JPH0365370B2 - - Google Patents

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JPH0365370B2
JPH0365370B2 JP4320883A JP4320883A JPH0365370B2 JP H0365370 B2 JPH0365370 B2 JP H0365370B2 JP 4320883 A JP4320883 A JP 4320883A JP 4320883 A JP4320883 A JP 4320883A JP H0365370 B2 JPH0365370 B2 JP H0365370B2
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JP
Japan
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electron
poly
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dopant
polymer
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  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Polyoxymethylene Polymers And Polymers With Carbon-To-Carbon Bonds (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は新規な有機系導電性材料に関するもの
である。 近年、電気、電子産業における著しい技術発展
に伴い新しい優れた電気的機能を有する材料が求
められている。高分子化学の分野においても各種
の電気特性を有する材料が見出され、すでに多く
の高分子物質が実用されているが、一層優れた電
気特性を有する材料の探索が盛んに行われてい
る。特に電気伝導性を有する高分子材料は、例え
ば配線材料、電極材料、センサー、光電変換素子
などの素材として利用することができ、そのよう
な高分子材料の開発が大いに期待されている。 このような社会的要望を背景に電気伝導を有す
る高分子材料の研究が各所で行われており、電気
伝導性を有する高分子材料も数多く開発されてい
る。しかし現在まで知られている高導電性を有す
る高分子材料は安定性、成形性等に問題があり電
気電子材料への応用が制限されているのが現状で
ある。 例えば、非置換ポリアセチレンと特定の電子供
与剤又は電子受容剤との錯体は、103Ω-1cm-1以上
という極めて高い電気伝導性を有する高分子材料
であり、エレクトロニクス材料として有用ではあ
るが、マトリツクスのポリアセチレンが空気中の
酸素及び熱に対し不安定なことが欠点である。更
に高分子量ポリアセチレンは不溶、不融であるた
め溶融加工又は溶液加工が不可能であり、一定形
状に成型することが困難である。 他の高分子導電材料においても同様に問題点が
多く、そのことがこれら高分子材料を電気電子材
料として利用することの妨げとなつている。 このような中でポリ(フエニレン)は、ポリア
セチレンとは対照的に、非常に熱安定性及び酸化
安定性が大なる高分子材料である。この最高度の
安定性は、共役のフエニレン結合からなるポリ
(フエニレン)に基づくものであり、ポリ(パラ
ーフエニレン)は、空気中では400℃、不活性雰
囲気下では550℃の温度で安定である。 さらにポリフエニレンは、電子供与剤又は電子
受容剤をドーピングすることにより前記ポリアセ
チレンに近い高電気伝導性が得られる。このた
め、新しい電気電子材料素材として注目され、二
次電池電極材料等への応用が注目されている。 しかし現在まで研究されている無置換のポリ
(フエニレン)は、不溶不融であり成形加工が困
難なため、前記安定性、高電気伝導性の性質があ
るにもかかわらず、充分その機能が活性されずに
いたのが現状であつた。 本発明者らは、このようなポリ(フエニレン)
の安定性及び高電気伝導性に着目し、加工性電気
伝導性に優れたポリ(フエニレン)系高分子材料
を開発すべく鋭意研究を行つた。その結果、ポリ
(アルコキシフエニレン)を電子供与剤又は電子
受容剤でドーピングすることにより、安定性、成
形加工性、電気伝導性を満足する高分子材料組成
物が得られることを見出し、本発明を完成するに
至つた。 本発明は実質的繰返し単位が、
The present invention relates to a novel organic conductive material. BACKGROUND ART In recent years, with the remarkable technological development in the electrical and electronic industries, there is a demand for new materials with excellent electrical functions. Materials with various electrical properties have also been discovered in the field of polymer chemistry, and many polymer substances are already in practical use, but the search for materials with even better electrical properties is actively underway. In particular, polymeric materials having electrical conductivity can be used as materials for, for example, wiring materials, electrode materials, sensors, photoelectric conversion elements, and the development of such polymeric materials is highly anticipated. Against the background of such social demands, research into polymeric materials with electrical conductivity