JP2006257148A - ゲル状組成物およびその製造方法 - Google Patents
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Classifications
-
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Landscapes
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
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- Secondary Cells (AREA)
Abstract
【課題】 導電性が高いゲル状組成物およびその製造方法を提供する。
【解決手段】 導電性高分子と、イオン性液体と、ゲル化剤とを含み、導電性高分子の少なくとも一部が、イオン性液体に溶解していることを特徴とするゲル状組成物。ここで、イオン性液体に対する導電性高分子の質量濃度をイオン性液体に対する導電性高分子の飽和質量濃度の０．２倍以上とすることができる。また、イオン性液体に対するゲル化剤の質量濃度を０．０３ｇ／ｍｌ以上０．５ｇ／ｍｌ以下とすることができる。
【選択図】 なし
【解決手段】 導電性高分子と、イオン性液体と、ゲル化剤とを含み、導電性高分子の少なくとも一部が、イオン性液体に溶解していることを特徴とするゲル状組成物。ここで、イオン性液体に対する導電性高分子の質量濃度をイオン性液体に対する導電性高分子の飽和質量濃度の０．２倍以上とすることができる。また、イオン性液体に対するゲル化剤の質量濃度を０．０３ｇ／ｍｌ以上０．５ｇ／ｍｌ以下とすることができる。
【選択図】 なし
Description
本発明は、導電性高分子とイオン性液体とゲル化剤とを含むゲル状組成物に関する。
イオン性液体とは、カチオンとアニオンとから形成されており、室温（たとえば、１０℃〜３０℃）において液体であるものをいい、常温溶融塩とも呼ばれている。このようなイオン性液体は、イオン伝導性が高く、電池などの電解質としての応用が期待されている。
さらに、液体状態の電解質では、電池などからの電解質の漏洩の問題が存在することから、イオン性液体を含む固体電解質を形成するため、イオン性液体をゲル化することが提案されている（たとえば、特許文献１〜特許文献４を参照）。また、導電性のあるゲル状材料は、固体電解質としての用途の他、生体電極、センサとしての用途などにも期待されている。
しかし、イオン性液体をそのままゲル化したゲル化イオン性液体（イオン伝導体）であっても、ゲル化によりその導電率（電気伝導率）は低減するため、固体電解質、生体電極またはセンサとしての用途を拡大するためには、さらなる導電率の向上が求められている。
特開２００２−００３４７８号公報
特開２００３−２５７２４０号公報
特開２００３−３０３６３０号公報
特開２００４−０９８１９９号公報
本発明は、固体電解質、生体電極またはセンサとしての幅広い用途に応用が可能な導電性が高いゲル状組成物およびその製造方法を提供することを目的とする。
本発明は、導電性高分子と、イオン性液体と、ゲル化剤とを含み、導電性高分子の少なくとも一部が、イオン性液体に溶解していることを特徴とするゲル状組成物である。
本発明にかかるゲル状組成物において、イオン性液体に対する導電性高分子の質量濃度をイオン性液体に対する導電性高分子の飽和質量濃度の０．２倍以上とすることができる。イオン性液体に対する導電性高分子の質量濃度が飽和質量濃度の０．２倍未満である場合には溶解した導電性高分子による粘度増加効果のため、結果として同じ温度で測定した場合の比抵抗（電気抵抗率）低減効果は小さい。
また、イオン性液体に対するゲル化剤の質量濃度を０．０３ｇ／ｍｌ以上０．５ｇ／ｍｌ以下とすることができる。また、導電性高分子として、ポリピロールおよびその誘導体、ポリチオフェンおよびその誘導体、ポリパラフェニレンビニレンおよびその誘導体、ポリアニリンおよびその誘導体、ポリキノンおよびその誘導体からなる群から選ばれる少なくとも１種類を含めることができる。
また、本発明にかかるゲル状組成物において、イオン性液体のカチオン成分は、アンモニウムおよびその誘導体、イミダゾリニウムおよびその誘導体、ピリジニウムおよびその誘導体、ピロリジニウムおよびその誘導体、ピロリニウムおよびその誘導体、ピラジニウムおよびその誘導体、ピリミジニウムおよびその誘導体、トリアゾニウムおよびその誘導体、トリアジニウムおよびその誘導体、トリアジン誘導体カチオン、キノリニウムおよびその誘導体、イソキノリニウムおよびその誘導体、インドリニウムおよびその誘導体、キノキサリニウムおよびその誘導体、ピペラジニウムおよびその誘導体、オキサゾリニウムおよびその誘導体、チアゾリニウムおよびその誘導体、モルフォリニウムおよびその誘導体ならびにピペラジンおよびその誘導体からなる群から選ばれる少なくとも１種類を含むことができる。また、イオン性液体のアニオン成分は、スルホン酸基アニオン（−ＳＯ3 -）、硫酸基アニオン（−ＯＳＯ3 -）、カルボキシル基アニオン（−ＣＯＯ-）、ＢＦ4 -、ＰＦ6 -、ビス（トリフルオロメチルスルフォニル）イミドアニオン（(ＣＦ3ＳＯ2)2Ｎ-）、トリス（トリフルオロメチルスルフォニル）カルボアニオン（(ＣＦ3ＳＯ2)3Ｃ-）、ＮＯ3 -、ニトロ基アニオン（−ＮＯ2 -）からなる群から選ばれる少なくとも１種類を含むことができる。また、導電性高分子は、ポリピロールおよびその誘導体、ポリチオフェンおよびその誘導体、ポリパラフェニレンビニレンおよびその誘導体、ポリアニリンおよびその誘導体、ポリキノンおよびその誘導体からなる群から選ばれる少なくとも１種類を含むことができる。さらに、ゲル化剤を、少なくとも２以上の極性基または２以上の反応性官能基を含む化合物とすることができる。
本発明は、導電性高分子の少なくとも一部をイオン性液体に溶解させる溶解工程と、ゲル化剤を用いて導電性高分子の少なくとも一部が溶解しているイオン性液体をゲル化するゲル化工程とを含むゲル状組成物の製造方法である。
本発明にかかるゲル状組成物の製造方法において、ゲル化工程は、導電性高分子の一部が溶解しているイオン性液体にゲル化剤を溶解または分散させる工程を含むことができる。また、ゲル化工程は、前記ゲル化剤として２以上の第１の反応性官能基を含む第１のゲル化剤と２以上の第２の反応性官能基を含む第２のゲル化剤とを準備する工程と、導電性高分子の少なくとも一部が溶解しているイオン性液体に、第１のゲル化剤と第２のゲル化剤とを溶解または分散させる工程と、第１のゲル化剤と第２のゲル化剤とを重合させる工程とを含むことができる。
本発明によれば、固体電解質、生体電極またはセンサとしての幅広い用途に応用が可能な導電性が高いゲル状組成物およびその製造方法を提供することができる。
