KR101774304B1 - 도전성 중합체 함유 분산액의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 공역계 도전성 중합체를 얻기 위한 단량체와 폴리 음이온에 의해 보호 콜로이드화된 시드 입자를 함유하는 분산매 중에서, 상기 단량체를 중합하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 도전성 중합체 함유 분산액의 제조 방법 및 상기 제조 방법으로 얻어지는 도전성 중합체 함유 분산액이다.

Description

도전성 중합체 함유 분산액의 제조 방법{METHOD FOR PRODUCING CONDUCTIVE POLYMER-CONTAINING DISPERSION}
본 발명은 중합 중에 고점도로 되지 않고, 도전성이 뛰어난 도전성 중합체 함유 분산액을 제조할 수 있는, 생산성이 뛰어난 도전성 중합체 함유 분산액의 제조 방법 및 도전성 중합체 함유 분산액에 관한 것이다.
도전성 도료, 대전방지제, 전자파 차폐 재료, 고체 전해질, 투명 도전성 재료, 전지 재료, 콘덴서 재료, 센서 재료, 도전성 접착제, 전자 사진 재료, 감광 부재, 전사 부재 등에 공역계 도전성 중합체가 사용되고 있다.
공역계 도전성 중합체로서는 폴리티오펜, 폴리피롤, 폴리아닐린, 폴리아세틸렌, 폴리페닐렌, 폴리(p-페닐렌-비닐렌), 폴리아센, 폴리티오펜비닐렌 등이 알려져 있다. 또한, 공역계 도전성 중합체의 카운터 음이온으로서 폴리스티렌술폰산 등의 폴리 음이온을 사용하여 공역계 도전성 중합체를 도프하는 기술이 알려져 있다.
또한, 공역계 도전성 중합체 모노머에 3,4-에틸렌디옥시티오펜(EDOT)을 사용하고, 카운터 음이온으로서 폴리스티렌술폰산(PSS)을 사용한 PEDOT-PSS는 투명성 및 안정성이 뛰어나, 도전성이 양호한 도전성 중합체의 수 분산액인 것이 알려져 있다.
예를 들면, 특허문헌 1 또는 특허문헌 2에는 폴리 음이온의 존재 하에 공역계 도전성 중합체를 얻기 위한 단량체를 산화 중합시키는 것을 특징으로 하는 도전성 조성물의 제조 방법, 및 폴리 음이온과 유기 술폰산의 존재 하에 공역계 도전성 중합체를 얻기 위한 단량체를 산화 중합시키는 것을 특징으로 하는 도전성 조성물의 제조 방법이 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 3에는 폴리 음이온과 공역계 도전성 중합체를 얻기 위한 모노머를 함유하는 수계 또는 비수계의 분산액 또는 용액에 초음파를 조사해서 상기 모노머를 중합하는 것을 포함하는 도전성 중합체 조성물의 제조 방법이 기재되어 있다.
일본 특허공개 2005-76016호 공보 일본 특허공개 평 7-90060호 공보 일본 특허공표 2011-510141호 공보
그런데, 도전성 중합체는 분산매 중에서 응집되기 쉽고, 도전성 중합체를 함유하는 분산액은 반응시에 고점도가 될 경우가 있다. 고점도의 분산액은 공업적인 취급이 불편하다. 고점도의 도전성 중합체를 함유하는 분산액은 대량 생산시에 송액에 많은 에너지가 필요하게 되어, 장치의 내압화가 필요해진다. 고점도의 분산액은 분산기를 사용하여 저점도화할 수 있지만, 생산성이 떨어지게 된다.
본 발명은 합성 중의 점도가 낮아 생산성이 뛰어나고, 또한 도전성이 뛰어난 도전성 중합체를 함유하는 분산액의 제조 방법 및 도전성 중합체 함유 분산액을 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명자들은 예의 연구를 거듭한 결과, 폴리 음이온에 의해 보호 콜로이드화된 시드 입자를 이용하여 도전성 중합체 함유 분산액을 제조하는 방법에 의해 상기 과제를 해결할 수 있는 것을 발견했다.
즉, 본 발명은 하기 1~13에 관한 것이다.
1. 공역계 도전성 중합체를 얻기 위한 단량체와 폴리 음이온에 의해 보호 콜로이드화된 시드 입자를 함유하는 분산매 중에서, 상기 단량체를 중합시키는 중합 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 도전성 중합체 함유 분산액의 제조 방법.
2. 상기 시드 입자가 에틸렌성 불포화 단량체를 중합해서 얻어지는 중합체 또는 공중합체인 상기 1에 기재된 도전성 중합체 함유 분산액의 제조 방법.
3. 상기 시드 입자의 d50 입자 지름이 0.005~10㎛인 상기 1 또는 2에 기재된 도전성 중합체 함유 분산액의 제조 방법.
4. 상기 중합 공정 도중에 폴리 음이온에 의해 보호 콜로이드화된 시드 입자의 분산액을 더 첨가하는 상기 1~3 중 어느 하나에 기재된 도전성 중합체 함유 분산액의 제조 방법.
5. 상기 중합 공정 도중에, 생성되는 공역계 도전성 중합체를 분산 처리하는 상기 1~4 중 어느 하나에 기재된 도전성 중합체 함유 분산액의 제조 방법.
6. 상기 분산 처리를 초음파 조사에 의해 행하는 상기 5에 기재된 도전성 중합체 함유 분산액의 제조 방법.
7. 상기 공역계 도전성 중합체를 얻기 위한 단량체가 치환기를 가져도 좋은 피롤, 치환기를 가져도 좋은 아닐린, 및 치환기를 가져도 좋은 티오펜에서 선택되는 적어도 1개인 상기 1~6 중 어느 하나에 기재된 도전성 중합체 함유 분산액의 제조 방법.
8. 상기 중합 공정 도중에, 생성되는 공역계 도전성 중합체를 초음파 조사에 의해 분산 처리하는 상기 1에 기재된 도전성 중합체 함유 분산액의 제조 방법.
9. 상기 공역계 도전성 중합체를 얻기 위한 단량체가 하기 식(I)으로 나타내어지는 화합물을 함유하는 것인 상기 1~6 및 상기 8 중 어느 하나에 기재된 도전성 중합체 함유 분산액의 제조 방법.
Figure 112015087269057-pct00001
〔식(I) 중, R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소원자, 수산기, 치환기를 가져도 좋은 탄소수 1~18의 알킬기, 치환기를 가져도 좋은 탄소수 1~18의 알콕시기, 또는 치환기를 가져도 좋은 탄소수 1~18의 알킬티오기를 나타내거나, 또는 R1과 R2가 서로 결합해서 환을 형성한, 치환기를 가져도 좋은 탄소수 3~10의 지환, 치환기를 가져도 좋은 탄소수 6~10의 방향환, 치환기를 가져도 좋은 탄소수 2~10의 산소원자 함유 복소환, 치환기를 가져도 좋은 탄소수 2~10의 황원자 함유 복소환, 또는 치환기를 가져도 좋은 탄소수 2~10의 황원자 및 산소원자 함유 복소환을 나타낸다.〕
10. 상기 폴리 음이온이 술폰산기를 갖는 폴리머인 상기 1~9 중 어느 하나에 기재된 도전성 중합체 함유 분산액의 제조 방법.
11. 상기 폴리 음이온 중의 음이온기가 상기 공역계 도전성 중합체를 얻기 위한 단량체 1㏖에 대하여 0.25~30㏖인 상기 1~10 중 어느 하나에 기재된 도전성 중합체 함유 분산액의 제조 방법.
12. 상기 분산매가 물을 함유하고,
상기 중합이 퍼옥소이황산 및 그 염에서 선택되는 적어도 1개의 산화제를 사용하여 행하여지는 상기 1~11 중 어느 하나에 기재된 도전성 중합체 함유 분산액의 제조 방법.
13. 상기 중합 공정 도중에 폴리 음이온에 의해 보호 콜로이드화된 시드 입자의 분산액을 단량체의 중합이 완료될 때까지 사이의 도중 시간의 0.1~2배의 시간을 걸쳐서 첨가하는 상기 4에 기재된 도전성 중합체 함유 분산액의 제조 방법.
14. 상기 중합 공정의 도중에 폴리 음이온에 의해 보호 콜로이드화된 시드 입자의 분산액을 적하에 의해 첨가하는 상기 4 또는 상기 13에 기재된 도전성 중합체 함유 분산액의 제조 방법.
15. 상기 중합 도중에 첨가하는, 폴리 음이온에 의해 보호 콜로이드화된 시드 입자의 분산액의 양은 상기 분산매의 총량의 10~90질량%인 상기 4, 상기 13 및 상기 15 중 어느 하나에 기재된 도전성 중합체 함유 분산액의 제조 방법.
16. 상기 단량체를 중합시키고 있는 분산매의 점도의 최대값은 5000mPa·s 이하인 상기 1~15 중 어느 하나에 기재된 도전성 중합체 함유 분산액의 제조 방법.
17. 상기 1~16 중 어느 하나에 기재된 제조 방법으로 얻어지는 도전성 중합체 함유 분산액.
18. 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜 및 글리세린에서 선택되는 적어도 1개의 전기 전도율 향상제를 더 함유하는 상기 17에 기재된 도전성 중합체 함유 분산액.
(발명의 효과)
본 발명의 제조 방법에 의하면, 도전성이 뛰어난 공역계 도전성 중합체와 폴리 음이온에 의해 보호 콜로이드화된 시드 입자로 이루어지는 도전성 중합체를 함유하는 분산액을, 중합 중에 분산액의 점도가 상승하는 일 없이 뛰어난 생산성으로 제조할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 상기 제조 방법에 의해 제조되는 도전성이 뛰어난 도전성 중합체 함유 분산액을 제공할 수 있다.
본 발명의 도전성 중합체 함유 분산액의 제조 방법은 공역계 도전성 중합체를 얻기 위한 단량체와, 폴리 음이온에 의해 보호 콜로이드화된 시드 입자를 함유하는 분산매 중에서 상기 단량체를 중합시키는 공정을 갖는 것을 특징으로 한다.
[도전성 중합체 함유 분산액]
본 발명의 도전성 중합체 함유 분산액은 공역계 도전성 중합체와, 폴리 음이온에 의해 보호 콜로이드화된 시드 입자로 이루어지는 도전성 중합체가 분산매 중에 분산된 도전성 중합체 함유 분산액이다.
상기 도전성 중합체는 시드 입자의 표면에 폴리 음이온이 보호 콜로이드로 되도록 배위하여, 시드 입자 표면의 폴리 음이온이 공역계 도전성 중합체에 도프 된 입자 형상의 중합체이다.
시드 입자에 도펀트인 폴리 음이온을 배위시킴으로써, 저점도의 분산액으로 할 수 있다. 또한, 시드 입자 표면에 폴리 음이온이 배위됨으로써 폴리 음이온과 공역계 도전성 중합체의 재배위가 가능해져 도전성이 발현된다.