is being conducted in various places, and many polymeric materials with electrical conductivity have also been developed. However, currently known polymeric materials with high conductivity have problems with stability, moldability, etc., and their application to electrical and electronic materials is currently limited. For example, a complex of unsubstituted polyacetylene and a specific electron donor or electron acceptor is a polymeric material with extremely high electrical conductivity of 10 3 Ω -1 cm -1 or more, and is useful as an electronics material. The disadvantage is that the polyacetylene of the matrix is unstable to oxygen in the air and heat. Furthermore, since high molecular weight polyacetylene is insoluble and infusible, melt processing or solution processing is impossible, and it is difficult to mold it into a certain shape. There are many similar problems with other conductive polymer materials, which hinder the use of these polymer materials as electrical and electronic materials. Among these, poly(phenylene), in contrast to polyacetylene, is a polymeric material with very high thermal and oxidative stability. This highest degree of stability is based on poly(phenylene), which consists of conjugated phenylene bonds, and poly(paraphenylene) is stable at temperatures of 400°C in air and 550°C under an inert atmosphere. Furthermore, by doping polyphenylene with an electron donating agent or an electron accepting agent, high electrical conductivity similar to that of the polyacetylene can be obtained. For this reason, it is attracting attention as a new electrical and electronic material, and its application to secondary battery electrode materials and the like is attracting attention. However, the unsubstituted poly(phenylene) that has been studied to date is insoluble and infusible, making it difficult to mold and process. The current situation was that it was not done. The inventors have discovered that such poly(phenylene)
Focusing on its stability and high electrical conductivity, we conducted intensive research to develop a poly(phenylene)-based polymer material with excellent processability and electrical conductivity. As a result, it was discovered that by doping poly(alkoxyphenylene) with an electron donor or an electron acceptor, a polymer material composition satisfying stability, moldability, and electrical conductivity could be obtained, and the present invention I was able to complete it. The present invention provides that the substantial repeating unit is

【式】 (式中、RおよびR′は、互いに同一または異
なる炭素数1乃至8のアルキル基をあらわす。) で示されるポリ(ジアルコキシフエニレン)と電
子供与性ドーピング剤および電子受容ドーピング
剤の1種または2種以上を含有することを特徴と
するポリ(ジアルコキシフエニレン)組成物に関
するものである。 ここでいうアルキル基とは、炭素数1乃至8の
アルキル基一般を称し、直鎖状、分枝状あるいは
環状であつてもよい。 勿論、本発明におけるポリ(ジアルコキシフエ
ニレン)は、高分子技術分野での通例の如く、厳
密な意味での完全なホモポリマーであることのみ
を意味するものではなく、実質的にポリ(ジアル
コキシフエニレン)の範疇に入るものであつて本
