WO2013065448A1 - 導電性組成物、並びにこれを用いた導電性膜及び導電性積層体 - Google Patents

導電性組成物、並びにこれを用いた導電性膜及び導電性積層体 Download PDF

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青合 利明
西尾 亮
林 直之
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Definitions

  • the present invention relates to a conductive composition, and a conductive film and a conductive laminate using the same.
  • the present invention also relates to a method for producing a conductive film and a conductive laminate.
  • the present invention relates to a thermoelectric conversion material using the composition and a thermoelectric conversion element using the conductive film or conductive laminate.
  • thermoelectric conversion materials and elements are capable of utilizing enormous amounts of unused thermal energy, such as solar thermal power generation, geothermal power generation, hot water thermal power generation, and power generation using exhaust heat from industrial furnaces and automobiles. Has been attracting attention.
  • conductive materials are used as members related to performance.
  • a transparent conductive film using a metal material such as ITO (indium tin oxide) is used.
  • This transparent conductive film is usually produced by forming a metal material on a glass substrate by a vapor phase method such as a vacuum deposition method or a sputtering method.
  • a vapor phase method such as a vacuum deposition method or a sputtering method.
  • the production apparatus and the like are expensive, and it is difficult to increase the area of the film formation.
  • electrical devices such as mobile phones and mobile devices, there is a great demand for weight reduction and flexibility. Therefore, it has been studied to shift the substrate material from glass to plastic.
  • the weight of the display device can be reduced to half or less that of a glass substrate, and the strength and impact resistance can be significantly improved.
  • the conventional vapor phase manufacturing requires heat resistance of the substrate, so that the plastic substrate lacks heat resistance.
  • substrate of the formed film fell and produced problems, such as being easy to peel off.
  • thermoelectric conversion materials and elements there is a problem of improving the conductivity of the conductive material used therefor.
  • the figure of merit ZT related to thermoelectric conversion is represented by the formula (A), and improvement in conductivity is important along with thermoelectromotive force for performance improvement.
  • Figure of merit ZT S 2 ⁇ ⁇ ⁇ T / ⁇ (A)
  • inorganic materials have been mainly studied as thermoelectric conversion materials.
  • thermoelectric conversion materials / elements for example, bismuth / tellurium compounds, lead / tellurium compounds, zinc / antimony compounds, skutterudite compounds (CoSb 3 , FeSb 3 etc.), class Rate compounds (Si, Ge, etc.), Heusler compounds (Fe 2 VAl, TiNiSn, etc.), silicide compounds (FeSi 2 , Mg 2 Si, etc.), boron compounds, layered oxide compounds, etc. have been developed. ,in use.
  • thermoelectric conversion materials / elements as with the above display elements, there are demands for weight reduction and flexibility, and there is a great expectation for organic materials, and conductive polymers are typically studied (for example, patent documents). 1-3, non-patent documents 1, 2).
  • the organic material is advantageous in that the thermal conductivity ⁇ in the formula (A) is lower than that of the inorganic material, but the problem is that the electrical conductivity ⁇ is greatly reduced.
  • CNT carbon nanotubes
  • conductive materials containing CNTs can be prepared based on organic materials, film formation by spin coating and other coating methods is possible, so high temperature and vacuum conditions are not essential, the manufacturing process is simple, and manufacturing costs are reduced. Can be suppressed. Since a material such as plastic can be used as a substrate, it is possible to cope with lightening and flexibility of the element, and in addition, the strength and impact resistance can be remarkably improved. It is also suitable for manufacturing large area films and the like. Because of these advantages, development and practical application of new conductive materials using CNTs are being promoted, and application to thermoelectric conversion materials is also expected.
  • the liquid dispersibility is a problem to be solved.
  • a medium such as water or an organic solvent.
  • CNT easily aggregates and is not easily dispersed. Therefore, the dispersion of CNTs is improved by adding a dispersant, and the obtained dispersion is applied and formed into a film (see, for example, Non-Patent Documents 5 and 6).
  • Specific methods for improving the dispersibility of CNTs with a dispersant include a method of dispersing in an aqueous solution containing a surfactant such as sodium dodecyl sulfonate (see, for example, Patent Document 4), a cationic surfactant, A method using an anionic surfactant and a nonionic surfactant (see Patent Document 5), a method using an anionic dispersant (see Patent Document 6), and the like have been proposed.
  • these dispersion methods are limited to dispersion in an aqueous medium, and defects may occur in CNTs during dispersion.
  • Non-Patent Document 7 when a non-conductive dispersant adheres to the surface of the CNT, there is a problem that the original conductivity and semiconductor characteristics of the CNT are impaired and the performance is lowered (see Non-Patent Document 7).
  • a method has been proposed in which a conjugated polymer capable of transferring charge to and from CNTs, a so-called conductive polymer, is used to disperse CNTs in a solution of the polymer and to increase dispersibility. (For example, see Patent Documents 7 to 11 and Non-Patent Document 8).
  • this method it is difficult to sufficiently exhibit the original high conductivity of CNT.
  • the compatibility with the organic material used together with CNT is not necessarily sufficient, and it has been a problem to improve the durability and wear resistance of the produced coating film.
  • the present invention is a conductive composition containing a conductive polymer, having good dispersibility of CNTs and showing excellent coating properties, and manufacturing a conductive film having excellent conductivity, film quality and durability. It is an object of the present invention to provide a conductive composition suitable for the above. In addition, the present invention provides a conductive film that is formed using the composition and is excellent in both conductivity and film quality or durability, a conductive laminate including the conductive film, the conductive film or It is an object of the present invention to provide a thermoelectric conversion element including a conductive laminate and a thermoelectric power generation article using the thermoelectric conversion element. Moreover, this invention makes it a subject to provide the manufacturing method of the electroconductive film and electroconductive laminated body which are excellent in both electroconductivity and film quality thru
  • the present inventors have conducted intensive studies in view of the above problems. As a result, it has been found that, in a composition containing an onium salt compound together with CNT and a conductive polymer, the onium salt compound generates an acid and functions as an excellent dopant by applying a specific external energy. Furthermore, in this composition, the defect of CNT was suppressed, the high electroconductivity which CNT originally has was maintained, and it discovered that a material with higher electroconductivity was obtained by using the said composition.
  • the present inventors blended a compound that generates radicals together with CNT and a conductive polymer, so that the charge transfer in the CNT and the conductive polymer smoothly occurs and the conductivity and semiconductor characteristics are deteriorated. It has been found that a conductive composition that exhibits the high conductivity inherent in CNTs can be obtained. Furthermore, it has been found that a conductive film formed from the composition is suitable as a thermoelectric conversion material. Further, it has been found that a conductive film having improved strength and durability can be obtained by further adding a radical polymerizable compound to the composition. The present invention has been completed based on these findings.
  • the onium salt compound is one or more of compounds represented by any one of the following general formulas (I) to (V): The electroconductive composition in any one.
  • R 21 to R 23 , R 25 to R 26 and R 31 to R 33 are each independently a linear, branched or cyclic alkyl group, aralkyl group, aryl group, Each of R 27 to R 30 independently represents a hydrogen atom, a linear, branched or cyclic alkyl group, an aralkyl group, an aryl group, an aromatic heterocyclic group, an alkoxy group, an aryloxy group; R 24 represents a linear, branched or cyclic alkylene group or an arylene group.
  • X ⁇ represents an anion of a strong acid.
  • X ⁇ represents an anion of an aryl sulfonic acid, an anion of a perfluoroalkyl sulfonic acid, an anion of a perhalogenated Lewis acid, an anion of a perfluoroalkyl sulfonimide, or
  • the conductive composition according to ⁇ 4> which is an alkyl or aryl borate anion.
  • ⁇ 6> D-1) The conductive composition according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 5>, wherein the polymerizable compound is a compound having two or more cationically polymerizable groups.
  • a conductive composition comprising (A-2) a carbon nanotube, (B-2) a conductive polymer, and (C-2) a compound that generates radicals upon irradiation with active energy rays or application of heat.
  • the compound generating a radical of (C-2) is oxidized to (A-2) carbon nanotubes and / or (B-2) a conductive polymer by irradiation with active energy rays or application of heat.
  • the conductive composition according to the above ⁇ 11> which is a compound having an ability.
  • the compound generating a radical of (C-2) is (a) an aromatic carbonyl compound, (b) an acylphosphine compound, (c) an organic peroxide, (d) an active ester compound, (e) ⁇ 11 which is at least one compound selected from the group consisting of hexaarylbiimidazole compounds, (f) disulfone compounds, (g) borate compounds, (h) metallocene compounds, and (i) compounds having a haloalkyl group.
  • D-2) The conductive composition according to any one of ⁇ 11> to ⁇ 13>, which contains a radically polymerizable compound.
  • (A-2) 3 to 50% by mass of carbon nanotubes, (B-2) 30 to 80% by mass of conductive polymer, and (C-2) radicals The conductive composition according to any one of the above ⁇ 11> to ⁇ 16>, which contains 1 to 20% by mass of a compound capable of generating.
  • thermoelectric conversion element using the conductive film according to ⁇ 19> or ⁇ 20>, or the conductive laminate according to ⁇ 21> or ⁇ 22>.
  • thermoelectric power generation article using the thermoelectric conversion element according to ⁇ 23> or ⁇ 24> A method for producing a conductive film or a conductive laminate, comprising a step of forming a film using the conductive composition according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 18>.
  • the production method according to ⁇ 28> including a step of heating at 60 to 150 ° C. for 1 to 20 minutes after heating or irradiation with active energy rays.
  • the conductive composition as described in ⁇ 1> to ⁇ 10> above, a conductive film using the conductive composition, a conductive laminate including the conductive film, and the conductive laminate An invention relating to a thermoelectric conversion element using a body and a thermoelectric conversion article using the thermoelectric conversion element is referred to as a first embodiment of the present invention.
  • the conductive composition according to ⁇ 11> to ⁇ 18>, a conductive film using the conductive composition, a conductive laminate including the conductive film, the conductive An invention relating to a thermoelectric conversion element using a conductive laminate and a thermoelectric conversion article using the thermoelectric conversion element is referred to as a second embodiment of the present invention.
  • the description made without specifying the embodiment is a description of an aspect common to both the first embodiment and the second embodiment.
  • the conductive composition of the present invention “the conductive film of the present invention”, “the conductive laminate of the present invention”, “the thermoelectric conversion element of the present invention”, “the thermoelectric conversion article of the present invention”
  • the explanation made using the terminology is common to both the first embodiment and the second embodiment.
  • the conductive composition of the present invention is excellent in dispersibility of CNT and conductive polymer, and is excellent in handling such as coating property on a substrate. Moreover, since the outstanding electroconductivity which CNT has is not impaired, it can use suitably for preparation of the electroconductive film
  • thermoelectric conversion element of this invention It is a figure which shows typically an example of the thermoelectric conversion element of this invention.
  • the arrows in FIG. 1 indicate the direction of the temperature difference applied when the element is used.
  • FIG. 2 It is a figure which shows typically an example of the thermoelectric conversion element of this invention.
  • the arrows in FIG. 2 indicate the direction of the temperature difference applied when the element is used.
  • the conductive composition comprises (A-1) CNT, (B-1) conductive polymer, (C-1) onium salt compound, and (D-1) polymerizable. Contains compounds.
  • the conductive composition of the present invention may contain other components such as a solvent.
  • a CNT is a single-walled CNT in which a single carbon film (graphene sheet) is wound in a cylindrical shape, a double-walled CNT in which two graphene sheets are wound in a concentric shape, and a plurality of graphene sheets in a concentric circle There are multi-walled CNTs wound in a shape.
  • single-walled CNT, double-walled CNT, and multilayered CNT may be used alone, or two or more kinds may be used in combination.
  • Single-walled CNTs may be semiconducting or metallic, and both may be used in combination.
  • the content ratio of both in the composition can be appropriately adjusted according to the use of the composition.
  • the content ratio of metallic CNT is high from the viewpoint of conductivity.
  • the content ratio of semiconducting CNTs is high from the viewpoint of semiconductor characteristics.
  • the CNT may contain a metal or the like, or may contain a molecule such as fullerene.
  • the conductive composition of the present invention may contain nanocarbons such as carbon nanohorns, carbon nanocoils, and carbon nanobeads in addition to CNTs.
  • CNT can be produced by an arc discharge method, a chemical vapor deposition method (hereinafter referred to as a CVD method), a laser ablation method, or the like.
  • the CNT used in the present invention may be obtained by any method, but is preferably obtained by an arc discharge method and a CVD method.
  • a CVD method chemical vapor deposition method
  • fullerene, graphite, and amorphous carbon are simultaneously generated as by-products, and catalyst metals such as nickel, iron, cobalt, and yttrium remain.
  • purification is preferably performed.
  • the method for purifying CNTs is not particularly limited, but acid treatment with nitric acid, sulfuric acid, etc., and ultrasonic treatment are effective for removing impurities.
  • CNT can be used as it is.
  • CNT since CNT is generally produced in a string shape, it may be cut into a desired length depending on the application. For example, when used in semiconductor applications, it is preferable to use CNTs that are shorter than the distance between the device electrodes in order to prevent a short circuit between the device electrodes.
  • CNTs can be cut into short fibers by acid treatment with nitric acid, sulfuric acid or the like, ultrasonic treatment, freeze pulverization method or the like.
  • not only cut CNTs but also CNTs prepared in a short fiber shape in advance can be used in the same manner.
  • Such short fibrous CNTs are formed by forming a catalytic metal such as iron or cobalt on a substrate and thermally decomposing a carbon compound at 700 to 900 ° C. on the surface by CVD to vapor-phase grow CNTs. Thus, a shape oriented in the direction perpendicular to the substrate surface is obtained.
  • the short fiber CNTs thus produced can be taken out by a method such as peeling off from the substrate.
  • the short fibrous CNTs can be obtained by supporting a catalytic metal on a porous support such as porous silicon or an anodic oxide film of alumina and growing the CNTs on the surface by the CVD method.
  • oriented molecules such as iron phthalocyanine containing a catalytic metal in the molecule as a raw material and producing CNTs on a substrate by performing CVD in an argon / hydrogen gas flow, producing oriented short fiber CNTs You can also. Furthermore, it is also possible to obtain short fiber CNTs oriented on the SiC single crystal surface by an epitaxial growth method.
  • the average length of the CNTs used in the present embodiment is not particularly limited, and can be appropriately selected according to the use of the composition.
  • the average length of CNTs is 0.01 ⁇ m or more from the viewpoints of manufacturability, film formability, conductivity, etc., depending on the distance between electrodes. It is preferable that it is 1000 micrometers or less, and it is more preferable that they are 0.1 micrometer or more and 100 micrometers or less.
  • the diameter of the CNT used in the present embodiment is not particularly limited, but is preferably 0.4 nm or more and 100 nm or less, more preferably 50 nm or less, from the viewpoint of durability, transparency, film formability, conductivity, and the like. Preferably it is 15 nm or less.
  • the conductive polymer used in this embodiment is a polymer compound having a conjugated molecular structure.
  • the polymer having a conjugated molecular structure refers to a polymer having a structure in which single bonds and double bonds are alternately connected in the carbon-carbon bond on the main chain of the polymer.
  • the conductive polymer used in this embodiment is not necessarily a high molecular weight compound, and may be an oligomer compound.
  • conductive polymer used in the present embodiment examples include thiophene compounds, pyrrole compounds, aniline compounds, acetylene compounds, p-phenylene compounds, p-phenylene vinylene compounds, p-phenylene ethylenes.
  • Nylene compound p-fluorenylene vinylene compound, polyacene compound, polyphenanthrene compound, metal phthalocyanine compound, p-xylylene compound, vinylene sulfide compound, m-phenylene compound, naphthalene vinylene compound, p -Repetitions derived from monomers using phenylene oxide compounds, phenylene sulfide compounds, furan compounds, selenophene compounds, azo compounds, metal complex compounds, and derivatives obtained by introducing substituents into these compounds. single It includes conjugated polymer having.
  • the substituent in the above derivative is not particularly limited, but is preferably selected and introduced in consideration of compatibility with other components and the type of medium used.
  • an organic solvent is used as a medium
  • an alkoxyalkyleneoxy group, an alkoxyalkyleneoxyalkyl group, a crown ether group, an aryl group, etc. are preferably used in addition to a linear, branched, or cyclic alkyl group, alkoxy group, or thioalkyl group. be able to.
  • These groups may further have a substituent.
  • the carbon number of the substituent is not particularly limited, but is preferably 1 to 12, more preferably 4 to 12, and particularly a long-chain alkyl group, alkoxy group, thioalkyl group having 6 to 12 carbon atoms.
  • An alkoxyalkyleneoxy group and an alkoxyalkyleneoxyalkyl group are preferred.
  • a hydrophilic group such as a carboxylic acid group, a sulfonic acid group, a hydroxyl group, or a phosphoric acid group to the terminal of each monomer or the above substituent.
  • An alkoxy group or the like can be introduced as a substituent, which is preferable.
  • the number of substituents that can be introduced is not particularly limited, and one or more substituents can be appropriately introduced in consideration of the dispersibility, compatibility, conductivity, and the like of the conductive polymer.
  • conjugated polymer having a repeating unit derived from a thiophene compound and a derivative thereof examples include polythiophene, a conjugated polymer including a repeating unit derived from a monomer having a substituent introduced into the thiophene ring, and a condensation containing a thiophene ring Examples thereof include conjugated polymers containing a repeating unit derived from a monomer having a polycyclic structure.
  • Conjugated polymers containing repeating units derived from monomers having substituents introduced into the thiophene ring include poly-3-methylthiophene, poly-3-butylthiophene, poly-3-hexylthiophene, poly-3-cyclohexyl Thiophene, poly-3- (2′-ethylhexyl) thiophene, poly-3-octylthiophene, poly-3-dodecylthiophene, poly-3- (2′-methoxyethoxy) methylthiophene, poly-3- (methoxyethoxyethoxy) )
  • Poly-alkyl-substituted thiophenes such as methylthiophene, poly-3-methoxythiophene, poly-3-ethoxythiophene, poly-3-hexyloxythiophene, poly-3-cyclohexyloxythiophene, poly-3- (2'- Ethylhexyloxy
  • poly-3-alkylthiophenes and poly-3-alkoxythiophenes are preferable.
  • anisotropy occurs depending on the direction of bonding at the 2,5-position of the thiophene ring.
  • a conjugated polymer including a repeating unit derived from a monomer having a substituent introduced into a thiophene ring and a conjugated polymer including a repeating unit derived from a monomer having a condensed polycyclic structure including a thiophene ring.
  • the following compounds can be exemplified as: In the following formula, n represents an integer of 10 or more.
  • Examples of the conjugated polymer having a repeating unit derived from a pyrrole compound and a derivative thereof include the following compounds.
  • n represents an integer of 10 or more.
  • Examples of the conjugated polymer having a repeating unit derived from an aniline compound and a derivative thereof include the following compounds.
  • n represents an integer of 10 or more.
  • Examples of the conjugated polymer having a repeating unit derived from an acetylene compound and a derivative thereof include the following compounds.
  • n represents an integer of 10 or more.
  • Examples of the conjugated polymer having a repeating unit derived from a p-phenylene compound and a derivative thereof include the following compounds.
  • n represents an integer of 10 or more.
  • Examples of the conjugated polymer having a repeating unit derived from a p-phenylene vinylene compound and its derivatives include the following compounds.
  • n represents an integer of 10 or more.
  • Examples of the conjugated polymer having a repeating unit derived from a p-phenyleneethynylene compound and a derivative thereof include the following compounds.
  • n represents an integer of 10 or more.
  • Examples of the conjugated polymer having a repeating unit derived from a compound other than the above and derivatives thereof include the following compounds.
  • n represents an integer of 10 or more.
  • conjugated polymers it is preferable to use a linear conjugated polymer.
  • a linear conjugated polymer in the case of a polythiophene polymer or a polypyrrole polymer, such a linear conjugated polymer is obtained by bonding the thiophene ring or pyrrole ring of each monomer at the 2,5-positions.
  • poly-p-phenylene polymer, poly-p-phenylene vinylene polymer, and poly-p-phenylene ethynylene polymer the phenylene group of each monomer is bonded at the para position (1, 4 position). can get.
  • the conductive polymer used in the present embodiment may have one or more of the above-mentioned repeating units (hereinafter, the monomer giving this repeating unit is also referred to as “first monomer (group)”). May be combined. Further, in addition to the first monomer, a repeating unit derived from a monomer having another structure (hereinafter referred to as “second monomer”) may be included. In the case of a polymer composed of a plurality of types of repeating units, it may be a block copolymer, a random copolymer, or a graft polymer.
  • Examples of the second monomer having another structure used in combination with the first monomer include a fluorenylene group, a carbazole group, a dibenzo [b, d] silole group, a thieno [3,2-b] thiophene group, a thieno [ 2,3-c] thiophene group, benzo [1,2-b; 4,5-b ′] dithiophene group, cyclopenta [2,1-b; 3,4-b ′] dithiophene group, pyrrolo [3,4] -C] pyrrole-1,4 (2H, 5H) -dione group, benzo [2,1,3] thiadiazole-4,8-diyl group, azo group, 1,4-phenylene group, 5H-dibenzo [b, d]
  • the conductive polymer used in the present embodiment has a total of 50% by mass or more of repeating units derived from one or more monomers selected from the first monomer group in the conductive polymer. It is more preferable to have 70% by mass or more, and it is even more preferable to consist only of repeating units derived from one or more monomers selected from the first monomer group. Particularly preferred is a conjugated polymer comprising only a single repeating unit selected from the first monomer group.
  • a polythiophene polymer containing a repeating unit derived from a thiophene compound and / or a derivative thereof is more preferably used.
  • a polythiophene polymer having a thiophene ring represented by the following structural formulas (1) to (5) or a thiophene ring-containing condensed aromatic ring structure as a repeating unit is preferable.
  • R 1 to R 11 are each independently a hydrogen atom, halogen atom, alkyl group, alkoxy group, perfluoroalkyl group, perfluoroalkoxy group, amino group, thioether group, polyethylene
  • An oxy group and an ester group are represented
  • Y represents a carbon atom or a nitrogen atom
  • n represents an integer of 1 or 2.
  • * represents the connection part of each repeating unit.
  • the molecular weight of the conductive polymer is not particularly limited, and may be a high molecular weight oligomer or an oligomer having a lower molecular weight (for example, a weight average molecular weight of about 1000 to 10,000).
  • the conductive polymer is preferably one that is not easily decomposed by acid, light, and heat.
  • intramolecular carrier transmission and intermolecular carrier hopping through a long conjugated chain of a conductive polymer are required.
  • the molecular weight of the conductive polymer is preferably large to some extent.
  • the molecular weight of the conductive polymer used in the present embodiment is preferably 5000 or more in terms of weight average molecular weight, preferably 7000 to 300, 000 is more preferable, and 8000 to 100,000 is even more preferable.
  • the weight average molecular weight can be measured by gel permeation chromatography (GPC).
  • These conductive polymers can be produced by polymerizing the above monomer as a constituent unit by a usual oxidative polymerization method.
  • Commercially available products can also be used, and examples thereof include poly (3-hexylthiophene-2,5-diyl) regioregular products manufactured by Aldrich.
  • the conductive composition contains an onium salt compound, and the conductivity of the composition can be dramatically improved by the onium salt compound.
  • the onium compound is appropriately activated by applying energy such as light and heat from the outside to the CNT and / or conductive polymer. And expresses oxidizing ability. It is considered that an acid is generated during such an oxidation process, and the generated acid acts as a dopant. The dopant improves the conductivity because the conductive polymer and the charge transfer between the conductive polymer and the CNT become smoother.
  • an acid such as a protonic acid or a Lewis acid is used as a dopant. Therefore, CNTs and conductive polymers are aggregated, precipitated, and precipitated at the time when the acid is added to the composition. Such a composition is inferior in coating property and film forming property, and as a result, conductivity is also lowered.
  • the onium salt compound used in the present embodiment is neutral and does not aggregate, precipitate, or precipitate CNTs or conductive polymers. Further, it is a compound that generates an acid when energy such as light and heat is applied, and the start timing of acid generation can be controlled.
  • the composition can be prepared under conditions that do not generate an acid to prevent aggregation, and the composition can be molded while maintaining good dispersibility and coating properties.
  • the conductive composition in the present embodiment realizes improvement in CNT dispersibility by a conductive polymer
  • the onium salt compound can maintain good dispersibility and coatability even when used together with these. it can.
  • the film quality after coating is also good, and CNT, conductive polymer, and onium salt compound are uniformly dispersed. Therefore, by applying external energy such as heat and light as needed after coating, high conductivity is achieved. Show.
  • the onium salt compound used in the present embodiment is preferably a compound having an oxidizing ability with respect to CNT and / or a conductive polymer. Furthermore, the onium salt compound used in the present embodiment is preferably a compound (acid generator) that generates an acid upon application of energy such as light or heat. Examples of the energy application method include irradiation with active energy rays and heating.
  • onium salt compounds examples include sulfonium salts, iodonium salts, ammonium salts, carbonium salts, phosphonium salts, and the like. Of these, sulfonium salts, iodonium salts, ammonium salts and carbonium salts are preferable, sulfonium salts, iodonium salts and carbonium salts are more preferable, and sulfonium salts and iodonium salts are particularly preferable.
  • the anion moiety constituting the salt include a strong acid counter anion.
  • the carbonium salt includes a compound represented by the following general formula (V), and is preferably used in this embodiment.
  • R 21 to R 23 , R 25 to R 26 and R 31 to R 33 are each independently a linear, branched or cyclic alkyl group, aralkyl group, aryl group, Represents an aromatic heterocyclic group.
  • R 27 to R 30 each independently represent a hydrogen atom, a linear, branched or cyclic alkyl group, an aralkyl group, an aryl group, an aromatic heterocyclic group, an alkoxy group, or an aryloxy group.
  • R 24 represents a linear, branched or cyclic alkylene group or an arylene group.
  • R 21 to R 33 may further have a substituent.
  • X ⁇ represents an anion of a strong acid.
  • Any two groups of R 21 ⁇ R 23 in the general formula (I) is, R 21 and R 23 in the general formula (II) is, the R 25 and R 26 in formula (III), general formula (IV)
  • Any two groups of R 27 to R 30 are bonded to any two groups of R 31 to R 33 in the general formula (V) to form an aliphatic ring, an aromatic ring, or a heterocyclic ring, respectively. May be.
