JP6843889B2 - 電気導電性ポリマー組成物におけるジヘテロアミン - Google Patents

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Description

先行出願の利益の請求
本出願は、2016年5月27日出願の米国仮特許出願第62/342,383号明細書の利益を主張するものであり、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
本開示は、一般的に、ジヘテロアミン化合物、ジヘテロアミンポリマー、ジヘテロアミンポリマーを含む電気導電性ポリマー組成物、及び有機電子デバイスにおけるこのような材料の使用に関する。
有機電子デバイスは、活性層を含む製品の分類を規定する。このようなデバイスは、電気エネルギーを放射に変換し、電子プロセスを介して信号を検出し、放射を電気エネルギーに変換し、又は1つ以上の有機半導体層を含む。
有機発光ダイオード(OLED)は、エレクトロルミネセンスが可能な有機層を含む有機電子デバイスである。電気導電性ポリマーを含むOLEDは、以下の構成を有することができる:
アノード/バッファー層/EL材料/カソード。
アノードは、典型的には、透明であり、例えば、インジウム/酸化スズ(ITO)などのEL材料に正孔を注入する能力を有する任意の材料である。アノードは、任意選択により、ガラス又はプラスチック基材において支持される。EL材料としては、蛍光化合物、蛍光及びリン光金属錯体、共役ポリマー、及びこれらの混合物が挙げられる。カソードは、典型的には、EL材料に電子を注入する能力を有する任意の材料(例えば、Ca又はBaなど)である。
バッファー層は、典型的には電気導電性ポリマーであり、アノードからEL材料層への正孔の注入を促進する。バッファー層として使用される典型的な電気導電性ポリマーとしては、ポリアニリン、及びポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)(PEDOT)などのポリジオキシチオフェンが挙げられる。これらの材料は、例えば、米国特許第5,300,575号明細書に記載されているように、ポリ(スチレンスルホン酸)(PSS)などの水溶性ポリマー酸の存在下、水溶液中でアニリン又はジオキシチオフェンモノマーを重合することによって調製することができる。
水溶性ポリマースルホン酸で合成された水性電気導電性ポリマー分散液は、望ましくない低いpHレベルを有する。低いpHは、このようなバッファー層を含むELデバイスのストレス寿命の低下の原因になり得、デバイス内の腐食の原因になり得る。
また、低電圧にさらされたときに高電流を流す能力を有する電気導電性ポリマーは、薄膜電界効果トランジスタなどの電子デバイス用の電極として有用である。このようなトランジスタでは、電子及び/又は正孔電荷キャリアに対して高い移動度を有する有機半導体フィルムがソース電極とドレイン電極の間に存在する。ゲート電極は、半導体層の反対側にある。電極用途に有用であるためには、電気導電性ポリマー及び電気導電性ポリマーを分散又は溶解するための液体は、電気導電性ポリマー又は半導体ポリマーの再溶解を避けるために、半導体ポリマー及び半導体ポリマー用の溶媒に対する適合性がなければならない。多くの電気導電性ポリマーは、電極として使用するには低すぎる導電性を有する。
従って、物理的特性及び電気的特性が改善された電気導電性ポリマー組成物が引き続き必要とされている。
式I
(式中、
Qは、出現毎に同一であるか又は異なり、S、P、Se、Te、O、P=O及びNRoからなる群から選択され、
oは、出現毎に同一であるか又は異なり、H、D、アルキル、重水素化アルキル、アリール、及び重水素化アリールからなる群から選択され、
Rは、H、D、アルキル、アルコキシ、エーテル、ポリエーテル、フルオロアルキル、アリール、アリールオキシ、ヘテロアリール、シリル、シロキサン、シロキシ、ゲルミル、重水素化アルキル、重水素化部分フッ素化アルキル、重水素化アルコキシ、重水素化エーテル、重水素化ポリエーテル、重水素化アリール、重水素化ヘテロアリール、重水素化シリル、重水素化シロキサン、重水素化シロキシ、及び重水素化ゲルミルからなる群から選択され、但し、Rが任意の非H/D基である場合、ヒドロキシル、アルコール、アルコキシ、エーテル、アミン、アミド、エステル、カルボン酸、スルホン酸、ホスフェート、及びこれらの重水素化類似体からなる群から選択される官能基によって末端化され、
R’、R’’、及びR’’’は、出現毎に同一であるか又は異なり、H、D、アルキル、アルコキシ、エーテル、ポリエーテル、フルオロアルキル、アリール、アリールオキシ、ヘテロアリール、シリル、シロキサン、シロキシ、ゲルミル、重水素化アルキル、重水素化部分フッ素化アルキル、重水素化アルコキシ、重水素化エーテル、重水素化ポリエーテル、重水素化アリール、重水素化ヘテロアリール、重水素化シリル、重水素化シロキサン、重水素化シロキシ、及び重水素化ゲルミルからなる群から選択され、2つのR’基は、縮合環を形成する単結合をともに表すことができ、但し、任意の非H/D基は、ヒドロキシル、アルコール、アルコキシ、エーテル、アミン、アミド、エステル、カルボン酸、スルホン酸、ホスフェート、及びこれらの重水素化類似体からなる群から選択される官能基によって末端化されていてもよく、
yは0〜4の整数であり、且つ、
zは0〜4の整数である)を有する化合物が提供される。
また、式I’
(式中、
Qは、出現毎に同一であるか又は異なり、S、P、Se、Te、O、P=O及びNRoからなる群から選択され、
oは、出現毎に同一であるか又は異なり、H、D、アルキル、重水素化アルキル、アリール、及び重水素化アリールからなる群から選択され、
Rは、H、D、アルキル、アルコキシ、エーテル、ポリエーテル、フルオロアルキル、アリール、アリールオキシ、ヘテロアリール、シリル、シロキサン、シロキシ、ゲルミル、重水素化アルキル、重水素化部分フッ素化アルキル、重水素化アルコキシ、重水素化エーテル、重水素化ポリエーテル、重水素化アリール、重水素化ヘテロアリール、重水素化シリル、重水素化シロキサン、重水素化シロキシ、及び重水素化ゲルミルからなる群から選択され、但し、Rが任意の非H/D基である場合、ヒドロキシル、アルコール、アルコキシ、エーテル、アミン、アミド、エステル、カルボン酸、スルホン酸、ホスフェート、及びこれらの重水素化類似体からなる群から選択される官能基によって末端化され、
R’及びR’’は、出現毎に同一であるか又は異なり、H、D、アルキル、アルコキシ、エーテル、ポリエーテル、フルオロアルキル、アリール、アリールオキシ、ヘテロアリール、シリル、シロキサン、シロキシ、ゲルミル、重水素化アルキル、重水素化部分フッ素化アルキル、重水素化アルコキシ、重水素化エーテル、重水素化ポリエーテル、重水素化アリール、重水素化ヘテロアリール、重水素化シリル、重水素化シロキサン、重水素化シロキシ、及び重水素化ゲルミルからなる群から選択され、2つのR’基は、縮合環を形成する単結合をともに表すことができ、但し、任意の非H/D基は、ヒドロキシル、アルコール、アルコキシ、エーテル、アミン、アミド、エステル、カルボン酸、スルホン酸、ホスフェート、及びこれらの重水素化類似体からなる群から選択される官能基によって末端化されていてもよい)を有する化合物が提供される。
また、式II
(式中、
Qは、出現毎に同一であるか又は異なり、S、P、Se、Te、O、P=O及びNRoからなる群から選択され、
oは、出現毎に同一であるか又は異なり、H、D、アルキル、重水素化アルキル、アリール、及び重水素化アリールからなる群から選択され、
Rは、H、D、アルキル、アルコキシ、エーテル、ポリエーテル、フルオロアルキル、アリール、アリールオキシ、ヘテロアリール、シリル、シロキサン、シロキシ、ゲルミル、重水素化アルキル、重水素化部分フッ素化アルキル、重水素化アルコキシ、重水素化エーテル、重水素化ポリエーテル、重水素化アリール、重水素化ヘテロアリール、重水素化シリル、重水素化シロキサン、重水素化シロキシ、及び重水素化ゲルミルからなる群から選択され、但し、Rが任意の非H/D基である場合、ヒドロキシル、アルコール、アルコキシ、エーテル、アミン、アミド、エステル、カルボン酸、スルホン酸、ホスフェート、及びこれらの重水素化類似体からなる群から選択される官能基によって末端化され、
R’及びR’’は、出現毎に同一であるか又は異なり、H、D、アルキル、アルコキシ、エーテル、ポリエーテル、フルオロアルキル、アリール、アリールオキシ、ヘテロアリール、シリル、シロキサン、シロキシ、ゲルミル、重水素化アルキル、重水素化部分フッ素化アルキル、重水素化アルコキシ、重水素化エーテル、重水素化ポリエーテル、重水素化アリール、重水素化ヘテロアリール、重水素化シリル、重水素化シロキサン、重水素化シロキシ、及び重水素化ゲルミルからなる群から選択され、2つのR’基は、縮合環を形成する単結合をともに表すことができ、但し、任意の非H/D基は、ヒドロキシル、アルコール、アルコキシ、エーテル、アミン、アミド、エステル、カルボン酸、スルホン酸、ホスフェート、及びこれらの重水素化類似体からなる群から選択される官能基によって末端化されていてもよく、
mは1〜5の整数であり、
nは1〜5の整数であり、且つ、
oは2〜2000の整数である)を有するポリマーが提供される。
また、非-フッ素化酸ポリマーでドープされた本質的に電気導電性のポリマーを含む電気導電性ポリマー組成物が提供され、この場合に、電気導電性ポリマーは、式IIに由来する少なくとも1つのモノマー単位を有し、且つ、式II’
(式中、
Qは、出現毎に同一であるか又は異なり、S、PRo、Se、Te、O、P=O及びNRoからなる群から選択され、
oは、出現毎に同一であるか又は異なり、H、D、アルキル、重水素化アルキル、アリール、及び重水素化アリールからなる群から選択され、
Rは、H、D、アルキル、アルコキシ、エーテル、ポリエーテル、フルオロアルキル、アリール、アリールオキシ、ヘテロアリール、シリル、シロキサン、シロキシ、ゲルミル、重水素化アルキル、重水素化部分フッ素化アルキル、重水素化アルコキシ、重水素化エーテル、重水素化ポリエーテル、重水素化アリール、重水素化ヘテロアリール、重水素化シリル、重水素化シロキサン、重水素化シロキシ、及び重水素化ゲルミルからなる群から選択され、但し、Rが任意の非H/D基である場合、ヒドロキシル、アルコール、アルコキシ、エーテル、アミン、アミド、エステル、カルボン酸、スルホン酸、ホスフェート、及びこれらの重水素化類似体からなる群から選択される官能基によって末端化され、
R’及びR’’は、出現毎に同一であるか又は異なり、H、D、アルキル、アルコキシ、エーテル、ポリエーテル、フルオロアルキル、アリール、アリールオキシ、ヘテロアリール、シリル、シロキサン、シロキシ、ゲルミル、重水素化アルキル、重水素化部分フッ素化アルキル、重水素化アルコキシ、重水素化エーテル、重水素化ポリエーテル、重水素化アリール、重水素化ヘテロアリール、重水素化シリル、重水素化シロキサン、重水素化シロキシ、及び重水素化ゲルミルからなる群から選択され、2つのR’基は、縮合環を形成する単結合をともに表すことができ、但し、任意の非H/D基は、ヒドロキシル、アルコール、アルコキシ、エーテル、アミン、アミド、エステル、カルボン酸、スルホン酸、ホスフェート、及びこれらの重水素化類似体からなる群から選択される官能基によって末端化されていてもよく、
mは1〜5の整数であり、且つ、
nは1〜5の整数である)を有する。
別の実施形態においては、非フッ素化酸ポリマーでドープされた本質的に電気導電性のポリマーを含む電気導電性ポリマー組成物が提供され、この場合に、電気導電性ポリマーは、式IIに由来する少なくとも1つのモノマー単位を有する。
別の実施形態においては、組成物は、フッ素化酸ポリマーを更に含む。
別の実施形態においては、新規な電気導電性ポリマー組成物の水性分散液が提供される。
別の実施形態においては、新規な電気導電性ポリマー組成物を含むバッファー層が提供される。
別の実施形態においては、新規な電気導電性ポリマー組成物を含む少なくとも1つの層を含む電子デバイスが提供される。
実施形態は、本明細書に示される概念の理解を助けるために添付の図面において例示される。
本明細書に記載の新規な化合物又はポリマーを含む例示的な有機デバイスの図を含む。 本明細書に記載の新規な化合物又はポリマーを含む例示的な有機デバイスの図を含む。
図中の対象物は、簡潔に且つ明確にするために例示されたものであり、必ずしも縮図として描かれたものではないことは、当業者に明らかである。例えば、図中の対象物のいくつかの寸法は、実施形態の理解を深める一助となるように、他の対象物に対して誇張されている場合もある。
多くの態様及び実施形態が、前述されており、例示的なものに過ぎず、限定的なものではない。本明細書を読んだ後、当業者は、他の態様及び実施形態が、本発明の範囲から逸脱せずに可能であることを理解する。
任意の1つ以上の実施形態の他の特徴及び利点が、以下の詳細な説明から、及びクレームから明らかである。詳細な説明は、初めに、用語の定義及び説明、その後に、式Iを有するジヘテロアミン化合物、ジヘテロアミンポリマー、非フッ素化ポリマー酸、ドープされた電気導電性ポリマーの調製、フッ素化酸ポリマー、複合分散液の調製、バッファー層、電子デバイス、最後に実施例を扱う。
1.用語の定義及び説明
後述の実施形態の詳細を扱う前に、いくつかの用語が定義又は明らかにされる。
「用語の定義及び説明」で使用される場合、R、R’及びR’’、並びに他の任意の変数は、一般的な名称であり、式で定義されたものと同一又は異なる場合がある。
「酸ポリマー」という用語は、酸性基を有するポリマーを意味することを意図する。
「酸性基」という用語は、水素イオンをブレンステッド塩基に供与するためにイオン化することができる基を指す。
「隣接する」という用語は、置換基を指す場合、単結合又は多重結合でともに連結される炭素に結合される基を指す。例示的な隣接するR基を以下に示す:
「アルコール」という用語は、置換基を指す場合、基HOR−を意味することを意図し、ここでRはアルキル基である。
