JP4874537B2 - 導電性組成物およびそれを用いた導電性成形体 - Google Patents
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鋭意検討の結果、我々はイオン性液体に着目し、イオン性液体の導電性高分子溶解性について検討した。その結果、ある種のイオン性液体がポリピロール、ポリチオフェンなど従来溶媒不溶と考えられて来た導電性高分子を溶解する事ができる事を発見し、本発明を成すに至った。したがって
導電性高分子とイオン性液体を必須成分とする組成物であって、該導電性高分子が該イオン性液体に分散及び/又は溶解している部分を含む事を特徴とする、組成物、
である。
この構成であることにより、新たな導電性組成物を実現でき、一般的に不溶・不融である導電性高分子の皮膜形成性や加工性を著しく改善することができる。
導電性高分子とイオン性液体を必須成分とする組成物であって、該導電性高分子の少なくとも一部が該イオン性液体に溶解している事を特徴とする、組成物、
である。
導電性高分子とイオン性液体を必須成分とする組成物であって、イオン性液体に対する作業飽和濃度に対して60%以上の濃度の導電性高分子を含むことを特徴とする、組成物、
である。
本発明の第1〜3のいずれかに記載の導電性高分子が、ポリピロールおよびその誘導体、ポリチオフェンおよびその誘導体、ポリパラフェ二レンビニレンおよびその誘導体、ポリアニリンおよびその誘導体、ポリキノンおよびその誘導体から選択された少なくとも一種類以上である、本発明の第1〜3のいずれかに記載の、組成物、
である。
本発明の第1〜4のいずれかに記載のイオン性液体のアニオン成分が、スルホン酸アニオン(−SO3 -)、硫酸アニオン(−SO4 -)、カルボキシラト(−COO-)、BF4 -、PF6 -、ビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミドアニオン(TFSI)からなる群から1以上選ばれるアニオンを含む事を特徴とする、本発明の第1〜4のいずれかに記載の、組成物、
である。
少なくとも本発明の第1〜5のいずれかに記載の組成物を含む事を特徴とする組成物、
である。
イオン性液体に導電性高分子を溶解させる工程を経てつくられた事を特徴とする、本発明の第1〜6のいずれかに記載の組成物、
である。
本発明の第1〜7のいずれかに記載の組成物から、少なくともイオン性液体の一部が取り除かれていることを特徴とする、組成物、
である。
本発明の第1〜7の記載の組成物をイオン性液体と相溶する液体で処理し、少なくともイオン性液体の一部を取り除いた事を特徴とする、本発明の第8記載の、組成物、
である。
少なくとも本発明の第1〜9記載のいずれかの組成物を含む事を特徴とする、成形体、
である。
少なくともその製造工程において本発明の第1〜9のいずれかに記載の組成物から選ばれる1以上を用いて作製された事を特徴とする、成形体、
である。
最初に本発明に用いられるイオン性液体について述べる。
次に本発明に用いられる導電性高分子(導電性ポリマー)について述べる。
本発明で言うところの、成形体とは、紙状、布状、フィルム状、ペレット状、発泡体状、ブロック状等に成形したものを言い、特に制約を受ける物では無い。成形の方法は、押し出し成形、ブロー成形、真空成形、射出成形、ダイ押し出し、等を含む。
1)塗布することによりフィルムなどをつくる(導電性シート、帯電防止、アルミ固体電解コンデンサ作製、など)
2)導電性インクとして用い、例えばインクジェット技術などを利用して電子回路などを印刷する。(有機トランジスタなど)
3)繊維に染み込ませて導電性繊維を作る、
等の用途が考えられうるが、これらに限定されるものではない。
「分散及び/又は溶解している部分を含む」とは、
(A)「分散している部分を含む」場合であってもよいし、
(B)「分散している部分を含む、および、溶解している部分を含む」場合であってもよいし、
(C)「溶解している部分を含む」場合であってもよい。
また、
分散及び/又は溶解している部分の他に、
(D)分散も溶解もしていない部分が含まれていても良い。
(http://www.advantec.co.jp/japanese/hinran/seihin_index.html)によると、
保留粒子径のカタログ値は5μm(ただし、JISP3801で規定された硫酸バリウムなどを自然濾過したときの漏洩粒子径より求めたもの)である。
本明細書でいう「イオン性液体に対する作業飽和濃度」とは、上記のような、分散・溶解・濾過「作業」の後に、イオン性液体中に存在している導電性高分子の「飽和濃度」のことを言う。すなわち、