  • the linear or branched alkyl group is preferably an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, specifically, methyl group, ethyl group, propyl group, n- Examples thereof include a butyl group, a sec-butyl group, a t-butyl group, a hexyl group, an octyl group, and a dodecyl group.
  • cyclic alkyl group an alkyl group having 3 to 20 carbon atoms is preferable, and specific examples include a cyclopropyl group, a cyclopentyl group, a cyclohexyl group, a bicyclooctyl group, a norbornyl group, an adamantyl group, and the like.
  • the aralkyl group is preferably an aralkyl group having 7 to 15 carbon atoms, and specific examples include a benzyl group and a phenethyl group.
  • the aryl group is preferably an aryl group having 6 to 20 carbon atoms, and specific examples include a phenyl group, a naphthyl group, an anthranyl group, a phenanthyl group, and a pyrenyl group.
  • the aromatic heterocyclic group include pyridyl group, pyrazole group, imidazole group, benzimidazole group, indole group, quinoline group, isoquinoline group, purine group, pyrimidine group, oxazole group, thiazole group, thiazine group and the like.
  • the alkoxy group is preferably a linear or branched alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, specifically, a methoxy group, an ethoxy group, an iso-propoxy group, a butoxy group, a hexyloxy group.
  • the aryloxy group is preferably an aryloxy group having 6 to 20 carbon atoms, and specific examples include a phenoxy group and a naphthyloxy group.
  • the alkylene group is preferably an alkylene group having 2 to 20 carbon atoms, and specific examples include an ethylene group, a propylene group, a butylene group, and a hexylene group.
  • a cyclic alkylene group a cyclic alkylene group having 3 to 20 carbon atoms is preferable, and specific examples include a cyclopentylene group, a cyclohexylene group, a bicyclooctylene group, a norbornylene group, and an adamantylene group.
  • the arylene group an arylene group having 6 to 20 carbon atoms is preferable, and specific examples include a phenylene group, a naphthylene group, and an anthranylene group.
  • R 21 to R 33 further have a substituent
  • the substituent is preferably an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms, a halogen atom (a fluorine atom, a chlorine atom, an iodine atom), Aryl group having 6 to 10 carbon atoms, aryloxy group having 6 to 10 carbon atoms, alkenyl group having 2 to 6 carbon atoms, cyano group, hydroxyl group, carboxy group, acyl group, alkoxycarbonyl group, alkylcarbonylalkyl group, aryl carbonyl group, a nitro group, an alkylsulfonyl group, a trifluoromethyl group, and -S-R 41.
  • R 41 has the same meaning as R 21 .
  • X ⁇ is preferably an arylsulfonic acid anion, a perfluoroalkylsulfonic acid anion, a perhalogenated Lewis acid anion, a perfluoroalkylsulfonimide anion, a perhalogenate anion, or an alkyl or arylborate anion. These may further have a substituent, and examples of the substituent include a fluoro group.
  • anions of aryl sulfonic acids include p-CH 3 C 6 H 4 SO 3 ⁇ , PhSO 3 ⁇ , anions of naphthalene sulfonic acid, anions of naphthoquinone sulfonic acid, anions of naphthalenedisulfonic acid, anions of anthraquinone sulfonic acid Is mentioned.
  • Specific examples of the anion of perfluoroalkylsulfonic acid include CF 3 SO 3 ⁇ , C 4 F 9 SO 3 ⁇ , and C 8 F 17 SO 3 — .
  • the anion of the perhalogenated Lewis acid include PF 6 ⁇ , SbF 6 ⁇ , BF 4 ⁇ , AsF 6 ⁇ and FeCl 4 ⁇ .
  • Specific examples of the anion of perfluoroalkylsulfonimide include CF 3 SO 2 —N —— SO 2 CF 3 and C 4 F 9 SO 2 —N —— SO 2 C 4 F 9 .
  • Specific examples of the perhalogenate anion include ClO 4 ⁇ , BrO 4 ⁇ and IO 4 ⁇ .
  • alkyl or aryl borate anion examples include (C 6 H 5 ) 4 B ⁇ , (C 6 F 5 ) 4 B ⁇ , (p-CH 3 C 6 H 4 ) 4 B ⁇ , (C 6 H 4 F) 4 B -, and the like.
  • X - is more preferably an anion of perhalogenated Lewis acid
  • a fluoro group is an alkyl or aryl borate anions were replaced, more preferably fluoro substituted aryl borate anions, particularly preferably a pentafluorophenyl borate anion.
  • onium salts are shown below, but the present embodiment is not limited thereto.
  • X ⁇ represents PF 6 ⁇ , SbF 6 ⁇ , CF 3 SO 3 ⁇ , CH 3 PhSO 3 ⁇ , BF 4 ⁇ , (C 6 H 5 ) 4 B ⁇ , RfSO 3 ⁇ , ( C 6 F 5 ) 4 B ⁇ , or an anion represented by the following formula
  • Rf represents a perfluoroalkyl group having an optional substituent.
  • an onium salt compound represented by the following general formula (VI) or (VII) is particularly preferable.
  • Y represents a carbon atom or a sulfur atom
  • Ar 1 represents an aryl group
  • Ar 2 to Ar 4 each independently represents an aryl group or an aromatic heterocyclic group.
  • Ar 1 to Ar 4 may be further substituted.
  • Ar 1 is preferably a fluoro-substituted aryl group, more preferably a pentafluorophenyl group or a phenyl group substituted with at least one perfluoroalkyl group, and particularly preferably a pentafluorophenyl group.
  • the aryl group and aromatic heterocyclic group of Ar 2 to Ar 4 have the same meanings as the aryl group and aromatic heterocyclic group of R 21 to R 23 and R 25 to R 33 described above, and preferably an aryl group Yes, more preferably a phenyl group. These groups may be further substituted, and examples of the substituent include the above-described substituents R 21 to R 33 .
  • Ar 1 represents an aryl group
  • Ar 5 and Ar 6 each independently represent an aryl group or an aromatic heterocyclic group.
  • Ar 1 , Ar 5 and Ar 6 may be further substituted.
  • Ar 1 has the same meaning as Ar 1 in the general formula (VI), and the preferred range is also the same.
  • Ar 5 and Ar 6 have the same meanings as Ar 2 to Ar 4 in the general formula (VI), and preferred ranges thereof are also the same.
  • the said onium salt compound can be manufactured by normal chemical synthesis. Moreover, a commercially available reagent etc. can also be used. One embodiment of the method for synthesizing the onium salt compound is shown below, but the present invention is not limited thereto. Other onium salts can be synthesized by the same method. 2.68 g of triphenylsulfonium bromide (manufactured by Tokyo Chemical Industry), 5.00 g of lithium tetrakis (pentafluorophenyl) borate-ethyl ether complex (manufactured by Tokyo Chemical Industry), and 146 ml of ethanol were placed in a 500 ml three-necked flask and 2 at room temperature.
  • Onium salt compounds can be used alone or in combination of two or more.
  • the content of the onium salt compound is preferably 3 parts by mass or more, more preferably 5 to 50 parts by mass, further preferably 10 to 40 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the conductive polymer from the viewpoint of the doping effect. It is.
  • a cationic polymerizable compound and / or a radical polymerizable compound can be used as the polymerizable compound.
  • it is a cationically polymerizable compound, and is a compound that initiates a polymerization reaction by the radical species of the acid or precursor of the acid generated from the (C) onium salt compound upon application of heat or active energy ray irradiation, and cures.
  • the cationic polymerizable compound various known cationic polymerizable monomers known as photo cationic polymerizable monomers can be used. Examples of the cationic polymerizable monomer include JP-A Nos.
  • Aromatic epoxides include di- or polyglycidyl ethers produced by the reaction of polyphenols having at least one aromatic nucleus or their alkylene oxide adducts and epichlorohydrin, such as bisphenol A or its alkylene oxides. Examples thereof include di- or polyglycidyl ethers of adducts, di- or polyglycidyl ethers of hydrogenated bisphenol A or its alkylene oxide adducts, and novolak-type epoxy resins.
  • alkylene oxide include ethylene oxide and propylene oxide.
  • alicyclic epoxide cyclohexene oxide obtained by epoxidizing a compound having at least one cycloalkene ring such as cyclohexene or cyclopentene ring with a suitable oxidizing agent such as hydrogen peroxide or peracid. Or a cyclopentene oxide containing compound is mentioned preferably.
  • suitable oxidizing agent such as hydrogen peroxide or peracid.
  • a cyclopentene oxide containing compound is mentioned preferably.
  • the aliphatic epoxide include dihydric polyglycidyl ethers of aliphatic polyhydric alcohols or alkylene oxide adducts thereof, and typical examples thereof include diglycidyl ether of ethylene glycol, diglycidyl ether of propylene glycol, or 1,6.
  • alkylene glycols such as diglycidyl ether of hexanediol, polyglycidyl ethers of polyhydric alcohols such as di- or triglycidyl ethers of glycerin or its alkylene oxide adducts, diglycidyl of polyethylene glycol or its alkylene oxide adducts Diglycidyl of polyalkylene glycol represented by diglycidyl ether of ether, polypropylene glycol or its alkylene oxide adduct Ether and the like.
  • alkylene oxide include ethylene oxide and propylene oxide.
  • monofunctional epoxy compounds that can be used in the present embodiment are illustrated in detail.
  • monofunctional epoxy compounds include, for example, phenyl glycidyl ether, p-tert-butylphenyl glycidyl ether, butyl glycidyl ether, 2-ethylhexyl glycidyl ether, allyl glycidyl ether, 1,2-butylene oxide, 1,3-butadiene Monooxide, 1,2-epoxydodecane, epichlorohydrin, 1,2-epoxydecane, styrene oxide, cyclohexene oxide, 3-methacryloyloxymethylcyclohexene oxide, 3-acryloyloxymethylcyclohexene oxide, 3-vinylcyclohexene oxide, etc. Is mentioned.
  • polyfunctional epoxy compounds include, for example, bisphenol A diglycidyl ether, bisphenol F diglycidyl ether, bisphenol S diglycidyl ether, brominated bisphenol A diglycidyl ether, brominated bisphenol F diglycidyl ether, and brominated bisphenol.
  • aromatic epoxides and alicyclic epoxides are preferable from the viewpoint of excellent curing speed, and alicyclic epoxides are particularly preferable.
  • vinyl ether compound examples include ethylene glycol divinyl ether, diethylene glycol divinyl ether, triethylene glycol divinyl ether, propylene glycol divinyl ether, dipropylene glycol divinyl ether, butanediol divinyl ether, hexanediol divinyl ether, cyclohexanedimethanol divinyl ether, and trimethylol.
  • Di- or trivinyl ether compounds such as propane trivinyl ether, ethyl vinyl ether, n-butyl vinyl ether, isobutyl vinyl ether, octadecyl vinyl ether, cyclohexyl vinyl ether, hydroxybutyl vinyl ether, 2-ethylhexyl vinyl ether, cyclohexane dimethanol monovinyl ether, n-propyl Pills vinyl ether, isopropyl vinyl ether, isopropenyl ether -O- propylene carbonate, dodecyl vinyl ether, diethylene glycol monovinyl ether, and octadecyl vinyl ether.
  • monofunctional vinyl ether and polyfunctional vinyl ether are illustrated in detail.
  • monofunctional vinyl ethers include, for example, methyl vinyl ether, ethyl vinyl ether, propyl vinyl ether, n-butyl vinyl ether, t-butyl vinyl ether, 2-ethylhexyl vinyl ether, n-nonyl vinyl ether, lauryl vinyl ether, cyclohexyl vinyl ether, cyclohexyl methyl vinyl ether, 4 -Methylcyclohexyl methyl vinyl ether, benzyl vinyl ether, dicyclopentenyl vinyl ether, 2-dicyclopentenoxyethyl vinyl ether, methoxyethyl vinyl ether, ethoxyethyl vinyl ether, butoxyethyl vinyl ether, methoxyethoxyethyl vinyl ether, ethoxyethoxyethyl vinyl ether, methoxypolyethylene glycol vinyl D Tellurium
  • polyfunctional vinyl ethers examples include ethylene glycol divinyl ether, diethylene glycol divinyl ether, polyethylene glycol divinyl ether, propylene glycol divinyl ether, butylene glycol divinyl ether, hexanediol divinyl ether, bisphenol A alkylene oxide divinyl ether, and bisphenol F.
  • Divinyl ethers such as alkylene oxide divinyl ether; trimethylolethane trivinyl ether, trimethylolpropane trivinyl ether, ditrimethylolpropane tetravinyl ether, glycerin trivinyl ether, pentaerythritol tetravinyl ether, dipentaerythritol pentavinyl ether, dipentaerythritol Hexavinyl ether, ethylene oxide-added trimethylolpropane trivinyl ether, propylene oxide-added trimethylolpropane trivinyl ether, ethylene oxide-added ditrimethylolpropane tetravinyl ether, propylene oxide-added ditrimethylolpropane tetravinyl ether, ethylene oxide-added pentaerythritol tetravinyl ether, propylene oxide addition And polyfunctional
  • a di- or trivinyl ether compound is preferable from the viewpoints of curability, adhesion to a substrate, surface hardness of the formed coating film, and the like, and a divinyl ether compound is particularly preferable.
  • the oxetane compound that can be used in this embodiment refers to a compound having at least one oxetane ring, and is known as described in JP-A Nos. 2001-220526, 2001-310937, and 2003-341217.
  • An oxetane compound can be arbitrarily selected and used.
  • As the compound having an oxetane ring that can be used in the conductive composition in the present embodiment a compound having 1 to 4 oxetane rings in its structure is preferable. By using such a compound, it becomes easy to maintain the viscosity of the conductive composition within a good handling range, and to obtain high adhesion between the conductive film after curing and the substrate. Can do.
  • Examples of the compound having 1 to 2 oxetane rings in the molecule include compounds represented by the following formulas (1) to (3).
  • R a1 represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a fluoroalkyl group having 1 to 6 carbon atoms, an allyl group, an aryl group, a furyl group, or a thienyl group.
  • the alkyl group include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, and a butyl group.
  • Preferred examples of the fluoroalkyl group include those in which any hydrogen of these alkyl groups is substituted with a fluorine atom.
  • R a2 is a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 6 carbon atoms, a group having an aromatic ring, an alkylcarbonyl group having 2 to 6 carbon atoms, or 2 to 6 carbon atoms An alkoxycarbonyl group, and an N-alkylcarbamoyl group having 2 to 6 carbon atoms.
  • the alkyl group include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, and a butyl group.
  • Examples of the alkenyl group include a 1-propenyl group, a 2-propenyl group, a 2-methyl-1-propenyl group, and 2-methyl-2.
  • alkylcarbonyl group an ethylcarbonyl group, a propylcarbonyl group, a butylcarbonyl group, etc., as an alkoxycarbonyl group, an ethoxycarbonyl group, a propoxycarbonyl group, a butoxycarbonyl group, etc., as an N-alkylcarbamoyl group, Examples thereof include an ethylcarbamoyl group, a propylcarbamoyl group, a butylcarbamoyl group, and a pentylcarbamoyl group.
  • R a2 may have a substituent, and examples of the substituent include 1 to 6 alkyl groups and fluorine atoms.
  • R a3 represents a linear or branched alkylene group, a linear or branched poly (alkyleneoxy) group, a linear or branched unsaturated hydrocarbon group, a carbonyl group or an alkylene group containing a carbonyl group, a carboxyl group
  • Examples of the alkylene group include an ethylene group, a propylene group, and a butylene group
  • examples of the poly (alkyleneoxy) group include a poly (ethyleneoxy) group and a poly (propyleneoxy) group.
  • the unsaturated hydrocarbon group include a propenylene group, a methylpropenylene group, and a butenylene group.
  • R a4 is a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms, a halogen atom, a nitro group, a cyano group, a mercapto group, A lower alkyl carboxyl group, a carboxyl group, or a carbamoyl group is represented.
  • R a5 represents an oxygen atom, a sulfur atom, a methylene group, NH, SO, SO 2 , C (CF 3 ) 2 , or C (CH 3 ) 2 .
  • R a6 represents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms or an aryl group, and n is an integer of 0 to 2,000.
  • R a7 represents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, an aryl group, or a monovalent group having the following structure.
  • R a8 is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms or an aryl group, and m is an integer of 0 to 100.
  • Examples of the compound represented by the formula (2) include 1,4-bis [(3-ethyl-3-oxetanylmethoxy) methyl] benzene (OXT-121: Toagosei Co., Ltd.). ), Bis (3-ethyl-3-oxetanylmethyl) ether (OXT-221: Toagosei Co., Ltd.) is exemplified.
  • Examples of the compound having 3 to 4 oxetane rings include a compound represented by the following formula (4).
  • R a1 has the same meaning as in the formula (1).
  • Examples of the Ra 9 as a polyvalent linking group include branched polyalkylene groups having 1 to 12 carbon atoms such as groups represented by the following A to C and branched poly ( An alkyleneoxy) group or a branched polysiloxy group such as a group represented by E below. j is 3 or 4.
  • R a10 represents a methyl group, an ethyl group or a propyl group.
  • D p is an integer of 1 to 10.
  • oxetane compound that can be suitably used in the present embodiment, a compound represented by the following formula (5) having an oxetane ring in the side chain can be mentioned.
  • R a8 has the same meaning as in the above formula.
  • R a11 is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms such as a methyl group, an ethyl group, a propyl group or a butyl group or a trialkylsilyl group, and r is 1 to 4.
  • the cationically polymerizable compound that can be used in this embodiment may be used alone or in combination of two or more. From the viewpoint of effectively suppressing shrinkage during curing, the oxetane compound. And at least one compound selected from epoxy compounds and a vinyl ether compound are preferably used in combination.
  • the radically polymerizable compound used in the present embodiment is preferably selected from compounds having at least one, more preferably two or more acrylate groups, methacrylate groups, acrylamide groups, methacrylamide groups, and N-vinyl groups. Such a compound group is widely known in the industrial field, and can be used without any particular limitation in the present invention.
  • the compound having an acrylate group or a methacrylate group include 2-hydroxyethyl acrylate, butoxyethyl acrylate, carbitol acrylate, cyclohexyl acrylate, tetrahydrofurfuryl acrylate, benzyl acrylate, tridecyl acrylate, 2-phenoxyethyl acrylate, epoxy Acrylate, isobornyl acrylate, dicyclopentenyl acrylate, dicyclopentenyloxyethyl acrylate, dicyclopentanyl acrylate, 2-hydroxy-3-phenoxypropyl acrylate, 2-acryloyloxyethylphthalic acid, methoxy-polyethylene glycol acrylate, 2-acryloyloxyethyl-2-hydroxyethylphthalic acid, cyclic trimethyl Propaneformal acrylate, 2- (2-ethoxyethoxy) ethyl acrylate, 2-methoxyethyl acrylate, 2-
  • urethane-based addition polymerizable compounds produced by using an addition reaction of isocyanate and hydroxyl group are also suitable. Specific examples thereof include, for example, one molecule described in JP-B-48-41708.
  • a vinyl urethane containing two or more polymerizable vinyl groups in one molecule obtained by adding a vinyl monomer containing a hydroxyl group represented by the following general formula (4) to a polyisocyanate compound having two or more isocyanate groups.
  • urethane acrylates such as those described in JP-A-51-37193, JP-B-2-32293, and JP-B-2-16765, JP-B-58-49860, JP-B-56-17654, Urethane compounds having an ethylene oxide skeleton described in JP-B-62-39417 and JP-B-62-39418 are also suitable.
  • the PO represents propylene oxide
  • EO represents ethylene oxide.
  • the compound having an acrylamide group or a methacrylamide group include acrylamide, N-methylolacrylamide, diacetoneacrylamide, N, N-dimethylacrylamide, N, N-diethylacrylamide, N-isopropylacrylamide, acryloylmorpholine, methylenebis.
  • Acrylamide compounds such as acrylamide, 1,6-hexamethylene bisacrylamide, xylylene bisacrylamide, diethylenetriamine trisacrylamide, methacrylamide, N-methylol methacrylamide, diacetone methacrylamide, N, N-dimethylmethacrylamide, N, N- Diethylmethacrylamide, N-isopropylmethacrylamide, methylenebismethacrylamide, 1,6-hexamethylenebisme Acrylamide, methacrylamide compounds such as xylylene bis methacrylamide.
  • N-vinyl compound examples include N-vinylformamide (NVF), N-vinylcaprolactam (NVC), N-vinylpyrrolidone, N-vinylcarbazole and the like. These radical polymerizable compounds can be used in combination with the cationic polymerizable compound.
  • the polymerizable compound used in the present embodiment is used in accordance with the final performance design of the conductive film.
  • a structure having a large polymerizable group content per molecule is preferable, and in many cases, a bifunctional or higher functionality is preferable.
  • those having 3 or more functional groups are used, but usually 6 or less functional groups.
  • a compound having a large molecular weight or a compound having high hydrophobicity is excellent in curability and film strength, but is not preferable in terms of compatibility with other components and dispersibility.
  • compatibility and dispersibility the selection and use method of the polymerizable compound is important. For example, the compatibility may be improved by using two or more compounds in combination.
  • the conductive composition preferably contains a solvent in addition to CNT, the conductive polymer, and the onium salt compound.
  • the solvent only needs to be able to satisfactorily disperse or dissolve CNT, the conductive polymer, and the onium salt compound, and water, an organic solvent, and a mixed solvent thereof can be used.
  • organic solvents such as alcohol and chloroform, polar organic solvents such as DMF, NMP, and DMSO, aromatic solvents such as chlorobenzene, dichlorobenzene, benzene, toluene, and xylene, cyclohexanone, acetone, and methyl
  • a ketone solvent such as ethylkenton and an ether solvent such as diethyl ether, THF, t-butylmethyl ether, dimethoxyethane, and diglyme are preferably used.
  • the solvent is preferably degassed in advance.
  • the dissolved oxygen concentration in the solvent is preferably 10 ppm or less.
  • Examples of the degassing method include a method of irradiating ultrasonic waves under reduced pressure, a method of bubbling an inert gas such as argon, and the like.
  • the conductive composition may contain other components in addition to the components described above. From the viewpoint of preventing unevenness during coating, it is preferable to add a surfactant.
  • the surfactant include those described in JP-A Nos. 62-173463 and 62-183457.
  • anionic surfactants such as dialkyl sulfosuccinates, alkyl naphthalene sulfonates, fatty acid salts, polyoxyethylene alkyl ethers, polyoxyethylene alkyl allyl ethers, acetylene glycols, polyoxyethylene / polyoxypropylene blocks
  • Nonionic surfactants such as copolymers
  • cationic surfactants such as alkylamine salts and quaternary ammonium salts.
  • An organic fluoro compound may be used instead of the surfactant.
  • the organic fluoro compound is preferably hydrophobic.
  • organic fluoro compounds examples include fluorine surfactants, oily fluorine compounds (eg, fluorine oil) and solid fluorine compound resins (eg, tetrafluoroethylene resin).
  • fluorine surfactants oily fluorine compounds (eg, fluorine oil) and solid fluorine compound resins (eg, tetrafluoroethylene resin).
  • Japanese Examined Patent Publication No. 57-9053 Examples described in Japanese Patent Publication (columns 8 to 17) and JP-A No. 62-135826.
  • the content of the surfactant in the composition is appropriately selected depending on the purpose of use, but is preferably 0.0001% by mass to 1% by mass and preferably 0.001% by mass to 0.1% by mass in the total solid content of the composition. Is more preferred
  • lithium hydroxide, ammonium persulfate, an ultraviolet absorber, a polymerization inhibitor, a leveling additive, a matting agent, and the like can be included in order to improve dispersion stability.
  • inorganic fine particles, polymer fine particles, silane coupling agents, waxes and the like can be appropriately contained.
  • polymerization inhibitor examples include hydroquinone, methoxybenzoquinone, methoxyphenol, phenothiazine, t-butylcatechol, mercaptobenzimidazole, alkyldithiocarbamates, alkylphenols, alkylbisphenols, salicylates, thiodipropionates, phosphines Phytes, nitroxide aluminum complexes and the like.
  • specific examples include Gerrad 16, 18, 20, 21, 22, (Rahn).
  • the content of these other components is preferably about 0.1 to 5% by mass in the total solid content of the composition.
  • the conductive composition generates (A-2) CNT, (B-2) a conductive polymer, and (C) radicals upon irradiation with active energy rays or application of heat.
  • a compound is contained as an essential component, and (D-2) a radical polymerizable compound is contained as required.
  • the conductive composition preferably contains a solvent.
  • Compounds that generate conductive polymers and radicals together with CNTs, increase the dispersibility of CNTs in the composition, and do not impair the original conductivity of CNTs and also generate conductive polymers and radicals
  • the composition which shows very high electroconductivity by a synergistic effect with this is obtained. Further, the composition has excellent thermoelectric conversion performance in addition to this high conductivity, and can be suitably used as a thermoelectric conversion material.
  • (A-2) CNT, (B-2) conductive polymer, and solvent that can be contained in the conductive composition have been described in the first embodiment (A-1). Synonymous with) CNT, (B-1) conductive polymer, and solvent.
  • the conductive composition contains a compound that generates radicals upon application of energy such as light and heat (hereinafter, simply referred to as “compound that generates radicals”), and the conductive property of the composition by the compound. Can be dramatically improved. Examples of the energy application method include irradiation with active energy rays and heating. Although the details of the mechanism by which the conductivity is improved are not yet clear, the compound generates radicals by externally applied energy such as light and heat, and exhibits oxidizing ability for the CNT and / or conductive polymer. Therefore, it is considered to act as a dopant.
  • energy application method include irradiation with active energy rays and heating.
  • the dopant improves the conductivity because the conductive polymer and the charge transfer between the conductive polymer and the CNT become smoother.
  • an acid such as a protonic acid or a Lewis acid is used as a dopant. Therefore, CNTs and conductive polymers are aggregated, precipitated, and precipitated at the time when the acid is added to the composition. Such a composition is inferior in coating property and film forming property, and as a result, conductivity is also lowered.
  • the compound that generates radicals is neutral, and does not aggregate, precipitate, or precipitate CNTs or conductive polymers. It is also a compound that generates radicals by applying energy such as light and heat, and the start timing of radical generation can be controlled.
