JPWO2019013276A1 - Conductive material - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は、簡易な手法で製膜可能で、しかも優れた導電性を有する導電性材料を提供することを主な課題とする。【解決手段】 繊維幅が3nm〜1500nmの範囲にある繊維状セルロースから得られた化1に示される硫酸化セルロース結晶をドーパントとして用い、化3で表される繰り返し単位を有するポリチオフェンを複合化することにより得られた導電性材料は、製膜性及び導電性に優れており、導電性材料として好適に使用できる。【選択図】図1An object of the present invention is to provide a conductive material that can be formed into a film by a simple method and has excellent conductivity. SOLUTION: The sulfated cellulose crystal shown in Chemical formula 1 obtained from fibrous cellulose having a fiber width in the range of 3 nm to 1500 nm is used as a dopant to complex a polythiophene having a repeating unit represented by Chemical formula 3. The electroconductive material thus obtained has excellent film-forming properties and electroconductivity, and can be suitably used as the electroconductive material. [Selection diagram] Figure 1

Description

本発明は、優れた導電性を有する導電性材料、及びその製造方法に関し、特に優れた塗膜性も備えた導電性材料及び導電性材料の製造方法に関する。   The present invention relates to a conductive material having excellent conductivity, and a method for manufacturing the same, and particularly to a conductive material having excellent coating properties and a method for manufacturing the conductive material.

現在、導電性高分子として、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリピロールなどの材料が知られている。導電性高分子はその透明性と導電性の高さから、帯電防止フィルム、コンデンサ又はトランジスタ等の導電材料として使用されている。また、導電性高分子は優れた加工性を有することから、その応用分野は、多岐に渡っている。   At present, materials such as polythiophene, polyaniline, and polypyrrole are known as conductive polymers. Conductive polymers are used as conductive materials for antistatic films, capacitors, transistors and the like because of their transparency and high conductivity. In addition, since conductive polymers have excellent processability, their application fields are diverse.

導電性高分子の中でポリチオフェン系の導電性高分子は最も導電性が高く、また、薄膜として使用した場合の光透過性が良好であるため、優れた材料であることが知られている。ポリチオフェン系の導電性高分子で溶媒に分散したものとしてはポリ(3,4−エチレンジオキシ)チオフェン(以下、PEDOTと記すことがある)とドーパントとしてポリスチレンスルホン酸(以下、PSSと記すことがある)を用いた混合物の水分散液が知られている。3,4−エチレンジオキシチオフェン(EDOT)は、水への溶解度が非常に低いため、水への溶解性が高いPSSを組み合わせることで水へ分散させている。   It is known that a polythiophene-based conductive polymer has the highest conductivity among the conductive polymers and has excellent light transmittance when used as a thin film, and is therefore an excellent material. A polythiophene-based conductive polymer dispersed in a solvent is poly (3,4-ethylenedioxy) thiophene (hereinafter sometimes referred to as PEDOT) and polystyrene sulfonic acid as a dopant (hereinafter referred to as PSS). Aqueous dispersions of mixtures of A.) are known. Since 3,4-ethylenedioxythiophene (EDOT) has a very low solubility in water, it is dispersed in water by combining PSS with high solubility in water.

PEDOT/PSSは導電性の高さからITO代替として透明電極への応用が盛んに検討されているが、ITOと比べて導電性が劣っており、導電性を向上させることが望まれていた。   PEDOT / PSS has been actively studied for application to transparent electrodes as an alternative to ITO because of its high conductivity, but it is inferior in conductivity to ITO, and it has been desired to improve conductivity.

これまでに、PEDOT/PSSの導電性を向上させる改良技術についても幾つか報告されている。例えば、特許文献1では、混合アルコール及びシランカップリング剤とを混合して、導電性能を向上させている例が開示されている。しかしながら、特許文献1の技術では、前記混合アルコールは低粘性溶媒と高粘性アルコールとからなることが必須であるため、これらを混合する工程が必要である上、PEDOT/PSS水溶液100重量部に対して前記混合アルコールを最大300重量部も添加する必要がある。   So far, some improved techniques for improving the conductivity of PEDOT / PSS have been reported. For example, Patent Document 1 discloses an example in which a mixed alcohol and a silane coupling agent are mixed to improve the conductive performance. However, in the technique of Patent Document 1, since it is essential that the mixed alcohol is composed of a low-viscosity solvent and a high-viscosity alcohol, a step of mixing these is necessary and 100 parts by weight of the PEDOT / PSS aqueous solution is required. Therefore, it is necessary to add up to 300 parts by weight of the mixed alcohol.

このように従来の導電性材料では、導電性が低い、バインダー等の成分を多量に混合する必要がある等の欠点があり、商業的に実用化する上で障壁があった。   As described above, the conventional electroconductive materials have drawbacks such as low electroconductivity and the necessity of mixing a large amount of components such as a binder, which has been a barrier to commercialization.

特開2015−180708号公報JP, 2005-180708, A

本発明の目的は、簡易な手法で製膜可能で、しかも優れた導電性を有する導電性材料を提供するものである。   An object of the present invention is to provide a conductive material which can be formed into a film by a simple method and has excellent conductivity.

本発明者らは、かかる事情を鑑み鋭意研究を重ねた結果、繰り返し単位を有するポリチオフェン(以下、単に「ポリチオフェン」と表記することもある)と硫酸化セルロース結晶を複合化することにより得られた複合体は、製膜性及び導電性に優れており、導電性材料として好適に使用できることを見出した。本発明は、かかる知見に基づいて更に検討を重ねることにより完成したものである。   The present inventors have conducted extensive studies in view of such circumstances, and as a result, obtained by complexing polythiophene having a repeating unit (hereinafter, also simply referred to as “polythiophene”) and a sulfated cellulose crystal. It has been found that the composite has excellent film-forming properties and conductivity and can be suitably used as a conductive material. The present invention has been completed by further studies based on such findings.

即ち、本発明は、下記に掲げる態様の発明を提供する。
繊維幅が3nm〜1500nmの繊維状セルロースから得られた、化1に示される、硫酸化セルロース結晶をドーパントとして用いた、ポリチオフェンからなる導電性材料である。
That is, the present invention provides the inventions of the following modes.
It is a conductive material made of polythiophene, which is obtained from fibrous cellulose having a fiber width of 3 nm to 1500 nm and has the sulfated cellulose crystal shown in Chemical formula 1 as a dopant.

(R1〜R6はそれぞれ独立に水素原子、スルホン酸基または炭素鎖数1〜6のアルキルスルホン酸基を表し、かつ少なくとも1つはスルホン酸基または炭素鎖数1〜6のアルキルスルホン酸基を表す。) (R 1 to R 6 each independently represent a hydrogen atom, a sulfonic acid group or an alkylsulfonic acid group having 1 to 6 carbon chains, and at least one is a sulfonic acid group or an alkylsulfonic acid having 1 to 6 carbon chains. Represents a group.)

本発明の導電性材料は、優れた導電性を備えており、太陽電池や有機EL等の光電変換デバイスにおける電極材料や配線材料として有用である。また、本発明の導電性材料は、優れた製膜性を備えており、バインダー等の成分を多量に混合せずとも簡易な手法で製膜できるので、電極や配線等に使用される導電性部材を容易な方法で作製することが可能になる。   The conductive material of the present invention has excellent conductivity and is useful as an electrode material or a wiring material in a photoelectric conversion device such as a solar cell or an organic EL. Further, the conductive material of the present invention has excellent film-forming properties, and can be formed into a film by a simple method without mixing a large amount of components such as a binder, so that the conductive material used for electrodes, wiring, etc. The member can be manufactured by an easy method.

また、本発明の製造方法によれば、ポリチオフェンとアニオン性多糖類の複合体が分散体の状態で得られるので、当該分散体を塗膜して製膜するという簡単な方法で、高導電性の導電性部材を作製することが可能になる。   Further, according to the production method of the present invention, since a complex of polythiophene and anionic polysaccharide is obtained in a dispersion state, a simple method of coating the dispersion to form a film has high conductivity. It becomes possible to manufacture the conductive member of.

図1は、解繊処理装置の一例の概念図である。FIG. 1 is a conceptual diagram of an example of a defibration processing apparatus. 図2は、実施例1の電子顕微鏡写真を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an electron micrograph of Example 1. 図3は、実施例2の電子顕微鏡写真を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an electron micrograph of Example 2. 図4は、実施例3の電子顕微鏡写真を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an electron micrograph of Example 3. 図5は、比較例1の電子顕微鏡写真を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing an electron micrograph of Comparative Example 1. 図6は、比較例4の電子顕微鏡写真を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing an electron micrograph of Comparative Example 4.

本発明の導電性材料は、化(1)で表される硫酸化セルロース結晶と後述する化(3)で表される繰り返し単位を有するポリチオフェンとの複合体(以下、「ポリチオフェン/硫酸化セルロース結晶複合体」と表記することもある)からなることを特徴とする。以下、本発明の導電性材料について詳述する。   The conductive material of the present invention is a complex of a sulfated cellulose crystal represented by Chemical formula (1) and a polythiophene having a repeating unit represented by Chemical formula (3) described below (hereinafter, referred to as “polythiophene / sulfated cellulose crystal”). It may be referred to as "complex"). Hereinafter, the conductive material of the present invention will be described in detail.

<硫酸化セルロース結晶>
本発明で用いられる硫酸化セルロース結晶とは、繊維幅が3〜1500nmの繊維状セルロース(以下、セルロースナノファイバーということもある。)にスルホン酸基又は炭素鎖数1〜6のアルキルスルホン酸基を導入してなるものである。
<Sulfated cellulose crystals>
The sulfated cellulose crystal used in the present invention means a sulfonic acid group or an alkylsulfonic acid group having 1 to 6 carbon chains in fibrous cellulose having a fiber width of 3 to 1500 nm (hereinafter, also referred to as cellulose nanofiber). Is introduced.

硫酸化セルロース結晶において、前記スルホン酸基が導入される繊維幅3〜1500nmの繊維状セルロースの製造方法等について、以下、詳細に説明する。   A method for producing fibrous cellulose having a fiber width of 3 to 1500 nm into which the sulfonic acid group is introduced in the sulfated cellulose crystal will be described in detail below.

