JPH072832B2 - Method for electrolytic polymerization of pyrrole - Google Patents

Method for electrolytic polymerization of pyrrole

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JPH072832B2
JPH072832B2 JP4089919A JP8991992A JPH072832B2 JP H072832 B2 JPH072832 B2 JP H072832B2 JP 4089919 A JP4089919 A JP 4089919A JP 8991992 A JP8991992 A JP 8991992A JP H072832 B2 JPH072832 B2 JP H072832B2
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pyrrole
salt
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ring
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享二 帰山
英之 益田
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工業技術院長
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  • Polyoxymethylene Polymers And Polymers With Carbon-To-Carbon Bonds (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、導電性材料として有用
なポリピロールを、機械的物性の良好な薄膜状として得
るための改良方法に関するものである。さらに詳しくい
えば、本発明は、電解重合によりピロールからポリピロ
ールを製造する際に、特定の電解質を用いることによ
り、機械的強度及び導電時の安定性の改善されたポリピ
ロールを得る方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an improved method for obtaining polypyrrole useful as a conductive material in the form of a thin film having good mechanical properties. More specifically, the present invention relates to a method for obtaining a polypyrrole having improved mechanical strength and stability during conduction by using a specific electrolyte when producing polypyrrole from pyrrole by electrolytic polymerization. .

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、新らしい導電性材料として、種々
の有機導電性高分子化合物が開発され、電子工業分野に
おける実用化のための研究が行われている。このような
有機導電性高分子化合物としては、これまでポリアセチ
レン系高分子化合物、ポリフェニレン系高分子化合物、
ポリピロール系高分子化合物、ポリチオフェン系高分子
化合物、ポリセレノフェン系高分子化合物などが知られ
ている。
2. Description of the Related Art In recent years, various organic conductive polymer compounds have been developed as new conductive materials, and research for practical use in the electronic industry field has been conducted. As such an organic conductive polymer compound, a polyacetylene-based polymer compound, a polyphenylene-based polymer compound,
Polypyrrole polymer compounds, polythiophene polymer compounds, polyselenophene polymer compounds, etc. are known.

【0003】これらの高分子化合物は、通常、ハロゲン
化誘導体の脱ハロゲン化縮合や電解重合により製造され
ているが、ポリチオフェンやポリピロールのような五員
環高分子化合物の場合はフイルム状で安定な形で形成さ
れるという利点があるため電解重合による製造方法が有
利である。
These polymer compounds are usually produced by dehalogenative condensation of a halogenated derivative or electrolytic polymerization. In the case of a five-membered ring polymer compound such as polythiophene or polypyrrole, it is film-like and stable. A manufacturing method by electrolytic polymerization is advantageous because it has the advantage of being formed in a shape.

【0004】ところで、ピロールの電解重合は、これま
で適当な溶媒中、第四級アンモニウム塩のような電解質
の存在下でピロールを電解酸化することによって行われ
ていたが、得られるポリピロールについては、機械的強
度の点で問題があり、その利用範囲が制限されるのを免
れなかった。
By the way, the electrolytic polymerization of pyrrole has hitherto been carried out by electrolytically oxidizing pyrrole in an appropriate solvent in the presence of an electrolyte such as a quaternary ammonium salt. There was a problem in terms of mechanical strength, and it was unavoidable that its range of use was limited.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、電解重合に
よりポリピロールを製造する際に、重合時に使用する電
解質として特定の化合物を選択することにより、物性の
優れたポリピロール薄膜を得ることを目的としてなされ
たものである。
The object of the present invention is to obtain a polypyrrole thin film having excellent physical properties by selecting a specific compound as an electrolyte to be used during polymerization when producing polypyrrole by electrolytic polymerization. It was made.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、ピロール
の電解重合に際し、種々研究を重ねた結果、電解液中に
添加する電解質として、特定の芳香族性化合物重合体を
用いることにより、機械的物性が改良されたポリピロー
ル薄膜が得られることを見出し、この知見に基づいて本
発明をなすに至った。
Means for Solving the Problems The inventors of the present invention have conducted various studies on the electrolytic polymerization of pyrrole, and as a result, by using a specific aromatic compound polymer as an electrolyte to be added to an electrolytic solution, It has been found that a polypyrrole thin film having improved mechanical properties can be obtained, and the present invention has been completed based on this finding.

