JPH0359089B2 - - Google Patents

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JPH0359089B2
JPH0359089B2 JP59035319A JP3531984A JPH0359089B2 JP H0359089 B2 JPH0359089 B2 JP H0359089B2 JP 59035319 A JP59035319 A JP 59035319A JP 3531984 A JP3531984 A JP 3531984A JP H0359089 B2 JPH0359089 B2 JP H0359089B2
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JP
Japan
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heat
treated
highly conductive
heat treatment
temperature
Prior art date
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Application number
JP59035319A
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English (en)
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JPS60181129A (ja
Inventor
Kazumoto Murase
Toshihiro Oonishi
Masanobu Noguchi
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
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Publication date
Application filed by Agency of Industrial Science and Technology filed Critical Agency of Industrial Science and Technology
Priority to JP59035319A priority Critical patent/JPS60181129A/ja
Priority to US06/622,582 priority patent/US4599193A/en
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  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Polymers With Sulfur, Phosphorus Or Metals In The Main Chain (AREA)
  • Macromolecular Compounds Obtained By Forming Nitrogen-Containing Linkages In General (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
本発明は高い電気伝導度を有するポリイミド熱
処理物及びその組成物の製造法に関する。さらに
詳しくは、芳香族系ポリイミドを2000℃以上で熱
処理することを特徴とする高導電性ポリイミド熱
処理物及びその組成物の製造法に関する。 近年、天然もしくは人工の高純度のグラフアイ
トと電子受容体もしくは電子供与体(以下ドーパ
ントと称する)との錯化合物が金属並みの高い電
導度を示すことが発見され、炭素系材料が、高導
電性材料として着目されるようになつてきた。こ
の種の高導電性炭素材料は、ゲラフアイト構造が
高度に発達したものであり、ドーパントとの錯化
合物の形成により、さらに高導電性を発現するも
のである。一方、この観点から、高分子の熱処理
により炭素化、さらにグラフアイト化した高導電
性炭素系材料を得ようとする試みがなされてい
る。しかし、高温での熱処理は、高度に発達した
グラフアイト構造とさせるための必須工程である
が、高温熱処理することにより必ずしもグラフア
イト構造になるとは限らず、高導電性の炭素材料
となりにくい。例えばポリアクリロニトリル、レ
ーヨン等の有機物繊維を焼成熱処理し炭素繊維と
する方法がある。しかしながら得られる炭素繊維
の電導度は低く、単に3000℃で熱処理をおこなつ
た後でも103S/cm以下であり、またドーパントの
錯化合物形成による電導度の向上効果はわずかに
しかみられず、充分にグラフアイト化した材料は
得られていない。 一方、高分子を熱処理してフイルム状、あるい
は繊維状等の工業的に有用な形態を有する炭素系
材料を得るには熱処理時空気による酸化架橋反応
等の不溶化処理をおこなうことが常法である。し
かし、この処理はグラフアイト化を難かしくする
もので、高導電材料を得る目的には不向きであり
この様にこれまで形態を保持したまま熱処理がで
き、かつ高導電性の炭素系材料を得ることは極め
て困難であつた。 既に、熱処理により形状を保持したまま導電材
料とすることができる高分子としては、芳香族ポ
リイミド(Solid State Communication、35
135(1980)、芳香族ポリアミド(特開昭57−
163909)、芳香族ポリアミドイミド(特開昭57−
34604)等の耐熱性高分子が報告されている。し
かし、これらの高分子の熱処理は1500℃以下でな
されており、いずれも102S/cm程度以下の電導度
を示すもので、高導電材料といえるものではなか
つた。 本発明者らは、形態を保持したまま熱処理がで
き、かつ高導電性材料としうる高分子を広く検討
した結果、新らしい事実を発見し、本発明に到つ
た。すなわち、芳香族ポリイミドを不活性雰囲気
で2000℃以上で熱処理するとグラフアイト化が容
易に進行し、驚ろくべきことに104S/cmをこえる
高導電材料となり、しかもドーピングによりさら
に105S/cmをこえる高導電性を示すことを見出し
た。同様の熱処理条件で、芳香族ポリアミド、芳
香族ポリアミドイミドを処理しても電導度は殆ん
ど向上しないのに対し芳香族ポリイミドは2000℃
をこえる温度で特異的に電導度が向上することを
見出したものである。 すなわち、本発明は、 (1) 芳香族系のポリイミドを不活性雰囲気で2000
℃以上、3500℃以下で熱処理することを特徴と
する高導電性ポリイミド熱処理物の製造法およ
