WO2016006251A1 - ポリアニリン複合体組成物の製造方法及びポリアニリン複合体組成物 - Google Patents
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Abstract
Description
導電性高分子の一種であるポリアニリンは,その電気的な特性に加え,安価なアニリンから比較的簡便に合成でき,かつ導電性を示す状態で酸素等に対して優れた安定性を示すという利点及び特性を有する。
1.(a)下記式(I)で表される化合物によりドープされたポリアニリン、及び(b)フェノール性化合物を含む有機溶液から溶媒を除去し、組成物を得て、
前記組成物を、(c)スルホン酸又はスルホン酸塩の少なくとも一方を含む溶液に浸漬した後、乾燥するポリアニリン複合体組成物の製造方法。
M(XARn)m (I)
(式中、Mは、水素原子、有機遊離基又は無機遊離基であり、mは[Mの価数/Xの価数]の値である。
Xは、アニオン基である。
Aは、置換基を含んでよい炭化水素基である。
Rは、-H、-R1、-OR1、-COR1、-COOR1、-(C=O)-(COR1)、又は-(C=O)-(COOR1)で表わされる基であり、Rのうち少なくとも1つは-COOR1又は-(C=O)-(COOR1)で表わされる基である。
R1は、置換基を含んでもよい炭化水素基、シリル基、アルキルシリル基、-(R2O)x-R3で表わされる基、又は-(OSiR3 2)x-OR3で表わされる基である(R2はそれぞれ独立にアルキレン基であり、R3はそれぞれ独立に炭化水素基であり、xは1以上の整数である。
nは1以上の整数である。)
2.(a)下記式(I)で表される化合物によりドープされたポリアニリン、(b)フェノール性化合物、及び酸性物質又は前記酸性物質の塩を含む有機溶液から溶媒を除去し、組成物を得て、
前記組成物を、(c)スルホン酸又はスルホン酸塩の少なくとも一方を含む溶液に浸漬した後、乾燥するポリアニリン複合体組成物の製造方法。
M(XARn)m (I)
(式中、Mは、水素原子、有機遊離基又は無機遊離基であり、mは[Mの価数/Xの価数]の値である。
Xは、アニオン基である。
Aは、置換基を含んでよい炭化水素基である。
Rは、-H、-R1、-OR1、-COR1、-COOR1、-(C=O)-(COR1)、又は-(C=O)-(COOR1)で表わされる基であり、Rのうち少なくとも1つは-COOR1又は-(C=O)-(COOR1)で表わされる基である。
R1は、置換基を含んでもよい炭化水素基、シリル基、アルキルシリル基、-(R2O)x-R3で表わされる基、又は-(OSiR3 2)x-OR3で表わされる基である(R2はそれぞれ独立にアルキレン基であり、R3はそれぞれ独立に炭化水素基であり、xは1以上の整数である。
nは1以上の整数である。)
3.前記酸性物質が有機酸である2記載のポリアニリン複合体組成物の製造方法。
4.前記酸性物質が、スルホン酸基、リン酸基、ホスホン酸基及びカルボキシ基から選択される1以上の酸性基を有する、1以上の酸性物質である2又は3記載のポリアニリン複合体組成物の製造方法。
5.前記酸性物質が、酸性基を1以上有する環状、鎖状又は分岐のアルキル酸である2~4のいずれか記載のポリアニリン複合体組成物の製造方法。
6.前記酸性物質が、酸性基を1以上有する置換又は無置換の芳香族酸である2~4のいずれか記載のポリアニリン複合体組成物の製造方法。
7.前記芳香族酸が、ナフタレン骨格を有する酸である6記載のポリアニリン複合体組成物の製造方法。
8.前記式(I)で表される化合物によりドープされたアニリンを0℃以下で重合し、前記ポリアニリンを得る1~7のいずれか記載のポリアニリン複合体組成物の製造方法。
9.前記式(I)で表される化合物がジイソオクチルスルホコハク酸塩である1~8のいずれかに記載のポリアニリン複合体組成物の製造方法。
10.前記フェノール性化合物が、アルコキシフェノール、アルキルフェノール又はアルキルナフトールである1~9のいずれか記載のポリアニリン複合体組成物の製造方法。
11.前記フェノール性化合物がアミルフェノール、メトキシフェノール又はイソプロピルフェノールである1~10のいずれか記載のポリアニリン複合体組成物の製造方法。
12.前記フェノール性化合物がp-tert-アミルフェノール、4-メトキシフェノール又は4-イソプロピルフェノールである1~11のいずれか記載のポリアニリン複合体組成物の製造方法。
13.前記スルホン酸又はスルホン酸塩が、芳香族スルホン酸又は芳香族スルホン酸塩である1~12のいずれか記載のポリアニリン複合体組成物の製造方法。
14.前記スルホン酸又はスルホン酸塩が、下記式(4)若しくは(5)で表される化合物、又はその塩である1~13のいずれか記載のポリアニリン複合体組成物の製造方法。
15.前記スルホン酸又はスルホン酸塩が、ナフタレンスルホン酸、フェノールスルホン酸、スルホフタル酸、スルホイソフタル酸、スルホサリチル酸又はこれらの塩である1~14のいずれか記載のポリアニリン複合体組成物の製造方法。
16.1~15のいずれか記載の製造方法により製造されるポリアニリン複合体組成物。
17.16記載のポリアニリン複合体組成物からなるポリアニリン複合体導電膜。
18.17記載のポリアニリン複合体導電膜を含むコンデンサ。
19.基材と、
前記基材上に積層した、17記載のポリアニリン複合体導電膜と、を備える導電性積層体。
20.19記載の導電性積層体を成形して得られる導電性物品。