【0007】すなわち、本発明は、電解質を含有する媒
質中でピロールを電解重合してポリピロールを製造する
に当り、電解質として、環に直接結合したカルボキシル
基をもつ芳香族性環化合物重合体の塩を用いることを特
徴とするピロールの電解重合方法を提供するものであ
る。
That is, according to the present invention, when electrolytically polymerizing pyrrole in a medium containing an electrolyte to produce polypyrrole, a salt of an aromatic ring compound polymer having a carboxyl group directly bonded to a ring is used as an electrolyte. The present invention provides a method for electrolytic polymerization of pyrrole, characterized by using.

【0008】本発明方法における電解は、水その他の極
性溶媒から成る媒質中、特定の電解質の存在下、有機導
電性高分子化合物の電解重合に際して通常使用される条
件のもとで行うことができる。
The electrolysis in the method of the present invention can be carried out in a medium consisting of water or other polar solvent in the presence of a specific electrolyte under the conditions usually used in the electropolymerization of organic conductive polymer compounds. .

【0009】本発明方法における陽極としては、酸化還
元に関与しない電極例えば白金のような貴金属で形成さ
れた電極、インジウム‐スズ酸化物ガラスのような導電
性ガラスで形成された電極が用いられ、陰極としては、
鉄、カーボン、アルミニウム、金、白金、導電性ガラス
などから成る電極が用いられる。
As the anode in the method of the present invention, an electrode which does not participate in redox, for example, an electrode formed of a noble metal such as platinum, an electrode formed of a conductive glass such as indium-tin oxide glass, is used. As a cathode,
An electrode made of iron, carbon, aluminum, gold, platinum, conductive glass or the like is used.

【0010】本発明方法は、通常、電流密度0.1〜2
0mA/cm2、反応温度−10〜60℃、好ましくは
0〜40℃の条件下で行われる。
In the method of the present invention, the current density is usually 0.1 to 2
It is carried out under the conditions of 0 mA / cm 2 and reaction temperature of -10 to 60 ° C, preferably 0 to 40 ° C.

【0011】本発明方法においては、電解質として、環
に直接結合したカルボキシル基をもつ芳香族性環化合物
の重合体の塩を用いることが必要である。ここで芳香族
性環化合物とは、非局在化したπ電子をもつ、平面構造
の五員又は六員の炭素環又は複素環、例えばベンゼン
環、チオフェン環、フラン環、ピリジン環を含む化学構
造を有し、芳香族化合物に特有の性質をもつものを意味
する。
In the method of the present invention, it is necessary to use a salt of a polymer of an aromatic ring compound having a carboxyl group directly bonded to the ring as the electrolyte. Here, the aromatic ring compound is a chemical compound containing a delocalized π-electron having a planar five- or six-membered carbocyclic or heterocyclic ring, such as a benzene ring, a thiophene ring, a furan ring, or a pyridine ring. It has a structure and has a characteristic peculiar to an aromatic compound.

【0012】本発明方法において用いる芳香族性環化合
物の重合体は、環に直接結合した塩型のカルボキシル基
をもつものであり、このような化合物としては、例え
ば、ポリ(チオフェン‐3‐カルボン酸)、ポリ(フラ
ン‐3‐カルボン酸)、ポリ‐安息香酸などのアルカリ
金属塩、アンモニウム塩などを挙げることができる。
The polymer of the aromatic ring compound used in the method of the present invention has a salt type carboxyl group directly bonded to the ring. Examples of such a compound include poly (thiophene-3-carboxylic acid). Acid), poly (furan-3-carboxylic acid), poly-benzoic acid and other alkali metal salts, ammonium salts and the like.

