と、結晶の溶融にともなって導電率は急速に低下する。
この性質を利用してこの重合体を温度ヒューズの用途に
使用できる。以上のとおり、本発明の0℃以下の低温で
重合したポリ(3−アルキルチオフェン)は、結晶性が
よく、またアニーリング処理によって結晶化度が高くな
るので導電性高分子として各種電子デバイスに極めて有
用である。
Furthermore, the lower the polymerization temperature of poly (3-alkylthiophene), the higher the conductivity. Also,
The conductivity of the polymer rises sharply near the melting point and peaks, but by annealing this polymer,
This increase in conductivity can be made gentle. This phenomenon does not occur even if annealing is performed on a polymer polymerized at a temperature higher than ordinary temperature. In addition, when the temperature exceeds the vicinity of the melting point of the polymer, the conductivity rapidly decreases with melting of the crystal.
By utilizing this property, this polymer can be used for thermal fuse applications. As described above, the poly (3-alkylthiophene) of the present invention, which has been polymerized at a low temperature of 0 ° C. or lower, has good crystallinity and has a high degree of crystallinity by annealing, so that it is extremely useful as a conductive polymer in various electronic devices. Useful.

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

【図1】ポリ(3−ヘキシルチオフェン)の結晶化度の
重合温度依存性を示したグラフ
FIG. 1 is a graph showing the polymerization temperature dependence of the crystallinity of poly (3-hexylthiophene).

【図2】ポリ(3−ヘキシルチオフェン)の熱特性の重
合温度依存性を示したグラフ
FIG. 2 is a graph showing the polymerization temperature dependence of the thermal properties of poly (3-hexylthiophene).

【図3】ポリ(3−ヘキシルチオフェン)の粉末のアニ
ーリング処理前のDSCプロフィール
FIG. 3. DSC profile of poly (3-hexylthiophene) powder before annealing

【図4】ポリ(3−ヘキシルチオフェン)の粉末のアニ
ーリング処理後のDSCプロフィール
FIG. 4. DSC profile of poly (3-hexylthiophene) powder after annealing

【図5】ポリ(3−オクチルチオフェン)の粉末のアニ
ーリング処理前のDSCプロフィール
FIG. 5 DSC profile of poly (3-octylthiophene) powder before annealing treatment

【図6】ポリ(3−オクチルチオフェン)の粉末のアニ
ーリング処理後のDSCプロフィール
FIG. 6: DSC profile after annealing of poly (3-octylthiophene) powder

【図7】アニーリング処理前のポリ(3−ヘキシルチオ
フェン)の直流導電率の重合温度依存性を示したグラフ
FIG. 7 is a graph showing the polymerization temperature dependence of the DC conductivity of poly (3-hexylthiophene) before the annealing treatment.

【図8】アニーリング処理後のポリ(3−ヘキシルチオ
フェン)の直流導電率の重合温度依存性を示したグラフ
FIG. 8 is a graph showing the polymerization temperature dependence of the DC conductivity of poly (3-hexylthiophene) after annealing.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】アルキル基の炭素数が1〜18である3−
アルキルチオフェンを0℃以下の温度で化学酸化重合し
たポリ(3−アルキルチオフェン)を、アニーリング処
理してなる導電体。
An alkyl group having 1 to 18 carbon atoms.
Poly (3-alkylthiophene) obtained by chemically oxidizing and polymerizing alkylthiophene at a temperature of 0 ° C. or lower is subjected to an annealing treatment.
Electrical conductors.
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