JPH06501976A - 自己ドープした導電性ポリアニリン及びその製造方法 - Google Patents
自己ドープした導電性ポリアニリン及びその製造方法Info
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- JPH06501976A JPH06501976A JP4509847A JP50984792A JPH06501976A JP H06501976 A JPH06501976 A JP H06501976A JP 4509847 A JP4509847 A JP 4509847A JP 50984792 A JP50984792 A JP 50984792A JP H06501976 A JPH06501976 A JP H06501976A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
アミン含有誘導体な出発材料とし、この誘導体の金属誘導体(アルコラード、フ
ェノラート)を形成し、これを無水、極性且つ非プロトン性1IXiir中でス
ルトンと反応させ、最終生成物を分離の便宜に応じて分子内塩又は任意の塩誘導
体の形態で回収することからなることを特徴とする方法。
23、ポリマーを溶剤中に溶解することを特徴とする請求項1から8のいずれか
一項に記載のポリマーの使用方法。
24、前記溶剤を水性塩基溶液及び有機塩基溶液から選択することを特徴とする
請求項23に記載のポリマー使用方法。
25、ポリマーを揮発性弱塩基を用いて溶解することを特徴とする請求項23又
は24に記載の使用方法。
26、溶液を、塗布、噴霧又は浸漬によるコーティングプロセスで使用すること
を特徴とする請求項23から25のいずれか一項に記載の方法。
27、薄層及びデポジットを形成するための請求項23から26のいずれか一項
に記載の方法の適用。
28、請求項1から8のいずれか一項に記載のポリアニリンの!磁気分野での使
用、特にマイクロ波分野での使用。
Aj ’/ jJ V nツ π 丁1”J−1−、fF!l↓ 44 Ill
4 ^1+ J−7L −A−vl −〆 I’! k P瓜 j P+
関槻賞
自己ドープした導電性ポリアニリン及びその製造方法本発明は、自己ドープした
( se l r−doped )導電性ポリアニリン、その製造法並びに!磁
気分野での使用に関する。
本発明は、前記ポリアニリンを製造するために使用されるNyiめうちの1つの
製造方法にら関する。
ボリアニリ〉・は、そのモノマー単位が下記の式[式中、nは0〜1の数を表す
]
で示されるポリマーである。
ポリアニリンには2種属の環が存在する。即ち、変数nによって示される種々の
酸化状態に対応するベンゼン環及びキノン環である。実際の禄作では、還元形態
、半数化形層及び酸化形態の3種類のポリアニリンが考えられる。還元形態はベ
ンゼン環100%に対応しくn=1)、半数化形懸はベンゼン環75?ご及びキ
ノン環25%に対応しくn=0.5)、酸化形態はベンゼン環50%及びキノン
環50%に対応する(n = O)、それにもかかわらず、Hに沿ったする。酸
(ヒ率(oxidation ratio)は重合反応媒質に加えられる酸化剤
の量によって調整される。
「ポリエメラルジン(polyemeraldine) Jとして知られており
、イミン基(〜N・)と同数のアミン基(ト■)を有する半数化形態は、水素酸
固定(hydroFlen acid fixation)後に最も大きな導電
性を示すようになる形態である。この固定処理と「ドーピング」と称する。
従って、ポリアニリンがH゛ドーピング対応する時には導通状慧が得られる。こ
のようにして、主舖に陽子が付加されているときポリマーが導電性を示す、この
ドーピングは可逆的であるが、例えば水中での洗浄又は水素酸を蒸発させる熱処
理によって生じ得る陽子離脱(deprotona−Lion)に対しては余り
安定ではない。
この種のポリマーの導電率を安定させるために、これらのポリマーをグラフトに
よってドーピングすることが提案された。しかしながら、側鎖の数が多すぎると
鋼量の接触ゾーンの減少によって導電率が低下する。そのため、鎖に沿った特定
の地点で単位長当たりのグラフト鎖密度が高くなり過ぎて導通が妨害されるよう
なことのないように、グラフト鎖を規則的に配置しなければならないという問題
が生じる。
グラフトは最初、非導電性ポリアニリンに対するドーパントの作用によって行わ
れた(特許−〇−8901694号)、それぞれベンゼン環及びキノン環に対応
するアミン又はイミン部位は公知のグラフト化に影響される部位である。従って
、このようなグラフトは窒素原子上でのみ行い、環に対して行わない1例えば、
米国特許第4806271号には、末端官能基を有するアルキル鎖又はアリール
鎧を窒素原子にグラフトする方法が開示されている。jiのイミン部位はグラフ
トされると陽子を固定できなくなる。これは大きな導を率を得るのに必要な条件
である。
陽子離脱に対してより大きい安定性を示す導電性ポリアニリンは、[自己ドーピ
ング(self−doping) J 、即ち錯にしっかり結合される酸官能基
の導入によって得られる。
末端スルポン酸官能基な有する鎖によって窒素原子とアルキル化することにより
得られる自己ドープしたポリアニリンは既に開示されている<5yntheti
c Metals、31(1989)。
pp、369〜378)、次の処理は標準的ポリアニリンについて実施される。
このような状況では、グラフトがやはり窒素原子上で行われる。
そこで、環上でグラフトされたポリアニリンの製造方法が研究された。このよう
なポリアニリンは、既に酸官能基を含んでいる環を有するモノマーを重合するこ
とによってのみ実現することができる。
しかしながら、環上に短いグラフト鎖を有するポリアニリンの物理化学的特性は
、特に鎖の導電率に関しては、非ドープポリアニリンと変わらない、ポリアニリ
ンを発ff硫酸で処理すると、環の一部分に−SO,Hでグラフトされ、その結