【0013】このような化合物は、例えば2個のハロゲ
ン原子で置換された、芳香族性環をもつカルボン酸エス
テルをニッケル触媒を用いて縮合重合させたのち、得ら
れた重合体をアルカリで加水分解することにより製造す
ることができる。
Such a compound is obtained by, for example, subjecting a carboxylic acid ester having an aromatic ring substituted by two halogen atoms to condensation polymerization using a nickel catalyst, and then hydrolyzing the obtained polymer with an alkali. It can be manufactured by decomposing.

【0014】本発明方法においては、このようにして得
られた芳香族性環化合物の重合体の塩を、1〜80g/
l、好ましくは5〜50g/lの濃度で媒質中に加え
て、電解する。
In the method of the present invention, the salt of the polymer of the aromatic ring compound thus obtained is used in an amount of 1 to 80 g /
l, preferably 5 to 50 g / l in the medium and electrolyzed.

【0015】このようにして、ポリピロールが5μm以
上の膜厚の赤褐色フイルムとして陽極板表面上に形成さ
れる。
In this way, polypyrrole is formed on the surface of the anode plate as a reddish brown film having a film thickness of 5 μm or more.

【0016】[0016]

【実施例】次に、実施例により本発明をさらに詳細に説
明する。
EXAMPLES Next, the present invention will be described in more detail by way of examples.

【0017】参考例1 側管付漏斗、温度計、攪拌器を備えた50ml三つ口フ
ラスコにアルゴンガスを1時間流し、ガス置換した後、
NiBr2(0.1mol、0.438g)、トリフェ
ニルホスフィン(0.76mol、4.0g)、亜鉛
(3.1mol、40g)を10mlジメチルホルムア
ミドに溶解させ50℃に加熱し攪拌した。
Reference Example 1 Argon gas was flowed in a 50 ml three-necked flask equipped with a funnel with a side tube, a thermometer, and a stirrer for 1 hour to replace the gas.
NiBr2 (0.1 mol, 0.438 g), triphenylphosphine (0.76 mol, 4.0 g) and zinc (3.1 mol, 40 g) were dissolved in 10 ml of dimethylformamide and heated to 50 ° C and stirred.

【0018】溶液の色が赤褐色に変化した後、さらに3
0分間攪拌しニッケル触媒を調製した。次に、側管付漏
斗に仕込んでおいた10mlジメチルホルムアミドに溶
かした2,5‐ジクロロチオフェン‐3‐カルボン酸メ
チル(1mol、4.22g)溶液を滴下30℃で60
時間反応させた。反応終了後、反応液をメタノール:塩
酸=9:1(180ml:20ml)溶液に注加し、次
いでろ過した。反応物からメタノール可溶分を除去する
ためにソックスレー抽出器を用い、一昼夜抽出を行い精
製し、褐色ポリマー1.56g(56%)を得た。
After the color of the solution changed to reddish brown, another 3
The nickel catalyst was prepared by stirring for 0 minutes. Then, a solution of methyl 2,5-dichlorothiophene-3-carboxylate (1 mol, 4.22 g) dissolved in 10 ml of dimethylformamide placed in a funnel with a side tube was added dropwise at 30 ° C. at 60 ° C.
Reacted for hours. After completion of the reaction, the reaction solution was poured into a solution of methanol: hydrochloric acid = 9: 1 (180 ml: 20 ml) and then filtered. A Soxhlet extractor was used to remove the methanol-soluble matter from the reaction product, and the product was extracted all day and night for purification to obtain 1.56 g (56%) of a brown polymer.

【0019】このようにして得られたポリ(チオフェン
‐3‐カルボン酸メチル)はクロロホルムやN‐メチル
ピロリドン、ジメチルスルホキシド、テトラヒドロフラ
ン、クロロベンゼン等に可溶であった。赤外吸収スペク
トルからポリ(チオフェン‐3‐カルボン酸メチル)の
構造を確認した。GPC(ゲルパーミエーションクロマ
トグラフィー)による重合度は18であった。
The poly (methyl thiophene-3-carboxylate) thus obtained was soluble in chloroform, N-methylpyrrolidone, dimethyl sulfoxide, tetrahydrofuran, chlorobenzene and the like. The structure of poly (methyl thiophene-3-carboxylate) was confirmed from the infrared absorption spectrum. The degree of polymerization by GPC (gel permeation chromatography) was 18.

