JPH0796610B2 - 変性された導電性ポリピロール成形体の製造方法 - Google Patents

変性された導電性ポリピロール成形体の製造方法

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JPH0796610B2
JPH0796610B2 JP1272769A JP27276989A JPH0796610B2 JP H0796610 B2 JPH0796610 B2 JP H0796610B2 JP 1272769 A JP1272769 A JP 1272769A JP 27276989 A JP27276989 A JP 27276989A JP H0796610 B2 JPH0796610 B2 JP H0796610B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、導電性有機材料用の変性されたポリピロール
成形体に関するものである。
〈従来の技術〉 有機導電材料は近年その進歩がめざましく、その特徴と
して、大量生産可能、成形性、軽量といった長所を生か
して、単に配線材、電磁シールド、センサー等の電子機
器材料としてのみならず、現在のシリコーンを中心とし
たデバイスを越えるものとして期待されている分子デバ
イス等分子エレクトロニクスへの応用が重要になりつつ
ある。
この一つの材料としてヘテロ芳香族化合物の酸化重合
(化学的又は陽極電解的)から誘導された導電性高分子
がある。この重合に際して、高分子中に導入されて導電
性を発揮する対イオンは重合液中の電解質を構成してい
るイオンからもたらされる。そして導電性高分子の機械
的、電気的、化学的性質はこの導入された対イオンの種
類によって大きく影響される(J.Polymer Science,Poly
mer Physics Edition,33(1984),Synthetic Metals,2
6,209(1988))。
例えば、機械的性質としては形成されたフイルムの延伸
性、引張強伸度、電気的性質としては電気電導度、化学
的性質としては熱安定性、長期安定性等である。
実用に際しては、導電性高分子がこれらの性質を用途に
適するように同時にすべて満足していればよいが、必ず
しもそうではない。
例えば導電性高分子の対イオンとしてパークロレートを
用いた場合は、その高分子の機械的性質はほぼ満足され
るも、熱的性質では不安定であり、ヘキサフルオロフォ
スフェート、ヘキサフルオロアルセネート、ヘキサフル
オロアンチモネート等の場合では、機械的、電気的性質
はほぼ良好なるも酸化性、毒性、吸湿性等の面から、応
用用途には必ずしも適当ではない。
従って電気的性質等好ましい特性を有するポリピロール
成形体を得、その特性を保持したままで、新たに好まし
い特性を付与する技術が望まれていた。
〈発明を解決しようとする課題〉 本発明はかかる現状に鑑み成されたもので導電性材料と
して優れた特性を発揮する変性されたポリピロール成形
体を得ることを目的とするものである。
〈課題を解決するための手段〉 本発明は遊離のPF6 -の存在下に、電解酸化重合によりポ
リピロール成形体を製造し、ついで当該ポリピロール成
形体中の対イオンPF6 -を、イオンサイズが10Å以下の他
のアニオンで交換することを特徴とする変性された導電
性ポリピロール成形体の製造方法である。
以下、本発明の具体的内容について、詳細に説明する。
先ず、高い機械的性質、電気的性質を与える本発明のポ
リピロール成形体をピロールおよび/またはその誘導体
を必要に応じて水を含む有機溶剤を溶媒として、電解質
存在下に定電位電解酸化重合することにより陽極板上に
析出させることにより得られる(J.C.S.Chem.Comm.,197
9,635)。この方法によると反応系に共存する陰イオン
がドーパントとして取り込まれるため、新たに電子受容
性化合物をドーピングしなくても高い導電性を発現す
る。
本発明において用いられるピロール及びその誘導体は、
純度の高いものが好ましく、使用前蒸留精製として用い
るのが望ましい。ピロールの誘導体としては、ピロール
環のN位の置換体、ピロール環のβ位のモノ置換体、
β,γ位2置換体等が用いられ、具体的な例としてはピ
ロール、N−メチルピロール、N−エチルピロールなど
のN−アルキルピロール、N−フェニルピロール、3−
メチルピロールなどの3−アルキルピロール、3,4−ジ
メチルピロールなどの3,4−ジアルキルピロールなどが
挙げられる。
ピロールまたはその誘導体は溶媒に対して0.0001モル/
リットル(M)〜1M、好ましくは0.001M〜0.5Mで用いら
れて重合が行われる。
電解質としては、ヘキサフルオロフォスフェートの無機
酸のテトラアルキルアンモニウム塩、アルカリ金属塩な
どが挙げられる。具体的には、ヘキサフルオロフォスフ
ェートのテトラメチルアンモニウム塩、テトラエチルア
ンモニウム塩、テトラプロピルアンモニウム塩、テトラ
ブチルアンモニウム塩、更にリチウム塩、ナトリウム
塩、カリウム塩等があげられる。この内特に好ましくは
テトラメチルアンモニウムヘキサフルオロフォスフェー
ト、テトラブチルアンモニウムヘキサフルオロフォスフ
ェートである。しかしこれらに限定されるものではな
い。
電解質は溶媒に対して0.0001M〜1M、好ましくは0.001M
〜0.5Mが用いられる。
重合溶媒である有機溶媒としては、アセトニトリル、ベ
ンゾニトリル、ニトロベンゼン、テトラヒドロフラン、
ニトロメタン、プロピレンカーボネート、エチレンカー
ボネート、スルホラン、ジメトキシエタン等の前記電解
質を溶解し易いものが好ましいが、必ずしもこれに限定
されない。
所望により使用される水の割合は電解質の効果を上げ、
ポリピロールの析出する形態を良好にするものである。
この使用量は使用する電解質の種類により異なり、電解
質溶液中での水の濃度は0.1Mから5M、好ましくは0.3Mか
ら3Mである。
次に電解重合条件について述べると次の通りである。
反応に用いられる陽極材料は該電極反応において欠損、
変質の伴わないものであれば汎用のものでよく、特に限
定されるものではないが、白金、金、銅、ニッケル等の
金属、またはこれらに類した導電性材料や炭素電極等が
用いられる。また、陽極の電極面積は陽極のそれよりも
大きい方が一般的に生成するポリピロールの析出の状態
が良好である。陰極の陽極表面積に対する比率は1.1倍
以上が用いられるが、好ましくは1.5倍以上、更に好ま
しくは2倍以上、特に好ましくは3倍以上である。
電解電位は、銀/塩化銀(Ag/AgCl)参照電極に対し
て、0.7ボルト以上が用いられる。好適には0.8〜1.2ボ
ルトが、特に好ましくは0.9〜1.1ボルト用いられる。電
解電位を0℃以下の低温で抑制するためにはKCl/寒天塩
橋などが用いられる。電解電位を制御できればいずれの
方法も用いてもよい。電解電流は陽極での電流密度とし
ては、0.01mA/cm2〜10mA/cm2、好ましくは0.05mA/cm2〜
5mA/cm2である。
重合温度は0℃以下が用いられ、−20℃以下が好適に採
用される。より温度が低いほど成形体は室温で大きな導
電性を示し好ましいが、電解液の融点以上で行わなけれ
ばならない(特開昭59-140027号)。また、0℃より高
いと、十分な電導度が得られず好ましくない。
次にこのようにして得られたポリピロール成形体の対イ
オンの交換は、交換したいアニオンからなる電解質を有
機溶剤に溶かした電解液に、該ポリマー成形体を浸漬す
ることによって行われる。
ここに電解質としては、無機、有機の酸のテトラアルキ
ルアンモニウム塩、無機、有機の酸のアルカリ金属塩な
どが挙げられる。
この内本発明に好ましい電解質は、電解質を構成するア
ニオンのイオンサイズが10Å以下のものである。具体的
にはテトラメチルアンモニウムナイトレート(NO3 -サイ
ズ:4.5Å)、テトラブチルアンモニウムハイドロジエン
サルフェート(HSO4 -サイズ:5.1Å)、テトラエチルア
ンモニウムテトラフルオロボレート(BF4 -サイズ:5.3
Å)、テトラメチルアンモニウムヘキサフルオロホスフ
ェート(PF6 -サイズ:5.9Å)、テトラエチルアンモニウ
ムトリフルオロメタンスルホネート(CF3SO3 -サイズ:6.
0Å)、テトラエチルアンモニウムパークロレート(ClO
4 -サイズ:6.2Å)、テトラエチルアンモニウムノニルフ
ルオロブタンスルホネート(C4F9SO3 -サイズ:7.9Å)、
テトラエチルアンモニウムトシレート があげられる。しかしこれらに限定されるものではな
い。
ここで対イオンサイズは、イオン化原子を含んで、その
分子の長軸方向の長さであり、化学便覧(基礎編II、改
訂2版、1407〜1408頁、日本化学編、昭和56年発行)等
を参考にして計算で求めた値である。
浸漬溶剤中の電解質量は、浸漬したポリピロール成形体
中に含まれる対イオン以上の量が少なくともあればよ
い。好ましくは5倍以上、更に好ましくは10倍以上であ
る。
浸漬溶媒である有機溶媒としては、アセトニトリル、ベ
ンゾニトリル、ニトロベンゼン、テトラヒドロフラン、
ニトロメタン、プロピレンカーボネート、エチレンカー
ボネート、スルホラン、ジメトキシエタン、水等の前記
電解質を溶解し易く、且つポリピロールを膨潤させるも
のが好ましい。特に好ましいものはプロピレンカーボネ
ート、水である。ここにあげたものに限定されない。
浸漬温度は、対イオン交換のために低いより高い方が好
ましい。しかし高ければ副反応等好ましくない反応が起
きるので50℃以下が好ましい。
浸漬時の浸漬溶液の攪拌は振盪器、超音波発振器等で行
ってもよいし、無攪拌でもよい。
そして100%の対イオン交換を行わすための浸漬時間
は、前述の浸漬条件により自ら決まってくる。例えば電
解質濃度、温度が高く、攪拌下での浸漬ではその逆の場
合より短い浸漬時間で充分対イオンの交換を行うことが
できる。
このような上述の浸漬条件によって、対イオン交換が実
質的に100%実施され、電気的性質を変えずに安定性の
改善されたポリピロール成形体が得られる。
〈発明の効果〉 本発明によれば、優れた機械的および電気的性質を保持
したまま安定性に優れた変性された導電性ポリピロール
成形体を得ることができる。かかる成形体は配線材、電
磁シールド、分子エレクトロニクス部材等の成形品など
多くの用途に有用である。
〈実施例〉 以下実施例によって本発明を詳述する。但し、本発明は
これに限定されるものではない。
実施例1,2、比較例(1〜5) 500mlのセパラブルフラスコに陽極として表面研磨した
ガラス状カーボン板(東海カーボン製GC-20)、陰極と
して白金ホイルを用いて、蒸留したてのプロピレンカー
ボネート400ml、水4mlの混合溶液、テトラメチルアンモ
ニウムヘキサフルオロフォスフェート5.24g(0.024モ
ル)をいれ、窒素ガスを導入し脱酸素を行なった。その
後ピロール1.61g(0.024モル)を入れた。
−30℃に冷却し窒素気流下、Ag/AgCl電極に対して1.0V
で24時間(通電量425クローン)電解酸化重合行なっ
た。重合終了後生成した30μmのフイルムを陽極板から
剥離した。
次にこの剥離フイルム(2.5cm×2cm×30μm)、PF6 -含
有量約0.01g)を、その中に含まれている対イオン量の3
0倍モルの各種イオン(実施例1:ノニルフルオロブタン
スルフォネート、実施例2:トシレート)の電解質を含む
60mlプロピレンカーボネート中に20℃で48時間浸漬し
た。
得られた結果を表1に示す。
比較例1は交換前ポリピロールフイルム(対イオンP
F6 -)の結果を示す。
比較例2、3はそれぞれ対イオン、 nC4F9SO3 -、 を用いて直接重合して得られた結果を示す。その電導度
は比較例1での値と比較して示した。
表1からわかるように、交換に用いた対イオンを直接重
合に用いて得た成形体はPF6 -の存在下に製造した成形体
に比して電導度は下がるが、後者を前者で使用した対イ
オンに交換することにより、電導度が完全に保持された
まま、減圧下における電導度の低下がなく安定性に優れ
ていることがわかる。
さらに、交換対イオンサイズが10Åより大きいと、交換
率が満足しなかった。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】遊離のPF6 -の存在下に、電解酸化重合によ
    りポリピロール成形体を製造し、ついで当該ポリピロー
    ル成形体中の対イオンPF6 -を、イオンサイズが10Å以下
    の他のアニオンで交換することを特徴とする変性された
    導電性ポリピロール成形体の製造方法。
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