JP4014458B2 - 導電性ポリアニリン組成物とその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐水性と耐熱性にすぐれた導電性ポリアニリン組成物とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ポリアニリンとドーパントからなる導電性ポリアニリン組成物は、近年、注目を集めており、種々の分野で用いられている。例えば、特開平３−３５５１６号公報には、アルミニウム電解コンデンサやタンタル電解コンデンサにおける固体電解質膜として、上記ポリアニリン導電性組成物からなるフィルムを用いることが記載されている。即ち、ポリアニリン溶液を誘電体皮膜上に塗布し、乾燥させて、ポリアニリンフィルムとした後、これにプロトン酸をドーピングすることによって、周波数特性にすぐれた電解コンデンサを得ることができることが記載されている。ポリアニリン導電性組成物は、このほかにも、帯電防止材料、電磁波シールド材料、磁気記録媒体、フィルムコンデンサ、電池等、多くの分野で実用化が検討されている。
【０００３】
また、ポリアニリンは、ドーパントを適宜に選択することによって、際立って高い耐熱性を有することも見出されている。例えば、特開平１０−３６６６７号公報には、カルボキシル基を有する脂肪族モノスルホン酸をドーパントとするポリアニリン組成物は、非常に高い耐熱性を示し、１２５℃で６５０時間放置しても、電導度の低下は当初の値の１／１０以内であることが記載されている。
【０００４】
しかし、耐熱性と共に、実用面から重要な耐水性においては、導電性ポリアニリン組成物は必ずしも十分ではないことが、従来、指摘されている。そこで、ドーパントとして、ポリマースルホン酸を用いることが提案されており、これによれば、低分子化合物であるスルホン酸を用いた場合に比べて、耐水性が改善された導電性ポリアニリン組成物を得ることができることは、特開平３−２８２２９号公報に記載されているように、既に、知られている。
【０００５】
例えば、ポリマースルホン酸であるポリビニルスルホン酸をドーパントとして用いるとき、確かに、低分子スルホン酸化合物を用いる場合に比べれば、得られるポリアニリン組成物は、耐水性は明らかに向上しているが、しかし、長期間、水に浸漬すると、ある程度の電導度の低下が避けられない。この電導度の低下の程度は、５００時間の水への浸漬によって、当初の値の約１／４００となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、導電性ポリアニリン組成物における上述した問題を解決するためになされたものであって、耐水性と耐熱性にすぐれる導電性ポリアニリン組成物とその製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、式（Ｉ）
【０００８】
【化１０】
【０００９】
で表されるイミノ−ｐ−フェニレン構造単位からなるポリアニリンがフェノールスルホン酸ノボラック樹脂及びナフトールスルホン酸ノボラック樹脂から選ばれる少なくとも１種のノボラック樹脂にてドーピングされてなることを特徴とする導電性ポリアニリン組成物が提供される。
【００１０】
また、本発明によれば、上記式（Ｉ）で表されるイミノ−ｐ−フェニレン構造単位からなるポリアニリンを化学酸化又は電解酸化しながら、これをフェノールスルホン酸ノボラック樹脂及びナフトールスルホン酸ノボラック樹脂から選ばれる少なくとも１種のノボラック樹脂にてドーピングすることを特徴とする導電性ポリアニリン組成物の製造方法が提供される。
【００１１】
更に、本発明によれば、上記式（Ｉ）で表されるイミノ−ｐ−フェニレン構造単位からなるポリアニリンのフィルムに酸化剤の存在下にフェノールスルホン酸ノボラック樹脂及びナフトールスルホン酸ノボラック樹脂から選ばれる少なくとも１種のノボラック樹脂の水溶液を接触させて、上記ポリアニリンを上記ノボラック樹脂にてドーピングすることを特徴とする導電性ポリアニリンフィルムの製造方法が提供される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明による導電性ポリアニリン組成物は、式（Ｉ）
【００１３】
【化１１】
【００１４】
で表されるイミノ−ｐ−フェニレン構造単位からなるポリアニリンがフェノールスルホン酸ノボラック樹脂及びナフトールスルホン酸ノボラック樹脂から選ばれる少なくとも１種のノボラック樹脂にてドーピングされてなる。このような導電性ポリアニリン組成物は、本発明に従って、上記式（Ｉ）で表されるイミノ−ｐ−フェニレン構造単位からなるポリアニリンを化学酸化又は電解酸化しながら、これをフェノールスルホン酸ノボラック樹脂及びナフトールスルホン酸ノボラック樹脂から選ばれる少なくとも１種のノボラック樹脂にてドーピングすることによって得ることができる。
【００１５】
上記式（Ｉ）で表されるイミノ−ｐ−フェニレン構造単位からなるポリアニリンは、特開平３−５２９２９号公報に記載されているように、既に、知られているものであって、先ず、プロトン酸にてドーピングされた導電性ポリアニリン組成物を製造し、これを脱ドーピングして、有機溶剤に可溶性の酸化脱ドープ状態のポリアニリンとし、その後、この酸化脱ドープ状態のポリアニリンを還元することによって得ることができる。
【００１６】
即ち、適宜のプロトン酸、例えば、硫酸の存在下に適宜の溶剤中、例えば、水やメタノール中にて、アニリンにペルオキソ二硫酸アンモニウムのような酸化剤を反応させ、析出した粉末を濾取することによって、上記プロトン酸でドーピングされた導電性ポリアニリン組成物を得る。次いで、この粉末を、例えば、アンモニアのようなアルカリ物質の水溶液に加えて、導電性ポリアニリン組成物を中和（即ち、脱ドーピング）することによって、一般式（IV）
【００１７】
【化１２】
【００１８】
（式中、ｍ及びｎはそれぞれ繰り返し単位中のキノンジイミン構造単位及びフェニレンジアミン構造単位のモル分率を示し、０＜ｍ≦１、０≦ｎ＜１、ｍ＋ｎ＝１である。）
で表される有機溶剤に可溶性の酸化脱ドープ状態のポリアニリンの粉末を得る。以下、このようなポリアニリンを「酸化脱ドープ状態のポリアニリン」ということとする。
【００１９】
このようにして得られる酸化脱ドープ状態のポリアニリンは、高分子量を有し、しかも、種々の有機溶剤に溶解する。通常、Ｎ−メチルピロリドン中、３０℃で測定した極限粘度〔η〕が０．４０ｄＬ／ｇ以上を有し、例えば、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、ジメチルスルホキシド、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン、スルホラン等の有機溶剤に溶解する。このような有機溶剤への脱ドープ状態のポリアニリンの溶解度は、その平均分子量や溶剤にもよるが、通常、ポリアニリンの０．５〜１００％が溶解し、１〜３０重量％濃度の溶液を得ることができる。特に、この脱ドープ状態のポリアニリンは、Ｎ−メチル−２−ピロリドンに高い溶解性を示し、通常、ポリアニリンの２０〜１００％が溶解し、３〜３０重量％溶液を得ることができる。
【００２０】
次いで、このような酸化脱ドープ状態のポリアニリンのキノンジイミン構造を完全に還元すれば、特開平３−５２９２９号公報に記載されているように、前記式（Ｉ）で表されるイミノ−ｐ−フェニレン構造単位からなるポリアニリンを得ることができる。以下、このようなポリアニリンを「還元脱ドープ状態のポリアニリン」ということとする。
【００２１】
このような還元脱ドープ状態のポリアニリンも、通常、Ｎ−メチルピロリドン中、３０℃で測定した極限粘度〔η〕が０．４０ｄＬ／ｇ以上を有し、前記酸化脱ドープ状態のポリアニリンに比べて、一層、多様な有機溶剤に可溶性である。例えば、酸化脱ド−プ状態のポリアニリンに比べて、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド等の溶剤に一層よく溶解する。
【００２２】
上記酸化脱ドープ状態のポリアニリンを還元するための還元剤としては、フェニルヒドラジン、ヒドラジン、ヒドラジン水和物、硫酸ヒドラジン、塩酸ヒドラジン等のヒドラジン化合物、水素化リチウムアルミニウム、水素化ホウ素リチウム等の還元性水素化金属化合物等が好適に用いられる。還元反応後に残渣を生じないので、ヒドラジン水和物又はフェニルヒドラジンが還元剤として特に好ましく用いられる。