発明の目的を達し得るものであればどの様なもの
でも良い。 本発明で用いるポリジアルコキシフエニレンの
製造方法としては、ジアルコキシベンゼンをルイ
ス酸及び酸化剤の存在下に重合させる方法、ジハ
ロジアルコキシベンゼンをマグネシウム、銅、亜
鉛アルキルリチウムの存在下で重合させる方法
等、公知のポリフエニレンの製造方法がすべて可
能であるが、 一般式 (式中R及びR′は、互いに同一または異なる
炭素数1乃至8のアルキル基をあらわす。) で示されるジアルコキシベンゼンを、不活性溶媒
中、ルイス酸及び酸化剤の存在下に重合した場合
に優れた結果が得られる。ここでルイス酸は、カ
チオン重合あるいは配位重合に用いられるものが
いずれも好適に用いられる。 このようなルイス酸類としては、無水塩化アル
ミニウム、無水塩化第二鉄、無水塩化チタン
()、無水塩化第二錫、無水塩化モリブデン、無
水塩化タングステン、無水塩化アンチモン()、
フツ化ホウ素およびフツ化ホウ素エーテラートな
どが使用されるが、無水塩化アルミニウム、無水
塩化第二鉄が特に好ましい。 また前記金属塩化物に対応する金属臭化物等他
のハロゲン化物の使用も有効である。ルイス酸量
は溶解度、活性によつて変化するが通常ジアルコ
キシベンゼン1モルに対し1〜5モルで行われ
る。 本発明の高分子化合物の生成反応は、反応を効
率的に進めるため必要に応じてルイス酸に加え高
原子価の遷移金属化合物例えば塩化第二銅、塩化
第二鉄、塩化第二錫などのハロゲン化物、二酸化
マンガン、二酸化鉛のごとき酸化物などの酸化剤
を共存させることも必要に応じて行われる。又必
要に応じて酸素の導入、酢酸コバルト等コバルト
()錯化合物などの助触媒を用いてもよい。 不活性溶媒は、通常のフリーデルクラフト反応
に用いられるもので、ルイス酸アリールカチオン
に不活性な有機溶媒はいずれも使用可能である
が、特にニトロアルカン類が好適である。溶媒量
は、ジアルコキシベンゼン1重量部に対し1〜20
重量部が一般的である。 重合反応は常圧、加圧、減圧いずれの場合も可
能であるが発生する塩化水素を除去しうる様圧力
10〜40mmHgといつた減圧状態にすることにより、
耐熱性、成形性等に優れた重合物が得られる。 反応温度は−30〜100℃までの間にすることが
できるが、0〜40℃に室温付近で行うことが操作
上有利である。反応時間はジアルコキシフエニレ
ンの種類、酸化剤の種類等により異なるが、反応
の完結は塩化水素ガスの発生が終了したときと考
えられ、それに要する時間は30分〜2時間であ
る。必要に応じてそれより長時間にわたつて行う
場合もある。 本発明組成物に適用可能なドープ剤には、ポリ
(ジアルコキシフエニレン)の固有伝導性を増加
せしめる電子供与剤、又はポリ(ジアルコキシフ
エニレン)の伝導性を約10-7Ω-1cm-1以上に増加
せしめる電子受容剤又は該供与剤と受容剤の混合
物が含まれる。該組成物の直流伝導度は、室温で
の四探針法による測定で、約10-5Ω-1cm-1或いは
それ以上であることが好ましい。 適用可能なドープ剤の代表例には、リチウム、
ナトリウム、カリウム、ハビジウム及びセシウム
を含む第IA族金属、ナトリウムナフタレン、カ
リウムナフタレン、ナトリウムビフエニル及びカ
リウムビフエニル等の第IA族金属アリーレン、
マグネシウム、カルシウム等の第A族金属等の
電子供与剤及びHCIO4を含むブレンステツド酸、
SO3及びN2O5を含む非金属酸化物、Sb2S5を含む
第族元素のスルフイド、第B、遷移金属、
B,A及びA族のハロゲン化物、及び
SbCl5を含む不活性ガス、BCl3、CrO2Cl2
CrO2F2、SbF3Cl2AsF5、XeF4、XeOF4、SbF5
PF5、BF5、BCl5SbBr3、CuCI2、NiCl2及び
MoCl5、WCl6、VOCl3、SnCl4等のハロゲン化物
及びFSO2OOSO2Fを含むフツ素含有過酸化物又
はそれ等の混合物等の電子受容剤、銀およびアル
カリ金属、アルカリ土類金属および4級アンモニ
ウムのテトラフロロホウ酸塩、6フツ化ホスホニ
ウム塩、過塩素酸塩、ヘキサフロロアンチモン酸
塩、ヘキサフロロヒ酸塩などがある。どの型のド
ープ剤を選択するかは、生成組成物にいかなる電
気特性を所望するかによつて異なる。第A族金
属及び第A族金属アリーレン等の電子供与ドー
プ剤はn型導電材料を提供し、AsF5等の電子受
容ドープ剤はp型材料を提供し用途、目的に応じ
て選択することができる。組成物中の導体ドープ
濃度は、重合物中の繰返し単位の単位モル当り約
10-5乃至0.5モルである。最大電気伝導度は一般
に、電子供与ドープ剤或いは電子受容ドープ剤を
単独に用いる方が、混合物として用いるよりも得
られやすい。一般に電気伝導度はドープ剤濃度の
増加と共に増加し、最大値を与えるドープ剤濃度
は通常、ポリ(ジアルコキシフエニレン)中の繰
返し単位の単位モル当り約0.5モル以下である。
未ドープポリ(アルコキシフエニレン)を十分ド
ープ処理した場合の電気伝導度の増加は、その主
たる増加がこの最大ドープ剤濃度の約5分の1以
下で生ずる。 導電ドープ剤をポリ(ジアルコキシフエニレ
ン)に添加して電荷移動錯体を形成する方法には
種々のものがある。例えば気相からのドープ剤の
添加、溶液相からの添加、溶融相での添加或いは
固体材料の緊密混合による添加等である。同様
に、電気化学反応を用いてポリ(ジアルコキシフ
エニレン)の電荷移動錯体を形成することも可能
である。高電気伝導性を欲する場合には、ポリ
(フエニレン)分子の共有結合が開裂してしまう
ような高温、ハロゲン化、スルホン化又はニトロ
化等のドープ処理条件を回避することが重要であ
る。温度は100℃以下が好ましく、代表的には室
温或いはそれ以下の温度で行われる。一般にドー
プ剤が気体又は室温でかなりの蒸気圧を有する固
体の場合、固体ポリ(ジアルコキシフエニレン)
を気体又は蒸気状態のドープ剤と接触させるのが
好ましい。その際減圧で行うことが更に好適であ
る。ドープ剤が室温で固体の場合、該ドープ剤を
不活性溶剤に溶かした溶液をポリ(ジアルコキシ
フエニレン)に接触させることが好ましい。代表
的溶剤にはアセトニトリル、ジエチルエーテル等
がある。 気相でポリ(ジアルコキシフエニレン)にドー
プ剤を添加するときの速度は、通常反応温度及び
ドープ剤濃度(又は蒸気圧)により主として決定
されているが、重大なものではない。しかし最適
電気伝導度の錯体を必要とする場合、所望の製造
速度と同程度の速度でドープ剤を添加することが
望ましく、例えば気相でドープして高電気伝導度