  • the composition can be prepared under conditions that do not generate radicals to prevent aggregation, and the composition can be molded while maintaining good dispersibility and coating properties. Therefore, high conductivity can be imparted by appropriately applying energy after molding and film formation.
  • the conductive composition in the present embodiment realizes improvement in CNT dispersibility by a conductive polymer, a compound that generates radicals maintains good dispersibility and coatability even when used together with these. be able to. Film quality after coating is also good, and CNTs, conductive polymers, and compounds that generate radicals are uniformly dispersed. Therefore, high conductivity can be achieved by applying external energy such as heat and light after coating Indicates.
  • the compound that generates radicals used in the present embodiment is preferably a compound having an oxidizing ability with respect to CNT and / or a conductive polymer.
  • a general radical polymerization initiator can be used, and it may be a thermal polymerization initiator or a photopolymerization initiator, but it is preferable to use a photopolymerization initiator. .
  • a disulfone compound (g) a borate compound, (h) a metallocene compound, and (i) a compound having a haloalkyl group.
  • aromatic carbonyl compound examples include benzophenone, 4-methylbenzophenone, 2,4,6-trimethylbenzophenone, 2-methoxycarbonylbenzophenone, 4-phenylbenzophenone, 4- (4-methylphenylthio) Benzophenone, 4,4'-bisdimethylaminobenzophenone, 4,4'-bisdiethylaminobenzophenone, isopropylthioxanthone, 2,4-diethylthioxanthone, 2,4-dichlorothioxanthone, 2-ethylanthraquinone, 1-hydroxy-1-methyl Ethyl phenyl ketone, 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone, 1-hydroxy-1-methyl ethyl (4′-isopropyl) phenyl ketone, 1-hydroxy-1-methyl ethyl (4′-hydroxy Toxi) phenyl ketone, methyl ⁇ -oxo-pheny
  • acylphosphine compound examples include bis (2,4,6-trimethylbenzoyl) -phenylphosphine oxide (Irgacure 819: manufactured by BASF), bis (2,6-dimethoxybenzoyl) -2,4.
  • the organic peroxide may be any organic compound having at least one oxygen-oxygen bond in the molecule, and in particular, 3,3 ′, 4,4′-tetrakis (t-butylperoxycarbonyl) benzophenone 3,3′4,4′-tetrakis (t-amylperoxycarbonyl) benzophenone, 3,3′4,4′-tetrakis (t-hexylperoxycarbonyl) benzophenone, 3,3′4,4′- Tetrakis (t-octylperoxycarbonyl) benzophenone, 3,3′4,4′-tetrakis (cumylperoxycarbonyl) benzophenone, 3,3′4,4′-tetrakis (p-isopropylcumylperoxycarbonyl) benzophenone, Peroxide compounds such as di-t-butyldiperoxyisophthalate are preferred.
  • the active ester compound examples include 3-benzoyloxyiminobutan-2-one, 3-acetoxyiminobutan-2-one, 3-propionyloxyiminobutan-2-one, 2-acetoxyimino Pentan-3-one, 2-acetoxyimino-1-phenylpropan-1-one, 2-benzoyloxyimino-1-phenylpropan-1-one, 3-p-toluenesulfonyloxyiminobutan-2-one,
  • ketoxime ester compounds such as 2-ethoxycarbonyloxyimino-1-phenylpropan-1-one
  • European Patent Nos European Patent Nos.
  • hexaarylbiimidazole examples include lophine dimers described in JP-B Nos. 45-37377 and 44-86516, such as 2,2′-bis (o-chlorophenyl) -4, 4 ′, 5,5′-tetraphenylbiimidazole, 2,2′-bis (o-bromophenyl) -4,4 ′, 5,5′-tetraphenylbiimidazole, 2,2′-bis (o, p-dichlorophenyl) -4,4 ′, 5,5′-tetraphenylbiimidazole, 2,2′-bis (o-chlorophenyl) -4,4 ′, 5,5′-tetrakis (m-methoxyphenyl) bi Imidazole, 2,2′-bis (o, o′-dichlorophenyl) -4,4 ′, 5,5′-tetraphenylbiimi
  • disulfone compound examples include diphenyl disulfone, 4,4′-dimethyldiphenyl disulfone, 4,4′-dimethoxydiphenyl disulfone, 4-chlorophenyl-4′-methylphenyl disulfone, 4-chlorophenyl-1-
  • disulfone compounds described in JP-A Nos. 61-166544 and 2-71270 are exemplified.
  • borate compound examples include compounds described in U.S. Pat. Nos. 3,567,453 and 4,343,891, European Patents 109,772 and 109,773. .
  • metallocene compound examples include di-cyclopentadienyl-Ti-di-chloride, di-cyclopentadienyl-Ti-bis-phenyl, and di-cyclopentadienyl-Ti-bis-2.
  • the compound having a haloalkyl group is preferably a compound having a dihaloalkyl group or a trihaloalkyl group.
  • the halogen atom include a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom, and are preferable.
  • the conductive composition preferably contains (D-2) a radical polymerizable compound in addition to the components (A-2) to (C-2).
  • the radical polymerizable compound is not particularly limited as long as it is a compound that initiates a polymerization reaction by a radical generated by heating or active energy ray irradiation from the compound that generates the (C-2) radical, and cures.
  • a radically polymerizable compound can be used. The preferred range is synonymous with the radically polymerizable compound described in the description of the polymerizable compound (C-1) in the first embodiment.
  • the conductive composition may contain other components in addition to the above components.
  • the “other components” the “other components” described in the first embodiment can be adopted.
  • thermoelectric conversion article in the first and second embodiments of the present invention will be described below.
  • the conductive composition of the present invention is preferably a CNT dispersion in which CNTs are dispersed in a solvent.
  • the conductive composition of the present invention can control the conductivity and semiconductor characteristics of the composition by changing the CNT content.
  • the content of each component in the composition can be appropriately selected and determined according to the use of the composition and characteristics such as conductivity and transparency required for the use.
  • the CNT content in the conductive composition of the present invention is preferably 3 to 50% by mass, more preferably 5 to 40% by mass, and more preferably 10 to 30% by mass in the total solid content. Further preferred.
  • the content of the conductive polymer in the conductive composition of the present invention is preferably 30 to 80% by mass, more preferably 35 to 75% by mass, and more preferably 40 to 70% by mass based on the total solid content. % Is more preferable.
  • the amount of the solvent used is preferably 60 to 99.9% by mass, and 70 to 99.8% by mass in the conductive composition of the present invention. It is more preferably used, more preferably 80 to 99.7% by mass, particularly preferably 90 to 99.6% by mass, and particularly preferably 95 to 99.5% by mass.
  • the onium salt compound in the conductive composition is preferably 1 to 50% by mass, more preferably 5 to 45% by mass, based on the total solid content. More preferably, it is 40 mass%.
  • the content of the polymerizable compound in the conductive composition in the first embodiment of the present invention and the content of the radical polymerizable compound in the conductive composition in the second embodiment are the total solid content of the composition.
  • the content is preferably 5 to 50% by mass, more preferably 10 to 40% by mass, and still more preferably 10 to 30% by mass.
  • a larger amount is advantageous for curability, but if it is too much, phase separation may occur or problems in the production process due to the stickiness of the cured film (for example, the conductive film component) This may cause problems such as transfer and defective production due to adhesion.
  • the content of the compound capable of generating radicals in the conductive composition is preferably 1% by mass to 20% by mass in the total solid content, and 3% by mass to 15% by mass. %, More preferably 3% by mass to 10% by mass.
  • the conductive composition of the present invention can be prepared by mixing the above components.
  • the above-mentioned components are added to a solvent, and these are dispersed by a usual method.
  • the order of addition and mixing of each component is not particularly limited, but it is preferable to add a predetermined amount of CNT after previously adding a predetermined amount of a conductive polymer in a solvent.
  • a normal method can be applied.
  • a dispersion method such as a mechanical homogenizer method, a jaw crusher method, an ultracentrifugation method, a cutting mill method, an automatic mortar method, a disk mill method, a ball mill method, or an ultrasonic dispersion method can be used.
  • a preferred combination of dispersion methods is a mechanical homogenizer method and an ultrasonic dispersion method.
  • the dispersion is first performed by a dispersion method having a weak dispersion energy and then dispersed by a dispersion method having a second highest dispersion energy. By doing so, it becomes possible to disperse CNTs at a high concentration without defects.
  • the onium salt compound to be used is a compound that generates an acid by applying energy such as heat or light
  • the radiation or electromagnetic wave is shielded at a temperature at which no acid is generated. It is preferable to prepare the composition. Aggregation by an acid or the like can be prevented, and uniform dispersibility or solubility of each component in the composition can be maintained during preparation and storage of the composition.
  • the composition can be prepared in the atmosphere, but is preferably performed in an inert atmosphere.
  • An inert atmosphere refers to a state where the oxygen concentration is lower than the atmospheric concentration.
  • the atmosphere has an oxygen concentration of 10% or less.
  • a method for making the inert atmosphere a method of substituting the atmosphere with a gas such as nitrogen or argon is preferably used.
  • the temperature during preparation is preferably in the range of 0 ° C to 50 ° C.
  • CNTs contained in the obtained conductive composition may contain defective CNTs. Such CNT defects are preferably reduced in order to reduce the conductivity of the composition.
  • the amount of CNT defects in the composition can be estimated by the ratio G / D of the G-band and D-band of the Raman spectrum. It can be estimated that the higher the G / D ratio, the less the amount of defects, the CNT material.
  • the G / D ratio of the composition is preferably 10 or more, and more preferably 30 or more.
  • the conductive film of the present invention is formed using the conductive composition.
  • the conductive film of the present invention when a polymerizable compound is contained in the composition used for the preparation, the polymerizable compound exists in a polymerized state.
  • any method that can form the conductive composition of the present invention into a film can be employed without any particular limitation.
  • the conductive composition of the present invention can be applied onto a substrate, formed into a film, and applied on the substrate by applying energy such as heat or active energy rays. Details of the film forming method and energy application will be described later.
  • the temperature is 60 to 150 ° C., preferably 80 to 120 ° C., for 1 to 20 minutes. It is more preferable to apply a heating step of 2 to 5 minutes.
  • the conductive laminate of the present invention has a base material and the conductive film of the present invention provided on the base material. Details of the substrate will be described later.
  • the conductive laminate of the present invention is formed, for example, by applying the conductive composition of the present invention on a substrate, drying it as necessary to form a film, and then applying energy such as heat or active energy rays. It is obtained by. After application of energy such as heat or active energy rays, a heating step at 60 to 150 ° C., preferably 80 to 120 ° C., for 1 to 20 minutes, preferably 2 to 5 minutes may be applied.
  • the method for forming the conductive film is not particularly limited, and for example, known coating methods such as extrusion die coating, blade coating, bar coating, screen printing, roll coating, curtain coating, spray coating, and dip coating can be used. . After application, a drying process is performed as necessary. For example, the solvent can be volatilized and dried by blowing hot air.
  • the amount of the conductive composition to be used is appropriately adjusted depending on the desired film thickness. What is necessary is just to select the film thickness of a conductive film suitably according to a use.
  • the resistance value and the light transmittance are important.
  • the preferred resistance value is in the range of 0.001 to 100,000 ⁇ / ⁇ , more preferably in the range of 0.1 to 10,000 ⁇ / ⁇ . It is.
  • the light transmittance is in the range of about 40% to 100%, preferably 50 to 100%, more preferably 60 to 100% at 550 nm. In order to satisfy these, the film thickness is appropriately adjusted in consideration of the concentration of each component.
  • the onium salt compound After film formation, doping is performed by applying external energy to the film by irradiating active energy rays or heating the film.
  • the onium salt compound generates a radical species of an acid or a precursor thereof, and this acid or radical species acts as a dopant and simultaneously causes a polymerization reaction (film curing reaction) of the polymerizable compound.
  • radical species are generated from a compound that generates radicals by the application of the external energy, and doping is performed by the radical species.
  • the conductive composition contains a radical polymerizable compound
  • the generated radical species causes a polymerization reaction (film curing reaction) of the polymerizable compound.
  • Active energy rays include radiation and electromagnetic waves, and radiation includes particle beams (high-speed particle beams) and electromagnetic radiation.
  • Particle rays include alpha rays ( ⁇ rays), beta rays ( ⁇ rays), proton rays, electron rays (which accelerates electrons with an accelerator regardless of nuclear decay), charged particle rays such as deuteron rays, Examples of the electromagnetic radiation include gamma rays ( ⁇ rays) and X-rays (X rays, soft X rays).
  • electromagnetic waves examples include radio waves, infrared rays, visible rays, ultraviolet rays (near ultraviolet rays, far ultraviolet rays, extreme ultraviolet rays), X-rays, and gamma rays.
  • the line type used in the present invention is not particularly limited.
  • an electromagnetic wave having a wavelength near the maximum absorption wavelength of the onium salt compound (acid generator) to be used may be appropriately selected.
  • the maximum is 240 to 1100 nm, preferably 300 to 850 nm, more preferably 350 to 670 nm. It is a light ray having absorption.
  • a radiation or electromagnetic wave irradiation device For irradiation with active energy rays, a radiation or electromagnetic wave irradiation device is used.
  • the wavelength of the radiation or electromagnetic wave to be radiated is not particularly limited, and a radiation or electromagnetic wave in a wavelength region corresponding to the sensitive wavelength of the onium salt compound or the radical generating compound to be used may be selected.
  • Equipment that can irradiate radiation or electromagnetic waves includes LED lamps, high-pressure mercury lamps, ultra-high-pressure mercury lamps, deep UV lamps, low-pressure UV lamps and other mercury lamps, halide lamps, xenon flash lamps, metal halide lamps, ArF excimer lamps, and KrF excimer lamps.
  • the ultraviolet irradiation can be performed using a normal ultraviolet irradiation apparatus, for example, a commercially available ultraviolet irradiation apparatus for curing / adhesion / exposure (USHIO Inc. SP9-250UB, etc.).
  • the exposure time and the amount of light may be appropriately selected in consideration of the type of onium salt compound used and the compound that generates radicals and the doping effect. Specifically, it may be performed at a light amount of 10 mJ / cm 2 to 10 J / cm 2 , preferably 50 mJ / cm 2 to 5 J / cm 2 .
  • Doping by heating may be performed by heating the base material (film formation) coated with the conductive composition at a temperature higher than the temperature at which the onium salt compound or radical generating compound generates acid or radical.
  • the heating temperature is preferably 50 ° C to 200 ° C, more preferably 70 ° C to 150 ° C.
  • the heating time is preferably 1 minute to 60 minutes, more preferably 3 minutes to 30 minutes.
  • the conductive composition contains a polymerizable compound
  • a heating step for accelerating and completing the curing of the polymerizable compound (after it is preferable to provide a heating step.
  • the heating temperature is 60 to 150 ° C., preferably 80 to 120 ° C., and the heating time is 1 to 20 minutes, preferably 2 to 5 minutes.
  • the base material used for the production of the conductive film of the present invention that is, the base material provided in the conductive laminate of the present invention can be selected according to the use after the conductive film of the present invention is formed.
  • a base material is not restricted to plate shape, For example, what has a curved surface and what has unevenness
  • compression-bonding surface of an electroconductive film can be used suitably.
  • this electrode material transparent electrodes such as ITO and ZnO, metal electrodes such as silver, copper, gold, and aluminum, carbon materials such as CNT and graphene, organic materials such as PEDOT / PSS, and the like can be used.
  • the substrate When heating or light irradiation is performed after coating and film formation, it is preferable to select a substrate that is not easily affected by these stimuli.
  • the substrate that can be used in the present invention include substrates such as glass, transparent ceramics, metals, and plastic films. Glass and transparent ceramics lack flexibility compared to metal and plastic films. Further, when the metal and the plastic film are compared in price, the plastic film is preferable because it is less expensive and has flexibility.
  • a resin film is preferable, and in particular, a polyester resin (hereinafter, appropriately referred to as “polyester”), a polycycloolefin resin, a polyimide resin, a polycarbonate resin, Polyether resins and polysulfide resins are preferred.
  • the polyester is preferably a linear saturated polyester synthesized from an aromatic dibasic acid or an ester-forming derivative thereof and a diol or an ester-forming derivative thereof.
  • Polycycloolefin films such as rate, polyester films such as polyester films of bisphenol A and iso and terephthalic acid, product names ZEONOR film (manufactured by Nippon Zeon), ARTON film (manufactured by JSR), Sumilite FS1700 (manufactured by Sumitomo Bakelite) , Product name Kapton (made by Toray DuPont), Apical (made by Kaneka), Ubilex (made by Ube Industries), Pomilan (made by Arakawa Chemical Co., Ltd.), and the product name Pure Ace Polycarbonate film such as Teijin Chemicals Co., Ltd., Elmec (manufactured by Kaneka), polyether ether ketone film such as product name Sumilite FS1100 (manufactured by Sumitomo Bakelite), polyphenyl sulfide film such as product name Torelina (manufactured by Toray Industries, Inc.) Is mentioned.
  • ZEONOR film manufactured by Nippon Ze
  • polyethylene terephthalate polyethylene naphthalate
  • various polyimides polycarbonate films, and the like are preferable from the viewpoints of availability, preferably heat resistance of 100 ° C. or higher, economy, and effects.
  • the substrate used in the present invention preferably contains an additive such as an ultraviolet absorber.
  • an ultraviolet absorber an oxazole, triazine, stilbene, or coumarin absorber can be suitably used.
  • the substrate may be a single layer made of a single material, or may have a structure of two or more layers made of different materials.
  • the thickness of the resin film used here is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose of use of the film, but in general, a resin film having a thickness of 5 to 500 ⁇ m is preferably used.
  • the conductive composition of the present invention has the advantage that the CNTs are excellent in dispersibility and contain few defects, and the types and contents of CNTs, conductive polymers, onium salt compounds, polymerizable compounds, etc. By appropriately adjusting the thickness, a conductive film having a high conductivity of about 10 to 2000 S / cm can be obtained. Therefore, the conductive composition, conductive film, and conductive laminate of the present invention are used for transparent electrodes, capacitors, capacitors, secondary batteries, etc. used in various display elements typified by liquid crystal displays and solar cells.
  • Thermoelectric conversion materials used for environmental power generation such as solar power generation, hot water power generation, power generation using exhaust heat from electronic devices, sensor networks and health monitors using temperature differences between outside air and body temperature, etc. It is useful as a thermoelectric conversion element.
  • the conductive composition of the present invention has excellent thermoelectric conversion performance in addition to high conductivity, and can be suitably used as a thermoelectric conversion material.
  • a conductive film using the composition can be used as a thermoelectric conversion layer of a thermoelectric conversion element, and a conductive laminate including a conductive film and an electrode on a substrate can be used as a thermoelectric conversion element.
  • the thermoelectric conversion element of the present invention is not particularly limited as long as it includes the conductive film of the present invention or the conductive laminate of the present invention, and the configuration thereof is not particularly limited. It is preferable to have the thermoelectric conversion layer containing these and the electrode which electrically connects these.
  • thermoelectric conversion element of the present invention examples include the structure of the element (1) shown in FIG. 1 and the element (2) shown in FIG.
  • the element (1) shown in FIG. 1 includes a pair of electrodes including a first electrode (13) and a second electrode (15) on a first base (12), and a thermoelectric conversion layer between the electrodes. It is an element provided with the electroconductive film of this invention as (14).
  • the second electrode (15) is disposed on the surface of the second base material (16), and the first base material (12) and the second base material (16) are arranged on the outer sides of the metal facing each other.
  • a plate (17) is provided.
  • thermoelectric conversion element of the present invention may be provided with the conductive laminate of the present invention.
  • the substrate constituting the conductive laminate of the present invention is the first substrate (12 , 22). That is, it is preferable that the various electrode materials mentioned above are provided on the base material surface (pressure-bonding surface with the thermoelectric conversion material) of the conductive laminate of the present invention.
  • thermoelectric conversion material layer One surface of the formed thermoelectric conversion material layer (conductive film) is covered with a base material.
  • a thermoelectric conversion element is prepared using this layer, the other surface is also provided with a base material (second film).
  • the base material (16, 26) is preferably pressure-bonded from the viewpoint of protecting the film.
  • the pressure bonding between the second base material and the thermoelectric conversion material layer is preferably performed by heating to about 100 ° C. to 200 ° C. from the viewpoint of improving adhesion.
  • the thickness of the thermoelectric conversion layer is preferably 0.1 ⁇ m to 1000 ⁇ m, and more preferably 1 ⁇ m to 100 ⁇ m.
  • a thin film thickness is not preferable because it is difficult to provide a temperature difference and the resistance in the film increases.
  • the thickness of the first and second base materials is preferably 30 to 3000 ⁇ m, and preferably 100 to 1000 ⁇ m, from the viewpoints of handleability and durability.
  • the conversion layer may be applied and formed in one organic layer, and the element can be easily manufactured.
  • the thermoelectric conversion material of the present invention it is possible to increase the film thickness by about 100 to 1000 times compared with the element for organic thin film solar cells, and the chemical stability against oxygen and moisture in the air is improved. To do.
  • thermoelectric power generation article of the present invention includes an object, a device, a machine, an instrument, and the like that perform thermoelectric conversion using the thermoelectric conversion element of the present invention. More specifically, generators such as a hot spring thermal generator, a solar thermal generator, a waste heat generator, a power source for wristwatches, a semiconductor driving power source, a power source for small sensors, and the like can be given.
  • generators such as a hot spring thermal generator, a solar thermal generator, a waste heat generator, a power source for wristwatches, a semiconductor driving power source, a power source for small sensors, and the like can be given.
  • Example 1 10 mL of o-dichlorobenzene is added to 12 mg of CNT (single-walled carbon nanotube: ASP-100F, manufactured by Hanwha Nanotech, purity 95%) and 20 mg of the conductive polymer 1 shown below, and 20 minutes with a mechanical stirrer. Stir. Then, CNT dispersion liquid of dichlorobenzene was obtained by ultrasonically dispersing for 10 minutes at 30 ° C. using an ultrasonic cleaning machine (US-2 manufactured by Iuchi Seieido Co., Ltd., output 120 W, indirect irradiation).
  • an ultrasonic cleaning machine US-2 manufactured by Iuchi Seieido Co., Ltd., output 120 W, indirect irradiation.
  • a dichlorobenzene dispersion of the conductive composition was applied onto the glass substrate with a spin coater, and then dried for 3 hours at room temperature under vacuum conditions to form a conductive film having a thickness of about 1 ⁇ m. Thereafter, ultraviolet irradiation (light quantity: about 500 mJ / cm 2 ) was performed with an ultraviolet irradiation machine (Egraphics Co., Ltd., ECS-401GX) as appropriate, and post-heating treatment was performed at 80 ° C. for 2 minutes.
  • the conductivity, thermoelectric conversion performance (ZT), film formability, and strength of the obtained film were measured and evaluated by the following methods. The results are shown in Table 1 below.
  • thermoelectric conversion performance The obtained conductive film was evaluated for Seebeck coefficient (unit: ⁇ V / K) and conductivity (unit: S / cm) at 100 ° C. using a thermoelectric property measuring apparatus (OZawa Scientific Co., Ltd .: RZ2001i). did. Subsequently, the thermal conductivity (unit: W / mK) was calculated using a thermal conductivity measuring device (Eihiro Seiki Co., Ltd .: HC-074). Using these values, the ZT value at 100 ° C. was calculated according to the mathematical formula (A), and this value was used as the thermoelectric conversion performance value.
  • the obtained conductive film was subjected to a pencil hardness test in accordance with JIS K5600-4. The results are shown in Table 1.
  • the allowable range of hardness is HB or more, and preferably H or more.
  • a film having an evaluation result of B is not preferable because scratches may occur when the film is handled.
  • the pencil used was UNI (registered trademark) manufactured by Mitsubishi Pencil Co., Ltd.
  • Examples 2-18 A conductive film was produced in the same manner as in Example 1 except that the types of conductive polymer, onium salt compound, and polymerizable compound were changed as shown in Table 1, and the conductivity and thermoelectric conversion performance (ZT) The film forming property and the film strength were evaluated. The results are shown in Table 1.
  • Example 19 Instead of mechanical stirring 20 minutes in Example 1 and subsequent ultrasonic cleaning machine (US-2 manufactured by Inoue Seieido Co., Ltd., output 120 W, indirect irradiation) for 10 minutes, an ultrasonic crusher (Tokyo Rika Instruments Co., Ltd.) VCX-502 manufactured by Co., Ltd., output 250 W, direct irradiation) A conductive film was produced on a glass substrate in the same manner as in Example 1 except that a CNT dispersion was prepared by stirring for 30 minutes. Table 1 below shows the results obtained by evaluating the conductivity, thermoelectric conversion performance (ZT), film formability, and strength of the coating film in the same manner as in Example 1. The G / D ratio of the dispersion prepared in Example 19 was 12.
  • Example 20 In Example 1, a conductive film was produced on a glass substrate in the same manner as in Example 1 except that no post-heating treatment was performed. This coating film was evaluated for conductivity, thermoelectric conversion performance (ZT), film formability, and strength in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
  • Example 21 and 22 Same as Example 1 except that the addition amounts of CNT / conductive polymer / onium salt compound / total polymerizable compound in Example 1 were changed to 14 mg / 20 mg / 6 mg / 10 mg and 16 mg / 15 mg / 4 mg / 15 mg, respectively. Thus, a conductive film was formed on the glass substrate. This coating film was evaluated in the same manner as in Example 1 for conductivity, thermoelectric conversion performance (ZT), film formability, and strength. The results are shown in Table 1.
