JP7757777B2 - Conductive polymer solution, conductive polymer thin film, and method for producing the same - Google Patents
Conductive polymer solution, conductive polymer thin film, and method for producing the sameInfo
- Publication number
- JP7757777B2 JP7757777B2 JP2021209805A JP2021209805A JP7757777B2 JP 7757777 B2 JP7757777 B2 JP 7757777B2 JP 2021209805 A JP2021209805 A JP 2021209805A JP 2021209805 A JP2021209805 A JP 2021209805A JP 7757777 B2 JP7757777 B2 JP 7757777B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- conductive polymer
- group
- ether
- polymer solution
- thin film
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Polyoxymethylene Polymers And Polymers With Carbon-To-Carbon Bonds (AREA)
- Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)
Description
本発明は、導電性高分子溶液、導電性高分子薄膜及びその製造方法に関する。より具体的には、本発明は、π共役系導電性高分子溶液、それを用いた導電性高分子薄膜の製造方法、及び導電性高分子薄膜に関する。 The present invention relates to a conductive polymer solution, a conductive polymer thin film, and a method for producing the same. More specifically, the present invention relates to a π-conjugated conductive polymer solution, a method for producing a conductive polymer thin film using the same, and a conductive polymer thin film.
ポリアセチレン、ポリチオフェン、ポリアニリン及びポリピロール等に代表されるπ共役高分子に対して、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。外部ドープ型導電性高分子は、不溶不融であるために精製が困難である、あるいは安定したドーピングを維持することが難しい、という課題を有している。 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, externally doped conductive polymers have the drawback of being insoluble and infusible, making them difficult to purify and maintaining stable doping.
一方で、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ている。自己ドープ型導電性高分子には、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)(PEDOT-S)は、比較的高い導電率を示すことが報告されている(例えば特許文献1、非特許文献3、4参照)。また、PEDOT-S以外に、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が報告されている(例えば、特許文献2参照)。 Meanwhile, 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. Known examples of self-doped conductive 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) (PEDOT-S), which is substituted with linear alkylenesulfonic acid groups, has been reported to exhibit relatively high conductivity (see, for example, Patent Document 1 and Non-Patent Documents 3 and 4). In addition to PEDOT-S, other self-doped conductive polymers have also been reported that combine high conductivity with excellent water solubility (see, for example, Patent Document 2).
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)及び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ている。また、近年、新規な用途として透明電極又は固体電解コンデンサへの適用検討が盛んに検討されている。このように半導体技術が急速な発展を遂げる中で、市場からはさらに高い導電性を有する導電性高分子及び導電性高分子薄膜が要求されている。 Conductive polymers are widely used in a variety of electronics applications, including liquid crystal displays (LCDs) and organic electroluminescence (OLEDs), in televisions, computers, and the various mobile devices that have become popular in recent years. In addition, new applications for conductive polymers, such as transparent electrodes and solid electrolytic capacitors, have been actively explored in recent years. Amid this rapid development in semiconductor technology, the market is demanding conductive polymers and conductive polymer thin films with even higher conductivity.
π共役型導電性高分子は、帯電防止材、LCD、有機EL、コンデンサの固体電解質又は透明電極等への応用が期待される。自己ドープ型導電性高分子及びその薄膜の導電性を高めることができれば、前記の用途の性能をさらに向上させることが可能である。 π-conjugated conductive polymers are expected to be used in antistatic materials, solid electrolytes or transparent electrodes for LCDs, organic electroluminescence (EL), and capacitors. If the conductivity of self-doped conductive polymers and their thin films can be increased, it will be possible to further improve the performance of these applications.
本発明の目的は、従来のπ共役型導電性高分子の導電率を向上させることが可能な技術を提供することである。 The object of the present invention is to provide a technology that can improve the conductivity of conventional π-conjugated conductive polymers.
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、π共役系導電性高分子と、ジアルキレングリコールモノアルキルエーテルを含む導電性高分子溶液が、従来に無い高度な結晶構造規則性を有する導電性高分子薄膜を形成し、その結果、π共役系導電性高分子で形成した導電性高分子薄膜の導電性が向上するという効果を発現することを見出し、本発明を完成させるに至った。 As a result of extensive research aimed at solving the above-mentioned problems, the inventors discovered that a conductive polymer solution containing a π-conjugated conductive polymer and a dialkylene glycol monoalkyl ether forms a conductive polymer thin film with a high degree of crystal structure regularity not previously observed, and as a result, the conductivity of the conductive polymer thin film formed from the π-conjugated conductive polymer is improved, leading to the completion of the present invention.
すなわち、本発明は以下に示す導電性高分子溶液、それを用いた導電性高分子膜の製造方法、及び導電性高分子薄膜に関する。 That is, the present invention relates to the following conductive polymer solution, a method for producing a conductive polymer film using the same, and a conductive polymer thin film.
[1]
π共役系導電性高分子と、ジアルキレングリコールモノアルキルエーテルとを含有する導電性高分子溶液。
[1]
A conductive polymer solution containing a π-conjugated conductive polymer and a dialkylene glycol monoalkyl ether.
[2]
前記π共役系導電性高分子の含有量が0.01~10重量%であり、且つ前記ジアルキレングリコールモノアルキルエーテルの含有量が0.01~6重量%である、[1]に記載の導電性高分子溶液。
[2]
The conductive polymer solution according to [1], wherein the content of the π-conjugated conductive polymer is 0.01 to 10% by weight, and the content of the dialkylene glycol monoalkyl ether is 0.01 to 6% by weight.
[3]
前記π共役系導電性高分子1重量部に対する前記ジアルキレングリコールモノアルキルエーテルの含有比率が0.2~2重量部である、[1]又は[2]に記載の導電性高分子溶液。
[3]
The conductive polymer solution according to [1] or [2], wherein the content ratio of the dialkylene glycol monoalkyl ether relative to 1 part by weight of the π-conjugated conductive polymer is 0.2 to 2 parts by weight.
[4]
前記π共役系導電性高分子が、下記一般式(1)で表される構造単位及び下記一般式(2)で表される構造単位からなる群より選ばれる少なくとも一種の構造単位を少なくとも2つ以上含むポリチオフェンである、[1]~[3]のいずれかに記載の導電性高分子溶液。
[4]
The conductive polymer solution according to any one of [1] to [3], wherein the π-conjugated conductive polymer is a polythiophene containing at least two or more structural units of at least one kind selected from the group consisting of a structural unit represented by the following general formula (1) and a structural unit represented by the following general formula (2):
[一般式(1)において、M+は、水素イオン、アルカリ金属イオン、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。一般式(1)及び(2)において、R1は、水素原子、メチル基、エチル基、炭素数3~6の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキル基、又はフッ素原子を表し、mは独立して1~10の整数を表し、nは独立して0又は1を表す。] [In general formula (1), M + represents a hydrogen ion, an alkali metal ion, a conjugate acid of an amine compound, or a quaternary ammonium cation. In general formulas (1) and (2), R1 represents a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group, a linear or branched alkyl group having 3 to 6 carbon atoms, or a fluorine atom; m independently represents an integer of 1 to 10; and n independently represents 0 or 1.]
[5]
前記R1が、水素原子、メチル基、又はフッ素原子である、[4]に記載の導電性高分子溶液。
[5]
The conductive polymer solution according to [4], wherein R 1 is a hydrogen atom, a methyl group, or a fluorine atom.
[6]
前記M+が、水素イオンである、[4]又は[5]に記載の導電性高分子溶液。
[6]
The conductive polymer solution according to [4] or [5], wherein the M + is a hydrogen ion.
[7]
前記ポリチオフェンのゲル浸透クロマトグラフィー測定に基づくポリスチレンスルホン酸換算数平均分子量が3,500以上である、[4]~[6]のいずれかに記載の導電性高分子溶液。
[7]
The conductive polymer solution according to any one of [4] to [6], wherein the polythiophene has a number average molecular weight, calculated as polystyrene sulfonic acid, of 3,500 or more as measured by gel permeation chromatography.
[8]
前記ジアルキレングリコールモノアルキルエーテルが、ジエチレングリコール モノエチルエーテル、ジエチレングリコール モノ-n-プロピルエーテル、ジエチレングリコール モノ-n-ブチルエーテル、ジエチレングリコール モノ-n-ヘキシルエーテル、及びジエチレングリコール モノ-n-オクチルエーテルからなる群より選ばれる少なくとも一つである、「1」~[7]のいずれかに記載の導電性高分子溶液。
[8]
The conductive polymer solution according to any one of [1] to [7], wherein the dialkylene glycol monoalkyl ether is at least one selected from the group consisting of diethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol mono-n-propyl ether, diethylene glycol mono-n-butyl ether, diethylene glycol mono-n-hexyl ether, and diethylene glycol mono-n-octyl ether.
[9]
[1]~[8]のいずれかに記載の導電性高分子溶液を基材に塗布し、次いで、加熱乾燥させる、導電性高分子薄膜の製造方法。
[9]
A method for producing a conductive polymer thin film, comprising applying the conductive polymer solution according to any one of [1] to [8] to a substrate, and then heating and drying the applied conductive polymer solution.
[10]
π共役系導電性高分子を含む導電性高分子薄膜であって、out-of-plane測定でのX線回折において、2θ=5deg.付近に検出される(100)面の回折ピークの半値幅が0.9deg.以下である、導電性高分子薄膜。
[10]
A conductive polymer thin film containing a π-conjugated conductive polymer, wherein the half-width of a diffraction peak of a (100) plane detected near 2θ=5° in an X-ray diffraction measurement by out-of-plane measurement is 0.9° or less.
[11]
out-of-plane測定でのX線回折において、2θ=5deg.付近に検出される(100)面の回折ピークのピーク面積(A)に対する、2θ=25deg.付近に検出される(020)面の回折ピークのピーク面積(B)の比(B/A)が、0.1以下である、[10]に記載の導電性高分子薄膜。
[11]
The conductive polymer thin film according to [10], wherein in X-ray diffraction in out-of-plane measurement, the ratio (B/A) of the peak area (B) of the diffraction peak of the (020) plane detected in the vicinity of 2θ=25° to the peak area (A) of the diffraction peak of the (100) plane detected in the vicinity of 2θ=5° is 0.1 or less.
[12]
前記π共役系導電性高分子が、下記一般式(1)で表される構造単位及び下記一般式(2)で表される構造単位からなる群より選ばれる少なくとも一種の構造単位を少なくとも2つ以上含むポリチオフェンである、[10]又は[11]記載の導電性高分子薄膜。
[12]
The conductive polymer thin film according to [10] or [11], wherein the π-conjugated conductive polymer is a polythiophene containing at least two or more structural units of at least one kind selected from the group consisting of a structural unit represented by the following general formula (1) and a structural unit represented by the following general formula (2):
[一般式(1)において、M+は、水素イオン、アルカリ金属イオン、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。一般式(1)及び(2)において、R1は、水素原子、メチル基、エチル基、炭素数3~6の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキル基、又はフッ素原子を表し、mは1~10の整数を表し、nは0又は1を表す。] [In general formula (1), M + represents a hydrogen ion, an alkali metal ion, a conjugate acid of an amine compound, or a quaternary ammonium cation. In general formulas (1) and (2), R1 represents a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group, a linear or branched alkyl group having 3 to 6 carbon atoms, or a fluorine atom, m represents an integer of 1 to 10, and n represents 0 or 1.]
[13]
前記R1が、水素原子、メチル基、又はフッ素原子である、[12]に記載の導電性高分子薄膜。
[13]
The conductive polymer thin film according to [12], wherein R 1 is a hydrogen atom, a methyl group, or a fluorine atom.
[14]
前記M+が、水素イオンである、[12]又は[13]に記載の導電性高分子薄膜。
[14]
The conductive polymer thin film according to [12] or [13], wherein the M + is a hydrogen ion.
[15]
前記ポリチオフェンのゲル浸透クロマトグラフィー測定に基づくポリスチレンスルホン酸換算数平均分子量が3,500以上である、[12]~[14]のいずれかに記載の導電性高分子薄膜。
[15]
The conductive polymer thin film according to any one of [12] to [14], wherein the polythiophene has a number average molecular weight, calculated as polystyrene sulfonic acid, of 3,500 or more as measured by gel permeation chromatography.
本発明によれば、従来のπ共役型導電性高分子の導電率を向上させることが可能な技術を提供することができる。 The present invention provides a technology that can improve the conductivity of conventional π-conjugated conductive polymers.
以下、本発明を詳細に説明する。なお、本明細書において、「~」はその両端の数値を含む以上以下の数値範囲を意味する。 The present invention is described in detail below. In this specification, "~" means a numerical range that includes both the upper and lower limits of the numerical value.
本発明の実施形態に係る導電性高分子溶液は、π共役系導電性高分子と、ジアルキレングリコールモノアルキルエーテルとを含有する。 The conductive polymer solution according to an embodiment of the present invention contains a π-conjugated conductive polymer and a dialkylene glycol monoalkyl ether.
前記のπ共役系導電性高分子としては、特に限定されないが、例えば、酸性基を有するπ共役系導電性高分子を挙げることができる。より具体的には、ホスホン酸基、スルホン酸基、及びカルボキシ基からなる群より選択される少なくとも1つの酸性基を有することを特徴とする、フェニレンビニレン、ビニレン、チエニレン、ピロリレン、フェニレン、イミノフェニレン、イソチアナフテン、フリレン、及びカルバゾリレンからなる群から選ばれた少なくとも1種を繰り返し単位として含む、π共役系導電性高分子が挙げられる。 The π-conjugated conductive polymer is not particularly limited, but examples thereof include π-conjugated conductive polymers having acidic groups. More specifically, examples include π-conjugated conductive polymers that contain at least one acidic group selected from the group consisting of phosphonic acid groups, sulfonic acid groups, and carboxy groups, and that contain at least one repeating unit selected from the group consisting of phenylenevinylene, vinylene, thienylene, pyrrolylene, phenylene, iminophenylene, isothianaphthene, furylene, and carbazolylene.
前記のチエニレン系のπ共役系導電性高分子としては、特に限定されないが、例えば、下記一般式(1)で表される構造単位及び下記一般式(2)で表される構造単位からなる群より選ばれる少なくとも一種の構造単位を少なくとも2つ以上含むポリチオフェンを挙げることができる。 The thienylene-based π-conjugated conductive polymer is not particularly limited, but examples include polythiophenes containing at least two or more structural units selected from the group consisting of structural units represented by the following general formula (1) and structural units represented by the following general formula (2):
一般式(1)において、M+は、水素イオン、アルカリ金属イオン、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。一般式(1)及び(2)において、R1は、水素原子、メチル基、エチル基、炭素数3~6の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキル基、又はフッ素原子を表し、mは独立して1~10の整数を表し、nは独立して0又は1を表す。 In general formula (1), M + represents a hydrogen ion, an alkali metal ion, a conjugate acid of an amine compound, or a quaternary ammonium cation. In general formulas (1) and (2), R1 represents a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group, a linear or branched alkyl group having 3 to 6 carbon atoms, or a fluorine atom; m independently represents an integer of 1 to 10; and n independently represents 0 or 1.