「アルケニル」という用語は、少なくとも1つの炭素−炭素二重結合を有する脂肪族炭化水素に由来する基を指し、置換又は非置換であってもよい直鎖状、分岐状、及び環状の基を含む。「ヘテロアルケニル」という用語は、アルケニル基中の1つ以上の炭素原子が、窒素、酸素、硫黄等などの、別の原子で置き換えられている、アルケニル基を意味することを意図する。「アルケニレン」という用語は、2つの結合点を有するアルケニル基を指す。
「アルキル」という用語は、脂肪族炭化水素に由来する基を意味することを意図し、直鎖状、分岐状、又は環状基を含む。化合物に「由来する」基は、1つのH又はDの除去によって形成される基を示す。いくつかの実施形態においては、アルキルは1〜20の炭素原子を有する。
「アルコキシ」という用語は、基RO−(式中、Rはアルキル基である)を意味することを意図する。
「アルキルセレノ」という用語は、基RSe−(式中、Rはアルキル基である)を意味することを意図する。
「アルキルシリル」という用語は、基RSi−(式中、Rはアルキル基である)を意味することを意図する。
「アルクチオ」という用語は、基RS−(式中、Rはアルキル基である)を意味することを意図する。
「水性」という用語は、かなりの量の水を有する液体を指し、一実施形態においては、少なくとも約40重量%の水、いくつかの実施形態においては、少なくとも約60重量%の水である。
「芳香族化合物」という用語は、4n+2非局在化パイ電子を有する少なくとも1つの不飽和環状基を含む有機化合物を意味することを意図する。
「アリール」という用語は、1つの結合点を有する芳香族炭化水素に由来する基を意味することを意図する。この用語は、単一の環を有する基、及び単結合によって連結することができる、又はともに融合することができる複数の環を有する基を含む。炭化水素アリール基は、環構造に炭素のみを有する。ヘテロアリール基は、環構造に少なくとも1つのヘテロ原子を有する。N−ヘテロアリール基は、環構造に少なくとも1つの窒素を有する。「アルキルアリール」という用語は、1つ以上のアルキル置換基を有するアリール基を意味することを意図する。
「アルコキシ」という用語は、基RO−(式中、Rはアリール基である)を意味することを意図する。
「分岐状アルキル」という用語は、結合点として少なくとも1つの第2級又は第3級炭素を有する脂肪族炭化水素に由来する基を意味することを意図する。第2級アルキル基は、構造
(式中、R基は、同一又は異なり、アルキル基であり、**は結合点を表す)を有する。第3級アルキル基は、構造
(式中、R基は、同一又は異なり、アルキル基であり、**は結合点を表す)を有する。1つ以上のR基に更なる分岐が存在することができる。
「バッファー層」又は「バッファー材料」という用語は、有機電子デバイスにおいて1つ以上の機能を有することができる電気導電性又は半導電性の層又は材料を指すことを意図し、これらに限定されるものではないが、下地層の平坦化、電荷輸送及び/又は電荷注入特性、酸素又は金属イオンなどの不純物の除去、並びに有機電子デバイスの性能を促進する又は向上させるための他の態様が挙げられる。
「電荷輸送」という用語は、層、材料、部材又は構造に言及している場合、このような層、材料、部材又は構造が、比較的効率良く且つ小さい電荷損失で、このような層、材料、部材又は構造の厚みを通したこのような電荷の移動を容易にすることを意味することを意図する。正孔輸送材料は正電荷を容易にし、電子輸送材料は負電荷を容易にする。発光材料も又いくつかの電荷輸送性質を有していてよいが、「電荷輸送層、材料、部材又は構造」という用語は、その一次機能が発光である層、材料、部材又は構造を含むように意図されていない。
「重水素化(されている)」という用語は、少なくとも1つの水素(「H」)がジュウテリウム(「D」)で置換されていることを意味することを意図する。「重水素化類似体」という用語は、1つ以上の利用可能な水素がジュウテリウムで置き換えられている化合物又は基の構造類似体を指す。重水素化化合物又は重水素化類似体中、ジュウテリウムは、天然存在度レベルの少なくとも100倍存在している。「%重水素化されている」又は「%重水素化」は、パーセントとして表される、プロトン+重陽子の合計に対する重陽子の比を意味することを意図する。「H/D」又は「D/H」という記号は、置換基がH又はDのいずれかであり得ることを示す。
「ドーパント」という用語は、ホスト材料を含む層中で、その層の電子的特性、或いは放射の放出、受容、又はフィルタリングの目標波長を、このような材料のない層の電子的特性、或いは放射の放出、受容、又はフィルタリングの波長に比べて変化させる材料を意味することを意図する。
「ドープされた」という用語は、電気導電性ポリマーを指すとき、電気導電性ポリマーが、電気導電性ポリマーにおける電荷を平衡させるためにポリマー対イオンを有することを意味することを意図する。
「ドープされた導電性ポリマー」という用語は、電気導電性ポリマー及びそれに付随するポリマー対イオンを意味することを意図する。
「電気導電」又は「電気導電性」という用語は、材料を指すとき、カーボンブラック又は導電性金属粒子を添加することなく、根本的に又は本質的に電気導電性であることができる材料を意味することを意図する。
置換基を指すとき「エーテル」という用語は、基R’OR−(式中、R及びR’は、同一又は異なり、アルキル又はアリール基である)を意味することを意図する。「ポリエーテル」は、基R’(OR’)xOR−(式中、R’は、出現毎に同一であるか又は異なり、xは1以上の整数である)を意味することを意図する。
「フッ素化酸ポリマー」という用語は、酸性プロトンを有する基を有し、ポリマーにおける炭素に結合した水素の少なくとも1つがフッ素で置き換えられているポリマーを指す。
「完全フッ素化」及び「ペルフッ素化」という用語は、互換的に用いられ、炭素に結合した利用可能な水素の全てがフッ素で置き換えられている化合物を指す。
「ゲルミル」という用語は、Rが、出現毎に同一であるか又は異なり、H、D、C1〜20アルキル、重水素化アルキル、フルオロアルキル、アリール、又は重水素化アリールである基R3Ge−を指す。
「ヘテロ」という接頭語は、1つ以上の炭素原子が、異なる原子で置き換えられていることを示す。いくつかの実施形態においては、異なる原子は、N、O、又はSである。
「ホスト材料」という用語は、ドーパントが添加されることができる、通常は層の形態における材料を意味することを意図する。ホスト材料は、電子的特性、或いは放射を放出、受容、又はフィルターする能力を有する場合も有さない場合もある。
「発光材料」、「放射材料」及び「放射体」という用語は、印加電圧によって活性化されたときに光を放出する材料(発光ダイオード又は発光電気化学セルなど)を意味することを意図する。
「層」という用語は、「フィルム」という用語と交換可能に使用され、所望の領域を覆うコーティングを指す。この用語は大きさによって限定されるものではない。この領域は、デバイス全体と同じくらい大きくても、或いは実際の表示装置など特定の機能領域と同じくらい小さくても、或いは単一のサブピクセルと同じくらい小さくてもかまわない。層及びフィルムは、蒸着、液体蒸着(連続技術及び不連続技術)、及び熱転写を含め、従来の任意の蒸着技術で形成できる。連続蒸着技術としては、これらに限定されるものではないが、スピンコーティング、グラビアコーティング、カーテンコーティング、浸漬コーティング、スロットダイコーティング、吹付けコーティング、及び連続ノズルコーティング又は印刷が挙げられる。不連続蒸着技術としては、これらに限定されるものではないが、インクジェット印刷、グラビア印刷、及びスクリーン印刷が挙げられる。
「有機電子デバイス」又は場合には単に「電子デバイス」という用語は、1つ以上の有機半導体層又は材料を含むデバイスを意味することを意図する。
「光活性」という用語は、印加電圧によって活性化される時に発光する(発光ダイオード又は化学セルでのような)、光子の吸収後に発光する(ダウンコンバート燐光体デバイスでのような)、或いは輻射エネルギーに応答し印加バイアス電圧を使用して又は使用せずに信号を生成する(光検出器又は光起電力セルでのような)材料又は層を指す。
「ポリマー」という用語は、少なくとも2つの繰り返し単位を有するポリマー又はオリゴマーを指す。この用語には、モノマー単位の1種類のみ又は種を有するホモポリマー、及び異なる種のモノマー単位から形成されるコポリマーを含む2つ以上の異なるモノマー単位を有するコポリマーが含まれる。「本質的に導電性の」という用語は、カーボンブラック又は導電性金属粒子を添加することなく電気導電性を有することができる材料を指す。
「シリル」という用語は、基R3Si−(式中、Rは、出現毎に同一であるか又は異なり、H、D、C1〜20アルキル、重水素化アルキル、フルオロアルキル、アリール、又は重水素化アリールである)を指す。いくつかの実施形態においては、Rアルキル基における1つ以上の炭素は、Siで置き換えられる。
「末端化」、「末端の」又は「末端化された」という用語は、これ以上炭素鎖が伸長しない官能基を指す。
全ての基は置換されていなくても置換されていてもよい。置換基は以下で説明される。以下に示されるように置換基の結合が1つ以上の環を貫通する構造において、
置換基Rが1つ以上の環上の任意の利用可能な位置で結合していてもよいことが意味される。
「非H/D基」は、単一のH又はDではない任意の置換基である。
本明細書において、特に明示的に述べられない、又は使用に関連して反対に示されない限り、本明細書の主題の実施形態が、ある特定の特徴又は要素を含む、包含する、含有する、有する、それらからなる、或いはそれらによって又はそれらから構成されると述べられる又は記載される場合、明示的に述べられた又は記載されたものに加えて1つ以上の特徴又は要素が実施形態で存在してもよい。本明細書の開示された主題の代わりの実施形態が、ある特定の特徴又は要素から本質的になると記載され、この実施形態においては、操作の原理又は実施形態の際立った特性を実質的に変更する特徴及び要素はそこに存在しない。本明細書の記載された主題の更なる代わりの実施形態が、ある特定の特徴又は要素からなると記載され、この実施形態においては、又はその実態のない変形形態では、具体的に述べられた又は記載された特徴又は要素のみが存在する。
また、「a」又は「an」の使用は、本明細書に記載された要素及び成分を記載するために使用される。これは便宜上、及び本発明の範囲の一般的な意味を与えるためのみである。この記述は、1つ又は少なくとも1つを含むと解釈されなければならず、また、それが別の意味を有することが明らかでない限り、単数は複数を含む。
元素の周期表の縦列に相当する族番号が、CRC Handbook of Chemistry and Physics,81stEdition(2000〜2001年)に見られるように「新表記法」規約を使用する。
他に定義されない限り、本明細書に使用される全ての技術用語及び科学用語は、本発明が属する技術分野の当業者によって一般に理解されるものと同一の意味を有する。本明細書に記載されるものと同様の又は同等な方法及び材料を本発明の実施形態の実施又は試験において使用することができるが、適切な方法及び材料は、以下に記載される。更に、材料、方法、及び実施例は例示にすぎず、限定的であることを意図しない。
本明細書に記載されていない範囲まで、特定の材料、処理動作、及び回路に関する多くの詳細は、従来のものであり、有機発光ダイオードディスプレイ、光検出器、光起電力セル、及び半導体部材技術のテキスト及び他の情報源に見出すことができる。
2.式Iを有するジヘテロアミン化合物
本明細書に記載の新規なジヘテロアミン化合物は、式I
(式中、
Qは、出現毎に同一であるか又は異なり、S、PRo、Se、Te、O、P=O及びNRoからなる群から選択され、
oは、出現毎に同一であるか又は異なり、H、D、アルキル、重水素化アルキル、アリール、及び重水素化アリールからなる群から選択され、
Rは、H、D、アルキル、アルコキシ、エーテル、ポリエーテル、フルオロアルキル、アリール、アリールオキシ、ヘテロアリール、シリル、シロキサン、シロキシ、ゲルミル、重水素化アルキル、重水素化部分フッ素化アルキル、重水素化アルコキシ、重水素化エーテル、重水素化ポリエーテル、重水素化アリール、重水素化ヘテロアリール、重水素化シリル、重水素化シロキサン、重水素化シロキシ、及び重水素化ゲルミルからなる群から選択され、但し、Rが任意の非H/D基である場合、ヒドロキシル、アルコール、アルコキシ、エーテル、アミン、アミド、エステル、カルボン酸、スルホン酸、ホスフェート、及びこれらの重水素化類似体からなる群から選択される官能基によって末端化され、
R’、R’’、及びR’’’は、出現毎に同一であるか又は異なり、H、D、アルキル、アルコキシ、エーテル、ポリエーテル、フルオロアルキル、アリール、アリールオキシ、ヘテロアリール、シリル、シロキサン、シロキシ、ゲルミル、重水素化アルキル、重水素化部分フッ素化アルキル、重水素化アルコキシ、重水素化エーテル、重水素化ポリエーテル、重水素化アリール、重水素化ヘテロアリール、重水素化シリル、重水素化シロキサン、重水素化シロキシ、及び重水素化ゲルミルからなる群から選択され、2つのR’基は、縮合環を形成する単結合をともに表すことができ、但し、任意の非H/D基は、ヒドロキシル、アルコール、アルコキシ、エーテル、アミン、アミド、エステル、カルボン酸、スルホン酸、ホスフェート、及びこれらの重水素化類似体からなる群から選択される官能基によって末端化されていてもよく、
yは0〜4の整数であり、且つ、
zは0〜4の整数である)を有する。
式Iのいくつかの実施形態においては、化合物は重水素化される。いくつかの実施形態においては、化合物は少なくとも10%重水素化されており、いくつかの実施形態においては、少なくとも20%重水素化されており、いくつかの実施形態においては、少なくとも30%重水素化されており、いくつかの実施形態においては、少なくとも40%重水素化されており、いくつかの実施形態においては、少なくとも50%重水素化されており、いくつかの実施形態においては、少なくとも60%重水素化されており、いくつかの実施形態においては、少なくとも70%重水素化されており、いくつかの実施形態においては、少なくとも80%重水素化されており、いくつかの実施形態においては、少なくとも90%重水素化されており、いくつかの実施形態においては、100%重水素化されている。
式Iのいくつかの実施形態においては、Q=Sである。
式Iのいくつかの実施形態においては、Q=PRoである。
式Iのいくつかの実施形態においては、Q=Seである。