[공역계 도전성 중합체]
(공역계 도전성 중합체)
공역계 도전성 중합체는 주쇄가 π공역계로 구성되어 있는 유기 고분자이면 특별히 한정되지 않는다. 공역계 도전성 중합체로서는, 예를 들면 폴리피롤류, 폴리티오펜류, 폴리아세틸렌류, 폴리페닐렌류, 폴리페닐렌비닐렌류, 폴리아닐린류, 폴리아센류, 폴리티오펜비닐렌류, 및 이것들의 공중합체 등을 들 수 있다. 이것들 중에서도 폴리피롤류, 폴리티오펜류 및 폴리아닐린류가 바람직하고, 폴리티오펜류가 보다 바람직하다. 또한, 공역계 도전성 중합체는 알킬기, 카르복실기, 술폰산기, 알콕실기, 히드록실기, 시아노기 등의 치환기를 갖는 것이 높은 도전성이 얻어지는 점에서 바람직하다.
바람직한 공역계 도전성 중합체의 구체예로서는, 폴리피롤류로서 폴리피롤, 폴리(N-메틸피롤), 폴리(3-메틸피롤), 폴리(3-에틸피롤), 폴리(3-n-프로필피롤), 폴리(3-부틸피롤), 폴리(3-옥틸피롤), 폴리(3-데실피롤), 폴리(3-도데실피롤), 폴리(3,4-디메틸피롤), 폴리(3,4-디부틸피롤), 폴리(3-카르복시피롤), 폴리(3-메틸-4-카르복시피롤), 폴리(3-메틸-4-카르복시에틸피롤), 폴리(3-메틸-4-카르복시부틸피롤), 폴리(3-히드록시피롤), 폴리(3-메톡시피롤), 폴리(3-에톡시피롤), 폴리(3-부톡시피롤), 폴리(3-헥실옥시피롤), 폴리(3-메틸-4-헥실옥시피롤) 및 폴리(3-메틸-4-헥실옥시피롤) 등을 들 수 있고;
폴리티오펜류로서 폴리티오펜, 폴리(3-메틸티오펜), 폴리(3-헥실티오펜), 폴리(3-헵틸티오펜), 폴리(3-옥틸티오펜), 폴리(3-데실티오펜), 폴리(3-도데실티오펜), 폴리(3-옥타데실티오펜), 폴리(3-브로모티오펜), 폴리(3-클로로티오펜), 폴리(3-요오드티오펜), 폴리(3-시아노티오펜), 폴리(3-페닐티오펜), 폴리(3,4-디메틸티오펜), 폴리(3,4-디부틸티오펜), 폴리(3-히드록시티오펜), 폴리(3-메톡시티오펜), 폴리(3-에톡시티오펜), 폴리(3-부톡시티오펜), 폴리(3-헥실옥시티오펜), 폴리(3-헵틸옥시티오펜), 폴리(3-옥틸옥시티오펜), 폴리(3-데실옥시티오펜), 폴리(3-도데실옥시티오펜), 폴리(3-옥타데실옥시티오펜), 폴리(3,4-디히드록시티오펜), 폴리(3,4-디메톡시티오펜), 폴리(3,4-디에톡시티오펜), 폴리(3,4-디프로폭시티오펜), 폴리(3,4-디부톡시티오펜), 폴리(3,4-디헥실옥시티오펜), 폴리(3,4-디헵틸옥시티오펜), 폴리(3,4-디옥틸옥시티오펜), 폴리(3,4-디데실옥시티오펜), 폴리(3,4-디도데실옥시티오펜), 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜), 폴리(3,4-프로필렌디옥시티오펜), 폴리(3,4-부틸렌디옥시티오펜), 폴리(3-메틸-4-메톡시티오펜), 폴리(3-메틸-4-에톡시티오펜), 폴리(3-카르복시티오펜), 폴리(3-메틸-4-카르복시티오펜), 폴리(3-메틸-4-카르복시에틸티오펜), 폴리(3-메틸-4-카르복시부틸티오펜) 및 폴리(3,4-에틸렌옥시티아티오펜) 등을 들 수 있으며;
폴리아닐린류로서 폴리아닐린, 폴리(2-메틸아닐린), 폴리(3-이소부틸아닐린), 폴리(2-아닐린술폰산) 및 폴리(3-아닐린술폰산) 등을 들 수 있다.
이것들 중에서도 폴리피롤, 폴리티오펜, 폴리(N-메틸피롤), 폴리(3-메틸티오펜), 폴리(3-메톡시티오펜) 및 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)이 도전성이 높은 점에서 바람직하다. 특히, 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)〔통칭 PEDOT〕은 도전성이 보다 높고, 또한 내열성이 뛰어난 점에서 보다 바람직하다.
공역계 도전성 중합체는 1종 단독으로 또는 2종 이상을 조합시켜서 사용할 수 있다.
(단량체)
공역계 도전성 중합체를 얻기 위한 단량체로서는 치환기를 가져도 좋은 피롤, 치환기를 가져도 좋은 아닐린, 및 치환기를 가져도 좋은 티오펜에서 선택되는 적어도 1개가 바람직하게 사용된다. 치환기로서는, 예를 들면 탄소수 1~18의 알킬기, 탄소수 6~10의 아릴기, 탄소수 5~10의 헤테로아릴기, 탄소수 1~18의 알콕시기, 탄소수 1~18의 알킬티오기, 카르복실기, 히드록실기, 할로겐원자 및 시아노기를 들 수 있다. 또한, 상기 알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기, 알콕시기 및 알킬티오기는 카르복실기, 수산기, 할로겐원자 또는 시아노기로 치환되어 있어도 좋다. 또한, 2개 이상의 치환기가 축합해서 환을 형성하고 있어도 좋다.
상기 단량체의 구체예로서는 피롤, N-메틸피롤, 3-메틸피롤, 3-에틸피롤, 3-n-프로필피롤, 3-부틸피롤, 3-옥틸피롤, 3-데실피롤, 3-도데실피롤, 3,4-디메틸피롤, 3,4-디부틸피롤, 3-카르복실피롤, 3-메틸-4-카르복실피롤, 3-메틸-4-카르복시에틸피롤, 3-메틸-4-카르복시부틸피롤, 3-히드록시피롤, 3-메톡시피롤, 3-에톡시피롤, 3-부톡시피롤, 3-헥실옥시피롤, 3-메틸-4-헥실옥시피롤, 3-메틸-4-헥실옥시피롤;
티오펜, 3-메틸티오펜, 3-에틸티오펜, 3-프로필티오펜, 3-부틸티오펜, 3-헥실티오펜, 3-헵틸티오펜, 3-옥틸티오펜, 3-데실티오펜, 3-도데실티오펜, 3-옥타데실티오펜, 3-브로모티오펜, 3-클로로티오펜, 3-요오드티오펜, 3-시아노티오펜, 3-페닐티오펜, 3,4-디메틸티오펜, 3,4-디부틸티오펜, 3-히드록시티오펜, 3-메톡시티오펜, 3-에톡시티오펜, 3-부톡시티오펜, 3-헥실옥시티오펜, 3-헵틸옥시티오펜, 3-옥틸옥시티오펜, 3-데실옥시티오펜, 3-도데실옥시티오펜, 3-옥타데실옥시티오펜, 3,4-디히드록시티오펜, 3,4-디메톡시티오펜, 3,4-디에톡시티오펜, 3,4-디프로폭시 티오펜, 3,4-디부톡시티오펜, 3,4-디헥실옥시티오펜, 3,4-디헵틸옥시티오펜, 3,4-디옥틸옥시티오펜, 3,4-디데실옥시티오펜, 3,4-디도데실옥시티오펜, 3,4-에틸렌디옥시티오펜, 3,4-프로필렌디옥시티오펜, 3,4-부틸렌디옥시티오펜, 3-메틸-4-메톡시티오펜, 3-메틸-4-에톡시티오펜, 3-카르복시티오펜, 3-메틸-4-카르복시티오펜, 3-메틸-4-카르복시에틸티오펜, 3-메틸-4-카르복시부틸티오펜, 3,4-에틸렌옥시티아티오펜;
아닐린, 2-메틸아닐린, 3-이소부틸아닐린, 2-아닐린술폰산, 3-아닐린술폰산 등을 들 수 있다.
공역계 도전성 중합체를 얻기 위한 단량체는 1종 단독으로 또는 2종 이상을 조합시켜서 사용할 수 있다.
상기 중에서도 공역계 도전성 중합체를 얻기 위한 단량체로서, 하기 식(I)으로 나타내어지는 화합물이 함유되는 것이 바람직하고, 하기 식(Ⅱ)으로 나타내어지는 화합물이 함유되는 것이 보다 바람직하며, 3,4-에틸렌디옥시티오펜이 함유되는 것이 더욱 바람직하다.
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상기 식(I) 중, R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소원자, 수산기, 치환기를 가져도 좋은 탄소수 1~18의 알킬기, 치환기를 가져도 좋은 탄소수 1~18의 알콕시기,또는 치환기를 가져도 좋은 탄소수 1~18의 알킬티오기를 나타내거나, 또는 R1과 R2가 서로 결합해서 환을 형성한, 치환기를 가져도 좋은 탄소수 3~10의 지환, 치환기를 가져도 좋은 탄소수 6~10의 방향환, 치환기를 가져도 좋은 탄소수 2~10의 산소원자 함유 복소환, 치환기를 가져도 좋은 탄소수 2~10의 황원자 함유 복소환, 또는 치환기를 가져도 좋은 탄소수 2~10의 황원자 및 산소원자 함유 복소환을 나타낸다. 치환기로서는, 예를 들면 탄소수 1~18의 알킬기, 탄소수 6~10의 아릴기, 탄소수 5~10의 헤테로아릴기, 탄소수 1~18의 알콕시기, 탄소수 1~18의 알킬티오기, 카르복실기, 히드록실기, 할로겐원자 및 시아노기를 들 수 있다. 또한, 상기 알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기, 알콕시기 및 알킬티오기는 카르복실기, 수산기, 할로겐원자 또는 시아노기로 치환되어 있어도 좋다. 또한, 2개 이상의 치환기가 축합해서 환을 형성하고 있어도 좋다.
상기 산소원자 함유 복소환으로서는 옥시란환, 옥세탄환, 푸란환, 히드로푸란환, 피란환, 피론환, 디옥산환, 트리옥산환 등을 들 수 있다.
상기 황원자 함유 복소환으로서는 티이란환, 티에탄환, 티오펜환, 티안환, 티오피란환, 티오피릴륨환, 벤조티오피란환, 디티안환, 디티오란환, 트리티안환 등을 들 수 있다.
상기 황원자 및 산소원자 함유 복소환으로서는 옥사티오란환, 옥사티안환 등을 들 수 있다.