上記一般式(2)で表される構造単位は、上記一般式(1)で表される構造単位のドーピング状態を表し、そのドーピング状態は、上記一般式(1)で表される構造単位中のスルホ基又はスルホナート基がp型ドーパントとして作用することにより発現する。 The structural unit represented by the general formula (2) above represents the doped state of the structural unit represented by the general formula (1), and this doped state is achieved by the sulfo group or sulfonate group in the structural unit represented by the general formula (1) above acting as a p-type dopant.
上記一般式(1)及び(2)中のR1で示される炭素数3~6の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキル基としては、特に限定されないが、例えば、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 linear or branched alkyl group having 3 to 6 carbon atoms represented by R 1 in the above general formulas (1) and (2) is not particularly limited, but examples thereof include 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.
R1については、成膜性に優れる点で、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、水素原子、メチル基、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。 R1 is preferably a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group, or a fluorine atom, more preferably a hydrogen atom, a methyl group, or a fluorine atom, and most preferably a methyl group, in terms of excellent film-forming properties.
上記式(1)中、M+は、水素イオン、アルカリ金属イオン、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。 In the above formula (1), M + represents a hydrogen ion, an alkali metal ion, 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、特に限定されないが、例えば、Liイオン、Naイオン、又はKイオンを挙げることができる。 The alkali metal ions are not particularly limited, but examples include Li ions, Na ions, and K ions.
前記アミン化合物の共役酸は、アミン化合物にプロトンが付加したカチオン化合物を表す。当該アミン化合物としては、特に限定されないが、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、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン等のsp3混成軌道を有するアミン化合物(以上、一般式N(R2)(R3)(R4)で表されるアミン化合物)、ピリジン、2-メチルピリジン、3-メチルピリジン、4-メチルピリジン(以上、ピリジン類)、イミダゾール、2-メチルイミダゾール、2-エチル-4-メチルイミダゾール、2-フェニルイミダゾール、2-フェニル-4-メチルイミダゾール、1-メチルイミダゾール、又は1,2-ジメチルイミダゾール(以上、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 conjugate acid of the amine compound represents a cationic compound in which a proton is added to an amine compound. The amine compound is not particularly limited, but examples thereof include amine compounds having an sp3 hybridized orbital such as ammonia, methylamine, dimethylamine, trimethylamine, ethylamine, diethylamine, triethylamine, monoethanolamine, diethanolamine, and triethanolamine (all of which are amine compounds represented by the general formula N(R 2 )(R 3 )(R 4 )), pyridine, 2-methylpyridine, 3-methylpyridine, and 4-methylpyridine (all of which are pyridines), imidazole, 2-methylimidazole, 2-ethyl-4-methylimidazole, 2-phenylimidazole, 2-phenyl-4-methylimidazole, 1-methylimidazole, and 1,2-dimethylimidazole (all of which are imidazoles), and the like.
なお、当該R2~R4は、各々独立して、水素原子、又は置換基を有していてもよい総炭素数1~40のアルキル基(このうち、炭素数3~40のアルキル基については、直鎖状、分岐鎖状、又は環状のいずれであってもよい)を表す。このうち、R2~R4は、各々独立して、水素原子、又は置換基を有していてもよい総炭素数1~20のアルキル基(このうち、炭素数3~20のアルキル基については、直鎖状、分岐鎖状、又は環状のいずれであってもよい)であることがより好ましく、各々独立して、水素原子、又は置換基を有していてもよい総炭素数1~6のアルキル基(このうち、炭素数3~6のアルキル基については、直鎖状、分岐鎖状、又は環状のいずれであってもよい)であることがさらに好ましい。 R 2 to R 4 each independently represent a hydrogen atom or an alkyl group having a total of 1 to 40 carbon atoms which may have a substituent (among which, alkyl groups having 3 to 40 carbon atoms may be linear, branched, or cyclic). Of these, it is more preferable that R 2 to R 4 each independently represent a hydrogen atom or an alkyl group having a total of 1 to 20 carbon atoms which may have a substituent (among which, alkyl groups having 3 to 20 carbon atoms may be linear, branched, or cyclic), and it is even more preferable that R 2 to R 4 each independently represent a hydrogen atom or an alkyl group having a total of 1 to 6 carbon atoms which may have a substituent (among which, alkyl groups having 3 to 6 carbon atoms may be linear, branched, or cyclic).
また、R2~R4が置換基を有するアルキル基である場合の当該置換基としては、例えば、炭素数1~6のアルコキシ基、炭素数1~20のアリール基、ヒドロキシ基、アミノ基、アルキルエーテル基、アリールエーテル基、チオール基、アルキルスルフィド基、又はカルボキシル基等が挙げることができ、より好ましくは、2-ヒドロキシエチル基、3-ヒドロキシプロピル基、2-ヒドロキシプロピル基、2,3-ジヒドロキシプロピル基等のヒドロキシ基を有するアルキル基が挙げられる。 Furthermore, when R 2 to R 4 are alkyl groups having a substituent, examples of the substituent include an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, an aryl group having 1 to 20 carbon atoms, a hydroxy group, an amino group, an alkyl ether group, an aryl ether group, a thiol group, an alkyl sulfide group, or a carboxyl group, and more preferably, an alkyl group having a hydroxy group such as a 2-hydroxyethyl group, a 3-hydroxypropyl group, a 2-hydroxypropyl group, or a 2,3-dihydroxypropyl group.
ここで、置換基を有していてもよい総炭素数1~40のアルキル基、又は置換基を有していてもよい総炭素数1~20のアルキル基としては、特に限定されないが、例えば、メチル基、エチル基、n-プロピル基、i-プロピル基、n-ブチル基、t-ブチル基、n-ヘキシル基、シクロヘキシル基、2-ヒドロキシエチル基、3-ヒドロキシプロピル基、2-ヒドロキシプロピル基、2,3-ジヒドロキシプロピル基、メトキシメチル基、エトキシメチル基、ヒドロキシエトキシエチル基、ヒドロキシエトキシエトキシエチル基、ベンジル基、フェネチル基、又はアミノエチル基等が挙げられる。 Here, the alkyl group having a total of 1 to 40 carbon atoms, which may have a substituent, or the alkyl group having a total of 1 to 20 carbon atoms, which may have a substituent, is not particularly limited, but examples include a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an i-propyl group, an n-butyl group, a t-butyl group, an n-hexyl group, a cyclohexyl group, a 2-hydroxyethyl group, a 3-hydroxypropyl group, a 2-hydroxypropyl group, a 2,3-dihydroxypropyl group, a methoxymethyl group, an ethoxymethyl group, a hydroxyethoxyethyl group, a hydroxyethoxyethoxyethyl group, a benzyl group, a phenethyl group, and an aminoethyl group.
前記の置換基を有していてもよい総炭素数1~6のアルキル基としては、特に限定されないが、例えば、メチル基、エチル基、n-プロピル基、i-プロピル基、n-ブチル基、t-ブチル基、n-ヘキシル基、シクロヘキシル基、2-ヒドロキシエチル基、3-ヒドロキシプロピル基、2-ヒドロキシプロピル基、2,3-ジヒドロキシプロピル基、メトキシメチル基、エトキシメチル基、ヒドロキシエトキシエチル基、又はヒドロキシエトキシエトキシエチル基等が挙げられる。 The alkyl group having a total of 1 to 6 carbon atoms and optionally having a substituent is not particularly limited, but examples include methyl, ethyl, n-propyl, i-propyl, n-butyl, t-butyl, n-hexyl, cyclohexyl, 2-hydroxyethyl, 3-hydroxypropyl, 2-hydroxypropyl, 2,3-dihydroxypropyl, methoxymethyl, ethoxymethyl, hydroxyethoxyethyl, and hydroxyethoxyethoxyethyl groups.
このうち、置換基R2~R4としては、より好ましくは、各々独立して、水素原子、メチル基、エチル基、又はヒドロキシエチル基が挙げられる。 Of these, the substituents R 2 to R 4 are more preferably each independently a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group, or a hydroxyethyl group.
又、前記のイミダゾール類としては、総炭素数3~20のイミダゾール化合物が好ましく、特に限定されないが、例えば、イミダゾール、1-メチルイミダゾール、又は1,2-ジメチルイミダゾール等がより好ましい。 Furthermore, the imidazoles are preferably imidazole compounds having a total of 3 to 20 carbon atoms. Although not particularly limited, more preferred examples include imidazole, 1-methylimidazole, and 1,2-dimethylimidazole.
前記のピリジン類としては、総炭素数3~20のピリジン化合物が好ましく、特に限定されないが、例えば、ピリジン、ピコリン、又はルチジン等がより好ましい。 The pyridines are preferably pyridine compounds having a total of 3 to 20 carbon atoms. While not particularly limited, more preferred examples include pyridine, picoline, and lutidine.
前記の第4級アンモニウムカチオンとしては、特に限定されないが、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、又は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, from the standpoint of availability, tetramethylammonium cation and tetraethylammonium cation are preferred.
M+は、導電性高分子溶液の溶解性と塗布性の観点から、水素イオン、アルカリ金属イオン(例えば、Liイオン、Naイオン、及びKイオン等)、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、ならびに、アンモニア、トリメチルアミン、トリエチルアミン、モノエタノールアミン、N-メチルエタノールアミン、3-アミノ-1,2-プロパンジオール、N-メチル-3-アミノ-1,2-プロパンジオール、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ピリジン、メチルピリジン、イミダゾール、1-メチルイミダゾール、及び2-メチルイミダゾールからなる群から選ばれるアミンの共役酸であることが好ましく、水素イオン、Liイオン、Naイオン、Kイオン、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、ならびに、アンモニア、トリメチルアミン、トリエチルアミン、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ピリジン、イミダゾール、1-メチルイミダゾール、及び2-メチルイミダゾールからなる群から選ばれるアミンの共役酸であることがより好ましい。M+は、上記の観点から、水素イオンであることがさらに好ましい。 From the viewpoint of the solubility and coatability of the conductive polymer solution, M + is preferably a conjugate acid of an amine selected from the group consisting of a hydrogen ion, an alkali metal ion (for example, a Li ion, a Na ion, a K ion, etc.), a tetramethylammonium cation, a tetraethylammonium cation, ammonia, trimethylamine, triethylamine, monoethanolamine, N-methylethanolamine, 3-amino-1,2-propanediol, N-methyl-3-amino-1,2-propanediol, diethanolamine, triethanolamine, pyridine, methylpyridine, imidazole, 1-methylimidazole, and 2-methylimidazole, and more preferably a conjugate acid of an amine selected from the group consisting of a hydrogen ion, a Li ion, a Na ion, a K ion, a tetramethylammonium cation, a tetraethylammonium cation, ammonia, trimethylamine, triethylamine, monoethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, pyridine, imidazole, 1-methylimidazole, and 2-methylimidazole. From the above viewpoint, M + is more preferably a hydrogen ion.
上記一般式(1)及び(2)中、mは独立して1~10の整数を表し、nは独立して0又は1を表す。mについては、導電性高分子溶液の溶解性と塗布性の観点から、2~6の整数であることが好ましく、2、3、4、又は5であることがより好ましく、2、又は3であることがより好ましい。また、nについては、導電性高分子溶液の溶解性と塗布性の観点から、1であることが好ましい。 In the above general formulas (1) and (2), m independently represents an integer from 1 to 10, and n independently represents 0 or 1. From the viewpoint of the solubility and coatability of the conductive polymer solution, m is preferably an integer from 2 to 6, more preferably 2, 3, 4, or 5, and even more preferably 2 or 3. Furthermore, from the viewpoint of the solubility and coatability of the conductive polymer solution, n is preferably 1.
上記の一般式(1)で表される構造単位及び一般式(2)で表される構造単位からなる群より選ばれる少なくとも一種の構造単位を少なくとも2つ以上含むポリチオフェンについては、高い導電率が得られる点で、ゲル浸透クロマトグラフィー測定におけるポリスチレンスルホン酸換算数平均分子量が、3,500以上であることが好ましく、4,000以上であることがより好ましく、5,000以上であることがより好ましい。なお、前記導電性高分子溶液の操作性の点で、前記ポリチオフェンのゲル浸透クロマトグラフィー測定におけるポリスチレンスルホン酸換算数平均分子量は、30,000以下であることが好ましく、20,000以下であることがより好ましく、15,000以下であることがより好ましい。 For polythiophenes containing at least two or more structural units selected from the group consisting of structural units represented by the general formula (1) and structural units represented by the general formula (2), in order to obtain high conductivity, the number average molecular weight, measured as converted into polystyrene sulfonic acid, is preferably 3,500 or more, more preferably 4,000 or more, and even more preferably 5,000 or more, as determined by gel permeation chromatography. In terms of the operability of the conductive polymer solution, the number average molecular weight, measured as converted into polystyrene sulfonic acid, of the polythiophene in gel permeation chromatography is preferably 30,000 or less, more preferably 20,000 or less, and even more preferably 15,000 or less.
前記のポリチオフェンのゲル浸透クロマトグラフィー法による分子量測定の方法及び条件については、ISO 16014-3:2012(JIS K 7252-3:2016)に従った。本発明の実施形態において、π共役系導電性高分子の数平均分子量は、例えば実施例にて後述する方法によって求めることが可能である。 The method and conditions for measuring the molecular weight of the polythiophene by gel permeation chromatography were in accordance with ISO 16014-3:2012 (JIS K 7252-3:2016). In an embodiment of the present invention, the number-average molecular weight of the π-conjugated conductive polymer can be determined, for example, by the method described below in the Examples.
[他のπ共役系導電性高分子]
前記のフェニレンビニレン系のπ共役系導電性高分子としては、特に限定されないが、例えば、下記一般式(6)で表される構造単位を少なくとも2つ以上含むポリフェニレンビニレンを挙げることができる。
[Other π-conjugated conductive polymers]
The phenylene vinylene-based π-conjugated conductive polymer is not particularly limited, but examples thereof include polyphenylene vinylene containing at least two structural units represented by the following general formula (6).
上記式(6)中、R11~R14は各々独立に、水素原子、炭素数1~24の直鎖若しくは分岐鎖のアルキル基、炭素数1~24の直鎖若しくは分岐鎖のアルコキシ基、酸性基、ヒドロキシ基、ニトロ基、ハロゲン原子(-F、-Cl、-Br又はI)、-N(R31)2、-NHCOR31、-SR31、-OCOR31、-COOR31、-COR31、-CHO、又は-CNを表す。R31は炭素数1~24のアルキル基、炭素数6~24のアリール基、又は炭素数7~24のアラルキル基を表す。ただし、R11~R14のうちの少なくとも1つは、酸性基又はその塩である。 In the above formula (6), R 11 to R 14 each independently represent a hydrogen atom, a linear or branched alkyl group having 1 to 24 carbon atoms, a linear or branched alkoxy group having 1 to 24 carbon atoms, an acidic group, a hydroxy group, a nitro group, a halogen atom (-F, -Cl, -Br or I), -N(R 31 ) 2 , -NHCOR 31 , -SR 31 , -OCOR 31 , -COOR 31 , -COR 31 , -CHO, or -CN. R 31 represents an alkyl group having 1 to 24 carbon atoms, an aryl group having 6 to 24 carbon atoms, or an aralkyl group having 7 to 24 carbon atoms. However, at least one of R 11 to R 14 is an acidic group or a salt thereof.
