JPS62207324A - 置換ピロ−ル重合体 - Google Patents

置換ピロ−ル重合体

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JPS62207324A
JPS62207324A JP4928986A JP4928986A JPS62207324A JP S62207324 A JPS62207324 A JP S62207324A JP 4928986 A JP4928986 A JP 4928986A JP 4928986 A JP4928986 A JP 4928986A JP S62207324 A JPS62207324 A JP S62207324A
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JP
Japan
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compound
substituted pyrrole
substituted
pyrrole polymer
polymer
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JP4928986A
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English (en)
Inventor
Takeo Shimizu
清水 剛夫
Buhei Kaneko
金子 武平
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Nippon Soda Co Ltd
Original Assignee
Nippon Soda Co Ltd
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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ピロール化合物の新規な重合体に係り、さら
に詳しくは、3.4−位のいずれかがアリール基で置換
された置換ピロール化合物の重合体、その製造方法およ
びその重合体と電極板との積層体に関する。
本発明の重合体は、優れた導電性およびエレクトロクロ
ミズム特性を有するため、電子デバイスへの応用が期待
でき、特に、重合体′ritlI*と電極板との積層体
は、エレクトロクロミック素子として使用できる。
〔従来の技術〕
5員および6員の複素環化合物、特に、ピロールの電気
化学的重合が、米国特許第3574072号明細書に開
示されている。
一方、導電性塩の存在下に、ピロールを陽極酸化重合さ
せることにより、陽極上に10”Scr’以下の電導度
を有するフィルムが形成されることが、A、F、Dia
Z他著ニジエイ・シー・ニス・ケミカル・コミユニケイ
ジョン(J、C,S、 Chew、 Com+a、 P
 635 (1979))に記載されている。このフィ
ルムは、ドープ状態(酸化状態)から脱ドープ状B(還
元状態)とすることにより、黒色から黄緑色に変化する
、すなわち、エレクトロクロミズムを示すことが知られ
ている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
無置換のピロールの重合体について、その製造方法およ
び一部の特性が知られている。一方、置換とロール化合
物の重合体については、一般的記載としてはあるものの
、3−メチルピロールの重合体を除いては、合成された
ものはなく、特に、3−位または4−位にアリール基を
有するピロール化合物の重合体については、それを記載
した文献は知られていない。前記ピロール化合物の重合
体の薄膜は、エレクトロクロミズムを示すが、鮮明な美
しい色の変化を示さず、また、脱ドープ状態のまま空気
中に放置すると、酸化されて黒色に変化し、脱ドープ状
態で安定には存在しない。したがって、これを利用する
産業上付用な材料や電子デバイスは得られていない。
本発明は、鮮明な色の変化を示し、脱ドープ状態におい
ても空気中で安定に存在する置換ピロール重合体および
その製造方法を提供することを、その目的とする。また
、該重合体の薄膜と電極板とを積層したエレクトロクロ
ミック素子として使用できる積層体を提供することも、
その目的である。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、下記一般式(1) 〔ここに、XまたはYのいずれかが、水素またはハメッ