前記組成物を、(c)スルホン酸又はスルホン酸塩の少なくとも一方を含む溶液に浸漬した後、乾燥することで、ポリアニリン複合体組成物が得られる。
(式中、Mは、水素原子、有機遊離基又は無機遊離基であり、mは[Mの価数/Xの価数]の値である。
Xは、アニオン基である。
Aは、置換基を含んでよい炭化水素基である。
Rは、-H、-R1、-OR1、-COR1、-COOR1、-(C=O)-(COR1)、又は-(C=O)-(COOR1)で表わされる基であり、Rのうち少なくとも1つは-COOR1又は-(C=O)-(COOR1)で表わされる基である。
R1は、置換基を含んでもよい炭化水素基、シリル基、アルキルシリル基、-(R2O)x-R3で表わされる基、又は-(OSiR3 2)x-OR3で表わされる基である(R2はそれぞれ独立にアルキレン基であり、R3はそれぞれ独立に炭化水素基であり、xは1以上の整数である。
nは1以上の整数である。)
(c)スルホン酸又はスルホン酸塩の少なくとも1つを含む溶液に浸漬した後、乾燥して得られる。
形状は板状、棒状等どのような形状であってもよい。真空成型や圧空成形等の公知の方法により所望の形状に加工することができる。
上記有機遊離基としては、例えば、ピリジニウム基、イミダゾリウム基、アニリニウム基が挙げられる。また、上記無機遊離基としては、例えば、リチウム、ナトリウム、カリウム、セシウム、アンモニウム、カルシウム、マグネシウム、鉄が挙げられる。
式(I)のXは、アニオン基であり、例えば-SO3 -基、-PO3 2-基、-PO4(OH)-基、-OPO3 2-基、-OPO2(OH)-基、-COO-基が挙げられ、好ましくは-SO3 -基である。
上記炭化水素基は、鎖状若しくは環状の飽和脂肪族炭化水素基、鎖状若しくは環状の不飽和脂肪族炭化水素基、又は芳香族炭化水素基である。
鎖状の飽和脂肪族炭化水素としては、直鎖若しくは分岐状のアルキル基が挙げられる。環状の飽和脂肪族炭化水素基としては、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基等のシクロアルキル基が挙げられる。ここで環状の飽和脂肪族炭化水素基は、複数の環状の飽和脂肪族炭化水素基が縮合していてもよい。例えば、ノルボルニル基、アダマンチル基、縮合したアダマンチル基が挙げられる。芳香族炭化水素基としては、フェニル基、ナフチル基、アントラセニル基が挙げられる。鎖状の不飽和脂肪族炭化水素としては、直鎖若しくは分岐状のアルケニル基が挙げられる。
ここで、Aが置換の炭化水素基である場合の置換基は、アルキル基、シクロアルキル基、ビニル基、アリル基、アリール基、アルコキシ基、ハロゲン基、ヒドロキシ基、アミノ基、イミノ基、ニトロ基、シリル基又はエステル基である。
R1の炭化水素基としては、メチル基、エチル基、直鎖若しくは分岐のブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ドデシル基、ペンタデシル基、エイコサニル基等が挙げられる。また、当該炭化水素基の置換基は、アルキル基、シクロアルキル基、ビニル基、アリル基、アリール基、アルコキシ基、ハロゲン基、ヒドロキシ基、アミノ基、イミノ基、ニトロ基又はエステル基である。
R1のアルキルシリル基としては、ジメチルシリル基、ジエチルシリル基である。
R3の炭化水素基もR1と同様である。
R2のアルキレン基としては、例えばメチレン基、エチレン基、プロピレン基等が挙げられる。
式(I)のnは1以上の整数であり、式(I)のmは、Mの価数/Xの価数である。
上記エステル結合を2以上含有する化合物は、スルホフタール酸エステル、又は下記式(II)で表される化合物がより好ましい。
R4、R5及びR6が炭化水素基である場合の炭化水素基としては、炭素数1~24の直鎖若しくは分岐状のアルキル基、芳香環を含むアリール基、アルキルアリール基等が挙げられる。
R9の炭化水素基としては、R4、R5及びR6の場合と同様である。
R7及びR8が炭化水素基である場合の炭化水素基としては、炭素数1~24、好ましくは炭素数4以上の直鎖若しくは分岐状のアルキル基、芳香環を含むアリール基、アルキルアリール基等が挙げられ、R7及びR8が炭化水素基である場合の炭化水素基の具体例としては、例えば、直鎖又は分岐状のブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、デシル基等が挙げられる。
R13及びR14において、R15が炭化水素基である場合の炭化水素基としては、上記R10と同様である。また、R13及びR14において、R16及びR17が炭化水素基である場合の炭化水素基としては、上記R4、R5及びR6と同様である。
rは、1~10であることが好ましい。
R13及びR14の炭化水素基としては、R7及びR8と同様であり、ブチル基、ヘキシル基、2-エチルヘキシル基、デシル基等が好ましい。
式(I)で表される化合物の含有量が当該範囲より多い場合、分離精製が困難になるおそれがある。
上記置換ポリアニリンの置換基としては、例えばメチル基、エチル基、ヘキシル基、オクチル基等の直鎖又は分岐の炭化水素基;メトキシ基、エトキシ基等のアルコキシ基;フェノキシ基等のアリールオキシ基;トリフルオロメチル基(-CF3基)等のハロゲン化炭化水素が挙げられる。
ポリアニリン分子の重量平均分子量が10,000未満であると、当該ポリアニリン分子を含むポリアニリン複合体組成物から得られる導電性物品の強度や延伸性が低下するおそれがある。