式Iのいくつかの実施形態においては、Q=Teである。
式Iのいくつかの実施形態においては、Q=Oである。
式Iのいくつかの実施形態においては、Q=P=Oである。
式Iのいくつかの実施形態においては、Q=NRoであり、Roは、H及びDからなる群から選択される。
式Iのいくつかの実施形態においては、Q=NRoであり、Roは、アルキル及び重水素化アルキルからなる群から選択される。
式Iのいくつかの実施形態においては、Q=NRoであり、Roは、アリール及び重水素化アリールからなる群から選択される。
式Iのいくつかの実施形態においては、全てのQは同一である。
式Iのいくつかの実施形態においては、Qは互いに異なる。
式Iのいくつかの実施形態においては、Rは、H及びDからなる群から選択される。
式Iのいくつかの実施形態においては、Rは、アルキル、アルコキシ、フルオロアルキル、重水素化アルキル、重水素化部分フッ素化アルキル、及び重水素化アルコキシからなる群から選択される。
式Iのいくつかの実施形態においては、Rは、アリール、アリールオキシ、ヘテロアリール、重水素化アリール、重水素化アリールオキシ、及び重水素化ヘテロアリールからなる群から選択される。
式Iのいくつかの実施形態においては、Rは、シリル、シロキサン、シロキシ、重水素化シリル、重水素化シロキサン、及び重水素化シロキシからなる群から選択される。
式Iのいくつかの実施形態においては、Rは、ゲルミル及び重水素化ゲルミルからなる群から選択される。
式Iのいくつかの実施形態においては、Rは、ヒドロキシルで末端化された非H/D基である。
式Iのいくつかの実施形態においては、Rは、エーテルで末端化された非H/D基である。
式Iのいくつかの実施形態においては、Rは、アルコキシ基で末端化された非H/D基である。
式Iのいくつかの実施形態においては、Rは、アルコールで末端化された非H/D基である。
式Iのいくつかの実施形態においては、Rは、アミンで末端化された非H/D基である。
式Iのいくつかの実施形態においては、Rは、アミドで末端化された非H/D基である。
式Iのいくつかの実施形態においては、Rは、エステルで末端化された非H/D基である。
式Iのいくつかの実施形態においては、Rは、カルボン酸で末端化された非H/D基である。
式Iのいくつかの実施形態においては、Rは、スルホン酸で末端化された非H/D基である。
式Iのいくつかの実施形態においては、Rは、ホスフェートで末端化された非H/D基である。
式Iのいくつかの実施形態においては、R’及びR’’は、同一又は異なり、H及びDからなる群から選択される。
式Iのいくつかの実施形態においては、R’は、H及びDからなる群から選択される。
式Iのいくつかの実施形態においては、R’は、1〜8の炭素原子を有するアルキル及びその重水素化類似体からなる群から選択される。
式Iのいくつかの実施形態においては、R’及びR’’は、同一又は異なり、アルキル、アルコキシ、フルオロアルキル、重水素化アルキル、重水素化部分フッ素化アルキル及び重水素化アルコキシからなる群から選択される。
式Iのいくつかの実施形態においては、R’及びR’’は、同一又は異なり、アリール、アリールオキシ、ヘテロアリール、重水素化アリール、重水素化アリールオキシ及び重水素化ヘテロアリールからなる群から選択される。
式Iのいくつかの実施形態においては、R’及びR’’は、同一又は異なり、シリル、シロキサン、シロキシ、重水素化シリル、重水素化シロキサン及び重水素化シロキシからなる群から選択される。
式Iのいくつかの実施形態においては、R’及びR’’は、同一又は異なり、ゲルミル及び重水素化ゲルミルからなる群から選択される。
式Iのいくつかの実施形態においては、R’及びR’’は、同一又は異なり、ヒドロキシルで末端化された非H/D基である。
式Iのいくつかの実施形態においては、R’及びR’’は、同一又は異なり、エーテルで末端化された非H/D基である。
式Iのいくつかの実施形態においては、R’及びR’’は、同一又は異なり、アルコキシ基で末端化された非H/D基である。
式Iのいくつかの実施形態においては、R’及びR’’は、同一又は異なり、アルコールで末端化された非H/D基である。
式Iのいくつかの実施形態においては、R’及びR’’は、同一又は異なり、アミンで末端化された非H/D基である。
式Iのいくつかの実施形態においては、R’及びR’’は、同一又は異なり、アミドで末端化された非H/D基である。
式Iのいくつかの実施形態においては、R’及びR’’は、同一又は異なり、エステルで末端化された非H/D基である。
式Iのいくつかの実施形態においては、R’及びR’’は、同一又は異なり、カルボン酸で末端化された非H/D基である。
式Iのいくつかの実施形態においては、R’及びR’’は、同一又は異なり、スルホン酸で末端化された非H/D基である。
式Iのいくつかの実施形態においては、R’及びR’’は、同一又は異なり、ホスフェートで末端化された非H/D基である。
式Iのいくつかの実施形態においては、R’’は、H又はDである。
式Iのいくつかの実施形態においては、R’’は、アルキル、アルコキシ、フルオロアルキル、重水素化アルキル、重水素化部分フッ素化アルキル、及び重水素化アルコキシからなる群から選択される。
式Iのいくつかの実施形態においては、R’’は、アリール、アリールオキシ、ヘテロアリール、重水素化アリール、重水素化アリールオキシ、及び重水素化ヘテロアリールからなる群から選択される。
式Iのいくつかの実施形態においては、R’’は、シリル、シロキサン、シロキシ、重水素化シリル、重水素化シロキサン、及び重水素化シロキシからなる群から選択される。
式Iのいくつかの実施形態においては、R’’は、ゲルミル及び重水素化ゲルミルからなる群から選択される。
式Iのいくつかの実施形態においては、R’’は、ヒドロキシルで末端化された非H/D基である。
式Iのいくつかの実施形態においては、R’’は、アルコキシ基で末端化された非H/D基である。
式Iのいくつかの実施形態においては、R’’は、エーテルで末端化された非H/D基である。
式Iのいくつかの実施形態においては、R’’は、アルコールで末端化された非H/D基である。
式Iのいくつかの実施形態においては、R’’は、アミンで末端化された非H/D基である。
式Iのいくつかの実施形態においては、R’’は、アミドで末端化された非H/D基である。
式Iのいくつかの実施形態においては、R’’は、エステルで末端化された非H/D基である。
式Iのいくつかの実施形態においては、R’’は、カルボン酸で末端化された非H/D基である。
式Iのいくつかの実施形態においては、R’’は、スルホン酸で末端化された非H/D基である。
式Iのいくつかの実施形態においては、R’’は、ホスフェートで末端化された非H/D基である。
式Iのいくつかの実施形態においては、R’’’は、H又はDである。
式Iのいくつかの実施形態においては、R’’’は、アルキル、アルコキシ、フルオロアルキル、重水素化アルキル、重水素化部分フッ素化アルキル、及び重水素化アルコキシからなる群から選択される。
式Iのいくつかの実施形態においては、R’’’は、アリール、アリールオキシ、ヘテロアリール、重水素化アリール、重水素化アリールオキシ、及び重水素化ヘテロアリールからなる群から選択される。
式Iのいくつかの実施形態においては、R’’’は、シリル、シロキサン、シロキシ、重水素化シリル、重水素化シロキサン、及び重水素化シロキシからなる群から選択される。
式Iのいくつかの実施形態においては、R’’’は、ゲルミル及び重水素化ゲルミルからなる群から選択される。
式Iのいくつかの実施形態においては、R’’’は、ヒドロキシルで末端化された非H/D基である。
式Iのいくつかの実施形態においては、R’’’は、アルコキシ基で末端化された非H/D基である。
式Iのいくつかの実施形態においては、R’’’は、エーテルで末端化された非H/D基である。
式Iのいくつかの実施形態においては、R’’’は、アルコールで末端化された非H/D基である。
式Iのいくつかの実施形態においては、R’’’は、アミンで末端化された非H/D基である。
式Iのいくつかの実施形態においては、R’’’は、アミドで末端化された非H/D基である。
式Iのいくつかの実施形態においては、R’’’は、エステルで末端化された非H/D基である。
式Iのいくつかの実施形態においては、R’’’は、カルボン酸で末端化された非H/D基である。
式Iのいくつかの実施形態においては、R’’’は、スルホン酸で末端化された非H/D基である。
式Iのいくつかの実施形態においては、R’’’は、ホスフェートで末端化された非H/D基である。
式Iのいくつかの実施形態においては、カルバゾリル基は存在しない。
式Iのいくつかの実施形態においては、y=0である。
式Iのいくつかの実施形態においては、y=1である。
式Iのいくつかの実施形態においては、y=2である。
式Iのいくつかの実施形態においては、y=3である。
式Iのいくつかの実施形態においては、y=4である。
式Iのいくつかの実施形態においては、z=0である。
式Iのいくつかの実施形態においては、z=1である。
式Iのいくつかの実施形態においては、z=2である。
式Iのいくつかの実施形態においては、z=3である。
式Iのいくつかの実施形態においては、z=4である。
式Iのいくつかの実施形態においては、y+z=1である。
式Iのいくつかの実施形態においては、R’基は縮合環を形成する単結合をともに表し、化合物は式I−a
(式中、Q、R、R’’、R’’’、y及びzは、式Iにおいて定義される通りである)を有する。式IにおけるQ、R、R’’、R’’’、y及びzの前述の実施形態の全ては、式I−aに等しく適用される。
式Iのいくつかの実施形態においては、y=z=0であり、化合物は、式I’
(式中、Q、R、R’及びR’’は、式Iにおいて定義される通りである)を有する。式IにおけるQ、R、R’及びR’’の前述の実施形態の全ては、式I’に等しく適用される。
式Iのいくつかの実施形態においては、y=z=0であり、R’基は縮合環を形成する単結合をともに表し、化合物は、式I’−a
(式中、Q、R、及びR’’は、式Iにおいて定義される通りである)を有する。式IにおけるQ、R、及びR’’の前述の実施形態の全ては、式I’−aに等しく適用される。
相互に排他的でない限り、式I、式I−a、式I’及び式I’−aの前述の実施形態のいずれかは、1つ以上の他の実施形態と組み合わせることができる。例えば、QがSである実施形態は、Rがカルボン酸で末端化されたアルキル基であり、R’=R’’=アリールである実施形態と組み合わせることができる。同じことが、上に記載された他の互いに矛盾しない実施形態についても言える。当業者は、いずれの実施形態が互いに矛盾するか理解でき、その結果、本出願により予期される実施形態の組み合わせを容易に決定できるであろう。
式Iの化合物は、ハロゲン含有チオフェンと第1級アミンのカップリングによる遷移金属で触媒されたC−N形成経路を用いて作製することができる。合成経路の例を以下に示す:
重水素化前駆材料を使用して同様な方法で、又は、より一般的には、トリフルオロメタンスルホン酸、三塩化アルミニウム又は二塩化エチルアルミニウムなど、ルイス酸H/D交換触媒の存在下でベンゼン−d6などの重水素化溶媒で非重水素化化合物を処理することによって、重水素化化合物を調製することができる。
更なる例示的な調製物が実施例において示される。
式Iを有する化合物のいくつかの非限定的な例が以下に示される。
3.ジヘテロアミンポリマー
いくつかの実施形態においては、本明細書に記載の新規なジヘテロアミンポリマーは、式II
(式中、
Qは、出現毎に同一であるか又は異なり、S、PRo、Se、Te、O、P=O及びNRoからなる群から選択され、
oは、出現毎に同一であるか又は異なり、H、D、アルキル、重水素化アルキル、アリール、及び重水素化アリールからなる群から選択され、
Rは、H、D、アルキル、アルコキシ、エーテル、ポリエーテル、フルオロアルキル、アリール、アリールオキシ、ヘテロアリール、シリル、シロキサン、シロキシ、ゲルミル、重水素化アルキル、重水素化部分フッ素化アルキル、重水素化アルコキシ、重水素化エーテル、重水素化ポリエーテル、重水素化アリール、重水素化ヘテロアリール、重水素化シリル、重水素化シロキサン、重水素化シロキシ、及び重水素化ゲルミルからなる群から選択され、但し、Rが任意の非H/D基である場合、ヒドロキシル、アルコール、アルコキシ、エーテル、アミン、アミド、エステル、カルボン酸、スルホン酸、ホスフェート、及びこれらの重水素化類似体からなる群から選択される官能基によって末端化され、
R’及びR’’は、出現毎に同一であるか又は異なり、H、D、アルキル、アルコキシ、エーテル、ポリエーテル、フルオロアルキル、アリール、アリールオキシ、ヘテロアリール、シリル、シロキサン、シロキシ、ゲルミル、重水素化アルキル、重水素化部分フッ素化アルキル、重水素化アルコキシ、重水素化エーテル、重水素化ポリエーテル、重水素化アリール、重水素化ヘテロアリール、重水素化シリル、重水素化シロキサン、重水素化シロキシ、及び重水素化ゲルミルからなる群から選択され、2つのR’基は、縮合環を形成する単結合をともに表すことができ、但し、任意の非H/D基は、ヒドロキシル、アルコール、アルコキシ、エーテル、アミン、アミド、エステル、カルボン酸、スルホン酸、ホスフェート、及びこれらの重水素化類似体からなる群から選択される官能基によって末端化されていてもよく、
mは1〜5の整数であり、
nは1〜5の整数であり、且つ、
oは2〜2000の整数である)を有する。
本明細書で使用される場合、「式II’’を有するジヘテロアミンポリマー」という用語は、式IIによって定義される、繰り返し単位又はモノマーに基づく化合物を示すことが意図される。このようなポリマーにおけるアミノ窒素は、R=H又はDとなるように置換されていない場合、ヒドロキシル、アルコール、アルコキシ、エーテル、アミン、アミド、エステル、カルボン酸、スルホン酸、及びホスフェートからなる群から選択される官能基で末端化されたRで置換される。このような末端官能基の存在は、R基の残りにおける可変的な可能性と組み合わせて、式IIを有するジヘテロアミンポリマーに、様々な条件下で最適な物理的及び電子的特性を示すバッファー層の調製のために最適化され得る水溶解性における可変性を与える。更に、式IIを有するジヘテロアミンポリマーに基づいて構築されたバッファー層は、他のバッファー層と比較して酸素に対するより大きな安定性を示す。
