JP5316000B2 - 導電性高分子/ドーパントの有機溶媒分散体および該分散体を含有する組成物 - Google Patents

導電性高分子/ドーパントの有機溶媒分散体および該分散体を含有する組成物 Download PDF

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Description

本発明は、導電性高分子/ドーパントの有機溶媒分散体、および当該有機溶媒分散体を含有する組成物に関する。
π共役系構造を有する導電性高分子は、良好な導電性、安定性を示すことから各種の帯電防止剤や電極材料等の工業材料として使用されている。この共役系導電性高分子には、ドーパントと呼ばれる導電性を発現させるための物質を添加することによって、高い導電性が付与される。たとえば、近年、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)(以下、PEDOTという場合がある。)は、帯電防止剤用途を中心に幅広く用いられている。PEDOTは、モノマーである3,4−エチレンジオキシチオフェンを、水相中でドーパントである、ポリスチレンスルホン酸(以下、PSSという場合がある。)等のポリアニオン存在下で、酸化剤を用いて重合することにより、水溶性または水分散性のポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)/ポリアニオンの錯体の状態で得られる。
このPEDOT/PSSの水分散体は、水系ウレタン樹脂等に配合し、塗布することにより、基材上に導電性塗膜を形成できることが知られており、透明電極、帯電防止用途等に利用されている。しかし、PEDOT/PSSは、水分散体という形態であり、またイオン性の構造を有するPSSを高い比率で含有するため、以下のような欠点があり、汎用性に欠ける。
一般の有機溶媒は、PEDOT/PSS水分散体に少量添加することは可能であるが、多量に添加すると安定な分散状態を保てず、導電性高分子が凝集してしまうという現象が発生する。
また、導電性塗膜を得るために、通常、バインダーポリマー又は該ポリマーとなるモノマーの溶液または分散液と、導電性高分子とを混合、分散して重合させるという手法が採られる。この場合、上記ポリマー又はモノマーの溶液、分散液は、有機溶媒系のものであることが多い。有機溶媒系のバインダーポリマー又は該ポリマーとなるモノマーの溶液または分散液は、PEDOT/PSSの水分散体を添加すると、水が塗膜に残留した後蒸発するため、またはPSSとバインダーポリマーとの相溶性が悪く分離するため、塗膜の透明性の低下、塗工状態の不安定さ等の不具合が発生する場合があった。
さらに、有機エレクトロルミネッセンス素子のような水分に敏感な材料に適用する場合には、この水分散体由来の水による不具合が発生することが多く、適用に制約があった。
特許文献1は、PEDOT/PSS水分散体の諸欠点を解消するための方法として、水分散体の溶媒の一部を、低級アルコールのような水と混和しやすい有機溶媒で置換して、含水有機溶媒分散体として使用する方法を記載している。しかし、一般にバインダーポリマーあるいはその原料モノマーのアルコールに対する溶解性は十分ではないため、適用範囲が限定される。また、含水溶媒系であるため、水単独分散体を使用した場合と同様に、有機溶媒系のバインダーポリマーまたはモノマーを併用すると、塗膜の透明性低下等の不具合が発生する場合があった。
また、特許文献2は、PEDOT/PSS水分散体に水と共沸する性質の有機溶媒を添加して、共沸により水を取り除くことによって、有機溶媒の分散体とする方法を開示している。しかし、この場合、適用できる有機溶媒の種類がアミド類、ピロリドン類などに限定されるため、適用に限界があった。
さらに、特許文献2は、他の改善策として、PEDOT/PSS水分散体を加熱乾燥または凍結乾燥して固体とし、それを粉砕したものを有機溶媒に分散する方法も開示している。この場合、水に分散していた粒子同士が強固に固着した状態になりやすく、もとの粒子サイズに解砕することが容易でない、分散体にするのにビーズミル等による処理が必要であり、分散に必要なエネルギー、時間が大きいという問題があった。
特表2004−532292号公報 特表2004−514753号公報
本発明は、分散安定性に優れた導電性高分子/ドーパントの有機溶媒分散体を提供することを目的とする。
本発明者は、前記課題を達成すべく鋭意研究した。その結果、特定の水酸基含有アクリル系重合体である分散剤を用いて、導電性高分子/ドーパントを分散させることにより、前記課題を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
本発明は、以下の導電性高分子/ドーパントの有機溶媒分散体、当該有機溶媒分散体及びバインダーを含有する樹脂組成物、および該樹脂組成物を含むコーティング材組成物を提供するものである。
1.導電性高分子(A)とドーパント(B)を、重量平均分子量が10,000〜50,000で水酸基価が160〜230mgKOH/gの水酸基含有アクリル系重合体である分散剤を用いて、有機溶媒中に分散させて得られる水の含有量が20重量%以下である導電性高分子/ドーパントの有機溶媒分散体。
2.導電性高分子(A)が、ポリアニリン類、ポリチオフェン類、ポリピロール類、ポリフラン類、ポリフェニレン類、ポリフェニレンビニレン類、ポリアセン類およびポリチオフェンビニレン類からなる群より選ばれる少なくとも1種である上記項1に記載の有機溶媒分散体。
3.ドーパント(B)が、アニオン性化合物である上記項1に記載の有機溶媒分散体。
4.アニオン性化合物のアニオン基が、一置換硫酸エステル基、一置換リン酸エステル基、リン酸基、カルボキシル基およびスルホン基からなる群より選ばれる少なくとも1種である上記項3に記載の有機溶媒分散体。
5.導電性高分子(A)がポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)であり、且つドーパント(B)がポリスチレンスルホン酸である上記項1に記載の有機溶媒分散体。
6.分散剤が、エポキシ基含有(メタ)アクリル系モノマー(a)およびアルキレンオキシド構造含有ビニル系モノマー(b)を含むモノマー成分を重合させて得られる共重合体に、カルボキシル基含有ビニル系モノマー(c)を、開環エステル化反応させて得られる水酸基含有アクリル系重合体(I)である上記項1に記載の有機溶媒分散体。
7.水酸基含有アクリル系重合体(I)が、エポキシ基含有(メタ)アクリル系モノマー(a)およびアルキレンオキシド構造含有ビニル系モノマー(b)を、両者の合計に基づいて、前者65〜95重量%および後者5〜35重量%の割合で重合させて得られる共重合体である上記項6に記載の有機溶媒分散体。
8.アルキレンオキシド構造含有ビニル系モノマー(b)が、一般式
CH=CRCOO(AO)(1)
(式中、Rは水素原子または炭素数1〜3のアルキル基を、Rは炭化水素基を、Aは炭化水素基を、それぞれ示す。mは1〜3の整数を、nは1〜23の整数を、それぞれ示す。)で表されるモノマーである上記項6に記載の有機溶媒分散体。
9.分散剤が、水酸基含有(メタ)アクリル系モノマー(e)および当該モノマー(e)以外の(メタ)アクリル系モノマー(f)を含むモノマー成分を重合させて得られる水酸基含有アクリル系重合体(II)である上記項1に記載の有機溶媒分散体。
10.分散剤が、エポキシ基含有(メタ)アクリル系モノマー(a)を含むモノマー成分を重合させて得られる重合体に、カルボキシル基含有ビニル系モノマー(c)を、開環エステル化反応させて得られる水酸基含有アクリル系重合体(III)である上記項1に記載の有機溶媒分散体。
11.導電性高分子(A)とドーパント(B)の混合割合が、前者100重量部に対して後者が200〜3,000重量部である上記項1に記載の有機溶媒分散体。
12.さらに、アミン類ならびにノニオン性界面活性剤からなる群より選ばれる少なくとも一種の化合物(C)を含有する上記項1に記載の有機溶媒分散体。
13.化合物(C)が、アルキルアミン類およびポリアルキレンオキシド構造含有アミン類からなる群より選ばれる少なくとも1種である上記項12に記載の有機溶媒分散体。
14.導電性高分子(A)がポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)であり、ドーパント(B)がポリスチレンスルホン酸であり、且つ化合物(C)がポリアルキレンオキシド構造含有アルキルアミン類である上記項13に記載の有機溶媒分散体。
15.上記項1に記載の導電性高分子/ドーパントの有機溶媒分散体および該導電性高分子以外のバインダーポリマーを含有する樹脂組成物。
16.上記項15に記載の樹脂組成物を含むコーティング材組成物。
17.上記項1に記載の導電性高分子/ドーパントの有機溶媒分散体およびバインダーポリマーとなる重合性モノマーを含有する樹脂組成物。
18.上記項17に記載の樹脂組成物を含むコーティング材組成物。
導電性高分子/ドーパントの有機溶媒分散体
本発明の導電性高分子/ドーパントの有機溶媒分散体は、導電性高分子(A)とドーパント(B)を、重量平均分子量が10,000〜50,000程度で水酸基価が160〜230mgKOH/g程度の水酸基含有アクリル系重合体である分散剤を用いて、有機溶媒中に分散させたものであり、水の含有量を20重量%以下としたものである。
導電性高分子(A)
本発明に用いられる導電性高分子(A)としては、主鎖がπ共役系で構成されている有機導電性高分子であれば特に限定されず公知のものを使用することができる。
(A)成分としては、例えば、ポリアニリン類、ポリチオフェン類、ポリピロール類、ポリフラン類、ポリアセチレン類、ポリフェニレン類、ポリフェニレンビニレン類、ポリアセン類、ポリチオフェンビニレン類等が挙げられる。これらは単独で用いてもよく、複数を混合して用いてもよい。また、(A)成分である高分子は、無置換のままでも、充分な導電性、バインダー樹脂への相溶性を得ることができるが、導電性をより高めるために、アルキル基、カルボキシ基、スルホン基、アルコキシ基、ヒドロキシ基、シアノ基等の官能基を高分子中に導入することが好ましい。
