JPH10319451A - Organic nonlinear optical material - Google Patents

Organic nonlinear optical material

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JPH10319451A
JPH10319451A JP12713597A JP12713597A JPH10319451A JP H10319451 A JPH10319451 A JP H10319451A JP 12713597 A JP12713597 A JP 12713597A JP 12713597 A JP12713597 A JP 12713597A JP H10319451 A JPH10319451 A JP H10319451A
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soluble
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nonlinear optical
polyaniline
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Masanori Andou
昌儀 安藤
Susumu Sakaguchi
享 阪口
Kazuhiko Murata
和彦 村田
Masaji Ito
正自 伊藤
Seiichi Tejima
成市 手嶋
Yoshinobu Asako
佳延 浅子
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Nippon Shokubai Co Ltd
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Nippon Shokubai Co Ltd
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  • Macromolecular Compounds Obtained By Forming Nitrogen-Containing Linkages In General (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain an org. nonlinear optical material which has excellent third order nonlinear optical characteristics such as generation of phase conjugate waves and optically bistable phenomenon, which can be formed into a thin film by an easy method such as spin coating, dip coating and bar coating, and which has high resistance against laser light, by using a water-soluble π-electron conjugate polymer. SOLUTION: A water-soluble π-electron conjugate polymer is used. The water- soluble π-conjugate polymer is produced by introducing substituents such as sulfone groups, carboxyl groups and amino groups into a π-electron conjugate polymer having alternately connected single bonds and double bonds so as to make the polymer into water-soluble. As for the water-soluble π-electron conjugate polymer, for example, a water-soluble polyaniline, water-soluble polypyrrole, water-soluble polythiophene, water-soluble polyparaphenylene and water-soluble polyparaphenylenevinylene can be used, and a water-soluble polyaniline is preferably used because it has high stability in air. A water-soluble polymer means that the polymer has >=0.1 wt.% solubility with water at 25 deg.C.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、位相共役波発生や
光双安定現象などを特徴とする3次非線形光学特性に優
れ、スピンコート、ディップコートおよびバーコートな
どの簡便な手法により薄膜を形成することができ、耐レ
ーザー光性が高い有機非線形光学材料に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention has excellent third-order nonlinear optical characteristics characterized by phase conjugate wave generation and optical bistability, and forms a thin film by a simple method such as spin coating, dip coating and bar coating. The present invention relates to an organic nonlinear optical material having high laser light resistance.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、非線形光学材料は、超高速光スイ
ッチ、光双安定素子、位相補正素子および波長変換素子
などの光デバイスとしての用途が考えられている。これ
まで、金や銀などの金属微粒子、CdS、V2 5 など
の半導体微粒子、および有機化合物を用いて、より高性
能な、すなわち、(1)非線形感受率が大きいこと、
(2)動作波長領域における透明度が高い(吸収が少な
い)こと、および(3)応答速度が速いこと、を満たす
非線形光学材料の開発が行われてきた。
2. Description of the Related Art In recent years, nonlinear optical materials have been considered for use as optical devices such as ultrahigh-speed optical switches, optical bistable elements, phase correction elements, and wavelength conversion elements. Up to now, higher performance, that is, (1) a large nonlinear susceptibility has been obtained by using metal fine particles such as gold and silver, semiconductor fine particles such as CdS and V 2 O 5 , and organic compounds.
Nonlinear optical materials that satisfy (2) high transparency (low absorption) in the operating wavelength region and (3) high response speed have been developed.

【0003】その中でも、いくつかの共役高分子は、そ
のπ電子共役系に由来する3次の非線形光学効果を示す
ことが報告されている。たとえば、Phys. Rev. Lett.,
vol.36, p.956 (1976)によれば、ポリジアセチレンビス
(パラトルエンスルホネート)(PTS)のTHG(3
次高調波発生)測定による3次の非線形光学定数χ(3)
がχ(3) =1.6×10-10 esuとかなり大きな値を
示すことが報告されているが、不溶、不融であるため素
子化の際に不可欠である薄膜化が困難であるという問題
がある。
[0003] Among them, it has been reported that some conjugated polymers exhibit a third-order nonlinear optical effect derived from their π-electron conjugated system. For example, Phys. Rev. Lett.,
vol. 36, p. 956 (1976), the polydiacetylenebis (paratoluenesulfonate) (PTS) THG (3
Third-order nonlinear optical constant obtained by measurement of higher harmonics) χ (3)
Has been reported to show a considerably large value of χ (3) = 1.6 × 10 -10 esu, but it is said that it is difficult to form a thin film which is indispensable for device fabrication because it is insoluble and infusible. There's a problem.