また、分子量分布は、例えば1.5~10.0である。導電率の観点から、分子量分布は小さい方が好ましいが、溶剤への溶解性及び成形性の観点では、分子量分布が広い方が好ましい場合もある。
上記分子量及び分子量分布は、ゲルパーミエーションクロマトグラフ(GPC)により測定できる。
ここでポリアニリンが式(I)で表される化合物によってドープされるとは、式(I)で表される化合物によってポリアニリンに自由に動くことができる電荷移動体(キャリア)が注入されていることを意味する。
ドープされたポリアニリンのドープ率aは、好ましくは0<a<1であり、より好ましくは0.7以下であり、さらに好ましくは0.2<a<0.7であり、最も好ましくは0.4<a<0.7である。
尚、ドープ率が0.2以下であると導電性及びポリアニリンの溶剤への溶解性が低下するおそれがある。また、ドープ率が0.7以上になると導電性が低下する。
式(I)で表される化合物のドープ率aが、0.5であることは、窒素原子2つに対して1分子の式(I)で表される化合物がドープすることを意味する。
また、「2つの液相を有する溶液」は、片方の液相が連続相であり、他方の液相が分散相である状態も含む。例えば水相が連続相であり「低極性溶媒の相」が分散相である状態、及び「低極性溶媒の相」が連続相であり水相が分散相である状態が含まれる。
上記範囲とすることで、導電性及び耐熱性をさらに向上できる。
重合温度が低い場合分子量が高くなり、かつ副反応が抑制され分岐構造や架橋構造等の構造上の欠陥が少なく直鎖上に近い構造の分子鎖が得られるためである。
「Beadle et al., Synth. Met., 1998 95 29-45」では、水一相系のポリアニリン重合を行う際、LiCl等の金属塩やエタノールを添加し反応液の凍結を防ぐことで-43℃という低温下で重合し、電導度323S/cmという高い導電性を実現している。
「S.-H. Lee et al., Adv. Funct. Mater., 2005 15 1495-1500」では、水/クロロホルム二相系にて-35℃下でポリアニリンを重合することで、600~800S/cmと高い導電性のポリアニリンを得ている。
特開2008-169255では、水/イソオクタン二相系にて-18℃下でポリアニリンを重合することで、789S/cmと高い導電性のポリアニリンを得ている。
以上より、ポリアニリン等の導電性高分子を重合する場合、反応系が水一相系や油水二相系に関わらず、また使用する酸(メタンスルホン酸、リン酸、塩酸、硫酸等)や使用するドーパントの種類に関わらず、一般的に重合温度は低温であることが好ましい。
リン酸水溶液の含有量は、アニリン単量体1molに対して、通常1000~10000mlである。
アニオン性乳化剤(陰イオン乳化剤)の具体例としては、脂肪酸、不均化ロジン石けん、高級アルコールエステル、ポリオキシエチレンアルキルエーテルリン酸、アルケニルコハク酸、ザルコシネート、及びそれらの塩が挙げられる。
カチオン性乳化剤(陽イオン乳化剤)の具体例としては、アルキルジメチルベンジルアンモニウム塩、アルキルトリメチルアンモニウム塩が挙げられる。
双性乳化剤(両イオン乳化剤)の具体例としては、アルキルベタイン型、アルキルアミドベタイン型、アミノ酸型、アミンオキサイド型が挙げられる。
非イオン乳化剤の具体例としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリプロピレングリコールポリエチレングリコールエーテル、ポリオキシエチレングリセロールボレート脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステルが挙げられる。
アニオン性乳化剤としては、リン酸エステル構造を有するアニオン性乳化剤がさらに好ましい。また、非イオン乳化剤としては、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル構造を有する非イオン乳化剤がさらに好ましい。
乳化剤の使用量が当該範囲より多い場合、重合終了後に「高極性溶剤の相」と「低極性溶剤の相」を分離することができないおそれがある。
これら酸化剤は単独で使用しても、2種以上を併用してもよい。
Rは、それぞれ炭素数2~10のアルキル基、炭素数2~20のアルケニル基、炭素数1~20のアルキルチオ基、炭素数3~10のシクロアルキル基、炭素数6~20のアリール基、炭素数7~20のアルキルアリール基又は炭素数7~20のアリールアルキル基である。)
Rは、それぞれ炭素数2~10のアルキル基、炭素数2~20のアルケニル基、炭素数1~20のアルキルチオ基、炭素数3~10のシクロアルキル基、炭素数6~20のアリール基、炭素数7~20のアルキルアリール基又は炭素数7~20のアリールアルキル基である。)
アルキル基としては、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、ターシャルブチル、ターシャルアミル等が挙げられる。
アルケニル基としては、上述したアルキル基の分子内に不飽和結合を有する置換基が挙げられる。
シクロアルキル基としては、シクロペンタン、シクロヘキサン等が挙げられる。
アルキルチオ基としては、メチルチオ、エチルチオ等が挙げられる。
アリール基としては、フェニル、ナフチル等が挙げられる。
アルキルアリール基、及びアリールアルキル基としては、上述したアルキル基とアリール基を組み合わせて得られる置換基等が挙げられる。
これらの基のうち、Rとしては、メチル又はエチル基が好ましい。