のものを得る必要がある場合、ガス圧を高くとる
ことが効果的である。 ドープ剤をポリ(フエニレン)に添加する時期
は、重合物を特定用途の形状に成形する前、中、
後のいずれでもよい。 本発明で用いるポリ(ジアルコキシフエニレ
ン)は従来知られているポリフエニレンと比較し
著しく成形性が改良されたものである。特にアル
コキシ基を選択することにより汎用の有機溶媒例
えばトルエン、ジメチルホルムアミド、テトラヒ
ドロフラン等にも可溶になりキヤスト法による成
膜が可能になる。 又、ポリ(ジアルコキシフエニレン)は融点を
有しており適当な条件で溶融成形も可能である。 このように通常のポリマー加工技術を用いてフ
イルム及び繊維等所望の形状にすることができ、
その際一般にドープ剤は、重合物の溶解又は溶解
前、溶液又は溶酸加工中、或いは溶液又は溶融加
工により製品形状が付与された後のいずれに添加
してもよい。 又、不溶、不融のポリ(フエニレン)と同様に
加圧コンパクト化、加圧焼結技術を用いて重合物
を所望の形状に加工することもできる。 再度繰返すと、一般にドープ剤は加工工程の
前、中、後いずれに於ても添加可能である。しか
しながら、高温安定性に乏しいドープ剤に対して
は成型後のドープ処理が好ましい。この方法だと
表面が電気伝導性で内部が絶縁性の材料も提供す
ることができる。この際はドープ剤の接触時間を
不十分にしてドープ剤が物品の大部分に拡散しな
い様にする。 本発明に係る組成物は、前記組成を有する素材
による特定の有形物品即ち成形物も意味される。
従つてその様な組成物としては、本発明の素材と
しての組成物を応用したn型およびp型材料、整
流ダイオード及びトランジスター、n−p結合等
の電導体、半導体装置、太陽電池等々を挙げるこ
とが可能である。この様な各種組成物を得るに当
り、素材としての本発明組成物が他の導電性高分
子材料例えばポリアセチレン、(SN)x等と比べ
有利な点は、マトリツクスのポリ(ジアルコキシ
フエニレン)に由来して成形性に優れていること
である。また、高電気伝導性のポリ(ジアルコキ
シフエニレン)錯体は、赤外領域の広範囲のスペ
クトル域にわたり、高吸収能を有する。従つて斯
かる材料はフイルター材料、例えば保護眼鏡及び
太陽エネルギー用赤外線吸収体として使用可能で
ある。 また本発明組成物は、電気伝導性なので静電防
止材料又は装置、例えば溶剤容器の蓋の内部ガス
ケツトとして使用することができる。 以下実施例をあげて本発明を具体的に更に詳細
に説明する。 実施例 1 無水塩化第二鉄40gを溶解したニトロメタン50
mlを、20mmHgの減圧下におき、室温でニトロメ
タン120mlに溶解したパラジエトキシベンゼン
16.6gを内温が40℃をこえないように注意深く加
え、終了後、2時間、20mmHgの減圧下で室温で
撹拌する。反応物は室温でメタノール300mlに加
え、1時間撹拌し、不溶物を濾取する。不溶物を
2N塩酸水で繰返しよく洗つたのち、100℃で真空
下一夜乾燥すると、収量11.3g(69%)で黒褐色
のポリマーを得た。 このポリマーを加熱溶融成形して厚さ0.1mmの
フイルムを作成した。このフイルムについて
SbF5、SO3、FeCl3、HClO4、AlCl3
AgClO4LiPF6およびテトラブチルアンモニウム
のテトラフロロホウ酸塩を用いてドーピングを行
つた。このとき、SbF5については室温における
雰囲気中64時間放置し、FeCl3、HCIO4、AlCl3
AgClO4については10モル%アセトニトリル溶液
に室温で64時間浸漬することにより達成した。 また、LiPF6および〔NBu4〕〔BF4〕について
は、作成したポリマー成形物に白金電極を付し、
これを陽極および陰極として、これをLiPF6また
は〔NBu4〕〔BF4〕の1μプロピレンカーボネート
溶液に浸し、10Vの直流電圧で120時間通電する
ことにより、電気化学的にドープした。この様に
して得られたフイルムおよび比較のために未処理
のフイルムについて電気伝導度を測定し、その結
果を表に示す。 実施例 2 よく砕いた無水塩化アルミニウム13.4g及び無
水塩化第二銅13.5gをニトロメタン50mlに加え、
減圧下でニトロメタン50mlに溶解したジメトキシ
ベンゼン13.8gを加える。実施例1と同様の操作
により、黒褐色ポリマー4.6g(33%)を得た。 このポリマーを粉末状で実施例1と同様の方法
でドーピングを行つた。 実施例 3 パラジエトキシベンゼンのかわりにジブトキシ
ベンゼン19.8gを用いる他は実施例1と同様の方
法で行い、淡褐色のポリマー12.7g(65%)を得
た。 このポリマーのトルエン溶液よりキヤスト法に
より厚さ10μのフイルムを作成した。このフイル
ムについて実施例1と同様の方法でドーピングを
行つた。 実施例 4 ジエトキシベンゼンのかわりにジブロポキシベ
ンゼン19.4gを用いる他は実施例1と同様の反応
を行い淡褐色のポリ(ジプロボキシベンゼン)
15.7gを得た。 このポリマーをジメチルホルムアミド溶液より
キヤスト法により製膜し厚さ10μのフイルムを作
成した。このフイルムについて実施例1と同様の
方法でドーピングを行つた。 これら実施例2〜4の方法でドーピング処理し
て作成したフイルムおよび未処理のフイルムにつ
いての電気伝導性測定結果を表に示す。 実施例 5 実施例1で得られたポリ(ジエトキシフエニレ
ン)を赤外線吸収スペクトル用錠剤成形器を用い
てペレツト状に成形し、これを、エーテル中でナ
フタレンと金属ナトリウムにより合成されたナト
リウムナフタレンを含むエーテル溶液に2時間浸
漬してドーピングを行つた。 ドープされたペレツトをエーテルで十分洗浄し
た後四探針法でこのものの導電率を測定した結
果、2.0×10-7Ω-1cm-1の電気伝導度を示した。 実施例2乃至4で得られた各ポリマーについて
同様にしてドーピングを行い、伝導率の測定を行
つた結果、表に示される通りの電気伝導度であつ
た。
