JPS5859208A - ポリジフルオロアセチレン - Google Patents

ポリジフルオロアセチレン

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JPS5859208A
JPS5859208A JP56157664A JP15766481A JPS5859208A JP S5859208 A JPS5859208 A JP S5859208A JP 56157664 A JP56157664 A JP 56157664A JP 15766481 A JP15766481 A JP 15766481A JP S5859208 A JPS5859208 A JP S5859208A
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JP
Japan
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polydifluoroacetylene
catalyst
polyacetylene
polymer
difluorovinylene
Prior art date
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Pending
Application number
JP56157664A
Other languages
English (en)
Inventor
Osamu Hotta
収 堀田
Tomiji Hosaka
富治 保阪
Nobuo Sonoda
園田 信雄
Wataru Shimoma
下間 亘
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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  • Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)
  • Bipolar Transistors (AREA)
  • Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)

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】 本発明は新規な高分子化合物にかかわり、ポリ。
アセチレン誘導体や一種であるポリジフルオロアセチレ
ンに関するものである。
従来、有用な高分子半導体化合物としてポリアセチレン
お夷びその誘導体が知られている。この化合物は種々の
有用な特性をもっておシ、産業上、多方面に応用の可能
性を−もっている0それにもかかわらず、次に述べるよ
うな理由でポリアセチレンもしくはその誘導体の応用に
対して大きな制約がある。すなわち、一般に知られてい
るようにポリアセチレンは酸素を含む気体中で不安定で
あり、容易に酸化される。たとえば、M、G、Voro
nkov、et、a、1.、.1.Polym。
S ci t、 ’、 P、’o、l ym、 Che
m、 Ed、’ 、 18.63 (1980)にポリ
アセチレンの構成単位であるビニレン基の酸化機構が第
1式のように示されている。
(1) また、一般に重合反応を行うときの触媒としてZi’e
gler−Na’tt’a、触媒や遷移金属触媒などを
通常の重合反応において用いる濃度よりもはるかに高い
濃度で用いれば、成膜性の良好な重合体を得ることがで
きるが、低い触媒濃度で用いたり他の種類の重合触媒を
用いたりすれば、一般に成膜性や成形性のない粉末やゲ
ル状の重合体しか得ることができない(、Ziegle
r−Natta触媒を用いる重合方法はたとえば、T、
Ito  et、al、。
J、Polym、Set、Polym、Chem、ed
、、12゜11(1974)などに記載されている。
本発明は、従来のポリアセチレンおよびその誘導体のも
つこれらの欠点をとりのぞき、これらの化合物にみられ
なかった数々のすぐれた特性を有する高分子°半導体化
合物を提供するものである。
本発明の新規な化合物は第2式で表されるような化学式
をもつポリアセチレン誘導体であるポリジフルオロアセ
チレンである。式中nは自然数である。
+CF=CF+n           (2)ここで
、本発明の構成の特徴を説明し、ポリジフルオロアセチ
レンとポリアセチレンとを比較する。
本発明の構成をポリジフルオロアセチレンの構成単位で
あるジフルオロビニレン基とその集合体としてのポリジ