【００２３】
上記酸化脱ドープ状態のポリアニリンを上記還元剤にて還元する方法は、通常の還元反応の方法によればよく、特に、限定されるものではない。例えば、酸化脱ドープ状態のポリアニリンをＮ−メチル−２−ピロリドンのような有機溶剤に溶解させ、この溶液に上記還元剤を加える方法、還元剤をＮ−メチル−２−ピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等の有機溶剤に溶解させ、この溶液に上記酸化脱ドープ状態のポリアニリンを加える方法、上記酸化脱ドープ状態のポリアニリンを非溶剤に分散させ、不均一系にて還元反応を行う方法等によることができる。
【００２４】
上記還元反応は、酸化脱ドープ状態のポリアニリンを通常、０．１〜１５重量％、好ましくは、０．５〜１０重量％含有する溶液中にて行われる。還元剤は、酸化脱ドープ状態のポリアニリンにおけるキノンジイミン量に対して通常、当量を用いればよいが、反応の進行を早めるために、当量を越える量を用いることもできる。
【００２５】
しかし、このように、過剰の還元剤を用いた場合、得られた還元脱ドープ状態のポリアニリンを溶液状態にて、そのまま、ドーピングすると、好ましくない副反応を起こしたり、また、還元脱ドープ状態のポリアニリンの溶液の長期保存時に、ポリマー鎖の切断による分子量低下を引き起こすことがある。従って、過剰の還元剤を用いたときは、得られた還元脱ドープ状態のポリアニリンを再沈殿法にて分離精製し、この後にドーピングするのが望ましい。
【００２６】
本発明による導電性ポリアニリン組成物は、このような還元脱ドープ状態のポリアニリンがフェノールスルホン酸ノボラック樹脂及びナフトールスルホン酸ノボラック樹脂から選ばれる少なくとも１種のノボラック樹脂にてドーピングされてなるものである。このような導電性ポリアニリン組成物は、本発明に従って、上記還元脱ドープ状態のポリアニリンを酸化しながら、これをフェノールスルホン酸ノボラック樹脂及びナフトールスルホン酸ノボラック樹脂から選ばれる少なくとも１種のノボラック樹脂にてドーピングすることによって得ることができる。
【００２７】
上記フェノールスルホン酸ノボラック樹脂は、好ましくは、一般式（II）
【００２８】
【化１３】
【００２９】
（式中、Ｒ1 は、水素原子、アルキル基、アルコキシル基、水酸基、カルボキシル基又はアミノ基を示す。）
で表される。特に、限定されるものではないが、本発明によれば、上記一般式（II）で表されるフェノールスルホン酸ノボラック樹脂のなかでも、Ｒ1 が水素原子であり、スルホン酸基の置換位置が水酸基に対してパラ位であるｐ−フェノールスルホン酸ノボラック樹脂が好ましく用いられる。
【００３０】
また、上記ナフトールスルホン酸ノボラック樹脂は、好ましくは、一般式（III)
【００３１】
【化１４】
【００３２】
（式中、Ｒ2 及びＲ3 は、それぞれ独立に水素原子、アルキル基、アルコキシル基、水酸基、カルボキシル基又はアミノ基を示し、ｐ及びｑは、それぞれ独立に０、１又は２の整数である。但し、ｐ及びｑは同時には０ではない。）
で表される。特に、限定されるものではないが、本発明によれば、上記一般式（III) で表されるナフトールスルホン酸ノボラック樹脂のなかでも、例えば、１−ナフトール−４−スルホン酸、１−ナフトール−５−スルホン酸、１−ナフトール−８−スルホン酸等のような１−ナフトールスルホン酸や、１−ナフトール−３，６−ジスルホン酸、１−ナフトール−３，８−ジスルホン酸等のような１−ナフトールジスルホン酸ノボラック樹脂が好ましく用いられる。
【００３３】
本発明においては、フェノールスルホン酸ノボラック樹脂及びナフトールスルホン酸ノボラック樹脂はそれぞれ、アルカリ金属塩やアンモニウム塩、有機アミン塩等を含むものとする。アルカリ金属塩としては、例えば、ナトリウム塩やカリウム塩を挙げることができ、有機アミン塩としては、例えば、トリエチルアミン塩、トリエタノールアミン塩、エチレンジアミン塩等を挙げることができるが、しかし、これらに限定されるものではない。
【００３４】
本発明において、上記フェノールスルホン酸ノボラック樹脂やナフトールスルホン酸ノボラック樹脂は、その分子量において、特に、限定されるものではないが、通常、ポリスチレンスルホン酸ナトリウムを標準ポリマーとして、ＧＰＣにて測定した重量平均分子量が２０００から８０００００の範囲が好ましい。フェノールスルホン酸ノボラック樹脂又はナフトールスルホン酸ノボラック樹脂の分子量が２０００よりも小さいときは、得られる導電性ポリアニリン組成物が耐水性において十分に改善されず、他方、フェノールスルホン酸ノボラック樹脂又はナフトールスルホン酸ノボラック樹脂の分子量が８０００００よりも大きいときは、後述するように、ドーピングに用いるフェノールスルホン酸ノボラック樹脂又はナフトールスルホン酸ノボラック樹脂の水溶液の粘度が高すぎて、ポリアニリンをドーピングし難い。
【００３５】
本発明によれば、還元脱ドープ状態のポリアニリンにフェノールスルホン酸ノボラック樹脂又はナフトールスルホン酸ノボラック樹脂をドーピングするには、好ましくは、ポリアニリンに酸化剤の存在下で上記ノボラック樹脂を作用させてドーピングを行う。また、酸化剤を用いる代わりに、還元脱ドープ状態のポリアニリンを電解用電極を用いて電解酸化しつつ、上記ノボラック樹脂を作用させることによっても、ポリアニリンをドーピングすることができる。
【００３６】
このように、ポリアニリンを酸化しつつ、フェノールスルホン酸ノボラック樹脂又はナフトールスルホン酸ノボラック樹脂によってポリアニリンをドーピングすることを本明細書において「酸化ドーピング」ということとする。本発明によれば、還元脱ドープ状態のポリアニリンにこのような酸化ドーピングを行うことによって、非常に速やかにポリアニリンをドーピングして、上記ノボラック樹脂をドーパントとして有する導電性ポリアニリン組成物を得ることができる。
【００３７】
このような酸化ドーピングにおいては、ポリアニリンが酸化されて、その窒素原子上の非共有電子対の１つが奪われて、窒素原子上に正電荷が生じ、次いで、この正電荷に反応系中に存在するプロトン酸アニオンが接近して、上記正電荷を打消し、かくして、電気的な中性を保つとみられ、これによって、ポリアニリンの上記窒素原子はカチオンラジカルとなる。このように、ポリアニリンは前述したと同様のセミキノンカチオンラジカル構造を有して、導電性を有することとなる。
【００３８】
【化１５】
【００３９】
上記酸化ドーピングに用いる酸化剤としては、還元脱ドープ状態のポリアニリンを酸化できるものであれば、特に、制限されることはないが、例えば、塩化第二鉄、過塩素酸第二鉄、シュウ酸第二鉄等の第二鉄塩類、塩化第二銅、過塩素酸第二銅等の第二銅塩、塩化第一銅（空気酸化）や、過硫酸アンモニウム等の過硫酸塩類、重クロム酸カリウム等の重クロム酸塩類、過マンガン酸カリウム等の過マンガン酸塩、ヨウ素酸ナトリウム等のヨウ素酸塩類、塩素酸ナトリウム等の塩素酸塩、過酸化水素、二酸化マンガン、硝酸セリウムアンモニウム、酸化鉛、キノン系酸化剤等を挙げることができる。キノン系酸化剤の具体例としては、ｐ−ベンゾキノン、ｏ−ベンゾキノン、ｐ−トルキノン、１，２−ナフトキノン、１，４−ナフトキノン、ジフェノキノン、クロラニル、２，３−ジクロロ−５，６−ジシアノ−ｐ−ベンゾキノン、テトラシアノキノジメタン、１，２−ナフトキノン−４−スルホン酸ナトリウム、１，４−ナフトキノン−２−スルホン酸ナトリウム、テトラフルオロ−ｐ−ベンゾキノン等を挙げることができる。
【００４０】
本発明によれば、還元脱ド−プ状態のポリアニリンの酸化ドーピングに際して、必ずしもポリアニリンのすべてのイミノ−ｐ−フェニレン構造単位を酸化する必要はないので、上述した酸化剤の使用量も、特に限定されるものではない。しかし、通常、酸化剤は、ポリアニリンの有するイミノ−ｐ−フェニレン構造単位に対して、１／１０当量から大過剰まで、適宜に用いられる。また、酸化剤は、通常、０．１〜３０重量％濃度の溶液、好ましくは、水溶液として用いられる。酸化剤の濃度が余りに小さいときは、ポリアニリンの酸化ドーピングに徒に長時間を必要とし、他方、酸化剤の濃度が余りに大きいときは、ポリアニリンの酸化ドーピングに際して、ポリアニリン分子鎖の切断が起こって、ポリアニリンの分子量が低下する等、ポリアニリンの劣化を招くからである。