【0004】成形加工性を改良する試みとしては、可溶
性の前駆体水溶液をスピンコートして、薄膜化したの
ち、加熱処理により共役系高分子である、ポリパラフェ
ニレンビニレン(PPV)やポリチエニレンビニレン
(PThV)の薄膜を得て、非線形光学薄膜とする方法
が、それぞれ特開平1−200234号および特開平1
−289922号公報に開示されている。THG測定に
よるχ(3) は、χ(3) =5〜8×10-12 esu(PP
V)およびχ(3) =3×10-11 esu(PThV)で
あった。このように可溶性の前駆体を経る方法でも最後
に高温の加熱処理が必要であるという問題があった。
[0004] As an attempt to improve the molding processability, a soluble precursor aqueous solution is spin-coated to form a thin film, and then a conjugated polymer such as polyparaphenylenevinylene (PPV) or polythienylene is heated. A method for obtaining a thin film of vinylene (PThV) to form a non-linear optical thin film is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. Hei.
-289922. Χ (3) by THG measurement is χ (3) = 5 to 8 × 10 −12 esu (PP
V) and χ (3) = 3 × 10 −11 esu (PThV). Even the method using a soluble precursor as described above has a problem that a high-temperature heat treatment is finally required.

【0005】共役高分子自身が可溶であるものとして
は、Appl. Phys. Lett., vol.48, p.1187 (1986) によ
ると、ポリベンゾチアゾール(PBT)がDFWM(縮
退四光波混合)測定でχ(3) =9×10-12 と記載され
ている。この値は、PTSに比べると2桁程小さくなっ
ているのが問題である。エメラルディン塩基のポリアニ
リンは、Synth. Met., vol.49-50, p.13 (1992) による
と、DFWN測定でχ(3) =8×10-10 と比較的大き
な値を示すが、高沸点溶媒であるN−メチルピロリドン
(NMP)にのみ可溶で取り扱い上問題が残る。
According to Appl. Phys. Lett., Vol. 48, p. 1187 (1986), polybenzothiazole (PBT) is DFWM (degenerate four-wave mixing). The measurement indicates that χ (3) = 9 × 10 −12 . The problem is that this value is about two orders of magnitude smaller than PTS. According to Synth. Met., Vol. 49-50, p. 13 (1992), emeraldine base polyaniline shows a relatively large value of χ (3) = 8 × 10 -10 in DFWN measurement, It is soluble only in N-methylpyrrolidone (NMP) which is a boiling point solvent, and there is a problem in handling.

【0006】さらにこれまでに報告されている有機非線
形光学材料は、レーザー光の照射により分解してしまう
ものが多く、その安定性が問題となっている。
Further, many organic nonlinear optical materials reported so far are decomposed by irradiation with laser light, and their stability is a problem.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、前記
問題点に鑑み、水溶性のπ電子共役高分子を用いた有機
非線形光学材料を提供することである。
An object of the present invention is to provide an organic nonlinear optical material using a water-soluble π-electron conjugated polymer in view of the above problems.

【0008】また、本発明の目的は、位相共役波発生や
光双安定現象などを特徴とする3次非線形光学特性に優
れ、スピンコート、ディップコートおよびバーコートな
どの簡便な手法により薄膜を形成することができ、耐レ
ーザー光性が高い有機非線形光学材料を提供することで
ある。
Another object of the present invention is to form a thin film by a simple method such as spin coating, dip coating and bar coating, which is excellent in third-order nonlinear optical characteristics characterized by phase conjugate wave generation and optical bistability. And to provide an organic nonlinear optical material having high laser light resistance.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記諸目的は、下記
(1)〜(3)により達成される。
The above objects are achieved by the following (1) to (3).

【0010】(1) 水溶性π電子共役高分子を用いた
有機非線形光学材料。
(1) An organic nonlinear optical material using a water-soluble π-electron conjugated polymer.

【0011】(2) 前記(1)に記載の水溶性π電子
共役高分子が、水溶性ポリアニリンであることを特徴と
する有機非線形光学材料。
(2) An organic nonlinear optical material, wherein the water-soluble π-electron conjugated polymer according to (1) is a water-soluble polyaniline.

【0012】(3) 前記(1)に記載の水溶性π電子
共役高分子と水溶性または水分散性高分子を混合して用
いた有機非線形光学材料。
(3) An organic nonlinear optical material using a mixture of the water-soluble π-electron conjugated polymer described in (1) and a water-soluble or water-dispersible polymer.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】本発明の有機非線形光学材料に用
いられる水溶性π電子共役高分子とは、単結合と二重結
合が交互に連続してなるπ電子共役高分にスルホン基、
カルボキシル基およびアミノ基などの置換基を導入して
水溶性としたものである。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The water-soluble π-electron conjugated polymer used in the organic nonlinear optical material of the present invention is a π-electron conjugate having a continuation of a single bond and a double bond alternately.
The compound is made water-soluble by introducing a substituent such as a carboxyl group and an amino group.