상기 식(Ⅱ) 중, R3 및 R4는 각각 독립적으로 수소원자 또는 치환기를 가져도 좋은 탄소수 1~4의 알킬기를 나타내고, 또는 R3과 R4가 서로 결합해서 환을 형성한, 치환기를 가져도 좋은 탄소수 3~6의 산소원자 함유 복소환을 나타낸다.
R3 및 R4는 바람직하게는 R3과 R4가 서로 결합해서 환을 형성한, 치환기를 가져도 좋은 탄소수 3~6의 산소원자 함유 복소환이다. 상기 산소원자 함유 복소환으로서는 디옥산환, 트리옥산환 등을 들 수 있고, 바람직하게는 디옥산환이다. 치환기로서는 예를 들면 탄소수 1~18의 알킬기, 탄소수 6~10의 아릴기, 탄소수 5~10의 헤테로아릴기, 탄소수 1~18의 알콕시기, 탄소수 1~18의 알킬티오기, 카르복실기, 히드록실기, 할로겐원자 및 시아노기를 들 수 있다. 또한, 상기 알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기, 알콕시기 및 알킬티오기는 카르복실기, 수산기, 할로겐원자 또는 시아노기로 치환되어 있어도 좋다. 또한, 2개 이상의 치환기가 축합해서 환을 형성하고 있어도 좋다.
[보호 콜로이드화된 시드 입자]
(시드 입자)
본 발명에 사용하는 시드 입자는 분산 매체 중에서 폴리 음이온에 의해 보호 콜로이드화되는 것이면 좋고, 바람직한 예로서 에틸렌성 불포화 단량체를 중합해서 얻어지는 중합체 또는 공중합체의 입자를 들 수 있다. 시드 입자의 분산 매체 중에 분산되어 있는 입경의 d50(체적 기준에서의 50% 메디안 지름)은 0.005~10㎛인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.02~2㎛이며, 더욱 바람직하게는 0.05~1㎛이다. 시드 입자의 입자 지름 분포는 니키소(주) 제, 마이크로 트랙 UPA형 입도 분포 측정 장치로 측정할 수 있다.
에틸렌성 불포화 단량체로서는 적어도 1개의 중합 가능한 비닐기를 갖는 것이면 좋고, 예를 들면 직쇄상, 분기상 또는 환상의 알킬쇄를 갖는 (메타)아크릴산 에스테르류(예를 들면, 메틸메타크릴레이트 및 t-부틸메타아크릴레이트 등), 스티렌, α-메틸스티렌 등의 방향족 비닐 화합물, 비닐피롤리돈 등의 복소환식 비닐 화합물, 히드록시알킬(메타)아크릴레이트, 디알킬아미노알킬(메타)아크릴레이트, 아세트산 비닐이나 알칸산 비닐로 대표되는 비닐에스테르류, 모노올레핀류(에틸렌, 프로필렌, 부틸렌, 이소부틸렌 등), 공역 디올레핀류(부타디엔, 이소프렌, 클로로프렌 등), α,β-불포화 모노 또는 디카르복실산(아크릴산, 메타크릴산, 크로톤 산, 이타콘산, 말레산, 푸마르산 등), 아크릴로니트릴 등의 시안화 비닐 화합물, 아크롤레인이나 디아세톤아크릴아미드 등의 카르보닐기 함유 에틸렌성 불포화 단량체를 들 수 있다. 이들 에틸렌성 불포화 단량체는 1종 단독 또는 2종 이상을 조합시켜서 사용해도 좋다. 또한, 방향족 비닐 화합물 중에서도 스티렌을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 필요에 따라서 글리시딜(메타)아크릴레이트 등의 에폭시기 함유 α,β-에틸렌성 불포화 화합물, 비닐트리에톡시실란이나 γ-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란 등의 가수분해성 알콕시실릴기 함유 α,β-에틸렌성 불포화 화합물, 다관능 비닐 화합물[에틸렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 트리메틸올프로판트리(메타)아크릴레이트, 알릴(메타)아크릴레이트, 디비닐벤젠, 디알릴프탈레이트 등] 등의 가교성 모노머를 중합체 또는 공중합체에 도입하여 그것 자신끼리를 가교시키거나, 또는 활성 수소기를 갖는 에틸렌성 불포화 화합물 성분과 조합시켜서 가교시키거나, 또는 카르보닐기 함유 α,β-에틸렌성 불포화 화합물(특히 케토기 함유인 것에 한함) 등의 가교성 모노머를 중합체 또는 공중합체에 도입하여, 폴리히드라진 화합물(특히 2개 이상의 히드라지드기를 갖는 화합물; 옥살산 디히드라지드, 숙신산 디히드라지드, 아디프산 디히드라지드, 폴리아크릴산 히드라지드 등)과 조합시켜서 가교시켜도 좋다. 이와 같이 중합체 또는 공중합체에 가교성 모노머를 도입함으로써 도전성 중합체의 내수, 내습, 내열성을 향상시킬 수 있다. 상기 가교성 모노머의 도입시키는 비율은 중합체 또는 공중합체에 대하여 바람직하게는 50% 이하이고, 보다 바람직하게는 35% 이하이며, 더욱 바람직하게는 25% 이하이다.
(폴리 음이온)
본 발명에 사용되는 폴리 음이온은 음이온성기를 갖는 폴리머이다. 음이온성기로서는 술폰산 또는 그 염으로 이루어지는 기, 인산 또는 그 염으로 이루어지는 기, 1치환 인산 에스테르기, 카르복실산 또는 그 염으로 이루어지는 기, 1치환 황산 에스테르기 등을 들 수 있다. 이들 중, 강산성기가 바람직하고, 술폰산 또는 그 염으로 이루어지는 기, 인산 또는 그 염으로 이루어지는 기가 보다 바람직하며, 술폰산 또는 그 염으로 이루어지는 기가 더욱 바람직하다. 음이온성기는 폴리머 주쇄에 직접 결합되어 있어도 좋고, 측쇄에 결합되어 있어도 좋다. 측쇄에 음이온성기가 결합되어 있을 경우, 도프 효과를 보다 현저하게 달성하므로 음이온성기는 측쇄의 말단에 결합되어 있는 것이 바람직하다.
폴리 음이온은 음이온성기 이외의 치환기를 가져도 좋다. 그 치환기로서는 알킬기, 히드록시기, 알콕시기, 페놀기, 시아노기, 페닐기, 히드록시페닐기, 에스테르기, 할로게노기, 알케닐기, 이미드기, 아미드기, 아미노기, 옥시카르보닐기, 카르보닐기 등을 들 수 있다. 이것들 중에서 알킬기, 히드록시기, 시아노기, 페놀기, 옥시카르보닐기가 바람직하고, 알킬기, 히드록시기, 시아노기가 보다 바람직하다. 상기 치환기는 폴리머 주쇄에 직접 결합되어 있어도 좋고, 측쇄에 결합되어 있어도 좋다. 측쇄에 상기 치환기가 결합되어 있을 경우, 상기 치환기 각각의 작용을 달성하기 위해서 치환기는 측쇄의 말단에 결합되어 있는 것이 바람직하다.
폴리 음이온 중에 치환할 수 있는 알킬기는 분산매로의 용해성 및 분산성, 공역계 도전성 중합체와의 상용성 및 분산성 등을 높이는 작용을 기대할 수 있다. 알킬기로서는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 이소부틸기, t-부틸기, 펜틸기, 헥실기, 옥틸기, 데실기, 도데실기 등의 쇄상 알킬기; 시클로프로필기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기 등의 시클로알킬기를 들 수 있다. 분산매로의 용해성, 공역계 도전성 중합체로의 분산성, 입체 장해 등을 고려하면, 탄소수 1~12의 알킬기가 보다 바람직하다.
폴리 음이온 중에 치환할 수 있는 히드록시기는 다른 수소원자 등과의 수소결합을 형성하기 쉽게 하여, 분산매로의 용해성, 공역계 도전성 중합체와의 상용성, 분산성, 접착성을 높게 하는 작용을 기대할 수 있다. 히드록시기는 폴리머 주쇄에 결합한 탄소수 1~6의 알킬기의 말단에 결합한 것이 바람직하다.
폴리 음이온 중에 치환할 수 있는 시아노기 및 히드록시페닐기는 공역계 도전성 중합체와의 상용성, 분산매로의 용해성, 내열성을 높게 하는 작용을 기대할 수 있다. 시아노기는 폴리머 주쇄에 직접 결합한 것, 폴리머 주쇄에 결합한 탄소수 1~7의 알킬기의 말단에 결합한 것, 폴리머 주쇄에 결합한 탄소수 2~7의 알케닐기의 말단에 결합한 것이 바람직하다.
폴리 음이온 중에 치환할 수 있는 옥시카르보닐기는 폴리머 주쇄에 직접 결합한 알킬옥시카르보닐기, 아릴옥시카르보닐기, 다른 관능기를 개재해서 이루어지는 알킬옥시카르보닐기 또는 아릴옥시카르보닐기가 바람직하다.
폴리 음이온의 폴리머 주쇄는 특별히 제한되지 않는다. 폴리머 주쇄로서는, 예를 들면 폴리알킬렌, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리에스테르 등을 들 수 있다. 이것들 중, 합성이나 입수의 용의성의 관점에서 폴리알킬렌이 바람직하다.
폴리알킬렌은 에틸렌성 불포화 단량체의 반복단위로 구성되는 폴리머이다. 폴리알킬렌은 주쇄에 탄소-탄소 이중결합을 가져도 좋다. 폴리알킬렌으로서는 예를 들면, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부텐, 폴리펜텐, 폴리헥센, 폴리비닐알코올, 폴리비닐페놀, 폴리(3,3,3-트리플루오로프로필렌), 폴리아크릴로니트릴, 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트, 폴리스티렌, 폴리부타디엔, 폴리이소프렌 등을 들 수 있다.
폴리이미드로서는 피로멜리트산 2무수물, 비페닐테트라카르복실산 2무수물, 벤조페논테트라카르복실산 2무수물, 2,2,3,3-테트라카르복시디페닐에테르 2무수물, 2,2-[4,4'-디(디카르복시페닐옥시)페닐]프로판 2무수물 등의 산 무수물과 옥시디아닐린, 파라페닐렌디아민, 메타페닐렌디아민, 벤조페논디아민 등의 디아민의 중축합반응으로 얻어지는 것을 들 수 있다.
폴리아미드로서는 폴리아미드6, 폴리아미드6,6, 폴리아미드6,10 등을 들 수 있다.
폴리에스테르로서는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트 등을 들 수 있다.
폴리 음이온으로서 바람직하게 사용되는 술폰산기를 갖는 폴리머의 구체예로서는, 폴리비닐술폰산, 폴리스티렌술폰산, 폴리알릴술폰산, 폴리아크릴산 에틸술폰산, 폴리아크릴산 부틸술폰산, 폴리(2-아크릴아미드-2-메틸프로판술폰산), 폴리이소프렌술폰산 등을 들 수 있다. 이것들은 단독 중합체여도 좋고, 2종 이상의 공중합체여도 좋다. 이것들 중, 도전성 부여의 점에서 폴리스티렌술폰산, 폴리이소프렌술폰산, 폴리아크릴산 에틸술폰산, 폴리아크릴산 부틸술폰산이 바람직하고, 폴리스티렌술폰산〔통칭 PSS〕이 보다 바람직하다.
