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JPH0341095B2 - - Google Patents
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JPH0341095B2 - - Google Patents

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JPH0341095B2
JPH0341095B2 JP60072538A JP7253885A JPH0341095B2 JP H0341095 B2 JPH0341095 B2 JP H0341095B2 JP 60072538 A JP60072538 A JP 60072538A JP 7253885 A JP7253885 A JP 7253885A JP H0341095 B2 JPH0341095 B2 JP H0341095B2
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doping
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G75/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing sulfur with or without nitrogen, oxygen, or carbon in the main chain of the macromolecule
    • C08G75/02Polythioethers
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G79/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing atoms other than silicon, sulfur, nitrogen, oxygen, and carbon with or without the latter elements in the main chain of the macromolecule

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  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Polymers With Sulfur, Phosphorus Or Metals In The Main Chain (AREA)
  • Polyoxymethylene Polymers And Polymers With Carbon-To-Carbon Bonds (AREA)
  • Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕 本発明は導電性を有する新規重合体、さらに詳
細には、二硫化炭素重合体の製造方法に関する。 〔従来の技術〕 従来、導電性高分子素材として重合体骨格に炭
素−炭素結合による共役系を有するものが合成さ
れている。これらの例としては、ポリアセチレ
ン、ポリピロール、ポリフエニレン、ポリフエニ
レンビニレン等が挙げられる。しかし、骨格内に
硫黄を含み、外見上共役系が形成されてないと思
われる重合体の中にも、ポリフエニレンスルフイ
ドやポリビニレンスルフイドのようにドーピング
により半導性、ないし導電性を示すものも知られ
ている。中でも二硫黄化炭素を出発原料とする重
合体は硫黄と炭素による非常に単純な高分子であ
り、共役系は有していないが導電性高分子素材と
しての可能性を持つと考えられる。 二硫化炭素を重合することを検討した過去の例
は非常に少なく、Bridgmanによつて合成されて
いるのみである(Proc.Am.Acad.Arts.Sci.,74,
399(1941))。この方法では、二硫化炭素を耐圧容
器内で185℃、55気圧程度の条件で数時間重合す
ることによつて黒色の粉末状重合体が合成され