[Formula] (In the formula, R and R' represent an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms that are the same or different from each other.) Poly(dialkoxyphenylene) represented by the formula: an electron-donating doping agent and an electron-accepting doping agent The present invention relates to a poly(dialkoxyphenylene) composition containing one or more of the following. The alkyl group herein refers to a general alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, and may be linear, branched, or cyclic. Of course, the poly(dialkoxyphenylene) in the present invention does not mean only a complete homopolymer in the strict sense, as is customary in the field of polymer technology, but it is substantially a poly(dialkoxyphenylene). Any substance that falls within the category of alkoxyphenylene (alkoxyphenylene) and can achieve the purpose of the present invention may be used. Methods for producing polydialkoxyphenylene used in the present invention include a method in which dialkoxybenzene is polymerized in the presence of a Lewis acid and an oxidizing agent, and a method in which dihalodialkoxybenzene is polymerized in the presence of magnesium, copper, and zinc alkyl lithium. All known methods for producing polyphenylene are possible, such as, but the general formula (In the formula, R and R' represent alkyl groups having 1 to 8 carbon atoms, which are the same or different from each other.) When dialkoxybenzene represented by the following is polymerized in an inert solvent in the presence of a Lewis acid and an oxidizing agent: Excellent results can be obtained. As the Lewis acid, any one used in cationic polymerization or coordination polymerization can be suitably used. Such Lewis acids include anhydrous aluminum chloride, anhydrous ferric chloride, anhydrous titanium chloride (), anhydrous stannic chloride, anhydrous molybdenum chloride, anhydrous tungsten chloride, anhydrous antimony chloride (),
Although boron fluoride and boron fluoride etherate are used, anhydrous aluminum chloride and anhydrous ferric chloride are particularly preferred. It is also effective to use other halides such as metal bromides corresponding to the metal chlorides. The amount of Lewis acid varies depending on solubility and activity, but is usually 1 to 5 moles per mole of dialkoxybenzene. In the production reaction of the polymer compound of the present invention, in addition to a Lewis acid, a high valence transition metal compound such as cupric chloride, ferric chloride, tin chloride, etc. is added to the Lewis acid as necessary to proceed efficiently. An oxidizing agent such as a halide, an oxide such as manganese dioxide, or lead dioxide may be present as necessary. Further, if necessary, oxygen may be introduced and a cocatalyst such as a cobalt () complex compound such as cobalt acetate may be used. The inert solvent is one used in ordinary Friedel-Crafts reactions, and any organic solvent inert to the Lewis acid aryl cation can be used, but nitroalkanes are particularly preferred. The amount of solvent is 1 to 20 parts by weight of dialkoxybenzene.