上記溶剤は、有機溶剤でも水等の無機溶剤でもよく、また1種単独でも2種以上の混合溶媒でもよい。好ましくは有機溶剤である。
また、有機溶剤は、水溶性有機溶剤でも、実質的に水に混和しない有機溶剤(水不混和性有機溶剤)でもよい。
上記混合有機溶剤の水不混和性有機溶剤としては、低極性有機溶剤が使用でき、当該低極性有機溶剤は、トルエンやクロロホルムが好ましい。また、混合有機溶剤の水溶性有機溶剤としては、高極性有機溶剤が使用でき、例えば、メタノール,エタノール,イソプロピルアルコール,2-メトキシエタノール,2-エトキシエタノール,アセトン,メチルエチルケトン,メチルイソブチルケトン,テトラヒドロフラン又はジエチルエーテルが好ましい。
酸性物質又はその塩を含むことで、さらに抵抗値の上昇を抑制することができる。
酸性物質としては、好ましくはスルホン酸基、リン酸基、ホスホン酸基、カルボキシ基等、酸性の基である酸性基を1つ以上含む有機酸である。
酸性基を1以上有する置換又は無置換の芳香族酸であることが好ましい。
また、上記芳香族酸が、ナフタレン骨格を有する酸であることが好ましい。
上記アルキルスルホン酸としては、例えば、メタンスルホン酸、エタンスルホン酸、ジ2-エチルヘキシルスルホコハク酸が挙げられる。
上記芳香族スルホン酸としては、例えば、ベンゼン環を有するスルホン酸、ナフタレン骨格を有するスルホン酸、アントラセン骨格を有するスルホン酸が挙げられる。また、上記芳香族スルホン酸としては、置換又は無置換のベンゼンスルホン酸、ナフタレンスルホン酸及びアントラセンスルホン酸が挙げられる。ここで置換基は、例えば、アルキル基、アルコキシ基、ヒドロキシ基、ニトロ基、カルボキシ基、アシル基からなる群から選択される置換基であり、1以上置換していてもよい。例えば、ナフタレンスルホン酸、ドデシルベンゼンスルホン酸、アントラキノンスルホン酸が挙げられる。上記芳香族スルホン酸としては、置換又は無置換のナフタレンスルホン酸が好ましい。
上記ポリスルホン酸は、高分子鎖の主鎖、又は側鎖に複数のスルホン酸基が置換したスルホン酸である。例えば、ポリスチレンスルホン酸が挙げられる。
ここでアルキル基は好ましくは炭素数が1~18の直鎖又は分岐のアルキル基である。
上記アルキルカルボン酸としては、例えば、ウンデシレン酸、シクロヘキサンカルボン酸、2-エチルヘキサン酸等が挙げられる。
上記芳香族カルボン酸としては、置換又は無置換のベンゼンカルボン酸及びナフタレンカルボン酸等が挙げられる。ここで置換基は、例えば、スルホン酸基、アルキル基、アルコキシ基、ヒドロキシ基、ニトロ基、アシル基からなる群から選択される置換基であり、1以上置換していてもよい。例えば、サリチル酸、安息香酸、ナフトエ酸、トリメシン酸等が挙げられる。
ここでアルキル基は好ましくは炭素数が1~18の直鎖又は分岐のアルキル基である。
上記アルキルリン酸又はホスホン酸としては、例えば、ドデシルリン酸、リン酸水素ビス(2-エチルヘキシル)等が挙げられる。
上記芳香族リン酸又はホスホン酸としては、置換又は無置換のベンゼンホスホン酸、及びナフタレンホスホン酸等が挙げられる。ここで置換基は、例えば、アルキル基、アルコキシ基、ヒドロキシ基、ニトロ基、カルボキシ基、アシル基からなる群から選択される置換基であり、1以上置換していてもよい。例えば、フェニルホスホン酸等が挙げられる。
ここでアルキル基は好ましくは炭素数が1~18の直鎖又は分岐のアルキル基である。
具体的には、「TURBOMOLE Version 6.1」(COSMO logic社製)を用いて、基底関数にTZVPを用いて構造を最適化し、この構造を用いてCOSMO-RS法計算を「COSMO therm Version C2.1 Release 01.10」(COSMO logic社製)により行う。
ここで、「COSMO therm Version C2.1 Release 01.10」に25℃の水溶媒中との条件と、分子の化学式と、脱プロトンした分子の化学式と、を入力してpKaを算出する。
1000質量部を超えると、有機溶液の増粘が起こり、凝集物が発生し、溶液の安定性が低下するおそれがある。
他の樹脂の具体例としては、例えば、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン、塩素化ポリオレフィン、ポリスチレン、ポリエステル、ポリアミド、ポリアセタール、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキサイド、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸エステル、ポリメタクリル酸エステル、ポリビニルアルコールが挙げられる。
また上記樹脂の代わりに、また樹脂と共に、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂、もしくはこれら熱硬化性樹脂を形成し得る前駆体を含んでもよい。
無機材料の具体例としては、例えば、シリカ(二酸化ケイ素)、チタニア(二酸化チタン)、アルミナ(酸化アルミニウム)、Sn含有In2O3(ITO)、Zn含有In2O3、In2O3の共置換化合物(4価元素及び2価元素が3価のInに置換した酸化物)、Sb含有SnO2(ATO)、ZnO、Al含有ZnO(AZO)、Ga含有ZnO(GZO)等が挙げられる。
可塑剤の具体例としては、例えば、フタル酸エステル類やリン酸エステル類が挙げられる。有機導電材料としては、カーボンブラック、カーボンナノチューブのような炭素材料、あるいは、ポリアニリン以外の、導電性高分子等が挙げられる。