(A)成分の具体例としては、ポリピロール、ポリ(3−メチルピロール)、ポリ(3−エチルピロール)、ポリ(3−n−プロピルピロール)、ポリ(3−ブチルピロール)、ポリ(3−オクチルピロール)、ポリ(3−デシルピロール)、ポリ(3−ドデシルピロール)、ポリ(3,4−ジメチルピロール)、ポリ(3,4−ジブチルピロール)、ポリ(3−カルボキシピロール)、ポリ(3−メチル−4−カルボキシピロール)、ポリ(3−メチル−4−カルボキシエチルピロール)、ポリ(3−メチル−4−カルボキシブチルピロール)、ポリ(3−ヒドロキシピロール)、ポリ(3−メトキシピロール)、ポリ(3−エトキシピロール)、ポリ(3−ブトキシピロール)、ポリ(3−ヘキシルオキシピロール)、ポリ(3−メチル−4−ヘキシルオキシピロール)、ポリ(3−メチル−4−ヘキシルオキシピロール)、ポリ(チオフェン)、ポリ(3−メチルチオフェン)、ポリ(3−エチルチオフェン)、ポリ(3−プロピルチオフェン)、ポリ(3−ブチルチオフェン)、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−デシルチオフェン)、ポリ(3−ドデシルチオフェン)、ポリ(3−オクタデシルチオフェン)、ポリ(3−ブロモチオフェン)、ポリ(3−クロロチオフェン)、ポリ(3−ヨードチオフェン)、ポリ(3−シアノチオフェン)、ポリ(3−フェニルチオフェン)、ポリ(3,4−ジメチルチオフェン)、ポリ(3,4−ジブチルチオフェン)、ポリ(3−ヒドロキシチオフェン)、ポリ(3−メトキシチオフェン)、ポリ(3−エトキシチオフェン)、ポリ(3−ブトキシチオフェン)、ポリ(3−ヘキシルオキシチオフェン)、ポリ(3−ヘプチルオキシチオフェン)、ポリ(3−オクチルオキシチオフェン)、ポリ(3−デシルオキシチオフェン)、ポリ(3−ドデシルオキシチオフェン)、ポリ(3−オクタデシルオキシチオフェン)、ポリ(3,4−ジヒドロキシチオフェン)、ポリ(3,4−ジメトキシチオフェン)、ポリ(3,4−ジエトキシチオフェン)、ポリ(3,4−ジプロポキシチオフェン)、ポリ(3,4−ジブトキシチオフェン)、ポリ(3,4−ジヘキシルオキシチオフェン)、ポリ(3,4−ジヘプチルオキシチオフェン)、ポリ(3,4−ジオクチルオキシチオフェン)、ポリ(3,4−ジデシルオキシチオフェン)、ポリ(3,4−ジドデシルオキシチオフェン)、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)、ポリ(3,4−プロピレンジオキシチオフェン)、ポリ(3,4−ブテンジオキシチオフェン)、ポリ(3−メチル−4−メトキシチオフェン)、ポリ(3−メチル−4−エトキシチオフェン)、ポリ(3−カルボキシチオフェン)、ポリ(3−メチル−4−カルボキシチオフェン)、ポリ(3−メチル−4−カルボキシエチルチオフェン)、ポリ(3−メチル−4−カルボキシブチルチオフェン)、ポリアニリン、ポリ(2−メチルアニリン)、ポリ(3−イソブチルアニリン)、ポリ(2−アニリンスルホン酸)、ポリ(3−アニリンスルホン酸)等が挙げられる。(A)成分としては、ポリチオフェン類が色相等の点から好ましい。
(A)成分としては、市販品をそのまま用いることが出来る。また、適当な溶媒中、π共役系導電性高分子を形成する前駆体モノマーを、適切な酸化剤、酸化触媒および後述する(B)成分の存在下で化学酸化重合することによって、(A)成分の(B)成分錯体を容易に得ることができる。
前駆体モノマーとしては、分子内にπ共役系を有し、適切な酸化剤の作用によって高分子化した際にもその主鎖にπ共役系が形成されるものであれば特に限定されず公知のものを使用することができる。具体的には、例えば、ピロール類及びその誘導体、チオフェン類及びその誘導体、アニリン類及びその誘導体等が挙げられる。
前駆体モノマーの具体例としては、ピロール、3−メチルピロール、3−エチルピロール、3−n−プロピルピロール、3−ブチルピロール、3−オクチルピロール、3−デシルピロール、3−ドデシルピロール、3,4−ジメチルピロール、3,4−ジブチルピロール、3−カルボキシルピロール、3−メチル−4−カルボキシルピロール、3−メチル−4−カルボキシエチルピロール、3−メチル−4−カルボキシブチルピロール、3−ヒドロキシピロール、3−メトキシピロール、3−エトキシピロール、3−ブトキシピロール、3−ヘキシルオキシピロール、3−メチル−4−ヘキシルオキシピロール、チオフェン、3−メチルチオフェン、3−エチルチオフェン、3−プロピルチオフェン、3−ブチルチオフェン、3−ヘキシルチオフェン、3−ヘプチルチオフェン、3−オクチルチオフェン、3−デシルチオフェン、3−ドデシルチオフェン、3−オクタデシルチオフェン、3−ブロモチオフェン、3−クロロチオフェン、3−ヨードチオフェン、3−シアノチオフェン、3−フェニルチオフェン、3,4−ジメチルチオフェン、3,4−ジブチルチオフェン、3−ヒドロキシチオフェン、3−メトキシチオフェン、3−エトキシチオフェン、3−ブトキシチオフェン、3−ヘキシルオキシチオフェン、3−ヘプチルオキシチオフェン、3−オクチルオキシチオフェン、3−デシルオキシチオフェン、3−ドデシルオキシチオフェン、3−オクタデシルオキシチオフェン、3,4−ジヒドロキシチオフェン、3,4−ジメトキシチオフェン、3,4−ジエトキシチオフェン、3,4−ジプロポキシチオフェン、3,4−ジブトキシチオフェン、3,4−ジヘキシルオキシチオフェン、3,4−ジヘプチルオキシチオフェン、3,4−ジオクチルオキシチオフェン、3,4−ジデシルオキシチオフェン、3,4−ジドデシルオキシチオフェン、3,4−エチレンジオキシチオフェン、3,4−プロピレンジオキシチオフェン、3,4−ブテンジオキシチオフェン、3−メチル−4−メトキシチオフェン、3−メチル−4−エトキシチオフェン、3−カルボキシチオフェン、3−メチル−4−カルボキシチオフェン、3−メチル−4−カルボキシエチルチオフェン、3−メチル−4−カルボキシブチルチオフェン、アニリン、2−メチルアニリン、3−イソブチルアニリン、2−アニリンスルホン酸、3−アニリンスルホン酸等が挙げられる。
使用する溶媒としては、特に限定されず、前記前駆体モノマーを溶解又は分散しうる溶媒であり、酸化剤及び酸化触媒の酸化力を維持させることができるものであればよい。例えば、水、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、ヘキサメチレンホスホリルトリアミド、アセトニトリル、ベンゾニトリル等の極性溶媒;クレゾール、フェノール、キシレノール等のフェノール類;メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール等のアルコール類;アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類;ヘキサン、ベンゼン、トルエン等の炭化水素類;ギ酸、酢酸等のカルボン酸類;エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等のカーボネート化合物;ジオキサン、ジエチルエーテル等のエーテル化合物;エチレングリコールジアルキルエーテル、プロピレングリコールジアルキルエーテル、ポリエチレングリコールジアルキルエーテル、ポリプロピレングリコールジアルキルエーテル等の鎖状エーテル類;3−メチル−2−オキサゾリジノン等の複素環化合物;アセトニトリル、グルタロジニトリル、メトキシアセトニトリル、プロピオニトリル、ベンゾニトリル等のニトリル化合物等が挙げられる。これらの溶媒は、単独で用いてもよいし、2種類以上の混合物としてもよいし、他の有機溶媒との混合物としてもよい。
酸化剤、酸化触媒としては、前記前駆体モノマーを酸化させてπ共役系導電性高分子を得ることができるものであればよく、例えば、ぺルオキソ二硫酸アンモニウム、ぺルオキソ二硫酸ナトリウム、ぺルオキソ二硫酸カリウム等のぺルオキソ二硫酸塩;塩化第二鉄、硫酸第二鉄、硝酸第二鉄、塩化第二銅等の遷移金属化合物;三フッ化ホウ素、塩化アルミニウムなどの金属ハロゲン化合物;酸化銀、酸化セシウム等の金属酸化物;過酸化水素、オゾン等の無機過酸化物;過酸化ベンゾイル等の有機過酸化物;酸素等が挙げられる。
ドーパント(B)
本発明で使用される(B)成分としては、アニオン性化合物であれば特に限定されない。アニオン性化合物とは、分子中に(A)成分への化学酸化ドープが起こりうるアニオン基を有する化合物である。
アニオン性化合物が有するアニオン基としては、製造の容易さおよび安定性の観点から、硫酸エステル基、リン酸エステル基、リン酸基、カルボキシル基、スルホン基等が好ましい。これらのアニオン基の内、(A)成分へのドープ効果に優れる点より、スルホン基、硫酸エステル基、カルボキシル基がより好ましい。
アニオン性化合物の具体例としては、ドデシルベンゼンスルホン酸、10−カンファースルホン酸、1,1,2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8−ヘプタデカフルオロ−1−オクタンスルホン酸、1,1,1−トリフルオロ−N−〔(トリフルオロメチル)スルホニル〕メタンスルホンアミド、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、p−トルエンスルホン酸、1,5−アントラキノンジスルホン酸、2,6−アントラキノンジスルホン酸、アントラキノンスルホン酸、4−ヒドロキシベンゼンスルホン酸、メチルスルホン酸及びニトロベンゼンスルホン酸等、およびアニオン性基含有ポリマーが挙げられる。
アニオン性基含有ポリマーとしては、例えば、アニオン基を有さないポリマーをスルホ化剤によりスルホ化するなどしてポリマー内にアニオン基が導入されたポリマーや、アニオン基含有重合性モノマーを重合して得られたポリマーなどが挙げられる。
通常、アニオン性基含有ポリマーは、製造の容易さから、アニオン基含有重合性モノマーを重合して製造することが好ましい。
アニオン性基含有ポリマーをアニオン基含有重合性モノマーの重合により製造する方法としては、例えば、溶媒中、アニオン基含有重合性モノマーを、酸化剤及び/又は重合触媒の存在下で、酸化重合又はラジカル重合によって製造する方法が挙げられる。具体的には、所定量のアニオン基含有重合性モノマーを溶媒に溶解させ、これを一定温度に保ち、それに予め溶媒に所定量の酸化剤及び/又は重合触媒を溶解した溶液を添加し、所定時間で反応させる。その反応により得られたポリマーは溶媒によって一定の濃度に調整される。この製造方法において、アニオン基含有重合性モノマーにアニオン基を有さない重合性モノマーを共重合させてもよい。アニオン基含有重合性モノマーの重合に際して使用する酸化剤及び酸化触媒、溶媒は、(A)成分を形成する前駆体モノマーを重合する際に使用するものと同様である。
アニオン基含有重合性モノマーは、分子内にアニオン基と重合可能な官能基を有するモノマーであり、具体的には、ビニルスルホン酸及びその塩類、アリルスルホン酸及びその塩類、メタリルスルホン酸及びその塩類、スチレンスルホン酸及びその塩類、メタリルオキシベンゼンスルホン酸及びその塩類、アリルオキシベンゼンスルホン酸及びその塩類、α−メチルスチレンスルホン酸及びその塩類、アクリルアミド−t−ブチルスルホン酸及びその塩類、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸及びその塩類、シクロブテン−3−スルホン酸及びその塩類、イソプレンスルホン酸及びその塩類、1,3−ブタジエン−1−スルホン酸及びその塩類、1−メチル−1,3−ブタジエン−2−スルホン酸及びその塩類、1−メチル−1,3−ブタジエン−4−スルホン酸及びその塩類、アクリル酸エチルスルホン酸(CH=CH−COO−(CH−SOH)及びその塩類、アクリル酸プロピルスルホン酸(CH=CH−COO−(CH−SOH)及びその塩類、アクリル酸−t−ブチルスルホン酸(CH=CH−COO−C(CHCH−SOH)及びその塩類、アクリル酸−n−ブチルスルホン酸(CH=CH−COO−(CH−SOH)及びその塩類、アリル酸エチルスルホン酸(CH=CHCH−COO−(CH−SOH)及びその塩類、アリル酸−t−ブチルスルホン酸(CH=CHCH−COO−C(CHCH−SOH)及びその塩類、4−ペンテン酸エチルスルホン酸(CH=CH(CH−COO−(CH−SO3H)及びその塩類、4−ペンテン酸プロピルスルホン酸(CH=CH(CH−COO−(CH−SOH)及びその塩類、4−ペンテン酸−n−ブチルスルホン酸(CH=CH(CH−COO−(CH−SOH)及びその塩類、4−ペンテン酸−t−ブチルスルホン酸(CH=CH(CH−COO−C(CHCH−SO3H)及びその塩類、4−ペンテン酸フェニレンスルホン酸(CH=CH(CH−COO−C−SOH)及びその塩類、4−ペンテン酸ナフタレンスルホン酸(CH=CH(CH−COO−C10−SOH)及びその塩類、メタクリル酸エチルスルホン酸(CH=C(CH)−COO−(CH−SOH)及びその塩類、メタクリル酸プロピルスルホン酸(CH=C(CH)−COO−(CH−SOH)及びその塩類、メタクリル酸−t−ブチルスルホン酸(CH=C(CH)−COO−C(CHCH−SOH)及びその塩類、メタクリル酸−n−ブチルスルホン酸(CH=C(CH)−COO−(CH−SOH)及びその塩類、メタクリル酸フェニレンスルホン酸(CH=C(CH)−COO−C−SOH)及びその塩類、メタクリル酸ナフタレンスルホン酸(CH=C(CH)−COO−C10−SOH)及びその塩類等が挙げられる。また、これらを2種以上含む共重合体であってもよい。