  • Comparative Examples 1-6 In Example 1, instead of adding an onium salt compound and a polymerizable compound, CNT and a conductive material were formed on a glass substrate in the same manner as in Example 1 except that no addition or other compounds shown in Table 1 were added. A comparative coating film containing a polymer was prepared. This coating film was evaluated for conductivity, thermoelectric conversion performance (ZT), film formability, and strength in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
  • Conductive polymer having the following repeating unit 1: Poly (3-hexylthiophene) (weight average molecular weight 87,000)
  • Conductive polymer 2 having the following repeating unit: Poly (3-((2 ′′ -ethoxy) -2′-ethoxy) ethoxythiophene) (weight average molecular weight 65,000)
  • Conductive polymer 3 having the following repeating unit: Poly (2,5-bis (3-dodecylthiophenyl) thieno [3,2-b] thiophene) (weight average molecular weight 79,000)
  • Conductive polymer 4 having the following repeating unit: Poly (2,6- (4,4-bis (2-ethylhexyl) -4H-cyclopenta [2,1-b; 3,4-b ′] dithiophene-co -4,7-benzo [c] [1,2,5] thiadiazole) (weight average molecular weight 48,000)
  • Conductive polymer 5 having the following repeating unit: Poly (2,6-bis (3-hexylthiophenyl)-(4,4-dihexyldithieno [3,2-b; 2 ′, 3′-d] Silole) (weight average molecular weight 52,000)
  • Conductive polymer 6 having the following repeating unit: Poly (2-methoxy-5- (2-ethylhexyloxy) -1,4-phenylenevinylene) (weight average molecular weight 110,000)
  • Polymerizable compound 1 3,4-epoxycyclohexenylmethyl-3 ′, 4′-epoxycyclohexenecarboxylate (Celoxide 2021: manufactured by Daicel UCB Co., Ltd.)
  • Polymerizable compound 2 1,2,8,9-diepoxy limonene (Celoxide 3000: manufactured by Daicel UCB Corporation)
  • Polymerizable compound 3 polyethylene glycol diglycidyl ether (manufactured by Nagase Comtex Co., Ltd.)
  • Polymerizable compound 4 bisphenol A bis (triethylene glycol glycidyl ether) ether (Licar Resin BEO-60E: manufactured by Shin Nippon Rika Co., Ltd.)
  • Polymerizable compound 5 1,4-bis [(3-ethyl-3-oxetanylmethoxy) methyl] benzene (OXT-121: manufactured by Toagosei Co
  • the conductive films of Examples 1 to 22 formed using a composition containing CNT, a conductive polymer, an onium salt compound, and a polymerizable compound have high conductivity and good properties.
  • the film strength was excellent.
  • Comparative Examples 1 to 5 in which no onium salt compound was used the conductivity and thermoelectric conversion performance were greatly reduced.
  • Comparative Examples 3 to 5 using conventional dopants such as acid and metal halogen the film forming property was inferior.
  • Comparative Example 1 in which no dopant was added, Comparative Examples 2 to 3 in which iodine or metal halogen was used as a dopant, and Comparative Example 6 in which no polymerizable compound was contained resulted in poor film strength.
  • Example 23 10 mL of o-dichlorobenzene is added to 12 mg of CNT (single-walled carbon nanotube: ASP-100F, manufactured by Hanwha Nanotech, purity 95%) and 20 mg of the above conductive polymer 1, and stirred for 20 minutes with a mechanical stirring device. did. Then, CNT dispersion liquid of dichlorobenzene was obtained by ultrasonically dispersing for 10 minutes at 30 ° C. using an ultrasonic cleaning machine (US-2 manufactured by Iuchi Seieido Co., Ltd., output 120 W, indirect irradiation).
  • a dichlorobenzene dispersion of the conductive composition 8 mg was added at room temperature to prepare a dichlorobenzene dispersion of the conductive composition.
  • the G / D ratio of this dispersion was measured by the following method and found to be 65.
  • a glass substrate having a thickness of 1.1 mm and a size of 40 mm ⁇ 50 mm was ultrasonically cleaned in acetone, followed by UV-ozone treatment for 10 minutes.
  • a dichlorobenzene dispersion of the conductive composition was applied onto the glass substrate with a spin coater, and then dried for 3 hours at room temperature under vacuum conditions to form a conductive film having a thickness of about 1 ⁇ m.
  • Examples 24-33 A conductive film was produced and evaluated in the same manner as in Example 23 except that the type of the conductive polymer and the compound generating radicals was changed as shown in Table 2. The results are shown in Table 2.
  • Example 34 Instead of the mechanical stirring 20 minutes in Example 23 and the subsequent ultrasonic cleaning machine (US-2 manufactured by Iuchi Seieido Co., Ltd., output 120 W, indirect irradiation) for 10 minutes, an ultrasonic crusher (Tokyo Rika Instruments Co., Ltd.) VCX-502 manufactured by Co., Ltd., output 250 W, direct irradiation) A conductive film was produced on a glass substrate in the same manner as in Example 1 except that a CNT dispersion was prepared by stirring for 30 minutes. The obtained conductivity was evaluated by the same method as in Example 23 for conductivity, film formability, thermoelectric conversion performance, and film strength, and the G / D ratio was evaluated. The results are shown in Table 2. The G / D ratio of the dispersion was 12.
  • Examples 35-38 Except for changing the type of the conductive polymer and the compound generating radicals as shown in Table 2, 10 mg of the radical polymerizable compound shown below was further added to the dichlorobenzene dispersion prepared in the same manner as in Example 23.
  • a conductive film having a thickness of about 1 ⁇ m was formed on the glass substrate.
  • ultraviolet irradiation (light quantity: about 1 J / cm 2 ) was performed with an ultraviolet irradiation machine (ECS-401GX, manufactured by Eye Graphics Co., Ltd.), and post-heating treatment was performed at 80 ° C. for 2 minutes.
  • ECS-401GX ultraviolet irradiation machine
  • post-heating treatment was performed at 80 ° C. for 2 minutes.
  • the conductivity, film formability, thermoelectric conversion performance, and film strength of the obtained film were evaluated in the same manner as in Example 23. The results are shown in Table 2.
  • Example 39 A conductive film was produced on a glass substrate in the same manner as in Example 13 except that no post-heating treatment was performed in Example 35, and the conductivity, film formability, and thermoelectric conversion performance were the same as in Example 23. The film strength was evaluated. The results are shown in Table 2.
  • Example 40 and 41 Each addition amount of CNT / conductive polymer / radical generating compound in Example 23 was 14 mg / 20 mg / 6 mg, and CNT / conductive polymer / radical generating compound / radical polymerizable compound in Example 35 A conductive film was produced on a glass substrate in the same manner as in Example 23 except that the amount of each of was changed to 14 mg / 15 mg / 6 mg / 15 mg. This coating film was evaluated in the same manner as in Example 23. The results are shown in Table 2, respectively.
  • Comparative Examples 7-11 In Example 23, CNT and a conductive polymer were formed on a glass substrate in the same manner as in Example 23 except that, instead of adding a compound that generates radicals, no addition or addition of another compound shown in Table 2 was added. A comparative coating film was prepared. With respect to this coating film, the electrical conductivity, film formability, thermoelectric conversion performance, and film strength were evaluated in the same manner as in Example 23. The results are shown in Table 2.
  • Polymerizable compound 9 Polyethylene glycol dimethacrylate polymerizable compound 10: EO adduct of bisphenol A diacrylate polymerizable compound 11: xylylene-1,3-bisacrylamide polymerizable compound 12: diphenylmethane-4,4′-diisocyanate and 2 Equivalent adduct of 2-hydroxyethyl methacrylate
  • the conductive films of Examples 23 to 34 and 40 formed using a composition containing CNT, a conductive polymer, and a compound that generates radicals have high conductivity and good properties. Film forming property and good thermoelectric conversion performance. Furthermore, in the conductive films of Examples 35 to 38 and 41, which were formed using a composition to which a radical polymerizable compound was added and post-heated, high conductivity, good film formability, good thermoelectric conversion performance And excellent film strength. On the other hand, in Comparative Examples 7 to 11 where no radical generating compound was used as the dopant, the conductivity and thermoelectric conversion performance were greatly reduced. In Comparative Examples 9 to 11 using conventional dopants such as acid and metal halogen, the film forming property was inferior. Furthermore, in Comparative Examples 7, 8, and 10 containing no polymerizable compound, the film strength was inferior.

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Abstract

 (A-1)カーボンナノチューブ、(B-1)導電性高分子、(C-1)オニウム塩化合物、及び(D-1)重合性化合物を含有する導電性組成物、当該組成物を用いてなる導電性膜、当該導電性膜を備える導電性積層体、当該該導電性膜又は導電性積層体を含む熱電変換素子、及び当該熱電変換素子を用いた熱電発電物品。

Description

導電性組成物、並びにこれを用いた導電性膜及び導電性積層体
 本発明は、導電性組成物、並びにこれを用いた導電性膜及び導電性積層体に関する。また、本発明は導電性膜及び導電性積層体の製造方法に関する。さらに、本発明は当該組成物を用いた熱電変換材料、及び当該導電性膜又は導電性積層体を用いた熱電変換素子に関する。
 近年、エレクトロニクス分野の発展にともなって、新しいエレクトロニクス材料が次々と研究・開発されている。カーボンナノチューブやグラフェン等の新しいナノカーボン材料もその1つである。これらは、その特性が研究され、高い電気伝導性ゆえに従来の金属系材料に代わる新たな導電性材料として、開発と応用研究が進んでいる。
 一方、液晶ディスプレイ(LCD)、プラズマディスプレイ(PDP)、エレクトロルミネッセンス(EL)素子などに代表される画像表示素子(ディスプレイ)は、テレビやコンピューターをはじめ、近年普及してきた各種モバイル装置など、様々な分野に適用され目覚ましい発展を遂げている。また、近年では、地球環境に配慮し化石エネルギーから再生可能エネルギーへの移行が検討されており、例えば太陽光発電、風力発電、波力発電、振動発電、熱電変換の普及とこれらの性能の向上とが求められてきている。
このような中で、熱電変換材料及び素子は、太陽熱発電、地熱発電、温水熱発電、工業炉や自動車などからの排熱を利用した発電等、未利用の膨大な熱エネルギーを活用できる点で、注目されてきている。
 このような表示素子や熱電変換材料・素子には、その性能に関わる部材として、導電材料が使用されている。例えば、前者ではITO(インジウムスズオキサイド)等の金属系材料を用いた透明導電膜が使用されている。この透明導電膜は通常、金属系材料をガラス基板上に真空蒸着法やスパッタリング法などの気相法により成膜して製造される。しかし、気相法による製造では、工程の条件制御が容易でなく、製造装置等にも多額のコストがかかり、製膜の大面積化も困難である。
 また、電気機器、例えば携帯電話やモバイル機器等については、軽量化やフレキシブル化への要請が大きい。そのため、基板材料をガラスからプラスチックへ移行することが検討されている。プラスチック基板を用いれば、表示装置の重量をガラス基板の場合の半分以下とすることも可能であり、また、強度や耐衝撃性を著しく向上させることもできる。しかし、従来の気相法による製造では基板に耐熱性が要求されるため、プラスチック基板では耐熱性が不足する。また、形成された被膜の基板に対する密着性が低下して剥がれ易い等の問題を生じていた。
 一方、熱電変換材料や素子においては、これに用いる導電材料の導電性の向上が課題となっている。熱電変換に係る性能指数ZTは式(A)で示され、性能向上には熱起電力と共に、導電率の向上が重要となる。
 
    性能指数ZT=S・σ・T/κ   (A)
     S(V/K):熱起電力(ゼーベック係数) σ(S/m):導電率  
     κ(W/mK):熱伝導率  T(K):絶対温度
 
 熱電変換材料としては、従来、無機材料が主に研究され、例えばビスマス・テルル系化合物、鉛・テルル系化合物、亜鉛・アンチモン系化合物、スクッテルダイト系化合物(CoSb、FeSb等)、クラスレート系化合物(Si系、Ge系等)、ホイスラー系化合物(FeVAl、TiNiSn等)、シリサイド系化合物(FeSi、MgSi等)、ホウ素系化合物、層状酸化物系化合物等が開発され、使用されている。熱電変換材料・素子においても、上記表示素子同様、軽量化やフレキシブル化への要請があり、有機材料への期待が大きく、代表的には導電性高分子が研究されている(例えば、特許文献1~3、非特許文献1、2)。有機材料では無機材料と比較して、式(A)における熱伝導率κが低い点で有利であるが、導電率σが大きく低下することが課題であった。
 有機材料の導電率を向上させる手段として、カーボンナノチューブ(以下、CNTと略記する)の使用が検討されている(例えば、非特許文献3、4)。CNTを含有する導電性材料を、有機系素材をベースに調製できれば、スピンコート等の塗布方法による製膜が可能なため、高温や真空条件を必須とせず、製造工程が簡便で、製造コストを抑えることができる。プラスチック等の材料が基板として利用可能なため、素子の軽量化、フレキシブル化に対応でき、加えて強度や耐衝撃性を著しく向上させることもできる。また、大面積フィルム等の製造にも適する。このような利点から、CNTを用いた新しい導電性材料の開発、実用化が進められており、熱電変換材料への応用も期待されている。
 一方、CNTの導電性材料への利用にあたっては、その液分散性が解決すべき問題点とされている。例えば、CNTを用いて薄膜を形成する場合、CNTを水や有機溶剤等の媒体に分散させる必要がある。しかしCNTは凝集しやすく分散が容易ではない。そのため、分散剤を添加することでCNTの分散性を向上させ、得られた分散液を塗布・成膜することが行われている(例えば、非特許文献5、6参照)。分散剤によりCNTの分散性を向上させる具体的な方法としては、ドデシルスルホン酸ナトリウムなどの界面活性剤を含有する水溶液に分散させる方法(例えば、特許文献4参照)、陽イオン性界面活性剤、陰イオン性界面活性剤、非イオン性界面活性剤を用いる方法(特許文献5参照)、アニオン性分散剤を使用する方法(特許文献6参照)、などが提案されている。
 しかしながら、これらの分散方法は水系媒体への分散に限定され、分散時にCNTに欠陥が生じることがあった。また、CNT表面に非導電性の分散剤が付着すると、CNT本来の導電性や半導体特性が損なわれ、性能が低下するという問題もあった(非特許文献7参照)。
 これに対し、CNTとの間で電荷の移動が可能な共役系重合体、所謂、導電性高分子を用いて、当該重合体の溶液にCNTを分散させ、分散性を高める方法が提案されている(例えば、特許文献7~11、非特許文献8参照)。しかし、当該方法でも、CNT本来の高い導電性を十分に発揮させることは難しい。
 またCNTと併用する有機素材との相容性が必ずしも十分ではなく、生成した塗膜の耐久性、耐摩耗性を向上させることが課題であった。
特開平2000-323758号公報 特開平2001-326393号公報 特開平2002-100815号公報 特開平6-228824号公報 特開2008-24523号公報 特開2009-242144号公報 特開2003-96313号公報 特開2004-195678号公報 特開2005-89738号公報 特開2006-265534号公報 特開2010-18696号公報
日本熱電学会誌、第6巻、第1号、第8頁(2009年) 機能材料、2009年2月号(第29巻、第2号)、第38頁 ACS Nano 第4巻(第1号)、第513頁(2010年) J.PolymerScience Part B:Polymer Physics 第49巻、第467頁(2011年) Chemistry A European Journal 第12巻、第7595頁、2006年 Nano Letters 第3巻、第269頁、2003年 Advanced Materials 第21巻、第1頁、2009年 Advanced Materials 第20巻、第4433頁、2008年
 本発明は、導電性高分子を含有し、CNTの分散性が良好で優れた塗布性を示す導電性組成物であって、導電性と、膜質ないし耐久性のいずれも優れる導電性膜の製造に好適な導電性組成物の提供を課題とする。
 また、本発明は、当該組成物を用いて形成される、導電性と、膜質ないし耐久性のいずれにも優れる導電性膜、この導電性膜を備える導電性積層体、当該該導電性膜又は導電性積層体を含む熱電変換素子、及び当該熱電変換素子を用いた熱電発電物品を提供することを課題とする。
 また、本発明は、導電性と、膜質ないし耐久性のいずれにも優れる導電性膜及び導電性積層体の製造方法を提供することを課題とする。
 本発明者らは、上記課題に鑑み鋭意検討を行った。その結果、CNT及び導電性高分子とともに、オニウム塩化合物を含有させた組成物では、特定の外部エネルギーを付与することでオニウム塩化合物が酸を生じて優れたドーパントとして機能することを見い出した。さらに、この組成物では、CNTの欠陥が抑えられ、CNTが本来有する高い導電性も維持されており、当該組成物を用いることでより導電性のより高い材料が得られることを見い出した。
 また、通常用いられる酸や金属塩のドーパントでは、相溶性が十分でなく導電性高分子やCNTの凝集が促進されるが、オニウム塩化合物をドーパントに用いれば、特定の外部エネルギーを付与しない限り酸の発生が抑えられ、その結果、組成物中における導電性高分子やCNTの凝集を抑制でき、組成物の塗布性に優れることを見い出した。
 さらに、上記組成物に重合性化合物を添加すると、外部エネルギーの付与によりオニウム塩化合物から生じた酸又は酸の前駆体のラジカル種により重合反応が開始され、膜を硬化させることができ、優れた導電性を維持しながら耐久性を大きく向上させた導電材料が得られることを見い出した。
 また、上記組成物により形成した導電性膜は、熱電変換材料として好適であることを見い出した。
 また、本発明者らは、CNT及び導電性高分子とともに、ラジカルを発生する化合物を配合することで、CNTや導電性高分子中での電荷移動がスムーズに起こって導電性や半導体特性を低下させることがなく、CNTが本来有する高い導電性が発揮された導電性組成物が得られることを見い出した。さらに、当該組成物により形成した導電性膜は、熱電変換材料として好適であることを見い出した。
