JP2014065870A - Nanocarbon-containing conductive compositions, and conductors comprising said compositions - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ナノカーボン含有導電性組成物及び前記組成物からなる導電体に関する。 The present invention relates to a nanocarbon-containing conductive composition and a conductor composed of the composition.
近年さまざまな産業分野において、ナノメートルサイズを有するナノ物質を取り扱うナノテクノロジーが注目されている。ナノ物質を他の複数の材料とナノメートルレベルで複合化させることによって、従来にない新しい機能を持つ材料の開発が行われている。高度に分散させたナノ物質は、バルク状態とは異なる性質を示すため、複合体中に高度に分散させる技術が必要不可欠である。
しかしながら、一般にナノ物質は表面積が大きく、分子間力などによる相互作用が強いため、複合化の際に凝集し、ナノ物質特有の機能を発揮できないという問題がある。
In recent years, in various industrial fields, nanotechnology that handles nanometer-sized nanomaterials has attracted attention. By combining nanomaterials with other materials at the nanometer level, materials with new functions that have never existed have been developed. Highly dispersed nanomaterials exhibit properties that are different from the bulk state, and therefore a highly dispersed technology in the composite is indispensable.
However, in general, nanomaterials have a large surface area and a strong interaction due to intermolecular forces, etc., and therefore, there is a problem that the nanomaterials aggregate when composited and cannot exhibit functions specific to nanomaterials.
ナノ物質の中でもカーボンナノチューブは、1991年に発見されて以来、その物性評価、機能解明が行われており、その応用に関する研究開発も盛んに実施されているが、樹脂や溶液と複合化する場合に、製造時に絡まった状態のカーボンナノチューブはさらに凝集し、本来の特性を発揮できないという問題がある。その為、カーボンナノチューブを物理的に処理したり、化学的に表面修飾をしたりし、溶媒や樹脂に均一に分散又は溶解する試みがなされている。例えば、単層カーボンナノチューブを強酸中で超音波処理することにより単層カーボンナノチューブを短く切断して分散する方法が提案されている。しかしながら、強酸中で処理を実施するため、操作が煩雑となり、工業的には適した方法ではなく、またカーボンナノチューブに欠陥を導入しているため、本来の特性を活かしきれていない。 Among the nanomaterials, carbon nanotubes have been evaluated for their physical properties and elucidated their functions since they were discovered in 1991, and research and development related to their application has been actively conducted. In addition, the carbon nanotubes in a tangled state at the time of production are further aggregated, and there is a problem that the original characteristics cannot be exhibited. For this reason, attempts have been made to disperse or dissolve the carbon nanotubes uniformly in a solvent or resin by physically treating the carbon nanotubes or chemically modifying the carbon nanotubes. For example, a method has been proposed in which single-walled carbon nanotubes are ultrasonically treated in a strong acid to cut and disperse the single-walled carbon nanotubes. However, since the treatment is carried out in a strong acid, the operation becomes complicated, which is not an industrially suitable method, and defects are introduced into the carbon nanotubes, so that the original characteristics cannot be fully utilized.
また、物理的処理や化学的処理を行わずにカーボンナノチューブを分散化する方法として、特定の導電性ポリマーを用いる方法が開示されている(特許文献1)。この方法によれば、カーボンナノチューブ自体の特性を損なうことなく、カーボンナノチューブを水、有機溶剤、含水有機溶剤等の溶媒に分散化することが可能であり、長期間保存においてもカーボンナノチューブが凝集せず、導電性、成膜製、成形性に優れ、簡便な方法で基材に塗布、被覆可能である。 Further, a method using a specific conductive polymer is disclosed as a method for dispersing carbon nanotubes without performing physical treatment or chemical treatment (Patent Document 1). According to this method, it is possible to disperse the carbon nanotubes in a solvent such as water, an organic solvent, or a water-containing organic solvent without impairing the characteristics of the carbon nanotubes themselves. It is excellent in conductivity, film formation, and moldability, and can be applied and coated on a substrate by a simple method.
しかしながら、特許文献1に記載の方法では、塗膜としての強度が不十分であり、塗膜にクラックが入りやすいという課題があった。
また、塩基性化合物を含むことで、導電性ポリマー同士の絡み合いが低減し、塗膜にクラックが入りやすいという課題もあった。
However, the method described in Patent Document 1 has a problem that the strength as a coating film is insufficient and the coating film is easily cracked.
Moreover, the entanglement of electroconductive polymers reduced by containing a basic compound, and the subject that a coating film tends to crack also occurred.
本発明の目的は、可溶性、分散性及び長期保存安定性に優れた導電性組成物、並びに、導電性及び耐久性に優れた導電性塗膜を提供することにある。
つまり、ナノカーボン自体の導電性を損なうことなく、可溶性・分散性を向上させてかつ長期保存安定性を維持し、ナノカーボン含有導電性組成物の塗膜を加熱することによるクラックが入らずに、耐久性と高い導電性を有する導電性塗膜を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a conductive composition excellent in solubility, dispersibility and long-term storage stability, and a conductive coating film excellent in conductivity and durability.