アニオン基を有さない重合性モノマーとしては、エチレン、プロぺン、1−ブテン、2−ブテン、1−ペンテン、2−ペンテン、1−ヘキセン、2−ヘキセン、スチレン、p−メチルスチレン、p−エチルスチレン、p−ブチルスチレン、2,4,6−トリメチルスチレン、p−メトキシスチレン、α−メチルスチレン、2−ビニルナフタレン、6−メチル−2−ビニルナフタレン、1−ビニルイミダゾール、ビニルピリジン、ビニルアセテート、アクリルアルデヒド、アクリルニトリル、N−ビニル−2−ピロリドン、N−ビニルアセトアミド、N−ビニルホルムアミド、N−ビニルイミダゾ−ル、アクリルアミド、N,N−ジメチルアクリルアミド、アクリル酸、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸i−ブチル、アクリル酸t−ブチル、アクリル酸イソオクチル、アクリル酸イソノニルブチル、アクリル酸ラウリル、アクリル酸アリル、アクリル酸ステアリル、アクリル酸イソボルニル、アクリル酸シクロヘキシル、アクリル酸ベンジル、アクリル酸エチルカルビトール、アクリル酸フェノキシエチル、アクリル酸ヒドロキシエチル、アクリル酸メトキシエチル、アクリル酸エトキシエチル、アクリル酸メトキシブチル、メタクリル酸、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸n−ブチル、メタクリル酸i−ブチル、メタクリル酸t−ブチル、メタクリル酸2−エチルヘキシル、メタクリル酸ラウリル、メタクリル酸トリデシル、メタクリル酸ステアリル、メタクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸ベンジル、メタクリル酸2−ヒドロキシエチル、メタクリル酸2−ヒドロキシプロピル、アクリロイルモルホリン、ビニルアミン、N,N−ジメチルビニルアミン、N,N−ジエチルビニルアミン、N,N−ジブチルビニルアミン、N,N−ジ−t−ブチルビニルアミン、N,N−ジフェニルビニルアミン、N−ビニルカルバゾール、ビニルアルコール、塩化ビニル、フッ化ビニル、メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、シクロプロペン、シクロブテン、シクロペンテン、シクロヘキセン、シクロヘプテン、シクロオクテン、2−メチルシクロヘキセン、ビニルフェノール、1,3−ブタジエン、1−メチル−1,3−ブタジエン、2−メチル−1,3−ブタジエン、1,4−ジメチル−1,3−ブタジエン、1,2−ジメチル−1,3−ブタジエン、1,3−ジメチル−1,3−ブタジエン、1−オクチル−1,3−ブタジエン、2−オクチル−1,3−ブタジエン、1−フェニル−1,3−ブタジエン、2−フェニル−1,3−ブタジエン、1−ヒドロキシ−1,3−ブタジエン、2−ヒドロキシ−1,3−ブタジエン等が挙げられる。
こうして得られるアニオン性基含有ポリマーの重合度は、特に限定されないが、通常、モノマー単位が10〜100,000程度であり、溶媒溶解性及び導電性の点からは、50〜10,000程度とすることが好ましい。
アニオン性基含有ポリマーの具体例としては、ポリスチレンスルホン酸、ポリイソプレンスルホン酸、ポリアクリル酸エチルスルホン酸、ポリアクリル酸ブチルスルホン酸が好ましい。
得られたアニオン性化合物がアニオン塩である場合には、アニオン酸に変質させることが好ましい。アニオン酸に変質させる方法としては、イオン交換樹脂を用いたイオン交換法、透析法、限外ろ過法等が挙げられ、これらの中でも、作業が容易な点から限外ろ過法が好ましい。
本発明で使用される(A)成分および(B)成分の組合せとしては、上記に挙げたグループから選択されたものを使用できるが、化学安定性、電気伝導性、保存安定性等の点から、(A)成分がポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)であり、且つ(B)成分がポリスチレンスルホン酸であることが好ましい。これらは、前述の通り導電性高分子のモノマーとドーパントが共存した水溶液または水分散液状態で酸化剤の存在下重合を行って合成しても良いし、市販の導電性高分子/ドーパント水分散体を使用してもよい。市販の導電性高分子/ドーパント水分散体としては、例えば、「Baytron P」(商品名、H.C.シュタルク社製、PEDOT/PSSの水分散体)、「Orgacon」(商品名、アグファ社、PEDOT/PSSの水分散体)等が挙げられる。
分散剤
本発明において、導電性高分子(A)とドーパント(B)を有機溶媒に分散するために用いられる分散剤は、重量平均分子量が10,000〜50,000程度で水酸基価が160〜230mgKOH/g程度の水酸基含有アクリル系重合体である。
上記分散剤としては、エポキシ基含有(メタ)アクリル系モノマー(a)およびアルキレンオキシド構造含有ビニル系モノマー(b)を含むモノマー成分を重合させて得られる共重合体に、カルボキシル基含有ビニル系モノマー(c)を、開環エステル化反応させて得られる水酸基含有アクリル系重合体(I)、水酸基含有(メタ)アクリル系モノマー(e)および当該モノマー(e)以外の(メタ)アクリル系モノマー(f)を含むモノマー成分を重合させて得られる水酸基含有アクリル系重合体(II)、エポキシ基含有(メタ)アクリル系モノマー(a)を含むモノマー成分を重合させて得られる重合体に、カルボキシル基含有ビニルモノマー(c)を、開環エステル化反応させて得られる水酸基含有アクリル系重合体(III)等を使用するのが、好ましい。
水酸基含有アクリル系重合体(I)
アクリル系重合体(I)は、エポキシ基含有(メタ)アクリル系モノマー(a)およびアルキレンオキシド構造含有ビニル系モノマー(b)を含むモノマー成分を重合させて得られる共重合体に、カルボキシル基含有ビニル系モノマー(c)を、開環エステル化反応させることにより、得られる。開環エステル化反応は、モノマー(a)及びモノマー(b)の共重合体に含まれるエポキシ基と、モノマー(c)に含まれるカルボキシル基とが、反応して、エポキシ基が開環すると共に、エステル結合及び水酸基が生成する反応である。この開環エステル化反応により、モノマー(a)及びモノマー(b)の共重合体に、モノマー(c)がエステル結合により、付加することになる。
エポキシ基含有(メタ)アクリル系モノマー(a)としては、分子中にエポキシ基および(メタ)アクリル基を有する化合物であれば特に限定されず公知のものを用いることができる。具体的には、例えば、グリシジル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレートグリシジルエーテルなどが挙げられる。これらは単独でも2種以上を混合して用いてもよい。
アルキレンオキシド構造含有ビニル系モノマー(b)としては、分子中にアルキレンオキシド構造を有するビニル系モノマーであれば特に限定されず公知のものを用いることができる。具体的には、例えば、一般式
CH=CRCOO(AO)(1)
(式中、Rは水素原子または炭素数1〜3のアルキル基を、Rは炭化水素基を、Aは炭化水素基を、それぞれ示す。mは1〜3の整数を、nは1〜23の整数を、それぞれ示す。)で表されるモノマーを用いることができる。一般式(1)で表される化合物としては、例えば、メトキシポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、メトキシポリプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレートなどが挙げられる。これらは単独でも2種以上を混合して用いてもよい。
また、モノマー(a)およびモノマー(b)以外のモノマー成分として、エポキシ基と反応性を有する官能基を有さず、モノマー(a)および/またはモノマー(b)と共重合できる公知のビニル化合物を、併用することができる。このようなモノマーとしては、例えば、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸ブチル、(メタ)アクリル酸エチルヘキシル等の(メタ)アクリル酸エステル類;スチレン、α−メチルスチレン等の芳香族系ビニル化合物;酢酸ビニル、(メタ)アクリロニトリルなどが挙げられる。これらは単独でも2種以上を混合して用いてもよい。
エポキシ基含有(メタ)アクリル系モノマー(a)およびアルキレンオキシド構造含有ビニル系モノマー(b)の使用割合は、両者の合計に基づいて、前者65〜95重量%および後者5〜35重量%の割合であるのが好ましい。また、モノマー成分として、モノマー(a)及びモノマー(b)以外のモノマーを使用する場合、その使用量は、通常、モノマー成分中の20重量%以下とすることが好ましい。
エポキシ基含有(メタ)アクリル系モノマー(a)およびアルキレンオキシド構造含有ビニル系モノマー(b)を含むモノマー成分の重合は、特に限定されず公知の方法で行えば良い。具体的には、例えば、塊状重合、溶液重合、乳化重合等で行うことができる。通常は、例えば、公知の重合開始剤の存在下で重合すればよい。また、当該重合を行う場合には、必要に応じて公知の連鎖移動剤等を用いてもよい。このようにして得られる共重合体は、通常、重量平均分子量(ゲルパーメーションクロマトグラフィー法による、ポリスチレン換算値)を5,000〜30,000程度、エポキシ当量を140〜290g/eq程度とすることが好ましい。
カルボキシル基含有ビニル系モノマー(c)としては、カルボキシル基を有するビニル系モノマーであれば、特に限定されず公知のものを使用することができる。具体的には、例えば、(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸ダイマーなどが挙げられる。上記共重合体とモノマー(c)との反応は、公知の方法によればよく、通常は、両反応成分を混合し、必要に応じて両成分と反応しない溶媒を用い、80〜120℃程度に加熱して反応させればよい。使用するモノマー(c)は、通常、共重合体に含まれるエポキシ基に対して等モル以上添加し、得られる分散剤の水酸基価が160〜230mgKOH/g程度になるように反応させればよい。モノマー(c)の使用量がエポキシ基に対して等モル未満となる場合には、反応時にゲル化する場合があり、また反応後の安定性が悪くなる傾向がある。
