JPH0757790B2 - ポリアニリン誘導体およびその製造方法 - Google Patents

ポリアニリン誘導体およびその製造方法

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JPH0757790B2 JP3175704A JP17570491A JPH0757790B2 JP H0757790 B2 JPH0757790 B2 JP H0757790B2 JP 3175704 A JP3175704 A JP 3175704A JP 17570491 A JP17570491 A JP 17570491A JP H0757790 B2 JPH0757790 B2 JP H0757790B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、種々の有機溶剤に可溶
でキャストや流延によって可撓性のある自立性のフィル
ムを与えるポリアニリン誘導体とその製造方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】近年、ポリアニリンは新しい電子材料、
導電材料として、電池の電極材料、帯電防止材料、電磁
波遮蔽材料、光電子変換素子、光メモリー、各種センサ
ー等の機能素子、表示素子、各種ハイブリッド材料、透
明導電体、各種端末機器などの広い分野への応用が検討
されている。
【0003】ところで、従来のポリアニリンは、π共役
系が高度に発達しているため、高分子主鎖が剛直で分子
鎖間の相互作用が強く、また分子鎖間に強固な水素結合
が数多く存在するため、ほとんどの有機溶剤に不溶であ
り、また加熱によっても溶融しないので成形性に乏し
く、フィルム化等の加工が出来ないという大きな欠点を
有している。
【0004】そのために、例えば、高分子材料の繊維、
他孔質体などの所望の形状の基材にアニリンからなるモ
ノマーを含浸させ、該モノマーを適当な重合触媒と接触
させることにより、あるいは、電解酸化により重合させ
て導電性複合材料としたり、或はまた熱可塑性重合体粉
末の存在下で、該モノマーを重合させ同様の複合材料を
得ていた。
【0005】一方、重合触媒と反応温度の工夫によりN
−メチル−2−ピロリドンのみに可溶なポリアニリンが
合成されている(M.Abe et al.;J.Chem.Soc.,Chem.Comm
un.,1989,1736)。しかしながら、このポリアニリンも
その他の汎用有機溶剤にはほとんど溶けず適用範囲が限
られていた。更に、何れの方法で得られたポリマーも、
充分な可撓性を有しているとはいえず使用範囲が限られ
るという問題があった。
【0006】
【発明が解決しようとする問題点】本発明は、従来の技
術における上記のような問題を解決することを目的とす
るものである。即ち、本発明の目的は、容易に有機溶剤
に溶解しキャストや流延によって可撓性のある自立性の
フィルムが成形できるポリアニリン誘導体及びその製造
方法を提供するものである。
【0007】
【問題を解決するための手段】本発明は、上記問題を解
決すべく鋭意検討した結果、還元型ポリアニリンを両末
端にイソシアナート基を有するポリブタジエンと反応さ
せ、該ポリアニリン中の窒素原子に対して特定量の前記
式(III)の架橋構造を存在させることにより、各種
の有機溶剤に可溶なポリアニリン誘導体が得られること
を見いだし、本発明を完成するに至った。
【0008】本発明のポリアニリン誘導体は、下記式
(I)
【化7】 で示される構造単位よりなる数平均分子量2,000〜
500,000の還元型ポリアニリンを、下記一般式
(II) OCN−X−NCO (II) [式中、Xは下記構造式で示されるポリ(1,2−ブタ
ジエン)構造を表す。m=10〜200]
【化8】 で示される両末端にイソシアナート基を有する高分子化
合物と反応させて得られるものであって、下記式(II
I)
【化9】 (式中、Xは上記したと同じ意味を有する。)で示され
る架橋構造がポリアニリンの窒素原子の0.1%以上で
15%未満の範囲に存在することを特徴とするポリアニ
リン誘導体である。
【0009】本発明のポリアニリン誘導体は、次のよう
にして製造される。即ち、塩酸、硫酸、硝酸等のプロト
ン酸の存在下で過硫酸アンモニウム等を酸化剤として用
いて、アニリンを低温、例えば−20〜50℃の範囲の
温度で酸化重合することによって得たアニリン酸化重合
体を、まずアンモニアで処理して、可溶型ポリアニリン
を得る。その後、これを過剰のヒドラジンで処理して上