【００４１】
本発明によれば、還元脱ド−プ状態のポリアニリンのドーピングにおいて、用いるフェノールスルホン酸ノボラック樹脂又はナフトールスルホン酸ノボラック樹脂の水溶液の濃度は、特に、限定されるものではなく、通常、２〜５０重量％の範囲である。
【００４２】
還元脱ドープ状態のポリアニリンのドーピングは、室温下でも行うことができる。しかし、５０〜１００℃の加熱下のドーピングによれば、室温でのドーピングに比べて、処理に要する時間を短縮することができる。
【００４３】
ドーピングに要する時間は、得られるポリアニリンの電導度を測定して、適宜に定められるが、通常、１０分から１０時間程度の範囲である。還元脱ドープ状態のポリアニリンの粉末をフェノールスルホン酸ノボラック樹脂又はナフトールスルホン酸ノボラック樹脂の水溶液に加えて、ドーピングする場合は、最初、粉末は薄青色であるが、ドーピングによって黒緑色になる。
【００４４】
還元脱ドープ状態のポリアニリンは、前述したように、種々の有機溶剤に可溶性であるので、これを適宜の有機溶剤に溶解し、適宜の基材上に流延（キャスティング）し、適宜の温度、例えば、５０〜１５０℃の範囲の温度に加熱、乾燥して、自立性フィルムとし、このフィルムを酸化ドーピングすることによって、導電性ポリアニリンからなるフィルムを得ることができる。例えば、適宜の酸化剤と共にフェノールスルホン酸ノボラック樹脂又はナフトールスルホン酸ノボラック樹脂を含む水溶液をドーピング処理液として調製し、これに上記ポリアニリンフィルムを浸漬するか、又はフィルムに上記処理液を塗布した後、必要に応じて、適当な溶剤にてフィルムを洗浄することによって、導電性ポリアニリンフィルムを得ることができる。
【００４５】
このように、還元脱ドープ状態のポリアニリンからなるフィルムを酸化ドーピングするときは、最初、薄青色であったフィルムがドーピング後には黒青色に変化する。これに伴って、フィルムの電導度は、ドーピング前には１０-10 Ｓ／ｃｍ程度であるが、ドーピング後には、１０0 から１０2 Ｓ／ｃｍもの高い電導度を有するようになる。
【００４６】
このようにして得られる導電性ポリアニリン組成物は、ドーパントであるフェノールスルホン酸ノボラック樹脂又はナフトールスルホン酸ノボラック樹脂に由来するスルホン酸イオンを、通常、ポリアニリン中のアニリン単位のモル数の１５〜７５％の範囲にて含む。本発明によれば、導電性ポリアニリン組成物においては、ポリアニリンの有する窒素原子のすべての１５〜７５％がカチオンラジカルとなり、この窒素原子にドーパント由来のアニオン（スルホン酸イオン）が同数、イオン結合している。ポリアニリンの電導度が最も高くなるのは、ポリマー中のアニリン単位の５０モル％がこのようにドーピングされたときである。
【００４７】
本発明による導電性ポリアニリン組成物とそのフィルムは、非常に高い耐水性を示す。従来、ポリアニリンにポリビニルスルホン酸をドーピングしてなる導電性ポリアニリン組成物は、比較的高い耐水性を有するものとして知られているが、それでも、蒸留水中に５００時間、浸漬すれば、その電導度は、初期の値の１／４００程度まで低下する。これに対して、本発明に従って、ポリアニリンにフェノールスルホン酸ノボラック樹脂又はナフトールスルホン酸ノボラック樹脂をドーピングしてなる導電性ポリアニリン組成物は、蒸留水に５００時間、浸漬しても、その電導度の低下は初期の値の１／１０以内である。
【００４８】
本発明による導電性ポリアニリン組成物とそのフィルムがこのように高い耐水性を有する理由は必ずしも明らかではなく、また、本発明は、理論によって何ら制約を受けるものではないが、フェノールスルホン酸ノボラック樹脂又はナフトールスルホン酸ノボラック樹脂の有するフェノール性水酸基がポリアニリンとの相互作用を強める結果、ドーパントである上記ノボラック樹脂のポリアニリンからの脱離、即ち、脱ドープを抑制するためであるとみられる。
【００４９】
更に、本発明による導電性ポリアニリン組成物とそのフィルムは、耐熱性においてもすぐれており、ポリビニルスルホン酸をドーパントとして有し、従来、比較的高い耐熱性を有するものとして知られている導電性ポリアニリン組成物やそのフィルムとほぼ同等の耐熱性を有している。
【００５０】
【発明の効果】
以上のように、本発明に従って、還元脱ドープ状態のポリアニリンにフェノールスルホン酸ノボラック樹脂又はナフトールスルホン酸ノボラック樹脂をドーピングして得られる導電性ポリアニリン組成物とそのフィルムは、すぐれた耐水性と耐熱性を有しており、種々の分野において、導電性高分子材料として好適に用いることができる。特に、本発明による導電性ポリアニリン組成物は、例えば、アルミニウム電解コンデンサやタンタル電解コンデンサにおける陰極材料として好適に用いることができ、このほか、帯電防止材、有機エレクトロルミネッセンス用電極、電磁波シールド材、防食材等、種々の用途において耐水性と耐熱性を有する材料として好適に用いることができる。
【００５１】
【実施例】
以下に参考例と共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を受けるものではない。
【００５２】
参考例１
（アニリンの酸化重合による導電性ポリアニリン組成物の製造）
攪拌装置、温度計及び直管アダプターを備えた１０Ｌ容量セパラブルフラスコに蒸留水６０００ｇ、３６％塩酸３６０ｍＬ及びアニリン４００ｇ（４．２９５モル）をこの順序にて仕込み、アニリンを溶解させた。別に、氷水にて冷却しながら、ビーカー中の蒸留水１４９３ｇに９７％濃硫酸４３４ｇ（４．２９５モル）を加え、混合して、硫酸水溶液を調製した。この硫酸水溶液を上記セパラブルフラスコに加え、フラスコ全体を低温恒温槽にて−４℃まで冷却した。次に、ビーカー中にて蒸留水２２９３ｇにペルオキソ二硫酸アンモニウム９８０ｇ（４．２９５モル）を加え、溶解させて、酸化剤水溶液を調製した。
【００５３】
フラスコ全体を低温恒温槽で冷却して、反応混合物の温度を−３℃以下に保持しつつ、攪拌下にアニリン塩の酸性水溶液に、チュービングポンプを用いて、直管アダプターから上記ペルオキソ二硫酸アンモニウム水溶液を１ｍＬ／分以下の割合にて徐々に滴下した。最初、無色透明の溶液は、重合の進行に伴って緑青色から黒緑色となり、次いで、黒緑色の粉末が析出した。
【００５４】
この粉末析出時に反応混合物において温度の上昇がみられるが、この場合にも、本発明に従って、高分子量のポリアニリンを得るためには、反応系内の温度を０℃以下、好ましくは、−３℃以下に抑えることが肝要である。粉末析出後は、ペルオキソ二硫酸アンモニウム水溶液の滴下速度を例えば８ｍＬ／分程度とやや速くしてもよい。しかし、この場合にも、反応混合物の温度をモニターしつつ、温度を−３℃以下に保持するように、滴下速度を調整することが必要である。かくして、７時間を要して、ペルオキソ二硫酸アンモニウム水溶液の滴下を終了した後、更に１時間、−３℃以下の温度にて攪拌を続けた。
【００５５】
得られた粉末を濾別し、水洗、アセトン洗浄し、室温で真空乾燥して、黒緑色の導電性ポリアニリン組成物の粉末４３０ｇを得た。これを直径１３ｍｍ、厚さ７００μｍのディスクに加圧成形し、ファン・デル・ポー法によって、その電導度を測定したところ、１４Ｓ／ｃｍであった。
【００５６】
（導電性ポリアニリン組成物の脱ドーピングによる有機溶剤に可溶性の酸化脱ドープ状態のポリアニリンの製造）
上記ドープされている導電性ポリアニリン組成物の粉末３５０ｇを２Ｎアンモニア水４Ｌ中に加え、オートホモミキサーにて回転数５０００ｒｐｍにて５時間攪拌した。混合物は、黒緑色から青紫色に変化した。
【００５７】
ブフナー漏斗にて粉末を濾別し、ビーカー中にて攪拌しながら、蒸留水にて濾液が中性になるまで繰り返して洗浄し、続いて、濾液が無色になるまでアセトンにて洗浄した。この後、粉末を室温にて１０時間真空乾燥して、黒褐色の酸化脱ドープ状態のポリアニリンの粉末２８０ｇを得た。
【００５８】
この酸化脱ドープ状態のポリアニリンはＮ−メチル−２−ピロリドンに可溶性であって、溶解度は同溶剤１００ｇに対して８ｇ（７．４％）であった。また、これを溶剤として３０℃で測定した極限粘度〔η〕は１．２３ｄＬ／ｇであった。また、このポリアニリンは、ジメチルスルホキシド及びジメチルホルムアミドには１％以下の溶解度であった。テトラヒドロフラン、ピリジン、８０％酢酸水溶液、６０％ギ酸水溶液及びアセトニトリルには実質的に溶解しなかった。