このようにして得られた当該分散剤である水酸基含有アクリル系重合体(I)は、通常、水酸基価を160〜230mgKOH/g程度、重量平均分子量(ゲルパーメーションクロマトグラフィー法(GPC)による、ポリスチレン換算値)を10,000〜50,000程度とすることが好ましい。
水酸基価を当該範囲にすることで、この分散剤を用いてえられる分散体の保存安定性が良好になり、かつ分散剤の合成が容易になるため好ましい。また、重量平均分子量を当該範囲にすることで、活性エネルギー線照射後の耐磨耗性が向上し、かつ分散剤の合成が容易になるため好ましい。
水酸基含有アクリル系重合体(I)は、水酸基価を160〜230mgKOH/g程度、重量平均分子量(ゲルパーメーションクロマトグラフィー法(GPC)による、ポリスチレン換算値)を12,000〜30,000程度とすることがより好ましい。
水酸基含有アクリル系重合体(I)は、当該アクリル系重合体中に水酸基と架橋反応性を与えるアクリレート基を生成するため、硬化反応性を有する。かかる反応性分散剤を使用した導電性高分子/ドーパントの有機溶媒分散体は、さらに重合性モノマーを加えた組成物として、種々の基材に塗工等した後に反応硬化させることにより、基材に導電性、高い硬度および透明性を与えるコーティング層を形成することができる。
水酸基含有アクリル系重合体(II)
水酸基含有アクリル系重合体(II)は、水酸基含有(メタ)アクリル系モノマー(e)および当該モノマー(e)以外の(メタ)アクリル系モノマー(f)を含むモノマー成分を重合させることにより、得られる。
水酸基含有アクリル系重合体(II)は、水酸基価が160〜230mgKOH/g程度の範囲であることが好ましく、170〜210mgKOH/g程度の範囲であることがより好ましい。水酸基価が160mgKOH/g未満のものは、導電性高分子/ドーパントの分散安定性を十分なものとすることが困難であり、水酸基価が230mgKOH/gを超えるものは、十分な導電性を確保することが困難である。
水酸基含有(メタ)アクリル系モノマー(e)としては、例えば、2−ヒドロキシ(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレートなどのグリコールエステル類などが挙げられる。また、モノマー(f)としては、例えば、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸ブチル、(メタ)アクリル酸エチルヘキシル等の(メタ)アクリル酸エステル類;スチレン、α−メチルスチレン等の芳香族系ビニル化合物;酢酸ビニル、(メタ)アクリロニトリルなどが挙げられる。
モノマー(e)およびモノマー(f)の使用量は、水酸基価が160〜230mgKOH/g程度の範囲となるように、モノマー(e)およびモノマー(f)の種類により適宜決定すればよいが、通常、アクリル系重合体(II)のモノマー成分中、モノマー(e)およびモノマー(f)を、両モノマーの合計に基づいて、前者を30〜70重量%程度および後者を70〜30重量%程度用いることが好ましい。
アクリル系重合体(II)は、モノマー(e)とモノマー(f)とを重合することにより製造することができるが、重合方法としては、特に限定されず、公知の方法で行えば良い。具体的には、例えば、塊状重合、溶液重合、乳化重合等で行うことができる。通常は、例えば、公知の重合開始剤の存在下で重合すればよい。また、当該重合を行う場合には、必要に応じて公知の連鎖移動剤等を用いてもよい。
かくして得られるアクリル系重合体(II)は、通常、重量平均分子量(ゲルパーメーションクロマトグラフィー法による、ポリスチレン換算値)を10,000〜50,000程度とすることが好ましく、12,000〜30,000程度とするのがより好ましい。重量平均分子量が10,000未満のものである場合には、得られる導電性硬化膜の耐磨耗性が不十分となり、50,000を超える場合には合成が困難となる場合がある。
水酸基含有アクリル系重合体(II)は、当該アクリル系重合体中に水酸基を有するので、硬化反応性である。かかる反応性分散剤を使用した導電性高分子/ドーパントの有機溶媒分散体は、必要に応じてさらにバインダーポリマーを加えた組成物として、種々の基材に塗工等した後に反応硬化させることにより、基材に導電性、高い硬度および透明性を与えるコーティング層を形成することができる。
水酸基含有アクリル系重合体(III)
水酸基含有アクリル系重合体(III)は、エポキシ基含有(メタ)アクリル系モノマー(a)を含むモノマー成分を重合させて得られる重合体に、カルボキシル基含有ビニル系モノマー(c)を、開環エステル化反応させることにより、得られる。
水酸基含有アクリル系重合体(III)は、水酸基価が160〜230mgKOH/g程度の範囲であることが好ましく、170〜210mgKOH/g程度の範囲であることがより好ましい。水酸基価が160mgKOH/g未満のものは、導電性高分子/ドーパントの分散安定性を十分なものとすることが困難であり、水酸基価が230mgKOH/gを超えるものは、十分な導電性を確保することが困難である。
水酸基含有アクリル系重合体(III)は、エポキシ基含有(メタ)アクリル系モノマー(a)と、これ以外の(メタ)アクリル系モノマー(g)の2種類のモノマーを含むモノマー成分を重合して得られる共重合体に、カルボキシル基含有ビニル系モノマー(c)を、開環エステル化反応させて得られる。
エポキシ基含有(メタ)アクリル系モノマー(a)は、水酸基含有アクリル系重合体(I)で用いるものと、同じである。
モノマー(a)以外の(メタ)アクリル系モノマー(g)としては、分子中にエポキシ基を含有せず、(メタ)アクリル基を含有するモノマーであって、モノマー(a)のエポキシ基と反応性を有する官能基を有さず、モノマー(a)と共重合可能なものであれば特に限定されない。具体的には、例えば、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸ブチル、(メタ)アクリル酸エチルヘキシル等の(メタ)アクリル酸エステル類;スチレン、α−メチルスチレン等の芳香族系ビニル化合物;酢酸ビニル、(メタ)アクリロニトリルなどが挙げられる。なお、モノマー(g)として、エポキシ基と反応性を有するモノマーを用いる場合には、エポキシ基と反応し、高粘度化やゲル化を引き起こす場合がある。
モノマー(g)を共重合する場合には、通常、得られる共重合体に使用する全モノマー成分中、モノマー(g)を50重量%以下で使用することが好ましく、20重量%以下で使用することがより好ましい。
モノマー(a)又はモノマー(a)とモノマー(g)を含むモノマー成分の重合方法としては、特に限定されず、公知の方法で行えば良い。具体的には、例えば、塊状重合、溶液重合、乳化重合等で行うことができる。通常は、例えば、公知の重合開始剤の存在下で重合すればよい。また、当該重合を行う場合には、必要に応じて公知の連鎖移動剤等を用いてもよい。得られた重合体に、開環エステル化反応させるカルボキシル基含有(メタ)アクリル系モノマー(c)は、水酸基含有アクリル系重合体(I)で用いるものと、同じである。また、開環エステル化反応も、水酸基含有アクリル系重合体(I)の合成に於ける反応と、同じである。
かくして得られるアクリル系重合体(III)は、通常、重量平均分子量(ゲルパーメーションクロマトグラフィー法による、ポリスチレン換算値)を10,000〜50,000程度とすることが好ましく、12,000〜30,000程度とするのがより好ましい。重量平均分子量が10,000未満のものである場合には、活性エネルギー線照射後の耐磨耗性が不十分となり、50,000を超える場合には合成が困難となる場合がある。
水酸基含有アクリル系重合体(III)は、当該アクリル系重合体中に水酸基と架橋反応性を与えるアクリレート基を生成するため、硬化反応性を有する。かかる反応性分散剤を使用した導電性高分子/ドーパントの有機溶媒分散体は、さらに重合性モノマーを加えた組成物として、種々の基材に塗工等した後に反応硬化させることにより、基材に導電性、高い硬度および透明性を与えるコーティング層を形成することができる。
導電性高分子/ドーパントの有機溶媒分散体の調製
本発明の導電性高分子/ドーパントの有機溶媒分散体は、通常、導電性高分子(A)、ドーパント(B)および重量平均分子量が10,000〜50,000程度で水酸基価が160〜230mgKOH/g程度の水酸基含有アクリル系重合体である分散剤を、有機溶媒中で、撹拌下に混合することにより、容易に調製することが出来る。撹拌手段としては、振とう機、乳化分散機等の簡易な手段を採用することが出来る。
導電性高分子(A)及びドーパント(B)は、いずれも、水分散液の状態で用いられる場合が多い。この場合、通常、導電性高分子(A)及びドーパント(B)を、有機溶媒中で、10〜30分間程度撹拌、混合することにより、全体がゲル状となる。これを減圧濾過し、残渣に有機溶剤を添加する。必要に応じて、更に、撹拌、混合、減圧濾過及び有機溶剤添加という工程を、適宜繰り返して、水の含有量を20重量%以下とした後、本発明の分散剤、また、必要に応じて化合物(C)を加えることにより、本発明の分散体を調製することが出来る。
上記導電性高分子(A)及びドーパント(B)を分散させる有機溶媒としては、例えば、アルコール類、ケトン類、エーテル類、アミド類、スルホキシド類、スルホン類、エステル類、ニトリル類などが挙げられる。アルコール類としては、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール等のモノアルコール、エチレングリコール、プロピレングリコール、ポリプロピレングリコール等のジアルコール、グリセリン、ペンタエリスリトール等の多価アルコール類等が挙げられる。ケトン類としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン等が挙げられる。エーテル類としては、ジエチルエーテル、エチルイソプロピルエーテル、ジオキサン、テトラヒドロフラン、ポリエチレングリコールジアルキルエーテル類、ポリプロピレングリコールジアルキルエーテル類等のエーテル類を用いることができる。アミド類としては、ジメチルホルムアミド、N−メチルピロリドン等が挙げられる。スルホキシド類としては、ジメチルスルホキシド等が挙げられる。スルホン類としては、スルホラン等が挙げられる。エステル類としては酢酸メチル、酢酸エチル等が挙げられる。ニトリル類としては、アセトニトリル、プロピオニトリル等が挙げられる。これらは、単独で使用しても良くまたは複数を混合して使用することもできる。これらのなかでは、アルコール類、特に、エタノール、イソプロパノール、エチレングリコール、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンが取り扱い性と分散安定性の点から好ましい。
導電性高分子(A)及びドーパント(B)の混合割合としては、前者100重量部に対して後者が200〜3,000重量部程度であるのが好ましく、250〜2,000重量部程度であるのがより好ましい。ドーパント(B)が、200重量部より少なすぎると導電性を発現し難く、一方3,000重量部より多すぎるとバインダー成分との相溶性が低下する傾向にある。
