JP7718150B2 - Method for producing conductive polymer solution - Google Patents
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Description
本発明は、ポリチオフェン骨格を有する自己ドープ型導電性高分子溶液の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a self-doping conductive polymer solution having a polythiophene skeleton.
近年、半導体技術は急速な発展を遂げ、巨大なエレクトロニクス関連産業と高度情報化社会が構築されている。そのなかで、導電性高分子のエレクトロニクス製品への応用例として、液晶ディスプレイ(LCD)や有機エレクトロルミネッセンス(有機EL)等が、テレビ、コンピューターや近年普及してきた各種モバイル装置等、様々な分野で広く用いられるようになってきており、目覚ましい発展を遂げている。 Semiconductor technology has undergone rapid development in recent years, leading to the creation of a huge electronics-related industry and an advanced information society. Among these, the application of conductive polymers to electronic products, such as liquid crystal displays (LCDs) and organic electroluminescence (OLEDs), has become widespread in a variety of fields, including televisions, computers, and the various mobile devices that have become popular in recent years, and has achieved remarkable development.
このようなエレクトロニクス関連産業を下支えする材料として、ポリアセチレン、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリピロール等に代表されるπ共役系高分子に、電子受容性化合物をドーパントとしてドープした外部ドープ型導電性高分子が開発されているが、溶解性が低いために精製が困難であることや、安定したドーピングを維持することが難しいという課題があった。そこで、水溶性の付与とドーピング作用を兼ね備えた置換基(スルホ基、スルホネート基等)を直接又はスペーサを介してポリマー主鎖中に有する、いわゆる自己ドープ型導電性高分子が開発された。例えば、スルホン化ポリアニリン、スルホン化ポリチオフェン等が知られている(例えば、非特許文献1、2参照)。これらの中でも直鎖のアルキレンスルホン酸基が置換したポリ(4-(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b][1,4]ジオキシン-2-イルメトキシ)-1-ブタンスルホン酸)(PEDT-S)等が報告されている(例えば特許文献1、非特許文献3、4参照)。また、本願出願人はこれまでに高い導電性と優れた水溶性を兼ね備えた自己ドープ型導電性高分子を報告している(例えば、特許文献2、3参照)。 As materials supporting the electronics industry, externally doped conductive polymers have been developed in which π-conjugated polymers, such as polyacetylene, polythiophene, polyaniline, and polypyrrole, are doped with electron-accepting compounds as dopants. However, these polymers have issues such as difficulty in purification due to their low solubility and difficulty in maintaining stable doping. To address these issues, so-called self-doped conductive polymers have been developed, which have substituents (sulfo groups, sulfonate groups, etc.) in the polymer backbone, either directly or via a spacer, that provide both water solubility and doping properties. Examples of such polymers include sulfonated polyaniline and sulfonated polythiophene (see, for example, Non-Patent Documents 1 and 2). Among these, poly(4-(2,3-dihydrothieno[3,4-b][1,4]dioxin-2-ylmethoxy)-1-butanesulfonic acid) (PEDT-S), which is substituted with linear alkylenesulfonic acid groups, have been reported (see, for example, Patent Document 1 and Non-Patent Documents 3 and 4). The applicant has also previously reported self-doped conductive polymers that combine high conductivity with excellent water solubility (see, for example, Patent Documents 2 and 3).
上記の先行技術(特許文献3)では、自己ドープ型導電性高分子を酸化重合法により合成しているが、この方法では触媒や酸化剤に由来する金属イオン、特に鉄イオンが不純物として重合生成物中に残留しやすい。このような鉄イオン不純物につては、有機ELやLCDなどの用途において、デバイスの特性や耐久性などの低下を引き起こすことから、導電性高分子については、陽イオン交換樹脂による鉄イオンの除去処理が提案されている。しかし、陽イオン交換樹脂による除去処理は、製造工程数の増加、変動費の上昇、環境負荷の増加などの点で、削減が好ましいという課題があった。 In the above-mentioned prior art (Patent Document 3), self-doped conductive polymers are synthesized by oxidative polymerization, but this method tends to leave metal ions, particularly iron ions, derived from the catalyst or oxidant as impurities in the polymerization product. Since these iron ion impurities cause a decrease in device characteristics and durability in applications such as organic electroluminescence (EL) and LCDs, a method of removing iron ions from conductive polymers using cation exchange resins has been proposed. However, removal using cation exchange resins poses challenges, such as increasing the number of manufacturing steps, raising variable costs, and increasing the environmental impact, making reductions preferable.
本願発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、酸を添加したチオフェンモノマー溶液に少なくとも1対の電極を接触させ、前記の電極間に電位差を印加することによって電気化学的酸化重合反応を行うという手段をとることによって、上記課題を解決できる、すなわち、陽イオン交換樹脂による除去処理を行うことなく鉄イオン含有量の低い導電性高分子を提供できる、ことを見出し、本願発明を完成させるに至った。 As a result of extensive research into resolving the above-mentioned problems, the inventors of the present application discovered that the above-mentioned problems could be solved by bringing at least one pair of electrodes into contact with a thiophene monomer solution to which an acid has been added and applying a potential difference between the electrodes to cause an electrochemical oxidation polymerization reaction. This discovery led to the completion of the present invention, which revealed that the above-mentioned problems could be solved by providing a conductive polymer with a low iron ion content without the need for removal treatment using a cation exchange resin.
すなわち本願発明は、上記の手段によって得られた以下に示す通りのポリチオフェン骨格を有する自己ドープ型導電性高分子溶液、及びその製造方法に関するものである。 That is, the present invention relates to a self-doped conductive polymer solution having a polythiophene skeleton, as shown below, obtained by the above-mentioned means, and to a method for producing the same.
[1]
下記一般式(2)で表される繰り返し構造及び下記一般式(3)
[1]
A repeating structure represented by the following general formula (2) and a repeating structure represented by the following general formula (3)
[上記一般式(2)中、M+は、各々独立して、水素イオン、アルカリ金属イオン、アンモニウムイオン、有機アンモニウムイオン、又は第4級アンモニウムカチオンを表す。上記一般式(2)及び(3)において、R2は、水素原子、炭素数1~6の直鎖状、若しくは分岐状アルキル基、又はハロゲン原子を表す。mは、1~6の整数を表し、nは、0又は1を表す。]
で表される繰り返し構造からなる群より選ばれる繰り返し構造を少なくとも2つ以上含むポリチオフェンを含む導電性高分子溶液を製造する製造方法であって、
(i) 少なくとも下記一般式(1)で表されるチオフェンモノマーを含むモノマーと、溶媒と、酸を含む溶液に少なくとも1対の電極を接触させ、前記の電極間に電位差を印加することによってモノマーを重合させて重合物固体又は重合物溶液を得る重合工程、
(ii) 前記重合工程で得られた重合物が重合物固体である場合は、当該重合物固体と溶媒を混合して重合物溶液を得る溶解工程、
を含むことを特徴とする、導電性高分子溶液の製造方法。
[In the above general formula (2), each M + independently represents a hydrogen ion, an alkali metal ion, an ammonium ion, an organic ammonium ion, or a quaternary ammonium cation. In the above general formulas (2) and (3), R 2 represents a hydrogen atom, a linear or branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, or a halogen atom. m represents an integer of 1 to 6, and n represents 0 or 1.]
A method for producing a conductive polymer solution containing polythiophene having at least two or more repeating structures selected from the group consisting of repeating structures represented by the following formula:
(i) a polymerization step of bringing at least one pair of electrodes into contact with a solution containing at least a thiophene monomer represented by the following general formula (1), a solvent, and an acid, and applying a potential difference between the electrodes to polymerize the monomer, thereby obtaining a polymer solid or a polymer solution;
(ii) a dissolving step in which, when the polymer obtained in the polymerization step is a polymer solid, the polymer solid is mixed with a solvent to obtain a polymer solution;
A method for producing a conductive polymer solution, comprising:
[上記一般式(1)中、M+は、水素イオン、アルカリ金属イオン、アンモニウムイオン、アミン化合物の共役酸、又は第4級アンモニウムカチオンを表す。上記一般式(1)において、R2は、水素原子、炭素数1~6の直鎖状、若しくは分岐状アルキル基、又はハロゲン原子を表す。mは、1~6の整数を表し、nは、0又は1を表す。]
[2]
前記のR2が、メチル基である、[1]に記載の製造方法。
[In the above general formula (1), M + represents a hydrogen ion, an alkali metal ion, an ammonium ion, a conjugate acid of an amine compound, or a quaternary ammonium cation. In the above general formula (1), R2 represents a hydrogen atom, a linear or branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, or a halogen atom. m represents an integer of 1 to 6, and n represents 0 or 1.]
[2]
The method according to [1], wherein R 2 is a methyl group.
[3]
前記の重合工程において、前記モノマーの濃度が、0.1~30重量%である、[1]又は[2]に記載の製造方法。
[3]
[3] The method according to [1] or [2], wherein the concentration of the monomer in the polymerization step is 0.1 to 30% by weight.
[4]
前記の重合工程において、仕込み溶液が水溶液の場合、そのpHが0~6.5の範囲である、[1]乃至[3]のいずれかに記載の製造方法。
[4]
[4] The method according to any one of [1] to [3], wherein in the polymerization step, when the charged solution is an aqueous solution, its pH is in the range of 0 to 6.5.
[5]
前記の重合工程において、陽極に印加する電位が、銀/塩化銀電極に対して0~+5Vの範囲である、[1]乃至[4]のいずれかに記載の製造方法。
[5]
[5] The method according to any one of [1] to [4], wherein in the polymerization step, a potential applied to the anode is in the range of 0 to +5 V relative to a silver/silver chloride electrode.
[6]
[1]乃至[5]のいずれかに記載の製造方法であって、
(iii) 前記の重合工程、又は溶解工程で得られた重合物溶液を、陰イオン交換樹脂と接触させて、前記重合物溶液中の陰イオンを水酸化物イオンにイオン交換する陰イオン交換工程、
を更に含むことを特徴とする、製造方法。
[6]
The manufacturing method according to any one of [1] to [5],
(iii) an anion exchange step of contacting the polymer solution obtained in the polymerization step or dissolution step with an anion exchange resin to exchange the anions in the polymer solution with hydroxide ions;
The manufacturing method further comprises:
本願発明によれば、残留金属イオン量が従来よりも少ない自己ドープ型導電性高分子を製造、提供することができる。本願発明の自己ドープ型導電性高分子は、有機ELやLCD、コンデンサなどの性能を向上させることができる点で、産業上極めて有用である。 The present invention makes it possible to produce and provide self-doped conductive polymers with lower amounts of residual metal ions than conventional polymers. The self-doped conductive polymers of the present invention are extremely useful industrially, as they can improve the performance of organic EL, LCDs, capacitors, and other devices.