前記のイミノフェニレン系のπ共役系導電性高分子としては、特に限定されないが、例えば、下記一般式(7)で表される構造単位を少なくとも2つ以上含むポリアニリンを挙げることができる。 The iminophenylene-based π-conjugated conductive polymer is not particularly limited, but an example thereof is polyaniline containing at least two structural units represented by the following general formula (7):
上記式(7)中、R21~R25は各々独立に、水素原子、炭素数1~24の直鎖若しくは分岐鎖のアルキル基、炭素数1~24の直鎖若しくは分岐鎖のアルコキシ基、酸性基、ヒドロキシ基、ニトロ基、ハロゲン原子(-F、-Cl、-Br又はI)、-N(R31)2、-NHCOR31、-SR31、-OCOR31、-COOR31、-COR31、-CHO、又は-CNを表す。R31は炭素数1~24のアルキル基、炭素数6~24のアリール基、又は炭素数7~24のアラルキル基を表す。ただし、R21~R25のうちの少なくとも1つは、酸性基又はその塩である。 In the above formula (7), R 21 to R 25 each independently represent a hydrogen atom, a linear or branched alkyl group having 1 to 24 carbon atoms, a linear or branched alkoxy group having 1 to 24 carbon atoms, an acidic group, a hydroxy group, a nitro group, a halogen atom (-F, -Cl, -Br or I), -N(R 31 ) 2 , -NHCOR 31 , -SR 31 , -OCOR 31 , -COOR 31 , -COR 31 , -CHO, or -CN. R 31 represents an alkyl group having 1 to 24 carbon atoms, an aryl group having 6 to 24 carbon atoms, or an aralkyl group having 7 to 24 carbon atoms. However, at least one of R 21 to R 25 is an acidic group or a salt thereof.
前記の酸性基としては、特に限定されないが、例えば、ホスホン酸基、スルホン酸基(スルホ基)又はカルボン酸基(カルボキシ基)を挙げることができる。 The acidic group is not particularly limited, but examples include a phosphonic acid group, a sulfonic acid group (sulfo group), or a carboxylic acid group (carboxy group).
前記のスルホン酸基については、酸の状態(-SO3H)であってもよく、イオンの状態(-SO3 -)であってもよい。さらに、当該スルホン酸基については、スルホン酸基を有する置換基(-R32SO3H)であってもよい。 The sulfonic acid group may be in an acid state (-SO 3 H) or an ionic state (-SO 3 - ). Furthermore, the sulfonic acid group may be a substituent having a sulfonic acid group (-R 32 SO 3 H).
前記のカルボン酸基については、酸の状態(-COOH)であってもよく、イオンの状態(-COO-)であってもよい。さらに、当該カルボン酸基については、カルボン酸基を有する置換基(-R32COOH)であってもよい。 The carboxylic acid group may be in an acid state (—COOH) or an ionic state (—COO − ). Furthermore, the carboxylic acid group may be a substituent having a carboxylic acid group (—R 32 COOH).
前記のR32については、特に限定されないが、例えば、炭素数1~24の直鎖若しくは分岐鎖のアルキレン基、炭素数6~24の直鎖若しくは分岐鎖のアリーレン基、又は炭素数7~24の直鎖若しくは分岐鎖のアラルキレン基を挙げることができる。 The R 32 is not particularly limited, but examples thereof include a linear or branched alkylene group having 1 to 24 carbon atoms, a linear or branched arylene group having 6 to 24 carbon atoms, and a linear or branched aralkylene group having 7 to 24 carbon atoms.
前記の炭素数1~24の直鎖若しくは分岐鎖のアルキレン基としては、特に限定されないが、例えば、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ペンチレン基、ヘキサジエン基、オクタジエン基、又はデカンジエン基等を挙げることができる。 The linear or branched alkylene group having 1 to 24 carbon atoms is not particularly limited, but examples include a methylene group, an ethylene group, a propylene group, a butylene group, a pentylene group, a hexadiene group, an octadiene group, and a decanediene group.
前記の炭素数6~24の直鎖若しくは分岐鎖のアリーレン基としては、特に限定されないが、フェニレン基、ビフェニリレン基、ターフェニリレン基、トリレン基等を挙げることができる。 The linear or branched arylene group having 6 to 24 carbon atoms is not particularly limited, but examples include a phenylene group, a biphenylylene group, a terphenylylene group, and a tolylene group.
前記の炭素数7~24の直鎖若しくは分岐鎖のアラルキレン基としては、特に限定されないが、例えば、メチレン-フェニレン基、又はエチレン-フェニレン基等を挙げることができる。 The linear or branched aralkylene group having 7 to 24 carbon atoms is not particularly limited, but examples include a methylene-phenylene group or an ethylene-phenylene group.
前記の酸性基の塩としては、特に限定されないが、例えば、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、アンモニウム塩、又は置換アンモニウム塩などが挙げられる。 Salts of the acidic group mentioned above are not particularly limited, but examples include alkali metal salts, alkaline earth metal salts, ammonium salts, and substituted ammonium salts.
前記のアルカリ金属塩としては、特に限定されないが、例えば、リチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩、又はセシウム塩等を挙げることができる。 The alkali metal salt is not particularly limited, but examples include lithium salt, sodium salt, potassium salt, and cesium salt.
前記のアルカリ土類金属塩としては、特に限定されないが、例えば、マグネシウム塩、カルシウム塩等が挙げられる。 The alkaline earth metal salts are not particularly limited, but examples include magnesium salts and calcium salts.
前記の置換アンモニウム塩としては、特に限定されないが、例えば、脂肪族アンモニウム塩、飽和脂環式アンモニウム塩、不飽和脂環式アンモニウム塩などが挙げられる。 The substituted ammonium salt is not particularly limited, but examples include aliphatic ammonium salts, saturated alicyclic ammonium salts, and unsaturated alicyclic ammonium salts.
前記の脂肪族アンモニウム塩としては、特に限定されないが、例えば、メチルアンモニウム塩、ジメチルアンモニウム塩、トリメチルアンモニウム塩、エチルアンモニウム塩、ジエチルアンモニウム塩、トリエチルアンモニウム塩、メチルエチルアンモニウム塩、ジエチルメチルアンモニウム塩、ジメチルエチルアンモニウム塩、プロピルアンモニウム塩、ジプロピルアンモニウム塩、イソプロピルアンモニウム塩、ジイソプロピルアンモニウム塩、ブチルアンモニウム塩、ジブチルアンモニウム塩、メチルプロピルアンモニウム塩、エチルプロピルアンモニウム塩、メチルイソプロピルアンモニウム塩、エチルイソプロピルアンモニウム塩、メチルブチルアンモニウム塩、エチルブチルアンモニウム塩、テトラメチルアンモニウム塩、テトラメチロールアンモニウム塩、テトラエチルアンモニウム塩、テトラ-n-ブチルアンモニウム塩、テトラsec-ブチルアンモニウム塩、又はテトラt-ブチルアンモニウム塩などが挙げられる。 The aliphatic ammonium salt is not particularly limited, but examples include methylammonium salt, dimethylammonium salt, trimethylammonium salt, ethylammonium salt, diethylammonium salt, triethylammonium salt, methylethylammonium salt, diethylmethylammonium salt, dimethylethylammonium salt, propylammonium salt, dipropylammonium salt, isopropylammonium salt, diisopropylammonium salt, butylammonium salt, dibutylammonium salt, methylpropylammonium salt, ethylpropylammonium salt, methylisopropylammonium salt, ethylisopropylammonium salt, methylbutylammonium salt, ethylbutylammonium salt, tetramethylammonium salt, tetramethylolammonium salt, tetraethylammonium salt, tetra-n-butylammonium salt, tetrasec-butylammonium salt, and tetra-t-butylammonium salt.
前記の飽和脂環式アンモニウム塩としては、特に限定されないが、例えば、ピペリジニウム塩、ピロリジニウム塩、モルホリニウム塩、又はピペラジニウム塩等が挙げられる。 The saturated alicyclic ammonium salt is not particularly limited, but examples include piperidinium salts, pyrrolidinium salts, morpholinium salts, and piperazinium salts.
前記の不飽和脂環式アンモニウム塩としては、特に限定されないが、例えば、ピピリジニウム塩、α-ピコリニウム塩、β-ピコリニウム塩、γ-ピコリニウム塩、キノリニウム塩、イソキノリニウム塩、又はピロリニウム塩等が挙げられる。 The unsaturated alicyclic ammonium salt is not particularly limited, but examples include pipridinium salts, α-picolinium salts, β-picolinium salts, γ-picolinium salts, quinolinium salts, isoquinolinium salts, and pyrrolinium salts.
上述したπ共役系導電性高分子については、いずれも従来公知の方法に基づいて製造することができる。 All of the above-mentioned π-conjugated conductive polymers can be produced using conventional methods.
本発明の実施形態に係る導電性高分子溶液におけるπ共役系導電性高分子については、導電性に優れる点で、上記の一般式(1)で表される構造単位及び下記一般式(2)で表される構造単位からなる群より選ばれる少なくとも一種の構造単位を少なくとも2つ以上含むポリチオフェンであることが好ましい。 The π-conjugated conductive polymer in the conductive polymer solution according to an embodiment of the present invention is preferably a polythiophene containing at least two or more structural units selected from the group consisting of structural units represented by the above general formula (1) and structural units represented by the following general formula (2), in view of its excellent conductivity.
本発明の実施形態に係る導電性高分子溶液については、前記のπ共役系導電性高分子の含有量が0.01~10重量%であることが成膜性向上の観点から好ましく、さらに保存安定性に優れる点で、0.01~4重量%であることがより好ましい。 In the conductive polymer solution according to an embodiment of the present invention, the content of the π-conjugated conductive polymer is preferably 0.01 to 10% by weight from the viewpoint of improving film-forming properties, and more preferably 0.01 to 4% by weight from the viewpoint of excellent storage stability.
[ポリチオフェンの製法]
なお、上記の一般式(1)で表される構造単位及び一般式(2)で表される構造単位からなる群より選ばれる少なくとも一種の構造単位を少なくとも2つ以上含むポリチオフェンについては、下式(3)で表されるチオフェンモノマーを、水又はアルコール溶媒中、鉄塩及び/又は過硫酸等の酸化剤の存在下に重合させることによって製造することができる。なお、必要に応じて、溶媒洗浄、再沈殿、遠心沈降、限外ろ過、透析、イオン交換樹脂処理等の操作を組み合わせることもできる。
[Method for producing polythiophene]
A polythiophene containing at least two or more structural units selected from the group consisting of the structural unit represented by the general formula (1) and the structural unit represented by the general formula (2) can be produced by polymerizing a thiophene monomer represented by the following formula (3) in water or an alcohol solvent in the presence of an oxidizing agent such as an iron salt and/or persulfuric acid. If necessary, the resulting product can be subjected to a combination of procedures such as solvent washing, reprecipitation, centrifugal sedimentation, ultrafiltration, dialysis, and ion exchange resin treatment.
上記式(3)中、R1、m、nは、上記一般式(1)及び(2)のR1、m、nと同じ定義である。上記式中、M+は、アルカリ金属イオンを表す。 In the formula (3), R 1 , m, and n have the same definitions as R 1 , m, and n in the general formulae (1) and (2). In the formula, M + represents an alkali metal ion.
上記一般式(3)で表されるチオフェンモノマーとしては、特に限定されないが、具体的には、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-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、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、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-ブタンスルホン酸ナトリウム、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-ブタンスルホン酸カリウム、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-メチル-1-ブタンスルホン酸ナトリウム、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-メチル-1-ブタンスルホン酸カリウム、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-フルオロ-1-ブタンスルホン酸ナトリウム、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-フルオロ-1-ブタンスルホン酸カリウム、6-(2,3-ジヒドロ-チエノ[3,4-b][1,4]ジオキシン-2-イル)ヘキサン-1-スルホン酸、6-(2,3-ジヒドロ-チエノ[3,4-b][1,4]ジオキシン-2-イル)ヘキサン-1-スルホン酸ナトリウム、6-(2,3-ジヒドロ-チエノ[3,4-b][1,4]ジオキシン-2-イル)ヘキサン-1-スルホン酸リチウム、6-(2,3-ジヒドロ-チエノ[3,4-b][1,4]ジオキシン-2-イル)ヘキサン-1-スルホン酸カリウム、8-(2,3-ジヒドロ-チエノ[3,4-b][1,4]ジオキシン-2-イル)オクタン-1-スルホン酸、8-(2,3-ジヒドロ-チエノ[3,4-b][1,4]ジオキシン-2-イル)オクタン-1-スルホン酸ナトリウム、及び8-(2,3-ジヒドロ-チエノ[3,4-b][1,4]ジオキシン-2-イル)オクタン-1-スルホン酸カリウム等が例示される。 The thiophene monomer represented by the above general formula (3) is not particularly limited, but specific examples include sodium 3-[(2,3-dihydrothieno[3,4-b]-[1,4]dioxin-2-yl)methoxy]-1-propanesulfonate, potassium 3-[(2,3-dihydrothieno[3,4-b]-[1,4]dioxin-2-yl)methoxy]-1-propanesulfonate, sodium 3-[(2,3-dihydrothieno[3,4-b]-[1,4]dioxin-2-yl)methoxy]-1-methyl-1-propanesulfonate, and 3-[( Sodium 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-[(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-butyl-1-propanesulfonate ) 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 ammonium salt, 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, potassium 3-[(2,3-dihydrothieno[3,4-b]-[1,4]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-propanesulfonate, oxin-2-yl)methoxy]-1-methyl-1-propanesulfonic acid, ammonium 3-[(2,3-dihydrothieno[3,4-b]-[1,4]dioxin-2-yl)methoxy]-1-methyl-1-propanesulfonate, triethylammonium 3-[(2,3-dihydrothieno[3,4-b]-[1,4]dioxin-2-yl)methoxy]-1-methyl-1-propanesulfonate, sodium 4-[(2,3-dihydrothieno[3,4-b]-[1,4]dioxin-2-yl)methoxy]-1-butanesulfonate, 4-[(2,3-dihydrothieno[3,4-b]-[1,4]dioxin-2-yl)methoxy]-1-butanesulfonate potassium, 4-[(2,3-dihydrothieno[3,4-b]-[1,4]dioxin-2-yl)methoxy]-1-methyl-1-butanesulfonate sodium, 4-[(2,3-dihydrothieno[3,4-b]-[1,4]dioxin-2-yl)methoxy]-1-methyl-1-butanesulfonate potassium, 4-[(2,3-dihydrothieno[3,4-b]-[1,4]dioxin-2-yl)methoxy]-1-methyl-1-butanesulfonate -fluoro-1-butanesulfonic acid sodium salt, 4-[(2,3-dihydrothieno[3,4-b]-[1,4]dioxin-2-yl)methoxy]-1-fluoro-1-butanesulfonic acid potassium salt, 6-(2,3-dihydro-thieno[3,4-b][1,4]dioxin-2-yl)hexane-1-sulfonic acid, 6-(2,3-dihydro-thieno[3,4-b][1,4]dioxin-2-yl)hexane-1-sulfonic acid sodium salt, 6-(2,3-dihydro-thieno[3,4-b][1,4]dioxin-2-yl)hexane Examples include lithium 6-(2,3-dihydro-thieno[3,4-b][1,4]dioxin-2-yl)hexane-1-sulfonate, potassium 6-(2,3-dihydro-thieno[3,4-b][1,4]dioxin-2-yl)hexane-1-sulfonate, 8-(2,3-dihydro-thieno[3,4-b][1,4]dioxin-2-yl)octane-1-sulfonic acid, sodium 8-(2,3-dihydro-thieno[3,4-b][1,4]dioxin-2-yl)octane-1-sulfonate, and potassium 8-(2,3-dihydro-thieno[3,4-b][1,4]dioxin-2-yl)octane-1-sulfonate.