また、分散剤の使用量は、導電性高分子(A)及びドーパント(B)の合計100重量部に対して、15〜500重量部程度であるのが好ましく、30〜250重量部程度であるのがより好ましい。分散剤が、15重量部より少なすぎると分散体の安定性が低下し、一方500重量部より多すぎると硬化塗膜の表面抵抗値が高くなる傾向にある。
本発明の導電性高分子/ドーパントの有機溶媒分散体は、水の含有量を、20重量%以下に調整することが必要である。水の含有量が、20重量%を超えると、バインダー成分と混合したときに凝集が生じやすく分散性が損なわれてしまう。水の含有量は、5重量%以下であるのが好ましい。
本発明の導電性高分子/ドーパントの有機溶媒分散体には、導電性高分子(A)及びドーパント(B)に加えて、必要に応じて、更に、アミン類およびノニオン性界面活性剤からなる群より選ばれる少なくとも一種の化合物(C)を含有させることができる。化合物(C)の含有量としては、通常、導電性高分子(A)及びドーパント(B)の合計100重量部に対して、10〜200重量部程度とすることが好ましく、50〜150重量部であることがより好ましい。10重量部を下回ると分散体の安定性が低下し、200重量部を超えると得られる硬化塗膜の表面抵抗値が高くなる傾向がある。
化合物(C)としては、アミン類および/またはノニオン性界面活性剤であれば特に限定されず公知のものを用いることができる。
アミン類としては、分子中に少なくとも1つのアミノ基を有する化合物であれば特に限定されずに公知のものを使用することができる。アミン類としては、例えば、一般式
NH3−n (2)
(式中、Rは、アルキル基、アルケニル基、アラルキル基、シクロアルキル基、置換基を有していても良いフェニル基、若しくはベンジル基、又は基−X−R(Xは分岐構造を有していてもよいアルキレンオキシド基を、Rはアルキル基または水素原子を、それぞれ示す。)を示す。nは1〜3の整数を示す。)で表される化合物が挙げられる。具体的には、アンモニア;メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、シクロヘキシルアミン、ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジプロピルアミン、ジブチルアミン、ジシクロヘキシルアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン、トリシクロヘキシルアミン等のアルキルアミン類;アニリン、ベンジルアミン等の芳香族系アミン;ポリオキシエチレンオレイルアミン、ポリオキシエチレンステアリルアミン、ポリオキシエチレンラウリルアミン等のポリアルキレンオキサイド構造を有するアミン類などが挙げられる。また、これら以外のモルホリン等の含酸素アミン類やピリジン等も、アミン類として用いることができる。アミン類としては、アルキルアミン類およびポリアルキレンオキサイド構造を有するアミン類が分散安定性の点で好ましく、ポリオキシエチレンアルキルアミン類がより好ましい。
ノニオン性界面活性剤としては、特に限定されず公知のものを使用することができる。具体的には、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンスチリルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル等などが挙げられる。
かくして得られた本発明の導電性高分子/ドーパントの有機溶媒分散体は、導電性高分子以外のバインダーポリマーと併用して、樹脂組成物とすることにより、例えば、電子デバイス等の分野におけるコーティング材として用いることができる。当該組成物は、例えば、分散溶剤と同一、または相溶性のある有機溶媒に導電性高分子以外のポリマーを溶解させたものに、導電性高分子/ドーパント有機溶媒分散体を添加、分散処理を行い、さらに必要に応じて消泡剤、レベリング剤等を添加することにより、調製することができる。使用されるポリマーとしては、通常、コーティング材に用いることができるポリマーであれば特に限定されず公知のものを使用することができる。具体的には、アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂等の各種樹脂が挙げられる。このようにして得られた組成物は、基材上に塗布された後、乾燥処理を行うことで、導電性高分子が分散したポリマー皮膜となる。
また、本発明の導電性高分子/ドーパント有機溶媒分散体と、バインダーポリマーとなり得る重合性モノマーを併用することで、例えば、電子デバイス等の分野におけるコーティング材として用いることができる。重合性モノマーとしては、ラジカル重合することができるモノマー類であれば特に限定されずに公知のものを用いることができる。具体的には、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸−n−ブチル、(メタ)アクリル酸−2−ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸グリシジル、N−(メタ)アクリロイロキシスクシンイミド、エチレングリコール−ジ−(メタ)アクリル酸エステル、(メタ)アクリル酸トリブロモフェニル、2−(メタ)アクリル酸グリコシロキシエチル、2−メタクリロイロキシエチルホスホリルコリン等の重合性カルボン酸エステル類;(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチルアクリルアミド、N−イソプロピル(メタ)アクリルアミド、Nビニルホルムアミド、3−アクリルアミドフェニルボロン酸、N−アクリロイル−N′ビオチニル−3,6−ジオキサオクタン−1,9−ジアミン、N−(メタ)アクリロイルモルフォリン等の不飽和カルボン酸アミド類;(メタ)アクリロニトリル等の重合性不飽和ニトリル類;塩化ビニル、塩化ビニリデン、臭化ビニル等のハロゲン化ビニル類;ブタジエン、イソプレン等の共役ジエン類;ポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート等のマクロモノマー類;スチレン、クロルスチレン、α−メチルスチレン、ジビニルベンゼン、ビニルトルエン等の重合性不飽和芳香族類;(メタ)アクリル酸、イタコン酸、マレイン酸、フタル酸等の重合性不飽和カルボン酸;スチレンスルホン酸、スチレンスルホン酸ナトリウム等の重合性不飽和スルホン酸類;(メタ)アクロレイン、酢酸ビニル、ビニルピリジン、N−ビニルピロリドンなどが挙げられる。
当該コーティング材は、例えば、重合性モノマーおよび必要に応じて分散溶剤と同一、または相溶性のある有機溶媒を混合したものに、本発明の導電性高分子/ドーパント有機溶媒分散体を添加し、分散処理を行い、さらに必要に応じて消泡剤、レベリング剤等を添加することにより得られる。当該コーティング材は、必要に応じて重合開始剤の存在下、熱又は活性エネルギー線(紫外線、電子線等)等により重合させることができ、その結果として生成したポリマー中に導電性高分子が分散した状態の皮膜が得られる。
また、成形体のマトリックスとなり得るポリマーの粉末または溶液に、本発明の導電性高分子/ドーパント有機溶媒分散体を添加し、有機溶媒を揮発させることにより、ポリマー粉末表面またはポリマー液に導電性高分子が分散、複合化された樹脂組成物を製造することもできる。マトリックスとなるポリマーは熱可塑性であっても、熱硬化性であっても良く、熱可塑性ポリマーの場合には必要に応じて核剤、離型剤等を添加しても良く、熱硬化性ポリマーの場合には必要に応じて硬化剤、硬化助剤等を添加しても良い。熱可塑性樹脂組成物に対して、射出成形、押出成形、ブロー成形等を行うことにより、導電性高分子が分散したポリマーのシート、フィルム等が得られる。また、熱硬化性樹脂組成物に対して、圧縮成形、トランスファー成形等を行うことにより、導電性高分子が分散したポリマーのシート、板等が得られる。
本発明の導電性高分子/ドーパントの有機溶媒分散体によれば、次のような顕著な効果が得られる。
(1)本発明分散体においては、特定の分散剤を用いることにより、ビーズミル等の煩雑な分散処理操作を必要とせず、簡易な分散処理を行うだけで、保存安定性に優れた導電性高分子/ドーパントの有機溶剤分散体を得ることができる。
(2)本発明の導電性高分子/ドーパント有機溶媒分散体は、多くの種類のポリマーに対して溶解性が良好であるため、導電性高分子以外の他のポリマーを含有する組成物を調製することができ、導電性および透明性を付与する様々な用途に使用することができる。
(3)水酸基含有アクリル系重合体(I)を分散剤として用いた導電性高分子/ドーパントの有機溶媒分散体は、優れた塗工性、塗料安定性を有し、かつ各種基材表面に、導電性、透明性、硬化後の塗工面の外観等に優れた上で、帯電防止性の硬化膜を形成することができる。また、当該分散体は、導電性、透明性等の硬化膜物性の低下やブリードアウトを引き起こすこともない。そのため、当該分散体を用いて得られた硬化膜は、導電性シート、帯電防止シート、タッチパネル、半導体素子のキャリヤなどとして好適に使用できる。
(4)水酸基含有アクリル系重合体(II)又は(III)を分散剤として用いた導電性高分子/ドーパントの有機溶媒分散体と重合性モノマーを含有する樹脂組成物は、透明かつ高硬度な導電性硬化膜を形成させることができるコーティング材として優れたものとなる。
以下に、製造例、実施例及び比較例をあげて、本発明をより具体的に説明する。但し、本発明は、これら各例により限定されるものではない。尚、各例において、「部」及び「%」は、特記しない限り、いずれも重量基準である。
各例において、水酸基価及び重量平均分子量は、それぞれ、下記の方法で測定した。
水酸基価:JIS K1557に準拠して測定した。
重量平均分子量:ゲルパーメーションクロマトグラフィーを用いて、測定した。測定機器としては、「HLC−8020」(商品名、東ソー(株)製)を用い、カラムとしては、「G5000HXL」、「G4000HXL」、「G3000HXL」及び「G2000HXL」(何れも商品名、東ソー(株)製)を用いた。
導電性高分子/ドーパント有機溶媒分散用分散剤として、水酸基含有アクリル系重合体(I)を用いた態様に関する、製造例、実施例及び比較例
導電性高分子/ドーパントの有機溶媒分散用分散剤の製造
製造例1
撹拌装置、冷却管、滴下ロート及び窒素導入管を備えた反応装置に、グリシジルメタアクリレート(以下、GMAという)200部、メトキシポリエチレングリコールモノメタクリレート50部、ラウリルメルカプタン1.3部、酢酸ブチル1,000部及び2,2´−アゾビスイソブチロニトリル(以下、AIBNという)7.5部を仕込んだ後、窒素気流下に約1時間かけて系内温度が約85℃になるまで昇温し、1時間保温した。次いで、あらかじめGMA600部、メトキシポリエチレングリコールモノメタクリレート150部、ラウリルメルカプタン3.7部及びAIBN22.5部からなる混合液を仕込んだ滴下ロートより、窒素気流下に混合液を、約2時間を要して系内に滴下し、3時間同温度に保温後、AIBN10部を仕込み、1時間保温した。その後、120℃に昇温し、2時間保温した。60℃まで冷却後、窒素導入管を空気導入管につけ替え、アクリル酸(以下、AAという)406部、メトキノン1.8部及びトリフェニルフォスフィン4.8部を仕込み混合した後、空気バブリング下にて、110℃まで昇温した。同温度にて8時間保温後、メトキノン1.3部を仕込み、冷却して、不揮発分が60%となるよう酢酸エチルを加えて、本発明用の分散剤(i)の溶液を得た。分散剤(i)は、水酸基価224mgKOH/g、重量平均分子量17,000(ゲルパーメーションクロマトグラフィー(GPC)法によるスチレン換算値)であった。