フルオロアセチレンとに分けて説明する。ここでジフル
オロアセチレンはポリジフルオロアセチレンを製造する
ための出発物質であり、本発明の構成を生み出すための
機能的要件と考えることができる。なお、ポリジフルオ
ロアセチレンの製造方法については後に述べる。
1)ジフルオロビニレン基の構造 ジフルオロビニレン基は第3式で表されるポリジフルオ
ロアセチレンの構成単位である。
−CF二〇F−(3) ジフルオロビニレン基は化学的に安定そあり、酸素を含
む気体中でも酸化されにくい。これは次のような化学的
および電子構造的な理由によるものと思われる。化学的
な理由としてはジフルオロビニレン基はビニレン基と異
なり、酸化などの反応に対して活性の高い水素原子をも
っておらず、たとえば、第1式に示したような反応はき
わめて起こりにくいということが挙げられる。このこと
を原子間の結合エネルギーの概念を用いて下の第4式と
第6式の反応の起こりやすさの比較によって説明・する
。なお、第1表に結合エネルギー(いずれも−重結合に
ついて)の値の一例を示す。
以下余白 第1表 ΔH=H(C−H)−H(C−0)−)((0−f()
=  99’−84−111 = −96 ΔH−H(C−F)−H(C−0)−H(0−F)= 
 105−84−44 二 −23 ここで、ΔHは反応熱(k、lI4/moA)、)I 
(X−Y )はX−Y間の′結合エネルギーを示す。反
応はΔHが負でその一対値が大きいほど起とりやすいこ
とが一般にわかっている。
以上のことから第5式の反応は第4式のものに比べて起
こりにくい、すなわち、ジフノシオロビニ7、:l:“
1!::−7二二二二;;二軍解エチレンなどの化学的
安定性もこのようにして説明することができるが、本質
的なことは炭素−弗素結合の強固さと酸素−弗素結合の
生成のしに、くさにあると言うことができる。
一方、電子構造的には次のような事情が考えられる。す
なわち、ジフルオロビニレン基の中のフルオロ基は電気
陰性度がきわめて大きく、二重結合をもつ炭素結子上に
存在するπ電子雲を自身の方へ引き寄せる力が強い。こ
のために、このπ電子はビニレン基上のπ電子よりも低
いポテンシャル ル準位を占めるようになって安定化するものと考えるこ
とができる。また、このようにして生じた・ジフルオロ
ビニレン基のπ電子の炭素−炭素二重結合上における不
畳状態は後に述べるiうにポリフルオロアセチレンに一
味やる電子物性を付与する。          、 2)ポリジフルオロアセチレンの構造 ポリジフルオロアセチレンはジフルオロビニレン基が直
鎖状に連なつ苑もので単独のジフルオロビニレン基に基
づく性質と多数のジフルオロビニレン基が結合してはじ
めて発現する性質をもっている。1)で述べたジフルオ
ロビニレン基の性質はポリジフルオロアセチレンにも受
は継がれる。ここでは後者の性質について電子物性の立
場から述べる0 これらの性質のうち最も著しい性質はジフルオロビニレ
ン基の二重結合をもつ炭素原子上のπ電子の分布が単独
の場合と線状に多数結合した場合とで異なることに基づ
いて引き起こされる。後者の場合はある任意のジフルオ
ロビニレン基のπ電子はその両側に結合しているジフル
オロビニレン基のπ電子と相互作用を及ぼし合い、ジフ
ルオロビニレジ基の多数の結合体の全体にわたって独特
の馬子構造を生み出すこととなる。これは通常1、固゛
体物理学でいわれているバンド構造に他ならない。とく
にポリジフルオロアセチレンの場合、ジフルオロビニレ
ン基上のπ電子は1)でも述べたように不足した状態に
°ある。この結果、π電子によって形成されるバンドに
はホールが形成されることになると思われる。第1図に
妥当と思われるポリジフルオロアセチレンのバンドの模
式図を示す。
1は伝導帯、2はフルオロ基の準位、3は価電子帯、4
は電子、6はホールを表す0 同図においてフルオロ基を一種のアクセプタ準位と考え
れば、ポリジフルオロアセチレンのバンド構造を理解し
やすい。
さらに、バンド構造の立場から化学的安定性について説
明を加える。第2図はポリアセチレンとポリジフルオロ
アセチレンとのバンド構造を表す模式図である。aはポ
リアセチレンについて示し、6は伝導帯;7は価電子帯
を表す。bはポリフルオロアセチレンについて示し、8
は伝導帯、9は価電子帯を表す。10は真空準位、Ip
はイオン化ポテンシャルを表す。
ポリジフルオロアセチレンがポリアセチレンよりも安定
なことは第2図のようにフルオロ基の大きな電気陰性度
に基づくイオン化ポテンシャルIpの大きな値によって