【００５９】
更に、上記酸化脱ドープ状態のポリアニリンについて、Ｎ−メチル−２−ピロリドン用のＧＰＣカラムを用いて、ＧＰＣ測定を行った結果、数平均分子量２３０００、重量平均分子量１６００００（いずれも、ポリスチレン換算）であった
【００６０】
（還元脱ドープ状態のポリアニリンの製造）
上述したようにして得られた酸化脱ドープ状態のポリアニリンの粉末２．５ｇをＮ−メチル−２−ピロリドン９７．５ｇに加え、攪拌下に溶解させた。この溶液にフェニルヒドラジン０．８２ｇを徐々に加えた。このとき、溶液は、濃青色から淡黒褐色に変色し、同時に、窒素ガスの発生が確認された。
【００６１】
反応終了後、反応混合物を窒素置換したアセトン１．５Ｌ中に滴下したところ、灰白色の沈殿が得られた。この沈殿をガラスフィルターにて濾別し、窒素置換したアセトンにて数回洗浄した後、室温にて減圧乾燥して、イミノ−ｐ−フェニレン構造単位からなる還元脱ドープ状態のアニリン２．３ｇを灰白色粉末として得た。このポリアニリンのＮ−メチル−２−ピロリドン中、３０℃で測定した極限粘度〔η〕は１．１ｄＬ／ｇであった。
【００６２】
実施例１
参考例１で得られた還元脱ドープ状態のポリアニリン粉末１０ｇをＮ−メチル−２−ピロリドン９０ｇに溶解し、１０重量％溶液を調製した。Ａ４サイズのガラス板の両端に厚み１２０μｍのポリテトラフルオロエチレン樹脂製粘着テープを４枚重ねて貼って土手を作り、ここに上記ポリアニリンのＮ−メチル−２−ピロリドン溶液を流延した。ガラス棒にてしごいた後、熱風循環式乾燥機に入れて、８０℃にて１時間乾燥させた。かくして得られたポリアニリンフィルムをガラス板から剥がした。このフィルムから１ｃｍ四方のフィルム４枚を切り出した。このようにして得られたフィルムの厚みは３８μｍであった。
【００６３】
ｐ−フェノールスルホン酸ノボラック樹脂水溶液（小西化学工業（株）製、ポリスチレンスルホン酸ナトリウム標準のＧＰＣによる樹脂の重量平均分子量２００００）を用い、エバポレーターにて水飴状態になるまで濃縮した。これにエタノールを加えて固形分濃度２０重量％に調整した後、ｐ−ベンゾキノンを加え、溶解させて、ベンゾキノン濃度として２．５重量％の溶液を調製し、これを酸化ドーピング用処理液とした。
【００６４】
５０ｍＬ容量のガラス製サンプル管に上記ドーピング用処理液３０ｇを入れ、これに上記還元脱ドープ状態のポリアニリンフィルム４枚を浸漬して、室温で放置した。３０分後及び１時間後に上記ポリアニリンフィルムをそれぞれ２枚ずつ取り出し、メタノール３０ｍＬにて３回洗浄して、フィルムの表面に付着したフェノールスルホン酸ノボラック樹脂と酸化剤ｐ−ベンゾキノンを除いた後、８０℃の乾燥機中で３０分間乾燥した。
【００６５】
このようにして得られたそれぞれのフィルムの電導度をファン・デル・ポー法にて測定した。ドーピング処理を３０分間行った２枚のポリアニリンフィルムＡ及びＢの電導度はそれぞれ、４．２Ｓ／ｃｍ及び５．３Ｓ／ｃｍであり、ドーピング処理を１時間行った２枚のポリアニリンフィルムＣ及びＤの電導度はそれぞれ、８．９Ｓ／ｃｍ及び１０．１Ｓ／ｃｍであった。そこで、耐水性試験として、上記４枚のフィルムのうち、Ａ及びＣを２０ｍＬ容量のガラス製サンプル管中の蒸留水１５ｍＬに５４２時間浸漬した後、取り出して、その電導度を測定したところ、ドーピング処理を３０分行ったフィルムＡの電導度は２．１Ｓ／ｃｍであり、ドーピング処理を１時間行ったフィルムＣの電導度は８．２Ｓ／ｃｍであった。
【００６６】
次いで、耐熱性試験として、上記４枚のフィルムのうち、Ｂ及びＤをそれぞれ１０ｃｍ角のガラス板に２ｍｍ幅のポリテトラフルオロエチレン樹脂製粘着テープで十字に貼り付け、１２５℃の熱風循環乾燥機中に入れ、５４２時間後に取りだして、電導度を測定したところ、ドーピング処理を３０分行ったフィルムＣの電導度は１．１Ｓ／ｃｍであり、ドーピング処理を１時間行ったフィルムＤの電導度は５．８Ｓ／ｃｍであった。
【００６７】
このように、いずれのフィルムも、耐水性試験と耐熱性試験の後、その電導度は、初期の電導度から殆ど変化しておらず、本発明による導電性ポリアニリンフィルムが高い耐水性と耐熱性を有することが示された。
【００６８】
比較例１
アルドリッチ製ポリビニルスルホン酸ナトリウム水溶液を強酸性カチオン交換樹脂ダウエックスＷ−５０Ｘ１２（ダウケミカル製）によりイオン交換して、遊離酸型にした２０重量％ポリビニルスルホン酸水溶液を得た。
【００６９】
このポリビニルスルホン酸水溶液をドーパント溶液として用いた以外は、実施例１と全く同様にして、ポリビニルスルホン酸をドーパントとする導電性ポリアニリンフィルム４枚を調製した。ドーピング処理を３０分行った２枚のポリアニリンフィルムＡ及びＢの電導度はそれぞれ１８．８Ｓ／ｃｍ及び１５．３Ｓ／ｃｍであり、ドーピング処理を１時間行ったフィルムＣ及びＤの電導度はそれぞれ、２６．７Ｓ／ｃｍ及び３０．３Ｓ／ｃｍであった。
【００７０】
そこで、耐水性試験として、上記４枚のフィルムのうち、フィルムＡ及びＣを２０ｍＬ容量のガラス製サンプル管中の蒸留水１５ｍＬに５４２時間浸漬した後、取り出して、電導度を測定したところ、ドーピング処理を３０分間行ったフィルムＡの電導度は４．４×１０-2Ｓ／ｃｍであり、ドーピング処理を１時間行ったフィルムＣの電導度は７．１×１０-2Ｓ／ｃｍであった。従って、耐水性試験後のフィルムの電導度は、初期の電導度の約１／４００であった。
【００７１】
また、耐熱性試験として、上記４枚のフィルムのうち、フィルムＢ及びＤを１０ｃｍ角のガラス板上に２ｍｍ幅のポリテトラフルオロエチレン樹脂製粘着テープで十字に貼り付け、１２５℃の熱風循環乾燥機中に入れ、５４２時間後に取り出し、電導度を測定したところ、ドーピング処理を３０分間行ったフィルムＢの電導度は１．２Ｓ／ｃｍであり、ドーピング処理を１時間行ったフィルムＤの電導度は３．３Ｓ／ｃｍであった。従って、耐熱性試験後の電導度は、初期の電導度の約１／１０であった。
【００７２】
実施例２
実施例１において、フェノールスルホン酸ノボラック樹脂水溶液の代わりに、１−ナフトール−４−スルホン酸ノボラック樹脂（小西化学工業（株）製、ポリスチレンスルホン酸ナトリウム標準のＧＰＣによる樹脂の重量平均分子量３００００）を用いると共に、酸化剤として、ｐ−ベンゾキノンに代えて、２，３−ジクロロ−５，６−ジシアノ−ｐ−ベンゾキノンを用いた以外は、実施例１と同様にして、１−ナフトール−４−スルホン酸ノボラック樹脂をドーパントとする導電性ポリアニリンフィルム４枚を得た。この導電性ポリアニリンフィルムの電導度をファン・デル・ポー法によって測定したところ、ドーピング処理を３０分間行った２枚のポリアニリンフィルムＡ及びＢの電導度はそれぞれ、１．２Ｓ／ｃｍと２．２Ｓ／ｃｍであり、ドーピング処理を１時間行った２枚のポリアニリンフィルムＣ及びＤの電導度はそれぞれ、３．４Ｓ／ｃｍと４．１Ｓ／ｃｍであった。
【００７３】
そこで、耐水性試験として、上記４枚のフィルムのうち、フィルムＡ及びＣをそれぞれ２０ｍＬ容量のガラス製サンプル管中の蒸留水１５ｍＬに５０８時間浸漬した後、取り出して、電導度を測定したところ、ドーピング処理を３０分間行ったフィルムＡの電導度は０．７８Ｓ／ｃｍであり、ドーピング処理を１時間行ったフィルムＣの電導度は２．１Ｓ／ｃｍであった。
【００７４】
次に、耐熱性試験として、上記４枚のフィルムのうち、フィルムＢ及びＤを１０ｃｍ角のガラス板上に２ｍｍ幅のポリテトラフルオロエチレン樹脂製粘着テープで十字に貼り付け、１２５℃の熱風循環乾燥機中に入れ、５０８時間後に取り出し、電導度を測定したところ、ドーピング処理を３０分間行ったフィルムＢの電導度は０．５４Ｓ／ｃｍであり、ドーピング処理を１時間行ったフィルムＤの電導度は２．８Ｓ／ｃｍであった。
【００７５】
このように、本発明による導電性ポリアニリンフィルムは、耐水性試験、耐熱性試験のいずれの後も、電導度は、その電導度は初期の値と殆ど変わらず、高い耐水性と耐熱性を有することが示された。