In other words, without impairing the conductivity of the nanocarbon itself, improving the solubility and dispersibility and maintaining long-term storage stability, without cracking by heating the coating film of the nanocarbon-containing conductive composition Another object is to provide a conductive coating film having durability and high conductivity.
本発明者は、これらの課題を解決するために、鋭意研究をした結果、特定構造を有するポリマーを共存させることにより、ナノカーボンの分散性/可溶性を損なうことなく、導電性及び耐久性に優れた塗膜を得ることができることを見出した。 As a result of intensive research to solve these problems, the present inventor has excellent conductivity and durability without impairing the dispersibility / solubility of nanocarbon by coexisting a polymer having a specific structure. It was found that a coated film can be obtained.
すなわち、本発明の第一の観点は、下記一般式(1)で表される繰り返し単位を有する導電性ポリマー(A)、ナノカーボン(B)及び下記一般式(2)で表される水溶性ポリマー(D)を含む導電性組成物に関する。 That is, the first aspect of the present invention is a conductive polymer (A) having a repeating unit represented by the following general formula (1), nanocarbon (B), and water-soluble represented by the following general formula (2). The present invention relates to a conductive composition containing a polymer (D).
式(1)中、R1〜R4は、各々独立に、水素原子、炭素数1〜24の直鎖若しくは分岐のアルキル基、炭素数1〜24の直鎖若しくは分岐のアルコキシ基、酸性基、ヒドロキシ基、ニトロ基又はハロゲン原子である。また、R1〜R4のうちの少なくとも一つは酸性基又はその塩である。 In formula (1), R 1 to R 4 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, or an acidic group. , A hydroxy group, a nitro group or a halogen atom. Further, at least one of R 1 to R 4 is an acidic group or a salt thereof.
式(2)中、Xは、窒素原子及び/又は炭素原子を含む5員環又は6員環の環状構造であり、nは重合度を示す。 In formula (2), X is a 5-membered or 6-membered cyclic structure containing a nitrogen atom and / or a carbon atom, and n represents the degree of polymerization.
また、本発明の第二の観点は、下記一般式(3)で表される繰り返し単位を有する導電性ポリマー(S)、ナノカーボン(B)及び下記一般式(2)で表される水溶性ポリマー(D)を含む導電性組成物に関する。 Moreover, the 2nd viewpoint of this invention is the water-soluble property represented by the conductive polymer (S) which has a repeating unit represented by following General formula (3), nanocarbon (B), and the following general formula (2). The present invention relates to a conductive composition containing a polymer (D).
式(3)中、R5〜R7は、各々独立に、水素原子、炭素数1〜24の直鎖若しくは分岐のアルキル基、炭素数1〜24の直鎖若しくは分岐のアルコキシ基、酸性基若しくはその塩、水酸基、ニトロ基又はハロゲン原子であり、Aは酸性基若しくはその塩であり、mは1〜20の整数である。 In Formula (3), R 5 to R 7 are each independently 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, or an acidic group. Or its salt, a hydroxyl group, a nitro group, or a halogen atom, A is an acidic group or its salt, and m is an integer of 1-20.
式(2)中、Xは、窒素原子及び/又は炭素原子を含む5員環又は6員環の環状構造であり、nは重合度を示す。 In formula (2), X is a 5-membered or 6-membered cyclic structure containing a nitrogen atom and / or a carbon atom, and n represents the degree of polymerization.
さらに、本発明の第三の観点は、さらに、塩基性化合物(C)を含む前記導電性組成物、第四の観点は、前記塩基性化合物(C)が、アルカリ金属水酸化物及び/若しくはアルカリ土類金属水酸化物(C−1)、又は同一分子内にヒドロキシ基及び塩基性基を含む塩基性化合物(C−2)である前記導電性組成物であり、第五の観点は、前記導電性組成物より形成される導電体に関する。 Furthermore, the third aspect of the present invention further includes the conductive composition containing a basic compound (C), and the fourth aspect is that the basic compound (C) is an alkali metal hydroxide and / or Alkaline earth metal hydroxide (C-1) or the conductive composition which is a basic compound (C-2) containing a hydroxy group and a basic group in the same molecule, the fifth aspect is The present invention relates to a conductor formed from the conductive composition.
本発明によれば、ナノカーボン含有導電性組成物の塗膜を加熱した時の、脱ガスを抑制し、かつ、導電性塗膜のクラック発生を防ぐことができる導電性組成物、前記組成物を用いてなる導電体を得ることができる。 According to the present invention, the conductive composition capable of suppressing degassing and preventing cracking of the conductive coating film when the coating film of the nanocarbon-containing conductive composition is heated, the composition A conductor made of can be obtained.
以下、本発明を詳細に説明する。
なお、本発明において「可溶性」とは、水、塩基及び塩基性塩を含む水、酸を含む水、又はメチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコール等の溶媒、又は、それらの混合物10g(液温25℃)に、0.1g以上均一に溶解することを意味する。
また、「導電性」とは、10−9S/cm以上の電気伝導率を有することである。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
In the present invention, “soluble” means water, water containing a base and a basic salt, water containing an acid, a solvent such as methyl alcohol, ethyl alcohol, isopropyl alcohol, or a mixture thereof (10 g (liquid temperature 25). ℃) means that 0.1 g or more is uniformly dissolved.