以下、本願発明を詳細に説明する。 The present invention is described in detail below.
本願発明は、上記の通りの導電性高分子溶液の製造方法に係る。 The present invention relates to a method for producing a conductive polymer solution as described above.
上記一般式(1)及び(2)中、M+は、各々独立して、水素イオン、アルカリ金属イオン、アンモニウムイオン(NH4 +)、アミン化合物の共役酸、又は第4級アンモニウムカチオンを表す。 In the above general formulas (1) and (2), each M + independently represents a hydrogen ion, an alkali metal ion, an ammonium ion (NH 4 + ), a conjugate acid of an amine compound, or a quaternary ammonium cation.
前記のアルカリ金属イオンとしては、特に限定するものではないが、例えば、Liイオン、Naイオン、又はKイオンが好ましいものとして挙げられる。 The alkali metal ions are not particularly limited, but preferred examples include Li ions, Na ions, and K ions.
前記のアミン化合物の共役酸としては、アミン化合物にヒドロン(H+)が付加してカチオン種になったものを示し、スルホン酸基と反応して共役酸を形成するアミン化合物であればよい。 The conjugate acid of the amine compound is an amine compound to which a hydron (H + ) is added to become a cationic species, and may be any amine compound that reacts with a sulfonic acid group to form a conjugate acid.
前記のアミン化合物の共役酸におけるアミン化合物としては、特に限定するものではないが、例えば、一般式N(R1)3で表されるsp3混成軌道を有するアミン化合物、ピリジン類、イミダゾール類等のsp2混成軌道を有するアミン化合物等が挙げられる。 The amine compound in the conjugate acid of the amine compound is not particularly limited, but examples thereof include amine compounds having an sp3 hybrid orbital represented by the general formula N(R 1 ) 3 , and amine compounds having an sp2 hybrid orbital such as pyridines and imidazoles.
前記の置換基R1は、各々独立して、水素原子、炭素数1~6のアルキル基、又は置換基を有する炭素数1~6のアルキル基を表す。 The substituents R 1 each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms and having a substituent.
前記の炭素数1~6のアルキル基としては、特に限定するものではないが、例えば、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、n-ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、tert-ペンチル基、シクロペンチル基、n-へキシル基、2-エチルブチル基、又はシクロヘキシル基等が挙げられる。 The alkyl group having 1 to 6 carbon atoms is not particularly limited, but examples include a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, an isobutyl group, a sec-butyl group, a tert-butyl group, an n-pentyl group, an isopentyl group, a neopentyl group, a tert-pentyl group, a cyclopentyl group, an n-hexyl group, a 2-ethylbutyl group, and a cyclohexyl group.
前記の置換基を有する炭素数1~6のアルキル基としては、特に限定するものではないが、例えば、ハロゲン原子、炭素数1~6のアルキル基、アミノ基、及びヒドロキシ基からなる群から選ばれる基を有する炭素数1~6のアルキル基が挙げられ、特に限定するものではないが、具体的には、トリフルオロメチル基、2-ヒドロキシエチル基等が例示される。 The alkyl group having 1 to 6 carbon atoms and having the aforementioned substituent is not particularly limited, but examples thereof include an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms and having a group selected from the group consisting of a halogen atom, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, an amino group, and a hydroxy group. Specific examples thereof include, but are not particularly limited to, a trifluoromethyl group and a 2-hydroxyethyl group.
これらのうち、入手の観点から、置換基R1としては、各々独立して、水素原子、メチル基、エチル基、又は2-ヒドロキシエチル基が好ましい。 Of these, from the viewpoint of availability, the substituents R 1 are preferably each independently a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group, or a 2-hydroxyethyl group.
一般式N(R1)3で表されるアミン化合物としては、特に限定するものではないが、例えば、アンモニア、メチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、エチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、ノルマル-プロピルアミン、イソプロピルアミン、ノルマルブチルアミン、ターシャリーブチルアミン、ヘキシルアミン、アミノエタノール、ジメチルアミノエタノール、メチルアミノエタノール、ジエタノールアミン、N-メチルジエタノールアミン、トリエタノールアミン、3-アミノ-1,2-プロパンジオール、3-メチルアミノ-1,2-プロパンジオール、3-ジメチルアミノ-1,2-プロパンジオール、又は1,4-ブタンジアミン等を挙げることができる。 The amine compound represented by the general formula N(R 1 ) 3 is not particularly limited, but examples thereof include ammonia, methylamine, dimethylamine, trimethylamine, ethylamine, diethylamine, triethylamine, normal-propylamine, isopropylamine, normal-butylamine, tertiary-butylamine, hexylamine, aminoethanol, dimethylaminoethanol, methylaminoethanol, diethanolamine, N-methyldiethanolamine, triethanolamine, 3-amino-1,2-propanediol, 3-methylamino-1,2-propanediol, 3-dimethylamino-1,2-propanediol, and 1,4-butanediamine.
アミン化合物の共役酸を形成するsp2混成軌道を有するアミン化合物としては、特に限定するものではないが、例えば、イミダゾール、N-メチルイミダゾール、1,2-ジメチルイミダゾール、ピリジン、ピコリン、又はルチジン等が例示される。 Amine compounds having an sp2 hybrid orbital that form the conjugate acid of the amine compound are not particularly limited, but examples include imidazole, N-methylimidazole, 1,2-dimethylimidazole, pyridine, picoline, and lutidine.
これらのアミン化合物の共役酸を形成するアミン化合物うち、入手の観点から、アンモニア、エタノールアミン化合物、又はイミダゾール化合物が好ましい。 Of the amine compounds that form the conjugate acids of these amine compounds, ammonia, ethanolamine compounds, and imidazole compounds are preferred from the standpoint of availability.
前記の第4級アンモニウムカチオンとしては、特に限定するものではないが、例えば、テトラメチルアンモニウムカチオン、テトラエチルアンモニウムカチオン、テトラノルマルプロピルアンモニウムカチオン、テトラノルマルブチルアンモニウムカチオン、又はテトラノルマルヘキシルアンモニウムカチオンなどが挙げられる。これらのうち、入手の観点から好ましくは、テトラメチルアンモニウムカチオン、テトラエチルアンモニウムカチオンである。 The quaternary ammonium cation is not particularly limited, but examples include tetramethylammonium cation, tetraethylammonium cation, tetra-n-propylammonium cation, tetra-n-butylammonium cation, and tetra-n-hexylammonium cation. Of these, tetramethylammonium cation and tetraethylammonium cation are preferred from the standpoint of availability.
以上の通り、M+としては、各々独立して、水素イオン、Liイオン、Naイオン、Kイオン、アンモニウムイオン、モノエタノールアンモニウムイオン、ジエタノールアンモニウムイオン、トリエタノールアンモニウムイオン、イミダゾリウムイオン、N-メチルイミダゾリウムイオン、又は1,2-ジメチルイミダゾリウムイオンであることが好ましい。 As described above, it is preferable that each M + independently represents a hydrogen ion, a Li ion, a Na ion, a K ion, an ammonium ion, a monoethanolammonium ion, a diethanolammonium ion, a triethanolammonium ion, an imidazolium ion, an N-methylimidazolium ion, or a 1,2-dimethylimidazolium ion.
上記の一般式(1)、(2)、及び(3)において、R2は、各々独立して、水素原子、炭素数1~6の直鎖状、若しくは分岐状アルキル基、又はハロゲン原子を表す。 In the above general formulas (1), (2), and (3), each R 2 independently represents a hydrogen atom, a linear or branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, or a halogen atom.
前記の炭素数1~6の直鎖状、又は分岐状アルキル基としては、特に限定するものではないが、例えば、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、n-ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、tert-ペンチル基、シクロペンチル基、n-へキシル基、2-エチルブチル基、シクロヘキシル基、又はn-オクチル基等が挙げられる。 The linear or branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms is not particularly limited, but examples include methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl, isobutyl, sec-butyl, tert-butyl, n-pentyl, isopentyl, neopentyl, tert-pentyl, cyclopentyl, n-hexyl, 2-ethylbutyl, cyclohexyl, and n-octyl groups.
ハロゲン原子としては、特に限定するものではないが、フッ素原子、塩素原子、臭素原子等が挙げられる。 Halogen atoms include, but are not limited to, fluorine atoms, chlorine atoms, bromine atoms, etc.
R2については、成膜性の点で、各々独立して、水素原子、メチル基、エチル基、又はフッ素原子であることが好ましく、メチル基、エチル基、又はフッ素原子であることがより好ましく、メチル基であることがより好ましい。 With respect to R2 , from the viewpoint of film-forming properties, each R2 is preferably independently a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group, or a fluorine atom, more preferably a methyl group, an ethyl group, or a fluorine atom, and more preferably a methyl group.
mは、各々独立して、1~6の整数を表し、好ましくは、各々独立して、mは1~4の整数であり、より好ましくは2である。 Each m independently represents an integer from 1 to 6, preferably an integer from 1 to 4, more preferably 2.
nは、各々独立して、0又は1であるが、好ましくは1である。 Each n is independently 0 or 1, preferably 1.
上記の一般式(3)で表される構造単位は、上記の一般式(2)で表される構造単位のドーピング状態を表す。本発明の導電性高分子においては、電解酸化重合の際に、上記の一般式(2)で表される構造単位が、一部、自己ドーピング反応を起こして一般式(3)で表される構造単位に変化する。この作用により、得られた高分子には導電性が発現する。 The structural unit represented by the general formula (3) above represents the doped state of the structural unit represented by the general formula (2) above. In the conductive polymer of the present invention, during electrolytic oxidation polymerization, some of the structural units represented by the general formula (2) above undergo a self-doping reaction and are converted into structural units represented by the general formula (3). This action causes the resulting polymer to exhibit conductivity.
ドーピングにより絶縁体-金属転移を引き起こすドーパントは、アクセプタとドナーに分けられる。前者は、ドーピングにより導電性ポリマーの高分子鎖の近くに入り主鎖の共役系からπ電子を奪う。結果として、主鎖上に正電荷(正孔、ホール)が注入されるため、p型ドーパントとも呼ばれる。また、後者は、逆に主鎖の共役系に電子を与えることになり、この電子が主鎖の共役系を動くことになるため、n型ドーパントとも呼ばれる。 Dopants that cause an insulator-metal transition through doping can be divided into acceptors and donors. The former enter the vicinity of the polymer chain of a conductive polymer through doping and remove π electrons from the conjugated system of the main chain. As a result, positive charges (holes) are injected into the main chain, and so they are also called p-type dopants. Conversely, the latter donate electrons to the conjugated system of the main chain, and these electrons move through the conjugated system of the main chain, so they are also called n-type dopants.
本願発明におけるドーパントは、ポリマー分子内に共有結合で結びついたスルホ基又はスルホナート基であり、p型ドーパントである。このように外部からドーパントを添加することなく導電性を発現するポリマーは自己ドープ型高分子と呼ばれている。 The dopant in this invention is a sulfo group or sulfonate group covalently bonded within the polymer molecule, and is a p-type dopant. Polymers that exhibit conductivity without the addition of an external dopant are called self-doping polymers.
上記一般式(1)で表されるチオフェンモノマーとしては、特に限定するものではないが、例えば、3-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b]-[1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-1-メチル-1-プロパンスルホン酸ナトリウム、3-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b]-[1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-1-エチル-1-プロパンスルホン酸ナトリウム、3-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b]-[1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-1-プロピル-1-プロパンスルホン酸ナトリウム、3-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b]-[1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-1-ブチル-1-プロパンスルホン酸ナトリウム、3-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b]-[1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-1-ペンチル-1-プロパンスルホン酸ナトリウム、3-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b]-[1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-1-ヘキシル-1-プロパンスルホン酸ナトリウム、3-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b]-[1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-1-イソプロピル-1-プロパンスルホン酸ナトリウム、3-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b]-[1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-1-イソブチル-1-プロパンスルホン酸ナトリウム、3-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b]-[1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-1-イソペンチル-1-プロパンスルホン酸ナトリウム、3-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b]-[1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-1-フルオロ-1-プロパンスルホン酸ナトリウム、3-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b]-[1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-1-メチル-1-プロパンスルホン酸カリウム、3-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b]-[1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-1-メチル-1-プロパンスルホン酸、3-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b]-[1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-1-メチル-1-プロパンスルホン酸アンモニウム、又は3-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b]-[1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-1-メチル-1-プロパンスルホン酸トリエチルアンモニウム等が挙げられる。 The thiophene monomer represented by the above general formula (1) is not particularly limited, but examples include sodium 3-[(2,3-dihydrothieno[3,4-b]-[1,4]dioxin-2-yl)methoxy]-1-methyl-1-propanesulfonate, sodium 3-[(2,3-dihydrothieno[3,4-b]-[1,4]dioxin-2-yl)methoxy]-1-ethyl-1-propanesulfonate, sodium 3-[(2,3-dihydrothieno[3,4-b]-[1,4]dioxin-2-yl)methoxy]-1-propyl-1-propanesulfonate, sodium 3-[( Sodium 2,3-dihydrothieno[3,4-b]-[1,4]dioxin-2-yl)methoxy]-1-butyl-1-propanesulfonate, sodium 3-[(2,3-dihydrothieno[3,4-b]-[1,4]dioxin-2-yl)methoxy]-1-pentyl-1-propanesulfonate, sodium 3-[(2,3-dihydrothieno[3,4-b]-[1,4]dioxin-2-yl)methoxy]-1-hexyl-1-propanesulfonate, sodium 3-[(2,3-dihydrothieno[3,4-b]-[1,4]dioxin-2-yl)methoxy]-1-isopropyl -1-propanesulfonate, sodium 3-[(2,3-dihydrothieno[3,4-b]-[1,4]dioxin-2-yl)methoxy]-1-isobutyl-1-propanesulfonate, sodium 3-[(2,3-dihydrothieno[3,4-b]-[1,4]dioxin-2-yl)methoxy]-1-isopentyl-1-propanesulfonate, sodium 3-[(2,3-dihydrothieno[3,4-b]-[1,4]dioxin-2-yl)methoxy]-1-fluoro-1-propanesulfonate, sodium 3-[(2,3-dihydrothieno[3,4-b]-[1,4]dioxin-2-yl)methoxy]-1-isopentyl-1-propanesulfonate ]dioxin-2-yl)methoxy]-1-methyl-1-propanesulfonate potassium, 3-[(2,3-dihydrothieno[3,4-b]-[1,4]dioxin-2-yl)methoxy]-1-methyl-1-propanesulfonic acid, 3-[(2,3-dihydrothieno[3,4-b]-[1,4]dioxin-2-yl)methoxy]-1-methyl-1-propanesulfonic acid ammonium, or 3-[(2,3-dihydrothieno[3,4-b]-[1,4]dioxin-2-yl)methoxy]-1-methyl-1-propanesulfonate triethylammonium.
尚、上記に例示したチオフェンモノマーは、公知の方法(例えば、Journal of Electroanalytical Chemistry,443,217-226(1998))に基づいて合成可能なチエノ[3,4-b]-1,4-ジオキシン-2-メタノールと分岐したスルトン化合物を用いて製造することができる。 The thiophene monomers exemplified above can be produced using thieno[3,4-b]-1,4-dioxin-2-methanol and a branched sultone compound, which can be synthesized according to known methods (e.g., Journal of Electroanalytical Chemistry, 443, 217-226 (1998)).
[上記一般式(4)中、R2は上記一般式(1)で表されるR2と同義語であり、M2はアルカリ金属イオン(Liイオン、Kイオン、Naイオン、又はCsイオン等)を表す。]
更に、このようにして製造される下記一般式(4)で表されるチオフェンモノマーについては、酸処理(酸やHイオン型陽イオン交換樹脂等と接触させる)により、M2が水素原子であるスルホン酸(上記の一般式(1)で表されるチオフェンモノマー)へと誘導できる。更に、このM2が水素原子であるスルホン酸と、アルカリ金属化合物、アンモニア、アミン化合物、又は第4級アンモニウム化合物とを接触させることによって、上記の一般式(1)で表されるチオフェンモノマーを得ることができる。
[In the general formula (4) above, R2 has the same meaning as R2 represented by the general formula (1) above, and M2 represents an alkali metal ion (Li ion, K ion, Na ion, Cs ion, or the like).]
Furthermore, the thiophene monomer represented by the following general formula (4) thus produced can be converted into a sulfonic acid in which M2 is a hydrogen atom (the thiophene monomer represented by the above general formula (1)) by acid treatment (contact with an acid, an H ion-type cation exchange resin, or the like). Furthermore, the thiophene monomer represented by the above general formula (1) can be obtained by contacting this sulfonic acid in which M2 is a hydrogen atom with an alkali metal compound, ammonia, an amine compound, or a quaternary ammonium compound.
本願発明のポリチオフェンを含む導電性高分子溶液の製造方法においては、上記の一般式(1)で表されるチオフェンモノマー以外のモノマーを併用することができる。当該モノマーとしては、特に限定するものではないが、例えば、チオフェン、3-ヘキシルチオフェン、3,4-エチレンジオキシチオフェン、ヒドロキメチル-3,4-エチレンジオキシチオフェン、ヒドロキシ-3,4-プロピレンオキシチオフェン、ブロモメチル-3,4-エチレンジオキシチオフェン、N-(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b][1,4]ジオキシン-2-イルメチル)-2-アミノエタンスルホン酸、N-メチル-N-(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b][1,4]ジオキシン-2-イルメチル)-2-アミノエタンスルホン酸、2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b][1,4]ジオキシン-2-イルメタンスルホン酸、6-(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-][1,4]ジオキシン-2-イル)-1-ヘキセン、6-(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-][1,4]ジオキシン-2-イル)-1-ヘキサンスルホン酸、6-(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-][1,4]ジオキシン-2-イル)-1-ブタンスルホン酸、又はO-(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b][1,4]ジオキシン-2-イルメチル)-4-フェノールスルホン酸等を挙げることができる。 In the method for producing a conductive polymer solution containing polythiophene of the present invention, monomers other than the thiophene monomer represented by the general formula (1) above can be used in combination. Examples of such monomers include, but are not limited to, thiophene, 3-hexylthiophene, 3,4-ethylenedioxythiophene, hydroxymethyl-3,4-ethylenedioxythiophene, hydroxy-3,4-propyleneoxythiophene, bromomethyl-3,4-ethylenedioxythiophene, N-(2,3-dihydrothieno[3,4-b][1,4]dioxin-2-ylmethyl)-2-aminoethanesulfonic acid, and N-methyl-N-(2,3-dihydrothieno[3,4-b][1,4]dioxin-2-ylmethyl)-2-aminoethanesulfonic acid. Examples include thieno[3,4-b][1,4]dioxin-2-ylmethanesulfonic acid, 6-(2,3-dihydrothieno[3,4-][1,4]dioxin-2-yl)-1-hexene, 6-(2,3-dihydrothieno[3,4-][1,4]dioxin-2-yl)-1-hexanesulfonic acid, 6-(2,3-dihydrothieno[3,4-][1,4]dioxin-2-yl)-1-butanesulfonic acid, and O-(2,3-dihydrothieno[3,4-b][1,4]dioxin-2-ylmethyl)-4-phenolsulfonic acid.
本発明の導電性高分子溶液の製造方法は、上記の(i)、及び(ii)の工程を含むことを特徴とし、さらに(iii)の工程を含むことが好ましい。 The method for producing a conductive polymer solution of the present invention is characterized by including the above steps (i) and (ii), and preferably further includes step (iii).
以下、本願発明の(i) 少なくとも上記一般式(1)で表されるチオフェンモノマーを含むモノマーと、溶媒と、酸を含む溶液に少なくとも1対の電極を接触させ、前記の電極間に電位差を印加することによって前記モノマーを重合させて重合物を得る重合工程について説明する。 The following describes the polymerization step (i) of the present invention, in which at least one pair of electrodes is brought into contact with a solution containing at least a thiophene monomer represented by the general formula (1), a solvent, and an acid, and a potential difference is applied between the electrodes to polymerize the monomer and obtain a polymer.
前記の重合工程については、少なくとも上記一般式(1)で表されるチオフェンモノマーを含むモノマーを重合させるが、当該重合反応における当該モノマーの濃度範囲としては、特に限定するものではないが、0.1~30重量%とすることが好ましく、0.2~20重量%とすることがより好ましく、0.3~10重量%とすることがより好ましく、0.5~8重量%とすることがより好ましい。 In the polymerization step, a monomer containing at least the thiophene monomer represented by the general formula (1) is polymerized. The concentration range of the monomer in the polymerization reaction is not particularly limited, but is preferably 0.1 to 30% by weight, more preferably 0.2 to 20% by weight, even more preferably 0.3 to 10% by weight, and even more preferably 0.5 to 8% by weight.
なお、ここでいう「モノマーの濃度」とは、(上記一般式(1)で表されるチオフェンモノマーを含むモノマー)の重量/(上記一般式(1)で表されるチオフェンモノマーを含むモノマー+溶媒+酸)の重量×100(重量%)で表される値である。 The "monomer concentration" referred to here is a value expressed as the weight of (monomers containing thiophene monomers represented by the general formula (1) above) / the weight of (monomers containing thiophene monomers represented by the general formula (1) above + solvent + acid) x 100 (% by weight).
前記の重合工程に用いる溶媒としては、特に限定するものではないが、水、水を含む溶媒、又は水溶性溶媒であることが好ましく、水、水-水溶性アルコール混合溶媒、又は水溶性アルコールであることがより好ましい。 The solvent used in the polymerization step is not particularly limited, but is preferably water, a solvent containing water, or a water-soluble solvent, and more preferably water, a water-water-soluble alcohol mixed solvent, or a water-soluble alcohol.
水としては、例えば、純水が挙げられ、蒸留水、イオン交換水でもよい。 Examples of water include pure water, but distilled water and ion-exchanged water are also acceptable.
水溶性アルコールとしては、特に限定するものではないが、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、又はブタノール等のアルコール類が挙げられる。 Water-soluble alcohols include, but are not limited to, alcohols such as methanol, ethanol, propanol, and butanol.
これらの水性溶媒のうち、好ましくは、水又はメタノールであり、より好ましくは水である。また、当該水性溶媒については、脱気したり、窒素等の不活性ガスで置換したりしていてもよい。 Of these aqueous solvents, water or methanol is preferred, and water is more preferred. The aqueous solvent may be degassed or purged with an inert gas such as nitrogen.
前記重合工程に使用する酸としては、特に限定するものではないが、例えば、無機酸や有機酸が使用できる。ここで、無機酸としては、塩酸、硫酸、硝酸、リン酸、ホウ酸等が例示される。有機酸としては、メタンスルホン酸、パラトルエンスルホン酸、ギ酸、酢酸、乳酸、安息香酸等が例示される。これらのうち重合反応の速度に優れる点で、硫酸、メタンスルホン酸、又はパラトルエンスルホン酸が好ましく、硫酸がより好ましい。 The acid used in the polymerization step is not particularly limited, but may be, for example, an inorganic acid or an organic acid. Examples of inorganic acids include hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, phosphoric acid, and boric acid. Examples of organic acids include methanesulfonic acid, paratoluenesulfonic acid, formic acid, acetic acid, lactic acid, and benzoic acid. Among these, sulfuric acid, methanesulfonic acid, and paratoluenesulfonic acid are preferred, with sulfuric acid being more preferred, due to their superior polymerization reaction rate.
少なくとも下記一般式(1)で表されるチオフェンモノマーを含むモノマーと、溶媒と、酸を含む溶液については、これらの成分を任意の順番で混合することで製造することができる。 A solution containing at least a monomer containing a thiophene monomer represented by the following general formula (1), a solvent, and an acid can be produced by mixing these components in any order.
なお、酸の添加量(含有量)については、特に限定するものではないが、仕込み溶液中の酸の規定度(=酸のモル濃度×当該酸の価数)が、0.01~10[N]であることが好ましく、0.01~5[N]であることがより好ましく、0.01~1[N]であることがより好ましい。なお、仕込み溶液が水溶液の場合、上記の溶液の液性(pH)が0~6.5の範囲になるように酸を添加する(含有させる)ことが好ましく、液性(pH)が0~5の範囲になるように酸を添加する(含有させる)ことがより好ましく、液性(pH)が0~3の範囲になるように酸を添加する(含有させる)ことがより好ましい。 The amount of acid added (content) is not particularly limited, but the normality of the acid in the starting solution (= molar concentration of the acid × valence number of the acid) is preferably 0.01 to 10 [N], more preferably 0.01 to 5 [N], and even more preferably 0.01 to 1 [N]. When the starting solution is an aqueous solution, the acid is preferably added (contained) so that the pH of the solution is in the range of 0 to 6.5, more preferably 0 to 5, and even more preferably 0 to 3.
前記の溶液に少なくとも1対の電極を接触させる方法については、特に限定するものではないが、例えば、容器に溶液を入れ、陽極および陰極を溶液に浸漬して電位差を印加することで実施する。標準電極を用いる3電極法でもよいし、2電極法でもよい。また、前記の容器自体を電極とし、その対極の電極を前記の溶液に接触させる方法で行うこともできる。 The method for contacting at least one pair of electrodes with the solution is not particularly limited, but for example, the solution is placed in a container, an anode and a cathode are immersed in the solution, and a potential difference is applied. This may be a three-electrode method using standard electrodes, or a two-electrode method. Alternatively, the container itself may be used as an electrode, and the counter electrode may be brought into contact with the solution.
電極間に印加する電位差は、上記一般式(1)で表されるチオフェンモノマーを電気化学的酸化重合させることができる電位差であり、特に限定するものではないが、3電極法により規定される陽極の電位が、銀/塩化銀電極に対して0~+5Vの範囲が好ましく、+0.5~+1.5Vの範囲であることがより好ましい。 The potential difference applied between the electrodes is a potential difference that can cause electrochemical oxidation polymerization of the thiophene monomer represented by the general formula (1) above. While there are no particular limitations, the anode potential determined by the three-electrode method is preferably in the range of 0 to +5 V relative to the silver/silver chloride electrode, and more preferably in the range of +0.5 to +1.5 V.
容器の材質は溶液に対して十分な耐久性があればよく、特に限定するものではないが、例えば、ガラス、グラスライニングした容器、テフロン(登録商標)、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ステンレス等が好ましい。 The container material is not particularly limited as long as it is sufficiently durable against the solution, but examples of preferred materials include glass, glass-lined containers, Teflon (registered trademark), polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride, and stainless steel.
容器の形状は、溶液を内部に保持できるものであればよく、多孔質の仕切りやイオン橋によって陽極と陰極が分離できる構造であってもよい。 The container may be of any shape that can hold the solution inside, and may have a structure that separates the anode and cathode with a porous partition or ionic bridge.
前記の重合工程に用いる電極としては、電極間に電位差を印加することでその表面で電気化学的酸化反応を進行させるものを用いることができ、特に限定するものではないが、例えば、金、白金、ニッケル、チタン、ステンレス、グラッシーカーボン、ITO等が挙げられ、これらを単独で又は二種以上を組み合わせて使用しても良い。 The electrodes used in the polymerization process can be those that allow an electrochemical oxidation reaction to occur on their surfaces by applying a potential difference between them. Examples of materials include, but are not limited to, gold, platinum, nickel, titanium, stainless steel, glassy carbon, and ITO, which may be used alone or in combination of two or more.
前記の重合工程の反応圧力は、常圧、減圧、加圧のいずれであってもよい。 The reaction pressure in the polymerization process may be atmospheric pressure, reduced pressure, or increased pressure.
本願発明のポリチオフェンの製造方法の反応雰囲気は、特に限定するものではないが、大気雰囲気であっても、窒素やアルゴン等の不活性ガス雰囲気であってもよい。より好ましくは不活性ガス雰囲気である。 The reaction atmosphere in the method for producing polythiophene of the present invention is not particularly limited, but may be air or an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon. An inert gas atmosphere is more preferred.
前記の重合工程の反応温度は、例えば、上記一般式(1)で表されるチオフェンモノマーを電気化学的酸化重合できる温度であり、特に限定するものではないが、-10~150℃の範囲が好ましく、10~100℃の範囲が更に好ましい。 The reaction temperature in the polymerization step is, for example, a temperature at which the thiophene monomer represented by the general formula (1) can be electrochemically oxidatively polymerized. While not particularly limited, a temperature in the range of -10 to 150°C is preferred, and a temperature in the range of 10 to 100°C is even more preferred.
前記の重合工程の反応時間は、特に限定するものではないが、例えば、上記一般式(1)で表されるチオフェンモノマーの酸化重合が十分進行する時間とすることができ、特に限定するものではないが、0.5~200時間の範囲が好ましく、0.5~80時間の範囲が更に好ましい。 The reaction time for the polymerization step is not particularly limited, but can be, for example, a time required for the oxidative polymerization of the thiophene monomer represented by general formula (1) to proceed sufficiently. Although not particularly limited, a range of 0.5 to 200 hours is preferred, and a range of 0.5 to 80 hours is even more preferred.
前記の重合工程は、上記一般式(1)で表されるチオフェンモノマー、水性溶媒以外に、界面活性剤を含んだ状態で行うこともできる。前記の界面活性剤の添加は、原料として用いられるチオフェンモノマー及び生成されるチオフェンポリマーの水性溶媒に対する溶解性や分散性を改善する点で好ましい。 The polymerization step can also be carried out in a state that contains a surfactant in addition to the thiophene monomer represented by general formula (1) and the aqueous solvent. Adding the surfactant is preferable in that it improves the solubility and dispersibility in the aqueous solvent of the thiophene monomer used as a raw material and the resulting thiophene polymer.
前記の界面活性剤としては、特に限定するものではないが、例えば、アニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤、非イオン界面活性剤又は両性界面活性剤等が使用できるが、より好ましくはアニオン界面活性剤及び非イオン界面活性剤からなる群より選ばれる少なくとも一種である。 The surfactant is not particularly limited, but examples include anionic surfactants, cationic surfactants, nonionic surfactants, and amphoteric surfactants, and more preferably at least one selected from the group consisting of anionic surfactants and nonionic surfactants.
アニオン界面活性剤としては、特に限定するものではないが、例えば、カルボン酸型、スルホン酸型、硫酸エステル型、リン酸エステル型等が挙げられる。 Anionic surfactants are not particularly limited, but examples include carboxylic acid types, sulfonic acid types, sulfate ester types, and phosphate ester types.
前記のカルボン酸型としては、特に限定するものではないが、例えば、オクタン酸ナトリウム、デカン酸ナトリウム、パルミチン酸ナトリウム、ステアリン酸ナトリウム等が挙げられる。 The carboxylic acid type is not particularly limited, but examples include sodium octanoate, sodium decanoate, sodium palmitate, sodium stearate, etc.
前記のスルホン酸型としては、特に限定するものではないが、例えば、ヘキサンスルホン酸ナトリウム、デカンスルホン酸ナトリウム、トルエンスルホン酸ナトリウム、オクチルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ナフタレンスルホン酸ナトリウム等が挙げられる。 The sulfonic acid type is not particularly limited, but examples include sodium hexanesulfonate, sodium decanesulfonate, sodium toluenesulfonate, sodium octylbenzenesulfonate, sodium dodecylbenzenesulfonate, and sodium naphthalenesulfonate.
前記の硫酸エステル型としては、特に限定するものではないが、例えば、ラウリル硫酸ナトリウム、ラウレス硫酸ナトリウム、ラウリル硫酸アンモニウムなどが挙げられる。 The sulfate ester type is not particularly limited, but examples include sodium lauryl sulfate, sodium laureth sulfate, and ammonium lauryl sulfate.
前記のリン酸エステル型としては、特に限定するものではないが、例えば、ラウリルリン酸ナトリウム、ラウリルリン酸カリウム等が挙げられる。 The phosphate ester type is not particularly limited, but examples include sodium lauryl phosphate, potassium lauryl phosphate, etc.
非イオン界面活性剤としては、特に限定するものではないが、例えば、ポリエチレングリコール型界面活性剤、アセチレングリコール型界面活性剤、多価アルコール型界面活性剤、高分子型非イオン界面活性剤等が挙げられる。 Nonionic surfactants are not particularly limited, but examples include polyethylene glycol surfactants, acetylene glycol surfactants, polyhydric alcohol surfactants, and polymeric nonionic surfactants.
前記のポリエチレングリコール型界面活性剤としては、特に限定するものではないが、例えば、高級アルコールエチレンオキサイド付加物、アルキルフェノールエチレンオキサイド付加物、脂肪酸エチレンオキサイド付加物、多価アルコール脂肪酸エステルエチレンオキサイド付加物、高級アルキルアミンエチレンオキサイド付加物、油脂のエチレンオキサイド付加物、又はポリプロピレングリコールエチレンオキサイド付加物等が挙げられる。 The polyethylene glycol surfactant is not particularly limited, but examples include higher alcohol ethylene oxide adducts, alkylphenol ethylene oxide adducts, fatty acid ethylene oxide adducts, polyhydric alcohol fatty acid ester ethylene oxide adducts, higher alkylamine ethylene oxide adducts, ethylene oxide adducts of fats and oils, and polypropylene glycol ethylene oxide adducts.
前記のアセチレングリコール型界面活性剤としては、特に限定するものではないが、例えば、2,4,7,9-テトラメチル-5-デシン-4,7-ジオール、サーフィノール(登録商標、エアプロダクツ社製)、オルフィン(登録商標、日信化学工業社製)等が挙げられる。 The acetylene glycol surfactant is not particularly limited, but examples include 2,4,7,9-tetramethyl-5-decyne-4,7-diol, Surfynol (registered trademark, manufactured by Air Products Co., Ltd.), and Olfine (registered trademark, manufactured by Nissin Chemical Industry Co., Ltd.).
前記の多価アルコール型界面活性剤としては、特に限定するものではないが、例えば、グリセロールの脂肪酸エステル、ペンタエリスリトールの脂肪酸エステル、ソルビトール及びソルビタンの脂肪酸エステル、ショ糖の脂肪酸エステル、高アルコールのアルキルエーテル、アルカノールアミン類の脂肪酸アミド等が挙げられる。 The polyhydric alcohol surfactants are not particularly limited, but examples include fatty acid esters of glycerol, fatty acid esters of pentaerythritol, fatty acid esters of sorbitol and sorbitan, fatty acid esters of sucrose, alkyl ethers of higher alcohols, and fatty acid amides of alkanolamines.
前記の高分子型非イオン界面活性剤としては、特に限定するものではないが、特に限定するものではないが、ポリビニルピロリドン及びポリビニルピロリドンの共重合体等が挙げられる。ポリビニルピロリドンの共重合体としては、特に限定するものではないが、親水性部と疎水性部をポリマー鎖中に併せ持つものが好ましく、例えば、ポリビニルピロリドンをポリビニルアルコールにグラフトしたコポリマーや、[ビニルピロリドン-酢酸ビニル]ブロック共重合体、[ビニルピロリドン-メチルメタクリレート]共重合体、[ビニルピロリドン-ノルマルブチルメタクリレート]共重合体、[ビニルピロリドン-アクリルアミド]共重合体などが例示できる。 The polymeric nonionic surfactant is not particularly limited, but examples thereof include polyvinylpyrrolidone and polyvinylpyrrolidone copolymers. The polyvinylpyrrolidone copolymer is not particularly limited, but is preferably one having both hydrophilic and hydrophobic moieties in the polymer chain. Examples include copolymers in which polyvinylpyrrolidone is grafted onto polyvinyl alcohol, vinylpyrrolidone-vinyl acetate block copolymers, vinylpyrrolidone-methyl methacrylate copolymers, vinylpyrrolidone-normal butyl methacrylate copolymers, and vinylpyrrolidone-acrylamide copolymers.
以上のような重合反応を行うことによって、重合物を生成させることができるが、当該重合物については、重合物溶液又は重合物固体として得られる。前記重合物が重合物固体として得られる場合は、その固体の全部または一部が、陽極上の析出物として得られる傾向がある。 By carrying out the above-described polymerization reaction, a polymer can be produced, and the polymer can be obtained as a polymer solution or a polymer solid. When the polymer is obtained as a polymer solid, all or part of the solid tends to be obtained as a precipitate on the anode.
前記の重合物が重合物固体として得られた場合は、次の(ii)で表される溶解工程を実施して重合物溶液を取得する。 If the polymer is obtained as a solid polymer, the dissolution step shown in (ii) below is carried out to obtain a polymer solution.
次に、本願発明の(ii) 前記重合工程で得られた重合物が重合物固体である場合に行う、当該重合物固体と溶媒を混合して重合物溶液を得る溶解工程について説明する。 Next, we will explain (ii) the dissolution step of the present invention, which is carried out when the polymer obtained in the polymerization step is a solid polymer, in which the solid polymer is mixed with a solvent to obtain a polymer solution.
前記の重合工程で得られた重合物固体が電極上に析出している場合は、前記重合物固体は、前記電極からあらかじめ分離されることが好ましい。当該分離の方法については、特に限定するものではないが、打撃による剥離、超音波による剥離、へら等を用いた剥離、良溶媒を用いた溶解剥離等の方法を挙げることができる。なお、電極上に析出していたかどうかを問わず、得られた重合物固体についてはろ過処理することが好ましい。前記のろ過処理方法としては、特に限定するものではないが、吸引ろ過、加圧ろ過、自然ろ過が例示される。 If the polymer solid obtained in the polymerization step is precipitated on the electrode, it is preferable to separate the polymer solid from the electrode beforehand. The separation method is not particularly limited, but examples include impact peeling, ultrasonic peeling, peeling using a spatula, and dissolution peeling using a good solvent. Regardless of whether the polymer solid has precipitated on the electrode, it is preferable to filter the resulting polymer solid. Examples of the filtration method include, but are not limited to, suction filtration, pressure filtration, and natural filtration.
前記の重合物固体をろ過するのに用いるフィルターとしては、重合物を取得できるものであればよく、特に限定するものではないが、ろ紙、メンブレンフィルター、グラスフィルターなどが例示される。 The filter used to filter the polymer solids may be any filter that can obtain the polymer, and examples include, but are not limited to, filter paper, membrane filters, and glass filters.
次いで、上記で分離された重合物固体については、溶媒と混合することによって、重合物溶液が得られる。 The polymer solid separated above is then mixed with a solvent to obtain a polymer solution.
前記の溶媒としては、特に限定するものではないが、水、水を含む溶媒、又は水溶性溶媒であることが好ましく、水、水-水溶性アルコール混合溶媒、又は水溶性アルコールであることがより好ましい。 The solvent is not particularly limited, but is preferably water, a solvent containing water, or a water-soluble solvent, and more preferably water, a water-water-soluble alcohol mixed solvent, or a water-soluble alcohol.
水としては、例えば、純水が挙げられ、蒸留水、イオン交換水でもよい。 Examples of water include pure water, but distilled water and ion-exchanged water are also acceptable.
水溶性アルコールとしては、特に限定するものではないが、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、又はブタノール等のアルコール類が挙げられる。 Water-soluble alcohols include, but are not limited to, alcohols such as methanol, ethanol, propanol, and butanol.
これらの水性溶媒のうち、好ましくは、水、水-メタノール混合溶媒、又はメタノールであり、より好ましくは水である。また、当該水性溶媒については、脱気したり、窒素等の不活性ガスで置換したりしていてもよい。 Of these aqueous solvents, water, a water-methanol mixed solvent, or methanol is preferred, and water is more preferred. Furthermore, the aqueous solvent may be degassed or purged with an inert gas such as nitrogen.
上記の重合物溶液における重合物濃度については、特に限定するものではないが、0.01~20重量%の範囲とすることが好ましい。当該重合物濃度については、次の(iii)の工程の処理効率に優れる点で、0.1~10重量%であることが好ましく、0.2~5重量%であることが好ましい。 The polymer concentration in the polymer solution is not particularly limited, but is preferably in the range of 0.01 to 20% by weight. In terms of achieving excellent processing efficiency in the next step (iii), the polymer concentration is preferably 0.1 to 10% by weight, and more preferably 0.2 to 5% by weight.
なお、当該重合物溶液については、その粘度が、0.1~1000mPa・sの範囲であることが好ましい。 It is preferable that the viscosity of the polymer solution be in the range of 0.1 to 1000 mPa·s.
このようにして(i)の工程、又は(ii)の工程で製造された重合物溶液については、本願発明が目的とする鉄含有量が少ないことを特徴とする、導電性高分子溶液であり、このような工程によって、本願発明の目的とする導電性高分子溶液を製造することができる。 The polymer solution produced in step (i) or step (ii) in this manner is a conductive polymer solution characterized by a low iron content, which is the objective of the present invention, and this process makes it possible to produce the conductive polymer solution desired by the present invention.
次に、(iii)の工程である、前記の重合工程、又は溶解工程で得られた重合物溶液を、陰イオン交換樹脂と接触させて、前記重合物溶液中の陰イオンを水酸化物イオンにイオン交換する陰イオン交換工程について説明する。 Next, we will explain step (iii), which is the anion exchange step in which the polymer solution obtained in the polymerization step or dissolution step is brought into contact with an anion exchange resin to exchange the anions in the polymer solution for hydroxide ions.
前記の陰イオン交換樹脂としては、特に限定するものではないが、例えば、弱塩基性陰イオン交換樹脂や、強塩基性陰イオン交換樹脂などを挙げることができるが、上記の高分子の純度を効率よく上げられるという優れる点で、弱塩基性陰イオン交換樹脂が好ましい。更に、前記の弱塩基性陰イオン交換樹脂としては、特に限定するものではないが、アミン型弱塩基性陰イオン交換樹脂が好ましい。当該アミン型弱塩基性陰イオン交換樹脂としては、市販品を使用することができ、特に限定するものではないが、例えば、ダイヤイオン(登録商標)WA20、ダイヤイオン(登録商標)WA21、ダイヤイオン(登録商標)WA30(三菱化学社製)、アンバーライト(登録商標)IRA67、アンバーライト(登録商標)IRA96SB、アンバーライト(登録商標)IRA98(オルガノ社製)、ダウエックス(登録商標)66(ダウ社製)、デュオライトA368MS(ローム&ハース社製)、LEWATIT(登録商標)MP62WS、LEWATIT(登録商標)モノプラスMP64等が好適に使用され得る。 The anion exchange resin is not particularly limited, but examples include weakly basic anion exchange resins and strongly basic anion exchange resins. However, weakly basic anion exchange resins are preferred because they are superior in that they can efficiently increase the purity of the polymer. Furthermore, the weakly basic anion exchange resin is not particularly limited, but amine-type weakly basic anion exchange resins are preferred. The amine-type weakly basic anion exchange resin may be a commercially available product, and although not particularly limited, suitable products include Diaion (registered trademark) WA20, Diaion (registered trademark) WA21, and Diaion (registered trademark) WA30 (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), Amberlite (registered trademark) IRA67, Amberlite (registered trademark) IRA96SB, and Amberlite (registered trademark) IRA98 (manufactured by Organo Corporation), Dowex (registered trademark) 66 (manufactured by Dow), Duolite A368MS (manufactured by Rohm and Haas), LEWATIT (registered trademark) MP62WS, and LEWATIT (registered trademark) Monoplus MP64.
なお、得られた導電性高分子溶液については、更に別の精製、粘度調整、又は成分調整等の操作を行って、目的とする用途に適した導電性高分子溶液に調整することができる。 The resulting conductive polymer solution can then be further refined, viscosity adjusted, or component adjusted to produce a conductive polymer solution suitable for the intended application.
前記の別の精製としては、特に限定するものではないが、例えば、限外ろ過等を挙げることができる。 The above-mentioned alternative purification methods include, but are not limited to, ultrafiltration, for example.
前記の粘度調整の方法としては、特に限定するものではないが、例えば、溶媒を限外ろ過や留去により除去する方法や、溶媒を添加する方法が挙げられる。溶媒を添加する場合は、当該溶媒としては、特に限定するものではないが、重合工程に用いられる溶媒と同じものを例示することができ、水であることがより好ましい。 The viscosity adjustment method is not particularly limited, but examples include removing the solvent by ultrafiltration or distillation, or adding a solvent. When a solvent is added, the solvent is not particularly limited, but examples include the same solvents as those used in the polymerization process, and water is more preferred.
前記の成分調整については、特に限定するものではないが、導電性高分子組成物の分野で一般的に用いられる従来公知の添加剤を従来公知の方法に基づいて添加する等の操作を示すことができる。 The above-mentioned component adjustment is not particularly limited, but may involve adding conventionally known additives commonly used in the field of conductive polymer compositions according to conventionally known methods.
上記の製造方法によって製造された導電性高分子水溶液については、上記一般式(2)で表される繰り返し構造及び上記一般式(3)で表される繰り返し構造からなる群より選ばれる繰り返し構造を少なくとも2つ以上含むポリチオフェンを含むという特徴を備え、更に、鉄イオン含有量が少ないという特徴を備える。鉄イオン含有量が少ないため、本願発明の製造方法については、従来技術では常用的に行われていた陽イオン交換工程による精製操作が必須ではなくなり、工程削減ができ環境負荷を低減できるという効果を奏する。 The conductive polymer aqueous solution produced by the above manufacturing method is characterized by containing a polythiophene containing at least two repeating structures selected from the group consisting of the repeating structure represented by general formula (2) above and the repeating structure represented by general formula (3) above, and further characterized by a low iron ion content. Because the iron ion content is low, the manufacturing method of the present invention does not require the purification operation by cation exchange, which was commonly performed in conventional technology, resulting in reduced steps and a lower environmental impact.
なお、当該導電性高分子溶液については、その用途に適用するにおいて鉄イオン含有量が少ないことが望まれており、その鉄含有量が10ppm以下であることが好ましく、その鉄含有量が5ppm以下であることが好ましく、2ppm以下であることがより好ましく、0.5ppm以下であることがより好ましく、0.2ppm以下であることがより好ましい。 It is desirable that the conductive polymer solution have a low iron ion content when used in its intended application, and the iron content is preferably 10 ppm or less, more preferably 5 ppm or less, more preferably 2 ppm or less, even more preferably 0.5 ppm or less, and even more preferably 0.2 ppm or less.
次に本発明を実施例によって詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されて解釈されるものではない。 The present invention will now be described in detail using examples, but the present invention should not be construed as being limited to these.
(鉄イオン含有量測定法)
誘導結合高周波プラズマ発光分光分析(ICP-AES)を用い、内標法により当該導電性高分子溶液中の鉄イオン量を測定した。測定には、PerkinElmer社製 Optima 8300を使用した。
(Method for measuring iron ion content)
The amount of iron ions in the conductive polymer solution was measured by an internal standard method using inductively coupled plasma atomic emission spectrometry (ICP-AES) on an Optima 8300 manufactured by PerkinElmer.
(導電率測定法)
UV/O3処理を行った5cm四方のガラス基板に導電性高分子溶液をキャストし、120℃にて乾燥して導電性高分子を含む膜を成膜した。さらに150℃で1時間熱処理を実施した。得られた膜の厚み及び表面の電気抵抗を測定し、以下の式に基づき導電率を算出した。
(Conductivity measurement method)
The conductive polymer solution was cast onto a 5 cm square glass substrate that had been treated with UV/O 3 , and dried at 120°C to form a film containing the conductive polymer. This was then heat-treated at 150°C for 1 hour. The thickness and surface electrical resistance of the resulting film were measured, and the conductivity was calculated using the following formula:
導電率[S/cm]=104/(表面抵抗率[Ω/□]×膜厚[μm])
(分子量測定法)
装置:東ソー社製GPC8020
カラム:TSKGelα-M+guardcolumnα
検出器:UV-8020(335nm)
溶離液:ジメチルスルホキシド/10mM-LiBr
検出温度:50℃
流速:0.6mL/min
注入量:20μL(約1000ppm)
標準試料:プルラン
試料調整法:導電性高分子水溶液( 固形分濃度= 0.7重量%)2gに、50重量%のジイソプロピルアミン/メタノール溶液 1.2gを添加し、室温下、一晩撹拌した。得られた溶液を濃縮乾固して濃紫色の固形物を得た。前記固形物の25mgに、極性有機溶媒であるジメチルスルホキシド25mLを添加し一晩静置した。次いで、0.45μm-シリンジフィルターで濾過し分析試料とした。
Electrical conductivity [S/cm] = 10 4 / (Surface resistivity [Ω/□] x Film thickness [μm])
(Molecular weight measurement method)
Apparatus: Tosoh GPC8020
Column: TSK Gel α-M + guard column α
Detector: UV-8020 (335 nm)
Eluent: dimethyl sulfoxide/10 mM LiBr
Detection temperature: 50°C
Flow rate: 0.6mL/min
Injection volume: 20μL (approx. 1000ppm)
Standard sample: Pullulan. Sample preparation method: 1.2 g of a 50 wt % diisopropylamine/methanol solution was added to 2 g of a conductive polymer aqueous solution (solid content = 0.7 wt %) and stirred overnight at room temperature. The resulting solution was concentrated to dryness to obtain a deep purple solid. 25 mL of dimethyl sulfoxide, a polar organic solvent, was added to 25 mg of the solid and allowed to stand overnight. The solution was then filtered through a 0.45 μm syringe filter to prepare an analytical sample.
実施例1
(重合の方法)
重合は、標準的な3電極セルを使用して25℃で実施した。作用電極、カウンター電極は白金板(2.0cmx2.5cm)であり、標準電極は銀/塩化銀電極であった。セルに3-ジヒドロチエノ[3,4-b]-[1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-2-メチル-1-プロパンスルホン酸ナトリウム(下記一般式(5)で表されるチオフェンモノマー) 0.50gをいれ、純水 30g、及び44%硫酸 8.7g加えた後5分攪拌して溶解させた。この時のモノマーの濃度は、1.3重量%であった。また、仕込み溶液のpHは、0.5であった。次に、セルに電極を装着し、作用電極に標準電極に対して+1.1Vの電位を2時間印加することにより、作用電極上に濃群青色の固形物が析出した。析出物は、前記のチオフェンモノマーが重合したポリチオフェン(下記一般式(6)及び下記一般式(7)で表される繰り返し構造を含む重合体)であった。
Example 1
(Polymerization Method)
Polymerization was carried out at 25°C using a standard three-electrode cell. The working electrode and counter electrode were platinum plates (2.0 cm x 2.5 cm), and the standard electrode was a silver/silver chloride electrode. 0.50 g of sodium 3-dihydrothieno[3,4-b]-[1,4]dioxin-2-yl)methoxy]-2-methyl-1-propanesulfonate (a thiophene monomer represented by the following general formula (5)) was placed in the cell, and 30 g of purified water and 8.7 g of 44% sulfuric acid were added, followed by stirring for 5 minutes to dissolve the monomer. The monomer concentration at this time was 1.3 wt %. The pH of the starting solution was 0.5. Next, the electrodes were attached to the cell, and a potential of +1.1 V relative to the standard electrode was applied to the working electrode for 2 hours, resulting in the deposition of a deep ultramarine solid on the working electrode. The precipitate was polythiophene (a polymer containing repeating units represented by the following general formula (6) and the following general formula (7)) formed by polymerizing the thiophene monomer.
(重合物の精製)
電気化学的酸化重合により陽極上に析出したポリチオフェン(上記一般式(6)及び上記一般式(7)で表される繰り返し構造を含む重合体)が含まれる重合物を陽極から分離し、ろ過により回収し、次いで、得られた重合物に対して純水を16g加えて攪拌後、超音波ホモジナイザーにより15分間ホモジナイズすることで重合物溶液を得た。前記重合物溶液を、陰イオン交換樹脂(LEWATIT(登録商標)MP62WS)に通液し、濃度1.3重量%のポリチオフェン(上記一般式(6)及び上記一般式(7)で表される繰り返し構造を含む重合体であって、導電性高分子)を含む濃群青色水溶液(導電性高分子溶液)を得た。
(Purification of Polymer)
A polymer containing polythiophene (a polymer containing repeating units represented by the general formula (6) and the general formula (7)) deposited on the anode by electrochemical oxidative polymerization was separated from the anode and recovered by filtration. Next, 16 g of pure water was added to the resulting polymer, and the mixture was stirred and then homogenized for 15 minutes using an ultrasonic homogenizer to obtain a polymer solution. The polymer solution was passed through an anion exchange resin (LEWATIT (registered trademark) MP62WS) to obtain a deep ultramarine aqueous solution (conductive polymer solution) containing 1.3 wt % polythiophene (a polymer containing repeating units represented by the general formula (6) and the general formula (7) and thus a conductive polymer).
(鉄イオン含有量)
前記方法により、濃度1.3重量%のポリチオフェン(下記一般式(6)及び下記一般式(7)で表される繰り返し構造を含む重合体)を含む水溶液に含まれる鉄イオン量を測定した。その結果、鉄イオン含有量は0.19ppmであった。
(iron ion content)
The amount of iron ions contained in an aqueous solution containing polythiophene (a polymer containing repeating units represented by the following general formula (6) and the following general formula (7)) at a concentration of 1.3 wt % was measured by the above method. As a result, the iron ion content was 0.19 ppm.
(導電率)
得られた導電性高分子について、前記の導電性測定方法により導電率を測定したところ、150S/cmであった。
(conductivity)
The conductivity of the resulting conductive polymer was measured by the above-mentioned conductivity measuring method and was found to be 150 S/cm.
(分子量)
得られた導電性高分子について、前記の分子量測定方法により分子量を測定したところ、重量平均分子量は4,755であった。
(molecular weight)
The molecular weight of the resulting conductive polymer was measured by the above-mentioned molecular weight measurement method, and the weight average molecular weight was found to be 4,755.
実施例2
実施例1において、2時間印加を1時間印加に変更した以外は、実施例1と同様の重合方法の操作を行い、次いで、実施例1と同様の重合物の精製操作を行って、濃度1.0重量%のポリチオフェン(上記一般式(6)及び上記一般式(7)で表される繰り返し構造を含む重合体であって、導電性高分子)を含む濃群青色水溶液(導電性高分子溶液)を得た。なお、仕込み溶液のpHは、0.5であった。
Example 2
The same polymerization procedure as in Example 1 was carried out, except that the voltage application time was changed from 2 hours to 1 hour, and then the same purification procedure of the polymer as in Example 1 was carried out to obtain a deep ultramarine aqueous solution (conductive polymer solution) containing a concentration of 1.0 wt % of polythiophene (a conductive polymer, a polymer containing repeating units represented by the above general formula (6) and the above general formula (7)). The pH of the charged solution was 0.5.
(鉄イオン含有量)
前記方法により、濃度1.0重量%のポリチオフェン(下記一般式(6)及び下記一般式(7)で表される繰り返し構造を含む重合体)を含む水溶液に含まれる鉄イオン量を測定した。その結果、鉄イオン含有量は0.19ppmであった。
(iron ion content)
The amount of iron ions contained in an aqueous solution containing polythiophene (a polymer containing repeating units represented by the following general formula (6) and the following general formula (7)) at a concentration of 1.0 wt % was measured by the above method. As a result, the iron ion content was 0.19 ppm.
(導電率)
得られた導電性高分子について、前記の導電性測定方法により導電率を測定したところ、122S/cmであった。
(conductivity)
The conductivity of the resulting conductive polymer was measured by the above-mentioned conductivity measuring method and was found to be 122 S/cm.
(分子量)
得られた導電性高分子について、前記の分子量測定方法により分子量を測定したところ、重量平均分子量は4,709であった。
(molecular weight)
The molecular weight of the resulting conductive polymer was measured by the above-mentioned molecular weight measurement method, and the weight average molecular weight was found to be 4,709.
実施例3
実施例1において、3-ジヒドロチエノ[3,4-b]-[1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-2-メチル-1-プロパンスルホン酸ナトリウム(下記一般式(5)で表されるチオフェンモノマー) 0.50gを 1.0gに変更し、純水 30gを 63gに変更し、44%硫酸 8.7gをパラトルエンスルホン酸 15gに変更し(この時のモノマーの濃度は、1.3重量%であった。なお、仕込み溶液のpHは、0.34であった。)、 +1.1Vの電位の2時間印加を+1.1Vの電位の75分時間印加に変更した以外は、実施例1と同様の重合方法の操作を行い、ポリチオフェン(上記一般式(6)及び上記一般式(7)で表される繰り返し構造を含む重合体であって、導電性高分子)を含む濃群青色水溶液(導電性高分子溶液)を得た。
Example 3
In Example 1, the amount of sodium 3-dihydrothieno[3,4-b]-[1,4]dioxin-2-yl)methoxy]-2-methyl-1-propanesulfonate (a thiophene monomer represented by the following general formula (5)) was changed from 0.50 g to 1.0 g, the amount of pure water was changed from 30 g to 63 g, and 8.7 g of 44% sulfuric acid was changed to 15 g of paratoluenesulfonic acid (the monomer concentration at this time was 1.3 wt %. The pH of the charged solution was 0.34), and the application of a potential of +1.1 V for 2 hours was changed to the application of a potential of +1.1 V for 75 minutes. Except for this, a deep ultramarine aqueous solution (conductive polymer solution) containing polythiophene (a polymer comprising repeating units represented by the above general formulas (6) and (7) is obtained).
実施例4
実施例1において、純水 30gを 35gに変更し、44%硫酸 8.7gを35%塩酸 4.1gに変更し(この時のモノマーの濃度は、1.3重量%であった。なお、仕込み溶液のpHは、0.47であった。)、 +1.1Vの電位の2時間印加を+1.1Vの電位の10分時間印加に変更した以外は、実施例1と同様の重合方法の操作を行い、ポリチオフェン(上記一般式(6)及び上記一般式(7)で表される繰り返し構造を含む重合体であって、導電性高分子)を含む濃群青色水溶液(導電性高分子溶液)を得た。
Example 4
The same polymerization procedures as in Example 1 were carried out, except that the amount of pure water was changed from 30 g to 35 g, and 8.7 g of 44% sulfuric acid was changed to 4.1 g of 35% hydrochloric acid (the monomer concentration at this time was 1.3 wt %. The pH of the charged solution was 0.47), and the application of a potential of +1.1 V for 10 minutes was changed from 2 hours, to obtain a deep ultramarine aqueous solution (conductive polymer solution) containing polythiophene (a conductive polymer, a polymer containing repeating units represented by the above general formula (6) and the above general formula (7)).
実施例5
実施例1において、純水 30gを 36gに変更し、44%硫酸 8.7gをリン酸 2.6gに変更した(この時のモノマーの濃度は、1.3重量%であった。なお、仕込み溶液のpHは、1.2であった。)以外は、実施例1と同様の重合方法の操作を行い、ポリチオフェン(上記一般式(6)及び上記一般式(7)で表される繰り返し構造を含む重合体であって、導電性高分子)を含む濃群青色水溶液(導電性高分子溶液)を得た。
Example 5
The same polymerization procedure as in Example 1 was carried out, except that the amount of pure water was changed from 30 g to 36 g, and that 8.7 g of 44% sulfuric acid was changed to 2.6 g of phosphoric acid (the monomer concentration at this time was 1.3 wt %. The pH of the charged solution was 1.2). This resulted in a deep ultramarine aqueous solution (conductive polymer solution) containing polythiophene (a conductive polymer, a polymer containing repeating units represented by the above general formula (6) and the above general formula (7)).
実施例6
実施例1において、純水 30gを 31gに変更し、44%硫酸 8.7gをメタンスルホン酸 7.5gに変更し(この時のモノマーの濃度は、1.3重量%であった。なお、仕込み溶液のpHは、0.25であった。)、 +1.1Vの電位の2時間印加を+0.95Vの電位の10分時間印加に変更した以外は、実施例1と同様の重合方法の操作を行い、ポリチオフェン(上記一般式(6)及び上記一般式(7)で表される繰り返し構造を含む重合体であって、導電性高分子)を含む濃群青色水溶液(導電性高分子溶液)を得た。
Example 6
The same polymerization procedures as in Example 1 were carried out, except that in Example 1, 30 g of pure water was changed to 31 g, 8.7 g of 44% sulfuric acid was changed to 7.5 g of methanesulfonic acid (the monomer concentration at this time was 1.3 wt %. The pH of the charged solution was 0.25), and the application of a potential of +1.1 V for 2 hours was changed to the application of a potential of +0.95 V for 10 minutes, thereby obtaining a deep ultramarine aqueous solution (conductive polymer solution) containing polythiophene (a conductive polymer, a polymer comprising repeating units represented by the above general formula (6) and the above general formula (7)).
実施例7
実施例1において、純水 30gを 31gに変更し、44%硫酸 8.7gを60%硝酸 8.2gに変更し(この時のモノマーの濃度は、1.3重量%であった。なお、仕込み溶液のpHは、0.13であった。)、 +1.1Vの電位の2時間印加を+0.95Vの電位の10分時間印加に変更した以外は、実施例1と同様の重合方法の操作を行い、ポリチオフェン(上記一般式(6)及び上記一般式(7)で表される繰り返し構造を含む重合体であって、導電性高分子)を含む濃群青色水溶液(導電性高分子溶液)を得た。
Example 7
The same polymerization procedures as in Example 1 were carried out, except that in Example 1, the amount of pure water was changed from 30 g to 31 g, 8.7 g of 44% sulfuric acid was changed to 8.2 g of 60% nitric acid (the monomer concentration at this time was 1.3 wt %. The pH of the charged solution was 0.13), and the application of a potential of +1.1 V for 2 hours was changed to the application of a potential of +0.95 V for 10 minutes, thereby obtaining a deep ultramarine aqueous solution (conductive polymer solution) containing polythiophene (a conductive polymer, a polymer containing repeating units represented by the above general formula (6) and the above general formula (7)).
実施例8
実施例1と同様の装置を使用した。セルに3-ジヒドロチエノ[3,4-b]-[1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-2-メチル-1-プロパンスルホン酸ナトリウム(下記一般式(5)で表されるチオフェンモノマー) 0.50gをいれ、純水 34g、及び酢酸4.7gを加えた後5分攪拌して溶解させた(この時のモノマーの濃度は、1.3重量%であった。なお、仕込み溶液のpHは、2.3であった。)。次に、セルに電極を装着し、作用電極に標準電極に対して+1.4Vの電位を2時間印加することにより、作用電極上に析出した濃群青色の固形物および濃群青色の溶液を取得した。濃群青色の固形物および濃群青色の溶液は、どちらも前記のチオフェンモノマーが重合したポリチオフェン(上記一般式(6)及び上記一般式(7)で表される繰り返し構造を含む重合体)を含有していた。
Example 8
The same apparatus as in Example 1 was used. 0.50 g of sodium 3-dihydrothieno[3,4-b]-[1,4]dioxin-2-yl)methoxy]-2-methyl-1-propanesulfonate (a thiophene monomer represented by the following general formula (5)) was placed in a cell, and 34 g of pure water and 4.7 g of acetic acid were added. The mixture was then stirred for 5 minutes to dissolve the monomer (the monomer concentration at this stage was 1.3 wt %. The pH of the starting solution was 2.3). Next, an electrode was attached to the cell, and a potential of +1.4 V relative to the standard electrode was applied to the working electrode for 2 hours, yielding a deep ultramarine solid precipitated on the working electrode and a deep ultramarine solution. Both the deep ultramarine solid and the deep ultramarine solution contained polythiophene (a polymer containing the repeating units represented by the above general formulas (6) and (7)) formed by polymerization of the thiophene monomer.
実施例9
50mLビーカーに3-ジヒドロチエノ[3,4-b]-[1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-2-メチル-1-プロパンスルホン酸ナトリウム(下記一般式(5)で表されるチオフェンモノマー) 0.50gをいれ、メタノール 36g、及びメタンスルホン酸 2.0gを加えた後5分攪拌して溶解させた。次に、ビーカーに1対の白金板(2.0cmx2.5cm)を電極として装着し、電極に直流電源装置を接続し、+1.0Vの電位を10分印加することにより、赤紫色の溶液を取得した。この溶液を空気雰囲気で一晩攪拌することで、青色の溶液を取得した。溶液は、前記のチオフェンモノマーが重合したポリチオフェン(上記一般式(6)及び上記一般式(7)で表される繰り返し構造を含む重合体)を含有していた。
Example 9
A 50 mL beaker was charged with 0.50 g of sodium 3-dihydrothieno[3,4-b]-[1,4]dioxin-2-yl)methoxy]-2-methyl-1-propanesulfonate (a thiophene monomer represented by the following general formula (5)), and 36 g of methanol and 2.0 g of methanesulfonic acid were added. The mixture was then stirred for 5 minutes to dissolve the solution. Next, a pair of platinum plates (2.0 cm x 2.5 cm) were attached to the beaker as electrodes, a DC power supply was connected to the electrodes, and a potential of +1.0 V was applied for 10 minutes to obtain a reddish-purple solution. This solution was stirred overnight in an air atmosphere to obtain a blue solution. The solution contained polythiophene (a polymer containing the repeating units represented by the above general formulas (6) and (7)) polymerized from the thiophene monomer.
参考例1
500mLセパラブルフラスコに、3-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b]-[1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-1-メチル-1-プロパンスルホン酸ナトリウム(上記一般式(5)で表されるチオフェンモノマー)10g(30mmol)と水150gを加えた。溶解後、室温下、無水塩化鉄(III)2.94g(18.1mmol)を加えて20分攪拌した。その後、過硫酸ナトリウム14.5g(60.4mmol)と水100gからなる混合溶液を反応液温度が30℃以下を保持しながら滴下した。次いで、室温で3時間攪拌したのち、反応液を800gのアセトンに滴下させ黒色のNa型のポリマーを析出させた。ポリマーを濾過・真空乾燥することで、18.0gの3-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b]-[1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-1-メチル-1-プロパンスルホン酸ナトリウムの粗ポリマーを得た。
Reference example 1
A 500 mL separable flask was charged with 10 g (30 mmol) of sodium 3-[(2,3-dihydrothieno[3,4-b]-[1,4]dioxin-2-yl)methoxy]-1-methyl-1-propanesulfonate (a thiophene monomer represented by the general formula (5) above) and 150 g of water. After dissolution, 2.94 g (18.1 mmol) of anhydrous iron(III) chloride was added at room temperature and stirred for 20 minutes. Thereafter, a mixed solution consisting of 14.5 g (60.4 mmol) of sodium persulfate and 100 g of water was added dropwise while maintaining the reaction solution temperature at 30°C or below. Next, after stirring at room temperature for 3 hours, the reaction solution was added dropwise to 800 g of acetone to precipitate a black Na-type polymer. The polymer was filtered and dried under vacuum to obtain 18.0 g of crude polymer of sodium 3-[(2,3-dihydrothieno[3,4-b]-[1,4]dioxin-2-yl)methoxy]-1-methyl-1-propanesulfonate.
次に、この粗ポリマー14.5gに水を加え固形分2重量%に調製した水溶液725gのうち700gを、陽イオン交換樹脂Lewatit Mono PlusS100(H型)200mLを充填したカラムに通液(空間速度=1.1)することによりH型のポリマー水溶液を738g得た。更に、本ポリマー水溶液をクロスフロー式限外ろ過(ろ過器=ビバフロー200,分画分子量=5,000、透過倍率=5)により精製することによりポリチオフェン(上記一般式(6)及び上記一般式(7)で表される繰り返し構造を含む重合体)を含む濃群青色水溶液を698g取得した。前記ポリチオフェン水溶液に含まれるポリマー量(固形物含量)は0.74重量%であった。また、ICP-MS分析を行ったところ、前記ポリチオフェン水溶液は、その固形物量を基準として、鉄イオンを44ppm含んでいた。すなわち、前記ポリチオフェン水溶液(導電性高分子水溶液)としては、0.32ppmの鉄イオンを含んでいた。 Next, 14.5 g of this crude polymer was added to water to prepare a 2 wt% solids solution. 700 g of this solution was passed through a column packed with 200 mL of Lewatit Mono Plus S100 (H-type) cation exchange resin (space velocity = 1.1), yielding 738 g of an H-type polymer solution. This polymer solution was then purified by crossflow ultrafiltration (Vivaflow 200 filter, molecular weight cutoff = 5,000, permeability = 5), yielding 698 g of a deep ultramarine-colored solution containing polythiophene (a polymer containing repeating units represented by the general formulas (6) and (7)). The polymer content (solids content) of the polythiophene solution was 0.74 wt%. Furthermore, ICP-MS analysis revealed that the polythiophene solution contained 44 ppm of iron ions based on the solids content. That is, the polythiophene aqueous solution (conductive polymer aqueous solution) contained 0.32 ppm of iron ions.
本願発明の導電性高分子溶液の製造方法は、陽イオン交換操作を行うことなく、従来同等の鉄イオン含有量が少ない導電性高分子溶液を得ることができる。本願発明の製造方法により得られる導電性高分子溶液は、有機EL、LCD、コンデンサ、帯電防止剤等への応用も期待できる。 The method for producing a conductive polymer solution of the present invention can produce a conductive polymer solution with a low iron ion content equivalent to conventional solutions, without the need for a cation exchange operation. The conductive polymer solution obtained by the production method of the present invention is also expected to be applicable to organic EL, LCD, capacitors, antistatic agents, etc.
Claims (6)
で表される繰り返し構造からなる群より選ばれる繰り返し構造を少なくとも2つ以上含むポリチオフェンを含む導電性高分子溶液を製造する製造方法であって、
(i) 少なくとも下記一般式(1)で表されるチオフェンモノマーを含むモノマーと、溶媒と、酸を含む溶液に少なくとも1対の電極を接触させ、前記の電極間に電位差を印加することによってモノマーを重合させて重合物固体又は重合物溶液を得る重合工程、
(ii) 前記重合工程で得られた重合物が重合物固体である場合は、当該重合物固体と溶媒を混合して重合物溶液を得る溶解工程、
を含むことを特徴とする、導電性高分子溶液の製造方法。
A method for producing a conductive polymer solution containing polythiophene having at least two or more repeating structures selected from the group consisting of repeating structures represented by the following formula:
(i) a polymerization step of bringing at least one pair of electrodes into contact with a solution containing at least a thiophene monomer represented by the following general formula (1), a solvent, and an acid, and applying a potential difference between the electrodes to polymerize the monomer, thereby obtaining a polymer solid or a polymer solution;
(ii) a dissolving step in which, when the polymer obtained in the polymerization step is a polymer solid, the polymer solid is mixed with a solvent to obtain a polymer solution;
A method for producing a conductive polymer solution, comprising:
(iii) 前記の重合工程、又は溶解工程で得られた重合物溶液を、陰イオン交換樹脂と接触させて、前記重合物溶液中の陰イオンを水酸化物イオンにイオン交換する陰イオン交換工程、
を更に含むことを特徴とする、製造方法。 The manufacturing method according to any one of claims 1 to 5,
(iii) an anion exchange step of contacting the polymer solution obtained in the polymerization step or dissolution step with an anion exchange resin to exchange the anions in the polymer solution with hydroxide ions;
The manufacturing method further comprises:
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