記一般式(I)で示される数平均分子量2,000〜5
00,000(GPC,N−メチル−2−ピロリドン溶
媒で測定、ポリスチレン換算の数平均分子量)の還元型
のポリアニリンを得る。前記のヒドラジン処理は、可溶
型のポリアニリンを水に分散し、ポリアニリン中の窒素
原子に対して当量以上、好ましくは3倍以上のヒドラジ
ンを窒素雰囲気下で加え、24時間0〜30℃攪拌する
ことにより行う。
【0010】得られた還元型ポリアニリンは、N−メチ
ル−2−ピロリドンあるいはN,N−ジメチルアセトア
ミドに可溶であるが、他の汎用有機溶剤、たとえば、ク
ロロホルムやテトラヒドロフランにはほとんど不溶であ
る。
【0011】この還元型ポリアニリンをアミド系溶剤、
例えばN−メチル−2−ピロリドンあるいはN,N−ジ
メチルアセトアミドに溶解し、窒素雰囲気下で両末端に
イソシアナート基を有する高分子化合物を加えて、−1
0〜50℃の温度範囲で反応を行い、本発明のポリアニ
リン誘導体を合成する。
【0012】この場合、還元型ポリアニリンの溶剤とし
ては、前記のN−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジ
メチルアセトアミド以外に、N,N−ジメチルホルムア
ミド、ヘキサメチルホスホリックトリアミド、1,3−
ジメチル−2−イミダゾリジノン等のアミド系溶剤が使
用できる。
【0013】本発明で用いる両末端にイソシアナート基
を有する高分子化合物は、一般式(II): OCN−X−NCO (II) [式中、Xは下記構造式で示されるポリ(1,2−ブタ
ジエン)構造である。m=10〜200]
【化10】 で表されるものが使用される。
【0014】本発明のポリアニリン誘導体において、上
記式(III)の架橋構造の架橋点を形成する窒素原子
の数は、ポリアニリン中の窒素原子の0.1%以上で1
5%未満の範囲にあることが必要である。該式(II
I)の架橋構造の架橋点を形成する窒素原子の数が15
%より高い比率になると導電率が急激に低下し、ゲル化
が起こる。また、0.1%より低くなると、溶解性が低
下し、また充分な可撓性が得られない。
【0015】上記のようにして製造された本発明のポリ
アニリン誘導体は、N−メチル−2−ピロリドンあるい
はN,N−ジメチルアセトアミド等のアミド系溶剤、ピ
リジン等のアミン系溶剤、ジメチルスルホキシド等の極
性溶剤により溶解が可能であり、得られた溶液から、自
立性のフィルムやファイバーを製造することが可能であ
る。さらに、このフィルムやファイバー等の加工物は、
アクセプター性のドーパントでドープすることにより1
-3〜10S/cmの高い導電率を示すものになる。
【0016】ここで使用されるドーパントは、特に制限
されるものではなく、アニリン系導電性高分子のドープ
に際し、ドーパントとして使用されるものであれば、如
何なるものでも使用することができる。具体例を挙げれ
ば、ヨウ素、臭素、塩素、三塩化ヨウ素等のハロゲン化
合物、硫酸、塩酸、硝酸、過塩素酸、ホウフッ化水素酸
等のプロトン酸、前記プロトン酸の各種塩、三塩化アル
ミニウム、三塩化鉄、塩化モリブデン、塩化アンチモ
ン、五フッ化ヒ素等のルイス酸、酢酸、トリフルオロ酢
酸、ベンゼンスルホン酸、p−トルエンスルホン酸等の
有機酸等各種の化合物をあげることができる。
【0017】これらの化合物をドープさせる方法につい
ては、特に制限はなく、例えば、ポリアニリン誘導体と
ドーパント化合物とを気相あるいは液相の中で接触させ
ればよい。あるいは、上記プロトン酸やその塩の溶液中
で電気化学的にドープする方法を用いることもできる。
【0018】
【実施例】以下、本発明を実施例によって説明する。 実施例1. アニリン4.1g、濃塩酸21.9gを水に溶かして1
00mlとし、−5℃に冷却する。濃塩酸21.9g、
過硫酸アンモニウム6.28gを水に溶かし100ml
とし、この溶液もまた−5℃に冷却し、前記のアニリン
溶液にゆっくりと滴下し、−5℃で4時間攪拌を続けて
数平均分子量12,000(GPC、N−メチル−2−
ピロリドン溶媒中で測定したポリスチレン換算の数平均
分子量)のアニリン酸化重合体を得た。これを水で充分
に洗浄した後、さらにアンモニア水で脱ドープ処理を行
った。こうして得られた可溶型ポリアニリンを200m
lの水に分散し、窒素雰囲気下で50mlのヒドラジン
を加え、24時間室温で攪拌を続け、濾別、乾燥して灰
白色の還元型ポリアニリンを得た。
【0019】こうして得られた還元型ポリアニリン(数
平均分子量12,000)1gをN−メチル−2−ピロ
リドン30mlに完全に溶解し、充分に窒素置換した
後、この溶液に両末端にイソシアナート基を有するポリ
(1,2−ブタジエン)の酢酸ブチル50重量%溶液
[TP−1001、日本曹達株式会社製、分子量約1,
000(m≒18)]0.550gを加え、4時間室温
で攪拌を続けて反応させた。この反応溶液を1リットル
の水に攪拌しながら投入し、沈澱物を濾別し、乾燥し
て、本発明のポリアニリン誘導体を1.273g得た。
該ポリアニリン誘導体の赤外吸収スペクトルを測定した
ところ、前述の式(III)の架橋構造に起因する16
50cm-1(C=O伸縮)、2850〜2950cm-1
(脂肪族C−H伸縮)の吸収が認められた。反応収率か
ら式(III)の構造の架橋点を形成する窒素原子の数
は、ポリアニリン中の窒素原子の5%であった。
【0020】得られたポリアニリン誘導体1gをN−メ
チル−2−ピロリドン10gにいれ、室温で攪拌したと
ころ粘稠な溶液になり、紡糸や延伸によるフィルム化が
可能であった。この場合のフィルムは、非常に可撓性に
富み、曲げても割れたり折れたりする事はなかった。こ
のフィルムを20%塩酸水溶液に24時間つけてドープ
し乾燥したところ導電率は1.0S/cmであった。ま
た、N−メチル−2−ピロリドンのかわりにN,N−ジ
メチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、
ピリジン等の有機溶剤を用いても同様の紡糸やフィルム
化が可能であった。
【0021】実施例2 実施例1で用いた両末端にイソシアナート基を有するポ
リ(1,2−ブタジエン)の酢酸ブチル50重量%溶液
[TP−1001、日本曹達株式会社、分子量約1,0
00(m≒18)]の代わりに、両末端にイソシアナー
ト基を有するポリ(1,2−ブタジエン)の酢酸エチル
50重量%溶液[TP−1002、日本曹達株式会社
製、分子量約1,000(m≒18)]0.550gを
加え、以下同様の手順で本発明のポリアニリン誘導体を
1.270g得た。該ポリアニリン誘導体の赤外吸収ス
ペクトルを測定したところ、前述の式(III)の構造
に起因する1650cm-1 (C=O伸縮)、2850
〜2950cm-1(脂肪族C−H伸縮)の吸収が認めら
れた。反応収率から式(III)の構造の架橋点を形成
する窒素原子の数は、ポリアニリン中の窒素原子の5%
であった。
【0022】得られた本発明のポリアニリン誘導体1g
をN−メチル−2−ピロリドン10gにいれ、室温で攪
拌したところ粘稠な溶液になり、紡糸や延伸によるフィ
ルム化が可能であった。この場合のフィルムは、非常に
可撓性に富み、曲げても割れたり折れたりする事はなか
った。このフィルムを20%塩酸水溶液に24時間つけ
てドープし乾燥したところ導電率は0.5S/cmであ
った。また、N−メチル−2−ピロリドンのかわりに
N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホル
ムアミド、ピリジン等の有機溶剤を用いても同様の紡糸
やフィルム化が可能であった。
【0023】実施例3 実施例1において両末端にイソシアナート基を有するポ
リ(1,2−ブタジエン)の酢酸ブチル50重量%溶液
[TP−1001、日本曹達株式会社製、分子量約1,
000(m≒18)]0.550gに代えて1.100
gを加え、以下同様の手順で本発明のポリアニリン誘導
体を1.540g得た。該ポリアニリン誘導体の赤外吸
収スペクトルを測定したところ、前述の式(III)の
構造に起因する1650cm-1 (C=O伸縮)、28
50〜2950cm-1(脂肪族C−H伸縮)の吸収が認
められた。反応収率から式(III)の構造の架橋点を
形成する窒素原子の数は、ポリアニリン中の窒素原子の
10%であった。
【0024】得られた本発明のポリアニリン誘導体1g
をN−メチル−2−ピロリドン10gにいれ、室温で攪
拌したところ粘稠な溶液になり、紡糸や延伸によるフィ
ルム化が可能であった。この場合のフィルムは、非常に
可撓性に富み、曲げても割れたり折れたりする事はなか
った。このフィルムを20%塩酸水溶液に24時間つけ
てドープし乾燥したところ電率は0.1S/cmであっ
た。また、N−メチル−2−ピロリドンのかわりにN,
N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムア
ミド、ピリジン等の有機溶剤を用いても同様の紡糸やフ
ィルムが可能であった。
【0025】実施例4 実施例1において両末端にイソシアナート基を有するポ
リ(1,2−ブタジエン)の酢酸ブチル50重量%溶液
[TP−1001、日本曹達株式会社製、分子量約1,
000(m≒18)]0.550gに代えて0.275
gを加え、以下同様の手順で本発明のポリアニリン誘導
体を1.130gを得た。該ポリアニリン誘導体の赤外
吸収スペクトルを測定したところ、前述の式(III)
の構造に起因する1650cm-1 (C=0伸縮)、2
850〜2950cm-1(脂肪族C−H伸縮)の吸収が
認められた。反応収率から式(III)の構造の架橋点
を形成する窒素原子の数は、ポリアニリン中の窒素原子
の2.5%であった。
【0026】得られた本発明のポリアニリン誘導体1g
をN−メチル−2−ピロリドン10gにいれ、室温で攪
拌したところ粘稠な溶液になり、紡糸や延伸によるフィ
ルム化が可能であった。この場合のフィルムは、非常に
可撓性に富み、曲げても割れたり折れたりする事はなか
った。このフィルムを20%塩酸水溶液に24時間つけ
てドープし乾燥したところ導電率は1.1S/cmであ
った。また、N−メチル−2−ピロリドンのかわりに
N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホル
ムアミド、ピリジン等の有機溶剤を用いても同様の紡糸
やフィルム化が可能であった。
【0027】実施例5 実施例1において得られた還元型ポリアニリンと両末端
にイソシアナート基を有するポリ(1,2−ブタジエ
ン)の反応溶液を、そのままテフロン板上に流延し、溶
剤を乾燥してフィルムを得た。このフィルムは、非常に
可撓性に富み、曲げても割れたり折れたりする事はなか
った。該フィルムの赤外吸収スペクトルを測定したとこ
ろ、前述の式(III)の構造に起因する1650cm
-1(C=0伸縮)、2850〜2950cm-1(脂肪族
C−H伸縮)の吸収が認められた。反応収率から式(I
II)の構造の架橋点を形成する窒素原子の数は、ポリ
アニリン中の窒素原子の5%であった。このフィルムを
20%塩酸水溶液に24時間つけてドープし乾燥したと
ころ導電率は0.1S/cmであった。また、N−メチ
ル−2−ピロリドンのかわりにN,N−ジメチルアセト
アミド、N,N−ジメチルホルムアミド、ピリジン等の
有機溶剤を用いても同様のフィルム化が可能であった。
【0028】
【発明の効果】本発明のポリアニリン誘導体は、種々の
有機溶剤に可溶で、キャストや流延によって可撓性のあ
る強靱なフィルムを形成することができ、かつドーピン
グにより、高い導電率を示すので、電子材料、導電材料
として、種々の用途に非常に有用である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 下記一般式(I) 【 化1】 で示される構造単位よりなる数平均分子量2,000〜
    500,000の還元型ポリアニリンを、下記式(I
    I) OCN−X−NCO (II) [式中、Xは下記構造式で示されるポリ(1,2−ブタ
    ジエン)構造を表す。m=10〜200] 【化2】 で示される両末端にイソシアナート基を有する高分子化
    合物と反応させて得られるものであって、下記式(II
    I) 【化3】 (式中、Xは上記したと同じ意味を有する。)で示され
    る架橋構造を有し、架橋点を形成する窒素原子の数がポ
    リアニリン中の窒素原子の0.1%以上で15%未満の
    範囲に存在することを特徴とするポリアニリン誘導体。
  2. 【請求項2】アニリン酸化重合体をアンモニアで処理し
    て可溶型アニリン重合体とし、ついで過剰のヒドラジン
    で処理して、下記式(I) 【化4】 で示される構造単位よりなる数平均分子量2,000〜
    500,000の還元型ポリアニリンを合成し、しかる
    のち該還元型ポリアニリンを下記式(II) OCN−X−NCO (II) [式中、Xは下記構造式で示されるポリ(1,2−ブタ
    ジエン)構造を表す。m=10〜200] 【化5】 で示される両末端にイソシアナート基を有する高分子化
    合物と反応させて得られるものであって、下記式(II
    I) 【化6】 (式中、Xは上記したと同じ意味を有する。)で示され
    る架橋構造を有し、架橋点を形成する窒素原子の数がポ
    リアニリン中の窒素原子の0.1%以上で15%未満の
    範囲に存在するポリアニリン誘導体の製造方法。
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