果導電率が少し増加して、10−’S、cm−’に近いレベルになる( Not
、Liq、Cryst、189(1990)255) 。
米国特許第4940517号には、陽子供与官能基(−COOH)を有する環上
にグラフトされた鎖を有する七ツマ−から得られるポリマーが開示されているが
、前記官能基はポリマーをドープするには不十分である。更に、このホモ重合方
法は使用可能なグラフト鎖の長さを制限する。
周知のように、実質的な大きさくリンク数が3以上)の基を有する七ツマ−を一
般的な重合媒質(例えばHCI/(Ni14)2s20m )中で重合すること
は極めて困難である。なぜなら、電気化学的方法を用いてIF−NH,Fのよう
な特別の媒質中て共融点で実施しない限り、頭−尾結合重合を制限する立体障害
が生しるからである(Synthetic Metals、29(+989>、
011.1377.1382) 。
また前述の方法では、ポリマーの導を率を、得たいと思う値に応じて調節的に変
fヒさせることかて′きない。
本発明が解決しようとする技術的問題は、先行技術の方法で製造されるようなポ
リアニリンより優れた特性及び導電性を有し、特に電磁インピーダンスZの伝搬
パラメータと伝搬定数とが先行技術のポリアニリンより有利である新規の導電性
ポリアニリンを実現するという問題である。このようなポリアニリンは、水又は
温度上昇の作用下で陽子離脱が起こっても極めて安定であるという利点も有する
。
本発明は、自己ドープした導電性ポリアニリンであって、これらのポリアニリン
のベンゼン環及び/又はキノン環が、下記の式
[式中、Aは少なくとも1つのへテロ原子で中断された炭素原子数2〜8の炭化
水素基て′あり、Zは強酸官能基又はその塩である]
て示さ!しる官能化グラフトii (functionalized grat
eedchanins)又は置換基を有することを特徴とするポリアニリンを提
供する。
前記−へ一基は、O及びSから選択された少なくとも1つのへテロ原子で中断さ
れた炭素原子数2〜8の炭化水素基であるのが好ましい1例えば酸素原子は、主
鎖の正の電荷を安定させるドナー効果を及ぼす。
本発明のポリアニリンの第1の実施態様では、前記−^−基を、エーテル又はポ
リエーテル官能基、例えば式−0−(CH,)、−1−(C1f、O)、−[式
中nは2以上の数であるコ;−CH,−0−(CH2)、−5−(CHz−CH
zO)−[式中nは1以上の数である]で示される官能基を有するか;又は〜C
0O−(C11,)、−1−Ctl−CH−COO−(CH2)、、−[式中n
は1以上の数である]のようなエステル官能基を有する残基類から選択する。
本発明のポリアニリンの別の実施態様では、前記−へ一基が鎖中に酸素原子を含
み、下記の式
%式%)
〔式中、rはO又は1に等しい整数であり、Sは3又は4に等しい整数である]
で示される。
本発明のポリアニリンの更に別の実施π様では、前記−2−基が、スルホン酸、
ホスホン酸及びリン酸並びにこれらの塩から選択した強酸官能基である。
好ましい官能基はスルホン酸官能基である。金属塩のような塩も使用し得る。好
ましい塩はアルカリ金属塩(Na、K等)である。
本発明のポリアニリンの別の実施BtMでは、ポリアニリンの主鎖がポリエメラ
ルジンの主鎖に対応する。
有利には、官能化グラフト鎖の数がベンゼン環及び/又はキノン環の数の半分に
等しい、このようにすると導電率が最大となる。この状態は、各七ツマ−の相対
的割合を調整することによって実現し得る。
例えば、モノマーA分子が置換基を1つだけ有している場合には、モノマーA及
びモノマーBの等分子導入によって最大のポリマー導電率が得られる。これに対
し、モノマーAが置換基を2つ有している場合には、モノマーB分子3つに対し
て1つのモノマーA分子を導入する。
また、本発明のポリアニリンの導電率は、モノマーA対モノマーBのモル比を変
えることによって変化させることができる0例えば、モノマーBに対するモノマ
ーAの割合を減らせば、官能化グラフト鎖の数が環の総数に対して減少するため
導電率を低下させることができる。
本発明は、自己ドープした導電性ポリアニリンの製造方法も提供する。この方法
は、酸g賀(acid +*edium)中で酸化剤の存在下で2種顕のモノマ
ーを共重合させるステップを含む、前記モノマーは、一方が官能化モノマーであ
り、池方が非官能化上ツマ−て′あって、それぞれ下記の式A及びBで示される
:
(R2)9
前記式中、
qはO又は1であり、
ρは0又は1であり。
R1及びR2は互いに同じか又は異なり、式中−八−が少なくとも1つのへテロ
原子で中断された炭素原子数2〜8の基を有する炭化水素であり且つ−2が強酸
官能基又はその塩であるタイプの基−^−2を表し、
R及びR゛は互いに同じか又は異なり、点線はR及び/又はR゛が窒素原子又は
環のいずれかに結合されていることと表し、環に結合されている場合のR及びR
′は、非限定的具体例として、−11、−0)1、炭素原子数1〜12のアルキ
ル基、又は以下の基ニーC1(20)1、−C,H,0H1−COOI!、−0
CR,、−0C211,のうちの1ってあり、窒素原子に結合されている場合の
R及びR゛は、−Hl−Off、アルキル基、フェニル基、又は以下の基ニーC
)120H1−C211,0H1−COOHのうちの1つを表す。
基R及びR′は複合体を製造するためのマトリクスに対して相客性が得られるよ
うに選択する。
共重合は、酸化剤を共重合媒質中に少量存在させて行う誘導段階と、生成段階と
を含む。
「誘導段q (induction 5tBe) Jとは、反応を例えば加熱又
は光化学的手法によって開始させる期間をさす、「生成段Pj (produc
tion stage) Jとは、ポリマーの生長が生じる期間を意味する。
本発明の方法の実施態様の1つでは、前記七ツマ−Aを反応の開始時に反応媒質
中に全部存在させ、モノマーB及び酸化剤を誘導段階中に増分させながら(in
increments)又は継続的に加える。モノマーB対酸化剤の固定比は
実質的に一定にする。
本発明の別の実施L!様では、誘導段階で共重合媒質中に筋記モノマーBも存在
させる。
本発明の更に別の実施態様では、反応開始時に前記モノマーA及びBを反応媒質
中に全部存在させ、誘導段階及び生成段階にわたって酸化剤を増分させながら継
続的に加える。
本発明の更に別の実施態様では、誘導段階で反応媒質を40″Cに達し得る温度
まで数分間加熱し、その後反応媒質の温度を他の手段を用いずに惰性的に変化さ
せる。
重合媒質は、試薬に対して不活性の任意の溶剤、例えば水である。「酸媒質(a
cid medru−ンJという用語は、pHが1以下であることを示すために
使用されている。適当な酸の具体例としては、塩酸、硫酸、リン酸等、これらの
混合物、並びに共融混合物証−Ml(、Fが挙げられる。好ましい酸は硫酸であ
る。「酸化用媒質(oxidiziB medru信)」という用31S ハ、
K10.、H2O2、(NH,)2S206、(N)1.)2Cr、0.等であ
り得る酸化剤を含む媒質を意味する6本発明で好んで使用−る酸化剤は(Nil
、)2S20.又はKrO,である。
’fR記モノマーBは5ダイマーN−フェニル−p〜フェニレンジアミンか、又
は非置換アニリン、あるいは環もしくは5素tw子力仁aH1−CH,0H5−
C,I(,01(、−COOII、アルキル、−0CH及び−0C2115から
選択した基で置換されているアニリンでJり得る。好ましい七ツマ−Bはアニリ
ンである。七ツマ−Bは混合物であってもよい。
前記モノマーAは、環がオルト位1又はメタ位置でモ。
!!!a又はジ置換されているアニリン、例えば(o)R,−アニしン、(II
l)R,−アニリン、(o)R,、(o)R2−アニリン、(o)R,、(m)
Fl−アニリン、(s)R+ 、 (0)R2−アニリン、(m)R,、(n)
Rz−アニリン及びこれらの混合物である。
基R,(及び/′又はR2>の具体例としては、−C11=CII−COO−(
CH2)、SO,)l ; −C)1=c)1−COO−(CI42)4SO,
H;−COO(CI+2)、SO,H: −COO(C)12)、SO,H;
−0(C1l、)、5031t ;−0(C)1.)、SO,H; −C0,0
(CH,)3SO,H; −CH20(CH,)、SO,H並びにこれらのすト
リウム塩、カリウム塩又はアンモニウム塩力挙げられる。
〕 基R2は、複自体を形成するためのマトリクスに対してす 相容性が得られ
るように選択しなければならない。
前記モノマーAはオルトジ置換アニリンが好ましい。
この重合操作では、2種顕の七ツマ−の結合によって兜蟹 癌性ベンジジン:
Hl
あ
が生成され得るが、各モノマーが2つの置換基をオルト位置 置に有している場
合には、立体障害に起因して、このようリ な生成は起こらない。
前記モノマーAはスルホン酸官能基を有しているのが好ン ましい、スルホン酸
官能基をアリールアミン環に導入すると通常は毒生成活性(genoLoxic
activity)が抑制されるる。
こ 好ましい実施態様の1つでは、モノマーBとしてのアニ5° リンと、下記
の式
%式%
[式中、rは0又は1であり、Sは3又は4である]で示される基でオルトもし
くはメタ置換されたアニリン、又は対応するアルカリ金属塩とを出発材料として
ポリアニリンを製造する。
特に好ましいポリアニリンは、七ツマ−Bとしてのアニリンと、モノマーAとし
ての3−(3−アミノベンジルオキシ)−1−70パンスルホン酸、4−(2−
アミノフェノキシ)−1−ブタンスルホン酸又はこれらのナトリウム塩のいずれ
がとがら製造したものである。
本発明は、前記ポリアニリンを得るために使用されるモ。
ツマ−Aの製造方法にも関する。この方法は、オルト位置又はメタ位置に少なく
とも1つのヒドロキシル基又はヒドロキシル化基を有する芳香族ニトロ化誘導体
を出発材料として、前記誘導体の金属誘導体(アルコラード、フェノラート)を
製造し、これを無水、極性且つ非プロトン性の媒質中でスルトンと反応させ、ニ
トロ官能基をアミン官能基に還元し、分離の便宜に応じて分子内塩又は任意の塩
誘導体の形態で最終生成物を回収することからなる0反応は下記の式に従う:
%式%
点線は、置換基がオルト位置又はメタ位1にあり得ることを意味する。
これらの形態はいずれも、酸媒質中で酸化剤の存在下で共重合を生起させるのに
直接使用し得る。
例えば、ヒドロキシル化ニトロ化誘導体は、オルトニトロフェノール、メタンニ
トロフェノール、オルトニトロベンジルアルコール、メタニトロベンジルアルコ
ール、2−二トロレソルシノール、3−ニトロケイ皮酸等から選択し得る。この
誘導体は、HaOH又はCH,ONmの存在下で、スルトンと反応する金属塩を
生成する。スルトンは1.3−プロパンスルトン及び1.4−ブタンスルトンか
ら選択し得る1次いで、触媒としてのラネーニッケルの存在下で、例えばヒドラ
ジンを用いて還元するとモノマーAが得られる。
別の実施態様では、少なくとも1つのヒドロキシル基又はヒドロキシル化基をオ
ルト位置もしくはメタ位置に有するアミン含有誘導体を出発材料として使用し、
この誘導体の金属誘導体(アルコラード、フェノラート)を形成し、これを無水
、極性且つ非プロトン性媒質中でスルトンと反応させ、最終生成物を分離の便宜
に応じて分子内塩又は任意の塩誘導体として回収する方法により前記モノマーA
を調製する1反応は下記の式に従う:
%式%
点線は、置換基がオルト位!又はメタ位置にあり得ることを示す。
これらの形態はいずれら、酸媒質中で酸化剤の存在下で共重合を行うために直接
使用し得る。
例えば、ヒドロキシル化アミン含有誘導体は、オルトアミノトリトロフェノール
:メタアミノフェノール:オルトアミノベンジルアルコール;メタアミノベンジ
ルアルコール、2−アミルツルシノール;3−アミノゲイ皮酸等から選択し得る
。
この方法によって得た自己ドープした導電性ポリアニリンは溶剤中に溶解させる
。この溶剤は水性塩基溶液、例えば水酸化ナトリウムもしくは水酸化カリウムの
溶液、有機塩基溶液、そして好ましくは揮発性弱塩基、例えばアンモニア、モノ
メチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、モノエチルアミン、ジエチ
ルアミン、トリエチルアミン、ピロリドン又はピリジンである。この方法で製造
した自己ドープしたポリアニリンはアンモニアに溶解させるのが好ましい2この
自己ドープしたポリマーは、簡単な熱処理によって、例えば面の表面又は多孔質
体内に薄層又はデポジットの形態で再生される。
本発明は、前記ポリアニリンの電磁的使用にも関する。
これらのポリアニリンは、例えば半導体スクリーニング、電磁遮蔽又はマイクロ
波等のような多くの分野で使用し得る。
本発明の他の特徴及び利点は、添付2面に基づく以下の非限定的実施例の説明で
明らかにされよう。
第1図及び第2図は、本発明のポリマーに関して、パラメーターZy及びy/Z
を分析周波数の対数の関数として示している。
第3区は前記と同じポリマーの誘電率に関するものであり、ε゛/ε”をプロッ
トしたグラフである。
第4図は、本発明の第2のポリマーについて、低電圧下で導電率σを測定した時
に得られた実験点(experimentalpoints)を示すグラフであ
る。
第5図及び第6図は、後述の実施Fy413で定義するような本発明の第3のポ
リマーについて、窒素雰囲気下及びアルゴン雰囲気下で行った示差熱分析試験及
び熱重量分析試験の結果をそれぞれ示すグラフである。
x」E凹」−モノマーA1の調製
上方に冷却器と水蒸気トラップとを具備したErlenmeyerフラスコに、
15.3gの3−ニトロベンジルアルコール(0,1モル)と、100m1のト
ルエンと、12gの微粉末状無水炭酸ナトリウムと入れる。この懸濁液を撹拌し
、24時間還流加熱する。13.5gの1,3−プロパンスルトンを加え、還流
加熱を8時間維持する。
前記懸濁液を真空下で蒸発させ、残留物を150m1の水に溶解する。20gの
鉄粉末及び10m1の濃塩酸を前記溶液に加える。この懸濁液を撹拌し、約80
℃に1時間加熱し、次いで一過する。P液に水酸化ナトリウムを加え、再び濾過
を行って大量の水酸化鉄沈澱物を除去する。P液をHCIで酸化し、次いで真空
下で蒸発させる。残留物を無水エタノールで熱間処理し、得られた懸濁液をr遇
してNaClを除去する。P液を真空下で蒸発させると粘稠残留物が得られる。
この残留物は数日後に部分的に結晶化する。
この結晶を乾燥し、メタノール中で再結晶化させる。
その結果得られる薄桃色の粉末は質量が8.3gである。
総数率は34%である。
このようにして、下記の構造式
%式%()
を有する3−(3−アミノベンジルオキシ)−1−プロパンスルホン酸が得られ
る。この物質のNMRスペクトルCDN5O−d、中608Mz)は下記の通り
である:a・8.7ppm〜10.6ppmの広いバンドb : 7.5ppm
(三重t!>
7.3ppm<多重tり
c:4.5ppm(−重項)
d : 3.5ppm (三重線)
e:1.9ppm(多重線)
f : 2.5ppm (多重線)。
及1乱エ モノマーA2の調製
含水量10%の2−二トロフェノール30.9g(0,2モル)を、水酸化ナト
リウムを8.2g含んでいる水150m1に熱間溶解する。温度を徐々に110
″Cまで上げながら真空下で溶液を蒸発させる。得られた赤色無水結晶を、31
.3gの1,4−ブタンスルトン(0,23モル)を含んでいる150m1の無
水ジメチルスルホキシドに溶解する。この溶液をフラスコに入れて密閉し、48
時間に及び得る時間にわたって90℃の炉内に配置する。
次いで溶液を真空下で濃縮し、1−プロパツールを加え、冷却すると、4−(2
−ニトロフェノキシ)−1−ブタンスルホン酸ナトリウムが沈澱する。
この結晶を乾燥し、次いで水200m1とエタノールLOOmlとの混合物に溶
解する。この溶液を約60℃〜70℃に加熱する。これに30m1のしドラジン
水和物を約1g〜2gの粉末状ラネーニッケルと共に加える。その結果、ニトロ
官能基の還元が始まる。約1gのラネーニッケルの添加を30分閏隔で更に2回
行う。
この溶液を20分間沸騰させる。冷却後、懸濁液を一過し、r液を真空下で蒸発
させる。得られた残留物を1−プロパツールと水との混合物(容量比95:5)
に再び熱間溶解する。冷却後に結晶が沈澱する。この結晶を真空下60℃で24
時間乾燥すると、質量41.4gの薄桃色の粉末が得られる。総数率は70%で
ある。
分析の結果、この粉末は、水分子1.5個で水和された4−(2−アミノフェノ
キシ)−1−ブタンスルホン酸ナトリウムであると判明した。
この塩は、「自己ドープしたJポリアニリンの製造に直接使用できる。
このモノマーA2は下記の構造式を有する:(c) (d) (e) (f)
(q)このモノマーのNMRスペクトル(DMSO−ds中60MHz)は下記
の通りである:
a:4.6ppm (多重!り
b : 6.6Ppm (多重線)
C:3.9ppm(多重線)
d:及びe : 1.7ppm (多重!りf:2・4ppm (多重線)
g:3.3ppm(−重項)。
モノマーA2を大量に製造する別の方法:含水量10%の2−二トロフェノール
309g (2モル)を、水11とベレット状水酸化ナトリウム82gとが入っ
ているErlenmeyerフラスコ内で熱間溶解する。温度を95℃まで徐々
に上げながらこの溶液を真空下で蒸発させる。
得られた赤色無水結晶に無水ジメチルスルホキシド700m1と1,4−ブタン
スルトン313gとを加える。この混合物を90℃まで徐々に加熱する。この温
度を24時間維持し、次いでDMSOの大部分を蒸留することによりこの橙色の
溶液を真空下で濃縮する。その結果径られる緑色がかった残留物に、11の水と
12gの水酸化ナトリウムと50m1のヒドラジン水和物とを加えるにの溶液の
温度を約70℃まで上げ、この温度に維持する。約2&のラネーニッケルを加え
ると還元が始まる。50m1のヒドラジン水和物及び約2gのラネーニッケルの
添加を30分間隔で6回行うlf&の添加から30分が経過した時点で、この懸
濁液を2時間沸騰させ、冷却し、ヂ遇する。P液を真空下で蒸発させた後に得ら
れる残留物を、1−10パノールと水との混合物(容量比95+5)21に再び
熱間溶解する。この溶液を約10℃で3日間静置する。得られた結晶を乾燥し、
無水エタノールで洗浄し、真空下50”Cで) 3日間乾燥する。得られた粉末
の質量は434.5gであった。総酸率は74%である。
え1匝1 モノマーA3の調製
含水量10%の2−二トロフェノール309g (2モル)を、水11とベレッ
ト状水酸化ナトリウム82gとが入っているErlenmeyerフラスコ内で
熱間溶解する。温度を95℃まで徐々に上げながらこの溶液を真空下で蒸発させ
る。
得られた赤色無水結晶に無水ジメチルスルホキシド350m1と1,3−プロパ
ンスルトン270gとを加え、フラスコに水蒸気トラップを取付ける。この混合
物を90℃まで徐々に加熱する。この温度を24時間維持し、DMSOの大部分
を蒸留することによりこの橙色の溶液を真空下で濃縮する。黄色がかった残留物
を、1.51のエタノールと11の水と8gの水酸化ナトリウムとの混合物に再
溶解する。この溶液の温度を約70℃まで上げ、この温度に維持する。50m1
のヒドラジン水和物及び約2gのラネーニッケルを加えると還元が始まる。1回
当たり50m1のヒドラジン水和物及び約2gのラネーニッケルの添加を30分
間隔で更に7回行う、黄色の泡が白色になれば、還元は実質的に完了したことに
なる。最後の添加から30分が経過した時点て、この懸濁液を1時間沸騰させ、
次いで熱間r遇する。ろ液を冷却した後に白色結晶が沈積する。
この結晶を乾燥し、エタノールで洗浄し、真空下で最初は室温、次いで50“C
で3日間乾燥する。を液を真空下で熱間濃縮して生成物の残りを回収し、これを
第1のバッチと同様に処理する。得られた粉末の質量は第1のバッチが200.
8g、第2のバッチ(純度が劣る)が264.5gであった。この合成の総酸率
は83%である。NMRスペクトル(DMSO−d、中60MHz)によって、
この物質は、水分子1.5個で水和された3−(2−アミノフェノキシ)−1−
プロパンスルホン酸ナトリウム:からなることが判明した。この物質のNMRス
ペクトル(DMSO−ds中60MHz)は下記の通りである:a : 4.6
ppm (−重項)
b : 6.6ppm (多重線)
c :4.0ppm (三重!り
d : 2.0ppm (多重線)
e:2.6ppm (三重線)
f : 3.4ppm (−重項)。
及1匠先 モノマーA4の調製
50gの3−二トロフェノール(約0.36モル)を、水酸化ナトリウムを14
.75g含んでいる200m1の水に熱間溶解する。温度を徐々に100℃まで
上げながら真空下で溶液を蒸発させる。得られた赤色無水結晶を、54gの1.
4−ブタンスルトンを含んでいる無水ジメチルスルホキシド70m1に溶解する
。この溶液をフラスコに入れて密閉し、90℃の炉内に48時間配置する。ジメ
チルスルホキシドを真空下で蒸発させる。淡黄色の残留物を、エタノール300
m1と水180m1と水酸化ナトリウム1.5gとの混合物に再び熱間溶解する
。この溶液を約70℃にする。これに75m1のヒドラジン水和物と約2gのラ
ネーニッケルとを加えると還元が始まる。還元は15分後に実質的に完了し、黄
色の泡が白色になる。この懸濁液を1時間沸騰させ、真空下で熱間r遇し、r液
に600m lのエタノールを加える。P液を冷却した後に白色結晶が沈積する
。この結晶を乾燥し、エタノールで洗浄し、真空下で最初は室温、次いで50℃
で2日間乾燥する。
得られた粉末の質量は72.3gであった。総酸率は75%である。
NMRスペクトル(DMSO−da中60MHz)によって、この生成物は無水
4−’(3−アミノフェノキシ)−1−ブタンスルホン酸ナトリウム:
であると判明した。
こノ七ツマ−のNMRスペクトル(DMSO−d、中60MHz)は下記の通り
である:
a:5ppm(−重環)
b:6.lppm(多重線)
: 6.9ppm (三重ltり
c : 3.8ppm (多重線)
d:及びe : 1.7ppm (多重Iりf : 2.4ppm (三重線)
。
!L!LIL5 モノマーA5の調製
50gの3−ニトロフェノール(約0536モル)を、水酸化ナトリウムを14
.75g含んでいる200m1の水に熱間溶解する。温度を100℃まで徐々に
上げながら真空下で溶液を蒸発させる。得られた赤色無水結晶を、48.4gの
1.3−ブタンスルトンを含んでいる無水ジメチルスルホキシド70m1に溶解
する。この溶液をフラスコに入れて密閉し、90℃の炉内に48時間配置する。
ジメチルスルホキシドを真空下で蒸発させる。淡黄色の残留物を、エタノール3
00m1と水180m1と水酸化ナトリウム1.5gとの混合物に再び熱間溶解
する。この溶液を約70℃にする。これに約2gのラネーニッケルを加える0次
いで75m1のヒドラジン水和物を滴下すると還元が始まる。還元は30分後に
実質的に完了し、黄色の泡が白色になる。この懸濁液を1時間沸騰させ、次いで
冷却後に真空下で一過する。P液を蒸発させ、残留物を水とエタノールとの混合
物(95: 5)600mlで熱間処理する。P液の冷却後に白色結晶が沈積す
る。この結晶を乾燥し、エタノールで洗浄し、真空下で最初は室温、次ν)で5
0℃で2日間乾燥する。得られた質量は54gであった。
このようにして3−(3−アミノフェノキシ)−1−プロパンスルホン酸が得ら
れる。
支m モノマーA6の9A製
0.2モルの2−ニトロレゾルシノールと16.4gの水酸化ナトリウムと62
.6g (0,46モル)の1−ブタンスルホン酸ナトリウムとを出発材料とし
て、実施例2と同じ操作な繰り返す、1−アミノ−2,6−ビス(4−スルホブ
トキシ)ベンゼンのナトリウム塩:が得られる。
x」1殊1− モノマーA1とBとの共重合Al : 3−(3−アミノベンジ
ルオキシ)−1−プロパン1LL
1.30gのモノマーA1と、0.5gのモノマーBと、10m1の水と、2.