製造例2
撹拌装置、冷却管、滴下ロート及び窒素導入管を備えた反応装置に、グリシジルメタクリレート(以下GMAという)175部、メタクリル酸メチル(以下MMAという)62.5部、メトキシポリエチレングリコールモノメタクリレート12.5部、ラウリルメルカプタン1.3部、酢酸ブチル1,000部及び2,2´−アゾビスイソブチロニトリル(以下AIBNという)7.5部を仕込んだ後、窒素気流下に約1時間かけて系内が約85℃になるまで昇温し、1時間保温した。次いで、あらかじめGMA525部、MMA187.5部、メトキシポリエチレングリコールモノメタクリレート37.5部、ラウリルメルカプタン3.7部及びAIBN22.5部からなる混合液を仕込んだ滴下ロートより、窒素気流下に混合液を、約2時間を要して系内に滴下し、3時間同温に保温後、AIBN10部を仕込み、1時間保温した。その後、120℃に昇温し、2時間保温した。60℃まで冷却後、窒素導入管を空気導入管に付け替え、アクリル酸(以下AAという)355.4部、メトキノン1.8部及びトリフェニルホスフィン4.8部を仕込み混合した後、空気バブリング下にて110℃まで昇温した。同温度にて8時間保温後、メトキノン1.3部を仕込み、冷却して不揮発分が60%となるように酢酸エチルを加えて、本発明用の分散剤(ii)の溶液を得た。分散剤(ii)は、水酸基価204mgKOH/g、重量平均分子量17,800(GPC法によるスチレン換算値)であった。
製造例3
撹拌装置、冷却管、滴下ロート及び窒素導入管を備えた反応装置に、グリシジルメタクリレート(以下GMAという)162.5部、メトキシポリエチレングリコールモノメタクリレート87.5部、ラウリルメルカプタン1.3部、酢酸ブチル1,000部及び2,2´−アゾビスイソブチロニトリル(以下AIBNという)7.5部を仕込んだ後、窒素気流下に約1時間かけて系内が約85℃になるまで昇温し、1時間保温した。次いで、あらかじめGMA487.5部、メトキシポリエチレングリコールモノメタクリレート262.5部、ラウリルメルカプタン3.7部及びAIBN22.5部からなる混合液を仕込んだ滴下ロートより、窒素気流下に混合液を、約2時間を要して系内に滴下し、3時間同温に保温後、AIBN10部を仕込み、1時間保温した。その後、120℃に昇温し、2時間保温した。60℃まで冷却後、窒素導入管を空気導入管に付け替え、アクリル酸(以下AAという)330部、メトキノン1.8部及びトリフェニルホスフィン4.8部を仕込み混合した後、空気バブリング下にて110℃まで昇温した。同温度にて8時間保温後、メトキノン1.3部を仕込み、冷却して不揮発分が60%となるように酢酸エチルを加えて、本発明用の分散剤(iii)の溶液を得た。分散剤(iii)は、水酸基価193mgKOH/g、重量平均分子量18,000(GPC法によるスチレン換算値)であった。
製造例4
撹拌装置、冷却管、滴下ロート及び窒素導入管を備えた反応装置に、グリシジルメタクリレート(以下GMAという)200部、メトキシポリエチレングリコールモノメタクリレート50部、ラウリルメルカプタン1.3部、酢酸ブチル1,000部及び2,2´−アゾビスイソブチロニトリル(以下AIBNという)3.7部を仕込んだ後、窒素気流下に約1時間かけて系内が約75℃になるまで昇温し、1時間保温した。次いで、あらかじめGMA600部、メトキシポリエチレングリコールモノメタクリレート150部、ラウリルメルカプタン3.7部及びAIBN11.3部からなる混合液を仕込んだ滴下ロートより、窒素気流下に混合液を、約2時間を要して系内に滴下し、5時間同温に保温後、AIBN10部を仕込み、1時間保温した。その後、120℃に昇温し、2時間保温した。60℃まで冷却後、窒素導入管を空気導入管に付け替え、アクリル酸(以下AAという)406部、メトキノン1.8部及びトリフェニルホスフィン4.8部を仕込み混合した後、空気バブリング下にて110℃まで昇温した。同温度にて8時間保温後、メトキノン1.3部を仕込み、冷却して不揮発分が60%となるように酢酸エチルを加えて、本発明用の分散剤(iv)の溶液を得た。分散剤(iv)は、水酸基価224mgKOH/g、重量平均分子量43,000(GPC法によるスチレン換算値)であった。
製造例5
撹拌装置、冷却管、滴下ロート及び窒素導入管を備えた反応装置に、グリシジルメタクリレート(以下GMAという)162.5部、ポリプロピレングリコールモノメタクリレート87.5部、ラウリルメルカプタン1.3部、酢酸ブチル1,000部及び2,2´−アゾビスイソブチロニトリル(以下AIBNという)7.5部を仕込んだ後、窒素気流下に約1時間かけて系内が約85℃になるまで昇温し、1時間保温した。次いで、あらかじめGMA487.5部、ポリプロピレングリコールモノメタクリレート262.5部、ラウリルメルカプタン3.7部及びAIBN22.5部からなる混合液を仕込んだ滴下ロートより、窒素気流下に混合液を、約2時間を要して系内に滴下し、3時間同温に保温後、AIBN10部を仕込み、1時間保温した。その後、120℃に昇温し、2時間保温した。60℃まで冷却後、窒素導入管を空気導入管に付け替え、アクリル酸(以下AAという)330部、メトキノン1.8部及びトリフェニルホスフィン4.8部を仕込み混合した後、空気バブリング下にて110℃まで昇温した。同温度にて8時間保温後、メトキノン1.3部を仕込み、冷却して不揮発分が60%となるように酢酸エチルを加えて、本発明用の分散剤(v)の溶液を得た。分散剤(v)は、水酸基価193mgKOH/g、重量平均分子量17,300(GPC法によるスチレン換算値)であった。
製造例6
撹拌装置、冷却管、滴下ロート及び窒素導入管を備えた反応装置に、メチルメタクリレート(以下、MMAという)200部、2−ヒドロキシエチルメタクリレート(以下、HEMAという)50部、ラウリルメルカプタン1.3部、酢酸ブチル1,000部及び2,2´−アゾビスイソブチロニトリル7.5部を仕込んだ後、窒素気流下に約1時間かけて系内温度が約100℃になるまで昇温し、1時間保温した。次いで、あらかじめMMA600部、HEMA150部、ラウリルメルカプタン3.7部及びAIBN22.5部からなる混合液を仕込んだ滴下ロートより、窒素気流下に混合液を、約2時間を要して系内に滴下し、3時間同温度に保温後、AIBN10部を仕込み、1時間保温した。その後、120℃に昇温し、2時間保温した後、メトキノン1.3部を仕込み、冷却して、不揮発分が60%となるよう酢酸エチルを加えて、比較用の分散剤(vi)の溶液を得た。分散剤(vi)は、水酸基価86mgKOH/g、重量平均分子量9,000(GPCによるスチレン換算値)であった。
製造例7
撹拌装置、冷却管、滴下ロート及び窒素導入管を備えた反応装置に、グリシジルメタアクリレート(以下、GMAという)62.5部、メチルメタクリレート87.5部(以下、MMAという)、ブチルアクリレート100部(以下、BAという)、ラウリルメルカプタン1.3部、酢酸ブチル1,000部及び2,2´−アゾビスイソブチロニトリル(以下、AIBNという)7.5部を仕込んだ後、窒素気流下に約1時間かけて系内温度が約60℃になるまで昇温し、1時間保温した。次いで、あらかじめGMA187.5部、MMA262.5部、BA300部、ラウリルメルカプタン3.7部及びAIBN22.5部からなる混合液を仕込んだ滴下ロートより、窒素気流下に混合液を、約2時間を要して系内に滴下し、7時間同温度に保温後、AIBN10部を仕込み、1時間保温した。その後、120℃に昇温し、2時間保温した。60℃まで冷却後、窒素導入管を空気導入管につけ替え、アクリル酸(以下、AAという)127部、メトキノン1.5部及びトリフェニルフォスフィン1.9部を仕込み混合した後、空気バブリング下にて、110℃まで昇温した。同温度にて8時間保温後、メトキノン1.3部を仕込み、冷却して、不揮発分が60%となるよう酢酸エチルを加えて、比較用の分散剤(vii)の溶液を得た。分散剤(vii)は、水酸基価127mgKOH/g、重量平均分子量46,000(GPC法によるスチレン換算値)であった。
導電性高分子/ドーパント有機溶媒分散体の調製
実施例1
導電性高分子/ドーパントの水分散体として市販のPEDOT/PSS水分散体であるアグファ社の「Orgacon」(商品名、PEDOT/PSSの重量比は1:2.5)を使用して、有機溶媒分散体を製造した。
「Orgacon」(固形分1.2%)100gをフラスコにとり、エタノール100gを添加、撹拌しながら、10%塩酸を0.5ml添加した。その後30分撹拌を継続した後、1時間放置した。得られたゲル状物を、グラスフィルターを用いて減圧ろ過、その後エタノール200gを添加、減圧ろ過という操作を8回繰り返した。固形分が完全に乾燥しない状態でグラスフィルターから取り出し、加熱重量減少から固形分重量を算出し、固形分7.8%の湿潤青色固体15gを得た。エタノール45gをビーカーにとり、アミンアルキレンオキシド付加物(商品名「エソミン C/15」、ライオンアクゾ社製)0.4gを添加した後、上記湿潤青色固体15gを加えて、乳化分散機(商品名:TKホモディスパー、特殊機化工業製)を用い、回転数4,000rpmで10分処理を行い、PEDOT/PSSエタノール分散体を得た(固形分濃度2%、水含有量5重量%)。
このようにして得られたPEDOT/PSSエタノール分散体20部、製造例1で得た分散剤(i)(固形分濃度60%)66部、及びエタノール14部をガラス瓶に入れて、撹拌して、均一に分散させて、導電性高分子/ドーパント有機溶媒分散体を得た。
実施例2〜5
実施例1において使用した分散剤(i)を、表1に示す分散剤に変更した他は実施例1と同様にして導電性高分子/ドーパント有機溶剤分散体を得た。
比較例1および2
実施例1において使用した分散剤(i)を表1に示すように変更した他は同様にして導電性高分子/ドーパント有機溶媒分散体を得た。
比較例3
実施例1において、分散剤(i)を使用せず、重合性モノマーである多官能ポリエステルアクリレート(商品名「アロニックスM−400」、東亞合成(株)製、固形分濃度100%)を40部使用した他は同様にして導電性高分子/ドーパント有機溶媒分散体を得た。
比較例4
実施例1において、分散剤(i)を使用せず、重合性モノマーである多官能ウレタンアクリレート(商品名「UA−306H」、共栄社化学(株)製、固形分濃度100%)を40部使用した他は同様にして導電性高分子/ドーパント有機溶媒分散体を得た。
実施例6
ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)/ポリスチレンスルホン酸水分散体(商品名「Orgacon」、Agfa社製)より調製したPEDOT/PSSエタノール分散体(固形分濃度2%)20部、製造例1で得られた分散剤(i)(固形分濃度60%)7部、重合性モノマーである多官能ポリエステルアクリレート(商品名「アロニックスM−400」、東亞合成(株)製、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、固形分濃度100%)35部及びエタノール38部をガラス瓶に入れ、撹拌して、均一に分散させて、導電性高分子/ドーパントの有機溶媒分散体を得た。
