JPH0678493B2 - 電導性重合体組成物の製造方法 - Google Patents

電導性重合体組成物の製造方法

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JPH0678493B2
JPH0678493B2 JP62047776A JP4777687A JPH0678493B2 JP H0678493 B2 JPH0678493 B2 JP H0678493B2 JP 62047776 A JP62047776 A JP 62047776A JP 4777687 A JP4777687 A JP 4777687A JP H0678493 B2 JPH0678493 B2 JP H0678493B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電気・電子工業の分野において、電池、コン
デンサ、表示素子の電極、エレクトロクロミック表示素
子材料、面状発熱体及び電磁しゃへい材料として有用な
電導性重合体組成物の製造方法に関するものである。
〔従来の技術〕
電気・電子工業の分野に用いられる各種導電性材料に対
する要求は増々厳しくなってきており、軽量小型化を可
能とする材料、長期安定性や高い性能を有する材料の出
現が強く望まれている。
かかる要求を満足させるものとして、近年新しい電導性
重合体の開発が盛んに行われてきており、また、かかる
重合体を利用する用途についても多くの提案がなされて
きている。
上記電導性重合体の例としては、ポリチオフェン、ポリ
ピロールなどの異項環系高分子があげられ、これらは安
定な電導性重合体として学術的な解析のみならず、工業
的応用も数多く研究されてきており、例えば二次電池用
電極材料やエレクトロクロミック材料としての使用が提
案されている。
電導性重合体の製造方法としては、化学的重合法或いは
電気化学的重合法が知られており、それぞれ目的に応じ
てその製造方法が選択されている。
ところで、前記電導性重合体は、中性状態ではその電気
伝導度は低く、1S/cm以上の比較的高い電気伝導度を得
るためには、ドーパントと呼ばれる電子アクセプター
(または電子ドナー)を化学的に作用させるか、或いは
電気化学的に電子の授受を行わせることが必要である。
この電子アクセプターとしては、従来から知られている
種々の電子受容性化合物、例えば各種ハロゲン、金属ハ
ロゲン化物、P−トルエンスルホン酸のごときプロトン
酸、テトラシアノジメタンまたはクロラニル等の酸化剤
が用いられている。このような比較的低分子のドーパン
トは、電導性重合体にドーピング・脱ドーピングと称さ
れる可逆的酸化・還元反応を行わせる用途、例えば二次
電池用電極材料やエレクトロクロミック材料等には適し
ているが、コンデンサ電極や透明導電状態を安定に長期
間維持することが必要な用途には好ましいものではな
い。
これに対し、高分子電解質をドーパントとする考え方も
提案されている。例えば電気化学的重合法によってポリ
ピロールを製造するとき、電解質と共にポリビニル硫酸
アニオンやポリスチレンスルホン酸アニオンなどのポリ
アニオンを共存させることにより、ポリアニオンを補捉
した高電導性重合体組成物を製造する方法が提案されて
いる〔清水等、高分子学会予稿集、第34巻、第10号、28
29頁(1985年)〕。この方法により捕捉されたポリアニ
オンは、動きにくいことが警告されており、導電状態の
安定化に寄与していると考えられるが、この方法では重
合条件によってドーパントの含有量が決まってしまい、
自由に制御することはできないまた、他の方法として
は、あらかじめ、ポリアニオンをフィルム状に製膜して
おき、これに電導性重合体を複合化させる方法も提案さ
れている〔例えば、清水等、高分子学会予稿集、第34
巻、第10号、2825頁(1985年)〕。この方法も上記の方
法と同様にドーパントの含有量を自由に制御できないと
いう欠点を有している。
本発明者らは、先に中性化したπ電子共役構造を有する
重合体にアニオン性高分子電解質を電気化学的にドーピ
ングする方法を提案した(特願昭61−280865)。しか
し、この方法は、中性化したπ電子共役構造を有する重
合体(高分子)の網目構造の内部にアニオン性高分子電
解質(高分子を分散させねばならないため、アニオン性