る。しかし、この方法は沸点が46℃の二硫化炭素
を高温に保持し、しかも50気圧以上の高圧で合成
するという非常に過酷な条件を必要とするため、
合成が容易ではない。さらに、このようにして得
られた重合体は電導度が低く、高々10-14S/cmと
絶縁体である。また、この重合体にドーピングを
施した場合の電導度の向上効果は非常に小さい。
例えば、ヨウ素を5モル%ドーピングしても電導
度は高々10-10S/cmまで向上するに過ぎない。 〔発明が解決しようとする問題点〕 上述した従来の高圧法による二硫化炭素の製造
方法は非常に過酷な条件で行なうため合成が容易
ではない。かつ、得られた重合体はドーピングを
施しても電導度が十分に向上しないという問題が
ある。本発明は一気圧中で二硫化炭素を合成し、
かつ導電性の高い重合体を得ることを目的として
いる。 〔発明の構成〕 上記目的を達成するため、二硫化炭素の合成方
法を鋭意検討した結果、室温でしかも一気圧下で
も可能な製造方法を見出した。さらに、この方法
で得られた重合体はドーピング処理なしでも
10-8S/cm程度の電導度を有し、かつドーピング
によつて10-4〜10-3S/cmの電導度を示すことが
判明した。本発明はかかる二硫化炭素重合体を、
室温付近の温度で、かつ一気圧下で合成する方法
に関するものである。以下この方法について詳述
する。 本発明は二硫化炭素を適当な溶媒中でアニオン
触媒を用いて重合することを特徴とする方法に関
するものである。ここでいう適当な溶媒とはジメ
チルスルホオキシド、ジメチルホルムアミド、テ
トラヒドロフラン、N−メチルピロリドン、クロ
ロホルム等の極性溶媒、ベンゼン、トルエン、等
の非極性溶媒のいずれでも良いが、好ましくは重
合体が極性溶媒に可溶であり重合反応が円滑に進
みやすい極性溶媒が用いられる。 重合温度は、二硫化炭素の沸点が46℃と低いた
め、できるだけ低い温度であることが望ましい。
二硫化炭素の沸点(46℃)以上の温度でも本方法
による重合体は可能であり、この場合には二硫化
炭素の溶媒中からの発散を防ぐため加圧下で行な
う必要がある。しかし、従来の方法のように数10
気圧の加圧は必要でなく、触媒を用いる本発明で
は10気圧以下の加圧下で重合が可能である。 低温で重合を行なう場合には、もちろん融点が
重合温度以下である溶媒を用いなければならな
い。また、二硫化炭素の融点が−112℃であるこ
とから、本発明による方法で二硫化炭素の重合を
行なう適切な温度−100℃以上であることが好ま
しい。例えば融点の低い溶媒であるテトラヒドロ
フランを溶媒とした場合には−80℃付近で重合す
ることが可能である。 本発明に使用される触媒としては、アニオン触
媒が用いられるが、好ましくはアルカリ金属類、
アルコキシドアルカリ金属類、アルキルアルカリ
金属類、アルキルアルカリ土属類等が好ましく用
いられる。より好ましくは、ナトリウム、リチウ
ム、カリウム等のアルカリ金属類が用いられる。
これらのアルカリ金属触媒はそのままでも溶媒中
に混入して用いられるのが、パラフインへの分散
体、ナフタレン等の錯体、クラウンエーテルとの
包接化合物として溶媒中に混入させて用いること
もできる。これらの触媒は溶媒中に予め所定の量
だけ混合させておいてもよいが、重合反応の進行
とともに順次、触媒を滴下しながら重合を行なう
ことも可能である。溶媒中の触媒の濃度は通常
0.001〜3.0mol/の濃度範囲、好ましくは0.05
〜1.0mol/の範囲で反応を行なう。 またモノマーである二硫化炭素の濃度は特に限
定しないが、通常0.1〜1mol/の濃度で用いら
れる。 反応時間に関しても特に制約はないが、高収率
に本発明の目的を満足するためには、溶媒および
触媒の種類あるいは反応温度との兼ね合いにもよ
るが、3時間以上が好ましい。収率を上げるため
には低温域においては反応時間を長くする必要が
ある。 反応中、撹拌はなるべく激しく行なうことが好
ましく、特に金属ナトリウム、リチウムなどの粉
末を触媒に用いる場合は、より均一に分散させる
上で重要である。 以上のようにして、黒色の粉末状重合体を得る