繊維状セルロースとしては例えば、針葉樹及び広葉樹等の木材繊維、竹繊維、サトウキビ繊維、種子毛繊維、葉繊維等の天然の植物を含む多糖由来の繊維状セルロース、さらには海洋性生物であるホヤや海藻などに含まれるセルロース、加えて酢酸菌が糖を原料として生産するセルロース等が挙げられ、これら繊維状セルロースは一種を単独で又は二種以上を混合して用いてもよい。また多糖としてはα-セルロース含有率60%〜99質量%のパルプを用いるのが好ましい。α-セルロース含有率60質量%未満の純度の場合はセルロースの持つ高強度・耐熱性・高剛性・高耐熱撃性・高酸素バリア性などの特性を十分に引き出せないほか、着色による品質の劣化や熱によるガスの発生などの問題を生じる。従って、α-セルロース含有率は60%以上であることが好ましい。一方、99質量%以上のものを用いた場合、繊維同士が水素結合により強く結びついているため、繊維をナノレベルに解繊することが困難になる。   Examples of the fibrous cellulose include wood fibers such as conifers and hardwoods, bamboo fibers, sugar cane fibers, seed hair fibers, fibrous cellulose derived from polysaccharides containing natural plants such as leaf fibers, and squirts that are marine organisms. Examples include cellulose contained in seaweed and the like, and cellulose produced by acetic acid bacteria using sugar as a raw material. These fibrous celluloses may be used alone or in combination of two or more. As the polysaccharide, it is preferable to use pulp having an α-cellulose content of 60% to 99% by mass. When the α-cellulose content is less than 60% by mass, the properties such as high strength, heat resistance, high rigidity, high heat resistance and high oxygen barrier properties of cellulose cannot be fully brought out, and the quality deteriorates due to coloring. And the generation of gas due to heat causes problems. Therefore, the α-cellulose content is preferably 60% or more. On the other hand, when 99% by mass or more is used, the fibers are strongly bound to each other by hydrogen bonds, so that it becomes difficult to defibrate the fibers to the nano level.

多糖を高圧水流にて解繊して繊維状セルロースとする手法としては、特開2005-270891に記載された水中対向衝突法(以下、ACC法ということもある)がある。これは、水に懸濁した天然セルロース繊維をチャンバー(図4:107)内で相対する二つのノズル(図1:108a,108b)に導入し、これらのノズルから一点に向かって噴射、衝突させる手法である。この手法によれば、天然微結晶セルロース繊維(例えば、フナセル)の懸濁水を対向衝突させ、その表面をナノフィブリル化させて引き剥がし、キャリアーである水との親和性を向上させることによって、最終的には溶解に近い状態に至らせることが可能となる。図1に示される装置は液体循環型となっており、タンク(図1:109)、プランジャ(図1:110)、対向する二つのノズル(図1:108a,108b)、必要に応じて熱交換器(図1:111)を備え、水中に分散させた微粒子を二つのノズルに導入し高圧下で合い対するノズル(図1:108a,108b)から噴射して水中で対向衝突させる。次いで、熱交換器111によって冷却し、タンク109に戻す。このタンク109→プランジャ110→チャンバー107→熱交換器111の循環サイクルの反復数を処理回数(パス)とする。この手法では天然セルロース繊維の他には水しか使用せず、繊維間の相互作用のみを解裂させることによってナノ微細化を行うためセルロース分子の構造変化がなく、解裂に伴う重合度低下を最小限にした状態で繊維状セルロースを得ることが可能となる。また、本願発明に規定する繊維状セルロースの繊維幅及び/又は繊維長は、前記処理回数を変化させることによって、適宜増加ないし減少させることが可能である。例えば、前記処理回数を増加させることにより、繊維状セルロースの繊維幅を減少させることができる。他方、例えば、前記処理回数を少なくすることにより、繊維状セルロースの繊維幅を増加させることができる。   As a method of defibrating a polysaccharide with a high-pressure water stream to form fibrous cellulose, there is an underwater counter collision method (hereinafter, also referred to as ACC method) described in JP-A-2005-270891. It introduces natural cellulose fibers suspended in water into two nozzles (Fig. 1: 108a, 108b) facing each other in a chamber (Fig. 4: 107), and jets and collides them toward one point from these nozzles. It is a technique. According to this method, the suspended water of natural microcrystalline cellulose fibers (for example, funacell) is made to collide with each other, and its surface is nanofibrillated and peeled off to improve the affinity with water as a carrier. It is possible to reach a state close to dissolution. The device shown in FIG. 1 is a liquid circulation type, and includes a tank (FIG. 1: 109), a plunger (FIG. 1: 110), two opposing nozzles (FIG. 1: 108a, 108b), and heat as necessary. It is equipped with an exchanger (FIG. 1: 111), and the fine particles dispersed in water are introduced into two nozzles and jetted from the opposing nozzles (FIG. 1: 108a, 108b) under high pressure to cause collision in water. Then, it is cooled by the heat exchanger 111 and returned to the tank 109. The number of repetitions of the circulation cycle of the tank 109 → plunger 110 → chamber 107 → heat exchanger 111 is defined as the number of processing times (pass). In this method, only water is used in addition to natural cellulose fibers, and because the micronization is performed by cleaving only the interaction between the fibers, there is no structural change in the cellulose molecule, and the decrease in the degree of polymerization associated with the cleaving occurs. It is possible to obtain fibrous cellulose in a minimized state. The fiber width and / or fiber length of the fibrous cellulose defined in the present invention can be appropriately increased or decreased by changing the number of times of treatment. For example, the fiber width of the fibrous cellulose can be reduced by increasing the number of times of the treatment. On the other hand, for example, the fiber width of the fibrous cellulose can be increased by reducing the number of times of the treatment.

以上のようにして得る繊維状セルロースは、天然セルロース繊維間の相互作用のみを解裂させることによってナノ微細化を行うためセルロース分子の構造変化がなく、以下の化学式1に表わされる構造式を有する。換言すると、本願発明で用いる繊維状セルロースは、化学式1中のセロビオースユニット内に水酸基6個を有する。   The fibrous cellulose obtained as described above has a structural formula represented by the following chemical formula 1 without the structural change of the cellulose molecule because nanofibrization is performed by cleaving only the interaction between natural cellulose fibers. . In other words, the fibrous cellulose used in the present invention has 6 hydroxyl groups in the cellobiose unit in the chemical formula 1.

対向衝突処理は、回数を重ねるに従い、処理物の温度が上昇するので、一度衝突処理された後の処理物は、必要に応じ、例えば、4〜20℃、又は5〜15℃に冷却してもよい。また、対向衝突処理装置に、冷却のための設備を組み込むこともできる。   In the oncoming collision treatment, the temperature of the object to be treated rises as the number of times is increased, so the object to be treated once subjected to the collision treatment is cooled to, for example, 4 to 20 ° C. or 5 to 15 ° C., if necessary. Good. Further, it is possible to incorporate equipment for cooling into the oncoming collision processing device.

対向衝突処理は、このような処理条件(処理圧力、処理回数、その他ノズル径、処理温度等)を調節することにより、得られる繊維状セルロースの平均繊維幅、平均繊維長さ、透過率、粘度並びに極限粘度数等を調節できる。   In the face-to-face collision treatment, by adjusting such treatment conditions (treatment pressure, number of treatments, other nozzle diameter, treatment temperature, etc.), the average fiber width, average fiber length, transmittance, viscosity of the obtained fibrous cellulose can be obtained. Also, the intrinsic viscosity number and the like can be adjusted.

本発明における繊維状セルロースはその繊維幅が3nm〜1500nmの範囲にあるものが好適である。繊維幅が3nm未満のものは結晶性の繊維として存在せずに完全に分子上に溶解した状態となっているものが多く、さらに、後述する硫酸基を導入した際に、結晶性が低下し、EDOTの配向が乱れ、導電性が向上しない。また、繊維幅が1500nmを超えると、硫酸基の均一な導入ができず、均一なシート状の膜として調製することも困難であり、導電性が向上しないためである。   The fibrous cellulose in the present invention preferably has a fiber width in the range of 3 nm to 1500 nm. Many of the fibers having a fiber width of less than 3 nm do not exist as crystalline fibers and are in a state of being completely dissolved on the molecule. Furthermore, when a sulfate group described below is introduced, the crystallinity is lowered. , EDOT orientation is disturbed and conductivity is not improved. Further, when the fiber width exceeds 1500 nm, it is difficult to uniformly introduce the sulfate group, and it is difficult to prepare a uniform sheet-shaped film, and the conductivity is not improved.

また、前記繊維状セルロースの繊維長は、200〜10000nm、好ましくは、500〜2000nmが好適である。繊維長が200nm以下になると、硫酸基を導入した際に、結晶性がすぐに低下し、重合時のEDOTの配向が乱れ、PEDOTの導電性が向上しない。繊維長が10000nm以上になると繭玉状によれやすく長い繊維として存在しにくく、硫酸基の均一な導入ができず、導電性が向上しない。   The fiber length of the fibrous cellulose is 200 to 10,000 nm, preferably 500 to 2000 nm. When the fiber length is 200 nm or less, the crystallinity immediately deteriorates when the sulfate group is introduced, the orientation of EDOT during polymerization is disturbed, and the conductivity of PEDOT is not improved. If the fiber length is 10000 nm or more, it tends to be cocoon-shaped and does not easily exist as a long fiber, so that the sulfuric acid group cannot be uniformly introduced and the conductivity is not improved.

ここで、繊維状セルロースの電子顕微鏡観察による繊維幅及び繊維長の測定は、以下のようにして行う。濃度0.001〜0.01質量%の繊維状セルロースの水系懸濁液を調製し、前記懸濁液を親水化処理したカーボン膜被覆グリッド上にキャストしてTEM観察用試料とする。幅広の繊維を含む場合には、ガラス上にキャストした表面のSEM像を観察してもよい。構成する繊維の幅に応じて倍率を調節することによって電子顕微鏡画像による観察を行う。   Here, the measurement of the fiber width and the fiber length of the fibrous cellulose by electron microscope observation is performed as follows. An aqueous suspension of fibrous cellulose having a concentration of 0.001 to 0.01 mass% is prepared, and the suspension is cast on a hydrophilized carbon film-coated grid to obtain a TEM observation sample. When a wide fiber is included, an SEM image of the surface cast on glass may be observed. Observation with an electron microscope image is performed by adjusting the magnification according to the width of the constituent fibers.