 また、当該組成物にさらにラジカル重合性化合物を加えることで、強度や耐久性が向上した導電性膜が得られることを見い出した。
 本発明は、これらの知見に基づき完成されるに至ったものである。
 すなわち、上記の課題は以下の手段により達成された。
<1>(A-1)カーボンナノチューブ、(B-1)導電性高分子、(C-1)オニウム塩化合物、及び(D-1)重合性化合物を含有する導電性組成物。
<2>(C-1)オニウム塩化合物が、(A-1)カーボンナノチューブ及び/又は(B-1)導電性高分子に対し、酸化能を有する化合物である、前記<1>記載の導電性組成物。
<3>(C-1)オニウム塩化合物が、熱又は活性エネルギー線照射の付与により酸を発生する化合物である、前記<1>又は<2>記載の導電性組成物。
<4>(C-1)オニウム塩化合物が、下記一般式(I)~(V)のいずれかで表される化合物の1種又は2種以上である、前記<1>~<3>のいずれかに記載の導電性組成物。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
 (一般式(I)~(V)中、R21~R23、R25~R26及びR31~R33は、それぞれ独立に直鎖、分岐又は環状のアルキル基、アラルキル基、アリール基、芳香族へテロ環基を表す。R27~R30は、それぞれ独立に水素原子、直鎖、分岐又は環状のアルキル基、アラルキル基、アリール基、芳香族へテロ環基、アルコキシ基、アリールオキシ基を表す。R24は、直鎖、分岐又は環状のアルキレン基、アリーレン基を表す。
 Xは、強酸のアニオンを表す。
 一般式(I)におけるR21~R23のいずれか2つの基、一般式(II)におけるR21及びR23、一般式(III)におけるR25及びR26、一般式(IV)におけるR27~R30のいずれか2つの基、及び一般式(V)におけるR31~R33のいずれか2つの基は、各一般式中において互いに結合して脂肪族環、芳香族環、又はヘテロ環を形成してもよい。)
<5>前記一般式(I)~(V)において、Xがアリールスルホン酸のアニオン、パーフルオロアルキルスルホン酸のアニオン、過ハロゲン化ルイス酸のアニオン、パーフルオロアルキルスルホンイミドのアニオン、又は、アルキルもしくはアリールボレートアニオンである、前記<4>記載の導電性組成物。
<6>(D-1)重合性化合物が2個以上のカチオン重合性基を有する化合物である、前記<1>~<5>のいずれかに記載の導電性組成物。
<7>(D-1)重合性化合物のカチオン重合性基が、エポキシ基、オキセタン基、及び/又はビニルエーテル基である、前記<6>に記載の導電性組成物。
<8>溶媒を含む、前記<1>~<7>のいずれかに記載の導電性組成物。
<9>導電性組成物の全固形分中に、(A-1)カーボンナノチューブを3~50質量%、(B-1)導電性高分子を30~80質量%、(C-1)オニウム塩化合物を1~50質量%、(D-1)重合性化合物を5~50質量%含有する、前記<1>~<8>のいずれかに記載の導電性組成物。
<10>熱電変換用である、前記<1>~<9>のいずれかに記載の導電性組成物。
<11>(A-2)カーボンナノチューブ、(B-2)導電性高分子、及び(C-2)活性エネルギー線照射又は熱の付与によりラジカルを発生する化合物を含有する導電性組成物。
<12>前記(C-2)のラジカルを発生する化合物が、活性エネルギー線照射又は熱の付与により、(A-2)カーボンナノチューブ及び/又は(B-2)導電性高分子に対し、酸化能を有する化合物である、前記<11>記載の導電性組成物。
<13>前記(C-2)のラジカルを発生する化合物が、(a)芳香族カルボニル化合物、(b)アシルホスフィン化合物、(c)有機過酸化物、(d)活性エステル化合物、(e)ヘキサアリールビイミダゾール化合物、(f)ジスルホン化合物、(g)ボレート化合物、(h)メタロセン化合物、(i)ハロアルキル基を有する化合物からなる群より選択される少なくとも1種の化合物である、前記<11>又は<12>記載の導電性組成物。
<14>(D-2)ラジカル重合性化合物を含有する、前記<11>~<13>のいずれかに記載の導電性組成物。
<15>前記(D-2)ラジカル重合性化合物が2個以上のラジカル重合性基を有する化合物である、前記<14>記載の導電性組成物。
<16>溶媒を含む、前記<11>~<15>のいずれかに記載の導電性組成物。
<17>導電性組成物の全固形分中に、(A-2)カーボンナノチューブを3~50質量%、(B-2)導電性高分子を30~80質量%、(C-2)ラジカルを発生する化合物を1~20質量%含有する、前記<11>~<16>のいずれかに記載の導電性組成物。
<18>熱電変換用である、前記<11>~<17>のいずれかに記載の導電性組成物。
<19>前記<1>~<18>のいずれかに記載の導電性組成物を用いてなる導電性膜。
<20>重合性化合物を構成成分とする重合体を含む、前記<19>に記載の導電性膜。
<21>基材と、該基材上に設けられた前記<19>又は<20>に記載の導電性膜を備えた導電性積層体。
<22>基材が樹脂フィルムである前記<21>に記載の導電性積層体。
<23>前記<19>もしくは<20>に記載の導電性膜、又は前記<21>もしくは<22>に記載の導電性積層体を用いた熱電変換素子。
<24>電極を有する、前記<23>に記載の熱電変換素子。
<25>前記<23>又は<24>に記載の熱電変換素子を用いた熱電発電物品。
<26>前記<1>~<18>のいずれかに記載の導電性組成物を用いて成膜する工程を含む、導電性膜又は導電性積層体の製造方法。
<27>前記成膜工程が、導電性組成物を基材上に塗布する工程を含む、前記<26>に記載の製造方法。
<28>成膜後に加熱又は活性エネルギー線照射を行う工程を含む、前記<26>又は<27>に記載の製造方法。
<29>加熱又は活性エネルギー線の照射後に、60~150℃で1~20分間加熱する工程を含む、前記<28>に記載の製造方法。
 本明細書において、前記<1>~<10>に記載の導電性組成物、当該導電性組成物を用いてなる導電性膜、当該導電性膜を備えた導電性積層体、当該導電性積層体を用いた熱電変換素子、及び、当該熱電変換素子を用いた熱電変換物品に関する発明を、本発明の第1の実施形態という。
 また、本明細書において、前記<11>~<18>に記載の導電性組成物、当該導電性組成物を用いてなる導電性膜、当該導電性膜を備えた導電性積層体、当該導電性積層体を用いた熱電変換素子、及び、当該熱電変換素子を用いた熱電変換物品に関する発明を、本発明の第2の実施形態という。
 本明細書において、実施形態を特定せずになされた説明は、第1の実施形態及び第2の実施形態の双方に共通する態様の説明である。例えば、「本発明の導電性組成物」、「本発明の導電性膜」、「本発明の導電性積層体」、「本発明の熱電変換素子」、「本発明の熱電変換物品」との用語を用いてなされた説明は、第1の実施形態と第2の実施形態の双方に共通する説明である。
 本発明の導電性組成物は、CNT及び導電性高分子の分散性に優れ、基材上への塗布性等の取り扱いに優れる。また、CNTの有する優れた導電性が損なわれないため、導電性のより優れた導電性膜(フィルム)や導電性積層体の調製に好適に用いることができる。さらに、本発明の導電性組成物が重合性化合物を含有する場合には、当該組成物から得られる導電性膜や導電性積層体は、重合反応により硬化させて耐久性をより高めることができる。
 本発明の導電性膜及び導電性積層体は、より高い導電性とこれに伴う良好な熱電変換性能を備え、さらに耐久性にも優れる。
 本発明の熱電変換素子及び熱電発電物品は、熱電変換効率に優れると同時に高い耐久性を備える。
 本発明の上記及び他の特徴及び利点は、適宜添付の図面を参照して、下記の記載からより明らかになるであろう。
本発明の熱電変換素子の一例を模式的に示す図である。図1中の矢印は素子の使用時に付与される温度差の方向を示す。 本発明の熱電変換素子の一例を模式的に示す図である。図2中の矢印は素子の使用時に付与される温度差の方向を示す。
 まず、本発明の第1の実施形態における導電性組成物の成分組成について説明する。
 本発明の第1の実施形態において、導電性組成物は、(A-1)CNT、(B-1)導電性高分子、(C-1)オニウム塩化合物、及び(D-1)重合性化合物を含有する。本発明の導電性組成物は、溶媒等の他の成分を含んでもよい。
[(A-1)カーボンナノチューブ(CNT)]
 CNTには、1枚の炭素膜(グラフェン・シート)が円筒状に巻かれた単層CNT、2枚のグラフェン・シートが同心円状に巻かれた2層CNT、及び複数のグラフェン・シートが同心円状に巻かれた多層CNTがある。本実施形態においては、単層CNT、2層CNT、多層CNTを各々単独で用いてもよく、2種以上を併せて用いてもよい。特に、導電性及び半導体特性において優れた性質を持つ単層CNT及び2層CNTを用いることが好ましく、単層CNTを用いることがより好ましい。
 単層CNTは、半導体性のものであっても、金属性のものであってもよく、両者を併せて用いてもよい。半導体性CNTと金属性CNTとを両方を用いる場合、組成物中の両者の含有比率は、組成物の用途に応じて適宜調整することができる。例えば、電極用途として用いる場合は、導電性の観点から、金属性CNTの含有比率が高いほうが好ましい。半導体用途として用いる場合は、半導体特性の観点から、半導体性CNTの含有比率が高いほうが好ましい。また、CNTには金属などが内包されていてもよく、フラーレン等の分子が内包されたものを用いてもよい。なお、本発明の導電性組成物には、CNTの他に、カーボンナノホーン、カーボンナノコイル、カーボンナノビーズなどのナノカーボンが含まれてもよい。
 CNTはアーク放電法、化学気相成長法(以下、CVD法という)、レーザー・アブレーション法等によって製造することができる。本発明に用いられるCNTは、いずれの方法によって得られたものであってもよいが、好ましくはアーク放電法及びCVD法により得られたものである。
 CNTを製造する際には、同時にフラーレンやグラファイト、非晶性炭素が副生成物として生じ、また、ニッケル、鉄、コバルト、イットリウムなどの触媒金属も残存する。これらの不純物を除去するために、精製を行うことが好ましい。CNTの精製方法は特に限定されないが、硝酸、硫酸等による酸処理、超音波処理が不純物の除去には有効である。併せて、フィルターによる分離除去を行うことも、純度を向上させる観点からより好ましい。
 精製の後、得られたCNTをそのまま用いることもできる。また、CNTは一般に紐状で生成されるため、用途に応じて所望の長さにカットして用いてもよい。例えば、半導体用途に用いる場合は、素子電極間の短絡を防ぐために、素子電極間の距離よりも短いCNTを使用することが好ましい。CNTは、硝酸、硫酸等による酸処理、超音波処理、凍結粉砕法などにより短繊維状にカットすることができる。また、併せてフィルターによる分離を行うことも、純度を向上させる観点から好ましい。
 本実施形態においては、カットしたCNTだけではなく、あらかじめ短繊維状に作製したCNTも同様に使用できる。このような短繊維状CNTは、例えば、基板上に鉄、コバルトなどの触媒金属を形成し、その表面にCVD法により700~900℃で炭素化合物を熱分解してCNTを気相成長させることによって、基板表面に垂直方向に配向した形状で得られる。このようにして作製された短繊維状CNTは基板から剥ぎ取るなどの方法で取り出すことができる。また、短繊維状CNTはポーラスシリコンのようなポーラスな支持体や、アルミナの陽極酸化膜上に触媒金属を担持させ、その表面にCNTをCVD法にて成長させることもできる。触媒金属を分子内に含む鉄フタロシアニンのような分子を原料とし、アルゴン/水素のガス流中でCVDを行うことによって基板上にCNTを作製する方法でも配向した短繊維状のCNTを作製することもできる。さらには、SiC単結晶表面にエピタキシャル成長法によって配向した短繊維状CNTを得ることもできる。
 本実施形態で用いるCNTの平均長さは特に限定されず、組成物の用途に応じて適宜選択することができる。例えば、本実施形態における導電性組成物を半導体用途に用いる場合、電極間距離にもよるが、製造容易性、成膜性、導電性等の観点から、CNTの平均長さが0.01μm以上1000μm以下であることが好ましく、0.1μm以上100μm以下であることがより好ましい。
 本実施形態で用いるCNTの直径は特に限定されないが、耐久性、透明性、成膜性、導電性等の観点から、0.4nm以上100nm以下であることが好ましく、より好ましくは50nm以下、さらに好ましくは15nm以下である。
[(B-1)導電性高分子]
 本実施形態に用いられる導電性高分子は、共役系の分子構造を有する高分子化合物である。共役系の分子構造を有する高分子とは、高分子の主鎖上の炭素-炭素結合において、一重結合と二重結合とが交互に連なる構造を有している高分子をいう。また、本実施形態で用いる導電性高分子は、必ずしも高分子量化合物である必要はなく、オリゴマー化合物であってもよい。
 前述のCNTとともに当該導電性高分子を用いることで、CNTが組成物中で凝集せず均一に分散され、組成物の塗布性が向上する。また、高い導電性の組成物が得られる。これは、導電性高分子が長く伸びた共役系構造を有するため、当該高分子とCNT間の電荷移動がスムーズであり、その結果、CNT本来の高い導電性や半導体特性を効果的に利用できるためと考えられる。
 本実施形態で用いられる導電性高分子として、具体的には、チオフェン系化合物、ピロール系化合物、アニリン系化合物、アセチレン系化合物、p-フェニレン系化合物、p-フェニレンビニレン系化合物、p-フェニレンエチニレン系化合物、p-フルオレニレンビニレン系化合物、ポリアセン系化合物、ポリフェナントレン系化合物、金属フタロシアニン系化合物、p-キシリレン系化合物、ビニレンスルフィド系化合物、m-フェニレン系化合物、ナフタレンビニレン系化合物、p-フェニレンオキシド系化合物、フェニレンスルフィド系化合物、フラン系化合物、セレノフェン系化合物、アゾ系化合物、金属錯体系化合物、及びこれらの化合物に置換基を導入した誘導体などをモノマーとし、当該モノマーから導かれる繰り返し単位を有する共役系高分子が挙げられる。
 上記の誘導体中の置換基としては特に制限はないが、他の成分との相溶性や用いる媒体の種類等を考慮して、適宜選択して導入することが好ましい。
 例示すると、媒体として有機溶媒を用いる場合、直鎖、分岐又は環状のアルキル基、アルコキシ基、チオアルキル基のほか、アルコキシアルキレンオキシ基、アルコキシアルキレンオキシアルキル基、クラウンエーテル基、アリール基等を好ましく用いることができる。これらの基は、さらに置換基を有してもよい。また、置換基の炭素数に特に制限はないが、好ましくは1~12個、より好ましくは4~12個であり、特に炭素数6~12個の長鎖のアルキル基、アルコキシ基、チオアルキル基、アルコキシアルキレンオキシ基、アルコキシアルキレンオキシアルキル基が好ましい。
 水系の媒体を用いる場合は、各モノマーの末端又は上記置換基にさらに、カルボン酸基、スルホン酸基、水酸基、リン酸基等の親水性基を導入することが好ましい。
 他にも、ジアルキルアミノ基、モノアルキルアミノ基、アミノ基、カルボキシル基、エステル基、アミド基、カルバメート基、ニトロ基、シアノ基、イソシアネート基、イソシアノ基、ハロゲン原子、パーフルオロアルキル基、パーフルオロアルコキシ基などを置換基として導入することができ、好ましい。
 導入されうる置換基の数も特に制限されず、導電性高分子の分散性や相溶性、導電性等を考慮して、1個又は複数個の置換基を適宜導入することができる。
 チオフェン系化合物及びその誘導体から導かれる繰り返し単位を有する共役系高分子としては、ポリチオフェン、チオフェン環に置換基が導入されたモノマーから導かれる繰り返し単位を含む共役系高分子、及びチオフェン環を含む縮合多環構造を有するモノマーから導かれる繰り返し単位を含む共役系高分子が挙げられる。
 チオフェン環に置換基が導入されたモノマーから導かれる繰り返し単位を含む共役系高分子としては、ポリ-3-メチルチオフェン、ポリ-3-ブチルチオフェン、ポリ-3-ヘキシルチオフェン、ポリ-3-シクロヘキシルチオフェン、ポリ-3-(2’-エチルヘキシル)チオフェン、ポリ-3-オクチルチオフェン、ポリ-3-ドデシルチオフェン、ポリ-3-(2’-メトキシエトキシ)メチルチオフェン、ポリ-3-(メトキシエトキシエトキシ)メチルチオフェンなどのポリ-アルキル置換チオフェン類、ポリ-3-メトキシチオフェン、ポリ-3-エトキシチオフェン、ポリ-3-ヘキシルオキシチオフェン、ポリ-3-シクロヘキシルオキシチオフェン、ポリ-3-(2’-エチルヘキシルオキシ)チオフェン、ポリ-3-ドデシルオキシチオフェン、ポリ-3-メトキシ(ジエチレンオキシ)チオフェン、ポリ-3-メトキシ(トリエチレンオキシ)チオフェン、ポリ-(3,4-エチレンジオキシチオフェン)などのポリ-アルコキシ置換チオフェン類、ポリ-3-メトキシ-4-メチルチオフェン、ポリ-3-ヘキシルオキシ-4-メチルチオフェン、ポリ-3-ドデシルオキシ-4-メチルチオフェンなどのポリ-3-アルコキシ置換-4-アルキル置換チオフェン類、ポリ-3-チオヘキシルチオフェン、ポリ-3-チオオクチルチオフェン、ポリ-3-チオドデシルチオフェンなどのポリ-3-チオアルキルチオフェン類が挙げられる。
 なかでも、ポリ-3-アルキルチオフェン類、ポリ-3-アルコキシチオフェン類が好ましい。3位に置換基を有するポリチオフェンに関しては、チオフェン環の2,5位での結合の向きにより異方性が生じる。3-置換チオフェンの重合において、チオフェン環の2位同士が結合したもの(HH結合体:head-to-head)、2位と5位が結合したもの(HT結合体:head-to-tail)、5位同士が結合したもの(TT結合体:tail-to-tail)の混合物になるが、2位と5位が結合したもの(HT結合体)の割合が多いほど、重合体主鎖の平面性が向上し、ポリマー間のπ-πスタッキング構造を形成しやすく、電荷の移動を容易にする上で好ましい。これら結合様式の割合は、H-NMRにより測定することができる。チオフェン環の2位と5位が結合したHT結合体の重合体中における割合は50質量%以上が好ましく、さらに好ましくは70質量%以上、特に90質量%以上のものが好ましい。
 より具体的に、チオフェン環に置換基が導入されたモノマーから導かれる繰り返し単位を含む共役系高分子、及びチオフェン環を含む縮合多環構造を有するモノマーから導かれる繰り返し単位を含む共役系高分子として、下記の化合物が例示できる。なお下記式中、nは10以上の整数を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
 ピロール系化合物及びその誘導体から導かれる繰り返し単位を有する共役系高分子としては、下記の化合物が例示できる。なお下記式中、nは10以上の整数を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
 アニリン系化合物及びその誘導体から導かれる繰り返し単位を有する共役系高分子としては、下記の化合物が例示できる。なお下記式中、nは10以上の整数を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
 アセチレン系化合物及びその誘導体から導かれる繰り返し単位を有する共役系高分子としては、下記の化合物が例示できる。なお下記式中、nは10以上の整数を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006
 p-フェニレン系化合物及びその誘導体から導かれる繰り返し単位を有する共役系高分子としては、下記の化合物が例示できる。なお下記式中、nは10以上の整数を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000007
 p-フェニレンビニレン系化合物及びその誘導体から導かれる繰り返し単位を有する共役系高分子としては、下記の化合物が例示できる。なお下記式中、nは10以上の整数を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000008
 p-フェニレンエチニレン系化合物及びその誘導体から導かれる繰り返し単位を有する共役系高分子としては、下記の化合物が例示できる。なお下記式中、nは10以上の整数を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000009
 上記以外の化合物及びその誘導体から導かれる繰り返し単位を有する共役系高分子としては、下記の化合物が例示できる。なお下記式中、nは10以上の整数を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000010
 上記共役系高分子のなかでも、直鎖状の共役系高分子を用いることが好ましい。このような直鎖状の共役系高分子は、例えば、ポリチオフェン系高分子、ポリピロール系高分子の場合、各モノマーのチオフェン環又はピロール環が、それぞれ2,5位で結合することにより得られる。ポリ-p-フェニレン系高分子、ポリ-p-フェニレンビニレン系高分子、ポリ-p-フェニレンエチニレン系高分子では、各モノマーのフェニレン基がパラ位(1,4位)で結合することにより得られる。
 本実施形態で用いる導電性高分子は、上述の繰り返し単位(以下、この繰り返し単位を与えるモノマーを「第1のモノマー(群)」とも称する)を1種単独で有しても、2種以上を組合わせて有していてもよい。また、第1のモノマーに加えて、他の構造を有するモノマー(以下、「第2のモノマー」と称する)から導かれる繰り返し単位を、併せて有していてもよい。複数種の繰り返し単位からなる高分子の場合、ブロック共重合体であっても、ランダム共重合体であっても、グラフト重合体であってもよい。
 上記第1のモノマーと併用される、他の構造を有する第2のモノマーとしては、フルオレニレン基、カルバゾール基、ジベンゾ[b,d]シロール基、チエノ[3,2-b]チオフェン基、チエノ[2,3-c]チオフェン基、ベンゾ[1,2-b;4,5-b’]ジチオフェン基、シクロペンタ[2,1-b;3,4-b’]ジチオフェン基、ピロロ[3,4-c]ピロール-1,4(2H,5H)-ジオン基、ベンゾ[2,1,3]チアジアゾール-4,8-ジイル基、アゾ基、1,4-フェニレン基、5H-ジベンゾ[b、d]シロール基、チアゾール基、イミダゾール基、ピロロ[3,4-c]ピロール-1,4(2H、5H)-ジオン基、オキサジアゾール基、チアジアゾール基、トリアゾール基等を有する化合物、及びこれらの化合物にさらに置換基を導入した誘導体が挙げられる。導入する置換基としては、上述した置換基と同様のものが挙げられる。
 本実施形態で用いる導電性高分子は、第1のモノマー群から選択された1種又は複数種のモノマーから導かれる繰り返し単位を導電性高分子中、合計で50質量%以上有していることが好ましく、70質量%以上有していることがより好ましく、第1のモノマー群から選択された1種又は複数種のモノマーから導かれる繰り返し単位のみからなることが更に好ましい。特に好ましくは、第1のモノマー群から選択された単一の繰り返し単位のみからなる共役系高分子である。
 第1のモノマー群のなかでも、チオフェン系化合物及び/又はその誘導体から導かれる繰り返し単位を含むポリチオフェン系高分子がより好ましく用いられる。特に、下記の構造式(1)~(5)で表されるチオフェン環、又はチオフェン環含有縮合芳香環構造を繰り返し単位として有するポリチオフェン系高分子が好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000011
 上記構造式(1)~(5)中、R~R11はそれぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、パーフルオロアルキル基、パーフルオロアルコキシ基、アミノ基、チオエーテル基、ポリエチレンオキシ基、エステル基を表し、Yは炭素原子又は窒素原子を表し、nは1または2の整数を表す。また*は、各繰り返し単位の連結部位を表す。
 導電性高分子の分子量は特に限定されず、高分子量のものはもちろん、それ未満の分子量のオリゴマー(例えば重量平均分子量1000~10000程度)であってもよい。
 導電性の観点から、導電性高分子は、酸、光、熱に対して分解されにくいものが好ましい。また、高い導電性を得るためには、導電性高分子の長い共役鎖を介した分子内のキャリア伝達、及び分子間のキャリアホッピングが必要となる。そのためには、導電性高分子の分子量がある程度大きいことが好ましく、この観点から、本実施形態で用いる導電性高分子の分子量は、重量平均分子量で5000以上であることが好ましく、7000~300,000であることがより好ましく、8000~100,000であることがさらに好ましい。当該重量平均分子量は、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)により測定できる。
 これらの導電性高分子は、構成単位である上記モノマーを通常の酸化重合法により重合させて製造できる。
 また、市販品を用いることもでき、例えば、アルドリッチ社製のポリ(3-ヘキシルチオフェン-2,5ージイル) レジオレギュラー品が挙げられる。
[(C-1)オニウム塩化合物]
 本実施形態において、導電性組成物はオニウム塩化合物を含有し、当該オニウム塩化合物により組成物の導電性を飛躍的に向上させることができる。導電性が向上するメカニズムの詳細はまだ定かではないが、該オニウム化合物が、上記CNT及び/又は導電性高分子に対し、適宜に光や熱などのエネルギーを外部から付与し活性化させた状態で、酸化能を発現する。このような酸化の過程で酸を発生し、発生した酸がドーパントとして作用するものと考えられる。ドーパントによって、導電性高分子、及び導電性高分子とCNT間の電荷移動がよりスムーズになるため、導電性が向上する。
 従来のドーピング手法では、プロトン酸やルイス酸などの酸をドーパントとして用いるため、組成物中に酸を添加した時点でCNTや導電性高分子が凝集・析出・沈殿を生じてしまう。このような組成物では塗布性や成膜性が劣り、その結果、導電性も低下していた。
 本実施形態に用いるオニウム塩化合物は中性であり、CNTや導電性高分子を凝集・析出・沈殿させることがない。また、光や熱などのエネルギー付与により酸が発生する化合物でもあり、酸発生の開始時期をコントロールすることができる。酸を発生させない条件下で組成物を調製して凝集を防止し、良好な分散性・塗布性を維持したまま当該組成物を成形することができる。そのため、成形・成膜後に適宜エネルギー付与を行うことで、高い導電性を付与できる。
 本実施形態における導電性組成物は導電性高分子によりCNTの分散性向上を実現するものであるが、オニウム塩化合物は、これらと共に用いても、良好な分散性及び塗布性を維持することができる。塗布後の膜質も良好であり、CNT、導電性高分子、オニウム塩化合物が均一に分散されているため、塗布後に必要に応じ、熱や光などの外部エネルギーを与えることで、高い導電性を示す。
 上記の理由から、本実施形態で用いるオニウム塩化合物は、CNT及び/又は導電性高分子に対し、酸化能を有する化合物であることが好ましい。さらに、本実施形態で用いるオニウム塩化合物は、光や熱などのエネルギーの付与により酸を発生する化合物(酸発生剤)であることが好ましい。エネルギー付与の方法としては、活性エネルギー線の照射や加熱が挙げられる。
 このようなオニウム塩化合物として、スルホニウム塩、ヨードニウム塩、アンモニウム塩、カルボニウム塩、ホスホニウム塩等が挙げられる。なかでも、スルホニウム塩、ヨードニウム塩、アンモニウム塩、カルボニウム塩が好ましく、スルホニウム塩、ヨードニウム塩、カルボニウム塩がより好ましく、スルホニウム塩、ヨードニウム塩が特に好ましい。当該塩を構成するアニオン部分としては、強酸の対アニオンが挙げられる。
 具体的には、スルホニウム塩としては下記一般式(I)及び(II)で表される化合物が、ヨードニウム塩としては下記一般式(III)で表される化合物が、アンモニウム塩としては下記一般式(IV)で表される化合物が、カルボニウム塩としては下記一般式(V)で表される化合物がそれぞれ挙げられ、本実施形態において好ましく用いられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000012
 上記一般式(I)~(V)中、R21~R23、R25~R26及びR31~R33は、それぞれ独立に直鎖、分岐又は環状のアルキル基、アラルキル基、アリール基、芳香族へテロ環基を表す。R27~R30は、それぞれ独立に水素原子、直鎖、分岐又は環状のアルキル基、アラルキル基、アリール基、芳香族へテロ環基、アルコキシ基、アリールオキシ基を表す。R24は、直鎖、分岐又は環状のアルキレン基、アリーレン基を示す。R21~R33は、さらに置換基を有してもよい。Xは、強酸のアニオンを表す。
 一般式(I)においてR21~R23のいずれか2つの基が、一般式(II)においてR21及びR23が、一般式(III)においてR25及びR26が、一般式(IV)においてR27~R30のいずれか2つの基が、一般式(V)においてR31~R33のいずれか2つの基が、それぞれ結合して脂肪族環、芳香族環、ヘテロ環を形成してもよい。
 R21~R23、R25~R33において、直鎖又は分岐のアルキル基としては、炭素数1~20のアルキル基が好ましく、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、n-ブチル基、sec-ブチル基、t-ブチル基、ヘキシル基、オクチル基、ドデシル基などが挙げられる。
 環状アルキル基としては、炭素数3~20のアルキル基が好ましく、具体的には、シクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、ビシクロオクチル基、ノルボルニル基、アダマンチル基などが挙げられる。