5mlの96%硫酸との混合物を室温で撹拌する。これに、粉末状ベルオキソジ
硫酸アンモニウムを約30分かけて少量ずつ加える。温度が約10℃〜15℃上
昇する。撹拌を2時間続ける。得られた懸濁液をア過し、r液のpHが約7にな
るまで水で数回洗浄する。
得られた粘着性の黒味がかった塊を真空下60℃で24時間乾燥する。得られた
コポリマーは暗緑色の微粉末状態を有し、質量は0.955gであった。
A1及びBは、主鎖がポリエメラルジンの主鎖であるコポリマーを得るのに必要
な酸化剤の化学量論量に対して約20%過剰な量で使用した。iiQ化剤に基づ
いて計算した収率は65%である。
大Jlfll(比較用)
A1のホモ重合を実施例7で説明したA1十Bの共重合と同じ条件で行うと、暗
緑色〜褐色の粉末が得られる0M化剤に基づいて計算した収率は30%である。
′lJL!LL (比較用)
アニリンを単独でポリエメラルジンに重合する。収率は約80%である。
夷」【出御L」−モノマーA2とBとの共重合A2:4−(2−アミノフェノキ
シ)−1−ブタンスルホン酸Bニアニリン
1韮プロL
5.35gの水和ナトリウム塩形態の七ツマ−A2と80m1の水と20m1の
96%硫酸との混合物を室温で撹拌する。これに0.2mlの七ツマ−Bと1g
のベルオキソジ硫酸アンモニウムとを10分に1回の割合で8回加える。9回目
に試薬の残りを添加する。その結果、全部で1.7mlのモノマーBと9.7g
の(NH,)2SO@とが加えられることになる。A2及びBの量は、主鎖がポ
リエメラルジンの主鎖であるコポリマーを得るのに必要な酸化剤の化学量論量に
対して10%過剰である。
この共重合プロセスを促進するためには少しの加熱が必要である(約30℃〜4
0℃)、なぜなら、反応媒質の色の変化が極めて微細なことから明らかなように
、第2の添加の後には何も起こらないからである。最後の添加の後に撹拌を1時
間続ける。その結果得られる殆ど黒に近い暗緑色の懸濁液はかなり粘稠であるた
めr過が極めて難しい。
この懸濁液は500m1の水に希釈してから遠心分離するのが好ましい、残留物
を200m1の水に再分散させ、再び遠心分離を行う、この操作をもう一度繰り
返す、湿潤コポリマーからなる残留物は外来イオンを実質的に全く含んでいない
、真空下60℃で24時間乾燥すると、質量2.35gの黒に近い暗緑色の粉末
が得られる。
酸化剤の量に基づいて計算した収率は41%である。
4−(2−アミノフェノキシ)−1−ブタンスルホンl!!2(A2)とアニリ
ンとの共重合によって得られるポリマーは、中性条件下では水に部分的に溶解し
得、また酸を添加すると一部分が再沈澱する。どちらの場合も溶液は緑色である
。このポリマーは塩基性媒質(水酸化ナトリウム又はアンモニウム)には完全に
溶解する。その場合に得られる溶液は紫色である。アンモニウム溶液を熱間蒸発
させると緑色の導電性薄膜が得られる。
鎖のイミン官能基及びアミン官能基はアンモニアより塩基性が低いが、加熱処理
すると平衡点が変位して、自己ドープしたポリエメラルジンの再生が可能になる
のである。
これに対し、ナトリウム溶液を蒸発させても導電性ポリマーは再生されない、こ
れは、得られる膜の色が紫であることから明らかである。
叉」l斗ユ」−
重クロム酸アンモニウム100gと96%硫酸60m1と水540m1とからな
る溶液を、150mgの水和ナトリウム塩形5七ツマ−A2と49gのアニリン
と90m1の96%硫酸90mgと820m1の水との混合物が入っている2リ
ットルErlenmeyrフラスコに15時間かけて滴下する。この反応媒質を
約25℃に維持する。この粘稠懸濁液を遠心分離する。残留物を、50m1の酢
酸を加えた21の水に再分散させ、その後遠心分離にかける。「暗緑色」のコポ
リマーが得られる。この操作を更に3回繰り返し、残留物を一次真空下60℃で
乾燥する。得られた粉末の質量は83.9gであった。酸化剤に基づいて計算し
た収率は64%である。
去JLLL2− モノマーAIとBとの共重合A6:1−アミノー2,6−ビス
(4−スルホブトキシ)ベンゼンBニアニリン
1詐jムL
4.5のモノマーA6と2.5mlのアニリンとを出発材料として実施例10の
操作を繰り返す。
丸克LLL
実施例10の自己ドープ/グラフトポリマーの特性をマイクロ波周波数で下記の
ように調べる:ポリエチレン80%及びEPDM (エラストマー)20%から
なる絶縁性ポリマーと実施例10のグラフトポリマー25容I%との混合物をミ
キサーに装填する。
これらの材料を用いて、中央に孔がおいている直径7mm、厚さ5mmのペレッ
トを形成する。このベレットを同軸導波管内に配置し、この導波管をHiltr
on 360型ネツトワークアナライザーの端末に接続する。このアナライザー
は、2ボートネツトワークとみなされる試料を介する波伝搬パラメータを得るた
めのものである0分析を40MHz〜18GHzの範囲で実施し、試料の電磁イ
ンピーダンスZの伝搬パラメータと、試料の伝搬定数yとを算出第1図及び第2
図はそれぞれ、パラメータzy及びy/Zを分析周波数の対数の関数として示し
ている。これらのグラフのどちらも、分析範囲内では直線である。
第3区は誘電定数に関するものであり、約0.4の傾斜を有する回帰直線を示す
ε゛/ε“をプロットしたグラフである。
叉]111」ユ
250ccのEr1enseyerフラスコに、アニリン1.7gと水和ナトリ
ウム塩形態の4−(2−アミノフェノキシ)−1−ブタンスルホン酸5gとを入
れる。これらの物質を55m1の水及び20m1の96%硫酸に溶解する6反応
の開始時には9Nである媒質濃度が反応の最後には7Nになるように、25m!
の水に溶解した9、7gのベルオキソジ硫酸アンモニウムを3時間かけて滴下す
る。更に1時間撹拌する。
遠心分離及び洗浄の後に、「暗緑色」のポリマーが収率16%で得られる。
このポリマーを幾つかのタイプの特性試験にかける;(1)前記生成物を添加側
を加えずにベレット状に成形し。
4ポイント型導電率測定方法を用いて導電率の値を得る。
このような状況では、σが30 S、em−’〜40 S、cvh−’である。
これは、この種の導電性ポリマーが大きな導電率を有することを意味する(第4
図)。
(2)材料の結晶学的状態を確立するためにDebye図を作成する。この図か
ら、この材料は一部分が結晶化しており、2つの回折環が4.25オングストロ
ーム及び3.59オングストロームで観察されることが知見される。
火m上j−
1i!酸10m1を水30m1に入れることにより、反応の最初及び最後の濃度
をそれぞれ8N及び5Nに変えて、実施例14と同じ操作を繰り返す、この場合
の共重合率は26%である。
材料の熱安定性を確認するために、一般的なATD−ATG試験を行う、これら
の試験の結果を第5図及び第6図に示す、これらの図は、窒素及び酸素雰囲気下
(第5図)又はアルゴン雰囲気下(第6図)のいずれかで、完全に脱水した場合
、並びに部分的に脱水した場合の材料の熱挙動を示している。操作条件は下記の
通りである:第5図 第6図
試料:ボリアニリン 99.90蒙g 101.10mg基準二カオリン 99
.901111 99.80−gるつぼ ^120. ^120゜
T G 125wg 125mg
これらの材料は有意な質量損失を伴わずに約250℃まで加熱できるため、熱安
定性に優れていることがわかる。
11鮭二i二
沈澱を容易にするために5mlの[酸と20m1の水と40m1の酢酸とを用い
て、実施例13と同じ操作を繰り返す。この実施例では、反応の最初及び最後の
濃度をそれぞれ2.7N及び1.8Nとし、ベルオキソジ硫酸アンモニウム溶液
の添加時間を7時間とする。この反応の収率は27%である。
LILL予−モノマー3AとBとの共重合A3:3−(2−アミノフェノキシ)
−1−プロパンスルホン酸Bニアニリン
5gのモノマーA3と1.66gのアニリンと30m1の10容量%硫酸とから
なる温度調節した混合物に、酸化用溶液を一晩かけて滴下する。遠心分離によっ
てポリマーを回収し、残留物を酢酸の10容量%水溶液に再分散させた後、再び
遠心分離にかける。沈澱を洗浄することにあるこの操作は数回繰り返し得る1次
いで、沈澱物を真空下50℃で2日又は3日乾燥する8wi化剤に基づいて収率
を計算する。収率は、酸化剤の使用量に応じて10%〜84%である。
勿論、本発明は以上説明してきた特定実施例には限定されず、当業者は本発明の
範囲を逸脱せずに様々な変形例を想到し得るであろう。
FIG、1
低電圧下での導電率の測定
手続補正書坊均
平成5年10月12日I田
Claims (28)
- 1.ベンゼン環及び/又はキノン環が、下記の式−A−Z [式中、Aは少なくとも1つのヘテロ原子で中断された炭素原子数2〜8の炭化 水素基であり、Zは強酸官能基又はその塩である] で示される官能化グラフト鎖又は置換基を有することを特徴とする自己ドープし た導電性ポリアニリン。
- 2.前記−A−基が、O及びSから選択された少なくとも1つのヘテロ原子で中 断された炭素原子数2〜8の炭化水素基であることを特徴とする請求項1に記載 の導電性ポリアニリン。
- 3.前記−A−基が、エーテル又はポリエーテル官能基、例えば式−O−(CH 2)n−、−(CH2O)n−[式中nは2以上の数である];−CH2−O− (CH2)n−、−(CH2−CH2O)n−[式中nは1以上の数である]で 示される官能基を有するか;又は−COO−(CH2)n−、−CH=CH−C OO−(CH2)n−[式中nは1以上の数である]のようなエステル官能基を 有する残基類から選択したものであることを特徴とする請求項1又は2に記載の 導電性ポリアニリン。
- 4.前記−A−基が鎖中に酸素原子を含み、下記の式−(CH2)r−O−(C H2)s− [式中、rはO又は1に等しい整数であり、sは3又は4に等しい整数である] で示されることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の導電性ポリ アニリン。
- 5.前記−Z−基が、スルホン酸、ホスホン酸及びリン酸の残基並びにこれらの 塩から選択した強酸官能基であることを特徴とする請求項1から4のいずれか一 項に記載の導電性ポリアニリン。
- 6.主鎖がポリエメラルジンの主鎖に対応することを特徴とする請求項1から5 のいずれか一項に記載の導電性ポリアニリン。
- 7.官能化グラフト鎖の数がベンゼン環及び/又はキノン環の数の半分に等しい ことを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の導電性ポリアニリン。
- 8.導電率が、モノマーA対モノマーBのモル比を変えることによって変化し得 ることを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載の導電性ポリアニリン 。