前記のM+で表されるアルカリ金属イオンとしては、特に限定されないが、例えば、リチウムイオン、ナトリウムイオン、カリウムイオン、又はセシウムイオンを挙げることができる。 The alkali metal ion represented by M + is not particularly limited, but examples thereof include a lithium ion, a sodium ion, a potassium ion, and a cesium ion.
上記式(3)で表されるチオフェンモノマーの重合反応に用いる溶媒は、水、アルコール、又はアルコール水溶液であることが好ましい。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。アルコール溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール等のアルコール類が挙げられる。これらのアルコール溶媒は、単独でも使用しても、水と併用してもよい。これらの溶媒のうち、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、溶媒を脱気や窒素等の不活性ガスで置換していてもよい。 The solvent used in the polymerization reaction of the thiophene monomer represented by formula (3) above is preferably water, alcohol, or an aqueous alcohol solution. Examples of water include pure water, but distilled water and ion-exchanged water are also acceptable. Examples of alcohol solvents include alcohols such as methanol, ethanol, propanol, and butanol. These alcohol solvents may be used alone or in combination with water. Of these solvents, water or methanol is preferred, and water is more preferred. The solvent may also be degassed or substituted with an inert gas such as nitrogen.
上記のチオフェンモノマーの重合反応に用いる溶媒量は、例えば、チオフェンモノマーが溶解する量であり、特に限定されないが、本発明の実施形態に係るチオフェンモノマーの仕込量に対して0.1~100重量倍の範囲が好ましく、1~20重量倍の範囲がより好ましい。 The amount of solvent used in the polymerization reaction of the thiophene monomer is, for example, an amount that dissolves the thiophene monomer, and is not particularly limited. However, the amount is preferably in the range of 0.1 to 100 times by weight, and more preferably 1 to 20 times by weight, the amount of thiophene monomer used in the embodiment of the present invention.
上記のチオフェンモノマーの重合反応に用いる酸化剤は、酸化的脱水素化反応による酸化重合を進行させる。当該酸化剤は、特に限定されないが、例えば、過硫酸類、鉄塩(II又はIII)、過酸化水素、過マンガン酸塩、重クロム酸塩、硫酸セリウム(IV)、酸素等が挙げられ、これらを単独で又は二種以上を混合して使用してもよい。 The oxidizing agent used in the polymerization reaction of the thiophene monomer promotes oxidative polymerization through an oxidative dehydrogenation reaction. The oxidizing agent is not particularly limited, but examples include persulfates, iron salts (II or III), hydrogen peroxide, permanganates, dichromates, cerium (IV) sulfate, and oxygen. These may be used alone or in combination.
ここで、過硫酸類としては、具体的には、過硫酸、過硫酸アンモニウム、過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウム等が例示される。 Specific examples of persulfates include persulfuric acid, ammonium persulfate, sodium persulfate, and potassium persulfate.
鉄塩としては、具体的には、FeCl3、FeBr3、Fe2(SO4)3、Fe(NO3)3・9H2O,過塩素酸鉄、パラ-トルエンスルホン酸鉄(III)等の3価の鉄塩、FeCl2、FeBr2、FeSO4・7H2O、酢酸鉄(II)等の2価の鉄塩が挙げられる。これらは無水物を使用しても、水和物を使用してもよい。 Specific examples of iron salts include trivalent iron salts such as FeCl 3 , FeBr 3 , Fe 2 (SO 4 ) 3 , Fe(NO 3 ) 3.9H 2 O, iron perchlorate, and iron(III) para-toluenesulfonate, and divalent iron salts such as FeCl 2 , FeBr 2 , FeSO 4.7H 2 O, and iron(II) acetate. These may be used in the form of anhydrous or hydrated.
また、過マンガン酸塩としては、具体的には、過マンガン酸ナトリウム、過マンガン酸カリウム、過マンガン酸マグネシウム等が例示される。 Specific examples of permanganates include sodium permanganate, potassium permanganate, and magnesium permanganate.
また、重クロム酸塩としては、具体的には、重クロム酸アンモニウム、重クロム酸カリウム等が例示される。 Specific examples of dichromates include ammonium dichromate and potassium dichromate.
これらの酸化剤のうち、FeCl3、Fe2(SO4)3、Fe2(SO4)3、又は過硫酸塩と鉄塩(II又はIII)との併用系が特に好ましい。 Among these oxidizing agents, FeCl 3 , Fe 2 (SO 4 ) 3 , Fe 2 (SO 4 ) 3 , or a combination of a persulfate and an iron salt (II or III) is particularly preferred.
上記のチオフェンモノマーの重合反応に用いる酸化剤の量としては、特に限定されないが、チオフェンモノマーの仕込モル数に対して0.5~50倍モルが好ましい。より好ましくは、1~20倍モルである。更に好ましくは、1~10倍モルである。 The amount of oxidizing agent used in the polymerization reaction of the thiophene monomer is not particularly limited, but is preferably 0.5 to 50 times the number of moles of thiophene monomer charged. More preferably, it is 1 to 20 times the number of moles. Even more preferably, it is 1 to 10 times the number of moles.
上記のチオフェンモノマーの重合反応に用いる酸化剤が、例えば、鉄塩(III)単独系の場合、原料として用いられるチオフェンモノマーに仕込モル数に対して、鉄塩(III)が等倍モル以上であり、且つ溶媒に対する鉄濃度が10重量%以上になるように用いて重合させることが好ましい。より良好な導電性を発現させるためには、溶媒に対する鉄濃度が20重量%以上であることが更に好ましい。尚、ここでいう鉄濃度とは、鉄塩/(鉄塩+水)×100(重量%)で表される値であり、鉄塩は無水物として計算する。 When the oxidizing agent used in the polymerization reaction of the thiophene monomer is, for example, a system consisting solely of iron salt (III), it is preferable to use iron salt (III) in an amount equal to or greater than the number of moles of thiophene monomer charged as a raw material, and to use it so that the iron concentration in the solvent is 10% by weight or greater. To achieve better conductivity, it is even more preferable that the iron concentration in the solvent is 20% by weight or greater. The iron concentration here is a value expressed as iron salt / (iron salt + water) x 100 (wt%), and the iron salt is calculated as anhydrous.
又、上記のチオフェンモノマーの重合反応に用いる酸化剤が、過硫酸塩と鉄塩(II又はIII)との併用系である場合には、チオフェンモノマーの仕込モル数に対して、過硫酸塩が0.5~20倍モルの範囲であり、且つ鉄塩(II又はIII)が0.01~10倍モルの範囲であることが好ましく、過硫酸塩が1.5~10倍モルの範囲であり、且つ、鉄塩(II又はIII)が0.05~5倍モルの範囲であることがより好ましい。 Furthermore, when the oxidizing agent used in the polymerization reaction of the thiophene monomer is a combination of persulfate and iron salt (II or III), the molar amount of persulfate is preferably in the range of 0.5 to 20 times and the molar amount of iron salt (II or III) is preferably in the range of 0.01 to 10 times, relative to the number of moles of thiophene monomer charged, and more preferably in the range of 1.5 to 10 times and the molar amount of iron salt (II or III) is preferably in the range of 0.05 to 5 times.
上記のチオフェンモノマーの重合反応の圧力は、常圧、減圧、加圧のいずれであってもよい。 The pressure for the polymerization reaction of the above thiophene monomer may be normal pressure, reduced pressure, or increased pressure.
上記のチオフェンモノマーの重合反応の反応雰囲気は、大気中であっても、窒素やアルゴン等の不活性ガス中であってもよい。より好ましくは不活性ガス中である。 The reaction atmosphere for the polymerization reaction of the thiophene monomer may be air or an inert gas such as nitrogen or argon. An inert gas is more preferred.
上記のチオフェンモノマーの重合反応の反応温度は、特に限定されないが、-10~100℃の範囲が好ましく、0~50℃の範囲が更に好ましい。 The reaction temperature for the polymerization reaction of the above thiophene monomer is not particularly limited, but is preferably in the range of -10 to 100°C, and more preferably in the range of 0 to 50°C.
上記のチオフェンモノマーの重合反応の反応時間は、酸化重合が十分進行する時間であり、特に限定されないが、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 reaction of the above thiophene monomer is the time required for the oxidative polymerization to proceed sufficiently, and is not particularly limited, but is preferably in the range of 0.5 to 200 hours, and more preferably in the range of 0.5 to 80 hours.
上記の重合反応の反応方法は、特に限定されないが、例えば、上記式(3)で表されるチオフェンモノマーをあらかじめ水に溶解させ、これに酸化剤を一度に又はゆっくりと滴下してもよく、逆に酸化剤の固体又は水溶液に上記式(3)で表されるチオフェンモノマーの水溶液を一度に又はゆっくりと滴下してもよい。また、2種以上の酸化剤を用いる場合には、各酸化剤を順次添加してもよい。 The reaction method for the above polymerization reaction is not particularly limited. For example, the thiophene monomer represented by formula (3) above may be dissolved in water in advance, and the oxidizing agent may be added dropwise, either all at once or slowly. Conversely, an aqueous solution of the thiophene monomer represented by formula (3) above may be added dropwise, either all at once or slowly, to a solid or aqueous solution of the oxidizing agent. Furthermore, when two or more oxidizing agents are used, the oxidizing agents may be added sequentially.
尚、上記の重合反応は、酸化剤の添加に伴い液粘度が上昇する傾向があるため、液全体を均一に撹拌する必要がある。撹拌翼については、プロペラ翼、パドル翼、マックスブレンド(登録商標)翼(住友重機械プロセス機器社製)、フルゾーン(登録商標)翼(神鋼環境ソリューション社製)、ディスクタービンが使用でき、反応容器内をより均一に混合するためにはマックスブレンド翼やフルゾーン翼など大型翼が好ましい。その他として、乳化や分散に使用されるホモミキサー、ホモジナイザー等も組み合わせて使用してもよい。一般的な撹拌翼を使用する撹拌法を用いる場合は、反応液に反応容器の気相部のガスが多量に取り込まれて撹拌効率が低下することがない範囲で撹拌翼の回転速度をできるだけ速くすることが好ましい。 In the above polymerization reaction, the viscosity of the liquid tends to increase with the addition of the oxidizing agent, so it is necessary to stir the entire liquid uniformly. Agitator blades that can be used include propeller blades, paddle blades, Maxblend® blades (manufactured by Sumitomo Heavy Industries Process Equipment Co., Ltd.), Fullzone® blades (manufactured by Kobelco Eco-Solutions Co., Ltd.), and disc turbines. Large blades such as Maxblend blades and Fullzone blades are preferred for more uniform mixing within the reaction vessel. Homomixers and homogenizers used for emulsification and dispersion may also be used in combination. When using a stirring method that uses conventional agitator blades, it is preferable to increase the rotation speed of the agitator blades as much as possible, provided that the reaction liquid does not absorb a large amount of gas from the gas phase of the reaction vessel, thereby reducing stirring efficiency.
上記のポリチオフェンの典型的な単離精製方法は、例えば、以下のとおりである。 A typical method for isolating and purifying the above polythiophene is, for example, as follows:
まず、重合反応後の水溶液を、そのまま限外ろ過、透析等の膜分離法を用いて脱塩精製し、その後、陽イオン及び陰イオン交換樹脂に通液することによりM+が水素イオンである酸型のポリチオフェン水溶液を得ることができる。 First, the aqueous solution after the polymerization reaction is directly desalted and purified using a membrane separation method such as ultrafiltration or dialysis, and then passed through cation and anion exchange resins to obtain an aqueous solution of acid-type polythiophene in which M + is a hydrogen ion.
更に、必要に応じて、得られた水溶液を粗濃縮し、アセトン等の貧溶媒に添加して沈殿させることにより粉末としてポリチオフェンを得ることもできる。 Furthermore, if necessary, the resulting aqueous solution can be roughly concentrated and added to a poor solvent such as acetone to precipitate the polythiophene as a powder.
また、塩型ポリチオフェンを形成させる場合には、例えば、上記酸型のポリチオフェンの水溶液に、各種アミン化合物若しくはアンモニウム塩の原液、又はそれらの水溶液若しくはそれらをその他適当な溶媒で希釈した液を加える。特に限定されではないが、例えば、酸型のポリチオフェンの水溶液にアンモニアを添加することによって、M+がNH4 +であるアンモニウム塩型ポリチオフェンの水溶液を形成させることができる。必要に応じて、得られた上記水溶液をアセトン等の貧溶媒に添加して粉末状の各種アンモニウム塩型ポリチオフェンを得ることもできる。 Furthermore, when forming a salt-type polythiophene, for example, a stock solution of various amine compounds or ammonium salts, or an aqueous solution thereof, or a solution obtained by diluting such a compound with another suitable solvent, is added to the aqueous solution of the acid-type polythiophene. Although not particularly limited, for example, an aqueous solution of ammonium salt-type polythiophene in which M + is NH4 + can be formed by adding ammonia to the aqueous solution of the acid-type polythiophene. If necessary, the obtained aqueous solution can also be added to a poor solvent such as acetone to obtain various ammonium salt-type polythiophenes in powder form.
[添加剤]
本発明の実施形態に係る導電性高分子溶液は、ジアルキレングリコールモノアルキルエーテルを含むことを特徴とする。
[Additives]
The conductive polymer solution according to an embodiment of the present invention is characterized by containing a dialkylene glycol monoalkyl ether.
上記のジアルキレングリコールモノアルキルエーテルについては純品を単独で用いてもよいし、任意の割合の混合物を用いてもよい。 The above dialkylene glycol monoalkyl ethers may be used alone as pure products or as mixtures in any proportion.