本発明は、導電性高分子と、イオン性液体と、ゲル化剤とを含み、導電性高分子の少なくとも一部が、イオン性液体に溶解していることを特徴とするゲル状組成物である。導電性高分子が溶解しているイオン性液体をゲル化することにより、導電性の高いゲル化組成物が得られる。
（イオン性液体）
本発明において用いられるイオン性液体は、カチオンとアニオンとから形成されており、室温（たとえば、１０℃〜３０℃で）において液体であるものをいい、常温溶融塩とも呼ばれている。
本発明において用いられるイオン性液体は、カチオンとアニオンとから形成されており、室温（たとえば、１０℃〜３０℃で）において液体であるものをいい、常温溶融塩とも呼ばれている。
このイオン性液体を形成するカチオン成分としては、特に制限はないが、イオン性液体の化学的安定性および導電性を高める観点から、各種４級窒素を含むカチオンを用いることが好ましい。たとえば、アンモニウムおよびその誘導体、イミダゾリニウムおよびその誘導体、ピリジニウムおよびその誘導体、ピロリジニウムおよびその誘導体、ピロリニウムおよびその誘導体、ピラジニウムおよびその誘導体、ピリミジニウムおよびその誘導体、トリアゾニウムおよびその誘導体、トリアジニウムおよびその誘導体、トリアジン誘導体カチオン、キノリニウムおよびその誘導体、イソキノリニウムおよびその誘導体、インドリニウムおよびその誘導体、キノキサリニウムおよびその誘導体、ピペラジニウムおよびその誘導体、オキサゾリニウムおよびその誘導体、チアゾリニウムおよびその誘導体、モルフォリニウムおよびその誘導体ならびにピペラジンおよびその誘導体からなる群から選ばれる少なくとも１種類を用いることが好ましい。ここで、誘導体とは、その基本形となる化合物において置換可能な水素原子のうち少なくとも１つを、脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基、芳香族炭化水素基、水酸基、カルボニル基、カルボキシル基、エーテル基、エステル基、アシル基またはアミノ基などの置換基に置換した化合物をいう。
このイオン性液体を形成するアニオン成分としては、特に制限はないが、イオン性液体の導電性を高める観点から、スルホン酸基アニオン（−ＳＯ3 -）、硫酸基含有アニオン（−ＯＳＯ3 -）、カルボキシル基アニオン（−ＣＯＯ-）、ＢＦ4 -、ＰＦ6 -、ビス（トリフルオロメチルスルフォニル）イミドアニオン（(ＣＦ3ＳＯ2)2Ｎ-）、（トリス（トリフルオロメチルスルフォニル）カルボアニオン（(ＣＦ3ＳＯ2)3Ｃ-）、ＮＯ3 -、ニトロ基アニオン（−ＮＯ2 -）からなる群から選ばれる少なくとも１種類を用いることが好ましい。
本発明に好ましく用いられるアニオン成分として、スルホン酸基アニオン（−ＳＯ3 -）、硫酸基アニオン（−ＯＳＯ3 -）を含む原子団が挙げられる。これらは、それぞれＲAＳＯ3 -、ＲBＯＳＯ3 -と記載される（ここで、ＲA、ＲBは、脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基、芳香族炭化水素基、エーテル基、エステル基、アシル基などを含む置換基を示す、また、フッ素原子を含んでもよい）。
ＲAＳＯ3 -としては、たとえば、ｐ−ＣＨ3Ｃ6Ｈ4ＳＯ3 -（ｐ−トルエンスルホン酸アニオン）、Ｃ6Ｈ5ＳＯ3 -（ベンゼンスルホン酸アニオン）などが挙げられる。また、ＲAＳＯ3 -においては、ＲAにフッ素原子を含むものがより好ましい。たとえば、ＣＦ3ＳＯ3 -、ＣＨＦ2ＣＦ2ＣＨ2ＳＯ3 -、ＣＨＦ2−(ＣＦ2)3−ＣＨ2ＳＯ3 -などが挙げられる。
ＲBＯＳＯ3 -としては、たとえば、ＣＨ3ＣＨ2ＯＣＨ2ＣＨ2ＯＳＯ3 -、Ｃ6Ｈ5ＯＣＨ2ＣＨ2ＯＳＯ3 -などが挙げられる。またＲBＯＳＯ3 -においては、ＲBにフッ素原子を含むものがより好ましい。たとえば、ＣＨＦ2ＣＦ2ＣＨ2ＯＳＯ3 -、ＣＨＦ2−(ＣＦ2)3−ＣＨ2ＯＳＯ3 -、ＣＦ3−(ＣＦ2)2−ＣＨ2ＯＳＯ3 -、ＣＦ3−(ＣＦ2)6−ＣＨ2ＯＳＯ3 -などが挙げられる。
また、本発明に好ましく用いられるアニオン成分として、カルボキシル基アニオン（−ＣＯＯ-）を含む原子団が挙げられる。たとえば、ＲCＣＯＯ-、ＨＯＯＣＲCＣＯＯ-、-ＯＯＣＲCＣＯＯ-、ＮＨ2ＣＨＲCＣＯＯ-などが挙げられる（ここで、ＲCは、脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基、芳香族炭化水素基、エーテル基、エステル基、アシル基などを含む置換基を示す、また、フッ素原子を含んでもよい）。
また、本発明に好ましく用いられるアニオン成分として、ニトロ基アニオン（−ＮＯ2 -）を含む原子団が挙げられる。たとえば、ＲDＮＯ2 -などが挙げられる（ここで、ＲDは、脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基、芳香族炭化水素基、エーテル基、エステル基、アシル基などを含む置換基を示す、また、フッ素原子を含んでもよい）。
本発明において用いられるイオン性液体は、公知の方法、たとえば、アニオン交換法、酸エステル法、中和法などの方法により合成することができる。
（導電性高分子）
本発明において用いられる導電性高分子としては、導電性を有する高分子であれば特に制限はないが、導電性が高い観点から、ポリピロールおよびその誘導体、ポリチオフェンおよびその誘導体、ポリパラフェニレンビニレンおよびその誘導体、ポリアニリンおよびその誘導体、ポリキノンおよびその誘導体からなる群から選ばれる少なくとも１種類を用いることが好ましい。ここで、誘導体とは、その基本形となる化合物において置換可能な水素原子のうち少なくとも１つを、脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基、芳香族炭化水素基、水酸基、カルボニル基、カルボキシル基、エーテル基、エステル基、アシル基またはアミノ基などの置換基に置換した化合物をいう。
本発明において用いられる導電性高分子としては、導電性を有する高分子であれば特に制限はないが、導電性が高い観点から、ポリピロールおよびその誘導体、ポリチオフェンおよびその誘導体、ポリパラフェニレンビニレンおよびその誘導体、ポリアニリンおよびその誘導体、ポリキノンおよびその誘導体からなる群から選ばれる少なくとも１種類を用いることが好ましい。ここで、誘導体とは、その基本形となる化合物において置換可能な水素原子のうち少なくとも１つを、脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基、芳香族炭化水素基、水酸基、カルボニル基、カルボキシル基、エーテル基、エステル基、アシル基またはアミノ基などの置換基に置換した化合物をいう。
また、これらの導電性高分子は、化学重合法または電解重合法などにより合成される。化学重合法とは、適当な酸化剤の存在下で、たとえばピロールなどの原料モノマーを酸化脱水して重合する方法である。酸化剤としては、過硫酸塩、過酸化水素、または鉄、銅、マンガンなどの遷移金属元素の塩が用いられる。電解重合法とは、たとえば、ピロールなどの原料モノマーを溶媒に溶解し、陽極上で酸化重合を行なう方法である。一般的に、ポリマーの酸化還元電位はモノマーの酸化還元電位に比べて低いため、重合過程でポリマー骨格の酸化重合が進む。