び (2) 芳香族系ポリイミドを不活性雰囲気、2000℃
以上、3500℃以下で熱処理して得られるポリイ
ミド熱処理物にドーパントを加えることを特徴
とする高導電性組成物の製造法に関する。 本発明に用いられる芳香族ポリイミドは、ピロ
メリツト酸と芳香族系ジアミの縮合物として得ら
れるもので特に限定はないが、好ましくは一般式
(1) (式中、N:−O−、−CH2−又は
【式】 n:2以上の整数を示す。) で示される芳香族ポリイミドであり、なかでも一
般式(1)においてX=O(酸素)で示されるポリ−
N,N′−(P,P′−オキシジフエニレン)ピロメ
リツトイミドが特に好ましい。 本発明の熱処理に供する芳香族ポリイミドの形
態は粉末、シート状、塗布膜状、フイルム状、糸
状、その他の成形品いずれでもよいが、フイルム
状、糸状物が工業的に有用な形態として好まし
い。さらにはこれらの延伸配向物も好ましい。 本発明では熱処理温度は2000℃以上が好まし
く、温度上限は炭素の蒸発温度で制限される。加
圧系で熱処理することによりさらに高温とするこ
とができるが、経済的でない。高導電性材料とす
るには高温で熱処理されるほど良い。実際的には
好ましくは2000℃を超え3500℃以下であり、さら
に好ましくは2500℃以上である。 また熱処理は1000℃以下で仮熱処理を行ない続
いて2000℃以上で熱処理してもよい。 本発明の不活性雰囲気は窒素ガス、アルゴンガ
ス及び真空中などが効果的であり、2000℃以上で
はアルゴンガスがより好ましい。 熱処理時の加熱方法には特に制限はないが、黒
鉛発熱体タンマン炉、高周波誘導加熱炉や太陽炉
が効果的に用いられる。 この様にして得られる芳香族ポリイミドの熱処
理物は多くの場合103〜104S/cmの電導度を示す。 さらに重要なことは、この熱処理物の電子受容
体もしくは電子供与体によるドーピング処理によ
り、電導度がさらに向上し、104〜105S/cmまた
はそれ以上に達することである。ドーパントにつ
いては特に限定しないが、従来グラフアイトある
いはポリアセチレン、ポリピロールなどの共役系
高分子において高導電性が見出されている化合物
を効果的に用いることができる。 そのドーピングの方法は、公知の方法すなわ
ち、ドーパントと直接気相もしくは液相で接触さ
せる方法、電気化学的な方法、イオンインプラン
テーシヨン等により実施することができる。 具体的には電子受容体としてはハロゲン化合物
類:臭素類、ルイス酸類:三塩化鉄、五フツ化砒
素、五フツ化アンチモン、三フツ化ホウ素、三酸
化硫黄、三塩化アルミ、五塩化アンチモン等、プ
ロトン酸類:硝酸、硫酸、クロルスルホン酸等、
電子供与体としては、アルカリ金属類:リチウ
ム、カリウム、ルビジウム、セシウム等、アルカ
リ土類金属類:カルシウム、ストロンチウム、バ
リウム等、その他希土類金属:(Sm、Eu、Yb)、
金属アミド類:カリウムアミド、カルシウムアミ
ド等が例示される。ドーピング量は特に制限はな
いが、好ましい含有量は熱処理物の重量当り0.1
%〜150%、特には10%〜100%である。 本発明における芳香族ポリイミドの熱処理物は
形態を保持したまま熱処理ができ、フイルム状、
糸状のごとく任意の賦形された高導電性材料にで
きるところに特徴があり、高導電性の必要な各種
の電気・電子用途に用いることができる。 以下に実施例によつて本発明をさらに詳しく述
べるが本発明はこれに限定されるものではない。 実施例 1 ピロメリツト酸とジアミノジフエニルエーテル
の縮合により得た25μ厚の芳香族ポリイミドフイ
ルムを横型管状電気炉中で窒素気流中950℃で仮
熱処理を行つた。 得られた仮熱処理物の電導度は41S/cmであ
り、無水硫酸によるドーピングにより、殆んど電
導度の向上はなかつた。 この仮熱処理物を黒鉛発熱体タンマン炉でアル
ゴン気流中、室温から3000℃まで2時間で昇温し
3000℃で20分間熱処理した。この熱処理物はフイ
ルムの形態を保持しており、室温で1.6×104S/
cmの、無水硫酸でドーピングすると1.9×105S/
cmの電導度を示した。 実施例 2 ピロメリツト酸とジアミノジフエニルメチレン
の縮合により得た15μ厚の一軸延伸した芳香族ポ
リイミドフイルムを黒鉛発熱体タンマン炉でアル
ゴン気流中で室温から2500℃まで1.5時間で昇温
し、20分間2500℃で熱処理した。熱処理物はフイ
ルムの形態を保持しており、室温で1.1×103S/
cm無水硫酸でドーピングすると3.9×103S/cmの
電導度を示した。 比較例 トリメリツト酸とジアミノジフエニルエーテル
の縮合により得た芳香族ポリアミドイミドフイル
ム(50μ厚)およびp−フエニレンテレフタルア
ミド構造よりなる芳香族ポリアミド繊維を実施例
1と同様の条件で熱処理をおこなつた。窒素気流
下、950℃での仮熱処理では各々52S/cm、30S/
cmの電導度を示し無水硫酸によるドーピング効果
は殆んど見られなかつた。またアルゴン気流中で
これら仮熱処理物を3000℃で熱処理したものは
各々200S/cm、980S/cmの電導度を示したにす
ぎなかつた。 この様に芳香族ポリイミドは電導度に与える熱
処理効果が著るしく大きく高導電性材料となり得
る。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 芳香族系ポリイミドを不活性雰囲気で2000℃
    以上、3500℃以下の温度で熱処理することを特徴
    とする高導電性ポリイミド熱処理物の製造法。 2 芳香族系ポリイミドを不活性雰囲気で2000℃
    以上、3500℃以下の温度で熱処理して得られるポ
    リイミド熱処理物にドーパントを加えることを特
    徴とする高導電性組成物の製造法。
JP59035319A 1983-06-30 1984-02-28 高導電性ポリイミド熱処理物及びその組成物の製造法 Granted JPS60181129A (ja)

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JP59035319A JPS60181129A (ja) 1984-02-28 1984-02-28 高導電性ポリイミド熱処理物及びその組成物の製造法
US06/622,582 US4599193A (en) 1983-06-30 1984-06-20 Highly electroconductive pyrolyzed product retaining its original shape and composition formed therefrom

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