Parts by weight are common. The polymerization reaction can be carried out at normal pressure, increased pressure, or reduced pressure, but the pressure must be such that the hydrogen chloride generated can be removed.
By creating a reduced pressure state of 10 to 40 mmHg,
A polymer with excellent heat resistance, moldability, etc. can be obtained. The reaction temperature can be between -30 and 100°C, but it is operationally advantageous to carry out the reaction at 0 to 40°C, around room temperature. The reaction time varies depending on the type of dialkoxyphenylene, the type of oxidizing agent, etc., but the reaction is considered to be completed when the generation of hydrogen chloride gas is completed, and the time required for this is 30 minutes to 2 hours. It may be carried out for a longer period of time if necessary. Dopants applicable to the compositions of the present invention include electron donors that increase the intrinsic conductivity of the poly(dialkoxyphenylene) or increase the conductivity of the poly(dialkoxyphenylene) to about 10 -7 Ω -1 Included are electron acceptors or mixtures of such electron donors and acceptors that increase electrons above cm -1 . Preferably, the DC conductivity of the composition is about 10 -5 Ω -1 cm -1 or greater, as measured by the four-probe method at room temperature. Typical examples of applicable dopants include lithium,
Group IA metals including sodium, potassium, havidium and cesium; Group IA metal arylenes such as sodium naphthalene, potassium naphthalene, sodium biphenyl and potassium biphenyl;
Brønsted acid containing electron donors such as Group A metals such as magnesium, calcium and HCIO4 ;
non-metallic oxides, including SO 3 and N 2 O 5 , sulfides of group elements, including Sb 2 S 5 , group B, transition metals,
B, A and group A halides, and
Inert gases including SbCl5 , BCl3 , CrO2Cl2 ,
CrO2F2 , SbF3Cl2AsF5 , XeF4 , XeOF4 , SbF5 ,
PF5 , BF5 , BCl5SbBr3 , CuCI2 , NiCl2 and
Electron acceptors such as halides such as MoCl 5 , WCl 6 , VOCl 3 , SnCl 4 and fluorine-containing peroxides including FSO 2 OOSO 2 F or mixtures thereof, silver and alkali metals, alkaline earth metals and Examples include quaternary ammonium tetrafluoroborates, phosphonium hexafluoride salts, perchlorates, hexafluoroantimonates, hexafluoroarsenates, and the like. The type of dopant selected depends on what electrical properties are desired in the resulting composition. Electron-donating dopants such as Group A metals and Group A metal arylenes provide n-type conductive materials, and electron-accepting dopants such as AsF5 provide p-type materials, which can be selected depending on the application and purpose. can. The conductor dope concentration in the composition is approximately per mole of repeating unit in the polymer.
10 −5 to 0.5 mol. Maximum electrical conductivity is generally more easily achieved using electron-donating or electron-accepting dopants alone than as a mixture. Generally, electrical conductivity increases with increasing dopant concentration, and the dopant concentration that provides a maximum value is usually about 0.5 mole or less per mole of repeating unit in the poly(dialkoxyphenylene).
When undoped poly(alkoxyphenylene) is fully doped, the main increase in electrical conductivity occurs below about one-fifth of this maximum dopant concentration. There are various methods for adding conductive dopants to poly(dialkoxyphenylene) to form charge transfer complexes. For example, addition of the dopant from the gas phase, addition from the solution phase, addition in the molten phase or addition by intimate mixing of solid materials. Similarly, it is also possible to form charge transfer complexes of poly(dialkoxyphenylene) using electrochemical reactions. If high electrical conductivity is desired, it is important to avoid doping conditions such as high temperatures, halogenation, sulfonation, or nitration that would cleave the covalent bonds of the poly(phenylene) molecule. The temperature is preferably 100° C. or lower, and the reaction is typically carried out at room temperature or lower. Generally, when the dopant is a gas or a solid with a significant vapor pressure at room temperature, solid poly(dialkoxyphenylene)
Preferably, the dopant is contacted with the dopant in gas or vapor form. In this case, it is more preferable to carry out the reaction under reduced pressure. When the dopant is solid at room temperature, it is preferred to contact the poly(dialkoxyphenylene) with a solution of the dopant in an inert solvent. Typical solvents include acetonitrile, diethyl ether, and the like. The rate of dopant addition to poly(dialkoxyphenylene) in the gas phase is usually determined primarily by reaction temperature and dopant concentration (or vapor pressure), but is not critical. However, if a complex with optimal electrical conductivity is required, it is desirable to add the dopant at a rate comparable to the desired production rate, e.g. it is necessary to dope in the gas phase to obtain a complex with high electrical conductivity. In such cases, it is effective to increase the gas pressure. Dopants should be added to poly(phenylene) before, during, or after shaping the polymer into a specific shape.