繊維状セルロースに硫酸基を導入するには、例えばクロロスルホン酸、スルファミン酸、ハロゲノスルホン酸等を繊維状セルロースと反応させればよく、また繊維状セルロースに炭素数1〜6のアルキルスルホン酸基を導入するには、例えば炭素数1〜6のハロゲン化アルキルスルホン酸等を繊維状セルロースと反応させればよい。かかる反応において、硫酸化セルロース結晶の式1で示されるセルロースI型結晶度は、反応時間の経過に伴い低下する。より具体的には、その結晶状態は、セルロースナノファイバー状からセルロースナノクリスタル状へ変化し、最終的にはアモルファス状となる。これは、以下のように説明される。繊維状セルロースの水酸基に導入される硫酸基が増加すると、硫酸基による静電反発力が増加することになる。その静電反発力の増加に伴い、繊維状セルロースが徐々に解繊され、その繊維幅及びその繊維長が徐々に短くなることによるものである。したがって、前述したように、硫酸基の導入による結晶化度の低下を考慮し、繊維状セルロースの繊維幅、繊維長を選定する必要がある。   To introduce a sulfuric acid group into fibrous cellulose, for example, chlorosulfonic acid, sulfamic acid, halogenosulfonic acid, etc. may be reacted with fibrous cellulose, and fibrous cellulose may have an alkylsulfonic acid group having 1 to 6 carbon atoms. In order to introduce the above, for example, a halogenated alkylsulfonic acid having 1 to 6 carbon atoms or the like may be reacted with fibrous cellulose. In such a reaction, the cellulose type I crystallinity of the sulfated cellulose crystals represented by Formula 1 decreases with the passage of reaction time. More specifically, its crystalline state changes from a cellulose nanofiber state to a cellulose nanocrystal state, and finally becomes an amorphous state. This is explained as follows. When the number of sulfate groups introduced into the hydroxyl groups of fibrous cellulose increases, the electrostatic repulsion force due to the sulfate groups increases. This is because the fibrous cellulose is gradually defibrated with the increase of the electrostatic repulsion force, and the fiber width and the fiber length thereof are gradually shortened. Therefore, as described above, it is necessary to select the fiber width and fiber length of the fibrous cellulose in consideration of the decrease in crystallinity due to the introduction of the sulfate group.

なお、本発明において、セルロースナノファイバー状とは、繊維幅が約3〜1500nm、繊維長が約200〜10000nmであって、結晶化度が約60〜70の範囲内にあるものをいう。また、セルロースナノクリスタル状とは、その繊維幅が約1〜10nm、繊維長が約100〜300nmであって、結晶化度が約40〜59の範囲内にあるものをいう。さらに、アモルファス状とは、その繊維幅が約1〜10nm、繊維長が約100〜300nmであって、結晶化度が40より小さい値であるものをいう。 In the present invention, the term "cellulose nanofiber" means a fiber having a fiber width of about 3 to 1500 nm, a fiber length of about 200 to 10000 nm, and a crystallinity of about 60 to 70. The term "cellulose nanocrystal" means that the fiber width is about 1 to 10 nm, the fiber length is about 100 to 300 nm, and the crystallinity is in the range of about 40 to 59. Further, the amorphous form means that the fiber width is about 1 to 10 nm, the fiber length is about 100 to 300 nm, and the crystallinity is a value less than 40.

以下、繊維状セルロースに硫酸基を導入するための原料前処理、反応時間、反応温度等の反応条件について詳細に説明する。   Hereinafter, the reaction conditions such as the raw material pretreatment for introducing the sulfate group into the fibrous cellulose, the reaction time, and the reaction temperature will be described in detail.

原料前処理として、凍結乾燥を施すとよい。原料となる繊維状セルロースは水分散液であるため、溶媒置換による方法では脱水量が不十分となり、反応効率が向上しないからである。   Freeze-drying may be performed as a raw material pretreatment. This is because the fibrous cellulose used as a raw material is an aqueous dispersion, so that the dehydration amount becomes insufficient and the reaction efficiency cannot be improved by the method of solvent replacement.

また、スルホン酸基を導入する前に、原料である繊維状セルロースを分散させた分散液に超音波を0.3〜100Wh、好ましくは、0.6〜50Whの電力量を照射することによって、分散性を向上させるとよい。超音波が0.3Wh以下であると、繊維状セルロースが凝集したままで、反応効率が向上しない。また、100Whより大きな電力量で照射すると繊維状セルロースの構造が破壊され、結晶性が維持できなくなり、最終的に得られた導電性材料の導電性が低下してしまうからである。   Further, before introducing the sulfonic acid group, by irradiating the dispersion liquid in which the fibrous cellulose as the raw material is dispersed with ultrasonic waves for 0.3 to 100 Wh, preferably 0.6 to 50 Wh, It is better to improve dispersibility. When the ultrasonic wave is 0.3 Wh or less, the fibrous cellulose remains aggregated and the reaction efficiency is not improved. Further, when the irradiation is performed with an electric energy of more than 100 Wh, the structure of the fibrous cellulose is destroyed, the crystallinity cannot be maintained, and the conductivity of the finally obtained conductive material is lowered.

硫酸化セルロース微結晶の製造における反応時間及び反応温度については、繊維状セルロースの凝集を防ぎ、繊維状セルロース上の水酸基と均一に反応させるために、0℃以上10℃未満において、30秒〜6時間の範囲で反応を行わせるとよい。   Regarding the reaction time and reaction temperature in the production of sulfated cellulose microcrystals, in order to prevent aggregation of the fibrous cellulose and uniformly react with the hydroxyl groups on the fibrous cellulose, 30 seconds to 6 seconds at 0 ° C or higher and lower than 10 ° C. It is advisable to carry out the reaction within the range of time.

<ポリチオフェン>
本発明で用いられるポリチオフェンは、化(3)で表される繰り返し単位を有している。
<Polythiophene>
The polythiophene used in the present invention has a repeating unit represented by the formula (3).

化(3)中、R1及びR2は、それぞれ独立に水素原子、炭素数1〜8のアルキル基、炭素数1〜8のアルコキシ基を表すか、R1とR2は連結して、炭素数1〜8のジオキシアルキレン基、芳香環又は3〜7員環の脂環式環を表す。In the chemical formula (3), R 1 and R 2 each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, or an alkoxy group having 1 to 8 carbon atoms, or R 1 and R 2 are linked to each other, It represents a dioxyalkylene group having 1 to 8 carbon atoms, an aromatic ring or a 3- to 7-membered alicyclic ring.

前記炭素数1〜8のアルキル基としては、直鎖状又は分岐状のいずれであってもよい。前記炭素数1〜8のアルキル基として、好ましくは炭素数1〜6のアルキル基が挙げられる。   The alkyl group having 1 to 8 carbon atoms may be linear or branched. The alkyl group having 1 to 8 carbon atoms is preferably an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms.

また、前記炭素数1〜8のアルコキシ基としては、直鎖状又は分岐状のいずれであってもよい。前記炭素数1〜8のアルコキシ基として、好ましくは炭素数1〜6のアルコキシ基が挙げられる。   Further, the alkoxy group having 1 to 8 carbon atoms may be linear or branched. The alkoxy group having 1 to 8 carbon atoms is preferably an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms.

また、R1とR2が連結して炭素数1〜8のジオキシアルキレン基を形成している場合、当該ジオキシアルキレン基の炭素数として、好ましくは炭素数1〜6、更に好ましくは2〜4が挙げられる。When R 1 and R 2 are linked to form a dioxyalkylene group having 1 to 8 carbon atoms, the number of carbon atoms of the dioxyalkylene group is preferably 1 to 6 and more preferably 2 4 are mentioned.

また、R1とR2が連結して3〜7員環の脂環式環を形成している場合、当該脂環式環として、好ましくは4〜7員環、更に好ましくは5〜6員環が挙げられる。When R 1 and R 2 are linked to form a 3 to 7 membered alicyclic ring, the alicyclic ring is preferably a 4 to 7 membered ring, more preferably a 5 to 6 membered ring. A ring is included.

ポリチオフェンを形成する化(3)で表される繰り返し単位の数については、特に制限されないが、例えば、2〜50程度が挙げられる。   The number of repeating units represented by the formula (3) for forming polythiophene is not particularly limited, but examples thereof include about 2 to 50.

化(3)で表される繰り返し単位を構成する単量体化合物としては、好ましくは、チオフェン骨格の3位及び4位に、それぞれ独立に、炭素数1〜8のアルキル基及び/又は炭素数1〜8のアルコキシ基が置換した化合物;チオフェン骨格の3位と4位に炭素数1〜8のジオキシアルキレン基が形成された3,4−ジ置換チオフェンが挙げられる。より具体的には、3,4−ジアルキルチオフェン、3,4−ジアルコキシチオフェン、3,4−アルキレンジオキシチオフェン等が挙げられる。これらの中でも、3,4−アルキレンジオキシチオフェンが好ましい。   As the monomer compound constituting the repeating unit represented by the formula (3), preferably, at the 3-position and 4-position of the thiophene skeleton, each independently, an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms and / or a carbon number. A compound in which an alkoxy group having 1 to 8 is substituted; a 3,4-di-substituted thiophene in which a dioxyalkylene group having 1 to 8 carbon atoms is formed at the 3- and 4-positions of the thiophene skeleton can be mentioned. More specifically, 3,4-dialkylthiophene, 3,4-dialkoxythiophene, 3,4-alkylenedioxythiophene and the like can be mentioned. Among these, 3,4-alkylenedioxythiophene is preferable.

化(3)で表される繰り返し単位を構成する単量体化合物の好適な具体例としては、例えば、3,4−ジヘキシルチオフェン、3,4−ジエチルチオフェン、3,4−ジプロピルチオフェン、3,4−ジメトキシチオフェン、3,4−ジエトキシチオフェン、3,4−ジプロポキシチオフェン、3,4−ジブトキシチオフェン、3,4−メチレンジオキシチオフェン、3,4−エチレンジオキシチオフェン、3,4−プロピレンジオキシチオフェン等が挙げられる。これらの中でも、3,4−エチレンジオキシチオフェンが好ましい。   Preferred specific examples of the monomer compound constituting the repeating unit represented by the formula (3) include, for example, 3,4-dihexylthiophene, 3,4-diethylthiophene, 3,4-dipropylthiophene and 3 , 4-dimethoxythiophene, 3,4-diethoxythiophene, 3,4-dipropoxythiophene, 3,4-dibutoxythiophene, 3,4-methylenedioxythiophene, 3,4-ethylenedioxythiophene, 3, 4-propylenedioxythiophene etc. are mentioned. Among these, 3,4-ethylenedioxythiophene is preferable.

<ポリチオフェン/硫酸化セルロース結晶複合体>
ポリチオフェン/硫酸化セルロース結晶複合体は、硫酸化セルロース結晶、溶媒及び酸化剤の存在下で、下化(4)で表されるチオフェンを酸化重合することにより製造される。
<Polythiophene / sulfated cellulose crystal composite>
The polythiophene / sulfated cellulose crystal composite is produced by oxidative polymerization of thiophene represented by the following formula (4) in the presence of sulfated cellulose crystals, a solvent and an oxidizing agent.

化(4)中、R1及びR2は、前記と同じである。 In the chemical formula (4), R 1 and R 2 are the same as above.