【0020】次に、ポリ(チオフェン‐3‐カルボン酸
メチル)530mgを0.5N NaOH(NaOH:
0.4g、20mlH2O)中60℃、4時間反応させ
てポリ(チオフェン‐3‐カルボン酸ナトリウム)を
得、メタノールで沈殿させ、ろ過して精製した。
Next, 530 mg of poly (methylthiophene-3-carboxylate) was added to 0.5 N NaOH (NaOH:
0.4 g, 20 ml H2O) was reacted at 60 ° C. for 4 hours to obtain poly (sodium thiophene-3-carboxylate), precipitated with methanol, and purified by filtration.

【0021】参考例2 参考例1と同じ条件で2,5‐ジクロロチオフェン‐3
‐カルボン酸メチルのかわりに2,5‐ジクロロ安息香
酸エチル(0.1mol、4.38g)を用いて重合し
たところ、灰色のポリ(フェニレンカルボン酸メチル)
2.98g(100%)を得た。
Reference Example 2 2,5-Dichlorothiophene-3 under the same conditions as in Reference Example 1
-Polymerized with ethyl 2,5-dichlorobenzoate (0.1 mol, 4.38 g) instead of methyl carboxylate gave a gray poly (phenylenecarboxylate)
2.98 g (100%) was obtained.

【0022】このポリマーのテトラヒドロフラン中、G
PC測定による重合度は34であった。
G of this polymer in tetrahydrofuran
The degree of polymerization measured by PC was 34.

【0023】ポリ(パラフェニレンカルボン酸エチル)
0.25gを1N NaOH(NaOH:0.8g、H
2O:20ml)中60℃で5時間反応させてポリ(パ
ラフェニレンカルボン酸ナトリウム)を得、メタノール
を加えて沈殿、ろ過して精製した。
Poly (ethyl paraphenylenecarboxylate)
0.25 g of 1N NaOH (NaOH: 0.8 g, H
2O: 20 ml) was reacted at 60 ° C. for 5 hours to obtain poly (sodium paraphenylenecarboxylate). Methanol was added to precipitate and filter to purify.

【0024】実施例1 アルゴン雰囲気下、一室構造のセル中、作用極にインジ
ウム‐スズ酸化物導電ガラスを、対極に白金板を用い、
ピロール(0.1mol、67mg)及びポリ(チオフ
ェン‐3‐カルボン酸ナトリウム)27mg(5×10
-4mol)を蒸留水10mlに溶かした溶液を入れ、
0.2mA/cm2の電流密度で1時間反応させ、作用
極上に膜厚9.0μmの赤褐色フイルムを得た。このフ
イルムをn‐ヘキサンで洗浄乾燥後四端子法にて電気伝
導度を測定したところ、0.06S/cmであった。こ
の際のpH(東洋pH試験紙クレゾールレッドによる)
は約7.4であった。
Example 1 In a one-chamber structure cell under an argon atmosphere, an indium-tin oxide conductive glass was used as a working electrode, and a platinum plate was used as a counter electrode.
Pyrrole (0.1 mol, 67 mg) and poly (sodium thiophene-3-carboxylate) 27 mg (5 x 10
-4 mol) in 10 ml of distilled water,
The reaction was carried out at a current density of 0.2 mA / cm 2 for 1 hour to obtain a reddish brown film having a film thickness of 9.0 μm on the working electrode. This film was washed with n-hexane and dried, and then the electrical conductivity was measured by the four-terminal method, and it was 0.06 S / cm. PH at this time (by Toyo pH test paper Cresol Red)
Was about 7.4.