“Conductivity” means having an electric conductivity of 10 −9 S / cm or more.
<導電性ポリマー(A)>
本発明で用いる導電性ポリマー(A)は、下記一般式(1)で表される繰り返し単位を有する。
<Conductive polymer (A)>
The conductive polymer (A) used in the present invention has a repeating unit represented by the following general formula (1).
式(1)中、R1〜R4は、各々独立に、水素原子、炭素数1〜24の直鎖若しくは分岐のアルキル基、炭素数1〜24の直鎖若しくは分岐のアルコキシ基、酸性基、ヒドロキシ基、ニトロ基又はハロゲン原子(−F、−Cl、−Br又は−I)であり、R1〜R4のうちの少なくとも一つは酸性基又はその塩である。 In formula (1), R 1 to R 4 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, or an acidic group. , A hydroxy group, a nitro group or a halogen atom (-F, -Cl, -Br or -I), and at least one of R 1 to R 4 is an acidic group or a salt thereof.
ここで、「酸性基」とは、スルホン酸基又はカルボキシ基である。スルホン酸基及びカルボキシ基は、それぞれ酸の状態(−SO3H、−COOH)で含まれていてもよく、イオンの状態(−SO3 −、−COO−)で含まれていてもよい。
また、「塩」とは、アルカリ金属塩、アンモニウム塩、及び置換アンモニウム塩のうち、少なくとも一種を示す。
Here, the “acidic group” is a sulfonic acid group or a carboxy group. The sulfonic acid group and the carboxy group may each be included in an acid state (—SO 3 H, —COOH) or may be included in an ionic state (—SO 3 — , —COO − ).
The “salt” refers to at least one of an alkali metal salt, an ammonium salt, and a substituted ammonium salt.
前記一般式(1)で表される繰り返し単位としては、製造が容易な点で、R1〜R4のうち、いずれか1つが炭素数1〜4の直鎖又は分岐のアルコキシ基であり、他のいずれか一つがスルホン酸基であり、残りが水素であるものが好ましい。 As the repeating unit represented by the general formula (1), one of R 1 to R 4 is a linear or branched alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms in terms of easy production, It is preferable that any other one is a sulfonic acid group and the rest is hydrogen.
前記導電性ポリマーは、該導電性ポリマーを構成する全繰り返し単位(100モル%)のうち、前記一般式(1)で表される繰り返し単位を10〜100モル%含有することが好ましく、50〜100モル%含有することがより好ましく、pHに関係なく水及び有機溶剤への溶解性に優れる点で、100モル%含有することが特に好ましい。 The conductive polymer preferably contains 10 to 100 mol% of the repeating unit represented by the general formula (1) among all repeating units (100 mol%) constituting the conductive polymer, It is more preferable to contain 100 mol%, and it is especially preferable to contain 100 mol% at the point which is excellent in the solubility to water and an organic solvent irrespective of pH.
また、前記導電性ポリマーは、導電性に優れる観点で、前記一般式(1)で表される繰り返し単位を1分子中に10以上含有することが好ましい。 Moreover, it is preferable that the said conductive polymer contains 10 or more repeating units represented by the said General formula (1) in 1 molecule from a viewpoint which is excellent in electroconductivity.
さらに、前記導電性ポリマーとしては、下記一般式(2)で表される構造を有する化合物が好ましい。 Further, the conductive polymer is preferably a compound having a structure represented by the following general formula (2).
式(4)中、R8〜R23は、各々独立に、水素原子、炭素数1〜4の直鎖若しくは分岐のアルキル基、炭素数1〜4の直鎖若しくは分岐のアルコキシ基、酸性基、ヒドロキシ基、ニトロ基又はハロゲン原子(−F、−Cl、−Br又は−I)であり、R8〜R23のうち少なくとも一つは酸性基である。また、nは重合度を示す。 In formula (4), R 8 to R 23 are each independently a hydrogen atom, a linear or branched alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, a linear or branched alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms, or an acidic group. , A hydroxy group, a nitro group or a halogen atom (—F, —Cl, —Br or —I), and at least one of R 8 to R 23 is an acidic group. N represents the degree of polymerization.
前記一般式(4)で表される構造を有する化合物の中でも、溶解性に優れる点で、ポリ(2−スルホ−5−メトキシ−1,4−イミノフェニレン)が特に好ましい。 Among the compounds having the structure represented by the general formula (4), poly (2-sulfo-5-methoxy-1,4-iminophenylene) is particularly preferable in terms of excellent solubility.
導電性ポリマーの質量平均分子量は、導電性、成膜性及び膜強度の観点から、3000〜1000000が好ましく、5000〜100000がより好ましい。
ここで、導電性ポリマーの質量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によって測定される質量平均分子量(ポリスチレンスルホン酸ナトリウム換算)である。
The weight average molecular weight of the conductive polymer is preferably 3,000 to 1,000,000, more preferably 5,000 to 100,000, from the viewpoints of conductivity, film formability, and film strength.