トの置換基定数(σ、)が0.3未満の置換基、他の一
方が、置換されていてもよいアリール基、および、Zは
、水素またはアルキル基である。〕で表される置換ピロ
ール化合物を、導電性塩の存在下において電解酸化重合
するか、または、酸化剤の存在下において化゛学酸化重
合することにより得られる、下記一般式(2) (ここに、X、YおよびZは、前記と同じ意味を表す。
nは、2以上の整数である。)で表される置換ピロール
重合体である。
本発明は、また、前記置換ピロール重合体の薄膜を電極
板上に形成した積層体である。
本発明において、原料ビロール化合物およびその重合体
は、一般式(1)および−瓜式(2)に示すように、3
−位または4−位のいずれかが、水素またはハメットの
置換基定数(σp)が、0.3未満の電子吸引性の小さ
い置換基、たとえば、ハロゲン、アルキル基等であり、 他の一方が、置換基を有していてもよいフェニル基、ナ
フチル基等のアリール基である3、4−位非対称置換ピ
ロール化合物およびその重合体である。了り−ル基の置
換基としては、反応に関与しないハロゲン、アルキル基
等が挙げられる。
本発明の電解酸化法による前記一般式(2)で表される
重合体の製造方法において、導電性塩は、(al  H
”、Li”、Na”、K”、R’aN”およびR’4P
”(ここに、Roは、相互に無関係に水素原子、アルキ
ル基、シクロアルキル基または了り−ル基を表す。)よ
りなる群から選ばれた少なくとも1種の陽イオンと、 fbl  BFa−+AsFn−+AsFh−+5bF
6−+5bC1a−+PFi−、Cl0n−+H5O,
−およびso、”−よりなる群から選ばれた少なくとも
1種の陰イオンとの 塩である。
該方法において、前記導電性塩を0.001〜IIII
O11/1溶解した溶液を電解液とし、この電解液に0
゜001〜1fflol/1の前記一般式(1)で表さ
れる置換ピロール化合物を加え、直流電流を印加するこ
とにより、前記一般式(2)で表される重合体が陽極面
上に析出、成長しフィルムとして得られる。
電解液の溶剤は、前記一般式(1)で表される置換ピロ
ール化合物を溶解し得るものであればよく、たとえば、
アセトニトリル、ベンゾニトリル、プロピレンカーボネ
ート、ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン、ニ
トロベンゼン等の有機溶剤、水またはそれらの混合物が
使用できる。
導電性塩および溶剤の種類、印加電流値、電圧値等は、
原料の置換ピロール化合物の種類により異なる。
一方、化学酸化法による前記一般式(2)で表される重
合体の製造方法において、酸化剤は、原料の置換ピロー
ル化合物の酸化電位より高い酸化電位を有するものであ
れば、特に制限なく使用できる。
たとえば、Fe”化合物、 1lz(h、szo@”−
化合物、C1g、Brz等の強酸化剤またはRu1n−
化合物、0sO4−化合物、Mn0a−化合物等の高酸
化オキシ酸イオン供与化合物、もしくは、IrC1,”
−化合物、PtCl、”−化合物、  PdC14”−
化合物。
^uC1m”−化合物等の貴金属酸イオン供与化合物が
挙げられる。
化学酸化法において、反応は、溶剤系、非溶剤系の何れ
でも行うことができ、重合体は、溶剤不溶性の粉末また
はフィルム状固体として直接得られる。
反応溶剤は、酸化剤と反応しない溶剤であれば、特に制
限されることなく使用できる、好ましくは、水、低級ア
ルコール類5アセトン、アセトニトリルまたはそれらの
混合溶剤を使用する。
溶剤系の反応において、原料ピロール化合物および酸化
剤の濃度は、特に限定はなく、それぞれ0.001mo
l/Itないし飽和溶液の範囲で反応を行うことができ
る。
本発明において、前記方法で得られた重合体は、前記一
般式(2)で表される構造をとり、重合体中には、反応
に使用した導電性塩または酸化剤の陰イオン種がドープ
される。
本発明において、積層体は、前記重合体の薄膜を、電極
板上に形成してなる。
該積層体において、電極として、各種金属、ITO(ス
ズをドープした酸化インジウム)膜、 NESA (ア
ンチモン等をドープした酸化スズ)膜等の導電性薄膜を
形成したガラス板を使用することができる。
前記電解酸化法による重合体の製造方法において、重合
体薄膜の形成対象の電極を陽極とすることにより、該陽
極上に重合体のg!膜が形成され、容易に積層体を得る
ことができる。
一方、化学酸化法により得られる重合体は、通常溶剤不
溶性の重合体であるため、該重合体を加圧成型したgJ