폴리 음이온, 특히 술폰산기를 갖는 폴리머는 공역계 도전성 중합체의 열 분해를 완화할 수 있어 공역계 도전성 중합체를 얻기 위한 단량체의 분산매 중에서의 분산성을 향상시키고, 또한 공역계 도전성 중합체의 도펀트로서 기능한다.
본 발명에 사용되는 폴리 음이온은 그 중량 평균 분자량이 바람직하게는 1,000~1,000,000, 보다 바람직하게는 5,000~500,000이며, 더욱 바람직하게는 10,000~300,000이다. 중량 평균 분자량이 이 범위에 있으면 폴리 음이온의 분산매로의 용해성, 폴리 음이온과 공역계 도전성 중합체의 상용성이 양호해진다. 중량 평균 분자량은 겔 퍼미에이션 크로마토그래피를 이용하여 폴리스티렌 환산 분자량으로서 측정한다.
폴리 음이온은 시판품 중에서 선택되는 상기 특성을 갖는 것이어도 좋고, 또는 공지의 방법에 의해 합성해서 얻어지는 것이어도 좋다. 폴리 음이온의 합성법으로서는, 예를 들면 Houben-Weyl, "Methoden derorganischen Chemle" Vol.E20, Makromolekulare Stoffe, No.2(1987) p1141에 기재된 방법, 및 특허문헌 1~3 등에 기재된 방법 등을 들 수 있다.
시드 입자의 보호 콜로이드화에 사용되는 것과, 중합 개시 전에 미리 투입해놓는 것 또는 중합 도중에 첨가하는 것을 맞춘, 폴리 음이온의 총 사용량은 폴리 음이온 중의 음이온성기가 공역계 도전성 중합체를 얻기 위한 단량체 1㏖에 대하여 바람직하게는 0.25~30㏖, 보다 바람직하게는 0.8~25㏖, 더욱 바람직하게는 1~20㏖이 되는 양이다.
또한, 본 발명의 제조 방법에 있어서의 공역계 도전성 중합체 100질량부에 대한 폴리 음이온의 사용량은 바람직하게는 10~30,000질량부, 보다 바람직하게는 50~25,000질량부이며, 더욱 바람직하게는 100~20,000질량부이다.
폴리 음이온의 사용량이 지나치게 많으면 도전성 중합체의 도전성이 저하되는 경향이 있고, 폴리 음이온의 사용량이 지나치게 적으면 도전성 중합체의 분산매 중에서의 분산성이 저하되는 경향이 있다. 또한, 일렉트로 루미네선스 장치의 정공 주입층에 사용되는 경우에는, 발광 효율을 향상시키기 위해서 본 발명의 제조 방법에 있어서의 공역계 도전성 중합체에 대한 폴리 음이온의 사용량을 늘릴 수 있다.
(보호 콜로이드화된 시드 입자의 제조)
시드 입자는 분산 매체 중에서 폴리 음이온에 의해 보호 콜로이드화되는 것이며, 분산매 중에 분산된 보호 콜로이드화된 시드 입자의 분산액은 수지 에멀전으로서 제조할 수 있다.
수지 에멀전의 중합 반응은 라디칼 중합 반응이며, 상압 반응기 또는 내압 반응기를 사용하여 배치식, 반연속식, 연속식 중 어느 하나의 방법으로 행하여진다. 또한, 중합시의 반응 안정성이나 중합체의 균일성의 점에서 에틸렌성 불포화 단량체 및 폴리 음이온을 각각 분산 매체 중에 미리 용해, 유화 또는 분산시켜서 상기 폴리 음이온 함유액에 에틸렌성 불포화 단량체 용액을 연속적 또는 단속적으로 첨가해서 중합시키는 것이 바람직하다.
반응 온도는 통상 10~100℃에서 행하여지지만, 30~90℃가 일반적이다. 반응 시간은 특별히 제한되는 경우는 없고, 각 성분의 사용량, 중합 개시제의 종류 및 반응 온도 등에 따라 적당하게 조정하면 좋다.
라디칼 중합할 때에, 보호 콜로이드인 폴리 음이온이 에멀전 입자의 안정성에 기여하지만, 필요에 따라서 음이온성 유화제, 비이온성 유화제 및 반응성 유화제 등의 유화제나, 지방족 아민 등을 중합계 내에 첨가해도 좋다. 유화제, 지방족 아민의 종류나 사용량은 폴리 음이온의 사용량, 에틸렌성 불포화 단량체의 조성을 비롯한 다양한 조건에 따라 적당하게 조절하면 좋다.
이와 같은 라디칼 중합 반응에 사용하는 유화제로서는, 예를 들면 알킬황산 에스테르염, 알킬벤젠술폰산염, 알킬술포숙신산염, 알킬디페닐에테르디술폰산염, 폴리옥시알킬렌알킬황산염, 폴리옥시알킬렌알킬인산에스테르 등의 음이온성 유화제, 폴리옥시알킬렌알킬에테르, 폴리옥시알킬렌알킬페놀에테르, 폴리옥시알킬렌 지방산 에스테르, 폴리옥시알킬렌소르비탄 지방산 에스테르 등의 비이온계 계면활성제를 들 수 있다.
지방족 아민으로서는 옥틸아민, 라우릴아민, 미리스틸아민, 스테아릴아민, 올레일아민 등의 1급 아민, 디옥틸아민, 디라우릴아민, 디스테아릴아민, 디올레일아민 등의 2급 아민, N,N-디메틸라우릴아민, N,N-디메틸미리스틸아민, N,N-디메틸팔미틸아민, N,N-디메틸스테아릴아민, N.N-디메틸베헤닐아민, N,N-디메틸올레일아민, N-메틸디데실아민, N-메틸디올레일아민 등의 3급 아민 등을 들 수 있다.
유화제 및 지방족 아민은 1종 단독 또는 2종 이상을 조합시켜서 사용해도 좋다.
또한, 얻어지는 도전성 중합체의 특성을 손상시키지 않는 범위에서 폴리비닐알코올, 메틸셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로오스, 히드록시에틸셀룰로오스, 히드록시프로필셀룰로오스, 폴리비닐피롤리돈 등의 수용성 고분자를 병용해도 좋다.
분산 매체는 수성 매체이며, 물, 또는 물과 수용성 용매의 혼합 용매를 들 수 있다. 혼합 용매 중에서의 수용성 용매의 비율은 0~30질량%가 바람직하다. 수용성 용매의 비율이 30질량%을 초과하면, 합성 수지 에멀전의 중합 안정성을 현저하게 저하시키는 경향이 있다. 수용성 용매로서는 메탄올, 에탄올, 이소프로필알코올 등의 알코올류, 아세톤 등의 케톤류, 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜 등의 글리콜류, 에틸렌글리콜모노메틸에테르, 에틸렌글리콜모노부틸에테르 등의 에테르류 등을 들 수 있다.
라디칼 중합시에 사용되는 중합 개시제로서는 공지 관용의 것을 사용할 수 있다. 중합 개시제는, 예를 들면 과산화수소, 과황산, 과황산 암모늄, 과황산 칼륨, 과황산 나트륨 등의 무기 과산화물류, 벤조일퍼옥사이드, t-부틸히드로퍼옥사이드 등의 유기 과산화물류, 2,2'-아조비스이소부티로니트릴, 4,4'-아조비스(4-시아노발레르산) 등의 아조 화합물류를 들 수 있다. 또한, 필요에 따라서 이들 중합 개시제를 나트륨술폭시레이트포름알데히드, 아스코르브산류, 아황산염류, 주석산 또는 그 염류, 황산철(Ⅱ) 등과 조합시켜서 레독스 중합으로 해도 좋다. 또한, 필요에 따라서 알코올류, 메르캅탄류 등의 연쇄 이동제를 사용해도 좋다.
또한, 보호 콜로이드화된 시드 입자의 제조에 있어서의 폴리 음이온의 사용량 100질량부에 대한 에틸렌성 불포화 단량체의 사용량은 바람직하게는 10~100질량부, 보다 바람직하게는 20~90질량부, 더욱 바람직하게는 10~60질량부이다. 에틸렌성 불포화 단량체의 상기 사용량이 10질량부 미만이면, 공역계 도전성 중합체에 차지하는 폴리 음이온에 의해 보호 콜로이드화된 시드 입자를 함유하는 도전성 중합체의 비율이 작아져 중합시의 증점 억제 효과가 얻어지기 어려워진다. 100질량부를 초과하면, 보호 콜로이드화된 시드 입자의 안정성이 저하될 우려가 있다.
[도전성 중합체 함유 분산액의 제조 방법]
본 발명의 제조 방법은 공역계 도전성 중합체를 얻기 위한 단량체를 중합하는 공정을 특징으로 한다. 상기 중합 공정은 공역계 도전성 중합체를 얻기 위한 단량체와, 폴리 음이온에 의해 보호 콜로이드화된 시드 입자를 함유하는 분산매 중에서 행하여진다.
(중합 중 분산액의 점도)
중합 중 분산액 점도의 최대값은 바람직하게는 5000mPa·s 이하이고, 보다 바람직하게는 4500mPa·s 이하이며, 더욱 바람직하게는 4000mPa·s 이하이다. 중합 중의 분산액의 점도의 최대값이 5000mPa·s 이하이면, 공업적인 취급이 용이해져서 대량 생산시에 송액에 필요로 하는 에너지를 저감할 수 있다. 또한, 중합 중 분산액의 점도는 25℃에 있어서 B형 점도계로, No.2의 로터를 이용하여 측정한 값이다.
(단량체액)
공역계 도전성 중합체를 얻기 위한 단량체를 분산매 중에서 중합하기 위해서는, 그 단량체, 폴리 음이온에 의해 보호 콜로이드화된 시드 입자의 분산액(수지 에멀전) 및 필요에 따라서 첨가제를 분산매에 첨가하여 단량체와 보호 콜로이드화된 시드 입자를 함유하는 분산액(이하, 단지 단량체액이라고 칭할 경우가 있음)을 얻는다.
상기 단량체액은 전단력 또는 캐비테이션을 이용한 유화·분산 가능한 교반 장치에 의해 조제해도 좋다. 상기 교반 장치로서 초고압 호모지나이저, 고압 호모지나이저, 저압 호모지나이저, 호모 믹서, 하이 셰어 믹서, 디스퍼, 볼 밀, 초음파 장치, 초임계 장치를 들 수 있다. 라몬드 나노 믹서(상표 등록)와 같은 구동부를 갖지 않는 정지형 유체 혼합기여도 좋다. 초음파 조사에 의한 상기 단량체액의 조제가 바람직하다. 초음파 조사 에너지는 균일한 단량체액이 얻어지는 것이면 특별히 한정되지 않는다. 초음파 조사는 소비전력 5~500W/L(리터)로 조사 시간 0.1~2시간/L(리터) 행하는 것이 바람직하다. 또한, 초음파 조사 대신에, 또는 초음파 조사와 함께 하이 셰어 믹서 등(예를 들면, 매직 랩, 크레아 믹스, 마일더, 캐비트론 등)의 강력한 유화·분산 장치에 의해 단량체액의 조제를 행해도 좋다.