Here, the mass average molecular weight of the conductive polymer is a mass average molecular weight (in terms of sodium polystyrene sulfonate) measured by gel permeation chromatography (GPC).
<導電性ポリマー(A)の製造方法>
導電性ポリマー(A)は、例えば、下記一般式(5)で表される酸性基置換アニリン、そのアルカリ金属塩、アンモニウム塩及び置換アンモニウム塩よりなる群から選ばれる少なくとも1種の化合物(モノマー)を、塩基性化合物の存在下、酸化剤を用いて重合することで得られる。
<Method for producing conductive polymer (A)>
The conductive polymer (A) is, for example, at least one compound (monomer) selected from the group consisting of an acidic group-substituted aniline represented by the following general formula (5), an alkali metal salt thereof, an ammonium salt, and a substituted ammonium salt. Can be obtained by polymerization using an oxidizing agent in the presence of a basic compound.
式(5)中、R24〜R28は、各々独立に、水素原子、炭素数1〜24の直鎖若しくは分岐のアルキル基、炭素数1〜24の直鎖若しくは分岐のアルコキシ基、酸性基、ヒドロキシ基、ニトロ基又はハロゲン原子であり、R24〜R28のうちの少なくとも一つは酸性基又はその塩である。 In formula (5), R 24 to R 28 are each independently 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, or an acidic group. , A hydroxy group, a nitro group, or a halogen atom, and at least one of R 24 to R 28 is an acidic group or a salt thereof.
一般式(5)で表される酸性基置換アニリンとしては、酸性基としてスルホン酸基を有するスルホン酸基置換アニリン、酸性基としてカルボキシ基を有するカルボキシ基置換アニリンが挙げられる。 Examples of the acidic group-substituted aniline represented by the general formula (5) include a sulfonic acid group-substituted aniline having a sulfonic acid group as an acidic group and a carboxy group-substituted aniline having a carboxy group as an acidic group.
スルホン基置換アニリンとして代表的なものは、アミノベンゼンスルホン酸類であり、具体的にはo−,m−,p−アミノベンゼンスルホン酸、アニリン−2,6−ジスルホン酸、アニリン−2,5−ジスルホン酸、アニリン−3,5−ジスルホン酸、アニリン−2,4−ジスルホン酸、アニリン−3,4−ジスルホン酸などが好ましく用いられる。 Typical examples of the sulfone group-substituted aniline are aminobenzenesulfonic acids, specifically, o-, m-, p-aminobenzenesulfonic acid, aniline-2,6-disulfonic acid, aniline-2,5- Disulfonic acid, aniline-3,5-disulfonic acid, aniline-2,4-disulfonic acid, aniline-3,4-disulfonic acid and the like are preferably used.
アミノベンゼンスルホン酸類以外のスルホン基置換アニリンとしては、例えば、メチルアミノベンゼンスルホン酸、エチルアミノベンゼンスルホン酸、n−プロピルアミノベンゼンスルホン酸、iso−プロピルアミノベンゼンスルホン酸、n−ブチルアミノベンゼンスルホン酸、sec−ブチルアミノベンゼンスルホン酸、t−ブチルアミノベンゼンスルホン酸等のアルキル基置換アミノベンゼンスルホン酸類;メトキシアミノベンゼンスルホン酸、エトキシアミノベンゼンスルホン酸、プロポキシアミノベンゼンスルホン酸等のアルコキシ基置換アミノベンゼンスルホン酸類;ヒドロキシ基置換アミノベンゼンスルホン酸類;ニトロ基置換アミノベンゼンスルホン酸類;フルオロアミノベンゼンスルホン酸、クロロアミノベンゼンスルホン酸、ブロムアミノベンゼンスルホン酸等のハロゲン置換アミノベンゼンスルホン酸類などを挙げることができる。
これらの中では、導電性や溶解性に特に優れる導電性ポリマーが得られる点で、アルキル基置換アミノベンゼンスルホン酸類、アルコキシ基置換アミノベンゼンスルホン酸類、ヒドロキシ基置換アミノベンゼンスルホン酸類、又は、ハロゲン置換アミノベンゼンスルホン酸類が好ましい。
これらのスルホン酸基置換アニリンはそれぞれ単独で用いてもよく、2種以上を任意の割合で混合して用いてもよい。
Examples of sulfone group-substituted anilines other than aminobenzenesulfonic acids include methylaminobenzenesulfonic acid, ethylaminobenzenesulfonic acid, n-propylaminobenzenesulfonic acid, iso-propylaminobenzenesulfonic acid, and n-butylaminobenzenesulfonic acid. Alkyl group-substituted aminobenzene sulfonic acids such as sec-butylaminobenzenesulfonic acid and t-butylaminobenzenesulfonic acid; alkoxy group-substituted aminobenzenes such as methoxyaminobenzenesulfonic acid, ethoxyaminobenzenesulfonic acid and propoxyaminobenzenesulfonic acid Hydroxy group-substituted aminobenzene sulfonic acids; Nitro group-substituted aminobenzene sulfonic acids; Fluoroaminobenzene sulfonic acid, Chloroaminobenzene sulfone Acid, and halogen-substituted aminobenzenesulfonic acids such as bromo aminobenzenesulfonic acid.