 アラルキル基としては、炭素数7~15のアラルキル基が好ましく、具体的には、ベンジル基、フェネチル基などが挙げられる。
 アリール基としては、炭素数6~20のアリール基が好ましく、具体的には、フェニル基、ナフチル基、アントラニル基、フェナンシル基、ピレニル基などが挙げられる。
 芳香族へテロ環基としては、ピリジル基、ピラゾール基、イミダゾール基、ベンゾイミダゾール基、インドール基、キノリン基、イソキノリン基、プリン基、ピリミジン基、オキサゾール基、チアゾール基、チアジン基等が挙げられる。
 R27~R30において、アルコキシ基としては、炭素数1~20の直鎖又は分岐のアルコキシ基が好ましく、具体的には、メトキシ基、エトキシ基、iso-プロポキシ基、ブトキシ基、ヘキシルオキシ基などが挙げられる。
 アリールオキシ基としては、炭素数6~20のアリールオキシ基が好ましく、具体的には、フェノキシ基、ナフチルオキシ基などが挙げられる。
 R24において、アルキレン基としては、炭素数2~20のアルキレン基が好ましく、具体的には、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、へキシレン基などが挙げられる。環状アルキレン基としては、炭素数3~20の環状アルキレン基が好ましく、具体的には、シクロペンチレン基、シクロへキシレン、ビシクロオクチレン基、ノルボニレン基、アダマンチレン基などが挙げられる。
 アリーレン基としては、炭素数6~20のアリーレン基が好ましく、具体的には、フェニレン基、ナフチレン基、アントラニレン基などが挙げられる。
 R21~R33が更に置換基を有する場合、置換基として好ましくは、炭素数1~4のアルキル基、炭素数1~4のアルコキシ基、ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、沃素原子)、炭素数6~10のアリール基、炭素数6~10のアリールオキシ基、炭素数2~6のアルケニル基、シアノ基、ヒドロキシル基、カルボキシ基、アシル基、アルコキシカルボニル基、アルキルカルボニルアルキル基、アリールカルボニルアルキル基、ニトロ基、アルキルスルホニル基、トリフルオロメチル基、-S-R41などが挙げられる。なお、R41は、前記R21と同義である。
 Xとしては、アリールスルホン酸のアニオン、パーフルオロアルキルスルホン酸のアニオン、過ハロゲン化ルイス酸のアニオン、パーフルオロアルキルスルホンイミドのアニオン、過ハロゲン酸アニオン、又は、アルキル若しくはアリールボレートアニオンが好ましい。これらは、さらに置換基を有してもよく、置換基としてはフルオロ基が挙げられる。
 アリールスルホン酸のアニオンとして具体的には、p-CHSO 、PhSO 、ナフタレンスルホン酸のアニオン、ナフトキノンスルホン酸のアニオン、ナフタレンジスルホン酸のアニオン、アントラキノンスルホン酸のアニオンが挙げられる。
 パーフルオロアルキルスルホン酸のアニオンとして具体的には、CFSO 、CSO 、C17SO が挙げられる。
 過ハロゲン化ルイス酸のアニオンとして具体的には、PF 、SbF 、BF 、AsF 、FeCl が挙げられる。
 パーフルオロアルキルスルホンイミドのアニオンとして具体的には、CFSO-N-SOCF、CSO-N-SOが挙げられる。
 過ハロゲン酸アニオンとして具体的には、ClO 、BrO 、IO が挙げられる。
 アルキル若しくはアリールボレートアニオンとして具体的には、(C、(C、(p-CH、(CF)が挙げられる。
 Xとしてより好ましくは、過ハロゲン化ルイス酸のアニオン、フルオロ基が置換したアルキル若しくはアリールボレートアニオンであり、さらに好ましくはフルオロ置換アリールボレートアニオンであり、特に好ましくはペンタフルオロフェニルボレートアニオンである。
 オニウム塩の具体例を以下に示すが、本実施形態はこれらに限定されるものではない。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000013
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000014
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000015
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000016
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000017
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000018
 なお、上記具体例中のXは、PF 、SbF 、CFSO 、CHPhSO 、BF 、(C、RfSO 、(C、又は下記式で表されるアニオン
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000019
を表し、Rfは任意の置換基を有するパーフルオロアルキル基を示す。
 本実施形態においては、特に下記一般式(VI)又は(VII)で表されるオニウム塩化合物が好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000020
 一般式(VI)中、Yは炭素原子又は硫黄原子を表し、Arはアリール基を表し、Ar~Arは、それぞれ独立にアリール基、芳香族へテロ環基を表す。Ar~Arは、さらに置換されていてもよい。
 Arとしては、好ましくはフルオロ置換アリール基であり、より好ましくはペンタフルオロフェニル基、又は少なくとも1つのパーフルオロアルキル基で置換されたフェニル基であり、特に好ましくはペンタフルオロフェニル基である。
 Ar~Arのアリール基、芳香族へテロ環基は、上述のR21~R23、R25~R33のアリール基、芳香族へテロ環基と同義であり、好ましくはアリール基であり、より好ましくはフェニル基である。これらの基は、さらに置換されていてもよく、置換基としては上述のR21~R33の置換基が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000021
 一般式(VII)中、Arはアリール基を表し、Ar及びArは、それぞれ独立にアリール基、芳香族へテロ環基を表す。Ar、Ar及びArは、さらに置換されていてもよい。
 Arは、上記一般式(VI)のArと同義であり、好ましい範囲も同様である。
 Ar及びArは、上記一般式(VI)のAr~Arと同義であり、好ましい範囲も同様である。
 上記オニウム塩化合物は、通常の化学合成により製造することができる。また、市販の試薬等を用いることもできる。
 オニウム塩化合物の合成方法の一実施態様を下記に示すが、本発明はこれに限定されるものではない。他のオニウム塩に関しても、同様の手法により合成する事ができる。
 トリフェニルスルホニウムブロミド(東京化成製)2.68g、リチウム テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート-エチルエ-テルコンプレックス(東京化成製)5.00g、およびエタノール146mlを500ml容三口フラスコに入れ、室温にて2時間撹拌した後、純水200mlを添加し、析出した白色固形物を濾過により分取する。この白色固体を純水およびエタノールにて洗浄および真空乾燥することにより、オニウム塩としてトリフェニルスルホニウム テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート6.18gを得ることができる。
 オニウム塩化合物は、1種類単独で又は2種類以上を組み合わせて使用することができる。オニウム塩化合物の含有量は、ドーピング効果の観点から、導電性高分子100質量部に対して3質量部以上であることが好ましく、より好ましく5~50質量部、さらに好ましくは10~40質量部である。
[(D-1)重合性化合物]
 本実施形態において、重合性化合物としては、カチオン重合性化合物及び/又はラジカル重合性化合物を使用するができる。好ましくはカチオン重合性化合物であり、熱又は活性エネルギー線照射の付与により、前期(C)オニウム塩化合物から発生した酸又は酸の前駆体のラジカル種により重合反応を開始し、硬化する化合物であれば特に制限はない。
 カチオン重合性化合物としては、光カチオン重合性モノマーとして知られる各種公知のカチオン重合性のモノマーを使用することができる。カチオン重合性モノマーとしては、例えば、特開平6-9714号、特開2001-31892号、同2001-40068号、同2001-55507号、同2001-310938号、同2001-310937号、同2001-220526号などの各公報に記載されているエポキシ化合物、ビニルエーテル化合物、オキセタン化合物などが挙げられる。
 エポキシ化合物としては、芳香族エポキシド、脂環式エポキシド、及び、芳香族エポキシドなどが挙げられる。
 芳香族エポキシドとしては、少なくとも1個の芳香族核を有する多価フェノールあるいはそのアルキレンオキサイド付加体とエピクロルヒドリンとの反応によって製造されるジ又はポリグリシジルエーテルが挙げられ、例えば、ビスフェノールAあるいはそのアルキレンオキサイド付加体のジ又はポリグリシジルエーテル、水素添加ビスフェノールAあるいはそのアルキレンオキサイド付加体のジ又はポリグリシジルエーテル、並びにノボラック型エポキシ樹脂等が挙げられる。ここでアルキレンオキサイドとしては、エチレンオキサイド及びプロピレンオキサイド等が挙げられる。
 脂環式エポキシドとしては、少なくとも1個のシクロへキセン又はシクロペンテン環等のシクロアルケン環を有する化合物を、過酸化水素、過酸等の適当な酸化剤でエポキシ化することによって得られる、シクロヘキセンオキサイド又はシクロペンテンオキサイド含有化合物が好ましく挙げられる。
 脂肪族エポキシドとしては、脂肪族多価アルコールあるいはそのアルキレンオキサイド付加体のジ又はポリグリシジルエーテル等があり、その代表例としては、エチレングリコールのジグリシジルエーテル、プロピレングリコールのジグリシジルエーテル又は1,6-ヘキサンジオールのジグリシジルエーテル等のアルキレングリコールのジグリシジルエーテル、グリセリンあるいはそのアルキレンオキサイド付加体のジ又はトリグリシジルエーテル等の多価アルコールのポリグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールあるいはそのアルキレンオキサイド付加体のジグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールあるいはそのアルキレンオキサイド付加体のジグリシジルエーテルに代表されるポリアルキレングリコールのジグリシジルエーテル等が挙げられる。ここでアルキレンオキサイドとしては、エチレンオキサイド及びプロピレンオキサイド等が挙げられる。
 本実施形態に用いることのできる単官能及び多官能のエポキシ化合物を詳しく例示する。
 単官能エポキシ化合物の例としては、例えば、フェニルグリシジルエーテル、p-tert-ブチルフェニルグリシジルエーテル、ブチルグリシジルエーテル、2-エチルヘキシルグリシジルエーテル、アリルグリシジルエーテル、1,2-ブチレンオキサイド、1,3-ブタジエンモノオキサイド、1,2-エポキシドデカン、エピクロロヒドリン、1,2-エポキシデカン、スチレンオキサイド、シクロヘキセンオキサイド、3-メタクリロイルオキシメチルシクロヘキセンオキサイド、3-アクリロイルオキシメチルシクロヘキセンオキサイド、3-ビニルシクロヘキセンオキサイド等が挙げられる。
 また、多官能エポキシ化合物の例としては、例えば、ビスフェノールAジグリシジルエーテル、ビスフェノールFジグリシジルエーテル、ビスフェノールSジグリシジルエーテル、臭素化ビスフェノールAジグリシジルエーテル、臭素化ビスフェノールFジグリシジルエーテル、臭素化ビスフェノールSジグリシジルエーテル、エポキシノボラック樹脂、水添ビスフェノールAジグリシジルエーテル、水添ビスフェノールFジグリシジルエーテル、水添ビスフェノールSジグリシジルエーテル、3,4-エポキシシクロヘキシルメチル-3’,4’-エポキシシクロヘキサンカルボキシレート、2-(3,4-エポキシシクロヘキシル-5,5-スピロ-3,4-エポキシ)シクロヘキサン-メタ-ジオキサン、ビス(3,4-エポキシシクロヘキシルメチル)アジペート、ビニルシクロヘキセンオキサイド、4-ビニルエポキシシクロヘキサン、ビス(3,4-エポキシ-6-メチルシクロヘキシルメチル)アジペート、3,4-エポキシ-6-メチルシクロヘキシル-3’,4’-エポキシ-6’-メチルシクロヘキサンカルボキシレート、メチレンビス(3,4-エポキシシクロヘキサン)、ジシクロペンタジエンジエポキサイド、エチレングリコールのジ(3,4-エポキシシクロヘキシルメチル)エーテル、エチレンビス(3,4-エポキシシクロヘキサンカルボキシレート)、エポキシヘキサヒドロフタル酸ジオクチル、エポキシヘキサヒドロフタル酸ジ-2-エチルヘキシル、1,4-ブタンジオールジグリシジルエーテル、1,6-ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、グリセリントリグリシジルエーテル、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル類、1,1,3-テトラデカジエンジオキサイド、リモネンジオキサイド、1,2,7,8-ジエポキシオクタン、1,2,5,6-ジエポキシシクロオクタン等が挙げられる。
 これらのエポキシ化合物のなかでも、芳香族エポキシド及び脂環式エポキシドが、硬化速度に優れるという観点から好ましく、特に脂環式エポキシドが好ましい。
 ビニルエーテル化合物としては、例えばエチレングリコールジビニルエーテル、ジエチレングリコールジビニルエーテル、トリエチレングリコールジビニルエーテル、プロピレングリコールジビニルエーテル、ジプロピレングリコールジビニルエーテル、ブタンジオールジビニルエーテル、ヘキサンジオールジビニルエーテル、シクロヘキサンジメタノールジビニルエーテル、トリメチロールプロパントリビニルエーテル等のジ又はトリビニルエーテル化合物、エチルビニルエーテル、n-ブチルビニルエーテル、イソブチルビニルエーテル、オクタデシルビニルエーテル、シクロヘキシルビニルエーテル、ヒドロキシブチルビニルエーテル、2-エチルヘキシルビニルエーテル、シクロヘキサンジメタノールモノビニルエーテル、n-プロピルビニルエーテル、イソプロピルビニルエーテル、イソプロペニルエーテル-O-プロピレンカーボネート、ドデシルビニルエーテル、ジエチレングリコールモノビニルエーテル、オクタデシルビニルエーテル等のモノビニルエーテル化合物等が挙げられる。
 以下に、単官能ビニルエーテルと多官能ビニルエーテルを詳しく例示する。
 単官能ビニルエーテルの例としては、例えば、メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、プロピルビニルエーテル、n-ブチルビニルエーテル、t-ブチルビニルエーテル、2-エチルヘキシルビニルエーテル、n-ノニルビニルエーテル、ラウリルビニルエーテル、シクロヘキシルビニルエーテル、シクロヘキシルメチルビニルエーテル、4-メチルシクロヘキシルメチルビニルエーテル、ベンジルビニルエーテル、ジシクロペンテニルビニルエーテル、2-ジシクロペンテノキシエチルビニルエーテル、メトキシエチルビニルエーテル、エトキシエチルビニルエーテル、ブトキシエチルビニルエーテル、メトキシエトキシエチルビニルエーテル、エトキシエトキシエチルビニルエーテル、メトキシポリエチレングリコールビニルエーテル、テトラヒドロフルフリルビニルエーテル、2-ヒドロキシエチルビニルエーテル、2-ヒドロキシプロピルビニルエーテル、4-ヒドロキシブチルビニルエーテル、4-ヒドロキシメチルシクロヘキシルメチルビニルエーテル、ジエチレングリコールモノビニルエーテル、ポリエチレングリコールビニルエーテル、クロルエチルビニルエーテル、クロルブチルビニルエーテル、クロルエトキシエチルビニルエーテル、フェニルエチルビニルエーテル、フェノキシポリエチレングリコールビニルエーテル等が挙げられる。
 また、多官能ビニルエーテルの例としては、例えば、エチレングリコールジビニルエーテル、ジエチレングリコールジビニルエーテル、ポリエチレングリコールジビニルエーテル、プロピレングリコールジビニルエーテル、ブチレングリコールジビニルエーテル、ヘキサンジオールジビニルエーテル、ビスフェノールAアルキレンオキサイドジビニルエーテル、ビスフェノールFアルキレンオキサイドジビニルエーテルなどのジビニルエーテル類;トリメチロールエタントリビニルエーテル、トリメチロールプロパントリビニルエーテル、ジトリメチロールプロパンテトラビニルエーテル、グリセリントリビニルエーテル、ペンタエリスリトールテトラビニルエーテル、ジペンタエリスリトールペンタビニルエーテル、ジペンタエリスリトールヘキサビニルエーテル、エチレンオキサイド付加トリメチロールプロパントリビニルエーテル、プロピレンオキサイド付加トリメチロールプロパントリビニルエーテル、エチレンオキサイド付加ジトリメチロールプロパンテトラビニルエーテル、プロピレンオキサイド付加ジトリメチロールプロパンテトラビニルエーテル、エチレンオキサイド付加ペンタエリスリトールテトラビニルエーテル、プロピレンオキサイド付加ペンタエリスリトールテトラビニルエーテル、エチレンオキサイド付加ジペンタエリスリトールヘキサビニルエーテル、プロピレンオキサイド付加ジペンタエリスリトールヘキサビニルエーテルなどの多官能ビニルエーテル類等が挙げられる。
 ビニルエーテル化合物としては、ジ又はトリビニルエーテル化合物が、硬化性、基材との密着性、形成された塗膜の表面硬度などの観点から好ましく、特にジビニルエーテル化合物が好ましい。
 本実施形態に使用できるオキセタン化合物は、少なくとも1つのオキセタン環を有する化合物を指し、特開2001-220526号、同2001-310937号、同2003-341217号の各公報に記載される如き、公知のオキセタン化合物を任意に選択して使用できる。
 本実施形態における導電性組成物に使用しうるオキセタン環を有する化合物としては、その構造内にオキセタン環を1~4個有する化合物が好ましい。このような化合物を使用することで、導電性組成物の粘度をハンドリング性の良好な範囲に維持することが容易となり、また、硬化後の導電性膜と基材との高い密着性を得ることができる。
 分子内に1~2個のオキセタン環を有する化合物としては、下記式(1)~(3)で示される化合物等が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000022
 Ra1は、水素原子、炭素数1~6のアルキル基、炭素数1~6のフルオロアルキル基、アリル基、アリール基、フリル基又はチエニル基を表す。分子内に2つのRa1が存在する場合、それらは同じであっても異なるものであってもよい。
 アルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等が挙げられ、フルオロアルキル基としては、これらアルキル基の水素のいずれかがフッ素原子で置換されたものが好ましく挙げられる。
 Ra2は、水素原子、炭素数1~6個のアルキル基、炭素数2~6個のアルケニル基、芳香環を有する基、炭素数2~6個のアルキルカルボニル基、炭素数2~6個のアルコキシカルボニル基、炭素数2~6個のN-アルキルカルバモイル基を表す。アルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等が挙げられ、アルケニル基としては、1-プロペニル基、2-プロペニル基、2-メチル-1-プロペニル基、2-メチル-2-プロペニル基、1-ブテニル基、2-ブテニル基、3-ブテニル基等が挙げられ、芳香環を有する基としては、フェニル基、ベンジル基、フルオロベンジル基、メトキシベンジル基、フェノキシエチル基等が挙げられる。アルキルカルボニル基としては、エチルカルボニル基、プロピルカルボニル基、ブチルカルボニル基等が、アルキコキシカルボニル基としては、エトキシカルボニル基、プロポキシカルボニル基、ブトキシカルボニル基等が、N-アルキルカルバモイル基としては、エチルカルバモイル基、プロピルカルバモイル基、ブチルカルバモイル基、ペンチルカルバモイル基等が挙げられる。また、Ra2は置換基を有していても良く、置換基としては、1~6のアルキル基、フッ素原子が挙げられる。
 Ra3は、線状又は分枝状アルキレン基、線状又は分枝状ポリ(アルキレンオキシ)基、線状又は分枝状不飽和炭化水素基、カルボニル基又はカルボニル基を含むアルキレン基、カルボキシル基を含むアルキレン基、カルバモイル基を含むアルキレン基、又は、以下に示す基を表す。アルキレン基としては、例えば、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基が挙げられ、ポリ(アルキレンオキシ)基としては、ポリ(エチレンオキシ)基、ポリ(プロピレンオキシ)基等が挙げられる。不飽和炭化水素基としては、プロペニレン基、メチルプロペニレン基、ブテニレン基等が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000023
 Ra3が上記多価基である場合、Ra4は、水素原子、炭素数1~4個のアルキル基、炭素数1~4個のアルコキシ基、ハロゲン原子、ニトロ基、シアノ基、メルカプト基、低級アルキルカルボキシル基、カルボキシル基、又はカルバモイル基を表す。
 Ra5は、酸素原子、硫黄原子、メチレン基、NH、SO、SO2、C(CF32、又は、C(CH32を表す。
 Ra6は、炭素数1~4個のアルキル基、又は、アリール基を表し、nは0~2,000の整数である。Ra7は炭素数1~4個のアルキル基、アリール基、又は、下記構造を有する1価の基を表す。下記式中、Ra8は炭素数1~4個のアルキル基、又はアリール基であり、mは0~100の整数である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000024
 式(1)で表される化合物として、3-エチル-3-ヒドロキシメチルオキセタン(OXT-101:東亞合成(株)製)、3-エチル-3-(2-エチルヘキシロキシメチル)オキセタン(OXT-212:東亞合成(株)製)、3-エチル-3-フェノキシメチルオキセタン(OXT-211:東亞合成(株)製)が挙げられる。式(2)で表される化合物としては、1,4-ビス[(3-エチル-3-オキセタニルメトキシ)メチル]ベンゼン(OXT-121:東亞合成(株)が挙げられる。また、式(3)で表される化合物としては、ビス(3-エチル-3-オキセタニルメチル)エーテル(OXT-221:東亞合成(株))が挙げられる。
 3~4個のオキセタン環を有する化合物としては、下記式(4)で示される化合物が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000025
 式(4)において、Ra1は、前記式(1)におけるのと同義である。また、多価連結基であるRa9としては、例えば、下記A~Cで示される基等の炭素数1~12の分枝状アルキレン基、下記Dで示される基等の分枝状ポリ(アルキレンオキシ)基又は下記Eで示される基等の分枝状ポリシロキシ基等が挙げられる。jは、3又は4である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000026
 上記Aにおいて、Ra10はメチル基、エチル基又はプロピル基を表す。また、上記Dにおいて、pは1~10の整数である。
 また、本実施形態に好適に使用しうるオキセタン化合物の別の態様として、側鎖にオキセタン環を有する下記式(5)で示される化合物が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000027
 式(5)において、Ra8は前記式におけるのと同義である。Ra11はメチル基、エチル基、プロピル基又はブチル基等の炭素数1~4のアルキル基又はトリアルキルシリル基であり、rは1~4である。
 このようなオキセタン環を有する化合物については、前記特開2003-341217号公報、段落番号0021ないし0084に詳細に記載され、ここに記載の化合物は本発明にも好適に使用しうる。
 特開2004-91556号公報に記載されたオキセタン化合物も本発明に使用することができる。段落番号0022ないし0058に詳細に記載されている。
 本実施形態に用いることのできるカチオン重合性化合物は、1種のみを用いても、2種以上を併用してもよいが、硬化時の収縮を効果的に抑制するといった観点からは、オキセタン化合物とエポキシ化合物から選ばれる少なくとも1種の化合物と、ビニルエーテル化合物とを併用することが好ましい。
 本実施形態に使用されるラジカル重合性化合物としては、好ましくはアクリレート基、メタクリレート基、アクリルアミド基、メタクリルアミド基、N-ビニル基を少なくとも1個、より好ましくは2個以上有する化合物から選ばれる。このような化合物群は当該産業分野において広く知られるものであり、本発明においてはこれらを特に限定無く用いることができる。
 アクリレート基、メタクリレート基を有する化合物の具体例としては、2-ヒドロキシエチルアクリレート、ブトキシエチルアクリレート、カルビトールアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリレート、ベンジルアクリレート、トリデシルアクリレート、2-フェノキシエチルアクリレート、エポキシアクリレート、イソボルニルアクリレート、ジシクロペンテニルアクリレート、ジシクロペンテニルオキシエチルアクリレート、ジシクロペンタニルアクリレート、2-ヒドロキシ-3-フェノキシプロピルアクリレート、2-アクリロイロキシエチルフタル酸、メトキシ-ポリエチレングリコールアクリレート、2-アクリロイロキシエチル-2-ヒドロキシエチルフタル酸、サイクリックトリメチロールプロパンフォルマールアクリレート、2-(2-エトキシエトキシ)エチルアクリレート、2-メトキシエチルアクリレート、3-メトキシブチルアクリレート、エトキシ化フェニルアクリレート、2-アクリロイロキシエチルコハク酸、ノニルフェノールEO付加物アクリレート、フェノキシジエチレングリコールアクリレート、フェノキシ-ポリエチレングリコールアクリレート、2-アクリロイロキシエチルヘキサヒドロフタル酸、ラクトン変性アクリレート、ステアリルアクリレート、イソアミルアクリレート、イソミリスチルアクリレート、イソステアリルアクリレート、ラクトン変性アクリレート、ビス(4-アクリロキシポリエトキシフェニル)プロパン、1,6-ヘキサンジオールジアクリレート、トリプロピレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、ポリプロピレングリコールジアクリレート、ジペンタエリスリトールテトラアクリレート、トリメチロールプロパン(PO変性)トリアクリレート、オリゴエステルアクリレート、ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールジアクリレート、テトラメチロールメタントリアクリレート、ジメチロールトリシクロデカンジアクリレート、変性グリセリントリアクリレート、ビスフェノールAジグリシジルエーテルアクリル酸付加物、変性ビスフェノールAジアクリレート、ビスフェノールAのPO付加物ジアクリレート、ビスフェノールAのEO付加物ジアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、プロピレングリコールジグリシジルエーテルアクリル酸付加物、ジトリメチロールプロパンテトラアクリレート等のアクリレート化合物、メチルメタクリレート、n-ブチルメタクリレート、アリルメタクリレート、グリシジルメタクリレート、ベンジルメタクリレート、ジメチルアミノメチルメタクリレート、ポリエチレングリコールジメタクリレート、ポリプロピレングリコールジメタクリレート2,2-ビス(4-メタクリロキシポリエトキシフェニル)プロパン等のメタクリレート化合物が挙げられる。また、イソシアネートと水酸基の付加反応を用いて製造されるウレタン系付加重合性化合物も好適であり、そのような具体例としては、例えば、特公昭48-41708号公報中に記載されている1分子に2個以上のイソシアネート基を有するポリイソシアネート化合物に、下記一般式(4)で示される水酸基を含有するビニルモノマーを付加させた1分子中に2個以上の重合性ビニル基を含有するビニルウレタン化合物等が挙げられる。
一般式(4)
  CH2=C(R41)COOCH2CH(R42)OH
 (ただし、R41およびR42は、HまたはCH3を示す。)
 また、特開昭51-37193号、特公平2-32293号、特公平2-16765号に記載されているようなウレタンアクリレート類や、特公昭58-49860号、特公昭56-17654号、特公昭62-39417、特公昭62-39418号記載のエチレンオキサイド系骨格を有するウレタン化合物類も好適である。なお、前記POはプロピレンオキシド、EOはエチレンオキシドを示す。
 アクリルアミド基、メタクリルアミド基を有する化合物の具体例としては、アクリルアミド、N-メチロールアクリルアミド、ジアセトンアクリルアミド、N,N-ジメチルアクリルアミド、N,N-ジエチルアクリルアミド、N-イソプロピルアクリルアミド、アクリロイルモルホリン、メチレンビスアクリルアミド、1,6-ヘキサメチレンビスアクリルアミド、キシリレンビスアクリルアミド、ジエチレントリアミントリスアクリルアミド等のアクリルアミド化合物、メタクリルアミド、N-メチロールメタクリルアミド、ジアセトンメタクリルアミド、N,N-ジメチルメタクリルアミド、N,N-ジエチルメタクリルアミド、N-イソプロピルメタクリルアミド、メチレンビスメタクリルアミド、1,6-ヘキサメチレンビスメタクリルアミド、キシリレンビスメタクリルアミド等のメタクリルアミド化合物が挙げられる。