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐水性と耐熱性にすぐれた導電性ポリアニリン組成物とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ポリアニリンとドーパントからなる導電性ポリアニリン組成物は、近年、注目を集めており、種々の分野で用いられている。例えば、特開平３−３５５１６号公報には、アルミニウム電解コンデンサやタンタル電解コンデンサにおける固体電解質膜として、上記ポリアニリン導電性組成物からなるフィルムを用いることが記載されている。即ち、ポリアニリン溶液を誘電体皮膜上に塗布し、乾燥させて、ポリアニリンフィルムとした後、これにプロトン酸をドーピングすることによって、周波数特性にすぐれた電解コンデンサを得ることができることが記載されている。ポリアニリン導電性組成物は、このほかにも、帯電防止材料、電磁波シールド材料、磁気記録媒体、フィルムコンデンサ、電池等、多くの分野で実用化が検討されている。
【０００３】
また、ポリアニリンは、ドーパントを適宜に選択することによって、際立って高い耐熱性を有することも見出されている。例えば、特開平１０−３６６６７号公報には、カルボキシル基を有する脂肪族モノスルホン酸をドーパントとするポリアニリン組成物は、非常に高い耐熱性を示し、１２５℃で６５０時間放置しても、電導度の低下は当初の値の１／１０以内であることが記載されている。
【０００４】
しかし、耐熱性と共に、実用面から重要な耐水性においては、導電性ポリアニリン組成物は必ずしも十分ではないことが、従来、指摘されている。そこで、ドーパントとして、ポリマースルホン酸を用いることが提案されており、これによれば、低分子化合物であるスルホン酸を用いた場合に比べて、耐水性が改善された導電性ポリアニリン組成物を得ることができることは、特開平３−２８２２９号公報に記載されているように、既に、知られている。
【０００５】
例えば、ポリマースルホン酸であるポリビニルスルホン酸をドーパントとして用いるとき、確かに、低分子スルホン酸化合物を用いる場合に比べれば、得られるポリアニリン組成物は、耐水性は明らかに向上しているが、しかし、長期間、水に浸漬すると、ある程度の電導度の低下が避けられない。この電導度の低下の程度は、５００時間の水への浸漬によって、当初の値の約１／４００となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、導電性ポリアニリン組成物における上述した問題を解決するためになされたものであって、耐水性と耐熱性にすぐれる導電性ポリアニリン組成物とその製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、式（Ｉ）
【０００８】
【化１０】
で表されるイミノ−ｐ−フェニレン構造単位からなるポリアニリンがフェノールスルホン酸ノボラック樹脂及びナフトールスルホン酸ノボラック樹脂から選ばれる少なくとも１種のノボラック樹脂にてドーピングされてなることを特徴とする導電性ポリアニリン組成物が提供される。
【００１０】
また、本発明によれば、上記式（Ｉ）で表されるイミノ−ｐ−フェニレン構造単位からなるポリアニリンを化学酸化又は電解酸化しながら、これをフェノールスルホン酸ノボラック樹脂及びナフトールスルホン酸ノボラック樹脂から選ばれる少なくとも１種のノボラック樹脂にてドーピングすることを特徴とする導電性ポリアニリン組成物の製造方法が提供される。
【００１１】
更に、本発明によれば、上記式（Ｉ）で表されるイミノ−ｐ−フェニレン構造単位からなるポリアニリンのフィルムに酸化剤の存在下にフェノールスルホン酸ノボラック樹脂及びナフトールスルホン酸ノボラック樹脂から選ばれる少なくとも１種のノボラック樹脂の水溶液を接触させて、上記ポリアニリンを上記ノボラック樹脂にてドーピングすることを特徴とする導電性ポリアニリンフィルムの製造方法が提供される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明による導電性ポリアニリン組成物は、式（Ｉ）
【００１３】
【化１１】
で表されるイミノ−ｐ−フェニレン構造単位からなるポリアニリンがフェノールスルホン酸ノボラック樹脂及びナフトールスルホン酸ノボラック樹脂から選ばれる少なくとも１種のノボラック樹脂にてドーピングされてなる。このような導電性ポリアニリン組成物は、本発明に従って、上記式（Ｉ）で表されるイミノ−ｐ−フェニレン構造単位からなるポリアニリンを化学酸化又は電解酸化しながら、これをフェノールスルホン酸ノボラック樹脂及びナフトールスルホン酸ノボラック樹脂から選ばれる少なくとも１種のノボラック樹脂にてドーピングすることによって得ることができる。
【００１５】
上記式（Ｉ）で表されるイミノ−ｐ−フェニレン構造単位からなるポリアニリンは、特開平３−５２９２９号公報に記載されているように、既に、知られているものであって、先ず、プロトン酸にてドーピングされた導電性ポリアニリン組成物を製造し、これを脱ドーピングして、有機溶剤に可溶性の酸化脱ドープ状態のポリアニリンとし、その後、この酸化脱ドープ状態のポリアニリンを還元することによって得ることができる。
【００１６】
即ち、適宜のプロトン酸、例えば、硫酸の存在下に適宜の溶剤中、例えば、水やメタノール中にて、アニリンにペルオキソ二硫酸アンモニウムのような酸化剤を反応させ、析出した粉末を濾取することによって、上記プロトン酸でドーピングされた導電性ポリアニリン組成物を得る。次いで、この粉末を、例えば、アンモニアのようなアルカリ物質の水溶液に加えて、導電性ポリアニリン組成物を中和（即ち、脱ドーピング）することによって、一般式（IV）
【００１７】
【化１２】
（式中、ｍ及びｎはそれぞれ繰り返し単位中のキノンジイミン構造単位及びフェニレンジアミン構造単位のモル分率を示し、０＜ｍ≦１、０≦ｎ＜１、ｍ＋ｎ＝１である。）
で表される有機溶剤に可溶性の酸化脱ドープ状態のポリアニリンの粉末を得る。以下、このようなポリアニリンを「酸化脱ドープ状態のポリアニリン」ということとする。
【００１９】
このようにして得られる酸化脱ドープ状態のポリアニリンは、高分子量を有し、しかも、種々の有機溶剤に溶解する。通常、Ｎ−メチルピロリドン中、３０℃で測定した極限粘度〔η〕が０．４０ｄＬ／ｇ以上を有し、例えば、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、ジメチルスルホキシド、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン、スルホラン等の有機溶剤に溶解する。このような有機溶剤への脱ドープ状態のポリアニリンの溶解度は、その平均分子量や溶剤にもよるが、通常、ポリアニリンの０．５〜１００％が溶解し、１〜３０重量％濃度の溶液を得ることができる。特に、この脱ドープ状態のポリアニリンは、Ｎ−メチル−２−ピロリドンに高い溶解性を示し、通常、ポリアニリンの２０〜１００％が溶解し、３〜３０重量％溶液を得ることができる。
【００２０】
次いで、このような酸化脱ドープ状態のポリアニリンのキノンジイミン構造を完全に還元すれば、特開平３−５２９２９号公報に記載されているように、前記式（Ｉ）で表されるイミノ−ｐ−フェニレン構造単位からなるポリアニリンを得ることができる。以下、このようなポリアニリンを「還元脱ドープ状態のポリアニリン」ということとする。
【００２１】
このような還元脱ドープ状態のポリアニリンも、通常、Ｎ−メチルピロリドン中、３０℃で測定した極限粘度〔η〕が０．４０ｄＬ／ｇ以上を有し、前記酸化脱ドープ状態のポリアニリンに比べて、一層、多様な有機溶剤に可溶性である。例えば、酸化脱ド−プ状態のポリアニリンに比べて、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド等の溶剤に一層よく溶解する。
【００２２】
上記酸化脱ドープ状態のポリアニリンを還元するための還元剤としては、フェニルヒドラジン、ヒドラジン、ヒドラジン水和物、硫酸ヒドラジン、塩酸ヒドラジン等のヒドラジン化合物、水素化リチウムアルミニウム、水素化ホウ素リチウム等の還元性水素化金属化合物等が好適に用いられる。還元反応後に残渣を生じないので、ヒドラジン水和物又はフェニルヒドラジンが還元剤として特に好ましく用いられる。
【００２３】