Among these, an alkyl group-substituted aminobenzene sulfonic acid, an alkoxy group-substituted aminobenzene sulfonic acid, a hydroxy group-substituted aminobenzene sulfonic acid, or a halogen-substituted one is obtained in that a conductive polymer having excellent conductivity and solubility is obtained. Aminobenzenesulfonic acids are preferred.
These sulfonic acid group-substituted anilines may be used alone or in a mixture of two or more at any ratio.
カルボキシル基置換アニリンとして代表的なものはアミノベンゼンカルボン酸類であり、具体的にはo−,m−,p−アミノベンゼンカルボン酸、アニリン−2,6−ジカルボン酸、アニリン−2,5−ジカルボン酸、アニリン−3,5−ジカルボン酸、アニリン−2,4−ジカルボン酸、アニリン−3,4−ジカルボン酸などが好ましく用いられる。 Representative examples of carboxyl group-substituted anilines are aminobenzene carboxylic acids, specifically o-, m-, p-aminobenzene carboxylic acid, aniline-2,6-dicarboxylic acid, aniline-2,5-dicarboxylic acid. Acid, aniline-3,5-dicarboxylic acid, aniline-2,4-dicarboxylic acid, aniline-3,4-dicarboxylic acid and the like are preferably used.
アミノベンゼンカルボン酸類以外のカルボキシル基置換アニリンとしては、例えば、メチルアミノベンゼンカルボン酸、エチルアミノベンゼンカルボン酸,n−プロピルアミノベンゼンカルボン酸、iso−プロピルアミノベンゼンカルボン酸、n−ブチルアミノベンゼンカルボン酸、sec−ブチルアミノベンゼンカルボン酸、t−ブチルアミノベンゼンカルボン酸等のアルキル基置換アミノベンゼンカルボン酸類;メトキシアミノベンゼンカルボン酸、エトキシアミノベンゼンカルボン酸、プロポキシアミノベンゼンカルボン酸等のアルコキシ基置換アミノベンゼンカルボン酸類;ヒドロキシ基置換アミノベンゼンカルボン酸類;ニトロ基置換アミノベンゼンカルボン酸類;フルオロアミノベンゼンカルボン酸、クロロアミノベンゼンカルボン酸、ブロムアミノベンゼンカルボン酸等のハロゲン基置換アミノベンゼンカルボン酸類などが挙げられる。その他のカルボキシル基置換アニリンの中では、導電性や溶解性に特に優れる導電性ポリマーが得られる点で、アルキル基置換アミノベンゼンカルボン酸類、アルコキシ基置換アミノベンゼンカルボン酸類又はハロゲン基置換アミノベンゼンスルホン酸類が実用上好ましい。
これらのカルボキシル基置換アニリンはそれぞれ1種単独で用いてもよいし、2種(異性体を含む。)以上を任意の割合で混合して用いてもよい。
これら一般式(5)で表される酸性基置換アニリンの中でも、製造が容易な点で、アルコキシ基置換アミノベンゼンスルホン酸類、そのアルカリ金属塩、アンモニウム塩及び置換アンモニウム塩よりなる群から選ばれる少なくとも1種の化合物が特に好ましい。
Examples of carboxyl group-substituted anilines other than aminobenzenecarboxylic acids include methylaminobenzenecarboxylic acid, ethylaminobenzenecarboxylic acid, n-propylaminobenzenecarboxylic acid, iso-propylaminobenzenecarboxylic acid, and n-butylaminobenzenecarboxylic acid. Alkyl group-substituted aminobenzene carboxylic acids such as sec-butylaminobenzenecarboxylic acid and t-butylaminobenzenecarboxylic acid; alkoxy group-substituted aminobenzenes such as methoxyaminobenzenecarboxylic acid, ethoxyaminobenzenecarboxylic acid and propoxyaminobenzenecarboxylic acid Carboxylic acids; Hydroxy group-substituted aminobenzene carboxylic acids; Nitro group-substituted aminobenzene carboxylic acids; Fluoroaminobenzene carboxylic acid, Chloroaminobenzene carbon Bon acid, such as a halogen group-substituted aminobenzenesulfonic acids such as bromo aminobenzene carboxylic acid. Among other carboxyl group-substituted anilines, alkyl group-substituted aminobenzene carboxylic acids, alkoxy group-substituted aminobenzene carboxylic acids or halogen group-substituted aminobenzene sulfonic acids are obtained in that conductive polymers having particularly excellent conductivity and solubility can be obtained. Is practically preferable.
Each of these carboxyl group-substituted anilines may be used alone, or two or more (including isomers) may be mixed and used in an arbitrary ratio.
Among these acidic group-substituted anilines represented by the general formula (5), at least selected from the group consisting of alkoxy group-substituted aminobenzenesulfonic acids, alkali metal salts, ammonium salts, and substituted ammonium salts in terms of easy production. One compound is particularly preferred.