前述のセクション2における式IのQ、R、R’及びR’’について同定された全ての実施形態は、式IIにおける同一単位に等しく適用される。
また、式IIのいくつかの実施形態においては、m=1である。
式IIのいくつかの実施形態においては、m=2である。
式IIのいくつかの実施形態においては、m=3である。
式IIのいくつかの実施形態においては、m=4である。
式IIのいくつかの実施形態においては、m=5である。
式IIのいくつかの実施形態においては、n=1である。
式IIのいくつかの実施形態においては、n=2である。
式IIのいくつかの実施形態においては、n=3である。
式IIのいくつかの実施形態においては、n=4である。
式IIのいくつかの実施形態においては、n=5である。
式IIのいくつかの実施形態においては、o=2である。
式IIのいくつかの実施形態においては、o=3〜5である。
式IIのいくつかの実施形態においては、o=6〜10である。
式IIのいくつかの実施形態においては、o>10である。
式IIのいくつかの実施形態においては、o=10〜2000である。
式IIのいくつかの実施形態において、o>100である。
式IIのいくつかの実施形態においては、o=100〜2000である。
式IIのいくつかの実施形態においては、o=1000〜2000である。
式IIのいくつかの実施形態においては、カルバゾリル基は存在しない。
式IIのいくつかの実施形態においては、R’基は縮合環を形成する単結合をともに表し、ポリマーは、式II−a
(式中、oは、式IIにおいて定義され、Q、R、R’’、R’’’、y及びzは、式Iにおいて定義される通りである)を有する。式IIにおけるoの、及び式IにおけるQ、R、R’’、R’’’、y及びzの前述の実施形態の全ては、式II−aに等しく適用される。
式IIのいくつかの実施形態においては、ポリマーはホモポリマーである。
式II−aのいくつかの実施形態においては、ポリマーはホモポリマーである。
いくつかの実施形態においては、ジヘテロアミンポリマーは、式IIに由来する少なくとも1つのモノマー単位を有し、且つ、式II’
(式中、Q、R、R’、R’’、m及びnは、式IIにおいて定義される通りである)を有するコポリマーである。式IIにおけるQ、R、R’、R’’、m及びnの前述の実施形態の全ては、式II’に等しく適用される。
式IIのいくつかの実施形態においては、R’基は縮合環を形成する単結合をともに表し、ポリマーは、式II’−a
(式中、Q、R、R’’、R’’’、y及びzは、式II−aにおいて定義される通りである)を有する。式II−aにおけるQ、R、R’’、R’’’、y及びzの前述の実施形態の全ては、式II−aに等しく適用される。
1つ以上のコモノマーの正確な組成は、ジヘテロアミンコポリマーの所望の特性及び意図される使用に依存する。いくつかの実施形態においては、適切なコモノマーは、炭化水素芳香族化合物及びヘテロ芳香族化合物に由来する。例示的なモノマーとしては、これらに限定されるものではないが、ナフタレン、アントラセン、フルオレン、フェナントレン、トリフェニレン、チオフェン、ベンゾチオフェン、ピロール、カルバゾール、トリアリールアミン、これらの置換誘導体、及びこれらの重水素化類似体からなる群に由来するモノマーが挙げられる。
式II又は式II−aの前述の実施形態のいずれかは、互いに矛盾しない限り、1つ以上の他の実施形態と組み合わせることができる。例えば、QがSである実施形態は、Rがカルボン酸で末端化されたアルキル基であり、m=n=1である実施形態と組み合わせることができる。同じことが、前述に記載された他の互いに矛盾しない実施形態についても言える。当業者は、いずれの実施形態が互いに矛盾するか理解でき、その結果、本出願により予期される実施形態の組み合わせを容易に決定できるであろう。
同様に、式II’又は式II’−aの前述の実施形態のいずれかは、互いに矛盾しない限り、1つ以上の他の実施形態と組み合わせることができる。
式IIのポリマーは、ポリマーII−1(下記)の場合について例示したように調製することができる。
重水素化前駆材料を使用して同様な方法で、又は、より一般的には、トリフルオロメタンスルホン酸、三塩化アルミニウム又は二塩化エチルアルミニウムなど、ルイス酸H/D交換触媒の存在下でベンゼン−d6などの重水素化溶媒で非重水素化化合物を処理することによって、重水素化ポリマーを調製することができる。
更なる例示的な調製物が実施例において示される。
式IIを有するポリマーのいくつかの非限定的な例が以下に示される。
ポリマーII−2のいくつかの実施形態においては、m=n=1である。
ポリマーII−5のいくつかの実施形態においては、m=n=1である。
4.非フッ素化ポリマー酸
式IIを有するポリマーをドープすることができる任意の非フッ素化ポリマー酸を使用することができる。
ポリチオフェン、ポリアニリン及びポリピロールなどの電気導電性ポリマーとのこのような酸の使用は、当技術分野において周知である。酸性基の例としては、これらに限定されるものではないが、カルボン酸基、スルホン酸基、スルホンイミド基、リン酸基、ホスホン酸基、及びこれらの組み合わせが挙げられる。酸性基は、全て同一であることができ、又はポリマーは、2つ以上の種類の酸性基を有することができる。
一実施形態においては、酸は、非フッ素化ポリマースルホン酸である。酸のいくつかの非限定的な例は、ポリ(スチレンスルホン酸)(「PSSA」)、ポリ(2−アクリルアミド−2−メチル−1−プロパンスルホン酸)(「PAAMPSA」)、及びこれらの混合物である。
存在する非フッ素化ポリマー酸の量は、一般的に、電気導電性ポリマーの電荷を相殺するのに必要な量よりも過剰である。いくつかの実施形態においては、モル当量の電気導電性ポリマーに対する非フッ素化ポリマー酸の当量の酸の比は、1〜5の範囲である。
5.ドープされた電気導電性ポリマーの調製
新規な電気導電性ポリマー組成物は、非フッ素化酸ポリマーの存在下で前駆体ジヘテロアミン化合物の化学重合によって調製されて分散液を形成する。任意選択により、分散液のpHを調整することができる。
或いは、基材における電気導電性ポリマーのフィルムは、非フッ素化酸ポリマーの存在下で前駆体モノマーの電気化学的重合によって形成することができる。
(i)化学重合
一実施形態においては、電気導電性ポリマー組成物は、非フッ素化酸ポリマーの存在下で前駆体ジヘテロアミン化合物の酸化重合によって形成される。一実施形態においては、前駆体ジヘテロアミン化合物は、1種類の導電性前駆体モノマーを含む。一実施形態においては、ジヘテロアミン化合物は、2つ以上の異なる導電性前駆体モノマーを含む。一実施形態においては、ジヘテロアミン化合物は、構造A−B−Cを有する中間前駆体モノマーを含み、この場合に、A及びCは、同一又は異なることができるジヘテロアミン化合物を表し、Bは、非導電性前駆体モノマーを表す。一実施形態においては、中間前駆体モノマーは、1つ以上の導電性前駆体モノマーと重合される。
一実施形態においては、酸化重合は、均質な水溶液で行われる。別の実施形態においては、酸化重合は、水と有機溶媒のエマルジョンで行われる。一般的には、酸化剤及び/又は触媒の適切な溶解性を得るために、いくらかの水が存在する。過硫酸アンモニウム、過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウム等などの酸化剤を使用することができる。また、塩化第二鉄又は硫酸第二鉄などの触媒が、存在することができる。得られた重合生成物は、フッ素化酸ポリマーでドープされた電気導電性ポリマーの溶液、分散液、又はエマルジョンである。一実施形態においては、電気導電性ポリマーは、正に帯電しており、電荷は、非フッ素化酸性ポリマーアニオンによって平衡がとられている。
一実施形態においては、重合は、水と混和性の共分散液体の存在下で行われる。適切な共分散液体の例としては、これらに限定されるものではないが、エーテル、アルコール、アルコールエーテル、環状エーテル、ケトン、ニトリル、スルホキシド、アミド、及びこれらの組み合わせが挙げられる。一実施形態においては、共分散液体はアルコールである。一実施形態においては、共分散液体は、n−プロパノール、イソプロパノール、t−ブタノール、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド、N−メチルピロリドン、及びこれらの混合物から選択される有機溶媒である。一般的には、共分散液体の量は、約60体積%未満でなければならない。一実施形態においては、共分散液体の量は、約30体積%未満である。一実施形態においては、共分散液体の量は、5〜50体積%である。重合に共分散液体を使用することにより、粒子サイズが著しく減少し、分散液の濾過性が改善される。更に、このプロセスによって得られたバッファー材料は、粘度の増加を示し、これらの分散液から調製されたフィルムは高品質である。
共分散液体は、プロセスの任意の時点で反応混合物に添加することができる。
一実施形態においては、重合は、ブレンステッド酸である共酸の存在下で行われる。酸は、HCl、硫酸等などの無機酸、又は、酢酸又はp−トルエンスルホン酸などの有機酸であり得る。或いは、酸は、前述のように、ポリ(スチレンスルホン酸)、ポリ(2−アクリルアミド−2−メチル−1−プロパンスルホン酸等、又は第2のフッ素化酸ポリマーなどの水溶性ポリマー酸であり得る。酸の組み合わせを使用することができる。
共酸は、酸化剤又は前駆体モノマーが添加される前に、最後に添加されるいずれの時点でも、プロセスの任意の時点で反応混合物に添加することができる。一実施形態においては、共酸は、前駆体モノマー及び非フッ素化酸ポリマーの両方の前に添加され、最後に酸化剤が添加される。一実施形態においては、前駆体モノマーの添加の前、共酸を添加し、その後、非フッ素化酸ポリマーを添加し、最後に酸化剤を添加する。
一実施形態においては、重合は、共分散液体と共酸の両方の存在下で行われる。
一実施形態においては、初めに、反応容器に、水、アルコール共分散剤及び無機共酸の混合物を入れる。これに、前駆体モノマー、非フッ素化酸ポリマーの水溶液又は分散液、及び酸化剤が順番に添加される。酸化剤は、混合物を不安定化させる可能性がある高イオン濃度の局部的な領域の形成を防ぐためにゆっくりと滴下する。別の実施形態においては、酸化剤及び前駆体モノマーは、制御された速度で別々に且つ同時に反応混合物に注入される。混合物を撹拌し、次いで反応を制御された温度で進行させる。重合が完了した時、反応混合物を強酸カチオン樹脂で処理し、撹拌し、濾過し、次いで塩基性アニオン交換樹脂で処理し、撹拌し、濾過する。前述に記載したように、別の添加の順序を使用することができる。
電気導電性ポリマーを作製する方法において、全前駆体モノマーに対する酸化剤のモル比は、一般的に、0.1〜2.0の範囲であり、一実施形態においては、0.4〜1.5である。全前駆体モノマーに対する非フッ素化酸ポリマーのモル比は、一般的に0.2〜5の範囲である。一実施形態においては、この比は、1〜4の範囲である。全体の固形分は、一般的には、重量パーセントで約1.0%〜10%の範囲であり、一実施形態においては約2%〜4.5%の範囲である。反応温度は、一般的には、約4℃℃〜50℃の範囲であり、一実施形態においては、約20℃〜35℃の範囲である。前駆体モノマーに対する任意の共酸のモル比は、約0.05〜4である。酸化剤の添加時間は、粒子サイズ及び粘度に影響を及ぼす場合がある。いくつかの実施形態においては、添加速度を遅くすることによって粒子サイズを減少させることができる。また、並行して、添加速度を遅くすることによって粘度が低下する。いくつかの実施形態においては、反応時間は、約10分〜約30時間の範囲である。
(ii)pH調整
合成されると、ドープされた導電性ポリマーの水性分散液は、一般的には、非常に低いpHを有する。一実施形態においては、pHは、デバイスの特性に悪影響を与えることなく、より高い値に調整される。一実施形態においては、分散液のpHを約1.5〜約4に調整する。一実施形態においては、pHは3〜4に調整される。pHは、公知の技術、例えば、イオン交換又は塩基性水溶液による滴定により調整することができることが判明した。
一実施形態においては、重合反応の完了後、分解された種、副反応生成物、及び未反応モノマーを除去するのに適した条件下で、合成時の水性分散液を少なくとも1つのイオン交換樹脂と接触させ、pHを調整し、こうして所望のpHを有する安定な水性分散液を生成する。一実施形態においては、合成時の水性分散液を、第1のイオン交換樹脂及び第2のイオン交換樹脂と任意の順序で接触させる。合成時の水性分散液は、第1及び第2のイオン交換樹脂の両方で同時に処理することができ、又は一方で次いで他方で順次処理することができる。
イオン交換は、流動媒体(水性分散液など)におけるイオンが、流動媒体に不溶性である非移動性固体粒子に結合した同様に荷電したイオンと交換される可逆的な化学反応である。「イオン交換樹脂」という用語は、全てのこのような物質を指すために本明細書で使用される。樹脂は、イオン交換基が結合しているポリマー支持体の架橋性質のために不溶性にされる。イオン交換樹脂は、カチオン交換体又はアニオン交換体に分類される。カチオン交換体は、交換のために利用可能な正に帯電した移動イオン、典型的にはナトリウムイオンなどのプロトン又は金属イオンを有する。アニオン交換体は、負に帯電した交換可能なイオン、典型的には水酸化物イオンを有する。いくつかの実施形態においては、弱塩基性イオン交換樹脂を使用することができる。
一実施形態においては、第1のイオン交換樹脂は、プロトン性形態であり得る、カチオン酸交換樹脂である。第2のイオン交換樹脂は、塩基性アニオン交換樹脂である。一実施形態においては、第1のイオン交換樹脂は、塩基性アニオン交換樹脂であり、第2のイオン交換樹脂は、プロトン性イオン、又は、金属イオン、典型的にはナトリウムイオンの形態であり得るカチオン酸交換樹脂である。