Either of the latter is fine. The poly(dialkoxyphenylene) used in the present invention has significantly improved moldability compared to conventionally known polyphenylenes. In particular, by selecting an alkoxy group, it becomes soluble in general-purpose organic solvents such as toluene, dimethylformamide, tetrahydrofuran, etc., making it possible to form a film by a cast method. Furthermore, poly(dialkoxyphenylene) has a melting point and can be melt-molded under appropriate conditions. In this way, films and fibers can be formed into desired shapes using ordinary polymer processing techniques.
In general, the dopant can be added either before or after dissolving the polymer, during solution or melt processing, or after the product shape has been imparted by solution or melt processing. Further, similarly to insoluble and infusible poly(phenylene), the polymer can be processed into a desired shape using pressure compacting and pressure sintering techniques. To reiterate, dopants can generally be added before, during, or after the processing step. However, for dopants with poor high temperature stability, doping treatment after molding is preferred. This method can also provide materials that are electrically conductive on the surface and insulating on the inside. In this case, the contact time of the dopant is insufficient to prevent the dopant from diffusing into a large portion of the article. The composition according to the present invention also means a specific tangible article or molded article made of a material having the above composition.
Therefore, examples of such compositions include n-type and p-type materials, rectifier diodes and transistors, conductors such as n-p bonds, semiconductor devices, solar cells, etc. to which the composition of the present invention is applied. Is possible. In obtaining such various compositions, the advantage of the composition of the present invention as a raw material compared to other conductive polymer materials such as polyacetylene, (SN)x, etc. is that the matrix poly(dialkoxyphenylene) Due to this, it has excellent moldability. Further, the highly electrically conductive poly(dialkoxyphenylene) complex has high absorption ability over a wide spectral range in the infrared region. Such materials can therefore be used as filter materials, for example safety glasses and infrared absorbers for solar energy. Also, because the compositions of the invention are electrically conductive, they can be used as antistatic materials or devices, such as internal gaskets in solvent container lids. EXAMPLES The present invention will be specifically explained in more detail with reference to Examples below. Example 1 Nitromethane 50 in which 40 g of anhydrous ferric chloride was dissolved
ml of paradiethoxybenzene dissolved in 120 ml of nitromethane at room temperature under a vacuum of 20 mmHg.
Add 16.6 g carefully so that the internal temperature does not exceed 40°C, and then stir at room temperature under a reduced pressure of 20 mmHg for 2 hours. The reaction product was added to 300 ml of methanol at room temperature, stirred for 1 hour, and insoluble matter was filtered off. insoluble matter
After repeated thorough washing with 2N hydrochloric acid, the product was dried overnight under vacuum at 100°C to obtain a blackish brown polymer in a yield of 11.3g (69%). This polymer was heated and melted to form a film with a thickness of 0.1 mm. About this film
SbF 5 , SO 3 , FeCl 3 , HClO 4 , AlCl 3 ,
Doping was carried out using AgClO 4 LiPF 6 and tetrafluoroborate of tetrabutylammonium. At this time, SbF 5 was left in an atmosphere at room temperature for 64 hours, and FeCl 3 , HCIO 4 , AlCl 3 ,
For AgClO4 , this was achieved by immersion in a 10 mol% acetonitrile solution at room temperature for 64 hours. In addition, for LiPF 6 and [NBu 4 ] [BF 4 ], platinum electrodes were attached to the prepared polymer moldings, and
Using this as an anode and a cathode, it was electrochemically doped by immersing it in a 1 μ propylene carbonate solution of LiPF 6 or [NBu 4 ] [BF 4 ] and applying current at a DC voltage of 10 V for 120 hours. The electrical conductivity of the film thus obtained and an untreated film for comparison were measured, and the results are shown in the table. Example 2 13.4 g of well-crushed anhydrous aluminum chloride and 13.5 g of anhydrous cupric chloride were added to 50 ml of nitromethane,
Add 13.8 g of dimethoxybenzene dissolved in 50 ml of nitromethane under reduced pressure. By the same operation as in Example 1, 4.6 g (33%) of a dark brown polymer was obtained. Doping was performed using this polymer in powder form in the same manner as in Example 1. Example 3 The same procedure as in Example 1 was carried out except that 19.8 g of dibutoxybenzene was used instead of paradiethoxybenzene to obtain 12.7 g (65%) of a light brown polymer. A film with a thickness of 10 μm was prepared from a toluene solution of this polymer by a casting method. This film was doped in the same manner as in Example 1. Example 4 The same reaction as in Example 1 was carried out except that 19.4 g of dibropoxybenzene was used instead of diethoxybenzene to produce light brown poly(diproboxybenzene).