有機溶液を、基板に塗布した後に、溶剤を除去してもよい。
基板としては、ガラス、樹脂フィルム、シート、不織布等が挙げられる。
塗布方法としては、キャスト法、スプレー法、ディップコート法、ドクターブレード法、バーコート法、スピンコート法、エレクトロスピニング法、スクリーン印刷、グラビア印刷法等、公知の方法を用いることができる。
乾燥温度は、80~200℃が好ましく、100~170℃がより好ましい。
乾燥時間は、1~180分間が好ましく3~60分間がより好ましい。
必要に応じて、減圧下に加熱してもよい。加熱温度及び加熱時間は、特に制限されず、用いる材料に応じて適宜選択すればよい。
スルホン酸又はスルホン酸塩は、有機スルホン酸又は有機スルホン酸塩が好ましく、芳香族スルホン酸又は芳香族スルホン酸塩がより好ましい。
qは1~3が好ましい。pは0~3が好ましい。Rは炭素数1~20のアルキル基、カルボキシ基、水酸基が好ましい。
電導度向上の観点から、p-フェノールスルホン酸が好ましい。
溶剤は、有機スルホン酸が溶解すれば特に限定されず、水、アルコール系溶剤、ケトン系溶剤、エーテル系溶剤、エステル系溶剤等が挙げられる。1種又は2種以上を混合して使用してもよい。
1200質量部を超えると、塗膜内に酸性物質が過剰となりポリアニリン主鎖の劣化を引き起こし、導電性が低下するおそれがある。
乾燥温度は、80~200℃が好ましく、100~170℃がより好ましい。
乾燥時間は、1~180分間が好ましく3~60分間がより好ましい。必要に応じて、減圧下で加熱してもよい。乾燥温度及び乾燥時間は、特に制限されず、用いる材料に応じて適宜選択すればよい。
自己支持型成形体とする場合には、好ましくは、有機溶液が上述した他の樹脂を含むようにすると、所望の機械的強度を有する成形体を得ることができる。
本発明のコンデンサとしては、具体的には、電解コンデンサ、電気二重層コンデンサが挙げられる。ここで電解コンデンサには、固体電解コンデンサが含まれる。
基板は、上述の基板と同様のものが挙げられる。
当該導電性積層体を真空成型や圧空成形等の公知の方法により所望の形状に加工することにより、導電性物品を製造することができる。
1,000mlセパラブルフラスコにネオコールSWC(ジイソオクチルスルホコハク酸ナトリウム:第一工業製薬製)32.4g、アニリン13.3g及びソルボンT-20(ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル構造を有する非イオン乳化剤:東邦化学工業株式会社製)0.9gを入れ、トルエン320.4gにて溶解させた。そこに8.4重量%リン酸水溶液450gを加え、トルエンと水の2つの液相を有する反応液を撹拌し、反応液の内温を5℃まで冷却した。反応液の内温を5℃に到達した時点で撹拌しながら、過硫酸アンモニウム(APS)39.3gを8.4重量%リン酸水溶液90.2gに溶解した溶液を滴下漏斗を用いて1時間かけて滴下した。滴下終了後、さらに溶液内温を5℃に保ったまま8時間攪拌した(合計反応時間9時間)。
攪拌停止後、分液漏斗に内容物を移し、水層とトルエン層を静置分離した。分離後、有機層を1Mリン酸水溶液180.3gで1回、イオン交換水328.0gで5回洗浄することにより、ポリアニリン複合体トルエン溶液を得た。
反応液の内温を-5℃に変更し、リン酸水溶液を17重量%に変更した以外は、実施例1と同様の反応を行い、ポリアニリン複合体を得た。
反応液の内温を0℃に変更し、リン酸水溶液を17重量%に変更した以外は、実施例1と同様の反応を行い、ポリアニリン複合体を得た。
[導電性組成物の調製]
イソプロパノール(和光純薬株式会社製)8.7g、p-tert-アミルフェノール(和光純薬株式会社製)8.7g、ヘキサン(和光純薬株式会社製)2.6gを撹拌混合し、均一な混合溶剤を得た。この混合溶剤9.5gに製造例1で得られたポリアニリン複合体0.5gを溶解し、均一な導電性組成物を調製した。
得られた導電性組成物約1mlを図1に示す、パターニングによりITO電極2が表面に形成されたガラス基板1の上面に塗布した。具体的には、スピンコート法により塗布した。ここでスピンコート法による塗布は、窒素雰囲気下で行った。また、スピンコート法の、ガラス基板に導電性組成物を滴下した後のガラス基板回転時間は、15秒間であった。また、スピンコート法のガラス基板回転速度は、2000rpmとした。その後、ガラス基板を乾燥して導電性ポリアニリン薄膜を形成した。
ここで乾燥は、窒素雰囲気下で行った。また、乾燥時間は、5分間とした。また、乾燥温度は、150℃とした。このとき、ガラス基板上には0.9mgの導電性ポリアニリン薄膜が得られた。
2-ナフタレンスルホン酸水和物(東京化成工業株式会社製)0.2gをイソプロパノール(和光純薬株式会社製)19.8gに溶解し、均一な1%ナフタレンスルホン酸溶液を得た。
上記導電性ポリアニリン薄膜を1%のナフタレンスルホン酸溶液10gに5分間浸漬した。浸漬後、150℃で5分間の乾燥を行い、スルホン酸浸漬処理を施した導電性ポリアニリン薄膜を得た。
処理後の導電性ポリアニリン薄膜について、図2に示すように、導電性ポリアニリン薄膜5のITO電極の端子を覆っている部分を、窒素雰囲気下で削り取り、ITO電極の端子を表面に露出させた。表面に露出したITO電極の端子を用いて、ロレスターGP(三菱化学社製;四端子法による抵抗率計)を用いて薄膜の抵抗及び電導度を測定した。
成膜直後の抵抗値を初期値R0とした。また、電導度は150S/cmであった。