解釈することができる0すなわち、ポリジフルオロアセ
チレンの最高の価電子準位に存在する電子のエネルギー
はポリアセチレンよりも低いレベルにあり、この電子を
活性化させるエネルギーをより多く必要とするために、
ポリジフルオロアセチレンは反応に対して不活性で今る
ということができる。
次に、本発明における大きな効果としてポリジフルオロ
アセチレンの良好な電気伝導特性について述べる。
ポリジフルオロアセチレンの電気伝導率の値はたとえば
製造条件すなわち、触媒の種類や量およ0 び製造時の温度あるいは製造後の試料の履歴などによっ
ても変化するが、はぼ、1o−〜1o  Ω ・crn
−1程度の大きさを示した。
これに対してポリアセチレンは電気伝導率の値が10−
9〜10−50−1・Iyn−1の半導体であることが
知られている。これについてはたとえば、H,/Shi
rakawa、at、al、、DieMacromol
eculare Chemie、179.1665(1
97B )  などに記載がある。
以上のように、ポリジフルオロアセチレンは、ポリアセ
チレンに比べて電気伝導率の値が10〜102倍程度の
大きさであり、たとえば、電子材料の素材として用いる
場合に、十分な程度の値である。また、すでに述べたよ
うにポリアセチレンと比較して化学的にきわめて安定で
あり、酸化反応などを受けにくい。これら゛゛メ要因た
めにポリジフルオロアセチレンは産業上、きわめて有用
な高分子半導体化合物となり得る。
次にポリジフルオロアセチレンの製造方法について述べ
る。一般にポリマーの製造において、重金触媒の種類と
量および温度条件が得られる重合体の性質および様態な
どを左右する要因となる。
しかしながら、本発明においては、これらの広い“選択
範囲において重合度が高く、成膜性および成形性にすぐ
れた重合体を得ることができた。これは次のような事情
によるものと考えられる0すなワチ、このような高い重
合活性はポリジフルオロアセチレンを得るための出発物
質であるジフルオロアセチレンのフルオロ基の電子吸引
性と密接な一般に炭素−炭素三重結合をもつ化合物はア
ニオンあるいは親核試薬による5、求核攻撃を受けやす
いことが有機反応理論の上でよく知られている。
すでに述べたようにフルオロ基は電気陰性度が非常に大
きく、第6式に示すようにジフルオロアセチレン分子に
おいて結合している三重結合をもつ炭素を強く正に分極
している。
重合反応は重合開始触媒が第6式において、正に分極し
た炭素原子を攻撃することにより、間約・されるものと
思われる。本発明において用いた有が良好な結果を与え
た。
たとえば、上のような重合開始触媒を用いたときには、
ナトリウムイオンに対するカウンターアニオンが第6式
に示したジフルオロアセチレンの正に分極した炭素原子
を攻撃するものと思われる。
良好な重合体を得ることのできる重合開始触媒の最適な
濃度は、触媒の種類にもよるが、はぼ10〜1 mot
//:  であった。また、反応温度は約−60〜10
0”Cの範囲において良好な重合体′f:得ることがで
きた。
ポリジフルオロアセチレンは以上のような条件において
、たとえばテトラヒドロフランなどの適当i溶媒にジフ
ルオロアセチレンモノマート重合開始触媒とを溶解させ
ることによってきわめて容易に、かつ短時間に製造する
ことができた。
一方、ポリアセチレンは本発明の製造方法とほぼ同様の
方法で得られるが、0.1〜10mo4/7程度のきわ
めて高濃度のZiegler−Natta触媒もしくは
遷移金属触媒を用いなければ、成膜性のある良好な重合
体を得ることはできない。このことはポリアセチレンを
得るための出発物質であるアセチレンが三重結合をもつ
炭素原子に結合する電子吸引性の基をもっておらず、こ
のためにアニオン重合機構による重合反応を起こしにり
く、きわめて強力な条件を用いなければ重合を円滑に進
められないと考えることによって理解しうる0次に実施
例を挙げて本発明をさらに詳細に説明する。
種々の重合開始触媒を用いて、いろいろな触媒濃度およ
び反応温度条件において酸素を遮断した4 封管中でジフルオロアセチレンの重合反応を行い、ポリ
ジフルオロアセチレンを得た。この際にテトラヒドロフ
ランを溶媒として用い、これにそれぞれ触媒とジフルオ
ロアセチレンとを溶解させた溶液を別々に調製して両溶
液を等量混合することによって反応させた。ジフルオロ
アセチレン溶液ハ混合前に26重量パーセントになるよ
うに調製した。こうして得た溶液を2時間攪拌した後に
生成した物質をろ過することによって分離し、これをテ
トラヒドロフラン溶液ドよって十分に洗浄した。
こうしてそれぞれ別々に得たポリジフルオロアセチレン
をジメチルスルフオキシドに溶解してそれぞれ、10重
量パーセントの溶液を得、これらをそれぞれ、アルミニ
ウム箔上にキャスティングして約40〜60μm厚のフ
ィルムを得た。さらにこれらのフィルムに銀塗料を直径
25鵡φに塗布して80℃において10時間の間、真空
乾燥し、温度を変化させて電気伝導率を測定した。これ
らの測定値の一例を温度の関数として第3図にプロット
する。また、さらにこれらのフィルムをω℃の熱風空気
中に20時間放置した後に再度、電気伝導轡を副官した
。また、これらのフィルムについて熱風空気中での放置
前後の質量分析をも行った。
以上の結果を第2表に示す。なお、電気伝導率は30℃
における値のみを掲載した。また、組成式は窒素原子に
対する炭素原子の比率で表した。
第2表 なお、第2表において、触媒濃度はそれぞれ、ジフルオ
ロアセチレンおよび触媒のテトラヒドロフラン溶液を互
いに混合した後の溶液における濃度である。
以上の実施例におGて、すべての条件において均一なキ
ャスティングフィルムが得られ、初期において10−7
〜’ 10−’Ω−1・crn−1の範囲の電気伝導率
の値を示した。また、熱風−気中での放置によって電気
伝導率は上昇する傾向を示し、はぼ10〜1o Ω ・
α となった。
さらに、質量分析の結果、上に得られたフィルムは01
.00〜1.03Fの組成をもち、他の元素はきわめて
微量であった。また、赤外吸光分光分析の結果、共役ジ
エン系の炭素−炭素二重結合の伸縮振動の特性吸収帯に
類似した吸収および炭素−弗素結合の伸縮振動の特性吸
収帯が認められた。これらのことから本発明において得
られた重合体は第3式で表されるジフルオロビニレン基
を繰り返し単位としてもつ重合体であると固定した。
また、熱風空気中での放置後も質量分析にょる7 解析の結果、元素の組成変化は認められず、さらに赤外
吸光分光分析による解析結果も放置前と変化は認められ
なかった。これらのことは空気酸化などの反応が起こっ
ていないことを意味している。
一般に伝導性もしくは半導電性の有機物質および高分子
物質は酸化などの反応をうけると、その部分の構造が局
所的に秩序の乱れを起こして電気伝導率の値が低下する
が、本実施例のポリジフルオロアセチレンのフィルムは
むしろこの値が上昇した。このこともポリジフルオロア
セチレンが酸化などの反応を受けにくいことの傍証であ
ると解釈し得る。
なお、ジメチルフォルムアミドを溶媒にして測定した溶
液の粘性率の値から本実施例のポリジフルオロアセチレ
ンの分子量はほぼ、数千から数十万の範囲にあると推定
しつる。この推定において次のHouwink−Mar
k−接円の粘度式を用いた。
〔η]== KM″(7) 〔η〕:極限粘度数 M :粘度平均分子、量 に、シ:高分子−溶媒系によって決まる値 にとνの値は分子量のあらかじめわかっているポリ弗化
ビニリデンをジメチルフォルムアミドに溶解させた溶液
の極限粘郷数を測定することによって得た値を用、いた
。 ゛
【図面の簡単な説明】
第1図はポリジフルオロアセチレンのバンドの模式図、
第2図はポリアセチレンとポリジフルオロアセチレンの
バンド構造を表す模式図、第3図は種々の重合開始触媒
を用いて製造したポリジフルオロアセチレンの電気伝導
率の温度に対する関係を表したグラフである。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名ll
I  図 第2図       。 (a、t  ’、      ()))□9 ”@3図 偏度 十χfD3 (’/・k)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. ジフルオロビニレン、基−CF=CF−を繰す返シて単
    位と臀、一般一式 モCF、、、、CF’輻、(但しn
    は自然数)で表され込ポリシフ・ルオロアセtレン0
JP56157664A 1981-10-02 1981-10-02 ポリジフルオロアセチレン Pending JPS5859208A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4904739A (en) * 1984-11-29 1990-02-27 Pennwalt Corporation Poly(fluoroacetylene) containing polymers
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