これらの導電性高分子には、導電性を高めるために、ドーパントが添加されていることが好ましい。ドーパントは、上記化学重合法または電解重合法において、原料モノマーとドーパントとを共存させた状態で原料モノマーを重合させることにより、導電性高分子に添加される。導電性高分子に添加されるドーパントとしては、特に制限はないが、ｐ−トルエンスルホン酸アニオン、ベンゼンスルホン酸アニオン、アントラキノン−２−スルホン酸アニオン、トリイソプロピルナフタレンスルホン酸アニオン、ポリビニルスルホン酸アニオン、ドデシルベンゼンスルホン酸アニオン、アルキルスルホン酸アニオン、ｎ−プロピルリン酸アニオン、ＣｌＯ4 -、ＢＦ4 -、ＰＦ6 -などが挙げられる。
（導電性高分子のイオン性液体への溶解）
本発明の重要な構成要素の一つは、導電性高分子がイオン性液体に溶解することを利用することである。導電性高分子がイオン性液体に溶解することは今まで知られておらず、本発明者らによって確認されたことである。
本発明の重要な構成要素の一つは、導電性高分子がイオン性液体に溶解することを利用することである。導電性高分子がイオン性液体に溶解することは今まで知られておらず、本発明者らによって確認されたことである。
なお、本発明にかかるゲル状組成物において、導電性高分子少なくとも一部がイオン性液体に溶解していることは、紫外・可視スペクトルにおける導電性高分子による吸収強度の増大などにより確認することができる。
本発明にかかるゲル状組成物において、イオン性液体に対する導電性高分子の質量濃度は、イオン性液体に対する導電性高分子の飽和質量濃度の０．２倍以上であることが、導電性を高める観点から好ましい。イオン性液体に導電性高分子を溶解すると、通常高分子を溶媒に溶解した場合と同様にその溶液の粘度は大きくなる。通常、溶液やゲル状組成物の電気伝導はイオン伝導によるものであると考えられ、イオン伝導は分子運動に支配される要因が大きいため粘度の低い液体やゲルでは比抵抗も小さく、粘度が高くなるに従って、比抵抗も大きくなる。したがって、導電性高分子を溶解する事によって粘度が著しく上昇する場合には結果として比抵抗の低減効果が期待できない場合が発生する。単純にイオン性液体と導電性導電性高分子からなる系においては、溶解による比抵抗低減の効果は高分子の種類やイオン性液体の種類によって異なるが、一般的には、イオン性液体に対する導電性高分子の質量濃度が、イオン性液体に対する導電性高分子の飽和質量濃度の０．２倍以上であることが好ましく、０．５倍以上であることがより好ましい。
しかし、本発明にかかるゲル状組成物においては、単純にイオン性液体と導電性高分子からなる組成ではなく、ゲル化剤という第３の組成要素が加わる。すなわち、ゲル化によって組成物の粘度はさらに高くなり、比抵抗も大きくなる。この様な３元系においてはゲル化の程度を制御することにより、ゲル状組成物の比抵抗値や機械的強度、柔軟性を制御することができる。したがって、イオン性液体と導電性導電性高分子からなる組成物の場合に比較して、導電性高分子の溶解による比抵抗低減の効果を出現させるための許容範囲は広くなる。無論これらの範囲は高分子の種類やイオン性液体の酒類によって異なるが、一般的には、イオン性液体に対する導電性高分子の質量濃度が、イオン性液体に対する導電性高分子の飽和質量濃度の０．２倍以上であることが好ましい。
なお、ここで、イオン性液体に対する導電性高分子の飽和質量濃度とは、以下のようにして算出されるものである。
たとえば、よく乾燥した１００ｍｌ（ｃｍ3）の二口フラスコに、攪拌ペラとリービッヒ還流管を取り付け、１０ｍｌのイオン性液体にＸｇの導電性高分子を加えて、攪拌しながら１５０℃で３０分間加熱して、イオン性液体に導電性高分子を溶解または分散させる。この溶解液または分散液を、室温（たとえば１０℃〜３０℃）に冷却した後、ろ紙（東洋濾紙社製Ｎｏ．２）でろ過すると、ろ紙上にイオン性液体に分散または溶解していない導電性高分子が残る。この未分散または未溶解の導電性高分子を水およびメタノールで洗浄して乾燥した重量をＹｇとすると、飽和質量濃度ＭSは、式（１）
ＭS（ｇ／ｍｌ）＝（Ｘ−Ｙ）／１０ ・・・（１）
で算出される。また、紫外・可視スペクトルにおける導電性高分子による吸収強度が、イオン性液体に溶解した導電性高分子量に比例することから、吸収強度が最大になるときのイオン性液体における導電性高分子の質量濃度を飽和質量濃度とすることができる。
ＭS（ｇ／ｍｌ）＝（Ｘ−Ｙ）／１０ ・・・（１）
で算出される。また、紫外・可視スペクトルにおける導電性高分子による吸収強度が、イオン性液体に溶解した導電性高分子量に比例することから、吸収強度が最大になるときのイオン性液体における導電性高分子の質量濃度を飽和質量濃度とすることができる。
したがって、導電性高分子の飽和質量濃度ＭS（ｇ／ｍｌ）に対する質量濃度Ｍ（ｇ／ｍｌ）の比ｒは、式（２）
ｒ＝Ｍ／ＭS ・・・（２）
で表される。換言すれば、この比ｒは、イオン性液体に対する導電性高分子の質量濃度が、イオン性液体の対する導電性高分子の飽和質量濃度のｒ倍であることを示す。
ｒ＝Ｍ／ＭS ・・・（２）
で表される。換言すれば、この比ｒは、イオン性液体に対する導電性高分子の質量濃度が、イオン性液体の対する導電性高分子の飽和質量濃度のｒ倍であることを示す。
（ゲル化剤）
本発明において用いられるゲル化剤は、特に制限はないが、２以上の極性基または２以上の反応性官能基を含む化合物であることが好ましい。ここで、極性基とは、極性を有する官能基をいい、水酸基、ハロゲン化物基、カルボニル基、カルボキシル基、エーテル基、エステル基、アミド基、アミノ基、酸アミド基、糖アミド基、ビニル基などが挙げられる。２以上の極性基は、互いに同じものであっても異なるものであってもよい。また、反応性官能基とは、化学反応によりゲル化剤の分子鎖を架橋する官能基をいう。反応性官能基としては、イソシアネート基、不飽和二重結合を有する基、活性水素を有する求核基、エポキシ基、アミン基、カルボキシル基などを挙げられる。ここで、イソシアネート基と活性水素を有する求核基とが反応し、不飽和二重結合を有する基と活性水素を有する求核基とが反応し、エポキシ基とアミン基またはカルボキシル基とが反応して架橋する。２以上の極性基または２以上の反応性官能基を含むゲル化剤は、２以上の極性基間に生じる水素結合などの分子間結合または２以上の反応性官能基によって生じる共有結合によって３次元網目構造を形成し、この３次元網目構造により導電性高分子の少なくとも一部が溶解しているイオン性液体が容易にゲル化する。ゲル化剤が３次元網目構造を形成することにより、ゲル状組成物を形成していることは、暗視野光学顕微鏡などにより観察することができる。