プロトン交換樹脂を含む酸性カチオン及び塩基性アニオン交換樹脂の両方が、本発明の実施に使用することが考えられる。一実施形態においては、酸性カチオン交換樹脂は、スルホン酸カチオン交換樹脂などの無機酸カチオン交換樹脂である。本発明の実施に使用することが考えられるスルホン酸カチオン交換樹脂としては、例えば、スルホン化スチレン−ジビニルベンゼンコポリマー、スルホン化架橋スチレンポリマー、フェノール−ホルムアルデヒド−スルホン酸樹脂、ベンゼン−ホルムアルデヒド−スルホン酸樹脂、及びこれらの混合物が挙げられる。別の実施形態においては、酸性カチオン交換樹脂は、カルボン酸、アクリル又はリンカチオン交換樹脂などの有機酸カチオン交換樹脂である。更に、異なるカチオン交換樹脂の混合物を使用することができる。
別の実施形態においては、塩基性アニオン交換樹脂は、第3級アミンアニオン交換樹脂である。本発明の実施に使用することが考えられる第3級アミンアニオン交換樹脂としては、例えば、第3級アミノ化スチレン−ジビニルベンゼンコポリマー、第3級アミノ化架橋スチレンポリマー、第3級アミノ化フェノール−ホルムアルデヒド樹脂、第3級アミン化ベンゼン−ホルムアルデヒド樹脂、及びこれらの混合物が挙げられる。更なる実施形態においては、塩基性アニオン交換樹脂は、第4級アミンアニオン交換樹脂、又はこれらと他の交換樹脂との混合物である。
第1及び第2のイオン交換樹脂は、合成時の水性分散液と同時に又は連続して接触することができる。例えば、一実施形態においては、両方の樹脂を、合成時の電気導電性ポリマーの水性分散液に同時に添加し、少なくとも約1時間、例えば、約2時間〜約20時間、分散液と接触させたままにする。次いで、イオン交換樹脂を濾過により分散液から除去することができる。フィルターのサイズは、比較的大きなイオン交換樹脂粒子が除去され、より小さい分散粒子が通過するように選択される。理論に束縛されることを望まないが、イオン交換樹脂は、重合を停止させ、イオン性及び非イオン性不純物及びほとんどの未反応モノマーを合成時の水性分散液から効果的に除去すると考えられる。更に、塩基性アニオン交換樹脂及び/又は酸性カチオン交換樹脂は、酸性部位をより塩基性にし、分散液のpHを上昇させる。一般的には、新規の電気導電性ポリマー組成物のグラム当たり約1〜5グラムのイオン交換樹脂が使用される。
多くの場合、塩基性イオン交換樹脂を使用してpHを所望のレベルに調整することができる。いくつかの場合、pHを、水酸化ナトリウム、水酸化アンモニウム、水酸化テトラメチルアンモニウム等の水溶液などの塩基性水溶液で更に調整することができる。
別の実施形態においては、新規の電気導電性ポリマー組成物の水性分散液に高導電性添加剤を添加することにより、より導電性の分散液が形成される。比較的高いpHを有する分散液を形成することができることから、導電性添加剤、特に金属添加剤は、分散液の酸によって攻撃されない。適切な導電性添加剤の例としては、これらに限定されるものではないが、金属粒子及びナノ粒子、ナノワイヤー、カーボンナノチューブ、グラファイト繊維又は粒子、炭素粒子、及びこれらの組み合わせが挙げられる。
(iii)電気化学的重合
電気導電性ポリマーを形成するための電解重合技術は、当技術分野において周知である。典型的には、反応溶媒、ポリマー支持電解質及びモノマーを含む一分画セルが使用される。非フッ素化酸ポリマーは、支持電解質として機能する。従来の装置は、作用電極及び対向電極を含む。いくつかの場合、参照電極も存在する。適切な作用電極材料としては、白金、金の金属シート、ガラスにおける錫酸化物、ガラスにおけるインジウム錫酸化物、又はポリマーの蓄積及び付着を可能にし、電気重合条件下で電気化学的に腐食又は損傷しない他の電極材料が挙げられる。作用電極は、形状又は構成が異なることができるが、平坦な電極がその上にポリマーフィルムを作製するのに好ましい。対向電極は、白金、ステンレス鋼、又は他の適切な材料であり得る。参照電極は、水性飽和カロメル電極又は銀/硝酸銀参照電極であり得る。電解重合は、作用電極と対向電極の間に電位差を印加することによって開始することができる。いくつかの実施形態においては、電位差は1〜5ボルトである。
6.フッ素化酸ポリマー
いくつかの実施形態においては、電気導電性ポリマー組成物は、フッ素化酸ポリマーを更に含む。フッ素化酸ポリマーは、フッ素化され、酸性プロトンを有する基を有する任意のポリマーであり得る。本明細書で使用される場合、「フッ素化」という用語は、炭素に結合した少なくとも1つの水素がフッ素で置き換えられていることを意味する。この用語は、部分フッ素化材料及び完全フッ素化材料を含む。一実施形態においては、フッ素化酸ポリマーは高度にフッ素化される。「高度にフッ素化される」という用語は、炭素に結合した利用可能な水素の少なくとも50%がフッ素で置き換えられていることを意味する。いくつかの実施形態においては、炭素に結合した利用可能な水素の少なくとも75%がフッ素で置き換えられている。酸性プロトンを有する基は、以降、「酸性基」と称される。一実施形態においては、酸性基は、3未満のpKaを有する。一実施形態においては、酸性基は、0未満のpKaを有する。一実施形態においては、酸性基は、−5未満のpKaを有する。酸性基は、ポリマー骨格に直接結合することができ、又はポリマー骨格上の側鎖に結合することができる。酸性基の例としては、これらに限定されるものではないが、カルボン酸基、スルホン酸基、スルホンイミド基、リン酸基、ホスホン酸基、及びこれらの組み合わせが挙げられる。酸性基は全て同一であることができ、又はポリマーは2種類以上の酸性基を有することができる。
一実施形態においては、フッ素化酸ポリマーは、水溶性である。一実施形態においては、フッ素化酸ポリマーは、水に分散可能である。
一実施形態においては、フッ素化酸ポリマーは、有機溶媒湿潤性である。「有機溶媒湿潤性」という用語は、フィルムに成形されたときに有機溶剤により湿潤性である材料を指す。また、この用語は、単独でフィルム形成性ではなく、湿潤性である電気導電性ポリマー組成物を形成するポリマー酸を含む。一実施形態においては、湿潤性材料は、40°以下の接触角を有するフェニルヘキサンにより湿潤性であるフィルムを形成する。接触角を測定する方法は周知である。
一実施形態においては、ポリマー骨格はフッ素化されている。適切なポリマー骨格の例としては、これらに限定されるものではないが、ポリオレフィン、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリイミド、ポリアミド、ポリアラミド、ポリアクリルアミド、ポリスチレン、及びこれらのコポリマーが挙げられる。一実施形態においては、ポリマー骨格は、高度にフッ素化される。一実施形態においては、ポリマー骨格は、完全フッ素化される。
一実施形態においては、酸性基は、スルホン酸基及びスルホンイミド基から選択される。スルホンイミド基は、式:
−SO2−NH−SO2−R
(式中、Rはアルキル基である)を有する。
一実施形態においては、酸性基は、フッ素化側鎖にある。一実施形態においては、フッ素化側鎖は、アルキル基、アルコキシ基、アミド基、エーテル基、及びこれらの組み合わせから選択される。
一実施形態においては、フッ素化酸ポリマーは、ペンダントのフッ素化エーテルスルホネート、フッ素化エステルスルホネート、又はフッ素化エーテルスルホンイミド基を有するフッ素化オレフィン骨格を有する。一実施形態においては、ポリマーは、1,1−ジフルオロエチレンと2−(1,1−ジフルオロ−2−(トリフルオロメチル)アリルオキシ)−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホン酸とのコポリマーである。一実施形態においては、ポリマーは、エチレンと2−(2−(1,2,2−トリフルオロビニルオキシ)−1,1,2,3,3,3−ヘキサフルオロプロポキシ)−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホン酸とのコポリマーである。これらのコポリマーは、対応するスルホニルフルオライドポリマーとして作製することができ、次いでスルホン酸型に変換することができる。
一実施形態においては、フッ素化酸ポリマーは、フッ素化及び部分スルホン化ポリ(アリーレンエーテルスルホン)のホモポリマー又はコポリマーである。コポリマーは、ブロックコポリマーであり得る。コモノマーの例としては、これらに限定されるものではないが、ブタジエン、ブチレン、イソブチレン、スチレン、及びこれらの組み合わせが挙げられる。
一実施形態においては、フッ素化酸ポリマーは、VIIaの式VII
(式中、
bは、1〜5の整数であり、
13は、OH、又はNHR14であり、且つ、
14は、アルキル、フルオロアルキル、スルホニルアルキル、又はスルホニルフルオロアルキルである)を有するモノマーのホモポリマー又はコポリマーである。
一実施形態においては、モノマーは、以下に示す「SFS」又は「SFSI」である。
重合後、ポリマーを酸の形態に変換することができる。
一実施形態においては、フッ素化酸ポリマーは、酸性基を有するトリフルオロスチレンのホモポリマー又はコポリマーである。一実施形態においては、トリフルオロスチレンモノマーは、式VIII
(式中、
Wは、(CF2b、O(CF2b、S(CF2b、(CF2bO(CF2bから選択され、
bは、独立して、1〜5の整数であり、
13は、OH、又はNHR14であり、且つ、
14は、アルキル、フルオロアルキル、スルホニルアルキル、又はスルホニルフルオロアルキルである)を有する。
一実施形態においては、フッ素化酸ポリマーは、式IX
(式中、
fは、フッ素化アルキレン、フッ素化ヘテロアルキレン、フッ素化アリーレン、及びフッ素化ヘテロアリーレンから選択され、且つ、
nは少なくとも4である)を有するスルホンイミドポリマーである。
式IXの一実施形態においては、Rfは、ペルフルオロアルキル基である。一実施形態においては、Rfは、ペルフルオロブチル基である。一実施形態においては、Rfは、エーテル酸素を含む。一実施形態においては、nは10より大きい。
一実施形態においては、フッ素化酸ポリマーは、フッ素化ポリマー骨格及び式X:
(式中、
15は、フッ素化アルキレン基又はフッ素化ヘテロアルキレン基であり、
16は、フッ素化アルキル基又はフッ素化アリール基であり、且つ、
aは、0又は1〜4の整数である)を有する側鎖を含む。
一実施形態においては、フッ素化酸ポリマーは、式XI:
(式中、
16は、フッ素化アルキル基又はフッ素化アリール基であり、
cは、独立して0又は1〜3の整数であり、且つ、
nは少なくとも4である)を有する。
フッ素化酸ポリマーの合成は、例えば、A.Feiring et al.,J.Fluorine Chemistry 2000,105,129−135、A.Feiring et al.,Macromolecules 2000,33,9262−9271、D.D.Desmarteau,J.Fluorine Chem.1995,72,203−208、A.J.Appleby et al.,J.Electrochem.Soc.1993,140(1),109−111、及びDesmarteau,米国特許第5,463,005号明細書に記載されている。
一実施形態においては、フッ素化酸ポリマーは、構造(XII)
(式中、dは、0、1、又は2であり、
17〜R20は、独立して、H、ハロゲン、1〜10の炭素原子のアルキル又はアルコキシ、Y、C(Rf’)(Rf’)OR21、R4Y、又はOR4Yであり、
Yは、COE2、SO22、又はスルホンイミドであり、
21は、水素又は酸不安定保護基であり、
f’は、出現毎に同一であるか又は異なり、1〜10の炭素原子のフルオロアルキル基であり、又は、(CF2e(式中、eは2〜10である)をともにとり、
4は、アルキレン基であり、
2は、OH、ハロゲン、又はOR5であり、且つ、
5は、アルキル基であり、
但し、R17〜R20の少なくとも1つは、Y、R4Y、又はOR4Yである)を有するエチレン性不飽和化合物に由来する少なくとも1つの繰り返し単位を含む。
4、R5、及びR17〜R20は、ハロゲン又はエーテル酸素で任意選択により置換されていてもよい。
構造(XII)の代表的なモノマーのいくつかの例示的であるが非限定的な例を、以下に示す:
(式中、R21は、第3級カチオン、より典型的には1〜20の炭素原子のアルキル基、最も典型的にはt−ブチルを形成、又はこれらに転位することができる基である)。
d=0である構造(XII)の化合物、構造(XII−a)は、以下の方程式に示されるように、構造(XIII)の不飽和化合物と四環系シクロアルカン(テトラシクロ[2.2.1.02,63,5]ヘプタン)との付加環化反応によって調製されることができる。
反応は、ジエチルエーテルなどの不活性溶媒の非存在下又は存在下で、約0℃〜約200℃、より典型的には約30℃〜約150℃の範囲の温度で実施することができる。1つ以上の試薬又は溶媒の沸点以上で行われる反応では、典型的には、揮発性成分の損失を避けるために密閉反応器が使用される。当技術分野において知られているように、より高いdの値(即ちd=1又は2)を有する構造(XII)の化合物は、d=0を有する構造(XII)の化合物をシクロペンタジエンと反応させることにより調製することができる。
一実施形態においては、また、フッ素化酸ポリマーは、エチレン性不飽和炭素に結合した少なくとも1つのフッ素原子を含む少なくとも1つのエチレン性不飽和化合物に由来する繰り返し単位を含む。フルオロオレフィンは、2〜20の炭素原子を含む。代表的なフルオロオレフィンとしては、これらに限定されるものではないが、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、クロロトリフルオロエチレン、フッ化ビニリデン、フッ化ビニル、ペルフルオロ−(2,2−ジメチル−1,3−ジオキソール)、ペルフルオロ−(2−メチレン−4−メチル−1,3−ジオキソラン)、CF2=CFO(CF2)tCF=CF2(式中、tは1又は2であり、Rf’’OCF=CF2であり、Rf’’は1〜約10の炭素原子の飽和フルオロアルキル基である)が挙げられる。一実施形態においては、コモノマーは、テトラフルオロエチレンである。
一実施形態においては、フッ素化酸ポリマーは、シロキサンスルホン酸を含むペンダント基を有するポリマー骨格を含む。一実施形態においては、シロキサンペンダント基は、以下の式
−OaSi(OH)b-a22 3-b23fSO3
(式中、
aは1〜bであり、
bは1〜3であり、
22は、アルキル、アリール及びアリールアルキルからなる群から独立して選択される非加水分解性基であり、