【0014】前記水溶性π電子共役高分としては、例え
ば、水溶性ポリアニリン、水溶性ポリピロール、水溶性
ポリチオフェン、水溶性ポリパラフェニレン、水溶性ポ
リパラフェニレンビニレンなどを挙げることができる
が、空気中での安定性が高い水溶性ポリアニリンが好ま
しく用いられる。
Examples of the water-soluble π-electron conjugated polymer include water-soluble polyaniline, water-soluble polypyrrole, water-soluble polythiophene, water-soluble polyparaphenylene, water-soluble polyparaphenylenevinylene, and the like. A water-soluble polyaniline having high stability in the above is preferably used.

【0015】本発明でいう水溶性とは、25℃におい
て、水に対する溶解度が0.1重量%以上の場合をさ
す。
The term "water-soluble" as used herein refers to a case where the solubility in water at 25 ° C. is 0.1% by weight or more.

【0016】本発明の有機非線形光学材料に用いられる
水溶性π電子共役高分のひとつである水溶性ポリアニリ
ンは、ポリアニリンの骨格の芳香環が芳香環1個当り平
均して0.1〜4個のSO3 Mおよび平均して0〜3.
9個のR(ただし、SO3 MとRとの合計は4であ
る。)で置換されたものである。
The water-soluble polyaniline used in the organic nonlinear optical material of the present invention, which is one of the water-soluble π-electron conjugates, has an average of 0.1 to 4 aromatic rings in the polyaniline skeleton per aromatic ring. Of SO 3 M and 0-3 on average.
It is substituted with 9 Rs (provided that the sum of SO 3 M and R is 4).

【0017】ここで、SO3 M中のMは、水素原子、ア
ルカリ金属(例えば、ナトリウム、カリウム、ルビジウ
ムなど)、アルカリ土類金属(例えば、カルシウム、マ
グネシウムなど)およびアンモニウム基よりなる群から
選ばれたものであり、好ましくは水素原子である。
Here, M in SO 3 M is selected from the group consisting of a hydrogen atom, an alkali metal (eg, sodium, potassium, rubidium, etc.), an alkaline earth metal (eg, calcium, magnesium, etc.) and an ammonium group. And preferably a hydrogen atom.

【0018】また、Rは、水素原子、ハロゲン原子、好
ましくは塩素原子、フッ素原子および臭素原子、炭素原
子数1〜20、好ましくは1〜8のアルキル基、炭素原
子数1〜20、好ましくは1〜8のアルコキシ基、炭素
原子数1〜20、好ましくは1〜8のアルキルチオ基、
炭素原子数1〜20、好ましくは1〜8のアルキルアミ
ノ基、カルボキシル基、エステル残基の炭素原子数が1
〜20、好ましくは1〜8のカルボン酸エステル基、ニ
トロ基およびシアノ基よりなる群から選ばれた少なくと
も1種のものである。これらのうち、水素原子、アルキ
ル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アルキルアミノ
基などの電子供与性基が好ましい。
R is a hydrogen atom, a halogen atom, preferably a chlorine atom, a fluorine atom and a bromine atom, an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, preferably 1 to 8 carbon atoms, and 1 to 20 carbon atoms, preferably An alkoxy group having 1 to 8, an alkylthio group having 1 to 20, preferably 1 to 8 carbon atoms,
The alkylamino group, carboxyl group, or ester residue having 1 to 20, preferably 1 to 8 carbon atoms has 1 carbon atom.
And at least one selected from the group consisting of carboxylic acid ester groups, nitro groups and cyano groups of from 1 to 20, preferably 1 to 8. Of these, electron-donating groups such as a hydrogen atom, an alkyl group, an alkoxy group, an alkylthio group, and an alkylamino group are preferred.

【0019】また、SO3 Mは、好ましくは平均して
0.5〜1.5個であり、またRは、好ましくは平均し
て2.5〜3.5個である。ただし、SO3 MとRとの
合計は4である。
Further, SO 3 M is preferably 0.5 to 1.5 on average, and R is preferably 2.5 to 3.5 on average. However, the sum of SO 3 M and R is 4.

【0020】本発明の有機非線形光学材料に用いられる
水溶性ポリアニリンを構造式で示すと、一般式(1)
The water-soluble polyaniline used in the organic nonlinear optical material of the present invention can be represented by the following general formula (1).

【0021】[0021]

【化1】 Embedded image

【0022】[ただし、式中、MおよびRは前記のとお
りであり、pは0.1〜4、qは0〜3.9(ただし、
p+q=4)、Xはドーパントであるプロトン酸の陰イ
オンであり、また、nは陰イオンの価であり、通常1〜
3価、好ましくは1〜2価である。]で表される繰り返
し単位および/または式(2)および/または式(3)
Wherein M and R are as described above, p is 0.1 to 4, and q is 0 to 3.9 (provided that
p + q = 4), X is an anion of a protonic acid as a dopant, and n is a valency of the anion, usually 1 to
Trivalent, preferably 1-2. And / or formula (2) and / or formula (3)

【0023】[0023]

【化2】 Embedded image

【0024】[0024]

【化3】 Embedded image

【0025】で表される繰り返し単位あるいはその他の
繰り返し単位を有してなるものである。
It has a repeating unit represented by the formula or other repeating units.