高分子電解質を均一に中性化したπ電子共役構造を有す
る重合体中に分散させ、かつ長時間安定にドーピング状
態を維持することは困難であった。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明の目的は、前記従来の電導性重合体組成物の欠点
を克服して、ドーパントが均一に分散し、かつ長時間安
定にドーピング状態を維持することが可能な電導性重合
体組成物の製造方法を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明によって上記目的を達成し得る電導性重合体組成
物の製造方法が提供される。
即ち、本発明は、アニオン性高分子電解質を形成可能な
単量体をπ電子共役構造を有する重合体の存在下に重合
し、前記重合体と重合により生成したアニオン性高分子
電解質からなる組成物を得ることを特徴とする電導性重
合体組成物の製造方法に関する。
また、本発明は、アニオン性高分子電解質を形成可能な
単量体をπ電子共役構造を有する重合体の存在下に重合
し、前記重合体と重合により生成したアニオン性高分子
電解質からなる組成物を得、次いで前記組成物を電気活
性化することを特徴とする高電導性重合体組成物の製造
方法に関する。
本発明において用いられるπ電子共役構造を有する重合
体としては、例えばポリアセチレン、ポリパラフュニレ
ン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポ
リイソチアナフテンもしくはそれらの重合体を形成する
単量体の誘導体の重合体またはそれら単量体の共重合体
等をあげることができる。
重合体を形成するモノマーの誘導体としては、メタフェ
ニレン、N−アルキルピロール(N−メチル、N−エチ
ルピロール)、N−アリールピロール、炭素原子におい
てモノハロゲン置換またはジハロゲン置換されたピロー
ル、N−フェニルピロール、N−トリルピロール、3−
メチルチオフェン、オルトまたはメタトルイジン、キシ
リジン、オルトまたはメタアニシジン、2,5−ジメトキ
シアニリン、2,5−ジエトキシアニリン、3,5−ジメトキ
シアニリン、2,6−ジメトキシアニリン、2−メチル−
アニリン、2−メトキシ−アニリン、o−フェニレンジ
アミン、3−メチル−1,2−ジアミノ−ベンゼン、ジフ
ェニルアミン、トリフェニルアミン、5−メチルイソチ
アナフテン、5,6−ジメチルイソチアナフテンなどがあ
げられる。また、本発明において用いられるπ電子共役
構造を有する重合体は、前記重合体を形成する単量体ま
たは重合体を形成する単量体の誘導体と、他の単量体、
例えばシクロペンタンジエン、アズレン、ベンズアズレ
ン、フルベン、インデン、イミダゾール、チアゾール、
フラン等との共重合体であってもよい。これらの重合体
のうち、好ましい重合体としては、ポリチオフェン、ポ
リ−3−メチルチオフェン、ポリピロール、ポリイソチ
アナフテン、ポリアニリンをあげることができる。これ
ら重合体は単独で用いてもよいし、また熱可塑性樹脂と
の複合膜の形で用いてもよい。
π電子共役構造を有する重合体は、中性化されていても
よいし、一部酸化,還元されていてもよいが、好ましく
はより多くのアニオン性高分子電解質を形成可能な単量
体をとり込ませるためには中性化しておくことが望まし
い。
π電子共役構造を有する重合体の製造方法としては、電
気化学的重合法により、電極基盤上にフィルム状に析出
させるのが次のドーピングの実施が容易なので好ましい
が、化学的重合法で作製した粉末状のものでも圧縮成形
でペレット状にしてリードを取り出すことにより電気化
学的ドーピングは可能であり、いずれの製造方法によっ
て得られる重合体でも用いることができる。
本発明において用いられるアニオン性高分子電解質を形
成可能な単量体とは、従来から知られているアニオン基
を含有する化合物のことであり、代表例としてはアクリ
ル酸、メタクリル酸、ビニル硫酸、ビニルスルホン酸、
スチレンスルホン酸、α−メチルスルホン酸、エチレン
スルホン酸、グルタミン酸、アスパラギン酸、リン酸、
スルホン酸基またはカルボン酸基を有するフツ素系化合
物等があげられる。
スルホン酸基またはカルボン酸基を有するフツ素系化合
物は、例えばテトラフルオロエチルンとスルホン酸基ま