本発明の実施形態に係る導電性高分子溶液におけるジアルキレングリコールモノアルキルエーテルについては、特に限定されないが、例えば、ジエチレングリコールモノアルキルエーテル、ジイソプロピレングリコールモノアルキルエーテル、又はジプロピレングリコールモノアルキルエーテルなどを挙げることができ、より詳細には、ジエチレングリコール モノエチルエーテル、ジエチレングリコール モノ-n-プロピルエーテル、ジエチレングリコール モノ-i-プロピルエーテル、ジエチレングリコール モノシクロプロピルエーテル、ジエチレングリコール モノ-n-ブチルエーテル、ジエチレングリコール モノ-i-ブチルエーテル、ジエチレングリコール モノ-tert-ブチルエーテル、ジエチレングリコール モノ-n-ペンチルエーテル、ジエチレングリコール モノシクロペンチルエーテル、ジエチレングリコール モノ-n-ヘキシルエーテル、ジエチレングリコール モノシクロヘキシルエーテル、ジエチレングリコール モノ-n-オクチルエーテル、ジイソプロピレングリコール モノエチルエーテル、ジイソプロピレングリコール モノ-n-プロピルエーテル、ジイソプロピレングリコール モノ-i-プロピルエーテル、ジイソプロピレングリコール モノシクロプロピルエーテル、ジイソプロピレングリコール モノ-n-ブチルエーテル、ジイソプロピレングリコール モノ-i-ブチルエーテル、ジイソプロピレングリコール モノ-tert-ブチルエーテル、ジイソプロピレングリコール モノ-n-ペンチルエーテル、ジイソプロピレングリコール モノシクロペンチルエーテル、ジイソプロピレングリコール モノ-n-ヘキシルエーテル、ジイソプロピレングリコール モノシクロヘキシルエーテル、ジイソプロピレングリコール モノ-n-オクチルエーテル、ジプロピレングリコール モノエチルエーテル、ジプロピレングリコール モノ-n-プロピルエーテル、ジプロピレングリコール モノ-i-プロピルエーテル、ジプロピレングリコール モノシクロプロピルエーテル、ジプロピレングリコール モノ-n-ブチルエーテル、ジプロピレングリコール モノ-i-ブチルエーテル、ジプロピレングリコール モノ-tert-ブチルエーテル、ジプロピレングリコール モノ-n-ペンチルエーテル、ジプロピレングリコール モノシクロペンチルエーテル、ジプロピレングリコール モノ-n-ヘキシルエーテル、ジプロピレングリコール モノシクロヘキシルエーテル、又はジプロピレングリコール モノ-n-オクチルエーテルなどを挙げることができる。 The dialkylene glycol monoalkyl ether in the conductive polymer solution according to the embodiment of the present invention is not particularly limited, and examples thereof include diethylene glycol monoalkyl ether, diisopropylene glycol monoalkyl ether, and dipropylene glycol monoalkyl ether. More specifically, diethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol mono-n-propyl ether, diethylene glycol mono-i-propyl ether, diethylene glycol monocyclopropyl ether, diethylene glycol mono-n-butyl ether, diethylene glycol mono-i-butyl ether, diethylene glycol mono-tert-butyl ether, diethylene glycol mono-n-pentyl ether, diethylene glycol monocyclopentyl ether, diethylene glycol mono-n-hexyl ether, diethylene glycol monocyclohexyl ether, diethylene glycol mono-n-octyl ether, diisopropylene glycol monoethyl ether, diisopropylene glycol mono-n-propyl ether, diisopropylene glycol mono-i-propyl ether, diisopropylene glycol monocyclopropyl ether, and diisopropylene glycol. Mono-n-butyl ether, diisopropylene glycol mono-i-butyl ether, diisopropylene glycol mono-tert-butyl ether, diisopropylene glycol mono-n-pentyl ether, diisopropylene glycol monocyclopentyl ether, diisopropylene glycol mono-n-hexyl ether, diisopropylene glycol monocyclohexyl ether, diisopropylene glycol mono-n-octyl ether, dipropylene glycol monoethyl ether, dipropylene glycol mono-n-propyl ether, dipropylene glycol mono-i-propyl ether, dipropylene glycol monocyclopropyl ether, dipropylene glycol mono-n-butyl ether, dipropylene glycol mono-i-butyl ether, dipropylene glycol mono-tert-butyl ether, dipropylene glycol mono-n-pentyl ether, dipropylene glycol monocyclopentyl ether, dipropylene glycol mono-n-hexyl ether, dipropylene glycol Examples include monocyclohexyl ether and dipropylene glycol mono-n-octyl ether.
これらのうち、前記のジアルキレングリコールモノアルキルエーテルについては、導電性向上効果に優れる点で、ジエチレングリコール モノエチルエーテル、ジエチレングリコール モノ-n-プロピルエーテル、ジエチレングリコール モノ-n-ブチルエーテル、ジエチレングリコール モノ-n-ヘキシルエーテル、及びジエチレングリコール モノ-n-オクチルエーテルからなる群より選ばれる少なくとも一つであることが好ましく、ジエチレングリコール モノ-n-ブチルエーテル、ジエチレングリコール モノ-n-ヘキシルエーテル、及びジエチレングリコール モノ-n-オクチルエーテルからなる群より選ばれる少なくとも一つであることがより好ましい。 Of these, the dialkylene glycol monoalkyl ether is preferably at least one selected from the group consisting of diethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol mono-n-propyl ether, diethylene glycol mono-n-butyl ether, diethylene glycol mono-n-hexyl ether, and diethylene glycol mono-n-octyl ether, due to its excellent conductivity-enhancing effect, and more preferably at least one selected from the group consisting of diethylene glycol mono-n-butyl ether, diethylene glycol mono-n-hexyl ether, and diethylene glycol mono-n-octyl ether.
本発明の実施形態に係る導電性高分子溶液におけるジアルキレングリコールモノアルキルエーテルの濃度は、成膜性向上の観点から、0.01~6重量%であることが好ましく、保存安定性に優れる点で、0.01~4重量%であることがより好ましい。 The concentration of dialkylene glycol monoalkyl ether in the conductive polymer solution according to an embodiment of the present invention is preferably 0.01 to 6% by weight from the viewpoint of improving film-forming properties, and more preferably 0.01 to 4% by weight from the viewpoint of excellent storage stability.
なお、前記のπ共役系導電性高分子と前記のジアルキレングリコールモノアルキルエーテルの含有量比率については、成膜性向上の観点から、π共役系導電性高分子 1重量部に対して、ジアルキレングリコールモノアルキルエーテルの含有量が0.1~2重量部であることが好ましく、0.15~1.5重量部であることがより好ましく、0.2~1.2重量部であることがより好ましい。 Regarding the content ratio of the π-conjugated conductive polymer to the dialkylene glycol monoalkyl ether, from the viewpoint of improving film-forming properties, the content of the dialkylene glycol monoalkyl ether is preferably 0.1 to 2 parts by weight, more preferably 0.15 to 1.5 parts by weight, and even more preferably 0.2 to 1.2 parts by weight, per 1 part by weight of the π-conjugated conductive polymer.
本発明の実施形態に係る導電性高分子溶液は、成膜性向上の観点から、更にジアルキレングリコールモノアルキルエーテル以外の2価又は3価のアルコールを含有してもよい。当該2価又は3価のアルコールの含有量は、導電性高分子溶液中の0.01~20重量%であることが好ましく、0.1~10重量%であることがより好ましい。 From the perspective of improving film-forming properties, the conductive polymer solution according to an embodiment of the present invention may further contain a dihydric or trihydric alcohol other than dialkylene glycol monoalkyl ether. The content of the dihydric or trihydric alcohol in the conductive polymer solution is preferably 0.01 to 20% by weight, and more preferably 0.1 to 10% by weight.
なお、成膜性向上の観点から、導電性高分子溶液中のジアルキレングリコールモノアルキルエーテル以外の2価又は3価のアルコールとジアルキレングリコールモノアルキルエーテルの総含有率が、0.5~20重量%であることが好ましく、より好ましくは、0.5~10重量%である。 In addition, from the perspective of improving film-forming properties, the total content of dihydric or trihydric alcohols other than dialkylene glycol monoalkyl ethers and dialkylene glycol monoalkyl ethers in the conductive polymer solution is preferably 0.5 to 20% by weight, and more preferably 0.5 to 10% by weight.
ジアルキレングリコールモノアルキルエーテル以外の2価又は3価のアルコールとしては、特に制限されないが、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、グリセリン、1,3-プロパンジオール、1,4-ブタンジオール、2,3-ブタンジオール、1,5-ペンタンジオール、2-メチル-2,4-ペンタンジオール、2-エチル-1,3-ヘキサンジオール、グリセリン、1,2,6-ヘキサントリオール、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノイソプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノヘキシルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールジプロピルエーテル、エチレングリコールジイソプロピルエーテル、エチレングリコールジブチルエーテル、エチレングリコールジヘキシルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノイソプロピルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノヘキシルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールジエチルエーテル、プロピレングリコールジプロピルエーテル、プロピレングリコールジイソプロピルエーテル、プロピレングリコールジブチルエーテル、プロピレングリコールジヘキシルエーテル、ブチレングリコールモノメチルエーテル、ブチレングリコールモノエチルエーテル、ブチレングリコールモノプロピルエーテル、ブチレングリコールモノイソプロピルエーテル、ブチレングリコールモノブチルエーテル、ブチレングリコールモノヘキシルエーテル、ブチレングリコールジメチルエーテル、ブチレングリコールジエチルエーテル、ブチレングリコールジプロピルエーテル、ブチレングリコールジイソプロピルエーテル、ブチレングリコールジブチルエーテル、又はブチレングリコールジヘキシルエーテル等が挙げられる。中でも、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、エチレングリコールモノヘキシルエーテル、又はプロピレングリコールモノブチルエーテルがより好ましい。 Dihydric or trihydric alcohols other than dialkylene glycol monoalkyl ethers are not particularly limited, but examples include ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, propylene glycol, dipropylene glycol, glycerin, 1,3-propanediol, 1,4-butanediol, 2,3-butanediol, 1,5-pentanediol, 2-methyl-2,4-pentanediol, 2-ethyl-1,3-hexanediol, glycerin, 1,2,6-hexanetriol, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monopropyl ether, ethylene glycol monoisopropyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, ethylene glycol monohexyl ether, ethylene glycol dimethyl ether, ethylene glycol diethyl ether, ethylene glycol dipropyl ether, ethylene glycol diisopropyl ether, ethylene glycol dibutyl ether, ethylene glycol dihexyl ether, propylene glycol monomethyl ether, Examples of the ethylene glycol monoester include ethylene glycol monoethyl ether, propylene glycol monopropyl ether, propylene glycol monoisopropyl ether, propylene glycol monobutyl ether, propylene glycol monohexyl ether, propylene glycol dimethyl ether, propylene glycol diethyl ether, propylene glycol dipropyl ether, propylene glycol diisopropyl ether, propylene glycol dibutyl ether, propylene glycol dihexyl ether, butylene glycol monomethyl ether, butylene glycol monoethyl ether, butylene glycol monopropyl ether, butylene glycol monoisopropyl ether, butylene glycol monobutyl ether, butylene glycol monohexyl ether, butylene glycol dimethyl ether, butylene glycol diethyl ether, butylene glycol dipropyl ether, butylene glycol diisopropyl ether, butylene glycol dibutyl ether, butylene glycol dihexyl ether, etc. Among these, ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, propylene glycol, dipropylene glycol, ethylene glycol monohexyl ether, and propylene glycol monobutyl ether are more preferred.
本願発明の導電性高分子溶液の調製については、0~60℃の条件下、上記のπ共役系導電性高分子を含む溶液に上記のジアルキレングリコールモノアルキルエーテルを所定量加えて行うこともできるし、固体のπ共役系導電性高分子に、上記のジアルキレングリコールモノアルキルエーテル及び水の混合溶媒を加えて行ってもよい。 The conductive polymer solution of the present invention can be prepared by adding a predetermined amount of the dialkylene glycol monoalkyl ether to a solution containing the π-conjugated conductive polymer at 0 to 60°C, or by adding a mixed solvent of the dialkylene glycol monoalkyl ether and water to a solid π-conjugated conductive polymer.
上記のπ共役系導電性高分子を含む溶液に上記のジアルキレングリコールモノアルキルエーテルを加えた後は、撹拌して均一にすることが好ましい。当該撹拌については、混合物が溶解・分散できるのであれば特に制限はないが、例えば、プロペラ翼、パドル翼、マックスブレンド(登録商標)翼(住友重機械プロセス機器社製)、フルゾーン(登録商標)翼(神鋼環境ソリューション社製)、ディスクタービン等での通常撹拌、又はホモミキサー、超音波ホモジナイザー、高圧ホモジナイザー等の強制撹拌を組み合わせて使用してもよい。 After adding the dialkylene glycol monoalkyl ether to the solution containing the π-conjugated conductive polymer, it is preferable to stir the mixture to make it uniform. There are no particular restrictions on the stirring method used, as long as it can dissolve and disperse the mixture. For example, conventional stirring using propeller blades, paddle blades, Maxblend® blades (manufactured by Sumitomo Heavy Industries Process Equipment Co., Ltd.), Fullzone® blades (manufactured by Kobelco Eco-Solutions Co., Ltd.), disc turbines, etc., or a combination of forced stirring using a homomixer, ultrasonic homogenizer, high-pressure homogenizer, etc. may be used.
また、本発明の実施形態に係る導電性高分子溶液については、上記以外の成分を含んでいてもよい。上記以外の成分としては、特に限定されないが、例えば、水、有機溶媒、水溶性樹脂化合物、界面活性剤、又は多糖類等を挙げることができる。 The conductive polymer solution according to the embodiment of the present invention may also contain components other than those described above. These components are not particularly limited, but may include, for example, water, organic solvents, water-soluble resin compounds, surfactants, polysaccharides, etc.
前記の有機溶媒としては、前記のジアルキレングリコールモノアルキルエーテル、及び前記のジアルキレングリコールモノアルキルエーテル以外の2価又は3価のアルコールを除く有機溶媒であることが好ましく、特に限定されないが、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、メトキシエタノール、エトキシエタノール、又はブトキシエタノール、ジメチルホルムアミド、又はジメチルスルホキシド等を挙げることができる。 The organic solvent is preferably an organic solvent excluding the dialkylene glycol monoalkyl ethers and dihydric or trihydric alcohols other than the dialkylene glycol monoalkyl ethers. Examples of the organic solvent include, but are not limited to, methanol, ethanol, propanol, butanol, methoxyethanol, ethoxyethanol, butoxyethanol, dimethylformamide, and dimethyl sulfoxide.
本発明の実施形態に係る導電性高分子組成物において、水と前記の有機溶媒は、それぞれ単独で前記の組成物に含まれていてもよいし、混合された混合物として前記の組成物に含まれていてもよい。水、前記の有機溶媒、又は水と前記の有機溶媒の混合物の濃度は、成膜性向上の観点から、70~99.98重量%であることが好ましく、75~99.9重量%であることがより好ましく、80~99重量%であることがより好ましい。 In the conductive polymer composition according to an embodiment of the present invention, water and the organic solvent may be contained alone or as a mixture. From the viewpoint of improving film-forming properties, the concentration of water, the organic solvent, or the mixture of water and the organic solvent is preferably 70 to 99.98% by weight, more preferably 75 to 99.9% by weight, and even more preferably 80 to 99% by weight.
なお、本発明の実施形態に係る導電性高分子組成物については、水、前記の有機溶媒、又は水と前記の有機溶媒の混合物を含んでいることが好ましく、水を含んでいることがより好ましい。 The conductive polymer composition according to an embodiment of the present invention preferably contains water, the organic solvent, or a mixture of water and the organic solvent, and more preferably contains water.
前記の水溶性樹脂化合物としては、特に限定されないが、具体的には、ポリビニルピロリドン、ポリビニルピロリドンの共重合体、水溶性ポリエステル樹脂化合物、又は水溶性ポリウレタン樹脂化合物が好ましく、これらの化合物を組み合わせて使用してもよい。 The water-soluble resin compound is not particularly limited, but specifically, polyvinylpyrrolidone, a polyvinylpyrrolidone copolymer, a water-soluble polyester resin compound, or a water-soluble polyurethane resin compound is preferred, and these compounds may also be used in combination.