【0025】実施例2 実施例1と同様にポリ(チオフェン‐3‐カルボン酸ナ
トリウム)に代えてポリ(パラフェニレンカルボン酸ナ
トリウム)26mg(5×10-4mol)を入れ、0.
2mA/cm2の電流密度で1時間反応させたところ、
膜厚7.6μmの黒色フイルムが得られ、このフイルム
の電気伝導度は0.24S/cmであった。この際のp
Hは約8.0であった。
Example 2 In the same manner as in Example 1, instead of poly (sodium thiophene-3-carboxylate), 26 mg (5 × 10 −4 mol) of poly (sodium paraphenylenecarboxylate) was added, and
When reacted at a current density of 2 mA / cm2 for 1 hour,
A black film having a film thickness of 7.6 μm was obtained, and the electric conductivity of this film was 0.24 S / cm. P at this time
H was about 8.0.

【0026】比較例1 実施例1と同じ条件下、ポリ(チオフェン‐3‐カルボ
ン酸ナトリウム)を添加せずに重合したところ、電極間
に電流が流れず重合はできなかった。
Comparative Example 1 Under the same conditions as in Example 1, the polymerization was carried out without adding poly (sodium thiophene-3-carboxylate), but no current flowed between the electrodes, and the polymerization could not be carried out.

【0027】比較例2 実施例1と同じ条件下、ポリ(チオフェン‐3‐カルボ
ン酸ナトリウム)のかわりにポリ(チオフェン‐3‐カ
ルボン酸メチル)を入れて重合したが、このものは水に
不溶で、電極間には電流は流れず重合できなかった。
Comparative Example 2 Under the same conditions as in Example 1, poly (methyl thiophene-3-carboxylate) was replaced by poly (methyl thiophene-3-carboxylate) and polymerized. This was insoluble in water. Therefore, no current flowed between the electrodes and the polymerization was not possible.

【0028】比較例3 実施例1と同じ条件下、ポリ(パラフェニレンカルボン
酸ナトリウム)のかわりにポリ(パラフェニレンカルボ
ン酸エチル)を入れて重合したが、このものは水に不溶
で電極間に電流は流れず重合できなかった。
Comparative Example 3 Under the same conditions as in Example 1, poly (ethyl paraphenylenecarboxylate) was added instead of poly (sodium paraphenylenecarboxylate) to polymerize, but this was insoluble in water and was between the electrodes. The current did not flow and the polymerization could not be performed.

【0029】[0029]

【発明の効果】本発明によると、導電性材料として有用
なポリピロールを、機械的物性、導電状態における安定
性の良好なフイルムとして製造することができる。
According to the present invention, polypyrrole useful as a conductive material can be produced as a film having good mechanical properties and stability in a conductive state.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 電解質を含有する媒質中でピロールを電
解重合してポリピロールを製造するに当り、電解質とし
て、環に直接結合したカルボキシル基をもつ芳香族性環
化合物重合体の塩を用いることを特徴とするピロールの
電解重合方法。
1. In producing polypyrrole by electrolytically polymerizing pyrrole in a medium containing an electrolyte, it is preferable to use a salt of an aromatic ring compound polymer having a carboxyl group directly bonded to a ring as the electrolyte. A method for electrolytically polymerizing pyrrole.
【請求項2】 環に直接結合したカルボキシル基をもつ
芳香族性環化合物重合体の塩が、ポリ(フェニレンカル
ボン酸)のアルカリ金属塩である請求項1記載の方法。
2. The method according to claim 1, wherein the salt of the aromatic ring compound polymer having a carboxyl group directly bonded to the ring is an alkali metal salt of poly (phenylenecarboxylic acid).
【請求項3】 環に直接結合したカルボキシル基をもつ
芳香族性環化合物重合体の塩が、ポリ(チオフェンカル
ボン酸)のアルカリ金属塩である請求項1記載の方法。
3. The method according to claim 1, wherein the salt of the aromatic ring compound polymer having a carboxyl group directly bonded to the ring is an alkali metal salt of poly (thiophenecarboxylic acid).
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