たはカルボン酸基を有するパーフルオロ化したモノマー
の混合物である。
また、本発明において用いられるアニオン性高分子電解
質を形成可能な単量体は、アニオン基を含有しない単量
体と併用してもよい。アニオン基を含有しない単量体と
しては、スチレン、メタクリル酸メチル、アクリロニリ
ル、塩化ビニリデン、塩化ビニル、酢酸ビニル等があげ
られる。これらのアニオン性高分子電解質を形成可能な
単量体のうち、好ましい単量体としては、リン酸、スル
ホン酸基またはカルボン酸基を有するフツ素系化合物、
アクリル酸をあげることができる。
本発明の方法においては、アニオン性高分子電解質を形
成可能な単量体はπ電子共役構造を有する重合体の存在
下で重合が行なわれるが、その場合の前記重合体の存在
下とは、π電子共役構造を有する重合体がアニオン性
高分子電解質を形成可能な単量体中に浸漬されている状
態、π電子共役構造を有する重合体にアニオン性高分
子電解質を形成可能な単量体が含浸,塗布または噴霧さ
れている状態などである。前記の方法においては、ア
ニオン性高分子電解質を形成可能な単量体を均一に分散
させれるめに、物理的拡散による方法を用いても、また
電場を用いて電気化学的に拡散を促進しても良い。
アニオン性高分子電解質を形成可能な単量体とπ電子共
役構造を有する重合体の割合は、得られる電導性重合体
組成物の使用目的によって異なるので一概には決められ
ず、適宜に選択される。
アニオン性高分子電解質を形成可能な単量体を重合する
方法としては、光重合,熱重合などの方法を用いること
ができる。特に光重合は、操作が簡単でかつ副反応が少
ないので好ましい方法である。又、この重合を行うとき
には、光増感剤などの添加剤を加えてもよい。
かくして得られるπ電子共役構造を有する重合体と重合
により生成したアニオン性高分子電解質からなる組成物
は、ある程度の電導度を示し、特にアニオン性高分子電
解質のアニオン種によってはその電導度を安定に維持す
るので、そのままでも電気および電子材料として使用す
ることができるが、さらに高い電導度を得るためには前
記組成物を電気活性化することが好ましい。
π電子共役構造を有する重合体とアニオン性高分子電解
質とからなる組成物を電気活性化する方法としては、電
気化学的方法が好適に用いられる。電気化学的方法にお
いては、前記組成物を作用極とし、対極と参照極を取り
付け、電解駅(溶媒)に浸して電解セルを構成した後、
作用極に適当な電位、例えば−2.5〜+10.0Vvs Ag/A
g+、好ましくは−1.5〜+3.0Vvs Ag/Ag+の電位をかける
ことによってπ電子共役構造を有する重合体をドーピン
グする方法が採用される。溶媒には特に制限はないが、
アセトニトリル、プロピレンカーボネート、ベンゾニト
リル、テトラヒドロフラン等電気化学的に安定な溶媒が
好適に用いられる。
電気化学的ドーピングを行なう温度、圧力には特に限定
はないが、一般には常温、常圧で実施される。電気化学
的ドーピングを行うときの、電位のかけ方には特に限定
はなく、いきなり所定電位をかける、徐々に所定電位ま
で電位を高めていく、ドーピング・脱ドーピングのサイ
クルを繰り返しながら所定電位に持っていく等の方法を
採用することができる。電気化学的ドーピングの完了の
確認は、電流の変化を追跡することにより可能である。
即ち、電流値が微少になったかどうかでその電位での平
衡状態に到達したかどうかを判断することができる。
〔発明の効果〕
本発明の方法で得られる電導性重合体組成物は、従来の
高分子電解質の存在下にピロールを重合して得られる組
成物や重合体に高分子電解質を電気化学的にドーピング
して得られる組成物と比較して、アニオン性高分子電解
質がπ電子共役構造を有する重合体中に均一に分散して
いるため、ドーピング状態で長期間保存さても自然の脱
ドーピングが起こりにくく、高電導状態を長期間安定に
維持でき、しかも均一性が極めて良好である。
〔実施例〕
以下、実施例をあげて本発明をさらに詳細に説明する。
実施例1 表面抵抗値15Ω/sqを有する酸化インジウム錫(ITO)ガ
ラス板を作用電極とし、対向電極として酸化炎で加熱処
理したヅラファイト板を用い、イソチアナフテンの濃度
が0.15モル/及びテトラフェニルフォスフォニウムク
ロライドの濃度が0.05モル/からなるアセトニトリル