本発明において用いられるゲル化剤は、特に制限はないが、２以上の極性基または２以上の反応性官能基を含む化合物であることが好ましい。ここで、極性基とは、極性を有する官能基をいい、水酸基、ハロゲン化物基、カルボニル基、カルボキシル基、エーテル基、エステル基、アミド基、アミノ基、酸アミド基、糖アミド基、ビニル基などが挙げられる。２以上の極性基は、互いに同じものであっても異なるものであってもよい。また、反応性官能基とは、化学反応によりゲル化剤の分子鎖を架橋する官能基をいう。反応性官能基としては、イソシアネート基、不飽和二重結合を有する基、活性水素を有する求核基、エポキシ基、アミン基、カルボキシル基などを挙げられる。ここで、イソシアネート基と活性水素を有する求核基とが反応し、不飽和二重結合を有する基と活性水素を有する求核基とが反応し、エポキシ基とアミン基またはカルボキシル基とが反応して架橋する。２以上の極性基または２以上の反応性官能基を含むゲル化剤は、２以上の極性基間に生じる水素結合などの分子間結合または２以上の反応性官能基によって生じる共有結合によって３次元網目構造を形成し、この３次元網目構造により導電性高分子の少なくとも一部が溶解しているイオン性液体が容易にゲル化する。ゲル化剤が３次元網目構造を形成することにより、ゲル状組成物を形成していることは、暗視野光学顕微鏡などにより観察することができる。
２以上の極性基を含む化合物としては、ペンタエリトリオール、β−Ｄ−グルコース、α−シクロデキストリン、ポリビニルアルコール、ポリビニル系高分子（ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロポロピレン共重合体など）、ポリエーテル系高分子（ポリエチレンオキシド誘導体など）、ポリエステル系高分子、ポリウレタン系高分子、ポリアミド系高分子、ポリアクリロニトリル系高分子、ポリカーボネート系高分子、蛋白質（グルコースオキシターゼなど）、多糖類、糖誘導体、分子集合体（Ｃ8ＡｚｏＣ10Ｎ+Ｂｒ-またはジアゾアルキルアンモニウム塩などからなる二分子膜など）などが挙げられる。また、２以上の反応性官能基を含む化合物としては、イソシアネート基を２以上有するイソシアネート化合物、不飽和二重結合を有する基を２以上有する化合物、活性水素を有する求核基を２以上有する化合物、エポキシ基を２以上有するエポキシ化合物、アミン基を２以上有するアミン化合物、カルボキシル基を２以上有するカルボキシ化合物などが挙げられる。
本発明にかかるゲル状組成物において、イオン性液体に対するゲル化剤の質量濃度は、０．０３ｇ／ｍｌ以上０．５ｇ／ｍｌ以下であることが好ましい。０．０３ｇ／ｍｌ未満であるとゲル化が不十分となり、０．５ｇ／ｍｌを超えるとゲル状組成物としての弾力性や柔軟性が失われて硬くなり、その導電率も低下する（すなわち、比抵抗も増大する）。かかる観点から、０．０５ｇ／ｍｌ以上０．４ｇ／ｍｌ以下がより好ましい。
（ゲル状組成物の製造方法）
本発明にかかるゲル状組成物の製造方法は、特に制限はないが、導電性高分子の少なくとも一部をイオン性液体に溶解させる溶解工程と、ゲル化剤を用いて導電性高分子の少なくとも一部が溶解しているイオン性液体をゲル化するゲル化工程とを含むことが好ましい。かかる工程を含むことにより、導電性高分子の少なくとも一部が溶解しているイオン性液体をそのままゲル化することができ、導電性の高いゲル状組成物を得ることができる。
本発明にかかるゲル状組成物の製造方法は、特に制限はないが、導電性高分子の少なくとも一部をイオン性液体に溶解させる溶解工程と、ゲル化剤を用いて導電性高分子の少なくとも一部が溶解しているイオン性液体をゲル化するゲル化工程とを含むことが好ましい。かかる工程を含むことにより、導電性高分子の少なくとも一部が溶解しているイオン性液体をそのままゲル化することができ、導電性の高いゲル状組成物を得ることができる。
導電性高分子の少なくとも一部をイオン性液体に溶解させる溶解工程においては、所定量のイオン性液体に導電性高分子を加えて、イオン性液体の沸点未満の温度（たとえば、１５０℃）まで加温して攪拌などにより混合させて、イオン性液体に導電性高分子を溶解させる。このとき、未溶解の導電性高分子をろ紙などにより分別除去することにより、導電性高分子（の全部）が溶解しているイオン性液体を得ることができる。
ゲル化剤を用いて導電性高分子の少なくとも一部が溶解しているイオン性液体をゲル化するゲル化工程は、特に制限はないが、ゲル化剤の種類によっては、このイオン性液体にゲル化剤を溶解または分散させる工程を含むことが好ましい。このようなゲル化剤としては、イオン性液体と相溶性または親和性の高いゲル化剤、たとえば、２以上の極性基をもつ化合物であって、その極性基とイオン性液体のカチオンおよびアニオンの少なくともいずれとの親和性が高い化合物が好ましく用いられる。たとえば、ペンタエリトリオール、β−Ｄ−グルコース、α−シクロデキストリン、ポリビニルアルコール、ポリビニル系高分子（ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体など）、ポリエーテル系高分子（ポリエチレンオキシド誘導体など）、ポリエステル系高分子、ポリウレタン系高分子、ポリアミド系高分子、ポリアクリロニトリル系高分子、ポリカーボネート系高分子、蛋白質（グルコースオキシターゼなど）、多糖類、糖誘導体、分子集合体（Ｃ8ＡｚｏＣ10Ｎ+Ｂｒ-またはジアゾアルキルアンモニウム塩などからなる二分子膜など）などが好ましく用いられる。
また、ゲル化剤を用いて導電性高分子の少なくとも一部が溶解しているイオン性液体をゲル化するゲル化工程は、ゲル化剤の種類によっては、ゲル化剤として２以上の第１の反応性官能基を含む第１のゲル化剤と２以上の反応性官能基を含む第２のゲル化剤とを準備する工程と、導電性高分子の少なくとも一部が溶解しているイオン性液体に、第１のゲル化剤と第２のゲル化剤とを溶解または分散させる工程と、第１のゲル化剤と第２のゲル化剤とを重合させる工程とを含むことが好ましい。第１のゲル化剤と第２のゲル化剤とを重合させることにより、導電性高分子の少なくとも一部が溶解したイオン性液体を容易にゲル化することができる。イオン性液体に第１のゲル化剤と第２のゲル化剤とを溶解または分散させる工程において、第１のゲル化剤と、第２のゲル化剤とをイオン性液体に溶解または分散させる順序には特に制限はないが、第１のゲル化剤原料と第２のゲル化剤原料とを直接混合するのは急激な反応が起こりそのまま固化してしまうおそれがあり好ましくない。
このような第１のゲル化剤と第２のゲル化剤との組み合わせとしては、（ａ）イソシアネート基を２以上有する化合物と活性水素を有する求核基を２以上有する化合物の組み合わせ、（ｂ）不飽和二重結合と２以上有する化合物と活性水素を有する求核基を２以上有する化合物の組み合わせ、（ｃ）エポキシ基を２以上有するエポキシ化合物とポリアミンおよび／または酸無水物との組み合わせが好ましく挙げられる。
たとえば、（ａ）の組み合わせにおいては、イソシアネート基を２以上有する化合物とを有する求核基を２以上有する化合物とが重付加反応により重合して、導電性高分子の少なくとも一部を溶解しているイオン性液体をゲル化する。イソシアネート基を２以上有する化合物としては、たとえば、２，４−トルエンジイソシアネート、４，４’−ジフェニレンジイソシアネート、ヘキメチレンジイソシアネート、水添４，４’−ジフェニレンジイソシアネート、ヘキメチレンジイソシアネート、ヘキメチレンジイソシアネートの三量体、イソシアネートエチルメタクリレートの重合体などが挙げられる。また、活性水素を有する求核基を２以上有する化合物としては、ジオール、トリオール、テトラオールなどのポリオール化合物、ジアミン、トリアミン、テトラアミンなどのポリアミン化合物、ジカルボン酸、トリカルボン酸、テトラカルボン酸などのポリカルボン酸などが挙げられる。第１のゲル化剤であるイソシアネート基を２以上有する化合物と第２のゲル化剤である活性水素を有する求核基を２以上有する化合物との配合比は、特に制限はないが、化学当量比で２：１〜１：２が好ましい。また、第１のゲル化剤および第２のゲル化剤の合計のイオン性液体に対する質量濃度は０．０５ｇ／ｍｌ以上０．４ｇ／ｍｌ以下が好ましい。
また、上記重付加反応を効率よく進行させるために触媒を用いることができる。かかる触媒としては、ポリウレタン合成用の触媒である錫系触媒（ジブチル錫ジラウリレート）および／またはアミン系触媒が好ましく用いられる。かかる触媒は、第１のゲル化剤であるイソシアネート基を２以上有する化合物と第２のゲル化剤である活性水素を有する求核基を２以上有する化合物との合計に対して０．１質量％〜５質量％であることが好ましく、０．２質量％〜２質量％であることがより好ましい。
たとえば、（ｂ）の組み合わせにおいては、不飽和二重結合と２個以上有する化合物と活性水素を有する求核基を２個以上有する化合物とがマイケル付加反応により重合して、導電性高分子の少なくとも一部を溶解しているイオン性液体をゲル化する。ここで、不飽二重結合とは、活性水素を有する求核基とマイケル付加反応を起こすものであれば特に制限はないが、α，β−不飽和カルボニル基、α，β−不飽和スルホニル基、α，β−ニトリル基が好ましく、その中でもα，β−不飽和カルボニル基がより好ましい。また、活性水素を有する求核基を２個以上有する化合物については、上記（ａ）の組み合わせにおいて既に説明したとおりである。第１のゲル化剤である不飽和二重結合を２以上有する化合物と第２のゲル化剤である活性水素を有する求核基を２以上有する化合物との配合比は、特に制限はないが、化学当量比で２：１〜１：２が好ましい。また、第１のゲル化剤および第２のゲル化剤の合計のイオン性液体に対する質量濃度は０．０５ｇ／ｍｌ以上０．４ｇ／ｍｌ以下が好ましい。
たとえば、（ｃ）の組み合わせにおいては、エポキシ基を２以上有するエポキシ化合物とポリアミンおよび／または酸無水物とが重合して、２以上の架橋点を有するゲル化剤が形成される。ここで、エポキシ化合物としては、特に制限はないが、ビスフェノールＡ系エポキシ化合物、ビスフェノールＦ系エポキシ化合物、ノボラック型エポキシ化合物、ハロゲン化エポキシ化合物、変性ビスフェノールＡ系エポキシ化合物などが好ましく用いられる。また、ポリアミンとしては、ジアミン、トリアミン、テトラアミンなどが好ましく用いられる。アミンは、第１級アミン、第２級アミン、第３級アミンのいずれであってもよい。また、脂肪族アミン、芳香族アミンのいずれであってもよい。また、酸無水物としては、芳香族酸無水物、環状脂肪族酸無水物、脂肪族酸無水物、ハロゲン化酸無水物などが好ましく用いられる。第１のゲル化剤であるエポキシ化合物と第２のゲル化剤であるポリアミンおよび／または酸無水物との配合比は、化学当量比で２：１〜１：２が好ましい。また、第１のゲル化剤および第２のゲル化剤の合計の質量濃度は０．０５ｇ／ｍｌ以上０．４ｇ／ｍｌ以下が好ましい。
以下に、導電性高分子が溶解しているイオン性液体をゲル化剤をもちいてゲル化させたゲル状組成物について、実施例に基づき具体的に説明する。なお、以下の実施例および比較例においては、導電性高分子の少なくとも一部を溶解しているイオン性液体およびそのイオン性液体をゲル化したゲル状組成物の導電性の評価については、それらの比抵抗率を測定することによって行なった。導電率は比抵抗の逆数であり、比抵抗の値が小さいほど、導電率の値が大きいことを意味する。
ここで、ゲル化剤を用いて導電性高分子が溶解しているイオン性液体をゲル化する前に、イオン性液体であるエチルメチルイミダゾリウム・ｐ−トルエンスルホン酸（ＥＭＩｍＴｓＯという、以下同じ）に、導電性高分子であるポリピロール（ＰＰｙという、以下同じ）またはポリアニリン（ＰＡｎという、以下同じ）を溶かしたときの導電率を通常の二端子測定法（測定装置：（株）ビー・エー・エス社製、Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ａｎａｌｙｚｅｒ Ｍｏｄｅｌ ＡＬＳ６０８Ｂ）により２５℃の雰囲気下で測定した。なお、ここで用いたポリピロールはｐ−トルエンスルホン酸鉄塩をもちいて化学重合したものであり、ポリアニリンはアルドリッチ社製（製品番号４２８３２）のものである。
１０ｍｌのＥＭＩｍＴｓＯに対して、ＰＰｙおよびＰＡｎのそれぞれを０．０５ｇ（質量濃度：０．００５ｇ／ｍｌ）、０．１ｇ（質量濃度：０．０１ｇ／ｍｌ）溶解させた試料を作成した。ここで、ＥＭＩｍＴｓＯに対するＰＰｙの飽和質量濃度は０．０１ｇ／ｍｌ、ＰＡｎの飽和質量濃度は０．０１２ｇ／ｍｌである。したがって、これらの溶液はいずれも導電性高分子がＥＭＩｍＴｓＯに完全溶解した試料である。得られた比抵抗の値を表１にまとめた。
この結果から明らかなように、ＰＰｙおよびＰＡｎのいずれの試料でも導電性高分子を０．００５ｇ／ｍｌ溶解させた試料では、ＥＭＩｍＴｓＯ単独の比抵抗よりも大きくなった。一方、ＰＰｙおよびＰＡｎのいずれの試料でも導電性高分子を０．０１ｇ／ｍｌ溶解させた試料では、ＥＭＩｍＴｓＯ単独の比抵抗よりも小さくなった。
液体状の試料における比抵抗は液体の粘度に大きく影響され、粘度が大きくなると比抵抗が大きくなることが知られている。導電性高分子の質量濃度が０．００５ｇ／ｍｌの場合は、導電性高分子の添加による比抵抗低下の効果よりも粘度上昇による比抵抗上昇の効果の方が大きく、そのために全体の比抵抗が大きくなったものと思われる。一方、導電性高分子の質量濃度が０．０１ｇ／ｍｌの場合は、導電性高分子の添加による比抵抗低下の効果が粘度上昇による比抵抗上昇の効果を上回り、そのために全体の比抵抗が小さくなったものと考えられる。
ゲル状組成物においても、ゲル化剤と液体の種類や比率によって、極めてやわらかい物から機械的強度に優れ強靭なものまでいろいろな物性の物が得られることが知られており、その使用目的によって制御されている。したがって、本発明の目的のひとつは、同じ機械的強度や柔軟性を得る処方としたときに、より電気伝導度の高いゲル状組成物を得ることにある。
（実施例１）
上記の０．０５ｇのＰＰｙが溶解している１０ｍｌのＥＭＩｍＴｓＯ（ＰＰｙの質量濃度：０．００５ｇ／ｍｌ、ｒ＝（導電性高分子の質量濃度：Ｍ）／（導電性高分子の飽和質量濃度：ＭS）＝０．５）：ゲル化剤としてポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＰＦＶ−ＨＦＰという、以下同じ）を溶解させたテトラヒドロフラン（ＴＨＦという、以下同じ）溶液を用いてゲル化させ、ゲル状組成物を得た。ゲル化条件は、ＥＭＩｍＴｓＯに対するＰＦＶ−ＨＦＰの質量濃度を０．１２ｇ／ｍｌとし、還流冷却器を取り付けた反応器中、６０℃で３時間加熱し均一溶液を得た。この溶液をドクターブレードをもちいてＰＥＴ基板上に塗布し、テトラヒドロフランを蒸発させてシート状のゲル状組成物を得た。このゲルシートはＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムからはがしても自立性のあるシートであった。得られたゲル状組成物の比抵抗を上記の二端子測定法により２５℃の雰囲気下で測定したところ、２×１０4Ω・ｃｍであった。結果を表２にまとめた。
上記の０．０５ｇのＰＰｙが溶解している１０ｍｌのＥＭＩｍＴｓＯ（ＰＰｙの質量濃度：０．００５ｇ／ｍｌ、ｒ＝（導電性高分子の質量濃度：Ｍ）／（導電性高分子の飽和質量濃度：ＭS）＝０．５）：ゲル化剤としてポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＰＦＶ−ＨＦＰという、以下同じ）を溶解させたテトラヒドロフラン（ＴＨＦという、以下同じ）溶液を用いてゲル化させ、ゲル状組成物を得た。ゲル化条件は、ＥＭＩｍＴｓＯに対するＰＦＶ−ＨＦＰの質量濃度を０．１２ｇ／ｍｌとし、還流冷却器を取り付けた反応器中、６０℃で３時間加熱し均一溶液を得た。この溶液をドクターブレードをもちいてＰＥＴ基板上に塗布し、テトラヒドロフランを蒸発させてシート状のゲル状組成物を得た。このゲルシートはＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムからはがしても自立性のあるシートであった。得られたゲル状組成物の比抵抗を上記の二端子測定法により２５℃の雰囲気下で測定したところ、２×１０4Ω・ｃｍであった。結果を表２にまとめた。
（実施例２）
０．００５ｇ／ｍｌのＰＰｙが溶解（ｒ＝０．５）しているＥＭＩｍＴｓＯに替えて０．０１ｇ／ｍｌのＰＰｙが溶解（ｒ＝１．０）しているＥＭＩｍＴｓＯを用いたことおよびＥＭＩｍＴｓＯに対するＰＦＶ−ＨＦＰの質量濃度を０．１ｇ／ｍｌとしたこと以外は、実施例１と同様にして、ゲル状組成物を得た。得られたゲル組成物の比抵抗は、２×１０3Ω・ｃｍであった。結果を表２にまとめた。ここで、ＥＭＩｍＴｓＯに対するＰＦＶ−ＨＦＰの質量濃度を０．１ｇ／ｍｌとしたのは、本実施例で得られるゲルシートを実施例１で得られるゲルシートとほぼ同じ柔軟性を持つ自立性のあるシートとするためである。
０．００５ｇ／ｍｌのＰＰｙが溶解（ｒ＝０．５）しているＥＭＩｍＴｓＯに替えて０．０１ｇ／ｍｌのＰＰｙが溶解（ｒ＝１．０）しているＥＭＩｍＴｓＯを用いたことおよびＥＭＩｍＴｓＯに対するＰＦＶ−ＨＦＰの質量濃度を０．１ｇ／ｍｌとしたこと以外は、実施例１と同様にして、ゲル状組成物を得た。得られたゲル組成物の比抵抗は、２×１０3Ω・ｃｍであった。結果を表２にまとめた。ここで、ＥＭＩｍＴｓＯに対するＰＦＶ−ＨＦＰの質量濃度を０．１ｇ／ｍｌとしたのは、本実施例で得られるゲルシートを実施例１で得られるゲルシートとほぼ同じ柔軟性を持つ自立性のあるシートとするためである。
（実施例３）
０．００５ｇ／ｍｌのＰＰｙが溶解しているＥＭＩｍＴｓＯに替えて０．００５ｇ／ｍｌのＰＡｎが溶解（ｒ＝０．４２）しているＥＭＩｍＴｓＯを用いたことおよびＥＭＩｍＴｓＯに対するＰＦＶ−ＨＦＰの質量濃度を０．１２ｇ／ｍｌとしたこと以外は、実施例１と同様にして、ゲル状組成物を得た。得られたゲル組成物の比抵抗は、４×１０4Ω・ｃｍであった。結果を表２にまとめた。ここで、ＥＭＩｍＴｓＯに対するＰＦＶ−ＨＦＰの質量濃度を０．１２ｇ／ｍｌとしたのは、実施例２と同じ理由による。
０．００５ｇ／ｍｌのＰＰｙが溶解しているＥＭＩｍＴｓＯに替えて０．００５ｇ／ｍｌのＰＡｎが溶解（ｒ＝０．４２）しているＥＭＩｍＴｓＯを用いたことおよびＥＭＩｍＴｓＯに対するＰＦＶ−ＨＦＰの質量濃度を０．１２ｇ／ｍｌとしたこと以外は、実施例１と同様にして、ゲル状組成物を得た。得られたゲル組成物の比抵抗は、４×１０4Ω・ｃｍであった。結果を表２にまとめた。ここで、ＥＭＩｍＴｓＯに対するＰＦＶ−ＨＦＰの質量濃度を０．１２ｇ／ｍｌとしたのは、実施例２と同じ理由による。
（実施例４）
０．００５ｇ／ｍｌのＰＰｙが溶解しているＥＭＩｍＴｓＯに替えて、０．０１ｇ／ｍｌのＰＡｎが溶解（ｒ＝０．８３）しているＥＭＩｍＴｓＯを用いたことおよびＥＭＩｍＴｓＯに対するＰＦＶ−ＨＦＰの質量濃度を０．１ｇ／ｍｌとしたこと以外は、実施例１と同様にして、ゲル状組成物を得た。得られたゲル組成物の比抵抗は、５×１０3Ω・ｃｍであった。結果を表２にまとめた。ここで、ＥＭＩｍＴｓＯに対するＰＦＶ−ＨＦＰの質量濃度を０．１ｇ／ｍｌとしたのは、実施例２と同じ理由による。
０．００５ｇ／ｍｌのＰＰｙが溶解しているＥＭＩｍＴｓＯに替えて、０．０１ｇ／ｍｌのＰＡｎが溶解（ｒ＝０．８３）しているＥＭＩｍＴｓＯを用いたことおよびＥＭＩｍＴｓＯに対するＰＦＶ−ＨＦＰの質量濃度を０．１ｇ／ｍｌとしたこと以外は、実施例１と同様にして、ゲル状組成物を得た。得られたゲル組成物の比抵抗は、５×１０3Ω・ｃｍであった。結果を表２にまとめた。ここで、ＥＭＩｍＴｓＯに対するＰＦＶ−ＨＦＰの質量濃度を０．１ｇ／ｍｌとしたのは、実施例２と同じ理由による。
（比較例１）
０．００５ｇ／ｍｌのＰＰｙが溶解しているＥＭＩｍＴｓＯに替えてＥＭＩｍＴｓＯを用いたことおよびＥＭＩｍＴｓＯに対するＰＦＶ−ＨＦＰの質量濃度を０．１５ｇ／ｍｌとしたこと以外は、実施例１と同様にして、ゲル状組成物を得た。得られたゲル組成物の比抵抗は、８×１０4Ω・ｃｍであった。結果を表２にまとめた。ここで、ＥＭＩｍＴｓＯに対するＰＦＶ−ＨＦＰの質量濃度を０．１５ｇ／ｍｌとしたのは、実施例１と同じ理由による。
０．００５ｇ／ｍｌのＰＰｙが溶解しているＥＭＩｍＴｓＯに替えてＥＭＩｍＴｓＯを用いたことおよびＥＭＩｍＴｓＯに対するＰＦＶ−ＨＦＰの質量濃度を０．１５ｇ／ｍｌとしたこと以外は、実施例１と同様にして、ゲル状組成物を得た。得られたゲル組成物の比抵抗は、８×１０4Ω・ｃｍであった。結果を表２にまとめた。ここで、ＥＭＩｍＴｓＯに対するＰＦＶ−ＨＦＰの質量濃度を０．１５ｇ／ｍｌとしたのは、実施例１と同じ理由による。
表２より明らかなように、ＥＭＩｍＴｓＯのゲル状組成物の比抵抗が８×１０4Ω・ｃｍであるのに対して、０．００５ｇ／ｍｌのＰＰyが溶解しているＥＭＩｍＴｓＯのゲル状組成物の導電率は２×１０4Ω・ｃｍ、０．０１ｇ／ｍｌのＰＰｙが溶解しているＥＭＩｍＴｓＯのゲル状組成物の導電率は２×１０3Ω・ｃｍであった。同様に、０．００５ｇ／ｍｌのＰＡｎが溶解しているＥＭＩｍＴｓＯのゲル状組成物の導電率は４×１０4Ω・ｃｍ、０．０１ｇ／ｍｌのＰＡｎが溶解しているＥＭＩｍＴｓＯのゲル状組成物の導電率は５×１０3Ω・ｃｍであった。このことから、導電性高分子が溶解しているイオン性液体をゲル化したゲル状組成物は、イオン性液体のみをゲル化したゲル状組成物に比べて、高い導電性を有することがわかった。
（実施例５）
０．００５ｇ／ｍｌのＰＰｙが溶解しているＥＭＩｍＴｓＯに替えて０．００１ｇ／ｍｌのＰＰｙが溶解（ｒ＝０．１）しているＥＭＩｍＴｓＯを用いたことおよびＥＭＩｍＴｓＯに対するＰＦＶ−ＨＦＰの質量濃度を０．１４ｇ／ｍｌとしたこと以外は、実施例１と同様にして、ゲル状組成物を得た。得られたゲル状組成物の比抵抗は７×１０4Ω・ｃｍであった。結果を表３にまとめた。ここで、ＥＭＩｍＴｓＯに対するＰＦＶ−ＨＦＰの質量濃度を０．１４ｇ／ｍｌとしたのは、実施例２と同じ理由による。
０．００５ｇ／ｍｌのＰＰｙが溶解しているＥＭＩｍＴｓＯに替えて０．００１ｇ／ｍｌのＰＰｙが溶解（ｒ＝０．１）しているＥＭＩｍＴｓＯを用いたことおよびＥＭＩｍＴｓＯに対するＰＦＶ−ＨＦＰの質量濃度を０．１４ｇ／ｍｌとしたこと以外は、実施例１と同様にして、ゲル状組成物を得た。得られたゲル状組成物の比抵抗は７×１０4Ω・ｃｍであった。結果を表３にまとめた。ここで、ＥＭＩｍＴｓＯに対するＰＦＶ−ＨＦＰの質量濃度を０．１４ｇ／ｍｌとしたのは、実施例２と同じ理由による。
（実施例６）
０．００５ｇ／ｍｌのＰＰｙが溶解しているＥＭＩｍＴｓＯに替えて、０．００２ｇ／ｍｌのＰＰｙが溶解（ｒ＝０．２）しているＥＭＩｍＴｓＯを用いたことおよびＥＭＩｍＴｓＯに対するＰＦＶ−ＨＦＰの質量濃度を０．１３ｇ／ｍｌとしたこと以外は、実施例１と同様にして、ゲル状組成物を得た。得られたゲル状組成物の比抵抗は４×１０4Ω・ｃｍであった。結果を表３にまとめた。ここで、ＥＭＩｍＴｓＯに対するＰＦＶ−ＨＦＰの質量濃度を０．１３ｇ／ｍｌとしたのは、実施例２と同じ理由による。
０．００５ｇ／ｍｌのＰＰｙが溶解しているＥＭＩｍＴｓＯに替えて、０．００２ｇ／ｍｌのＰＰｙが溶解（ｒ＝０．２）しているＥＭＩｍＴｓＯを用いたことおよびＥＭＩｍＴｓＯに対するＰＦＶ−ＨＦＰの質量濃度を０．１３ｇ／ｍｌとしたこと以外は、実施例１と同様にして、ゲル状組成物を得た。得られたゲル状組成物の比抵抗は４×１０4Ω・ｃｍであった。結果を表３にまとめた。ここで、ＥＭＩｍＴｓＯに対するＰＦＶ−ＨＦＰの質量濃度を０．１３ｇ／ｍｌとしたのは、実施例２と同じ理由による。
（実施例７）
０．００５ｇ／ｍｌのＰＰｙが溶解しているＥＭＩｍＴｓＯに替えて０．０３ｇ／ｍｌに相当するＰＰｙ（ｒ＝３．０）を含むＥＭＩｍＴｓＯを用いたことおよびＥＭＩｍＴｓＯに対するＰＦＶ−ＨＦＰの質量濃度を０．１ｇ／ｍｌとしたこと以外は、実施例１と同様にして、ゲル状組成物を得た。得られたゲル状組成物の比抵抗は８×１０2Ω・ｃｍであった。結果を表３にまとめた。本実施例においては、ＥＭＩｍＴｓＯに対して０．０３ｇ／ｍｌ相当のＰＰｙのうち、０．０１ｇ／ｍｌのＰＰｙはＥＭＩｍＴｓＯに溶解した状態で存在し、０．０２ｇ／ｍｌ相当のＰＰｙは微粉末状態でＥＭＩｍＴｓＯに分散した状態で存在しているものと考えられる。また、得られたゲル状組成物は、自立性を有するものの機械的強度が弱く、実施例１で得られたゲル状組成物に比べて柔軟性が小さかった。
０．００５ｇ／ｍｌのＰＰｙが溶解しているＥＭＩｍＴｓＯに替えて０．０３ｇ／ｍｌに相当するＰＰｙ（ｒ＝３．０）を含むＥＭＩｍＴｓＯを用いたことおよびＥＭＩｍＴｓＯに対するＰＦＶ−ＨＦＰの質量濃度を０．１ｇ／ｍｌとしたこと以外は、実施例１と同様にして、ゲル状組成物を得た。得られたゲル状組成物の比抵抗は８×１０2Ω・ｃｍであった。結果を表３にまとめた。本実施例においては、ＥＭＩｍＴｓＯに対して０．０３ｇ／ｍｌ相当のＰＰｙのうち、０．０１ｇ／ｍｌのＰＰｙはＥＭＩｍＴｓＯに溶解した状態で存在し、０．０２ｇ／ｍｌ相当のＰＰｙは微粉末状態でＥＭＩｍＴｓＯに分散した状態で存在しているものと考えられる。また、得られたゲル状組成物は、自立性を有するものの機械的強度が弱く、実施例１で得られたゲル状組成物に比べて柔軟性が小さかった。
（実施例８）
ＥＭＩｍＴｓＯに対するＰＦＶ−ＨＦＰの質量濃度を０．１２ｇ／ｍｌとしたこと以外は、実施例７と同様にして、ゲル状組成物を得た。得られたゲル状組成物の比抵抗は、７×１０3Ω・ｃｍであった。結果を表３にまとめた。このゲル状組成物の機械的特性は改良され強靭なゲルとなったが、ＰＦＶ−ＨＦＰの質量濃度が０．１２ｇ／ｍｌである実施例１のゲル状組成物に比べて柔軟性が小さかった。
ＥＭＩｍＴｓＯに対するＰＦＶ−ＨＦＰの質量濃度を０．１２ｇ／ｍｌとしたこと以外は、実施例７と同様にして、ゲル状組成物を得た。得られたゲル状組成物の比抵抗は、７×１０3Ω・ｃｍであった。結果を表３にまとめた。このゲル状組成物の機械的特性は改良され強靭なゲルとなったが、ＰＦＶ−ＨＦＰの質量濃度が０．１２ｇ／ｍｌである実施例１のゲル状組成物に比べて柔軟性が小さかった。
（実施例９）
イオン性液体としてＥＭＩｍＴｓＯの代わりに、ＥＭＩｍ・（（ＣＦ3ＳＯ2）2Ｎ）（ＥＭＩｍＴＦＳＩという、以下同じ）を用いたこと以外は、実施例２と同様にしてゲル状組成物を得た。得られたゲル状組成物は実施例２と同等の柔軟性を有する自立性のあるシートであった。また、得られたゲル状組成物の比抵抗は、３×１０4Ω・ｃｍであり、この値は実施例２で得られた比抵抗値の１５倍であった。結果を表３にまとめた。本実施例において、ＥＭＩｍＴＦＳＩはＰＰｙをほとんど溶解せず、０．０１ｇ／ｍｌのＰＰｙ（ｒ＝５．０）のうちでＥＭＩｍＴＦＳＩに溶解している部分は０．００２ｇ／ｍｌである。このことから、イオン性液体に対する溶解性の高い導電性高分子が、比抵抗の低減（導電性の向上）に大きく寄与することがわかる。
イオン性液体としてＥＭＩｍＴｓＯの代わりに、ＥＭＩｍ・（（ＣＦ3ＳＯ2）2Ｎ）（ＥＭＩｍＴＦＳＩという、以下同じ）を用いたこと以外は、実施例２と同様にしてゲル状組成物を得た。得られたゲル状組成物は実施例２と同等の柔軟性を有する自立性のあるシートであった。また、得られたゲル状組成物の比抵抗は、３×１０4Ω・ｃｍであり、この値は実施例２で得られた比抵抗値の１５倍であった。結果を表３にまとめた。本実施例において、ＥＭＩｍＴＦＳＩはＰＰｙをほとんど溶解せず、０．０１ｇ／ｍｌのＰＰｙ（ｒ＝５．０）のうちでＥＭＩｍＴＦＳＩに溶解している部分は０．００２ｇ／ｍｌである。このことから、イオン性液体に対する溶解性の高い導電性高分子が、比抵抗の低減（導電性の向上）に大きく寄与することがわかる。
（実施例１０）
本実施例は、上記の実施例１〜９において用いたゲル化剤（ＰＦＶ−ＨＥＰ）以外のゲル化剤を用いた実施例である。まず、０．００５ｇ／ｍｌのＰＰｙ（ｒ＝０．５）が溶解しているＥＭＩｍＴｓＯに触媒のジブチル錫ジラウリン酸を１００ｐｐｍ添加した後、ポリオキシエチレングリセリン（分子量１２００）（ＰＯＥＧという、以下同じ）を混合し、次いでモル比で１：１となるようにトルエンジイソシアネート（ＴＤＩという、以下同じ）を加え混合容液を調製した。ＰＯＥＧとＴＤＩとの合計量がＥＭＩｍＴｓＯに対して０．０６ｇ／ｍｌになるように混合した。そして、上記混合溶液を８０℃の温度で３０分間静置することにより、ゲル状組成物を得た。得られたゲル状組成物の比抵抗は、１×１０4Ω・ｃｍであった。結果を表３にまとめた。
本実施例は、上記の実施例１〜９において用いたゲル化剤（ＰＦＶ−ＨＥＰ）以外のゲル化剤を用いた実施例である。まず、０．００５ｇ／ｍｌのＰＰｙ（ｒ＝０．５）が溶解しているＥＭＩｍＴｓＯに触媒のジブチル錫ジラウリン酸を１００ｐｐｍ添加した後、ポリオキシエチレングリセリン（分子量１２００）（ＰＯＥＧという、以下同じ）を混合し、次いでモル比で１：１となるようにトルエンジイソシアネート（ＴＤＩという、以下同じ）を加え混合容液を調製した。ＰＯＥＧとＴＤＩとの合計量がＥＭＩｍＴｓＯに対して０．０６ｇ／ｍｌになるように混合した。そして、上記混合溶液を８０℃の温度で３０分間静置することにより、ゲル状組成物を得た。得られたゲル状組成物の比抵抗は、１×１０4Ω・ｃｍであった。結果を表３にまとめた。
表２の実施例１，２および表３の実施例５，６から明らかなように、ｒ≧０．２（すなわち、イオン性液体（ＥＭＩｍＴｓＯ）に対して導電性高分子（ＰＰｙ）の質量濃度が、導電性高分子（ＰＰｙ）の飽和質量濃度の０．２倍以上）のとき、比抵抗の低減効果が大きくなることがわかった。また、ｒ≧０．５（すなわち、イオン性液体（ＥＭＩｍＴｓＯ）に対して導電性高分子（ＰＰｙ）の質量濃度が、導電性高分子（ＰＰｙ）の飽和質量濃度の０．５倍以上）のとき、比抵抗の低減効果がより大きくなることがわかった。
また、表２の実施例１，２および表３の実施例７，８から明らかなように、イオン性液体（ＥＭＩｍＴｓＯ）に未溶解の微粉末状のＰＰｙの存在は、ゲル状組成物の機械的特性は悪くするが、比抵抗の低減には効果があることがわかった。
また、表２および表３の実施例１〜１０に示すように、イオン性液体に溶解した導電性高分子や微粉末状態で存在する導電性高分子を組みあわせる事により、比抵抗、機械的強靭性、柔軟性などの特性がそれぞれ異なるゲル状組成物を得ることができる。
上記の実施例および比較例で説明したように、導電性高分子の少なくとも一部が溶解しているイオン性液体をゲル化したゲル状組成物は、イオン性液体のみをゲル化したゲル状組成物に比べて、高い導電性を有している。また、導電性高分子の少なくとも一部が溶解していることはゲル状組成物の機械的な特性を劣化させることなくゲル状組成物の比抵抗の低減に極めて有効である。
このように、本発明によれば、従来のゲル状組成物に比べてより導電性の高いゲル状組成物が得られる。本発明にかかる導電性の高いゲル状組成物は、固体電解質、生体電極またはセンサとしての幅広い用途に応用が可能となる。
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明でなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内のすべての変更が含まれることが意図される。
Claims (10)
- 導電性高分子と、イオン性液体と、ゲル化剤とを含み、
前記導電性高分子の少なくとも一部が、前記イオン性液体に溶解していることを特徴とするゲル状組成物。 - 前記イオン性液体に対する前記導電性高分子の質量濃度が、前記イオン性液体に対する前記導電性高分子の飽和質量濃度の０．２倍以上であることを特徴とする請求項１に記載のゲル状組成物。
- 前記イオン性液体に対する前記ゲル化剤の質量濃度が、０．０３ｇ／ｍｌ以上０．５ｇ／ｍｌ以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のゲル状組成物。
- 前記イオン性液体のカチオン成分が、アンモニウムおよびその誘導体、イミダゾリニウムおよびその誘導体、ピリジニウムおよびその誘導体、ピロリジニウムおよびその誘導体、ピロリニウムおよびその誘導体、ピラジニウムおよびその誘導体、ピリミジニウムおよびその誘導体、トリアゾニウムおよびその誘導体、トリアジニウムおよびその誘導体、トリアジン誘導体カチオン、キノリニウムおよびその誘導体、イソキノリニウムおよびその誘導体、インドリニウムおよびその誘導体、キノキサリニウムおよびその誘導体、ピペラジニウムおよびその誘導体、オキサゾリニウムおよびその誘導体、チアゾリニウムおよびその誘導体、モルフォリニウムおよびその誘導体ならびにピペラジンおよびその誘導体からなる群から選ばれる少なくとも１種類を含む請求項１から請求項３までのいずれかに記載のゲル状組成物。
- 前記イオン性液体のアニオン成分が、スルホン酸基アニオン（−ＳＯ3 -）、硫酸基アニオン（−ＯＳＯ3 -）、カルボキシル基アニオン（−ＣＯＯ-）、ＢＦ4 -、ＰＦ6 -、ビス（トリフルオロメチルスルフォニル）イミドアニオン（(ＣＦ3ＳＯ2)2Ｎ-）、トリス（トリフルオロメチルスルフォニル）カルボアニオン（(ＣＦ3ＳＯ2)3Ｃ-）、ＮＯ3 -、ニトロ基アニオン（−ＮＯ2 -）からなる群から選ばれる少なくとも１種類を含む請求項１から請求項４までのいずれかに記載のゲル状組成物。
- 前記導電性高分子が、ポリピロールおよびその誘導体、ポリチオフェンおよびその誘導体、ポリパラフェニレンビニレンおよびその誘導体、ポリアニリンおよびその誘導体、ポリキノンおよびその誘導体からなる群から選ばれる少なくとも１種類を含む請求項１から請求項５までのいずれかに記載のゲル状組成物。
- 前記ゲル化剤は、少なくとも２以上の極性基または２以上の反応性官能基を含む化合物である請求項１から請求項６までのいずれかに記載のゲル状組成物。
- 導電性高分子の少なくとも一部をイオン性液体に溶解させる溶解工程と、ゲル化剤を用いて前記導電性高分子の少なくとも一部が溶解している前記イオン性液体をゲル化するゲル化工程とを含むゲル状組成物の製造方法。
- 前記ゲル化工程は、前記導電性高分子の少なくとも一部が溶解している前記イオン性液体に前記ゲル化剤を溶解または分散させる工程を含む請求項８に記載のゲル状組成物の製造方法。
- 前記ゲル形成工程は、前記ゲル化剤として２以上の第１の反応性官能基を含む第１のゲル化剤と２以上の第２の反応性官能基を含む第２のゲル化剤とを準備する工程と、前記導電性高分子の少なくとも一部が溶解している前記イオン性液体に前記第１のゲル化剤と前記第２のゲル化剤とを溶解または分散させる工程と、前記第１のゲル化剤と前記第２のゲル化剤とを重合させる工程とを含む請求項８に記載のゲル状組成物の製造方法。
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