得られた導電性ポリアニリン組成物の薄膜をガラス基板のまま、窒素雰囲気下、145℃の条件下で所定時間放置した。所定時間経過後に薄膜の温度を室温に戻してから初期値R0の場合同様にして抵抗の測定を行った。所定時間経過後(1日後、2日後等)の抵抗値Rと初期値R0との比R/R0を算出し、薄膜の経時劣化(抵抗の上昇率)を評価した。結果を表1及び2に示す。
尚、表中のR/R0の値は、所定時間経過後の抵抗値Rと初期値R0との比R/R0を示す。
スルホン酸浸漬処理時間を10分間に変更した以外は、実施例1と同様にして、製造、処理、評価を行った。
電導度は189S/cmであった。結果を表1及び2に示す。
スルホン酸浸漬処理時間を30分間に変更した以外は、実施例1と同様にして、製造、処理、評価を行った。
電導度は144S/cmであった。結果を表1及び2に示す。
スルホン酸浸漬処理時間を60分間に変更した以外は、実施例1と同様にして、製造、処理、評価を行った。
電導度は177S/cmであった。結果を表1及び2に示す。
スルホン酸浸漬処理時間を180分間に変更した以外は、実施例1と同様にして、製造、処理、評価を行った。
電導度は127S/cmであった。結果を表1及び2に示す。
2-ナフタレンスルホン酸水和物を0.1gに、イソプロパノールを19.9gに変更した以外は、実施例1と同様にして、製造、処理、評価を行った。
電導度は103S/cmであった。結果を表1及び2に示す。
2-ナフタレンスルホン酸水和物を0.4gに、イソプロパノールを19.6gに変更した以外は、実施例1と同様にして、製造、処理、評価を行った。
電導度は194S/cmであった。結果を表1及び2に示す。
2-ナフタレンスルホン酸水和物を0.6gに、イソプロパノールを19.4gに変更した以外は、実施例1と同様にして、製造、処理、評価を行った。
電導度は115S/cmであった。結果を表1及び2に示す。
2-ナフタレンスルホン酸水和物を1.0gに、イソプロパノールを19.0gに変更した以外は、実施例1と同様にして、製造、処理、評価を行った。
電導度は45S/cmであった。結果を表1及び2に示す。
導電性組成物10gに対し、2-ナフタレンスルホン酸水和物を0.043g添加した以外は、実施例2と同様にして、製造、処理、評価を行った。
電導度は90S/cmであった。結果を表1及び2に示す。
導電性組成物10gに対し、2-ナフタレンスルホン酸水和物を0.086g添加した以外は、実施例2と同様にして、製造、処理、評価を行った。
電導度は74S/cmであった。結果を表1及び2に示す。
製造例2で得たポリアニリン複合体を使用した以外は、実施例2と同様にして、製造、処理、評価を行った。
電導度は200S/cmであった。結果を表1及び2に示す。
製造例3で得たポリアニリン複合体を使用した以外は、実施例2と同様にして、製造、処理、評価を行った。
電導度は194S/cmであった。結果を表1及び2に示す。
製造例2で得たポリアニリン複合体を使用し、導電性組成物10gに対し、2-ナフタレンスルホン酸水和物を0.043g添加した以外は、実施例2と同様にして、製造、処理、評価を行った。
電導度は276S/cmであった。結果を表1及び2に示す。
製造例3で得たポリアニリン複合体を使用し、導電性組成物10gに対し、2-ナフタレンスルホン酸水和物を0.043g添加した以外は、実施例2と同様にして、製造、処理、評価を行った。
電導度は173S/cmであった。結果を表1及び2に示す。
イソプロパノール19.8gから、イソプロパノール9.4g及びイオン交換水9.4gの混合溶媒に変更した以外は、実施例2と同様にして、製造、処理、評価を行った。
電導度は95S/cmであった。結果を表1及び2に示す。
イソプロパノールを1-メトキシ-2-プロパノール(和光純薬株式会社製)に変更した以外は、実施例2と同様にして、製造、処理、評価を行った。
電導度は159S/cmであった。結果を表1及び2に示す。
イソプロパノールを3-メトキシ-1-ブタノール(和光純薬株式会社製)に変更した以外は、実施例2と同様にして、製造、処理、評価を行った。
電導度は128S/cmであった。結果を表1及び2に示す。
スルホン酸浸漬処理を行わなかった以外は、実施例1と同様にして、製造、評価を行った。
電導度は38S/cmであった。結果を表1及び2に示す。
スルホン酸浸漬処理を行わなかった以外は、実施例10と同様にして、製造、評価を行った。
電導度は42S/cmであった。結果を表1及び2に示す。
イソプロパノールを19.8gから20.0gに変更し、2-ナフタレンスルホン酸水和物を用いなかった以外は、実施例1と同様にして、製造、処理、評価を行った。
電導度は20S/cmであった。結果を表1及び2に示す。
実施例1と同様に導電性ポリアニリン薄膜を得て、得られた導電性ポリアニリン薄膜を0.1M水酸化ナトリウムで洗浄を行い、脱ドープしたポリアニリン薄膜を得た。
ドデシルベンゼンスルホン酸(東京化成工業株式会社製)0.1gをイソプロパノール9.9gに溶解させ、1%ドデシルベンゼンスルホン酸溶液を得た。
得られた溶液に、上記脱ドープしたポリアニリン薄膜を10分間浸漬した。浸漬後、150℃5分間乾燥を行い、ドデシルベンゼンスルホン酸ドープポリアニリン薄膜を得た。
得られたドデシルベンゼンスルホン酸ドープポリアニリン薄膜を、実施例2と同様にスルホン酸浸漬処理し、評価した。
電導度は79S/cmであった。結果を表1及び2に示す。