前記の界面活性剤としては、特に限定されないが、例えば、アニオン界面活性剤(例えば、ラウリルアルコール硫酸エステルナトリウムやドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム等)、カチオン界面活性剤(例えば、ドデシルトリメチルアンモニウムクロリド等)、非イオン性界面活性剤、両性界面活性剤、フッ素系界面活性剤、又はシリコーン系界面活性剤等が使用できるが、より好ましくは非イオン性界面活性剤及び両性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 that can be used include anionic surfactants (e.g., sodium lauryl alcohol sulfate, sodium dodecylbenzenesulfonate, etc.), cationic surfactants (e.g., dodecyltrimethylammonium chloride, etc.), nonionic surfactants, amphoteric surfactants, fluorine-based surfactants, and silicone-based surfactants, but more preferably at least one selected from the group consisting of nonionic surfactants and amphoteric surfactants.
前記の多糖類としては、特に限定されないが、例えば、グルコース、スクロース、フルクトース、ガラクトース、マルトース、ラクトースなどの単糖類や二糖類、又はL-アスコルビン酸、エリソルビン酸、グルクロン酸ラクトン、グルカル酸ラクトンなどのラクトン環を有する化合物が挙げられる。これらのうち、グルコース、スクロース、L-アスコルビン酸、又はエリソルビン酸が好ましい。 The polysaccharides mentioned above are not particularly limited, but examples include monosaccharides and disaccharides such as glucose, sucrose, fructose, galactose, maltose, and lactose, as well as compounds having a lactone ring such as L-ascorbic acid, erythorbic acid, glucuronic acid lactone, and glucaric acid lactone. Of these, glucose, sucrose, L-ascorbic acid, and erythorbic acid are preferred.
本発明の実施形態に係る導電性高分子溶液が、上記の水溶性樹脂化合物、界面活性剤、又は多糖類等の成分を含有するときのそれらの含有量は、各々独立して、含有時の導電性高分子溶液を100重量%として、0.1重量%~60重量%であることが好ましく、1重量%~40重量%であることがより好ましい。 When the conductive polymer solution according to an embodiment of the present invention contains the above-mentioned water-soluble resin compound, surfactant, polysaccharide, or other components, the content of each of these components is preferably 0.1% by weight to 60% by weight, and more preferably 1% by weight to 40% by weight, based on 100% by weight of the conductive polymer solution when contained.
本発明の実施形態に係る導電性高分子溶液のpHは、10以下であることが好ましく、9以下であることがより好ましい。さらに、本発明の実施形態に係る導電性高分子溶液のpHは、1.5以上9.5以下の範囲が好ましく、1.5以上9以下の範囲内がより好ましく、1.5以上6以下の範囲がより好ましい。ここで、pHを調整する手順としては、特に限定されないが、例えば、導電性高分子溶液に予めアミン化合物、塩基性化合物、又は酸性化合物を添加する方法が挙げられる。また、本発明の実施形態に係る導電性高分子溶液をpH2以下の酸性領域で使用する場合には、必ずしもアミンを添加する必要はない。 The pH of the conductive polymer solution according to the embodiment of the present invention is preferably 10 or less, and more preferably 9 or less. Furthermore, the pH of the conductive polymer solution according to the embodiment of the present invention is preferably in the range of 1.5 to 9.5, more preferably 1.5 to 9, and even more preferably 1.5 to 6. The procedure for adjusting the pH is not particularly limited, but examples include a method in which an amine compound, a basic compound, or an acidic compound is added to the conductive polymer solution in advance. Furthermore, when the conductive polymer solution according to the embodiment of the present invention is used in the acidic region of pH 2 or less, it is not necessarily necessary to add an amine.
[導電性高分子薄膜]
上記で示した導電性高分子溶液については、これを基材に塗布し、次いで、加熱乾燥させることによって、下記の特徴を有する導電性高分子薄膜を製造することができる。
[Conductive polymer thin film]
The conductive polymer solution described above can be applied to a substrate and then dried by heating to produce a conductive polymer thin film having the following characteristics.
本発明の実施形態に係る導電性高分子薄膜は、π共役系導電性高分子を含み、out-of-plane法でのX線回折において、2θ=5deg.付近に検出される(100)面の回折ピークの半値幅が0.9deg.以下であることを特徴とする。 A conductive polymer thin film according to an embodiment of the present invention contains a π-conjugated conductive polymer, and is characterized in that, in X-ray diffraction using the out-of-plane method, the half-width of the (100) plane diffraction peak detected near 2θ = 5 deg. is 0.9 deg. or less.
このような本発明の実施形態に係る導電性高分子薄膜の特徴は、特に限定されないが、前記のπ共役系導電性高分子が多結晶性の薄膜を形成する際、ジアルキレングリコールモノアルキルエーテルの存在によって、結晶方位a軸方向の構造規則性が向上する作用によってもたらされたと推測される。そしてこのような特徴的な構造規則性の寄与によって、本発明の実施形態に係る導電性高分子薄膜は高い導電率を示すという効果を奏すると推測される。 These characteristics of the conductive polymer thin film according to the embodiment of the present invention are not particularly limited, but are presumed to be brought about by the presence of the dialkylene glycol monoalkyl ether, which improves the structural regularity in the a-axis direction of the crystal when the π-conjugated conductive polymer forms a polycrystalline thin film. It is presumed that this characteristic structural regularity contributes to the conductive polymer thin film according to the embodiment of the present invention exhibiting high conductivity.
このような結晶構造の高度な規則性に基づく高い導電率を示す導電性高分子薄膜を得るためには、当該導電性高分子薄膜について、out-of-plane法でのX線回折において、2θ=5deg.付近にある(100)面の回折ピークの半値幅(「半価幅」とも言う)が、0.9deg.以下であることが好ましく、0.8deg.以下であることがより好ましい。 To obtain a conductive polymer thin film that exhibits high conductivity based on the highly regular crystalline structure, the half-width (also called "half-width") of the diffraction peak for the (100) plane near 2θ = 5° in out-of-plane X-ray diffraction of the conductive polymer thin film is preferably 0.9° or less, and more preferably 0.8° or less.
また、本発明の実施形態に係る導電性高分子薄膜については、高い導電率が得られる点で、out-of-plane測定でのX線回折において、2θ=5deg.付近に検出される(100)面の回折ピークのピーク面積(A)を基準とした、2θ=25deg.付近に検出される(020)面の回折ピークのピーク面積(B)の比(ピーク面積(B)÷ピーク面積(A))が、0.1以下であることが好ましく、0.05以下であることがより好ましく、0.03以下であることがより好ましい。 Furthermore, in order to obtain high conductivity, the conductive polymer thin film according to an embodiment of the present invention preferably has an X-ray diffraction ratio (peak area (B) ÷ peak area (A)) of the (020) plane diffraction peak detected at approximately 2θ = 25° relative to the peak area (A) of the (100) plane diffraction peak detected at approximately 2θ = 5° in out-of-plane measurement, and is therefore preferably 0.1 or less, more preferably 0.05 or less, and even more preferably 0.03 or less.
なお、上記の導電性高分子薄膜については、上記のπ共役系導電性高分子を含むことが好ましく、上記の一般式(1)で表される構造単位及び一般式(2)で表される構造単位からなる群より選ばれる少なくとも一種の構造単位を少なくとも2つ以上含むポリチオフェンで表されるπ共役系導電性高分子を含むことがより好ましい。 The conductive polymer thin film preferably contains the above-mentioned π-conjugated conductive polymer, and more preferably contains a π-conjugated conductive polymer represented by polythiophene containing at least two or more structural units selected from the group consisting of structural units represented by general formula (1) and structural units represented by general formula (2).
本発明の実施形態に係る導電性高分子薄膜は、特に限定されないが、例えば、本発明の実施形態に係る導電性高分子溶液を、基材に塗布し、次いで乾燥することによって製造することができる。 The conductive polymer thin film according to an embodiment of the present invention is not particularly limited, but can be produced, for example, by applying a conductive polymer solution according to an embodiment of the present invention to a substrate and then drying it.
前記の基材としては、特に限定されないが、例えば、ガラス、プラスチック、ポリエステル、ポリアクリレート、ポリカーボネート、レジスト基板等が挙げられる。塗布方法としては、特に限定されないが、例えば、キャスティング法、ディッピング法、バーコート法、ロールコート法、グラビアコート法、フレキソ印刷法、スプレーコート法、インクジェット印刷法等が挙げられる。 The substrate is not particularly limited, but examples include glass, plastic, polyester, polyacrylate, polycarbonate, and resist substrates. The coating method is not particularly limited, but examples include casting, dipping, bar coating, roll coating, gravure coating, flexographic printing, spray coating, and inkjet printing.
乾燥温度としては、均一な乾燥状態の導電性薄膜が得られる温度及び基材の耐熱温度以下であれば特に限定されないが、室温(15~25℃)~300℃の範囲が好ましく、より好ましくは室温~250℃の範囲であり、さらに好ましくは90~250℃の範囲である。 The drying temperature is not particularly limited as long as it is a temperature at which a uniformly dried conductive thin film is obtained and is equal to or lower than the heat resistance temperature of the substrate. However, a temperature in the range of room temperature (15-25°C) to 300°C is preferred, a temperature in the range of room temperature to 250°C is more preferred, and a temperature in the range of 90-250°C is even more preferred.
乾燥雰囲気は、大気中、不活性ガス中、真空中、又は減圧下のいずれであってもよい。導電膜の劣化抑制の観点からは、窒素、アルゴン等の不活性ガス中が好ましい。 The drying atmosphere may be air, an inert gas, a vacuum, or a reduced pressure. From the perspective of preventing deterioration of the conductive film, an inert gas such as nitrogen or argon is preferred.
本発明の実施形態に係る導電性高分子薄膜の膜厚としては、特に限定されないが、1×10-2~1×102μmの範囲が好ましい。 The thickness of the conductive polymer thin film according to the embodiment of the present invention is not particularly limited, but is preferably in the range of 1×10 −2 to 1×10 2 μm.
本発明の実施形態に係るπ共役系導電性高分子薄膜は、従来のπ共役系導電性高分子薄膜に比べて、高度な結晶構造規則性を有しており、そのために導電性を向上させることができるという効果を奏する。本発明の実施形態に係る導電性高分子溶液又は導電性高分子薄膜は、特に限定されないが、例えば、データ記憶媒体、太陽電池、再充電可能バッテリー、電極、発光ダイオード、電界効果トランジスタ、帯電防止材料、コピー機ドラム用被膜、電気回路板、固体電解コンデンサ等の用途に用いることができる。 The π-conjugated conductive polymer thin film according to an embodiment of the present invention has a higher degree of crystalline structure regularity than conventional π-conjugated conductive polymer thin films, which has the effect of improving conductivity. The conductive polymer solution or conductive polymer thin film according to an embodiment of the present invention can be used in applications such as, but not limited to, data storage media, solar cells, rechargeable batteries, electrodes, light-emitting diodes, field-effect transistors, antistatic materials, coatings for copier drums, electric circuit boards, and solid electrolytic capacitors.
なお、固体電解コンデンサとしては、タンタル、ニオブ又はアルミニウムを基とする固体状態電解液蓄電池に対して好ましく用いることができる。 In addition, solid electrolytic capacitors can be preferably used in solid-state electrolyte storage batteries based on tantalum, niobium, or aluminum.
本発明の実施形態に係る導電性高分子溶液については、これをそのまま各種用途に用いることもできるが、従来公知の添加剤を添加して用いることもできる。 The conductive polymer solution according to the embodiment of the present invention can be used for various applications as is, or it can be used after adding conventionally known additives.
このような構成によれば、従来公知の材料を用いて電性高分子薄膜の導電率をより一層高めることが可能である。これにより、当該薄膜を含む電子回路の高性能化が記載される。よって、本発明の実施形態によれば、情報伝達技術の普及、及び新規材料の使用に伴う排気、廃液処理による環境負荷の発生が防止されるなどの観点から、労働意欲の向上、産業の発展、及び環境保全に係る持続可能な開発目標(SDGs)の達成への貢献が期待される。 This configuration makes it possible to further increase the conductivity of conductive polymer thin films using conventionally known materials. This allows for improved performance of electronic circuits that include such thin films. Therefore, embodiments of the present invention are expected to contribute to the promotion of information transmission technology and the achievement of Sustainable Development Goals (SDGs) related to improved work motivation, industrial development, and environmental conservation, from the perspective of preventing the environmental impact of exhaust and wastewater treatment associated with the use of new materials.
本発明は上述した各実施形態に限定されず、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態も、本発明の技術的範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope of the claims. Embodiments obtained by appropriately combining the technical means disclosed in different embodiments are also included in the technical scope of the present invention.
以下に本発明の導電性高分子溶液、及び導電性高分子薄膜に関する実施例を示すが、本発明はこれらの実施例に限定して解釈されない。なお、本実施例で用いた分析機器及び測定方法を以下に列記する。 The following are examples of the conductive polymer solution and conductive polymer thin film of the present invention, but the present invention should not be construed as being limited to these examples. The analytical instruments and measurement methods used in these examples are listed below.
[ゲル浸透クロマトグラフィー分析]
π共役系導電性高分子を0.7~1.0重量%程度含む水溶液4.0gに50重量%濃度のN、N-ジイソプロピルアミン(DIPA)のメタノール溶液2.4gを加え一晩ゆっくりと撹拌した。減圧乾燥して得られた固形分をジメチルスルホキシド(DMSO)5.5gに溶解させた。その後、PVDFフィルター(0.45μm)に通液処理した液を下記ゲル浸透クロマトグラフィー条件で分析し、数平均分子量を推定した。
・カラム:東ソー社製TSKgel α-M + guard Column α
・溶離液:DMSO / 10mM TBA-Br(臭化テトラブチルアンモニウム) / 10mM DIPA(N、N-ジイソプロピルアミン)
・流速:0.6mL / min.
・検出:UV(335nm)
・温度:50℃
・注入量:1000ppm(20μL)
・標準:PSS(ポリスチレンスルホン酸)
Gel Permeation Chromatography Analysis
2.4 g of a 50 wt % solution of N,N-diisopropylamine (DIPA) in methanol was added to 4.0 g of an aqueous solution containing approximately 0.7 to 1.0 wt % of a π-conjugated conductive polymer, and the mixture was slowly stirred overnight. The solid obtained after drying under reduced pressure was dissolved in 5.5 g of dimethyl sulfoxide (DMSO). The solution was then passed through a PVDF filter (0.45 μm) and analyzed under the following gel permeation chromatography conditions to estimate the number average molecular weight.
Column: TSKgel α-M + guard Column α manufactured by Tosoh Corporation
Eluent: DMSO / 10 mM TBA-Br (tetrabutylammonium bromide) / 10 mM DIPA (N,N-diisopropylamine)
・Flow rate: 0.6mL/min.
Detection: UV (335 nm)
・Temperature: 50℃
・Injection amount: 1000ppm (20μL)
Standard: PSS (polystyrene sulfonic acid)
[導電率の測定方法]
π共役系導電性高分子を含む溶液2.0mLを50mm×50mm角の無アルカリガラス板に塗布し、窒素雰囲気中、ホットプレート上で120℃にて40分間乾燥した。次いで、乾燥した塗膜を200℃で1時間さらに乾燥して導電性高分子薄膜を得た。得られた導電性高分子薄膜の膜厚及び表面抵抗率の値から、以下の式に基づき導電率を算出した。
導電率[S/cm]=104/(表面抵抗率[Ω/□]×膜厚[μm])
[Conductivity measurement method]
2.0 mL of the solution containing the π-conjugated conductive polymer was applied to a 50 mm × 50 mm square non-alkali glass plate and dried on a hot plate in a nitrogen atmosphere at 120°C for 40 minutes. The dried coating film was then further dried at 200°C for 1 hour to obtain a conductive polymer thin film. The conductivity was calculated from the film thickness and surface resistivity of the obtained conductive polymer thin film using the following formula.