上記酸化脱ドープ状態のポリアニリンを上記還元剤にて還元する方法は、通常の還元反応の方法によればよく、特に、限定されるものではない。例えば、酸化脱ドープ状態のポリアニリンをＮ−メチル−２−ピロリドンのような有機溶剤に溶解させ、この溶液に上記還元剤を加える方法、還元剤をＮ−メチル−２−ピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等の有機溶剤に溶解させ、この溶液に上記酸化脱ドープ状態のポリアニリンを加える方法、上記酸化脱ドープ状態のポリアニリンを非溶剤に分散させ、不均一系にて還元反応を行う方法等によることができる。
【００２４】
上記還元反応は、酸化脱ドープ状態のポリアニリンを通常、０．１〜１５重量％、好ましくは、０．５〜１０重量％含有する溶液中にて行われる。還元剤は、酸化脱ドープ状態のポリアニリンにおけるキノンジイミン量に対して通常、当量を用いればよいが、反応の進行を早めるために、当量を越える量を用いることもできる。
【００２５】
しかし、このように、過剰の還元剤を用いた場合、得られた還元脱ドープ状態のポリアニリンを溶液状態にて、そのまま、ドーピングすると、好ましくない副反応を起こしたり、また、還元脱ドープ状態のポリアニリンの溶液の長期保存時に、ポリマー鎖の切断による分子量低下を引き起こすことがある。従って、過剰の還元剤を用いたときは、得られた還元脱ドープ状態のポリアニリンを再沈殿法にて分離精製し、この後にドーピングするのが望ましい。
【００２６】
本発明による導電性ポリアニリン組成物は、このような還元脱ドープ状態のポリアニリンがフェノールスルホン酸ノボラック樹脂及びナフトールスルホン酸ノボラック樹脂から選ばれる少なくとも１種のノボラック樹脂にてドーピングされてなるものである。このような導電性ポリアニリン組成物は、本発明に従って、上記還元脱ドープ状態のポリアニリンを酸化しながら、これをフェノールスルホン酸ノボラック樹脂及びナフトールスルホン酸ノボラック樹脂から選ばれる少なくとも１種のノボラック樹脂にてドーピングすることによって得ることができる。
【００２７】
上記フェノールスルホン酸ノボラック樹脂は、好ましくは、一般式（II）
【００２８】
【化１３】
（式中、Ｒ1 は、水素原子、アルキル基、アルコキシル基、水酸基、カルボキシル基又はアミノ基を示す。）
で表される。特に、限定されるものではないが、本発明によれば、上記一般式（II）で表されるフェノールスルホン酸ノボラック樹脂のなかでも、Ｒ1 が水素原子であり、スルホン酸基の置換位置が水酸基に対してパラ位であるｐ−フェノールスルホン酸ノボラック樹脂が好ましく用いられる。
【００３０】
また、上記ナフトールスルホン酸ノボラック樹脂は、好ましくは、一般式（III)
【００３１】
【化１４】
（式中、Ｒ2 及びＲ3 は、それぞれ独立に水素原子、アルキル基、アルコキシル基、水酸基、カルボキシル基又はアミノ基を示し、ｐ及びｑは、それぞれ独立に０、１又は２の整数である。但し、ｐ及びｑは同時には０ではない。）
で表される。特に、限定されるものではないが、本発明によれば、上記一般式（III) で表されるナフトールスルホン酸ノボラック樹脂のなかでも、例えば、１−ナフトール−４−スルホン酸、１−ナフトール−５−スルホン酸、１−ナフトール−８−スルホン酸等のような１−ナフトールスルホン酸や、１−ナフトール−３，６−ジスルホン酸、１−ナフトール−３，８−ジスルホン酸等のような１−ナフトールジスルホン酸ノボラック樹脂が好ましく用いられる。
【００３３】
本発明においては、フェノールスルホン酸ノボラック樹脂及びナフトールスルホン酸ノボラック樹脂はそれぞれ、アルカリ金属塩やアンモニウム塩、有機アミン塩等を含むものとする。アルカリ金属塩としては、例えば、ナトリウム塩やカリウム塩を挙げることができ、有機アミン塩としては、例えば、トリエチルアミン塩、トリエタノールアミン塩、エチレンジアミン塩等を挙げることができるが、しかし、これらに限定されるものではない。
【００３４】
本発明において、上記フェノールスルホン酸ノボラック樹脂やナフトールスルホン酸ノボラック樹脂は、その分子量において、特に、限定されるものではないが、通常、ポリスチレンスルホン酸ナトリウムを標準ポリマーとして、ＧＰＣにて測定した重量平均分子量が２０００から８０００００の範囲が好ましい。フェノールスルホン酸ノボラック樹脂又はナフトールスルホン酸ノボラック樹脂の分子量が２０００よりも小さいときは、得られる導電性ポリアニリン組成物が耐水性において十分に改善されず、他方、フェノールスルホン酸ノボラック樹脂又はナフトールスルホン酸ノボラック樹脂の分子量が８０００００よりも大きいときは、後述するように、ドーピングに用いるフェノールスルホン酸ノボラック樹脂又はナフトールスルホン酸ノボラック樹脂の水溶液の粘度が高すぎて、ポリアニリンをドーピングし難い。
【００３５】
本発明によれば、還元脱ドープ状態のポリアニリンにフェノールスルホン酸ノボラック樹脂又はナフトールスルホン酸ノボラック樹脂をドーピングするには、好ましくは、ポリアニリンに酸化剤の存在下で上記ノボラック樹脂を作用させてドーピングを行う。また、酸化剤を用いる代わりに、還元脱ドープ状態のポリアニリンを電解用電極を用いて電解酸化しつつ、上記ノボラック樹脂を作用させることによっても、ポリアニリンをドーピングすることができる。
【００３６】
このように、ポリアニリンを酸化しつつ、フェノールスルホン酸ノボラック樹脂又はナフトールスルホン酸ノボラック樹脂によってポリアニリンをドーピングすることを本明細書において「酸化ドーピング」ということとする。本発明によれば、還元脱ドープ状態のポリアニリンにこのような酸化ドーピングを行うことによって、非常に速やかにポリアニリンをドーピングして、上記ノボラック樹脂をドーパントとして有する導電性ポリアニリン組成物を得ることができる。
【００３７】
このような酸化ドーピングにおいては、ポリアニリンが酸化されて、その窒素原子上の非共有電子対の１つが奪われて、窒素原子上に正電荷が生じ、次いで、この正電荷に反応系中に存在するプロトン酸アニオンが接近して、上記正電荷を打消し、かくして、電気的な中性を保つとみられ、これによって、ポリアニリンの上記窒素原子はカチオンラジカルとなる。このように、ポリアニリンは前述したと同様のセミキノンカチオンラジカル構造を有して、導電性を有することとなる。
【００３８】
【化１５】
上記酸化ドーピングに用いる酸化剤としては、還元脱ドープ状態のポリアニリンを酸化できるものであれば、特に、制限されることはないが、例えば、塩化第二鉄、過塩素酸第二鉄、シュウ酸第二鉄等の第二鉄塩類、塩化第二銅、過塩素酸第二銅等の第二銅塩、塩化第一銅（空気酸化）や、過硫酸アンモニウム等の過硫酸塩類、重クロム酸カリウム等の重クロム酸塩類、過マンガン酸カリウム等の過マンガン酸塩、ヨウ素酸ナトリウム等のヨウ素酸塩類、塩素酸ナトリウム等の塩素酸塩、過酸化水素、二酸化マンガン、硝酸セリウムアンモニウム、酸化鉛、キノン系酸化剤等を挙げることができる。キノン系酸化剤の具体例としては、ｐ−ベンゾキノン、ｏ−ベンゾキノン、ｐ−トルキノン、１，２−ナフトキノン、１，４−ナフトキノン、ジフェノキノン、クロラニル、２，３−ジクロロ−５，６−ジシアノ−ｐ−ベンゾキノン、テトラシアノキノジメタン、１，２−ナフトキノン−４−スルホン酸ナトリウム、１，４−ナフトキノン−２−スルホン酸ナトリウム、テトラフルオロ−ｐ−ベンゾキノン等を挙げることができる。
【００４０】
本発明によれば、還元脱ド−プ状態のポリアニリンの酸化ドーピングに際して、必ずしもポリアニリンのすべてのイミノ−ｐ−フェニレン構造単位を酸化する必要はないので、上述した酸化剤の使用量も、特に限定されるものではない。しかし、通常、酸化剤は、ポリアニリンの有するイミノ−ｐ−フェニレン構造単位に対して、１／１０当量から大過剰まで、適宜に用いられる。また、酸化剤は、通常、０．１〜３０重量％濃度の溶液、好ましくは、水溶液として用いられる。酸化剤の濃度が余りに小さいときは、ポリアニリンの酸化ドーピングに徒に長時間を必要とし、他方、酸化剤の濃度が余りに大きいときは、ポリアニリンの酸化ドーピングに際して、ポリアニリン分子鎖の切断が起こって、ポリアニリンの分子量が低下する等、ポリアニリンの劣化を招くからである。
【００４１】
本発明によれば、還元脱ド−プ状態のポリアニリンのドーピングにおいて、用いるフェノールスルホン酸ノボラック樹脂又はナフトールスルホン酸ノボラック樹脂の水溶液の濃度は、特に、限定されるものではなく、通常、２〜５０重量％の範囲である。
【００４２】