15.7g was obtained. This polymer was formed into a film with a thickness of 10 μm by casting from a dimethylformamide solution. This film was doped in the same manner as in Example 1. The electrical conductivity measurement results for films prepared by doping using the methods of Examples 2 to 4 and untreated films are shown in the table. Example 5 The poly(diethoxyphenylene) obtained in Example 1 was molded into pellets using an infrared absorption spectroscopy tablet molding machine, and the pellets were made into sodium naphthalene synthesized with naphthalene and metallic sodium in ether. Doping was performed by immersing the sample in an ether solution containing the following for 2 hours. After thoroughly washing the doped pellet with ether, the electrical conductivity of the pellet was measured using the four-probe method, and the result showed an electrical conductivity of 2.0×10 -7 Ω -1 cm -1 . Each of the polymers obtained in Examples 2 to 4 was doped in the same manner and the conductivity was measured. As a result, the electrical conductivity was as shown in the table.

【表】【table】

【表】【table】

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 実質的繰返し単位が、 式【式】 (式中、RおよびR′は、互いに同一または異
なる炭素数1乃至8のアルキル基をあらわす。) で示されるポリ(ジアルコキシフエニレン)と電
子供与性ドープ剤および電子受容性ドープ剤の1
種または2種以上を含有するポリ(ジアルコキシ
フエニレン)組成物。 2 直流電気伝導度が、室温での四探針法による
測定により10-7Ω-1cm-1以上である特許請求の範
囲第1項記載の組成物。 3 ドープ剤が、ポリ(アルコキシフエニレン)
の繰返し単位の単位モル当り、10-5乃至0.5モル
存在する特許請求の範囲第1または2項記載の組
成物。 4 電子受容性ドープ剤が、第族金属ハロゲン
化物である特許請求の範囲第1,2または3項記
載の組成物。 5 電子受容性ドープ剤が、第族元素のハロゲ
ン化物である特許請求の範囲第1,2または3項
記載の組成物。 6 電子受容性ドープ剤がブレンステツド酸また
はその無水物である特許請求の範囲第1,2また
は3項記載の組成物。 7 電子受容性ドープ剤が高原子価状態の遷移金
属ハロゲン化物である特許請求の範囲第1,2ま
たは3項記載の組成物。 8 電子受容性ドープ剤がアルカリ金属又はアル
カリ土類金属である特許請求の範囲第1,2また
は3項記載の組成物。 9 銀、アルカリ金属、アルカリ土類金属または
4級アンモニウムのテトラフロロホウ酸塩、ヘキ
サフロロホスホニウム塩、過塩素酸塩、ヘキサフ
ロロアンチモン酸塩またはヘキサフロロヒ酸塩を
用いてドープ処理して得られた特許請求の範囲第
1,2または3項記載の組成物。
[Scope of Claims] 1 Substantive repeating units are poly(dialkoxy phenylene) and electron-donating dopants and electron-accepting dopants.
A poly(dialkoxyphenylene) composition containing one or more species. 2. The composition according to claim 1, which has a DC electrical conductivity of 10 -7 Ω -1 cm -1 or more as measured by the four-probe method at room temperature. 3 The dopant is poly(alkoxyphenylene)
The composition according to claim 1 or 2, wherein the composition is present in an amount of 10 -5 to 0.5 mol per mol of repeating unit. 4. The composition according to claim 1, 2 or 3, wherein the electron-accepting dopant is a group metal halide. 5. The composition according to claim 1, 2 or 3, wherein the electron-accepting dopant is a halide of a group element. 6. The composition according to claim 1, 2 or 3, wherein the electron-accepting dopant is Brønsted acid or its anhydride. 7. The composition according to claim 1, 2 or 3, wherein the electron-accepting dopant is a transition metal halide in a high valence state. 8. The composition according to claim 1, 2 or 3, wherein the electron-accepting dopant is an alkali metal or an alkaline earth metal. 9 Obtained by doping with silver, alkali metal, alkaline earth metal or quaternary ammonium tetrafluoroborate, hexafluorophosphonium salt, perchlorate, hexafluoroantimonate or hexafluoroarsenate A composition according to claim 1, 2 or 3.
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