【0026】プロトン酸の陰イオンとしては、塩化物イ
オン、臭化物イオン、沃化物イオン、硝酸イオン、硫酸
イオン、リン酸イオン、ホウフッ化イオン、過塩素酸イ
オン、チオシアン酸イオン、酢酸イオン、プロピオン酸
イオン、p−トルエンスルホン酸イオン、トリフルオロ
酢酸イオン、トリフルオロメタンスルホン酸イオンなど
の1〜3価の陰イオンがあり、好ましくは1〜2価の陰
イオンである。さらに、ポリアニリンの芳香環に導入さ
れたスルホン酸イオンをプロトン酸の陰イオンとするこ
とも可能である。
The anions of the protonic acid include chloride, bromide, iodide, nitrate, sulfate, phosphate, borofluoride, perchlorate, thiocyanate, acetate, and propionate. There are 1 to 3 valent anions such as an ion, p-toluenesulfonic acid ion, trifluoroacetate ion and trifluoromethanesulfonic acid ion, and preferably 1 to 2 valent anions. Further, the sulfonic acid ion introduced into the aromatic ring of the polyaniline can be used as the anion of the protonic acid.

【0027】本発明に用いられる水溶性ポリアニリン
は、例えば、つぎのようにして製造される。まず、ポリ
アニリンを有機溶媒中に攪拌分散し、加熱しながらクロ
ロ硫酸を加えることによりポリアニリンの骨格中の芳香
環をクロロ硫酸化し、さらに得られたクロロスルホニル
ポリアニリンを水中で加水分解することにより水溶性ス
ルホン化ポリアニリンが得られる。
The water-soluble polyaniline used in the present invention is produced, for example, as follows. First, polyaniline is stirred and dispersed in an organic solvent, and chlorosulfuric acid is added thereto while heating to form chlorosulfurized aromatic rings in the polyaniline skeleton.The resulting chlorosulfonylpolyaniline is hydrolyzed in water to obtain a water-soluble polymer. A sulphonated polyaniline is obtained.

【0028】前記スルホン化ポリアニリンのスルホン化
率は、自由に調整することが可能である。スルホン基
は、電子吸引性であるとともに立体的障害になるのでポ
リアニリン主鎖の共役を弱める効果がある。したがっ
て、スルホン化率により共役の度合いを調整することが
でき、非線形光学効果が最大となるような調整が可能で
ある。さらに、前記スルホン化ポリアニリンの水溶液
は、いかなるpHにもできるのでドーピング率、したが
って電気伝導度を自由に調整できる。よって、非線形光
学効果が最大となるような調整が可能である。
The sulfonation rate of the sulfonated polyaniline can be freely adjusted. The sulfone group has an effect of weakening the conjugation of the polyaniline main chain because it has an electron-withdrawing property and causes steric hindrance. Therefore, the degree of conjugation can be adjusted by the sulfonation rate, and adjustment can be made to maximize the nonlinear optical effect. Further, since the pH of the aqueous solution of the sulfonated polyaniline can be adjusted to any pH, the doping rate and thus the electric conductivity can be freely adjusted. Therefore, adjustment that maximizes the nonlinear optical effect is possible.

【0029】本発明の有機非線形光学材料を基材に塗布
するためには、スピンコート、バーコート、グラビアコ
ート、キスコート、ブレードコート、ロールコートおよ
びディップコート等の方法を用いることができる。
In order to apply the organic nonlinear optical material of the present invention to a substrate, methods such as spin coating, bar coating, gravure coating, kiss coating, blade coating, roll coating, and dip coating can be used.