実施例7
実施例6において使用した多官能ポリエステルアクリレート(商品名「アロニックスM−400」、東亞合成(株)製、固形分濃度100%)を、重合性モノマーである多官能ウレタンアクリレート(商品名「UA−306H」、共栄社化学(株)製、固形分濃度100%)に変更した他は同様にして導電性高分子/ドーパント有機溶媒分散体を得た。
実施例8〜11
実施例6において使用した分散剤(i)を、表1に示す分散剤に変更した他は実施例6と同様にして導電性高分子/ドーパント有機溶剤分散体を得た。
実施例1〜11および比較例1〜4で得られた導電性高分子/ドーパント有機溶媒分散体の分散安定性を、下記試験方法により調べた。
分散安定性:各導電性高分子/ドーパント有機溶媒分散体を、室温下に1ヶ月放置した後、粒子凝集、沈降を目視で確認し、変化のないものを良好とした。
分散安定性の試験結果を、下記表1に示す。
Figure 0005316000
実施例12〜21及び比較例5〜6
実施例1〜6、実施例8〜11、比較例1及び比較例2で得られた各導電性高分子/ドーパント有機溶媒分散体、光重合開始剤である1−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニルケトン(以下HCPKという、商品名「イルガキュアー184」、チバ・ジャパン社製)2部を配合した活性エネルギー線硬化型コーティング材組成物を硬化させることにより得られる硬化塗膜の表面抵抗値及び透明性について、下記試験方法により性能を評価した。
(1)表面抵抗値
表2に記載の分散体を用いた活性エネルギー線硬化型コーティング剤組成物を、ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム上に、#12バーコーターで塗布し(計算値:膜厚4.8μm)、80℃で2分乾燥させ、空気下で高圧水銀灯を用いて500mJ/cmの照射量となるように通過させて硬化させた。この硬化塗膜部の表面抵抗値を超絶縁抵抗/微小電流計(アドバンテスト(株)製)を用いて、温度25℃で測定した。表面抵抗値の単位は、Ω/□(オメガ/スクエア)である。
(2)硬化膜の透明性
上記硬化塗膜部の全光線透過率およびヘイズ値をカラーへイズメーター(村上色彩技術研究所製)を用い、PETフィルムを基準として測定した。
各性能評価結果を、表2に示す。
Figure 0005316000
導電性高分子/ドーパント有機溶媒分散用分散剤として、水酸基含有アクリル系重合体(II)又は(III)を用いた態様に関する、製造例、実施例及び比較例
導電性高分子/ドーパント有機溶媒分散用の分散剤の製造
製造例8
撹拌装置、冷却管、滴下ロート及び窒素導入管を備えた反応装置に、グリシジルメタアクリレート(以下、GMAという)175部、メタクリル酸メチル(以下、MMAという)75部、ラウリルメルカプタン1.3部、メチルイソブチルケトン1,000部及び2,2´−アゾビスイソブチロニトリル(以下、AIBNという)7.5部を仕込んだ後、窒素気流下に約1時間かけて系内温度が約85℃になるまで昇温し、1時間保温した。次いで、あらかじめGMA525部、MMA225部、ラウリルメルカプタン3.7部及びAIBN22.5部からなる混合液を仕込んだ滴下ロートより、窒素気流下に混合液を、約2時間を要して系内に滴下し、3時間同温度に保温後、AIBN10部を仕込み、1時間保温した。その後、130℃に昇温し、2時間保温した。60℃まで冷却後、窒素導入管を空気導入管につけ替え、アクリル酸(以下、AAという)355部、メトキノン1.8部及びトリフェニルフォスフィン4.8部を仕込み混合した後、空気バブリング下にて、110℃まで昇温した。同温度にて8時間保温後、メトキノン1.3部を仕込み、冷却して、不揮発分が60%となるようメチルイソブチルケトンを加えて、本発明用の分散剤(viii)の溶液を得た。分散剤(viii)は、水酸基価204mgKOH/g、重量平均分子量(GPC法によるスチレン換算値)17,600であった。
製造例9
撹拌装置、冷却管、滴下ロート及び窒素導入管を備えた反応装置に、グリシジルメタアクリレート(以下、GMAという)156.3部、メタクリル酸メチル(以下、MMAという)93.8部、ラウリルメルカプタン1.3部、メチルイソブチルケトン1,000部及び2,2´−アゾビスイソブチロニトリル(以下、AIBNという)7.5部を仕込んだ後、窒素気流下に約1時間かけて系内温度が約85℃になるまで昇温し、1時間保温した。次いで、あらかじめGMA468.8部、MMA281.3部、ラウリルメルカプタン3.7部及びAIBN22.5部からなる混合液を仕込んだ滴下ロートより、窒素気流下に混合液を、約2時間を要して系内に滴下し、3時間同温度に保温後、AIBN10部を仕込み、1時間保温した。その後、130℃に昇温し、2時間保温した。60℃まで冷却後、窒素導入管を空気導入管につけ替え、アクリル酸(以下、AAという)317部、メトキノン1.8部及びトリフェニルフォスフィン4.8部を仕込み混合した後、空気バブリング下にて、110℃まで昇温した。同温度にて8時間保温後、メトキノン1.3部を仕込み、冷却して、不揮発分が60%となるようメチルイソブチルケトンを加えて、本発明用の分散剤(ix)の溶液を得た。分散剤(ix)は、水酸基価187mgKOH/g、重量平均分子量(GPC法によるスチレン換算値)16,500であった。
製造例10
撹拌装置、冷却管、滴下ロート及び窒素導入管を備えた反応装置に、2−ヒドロキシエチルメタクリレート(以下、HEMAという)100部、メタクリル酸メチル(以下、MMAという)150部、ラウリルメルカプタン1.3部、メチルイソブチルケトン1,000部、プロピレングリコールモノメチルエーテル500部及び2,2´−アゾビスイソブチロニトリル(以下、AIBNという)7.5部を仕込んだ後、窒素気流下に約1時間かけて系内温度が約85℃になるまで昇温し、1時間保温した。次いで、あらかじめHEMA300部、MMA450部、ラウリルメルカプタン3.7部及びAIBN22.5部からなる混合液を仕込んだ滴下ロートより、窒素気流下に混合液を、約2時間を要して系内に滴下し、3時間同温度に保温後、AIBN10部を仕込み、1時間保温した。その後、130℃に昇温し、2時間保温した。60℃まで冷却後、メトキノン1.3部を仕込み、冷却して、不揮発分が40%となるようメチルイソブチルケトンを加えて、本発明用の分散剤(x)の溶液を得た。分散剤(x)は、水酸基価168mgKOH/g、重量平均分子量(GPC法によるスチレン換算値)13,250であった。
製造例11
撹拌装置、冷却管、滴下ロート及び窒素導入管を備えた反応装置に、グリシジルメタクリレート(以下GMAという)175部、メタクリル酸メチル(以下MMAという)75部、ラウリルメルカプタン1.3部、酢酸ブチル1,000部及び2,2´−アゾビスイソブチロニトリル(以下AIBNという)3.7部を仕込んだ後、窒素気流下に約1時間かけて系内が約70℃になるまで昇温し、1時間保温した。次いで、あらかじめGMA525部、MMA225部、メトキシポリエチレングリコールモノメタクリレート37.5部、ラウリルメルカプタン3.7部及びAIBN11.2部からなる混合液を仕込んだ滴下ロートより、窒素気流下に混合液を、約2時間を要して系内に滴下し、6時間同温に保温後、AIBN10部を仕込み、1時間保温した。その後、120℃に昇温し、2時間保温した。60℃まで冷却後、窒素導入管を空気導入管に付け替え、アクリル酸(以下AAという)355.4部、メトキノン1.8部及びトリフェニルホスフィン4.8部を仕込み混合した後、空気バブリング下にて110℃まで昇温した。同温度にて8時間保温後、メトキノン1.3部を仕込み、冷却して不揮発分が60%となるように酢酸エチルを加えて、本発明用の分散剤(xi)の溶液を得た。分散剤(xi)は、水酸基価204mgKOH/g、重量平均分子量43,500(GPC法によるスチレン換算値)であった。
製造例12
撹拌装置、冷却管、滴下ロート及び窒素導入管を備えた反応装置に、グリシジルメタクリレート(以下GMAという)175部、イソボルニルメタクリレート(以下IBXMAという)75部、ラウリルメルカプタン1.3部、酢酸ブチル1,000部及び2,2−アゾビスイソブチロニトリル(以下AIBNという)7.5部を仕込んだ後、窒素気流下に約1時間かけて系内が約85℃になるまで昇温し、1時間保温した。次いで、あらかじめGMA525部、IBXMA225部、ラウリルメルカプタン3.7部及びAIBN22.5部からなる混合液を仕込んだ滴下ロートより、窒素気流下に混合液を、約2時間を要して系内に滴下し、3時間同温に保温後、AIBN10部を仕込み、1時間保温した。その後、120℃に昇温し、2時間保温した。60℃まで冷却後、窒素導入管を空気導入管に付け替え、アクリル酸(以下AAという)330部、メトキノン1.8部及びトリフェニルホスフィン4.8部を仕込み混合した後、空気バブリング下にて110℃まで昇温した。同温度にて8時間保温後、メトキノン1.3部を仕込み、冷却して不揮発分が60%となるように酢酸エチルを加えて、本発明用の分散剤(xii)の溶液を得た。分散剤(xii)は、水酸基価204mgKOH/g、重量平均分子量16,300(ゲルパーメーションクロマトグラフィー(GPC)法によるスチレン換算値)であった。
製造例13
撹拌装置、冷却管、滴下ロート及び窒素導入管を備えた反応装置に、グリシジルメタアクリレート(以下、GMAという)50部、メタクリル酸メチル(以下、MMAという)200部、ラウリルメルカプタン1.3部、メチルイソブチルケトン1,000部及び2,2´−アゾビスイソブチロニトリル(以下、AIBNという)7.5部を仕込んだ後、窒素気流下に約1時間かけて系内温度が約85℃になるまで昇温し、1時間保温した。次いで、あらかじめGMA150部、MMA600部、ラウリルメルカプタン3.7部及びAIBN22.5部からなる混合液を仕込んだ滴下ロートより、窒素気流下に混合液を、約2時間を要して系内に滴下し、3時間同温度に保温後、AIBN10部を仕込み、1時間保温した。その後、130℃に昇温し、2時間保温した。60℃まで冷却後、窒素導入管を空気導入管につけ替え、アクリル酸(以下、AAという)102部、メトキノン1.8部及びトリフェニルフォスフィン4.8部を仕込み混合した後、空気バブリング下にて、110℃まで昇温した。同温度にて8時間保温後、メトキノン1.3部を仕込み、冷却して、不揮発分が60%となるようメチルイソブチルケトンを加えて、比較用の分散剤(xiii)の溶液を得た。分散剤(xiii)は、水酸基価71.7mgKOH/g、重量平均分子量(GPC法によるスチレン換算値)15,300であった。
製造例14
撹拌装置、冷却管、滴下ロート及び窒素導入管を備えた反応装置に、グリシジルメタアクリレート(以下、GMAという)250部、ラウリルメルカプタン1.3部、メチルイソブチルケトン1,000部及び2,2´−アゾビスイソブチロニトリル(以下、AIBNという)7.5部を仕込んだ後、窒素気流下に約1時間かけて系内温度が約90℃になるまで昇温し、1時間保温した。次いで、あらかじめGMA750部、ラウリルメルカプタン3.7部及びAIBN22.5部からなる混合液を仕込んだ滴下ロートより、窒素気流下に混合液を約2時間を要して系内に滴下し、3時間同温度に保温後、AIBN10部を仕込み、1時間保温した。その後、130℃に昇温し、2時間保温した。60℃まで冷却後、窒素導入管を空気導入管につけ替え、アクリル酸(以下、AAという)507部、メトキノン2.3部及びトリフェニルフォスフィン6.0部を仕込み混合した後、空気バブリング下にて、110℃まで昇温した。同温度にて8時間保温後、メトキノン1.6部を仕込み、冷却して、不揮発分が60%となるようメチルイソブチルケトンを加えて、比較用の分散剤(xiv)の溶液を得た。分散剤(xiv)は、水酸基価262mgKOH/g、重量平均分子量(GPC法によるスチレン換算値)22,000であった。
製造例15
撹拌装置、冷却管、滴下ロート及び窒素導入管を備えた反応装置に、2−ヒドロキシエチルメタクリレート(以下、HEMAという)75部、メタクリル酸メチル(以下、MMAという)175部、ラウリルメルカプタン1.3部、メチルイソブチルケトン1500部及び2,2´−アゾビスイソブチロニトリル(以下、AIBNという)7.5部を仕込んだ後、窒素気流下に約1時間かけて系内温度が約85℃になるまで昇温し、1時間保温した。次いで、あらかじめHEMA225部、MMA525部、ラウリルメルカプタン3.7部及びAIBN22.5部からなる混合液を仕込んだ滴下ロートより、窒素気流下に混合液を、約2時間を要して系内に滴下し、3時間同温度に保温後、AIBN10部を仕込み、1時間保温した。その後、130℃に昇温し、2時間保温した。60℃まで冷却後、メトキノン1.3部を仕込み、冷却して、不揮発分が40%となるようメチルイソブチルケトンを加えて、比較用の分散剤(xv)の溶液を得た。分散剤(xv)は、水酸基価127mgKOH/g、重量平均分子量13,250(GPC法によるスチレン換算値)であった。
製造例16
撹拌装置、冷却管、滴下ロート及び窒素導入管を備えた反応装置に、2−ヒドロキシエチルメタクリレート(以下、HEMAという)175部、メタクリル酸メチル(以下、MMAという)75部、ラウリルメルカプタン1.3部、メチルイソブチルケトン1,000部、プロピレングリコールモノメチルエーテル500部及び2,2´−アゾビスイソブチロニトリル(以下、AIBNという)7.5部を仕込んだ後、窒素気流下に約1時間かけて系内温度が約85℃になるまで昇温し、1時間保温した。次いで、あらかじめHEMA525部、MMA225部、ラウリルメルカプタン3.7部及びAIBN22.5部からなる混合液を仕込んだ滴下ロートより、窒素気流下に混合液を、約2時間を要して系内に滴下し、3時間同温度に保温後、AIBN10部を仕込み、1時間保温した。その後、130℃に昇温し、2時間保温した。60℃まで冷却後、メトキノン1.3部を仕込み、冷却して、不揮発分が40%となるようメチルイソブチルケトンを加えて、比較用の分散剤(xvi)の溶液を得た。分散剤(xvi)は、水酸基価297mgKOH/g、重量平均分子量(GPC法によるスチレン換算値)14,600であった。
表3に、製造例8〜16で得た各分散剤のモノマー組成、水酸基価及び重量平均分子量を示す。
Figure 0005316000
導電性高分子/ドーパント有機溶媒分散体の調製
実施例22
導電性高分子/ドーパントの水分散体として市販のPEDOT/PSS水分散体であるアグファ社の「Orgacon」(商品名)を使用して、有機溶媒分散体を製造した。
「Orgacon」(固形分1.2%)100gをフラスコにとり、エタノール100gを添加、撹拌しながら、10%塩酸を0.5ml添加した。その後30分撹拌を継続した後、1時間放置した。得られたゲル状物を、グラスフィルターを用いて減圧ろ過、その後エタノール200gを添加、減圧ろ過という操作を8回繰り返した。固形分が完全に乾燥しない状態でグラスフィルターから取り出し、加熱重量減少から固形分重量を算出、固形分7.8%の湿潤青色固体15gを得た。エタノール45gをビーカーにとり、アミンアルキレンオキシド付加物(商品名「エソミン C/15」、ライオンアクゾ社製)0.4gを添加した後、上記湿潤青色固体15gを加えて、乳化分散機(商品名「TKホモディスパー」、特殊機化工業製)を用い、回転数4,000rpmで10分処理を行い、固形分濃度2%、水分含量20%以下のPEDOT/PSSエタノール分散体を得た。
上記PEDOT/PSSエタノール分散体2部、製造例8で得た分散剤(viii)(固形分濃度60%)66部、及びエタノール14部をガラス瓶に入れ、撹拌して、均一に分散させて、導電性高分子/ドーパント有機溶媒分散体を得た。
比較例7および比較例8
実施例22において使用した分散剤(viii)を、表4に示す分散剤に変更した他は実施例22と同様にして導電性高分子/ドーパント有機溶媒分散体を得た。
実施例23
実施例22に記載のPEDOT/PSSエタノール分散体10部、製造例9で得た分散剤(ix)(固形分濃度40%)50部、及びエタノール40部をガラス瓶に入れ、導電性高分子/ドーパント有機溶媒分散体を得た。
実施例24〜26
実施例22において使用した分散剤(viii)を、表4に示す分散剤に変更した他は実施例22と同様にして導電性高分子/ドーパント有機溶剤分散体を得た。
比較例9および比較例10
実施例22において使用した分散剤(viii)を、表4に示す分散剤に変更した他は実施例22と同様にして導電性高分子/ドーパント有機溶媒分散体を得た。
比較例11
実施例22に記載のPEDOT/PSSエタノール分散体20部、重合性モノマーである多官能ポリエステルアクリレート(商品名「アロニックスM−400」、東亞合成(株)製、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、固形分濃度100%)を40部、及びエタノール40部をガラス瓶に入れ、導電性高分子/ドーパント有機溶媒分散体を得た。
実施例22〜26および比較例7〜11で得られた各導電性高分子/ドーパント有機溶媒分散体の分散安定性を、下記試験方法により調べた。
分散安定性:各導電性高分子/ドーパント有機溶媒分散体を、50℃で放置後、粒子凝集、沈降を目視で確認し、以下の基準により判断した。
◎:5日間以上凝集、沈降が認められなかった。
○:3日間凝集、沈降が認められなかった。
△:3日目に凝集、沈降が認められた。
×:1日以内に、凝集、沈降が認められた。
表4に、分散安定性の試験結果を示す。
Figure 0005316000
実施例26〜29、比較例12及び比較例13
実施例22、23、25、26、比較例8及び比較例11で得られた各導電性高分子/ドーパント有機溶媒分散体、光重合開始剤である1−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニルケトン(以下HCPKという、商品名「イルガキュアー184」、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製)2部を配合した活性エネルギー線硬化型コーティング材組成物を硬化させることにより得られる硬化塗膜の表面抵抗値、鉛筆硬度及び透明性について、下記試験方法により性能を評価した。
(1)表面抵抗値
表4に記載の分散体を用いた活性エネルギー線硬化型コーティング剤組成物を、ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム上に、#12バーコーターで塗布し(計算値:膜厚4.8μm)、80℃で2分乾燥させ、空気下で高圧水銀灯を用いて500mJ/cmの照射量となるように通過させて硬化させた。この硬化塗膜部の表面抵抗値を超絶縁抵抗/微小電流計(アドバンテスト(株)製)を用いて、温度25℃で測定した。表面抵抗値の単位は、Ω/□(オメガ/スクエア)である。
(2)鉛筆硬度
上記硬化塗膜部をJIS K 5400に従い、荷重500gの鉛筆引っかき試験によって評価した。
(3)硬化膜の透明性
上記硬化塗膜部の全光線透過率およびヘイズ値をカラーへイズメーター(村上色彩技術研究所製)を用い、PETフィルムを基準として測定した。
各性能評価結果を、表5に示す。
Figure 0005316000

Claims (12)

  1. 導電性高分子(A)とドーパント(B)を、重量平均分子量が10,000〜50,000で水酸基価が160〜230mgKOH/gの水酸基含有アクリル系重合体である分散剤を用いて、有機溶媒中に分散させて得られる水の含有量が20重量%以下である導電性高分子/ドーパントの有機溶媒分散体であって、前記導電性高分子(A)がポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)であり、且つ前記ドーパント(B)がポリスチレンスルホン酸である有機溶媒分散体
  2. 分散剤が、エポキシ基含有(メタ)アクリル系モノマー(a)およびアルキレンオキシド構造含有ビニル系モノマー(b)を含むモノマー成分を重合させて得られる共重合体に、カルボキシル基含有ビニル系モノマー(c)を、開環エステル化反応させて得られる水酸基含有アクリル系重合体(I)である請求項1に記載の有機溶媒分散体。
  3. 水酸基含有アクリル系重合体(I)が、エポキシ基含有(メタ)アクリル系モノマー(a)およびアルキレンオキシド構造含有ビニル系モノマー(b)を、両者の合計に基づいて、前者65〜95重量%および後者5〜35重量%の割合で重合させて得られる共重合体である請求項に記載の有機溶媒分散体。
  4. アルキレンオキシド構造含有ビニル系モノマー(b)が、一般式
    CH=CRCOO(AO)(1)
    (式中、Rは水素原子または炭素数1〜3のアルキル基を、Rは炭化水素基を、Aは炭化水素基を、それぞれ示す。mは1〜3の整数を、nは1〜23の整数を、それぞれ示す。)で表されるモノマーである請求項に記載の有機溶媒分散体。
  5. 分散剤が、水酸基含有(メタ)アクリル系モノマー(e)および当該モノマー(e)以外の(メタ)アクリル系モノマー(f)を含むモノマー成分を重合させて得られる水酸基含有アクリル系重合体(II)である請求項1に記載の有機溶媒分散体。
  6. 分散剤が、エポキシ基含有(メタ)アクリル系モノマー(a)を含むモノマー成分を重合させて得られる重合体に、カルボキシル基含有ビニル系モノマー(c)を、開環エステル化反応させて得られる水酸基含有アクリル系重合体(III)である請求項1に記載の有機溶媒分散体。
  7. 導電性高分子(A)とドーパント(B)の混合割合が、前者100重量部に対して後者が200〜3,000重量部である請求項1に記載の有機溶媒分散体。
  8. さらに、アミン類ならびにノニオン性界面活性剤からなる群より選ばれる少なくとも一種の化合物(C)を含有し、前記化合物(C)がポリアルキレンオキシド構造含有アルキルアミン類である請求項1に記載の有機溶媒分散体。
  9. 請求項1に記載の導電性高分子/ドーパントの有機溶媒分散体および該導電性高分子以外のバインダーポリマーを含有する樹脂組成物。
  10. 請求項に記載の樹脂組成物を含むコーティング材組成物。
  11. 請求項1に記載の導電性高分子/ドーパントの有機溶媒分散体およびバインダーポリマーとなる重合性モノマーを含有する樹脂組成物。
  12. 請求項11に記載の樹脂組成物を含むコーティング材組成物。
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