イソプロパノール、p-tert-アミルフェノール及びヘキサンの混合溶剤を、トルエン(和光純薬株式会社製)9.5g及び4-メトキシフェノール(和光純薬株式会社製)0.4gに変更した以外は、実施例2と同様にして、製造、処理、評価を行った。
電導度は83S/cmであった。結果を表3及び4に示す。
4-メトキシフェノールを、p-tert-アミルフェノール(和光純薬株式会社製)0.4gに変更した以外は、実施例19と同様にして、製造、処理、評価を行った。
電導度は187S/cmであった。結果を表3及び4に示す。
4-メトキシフェノールを用いなかった以外は、実施例19と同様にして、製造、処理、評価を行った。
電導度は74S/cmであった。結果を表3及び4に示す。
2-ナフタレンスルホン酸水和物を4-スルホフタル酸約50%水溶液(東京化成工業株式会社製)0.4gに変更し、イソプロパノールを19.8gから19.6gに変更した以外は、実施例2と同様にして、製造、処理、評価を行った。
電導度は148S/cmであった。結果を表3及び4に示す。
2-ナフタレンスルホン酸水和物を4-スルホフタル酸約50%水溶液1.2gに変更し、イソプロパノールを19.8gから18.8gに変更した以外は、実施例2と同様にして、製造、処理、評価を行った。
電導度は100S/cmであった。結果を表3及び4に示す。
2-ナフタレンスルホン酸水和物を4-スルホフタル酸約50%水溶液2.0gに変更し、イソプロパノールを19.8gから18.0gに変更した以外は、実施例2と同様にして、製造、処理、評価を行った。
電導度は104S/cmであった。結果を表3及び4に示す。
導電性組成物10gに対し、2-ナフタレンスルホン酸水和物を0.043g添加し、スルホン酸浸漬において、2-ナフタレンスルホン酸水和物を4-スルホフタル酸約50%水溶液0.4gに変更し、イソプロパノールを19.8gから19.6gに変更した以外は、実施例2と同様にして、製造、処理、評価を行った。
電導度は120S/cmであった。結果を表3及び4に示す。
製造例2で得たポリアニリン複合体を使用した以外は、実施例21と同様にして、製造、処理、評価を行った。
電導度は246S/cmであった。結果を表3及び4に示す。
製造例2で得たポリアニリン複合体を使用した以外は、実施例24と同様にして、製造、処理、評価を行った。
電導度は302S/cmであった。結果を表3及び4に示す。
2-ナフタレンスルホン酸水和物を5-スルホイソフタル酸(和光純薬株式会社製)0.2gに変更した以外は、実施例2と同様にして、製造、処理、評価を行った。
電導度は126S/cmであった。結果を表3及び4に示す。
2-ナフタレンスルホン酸水和物を5-スルホイソフタル酸0.4gに変更し、イソプロパノールを19.8gから19.6gに変更した以外は、実施例2と同様にして、製造、処理、評価を行った。
電導度は118S/cmであった。結果を表3及び4に示す。
2-ナフタレンスルホン酸水和物を5-スルホイソフタル酸0.6gに変更し、イソプロパノールを19.8gから19.4gに変更した以外は、実施例2と同様にして、製造、処理、評価を行った。
電導度は120S/cmであった。結果を表3及び4に示す。
2-ナフタレンスルホン酸水和物を5-スルホサリチル酸二水和物(和光純薬株式会社製)0.2gに変更した以外は、実施例2と同様にして、製造、処理、評価を行った。
電導度は148S/cmであった。結果を表3及び4に示す。
2-ナフタレンスルホン酸水和物を5-スルホサリチル酸二水和物0.4gに変更し、イソプロパノールを19.8gから19.6gに変更した以外は、実施例2と同様にして、製造、処理、評価を行った。
電導度は124S/cmであった。結果を表3及び4に示す。
2-ナフタレンスルホン酸水和物を5-スルホサリチル酸二水和物0.6gに変更し、イソプロパノールを19.8gから19.4gに変更した以外は、実施例2と同様にして、製造、処理、評価を行った。
電導度は120S/cmであった。結果を表3及び4に示す。
2-ナフタレンスルホン酸水和物をp-フェノールスルホン酸水和物(東京化成工業株式会社製)0.2gに変更した以外は、実施例2と同様にして、製造、処理、評価を行った。
電導度は370S/cmであった。結果を表3及び4に示す。
2-ナフタレンスルホン酸水和物をジベンゾフラン-2-スルホン酸水和物(Alfa Aesar製)0.2gに変更した以外は、実施例2と同様にして、製造、処理、評価を行った。
電導度は102S/cmであった。結果を表3及び4に示す。
2-ナフタレンスルホン酸水和物をフラビアン酸二水和物(東京化成工業株式会社製)0.2gに変更した以外は、実施例2と同様にして、製造、処理、評価を行った。
電導度は81S/cmであった。結果を表3及び4に示す。
2-ナフタレンスルホン酸水和物を(+)-10-カンファースルホン酸(東京化成工業株式会社製)0.2gに変更した以外は、実施例2と同様にして、製造、処理、評価を行った。
電導度は177S/cmであった。結果を表3及び4に示す。
モノイソプロピルナフタレンスルホン酸ナトリウム(竹本油脂社製)4gを酢酸エチル100mlに攪拌溶解し、完全溶解したところに1N塩酸水溶液50mlを加え、30分攪拌を行った。攪拌後、反応液を分液ロートに移して有機相を取り出し、プロトネーションされたモノイソプロピルナフタレンスルホン酸溶液を得た。得られた溶液をエバポレートし、溶媒を除去することで、プロトン化されたモノイソプロピルナフタレンスルホン酸を得た。
2-ナフタレンスルホン酸水和物を上記で得られたモノイソプロピルナフタレンスルホン酸0.2gに変更した以外は、実施例2と同様にして、製造、処理、評価を行った。