ことができる。この重合体自身の電導度は
10-8S/cmと、従来の方法による重合体の
10-14S/cmよりも非常に高いものが得られる。電
導度をさらに向上させる方法としては重合体に電
子供与性、ないしは電子受容性の物質をドーピン
グすればよい。重合の方法としては、ドーパント
ガス雰囲気中に重合体をさらすことによつてドー
ピングする方法、ドーパント溶液中に重合体を浸
漬することによつてドーピングする方法、電気化
学的にドーピングする方法、イオン注入法による
方法、重合体の溶液中にドーパントを混入した
後、重合体を成形する方法等がある。 本発明によつて合成される重合体は極性溶媒に
溶解するという特異な重合体であるので、重合体
の溶液中にドーパントを混入させる方法が可能で
ある。従来から知られている導電性高分子である
ポリアセチレン、ポリピロール、ポリチオフエ
ン、ポリパラフエニレン等はいずれも不融、不溶
であるため、この方法によるドーピングは不可能
である。このように重合体の溶液中にドーパント
を混入させる方法は、他のドーピング法と比べて
ドーピング時間が短縮でき、また重合体に均一に
ドーピングをすることができるという利点があ
る。もちろん、他のいずれのドーピング法によつ
ても二硫化炭素重合体にドーピング処理を施すこ
とは可能である。 従来の二硫化炭素合成法によつて得られる重合
体の電導度は10-14S/cmと絶縁体であり、ヨウ素
のドーピングによつて10-10S/cmとなる。一方、
本発明による重合体は10-8S/cmと比較的高い電
導性を示す。さらに、この重合体をヨウ素雰囲気
中にさらすと、10-3〜10-4S/cmまで電導度を向
上させることができる。 〔実施例〕 実施例 1 200c.c.四つ口フラスコ(リアクター)を窒素ガ
スでパージしながら、モレキユラシーブ5Aで脱
水処理した二硫化炭素(モノマー)20mlと、同様
にモレキユラシーブで脱水処理したテトラヒドロ
フラン(溶媒)40mlを入れ、スターラで撹拌しな
がらメタノール−ドライアイス浴で−78℃に冷却
する。次いで、あらかじめN2パージしながらNa
ナフタレン1.0grを脱水処理したテトラヒドロフ
ラン40mlに溶かした触媒溶液を、滴下ロートを用
いて、約0.2ml/minの速度で滴下しながら6時
間重合した。一部沈澱物を含む赤褐色の反応液を
得た。これに水100mlを徐々に添加後、10%塩酸
水溶液でPH3に調整すると、粘調な黒褐色層
(下層)と黄色層(上層)の2液に分れる。下層
の粘調な液を分液ロートで分離後、さらに水を加
え、洗浄液がほぼ中性になるまで洗浄をくり返
す。洗浄後の重合体を室温下、6時間、真空乾燥
して、赤褐色の粉末2.1grを得た。該、赤褐色粉
末は水、アルコール、アセトン、トルエンなどに
難溶であり、DMSO、DMF、NMPなどに溶解
する。赤外分析結果は次の通りである。 KBr粉末法のIRスペクトルから、炭素−硫黄
二重結合の存在を示すC=S伸縮振動が1060cm-1
に、さらに炭素−硫黄一重結合に起因するIR吸
収が860cm-1、810cm-1に各々観測された。また、
元素分析結果では、炭素、16.1%、硫黄83.3%で
あり、理論値、炭素15.79%、硫黄、84.22%に非
常に近い価が得られ、二硫化炭素の重合体である
ことが確認された。 この重合体の電導度を測定した結果(粉末を加
圧成型し、ペレツトで測定)、室温で10-8S/cmで
あつたが、真空下、ヨウ素の蒸気と接触させたと
ころ10-3S/cmまで向上した。 実施例 2 実施例1で溶媒として用いたテトラヒドロフラ
ンの代りにジメチルスルホオキシド40mlと、触媒
に、Naナフタレンの代りに金属Na微粉末1.0gr
(Naデスパージヨン)をベンゼン40mlに分散させ
た触媒液を用い、室温下において、実施例1と同
じ方法で二硫化炭素を6時間重合した。赤褐色か
ら黒褐色の反応液を得、これを実施例1と同様に
洗浄、乾燥し、赤褐色から黒褐色の粉末6.3grを
得た。該粉末は実施例1の場合と同様、水、アル
コール、アセトン、トルエンなどに難溶であり、
DMSO、DMF、NMPに溶解する。KBr粉末法