 N-ビニル化合物の具体例としては、N-ビニルホルムアミド(NVF)、N-ビニルカプロラクタム(NVC)、N-ビニルピロリドン、N-ビニルカルバゾール等が挙げられる。これらのラジカル重合性化合物は、前記カチオン重合性化合物と併用して使用することができる。
 本実施形態に用いる重合性化合物は、最終的な導電性膜の性能設計に合わせて使用される。硬化性の点では1分子あたりの重合性基含量が多い構造が好ましく、多くの場合、2官能以上が好ましい。また硬化膜の強度を高くするためには、3官能以上のものも使用されるが、通常には6官能以下である。大きな分子量の化合物や、疎水性の高い化合物は硬化性や膜強度に優れる反面、他成分との相溶性、分散性の点で好ましく無い場合がある。相溶性、分散性に対しては、重合性化合物の選択・使用法は重要であり、例えば2種以上の化合物の併用によって、相溶性を向上させ得ることがある。
[溶媒]
 本実施形態において、導電性組成物は、CNT、導電性高分子及びオニウム塩化合物に加えて、溶媒を含有することが好ましい。
 溶媒は、CNT、導電性高分子及びオニウム塩化合物を良好に分散又は溶解できればよく、水、有機溶媒、及びこれらの混合溶媒を用いることができる。好ましくは有機溶媒であり、アルコール、クロロホルムなどのハロゲン系溶媒、DMF、NMP、DMSOなどの極性の有機溶媒、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、ベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族系溶媒、シクロヘキサノン、アセトン、メチルエチルケントンなどのケトン系溶媒、ジエチルエーテル、THF、t-ブチルメチルエーテル、ジメトキシエタン、ジグライムなどのエーテル系溶媒などが好ましく使用される。
 また、溶媒は、あらかじめ脱気しておくことが好ましい。溶媒中における溶存酸素濃度を、10ppm以下とすることが好ましい。脱気の方法としては、減圧下超音波を照射する方法、アルゴン等の不活性ガスをバブリングする方法などが挙げられる。
[他の成分]
 本実施形態において、導電性組成物は、上記の各成分に加えて、他の成分を含んでいてもよい。
 塗布時のムラを防ぐ観点からは、界面活性剤を添加することが好ましい。界面活性剤としては、特開昭62-173463号公報、同62-183457号公報に記載されたものが挙げられる。例えば、ジアルキルスルホコハク酸塩類、アルキルナフタレンスルホン酸塩類、脂肪酸塩類等のアニオン性界面活性剤、ポリオキシエチレンアルキルエーテル類、ポリオキシエチレンアルキルアリルエーテル類、アセチレングリコール類、ポリオキシエチレン・ポリオキシプロピレンブロックコポリマー類等のノニオン性界面活性剤、アルキルアミン塩類、第4級アンモニウム塩類等のカチオン性界面活性剤が挙げられる。なお、界面活性剤の代わりに有機フルオロ化合物を用いてもよい。有機フルオロ化合物は、疎水性であることが好ましい。有機フルオロ化合物としては、例えば、フッ素系界面活性剤、オイル状フッ素系化合物(例、フッ素油)及び固体状フッ素化合物樹脂(例、四フッ化エチレン樹脂)が含まれ、特公昭57-9053号公報(第8~17欄)、特開昭62-135826号公報に記載されたものが挙げられる。
 組成物中における界面活性剤の含有量は使用目的により適宜選択されるが、組成物全固形分中、0.0001質量%~1質量%が好ましく、0.001質量%~0.1質量%がより好ましい
 この他にも、必要に応じて、例えば、分散安定性を向上させるために、水酸化リチウム、過硫酸アンモニウム、紫外線吸収剤、重合禁止剤、レベリング添加剤、マット剤などを含有させることができる。また、膜強度を調整する観点からは、無機微粒子、ポリマー微粒子、シランカップリング剤、ワックス類などを適宜含有させることができる。
 重合禁止剤としては、例えば、ハイドロキノン、メトキシベンゾキノン、メトキシフェノール、フェノチアジン、t-ブチルカテコール、メルカプトベンズイミダゾール、アルキルジチオカルバミン酸塩類、アルキルフェノール類、アルキルビスフェノール類、サリチル酸塩類、チオジプロピオン酸エステル類、ホスファイト類、ニトロキサイドアルミニウム錯体などが挙げられる。具体的には、Gerorad16,18,20,21、22、(Rahn社製)等が挙げられる。
 これら他の成分の含有量は、組成物全固形分中、0.1~5質量%程度であることが好ましい。
 続いて、本発明の第2の実施形態における導電性組成物の成分組成を説明する。
 本発明の第2の実施形態において、導電性組成物は、(A-2)CNT、(B-2)導電性高分子、及び(C)活性エネルギー線照射又は熱の付与によりラジカルを発生する化合物を必須成分として含有し、必要に応じて(D-2)ラジカル重合性化合物を含有してなる。本実施形態において、導電性組成物は溶媒を含有することが好ましい。
CNTとともに導電性高分子及びラジカルを発生する化合物を用いることで、組成物中でのCNTの分散性を高め、CNT本来の導電性を損なうことなく、しかも導電性高分子及びラジカルを発生する化合物との相乗的効果により非常に高い導電性を示す組成物が得られる。さらに、当該組成物はこの高い導電性に加えて優れた熱電変換性能を有しており、熱電変換材料として好適に用いることができる。
 本実施形態において、導電性組成物に含有されうる(A-2)CNT、(B-2)導電性高分子、及び溶媒は、それぞれ、上述の第1の実施形態で説明した(A-1)CNT、(B-1)導電性高分子、及び溶媒と同義である。
[(C-2)ラジカルを発生する化合物]
 本実施形態において、導電性組成物は、光や熱などのエネルギーの付与によりラジカルを発生する化合物(以下、単に「ラジカルを発生する化合物」という)を含有し、当該化合物により組成物の導電性を飛躍的に向上させることができる。エネルギー付与の方法としては、活性エネルギー線の照射や加熱が挙げられる。
 導電性が向上するメカニズムの詳細はまだ定かではないが、該化合物が、光や熱などの外部から付与したエネルギーによってラジカルを生じ、上記CNT及び/又は導電性高分子に対して酸化能を発現し、ドーパントとして作用するものと考えられる。ドーパントによって、導電性高分子、及び導電性高分子とCNT間の電荷移動がよりスムーズになるため、導電性が向上する。
 従来のドーピング手法では、プロトン酸やルイス酸などの酸をドーパントとして用いるため、組成物中に酸を添加した時点でCNTや導電性高分子が凝集・析出・沈殿を生じてしまう。このような組成物では塗布性や成膜性が劣り、その結果、導電性も低下していた。
 本実施形態において、ラジカルを発生する化合物は中性であり、CNTや導電性高分子を凝集・析出・沈殿させることがない。また、光や熱などのエネルギー付与によりラジカルが発生する化合物でもあり、ラジカル発生の開始時期をコントロールすることができる。ラジカルを発生させない条件下で組成物を調製して凝集を防止し、良好な分散性・塗布性を維持したまま当該組成物を成形することができる。そのため、成形・成膜後に適宜エネルギー付与を行うことで、高い導電性を付与できる。
 本実施形態における導電性組成物は導電性高分子によりCNTの分散性向上を実現するものであるが、ラジカルを発生する化合物は、これらと共に用いても、良好な分散性及び塗布性を維持することができる。塗布後の膜質も良好であり、CNT、導電性高分子、ラジカルを発生する化合物が均一に分散されているため、塗布後に必要応じ、熱や光などの外部エネルギーを与えることで、高い導電性を示す。
 上記の理由から、本実施形態で用いるラジカルを発生する化合物は、CNT及び/又は導電性高分子に対し、酸化能を有する化合物であることが好ましい。
 当該ラジカルを発生する化合物としては、一般的なラジカル重合開始剤を用いることができ、熱重合開始剤であっても光重合開始剤であってもよいが、光重合開始剤を用いることが好ましい。
 本実施形態では、ラジカルを発生する化合物として、(a)芳香族カルボニル化合物、(b)アシルホスフィン化合物、(c)有機過酸化物、(d)活性エステル化合物、(e)ヘキサアリールビイミダゾール化合物、(f)ジスルホン化合物、(g)ボレート化合物、(h)メタロセン化合物、及び(i)ハロアルキル基を有する化合物から選択される少なくとも1種の化合物を使用することが好ましい。
 (a)芳香族カルボニル化合物の好ましい具体例としては、ベンゾフェノン、4-メチルベンゾフェノン、2,4,6-トリメチルベンゾフェノン、2-メトキシカルボニルベンゾフェノン、4-フェニルベンゾフェノン、4-(4-メチルフェニルチオ)ベンゾフェノン、4,4’-ビスジメチルアミノベンゾフェノン、4,4’-ビスジエチルアミノベンゾフェノン、イソプロピルチオキサントン、2,4-ジエチルチオキサントン、2,4-ジクロロチオキサントン、2-エチルアントラキノン、1-ヒドロキシ-1-メチルエチルフェニルケトン、1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、1-ヒドロキシ-1-メチルエチル(4’-イソプロピル)フェニルケトン、1-ヒドロキシ-1-メチルエチル(4’-ヒドロキシエトキシ)フェニルケトン、α-オキソ-フェニル酢酸メチル、ジエトキシアセトフェノン、ジブトキシアセトフェノン、1,1-ジメトキシ-1-フェニルアセトフェノン、1,1-ジエトキシ-1-フェニルアセトフェノン、1-メチル-1-モルホリノエチル(4’-メチルチオ)フェニルケトン、1-ベンジル-1-ジメチルアミノプロピル(4’-モルホリノ)フェニルケトン、ベンジル、9,10-フェナントレンキノン、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾインブチルエーテルの他、「RADIATION CURING IN POLYMER SCIENCE AND TECHNOLOGY」,J.P.FOUASSIER,J.F.RABEK(1993)、pp.77~117記載のベンゾフェノン骨格又はチオキサントン骨格を有する化合物、特公昭63-61950号公報記載のチオキサントン類、特開平2-211452号公報記載のp-ビス(ジアルキルアミノ)ベンゾフェノン、特公平1-34242号公報、米国特許第4,318,791号、ヨーロッパ特許0284561A1号記載のα-アミノベンゾフェノン類、特開昭61-194062号公報記載のチオ置換芳香族ケトン、特公昭47-3981号公報、特公昭60-26403号公報、特開昭62-81345号公報記載のベンゾインエーテル化合物、特公昭47-22326号公報記載のα-置換ベンゾイン化合物、特公昭47-23664号公報記載のベンゾイン誘導体、特公昭60-26483号公報記載のジアルコキシベンゾフェノン等の置換もしくは無置換の芳香族カルボニル化合物が挙げられる。
 (b)アシルホスフィン化合物の好ましい具体例としては、ビス(2,4,6-トリメチルベンゾイル)-フェニルホスフィンオキサイド(Irgacure 819:BASF社製)、ビス(2,6-ジメトキシベンゾイル)-2,4,4-トリメチル-ペンチルフェニルホスフィンオキサイド、ビス(2,6-ジクロロベンゾイル)-4-プロピルフェニルホスフィンオキサイド(チバ・スペシャリティケミカルス社製BAPO)、2,4,6-トリメチルベンゾイル-ジフェニル-ホスフィンオキサイド(Darocur TPO:BASF社製、Lucirin TPO:BASF社製)の他、特公平2-9596号公報記載のアシルホスフィン、特公平2-9597号公報記載のアシルホスフィンスルフィド化合物が挙げられる。
 (c)有機過酸化物としては、分子中に酸素-酸素結合を1個以上有する有機化合物であればよく、特に3,3’,4,4’-テトラキス(t-ブチルパーオキシカルボニル)ベンゾフェノン、3,3’4,4’-テトラキス(t-アミルパーオキシカルボニル)ベンゾフェノン、3,3’4,4’-テトラキス(t-ヘキシルパーオキシカルボニル)ベンゾフェノン、3,3’4,4’-テトラキス(t-オクチルパーオキシカルボニル)ベンゾフェノン、3,3’4,4’-テトラキス(クミルパーオキシカルボニル)ベンゾフェノン、3,3’4,4’-テトラキス(p-イソプロピルクミルパーオキシカルボニル)ベンゾフェノン、ジ-t-ブチルジパーオキシイソフタレートなどの過酸化エステル化合物が好ましい。
 (d)活性エステル化合物の好ましい具体例としては、3-ベンゾイロキシイミノブタン-2-オン、3-アセトキシイミノブタン-2-オン、3-プロピオニルオキシイミノブタン-2-オン、2-アセトキシイミノペンタン-3-オン、2-アセトキシイミノ-1-フェニルプロパン-1-オン、2-ベンゾイロキシイミノ-1-フェニルプロパン-1-オン、3-p-トルエンスルホニルオキシイミノブタン-2-オン、2-エトキシカルボニルオキシイミノ-1-フェニルプロパン-1-オン等のケトオキシムエステル化合物の他、欧州特許0290750号、同046083号、同156153号、同271851号、及び同0388343号各明細書、米国特許3901710号、及び同4181531号各明細書、特開昭60-198538号、及び特開昭53-133022号各公報に記載されるニトロベンジルエステル化合物、欧州特許0199672号、同84515号、同199672号、同044115号、及び同0101122号各明細書、米国特許4618564号、同4371605号、及び同4431774号各明細書、特開昭64-18143号、特開平2-245756号、及び特開平4-365048号各公報記載のイミノスルホネート化合物、特開平10-7653号、特開平11-2901号等に記載のN-イミドスルホネート化合物、特公昭62-6223号、特公昭63-14340号、及び特開昭59-174831号各公報に記載される化合物等が挙げられる。
 (e)ヘキサアリールビイミダゾールの好ましい具体例としては、特公昭45-37377号公報や特公昭44-86516号公報記載のロフィンダイマー類、例えば2,2’-ビス(o-クロロフェニル)-4,4’,5,5’-テトラフェニルビイミダゾール、2,2’-ビス(o-ブロモフェニル)-4,4’,5,5’-テトラフェニルビイミダゾール、2,2’-ビス(o,p-ジクロロフェニル)-4,4’,5,5’-テトラフェニルビイミダゾール、2,2’-ビス(o-クロロフェニル)-4,4’,5,5’-テトラキス(m-メトキシフェニル)ビイミダゾール、2,2’-ビス(o,o’-ジクロロフェニル)-4,4’,5,5’-テトラフェニルビイミダゾール、2,2’-ビス(o-ニトロフェニル)-4,4’,5,5’-テトラフェニルビイミダゾール、2,2’-ビス(o-メチルフェニル)-4,4’,5,5’-テトラフェニルビイミダゾール、2,2’-ビス(o-トリフルオロフェニル)-4,4’,5,5’-テトラフェニルビイミダゾール等が挙げられる。
 (f)ジスルホン化合物の好ましい具体例としては、ジフェニルジスルホン、4,4’-ジメチルジフェニルジスルホン、4,4’-ジメトキシジフェニルジスルホン、4-クロロフェニル-4’-メチルフェニルジスルホン、4-クロロフェニル-1-ナフチルジスルホン、4-メチルフェニル-1-(4’-メトキシナフチル)ジスルホン等の他、特開昭61-166544号、特開平2-71270号等に記載のジスルホン化合物が挙げられる。
 (g)ボレート化合物の好ましい具体例としては、米国特許3,567,453号、同4,343,891号、ヨーロッパ特許109,772号、同109,773号に記載されている化合物が挙げられる。
 (h)メタロセン化合物の好ましい具体例としては、ジ-シクロペンタジエニル-Ti-ジ-クロライド、ジ-シクロペンタジエニル-Ti-ビス-フェニル、ジ-シクロペンタジエニル-Ti-ビス-2,3,4,5,6-ペンタフルオロフェニ-1-イル、ジ-シクロペンタジエニル-Ti-ビス-2,3,5,6-テトラフルオロフェニ-1-イル、ジ-シクロペンタジエニル-Ti-ビス-2,4,6-トリフルオロフェニ-1-イル、ジ-シクロペンタジエニル-Ti-2,6-ジフルオロフェニ-1-イル、ジ-シクロペンタジエニル-Ti-ビス-2,4-ジフルオロフェニ-1-イル、ジ-メチルシクロペンタジエニル-Ti-ビス-2,3,4,5,6-ペンタフルオロフェニ-1-イル、ジ-メチルシクロペンタジエニル-Ti-ビス-2,3,5,6-テトラフルオロフェニ-1-イル、ジ-メチルシクロペンタジエニル-Ti-ビス-2,4-ジフルオロフェニ-1-イル、ビス(シクロペンタジエニル)-ビス(2,6-ジフルオロ-3-(ピリ-1-イル)フェニル)チタニウム、ビス(シクロペンタジエニル)ビス〔2,6-ジフルオロ-3-(メチルスルホンアミド)フェニル〕チタン、ビス(シクロペンタジエニル)ビス〔2,6-ジフルオロ-3-(N-ブチルビアロイル-アミノ)フェニル〕チタン等のチタノセン化合物の他、特開昭59-152396号、特開昭61-151197号、特開昭63-41484号、特開平2-249号、特開平2-4705号各公報記載のチタノセン化合物ならびに、特開平1-304453号、特開平1-152109号各公報記載の鉄-アレーン錯体が挙げられる。
 (i)ハロアルキル基を有する化合物は、好ましくはジハロアルキル基、トリハロアルキル基を有する化合物である。ハロゲン原子としては、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられ、好ましい。具体的には、トリクロロメチル-4-t-ブチルフェニルケトン、ジクロロメチル-4-フェノキシフェニルケトン、トリブロモメチルフェニルスルホン、2,4,6-トリス(トリクロロメチル)トリアジン、2,4-ビス(トリクロロメチル)-6-(4’-メトキシフェニル)トリアジン、2,4-ビス(トリクロロメチル)-6-(3’,4’-ジメトキシフェニル)トリアジン、2,4-ビス(トリクロロメチル)-6-(4’-クロロフェニル)トリアジン、2,4-ビス(トリクロロメチル)-6-(4’-トリフルオロメチルフェニル)トリアジン、2,4-ビス(トリクロロメチル)-6-(4’-メトキシナフチル)トリアジン、2,4-ビス(トリクロロメチル)-6-(4’-メトキシスチリル)トリアジン等の他、若林ら著、Bull.Chem.Soc.Japan,42、2924(1969)記載の化合物、英国特許1388492号明細書記載の化合物、特開昭53-133428号公報記載の化合物、独国特許3337024号明細書記載の化合物等を挙げることができる。また、F.C.Schaefer等によるJ.Org.Chem.29、1527(1964)記載の化合物、特開昭62-58241号公報記載の化合物、特開平5-281728号公報記載の化合物等を挙げることができる。ドイツ特許第2641100号に記載されているような化合物、ドイツ特許第3333450号に記載されている化合物、ドイツ特許第3021590号に記載の化合物群、あるいはドイツ特許第3021599号に記載の化合物群等を挙げることができる。
 ラジカルを発生する化合物として、上記(a)~(i)の化合物を単独で又は2種以上組み合わせて使用することが好ましい。
[(D-2)ラジカル重合性化合物]
 本実施形態において、導電性組成物は、上記(A-2)~(C-2)成分に加えて、(D-2)ラジカル重合性化合物を含有することが好ましい。ラジカル重合性化合物としては、上記(C-2)ラジカルを発生する化合物から加熱又は活性エネルギー線照射により発生したラジカルによって重合反応を開始し、硬化する化合物であれば特に制限はなく、一般的なラジカル重合性化合物を使用することができる。その好ましい範囲は、上述の第1の実施形態において、(C-1)重合性化合物の説明中に記載のラジカル重合性化合物と同義である。ラジカル重合性化合物を添加すると、外部エネルギーの付与によりラジカルを発生する化合物から生じたラジカル種により重合反応が開始され、膜を硬化させることができ、優れた導電性を維持しながら耐久性を大きく向上させた導電材料が得られる。
[他の成分]
 本実施形態においても、導電性組成物は、上記の各成分に加えて、他の成分を含んでいてもよい。当該「他の成分」として、上述の第1の実施形態において説明した「他の成分」を採用することができる。
 続いて、本発明の第1及び第2の実施形態における導電性組成物の調製、導電性膜、導電性積層体、熱電変換素子、熱電変換物品について以下に説明する。
[導電性組成物の調製]
 本発明の導電性組成物は、溶媒にCNTが分散されたCNT分散液であることが好ましい。
 本発明の導電性組成物は、CNTの含有量を変えることによって、該組成物の導電性や半導体特性を制御することができる。組成物中の各成分の含有量は、組成物の用途、当該用途に求められる導電性や透明性などの特性に応じて、適宜選択・決定することができる。
 本発明の導電性組成物中のCNT含有量は、全固形分中3~50質量%であることが好ましく、5~40質量%であることがより好ましく、10~30質量%であることがさらに好ましい。
 また、本発明の導電性組成物中の導電性高分子含有量は、全固形分中30~80質量%であることが好ましく、35~75質量%であることがより好ましく、40~70質量%であることがさらに好ましい。
 また、本発明において、導電性組成物に溶媒を用いる場合、当該溶媒の使用量は、本発明の導電性組成物中60~99.9質量%用いることが好ましく、70~99.8質量%用いることがより好ましく、80~99.7質量%であることがさらに好ましく、90~99.6質量%であることが特に好ましく、95~99.5質量%であることがとりわけ好ましい。
 本発明の第1の実施形態において、導電性組成物中のオニウム塩化合物は、全固形分中1~50質量%であることが好ましく、5~45質量%であることがより好ましく、10~40質量%であることがさらに好ましい。
 本発明の第1の実施形態における導電性組成物中の重合性化合物の含有量、及び第2の実施形態における導電性組成物中のラジカル重合性化合物の含有量は、組成物の全固形分中5~50質量%が好ましく、より好ましくは10~40質量%、さらに好ましくは10~30質量%の範囲である。重合性化合物の含量に関しては、多い方が硬化性に有利であるが、多すぎる場合には、相分離が生じたり、硬化膜の粘着性による製造工程上の問題(例えば、導電性膜成分の転写、粘着に由来する製造不良)等の問題を生じ得る。
 本発明の第2の実施形態において、導電性組成物中のラジカルを発生する化合物の含有量は、全固形分中、1質量%~20質量%であることが好ましく、3質量%~15質量%であることがより好ましく、3質量%~10質量%であることがさらに好ましい。
 本発明の導電性組成物の調製は、上記の各成分を混合して調製することができる。好ましくは、溶媒に上記の各成分を添加し、これらを通常の方法により分散させて調製する。各成分の添加・混合順序は特に限定されないが、予め溶媒中に導電性高分子を所定量添加した後、CNTを所定量添加することが好ましい。
 調製方法に特に制限はなく、通常の方法を適用することができる。例えば、メカニカルホモジナイザー法、ジョークラッシャ法、超遠心粉砕法、カッティングミル法、自動乳鉢法、ディスクミル法、ボールミル法、超音波分散法などの分散方法を用いることができる。また、必要に応じ、これらの方法を2つ以上組み合わせて用いてもよい。好ましい分散方法の組み合わせは、メカニカルホモジナイザー法と超音波分散法である。組み合わせの順番はいかなるものであってもよく、順次異なる分散方法により分散する方法、もしくは同時に異なる分散方法で分散する方法がある。好ましくは、最初に弱い分散エネルギーを有する分散方法で分散した後、次に高い分散エネルギーを有する分散方法で分散する順番がよい。そうすることで、欠陥なく高い濃度でCNTを分散できるようになる。具体的には、最初にメカニカルホモジナイザー法、次に超音波分散法を組み合わせることが好ましい。
 また、本発明の第1の実施形態においては、用いるオニウム塩化合物が熱や光等のエネルギー付与により酸を発生する化合物である場合、酸を生成しない温度下、放射線や電磁波等を遮った状態で、組成物の調製を行うこと好ましい。酸による凝集等を防ぎ、組成物の調製及び保存時において、組成物中の各成分の均一な分散性又は溶解性を保つことができる。
 組成物の調製は、大気下で行うこともできるが、不活性雰囲気において行うことが好ましい。不活性雰囲気とは、酸素濃度が大気中濃度よりも少ない状態のことをいう。好ましくは、酸素濃度が10%以下の雰囲気である。不活性雰囲気にする方法としては、窒素、アルゴンなどの気体で大気を置換させる方法が挙げられ、好ましく用いられる。
 また、調製時の温度は、0℃から50℃の範囲であることが好ましい。
 得られた導電性組成物中に含まれるCNTには、欠陥のあるCNTが含まれていることがある。このようなCNTの欠陥は、組成物の導電性を低下させるため、低減化することが好ましい。組成物中のCNTの欠陥の量は、ラマンスペクトルのG-バンドとD-バンドの比率G/Dで見積もることができる。G/D比が高いほど欠陥の量が少ないCNT材料であると推定できる。本発明においては、組成物のG/D比が10以上であることが好ましく、30以上であることがより好ましい。
[導電性膜]
 本発明の導電性膜は、前記導電性組成物を用いてなる。本発明の導電性膜においては、その調製に用いた組成物中に重合性化合物を含む場合は、当該重合性化合物は重合した状態で存在する。本発明の導電性膜の製造では、本発明の導電性組成物を膜状に成形できる手法であれば特に限定なく採用することができる。好ましくは、本発明の導電性組成物を基材上に塗布して成膜し、熱や活性エネルギー線等のエネルギーを付与することで、該基材上に得ることができる。成膜方法及びエネルギー付与の詳細は後述する。さらに重合性化合物を含有する場合には、その硬化を促進し完了させるため、熱や活性エネルギー線等のエネルギーの付与後に、60~150℃、好ましくは80~120℃で、1~20分間、好ましくは2~5分間の加熱工程を付与することがより好ましい。
[導電性積層体]
 本発明の導電性積層体は、基材と、該基材上に設けられた本発明の導電性膜とを有する。基材の詳細は後述する。本発明の導電性積層体は、例えば、本発明の導電性組成物を基材上に塗布して、必要により乾燥させて成膜し、その後、熱や活性エネルギー線等のエネルギーを付与することで得られる。熱や活性エネルギー線等のエネルギーの付与後に、60~150℃、好ましくは80~120℃で、1~20分間、好ましくは2~5分間の加熱工程を付与してもよい。
(成膜方法)
 導電性膜の成膜方法は特に限定されず、例えば、エクストルージョンダイコート、ブレードコート、バーコート、スクリーン印刷、ロールコート、カーテンコート、スプレーコート、ディップコートなど、公知の塗布方法を用いることができる。
 塗布後は、必要に応じて乾燥工程を行う。例えば、熱風を吹き付けることにより溶媒を揮発、乾燥させることができる。
 用いる導電性組成物の量は、所望の膜厚によって適宜調整される。導電性膜の膜厚は、用途に応じて適宜選択すればよい。例えば、透明電極に用いる場合は、抵抗値と光透過率が重要となる。LCD、PDP、EL素子等の表示装置用の透明電極の場合、好ましい抵抗値は、0.001~100,000Ω/□の範囲であり、より好ましくは0.1~10,000Ω/□の範囲である。光透過率は、550nmにおける光透過率が40%~100%程度、好ましくは50~100%、より好ましくは60~100%の範囲である。これらを満たすように、各成分の濃度を考慮して膜厚を適宜調整する。
(エネルギー付与)
 成膜後、当該膜に活性エネルギー線を照射し、又は加熱するなどして外部エネルギーを付与してドーピングを行う。その際、第1の実施形態ではオニウム塩化合物が酸やその前駆体のラジカル種を発生し、この酸又はラジカル種がドーパントとして作用すると同時に、重合性化合物の重合反応(膜硬化反応)を引き起こす。また、第2の実施形態では、上記外部エネルギーの付与により、ラジカルを発生する化合物からラジカル種が発生し、このラジカル種によりドーピングが行われる。また、導電性組成物がラジカル重合性化合物を含有する場合は、発生したラジカル種が重合性化合物の重合反応(膜硬化反応)を引き起こす。この場合、ドーピングと膜硬化反応とを同時並行で進行させることができる。さらにその後、60~150℃で1~20分間加熱し重合性化合物の硬化を促進し完了させることが好ましい。
 活性エネルギー線には、放射線や電磁波が包含され、放射線には粒子線(高速粒子線)と電磁放射線が包含される。粒子線としては、アルファ線(α線)、ベータ線(β線)、陽子線、電子線(原子核崩壊によらず加速器で電子を加速するものを指す)、重陽子線等の荷電粒子線、非荷電粒子線である中性子線、宇宙線等が挙げられ、電磁放射線としては、ガンマ線(γ線)、エックス線(X線、軟X線)が挙げられる。電磁波としては、電波、赤外線、可視光線、紫外線(近紫外線、遠紫外線、極紫外線)、X線、ガンマ線などがあげられる。本発明において用いる線種は特に限定されず、例えば、使用するオニウム塩化合物(酸発生剤)の極大吸収波長付近の波長を有する電磁波を適宜選べばよい。
 これらの活性エネルギー線のうち、ドーピング効果および安全性の観点から好ましいのは紫外線、可視光線、赤外線であり、具体的には240~1100nm、好ましくは300~850nm、より好ましくは350~670nmに極大吸収を有する光線である。
 活性エネルギー線の照射には、放射線または電磁波照射装置が用いられる。照射する放射線または電磁波の波長は特に限定されず、使用するオニウム塩化合物やラジカルを発生する化合物の感応波長に対応する波長領域の放射線または電磁波を照射できるものを選べばよい。
 放射線または電磁波を照射できる装置としては、LEDランプ、高圧水銀ランプ、超高圧水銀ランプ、DeepUVランプ、低圧UVランプなどの水銀ランプ、ハライドランプ、キセノンフラッシュランプ、メタルハライドランプ、ArFエキシマランプ、KrFエキシマランプなどのエキシマランプ、極端紫外光ランプ、電子ビーム、X線ランプを光源とする露光装置がある。紫外線照射は、通常の紫外線照射装置、例えば、市販の硬化/接着/露光用の紫外線照射装置(ウシオ電機株式会社SP9-250UBなど)を用いて行うことができる。