塩基性化合物としては、無機塩基、アンモニア、脂式アミン類、環式飽和アミン類、環式不飽和アミン類などが用いられる。
無機塩基としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウムなどの水酸化物の塩などが挙げられる。
As the basic compound, inorganic base, ammonia, fatty amines, cyclic saturated amines, cyclic unsaturated amines and the like are used.
Examples of inorganic bases include hydroxide salts such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, and lithium hydroxide.
脂式アミン類としては、下記一般式(4)で表される化合物、又は下記一般式(5)で表されるアンモニウムヒドロキシド化合物などが挙げられる。 Examples of the fatty amines include compounds represented by the following general formula (4), ammonium hydroxide compounds represented by the following general formula (5), and the like.
式(6)中、R29〜R30は、各々独立に、炭素数1〜4のアルキル基である。 In formula (6), R < 29 > -R < 30 > is a C1-C4 alkyl group each independently.
式(7)中、R32〜R35は、各々独立に、水素原子又は炭素数1〜4のアルキル基である。 In formula (7), R < 32 > -R < 35 > is a hydrogen atom or a C1-C4 alkyl group each independently.
環式飽和アミン類としては、ピペリジン、ピロリジン、モルホリン、ピペラジン及びこれらの骨格を有する誘導体、並びにこれらのアンモニウムヒドロキシド化合物などが挙げられる。 Examples of the cyclic saturated amines include piperidine, pyrrolidine, morpholine, piperazine and derivatives having these skeletons, and ammonium hydroxide compounds thereof.
環式不飽和アミン類としては、ピリジン、α−ピコリン、β−ピコリン、γ−ピコリン、キノリン、イソキノリン、ピロリン及びこれらの骨格を有する誘導体、ならびにこれらのアンモニウムヒドロキシド化合物などが挙げられる。 Examples of the cyclic unsaturated amines include pyridine, α-picoline, β-picoline, γ-picoline, quinoline, isoquinoline, pyrroline, derivatives having these skeletons, and ammonium hydroxide compounds thereof.
塩基性化合物としては、無機塩基が好ましい。また、無機塩基以外の塩基性化合物の中では、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、エチルメチルアミン、エチルジメチルアミン、ジエチルメチルアミン、ピリジン、α−ピコリン、β−ピコリン、γ−ピコリン等が好ましく用いられる。
無機塩類やこれらの塩基性化合物を用いれば、高導電性で、かつ高純度な導電性ポリマーを得ることができる。
これらの塩基性化合物はそれぞれ1種単独で用いてもよいし、2種以上を任意の割合で混合して用いてもよい。
As the basic compound, an inorganic base is preferable. Among basic compounds other than inorganic bases, methylamine, dimethylamine, trimethylamine, ethylamine, diethylamine, triethylamine, ethylmethylamine, ethyldimethylamine, diethylmethylamine, pyridine, α-picoline, β-picoline, γ -Picoline and the like are preferably used.
If inorganic salts or these basic compounds are used, a highly conductive and highly pure conductive polymer can be obtained.
Each of these basic compounds may be used alone or in admixture of two or more at any ratio.
塩基性化合物の濃度は、反応性や導電性の観点から、0.1モル/L以上が好ましく、より好ましくは0.1〜10.0モル/Lであり、特に好ましくは0.2〜8.0モル/Lである。 The concentration of the basic compound is preferably 0.1 mol / L or more, more preferably 0.1 to 10.0 mol / L, and particularly preferably 0.2 to 8 from the viewpoints of reactivity and conductivity. 0.0 mol / L.
前記モノマーと塩基性化合物の質量比は、反応性や導電性の観点から、モノマー:塩基性化合物=1:100〜100:1であることが好ましく、より好ましくは10:90〜90:10である。 The mass ratio of the monomer to the basic compound is preferably monomer: basic compound = 1: 100 to 100: 1, more preferably 10:90 to 90:10, from the viewpoint of reactivity and conductivity. is there.
酸化剤としては、標準電極電位が0.6V以上である酸化剤であれば限定はないが、例えばペルオキソ二硫酸、ペルオキソ二硫酸アンモニウム、ペルオキソ二硫酸ナトリウム、ペルオキソ二硫酸カリウム等のペルオキソ二硫酸類;過酸化水素等を用いることが好ましい。
これらの酸化剤は、それぞれ1種単独で用いてもよいし、2種以上を任意の割合で混合して用いてもよい。
The oxidizing agent is not particularly limited as long as the standard electrode potential is 0.6 V or more. For example, peroxodisulfuric acids such as peroxodisulfuric acid, ammonium peroxodisulfate, sodium peroxodisulfate, and potassium peroxodisulfate; It is preferable to use hydrogen peroxide or the like.
These oxidizing agents may be used alone or in a combination of two or more at any ratio.
酸化剤の使用量は、前記モノマー1モルに対して1〜5モルが好ましく、より好ましくは1〜3モルである。
本発明においては、モノマーに対して酸化剤がモル比で等モル以上存在している系にて重合を行うことが重要である。
また、触媒として、鉄、銅などの遷移金属化合物を酸化剤と併用することも有効である。
1-5 mol is preferable with respect to 1 mol of said monomers, and, as for the usage-amount of an oxidizing agent, More preferably, it is 1-3 mol.