- 9.酸媒質中で酸化剤の存在下で2種類のモノマーを共重合させるステップを含 み、前記モノマーの一方が官能化モノマーであり且つ他方が非官能化モノマーで あって、それぞれ下記の式A及びB: A▲数式、化学式、表等があります▼ B▲数式、化学式、表等があります▼ [式中、 qは0又は1であり、 pは0又は1であり、 R1及びR2は互いに同じか又は異なり、式中−A−が少なくとも1つのヘテロ 原子で中断された炭素原子数2〜8の基を有する炭化水素であり且つ−Zが強酸 官能基又はその塩であるタイプの基−A−Zを表し、 R及びR′は互いに同じか又は異なり、点線はR及び/又はR′が窒素原子又は 環のいずれかに結合されていることを表し、環に結合されている場合のR及びR ′は−H、−OH、炭素原子数1〜12のアルキル基、又は以下の基:−CH2 OH、−C2H4OH、−COOH、−OCH3、−OC2H5のうちの1つで あり、窒素原子に結合されている場合のR及びR′は、−H、−OH、アルキル 基、フェニル基、又は以下の基:−CH2OH、−C2H4OH、−COOHの うちの1つを表す]で示され、この共重合ステップが、共重合媒質中に少量の酸 化剤が存在する誘導段階と生成段階とを含むことを特徴とする請求項1から8の いずれか一項に記載の導電性ポリアニリンの製造方法。
- 10.前記モノマーAを反応の開始時に反応媒質中に全部存在させ、モノマーB 及び酸化剤を誘導段階及び生成段階中に増分させながら又は継続的に加え、モノ マーB対酸化剤の固定比を実施的に一定にすることを特徴とする請求項9に記載 の方法。
- 11.誘導段階で共重合媒質中に前記モノマーBも存在させることを特徴とする 請求項9又は10に記載の方法。
- 12.反応開始時に前記モノマーA及びBを反応媒質中に全部存在させ、誘導段 階及び生成段階にわたって酸化剤を増分させながら継続的に加えることを特徴と する請求項9又は10に記載の方法。
- 13.誘導段階で反応媒質を40℃に達し得る温度まで数分間加熱し、その後反 応媒質の温度を他の手段を用いずに惰性的に変化させることを特徴とする請求項 9から12のいずれか一項に記載の方法。
- 14.pHを1以下にすることを特徴とする請求項9から13のいずれか一項に 記載の方法。
- 15.適当な酸を、塩酸、硫酸、リン酸、これらの混合物、及び共融混合物HF −NH4Fから選択することを特徴とする請求項9から14のいずれか一項に記 載の方法。
- 16.酸化剤をKIO3、H2O2、(NH4)2S2O8及び(NH4)2C r2O7から選択することを特徴とする請求項9から15のいずれか一項に記載 の方法。
- 17.前記モノマーBがアニリンであることを特徴とする請求項9から16のい ずれか一項に記載の方法。
- 18.前記モノマーAが、環のオルト位置又はメタ位置でモノ置換又はジ置換さ れている、(o)R1−アニリン、(m)R1−アニリン、(o)R1,(o) R2−アニリン、(o)R1,(m)R2−アニリン、(m)R1,(o)R2 −アニリン、(m)R1,(m)R2−アニリン及びこれらの混合物のタイプの アニリンであることを特徴とする請求項9から17のいずれか一項に記載の方法 。
- 19.前記モノマーAがオルトジ置換アニリンであることを特徴とする請求項9 から18のいずれか一項に記載の方法。
- 20.前記モノマーAがスルホン酸官能基を有していることを特徴とする請求項 9から19のいずれか一項に記載の方法。
- 21.Aタイプモノマーの製造方法、又は下記の反応式▲数式、化学式、表等が あります▼↓ R−O−M x=0,1,… R=H,CH3,… M=Na,K,… ▲数式、化学式、表等があります▼↓ sultone▲数式、化学式、表等があります▼▲数式、化学式、表等があり ます▼↓ reducteur y=3ou4 NH2−NH2+NideRaney ▲数式、化学式、表等があります▼ を用いて請求項9から20のいずれか一項に記載のポリアニリンを製造する場合 に使用する方法であって、オルト位置又はメタ位置に少なくとも1つのヒドロキ シル基又はヒドロキシル化基を有する芳香族ニトロ化誘導体を出発材料として、 前記誘導体の金属誘導体(アルコラート、フェノラート)を製造し、これを無水 、極性且つ非プロトン性の媒質中でスルトンと反応させ、ニトロ官能基をアミノ 官能基に還元し、分離の便宜に応じて分子内塩又は任意の塩誘導体の形態で最終 生成物を回収することからなることを特徴とする前記方法。
- 22.下記の反応式 ▲数式、化学式、表等があります▼↓ R−O−M x=0,1,… R=H,CH3,… M=Na,K,… ▲数式、化学式、表等があります▼↓ sultone▲数式、化学式、表等があります▼▲数式、化学式、表等があり ます▼ y=3ou4 に従って請求項9から20のいずれか一項に記載のポリアニリンを得るために使 用されるAタイプモノマーの製造方法であって、少なくとも1つのヒドロキシル 基又はヒドロキシル化基をオルト位置もしくはメタ位置に有する芳香族アミン含 有誘導体を出発材料とし、この誘導体の金属誘導体(アルコラート、フェノラー ト)を形成し、これを無水、極性且つ非プロトン性媒質中でスルトンと反応させ 、最終生成物を分離の便宜に応じて分子内塩又は任意の塩誘導体の形態で回収す ることからなることを特徴とする方法。
- 23.ポリマーを溶剤中に溶解することを特徴とする請求項1から8のいずれか 一項に記載のポリマーの使用方法。
- 24.前記溶剤を水性塩基溶液及び有機塩基溶液から選択することを特徴とする 請求項23に記載のポリマー使用方法。
- 25.ポリマーを揮発性弱塩基を用いて溶解することを特徴とする請求項23又 は24に記載の使用方法。
- 26.溶液を、塗布、噴霧又は浸漬によるコーティングプロセスで使用すること を特徴とする請求項23から25のいずれか一項に記載の方法。
- 27.薄層及びデポジットを形成するための請求項23から26のいずれか一項 に記載の方法の適用。
- 28.請求項1から8のいずれか一項に記載のポリアニリンの電磁気分野での使 用、特にマイクロ波分野での使用。
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