「濾紙の残渣として残らなかった・分散及び/又は溶解している導電性高分子重量」を「イオン性液体の容量」で割った値を「イオン性液体に対する作業飽和濃度」と定義して、この明細書中では呼ぶことにする。
イオン性液体の容量(10ml)で割った濃度、すなわち、「0.50−X」g/10mlの値を、「イオン性液体に対する作業飽和濃度」とする。
「イオン性液体に対する作業飽和濃度に対して60%以上の濃度の導電性高分子」は、 イオン性液体に対する作業飽和濃度に達していないため、ほぼ全量溶解しているものと推定される。
「溶解している」ことは、
後述のとおり、イオン性液体の中に添加して分散液・溶解液を調製した後、その分散液を濾紙やグラスフィルターなどで濾過し、濾紙やグラスフィルターに残らない状態であって、ある濃度まで、溶液の紫外・可視吸収スペクトルの極大吸収波長における吸光度が比例する範囲である状態のことを言う。
最初に本発明で用いたイオン性液体についてのべる。以下、合成方法記載のものは合成して用い、合成方法記載無いものは市販のものを用いた。用いたイオン性液体の分子式と物性、略称(ILS−1〜ILS−17)を下記に記す。なお、式中Imはイミダゾリウム、Pyはピリジニウムである。
乾燥した200ml丸底フラスコに4.02g(41.7mmol)のN−エチルイミダゾールと20mlのDMFとを入れ、よく攪拌した。8.35g(41.7mmol)のエチルp−トルエンスルフォナートを、氷冷下、前記フラスコ中にすばやく加えた。添加終了後、さらに23時間攪拌した。この反応液を氷冷した200mlのエーテル中に滴下した。エーテルをデカンテーションによって取り除き8.1gの黄色の液体を回収した。収率は65.5%であった。1H−NMRスペクトルより回収した液体を同定した。得られた生成物は−59.5℃のガラス転移温度(Tg)を有していた。化学式を、式(1)に示す。
σ=1.35(triplet、J=5Hz、3H)、2.23(singlet、3H)、4.15(quarlet、J=5Hz、2H)、7.06(doublet、J=5Hz、2H)、7.44(doublet、J=5Hz、2H)、7.74(singlet、2H)、9.04(singlet、3H)
(ILS−2)(1−CH3−3−C2H5−Im)+(p−CH3−C6H4SO3)-
上記方法と同じ方法で1LS−2sを合成した。生成物は黄色の液体で、収率は74.4%であった。1H−NMRスペクトルより回収した液体を同定した。生成物は−85.7℃のガラス転移温度(Tg)、−12.7℃の融点を有していた。化学式を、式(2)に示す。
σ=1.33(triplet、J=5Hz、3H)、2.22(singlet、3H)、3.77(singlet、3H)、4.12(quarlet、J=5Hz、2H)、7.06(doublet、J=5Hz、2H)、7.44(doublet、J=5Hz、2H)、7.65(singlet、2H)、7.72(singlet、2H)、9.08(singlet、3H)
(ILS−3)(1−CH2=CH−Im)+(p−CH3−C6H4SO3)-
上記方法と同様な手法でILS−3を合成した。生成物は白色固体で、融点−97℃であった。化学式を、式(3)に示す。
4.02g(41.7mmol)のNエチルイミダゾールを50mlのエタノールに溶解した。次に、8.35g(41.7mmol)のp−トルエンスルフォン酸・一水和物を、氷冷下、前記N−エチルイミダゾールエタノール溶液中にすばやく加え、23時間攪拌した。エタノールをエバポレーターで留去したのち、残った反応液をドライアイスで冷却した200mlのエーテル中に滴下した。混合物をガラスフィルターを取り付けた吸引ヌッチェ上ですばやく吸引し、ガラスフィルター上にろ別することで、8.10gの生成物を回収した。収率は65.5%であった。1H−NMRスペクトルより、生成物は1−エチル−イミダゾリウム−pトルエンスルフォナートと同定できた。生成物は無色透明の液体で−65.1℃のガラス転移点、−9.5℃の融点を有していた。化学式を、式(7)に示す。
σ=1.35(triplet、J=5Hz、3H)、2.23(singlet、3H)、4.15(quarlet、J=5Hz、2H)、7.06(doublet、J=5Hz、2H)、7.44(doublet、J=5Hz、2H)、7.74(singlet、2H)、9.04(singlet、1H)
(ILS−8)(1−C2H5−3−CH3−Im)+(C3F4H3SO4 -)
無色液体、融点―65.1℃、広栄化学製。化学式を、式(8)に示す。
上記ILS−7と同様の方法でILS−9を合成した。生成物は無色透明の液体で327.5℃のガラス転移点、0℃の融点を有していた。化学式を、式(9)に示す。
上記ILS−7と同様の方法でILS−9を合成した。生成物は無色透明の液体で331℃のガラス転移点、−14.4℃の融点を有していた。化学式を、式(10)に示す。
まず、5.30g(55.1mmol)のN−エチルイミダゾールを50mlのアセトンに溶解した。次に、7.61g(55.9ml)のプロパンサルトンを100mlのアセトンに溶解した後、これを室温下前記N−エチルイミダゾールのアセトン溶液に滴下し、さらに攪拌しながら室温で91時間反応させた。得られた反応混合物を、ガラスフィルターを取り付けた吸引ヌッチェ上で吸引・ろ別した。ガラスフィルター上にろ別された生成物を過剰のアセトンで十分に洗浄した後、真空乾燥し、1.42gの生成物を得た。収率は11.1%であった。1H−NMRスペクトルより生成物は1−(N−エチルイミダゾリオ)ブタン−4−スルフォネートと同定できた。また、示差走査熱量分析(DSC)で測定した結果、融点は−10℃であった。化学式を、式(12)に示す。
σ=1.36(triplet、3H)、1.48(triplet、2H)、1.84(triplet、2H)、2.36(triplet、2H)、4.13(multiplet、4H)、7.77(d.d.2H)、9.20(singlet、1H)
(ILS−13)(1−nC4H9−Im)+(p−CH3−C6H4SO3)-
3.80g(30.6mmol)のN−ブチルイミダゾールを20mlのDMF(ジメチルホルムアミド)に溶解した。次に、5.20g(30.6mmol)のp−トルエンスルフォン酸・一水和物を、氷冷下、前記N−ブチルイミダゾール−DMF溶液中にすばやく加え、23時間攪拌した。この反応液をドライアイスで冷却した200mlのエーテル中に滴下した。混合物をガラスフィルターを取り付けた吸引ヌッチェ上で吸引し、ガラスフィルター上にろ別することで、6.40gの白色固体を回収した。収率は70.6%であった。1H−NMRスペクトルより、回収した生成物は、1−ブチル−イミダゾリウムp−トルエンスルフォナートと同定できた。得られたイミダゾリウム塩は、−38.4℃のガラス転移温度(Tg)、2.6℃の結晶化温度(Tc)を有していた。化学式を、式(13)に示す。
σ=0.84(triplet、J=5Hz、3H)、1.16(multiplet、2H)、1.71(multiplet、2H)、2.23(singlet、3H)、4.11(trilet、J=5Hz、2H)、7.07(doublet、J=5Hz、2H)、7.44(doublet、J=5Hz、2H)、7.60(singlet、1H)、7.71(singlet、1H)、9.04(singlet、3H
(ILS−14)(1−nC4H9−2−CH3−3−CH3−Im)+(C2H5OC2H4OSO3)-、褐色液体、融点−4.2℃。化学式を、式(14)に示す。
(合成例1)
(ポリピロールの重合方法)
重合方法はSynthetic Metals 79 (1996)17−22に記載されている方法を参考とした。
3.3重量%の界面活性剤(アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム)100mlに2.2gの硫酸第二鉄を溶解した酸化剤水溶液に、3.3重量%の界面活性剤(アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム)100mlに20.1gのピロールを溶解した水溶液を加え、80℃で、24時間良く攪拌した。それを濾紙(東洋濾紙製、No.2)にて濾過、洗浄し、乾燥させてポリピロールを得た。
(ポリ3,4−エチレンジオキシチオフェンの重合方法)
重合方法は、特開平1−313521号公報の実施例1に記載されている方法を参考とした。
(ポリピロールのイオン性液体への溶解)
よく乾燥した100cm3の二口フラスコに、攪拌ペラとリービッヒ還流管を取りつけ、0.50gの合成例1のポリピロールを10mlのイオン性液体1(ILS−1)に加え、150℃で攪拌し、イオン性液体にポリピロールを溶解させた。液は直ちに黒紫色となった。150℃で30分間加熱後室温に冷却し、イオン性液体をろ過した。ろ紙(東洋濾紙製、No.2)上に炉別された、分散または溶解しきれていないポリピロールを水とメタノールで洗浄し乾燥後、重量を測定したところ0.30gであった。
ILS−1の代わりにイオン性液体2(ILS−2)を用いた以外は実施例1と同じ条件の実験を、行った。
ILS−1の代わりにイオン性液体3(ILS−3)を用いた以外は実施例1と同じ条件の実験を、行った。
ILS−1の代わりにイオン性液体4(ILS−4)を用いた以外は実施例1と同じ条件の実験を、行った。
ILS−1の代わりにイオン性液体5(ILS−5)を用いた以外は実施例1と同じ条件の実験を、行った。
ILS−1の代わりにイオン性液体6(ILS−6)を用いた以外は実施例1と同じ条件の実験を、行った。
ILS−1の代わりにイオン性液体7(ILS−7)を用いた以外は実施例1と同じ条件の実験を、行った。
ILS−1の代わりにイオン性液体8(ILS−8)を用いた以外は実施例1と同じ条件の実験を、行った。
ILS−1の代わりにイオン性液体9(ILS−9)を用いた以外は実施例1と同じ条件の実験を、行った。
ILS−1の代わりにイオン性液体10(ILS−10)を用いた以外は実施例1と同じ条件の実験を、行った。
ILS−1の代わりにイオン性液体11(ILS−11)を用いた以外は実施例1と同じ条件の実験を、行った。
ILS−1の代わりにイオン性液体12(ILS−12)を用いた以外は実施例1と同じ条件の実験を、行った。
ILS−1の代わりにイオン性液体13(ILS−13)を用いた以外は実施例1と同じ条件の実験を、行った。
ILS−1の代わりにイオン性液体14(ILS−14)を用いた以外は実施例1と同じ条件の実験を、行った。
ILS−1の代わりにイオン性液体15(ILS−15)を用いた以外は実施例1と同じ条件の実験を、行った。
ILS−1の代わりにイオン性液体16(ILS−16)を用いた以外は実施例1と同じ条件の実験を、行った。
ILS−1の代わりにイオン性液体17(ILS−17)を用いた以外は実施例1と同じ条件の実験を、行った。
(ポリ3,4−エチレンジオキシチオフェンのイオン性液体への溶解)
ポリピロールの代わりにポリ3,4−エチレンジオキシチオフェンを用いた以外は実施例1と同じ条件の実験を、行った。
0.15g/10mlだった
(実施例19)
ILS−1の代わりにイオン性液体2(ILS−2)を用いた以外は実施例18と同じ条件の実験を、行った。
0.15g/10mlだった
(実施例20)
ILS−1の代わりにイオン性液体3(ILS−3)を用いた以外は実施例18と同じ条件の実験を、行った。
0.15g/10mlだった
(実施例21)
実施例1で得られた、ポリピロールを濾紙で濾過された直後の「ポリピロールを溶解させたイオン性液体1(ILS−1)」に、ろ紙(東洋濾紙製、No.2)を浸漬し、次にそのろ紙を水に浸漬、乾燥した。ろ紙の中でポリピロールが析出し、ろ紙とポリピロールからなる導電性の紙が得られた。
実施例1で得られた「ポリピロールを溶解させたイオン性液体1(ILS−1)」に、木綿の布を浸漬し、次にその木綿の布を水に浸漬、乾燥した。木綿の布の中でポリピロールが析出し、木綿の布とポリピロールからなる導電性の木綿の布が得られた。
実施例1と同様にして、実施例1の作業飽和濃度(0.2g/10ml)の65%となるような溶液を作製した。具体的には、実施例1と同様にして、ポリピロール0.13gを10mlのILS−1に溶解させた溶液を調製した。この溶液は、実施例1で赤外・可視吸収スペクトルで確認したとおり、ポリピロールが完全に溶解しているものであると、推定される。
(ポリピロールのアセトニトリルへの溶解)
よく乾燥した100cm3の二口フラスコに、攪拌ペラとリービッヒ還流管を取りつけ、指定量のポリピロール0.03gを6mlのアセトニトリルに加え、150℃で攪拌したが、ポリピロールはアセトニトリルに溶解しなかった。
(ポリ3,4−エチレンジオキシチオフェンのアセトニトリルへの溶解)
よく乾燥した100cm3の二口フラスコに、攪拌ペラとリービッヒ還流管を取りつけ、指定量のポリ3,4−エチレンジオキシチオフェン0.03gを6mlのアセトニトリルに加え、150℃で攪拌したが、ポリ3,4−エチレンジオキシチオフェンはアセトニトリルに溶解しなかった。
Claims (5)
- 前記導電性高分子が、ポリピロールおよびその誘導体、ポリチオフェンおよびその誘導体、ポリパラフェニレンビニレンおよびその誘導体、ポリアニリンおよびその誘導体、ポリキノンおよびその誘導体から選択された少なくとも一種類以上である、請求項1または2に記載の、導電性高分子膜形成用組成物。
- イオン性液体に導電性高分子を溶解させる工程を経てつくられた事を特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載の導電性高分子膜形成用組成物。
- 請求項1〜4のいずれかに記載の導電性高分子膜形成用組成物を基材に浸漬したのちに、水または有機溶媒に浸漬して、少なくともイオン性液体の一部を洗い出す工程を含む事を特徴とする、導電性高分子の複合体の製造方法。
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