In the present invention, it is important to carry out the polymerization in a system in which the oxidant is present in an equimolar amount or more with respect to the monomer.
It is also effective to use a transition metal compound such as iron or copper in combination with an oxidizing agent as a catalyst.
重合の方法としては、例えば、酸化剤溶液中にモノマーと塩基性化合物の混合溶液を滴下する方法、モノマーと塩基性化合物の混合溶液に酸化剤溶液を滴下する方法、反応容器等にモノマーと塩基性化合物の混合溶液と、酸化剤溶液を同時に滴下する方法などが挙げられる。 Examples of the polymerization method include, for example, a method in which a mixed solution of a monomer and a basic compound is dropped into an oxidizing agent solution, a method in which an oxidizing agent solution is dropped into a mixed solution of a monomer and a basic compound, and a monomer and a base in a reaction vessel. And a method in which a mixed solution of an ionic compound and an oxidizing agent solution are added dropwise simultaneously.
重合に使用する溶媒としては、水、又は水と水溶性有機溶媒との混合溶媒が挙げられる。水溶性有機溶媒としては、水と混合するものであれば限定されず、例えば、メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、n−ブタノール、イソブタノール、2−ブタノール、3−ブタノール、t−ブタノール、1−ペンタノール、3−メチル−1−ブタノール、2−ペンタノール、n−ヘキサノール、4−メチル−2−ペンタノール、2−エチルブチノール、ベンジルアルコール、フルフリルアルコール、テトラヒドロフルフリルアルコール等のアルコール類;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、メトキシメトキシエタノール、プロピレングリコールモノエチルエーテル、グリセリルモノアセテート等の多価アルコール誘導体;アセトン、アセトニトリル、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミドなどが挙げられる。
なお、溶媒として混合溶媒を用いる場合、水と水溶性有機溶媒との混合比は任意であるが、水:水溶性有機溶媒=1:100〜100:1が好ましい。
Examples of the solvent used for the polymerization include water or a mixed solvent of water and a water-soluble organic solvent. The water-soluble organic solvent is not limited as long as it is mixed with water. For example, methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, isobutanol, 2-butanol, 3-butanol, t-butanol, Such as 1-pentanol, 3-methyl-1-butanol, 2-pentanol, n-hexanol, 4-methyl-2-pentanol, 2-ethylbutynol, benzyl alcohol, furfuryl alcohol, tetrahydrofurfuryl alcohol, etc. Alcohols; polyhydric alcohol derivatives such as ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, methoxymethoxyethanol, propylene glycol monoethyl ether, glyceryl monoacetate; acetone, acetonitrile, dimethylform Amides, such as dimethylacetamide.
In addition, when using a mixed solvent as a solvent, although the mixing ratio of water and a water-soluble organic solvent is arbitrary, water: water-soluble organic solvent = 1: 100-100: 1 is preferable.
重合後は、通常、遠心分離器等の濾過器により溶媒を濾別する。さらに、必要に応じて濾過物を洗浄液により洗浄した後、乾燥させて、重合体(導電性ポリマー)を得る。
洗浄液としては、例えば、メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、n−ブタノール、イソブタノール、2−ブタノール、3−ブタノール、t−ブタノール、1−ペンタノール、3−メチル−1−ブタノール、2−ペンタノール、n−ヘキサノール、4−メチル−2−ペンタノール、2−エチルブチノール、ベンジルアルコール、フルフリルアルコール、テトラヒドロフルフリルアルコール等のアルコール類;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、メトキシメトキシエタノール、プロピレングリコールモノエチルエーテル、グリセリルモノアセテート等の多価アルコール誘導体;アセトン、アセトニトリル、N,N−ジメチルホルムアミド,N−メチルピロリドン、ジメチルスルホキシド等が、高純度のものが得られるため好ましい。特にメタノール、エタノール、イソプロパノール、アセトン、アセトニトリルが効果的である。
After polymerization, the solvent is usually filtered off with a filter such as a centrifugal separator. Furthermore, after filtering a filtrate with a washing | cleaning liquid as needed, it is made to dry and a polymer (electroconductive polymer) is obtained.
Examples of the cleaning liquid include methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, isobutanol, 2-butanol, 3-butanol, t-butanol, 1-pentanol, 3-methyl-1-butanol, 2- Alcohols such as pentanol, n-hexanol, 4-methyl-2-pentanol, 2-ethylbutynol, benzyl alcohol, furfuryl alcohol, tetrahydrofurfuryl alcohol; ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, methoxy Polyhydric alcohol derivatives such as methoxyethanol, propylene glycol monoethyl ether, glyceryl monoacetate; acetone, acetonitrile, N, N-dimethylformamide, N-methylpyrrolidone, dimethyl Rusuruhokishido like are preferable because of high purity can be obtained. In particular, methanol, ethanol, isopropanol, acetone, and acetonitrile are effective.