具体的には、予め硫酸化セルロース結晶を溶媒に溶解させた溶液に、化(4)で表されるチオフェンと酸化剤を加えてチオフェンを重合させることにより、ポリチオフェン/硫酸化セルロース結晶複合体が分散溶液の状態で得られる。斯して得られるポリチオフェン/硫酸化セルロース結晶複合体において、ポリチオフェンと硫酸化セルロース結晶複合体の結合様式については、限定的な解釈を望むものではないが、重合反応により生成したポリチオフェンと硫酸化セルロース結晶のアニオンがドープした状態で複合化されていると考えられる。   Specifically, a polythiophene / sulfated cellulose crystal complex is obtained by polymerizing thiophene by adding the thiophene represented by Chemical formula (4) and an oxidizing agent to a solution prepared by dissolving sulfated cellulose crystals in a solvent in advance. Obtained in the form of a dispersed solution. In the polythiophene / sulfated cellulose crystal composite thus obtained, the binding mode of the polythiophene and the sulfated cellulose crystal composite is not intended to be limited, but the polythiophene produced by the polymerization reaction and the sulfated cellulose are not limited. It is considered that the crystalline anions are compounded in a doped state.

化(4)で表されるチオフェンとしては、好ましくは、チオフェン骨格の3位及び4位に、それぞれ独立に、炭素数1〜8のアルキル基及び/又は炭素数1〜8のアルコキシ基が置換したチオフェン;チオフェン骨格の3位と4位に炭素数1〜8のジオキシアルキレン基が形成された3,4−ジ置換チオフェンが挙げられる。より具体的には、3,4−ジアルキルチオフェン、3,4−ジアルコキシチオフェン、3,4−アルキレンジオキシチオフェン等が挙げられる。これらの中でも、3,4−アルキレンジオキシチオフェンが好ましい。   As the thiophene represented by the formula (4), preferably, the 3-position and 4-position of the thiophene skeleton are independently substituted with an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms and / or an alkoxy group having 1 to 8 carbon atoms. Thiophene; 3,4-di-substituted thiophene having a dioxyalkylene group having 1 to 8 carbon atoms formed at the 3- and 4-positions of the thiophene skeleton. More specifically, 3,4-dialkylthiophene, 3,4-dialkoxythiophene, 3,4-alkylenedioxythiophene and the like can be mentioned. Among these, 3,4-alkylenedioxythiophene is preferable.

化(4)で表されるチオフェンの好適な具体例としては、例えば、3,4−ジヘキシルチオフェン、3,4−ジエチルチオフェン、3,4−ジプロピルチオフェン、3,4−ジメトキシチオフェン、3,4−ジエトキシチオフェン、3,4−ジプロポキシチオフェン、3,4−ジブトキシチオフェン、3,4−メチレンジオキシチオフェン、3,4−エチレンジオキシチオフェン、3,4−プロピレンジオキシチオフェン等が挙げられる。これらの中でも、3,4−エチレンジオキシチオフェンが好ましい。   Specific preferred examples of the thiophene represented by the formula (4) include, for example, 3,4-dihexylthiophene, 3,4-diethylthiophene, 3,4-dipropylthiophene, 3,4-dimethoxythiophene, 3, 4-diethoxythiophene, 3,4-dipropoxythiophene, 3,4-dibutoxythiophene, 3,4-methylenedioxythiophene, 3,4-ethylenedioxythiophene, 3,4-propylenedioxythiophene, etc. Can be mentioned. Among these, 3,4-ethylenedioxythiophene is preferable.

ポリチオフェン/硫酸化セルロース結晶複合体において、硫酸化セルロース結晶の式Iで示されるセルロースI型結晶化度は、40〜53%の範囲内にあることが好ましい。セルロースI型結晶化度が53%より大きいと、ドーパントとしての硫酸基の絶対量が少ないため、導電性が向上しない。また、セルロースI型結晶化度が40%より小さくなると、セルロースの分子鎖が乱れ、それに伴い、重合時のチオフェンの配向が乱れて、ポリチオフェンの結晶格子を乱し、伝導パスの障害となり、導電性の低下を引き起こすからである。したがって、ドーパントとしての量とセルロースの結晶性を鑑みた場合、セルロースI型結晶化度が40〜53%が好適な範囲であると考えられる。   In the polythiophene / sulfated cellulose crystal composite, the cellulose I type crystallinity represented by the formula I of the sulfated cellulose crystal is preferably in the range of 40 to 53%. When the cellulose type I crystallinity is higher than 53%, the conductivity is not improved because the absolute amount of sulfate group as a dopant is small. When the cellulose I-type crystallinity is less than 40%, the molecular chain of cellulose is disturbed, and accordingly, the orientation of thiophene during polymerization is disturbed, which disturbs the crystal lattice of polythiophene and becomes an obstacle for the conduction path, resulting in the conduction. This is because it causes a decrease in sex. Therefore, in view of the amount as a dopant and the crystallinity of cellulose, it is considered that the cellulose I-type crystallinity is 40 to 53% in a suitable range.

ポリチオフェン/硫酸化セルロース結晶複合体において、ポリチオフェンと硫酸化セルロース結晶の比率は、特に制限されないが、ポリチオフェンの比率が高い程、導電性は高くなるが、分散性が低下する傾向を示すため、これらを勘案した上でポリチオフェンや硫酸化セルロースの種類等に応じて適宜設定される。具体的には、ポリチオフェンと硫酸化セルロース結晶の質量比として、1:0.5〜1:8、好ましくは1:1〜1:4が挙げられ、より好ましくは、1:1とするとよい。このような質量比を充足することにより、より優れた導電性を備えさせつつ、溶媒中での分散性を良好にできる。 In the polythiophene / sulfated cellulose crystal composite, the ratio of the polythiophene to the sulfated cellulose crystal is not particularly limited, but the higher the ratio of polythiophene, the higher the conductivity, but the dispersibility tends to decrease. In consideration of the above, it is appropriately set according to the type of polythiophene or sulfated cellulose. Specifically, the mass ratio of polythiophene to sulfated cellulose crystals is 1: 0.5 to 1: 8, preferably 1: 1 to 1: 4, and more preferably 1: 1. By satisfying such a mass ratio, it is possible to improve dispersibility in a solvent while providing more excellent conductivity.

ポリチオフェン/硫酸化セルロース複合体の製造において、原料化合物として使用される化(4)で表されるチオフェンと硫酸化セルロース結晶の使用量については、前述するポリチオフェンと硫酸化セルロース結晶の比率を充足できる範囲に適宜設定すればよい。具体的には、アニオン性多糖類100質量部当たり、化(4)で表されるチオフェンが12.5〜400質量部、好ましくは25〜200質量部が挙げられる。   In the production of the polythiophene / sulfated cellulose composite, the amount of the thiophene and the sulfated cellulose crystal represented by the chemical formula (4) used as the raw material compound can satisfy the above-mentioned ratio of the polythiophene and the sulfated cellulose crystal. The range may be set appropriately. Specifically, 12.5 to 400 parts by mass, and preferably 25 to 200 parts by mass of the thiophene represented by Chemical formula (4) is listed per 100 parts by mass of the anionic polysaccharide.

ポリチオフェン/硫酸化セルロース結晶複合体の製造に使用される酸化剤としては、化(4)で表されるチオフェンを酸化重合可能であることを限度として特に制限されないが、例えば、ペルオキソ二硫酸、ペルオキソ二硫酸ナトリウム、ペルオキソ二硫酸カリウム、ペルオキソ二硫酸アンモニウム、無機酸化第二鉄塩、有機酸化第二鉄塩、過酸化水素、過マンガン酸カリウム、二クロム酸カリウム、過ホウ酸アルカリ塩、硫酸鉄(III)、塩化鉄(III)等が挙げられる。これらの中でも、好ましくは、ペルオキソ二硫酸、ペルオキソ二硫酸ナトリウム、ペルオキソ二硫酸カリウム、ペルオキソ二硫酸アンモニウム、硫酸鉄(III)、塩化鉄(III)が挙げられる。これらの酸化剤は、1種単独で使用してもよく、また2種以上を組み合わせて使用してもよい。   The oxidizing agent used in the production of the polythiophene / sulfated cellulose crystal composite is not particularly limited as long as it can oxidatively polymerize the thiophene represented by the formula (4), and examples thereof include peroxodisulfate and peroxodisulfate. Sodium disulfate, potassium peroxodisulfate, ammonium peroxodisulfate, inorganic ferric oxide salt, organic ferric oxide salt, hydrogen peroxide, potassium permanganate, potassium dichromate, alkaline perborate salt, iron sulfate ( III), iron (III) chloride and the like. Among these, preferable are peroxodisulfate, sodium peroxodisulfate, potassium peroxodisulfate, ammonium peroxodisulfate, iron (III) sulfate and iron (III) chloride. These oxidizing agents may be used alone or in combination of two or more.

ポリチオフェン/硫酸化セルロース結晶複合体の製造において、酸化剤の使用量については、特に制限されないが、例えば、化(4)で表されるチオフェン1モル当たり、0.1〜5当量、好ましくは0.3〜2当量が挙げられる。   In the production of the polythiophene / sulfated cellulose crystal composite, the amount of the oxidizing agent used is not particularly limited, but for example, 0.1 to 5 equivalents, preferably 0, per 1 mole of thiophene represented by Chemical formula (4). .3 to 2 equivalents.

ポリチオフェン/硫酸化セルロース結晶複合体の製造に使用される溶媒については、硫酸化セルロース結晶複合体を溶解でき、チオフェンの重合反応を行い得るものであればよく、具体的には、水系溶媒が挙げられ、好ましくは水が挙げられる。また、当該溶媒には、メタノール、エタノール等の低級アルコールや、アセトン、アセトニトリル等の極性有機溶媒を水と混合した水系溶媒を用いてもよい。これらの溶媒は、1種単独で使用してもよく、また2種以上を組み合わせて使用してもよい。   The solvent used for producing the polythiophene / sulfated cellulose crystal composite may be any solvent that can dissolve the sulfated cellulose crystal composite and can carry out the polymerization reaction of thiophene, and specific examples include an aqueous solvent. And preferably water. Further, as the solvent, an aqueous solvent in which a lower alcohol such as methanol or ethanol or a polar organic solvent such as acetone or acetonitrile is mixed with water may be used. These solvents may be used alone or in combination of two or more.

ポリチオフェン/硫酸化セルロース結晶複合体の製造において、前記溶媒の使用量については、特に制限されないが、例えば、化(4)で表されるチオフェン1モル当たり、1000〜50000ml、好ましくは3000〜30000mlが挙げられる。   In the production of the polythiophene / sulfated cellulose crystal composite, the amount of the solvent used is not particularly limited, but, for example, 1000 to 50000 ml, preferably 3000 to 30000 ml per 1 mole of thiophene represented by Chemical formula (4). Can be mentioned.

ポリチオフェン/硫酸化セルロース結晶複合体の製造における反応時間及び反応温度については、原料化合物として使用するチオフェンや硫酸化セルロース結晶の種類、酸化剤の種類等に応じて適宜設定されるが、例えば、5〜90℃、好ましくは10〜80℃で、1〜96時間、好ましくは5〜48時間が挙げられる。   The reaction time and reaction temperature in the production of the polythiophene / sulfated cellulose crystal composite are appropriately set according to the type of thiophene or sulfated cellulose crystals used as a raw material compound, the type of oxidizing agent, etc. To 90 ° C, preferably 10 to 80 ° C, for 1 to 96 hours, preferably 5 to 48 hours.