Electrical conductivity [S/cm] = 10 4 / (Surface resistivity [Ω/□] x Film thickness [μm])
導電性高分子薄膜の膜厚は、BRUKER社製の触針式プロファイリングシステム「DEKTAK XT」を用いて測定した。導電性高分子薄膜の表面抵抗率は、三菱化学社製の抵抗率計「ロレスタGP MCP-T600」を用いて測定した。 The film thickness of the conductive polymer thin film was measured using a BRUKER stylus profiling system "DEKTAK XT." The surface resistivity of the conductive polymer thin film was measured using a Mitsubishi Chemical Corporation resistivity meter "LORESTA GP MCP-T600."
合成例1 ポリチオフェン(PT)の合成
従来公知の製造法に従って、下式(3)で表されるモノマーであって、R1がメチル基であって、m=2であって、n=1であって、Mが水素原子であるモノマーを用いて、π共役系導電性高分子であるポリチオフェン-1[PT-1、下式(4)及び下式(5)で表される繰り返し構造を含む重合体]の水溶液を得た。ゲル浸透クロマトグラフィー分析の結果、前記のポリチオフェン-1のポリスチレンスルホン酸換算数平均分子量は3,721であった。
Synthesis Example 1 Synthesis of Polythiophene (PT) According to a conventionally known production method, an aqueous solution of polythiophene-1 [PT- 1 , a polymer containing repeating units represented by the following formulas (4) and (5)], which is a π-conjugated conductive polymer, was obtained using a monomer represented by the following formula (3), in which R1 is a methyl group, m = 2, n = 1, and M is a hydrogen atom. As a result of gel permeation chromatography analysis, the number average molecular weight of the polythiophene-1 calculated as polystyrene sulfonic acid was 3,721.
比較例1
1.2重量%に調製した上記のポリチオフェン-1水溶液を用いて、上記の方法で導電率測定方法に従って導電性高分子薄膜を作製し、導電率を測定した。得られた導電性高分子薄膜の導電率は759S/cmであった。
Comparative Example 1
Using the above-mentioned aqueous solution of polythiophene-1 prepared to a concentration of 1.2 wt %, a conductive polymer thin film was prepared according to the above-mentioned conductivity measurement method, and the conductivity was measured. The conductivity of the obtained conductive polymer thin film was 759 S/cm.
合成例2 ポリチオフェンの合成
従来公知の製造法に従って、上式(3)で表されるモノマーを用いて、π共役系導電性高分子であるポリチオフェン-2[PT-2、上式(4)及び上式(5)で表される繰り返し構造を含む重合体]の水溶液を得た。ゲル浸透クロマトグラフィー分析の結果、前記のポリチオフェン-2のポリスチレンスルホン酸換算数平均分子量は3,448であった。
Synthesis Example 2: Synthesis of polythiophene [0049] According to a conventionally known production method, an aqueous solution of polythiophene-2 [PT-2, a polymer containing repeating units represented by the above formulas (4) and (5)], which is a π-conjugated conductive polymer, was obtained using the monomer represented by the above formula (3). As a result of gel permeation chromatography analysis, the number average molecular weight of the polythiophene-2 calculated as polystyrene sulfonic acid was 3,448.
比較例2
1.2重量%に調製した上記ポリチオフェン-2水溶液を用いて、上記の方法で導電率測定方法に従って導電性高分子薄膜を作製し、導電率を測定した。得られた導電性高分子薄膜の導電率は452S/cmであった。
Comparative Example 2
A conductive polymer thin film was prepared using the above-mentioned aqueous solution of polythiophene-2 adjusted to a concentration of 1.2 wt % according to the above-mentioned conductivity measurement method, and the conductivity was measured. The conductivity of the obtained conductive polymer thin film was 452 S/cm.
比較例3
合成例1で得られた1.2重量%のポリチオフェン-1水溶液 6.03gに、ジエチレングリコール(DEG) 19.3mg(導電性高分子溶液の全量に対して0.32重量%)を加えて12時間撹拌し、導電性高分子溶液を得た。ジエチレングリコールの含有量は、π共役系導電性高分子 1重量部に対して、0.27重量部であった。得られた導電性高分子溶液を用いて、上記の方法で導電率測定方法に従って導電性高分子薄膜を作製し、導電率を測定した。得られた導電性高分子薄膜の導電率は、696S/cmであった。
Comparative Example 3
To 6.03 g of the 1.2 wt % aqueous solution of polythiophene-1 obtained in Synthesis Example 1, 19.3 mg of diethylene glycol (DEG) (0.32 wt % relative to the total amount of the conductive polymer solution) was added and stirred for 12 hours to obtain a conductive polymer solution. The diethylene glycol content was 0.27 parts by weight relative to 1 part by weight of the π-conjugated conductive polymer. Using the obtained conductive polymer solution, a conductive polymer thin film was produced according to the conductivity measurement method described above, and the conductivity was measured. The conductivity of the obtained conductive polymer thin film was 696 S/cm.
比較例4
合成例1で得られた1.2重量%のポリチオフェン-1水溶液 6.02gに、ジエチレングリコール 37.6mg(導電性高分子溶液の全量に対して0.62重量%)を加えて12時間撹拌し、導電性高分子溶液を得た。ジエチレングリコールの含有量は、π共役系導電性高分子 1重量部に対して、0.52重量部であった。得られた導電性高分子溶液を用いて、上記の方法で導電率測定方法に従って導電性高分子薄膜を作製し、導電率を測定した。得られた導電性高分子薄膜の導電率は、693S/cmであった。
Comparative Example 4
To 6.02 g of the 1.2 wt % aqueous solution of polythiophene-1 obtained in Synthesis Example 1, 37.6 mg of diethylene glycol (0.62 wt % relative to the total amount of the conductive polymer solution) was added and stirred for 12 hours to obtain a conductive polymer solution. The diethylene glycol content was 0.52 parts by weight relative to 1 part by weight of the π-conjugated conductive polymer. Using the obtained conductive polymer solution, a conductive polymer thin film was produced according to the conductivity measurement method described above, and the conductivity was measured. The conductivity of the obtained conductive polymer thin film was 693 S/cm.
実施例1
合成例1で得られた1.2重量%のポリチオフェン-1水溶液 6.02gに、ジエチレングリコール モノ-n-ヘキシルエーテル(HxDEG) 17.1mg(導電性高分子溶液の全量に対して0.28重量%)を加えて12時間撹拌し、本発明の導電性高分子溶液を得た。なお、ジアルキレングリコールモノアルキルエーテルの含有量は、π共役系導電性高分子 1重量部に対して、0.23重量部であった。得られた導電性高分子溶液を用いて、上記の方法で導電率測定方法に従って導電性高分子薄膜を作製し、導電率を測定した。得られた導電性高分子薄膜の導電率は、829S/cmであった。
Example 1
To 6.02 g of the 1.2 wt % aqueous solution of polythiophene-1 obtained in Synthesis Example 1, 17.1 mg of diethylene glycol mono-n-hexyl ether (HxDEG) (0.28 wt % relative to the total amount of the conductive polymer solution) was added and stirred for 12 hours to obtain a conductive polymer solution of the present invention. The content of dialkylene glycol monoalkyl ether was 0.23 parts by weight relative to 1 part by weight of the π-conjugated conductive polymer. Using the obtained conductive polymer solution, a conductive polymer thin film was produced according to the conductivity measurement method described above, and the conductivity was measured. The conductivity of the obtained conductive polymer thin film was 829 S/cm.
実施例2
合成例1で得られた1.2重量%のポリチオフェン-1水溶液 6.02gに、ジエチレングリコール モノ-n-ヘキシルエーテル 25.9mg(導電性高分子溶液の全量に対して0.43重量%)を加えて12時間撹拌し、本発明の導電性高分子溶液を得た。なお、ジアルキレングリコールモノアルキルエーテルの含有量は、π共役系導電性高分子 1重量部に対して、0.36重量部であった。得られた導電性高分子溶液を用いて、上記の方法で導電率測定方法に従って導電性高分子薄膜を作製し、導電率を測定した。得られた導電性高分子薄膜の導電率は、772S/cmであった。
Example 2
To 6.02 g of the 1.2 wt % aqueous solution of polythiophene-1 obtained in Synthesis Example 1, 25.9 mg of diethylene glycol mono-n-hexyl ether (0.43 wt % relative to the total amount of the conductive polymer solution) was added and stirred for 12 hours to obtain a conductive polymer solution of the present invention. The content of dialkylene glycol monoalkyl ether was 0.36 parts by weight relative to 1 part by weight of the π-conjugated conductive polymer. Using the obtained conductive polymer solution, a conductive polymer thin film was produced according to the conductivity measurement method described above, and the conductivity was measured. The conductivity of the obtained conductive polymer thin film was 772 S/cm.
実施例3
合成例2で得られた1.2重量%のポリチオフェン-2水溶液 6.16gに、ジエチレングリコール モノ-n-ヘキシルエーテル 24.9mg(導電性高分子溶液の全量に対して0.40重量%)を加えて12時間撹拌し、本発明の導電性高分子溶液を得た。なお、ジアルキレングリコールモノアルキルエーテルの含有量は、π共役系導電性高分子 1重量部に対して、0.33重量部であった。得られた導電性高分子溶液を用いて、上記の方法で導電率測定方法に従って導電性高分子薄膜を作製し、導電率を測定した。得られた導電性高分子薄膜の導電率は、465S/cmであった。
Example 3
To 6.16 g of the 1.2 wt % aqueous solution of polythiophene-2 obtained in Synthesis Example 2, 24.9 mg of diethylene glycol mono-n-hexyl ether (0.40 wt % relative to the total amount of the conductive polymer solution) was added and stirred for 12 hours to obtain a conductive polymer solution of the present invention. The content of dialkylene glycol monoalkyl ether was 0.33 parts by weight relative to 1 part by weight of the π-conjugated conductive polymer. Using the obtained conductive polymer solution, a conductive polymer thin film was produced according to the conductivity measurement method described above, and the conductivity was measured. The conductivity of the obtained conductive polymer thin film was 465 S/cm.
上記の実施例及び比較例における導電性高分子溶液の組成と、当該溶液から作製した導電性高分子薄膜の導電率を表1に示す。表中「PT」はポリチオフェンを表し、「HxDEG」はジエチレングリコール モノ-n-ヘキシルエーテルを表し、「DEG」はジエチレングリコールを表す。 The compositions of the conductive polymer solutions in the above examples and comparative examples, and the conductivities of the conductive polymer thin films prepared from these solutions, are shown in Table 1. In the table, "PT" stands for polythiophene, "HxDEG" stands for diethylene glycol mono-n-hexyl ether, and "DEG" stands for diethylene glycol.
[導電性高分子薄膜の構造規則性]
実施例1で得られた導電性高分子薄膜について、以下の条件でX線回折(out-of-plane測定)を行った。装置には、多目的X線回折装置「SmartLab」(Rigaku製)を用いた。X線源には、CuKα線,45kV,200mA(平行光学系)を用いた。
<out-of-plane測定>
・θ/2θスキャン
・走査範囲:2deg.≦2θ≦40deg.
・走査速度:1.25deg./min.
・走査ステップ:0.02deg.
[Structural regularity of conductive polymer thin films]
X-ray diffraction (out-of-plane measurement) was performed on the conductive polymer thin film obtained in Example 1 under the following conditions. The apparatus used was a multipurpose X-ray diffraction apparatus "SmartLab" (manufactured by Rigaku). The X-ray source used was CuKα radiation, 45 kV, 200 mA (collimated optical system).
<Out-of-plane measurement>
θ/2θ scan Scanning range: 2°≦2θ≦40°
Scanning speed: 1.25 deg./min.
Scanning step: 0.02 deg.
図1に、実施例1の導電性高分子薄膜の平行光学系X線回折out-of-plane測定により得られた回折パターンを示す。 Figure 1 shows the diffraction pattern obtained by out-of-plane parallel optical system X-ray diffraction measurement of the conductive polymer thin film of Example 1.
公知文献(ScienceAdvances,5(4),eaav9492,2019)によりスキャン結果の帰属を行った。実施例1の薄膜では、(100)回折ピーク(2θ=5.43deg.)、(200)回折ピーク(2θ=10.66deg.)、(020)回折ピーク(2θ=25.21deg.)が検出され、(100)回折ピークの半値幅は0.75deg.であった。 The scan results were assigned based on a published document (Science Advances, 5(4), eaav9492, 2019). For the thin film of Example 1, a (100) diffraction peak (2θ = 5.43°), a (200) diffraction peak (2θ = 10.66°), and a (020) diffraction peak (2θ = 25.21°) were detected, and the half-width of the (100) diffraction peak was 0.75°.
実施例1で得られた導電性高分子薄膜の(100)面の回折ピークのピーク面積(A)を基準とした、(020)面の回折ピークのピーク面積(B)の比(ピーク面積(B)÷ピーク面積(A)、B/A)は0.017であった。 The ratio of the peak area (B) of the diffraction peak of the (020) plane to the peak area (A) of the diffraction peak of the (100) plane of the conductive polymer thin film obtained in Example 1 (peak area (B) ÷ peak area (A), B/A) was 0.017.
同様に、比較例1で得られた導電性高分子薄膜について、実施例1の導電性高分子薄膜と同じ条件下でX線回折(out-of-plane測定)を行った。 Similarly, X-ray diffraction (out-of-plane measurement) was performed on the conductive polymer thin film obtained in Comparative Example 1 under the same conditions as for the conductive polymer thin film of Example 1.
図1に、比較例1の導電性高分子薄膜の平行光学系X線回折out-of-plane測定により得られた回折パターンを示す。 Figure 1 shows the diffraction pattern obtained by out-of-plane parallel optical system X-ray diffraction measurement of the conductive polymer thin film of Comparative Example 1.
公知文献(ScienceAdvances,5(4),eaav9492,2019)によりスキャン結果の帰属を行った。(100)回折ピーク(2θ=5.45deg.)、(200)回折ピーク(2θ=10.67deg.)、及び(020)回折ピーク(2θ=24.78deg.)が検出された。(100)回折ピークの半値幅は、1.17deg.であった。 The scan results were assigned according to a published literature reference (Science Advances, 5(4), eaav9492, 2019). A (100) diffraction peak (2θ = 5.45°), a (200) diffraction peak (2θ = 10.67°), and a (020) diffraction peak (2θ = 24.78°) were detected. The half-width of the (100) diffraction peak was 1.17°.
比較例1で得られた導電性高分子薄膜の(100)面の回折ピークのピーク面積(A)を基準とした、(020)面の回折ピークのピーク面積(B)の比(ピーク面積(B)÷ピーク面積(A))は0.14であった。 The ratio of the peak area (B) of the diffraction peak of the (020) plane to the peak area (A) of the diffraction peak of the (100) plane of the conductive polymer thin film obtained in Comparative Example 1 (peak area (B) ÷ peak area (A)) was 0.14.
上記の導電性高分子薄膜のX線結晶構造解析結果を表2に示す。 The results of X-ray crystal structure analysis of the above conductive polymer thin film are shown in Table 2.