溶液中で重合温度25℃,1.5Vの電極間電位で定電圧法に
より、イソチアナフテンの電気化学的重合を行なった。
イソチアノフテンの重合量は、通電電気量により20mC/c
m2に規制した。数分で青色のポリイソチアナフテンがIT
Oガラス上に析出するのが認められた。このITOガラス上
のポリイソチアナフテンを作用極とし、対向電極として
白金板を用い、Et4NClO4の濃度が1.0モル/のアセト
ニトリル溶液中で、Ag/Ag+参照電極に対して−0.6VN定
電位で30分間保持することにより、重合時にドープされ
たCl-イオンをポリイソチアナフテンから放出させ、そ
の後アセトニトリル中に浸漬してポリイソチアナフテン
から電解質を除去し、中性化したポリイソチアナフテン
を得た。次にこれをビニル硫酸の濃度が0.1モル/の
水溶液中に5分間浸漬させ、超音波を与えてビニル硫酸
をポリイソチアナフテンに均一に分散させた後、水溶液
から取出し、空気中で長波長の紫外線を5分間照射して
ビニル硫酸の重合を行なった。得られたITOガラス上の
ポリイソチアナフテンとポリビニル硫酸からなる組成物
を作用極として、対向電極として白金板を用い、Et4NCl
O4の濃度が1.0モル/のアセトニニトリル中でAg/Ag+
参照電極に対して+0.5Vの定電位で1分間保持すること
により、極めて透明性の良い均一なポリイソチアナフテ
ンが得られた。これをアセトニトリル中に浸漬して電解
液を除去した後、真空乾燥したものは50日間空気中で保
存しても極めて良好な透明性を示した。
比較例1 実施例1において、ビニル硫酸水溶液中にポリイソシア
ナフテンを浸漬させ、超音波を与えてビニル硫酸をポリ
イソチアナフテンに均一に分散させた後、水溶液中から
取出し、紫外線照射する操作を行なわなかったこと以外
は、実施例1と同様に行なった。その結果、数時間、空
気中で保存したITOガラス上のポリイソチアナフテンは
完全に青色にもどり、安定性が悪かった。
実施例2 実施例1で用いたテトラフェニルフォスフォニウムクロ
ライドの代わりにp−スチレンスルホン酸ナトリウムを
用いた以外は、実施例1と同様にイソチアナフテンの電
気化学的重合を行なった。以下、得られたポリイソシア
ナフテン用いて実施例1と同様な操作を行なったとこ
ろ、極めて透明性の良い均一なポリイソチアナフテンが
得られた。これをアセトニトリル中で浸漬して電解液を
除去した後真空乾燥したものは、50日間空気中で保存し
ても極めて良好な透明性を示した。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】アニオン性高分子電解質を形成可能な単量
    体をπ電子共役構造を有する重合体の存在下に重合し、
    前記重合体と重合により生成したアニオン性高分子電解
    質からなる組成物を得ることを特徴とする電導性重合体
    組成物の製造方法。
  2. 【請求項2】アニオン性高分子電解質を形成可能な単量
    体をπ電子共役構造を有する重合体の存在下に重合し、
    前記重合体と重合によって生成したアニオン性高分子電
    解質からなる組成物を得、次いで前記組成物を電気活性
    化することを特徴とする電導性重合体組成物の製造方
    法。
  3. 【請求項3】π電子共役構造を有する重合体が、ポリア
    セチレン、ポリパラフェニレン、ポリピロール、ポリチ
    オフェン、ポリアニリン、ポリイソチアナフテンもしく
    はそれらの重合体を形成する単量体の誘導体の重合体も
    しくはそれら単量体共重合体である特許請求の範囲第
    (1)項および第(2)項記載の電導性重合体組成物の
    製造方法。
  4. 【請求項4】アニオン性高分子電解質を形成可能な単量
    体がアクリル酸、メタクリル酸、ビニル硫酸、ビニルス
    ルホン酸、スチレンスルホン酸、α−メチルスルホン
    酸、エチレンスルホン酸、グルタミン酸、アスパラギン
    酸、リン酸、スルホン酸基またはカルボン酸基を有する
    フッ素系化合物である特許請求の範囲第(1)項および
    第(2)項記載の電導性重合体組成物の製造方法。
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