上記のようにして硫酸化セルロース結晶の存在下で化(4)で表されるチオフェンを重合させることにより、ポリチオフェン/硫酸化セルロース結晶複合体の分散溶液が得られる。斯くして得られる、ポリチオフェン/硫酸化セルロース結晶複合体は、反応後に得られる分散液の状態で、又は必要に応じてポリチオフェン/硫酸化セルロース結晶複合体を分離、精製した後に、導電膜の製造に供することができる。   By polymerizing the thiophene represented by Formula (4) in the presence of sulfated cellulose crystals as described above, a dispersion solution of a polythiophene / sulfated cellulose crystal complex is obtained. The polythiophene / sulfated cellulose crystal composite thus obtained is in the state of a dispersion obtained after the reaction, or after the polythiophene / sulphated cellulose crystal composite is separated and purified, if necessary, to produce a conductive film. Can be used for

<ポリチオフェン/硫酸化セルロース結晶複合体を用いた導電膜>
ポリチオフェン/硫酸化セルロース結晶複合体は、優れた導電性及び製膜性を備えているので、基板上に製膜することにより、導電膜として使用することができる。
<Conductive film using polythiophene / sulfated cellulose crystal composite>
Since the polythiophene / sulfated cellulose crystal composite has excellent conductivity and film-forming property, it can be used as a conductive film by forming it on a substrate.

具体的には、ポリチオフェン/硫酸化セルロース結晶複合体を用いた導電膜は、ポリチオフェン/硫酸化セルロース結晶複合体を含む分散液を基板上の全面に又は所定形状になるように塗布した後に、乾燥して溶媒を除去することによって製造される。
乾燥する前に、添加剤として、エタノール、メタノール、エチレングリコール等のヒドロキシル基、ハロゲン基、スルホン基、カルボニル基、アミノ基、イミノ基、カルボキシル基、スルフィド基、ジスルフィド基、スルホニル基、アミド基及びニトリル基からなる群から選択される少なくとも1種の極性基を有する化合物を溶媒に加えると、導電膜の導電性を向上させることが可能となる。なお、添加剤として加える極性基を有する化合物の量は、ポリチオフェン/硫酸化セルロース結晶複合体の分散に影響を与えなければ、特には制限されない。
Specifically, a conductive film using a polythiophene / sulfated cellulose crystal composite is dried by applying a dispersion liquid containing the polythiophene / sulfated cellulose crystal composite onto the entire surface of a substrate or in a predetermined shape. It is manufactured by removing the solvent.
Before drying, as an additive, ethanol, methanol, hydroxyl group such as ethylene glycol, halogen group, sulfone group, carbonyl group, amino group, imino group, carboxyl group, sulfide group, disulfide group, sulfonyl group, amide group and When the compound having at least one polar group selected from the group consisting of nitrile groups is added to the solvent, the conductivity of the conductive film can be improved. The amount of the compound having a polar group added as an additive is not particularly limited as long as it does not affect the dispersion of the polythiophene / sulfated cellulose crystal composite.

ポリチオフェン/硫酸化セルロース結晶複合体を含む分散液を基板に塗布する方法については、特に制限されないが、例えば、スプレーコート法、スピンコート法、ブレードコート法、デイップコート法、キャスト法、ロールコート法、バーコート法、ダイコート法等の塗布による方法;印刷やインクジェット等のパターニングによる方法等のウェットプロセスが挙げられる。これらの中でも、好ましくはスピンコート法及びキャスト法が挙げられる。   The method of applying the dispersion liquid containing the polythiophene / sulfated cellulose crystal complex to the substrate is not particularly limited, and examples thereof include spray coating method, spin coating method, blade coating method, dip coating method, casting method, roll coating method. A coating method such as a bar coating method or a die coating method; a wet process such as a patterning method such as printing or inkjet. Of these, spin coating and casting are preferable.

乾燥方法については、特に制限されないが、例えば、加熱乾燥、凍結乾燥、減圧乾燥、熱風乾燥、超臨界乾燥等が挙げられる。乾燥温度は、乾燥方法に応じて適宜設定されるが、例えば、50℃〜250℃、好ましくは60℃〜150℃が挙げられる。乾燥温度を250℃以下に設定することにより、乾燥時にポリチオフェン/硫酸化セルロース結晶複合体の導電性が低下するのを効果的に抑制することができる。   The drying method is not particularly limited, and examples thereof include heat drying, freeze drying, reduced pressure drying, hot air drying, and supercritical drying. The drying temperature is appropriately set according to the drying method, and is, for example, 50 ° C to 250 ° C, preferably 60 ° C to 150 ° C. By setting the drying temperature to 250 ° C. or lower, it is possible to effectively suppress the decrease in conductivity of the polythiophene / sulfated cellulose crystal composite during drying.

ポリチオフェン/硫酸化セルロース結晶複合体の製膜に使用される基板としては、例えば、ガラス板、プラスチックシート、プラスチックフィルム等が挙げられる。プラスチックとしては、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリイミド、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、エポキシ樹脂、塩素系樹脂、シリコン系樹脂、及びこれらをブレンドしたもの等が挙げられる。   Examples of the substrate used for forming the film of the polythiophene / sulfated cellulose crystal composite include a glass plate, a plastic sheet, a plastic film and the like. Examples of plastics include polyester, polyethylene, polypropylene, polystyrene, polyimide, polyamide, polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, epoxy resin, chlorine resin, silicone resin, and blends thereof.

ポリチオフェン/硫酸化セルロース結晶複合体を製膜させて得られる導電膜、及び当該導電膜を設けた基材は、帯電防止フィルム、有機ELや太陽電池に代表される電子デバイスの配線や電極材料等の導電性部材として使用される。また、湿度を感知することができる各種センサーとして使用することができる。   A conductive film obtained by forming a polythiophene / sulfated cellulose crystal composite film, and a substrate provided with the conductive film are an antistatic film, a wiring of an electronic device represented by an organic EL or a solar cell, an electrode material, or the like. Used as a conductive member. Further, it can be used as various sensors capable of sensing humidity.

以下に実施例及び比較例を挙げ、本発明を具体的に説明するが、本発明は、これら実施例によって何ら限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to these Examples.

また、実施例及び比較例において、硫酸化セルロース結晶の結晶化度、硫酸基の置換度の測定、ポリチオフェン/硫酸化セルロース結晶複合体の導電性の測定、ポリチオフェン/硫酸化セルロース結晶複合体の導電膜の表面粗さの測定、繊維幅並びに繊維長の測定及び極限粘度数の測定方法は、以下の測定方法により実施した。   In Examples and Comparative Examples, the crystallinity of sulfated cellulose crystals, the degree of substitution of sulfate groups, the conductivity of polythiophene / sulfated cellulose crystal composites, the conductivity of polythiophene / sulfated cellulose crystal composites were measured. The measurement of the surface roughness of the membrane, the measurement of the fiber width and the fiber length, and the measurement of the intrinsic viscosity number were carried out by the following measurement methods.

(結晶化度及び硫酸基の測定方法)
XRD(株式会社リガク:SmartLab-9KW)を使用し、I200:格子面(200面)の回折強度及びIam:アモルファス部の回折強度の測定結果から、以下の式を用いて結晶化度を算出した。
(式) セルロースI型結晶化度(%)=〔(I200-Iam)/I200〕×100
ここで、I200は2θ=22.6°、Iamは2θ=18.5°のX線回折強度を示す。
また、硫酸セルロース結晶の元素分析の結果により硫酸基の置換度を算出した。
(Measurement method of crystallinity and sulfate group)
Using XRD (Rigaku Corporation: SmartLab-9KW), the crystallinity was calculated using the following formula from the measurement results of the diffraction intensity of I200: lattice plane (200 plane) and Iam: the diffraction intensity of the amorphous part. .
(Formula) Cellulose type I crystallinity (%) = [(I 200 -Iam) / I 200 ] × 100
Here, I 200 shows an X-ray diffraction intensity of 2θ = 22.6 °, and Iam shows an X-ray diffraction intensity of 2θ = 18.5 °.
Further, the degree of substitution of sulfate group was calculated from the result of elemental analysis of the cellulose sulfate crystal.

(ポリチオフェン/硫酸化セルロース結晶複合体の導電性の測定方法)
スライドグラスに下処理を行った後、ポリチオフェン/硫酸化セルロース結晶複合体溶液を用いてスピンコート法により導電膜を作製した。
次いで、作製した導電膜について表面抵抗値を測定した。具体的には、表面抵抗値は、抵抗率計(loresta-GP MCP-T610)に4探針プローブを接続して、膜を4探針プローブに押し当てることによって測定し、導電性(S/cm)の算出を行った。
(Method for measuring conductivity of polythiophene / sulfated cellulose crystal composite)
After subjecting the slide glass to a pretreatment, a conductive film was prepared by a spin coating method using a polythiophene / sulfated cellulose crystal complex solution.
Next, the surface resistance value of the produced conductive film was measured. Specifically, the surface resistance is measured by connecting a 4-probe probe to a resistivity meter (loresta-GP MCP-T610) and pressing the film against the 4-probe probe to determine the conductivity (S / cm) was calculated.

(ポリチオフェン/硫酸化セルロース結晶複合体の表面粗さの測定方法)
表面形状測定装置(Veeco社製 型式:Dektak150)を使用して表面粗さ及び膜厚を測定した。
(Method for measuring surface roughness of polythiophene / sulfated cellulose crystal composite)
The surface roughness and the film thickness were measured using a surface shape measuring device (Veeco model: Dektak150).

(繊維幅、繊維長の測定方法)
電界放出型走査型電子顕微鏡(株式会社日立ハイテクノロジーズ 型番SU8000)を使用して撮影した電子顕微鏡写真により算出した。
(Method of measuring fiber width and fiber length)
It was calculated from an electron microscope photograph taken using a field emission scanning electron microscope (Hitachi High-Technologies Corporation model number SU8000).

(極限粘度数の測定方法)
試料固形分0.15gを30mLの0.5M銅エチレンジアミン溶液になるように溶解させ、キャノンフェンスケ動粘度管を用いて、25℃で保温した後に、流下時間を測定する事で粘度の測定を行った。測定結果から、JIS P 8215:極限粘度数測定法に従って極限粘度数を算出した。
(Measurement method for intrinsic viscosity)
The solid content of 0.15 g was dissolved in 30 mL of 0.5 M copper ethylenediamine solution, and the viscosity was measured by measuring the flow-down time after keeping the temperature at 25 ° C. using a Canon Fenceke kinematic viscosity tube. went. From the measurement results, the intrinsic viscosity number was calculated according to JIS P 8215: Intrinsic viscosity number measurement method.

(ACC法によるセルロースナノファイバーの作成及び極限粘度数の測定)
針葉樹パルプ及び竹パルプを原料とし、処理回数を変え、解繊度合いの異なるセルロースナノファイバー水分散液1wt%を得た。
次いで、セルロースナノファイバー水分散液の極限粘度数(ml/g)を測定した。その結果、極限粘度数の値が、450より大きく570以下の範囲であるものを「NB-B」とし、360以上450以下の範囲であるものを「NB-C」とした。ここで、極限粘度数の値の大小は、小さい値から大きい値となるに従って、セルロースの重合度がより高くなるものであることを意味する。
(Preparation of cellulose nanofiber by ACC method and measurement of intrinsic viscosity number)
Using softwood pulp and bamboo pulp as raw materials, the number of treatments was changed to obtain 1 wt% of an aqueous dispersion of cellulose nanofibers having different defibration degrees.
Then, the intrinsic viscosity number (ml / g) of the cellulose nanofiber aqueous dispersion was measured. As a result, the one having an intrinsic viscosity value in the range of more than 450 and 570 or less was designated as "NB-B", and the one in the range of 360 or more and 450 or less was designated as "NB-C". Here, the magnitude of the value of the intrinsic viscosity number means that the degree of polymerization of cellulose becomes higher as the value becomes smaller to larger.

(実施例1)
針葉樹パルプを原料とし、ACC法において処理を行い、セルロースナノファイバー分散液1wt%を得た。次いで、極限粘度数の測定を3回行ったところ、その平均値は、480ml/gであった(したがって、本実施例で用いたセルロースナノファイバー分散液はNB-Bである)。次いで、セルロースナノファイバー2.00gをN,N−ジメチルホルムアミド(DMF)200mlに加え、室温にて14時間以上かき混ぜた。その後、水浴の温度を10℃にし、内部超音波2min照射後、窒素通気下にて、クロロスルホン酸3.6mlを徐々に滴下し、混合した。クロロスルホン酸の滴下開始を反応開始として、50分混合した。次いで、反応液15mlを酢酸ナトリウムの飽和エタノール溶液150mlに注ぎ、再沈殿させ、沈殿物を酢酸ナトリウムの飽和エタノール溶液で一回洗浄し、エタノールで上澄み液が中性となるまで洗浄した。沈殿物を水に溶解し、透析を行った後、水溶液の状態で回収し、硫酸基の置換度及び硫酸セルロース結晶の結晶化度の測定を行った。また、硫酸セルロース結晶の電子顕微鏡写真を撮影した、結果を図2に示す。さらに、電子顕微鏡を用いて計測したセルロースナノファイバーの繊維幅は、3〜1180nmであった。
(Example 1)
Softwood pulp was used as a raw material and treated by the ACC method to obtain 1 wt% of a cellulose nanofiber dispersion liquid. Next, when the intrinsic viscosity number was measured 3 times, the average value was 480 ml / g (therefore, the cellulose nanofiber dispersion liquid used in this example is NB-B). Next, 2.00 g of cellulose nanofiber was added to 200 ml of N, N-dimethylformamide (DMF), and the mixture was stirred at room temperature for 14 hours or longer. Then, the temperature of the water bath was adjusted to 10 ° C., and after irradiating with an internal ultrasonic wave for 2 minutes, 3.6 ml of chlorosulfonic acid was gradually added dropwise under a nitrogen atmosphere and mixed. The reaction was started by adding chlorosulfonic acid dropwise and the mixture was mixed for 50 minutes. Then, 15 ml of the reaction solution was poured into 150 ml of a saturated ethanol solution of sodium acetate to cause reprecipitation, and the precipitate was washed once with a saturated ethanol solution of sodium acetate and washed with ethanol until the supernatant liquid became neutral. The precipitate was dissolved in water, dialyzed, and then recovered as an aqueous solution to measure the degree of substitution of sulfate groups and the crystallinity of cellulose sulfate crystals. In addition, an electron micrograph of cellulose sulfate crystals was taken, and the results are shown in FIG. Furthermore, the fiber width of the cellulose nanofibers measured using an electron microscope was 3 to 1180 nm.

硫酸化セルロース結晶の水分散液を0.2wt%50mlに調製し、濃塩酸を加えて酸性にした。次いで、EDOT0.10gを加えた後、内部超音波を5分間照射し、EDOTを分散させた。次いで、重合開始剤のペルオキソ二硫酸カリウム0.19g、1.4mg/mlの硫酸鉄(III)・n水和物水溶液を0.5ml加えた。室温で24時間かき混ぜ、透析膜で72時間以上透析を行った。溶媒には水を用い、エバポレータにより乾固させた後、水に再分散することにより固形分を0.60wt%に調製し、PEDOT/硫酸化セルロース結晶複合体水分散液を得た。
次いで、PEDOT/硫酸化セルロース結晶複合体の導電性の測定及びPEDOT/硫酸化セルロース結晶複合体の導電膜の表面粗さの測定を行った。
An aqueous dispersion of sulfated cellulose crystals was prepared at 0.2 wt% of 50 ml, and concentrated hydrochloric acid was added to make it acidic. Next, after adding 0.10 g of EDOT, internal ultrasonic waves were irradiated for 5 minutes to disperse EDOT. Then, 0.19 g of a polymerization initiator, potassium peroxodisulfate, and 0.5 ml of a 1.4 mg / ml aqueous solution of iron (III) sulfate / n-hydrate were added. The mixture was stirred at room temperature for 24 hours and dialyzed with a dialysis membrane for 72 hours or more. Water was used as a solvent, and the solid content was adjusted to 0.60 wt% by re-dispersing in water after drying to dryness by an evaporator to obtain a PEDOT / sulfated cellulose crystal complex aqueous dispersion.
Next, the conductivity of the PEDOT / sulfated cellulose crystal composite and the surface roughness of the conductive film of the PEDOT / sulfated cellulose crystal composite were measured.

(実施例2)
クロロスルホン酸の滴下開始を反応開始として、60分とした以外は、実施例1と同様にして、硫酸基の置換度及び結晶化度の測定、PEDOT/硫酸化セルロース結晶複合体の導電性の測定及びPEDOT/硫酸化セルロース結晶複合体の導電膜の表面粗さの測定を行った。また、硫酸セルロース結晶の電子顕微鏡写真を撮影した、結果を図3に示す。
(Example 2)
The measurement of the degree of substitution of the sulfate group and the crystallinity, the conductivity of the PEDOT / sulfated cellulose crystal composite was conducted in the same manner as in Example 1 except that the reaction was started at the start of dropping chlorosulfonic acid for 60 minutes. The measurement and the surface roughness of the conductive film of the PEDOT / sulfated cellulose crystal composite were measured. An electron micrograph of cellulose sulfate crystals was taken, and the results are shown in FIG.

(実施例3)
クロロスルホン酸の滴下開始を反応開始として、120分(2時間)とした以外は、実施例1と同様にして、硫酸基の置換度及び結晶化度の測定、PEDOT/硫酸化セルロース結晶複合体の導電性の測定及びPEDOT/硫酸化セルロース結晶複合体の導電膜の表面粗さの測定を行った。また、硫酸化セルロース結晶の電子顕微鏡写真を撮影した、結果を図4に示す。
(Example 3)
Measurement of the degree of substitution of sulfate group and crystallinity, PEDOT / sulfated cellulose crystal composite were carried out in the same manner as in Example 1 except that the start of dropping of chlorosulfonic acid was set to 120 minutes (2 hours). Was measured and the surface roughness of the conductive film of the PEDOT / sulfated cellulose crystal composite was measured. An electron micrograph of the sulfated cellulose crystals was taken, and the results are shown in FIG.

(実施例4)
クロロスルホン酸の滴下開始を反応開始として、180分(3時間)とした以外は、実施例1と同様にして、硫酸基の置換度及び結晶化度の測定、PEDOT/硫酸化セルロース結晶複合体の導電性の測定及びPEDOT/硫酸化セルロース結晶複合体の導電膜の表面粗さの測定を行った。
(Example 4)
Measurement of substitution degree of sulfate group and crystallinity, PEDOT / sulfated cellulose crystal composite were carried out in the same manner as in Example 1 except that the start of dropping of chlorosulfonic acid was set to 180 minutes (3 hours). Was measured and the surface roughness of the conductive film of the PEDOT / sulfated cellulose crystal composite was measured.

(実施例5)
クロロスルホン酸の滴下開始を反応開始として、270分(4時間半)とした以外は、実施例1と同様にして、硫酸基の置換度及び結晶化度の測定、PEDOT/硫酸化セルロース結晶複合体の導電性の測定及びPEDOT/硫酸化セルロース結晶複合体の導電膜の表面粗さの測定を行った。
(Example 5)
Measurement of the degree of substitution of sulfate group and crystallinity, PEDOT / sulfated cellulose crystal composite were carried out in the same manner as in Example 1 except that 270 minutes (4 hours and a half) were set as the reaction start of chlorosulfonic acid. The conductivity of the body and the surface roughness of the conductive film of the PEDOT / sulfated cellulose crystal composite were measured.

(比較例1)
クロロスルホン酸の滴下開始を反応開始として、10分とした以外は、実施例1と同様にして、硫酸基の置換度及び結晶化度の測定、PEDOT/硫酸化セルロース結晶複合体の導電性の測定及びPEDOT/硫酸化セルロース結晶複合体の導電膜の表面粗さの測定を行った。また、硫酸セルロース結晶の電子顕微鏡写真を撮影した、結果を図5に示す。
(Comparative Example 1)
Measurement of the substitution degree of the sulfate group and the crystallinity and the conductivity of the PEDOT / sulfated cellulose crystal composite were conducted in the same manner as in Example 1 except that the start of the dropwise addition of chlorosulfonic acid was changed to 10 minutes. The measurement and the surface roughness of the conductive film of the PEDOT / sulfated cellulose crystal composite were measured. In addition, an electron micrograph of cellulose sulfate crystals was taken, and the results are shown in FIG.

(比較例2)
クロロスルホン酸の滴下開始を反応開始として、20分とした以外は、実施例1と同様にして、硫酸基の置換度及び結晶化度の測定、PEDOT/硫酸化セルロース結晶複合体の導電性の測定及びPEDOT/硫酸化セルロース結晶複合体の導電膜の表面粗さの測定を行った。
(Comparative example 2)
Measurement of the substitution degree of the sulfate group and the crystallinity and the conductivity of the PEDOT / sulfated cellulose crystal composite were carried out in the same manner as in Example 1 except that the reaction start was the start of the dropwise addition of chlorosulfonic acid. The measurement and the surface roughness of the conductive film of the PEDOT / sulfated cellulose crystal composite were measured.

(比較例3)
クロロスルホン酸の滴下開始を反応開始として、300分(5時間)とした以外は、実施例1と同様にして、硫酸基の置換度及び結晶化度の測定、PEDOT/硫酸化セルロース結晶複合体の導電性の測定及びPEDOT/硫酸化セルロース結晶複合体の導電膜の表面粗さの測定を行った。
(Comparative example 3)
Measurement of the degree of substitution of sulphate groups and the degree of crystallization, PEDOT / sulphated cellulose crystal composite was carried out in the same manner as in Example 1 except that the start of the dropwise addition of chlorosulfonic acid was the start of the reaction and was 300 minutes (5 hours). Was measured and the surface roughness of the conductive film of the PEDOT / sulfated cellulose crystal composite was measured.

(比較例4)
クロロスルホン酸の滴下開始を反応開始として、360分(6時間)とした以外は、実施例1と同様にして、硫酸基の置換度及び結晶化度の測定、PEDOT/硫酸化セルロース結晶複合体の導電性の測定及びPEDOT/硫酸化セルロース結晶複合体の導電膜の表面粗さの測定を行った。また、硫酸セルロース結晶の電子顕微鏡写真を撮影した、結果を図6に示す。
(Comparative example 4)
Measurement of the degree of substitution of sulfate group and crystallinity, PEDOT / sulfated cellulose crystal composite was carried out in the same manner as in Example 1 except that the start of dropping chlorosulfonic acid was 360 minutes (6 hours). Was measured and the surface roughness of the conductive film of the PEDOT / sulfated cellulose crystal composite was measured. In addition, an electron micrograph of cellulose sulfate crystals was taken, and the results are shown in FIG.

(比較例5)
セルロース15.0 g をN,N-ジメチルホルムアミド(DMF)750 ml中でを室温で14時間以上かき混ぜた。その後,水浴の温度を50 ℃に昇温し,クロロスルホン酸13.90 mlを30分間かけ徐々にと加えた後,5時間かき混ぜた。反応終了後,反応液を酢酸ナトリウムの飽和エタノール溶液3000 mlに注ぎ再沈殿させ,沈殿物を酢酸ナトリウムの飽和エタノール溶液で3回洗浄し,エタノールで上澄み液が中性となるまで洗浄した。その後、沈殿物を水に溶解し,透析膜(Spectra/Por 3)で透析を行った。72時間以上透析した後,凍結乾燥を行って回収した。次いで、硫酸基の置換度及び結晶化度の測定、PEDOT/硫酸化セルロース結晶複合体の導電性の測定を行った。
(Comparative example 5)
15.0 g of cellulose was stirred in 750 ml of N, N-dimethylformamide (DMF) at room temperature for 14 hours or more. Then, the temperature of the water bath was raised to 50 ° C., 13.90 ml of chlorosulfonic acid was gradually added over 30 minutes, and the mixture was stirred for 5 hours. After completion of the reaction, the reaction solution was poured into 3000 ml of a saturated ethanol solution of sodium acetate for reprecipitation, and the precipitate was washed three times with a saturated ethanol solution of sodium acetate, and washed with ethanol until the supernatant was neutral. Then, the precipitate was dissolved in water and dialyzed with a dialysis membrane (Spectra / Por 3). After dialysis for 72 hours or more, it was lyophilized and collected. Then, the substitution degree of the sulfate group and the crystallinity were measured, and the conductivity of the PEDOT / sulfated cellulose crystal composite was measured.

(比較例6)
針葉樹由来のパルプを使用したこと及びクロロスルホン酸の滴下開始を反応開始として、20分とした以外は、実施例1と同様にして、硫酸基の置換度及び結晶化度の測定、PEDOT/硫酸化セルロース結晶複合体の導電性の測定及びPEDOT/硫酸化セルロース結晶複合体の導電膜の表面粗さの測定を行った。さらに、電子顕微鏡を用いて計測したパルプの繊維幅は、約60μmであった。
(Comparative example 6)
Measurement of the degree of substitution of sulfate group and crystallinity, PEDOT / sulfuric acid was carried out in the same manner as in Example 1 except that the use of softwood-derived pulp and the start of dropping chlorosulfonic acid were started for 20 minutes. The conductivity of the sulfonated cellulose crystal composite and the surface roughness of the conductive film of the PEDOT / sulfated cellulose crystal composite were measured. Furthermore, the fiber width of the pulp measured using an electron microscope was about 60 μm.

(比較例7)
針葉樹由来のパルプを使用したこと及びクロロスルホン酸の滴下開始を反応開始として、30分とした以外は、実施例1と同様にして、硫酸基の置換度及び結晶化度の測定、PEDOT/硫酸化セルロース結晶複合体の導電性の測定及びPEDOT/硫酸化セルロース結晶複合体の導電膜の表面粗さの測定を行った。
(Comparative Example 7)
Measurement of the degree of substitution of sulfate group and crystallinity, PEDOT / sulfuric acid was performed in the same manner as in Example 1 except that pulp derived from coniferous wood was used and that the start of dropping chlorosulfonic acid was started as the reaction for 30 minutes. The conductivity of the sulfonated cellulose crystal composite and the surface roughness of the conductive film of the PEDOT / sulfated cellulose crystal composite were measured.

(比較例8)
針葉樹由来のパルプを使用したこと及びクロロスルホン酸の滴下開始を反応開始として、60分とした以外は、実施例1と同様にして、硫酸基の置換度及び結晶化度の測定、PEDOT/硫酸化セルロース結晶複合体の導電性の測定及びPEDOT/硫酸化セルロース結晶複合体の導電膜の表面粗さの測定を行った。
(Comparative Example 8)
Measurement of the degree of substitution of sulfate groups and crystallinity, PEDOT / sulfuric acid was carried out in the same manner as in Example 1 except that pulp derived from coniferous wood was used and the start of dropwise addition of chlorosulfonic acid was started as the reaction start for 60 minutes. The conductivity of the sulfonated cellulose crystal composite and the surface roughness of the conductive film of the PEDOT / sulfated cellulose crystal composite were measured.

実施例1〜実施例5における各測定結果を表1に示し、比較例1〜比較例4における各測定結果を表2に示し、比較例5〜8における各測定結果を表3に示す。   Each measurement result in Examples 1 to 5 is shown in Table 1, each measurement result in Comparative Examples 1 to 4 is shown in Table 2, and each measurement result in Comparative Examples 5 to 8 is shown in Table 3.

(結果の考察)
表1及び表2の結果より結晶化度40〜53%の範囲にある硫酸化セルロース結晶をナノクリスタル状と(図2〜図4)、結晶化度53%以上の硫酸化セルロース結晶をナノファイバー状と(図5)、結晶化度40%以下の硫酸化セルロース結晶をアモルファス状と(図6)、パルプ由来の硫酸化セルロースをミクロフィブリル状とすると、ナノクリスタル状の硫酸化セルロース結晶を使用した実施例1〜実施例5については、表面粗さの値が小さく(約 7〜14 nm)導電性も優れた値を示した。 一方、ナノファイバー状の硫酸化セルロースを用いた比較例1、2は、表面粗さの値が大きいものであった。また、アモルファス状の硫酸化セルロースを用いた比較例3、4は、表面粗さが小さいものの、導電性が低いものとなった。
(Discussion of results)
From the results of Tables 1 and 2, the sulfated cellulose crystals having a crystallinity of 40 to 53% are in nanocrystal form (FIGS. 2 to 4), and the sulfated cellulose crystals having a crystallinity of 53% or more are nanofibers. When the sulfated cellulose crystals with a crystallinity of 40% or less are amorphous (FIG. 6) and the pulp-derived sulfated cellulose is microfibrillar, nanocrystalline sulfated cellulose crystals are used. In Examples 1 to 5, the surface roughness was small (about 7 to 14 nm) and the conductivity was excellent. On the other hand, Comparative Examples 1 and 2 using the nanofiber-shaped sulfated cellulose had a large surface roughness value. In Comparative Examples 3 and 4 using amorphous sulfated cellulose, the surface roughness was small, but the conductivity was low.

比較例5においては、実施例4及び5と同量の硫酸基を導入したにも関わらず、パルプ中の非晶質部分にも、硫酸基の導入が生じ、セルロース全体の平均的な結晶性が低くなり、導電性は向上しなかった。また、比較例6〜8の硫酸化セルロースは、表面粗さ、導電性ともに劣るものであった。 In Comparative Example 5, although the same amount of sulfate group as in Examples 4 and 5 was introduced, the sulfate group was introduced into the amorphous portion in the pulp, and the average crystallinity of the entire cellulose was increased. Was low and the conductivity was not improved. Further, the sulfated celluloses of Comparative Examples 6 to 8 were inferior in surface roughness and conductivity.

以上より、ドーパントとして、ナノクリスタル状の硫酸化セルロース結晶を使用した導電性材料は、導電性に優れ、塗膜性が向上し、より安定したフィルムを作製すること可能であった。 From the above, it was possible to produce a more stable film with a conductive material using nanocrystal-like sulfated cellulose crystals as a dopant, which had excellent conductivity, improved coating properties.

(NB-Cを原料としたPEDOT/硫酸化セルロース複合体)
(実施例7)
針葉樹パルプを原料とし、ACC法において処理を行い、セルロースナノファイバー分散液1wt%を得た。次いで、極限粘度数の測定を3回行ったところ、その平均値は、370ml/gであった(したがって、本実施例で用いたセルロースナノファイバー分散液はNB-Cである)。次いで、これを原料とし、クロロスルホン酸の滴下開始を反応開始として、30分とした以外は、実施例1と同様にして、硫酸基の置換度及び結晶化度の測定、PEDOT/硫酸化セルロース結晶複合体の導電性の測定を行った。
(PEDOT / sulfated cellulose composite made from NB-C)
(Example 7)
Softwood pulp was used as a raw material and treated by the ACC method to obtain 1 wt% of a cellulose nanofiber dispersion liquid. Next, when the intrinsic viscosity number was measured three times, the average value was 370 ml / g (therefore, the cellulose nanofiber dispersion liquid used in this example is NB-C). Then, using this as a raw material, measurement of the degree of substitution of sulphate groups and crystallinity, PEDOT / sulphated cellulose were carried out in the same manner as in Example 1 except that the reaction start was the start of dropwise addition of chlorosulfonic acid. The conductivity of the crystal composite was measured.

(実施例8)
実施例7で得られたセルロースナノファイバー分散液を原料とした以外は、実施例2と同様にして、硫酸基の置換度及び結晶化度の測定、PEDOT/硫酸化セルロース結晶複合体の導電性の測定を行った。
(Example 8)
Except for using the cellulose nanofiber dispersion obtained in Example 7 as a raw material, measurement of the degree of substitution of sulfate groups and crystallinity, conductivity of PEDOT / sulfated cellulose crystal composite were conducted in the same manner as in Example 2. Was measured.