電導度は48S/cmであった。結果を表3及び4に示す。
2-ナフタレンスルホン酸水和物を1-ピレンスルホン酸(FRINTON LABORATORIES INC.製)0.2gに変更した以外は、実施例2と同様にして、製造、処理、評価を行った。
電導度は37S/cmであった。結果を表3及び4に示す。
本願のパリ優先の基礎となる日本出願明細書の内容を全てここに援用する。
Claims (20)
- (a)下記式(I)で表される化合物によりドープされたポリアニリン、及び(b)フェノール性化合物を含む有機溶液から溶媒を除去し、組成物を得て、
前記組成物を、(c)スルホン酸又はスルホン酸塩の少なくとも一方を含む溶液に浸漬した後、乾燥するポリアニリン複合体組成物の製造方法。
M(XARn)m (I)
(式中、Mは、水素原子、有機遊離基又は無機遊離基であり、mは[Mの価数/Xの価数]の値である。
Xは、アニオン基である。
Aは、置換基を含んでよい炭化水素基である。
Rは、-H、-R1、-OR1、-COR1、-COOR1、-(C=O)-(COR1)、又は-(C=O)-(COOR1)で表わされる基であり、Rのうち少なくとも1つは-COOR1又は-(C=O)-(COOR1)で表わされる基である。
R1は、置換基を含んでもよい炭化水素基、シリル基、アルキルシリル基、-(R2O)x-R3で表わされる基、又は-(OSiR3 2)x-OR3で表わされる基である(R2はそれぞれ独立にアルキレン基であり、R3はそれぞれ独立に炭化水素基であり、xは1以上の整数である。
nは1以上の整数である。) - (a)下記式(I)で表される化合物によりドープされたポリアニリン、(b)フェノール性化合物、及び酸性物質又は前記酸性物質の塩を含む有機溶液から溶媒を除去し、組成物を得て、
前記組成物を、(c)スルホン酸又はスルホン酸塩の少なくとも一方を含む溶液に浸漬した後、乾燥するポリアニリン複合体組成物の製造方法。
M(XARn)m (I)
(式中、Mは、水素原子、有機遊離基又は無機遊離基であり、mは[Mの価数/Xの価数]の値である。
Xは、アニオン基である。
Aは、置換基を含んでよい炭化水素基である。
Rは、-H、-R1、-OR1、-COR1、-COOR1、-(C=O)-(COR1)、又は-(C=O)-(COOR1)で表わされる基であり、Rのうち少なくとも1つは-COOR1又は-(C=O)-(COOR1)で表わされる基である。
R1は、置換基を含んでもよい炭化水素基、シリル基、アルキルシリル基、-(R2O)x-R3で表わされる基、又は-(OSiR3 2)x-OR3で表わされる基である(R2はそれぞれ独立にアルキレン基であり、R3はそれぞれ独立に炭化水素基であり、xは1以上の整数である。
nは1以上の整数である。) - 前記酸性物質が有機酸である請求項2記載のポリアニリン複合体組成物の製造方法。
- 前記酸性物質が、スルホン酸基、リン酸基、ホスホン酸基及びカルボキシ基から選択される1以上の酸性基を有する、1以上の酸性物質である請求項2又は3記載のポリアニリン複合体組成物の製造方法。
- 前記酸性物質が、酸性基を1以上有する環状、鎖状又は分岐のアルキル酸である請求項2~4のいずれか記載のポリアニリン複合体組成物の製造方法。
- 前記酸性物質が、酸性基を1以上有する置換又は無置換の芳香族酸である請求項2~4のいずれか記載のポリアニリン複合体組成物の製造方法。
- 前記芳香族酸が、ナフタレン骨格を有する酸である請求項6記載のポリアニリン複合体組成物の製造方法。
- 前記式(I)で表される化合物によりドープされたアニリンを0℃以下で重合し、前記ポリアニリンを得る請求項1~7のいずれか記載のポリアニリン複合体組成物の製造方法。
- 前記式(I)で表される化合物がジイソオクチルスルホコハク酸塩である請求項1~8のいずれかに記載のポリアニリン複合体組成物の製造方法。
- 前記フェノール性化合物が、アルコキシフェノール、アルキルフェノール又はアルキルナフトールである請求項1~9のいずれか記載のポリアニリン複合体組成物の製造方法。
- 前記フェノール性化合物がアミルフェノール、メトキシフェノール又はイソプロピルフェノールである請求項1~10のいずれか記載のポリアニリン複合体組成物の製造方法。
- 前記フェノール性化合物がp-tert-アミルフェノール、4-メトキシフェノール又は4-イソプロピルフェノールである請求項1~11のいずれか記載のポリアニリン複合体組成物の製造方法。
- 前記スルホン酸又はスルホン酸塩が、芳香族スルホン酸又は芳香族スルホン酸塩である請求項1~12のいずれか記載のポリアニリン複合体組成物の製造方法。
- 前記スルホン酸又はスルホン酸塩が、ナフタレンスルホン酸、フェノールスルホン酸、スルホフタル酸、スルホイソフタル酸、スルホサリチル酸又はこれらの塩である請求項1~14のいずれか記載のポリアニリン複合体組成物の製造方法。
- 請求項1~15のいずれか記載の製造方法により製造されるポリアニリン複合体組成物。
- 請求項16記載のポリアニリン複合体組成物からなるポリアニリン複合体導電膜。
- 請求項17記載のポリアニリン複合体導電膜を含むコンデンサ。
- 基材と、
前記基材上に積層した、請求項17記載のポリアニリン複合体導電膜と、を備える導電性積層体。 - 請求項19記載の導電性積層体を成形して得られる導電性物品。
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