【0030】本発明の有機非線形光学材料に用いられる
水溶性π電子共役高分は、水に対して高い溶解性を示す
ので、それ単独の水溶液から基材に直接塗布可能である
が、非線形光学特性、塗布性、基材との密着性、塗膜の
強度、耐水性などを改善するためには、必要に応じて、
水溶性の高分子や水系の高分子エマルション(水分散性
高分子)とブレンドして用いることもできる。このよう
な水溶性高分子の例としては、ポリエチレングリコー
ル、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、ポ
リアクリルアミド、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリア
クリル酸、ポリ−2−アクリルアミド−2−メチルプロ
パンスルホン酸、ポリスチレンスルホン酸ナトリウム、
ポリスチレンスルホン酸、ポリビニルスルホン酸、ポリ
アリルアミン、ポリエチレンイミン等のホモポリマーお
よびそれらの成分を含むコポリマーなどを挙げることが
できる。また、水系高分子エマルション(水分散性高分
子)の例としては、アクリル酸、メタクリル酸、アクリ
ル酸メチル、メタクリル酸メチル、アクリル酸エチル、
メタクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、メタクリル
酸プロピル、アクリル酸ブチル、メタクリル酸ブチル、
アクリル酸ヘキシル、メタクリル酸ヘキシル、アクリル
酸オクチル、メタクリル酸オクチル、アクリル酸ヒドロ
キシル、メタクリル酸ヒドロキシル、アクリル酸シクロ
ヘキシル、メタクリル酸シクロヘキシルなどを(共)重
合して得られるアクリル系エマルションが挙げられる。
Since the water-soluble π-electron conjugate used in the organic nonlinear optical material of the present invention exhibits high solubility in water, it can be directly applied to a substrate from a single aqueous solution. In order to improve properties, coatability, adhesion to the substrate, strength of the coating film, water resistance, etc., if necessary,
It can also be used by blending with a water-soluble polymer or an aqueous polymer emulsion (water-dispersible polymer). Examples of such water-soluble polymers include polyethylene glycol, polyvinylpyrrolidone, polyvinyl alcohol, polyacrylamide, sodium polyacrylate, polyacrylic acid, poly-2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid, and sodium polystyrenesulfonate. ,
Examples include homopolymers such as polystyrenesulfonic acid, polyvinylsulfonic acid, polyallylamine, and polyethyleneimine, and copolymers containing these components. Examples of the aqueous polymer emulsion (water-dispersible polymer) include acrylic acid, methacrylic acid, methyl acrylate, methyl methacrylate, ethyl acrylate,
Ethyl methacrylate, propyl acrylate, propyl methacrylate, butyl acrylate, butyl methacrylate,
Acrylic emulsions obtained by (co) polymerizing hexyl acrylate, hexyl methacrylate, octyl acrylate, octyl methacrylate, hydroxyl acrylate, hydroxyl methacrylate, cyclohexyl acrylate, cyclohexyl methacrylate, and the like are included.

【0031】例えば、スルホン化ポリアニリンを用いる
場合、塗膜の動作波長における透明性をよくするために
は、前記のブレンド高分子のうちポリアクリル酸、アク
リル系エマルションとブレンドした場合の相溶性が高
く、好ましく用いることができる。
For example, in the case of using a sulfonated polyaniline, in order to improve the transparency of the coating film at the operating wavelength, the compatibility when blended with polyacrylic acid or an acrylic emulsion among the above blended polymers is high. Can be preferably used.

【0032】スルホン化ポリアニリンとポリアクリル酸
またはアクリル系エマルションとの混合比は、全固形分
に対するスルホン化ポリアニリンの割合で0.01〜
0.95がよく、好ましくは0.5〜0.8がよい。
The mixing ratio of the sulfonated polyaniline to the polyacrylic acid or acrylic emulsion is 0.01 to 0.01 in terms of the ratio of the sulfonated polyaniline to the total solid content.
0.95 is good, and preferably 0.5 to 0.8.

【0033】また、水分散性高分子として、水系溶媒中
に分散したゾルを用いることもできる。前記ゾルは、溶
媒中において金属化合物を加水分解することにより得ら
れる。金属化合物としては、金属のアルコキシド、酢酸
塩、シュウ酸塩、硝酸塩、塩化物等の中から選択するこ
とができる。これらの中でも、金属のアルコキシドが特
に好ましい。
Further, as the water-dispersible polymer, a sol dispersed in an aqueous solvent can be used. The sol is obtained by hydrolyzing a metal compound in a solvent. The metal compound can be selected from metal alkoxides, acetates, oxalates, nitrates, chlorides and the like. Among these, metal alkoxides are particularly preferred.

【0034】代表的な金属アルコキシドとしては、テト
ラメトキシシラン、テトラエトキシシランなどのシリコ
ンのアルコキシド、アルミニウム(III)n−ブトキサイ
ドなどのチタンのアルコキシドなどが挙げられる。
Representative metal alkoxides include silicon alkoxides such as tetramethoxysilane and tetraethoxysilane, and titanium alkoxides such as aluminum (III) n-butoxide.

【0035】金属化合物を加水分解させる溶媒として
は、該金属化合物を均一に溶解させるものであればよ
く、特に制限されるものではない。また、該溶媒は、必
要に応じて、グリセロール、トリエチレングリコールな
どの安定化剤、有機酸、鉱酸などを含んでいてもよい。
The solvent for hydrolyzing the metal compound is not particularly limited as long as it can uniformly dissolve the metal compound. Further, the solvent may contain a stabilizer such as glycerol or triethylene glycol, an organic acid, a mineral acid, or the like, if necessary.

【0036】例えば、スルホン化ポリアニリンと前記ゾ
ル(水分散性高分子)との混合比は、スルホン化ポリア
ニリンの割合が全重量に対して、0.01〜0.95が
よく、好ましくは0.5〜0.9がよい。
For example, the mixing ratio of the sulfonated polyaniline to the sol (water-dispersible polymer) is preferably 0.01 to 0.95, more preferably 0.1 to 0.9, based on the total weight of the sulfonated polyaniline. 5-0.9 is good.

【0037】[0037]

【実施例】以下に実施例を用いて本発明をさらに具体的
に説明する。
The present invention will be described more specifically with reference to the following examples.

【0038】(スルホン化ポリアニリンの合成) 合成例1 1.2mol/lの塩酸水溶液300mlにアニリン2
8gを滴下攪拌して加えた。これを0℃に冷却した。3
0gの過硫酸アンモニウムをイオン交換水60mlに溶
解し、先の溶液に30分かけて滴下した。滴下終了後さ
らに5時間、0℃にて攪拌した。析出した緑色沈殿を濾
過し、濾液の色がなくなるまで、イオン交換水で洗浄し
た。さらに、メタノールで濾液の色がなくなるまで洗浄
した。得られたポリアニリンのうち9gを1,2−ジク
ロロエタン270ml中に分散し、85℃に加熱した。
クロロ硫酸21.8g(約2倍モル)を1,2−ジクロ
ロエタン15mlに溶解し滴下して加えた。滴下終了後
さらに5時間、85℃にて加熱撹拌した。室温に冷却
後、濾過して反応物を取り出し、クロロホルムにて洗浄
した。風乾後、400mlのイオン交換水に分散し、4
時間加熱還流した。得られた緑色溶液を濾過して不溶分
を取り除き、ろ液をロータリーエバポレーターにて濃縮
し、アセトンを加えて緑色沈殿を析出させた。析出した
沈殿を濾過し、アセトンにて洗浄した。乾燥重量は、1
2.0gであった。
(Synthesis of Sulfonated Polyaniline) Synthesis Example 1 Aniline 2 was added to 300 ml of 1.2 mol / l hydrochloric acid aqueous solution.
8 g was added dropwise with stirring. This was cooled to 0 ° C. 3
0 g of ammonium persulfate was dissolved in 60 ml of ion-exchanged water, and added dropwise to the above solution over 30 minutes. After completion of the dropwise addition, the mixture was further stirred at 0 ° C. for 5 hours. The deposited green precipitate was filtered and washed with ion-exchanged water until the color of the filtrate disappeared. Further, the filtrate was washed with methanol until the color of the filtrate disappeared. 9 g of the obtained polyaniline was dispersed in 270 ml of 1,2-dichloroethane and heated to 85 ° C.
21.8 g (about 2 times mol) of chlorosulfuric acid was dissolved in 15 ml of 1,2-dichloroethane and added dropwise. After the dropwise addition, the mixture was heated and stirred at 85 ° C. for another 5 hours. After cooling to room temperature, the reaction product was filtered out and washed with chloroform. After air drying, disperse in 400 ml
Heated to reflux for an hour. The resulting green solution was filtered to remove insolubles, the filtrate was concentrated with a rotary evaporator, and acetone was added to precipitate a green precipitate. The deposited precipitate was filtered and washed with acetone. Dry weight is 1
2.0 g.

【0039】元素分析結果は、 H:3.52% C:39.24% N:8.28%
S:13.78% Cl:2.99% 組成式:C24304.3 153.2
Cl0.7 であり、S/N比(硫黄原子と窒素原子のモル比)は
0.73であった。ポリアニリンの芳香環4個に対して
3個弱のスルホン基が導入されていることになる。また
対イオンCl- のドーピング率は0.175(35%)
である。
The results of elemental analysis were as follows: H: 3.52% C: 39.24% N: 8.28%
S: 13.78% Cl: 2.99% Composition: C 24 H 30 N 4.3 O 15 S 3.2
Cl was 0.7 , and the S / N ratio (molar ratio between sulfur atoms and nitrogen atoms) was 0.73. This means that less than three sulfone groups are introduced for every four aromatic rings of polyaniline. The counterion Cl - doping ratio of 0.175 (35%)
It is.

【0040】室温で水に対する溶解度を測定した結果、
5.0重量%であった。
As a result of measuring the solubility in water at room temperature,
It was 5.0% by weight.

【0041】得られたスルホン化ポリアニリンをペレッ
トに成型し、4端子法による電気伝導度を測定した結
果、5.72×10-3S/cmであった。
The obtained sulfonated polyaniline was formed into pellets, and the electric conductivity was measured by a four-terminal method. As a result, it was found to be 5.72 × 10 −3 S / cm.

【0042】(有機非線形光学薄膜の作成) 実施例1 上記合成例1で得られたスルホン化ポリアニリンをイオ
ン交換水に溶解して固形分5%水溶液を作製し、洗浄し
たスライドガラス上にスピンコートして、淡緑色の透明
フィルムを得た。このフィルムの表面抵抗は、6.3×
103 Ω/□であった。
(Preparation of Organic Nonlinear Optical Thin Film) Example 1 The sulfonated polyaniline obtained in Synthesis Example 1 was dissolved in ion-exchanged water to prepare a 5% solids aqueous solution, and spin-coated on a washed slide glass. Thus, a pale green transparent film was obtained. The surface resistance of this film is 6.3 ×
It was 10 3 Ω / □.

【0043】実施例2 上記合成例1で得られたスルホン化ポリアニリンをイオ
ン交換水に溶解し、スルホン基がすべてナトリウム塩と
なり、さらに脱ドーピングが完了するまで、水酸化ナト
リウム水溶液で中和した。この水溶液を洗浄したスライ
ドガラス上にスピンコートして、淡青色の透明フィルム
を得た。
Example 2 The sulfonated polyaniline obtained in Synthesis Example 1 was dissolved in ion-exchanged water, and neutralized with an aqueous sodium hydroxide solution until all of the sulfone groups became sodium salts and the undoping was completed. This aqueous solution was spin-coated on a washed slide glass to obtain a pale blue transparent film.

【0044】実施例3 上記合成例1で得られたスルホン化ポリアニリンとアル
ドリッチ製ポリアクリル酸(平均分子量2000)を重
量比1:1となるようにイオン交換水に溶解して固形分
5%水溶液を作製し、洗浄したスライドガラス上にスピ
ンコートして、淡緑色の透明フィルムを得た。このポリ
アニリン−ポリアクリル酸樹脂組成物フィルムの表面抵
抗は、6.3×109 Ω/□であった。
Example 3 The sulfonated polyaniline obtained in Synthesis Example 1 and polyacrylic acid manufactured by Aldrich (average molecular weight: 2,000) were dissolved in ion-exchanged water at a weight ratio of 1: 1 to give a 5% solids aqueous solution. Was prepared and spin-coated on a washed slide glass to obtain a pale green transparent film. The surface resistance of this polyaniline-polyacrylic acid resin composition film was 6.3 × 10 9 Ω / □.

【0045】実施例4 テトラエトキシシラン2.1g(0.01モル)をエタ
ノール20.0g(0.43モル)に溶解し、撹拌しな
がら蒸留水1.8g(0.1モル)と塩酸(36%水溶
液)0.51g(0.005モル)を滴下した。滴下終
了後、撹拌を10時間続けシリカゲル分散液を得て、固
形分が10重量%となるまで濃縮した。
Example 4 2.1 g (0.01 mol) of tetraethoxysilane was dissolved in 20.0 g (0.43 mol) of ethanol, and while stirring, 1.8 g (0.1 mol) of distilled water and hydrochloric acid (0.1 mol) were dissolved. 0.51 g (0.005 mol) of a 36% aqueous solution was added dropwise. After completion of the dropwise addition, stirring was continued for 10 hours to obtain a silica gel dispersion, which was concentrated until the solid content became 10% by weight.

【0046】上記合成例1で得られたスルホン化ポリア
ニリンと上記シリカゾル分散液を重量比が9:1になる
ようにイオン交換水に溶解して固形分5重量%の溶液を
調製した。この溶液をスライドガラス上にスピンコート
し、200℃で2時間加熱することにより淡緑色の透明
膜を得た。
The sulfonated polyaniline obtained in Synthesis Example 1 and the silica sol dispersion were dissolved in ion-exchanged water at a weight ratio of 9: 1 to prepare a solution having a solid content of 5% by weight. This solution was spin-coated on a slide glass, and heated at 200 ° C. for 2 hours to obtain a pale green transparent film.

【0047】実施例5 バナジン酸アンモニウム17.5g(0.15モル)を
蒸留水1000gに溶解した。このバナジン酸アンモニ
ウム水溶液を強酸性イオン交換樹脂に通して、ポリバナ
ジン酸水溶液を得た。
Example 5 17.5 g (0.15 mol) of ammonium vanadate was dissolved in 1000 g of distilled water. This aqueous solution of ammonium vanadate was passed through a strongly acidic ion exchange resin to obtain an aqueous solution of polyvanadate.

【0048】上記合成例1で得られたスルホン化ポリア
ニリンと上記ポリバナジン酸水溶液を重量比が4:1に
なるようにイオン交換水に溶解して固形分1重量%の溶
液を調製した。この溶液を洗浄したスライドガラス上に
スピンコートして淡緑色の透明フィルムを得た。
The sulfonated polyaniline obtained in Synthesis Example 1 and the aqueous solution of polyvanadic acid were dissolved in ion-exchanged water at a weight ratio of 4: 1 to prepare a solution having a solid content of 1% by weight. This solution was spin-coated on a washed slide glass to obtain a pale green transparent film.

【0049】(3次非線形感受率の測定)実施例1〜5
の透明フィルムまたは透明膜の3次非線形光学効果を位
相共役光型縮退4光波混合法を用いて測定した。測定に
は、Nd:YAGレーザの第2高調波(波長532n
m、パルス幅40psec)を用いた。試料の3次非線
形感受率χ(3) は、同一光学系における基準物質(CS
2 )に対する位相共役光の反射率Rの比から下記数式
(1)を用いて算出した。
(Measurement of Third-Order Nonlinear Susceptibility) Examples 1 to 5
Of the transparent film or transparent film was measured using a phase conjugate degenerate four-wave mixing method. For the measurement, the second harmonic (wavelength 532n) of the Nd: YAG laser was used.
m, pulse width 40 psec). The third-order nonlinear susceptibility of the sample χ (3) is determined by the reference substance (CS
It was calculated from the ratio of the reflectance R of the phase conjugate light to 2 ) using the following equation (1).

【0050】[0050]

【数1】 (Equation 1)

【0051】ここで、Lは媒体の厚さ、Rは位相共役光
の反射率、nは屈折率、下付きSは試料、下付きCS2
は二硫化炭素を表す。Qは下記数式(2)で定義される
補正係数である。
Here, L is the thickness of the medium, R is the reflectivity of the phase conjugate light, n is the refractive index, subscript S is the sample, subscript CS 2
Represents carbon disulfide. Q is a correction coefficient defined by the following equation (2).

【0052】 Q=ln(1−T)/T(1−T) (2) ここで、Tは試料の透過率である。Q = ln (1−T) / T (1−T) (2) where T is the transmittance of the sample.

【0053】測定結果を表1にまとめて示した。Table 1 summarizes the measurement results.

【0054】[0054]

【表1】 [Table 1]

【0055】表1で明らかなように、実施例1〜5の透
明フィルムまたは透明膜は、大きな3次非線形光学効果
を示すことがわかった。さらに、レーザー光の照射によ
る分解は全くみられず、有機材料であるにもかかわら
ず、極めて高い耐レーザー光性を有していることがわか
った。
As apparent from Table 1, it was found that the transparent films or transparent films of Examples 1 to 5 exhibited a large third-order nonlinear optical effect. Further, no decomposition by laser light irradiation was observed at all, and it was found that the material had extremely high laser light resistance despite being an organic material.

【0056】[0056]

【発明の効果】以上説明した通り、本発明の有機非線形
光学材料は、水溶性π電子共役高分子を用いることを特
徴とするものである。したがって薄膜化が容易でかつ大
きな3次非線形感受率を有する有機非線形光学材料を提
供できる。
As described above, the organic nonlinear optical material of the present invention is characterized by using a water-soluble π-electron conjugated polymer. Therefore, it is possible to provide an organic nonlinear optical material that can be easily formed into a thin film and has a large third-order nonlinear susceptibility.

フロントページの続き (72)発明者 阪口 享 大阪府池田市緑丘1丁目8番31号 工業技 術院大阪工業技術研究所内 (72)発明者 村田 和彦 茨城県つくば市観音台1丁目25番地12 株 式会社日本触媒内 (72)発明者 伊藤 正自 茨城県つくば市観音台1丁目25番地12 株 式会社日本触媒内 (72)発明者 手嶋 成市 茨城県つくば市観音台1丁目25番地12 株 式会社日本触媒内 (72)発明者 浅子 佳延 茨城県つくば市観音台1丁目25番地12 株 式会社日本触媒内Continuing from the front page (72) Inventor Sakaguchi 1-8-31 Midorigaoka, Ikeda-shi, Osaka Industrial Technology Institute Osaka Industrial Technology Research Institute (72) Inventor Kazuhiko Murata 1-25-25 Kannondai, Tsukuba-shi, Ibaraki 12 shares Nippon Shokubai Co., Ltd. (72) Inventor Masatoshi Ito 1-25-12 Kannondai, Tsukuba City, Ibaraki Pref. Nippon Shokubai Co., Ltd. (72) Inventor Naruichi Teshima 1-25-25 Kannondai, Tsukuba City, Ibaraki Pref. (72) Inventor Yoshinobu Asako 1-25-12 Kannondai, Tsukuba, Ibaraki Pref.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 水溶性π電子共役高分子を用いた有機非
線形光学材料。
1. An organic nonlinear optical material using a water-soluble π-electron conjugated polymer.
【請求項2】 請求項1に記載の水溶性π電子共役高分
子が、水溶性ポリアニリンであることを特徴とする有機
非線形光学材料。
2. An organic nonlinear optical material, wherein the water-soluble π-electron conjugated polymer according to claim 1 is a water-soluble polyaniline.
【請求項3】 請求項1に記載の水溶性π電子共役高分
子と水溶性または水分散性高分子を混合して用いた有機
非線形光学材料。
3. An organic nonlinear optical material using a mixture of the water-soluble π-electron conjugated polymer according to claim 1 and a water-soluble or water-dispersible polymer.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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