膜を、電極板上に導電性ペーストを介して圧着する方法
、導電性ペーストを塗布した電極板上で、該重合体を直
接圧縮成型する方法等により、積層体を製造することが
できる。
また、フィルム形成能を有する高分子物質と、酸化剤と
を共通の溶媒に熔解して電極板上にキャストしてFtl
膜を形成し、得られたキャストフィルムに、原料ピロー
ル化合物の蒸気を接触させて、反応させ積層体を製造す
ることができる。
得られた積層体は、ドープ状態(酸化状B)−説ドーブ
状態(還元状態)間に変換することにより、空気中にお
いて安定に、かつ、鮮明なエレクトロクロミズムを示す
〔作  用〕
ピロールの重合体が、導電性およびエレクトロクロミズ
ムを示すことは、前記従来技術に記載されるように公知
であり、その作用機構は、酸化状態にある重合体は正に
荷電しており、該重合体が負電荷を有する還元体(ドー
パント)を取り込んでいることによると説明されている
本発明は、前述したように、3.4−位のいずれかがア
リール基である置換ピロール化合物の重合体であること
を特徴とするが、該重合体もピロール重合体と同様に、
導電性およびエレクトロクロミズムを示す。
該重合体が、導電性およびエレクトロクロミズムを示す
ためには、ドーパントとなる陰イオンが重合体中に取り
込まれていることが必要である。
これらのドーパントを付与することを目的として、電解
酸化重合においては、導電性塩を、また、化学酸化重合
においては、原料の置換ピロール化合物の酸化還元電位
より高い酸化還元電位を有する強酸化剤または高酸化オ
キシ酸イオン供与化合物、もしくは、貴金属酸イオン供
与化合物を使用する。 化学酸化重合において、ドーパ
ント付与化合物として、ルテニウム(■)トリス(バソ
フエナンスロリンスルホン#)、ルテニウム(■)トリ
ス(ビピリジンスルホン酸)等が好ましく使用される。
本発明の重合体は、3.4−位非対称であり、かつ、い
ずれか一方にアリール基を有する原料ピロール化合物の
重合体であることにより、ピロール重合体に比較して、
酸化還元電位がプラス側にかなり大きくシフトしており
、酸素、水の酸化還元電位に対し、比較的離れている。
その結果、空気中において安定であり、かつ、鮮明なエ
レクトロクロミズムを示す。
〔実 施 例〕
本発明を、実施例により、さらに詳細に説明する。
ただし、本発明の範囲は、下記実施例により、何等限定
されるものではない。
実施例11!解酸化重合および積層体の製造ITO被覆
ガラス(4cm”)を陽極、白金およびKCI飽和カロ
メル電極をそれぞれ陰極および参照電極とした容積10
0m1の電解セルに、第1表に示す精製したピロール化
合物の0.05 mol/ 1アセトニトリルル?容?
Piおよびテトラフ゛チルアンモニウムバークロレート
の0.05 mol/ 1アセトニトリルル溶液を、電
解液として仕込んだ。
電解セルに、窒素ガスを導入して空気の混入を遮断した
後、1.抛Aの定電流を40秒間通電し、陽極のITO
被覆ガラス表面に重合体薄膜を形成し積層体を得た。
形成された重合体薄膜の、赤外線吸収スペクトルを、F
T−IR20DX にコレ社製)を使用し、全反射法(
^TR法)により測定し2−位、5−位で重合した重合
体であることを確認した。
試料番号1−2の3−(p−クロルフェニル)ピロール
の赤外線吸収スペクトルを第1図に示す。
(2)  緒特性 原料ピロール化合物および得られた重合体薄膜について
、下記の特性を測定した。
測定結果を第1表中に示す。
fa)  原料ピロール化合物の酸化電位デュアルボテ
ンショガルバノスタント(OPGS−1)−ファンクシ
ョンジェネレーター(8厚計測社製)およびXY−記録
計を使用して測定した。
(bl  重合体膜の電導度測定 ホン・ドウ・ボー法による4端子法で測定した。
(C1重合体膜の酸化還元電位 前記原料ピロール化合物の酸化電位測定に使用した測定
装置を用いて測定した。
fdl  N1合体膜のエレクトロクロミンク性添付第
2図に示す装置を使用し、吸光度(350〜b ポテンショスクットの電流値がほぼ一定となった時点で
υVチャートを書かせ、波長−吸光度の関係を求めた。
(以下余白) 実施例2 化学酸化重合 3−(p−クロルフェニル)ビロール0.2 g (1
゜13 X 10−’mol)に飽和thszol15
 mlを加え、アセトニトリル2〜3m!!に均一に’
t8解した。この溶液を室温下、1時間攪拌保持した結
果、褐色ないし黒色のオイル状物が生成した。さらに攪
拌を継続した結果、3時間後にオイル状物は結晶化した
。−昼夜放置後、濾別、乾燥しさらさらの黒色結晶0.
1gを得た。
得られた黒色結晶の赤外線吸収スペクトルは、第1図に
示す電解酸化重合で得られた重合体と同様な2−位、5
−位で重合した3−(p−クロルフェニル)ビロールの
重合体であることを確認した。
(発明の効果〕 本発明の重合体は、前記実施例に示すように、3゜4−
位のいずれか一方にアリール基を有するピロール化合物
の重合体であることにより、比較例に示す無置換のとロ
ールまたはメチルピロールの重合体に比較して、酸化還
元電位が、酸素および水の酸化還元電位から離れている
。そのために、脱ドープ状態のまま、大気中で安定に存
在し、かつ、鮮明なエレクトロクロミズムを示す。
したがって、この重合体の薄膜を、電極板上に形成して
なる積層体は、エレクトロクロミックディスプレー、光
スィッチ、光メモリー素子等の光機能素子や、センサー
材料、電池材料などの、種々の電子デバイスの素材とし
て使用することが期待される。
【図面の簡単な説明】
第1図は、電解酸化重合で得られた3−(p−クロルフ
ェニル)ビロールの重合体の赤外線吸収スペクトルであ
る。 第2図は、エレクトロクロミンク性の測定に使用した装
置の説明図である。 〔使用符号〕

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)一般式 ▲数式、化学式、表等があります▼ (ここに、XまたはYのいずれかが、水素またはハメッ
    トの置換基定数(σ_■)が0.3未満の置換基、他の
    一方が、置換されていてもよいアリール基、および、Z
    は、水素またはアルキル基であり、nは、2以上の整数
    である。) で表される置換ピロール重合体
  2. (2)アリール基が、フェニル基、ハロゲンで置換され
    たフェニル基またはナフチル基である特許請求の範囲第
    (1)項記載の置換ピロール重合体
  3. (3)一般式 ▲数式、化学式、表等があります▼ (ここに、X,YおよびZは、前記と同じ意味を表す。 ) で表される置換ピロール化合物を、導電性塩の存在下に
    電解酸化重合することを特徴とする下記一般式▲数式、
    化学式、表等があります▼ (ここに、X,Y,Zおよびnは、前記と同じ意味を表
    す。) で表される置換ピロール重合体の製造方法
  4. (4)導電性塩が、 (a)H^+,Li^+,Na^+,K^+,R′_4
    N^+およびR′_4P′(ここに、R′は、相互に無
    関係に水素原子,アルキル基,シクロアルキル基または
    アリール基を表す。) よりなる群から選ばれた少なくとも1種の陽イオンと、 (b)BF_4^−,AsF_4^−,AsF_6^−
    ,SbF_6^−,SbCl_6^−,PF_6^−,
    ClO_4^−,HSO_4^−およびSO_4^2^
    − よりなる群から選ばれた少なくとも1種の陰イオンとの
    塩である特許請求の範囲第(3)項記載の置換ピロール
    重合体の製造方法
  5. (5)一般式 ▲数式、化学式、表等があります▼ (ここに、X,YおよびZは、前記と同じ意味を表す。 ) で表される置換ピロール化合物を、酸化剤の存在下に化
    学酸化重合することを特徴とする下記一般式▲数式、化
    学式、表等があります▼ (ここに、X,Y,Zおよびnは、前記と同じ意味を表
    す。) で表される置換ピロール重合体の製造方法
  6. (6)酸化剤が、Fe^3^+化合物,H_2O_2,
    S_2O_■^2^−化合物,Cl_2,Br_2もし
    くは高酸化オキシ酸イオン供与化合物、または、貴金属
    酸イオン供与化合物である特許請求の範囲第(5)項記
    載の置換ピロール重合体の製造方法
  7. (7)高酸化オキシ酸イオン供与化合物が、RuO_4
    ^−化合物,OsO_4^−化合物またはMnO_4^
    −化合物である特許請求の範囲第(5)項または第(6
    )項記載の置換ピロール重合体の製造方法
  8. (8)貴金属酸イオン供与化合物が、IrCl_6^2
    ^−化合物,PtCl_6^2^−化合物,PdCl_
    4^2^−化合物またはAuCl_4^2^−化合物で
    ある特許請求の範囲第(5)項または第(6)項記載の
    置換ピロール重合体の製造方法
  9. (9)一般式 (ここに、X,Y,Zおよびnは、前記と同じ意味を表
    す。) で表される置換ピロール重合体の薄膜を、電極板上に形
    成してなる積層体
  10. (10)置換ピロール重合体の薄膜が、エレクトロクロ
    ミズムを示す特許請求の範囲第(9)項記載の積層体
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