のIRスペクトルの結果も実施例1と同様の吸収
帯が認められ、さらに元素分析結果は炭素:硫黄
の原子比が1.0:2.12であり、理論値1:2に非
常に近いことから、実施例1とほぼ同様の重合体
が生成しているものと推定される。 この重合体の電導度もドープ前は10-9S/cmで
あつたが、ヨウ素をドーピングすると10-3S/cm
まで向上した。 実施例 3 実施例1で用いた反応容器に、N2パージしな
がら二硫化炭素20mlとトルエン40mlおよび触媒と
してブチルリチウム15wt%ヘキサン溶液10mlを
入れ、室温下、撹拌しながら5時間反応させ、赤
褐色から黒褐色の反応液を得た。該反応液に
10wt%塩酸水溶液50mlを加え、1時間、撹拌し
ながら触媒洗浄を数回くり返したのち、水で洗浄
液がほぼ中性になるまで洗浄を行なつた。洗浄終
了後の重合体を含むトルエン溶液を室温下、減圧
蒸溜して、黒褐色の粘調な重合体1.1grを得た。 KBr法のIRスペクトルの測定結果は実施例1
と同様に、炭素−硫黄二重結合の存在を示す、C
=S伸縮振動が1060cm-1に観測された。 実施例 4 撹拌機を備えた、容量100mlのガラス製オート
クレーブ(耐圧10Kg/cm2)に、二硫化炭素10mlと
ベンゼン30mlおよび触媒として、ナトリウム微粉
末0.5grを入れ、N2で置換後、密封して、温度
100℃、圧力2.3Kg/cm2で6時間撹拌しながら反応
した。一部黒褐色の沈澱物を含む反応液を得た。
反応終了後、室温まで降温し、実施例3と同様の
方法で触媒の洗浄、および重合体の濃縮を行な
い、黒褐色状の粉末1.3grを得た。 該重合体の赤外吸収スペクトルおよび元素分
析、電導度の測定を行なつたところ、実施例1に
示したものとほぼ同等の測定結果が得られた。こ
のように高温、加圧下においても二硫化炭素の重
合体を得ることができる。 実施例 5 実施例1と同じ方法で、二硫化炭素20mlと溶媒
のジメチルスルホオキシド40mlに、触媒として15
−クラウン−5−エーテル10mlにナトリウムメチ
ラート1.5grを溶かした触媒溶液を滴下しながら、
室温下、6時間重合した。反応終了後、実施例1
と同様に洗浄、乾燥し、赤褐色から黒褐色の粉末
5.4grを得た。 このようにして得た赤褐色から黒褐色の化合物
は赤外吸収の1060cm-1にC=Sの伸縮伸動に基づ
くと孝えられる吸収を示している。また、重合体
の電導度は10-8S/cmであつたが、ヨウ素のドー
ピングにより10-3S/cmまで向上した。 〔発明の効果〕 導電性高分子材料は、従来の金属による電導体
と比でて軽量であり、かつ加工性を有するため、
電磁遮蔽板、発熱体、抵抗素子、電線、電極板等
に今後利用される可能性が大きく、将来の有望な
工業材料となることが期待される。 本発明はこのような導電性高分子材料として二
硫化炭素を出発原料とする重合体の合成に関する
ものである。低価格である二硫化炭素を出発原料
とすることにより非常に低コストの導電材料が可
能となると期待できる。 本方法は、従来の方法が高温(200℃前後)数
10気圧という過酷な条件下で合成するのに対し、
室温以下の温度で、かつ一気圧下でも合成を可能
とするものであり、作業性を大幅に向上すること
が可能となる。さらに、本発明によつて合成され
た重合体の電導度は、従来の方法によるものが
10-14S/cmと絶縁体であるのに対し、10-8S/cm
と高くかつヨウ素のドーピングにより10-3
10-4S/cmまで電導度を向上させることができる
という特徴を有している。
【特許請求の範囲】
1 脂肪族多官能(メタ)アクリレートと芳香族
ビニル化合物とを必須成分とする単量体混液100
重量部に対して、平均粒径が5ミクロン以下の無
機質充填材250〜800重量部及び硬化剤を混練して
得られる硬化性組成物()を、補強用短繊維に
含浸・混和せしめてなる耐熱・耐熱水性にすぐれ
た硬化物を与えるプレミツクス成形材料。 2 無機質充填材が金属酸化物の水和物である特
許請求の範囲第1項記載のプレミツクス成形材
料。
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