還元脱ドープ状態のポリアニリンのドーピングは、室温下でも行うことができる。しかし、５０〜１００℃の加熱下のドーピングによれば、室温でのドーピングに比べて、処理に要する時間を短縮することができる。
【００４３】
ドーピングに要する時間は、得られるポリアニリンの電導度を測定して、適宜に定められるが、通常、１０分から１０時間程度の範囲である。還元脱ドープ状態のポリアニリンの粉末をフェノールスルホン酸ノボラック樹脂又はナフトールスルホン酸ノボラック樹脂の水溶液に加えて、ドーピングする場合は、最初、粉末は薄青色であるが、ドーピングによって黒緑色になる。
【００４４】
還元脱ドープ状態のポリアニリンは、前述したように、種々の有機溶剤に可溶性であるので、これを適宜の有機溶剤に溶解し、適宜の基材上に流延（キャスティング）し、適宜の温度、例えば、５０〜１５０℃の範囲の温度に加熱、乾燥して、自立性フィルムとし、このフィルムを酸化ドーピングすることによって、導電性ポリアニリンからなるフィルムを得ることができる。例えば、適宜の酸化剤と共にフェノールスルホン酸ノボラック樹脂又はナフトールスルホン酸ノボラック樹脂を含む水溶液をドーピング処理液として調製し、これに上記ポリアニリンフィルムを浸漬するか、又はフィルムに上記処理液を塗布した後、必要に応じて、適当な溶剤にてフィルムを洗浄することによって、導電性ポリアニリンフィルムを得ることができる。
【００４５】
このように、還元脱ドープ状態のポリアニリンからなるフィルムを酸化ドーピングするときは、最初、薄青色であったフィルムがドーピング後には黒青色に変化する。これに伴って、フィルムの電導度は、ドーピング前には１０-10 Ｓ／ｃｍ程度であるが、ドーピング後には、１０0 から１０2 Ｓ／ｃｍもの高い電導度を有するようになる。
【００４６】
このようにして得られる導電性ポリアニリン組成物は、ドーパントであるフェノールスルホン酸ノボラック樹脂又はナフトールスルホン酸ノボラック樹脂に由来するスルホン酸イオンを、通常、ポリアニリン中のアニリン単位のモル数の１５〜７５％の範囲にて含む。本発明によれば、導電性ポリアニリン組成物においては、ポリアニリンの有する窒素原子のすべての１５〜７５％がカチオンラジカルとなり、この窒素原子にドーパント由来のアニオン（スルホン酸イオン）が同数、イオン結合している。ポリアニリンの電導度が最も高くなるのは、ポリマー中のアニリン単位の５０モル％がこのようにドーピングされたときである。
【００４７】
本発明による導電性ポリアニリン組成物とそのフィルムは、非常に高い耐水性を示す。従来、ポリアニリンにポリビニルスルホン酸をドーピングしてなる導電性ポリアニリン組成物は、比較的高い耐水性を有するものとして知られているが、それでも、蒸留水中に５００時間、浸漬すれば、その電導度は、初期の値の１／４００程度まで低下する。これに対して、本発明に従って、ポリアニリンにフェノールスルホン酸ノボラック樹脂又はナフトールスルホン酸ノボラック樹脂をドーピングしてなる導電性ポリアニリン組成物は、蒸留水に５００時間、浸漬しても、その電導度の低下は初期の値の１／１０以内である。
【００４８】
本発明による導電性ポリアニリン組成物とそのフィルムがこのように高い耐水性を有する理由は必ずしも明らかではなく、また、本発明は、理論によって何ら制約を受けるものではないが、フェノールスルホン酸ノボラック樹脂又はナフトールスルホン酸ノボラック樹脂の有するフェノール性水酸基がポリアニリンとの相互作用を強める結果、ドーパントである上記ノボラック樹脂のポリアニリンからの脱離、即ち、脱ドープを抑制するためであるとみられる。
【００４９】
更に、本発明による導電性ポリアニリン組成物とそのフィルムは、耐熱性においてもすぐれており、ポリビニルスルホン酸をドーパントとして有し、従来、比較的高い耐熱性を有するものとして知られている導電性ポリアニリン組成物やそのフィルムとほぼ同等の耐熱性を有している。
【００５０】
【発明の効果】
以上のように、本発明に従って、還元脱ドープ状態のポリアニリンにフェノールスルホン酸ノボラック樹脂又はナフトールスルホン酸ノボラック樹脂をドーピングして得られる導電性ポリアニリン組成物とそのフィルムは、すぐれた耐水性と耐熱性を有しており、種々の分野において、導電性高分子材料として好適に用いることができる。特に、本発明による導電性ポリアニリン組成物は、例えば、アルミニウム電解コンデンサやタンタル電解コンデンサにおける陰極材料として好適に用いることができ、このほか、帯電防止材、有機エレクトロルミネッセンス用電極、電磁波シールド材、防食材等、種々の用途において耐水性と耐熱性を有する材料として好適に用いることができる。
【００５１】
【実施例】
以下に参考例と共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を受けるものではない。
【００５２】
参考例１
（アニリンの酸化重合による導電性ポリアニリン組成物の製造）
攪拌装置、温度計及び直管アダプターを備えた１０Ｌ容量セパラブルフラスコに蒸留水６０００ｇ、３６％塩酸３６０ｍＬ及びアニリン４００ｇ（４．２９５モル）をこの順序にて仕込み、アニリンを溶解させた。別に、氷水にて冷却しながら、ビーカー中の蒸留水１４９３ｇに９７％濃硫酸４３４ｇ（４．２９５モル）を加え、混合して、硫酸水溶液を調製した。この硫酸水溶液を上記セパラブルフラスコに加え、フラスコ全体を低温恒温槽にて−４℃まで冷却した。次に、ビーカー中にて蒸留水２２９３ｇにペルオキソ二硫酸アンモニウム９８０ｇ（４．２９５モル）を加え、溶解させて、酸化剤水溶液を調製した。
【００５３】
フラスコ全体を低温恒温槽で冷却して、反応混合物の温度を−３℃以下に保持しつつ、攪拌下にアニリン塩の酸性水溶液に、チュービングポンプを用いて、直管アダプターから上記ペルオキソ二硫酸アンモニウム水溶液を１ｍＬ／分以下の割合にて徐々に滴下した。最初、無色透明の溶液は、重合の進行に伴って緑青色から黒緑色となり、次いで、黒緑色の粉末が析出した。
【００５４】
この粉末析出時に反応混合物において温度の上昇がみられるが、この場合にも、本発明に従って、高分子量のポリアニリンを得るためには、反応系内の温度を０℃以下、好ましくは、−３℃以下に抑えることが肝要である。粉末析出後は、ペルオキソ二硫酸アンモニウム水溶液の滴下速度を例えば８ｍＬ／分程度とやや速くしてもよい。しかし、この場合にも、反応混合物の温度をモニターしつつ、温度を−３℃以下に保持するように、滴下速度を調整することが必要である。かくして、７時間を要して、ペルオキソ二硫酸アンモニウム水溶液の滴下を終了した後、更に１時間、−３℃以下の温度にて攪拌を続けた。
【００５５】
得られた粉末を濾別し、水洗、アセトン洗浄し、室温で真空乾燥して、黒緑色の導電性ポリアニリン組成物の粉末４３０ｇを得た。これを直径１３ｍｍ、厚さ７００μｍのディスクに加圧成形し、ファン・デル・ポー法によって、その電導度を測定したところ、１４Ｓ／ｃｍであった。
【００５６】
（導電性ポリアニリン組成物の脱ドーピングによる有機溶剤に可溶性の酸化脱ドープ状態のポリアニリンの製造）
上記ドープされている導電性ポリアニリン組成物の粉末３５０ｇを２Ｎアンモニア水４Ｌ中に加え、オートホモミキサーにて回転数５０００ｒｐｍにて５時間攪拌した。混合物は、黒緑色から青紫色に変化した。
【００５７】
ブフナー漏斗にて粉末を濾別し、ビーカー中にて攪拌しながら、蒸留水にて濾液が中性になるまで繰り返して洗浄し、続いて、濾液が無色になるまでアセトンにて洗浄した。この後、粉末を室温にて１０時間真空乾燥して、黒褐色の酸化脱ドープ状態のポリアニリンの粉末２８０ｇを得た。
【００５８】
この酸化脱ドープ状態のポリアニリンはＮ−メチル−２−ピロリドンに可溶性であって、溶解度は同溶剤１００ｇに対して８ｇ（７．４％）であった。また、これを溶剤として３０℃で測定した極限粘度〔η〕は１．２３ｄＬ／ｇであった。また、このポリアニリンは、ジメチルスルホキシド及びジメチルホルムアミドには１％以下の溶解度であった。テトラヒドロフラン、ピリジン、８０％酢酸水溶液、６０％ギ酸水溶液及びアセトニトリルには実質的に溶解しなかった。
【００５９】
更に、上記酸化脱ドープ状態のポリアニリンについて、Ｎ−メチル−２−ピロリドン用のＧＰＣカラムを用いて、ＧＰＣ測定を行った結果、数平均分子量２３０００、重量平均分子量１６００００（いずれも、ポリスチレン換算）であった
【００６０】
（還元脱ドープ状態のポリアニリンの製造）
上述したようにして得られた酸化脱ドープ状態のポリアニリンの粉末２．５ｇをＮ−メチル−２−ピロリドン９７．５ｇに加え、攪拌下に溶解させた。この溶液にフェニルヒドラジン０．８２ｇを徐々に加えた。このとき、溶液は、濃青色から淡黒褐色に変色し、同時に、窒素ガスの発生が確認された。
【００６１】
反応終了後、反応混合物を窒素置換したアセトン１．５Ｌ中に滴下したところ、灰白色の沈殿が得られた。この沈殿をガラスフィルターにて濾別し、窒素置換したアセトンにて数回洗浄した後、室温にて減圧乾燥して、イミノ−ｐ−フェニレン構造単位からなる還元脱ドープ状態のアニリン２．３ｇを灰白色粉末として得た。このポリアニリンのＮ−メチル−２−ピロリドン中、３０℃で測定した極限粘度〔η〕は１．１ｄＬ／ｇであった。
【００６２】
実施例１
参考例１で得られた還元脱ドープ状態のポリアニリン粉末１０ｇをＮ−メチル−２−ピロリドン９０ｇに溶解し、１０重量％溶液を調製した。Ａ４サイズのガラス板の両端に厚み１２０μｍのポリテトラフルオロエチレン樹脂製粘着テープを４枚重ねて貼って土手を作り、ここに上記ポリアニリンのＮ−メチル−２−ピロリドン溶液を流延した。ガラス棒にてしごいた後、熱風循環式乾燥機に入れて、８０℃にて１時間乾燥させた。かくして得られたポリアニリンフィルムをガラス板から剥がした。このフィルムから１ｃｍ四方のフィルム４枚を切り出した。このようにして得られたフィルムの厚みは３８μｍであった。
【００６３】
ｐ−フェノールスルホン酸ノボラック樹脂水溶液（小西化学工業（株）製、ポリスチレンスルホン酸ナトリウム標準のＧＰＣによる樹脂の重量平均分子量２００００）を用い、エバポレーターにて水飴状態になるまで濃縮した。これにエタノールを加えて固形分濃度２０重量％に調整した後、ｐ−ベンゾキノンを加え、溶解させて、ベンゾキノン濃度として２．５重量％の溶液を調製し、これを酸化ドーピング用処理液とした。
【００６４】
５０ｍＬ容量のガラス製サンプル管に上記ドーピング用処理液３０ｇを入れ、これに上記還元脱ドープ状態のポリアニリンフィルム４枚を浸漬して、室温で放置した。３０分後及び１時間後に上記ポリアニリンフィルムをそれぞれ２枚ずつ取り出し、メタノール３０ｍＬにて３回洗浄して、フィルムの表面に付着したフェノールスルホン酸ノボラック樹脂と酸化剤ｐ−ベンゾキノンを除いた後、８０℃の乾燥機中で３０分間乾燥した。
【００６５】
このようにして得られたそれぞれのフィルムの電導度をファン・デル・ポー法にて測定した。ドーピング処理を３０分間行った２枚のポリアニリンフィルムＡ及びＢの電導度はそれぞれ、４．２Ｓ／ｃｍ及び５．３Ｓ／ｃｍであり、ドーピング処理を１時間行った２枚のポリアニリンフィルムＣ及びＤの電導度はそれぞれ、８．９Ｓ／ｃｍ及び１０．１Ｓ／ｃｍであった。そこで、耐水性試験として、上記４枚のフィルムのうち、Ａ及びＣを２０ｍＬ容量のガラス製サンプル管中の蒸留水１５ｍＬに５４２時間浸漬した後、取り出して、その電導度を測定したところ、ドーピング処理を３０分行ったフィルムＡの電導度は２．１Ｓ／ｃｍであり、ドーピング処理を１時間行ったフィルムＣの電導度は８．２Ｓ／ｃｍであった。
【００６６】
次いで、耐熱性試験として、上記４枚のフィルムのうち、Ｂ及びＤをそれぞれ１０ｃｍ角のガラス板に２ｍｍ幅のポリテトラフルオロエチレン樹脂製粘着テープで十字に貼り付け、１２５℃の熱風循環乾燥機中に入れ、５４２時間後に取りだして、電導度を測定したところ、ドーピング処理を３０分行ったフィルムＣの電導度は１．１Ｓ／ｃｍであり、ドーピング処理を１時間行ったフィルムＤの電導度は５．８Ｓ／ｃｍであった。
【００６７】
このように、いずれのフィルムも、耐水性試験と耐熱性試験の後、その電導度は、初期の電導度から殆ど変化しておらず、本発明による導電性ポリアニリンフィルムが高い耐水性と耐熱性を有することが示された。
【００６８】
比較例１
アルドリッチ製ポリビニルスルホン酸ナトリウム水溶液を強酸性カチオン交換樹脂ダウエックスＷ−５０Ｘ１２（ダウケミカル製）によりイオン交換して、遊離酸型にした２０重量％ポリビニルスルホン酸水溶液を得た。
【００６９】
このポリビニルスルホン酸水溶液をドーパント溶液として用いた以外は、実施例１と全く同様にして、ポリビニルスルホン酸をドーパントとする導電性ポリアニリンフィルム４枚を調製した。ドーピング処理を３０分行った２枚のポリアニリンフィルムＡ及びＢの電導度はそれぞれ１８．８Ｓ／ｃｍ及び１５．３Ｓ／ｃｍであり、ドーピング処理を１時間行ったフィルムＣ及びＤの電導度はそれぞれ、２６．７Ｓ／ｃｍ及び３０．３Ｓ／ｃｍであった。
【００７０】
そこで、耐水性試験として、上記４枚のフィルムのうち、フィルムＡ及びＣを２０ｍＬ容量のガラス製サンプル管中の蒸留水１５ｍＬに５４２時間浸漬した後、取り出して、電導度を測定したところ、ドーピング処理を３０分間行ったフィルムＡの電導度は４．４×１０-2Ｓ／ｃｍであり、ドーピング処理を１時間行ったフィルムＣの電導度は７．１×１０-2Ｓ／ｃｍであった。従って、耐水性試験後のフィルムの電導度は、初期の電導度の約１／４００であった。
【００７１】
また、耐熱性試験として、上記４枚のフィルムのうち、フィルムＢ及びＤを１０ｃｍ角のガラス板上に２ｍｍ幅のポリテトラフルオロエチレン樹脂製粘着テープで十字に貼り付け、１２５℃の熱風循環乾燥機中に入れ、５４２時間後に取り出し、電導度を測定したところ、ドーピング処理を３０分間行ったフィルムＢの電導度は１．２Ｓ／ｃｍであり、ドーピング処理を１時間行ったフィルムＤの電導度は３．３Ｓ／ｃｍであった。従って、耐熱性試験後の電導度は、初期の電導度の約１／１０であった。
【００７２】
実施例２
実施例１において、フェノールスルホン酸ノボラック樹脂水溶液の代わりに、１−ナフトール−４−スルホン酸ノボラック樹脂（小西化学工業（株）製、ポリスチレンスルホン酸ナトリウム標準のＧＰＣによる樹脂の重量平均分子量３００００）を用いると共に、酸化剤として、ｐ−ベンゾキノンに代えて、２，３−ジクロロ−５，６−ジシアノ−ｐ−ベンゾキノンを用いた以外は、実施例１と同様にして、１−ナフトール−４−スルホン酸ノボラック樹脂をドーパントとする導電性ポリアニリンフィルム４枚を得た。この導電性ポリアニリンフィルムの電導度をファン・デル・ポー法によって測定したところ、ドーピング処理を３０分間行った２枚のポリアニリンフィルムＡ及びＢの電導度はそれぞれ、１．２Ｓ／ｃｍと２．２Ｓ／ｃｍであり、ドーピング処理を１時間行った２枚のポリアニリンフィルムＣ及びＤの電導度はそれぞれ、３．４Ｓ／ｃｍと４．１Ｓ／ｃｍであった。
【００７３】
そこで、耐水性試験として、上記４枚のフィルムのうち、フィルムＡ及びＣをそれぞれ２０ｍＬ容量のガラス製サンプル管中の蒸留水１５ｍＬに５０８時間浸漬した後、取り出して、電導度を測定したところ、ドーピング処理を３０分間行ったフィルムＡの電導度は０．７８Ｓ／ｃｍであり、ドーピング処理を１時間行ったフィルムＣの電導度は２．１Ｓ／ｃｍであった。
【００７４】
次に、耐熱性試験として、上記４枚のフィルムのうち、フィルムＢ及びＤを１０ｃｍ角のガラス板上に２ｍｍ幅のポリテトラフルオロエチレン樹脂製粘着テープで十字に貼り付け、１２５℃の熱風循環乾燥機中に入れ、５０８時間後に取り出し、電導度を測定したところ、ドーピング処理を３０分間行ったフィルムＢの電導度は０．５４Ｓ／ｃｍであり、ドーピング処理を１時間行ったフィルムＤの電導度は２．８Ｓ／ｃｍであった。
【００７５】
このように、本発明による導電性ポリアニリンフィルムは、耐水性試験、耐熱性試験のいずれの後も、電導度は、その電導度は初期の値と殆ど変わらず、高い耐水性と耐熱性を有することが示された。
Claims (5)
- 式（Ｉ）
で表されるナフトールスルホン酸ノボラック樹脂にてドーピングされてなることを特徴とする導電性ポリアニリン組成物。 - 式（Ｉ）
- ナフトールスルホン酸ノボラック樹脂が一般式（III)
で表されるものである請求項２に記載の導電性ポリアニリン組成物の製造方法。 - 式（Ｉ）
- ナフトールスルホン酸ノボラック樹脂が一般式（III)
で表されるものである請求項４に記載の導電性ポリアニリンフィルムの製造方法。
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