(実施例9)
実施例7で得られたセルロースナノファイバー分散液を原料とした以外は、実施例4と同様にして、硫酸基の置換度及び結晶化度の測定、PEDOT/硫酸化セルロース結晶複合体の導電性の測定を行った。
(Example 9)
Except for using the cellulose nanofiber dispersion obtained in Example 7 as a raw material, measurement of the degree of substitution of sulfate groups and crystallinity, conductivity of PEDOT / sulfated cellulose crystal composite were conducted in the same manner as in Example 4. Was measured.

(竹パルプを原料としたPEDOT/硫酸化セルロース複合体)
(実施例10)
竹パルプを原料とした(以下、BBということもある。)以外は、実施例3と同様にして、硫酸基の置換度及び結晶化度の測定、PEDOT/硫酸化セルロース結晶複合体の導電性の測定を行った。
(PEDOT / sulfated cellulose composite made from bamboo pulp)
(Example 10)
Measurement of the degree of substitution of sulfate group and crystallinity, conductivity of PEDOT / sulfated cellulose crystal composite were conducted in the same manner as in Example 3 except that bamboo pulp was used as the raw material (hereinafter, sometimes referred to as BB). Was measured.

(実施例11)
竹パルプを原料とした以外は、比較例4と同様にして、硫酸基の置換度及び結晶化度の測定、PEDOT/硫酸化セルロース結晶複合体の導電性の測定を行った。
(Example 11)
The substitution degree of the sulfate group and the crystallinity, and the conductivity of the PEDOT / sulfated cellulose crystal composite were measured in the same manner as in Comparative Example 4 except that bamboo pulp was used as the raw material.

(比較例9)
PEDOT/PSSについて実施例1と同様に調製して導電性の測定を行った。
(Comparative Example 9)
PEDOT / PSS was prepared in the same manner as in Example 1 and its conductivity was measured.

実施例7〜実施例11及び比較例9における各測定結果を表4に示す。   Table 4 shows each measurement result in Examples 7 to 11 and Comparative Example 9.

表4の結果から、NB-B(実施例1〜実施例5)及びNB-C(実施例7〜実施例9)はPEDOT/PSSよりも共に高い導電性が得られるといえる。
また、NB-B(実施例1〜実施例5)及びNB-C(実施例7〜実施例9)は、BBよりも共に高い導電性が得られるといえる。
From the results of Table 4, it can be said that NB-B (Examples 1 to 5) and NB-C (Examples 7 to 9) both have higher conductivity than PEDOT / PSS.
In addition, it can be said that NB-B (Examples 1 to 5) and NB-C (Examples 7 to 9) both have higher conductivity than BB.

(PEDOT/硫酸化セルロースの安定性評価)
実施例2〜実施例5及び比較例3において作成した PEDOT/硫酸化セルロース分散液(0.6 wt%)をガラス基板状(50mm×50mm)に 300 μLドロップキャストし ,120 ℃で 30分間加熱したのち表面抵抗値を測定した(イニシャル)。
次いで、常温暗所において2年間保管した実施例2〜実施例5及び比較例3におけるPEDOT/硫酸化セルロースを用いて前記作成条件と同条件にて検体を作製し、表面抵抗値を測定した(2Y)。
表面抵抗値は、抵抗率計(loresta-GP MCP-T610)に4探針プローブを接続して、膜を4探針プローブに押し当てることによって測定した。
(Stability evaluation of PEDOT / sulfated cellulose)
300 μL of the PEDOT / sulfated cellulose dispersion (0.6 wt%) prepared in Examples 2 to 5 and Comparative Example 3 was drop cast on a glass substrate (50 mm × 50 mm) and heated at 120 ° C. for 30 minutes. The surface resistance value was measured (initial).
Then, using PEDOT / sulfated cellulose in Examples 2 to 5 and Comparative Example 3 stored in a dark place at room temperature for 2 years, a sample was prepared under the same conditions as the above-mentioned preparation conditions, and the surface resistance value was measured ( 2Y).
The surface resistance value was measured by connecting a 4-probe probe to a resistivity meter (loresta-GP MCP-T610) and pressing the film against the 4-probe probe.

実施例2〜実施例5及び比較例3における表面抵抗値の測定結果を表5に示す。 Table 5 shows the measurement results of the surface resistance values in Examples 2 to 5 and Comparative Example 3.

表5の結果より抵抗値が著しく低下したサンプルはなかった。このことより、本発明に係るPEDOT/硫酸化セルロースは、時間経過とともに導電性能は低下せず、安定性に優れたものであるといえる。 From the results in Table 5, there was no sample in which the resistance value was remarkably reduced. From this, it can be said that the PEDOT / sulfated cellulose according to the present invention is excellent in stability without decreasing the conductivity performance with the passage of time.

(極性基を有する化合物を用いた場合の表面抵抗値及び導電率)
(実施例12)
PEDOT/硫酸化セルロース結晶複合体水分散液を調製する際に、水を溶媒とし、固形分(PEDOT/硫酸化セルロース結晶複合体)を0.30wt%に調製したこと以外は、実施例1と同様にして、表面抵抗値を測定した。
(Surface resistance and conductivity when a compound having a polar group is used)
(Example 12)
Example 1 was repeated except that water was used as a solvent and the solid content (PEDOT / sulfated cellulose crystal complex) was adjusted to 0.30 wt% when the PEDOT / sulfated cellulose crystal complex aqueous dispersion was prepared. Similarly, the surface resistance value was measured.

(実施例13)
PEDOT/硫酸化セルロース結晶複合体分散液を調製する際に、水とエタノールの重量比が1:1となるように調整したものを溶媒とし、固形分(PEDOT/硫酸化セルロース結晶複合体)を0.30wt%に調製したこと以外は、実施例1と同様にして、表面抵抗値、導電率及び膜厚を測定した。
(Example 13)
When preparing the PEDOT / sulfated cellulose crystal complex dispersion, the one adjusted to have a weight ratio of water to ethanol of 1: 1 was used as a solvent, and the solid content (PEDOT / sulfated cellulose crystal complex) was changed to The surface resistance value, the conductivity and the film thickness were measured in the same manner as in Example 1 except that the content was adjusted to 0.30 wt%.

(実施例14)
PEDOT/硫酸化セルロース結晶複合体分散液を調製する際に、水を溶媒とし、固形分(PEDOT/硫酸化セルロース結晶複合体)を0.30wt%に調製し、さらに、添加物としてエチレングリコールを前記固形分に対して3wt%添加したこと以外は、実施例1と同様にして、表面抵抗値、導電率及び膜厚を測定した。
(Example 14)
When preparing the PEDOT / sulfated cellulose crystal complex dispersion, water was used as a solvent, the solid content (PEDOT / sulfated cellulose crystal complex) was adjusted to 0.30 wt%, and ethylene glycol was further added as an additive. The surface resistance value, conductivity and film thickness were measured in the same manner as in Example 1 except that 3 wt% was added to the solid content.

実施例12〜実施例14における測定結果を表6に示す。 Table 6 shows the measurement results in Examples 12 to 14.

実施例12の結果から、溶媒を水のみとし、固形分濃度0.3%とした場合は固形分濃度が低いため、表面抵抗値を測定することができなかった。
一方、実施例13及び実施例14の結果から、固形分濃度0.3%とした場合であっても、分散溶媒としてエタノールを使用した場合又は、添加剤としてエチレングリコールを使用した場合には、それぞれの表面抵抗値を測定することができたことから、これらを使用することによって、PEDOT/硫酸化セルロース結晶複合体の導電性を向上させることができたといえる。
From the results of Example 12, when the solvent was water alone and the solid content concentration was 0.3%, the surface resistance value could not be measured because the solid content concentration was low.
On the other hand, from the results of Example 13 and Example 14, even when the solid content concentration was 0.3%, when ethanol was used as the dispersion solvent or ethylene glycol was used as the additive, Since it was possible to measure the respective surface resistance values, it can be said that the use of these could improve the conductivity of the PEDOT / sulfated cellulose crystal composite.

実施例5及び実施例11において得られたPEDOT/硫酸化セルロース結晶複合体分散液を用いて、ガラス基板上に、PEDOT/硫酸化セルロースのキャスト膜を作製して、恒湿庫を用いて湿度を27%から80%に2時間をかけて変化させて、それぞれの湿度における表面抵抗値の測定を行った。
測定結果を表7に示す。
Using the PEDOT / sulfated cellulose crystal composite dispersions obtained in Example 5 and Example 11, cast films of PEDOT / sulfated cellulose were prepared on a glass substrate, and the humidity was measured using a humidity chamber. Was changed from 27% to 80% over 2 hours, and the surface resistance value at each humidity was measured.
The measurement results are shown in Table 7.

表7の結果によると、湿度を27%から80%とすることによりそれぞれ表面抵抗値は約1/2まで減少することが分かる。
これから、PEDOT/硫酸化セルロース結晶複合体へ通電することにより、湿度を検知することができ、さらには、湿度センサーとして使用することが可能となる。
From the results of Table 7, it can be seen that the surface resistance values are reduced to about 1/2 by changing the humidity from 27% to 80%.
From this, by energizing the PEDOT / sulfated cellulose crystal composite, the humidity can be detected, and further, it can be used as a humidity sensor.

Claims (2)

繊維幅が3nm〜1500nmの繊維状セルロースから得られた、化1に示される、硫酸化セルロース結晶をドーパントとして用いた、ポリチオフェンからなる導電性材料。
化1
R1〜R6はそれぞれ独立に水素原子、スルホン酸基または炭素鎖数1〜6のアルキルスルホン酸基を表し、かつ少なくとも1つはスルホン酸基または炭素鎖数1〜6のアルキルスルホン酸基を表す。
A conductive material made of polythiophene, which is obtained from fibrous cellulose having a fiber width of 3 nm to 1500 nm and has the sulfated cellulose crystal shown in Chemical formula 1 as a dopant.
Chemical 1
R 1 to R 6 each independently represent a hydrogen atom, a sulfonic acid group or an alkylsulfonic acid group having 1 to 6 carbon chains, and at least one is a sulfonic acid group or an alkylsulfonic acid group having 1 to 6 carbon chains. Represents
請求項1記載の硫酸化セルロース結晶の式1で示されるセルロースI型結晶化度が40%〜53%である請求項1記載のポリチオフェンからなる導電性材料。
[式1]
セルロースI型結晶化度(%)=〔(I200-Iam)/I200〕×100 (1)
200は2θ=22.6°、Iamは2θ=18.5°のX線回折強度を示す。
The conductive material comprising polythiophene according to claim 1, wherein the cellulose I-type crystallinity represented by formula 1 of the sulfated cellulose crystal according to claim 1 is 40% to 53%.
[Formula 1]
Cellulose type I crystallinity (%) = [(I 200 -Iam) / I 200 ] × 100 (1)
I 200 shows an X-ray diffraction intensity of 2θ = 22.6 °, and Iam shows an X-ray diffraction intensity of 2θ = 18.5 °.
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