 露光時間及び光量は、用いるオニウム塩化合物やラジカルを発生する化合物の種類及びドーピング効果を考慮して適宜選択すればよい。具体的には、光量10mJ/cm~10J/cm、好ましくは50mJ/cm~5J/cm、で行うことが挙げられる。
 加熱によるドーピングは、導電性組成物を塗布した基材(成膜)を、オニウム塩化合物やラジカルを発生する化合物が酸やラジカルを発生する温度以上で加熱すればよい。加熱温度として、好ましくは50℃~200℃、より好ましくは70℃~150℃である。加熱時間は、好ましくは1分~60分、より好ましくは3分~30分である。
 導電性組成物が重合性化合物を含有する場合は、上記活性エネルギー線照射や加熱等のエネルギーの付与工程の後、さらに、当該重合性化合物の硬化を促進・完了させるための、加熱工程(後加熱工程)を設けることが好ましい。加熱温度は60~150℃、好ましくは80~120℃で、加熱時間は1~20分間、好ましくは2~5分間である。
(基材)
 本発明の導電性膜の製造に用いる基材、すなわち、本発明の導電性積層体が備える基材は、本発明の導電性膜を成膜した後の用途等に応じ選択することができる。例えば、本発明の導電性膜をLCD、電気泳動方式表示材料、電子ペーパー、有機EL素子などの表示装置の電極として形成する場合は、ガラス基板またはプラスチック基板を好適に用いることができる。また、導電性膜との間に絶縁膜を設けた金属基板を使用することもできる。なお、基材は板状に限らず、例えば、表面が曲面であるものや、凹凸が形成されているものなど、用途に応じて選択することができる。また、本発明の導電性膜を熱電変換用途に用いる場合には、導電性膜の圧着面に各種電極材料を設けた基材を好適に用いることができる。この電極材料としてはITO、ZnO等の透明電極、銀、銅、金、アルミニウムなどの金属電極、CNT、グラフェンなどの炭素材料、PEDOT/PSS等の有機材料等が使用できる。
 塗布、成膜後に加熱や光照射を行う場合は、これらの刺激による影響を受けにくい基材を選択することが好ましい。本発明で使用可能な基材としては、ガラス、透明セラミックス、金属、プラスチックフィルムなどの基板が挙げられる。ガラス、透明セラミックスは、金属、プラスチックフィルムに比べ、柔軟性に欠ける。また、金属とプラスチックフィルムを価格的に比べると、プラスチックフィルムの方が安価であり、柔軟性を有するので好ましい。
 このような観点から、本発明の基材としては、樹脂フィルムが好ましく、特に、ポリエステル系樹脂(以下、適宜、「ポリエステル」と称する)、ポリシクロオレフィン系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエーテル系樹脂、ポリスルフィド系樹脂が好ましい。ポリエステルとしては、芳香族二塩基酸又はそのエステル形成性誘導体とジオール又はそのエステル形成性誘導体とから合成される線状飽和ポリエステルが好ましい。
 本発明に用い得る樹脂フィルムの具体例としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンイソフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリ(1,4-シクロヘキシレンジメチレンテレフタレート)、ポリエチレン-2,6-フタレンジカルボキシレート、ビスフェノールAとイソ及びテレフタル酸のポリエステルフィルム等のポリエステルフィルム、製品名ゼオノアフィルム(日本ゼオン社製)、アートンフィルム(JSR社製)、スミライトFS1700(住友ベークライト社製)等のポリシクロオレフィンフィルム、製品名カプトン(東レ・デュポン社製)、アピカル(カネカ社製)、ユービレックス(宇部興産社製)、ポミラン(荒川化学社製)等のポリイミドフィルム、製品名ピュアエース(帝人化成社製)、エルメック(カネカ社製)等のポリカーボネートフィルム、製品名スミライトFS1100(住友ベークライト社製)等のポリエーテルエーテルケトンフィルム、製品名トレリナ(東レ社製)等のポリフェニルスルフィドフィルム等が挙げられる。使用条件や環境により適宜選択させるが入手の容易性、好ましくは100℃以上の耐熱性、経済性及び効果の観点から、市販の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、各種ポリイミドやポリカーボネートフィルム等が好ましい。
 また、本発明の効果を損なわない限りにおいて、上記樹脂の共重合体、又はこれらの樹脂と他の種類の樹脂とのブレンド物なども用いることができる。本発明に用いる基材は、紫外線吸収剤等の添加剤を含むことが好ましい。紫外線吸収剤としては、オキサゾール系、トリアジン系、スチルベン系、クマリン系吸収剤を好適に用いることができる。基材は単一の材料からなる1層でもよいし、異なる材料からなる2層以上の構成を有してもよい。
 ここで用いられる樹脂フィルムの厚さに特に制限はなく、フィルムの使用目的に応じて適宜選択できるが、一般的には、5~500μmのものを用いることが好ましい。
 本発明の導電性組成物は、CNTの分散性に優れ、かつ含有するCNTに欠陥が少ないという利点を有し、CNT、導電性高分子、オニウム塩化合物、重合性化合物の種類や含有量等を適宜調整することにより、10~2000 S/cm程度の高い導電率の導電膜を得ることができる。そのため、本発明の導電性組成物、導電性膜、導電性積層体は、液晶ディスプレイに代表される各種の表示素子や太陽電池などに用いられる透明電極、コンデンサ、キャパシタ、二次電池などに使用される導電材料の他、太陽熱発電、温水発電、電子機器からの排熱を利用した発電、外気や体温の温度差を利用したセンサーネットワークやヘルスモニター等の環境発電に使用される熱電変換材料又は熱電変換素子として有用である。
[熱電変換素子]
 本発明の導電性組成物は高い導電性に加えて優れた熱電変換性能を有し、熱電変換材料として好適に用いることができる。当該組成物を用いてなる導電性膜は熱電変換素子の熱電変換層として、また、基板上に導電性膜及び電極を備えた導電性積層体は、熱電変換素子として用いることができる。
 本発明の熱電変換素子は、本発明の導電性膜、又は本発明の導電性積層体を備えるものであればよく、その構成については特に限定されないが、基材と、本発明の導電性膜を含む熱電変換層と、これらを電気的に接続する電極とを有していることが好ましい。
 本発明の熱電変換素子の構造の一例として、図1に示す素子(1)及び図2に示す素子(2)の構造が挙げられる。図1に示す素子(1)は、第1の基材(12)上に、第1の電極(13)及び第2の電極(15)を含む一対の電極と、該電極間に熱電変換層(14)として本発明の導電性膜を備える素子である。第2の電極(15)は第2の基材(16)表面に配設されており、第1の基材(12)及び第2の基材(16)の外側には互いに対向して金属板(17)が配設される。図2に示す素子(2)は、第1の基材(22)上に、第1の電極(23)及び第2の電極(25)が配設され、その上に熱電変換材料層(24)として本発明の導電性膜が設けられている。図1及び2中、矢印は、熱電変換素子の使用時における温度差の方向を示す。
 本発明の熱電変換素子は、本発明の導電性積層体を備えるものであってもよく、この場合には、本発明の導電性積層体を構成する基材を上記第1の基材(12、22)として機能させることが好ましい。すなわち、本発明の導電性積層体の基材表面(熱電変換材料との圧着面)には、上述した各種電極材料が設けられていることが好ましい。
 形成された熱電変換材料層(導電性膜)は、一方の表面が基材で覆われているが、これを用いて熱電変換素子を調製するに際しては、他方の表面にも基材(第2の基材(16、26))を圧着させることが、膜の保護の観点から好ましい。また、この第2の基材(16)表面(熱電変換材料層との圧着面)には上記各種電極材料を予め設けておいてもよい。また、第2の基材と熱電変換材料層との圧着は、密着性向上の観点から100℃~200℃程度に加熱して行うことが好ましい。
 本発明の熱電変換素子において、熱電変換層の膜厚は、0.1μm~1000μmであることが好ましく、1μm~100μmであることがより好ましい。膜厚が薄いと温度差を付与しにくくなることと、膜内の抵抗が増大してしまうため好ましくない。
 また、第1及び第2の基材の厚さは取り扱い性、耐久性等の点から30~3000μmであることが好ましく、100~1000μmであることが好ましい。
 一般に熱電変換素子では、有機薄膜太陽電池用素子等の光電変換素子と比べて、変換層の塗布・製膜が有機層1層分でよく、簡便に素子を製造できる。特に、本発明の熱電変換材料を用いると有機薄膜太陽電池用素子と比較して100倍~1000倍程度の厚膜化が可能であり、空気中の酸素や水分に対する化学的な安定性が向上する。
[熱電発電物品]
 本発明の熱電発電物品は、本発明の熱電変換素子を用いて熱電変換を行う物、装置、機械、器具等を含む。より具体的には、温泉熱発電機、太陽熱発電機、廃熱発電機等の発電機や、腕時計用電源、半導体駆動電源、小型センサー用電源等が挙げられる。
 以下、実施例に基づき本発明をより詳しく説明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。
(第1の実施形態)
実施例1
 CNT(単層カーボンナノチューブ:ASP-100F、Hanwha nanotech社製、純度95%)12mg、及び下記に示す導電性高分子1 20mgに、o-ジクロロベンゼン10mLを加えて、メカニカルな攪拌装置で20分間攪拌した。その後、超音波洗浄機(井内盛栄堂(株)製US-2、出力120W、間接照射)を用いて、30℃で10分間超音波分散することによって、ジクロロベンゼンのCNT分散液を得た。この溶液に、オニウム塩化合物として前記例示化合物(I-9)8mgと下記に示す重合性化合物1,6をそれぞれ4mgと6mgを室温で添加して、導電性組成物のジクロロベンゼン分散液を作製した。この分散液のG/D比を下記方法により測定したところ65であった。一方、基板として、1.1mmの厚み、40mm×50mmのガラス基板をアセトン中で超音波洗浄した後、10分間UV-オゾン処理を行った。上記導電性組成物のジクロロベンゼン分散液をこのガラス基板上にスピンコーターにて塗布した後、室温真空条件で3時間乾燥することで、厚さ約1μmの導電膜を形成した。その後、適宜、紫外線照射機(アイグラフィックス株式会社製、ECS-401GX)により紫外線照射(光量:約500mJ/cm)、及び80℃で2分間、後加熱処理を行った。
 得られた膜の導電率、熱電変換性能(ZT)、成膜性、及び強度を、下記の手法で測定・評価した。結果を下記表1に示す。
[G/D比]
 分散液のラマン分光測定スペクトル(波長633nm、堀場製作所製レーザラマン分光測定装置)の測定により、CNTの欠陥の程度をG-バンドとD-バンドのスペクトル強度比から、G/D比で評価した。G/D比が小さい程、CNTの欠陥が多い。
[導電率及び熱電変換性能の測定]
 得られた導電性膜を、熱電特性測定装置(オザワ科学(株)製:RZ2001i)を用いて、100℃におけるゼーベック係数(単位:μV/K)及び導電率(単位:S/cm)を評価した。続いて、熱伝導率測定装置(英弘精機(株)製:HC-074)を用いて熱伝導率(単位:W/mK)を算出した。これらの値を用いて、前記数式(A)に従って、100℃におけるZT値を算出し、この値を熱電変換性能値とした。
[成膜性]
 成膜性は目視により下記の3段階の基準で評価した。
1:良好
2:凝集物が少しみられ、成膜性が低下した
3:凝集物が多く、成膜性が大きく低下した
[膜強度]
 得られた導電性膜について、JIS K5600-4に基づき、鉛筆硬度試験を行った。結果を表1に示す。本発明の導電性膜において硬度の許容範囲はHB以上であり、H以上であることが好ましい。評価結果がBである膜は膜の取り扱い時にキズが生じる可能性があり好ましくない。なお、鉛筆は三菱鉛筆社製のUNI(登録商標)を使用した。
実施例2~18
 導電性高分子、オニウム塩化合物、及び重合性化合物の種類を表1に示すように変更した以外は実施例1と同様にして、導電性膜を製造し、導電率、熱電変換性能(ZT)、成膜性、及び膜強度を評価した。結果を表1に示す。
実施例19
 実施例1におけるメカニカルな攪拌20分間と、その後の超音波洗浄機(井内盛栄堂(株)製US-2、出力120W、間接照射)分散10分間の代わりに、超音波破砕機(東京理化器械(株)製VCX-502、出力250W、直接照射)30分間攪拌にてCNT分散液を調製した以外は実施例1と同様にして、ガラス基板上に導電性膜を作製した。この塗膜を、実施例1と同様の手法により、導電率、熱電変換性能(ZT)、成膜性、及び強度を評価した、結果を下記表1に示す。なお、実施例19で調製した上記分散液のG/D比は12であった。
実施例20
 実施例1において、後加熱処理を行わない以外は実施例1と同様にして、ガラス基板上に導電性膜を作製した。この塗膜を、実施例1と同様の手法により、導電率、熱電変換性能(ZT)、成膜性、及び強度を評価した。結果を表1に示す。
実施例21,22
 実施例1におけるCNT/導電性高分子/オニウム塩化合物/全重合性化合物の各添加量をそれぞれ14mg/20mg/6mg/10mg及び16mg/15mg/4mg/15mgに変えた以外は実施例1と同様にして、ガラス基板上に導電性膜を作製した。この塗膜を、実施例1と同様にして導電率、熱電変換性能(ZT)、成膜性、及び強度を評価した。結果を表1に示す。
比較例1~6
 実施例1において、オニウム塩化合物、重合性化合物を添加する代わりに、無添加または表1に示す他の化合物を添加すること以外は実施例1と同様にして、ガラス基板上にCNTと導電性高分子とを含む比較用塗膜を作製した。この塗膜を、実施例1と同様の手法により、導電率、熱電変換性能(ZT)、成膜性、及び強度を評価した。結果を表1に示す。
<導電性高分子>
 下記の繰り返し単位を有する導電性高分子1: ポリ(3-ヘキシルチオフェン)(重量平均分子量87,000)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000028
 下記の繰り返し単位を有する導電性高分子2: ポリ(3-((2’’-エトキシ)-2’-エトキシ)エトキシチオフェン)(重量平均分子量65,000)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000029
 下記の繰り返し単位を有する導電性高分子3: ポリ(2,5-ビス(3-ドデシルチオフェニル)チエノ[3,2-b]チオフェン)(重量平均分子量79,000)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000030
 下記の繰り返し単位を有する導電性高分子4: ポリ(2,6-(4,4-ビス(2-エチルヘキシル)-4H-シクロペンタ[2,1―b;3,4-b’]ジチオフェン-co-4,7-ベンゾ[c][1,2,5]チアジアゾール)(重量平均分子量48,000)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000031
 下記の繰り返し単位を有する導電性高分子5: ポリ(2,6-ビス(3-ヘキシルチオフェニル)-(4,4-ジヘキシルジチエノ[3,2-b;2‘,3’-d]シロール)(重量平均分子量52,000)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000032
 下記の繰り返し単位を有する導電性高分子6: ポリ(2-メトキシ-5-(2-エチルヘキシルオキシ)-1,4-フェニレンビニレン)(重量平均分子量110,000)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000033
<重合性化合物>
 重合性化合物1: 3,4-エポキシシクロへキセニルメチル-3’,4’-エポキシシクロへキセンカルボキシレート(セロキサイド2021:ダイセルUCB(株)製)
 重合性化合物2: 1,2:8,9-ジエポキシリモネン(セロキサイド3000:ダイセルUCB(株)製)
 重合性化合物3: ポリエチレングリコール ジグリシジルエーテル(ナガセコムテックス(株)製)
 重合性化合物4: ビスフェノールAビス(トリエチレングリコールグリシジルエーテル)エーテル(リカレジンBEO-60E:新日本理化(株)製)
 重合性化合物5: 1,4-ビス[(3-エチル-3-オキセタニルメトキシ)メチル]ベンゼン(OXT-121:東亞合成(株)製)
 重合性化合物6: ビス(3-エチル-3-オキセタニルメチル)エーテル(OXT-221:東亜合成(株)製)
 重合性化合物7: テトラエチレングリコール ジビニルエーテル(DVE-4:BASF社製)
 重合性化合物8: ポリエチレングリコール ジビニルエーテル(PEG200-DVE:BASF社製)
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000034
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000035
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000036
 表1から明らかなように、CNT、導電性高分子、オニウム塩化合物、及び重合性化合物を含有する組成物を用いて成形された実施例1~22の導電性膜では、高い導電率、良好な成膜性、良好な熱電変換性能を示すと共に、優れた膜強度を示した。
 これに対し、オニウム塩化合物を用いていない比較例1~5では、導電率、熱電変換性能が大きく低下した。また酸や金属ハロゲンといった従来のドーパントを用いた比較例3~5では、成膜性に劣る結果となった。さらにドーパントを添加しない比較例1、ヨウ素や金属ハロゲンをドーパントとした比較例2~3、及び重合性化合物を含有しない比較例6では、膜強度が劣る結果となった。
(第2の実施形態)
実施例23
 CNT(単層カーボンナノチューブ:ASP-100F、Hanwha nanotech社製、純度95%)12mg、及び上記の導電性高分子1 20mgに、o-ジクロロベンゼン10mLを加えて、メカニカルな攪拌装置で20分間攪拌した。その後、超音波洗浄機(井内盛栄堂(株)製US-2、出力120W、間接照射)を用いて、30℃で10分間超音波分散することによって、ジクロロベンゼンのCNT分散液を得た。この溶液に、下記に示すラジカルを発生する化合物7 8mgを室温で添加して、導電性組成物のジクロロベンゼン分散液を作製した。この分散液のG/D比を下記方法により測定したところ65であった。一方、基板として、1.1mmの厚み、40mm×50mmのガラス基板をアセトン中で超音波洗浄した後、10分間UV-オゾン処理を行った。上記導電性組成物のジクロロベンゼン分散液をこのガラス基板上にスピンコーターにて塗布した後、室温真空条件で3時間乾燥することで、厚さ約1μmの導電膜を形成した。その後、紫外線照射機(アイグラフィックス株式会社製、ECS-401GX)により紫外線照射(光量:約1J/cm)を行った。
 得られた膜の導電率、成膜性、G/D比、熱電変換性能、及び膜強度を、上記と同じ手法で測定・評価した。結果を表2に示す。
実施例24~33
 導電性高分子、ラジカルを発生する化合物の種類を表2に示すように変更した以外は実施例23と同様にして、導電性膜を製造し評価した。結果を表2に示す。
実施例34
 実施例23におけるメカニカルな攪拌20分間と、その後の超音波洗浄機(井内盛栄堂(株)製US-2、出力120W、間接照射)分散10分間の代わりに、超音波破砕機(東京理化器械(株)製VCX-502、出力250W、直接照射)30分間攪拌にてCNT分散液を調製した以外は実施例1と同様にして、ガラス基板上に導電性膜を作製した。
 得られた導電性を、実施例23と同様の手法により、導電率、成膜性、熱電変換性能及び膜強度を評価すると共に、G/D比を評価した。結果を表2に示す。なお、上記分散液のG/D比は12であった。
実施例35~38
 導電性高分子、ラジカルを発生する化合物の種類を表2に示すように変更した以外は実施例23と同様にして作製したCNTのジクロロベンゼン分散液に、さらに下記に示すラジカル重合性化合物10mgを添加し、実施例23と同様にして、ガラス基板上に厚さ約1μmの導電膜を形成した。その後、紫外線照射機(アイグラフィックス株式会社製、ECS-401GX)により紫外線照射(光量:約1J/cm)、及び80℃で2分間、後加熱処理を行った。得られた膜の導電率、成膜性、熱電変換性能、及び膜強度を実施例23と同様に評価した。結果を表2に示す。
実施例39
 実施例35における後加熱処理を行わない以外は実施例13と同様にして、ガラス基板上に導電性膜を作製し、実施例23と同様の手法により、導電率、成膜性、熱電変換性能、及び膜強度を評価した。結果を表2に示す。
実施例40,41
 実施例23におけるCNT/導電性高分子/ラジカルを発生する化合物の各添加量を14mg/20mg/6mgに、及び実施例35におけるCNT/導電性高分子/ラジカルを発生する化合物/ラジカル重合性化合物の各添加量を14mg/15mg/6mg/15mgに変えた以外は実施例23と同様にして、ガラス基板上に導電性膜を作製した。この塗膜を、実施例23と同様にして評価した。結果をそれぞれ表2に示す。
比較例7~11
 実施例23において、ラジカルを発生する化合物を添加する代わりに、無添加または表2に示す他の化合物を添加すること以外は実施例23と同様にして、ガラス基板上にCNTと導電性高分子とを含む比較用塗膜を作製した。この塗膜について、実施例23と同様の手法により、導電率、成膜性、熱電変換性能、及び膜強度を評価した。結果を表2に示す。
<ラジカルを発生する化合物>
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000037
<ラジカル重合性化合物>
重合性化合物9: ポリエチレングリコールジメタクリレート
重合性化合物10: ビスフェノールAのEO付加物ジアクリレート
重合性化合物11: キシリレン-1,3-ビスアクリルアミド
重合性化合物12: ジフェニルメタン-4,4’-ジイソシアネートと2等量の2-ヒドロキシエチルメタクリレートの付加体
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000038
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000039
 表2から明らかなように、CNT、導電性高分子、ラジカルを発生する化合物を含有する組成物を用いて成膜された実施例23~34,40の導電性膜では、高い導電率、良好な成膜性、及び良好な熱電変換性能を示した。さらにラジカル重合性化合物を添加した組成物を用いて成膜し、後加熱を行った実施例35~38,41の導電性膜では、高い導電率、良好な成膜性、良好な熱電変換性能を示すと共に、優れた膜強度を示した。
 これに対し、ドーパントとしてラジカルを発生する化合物を用いていない比較例7~11では、導電率、熱電変換性能が大きく低下した。また酸や金属ハロゲンといった従来のドーパントを用いた比較例9~11では、成膜性に劣る結果となった。さらに重合性化合物を含有しない比較例7,8,10では、膜強度が劣る結果となった。
 本発明をその実施態様とともに説明したが、我々は特に指定しない限り我々の発明を説明のどの細部においても限定しようとするものではなく、添付の請求の範囲に示した発明の精神と範囲に反することなく幅広く解釈されるべきであると考える。
 本願は、2011年10月31日に日本国で特許出願された特願2011-238780及び特願2011-238782に基づく優先権を主張するものであり、これらはここに参照してその内容を本明細書の記載の一部として取り込む。
 1、2   熱電変換素子
 11、17 金属板
 12、22 第1の基材
 13、23 第1の電極
 14、24 熱電変換層
 15、25 第2の電極
 16、26 第2の基材

Claims (29)

  1.  (A-1)カーボンナノチューブ、(B-1)導電性高分子、(C-1)オニウム塩化合物、及び(D-1)重合性化合物を含有する導電性組成物。
  2.  (C-1)オニウム塩化合物が、(A-1)カーボンナノチューブ及び/又は(B-1)導電性高分子に対し、酸化能を有する化合物である、請求項1記載の導電性組成物。
  3.  (C-1)オニウム塩化合物が、熱又は活性エネルギー線照射の付与により酸を発生する化合物である、請求項1又は2記載の導電性組成物。
  4.  (C-1)オニウム塩化合物が、下記一般式(I)~(V)のいずれかで表される化合物の1種又は2種以上である、請求項1~3のいずれか1項に記載の導電性組成物。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
     (一般式(I)~(V)中、R21~R23、R25~R26及びR31~R33は、それぞれ独立に直鎖、分岐又は環状のアルキル基、アラルキル基、アリール基、芳香族へテロ環基を表す。R27~R30は、それぞれ独立に水素原子、直鎖、分岐又は環状のアルキル基、アラルキル基、アリール基、芳香族へテロ環基、アルコキシ基、アリールオキシ基を表す。R24は、直鎖、分岐又は環状のアルキレン基、アリーレン基を表す。
     Xは、強酸のアニオンを表す。
     一般式(I)におけるR21~R23のいずれか2つの基、一般式(II)におけるR21及びR23、一般式(III)におけるR25及びR26、一般式(IV)におけるR27~R30のいずれか2つの基、及び一般式(V)におけるR31~R33のいずれか2つの基は、各一般式中において互いに結合して脂肪族環、芳香族環、又はヘテロ環を形成してもよい。)
  5.  前記一般式(I)~(V)において、Xがアリールスルホン酸のアニオン、パーフルオロアルキルスルホン酸のアニオン、過ハロゲン化ルイス酸のアニオン、パーフルオロアルキルスルホンイミドのアニオン、又は、アルキル若しくはアリールボレートアニオンである、請求項4記載の導電性組成物。
  6.  (D-1)重合性化合物が2個以上のカチオン重合性基を有する化合物である、請求項1~5のいずれか1項に記載の導電性組成物。
  7.  (D-1)重合性化合物のカチオン重合性基が、エポキシ基、オキセタン基、及び/又はビニルエーテル基である、請求項6に記載の導電性組成物。
  8.  溶媒を含む、請求項1~7のいずれか1項に記載の導電性組成物。
  9.  導電性組成物の全固形分中に、(A-1)カーボンナノチューブを3~50質量%、(B-1)導電性高分子を30~80質量%、(C-1)オニウム塩化合物を1~50質量%、(D-1)重合性化合物を5~50質量%含有する、請求項1~8のいずれか1項に記載の導電性組成物。
  10.  熱電変換用である、請求項1~9のいずれか1項に記載の導電性組成物。
  11.  (A-2)カーボンナノチューブ、(B-2)導電性高分子、及び(C-2)活性エネルギー線照射又は熱の付与によりラジカルを発生する化合物を含有する導電性組成物。
  12.  前記(C-2)のラジカルを発生する化合物が、活性エネルギー線照射又は熱の付与により、(A-2)カーボンナノチューブ及び/又は(B)導電性高分子に対し、酸化能を有する化合物である、請求項11記載の導電性組成物。
  13.  前記(C-2)のラジカルを発生する化合物が、(a)芳香族カルボニル化合物、(b)アシルホスフィン化合物、(c)有機過酸化物、(d)活性エステル化合物、(e)ヘキサアリールビイミダゾール化合物、(f)ジスルホン化合物、(g)ボレート化合物、(h)メタロセン化合物、(i)ハロアルキル基を有する化合物からなる群より選択される少なくとも1種の化合物である、請求項11又は12記載の導電性組成物。
  14.  (D-2)ラジカル重合性化合物を含有する、請求項11~13のいずれか1項に記載の導電性組成物。
  15.  前記(D-2)ラジカル重合性化合物が2個以上のラジカル重合性基を有する化合物である、請求項14記載の導電性組成物。
  16.  溶媒を含む、請求項11~15のいずれか1項に記載の導電性組成物。
  17.  導電性組成物の全固形分中に、(A-2)カーボンナノチューブを3~50質量%、(B-2)導電性高分子を30~80質量%、(C-2)ラジカルを発生する化合物を1~20質量%含有する、請求項11~16のいずれか1項に記載の導電性組成物。
  18.  熱電変換用である、請求項11~17のいずれか1項に記載の導電性組成物。
  19.  請求項1~18のいずれか1項に記載の導電性組成物を用いてなる導電性膜。
  20.  重合性化合物を構成成分とする重合体を含む、請求項19に記載の導電性膜。
  21.  基材と、該基材上に設けられた請求項19又は20に記載の導電性膜を備えた導電性積層体。
  22.  基材が樹脂フィルムである請求項21に記載の導電性積層体。
  23.  請求項19もしくは20に記載の導電性膜、又は請求項21もしくは22に記載の導電性積層体を用いた熱電変換素子。
  24.  電極を有する、請求項23に記載の熱電変換素子。
  25.  請求項23又は24に記載の熱電変換素子を用いた熱電発電物品。
  26.  請求項1~18のいずれか1項に記載の導電性組成物を用いて成膜する工程を含む、導電性膜又は導電性積層体の製造方法。
  27.  前記成膜工程が、導電性組成物を基材上に塗布する工程を含む、請求項26に記載の製造方法。
  28.  成膜後に加熱又は活性エネルギー線照射を行う工程を含む、請求項26又は27に記載の製造方法。
  29.  加熱又は活性エネルギー線の照射後に、60~150℃で1~20分間加熱する工程を含む、請求項28に記載の製造方法。
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