23は、1つ以上のエーテル酸素原子で置換されていてもよい二座アルキレン基であり、但し、R23は、SiとRfの間に線状に配置された少なくとも2つの炭素原子を有し、且つ、
fは、1つ以上のエーテル酸素原子で置換されていてもよいペルフルオロアルキレン基である)を有する。
一実施形態においては、ペンダントのシロキサン基を有するフッ素化酸ポリマーは、フッ素化骨格を有する。一実施形態においては、骨格はペルフッ素化されている。
一実施形態においては、フッ素化酸ポリマーは、フッ素化骨格、及び式(XIV)
−Og−[CF(Rf 2)CF−Ohi−CF2CF2SO3H (XIV)
(式中、Rf 2は、F、又は1つ以上のエーテル酸素原子で置換された又は非置換の1〜10の炭素原子を有するペルフルオロアルキル基であり、h=0又は1、i=0〜3、及びg=0又は1である)で表されるペンダント基を有する。
一実施形態においては、フッ素化酸ポリマーは、式(XV)

一実施形態においては、Q1は、Hであり、k≧0であり、Q2は、Fであり、Connollyらの米国特許第3,282,875号明細書の教示に従って合成することができる。別の好ましい実施形態においては、Q1はHであり、Q2はHであり、g=0であり、Rf 2はFであり、h=1、及びi−1であり、同時係属出願番号60/105,662号の教示に従って合成することができる。Drysdaleらの国際公開第9831716(A1)号パンフレット、及び同時係属米国出願Choiらの国際公開第99/52954(A1)号パンフレット、及び60/176,881号の様々な教示に従って、更に他の実施形態を合成することができる。
一実施形態においては、フッ素化酸ポリマーは、コロイド形成ポリマー酸である。本明細書で使用される場合、「コロイド形成」という用語は、水に不溶性であり、水性媒体に分散したときにコロイドを形成する材料を指す。コロイド形成ポリマー酸は、典型的には、約10,000〜約4,000,000の範囲の分子量を有する。一実施形態においては、ポリマー酸は、約100,000〜約2,000,000の分子量を有する。コロイド粒子サイズは、典型的には、2ナノメートル(nm)〜約140nmの範囲である。一実施形態においては、コロイドは、2nm〜約30nmの粒子サイズを有する。酸性プロトンを有する任意のコロイド形成ポリマー材料を使用することができる。一実施形態においては、コロイド形成フッ素化ポリマー酸は、カルボキシル基、スルホン酸基、及びスルホンイミド基から選択される酸性基を有する。一実施形態においては、コロイド形成フッ素化ポリマー酸は、ポリマースルホン酸である。一実施形態においては、コロイド形成ポリマースルホン酸は、ペルフッ素化される。一実施形態においては、コロイド形成ポリマースルホン酸は、ペルフルオロアルキレンスルホン酸である。
一実施形態においては、コロイド形成ポリマー酸は、高フッ素化スルホン酸ポリマー(「FSAポリマー」)である。「高フッ素化」とは、ポリマーのハロゲン原子及び水素原子の総数の少なくとも約50%が、フッ素原子であり、一実施形態においては、少なくとも約75%であり、別の実施形態においては、少なくとも約90%であることを意味する。一実施形態においては、ポリマーはペルフッ素化される。「スルホネート官能基」(又は単に「スルホネート」)という用語は、スルホン酸基又はスルホン酸基の塩のいずれかを指し、一実施形態においては、アルカリ金属又はアンモニウム塩を指す。官能基は、式:−SO3E5(式中、E5は、カチオンであり、「対イオン」としても知られている)で表される。E5は、H、Li、Na、K、又はN(R1)(R2)(R3)(R4)、及びR1、R2、R3であり得、R4は、同一又は異なり、一実施形態においては、H、CH3又はC25である。別の実施形態においては、E5はHであり、この場合、ポリマーは「酸形態」であると言われる。また、E5は、Ca++及びAl+++などのイオンによって表されるように、多価であり得る。一般的にはMx+として表される多価対イオンの場合、対イオン当たりのスルホネート官能基の数は、原子価「x」に等しくなることは、当業者に明らかである。
一実施形態においては、FSAポリマーは、骨格に結合した繰り返し側鎖を有するポリマー骨格を含み、側鎖はカチオン交換基を有する。ポリマーは、2つ以上のモノマーのホモポリマー又はコポリマーを含む。コポリマーは、典型的には、非官能性モノマー、及びカチオン交換基又はその前駆体を有する第2のモノマー、例えば、その後加水分解してスルホネート官能基にすることができるスルホニルフルオライド基(−SO2F)から形成される。例えば、第1のフッ素化ビニルモノマーと、スルホニルフルオライド基(−SO2F)を有する第2のフッ素化ビニルモノマーとのコポリマーを使用することができる。可能な第1のモノマーとしては、テトラフルオロエチレン(TFE)、ヘキサフルオロプロピレン、フッ化ビニル、フッ化ビニリデン、トリフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレン、ペルフルオロ(アルキルビニルエーテル)、及びこれらの組み合わせが挙げられる。TFEが、好ましい第1のモノマーである。
他の実施形態においては、可能な第2のモノマーは、スルホネート官能基を有するフッ素化ビニルエーテル、又はポリマーにおける所望の側鎖を提供することができる前駆体基を含む。エチレン、プロピレン、及びR−CH=CH2(式中、Rは、1〜10の炭素原子のペルフッ素化アルキル基である)を含む更なるモノマーは、必要に応じてこれらのポリマーに組み込むことができる。ポリマーは、本明細書において、ランダムコポリマーと称されるタイプであることができ、これは、コモノマーの相対濃度が、ポリマー鎖に沿ったモノマー単位の分布が、それらの相対濃度及び相対反応性に一致するように、コモノマーの相対濃度ができるだけ一定に保たれる重合によって作製されたコポリマーである。また、重合の過程でモノマーの相対濃度を変動させることにより作製されるランダム性がより少ないコポリマーが使用されることができる。また、欧州特許出願第1,026,152A1号明細書に開示されているようなブロックコポリマーと称されるタイプのポリマーを使用することができる。
一実施形態においては、FSAポリマーは、高フッ素化炭素骨格、一実施形態においては、ペルフッ素化炭素骨格、並びに式
−(O−CF2CFRf 3a−O−CF2CFRf 4SO35
(式中、Rf3及びRf 4は、F、Cl、又は1〜10の炭素原子を有するペルフッ素化アルキル基から独立して選択され、a=0、1、又は2であり、E5は、H、Li、Na、K、又はN(R1)(R2)(R3)(R4)であり、R1、R2、R3、及びR4は、同一又は異なり、一実施形態においてはH、CH3又はC2H5である)で表される側鎖を含む。別の実施形態においては、E5はHである。前述のように、また、E5は多価であり得る。
一実施形態においては、FSAポリマーは、例えば、米国特許第3,282,875号明細書及び米国特許第4,358,545号明細書及び米国特許第4,940,525号明細書に開示されているポリマーを含む。好ましいFSAポリマーの例は、ペルフルオロ炭素骨格、及び式
−O−CF2CF(CF3)−O−CF2CF2SO35
(式中、Xは前述で定義された通りである)で表される側鎖を含む。このタイプのFSAポリマーは、米国特許第3,282,875号明細書に開示されており、テトラフルオロエチレン(TFE)、及びペルフッ素化ビニルエーテルCF2=CF−O−CF2CF(CF3)−O−CF2CF2SO2F、ペルフルオロ(3,6−ジオキサ−4−メチル−7−オクテンスルホニルフルオライド)(PDMOF)を共重合し、続いて、スルホニルフルオライド基の加水分解によりスルホネート基に変換し、必要に応じてイオン交換して所望のイオン形態に変換することにより作製することができる。米国特許第4,358,545号明細書及び米国特許第4,940,525号明細書に開示されているタイプのポリマーの例は、側鎖−O−CF2CF2SO35(式中、E5は前述で定義された通りである)を有する。このポリマーは、テトラフルオロエチレン(TFE)、及びペルフッ素化ビニルエーテルCF2=CF−O−CF2CF2SO2F、ペルフルオロ(3−オキサ−4−ペンテンスルホニルフルオライド)(POPF)を共重合し、続いて、加水分解し必要に応じて更にイオン交換することにより作製することができる。
一実施形態においては、FSAポリマーは、約33未満のイオン交換比を有する。この用途では、「イオン交換比」又は「IXR」は、カチオン交換基に対するポリマー骨格における炭素原子の数として定義される。約33未満の範囲内で、IXRは、特定の用途に所望されるように変動することができる。一実施形態においては、IXRは約3〜約33であり、別の実施形態においては、約8〜約23である。
ポリマーのカチオン交換容量は、当量(EW)の単位で表されることが多い。この用途の目的において、当量(EW)は、1当量の水酸化ナトリウムを中和するのに必要な酸形態のポリマーの重量であると定義される。ポリマーがペルフルオロ炭素骨格を有し、側鎖が−O−CF2−CF(CF3)−O−CF2−CF2−SO3H(又はその塩)であるスルホネートポリマーの場合には、約8〜約23のIXRに相当する当量範囲は、約750EW〜約1500EWである。このポリマーのIXRは、式:50IXR+344=EWを用いて当量に関連付けられることができる。同じIXR範囲が、米国特許第4,358,545号明細書及び第4,940,525号明細書に開示されているスルホネートポリマー、例えば、側鎖−O−CF2CF2SO3H(又はその塩)を有するポリマーに使用される場合、カチオン交換基を含むモノマー単位の分子量がより低いため、当量はやや低くなる。約8〜約23の好ましいIXR範囲については、対応する当量範囲は、約575EW〜約1325EWである。このポリマーのIXRは、式:50IXR+178=EWを用いて当量に関連付けられることができる。
FSAポリマーは、コロイド状水性分散液として調製することができる。また、他の媒体中における分散液の形態であり得、その例としては、これらに限定されるものではないが、アルコール、テトラヒドロフランなどの水溶性エーテル、水溶性エーテルの混合物、及びこれらの組み合わせが挙げられる。分散液の作製において、ポリマーは、酸の形態で使用することができる。米国特許第4,433,082号明細書、米国特許第6,150,426号明細書、及び国際公開第03/006537号パンフレットは、水性アルコール分散液の作製方法を開示している。分散液が作製された後、濃度及び分散液組成は、当技術分野で公知の方法によって調整されることができる。
安定なコロイドが形成される限り、FSAポリマーを含むコロイド形成ポリマー酸の水性分散液は、典型的には、可能な限り小さな粒子サイズ及び可能な限り小さなEWを有する。
FSAポリマーの水性分散液は、E.I.Du Pont de Nemours and Company(Wilmington、DE)のNafion(登録商標)分散液として入手可能である。
前述したポリマーのいくつかは、例えば、塩、エステル、又はフッ化スルホニルなどの非酸形態において形成することができる。これらは、以下に記載する導電性組成物の調製において酸形態に変換される。
7.複合分散液の調製
(a)非フッ素化ポリマー酸でドープされたジヘテロアミンポリマー及び(b)フッ素化酸ポリマー(「FAP」)の水性分散液は、本明細書において、新規の電気導電性ポリマーの複合分散液と称される。ジヘテロアミンポリマーは、式IIに由来する少なくとも1つのモノマー単位を有する。いくつかの実施形態においては、ジヘテロアミンポリマーは、式IIを有するホモポリマーである。
複合分散液は、最初にドープされたジヘテロアミンポリマーを形成し、次いでFAPを添加することによって調製される。FAPは、初めに、水性液体に溶解又は分散させることができる。
FAPは、FAPと非フッ素化ポリマー酸との酸当量比が少なくとも0.2である量で存在する。いくつかの実施形態においては、この比は、2.0以下である。
いくつかの実施形態においては、pHは、FAPの添加後に増加する。pHは、添加剤添加の前に、カチオン交換樹脂及び/又は塩基樹脂で処理することによって調製することができる。いくつかの実施形態においては、pHは、塩基性水溶液の添加によって調整される。塩基のカチオンは、これらに限定されるものではないが、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アンモニウム、及びアルキルアンモニウムであり得る。いくつかの実施形態においては、アルカリ土類金属カチオンよりもアルカリ金属が好ましい。
いくつかの実施形態においては、ドープされたジヘテロアミンポリマー及びFAPの分散液は、他の水溶性又は分散性材料とブレンドされる。添加することができる材料のタイプの例としては、これらに限定されるものではないが、ポリマー、染料、コーティング助剤、有機及び無機の導電性インク及びペースト、電荷輸送材料、架橋剤、並びにこれらの組み合わせが挙げられる。他の水溶性又は分散性材料は、単純な分子又はポリマーであり得る。
本明細書に記載の複合水性分散液は、フィルムに形成することができる。フィルムは、連続的及び不連続的な技術を含む任意の液体蒸着技術を用いて作製することができる。連続蒸着技術としては、これらに限定されるものではないが、スピンコーティング、グラビアコーティング、カーテンコーティング、浸漬コーティング、スロットダイコーティング、吹付けコーティング、及び連続ノズルコーティングが挙げられる。不連続蒸着技術としては、これらに限定されるものではないが、インクジェット印刷、グラビア印刷、及びスクリーン印刷が挙げられる。
8.バッファー層
本発明の別の実施形態においては、本明細書に記載の新規な電気導電性ポリマー組成物を含むバッファー層が提供される。いくつかの実施形態においては、バッファー層は、式IIに由来する少なくとも1つのモノマー単位を有し非フッ素化酸ポリマーでドープされた電気導電性ポリマーから本質的になる。いくつかの実施形態においては、バッファー層は、(a)式IIに由来する少なくとも1つのモノマー単位を有し非フッ素化酸ポリマーでドープされた電気導電性ポリマー、及び(b)フッ素化酸ポリマーから本質的になる。
新規な電気導電性ポリマー組成物の水性分散液から作製された乾燥フィルムは、一般的には水に再分散できない。従って、バッファー層は、複数の薄層として形成することができる。更に、バッファー層は、損傷を受けることなく、異なる水溶性又は水分散性材料の層で上塗りすることができる。
別の実施形態においては、他の水溶性又は水分散性材料とブレンドされた新規な導電性ポリマー組成物を含む水性分散液から蒸着されたバッファー層が提供される。添加することができる材料のタイプの例としては、これらに限定されるものではないが、ポリマー、染料、コーティング助剤、有機及び無機の導電性インク及びペースト、電荷輸送材料、架橋剤、及びこれらの組み合わせが挙げられる。他の水溶性又は水分散性材料は、単純な分子又はポリマーであることができる。
9.電子デバイス
本発明の別の実施形態においては、2つの電気接触層の間に配置された少なくとも1つの電気活性層を含む電子デバイスが提供され、このデバイスは更に新規のバッファー層を含む。層又は材料を指すときの「電気活性」という用語は、電子又は電気放射特性を示す層又は材料を意味することを意図する。電気活性層材料は、放射を放出する場合がある、又は放射を受容するときに電子−正孔対の濃度の変化を示す場合がある。
図1に示すように、典型的なデバイス100は、アノード層110、バッファー層120、電気活性層130、及びカソード層150を有する。カソード層150に隣接して、任意の電子注入/輸送層140がある。
デバイスは、アノード層110又はカソード層150に隣接し得る支持体又は基材(図示せず)を含むことができる。最も頻繁には、支持体は、アノード層110に隣接している。支持体は、柔軟性又は剛性、有機又は無機であり得る。支持体材料の例としては、これらに限定されるものではないが、ガラス、セラミック、金属、及びプラスチックフィルムが挙げられる。
アノード層110は、カソード層150と比較してより効率的に正孔を注入する電極である。アノードは、金属、混合金属、合金、金属酸化物又は混合酸化物を含む材料を含むことができる。適切な材料としては、第2族元素の混合酸化物(即ち、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Ra)、第11族元素、第4,5及び6族元素、及び第8〜10族遷移元素が挙げられる。アノード層110が光透過性である場合、インジウム錫酸化物などの第12、13及び14族元素の混合酸化物を使用することができる。本明細書で使用される場合、「混合酸化物」という語句は、第2族元素、又は第12、13又は14族元素から選択される2つ以上の異なるカチオンを有する酸化物を指す。アノード層110の材料のいくつかの非限定的な具体例にとしては、これらに限定されるものではないが、インジウム錫酸化物(「ITO」)、インジウム亜鉛酸化物、アルミニウム錫酸化物、金、銀、銅及びニッケルが挙げられる。また、アノードは、有機材料、特に、「Flexible light−emitting diodes made from soluble conducting polymer,「Nature vol.357,pp 477 479(11 June 1992)」に記載される例示的な材料を含むポリアニリンなどの電気導電性ポリマーを含むことができる。アノード及びカソードの少なくとも1つは、発生された光を観察することができるように少なくとも部分的に透明であるのがよい。
アノード層110は、化学蒸着プロセス又は物理蒸着プロセス又はスピンキャストプロセスによって形成することができる。化学気相蒸着は、プラズマ強化化学気相成長法(「PECVD」)又は金属有機化学気相成長法(「MOCVD」)として実施することができる。物理的気相蒸着は、イオンビームスパッタリング、並びに、電子ビーム蒸発及び抵抗蒸発を含む全ての形態のスパッタリングを含むことができる。物理気相蒸着の特定の形態は、rfマグネトロンスパッタリング及び誘導結合プラズマ物理蒸着(「IMP−PVD」)を含む。これらの蒸着技術は、半導体製造技術分野において周知である。
一実施形態においては、アノード層110は、リソグラフィ操作中にパターン化される。パターン化は、所望に応じて変動することができる。層は、例えば、第1の電気接触層材料を塗布する前に、第1の可撓性複合バリア構造体にパターン化されたマスク又はレジストを配置することによって、パターンで形成することができる。或いは、層は、全体的な層(ブランケット蒸着物とも称される)として塗布され、続いて、例えば、パターン化されたレジスト層及び湿式化学的又は乾式エッチング技術を用いてパターン化される。当技術分野で周知の他のパターン化プロセスも使用することができる。
バッファー層120は、本明細書に記載の新規な電気導電性ポリマー組成物を含む。いくつかの実施形態においては、バッファー層は、本明細書に記載の新規な電気導電性ポリマー組成物から本質的になる。層は、当業者に周知の様々な技術を使用して形成することができる。いくつかの実施形態においては、層は、前述の液体蒸着技術のいずれかを使用して、本明細書に記載されるような新規な電気導電性ポリマー組成物の水性分散液の蒸着によって形成される。
バッファー層120と電気活性層130の間には、図示しない任意の層が存在することができる。この層は、正孔輸送材料を含むことができる。
正孔輸送材料の例は、例えば、Y.WangによるKirk- Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, Fourth Edition, Vol.18, p.837-860, 1996に要約されている。正孔輸送分子及びポリマーの両方を使用することができる。一般的に使用される正孔輸送分子としては、これらに限定されるものではないが、4,4’,4’’−トリス(N,N−ジフェニル−アミノ)−トリフェニルアミン(TDATA)、4,4’,4’’−トリス(N−3−メチルフェニル−N−フェニル−アミノ)−トリフェニルアミン(MTDATA)、N,N’−ジフェニル−N,N’−ビス(3−メチルフェニル)−[1,1’−ビフェニル]−4,4’−ジアミン(TPD)、1,1−ビス[(ジ−4−トリルアミノ)フェニル]シクロヘキサン(TAPC)、N,N’−ビス(4−メチルフェニル)−N,N’−ビス(4−エチルフェニル)−[1,1’−(3,3’−ジメチル)ビフェニル]−4,4’−ジアミン(ETPD)、テトラキス−(3−メチルフェニル)−N,N,N’,N’−2,5−フェニレンジアミン(PDA)、α−フェニル−4−N,N−ジフェニルアミノスチレン(TPS)、p−(ジエチルアミノ)ベンズアルデヒドジフェニルヒドラゾン(DEH)、トリフェニルアミン(TPA)、ビス[4−(N,N−ジエチルアミノ)−2−メチルフェニル](4−メチルフェニル)メタン(MPMP)、1−フェニル−3−[p−(ジエチルアミノ)スチリル]−5−[p−(ジエチルアミノ)フェニル]ピラゾリン(PPR又はDEASP)、1,2−トランス−ビス(9H−カルバゾール9−イル)シクロブタン(DCZB)、N,N,N’,N’−テトラキス(4−メチルフェニル)−(1,1’−ビフェニル)−4,4’−ジアミン(TTB)、N,N’−ビス(ナフタレン−1−イル)−N,N’−ビス−(フェニル)ベンジジン(α−NPB)、及びポルフィリン化合物、例えば銅フタロアシアニンが挙げられる。一般的に使用される正孔輸送ポリマーとしては、これらに限定されるものではないが、ポリビニルカルバゾール、(フェニルメチル)ポリシラン、ポリ(ジオキシチオフェン)、ポリアニリン、及びポリピロールが挙げられる。また、前述したものなどの正孔輸送分子をポリスチレン及びポリカーボネートなどのポリマー中にドープすることによって正孔輸送ポリマーを得ることができる。いくつかの場合、トリアリールアミンポリマー、特にトリアリールアミン−フルオレンコポリマーが使用される。いくつかの場合、ポリマー及びコポリマーは架橋性である。架橋性正孔輸送ポリマーの例は、例えば、米国特許出願公開第2005−0184287号明細書及びPCT出願公開国際公開第2005/052027号パンフレットに見出すことができる。いくつかの実施形態においては、正孔輸送層は、テトラフルオロ−テトラシアノキノジメタン及びペリレン−3,4,9,10−テトラカルボン酸−3,4,9,10−二無水物などのp型ドーパントでドープされる。
デバイスの用途に応じて、電気活性層130は、印加電圧(発光ダイオード又は発光電気化学セルにおいてなど)によって活性化される発光層、印加されたバイアス電圧の有無にかかわらず(光検出器においてなど)放射エネルギーに対応し信号を生成する材料の層であることができる。一実施形態においては、電気活性材料は、有機エレクトロルミネッセンス(「EL」)材料である。これらに限定されるものではないが、小分子有機螢光化合物、螢光及び燐光金属錯体、共役ポリマー、及びこれらの混合物などの任意のEL材料をデバイスにおいて使用することができる。蛍光化合物の例としては、これらに限定されるものではないが、ナフタレン、アントラセン、クリセン、ピレン、テトラセン、キサンテン、ペリレン、クマリン、ローダミン、キナクリドン、ルブレン、これらの誘導体、及びこれらの混合物が挙げられる。金属錯体の例としては、これらに限定されるものではないが、金属キレート化オキシノイド化合物、例えばトリス(8−ヒドロキシキノラト)アルミニウム(Alq3);シクロ金属化イリジウム及び白金エレクトロルミネセンス化合物、例えば、Petrovらの米国特許第6,670,645号明細書及びPCT出願公開国際公開第03/063555号パンフレット及び国際公開第2004/016710号パンフレットに開示されるような、イリジウムとフェニルピリジン、フェニルキノリン、又はフェニルピリミジン配位子との錯体、並びに例えば、PCT出願公開国際公開第03/008424号パンフレット、国際公開第03/091688号パンフレット、及び国際公開第03/040257号パンフレットに記載される有機金属錯体、及びこれらの混合物が挙げられる。電荷保持ホスト材料及び金属錯体を含むエレクトロルミネッセンス発光層は、Thompsonらによる米国特許第6,303,238号明細書及びBurrows及びThompsonによる、国際公開第00/70655号パンフレット及び、国際公開第01/41512号パンフレットに記載されている。共役ポリマーの例としては、これらに限定されるものではないが、ポリ(フェニレンビニレン)、ポリフルオレン、ポリ(スピロビフルオレン)、ポリチオフェン、ポリ(p−フェニレン)、それらのコポリマー、及びこれらの混合物が挙げられる。
任意の層140は、電子輸送層である。任意の電子輸送層140において使用され得る電子輸送材料の例としては、金属キレート化オキシノイド化合物、例えばトリス(8−ヒドロキシキノラト)アルミニウム(AlQ)、ビス(2−メチル−8−キノリノラト)(p−フェニルフェノラト)アルミニウム(BAlq)、テトラキス−(8−ヒドロキシキノラト)ハフニウム(HfQ)及びテトラキス−(8−ヒドロキシキノラト)ジルコニウム(ZrQ)など、及びアゾール化合物、例えば2−(4−ビフェニリル)−5−(4−t−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール(PBD)、3−(4−ビフェニリル)−4−フェニル−5−(4−t−ブチルフェニル)−1,2,4−トリアゾール(TAZ)、及び1,3,5−トリ(フェニル−2−ベンゾイミダゾール)ベンゼン(TPBI)など、キノキサリン誘導体、例えば2,3−ビス(4−フルオロフェニル)キノキサリンなど、フェナントロリン、例えば4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリン(DPA)及び2,9−ジメチル−4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリン(DDPA)など、及びこれらの混合物が挙げられる。また、電子輸送層は、Cs又は他のアルカリ金属などのn−ドーパントでドープされることができる。
カソード150は、電子又は負電荷キャリアを注入するために特に効率的である電極である。カソードは、アノードよりも低い仕事関数を有する任意の金属又は非金属であり得る。カソード用の材料は、第1族アルカリ金属(例えば、Li、Cs)、第2族(アルカリ土類)金属、稀土類元素及びランタニド、並びにアクチニドを含めた第12族金属から選択され得る。アルミニウム、インジウム、カルシウム、バリウム、サマリウム及びマグネシウムなどの材料、並びに組み合わせを使用することができる。また、LiF、Li2O、又はCsFなどのLi又はCs含有有機金属化合物は、動作電圧を低下させるために、有機層とカソード層の間に蒸着させることができる。この層は、電子注入層と称されることができる。
それぞれの機能性層は2つ以上の層から構成され得るということは理解されたい。
いくつかの実施形態においては、封止層(図示せず)が接触層150に渡り蒸着されて、水及び酸素などの望ましくない成分がデバイス100に入るのを防止する。このような成分は、有機層130に有害な影響を及ぼすことがある。一実施形態においては、封止層は、バリア層又はフィルムである。一実施形態においては、封止層はガラス蓋である。
図示されていないが、デバイス100は、更なる層を含むことができることが理解される。当技術分野で知られている他の層又は別の層を使用することができる。更に、前述の層のいずれかは、2つ以上の副層を含むことができ、又は層状構造を形成することができる。或いは、アノード層110、正孔輸送層120、電子輸送層140、カソード層150、及び他の層の一部又は全部を処理して、特に表面処理して、デバイスの電荷キャリア輸送効率又は他の物理的特性を高めることができる。構成要素層のそれぞれに対する材料の選択は、好ましくは、デバイスの動作寿命を考慮した高いデバイス効率を有するデバイス、製造時間及び複雑さの要因、並びに当業者に理解される他の考慮事項を提供する目的を釣り合わせることによって決定される。最適な構成要素、構成要素の構成、及び構成の識別を決定することは、当業者に日常的であることが理解されよう。
いくつかの実施形態においては、完全色を達成するために、発光層は異なった色のそれぞれのためのサブピクセル単位でピクセル化される。ピクセル化されたデバイスの図解が図2に示される。デバイス200は、アノード110、正孔注入層120、正孔輸送層130、エレクトロルミネセンス層140、電子輸送層150、及びカソード160を有する。エレクトロルミネセンス層はサブピクセル141、142、143に分けられ、それらは層全体にわたって繰り返される。いくつかの実施形態においては、サブピクセルは赤、青及び緑色放射を示す。3つの異なったサブピクセル単位は図2に図示されるが、2つ又は4つ以上のサブピクセル単位を用いてもよい。
図1を参照して異なった層が更にここで考察される。しかしながら、考察は図2及び他の形態にも当てはまる。
いくつかの実施形態においては、異なった層は、以下の範囲の厚さを有する:アノード110、500〜5000Å、一実施形態においては1000〜2000Å、バッファー層120、50〜2000Å、一実施形態においては200〜1000Å、光活性層130、10〜2000Å、一実施形態においては100〜1000Å、任意の電子輸送層140、50〜2000Å、一実施形態においては100〜1000Å、カソード150、200〜10000Å、一実施形態においては300〜5000Å。デバイスにおける電子−正孔再結合ゾーンの位置、従ってデバイスの発光スペクトルは、それぞれの層の相対的な厚さにより影響を受ける場合がある。従って、電子輸送層の厚さは、電子−正孔再結合領域が発光層内にあるように選択されるべきである。層厚さの所望の比は、使用される材料の正確な性質に左右される。
動作時には、適切な電源(図示せず)からの電圧が、デバイス100に印加される。従って、電流は、デバイス100の層を通過する。電子は、有機ポリマー層に入り、光子を放出する。アクティブマトリクスOLEDディスプレイと称されるいくつかのOLEDでは、光活性有機フィルムの個々の蒸着物は、電流の通過によって独立して励起され、個々の発光ピクセルにつながる。パッシブマトリクスOLEDディスプレイと称されるいくつかのOLEDでは、光活性有機フィルムの蒸着物は、電気接触層の行及び列によって励起されることができる。
明確にするために、別の実施形態に関連して前述した及び以降に記載の本発明の特定の特徴は、また、単一の実施形態においては組み合わせて提供されてもよいことが理解されるべきである。反対に、簡潔にするために、単一の実施形態の文脈で記載される本明細書の様々な特徴はまた、別に又は任意の部分的な組み合わせで提供されてもよい。更に、範囲にあると記載された値への言及は、その範囲内のそれぞれ及び全ての値を含む。
本明細書において指定された様々な範囲の数値の使用は、記載範囲内の最小値及び最大値が両方とも「約」という語によって先行されるかのように近似値として記載される。この方法では、記載された範囲の上下のわずかな変動を使用して、この範囲内の数値と実質的に同一の結果を達成することができる。また、これらの範囲の開示は、1つの値の成分のいくつかが異なる値の成分のいくつかと混ぜられる時に生じ得る小数値を含む最小平均値と最大平均値との間のあらゆる値を含む連続した範囲であると意図される。更に、より広い及びより狭い範囲が開示されるとき、1つの範囲からの最小値を別の範囲からの最大値と一致させることは本発明の予想の範囲内であり逆も又同様である。
本明細書に記載される概念は、以下の実施例において更に説明され、実施例は、特許請求の範囲に記載される本発明の範囲を限定するものではない。
合成例1
この実施例は、中間化合物A及びBの調製を例示する。
窒素下の200mL丸底フラスコに、3−ブロモチオフェン(3.00g、18.40ミリモル)、4−クロロアニリン(1.15g、9.02ミリモル)、酢酸パラジウム(II)(0.203g、0.902ミリモル)、トリ−tert−ブチルホスフィン(0.183g、0.902ミリモル)、及び無水キシレン(30mL)を添加した。全ての出発物質が溶解したら、ナトリウムt−ブトキシド(1.19g、19.85ミリモル)を添加し、得られた混合物を90℃まで16時間加熱した。溶液を室温まで冷却し、次いで約50mLの水で急冷した。層を分離し、有機層をNaSO4で乾燥させ、粗物質を、シリカクロマトグラフィーを用い溶出液としてヘキサン:DCM−0〜20%を用いて精製した。化合物Aを18%収率(1.0g)でオフホワイトの固体として得た。化合物Bを黄色の油状物として収率9%(0.636g)で得た。
合成例2
この実施例は、化合物I−4の調製を例示する。
窒素下の40mLのシンチレーションバイアルに、化合物A(1.00g、3.43ミリモル)、及び水酸化カリウム(3.29g、34.3ミリモル)、及び1:2ジオキサン:水(9mL)を添加した。溶液を脱気した。トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)(0.063g、0.039ミリモル)、及び2−ジ−tert−ブチルホスフィノ−3,4,5,6−テトラメチル−2’,4’,6’−トリイソプロピル−1,1’−ビフェニル(0.132g、0.274ミリモル)をジオキサン(5mL)中で予備混合し、シリンジを介して撹拌溶液に添加した。得られた混合物を100℃まで16時間加熱した。層を分離し、有機層をNaSO4で乾燥させ、粗物質を、シリカクロマトグラフィーを用い溶出液としてヘキサン:酢酸エチル−0〜100%を用いて精製した。所望の生成物を、収率31%(0.285g)でベージュ色の固体として得た。
合成例3
この実施例は、化合物I−3の調製を例示する。
化合物I−3の合成は、化合物Bを用いた以外は、化合物I−4について記載したように行った。粗物質を、シリカクロマトグラフィーを用い溶出液としてヘキサン:酢酸エチル−0〜100%を用いて精製した。所望の生成物を収率23%(0.138g)で単離した。
合成例4
この実施例は、化合物I−2の合成を例示する。
窒素下の40mLのシンチレーションバイアルに、化合物A(1.00g、3.43ミリモル)及び水酸化カリウム(3.29g、34.3ミリモル)、及び1:2ジオキサン:水(15mL)を添加した。溶液を脱気した。トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)(0.062g、0.069ミリモル)、及び2−ジ−tert−ブチルホスフィノ−3,4,5,6−テトラメチル−2’,4’,6’−トリイソプロピル−1,1’−ビフェニル(0.274g、0.08ミリモル)をジオキサン(5mL)中で予備混合し、シリンジを介して撹拌溶液に添加した。得られた混合物を100℃まで16時間加熱した。この溶液に6−ブロモヘキサン酸(2.22g、8.22ミリモル)を添加し、混合物を1時間撹拌した。更なる当量の6−ブロモヘキサン酸を添加して、反応を完了させた。100oCで更に1時間後、溶液を室温に冷却した。層を分離し、有機層をNaSO4で乾燥させ、粗物質を、シリカクロマトグラフィーを用い溶出液としてヘキサン:DCM−0〜100%、続いて溶出液としてDCM:DCM10%EtOH−0〜40%を用いて精製した。所望の生成物を、23%収率(0.304g)で茶色の油状物として得た。
合成例5
この実施例は、化合物I−1の調製を例示する。
(a)中間化合物Fの合成
窒素下の40mLのシンチレーションバイアルに、3,3−ジブロモ−2,2−ビチオフェン(2.00g、6.17ミリモル)、4−クロロアニリン(0.819g、6.42ミリモル)、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)(0.141g、0.154ミリモル)、トリ−tert−ブチルホスフィン(0.062g、0.309ミリモル)、及び無水トルエン(20mL)を添加した。全ての出発物質が溶解したら、ナトリウムt−ブトキシド(1.42g、14.8ミリモル)を添加し、得られた混合物を100℃まで36時間加熱した。溶液を室温まで冷却し、次いで約50mLの水で急冷した。層を分離し、有機層を、水(50mL)、0.01Mクエン酸(50mL)及び飽和炭酸ナトリウム(50mL)、チオ硫酸ナトリウム溶液(50mL)及びブライン(50mL)で洗浄し、NaSO4で乾燥させた。粗物質を、シリカクロマトグラフィーを用い溶出液としてヘキサン:DCM−0〜10%を用いて精製した。化合物Fを、18%収率(1.0g)で白色固体として得た。化合物Bを、収率21.5%(0.365g)で黄色の油状物として得た。
(b)化合物I−1の合成
化合物I−1の合成を、化合物Fを用いた以外は、化合物I−2について記載したように行った。所望の生成物を、収率41%(0.200g)で白色固体として単離した。
合成例6
この実施例は、ポリマーII−1の調製を例示する。
100mlの丸底フラスコに、7.07gのナフィオン(EW=1000)及び10.86gの脱イオン水を添加した。30分間攪拌した後、1.03mgのFe2(SO43(ストック溶液から)及び12.7μlの濃HClを添加し、続いて5gの脱イオン水に溶解した0.077gのNa228の溶液を添加した。室温から60oCまで加熱した後、0.100gの化合物I−1を5分の間分けて添加した。16時間後、これを、2.5gのDowex M43、2.5gのDowex M31(H+)、及び2.5gの脱イオン水に添加することによって反応を停止させた。混合物をローラー/ミキサー上に30分間置き濾過し、次いで濾液を2.5gのDowex M31(Na+)及び1.25gの脱イオン水に添加した。混合物をローラー/ミキサー上に30分間置き、ろ過した。濾液を茶色/青色の液体として収集した。
一般的な説明又は実施例において前述される作業の全てが必要であるわけではなく、特定の作業の一部が必要でなくてもよく、1つ以上の更なる作業が、記載されている作業に加えて行われてもよいことに留意されたい。更にまた、作業が列挙される順序は、必ずしも作業が行われる順序ではない。
前述の本明細書において、本発明は、特定の実施形態を参照して説明されている。しかしながら、様々な改変及び変更が、以下の特許請求の範囲に説明する本発明の範囲から逸脱することなく行い得ることを当業者は理解されるであろう。従って、本明細書及び図面は、限定的な意味ではなく例示に関連し、全てのそのような改変形態が本発明の範囲内に含まれるように意図される。
利益、他の利点、及び問題の解決策が、特定の実施形態に関して前述された。しかしながら、利益、利点、及び問題の解決策、並びに、任意の利益、利点、又は問題の解決策を生じ得る、或いはより強調させ得る任意の特徴は、任意の又は全ての請求項の重要である、必要とされる、又は不可欠な特徴として解釈されない。
明確にするために、特定の特徴が、別の実施形態の文脈で本明細書において記載され、また、単一の実施形態においては組み合わせて提供されてもよいことが理解されるべきである。反対に、簡潔にするために、単一の実施形態の文脈で記載される様々な特徴はまた、別に又は任意の部分的な組み合わせで提供されてもよい。本明細書において指定された様々な範囲の数値の使用は、記載範囲内の最小値及び最大値が両方とも「約」という語によって先行されるかのように近似値として記載される。この方法では、記載された範囲の上下のわずかな変動を使用して、この範囲内の数値と実質的に同一の結果を達成することができる。また、これらの範囲の開示は、1つの値の成分のいくつかが異なる値の成分のいくつかと混ぜられる時に生じ得る小数値を含む最小平均値と最大平均値との間のあらゆる値を含む連続した範囲であると意図される。更に、より広い及びより狭い範囲が開示されるとき、1つの範囲からの最小値を別の範囲からの最大値と一致させることは本発明の予想の範囲内であり逆も又同様である。

Claims (10)

  1. 式I
    (式中、
    Qは、出現毎に同一であるか又は異なり、SSeP=O及びNRoからなる群から選択され、
    oは、出現毎に同一であるか又は異なり、H及びDからなる群から選択され、
    Rは、アリール、及び重水素化アリールからなる群から選択され、かつ、Rはカルボン酸官能基によって末端官能化され、
    R’、R’’、及びR’’’は、出現毎に同一であるか又は異なり、H及びDからなる群から選択され、2つのR’基は、縮合環を形成する単結合をともに表すことができ
    yはであり、且つ、
    zはである)を有する化合物。
  2. 前記化合物は、式I−a
    を有する、請求項1に記載の化合物。
  3. 下記式:
    で表される請求項1に記載の化合物。
  4. 式II
    (式中、
    Qは、出現毎に同一であるか又は異なり、SSeP=O及びNRoからなる群から選択され、
    oは、出現毎に同一であるか又は異なり、H及びDからなる群から選択され、
    Rは、アリール、及び重水素化アリールからなる群から選択され、かつRはカルボン酸官能基によって末端官能化され、
    R’及びR’’は、出現毎に同一であるか又は異なり、H及びDからなる群から選択され、2つのR’基は、縮合環を形成する単結合をともに表すことができ
    mはであり、
    nはであり、且つ、
    oは2〜2000の整数である)を有するポリマー。
  5. 前記ポリマーは、式II-a
    (式中、
    R’’’は、出現毎に同一であるか又は異なり、H及びDからなる群から選択され
    yはであり、且つ、
    zはである)を有する、請求項に記載のポリマー。
  6. 前記ポリマーは、ホモポリマーである、請求項に記載のポリマー。
  7. 非フッ素化酸ポリマーでドープされたジヘテロアミンポリマーを含むポリマー組成物であって、前記ジヘテロアミンポリマーは、式II’
    (式中、
    Qは、出現毎に同一であるか又は異なり、SSeP=O及びNRoからなる群から選択され、
    oは、出現毎に同一であるか又は異なり、H及びDからなる群から選択され、
    Rは、アリール、及び重水素化アリールからなる群から選択され、かつ、Rはカルボン酸官能基によって末端官能化され、
    R’及びR’’は、出現毎に同一であるか又は異なり、H及びDからなる群から選択され、2つのR’基は、縮合環を形成する単結合をともに表すことができ
    mはであり、且つ、
    nはである)に由来する少なくとも1つのモノマー単位を有する、ポリマー組成物。
  8. フッ素化酸ポリマーを更に含む、請求項に記載の組成物。
  9. 前記ジヘテロアミンポリマーは、ホモポリマーである、請求項に記載の組成物。
  10. 請求項7〜9のいずれか一項に記載のポリマー組成物を含む少なくとも1つのバッファー層を含む電子デバイス。
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