또한, 중합 개시 전의 공역계 도전성 중합체를 얻기 위한 단량체와, 폴리 음이온에 의해 보호 콜로이드화된 시드 입자를 함유하는 분산액 중에는, 중합 도중에 생성되는 공역계 도전성 중합체의 응집을 억제하는 관점에서 상기 보호 콜로이드화된 시드 입자의 분산액에 추가해서 폴리 음이온을 더 함유시킬 수 있다.
상기 폴리 음이온은 단량체액에 첨가하여 용해, 유화 또는 분산시킴으로써 단량체액에 함유시킬 수 있다. 단량체액에 보호 콜로이드화된 시드 입자의 분산액 이외에 폴리 음이온을 함유시킬 경우, 그 중합 개시 전에 있어서의 양은 사용하는 폴리 음이온의, 시드 입자의 보호 콜로이드를 제외한 총량의 5~99질량%가 바람직하고, 10~90질량%가 보다 바람직하며, 20~80질량%가 더욱 바람직하다.
(분산매)
단량체의 중합에 사용되는 분산매는 공역계 도전성 중합체와 폴리 음이온에 의해 보호 콜로이드화된 시드 입자로 이루어지는 도전성 중합체를 분산시킬 수 있는 것이면 특별하게 한정되지 않지만, 시드 입자의 분산액에 사용한 것과 같은 종류의 것이 바람직하다.
분산매로서, 예를 들면 물; N-비닐피롤리돈, 헥사메틸포스포트리아미드, N-비닐포름아미드, N-비닐아세트아미드 등의 아미드류; 크레졸, 페놀, 크실레놀 등의 페놀류; 디프로필렌글리콜, 1,3-부틸렌글리콜, 1,4-부틸렌글리콜, 디글리세린, 이소프렌글리콜, 부탄디올, 1,5-펜탄디올, 1,6-헥산디올, 1,9-노난디올, 네오펜틸글리콜 등의 다가 알코올류; 에틸렌카보네이트, 프로필렌카보네이트 등의 카보네이트 화합물; 디옥산, 디에틸에테르, 프로필렌글리콜디알킬에테르, 폴리에틸렌글리콜디 알킬에테르, 폴리프로필렌글리콜디알킬에테르 등의 에테르류; 3-메틸-2-옥사졸리디논 등의 복소환 화합물; 아세토니트릴, 글루타로디니트릴, 메톡시아세토니트릴, 프로피오니트릴, 벤조니트릴 등의 니트릴류 등을 들 수 있다.
이들 용매는 1종 단독으로 또는 2종 이상을 조합시켜서 사용할 수 있다. 이것들 중, 물을 1~99질량% 함유하는 분산매를 사용하는 것이 바람직하고, 물을 50~99질량% 함유하는 것이 보다 바람직하며, 물을 단독으로 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
분산매의 사용량은 공역계 도전성 중합체를 얻기 위한 단량체와 폴리 음이온에 의해 보호 콜로이드화된 시드 입자의 총계 100질량부에 대하여 바람직하게는 10~100,000질량부, 보다 바람직하게는 100~50,000질량부이며, 더욱 바람직하게는 300~20,000질량부이다. 분산매의 사용량이 지나치게 적으면 분산액의 점도가 높아지는 경향이 있다. 분산매의 사용량이 지나치게 많으면 분산액으로부터 분산매를 제거하기 위한 조작에 시간을 요하는 등하여 본 발명의 분산액을 사용한 막 등의 물품의 생산 효율이 저하되는 경향이 있다.
(산화제)
상기 단량체의 중합에 있어서, 예를 들면 폴리피롤류나 폴리티오펜류를 공역계 도전성 중합체로서 함유하는 분산액을 제조할 경우, 산화제의 존재 하에 소정 온도로 함으로써 중합이 개시된다.
산화제로서는 과황산, 및 과황산 암모늄, 과황산 칼륨, 과황산 나트륨 등의 과황산염; 3불화붕소 등의 금속 할로겐 화합물; 염화제2철, 황산제2철, 염화제2구리 등의 전이금속 화합물; 산화은, 산화세슘 등의 금속 산화물; 과산화수소, 오존 등의 과산화물; 과산화벤조일 등의 유기 과산화물; 산소 등을 들 수 있다. 이것들 중 과황산 및 과황산염이 바람직하고, 과황산염이 보다 바람직하다. 상기 산화제는 1종 단독으로 또는 2종 이상을 조합시켜서 사용할 수 있다.
(중합 온도)
상기 단량체의 중합에 있어서의 중합시의 온도는 통상 0~100℃이고, 바람직하게는 5~80℃이며, 보다 바람직하게는 10~60℃이고, 더욱 바람직하게는 15~40℃이다.
중합시의 온도를 상기 범위 내로 하면, 적당한 반응 속도로 중합을 행할 수 있어 중합 중의 점도의 상승을 억제할 수 있고, 도전성 중합체를 함유하는 분산액의 제조를 안정적이고 또한 경제적인 시간으로 행할 수 있으며, 또한 얻어지는 도전성 중합체의 도전율이 높아지는 경향이 있다. 중합시의 온도는 공지의 히터나 쿨러를 사용함으로써 관리할 수 있다. 또한, 필요에 따라 상기 범위 내에서 온도를 변화시키면서 중합을 행해도 좋다.
(분산 처리)
본 발명의 도전성 중합체 함유 분산액의 제조 방법에 있어서는, 중합 공정 도중에 생성되는 공역계 도전성 중합체를 분산 처리하는 것을 더 포함하는 것이 바람직하다.
이 분산 처리는 전단력 또는 캐비테이션을 이용한 유화·분산 가능한 교반 장치에 의해 행해도 좋다. 상기 교반 장치로서, 초고압 호모지나이저, 고압 호모지나이저, 저압 호모지나이저, 호모 믹서, 하이 셰어 믹서, 디스퍼, 볼 밀, 초음파 장치, 초임계 장치를 들 수 있다. 라몬드 나노 믹서(상표 등록)와 같은 구동부를 갖지 않는 정지형 유체 혼합기여도 좋다. 이 분산 처리는 초음파 조사에 의해 행하는 것이 바람직하다. 이 분산 처리에 의해, 긴 주쇄를 갖는 공역계 도전성 중합체의 응집을 억제할 수 있다. 초음파 조사 에너지는 공역계 도전성 중합체의 응집을 억제하는 것이 가능한 한 특별히 한정되지 않는다. 초음파 조사는 소비전력 5~500W/L로 반응 종료시까지 행하는 것이 바람직하다.
(시드 입자의 분산액의 첨가)
또한, 단량체의 중합 공정 도중에, 폴리 음이온에 의해 보호 콜로이드화된 시드 입자의 분산액을 더 첨가하는 것이 바람직하다. 중합 공정 도중에 소정량의 보호 콜로이드화된 시드 입자의 분산액의 일부를 더 첨가함으로써, 중합시의 반응액의 증점을 억제할 수 있어 교반 혼합 효율의 향상이나 제조 장치로의 부하를 저감할 수 있다.
중합 도중에 첨가하는 보호 콜로이드화된 시드 입자의 분산액의 양은 사용하는 보호 콜로이드화된 시드 입자의 분산액 총량의 10~90질량%가 바람직하고, 20~70질량%가 보다 바람직하다.
단량체의 중합 공정 도중이란, 공역계 도전성 중합체를 얻기 위한 단량체와, 폴리 음이온에 의해 보호 콜로이드화된 시드 입자를 함유하는 분산매 중에서 상기 단량체가 중합을 개시하고 나서 종료될 때까지 사이의 도중 시간이다. 예를 들면, 상기 분산매에 산화제를 중합 개시제로서 첨가할 경우, 단량체의 중합 공정의 도중이란 상기 분산매에 산화제를 첨가하고 나서 단량체의 중합이 완료될 때까지 사이의 도중 시간이다. 중합의 완료란, 공역계 도전성 중합체를 얻기 위한 단량체의 잔존율이 10% 이하가 될 때로 한다.
단량체의 중합 공정 도중에, 폴리 음이온에 의해 보호 콜로이드화된 시드 입자의 분산액을 소정 시간 걸쳐서 첨가해도 좋다. 시드 입자를 함유하는 단량체를 중합 중인 분산액은 시간의 경과와 함께 서서히 커지므로, 시드 입자를 함유하는 단량체를 중합 중의 분산액의 점도가 낮을 때에는 첨가한 시드 입자의 분산액의 첨가량은 적고, 시드 입자를 함유하는 단량체를 중합 중의 분산액의 점도가 커졌을 때 시드 입자의 분산액의 첨가량은 많아진다. 이것에 의해, 시드 입자를 함유하는 단량체를 중합 중인 분산액의 점도를 적절하게 저하시킬 수 있다. 시드 입자의 분산액의 첨가에 걸리는 시간은 바람직하게는 단량체의 중합이 완료될 때까지 사이의 도중 시간의 0.01~4배의 시간이고, 보다 바람직하게는 0.1~2배의 시간이며, 더욱 바람직하게는 0.25~1.5배의 시간이다. 또한, 시드 입자의 분산액의 첨가는 연속적으로 행해도 좋고, 간헐적으로 행해도 좋다. 또한, 시드 입자의 분산액의 첨가는 중합 개시와 함께 시작해도 좋고, 중합 개시로부터 소정 시간 경과 후에 시작해도 좋다. 또한, 중합 중인 분산액의 점도가 반응 개시 시점에 대하여 1.1배값 이상 되면, 시드 입자의 분산액의 첨가를 시작해도 좋다. 이것에 의해, 시드 입자를 함유하는 단량체를 중합 중인 분산액의 점도가 높아질 때에 시드 입자의 분산액을 첨가하므로, 시드 입자를 함유하는 단량체를 중합 중인 분산액의 점도를 효과적으로 저하시킬 수 있다.
시드 입자의 분산액의 첨가 속도는 일정해도 좋다. 또한, 중합 중의 시드 입자의 분산매에 시드 입자의 분산액을 서서히 첨가해서 시드 입자를 함유하는 단량체를 중합 중인 분산액의 점도를 적절하게 저하시키기 위해서, 시드 입자를 함유하는 단량체를 중합 중의 분산액에 시드 입자의 분산액을 적하해도 좋다. 이것에 의해, 단량체의 중합 공정 도중에 첨가하는 시드 입자의 분산액을 중합 중인 분산매에 균일하게 분산시키면서 첨가할 수 있다. 또한, 시드 입자의 분산액의 첨가 속도는 중합 중인 분산액의 점도에 따라 바뀌도록 해도 좋다. 이것에 의해, 중합 중인 분산액의 점도가 높아질 때 시드 입자의 분산액의 첨가 속도를 크게 할 수 있으므로, 첨가하는 대상의 분산액의 점도를 효과적으로 저하시킬 수 있다.
단량체의 중합 공정 도중에, 폴리 음이온에 의해 보호 콜로이드화된 시드 입자의 분산액을 첨가하는 평균 첨가 속도는 단량체 100g당 바람직하게는 10~200g/hr이고, 보다 바람직하게는 20~100g/hr이며, 더욱 바람직하게는 40~80g/hr이다.
단량체의 중합 공정 도중에 첨가하는 분산액의 시드 입자는, 첨가하는 대상의 분산매의 시드 입자와 다른 것이어도 좋다. 이것에 의해, 단량체의 중합 공정 도중에 첨가하면 효과적으로 중합 중인 분산매의 점도를 저감시킬 수 있는 시드 입자를 선택할 수 있다.
(폴리 음이온의 첨가)
또한, 단량체의 중합 공정 도중에 시드 입자를 보호 콜로이드화하기 위해서 사용하는 폴리 음이온을 더 첨가해도 좋다. 중합 공정 도중에 소정량의 폴리 음이온의 일부를 더 첨가함으로써, 중합시의 반응액의 증점을 억제할 수 있어 교반 혼합 효율의 향상이나 제조 장치로의 부하를 저감시킬 수 있다.
중합 도중에 폴리 음이온을 첨가할 경우, 그 양은 사용하는 폴리 음이온의 총량의 5~90질량%가 바람직하고, 20~70질량%가 보다 바람직하다.
(첨가제)
본 발명의 제조 방법에 사용되는 단량체액 또는 본 발명의 제조 방법에 의해 얻어지는 도전성 중합체 함유 분산액에, 필요에 따라서 첨가제를 첨가할 수 있다.
상기 첨가제는 공역계 도전성 중합체 및 폴리 음이온에 의해 보호 콜로이드화된 시드 입자와 혼합할 수 있는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 상기 첨가제로서는, 예를 들면 수용성 고분자 화합물, 수 분산성 화합물, 알칼리성 화합물, 계면활성제, 소포제, 커플링제, 산화방지제, 전기 전도율 향상제 등을 들 수 있고, 이들 첨가제는 1종 단독으로 또는 2종 이상을 조합시켜서 사용할 수 있다.
수용성 고분자 화합물은 고분자의 주쇄 또는 측쇄에 양이온성기나 비이온성기를 갖는 수용성 폴리머이다. 수용성 고분자 화합물의 구체예로서는, 예를 들면 폴리옥시알킬렌, 수용성 폴리우레탄, 수용성 폴리에스테르, 수용성 폴리아미드, 수용성 폴리이미드, 수용성 폴리아크릴, 수용성 폴리아크릴아미드, 폴리비닐알코올, 폴리아크릴산 등을 들 수 있다. 이것들 중, 폴리옥시알킬렌이 바람직하다.
폴리옥시알킬렌의 구체예로서는 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 올리고폴리에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜모노클로로히드린, 디에틸렌글리콜모노클로로히드린, 올리고에틸렌글리콜모노클로로히드린, 트리에틸렌글리콜모노브롬히드린, 디에틸렌글리콜모노브롬히드린, 올리고에틸렌글리콜모노브롬히드린, 폴리에틸렌글리콜, 글리시딜에테르류, 폴리에틸렌글리콜글리시딜에테르류, 폴리에틸렌옥사이드, 트리에틸렌글리콜·디메틸에테르, 테트라에틸렌글리콜·디메틸에테르, 디에틸렌글리콜·디메틸에테르, 디에틸렌글리콜·디에틸에테르·디에틸렌글리콜·디부틸에테르, 디프로필렌글리콜, 트리프로필렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리프로필렌디옥사이드, 폴리옥시에틸렌알킬에테르, 폴리옥시에틸렌글리세린 지방산 에스테르, 폴리옥시에틸렌 지방산 아미드 등을 들 수 있다.
수 분산성 화합물은 친수성이 낮은 화합물 중 일부가 친수성이 높은 관능기로 치환된 것, 또는 친수성이 낮은 화합물 주위에 친수성이 높은 관능기를 갖는 화합물이 흡착된 것(예를 들면, 에멀전 등)으로서, 수중에 침전되지 않고 분산되는 것을 들 수 있다. 구체예로서는 폴리에스테르, 폴리우레탄, 아크릴 수지, 실리콘 수지, 및 이들 폴리머의 에멀전 등을 들 수 있다.
수용성 고분자 화합물 및 수 분산성 화합물은 1종 단독으로 또는 2종 이상을 조합시켜서 사용할 수 있다. 수용성 고분자 화합물 및 수 분산성 화합물을 첨가하면 도전성 중합체를 함유하는 분산액의 점도 조절을 할 수 있거나, 도장 성능을 향상시키거나 할 수 있다.
수용성 고분자 화합물 및 수 분산성 화합물의 양은 공역계 도전성 중합체와 폴리 음이온에 의해 보호 콜로이드화된 시드 입자의 합계 100질량부에 대하여 바람직하게는 1~4000질량부, 보다 바람직하게는 20~2000질량부이며, 더욱 바람직하게는 50~500질량부이다.
도전성 중합체를 함유하는 분산액에 알칼리성 화합물을 첨가해도 좋다. 알칼리성 화합물의 첨가에 의해 분산액을 적용한 물품에 내부식성을 부여할 수 있고, 또한 도전성 중합체 함유 분산액의 pH를 조정할 수 있다. 예를 들면, 고체 전해 콘덴서에 사용되는 금속 및 금속 산화물의 부식을 방지하기 위해서 pH를 3~13으로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 pH 4~9, 더욱 바람직하게는 pH 5~7로 조정된다. pH가 3 이상이면 알루미늄 등의 밸브 금속의 부식이 진행될 우려가 없어진다. 또한, pH 13 이하이면 도전성 중합체에 있어서 도프하고 있는 폴리 음이온의 탈 도프가 일어날 우려가 없어진다.
알칼리성 화합물로서 공지의 무기 알칼리성 화합물이나 유기 알칼리성 화합물을 사용할 수 있다. 무기 알칼리성 화합물로서는, 예를 들면 암모니아, 수산화 나트륨, 수산화칼륨, 수산화칼슘, 암모니아 등을 들 수 있다. 유기 알칼리성 화합물로서 방향족 아민, 지방족 아민, 알칼리 금속 알콕시드 등을 들 수 있다.
방향족 아민 중, 질소 함유 헤테로아릴환 화합물이 바람직하다. 질소 함유 헤테로아릴환 화합물은 방향족성을 나타내는 질소 함유 헤테로환 화합물이다. 방향족 아민에 있어서는, 헤테로환에 함유되는 질소원자가 다른 원자와 공역관계를 갖는다.
질소 함유 헤테로아릴환 화합물로서는 피리딘류, 이미다졸류, 피리미딘류, 피라진류, 트리아진류 등을 들 수 있다. 이것들 중, 용매 용해성 등의 관점에서 피리딘류, 이미다졸류, 피리미딘류가 바람직하다.
지방족 아민으로서는 예를 들면 에틸아민, n-옥틸아민, 디에틸아민, 디이소부틸아민, 메틸에틸아민, 트리메틸아민, 트리에틸아민, 알릴아민, 2-에틸아미노에탄올, 2,2'-이미노디에탄올, N-에틸에틸렌디아민 등을 들 수 있다.
알칼리 금속 알콕시드로서는 예를 들면 나트륨메톡시드, 나트륨에톡시드 등의 나트륨알콕시드, 칼륨알콕시드, 칼슘알콕시드 등을 들 수 있다.
계면활성제로서는 카르복실산염, 술폰산염, 황산 에스테르염, 인산 에스테르염 등의 음이온 계면활성제; 아민염, 4급 암모늄염 등의 양이온 계면활성제; 카르복시베타인, 아미노카르복실산염, 이미다졸륨베타인 등의 양성 계면활성제; 폴리옥시에틸렌알킬에테르, 폴리옥시에틸렌글리세린 지방산 에스테르, 에틸렌글리콜 지방산 에스테르, 폴리옥시에틸렌 지방산 아미드 등의 비이온 계면활성제 등을 들 수 있다.
소포제로서는 실리콘 수지, 폴리디메틸실록산, 실리콘 레진 등을 들 수 있다.
산화방지제로서는 페놀계 산화방지제, 아민계 산화방지제, 인계 산화방지제, 황계 산화방지제, 당류, 비타민류 등을 들 수 있다.
전기 전도율 향상제는 도전성 중합체를 함유하는 분산액의 전기 전도율을 증대시키는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 전기 전도율 향상제로서는, 예를 들면 테트라히드로푸란 등의 에테르 결합을 포함하는 화합물; γ-부티로락톤, γ-발레로락톤 등의 락톤기를 함유하는 화합물; 카프로락탐, N-메틸카프로락탐, N,N-디메틸아세트아미드, N-메틸아세트아미드, N,N-디메틸포름아미드, N-메틸포름아미드, N-메틸포름아닐리드, N-메틸피롤리돈, N-옥틸피롤리돈, 피롤리돈 등의 아미드 또는 락탐기를 함유하는 화합물; 테트라메틸렌술폰, 디메틸술폭시드 등의 술폰 화합물 또는 술폭시드 화합물; 수크로오스, 글루코오스, 프룩토오스, 락토오스 등의 당류 또는 당류 유도체; 소르비톨, 만니톨 등의 당알코올류; 숙신이미드, 말레이미드 등의 이미드류; 2-푸란카르복실산, 3-푸란카르복실산 등의 푸란 유도체; 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 글리세린, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜 등의 디알코올 또는 폴리알코올 등을 들 수 있다. 이들 중, 전기 전도율 향상의 관점에서 테트라히드로푸란, N-메틸포름아미드, N-메틸피롤리돈, 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 글리세린, 디메틸술폭시드, 소르비톨이 바람직하고, 그 중에서도 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 및 글리세린이 보다 바람직하다. 전기 전도율 향상제는 1종 단독으로 또는 2종 이상을 조합시켜서 사용할 수 있다.
본 발명의 제조 방법에 의하면, 시드 입자 표면에 폴리 음이온이 배위함으로써 도전성 중합체의 입경을 제어할 수 있고, 중합시의 증점을 억제할 수 있어 도전성 중합체 함유 분산액의 생산성이 뛰어난 것으로 된다. 또한, 도전성 중합체에 있어서 도펀트인 폴리 음이온으로의 공역계 도전성 중합체의 배위가 가능해져서 투명성을 가지면서 도전성이 발현된다.
또한, 본 발명의 제조 방법에 의해 얻어지는 분산액을 물품에 부착시킨 후, 분산매를 제거함으로써 물품에 도전성 등의 기능을 부여할 수 있다. 부착 수단으로서는 도포, 분무, 침지 등을 들 수 있다. 본 발명의 제조 방법에 의해 얻어지는 분산액으로부터 분산매를 제거함으로써, 도전성 중합체의 막 등의 성형품을 얻을 수 있다. 분산매의 제거 방법으로서 실온 건조, 열풍 건조, 원적외선 조사 건조 등의 공지의 방법을 사용할 수 있다.
실시예
이하의 실시예에 의해 본 발명을 더 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
또한, 실시예 및 비교예에 있어서의 각 물성의 측정은 다음과 같이 행하였다.
(1) 고형분 농도
분산액 중의 고형분 농도는 각 예에서 얻어진 분산액을 시료 용기에 약 2g 칭량하여 105℃의 건조기 중에 1시간 정치한 후, 시료 용기 중의 시료의 질량을 측정하여 건조 전의 질량에 대한 건조 후의 질량, 즉 〔건조 후 질량/건조 전 질량〕을 고형분 농도로서 산출했다.
(2) 점도
중합 중의 분산액의 점도는 25℃에 있어서 B형 점도계로 No.2의 로터를 사용하여 측정했다.
(3) pH
각 예에서 얻어진 분산액의 pH는 25℃에 있어서 pH 미터[토아 DKK(주) 제, 형식 HM-30G]를 사용하여 측정했다.
(4) 전도도
각 예에서 얻어진 분산액 100g을 교반하면서, 그 분산액에 암모니아수를 첨가했다. 이어서, 에틸렌글리콜 10g을 첨가하여 pH 4.5의 변성 분산액을 얻었다. JIS K7194에 준하여 pH 조정된 분산액을 유리판 상에 유연하고, 100℃에서 열풍 건조시켜서 두께 10㎛의 막을 형성시켰다. 상기 막의 도전율을 로레스타[미쓰비시카가쿠(주) 제]에 의해 측정했다.
(5) 시드 입자의 입경
니키소(주) 제 마이크로 트랙 UPA형 입도 분포 측정 장치에 의해 측정했다.
[실시예 1]
(폴리 음이온에 의해 보호 콜로이드화된 시드 입자의 제조 방법)
폴리스티렌술폰산 나트륨[토소유키카가쿠(주) 제, 상품명 폴리나스 PS-5, 중량 평균 분자량: 약 120,000] 22질량% 수용액 1000g을 질소 분위기 하에서 교반하면서 80℃로 승온시켰다. 이 용액에 과황산 칼륨 2g을 첨가하고, 한편 스티렌 135g과 디비닐벤젠(DVB) 15g과 폴리스티렌술폰산 나트륨(동상) 22질량% 수용액 500g으로 이루어진 단량체 유화물 및 2.5질량%의 과황산 칼륨 수용액 40g을 각각 2시간, 2.5시간 걸려서 적하했다. 적하 종료 후 2시간 80℃를 유지한 후에 실온까지 냉각시켰다. 얻어진 반응액에 양이온 교환 수지 1500㎖ 및 음이온 교환 수지 1500㎖를 첨가하여 12시간 교반한 뒤, 이온 교환 수지를 여과하여 폴리 음이온에 의해 보호 콜로이드화된 시드 입자의 분산액(폴리스티렌 에멀전)을 얻었다. 얻어진 폴리스티렌 에멀전 중의 시드 입자의 d50 입자 지름은 0.46㎛였다.
(폴리 음이온에 의해 보호 콜로이드화된 시드 입자를 함유하는 도전성 중합체 함유 분산액의 제조 방법)
이온 교환수 579.94g, 상기 폴리스티렌 에멀전(불휘발분 28.0질량%) 71.15g 및 p-톨루엔술폰산 철(Ⅲ) 6수화물(FePTs) 2질량% 수용액 36.05g을 27℃에서 혼합시켰다. 이 용액에 27℃에서 초음파를 조사하면서 3,4-에틸렌디옥시티오펜(EDOT) 8.57g을 첨가해서 혼합시켰다.
얻어진 혼합액에 27℃에서 교반 날개에 의한 교반과 초음파 조사를 하면서 퍼옥소이황산 나트륨(NaPS) 18.0g을 첨가해서 중합 반응을 개시시켰다. 이어서, 미리 투입한 것과 같은 폴리스티렌 에멀전 47.8g, 이온 교환수 237.9g을 혼합하여 4시간 걸려서 적하했다. 그 후, 27℃에서 4시간 교반 날개에 의한 교반과 초음파 조사를 하면서 반응시켰다.
반응 종료 후, 얻어진 반응액에 양이온 교환 수지 300㎖ 및 음이온 교환 수지 300㎖를 첨가하여 반응액을 12시간 교반함으로써 미반응 모노머, 산화제 및 산화 촉매를 이온 교환 수지에 흡착시켰다. 그 이온 교환 수지를 여과하여 폴리스티렌술폰산에 의해 보호 콜로이드화된 시드 입자(폴리스티렌 에멀전) 및 상기 폴리스티렌술폰산에 의해 도핑된 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)로 이루어진 도전성 중합체 함유 분산액을 얻었다.
실시예 1에서 얻어진 분산액의 각 물성을 상술의 방법에 의해 측정한 결과, 고형분 농도가 4.2질량%, pH가 1.9, 전도도가 93S/㎝였다.
[실시예 2]
시드 입자의 제조에서 폴리스티렌술폰산 나트륨[토소유키카가쿠(주) 제, 상품명 폴리나스 PS-5, 중량 평균 분자량: 약 120,000] 22질량% 수용액 대신에 폴리스티렌술폰산 나트륨[토소유키카가쿠(주) 제, 상품명 폴리나스 PS-1, 분자량: 약10,000~약 30,000]을 사용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지인 방법으로 도전성 중합체 함유 분산액을 얻었다.
폴리스티렌 에멀전 중 시드 입자의 d50 입자 지름은 0.15㎛였다. 또한, 실시예 2에서 얻어진 분산액의 각 물성을 상술의 방법에 의해 측정한 결과, 고형분 농도가 4.2질량%, pH가 1.9, 전도도가 95S/㎝였다.
[실시예 3]
시드 입자의 제조에서 2.5질량%의 과황산 칼륨 수용액의 첨가량을 40g에서 20g으로 변경한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지인 방법으로 도전성 중합체 함유 분산액을 얻었다.
폴리스티렌 에멀전 중의 시드 입자의 d50 입자 지름은 0.95㎛였다. 또한, 실시예 3에서 얻어진 분산액의 각 물성을 상술의 방법에 의해 측정한 결과, 고형분 농도가 4.2질량%, pH가 1.9, 전도도가 90S/㎝였다.
[실시예 4]
분산액의 제조에서 p-톨루엔술폰산 철(Ⅲ) 6수화물 2질량% 수용액(FePTs)을 36.05g 첨가하는 대신에 황산 철(FeSO4) 2질량% 수용액을 10.10g 첨가한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지인 방법으로 도전성 중합체 함유 분산액을 얻었다.
폴리스티렌 에멀전 중의 시드 입자의 d50 입자 지름은 0.46㎛였다. 또한, 실시예 4에서 얻어진 분산액의 각 물성을 상술의 방법에 의해 측정한 결과, 고형분 농도가 4.2질량%, pH가 1.9, 전도도가 93S/㎝였다.
[실시예 5]
분산액의 제조에서 4시간 교반 날개에 의한 교반과 초음파 조사를 실시하면서 혼합액을 반응시키는 대신에 분산 분쇄기(IKA사 제, 상품명 매직 랩)를 사용해서 혼합액을 4시간 분산시키면서 반응시킨 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지인 방법으로 도전성 중합체 함유 분산액을 얻었다.
폴리스티렌 에멀전 중의 시드 입자의 d50 입자 지름은 0.46㎛였다. 또한, 실시예 5에서 얻어진 분산액의 각 물성을 상술의 방법에 의해 측정한 결과, 고형분 농도가 4.2질량%, pH가 1.9, 전도도가 85S/㎝였다.
[실시예 6]
분산액의 제조에서 3,4-에틸렌디옥시티오펜(EDOT)을 8.57g 첨가하는 대신에 3,4-에틸렌디옥시티오펜(EDOT) 7.71g 및 피롤(1H-피롤) 0.86g을 첨가하고, 교반 날개에 의한 교반과 초음파 조사를 실시하는 시간을 4시간에서 3시간으로 변경한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지인 방법으로 도전성 중합체 함유 분산액을 얻었다.
폴리스티렌 에멀전 중의 시드 입자의 d50 입자 지름은 0.46㎛였다. 또한, 실시예 6에서 얻어진 분산액의 각 물성을 상술의 방법에 의해 측정한 결과, 고형분 농도가 4.2질량%, pH가 1.9, 전도도가 87S/㎝였다.
[실시예 7]
시드 입자의 제조에서 과황산 칼륨을 첨가하는 대신에 과황산 암모늄(APS)을 첨가하고, 분산액의 제조에서 퍼옥소이황산 나트륨(NaPS)을 18.0g 첨가하는 대신에 과황산 암모늄(APS) 17.0g 첨가한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지인 방법으로 도전성 중합체 함유 분산액을 얻었다.
폴리스티렌 에멀전 중 시드 입자의 d50 입자 지름은 0.46㎛였다. 또한, 실시예 7에서 얻어진 분산액의 각 물성을 상술의 방법에 의해 측정한 결과, 고형분 농도가 4.2질량%, pH가 1.9, 전도도가 93S/㎝였다.
[실시예 8]
시드 입자의 제조에서 스티렌의 첨가량을 135g에서 150g으로 변경하고, 디비닐벤젠(DBV)을 첨가하지 않은 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지인 방법으로 도전성 중합체 함유 분산액을 얻었다.
폴리스티렌 에멀전 중 시드 입자의 d50 입자 지름은 0.60㎛였다. 또한, 실시예 8에서 얻어진 분산액의 각 물성을 상술의 방법에 의해 측정한 결과, 고형분 농도가 4.2질량%, pH가 1.9, 전도도가 94S/㎝였다.
[실시예 9]
시드 입자의 제조에서 스티렌을 135g 및 디비닐벤젠(DVB) 15g 첨가하는 대신에, 메틸메타아크릴레이트(MMA)를 150g 첨가한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지인 방법으로 도전성 중합체 함유 분산액을 얻었다.
폴리스티렌 에멀전 중 시드 입자의 d50 입자 지름은 0.38㎛였다. 또한, 실시예 9에서 얻어진 분산액의 각 물성을 상술의 방법에 의해 측정한 결과, 고형분 농도가 4.2질량%, pH가 1.9, 전도도가 90S/㎝였다.
[실시예 10]
시드 입자의 제조에서 스티렌을 135g 및 디비닐벤젠(DBV) 15g 첨가하는 대신에, t-부틸메타아크릴레이트(t-BMA) 150g 첨가한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 도전성 중합체 함유 분산액을 얻었다.
폴리스티렌 에멀전 중 시드 입자의 d50 입자 지름은 0.72㎛였다. 또한, 실시예 10에서 얻어진 분산액의 각 물성을 상술의 방법에 의해 측정한 결과, 고형분 농도가 4.2질량%, pH가 1.9, 전도도가 90S/㎝였다.
[실시예 11]
시드 입자의 제조에서 스티렌을 135g 첨가하는 대신에 스티렌을 67.5g 및 메틸메타아크릴레이트를 67.5g 첨가한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지인 방법으로 도전성 중합체 함유 분산액을 얻었다.
폴리스티렌 에멀전 중 시드 입자의 d50 입자 지름은 0.50㎛였다. 또한, 실시예 11에서 얻어진 분산액의 각 물성을 상술의 방법에 의해 측정한 결과, 고형분 농도가 4.2질량%, pH가 1.9, 전도도가 92S/㎝였다.
[실시예 12]
분산액의 제조에서 4시간 교반 날개에 의한 교반과 초음파 조사를 실시하지 않은 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지인 방법으로 도전성 중합체 함유 분산액을 얻었다.
폴리스티렌 에멀전 중 시드 입자의 d50 입자 지름은 0.46㎛였다. 또한, 실시예 12에서 얻어진 분산액의 각 물성을 상술의 방법에 의해 측정한 결과, 고형분 농도가 4.2질량%, pH가 1.9, 전도도가 83S/㎝였다.
[비교예 1]
이온 교환수 593.24g, 폴리스티렌술폰산[토소유키카가쿠(주) 제, 상품명 폴리나스 PS-50, 중량 평균 분자량: 약 230,000] 22질량% 수용액 58.44g 및 p-톨루엔술폰산 철(Ⅲ) 6수화물 2질량% 수용액 36.05g을 27℃에서 혼합시켰다. 이 용액에 27℃에서 초음파를 조사하면서 3,4-에틸렌디옥시티오펜 8.57g을 첨가해 혼합시켰다.
얻어진 혼합액에 27℃에서 교반 날개에 의한 교반과 초음파 조사를 하면서, 퍼옥소이황산 나트륨 18.0g을 첨가해서 중합 반응을 개시시켰다. 이어서, 미리 투입한 것과 같은 폴리스티렌술폰산 수용액 39.0g, 이온 교환수 246.8g을 혼합하고, 4시간 걸려서 적하했다. 그 후, 27℃에서 4시간 교반 날개에 의한 교반과 초음파 조사를 하면서 반응시켰다.
반응 종료 후, 얻어진 반응액에 양이온 교환 수지 300㎖ 및 음이온 교환 수지 300㎖를 첨가하여 반응액을 12시간 교반함으로써 미반응 모노머, 산화제 및 산화 촉매를 이온 교환 수지에 흡착시켰다. 그 이온 교환 수지를 여과하여 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)과 그것에 도프된 폴리스티렌술폰산을 함유하는 분산액을 얻었다.
비교예 1에서 얻어진 분산액의 각 물성을 상술의 방법에 의해 측정한 결과, 고형분 농도가 3.0질량%, pH가 1.9, 전도도가 102S/㎝였다.
[비교예 2]
3,4-에틸렌디옥시티오펜(EDOT)을 8.57g 첨가하는 대신에 3,4-에틸렌디옥시티오펜(EDOT) 7.71g 및 피롤(1H-피롤)을 0.86g 첨가하고, 교반 날개에 의한 교반과 초음파 조사를 실시하는 시간을 4시간에서 3시간으로 변경한 것 이외에는 비교예 1과 마찬가지인 방법으로 도전성 중합체 함유 분산액을 얻었다.
비교예 2에서 얻어진 분산액의 각 물성을 상술의 방법에 의해 측정한 결과, 고형분 농도가 3.0질량%, pH가 1.9, 전도도가 92S/㎝였다.
[비교예 3]
4시간 교반 날개에 의한 교반과 초음파 조사를 실시하지 않은 것 이외에는 비교예 1과 마찬가지인 방법으로 도전성 중합체 함유 분산액을 얻었다.
비교예 3에서 얻어진 분산액의 각 물성을 상술의 방법에 의해 측정한 결과, 고형분 농도가 3.0질량%, pH가 1.9, 전도도가 86S/㎝였다.
[비교예 4]
3,4-에틸렌디옥시티오펜(EDOT)의 첨가량을 8.57g에서 12.00g으로 변경하고, p-톨루엔술폰산 철(Ⅲ) 6수화물(FePTs) 2질량% 수용액의 첨가량을 36.05g에서 50.48g으로 변경하고, 퍼옥소이황산 나트륨(NaPS)의 첨가량을 18.0g에서 25.2g으로 변경하며, 4시간 교반 날개에 의한 교반과 초음파 조사를 실시하지 않은 것 이외에는 비교예 1과 마찬가지인 방법으로 도전성 중합체 함유 분산액을 제조하려고 시도해 보았지만, 반응액이 증점되었기 때문에 분산액은 얻어지지 않았다.
실시예 1~12에 있어서의 폴리 음이온에 의해 보호 콜로이드화된 시드 입자의 제조 방법의 조건을 표 1에 나타냈다.
Figure 112017033947996-pct00008
실시예 1~12에 있어서의, 폴리 음이온에 의해 보호 콜로이드화된 시드 입자를 함유하는 도전성 중합체 함유 분산액의 제조 방법의 조건을 표 2에 나타냈다.
Figure 112017033947996-pct00009
비교예 1~4에 있어서의 폴리 음이온을 함유하는 도전성 중합체 함유 분산액의 제조 방법의 조건을 표 3에 나타냈다.
Figure 112017033947996-pct00010
또한, 상술의 실시예 1~12 및 비교예 1~3의 도전성 중합체 반응시의 각 시간에 있어서의 점도를 표 4에 나타냈다. 또한, 비교예 4의 점도는 측정할 수 없었다.
Figure 112015087269057-pct00006
실시예 1~12로부터, 도전성 중합체 함유 분산액은 보호 콜로이드화된 시드 입자를 함유함으로써 도전성 중합체 반응시의 점도를 크게 저하시킬 수 있고, 또한 전도도로부터 실용성을 충분히 충족시키는 도전성을 갖는 것을 알 수 있다. 또한, 적정 점도의 도전성 중합체 반응물을 함유하는 분산액을 단시간에 얻을 수 있었다.
비교예 1~3에서는 도전성 중합체 반응시의 점도가 매우 커져서 생산성의 면에서 실시예보다 떨어지는 것을 알 수 있다.
<산업상의 이용 가능성>
본 발명의 도전성 중합체 함유 분산액의 제조 방법은 도전성이 뛰어난 도전성 중합체를 함유하는 분산액을 뛰어난 생산성으로 제조할 수 있기 때문에, 도전성 중합체 함유 분산액을 사용하는 전자 부품의 제조에 유용하다.

Claims (14)

  1. 폴리 음이온의 존재 하에서, 상기 폴리 음이온 100질량부에 대하여 20~90질량부의 에틸렌성 불포화 단량체를 중합하여 폴리 음이온에 의해 보호 콜로이드화된 시드 입자를 제조하는 공정과,
    공역계 도전성 중합체를 얻기 위한 단량체와 상기 폴리 음이온에 의해 보호 콜로이드화된 시드 입자를 함유하는 분산매 중에서, 상기 공역계 도전성 중합체를 얻기 위한 단량체를 중합하는 중합 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 도전성 중합체 함유 분산액의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 시드 입자는 에틸렌성 불포화 단량체를 중합해서 얻어지는 중합체 또는 공중합체인 것을 특징으로 하는 도전성 중합체 함유 분산액의 제조 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 시드 입자의 d50 입자 지름은 0.005~10㎛인 것을 특징으로 하는 도전성 중합체 함유 분산액의 제조 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 중합 공정 도중에, 상기 폴리 음이온에 의해 보호 콜로이드화된 시드 입자의 분산액을 더 첨가하는 것을 특징으로 하는 도전성 중합체 함유 분산액의 제조 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 중합 공정 도중에, 생성되는 공역계 도전성 중합체를 분산 처리하는 것을 특징으로 하는 도전성 중합체 함유 분산액의 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 분산 처리를 초음파 조사에 의해 행하는 것을 특징으로 하는 도전성 중합체 함유 분산액의 제조 방법.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 공역계 도전성 중합체를 얻기 위한 단량체는 치환기를 가져도 좋은 피롤, 치환기를 가져도 좋은 아닐린, 및 치환기를 가져도 좋은 티오펜에서 선택되는 적어도 1개인 것을 특징으로 하는 도전성 중합체 함유 분산액의 제조 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 중합 공정 도중에, 생성되는 공역계 도전성 중합체를 초음파 조사에 의해 분산 처리하는 것을 특징으로 하는 도전성 중합체 함유 분산액의 제조 방법.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 공역계 도전성 중합체를 얻기 위한 단량체는 하기 식(I)으로 나타내어지는 화합물을 함유하는 것을 특징으로 하는 도전성 중합체 함유 분산액의 제조 방법.
    Figure 112015087323575-pct00007

    〔식(I) 중, R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소원자, 수산기, 치환기를 가져도 좋은 탄소수 1~18의 알킬기, 치환기를 가져도 좋은 탄소수 1~18의 알콕시기, 또는 치환기를 가져도 좋은 탄소수 1~18의 알킬티오기를 나타내거나, 또는 R1과 R2가 서로 결합해서 환을 형성한, 치환기를 가져도 좋은 탄소수 3~10의 지환, 치환기를 가져도 좋은 탄소수 6~10의 방향환, 치환기를 가져도 좋은 탄소수 2~10의 산소원자 함유 복소환, 치환기를 가져도 좋은 탄소수 2~10의 황원자 함유 복소환, 또는 치환기를 가져도 좋은 탄소수 2~10의 황원자 및 산소원자 함유 복소환을 나타낸다.〕
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 폴리 음이온은 술폰산기를 갖는 폴리머인 것을 특징으로 하는 도전성 중합체 함유 분산액의 제조 방법.
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 폴리 음이온 중의 음이온기는 상기 공역계 도전성 중합체를 얻기 위한 단량체 1㏖에 대하여 0.25~30㏖인 것을 특징으로 하는 도전성 중합체 함유 분산액의 제조 방법.
  12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 분산매는 물을 함유하고,
    상기 중합은 퍼옥소이황산 및 그 염에서 선택되는 적어도 1개의 산화제를 사용하여 행하여지는 것을 특징으로 하는 도전성 중합체 함유 분산액의 제조 방법.
  13. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 도전성 중합체 함유 분산액의 제조 방법에 의해 얻어지는 것을 특징으로 하는 도전성 중합체 함유 분산액.
  14. 제 13 항에 있어서,
    에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜 및 글리세린에서 선택되는 적어도 1개의 전기 전도율 향상제를 더 함유하는 것을 특징으로 하는 도전성 중합체 함유 분산액.
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