合成例1と合成例2では、異なる分子量のπ共役系導電性高分子が得られており、比較例1及び2に示した通り、分子量がより高い合成例1のπ共役系導電性高分子の方が、導電率が高かった。 In Synthesis Examples 1 and 2, π-conjugated conductive polymers with different molecular weights were obtained, and as shown in Comparative Examples 1 and 2, the π-conjugated conductive polymer of Synthesis Example 1, which had a higher molecular weight, had higher conductivity.
比較例1と、実施例1及び実施例2との結果の比較より、合成例1のポリチオフェン水溶液にジエチレングリコール モノ-n-ヘキシルエーテルを適量添加した後に成膜することで、添加しない場合と比べて導電率が向上した。 Comparing the results of Comparative Example 1 with those of Examples 1 and 2, it was found that adding an appropriate amount of diethylene glycol mono-n-hexyl ether to the aqueous polythiophene solution of Synthesis Example 1 before forming a film improved conductivity compared to when no diethylene glycol mono-n-hexyl ether was added.
比較例2と、実施例3との結果の比較より、合成例1とは分子量の異なる合成例2のポリチオフェン水溶液においても、ジエチレングリコール モノ-n-ヘキシルエーテルを適量添加することで、添加しない場合と比べて導電率が向上した。このことから、ジエチレングリコール モノ-n-ヘキシルエーテルは、π共役系導電性高分子の分子量によらず、導電性高分子薄膜の導電率を向上させる効果を有することがわかった。また、π共役系導電性高分子の分子量が大きいほど、導電率を向上させる効果が高いことがわかった。 Comparing the results of Comparative Example 2 and Example 3, it was found that even in the aqueous polythiophene solution of Synthesis Example 2, which has a different molecular weight than Synthesis Example 1, the addition of an appropriate amount of diethylene glycol mono-n-hexyl ether improved conductivity compared to when no diethylene glycol mono-n-hexyl ether was added. This demonstrates that diethylene glycol mono-n-hexyl ether has the effect of improving the conductivity of conductive polymer thin films, regardless of the molecular weight of the π-conjugated conductive polymer. It was also found that the greater the molecular weight of the π-conjugated conductive polymer, the greater the effect of improving conductivity.
比較例1と比較例3及び比較例4との結果の比較より、合成例1のポリチオフェン水溶液にジエチレングリコールを添加した場合には、実施例1及び実施例2に見られたような導電率向上作用は示されなかった。 A comparison of the results of Comparative Example 1 with those of Comparative Examples 3 and 4 shows that when diethylene glycol was added to the aqueous polythiophene solution of Synthesis Example 1, the conductivity-enhancing effect observed in Examples 1 and 2 was not observed.
このことから、添加剤のジアルキレングリコールをモノアルキルエーテルとすることによって、上記の導電率向上作用が発現したと推測される。 From this, it is speculated that the aforementioned conductivity improvement effect was achieved by changing the additive dialkylene glycol to a monoalkyl ether.
実施例1の導電性高分子薄膜と比較例1の導電性高分子薄膜とのX線回折結果の比較より、ジエチレングリコール モノ-n-ヘキシルエーテルを含有するπ共役系導電性高分子溶液は、ジエチレングリコール モノ-n-ヘキシルエーテルを含有しないπ共役系導電性高分子溶液と比べて(100)回折ピーク形状が鋭くなり、半値幅が顕著に減少した。特に、最も高い導電率を示した実施例1の薄膜において、半値幅が0.8deg.を下回った。 A comparison of the X-ray diffraction results for the conductive polymer thin film of Example 1 and the conductive polymer thin film of Comparative Example 1 revealed that the π-conjugated conductive polymer solution containing diethylene glycol mono-n-hexyl ether had a sharper (100) diffraction peak shape and a significantly reduced half-width compared to the π-conjugated conductive polymer solution not containing diethylene glycol mono-n-hexyl ether. In particular, the half-width for the thin film of Example 1, which exhibited the highest conductivity, was less than 0.8 deg.
回折ピーク半値幅の減少は結晶構造の規則性が向上したことを意味することから、π系導電性高分子の水溶液にジエチレングリコール モノ-n-ヘキシルエーテルを添加することで、導電性高分子溶液から作製される導電性高分子薄膜における結晶構造の規則性が向上し、そのために電荷担体が薄膜中を移動する際の導電経路が改善され、導電率が向上したと推測される。 Since a decrease in the half-width of the diffraction peak indicates improved regularity in the crystalline structure, it is speculated that adding diethylene glycol mono-n-hexyl ether to an aqueous solution of a π-type conductive polymer improves the regularity of the crystalline structure in the conductive polymer thin film produced from the conductive polymer solution, thereby improving the conductive paths for charge carriers moving through the thin film and improving conductivity.
規則性の高い結晶構造は熱力学的な安定性に優れることから、本発明の導電性高分子薄膜は、高い耐熱性を有することが期待される。 Since a highly ordered crystal structure has excellent thermodynamic stability, the conductive polymer thin film of the present invention is expected to have high heat resistance.
公知の特許文献(特開2021-42266号公報)において、従来公知の製造法によって合成した導電性ポリチオフェンの薄膜について、X線回折結果が議論されている。当該特許文献におけるポリチオフェン薄膜の(100)回折ピーク半価幅は1.0deg.であった。 A known patent document (JP 2021-42266 A) discusses the results of X-ray diffraction analysis of a thin film of conductive polythiophene synthesized by a conventional manufacturing method. The polythiophene thin film in this document had a (100) diffraction peak half-width of 1.0 deg.
本発明の実施例1の導電性高分子薄膜における(100)回折ピーク半価幅は0.8deg.を下回ったことから、本発明の導電性ポリチオフェン薄膜は、公知の特許文献(特開2021-42266号公報)に記載の導電性ポリチオフェン薄膜と比較して、顕著に高い結晶構造の規則性を有することがわかった。 The (100) diffraction peak half-width of the conductive polymer thin film of Example 1 of the present invention was less than 0.8 deg., indicating that the conductive polythiophene thin film of the present invention has a significantly higher degree of regularity in its crystalline structure than the conductive polythiophene thin film described in the known patent document (JP 2021-42266 A).
また、本発明の実施例1の導電性高分子薄膜における(100)面の回折ピークのピーク面積(A)を基準とした、(020)面の回折ピークのピーク面積(B)の比(ピーク面積(B)÷ピーク面積(A))は0.02未満であることから、本発明のポリチオフェン薄膜は、公知文献(特開2021-42266号公報)に記載のポリチオフェン薄膜に匹敵するedge-on配向性を有する。 Furthermore, the ratio of the peak area (B) of the diffraction peak of the (020) plane to the peak area (A) of the diffraction peak of the (100) plane in the conductive polymer thin film of Example 1 of the present invention (peak area (B) ÷ peak area (A)) is less than 0.02. Therefore, the polythiophene thin film of the present invention has edge-on orientation comparable to that of the polythiophene thin film described in the publicly known literature (JP 2021-42266 A).
このことから、本発明のポリチオフェン薄膜は、公知特許文献(特開2021-42266号公報)に記載のポリチオフェン薄膜に匹敵するedge-on配向性を有するとともに、当該特許文献のポリチオフェン薄膜のそれを顕著に上回る高い結晶構造の規則性を有すると言える。このような高い結晶構造規則性に基づいて、本発明のポリチオフェン薄膜は、より寸法安定性に優れることが期待される。すなわち、本発明のポリチオフェン薄膜を備えたコンデンサは、温度変化による寸法変化が小さく抑えられるため、繰り返し使用に伴う性能低下のリスクを下げられる効果が期待される。 From this, it can be said that the polythiophene thin film of the present invention has edge-on orientation comparable to that of the polythiophene thin film described in a publicly known patent document (JP 2021-42266 A), and also has a high degree of regularity in its crystal structure that significantly exceeds that of the polythiophene thin film described in said patent document. Based on this high degree of regularity in its crystal structure, the polythiophene thin film of the present invention is expected to have superior dimensional stability. In other words, since capacitors equipped with the polythiophene thin film of the present invention exhibit minimal dimensional change due to temperature changes, it is expected that the risk of performance degradation due to repeated use will be reduced.
以上より、本発明の必須の成分であるジアルキレングリコールモノアルキルエーテルは、ジエチレングリコール モノ-n-ヘキシルエーテルの例に示されるように、高度な結晶構造の規則性を有するπ共役系導電性高分子薄膜の形成を誘起する効果を有していると考えられる。そして、π共役系導電性高分子薄膜の形成において、当該薄膜中の導電経路を改善する作用を呈し、当該薄膜の導電率を向上させる効果を有すると考えられる。 From the above, it is believed that the dialkylene glycol monoalkyl ether, an essential component of the present invention, has the effect of inducing the formation of a π-conjugated conductive polymer thin film with a highly regular crystalline structure, as shown in the example of diethylene glycol mono-n-hexyl ether. Furthermore, in the formation of a π-conjugated conductive polymer thin film, it is believed to have the effect of improving the conductive paths in the thin film and increasing the conductivity of the thin film.
本発明の導電性高分子薄膜は、帯電防止材、LCD、有機EL、コンデンサの固体電解質又は透明電極等の性能の向上に貢献することが期待される。 The conductive polymer thin film of the present invention is expected to contribute to improving the performance of antistatic materials, LCDs, organic EL displays, solid electrolytes or transparent electrodes in capacitors, etc.
Claims (8)
前記π共役系導電性高分子1重量部に対する前記ジアルキレングリコールモノアルキルエーテルの含有比率が0.1~2重量部である、
導電性高分子溶液。 The conductive polymer contains a π-conjugated conductive polymer and a dialkylene glycol monoalkyl ether ,
the content ratio of the dialkylene glycol monoalkyl ether relative to 1 part by weight of the π-conjugated conductive polymer is 0.1 to 2 parts by weight;
Conductive polymer solution.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021209805A JP7757777B2 (en) | 2021-12-23 | 2021-12-23 | Conductive polymer solution, conductive polymer thin film, and method for producing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021209805A JP7757777B2 (en) | 2021-12-23 | 2021-12-23 | Conductive polymer solution, conductive polymer thin film, and method for producing the same |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2023094369A JP2023094369A (en) | 2023-07-05 |
| JP7757777B2 true JP7757777B2 (en) | 2025-10-22 |
Family
ID=87001417
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2021209805A Active JP7757777B2 (en) | 2021-12-23 | 2021-12-23 | Conductive polymer solution, conductive polymer thin film, and method for producing the same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7757777B2 (en) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005122278A1 (en) | 2004-06-10 | 2005-12-22 | Konica Minolta Holdings, Inc. | Organic semiconductor thin film, organic semiconductor device, organic thin film transistor, and organic electro-luminescence element |
| WO2006132128A1 (en) | 2005-06-06 | 2006-12-14 | Sharp Kabushiki Kaisha | Coating liquid for hole injection/transport layer, method for producing hole injection/transport layer, organic electroluminescent device and method for manufacturing same |
| JP2018123213A (en) | 2017-01-31 | 2018-08-09 | 東ソー株式会社 | Polythiophene and composition thereof, and use thereof |
| JP2019036489A (en) | 2017-08-18 | 2019-03-07 | 東ソー株式会社 | Conductive polymer aqueous solution and use thereof |
| JP2019151814A (en) | 2018-03-01 | 2019-09-12 | 東ソー株式会社 | Conductive polymer-containing ink and application thereof |
| JP2020026490A (en) | 2018-08-13 | 2020-02-20 | 東ソー株式会社 | Conductive polymer-containing ink and use therefor |
| JP2021042266A (en) | 2019-09-06 | 2021-03-18 | 東ソー株式会社 | Conductive polymer aqueous solution and conductive organic thin film |
-
2021
- 2021-12-23 JP JP2021209805A patent/JP7757777B2/en active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005122278A1 (en) | 2004-06-10 | 2005-12-22 | Konica Minolta Holdings, Inc. | Organic semiconductor thin film, organic semiconductor device, organic thin film transistor, and organic electro-luminescence element |
| WO2006132128A1 (en) | 2005-06-06 | 2006-12-14 | Sharp Kabushiki Kaisha | Coating liquid for hole injection/transport layer, method for producing hole injection/transport layer, organic electroluminescent device and method for manufacturing same |
| JP2018123213A (en) | 2017-01-31 | 2018-08-09 | 東ソー株式会社 | Polythiophene and composition thereof, and use thereof |
| JP2019036489A (en) | 2017-08-18 | 2019-03-07 | 東ソー株式会社 | Conductive polymer aqueous solution and use thereof |
| JP2019151814A (en) | 2018-03-01 | 2019-09-12 | 東ソー株式会社 | Conductive polymer-containing ink and application thereof |
| JP2020026490A (en) | 2018-08-13 | 2020-02-20 | 東ソー株式会社 | Conductive polymer-containing ink and use therefor |
| JP2021042266A (en) | 2019-09-06 | 2021-03-18 | 東ソー株式会社 | Conductive polymer aqueous solution and conductive organic thin film |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2023094369A (en) | 2023-07-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1953178B1 (en) | Process for producing aqueous dispersion of composite of poly(3,4-dialkoxythiophene) with polyanion | |
| JP5485174B2 (en) | Method for producing conductive polymer | |
| KR101249258B1 (en) | Method for producing an aqueous dispersion containing a complex of poly(3,4-dialkoxythiophene) and a polyanion | |
| JP5728631B2 (en) | Process for preparing conductive polymers | |
| CN101952349B (en) | Soluble conductive polymer and its preparation method | |
| JP6686500B2 (en) | Conductive polymer aqueous solution and conductive polymer film | |
| JP6902876B2 (en) | Polythiophene and its compositions, and their uses | |
| JP2018184586A (en) | Conductive polymer aqueous solution | |
| JP6919192B2 (en) | Conductive polymer aqueous solution and its applications | |
| JP2004059666A (en) | Aqueous dispersion of composite of poly (3,4-dialkoxythiophene) and polyanion and method for producing the same | |
| JP7279488B2 (en) | Conductive polymer aqueous solution and conductive polymer film | |
| JP6753098B2 (en) | Method for producing self-doping polythiophene | |
| JP7018177B2 (en) | Conductive polymer-containing ink and its applications | |
| JP2003286336A (en) | Method for producing transparent electrically conductive layer, thus produced layer and its use | |
| JP7757777B2 (en) | Conductive polymer solution, conductive polymer thin film, and method for producing the same | |
| JP2021042266A (en) | Conductive polymer aqueous solution and conductive organic thin film | |
| JP2019196443A (en) | Aqueous conductive polymer solution and conductive polymer film | |
| JP2025124765A (en) | Conductive polymer composition and conductive polymer film | |
| JP6724526B2 (en) | Water-soluble conductive polymer, method for producing the same, aqueous solution of the conductive polymer, and use thereof | |
| JP7151065B2 (en) | Conductive polymer aqueous solution and its use | |
| JP7184274B2 (en) | METHOD FOR MANUFACTURING CONDUCTIVE POLYMER SOLUTION | |
| JP7732260B2 (en) | Conductive polymer solution and its uses | |
| JP7709702B2 (en) | Method for producing conductive polymer solution | |
| JP2021161371A (en) | Conductive polymer solution, and conductive polymer film and article coated therewith | |
| KR20160005250A (en) | Antistatic coating composition with various surface resistance according to the dilution |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20240819 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20250421 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20250507 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20250626 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20250909 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20250922 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7757777 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |