JPS6017350B2 - 高い電気伝導度を有するアセチレン高重合体の製造法 - Google Patents

高い電気伝導度を有するアセチレン高重合体の製造法

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JPS6017350B2
JPS6017350B2 JP3628679A JP3628679A JPS6017350B2 JP S6017350 B2 JPS6017350 B2 JP S6017350B2 JP 3628679 A JP3628679 A JP 3628679A JP 3628679 A JP3628679 A JP 3628679A JP S6017350 B2 JPS6017350 B2 JP S6017350B2
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acetylene
polymer
sulfuric acid
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acetylene polymer
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征男 小林
英樹 白川
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、繊維状微結晶(フィブリル)構造を有するア
セチレン高重合体を硫酸で処理することを特徴とする高
い電気伝導度を有するアセチレン高重合体の製造法に関
する。
チーグラ−.ナッ夕触媒でアセチレンを重合して得られ
る粉末状アセチレン高重合体を電子受容性化合物で処理
すると電気伝導度が最高3桁上昇し、逆にアンモニアや
メチルアミンのような電子供与性化合物で処理すると電
気伝導度が最高4桁減少することはすでに知られている
〔D.J.茂retset.al.,Trans.Fa
radaySocy64、823(1968)〕。
しかし、ここで用いられている粉末状アセチレン高重合
体は、非繊維状微結晶の集合体であり、本発明で用いる
繊維状微結晶のアセチレン高重合体と分子鎖の形態が本
質的に異なるため、機械的強度の低い成形品しか得られ
ず、また電気伝導度の改良効果も充分満足すべきもので
はない。本発明者らの一部は、すでに繊維状微結晶(フ
ィブリル)構造を有する膜状または繊維状アセチレン高
重合体の製造方法を見い出し、その製造方法について提
案した(特公昭48一32581)。
この方法によって製造される膜および繊維は直経200
から300Aの繊維状微結晶(フィブリル)が無秩序に
集合した結晶性の高重合体である。このアセチレン高重
合体はシスまたはトランス共役二重結合のつながりから
なる直鎖状不飽和炭化水素であり、一部架橋している可
能性がある。また、この方法によって製造されるアセチ
レン高重合体は、重合温度により二重結合の立体配置が
異り、−78qo以下で重合した高重合体中の二重結合
の98%はシス結合であるが、重合温度が高くなるにつ
れトランス結合が増加して十150午0以上で重合した
ものはほぼ完全にトランス結合のみとなる。シス結合を
含む高重合体は真空中または不活性気体中で200qo
、30分間熱処理を行なうと完全なトランス結合に異性
化させることができる。また、処理温度と時間を調和す
ることにより任意のシスートランス組成を有する高重合
体を製造することができる。この重合体の電気的、機械
的、および光学的性質はシス−トランス組成により大き
く変化する。
例えば25q0における導電率は、シス含有率が約95
%のもので1.7×10‐90‐1.肌‐1、トランス
含有率が約95%のもので4.4×10‐50‐1.肌
‐1である。破断強度はシス含有率98%で3.8k9
/柵からトランス含有率の増加と共に次第に減少しトラ
ンス含有率96%では2.4k9/磯となる。一方、破
断伸びはシス含有率98%の140%からトランス含有
率96で5%以下となる。従って、シス含有率の高い膜
状および繊維状アセチレン高重合体は機械的操作により
延伸し繊維状微結晶を延伸方向に配列することが可能で
、一軸延伸酌向したシス含有率の高い膜状および繊維状
アセチレン高重合体を製造できる。
このものを機械的緊張下で加熱し、シス結合をトランス
結合に熱異性化させるとさらに延伸が進み、より高度に
酉己向したトランス含有率の高い膜状および繊維状アセ
チレン高重合体を製造できる。この膜状または繊維状ア
セチレン高重合体にCI2、Br2、12、lcl、I
Br等のハロゲンや、五フツ化ヒ素等の電子受容性化合
物をドーピングすることにより導電率が上昇し、特に五
フッ化ヒ素の場合、最高5600‐1.肌‐1の高導伝
性誘導体が得られることがすでに報告されている〔J.
C.S.ChemCommmm.578(1977)、
Ph侭.Rev.Utt.39、1098(1977)
、J.Am.Chem.SM.、100、1013(1
978)、J.Chem.Ph$.6950班(197
8)〕。
しかしながら、これらの電子受容性化合物のうちでも高
い電気伝導度を与える五フッ化ヒ素やヨウ素は、その毒
性が強くて取り扱いが難しく、工業的にはより毒性の低
い電子受容性化合物(ドーパント)が要求されている。
本発明者らはそれらの点に鑑み、高い電気伝導率を与え
、且つより毒性の低い電子受容性化合物について種々検
討した結果、本発明に到達した。
即ち、本発明は、繊維状微結晶構造を有するアセチレン
高重合体を硫酸で処理することを特徴とする高い電気伝
導度を有するアセチレン高重合体の製造法に関する。本
発明によって得られるアセチレン高重合体の電気伝導度
は、最高12行まで上昇し、且つ用いる硫酸は、従来の
高い電気伝導度を与える電子受容性化合物に比較して毒
性が低く、安価であるため、工業的に極めて有用である
本発明において用いられる繊維状微結晶構造を有するア
セチレン高重合体は、例えば次の方法によって製造する
ことができる。
‘1’遷移金属化合物と有機金属化合物からなる煤系を
トルェンのごとき芳香族炭化水素やへキサデカンのごと
き脂肪族炭化水素に溶解してなる触媒溶液とアセチレン
ガスの自由表面近傍界面および固体表面にこの触媒溶液
を塗布した表面で重合を行なって膜状および繊維状アセ
チレン高重合体を製造する方法(侍公昭48−32斑1
号)‘21 へキサンを溶媒として、ムー(刀1:り5
−CyCIOpentadjeny1 ) − けiS
( リ ーcyclopentadienyl)di
titanium(Ti−Ti)〔(C5は)5(C5
日5)3Ti2〕なる特殊な遷移金属化合物でアセチレ
ンを重合してゲル状アセチレン高重合体を製造する方法
〔S.L.Hsuet.aIJ.chem.Ph$.、
691}、106−111(1978)〕糊 芳香族系
化合物を重合溶媒として、遷移金属化合物と有機金属化
合物を主成分とする触媒系を用い、遷移金属化合物を芳
香族系化合物1そに対して0.0001〜0.1モル濃
度で使用し、且つ瀦拝下でアセチレン重合してアセチレ
ン高重合体のゲル状物を製造する方法。
上記(2}および{3’の方法で得られるアセチレン高
重合体のゲル状物は、加圧成形等の通常の成形方法で任
意の形状に成形して使用される本発明において用いられ
る硫酸とは日2S04の化学組成式で示されるものおよ
びその水溶液であり、具体的には純硫酸、濃硫酸、硫酸
および希硫酸があげられる。
繊維状微結晶構造を有するアセチレン高重合体を硫酸で
処理(ドーピング)する方法としては、例えば‘1)硫
酸中に直接アセチレン高重合体を浸債する方法、■硫酸
をこれと反応しない有機または無機溶剤中に置き、アセ
チレン高重合体をこの溶剤中に浸潰し、溶剤中を拡散す
る硫酸でアセチレン高重合体を処理する方法、‘3}ア
セチレン高重合体を真空中または不活性気体中に置いて
、硫酸の蒸気でアセチレン高重合体を処理する方法等が
あげられる。
好ましい処理温度はそれぞれの処理(ドーピング)方法
によって異なるので一概に決められないが、一般的には
−10ぴ0以上10000以下、好ましくは−80oo
以上80oo以下である。
硫酸をアセチレン高重合体に添加すると、アセチレン高
重合体中の硫酸の濃度が低い場合には外観に変化がなく
銀色の金属光沢を保っているが濃度の増加と共に次第に
金色を帯びるようになる。
硫酸の添加量を調節することにより導電率を高シス含有
率の高重合体の場合には10‐9〜1ぴQ‐1.肌‐1
、高トランス含有率の高重合体では10‐5〜1ぴ○‐
IM.仇‐1の間で任意に調節できる。任意のシスート
ランス組成比を有する高重合体も同様にその高重合体の
導電率から1ぴQ2‐1.仇‐1の範囲で任意に調節で
きる。硫酸を添加した後のアセチレン高重合体の機械的
性質は元の高重合体の性質とほとんど変らない。
従って可榛・性は維持され、とりわけシス含有率の高い
処理された高重合体は可榛性に富んでいる。
硫酸の添加により可視領域のm→打*遷移に基づく吸収
が消失し、近赤外、赤外および遠赤外領域の光を強く吸
収するようになる。吸収の強さと波長依存性は硫酸の添
加量に依存し、硫酸の添加量が高濃度ほど吸収強度が大
きく、長波長までの光を吸収する。アセチレン高重合体
にドープされる硫酸の量は、アセチレン高重合体10の
重量部に対して高々300重量部である。
このようにして得られる電気伝導度の高いアセチレン高
重合体はP型半導体であり、そのままでも電子.電気素
子として有用な有機半導体として使用することができる
ばかりでなく、n型半導体と容易に組み合せてP−nヘ
テロ接合素子を作ることもできる。
また、アセチレン高重合体のバンド.ギャップ.エネル
ギーは約1.笹Vであるから、P−n接合型太陽電池と
しても有用である。
以下、実施例によって本発明をさらに詳しく説明する。
実施例 1窒素雰囲気下で内容頭500の上のガラス製
反応容器に5.1叫(15.0ミリモル)のチタニウム
テトラブトキサィドを加え、20.0の‘のトルェンに
落し、5.4のと(40ミリモル)のトリエチルアルミ
ニウムを健梓しながら加えて反応させ触媒溶液を調製し
た。
この反応容器を液体窒素で冷却して、系中の窒素ガスを
真空ポンプで排気し、次いでこの反応容器を−7800
に冷却した。
反応溶器を回転させて触媒溶液を反応容器の内壁に均一
に付着させた後、反応容器を静層させた状態で直ちに1
気圧の圧力の精製アセチレンガスを導して重合を開始し
た。
重合開始と同時に反応容器の内壁に金属光沢を有するア
セチレン高重合体が折出した。−7がCの温度で、アセ
チレン圧を1気圧の状態に保って1時間重合反応を行な
った後、未反応のアセチレンを真空ポンプで排気して重
合を停止した。窒素雰囲気下で残存触媒溶液を注射器で
除去した後、一78つCに保つたまま精製トルェン10
0叫で6回洗液を繰り返し、次いで室温で真空乾燥した
。触媒溶液が反応器内壁に附着した部分に、その部分と
面積が等しく、厚さが90ムmでシス舎量が98%の膜
状アセチレン高重合体が得られた。
この膜状アセチレン高重合体の電気伝導度(直流四端子
法)は20qoで2.5×10‐80‐1・‐1であっ
た。この膜状アセチレン高重合体を硫酸(日2S○4含
量97%、精密分析用、和光純薬工業K・K・製)に5
秒間浸潰し、直ちに引き上げて電気伝導度を測定したと
ころ、電気伝導度は2000で5300‐1・仇‐1で
あった。
実施例 2 ガラス製容器に、実施例1で用いたと同様の硫酸を入れ
、真空ポンプで系中の空気を除去した後、実施例1で得
られた膜状アセチレン高重合体を容器の気相部分に吊し
て硫酸の蒸気による処理を室温で2独特間なった。
硫酸処理後の膜状アセチレン高重合体の重量増加は15
%であり、その20ooでの電気伝導度は5700‐1
.肌‐1であった。
実施例 3 窒素ガスで完全に置換した1そのガラス製反応器に、重
合溶媒として常法にしたがって精製したトルェン200
の‘、触媒としてテトラブトキシチタニウム2.94ミ
リモルおよびトリエチルアルミニウム4.34ミリモル
を順次に室温で仕込んで触媒溶液を調製した。
触媒溶液は均一溶液であった。反応器を液体窒素で冷却
して系中の窒素ガスを真空ポンプで排気した。一7ず0
に反応器を冷却してマグネチック.スターラーで触媒溶
液を縄拝しながら、1気圧の圧力の精製アセチレンガス
を吹き込んだ。
重合反応の初期に系全体は寒天状になり、縄梓が困難に
なった。アセチレンガス圧を1気圧に保つたままで2独
時間重合反応をまのまま継続した。
系は赤紫色を呈した寒天状であった。重合終了後、未反
応のアセチレンガスを除去し、系の温度を−7がoに保
つたまま200叫の精製トルェンで4回繰り返し洗液し
た。洗縦後も溶液はやや褐色をおび、触媒は完全に除去
されなかった。トルェン中で膨潤したゲル状アセチレン
重合体は、繊維状微結晶が絡み合った均一チップ状であ
り、粉末状や塊状のポリマ−は生成していなかった。均
一ゲル状物の一部を取り出して乾燥し、ゲル状物中のア
セチレン高重合体の量を測定したら、ゲル状物中にアセ
チレン高重合体は1の重量%含有されていた。
上記のゲル状物を厚さ1仇舷、縦10仇吻、簾50肋の
型枠に入れ、クロムメッキしたフェロ板ではさんで、室
温で100k9/係の圧力でトルェンを除きながらプレ
ス成形して膜厚が5肋の可榛性のある強靭なフィルム状
成形品を得た。
このフィルム状成形品は電気伝導度(直流四端子法で測
定)が20q○で5×10‐80‐1・抑‐1のP型半
導体であった。
このフィルム状成形品を用いて実施例2と同様な方法で
硫酸処理を行なった。
硫酸処理後の成形品の重量増加は16%であり、200
0での電気伝導度は17500‐1.cの‐1であった
。実施例 4 実施例1で得られたシス含量98%の膜状アセチレン高
重合体をフラスコに入れ、真空ポンプで緋気し、10‐
3脚Hgに保ちながら、外部から電気炉で200℃に加
熱して1時間異性化を行ってトランス含量97%の膜状
アセチレン高重合体を得た。
この膜状アセチレン高重合体の電気伝導度は20℃で6
.2×10‐50‐1.の‐1であつつた。この膜状ア
セチレン高重合体を用いて実施例2と同様の方法で硫酸
処理を行なった。硫酸処理後の膜状アセチレン高重合体
の重量増加は17%で、20qoでの電気伝導度は斑O
Q‐1.肌‐1であった。
実施例 5 実施例1において、硫酸の代りに実施例1で用いた硫酸
10奴と蒸留水10のとからなる希硫酸を用いた以外は
、実施例1と同様の膜状アセチレン高重合体を用い、実
施例1と同様の方法で希硫酸処理を行なった。
処理後の膜状アセチレン高重合体の20ooでの電気伝
導度は3250‐1.伽‐1であった。実施例 6実施
例1で得られたシス含有率98%の膜状アセチレン高重
合体の膜厚90山mの部分を長さ44側、中5肋に切り
取り荷重をかけて85柳に延伸した。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 繊維状微結晶(フイブリル)構造を有するアセチレ
    ン高重合体を硫酸で処理することを特徴とする高い電気
    伝導度を有するアセチレン高重合体の製造法。
JP3628679A 1979-03-29 1979-03-29 高い電気伝導度を有するアセチレン高重合体の製造法 Expired JPS6017350B2 (ja)

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GB8037339A GB2061291B (en) 1979-03-29 1980-03-28 Process for preparing highly conductive acetylene high polymer
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