前記製造方法により得られる導電性ポリマー(A)中の塩を形成している塩基性化合物は、後述するような精製等を行うことにより、前記塩基性化合物の含有量を低下させることができる。導電性及び耐熱性の観点から、前記塩基性化合物の含有量は、0.1質量%以下が好ましい。 The basic compound which forms the salt in the conductive polymer (A) obtained by the production method can reduce the content of the basic compound by performing purification as described later. From the viewpoint of conductivity and heat resistance, the content of the basic compound is preferably 0.1% by mass or less.
(精製工程)
前記製造方法により得られる導電性ポリマー(A)は未反応モノマー、低分子量物質及び不純物質などを含んでいる場合があり、導電性を阻害する要因となっていることから、これら不純物質などを除去することが望ましい。
未反応モノマーや低分子量物質などの不純物質を除去するには、前記導電性ポリマーの分散液又は溶解液を膜濾過する方法が好ましい。膜濾過する際に用いる溶媒としては、水、塩基性塩を含む水、酸を含む水、アルコールを含む水等の溶媒やそれらの混合物などを用いることができる。膜濾過に用いる分離膜としては、未反応モノマー、低分子量物質及び不純物質の除去効率を考慮すると、限外濾過膜が好ましい。
(Purification process)
The conductive polymer (A) obtained by the production method may contain unreacted monomers, low molecular weight substances, impurities, and the like, which are factors that impede conductivity. It is desirable to remove.
In order to remove impurities such as unreacted monomers and low molecular weight substances, a method in which the conductive polymer dispersion or solution is subjected to membrane filtration is preferable. As a solvent used for membrane filtration, a solvent such as water, water containing a basic salt, water containing an acid, water containing an alcohol, or a mixture thereof can be used. As a separation membrane used for membrane filtration, an ultrafiltration membrane is preferable in consideration of removal efficiency of unreacted monomers, low molecular weight substances and impurities.
分離膜の材質としてはセルロース、セルロースアセテート、ポリスルホン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリエーテルスルホン、ポリフッ化ビニリデン等の高分子を用いた有機膜やセラミックスに代表される無機材料を用いた無機膜を用いることができ、通常、限外濾過膜の材質として使用するものであれば、特に制限はない。 As a material for the separation membrane, an organic membrane using a polymer such as cellulose, cellulose acetate, polysulfone, polypropylene, polyester, polyethersulfone, or polyvinylidene fluoride, or an inorganic membrane using an inorganic material typified by ceramics may be used. In general, there is no particular limitation as long as it is used as a material for the ultrafiltration membrane.
さらに、前記製造方法により得られる導電性ポリマー(A)は酸化剤由来などの陽イオンと塩を形成しており、導電性を阻害する要因となっている。これら陽イオンを除去することで導電性を向上させることができる。
陽イオンなどの不純物を除去するには、導電性ポリマーの分散液又は溶解液を陽イオン交換樹脂に接触させる方法が好ましい。
導電性ポリマー(A)を陽イオン交換樹脂により不純物除去する場合、溶媒に分散又は溶解させた状態で用いる。
Furthermore, the conductive polymer (A) obtained by the above production method forms a salt with a cation derived from an oxidant, which is a factor inhibiting conductivity. The conductivity can be improved by removing these cations.
In order to remove impurities such as cations, a method in which a dispersion or solution of a conductive polymer is brought into contact with a cation exchange resin is preferable.
When impurities are removed from the conductive polymer (A) with a cation exchange resin, the conductive polymer (A) is used in a state dispersed or dissolved in a solvent.
溶媒としては、水、メタノール、エタノール、イソプロパノール、プロパノール、ブタノール等のアルコール類;アセトン、メチルエチルケトン、エチルイソブチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類;エチレングリコール、エチレングリコールメチルエーテル、エチレングリコールモノ−n−プロピルエーテル等のエチレングリコール類;プロピレングリコール、プロピレングリコールメチルエーテル、プロピレングリコールエチルエーテル、プロピレングリコールブチルエーテル、プロピレングリコールプロピルエーテル等のプロピレングリコール類;ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等のアミド類;N−メチルピロリドン、N−エチルピロリドン等のピロリドン類;乳酸メチル、乳酸エチル、β−メトキシイソ酪酸メチル、α−ヒドロキシイソ酪酸メチル等のヒドロキシエステル類、又はこれらを混合したものが好ましい。 Solvents include alcohols such as water, methanol, ethanol, isopropanol, propanol, and butanol; ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, ethyl isobutyl ketone, and methyl isobutyl ketone; ethylene glycol, ethylene glycol methyl ether, ethylene glycol mono-n- Ethylene glycols such as propyl ether; propylene glycols such as propylene glycol, propylene glycol methyl ether, propylene glycol ethyl ether, propylene glycol butyl ether and propylene glycol propyl ether; amides such as dimethylformamide and dimethylacetamide; N-methylpyrrolidone, Pyrrolidones such as N-ethylpyrrolidone; methyl lactate, ethyl lactate, β-methoxyiso Methyl acid, hydroxy esters such as α- hydroxy methyl isobutyrate, or a mixture of these are preferred.
導電性ポリマーを前記溶媒に分散又は溶解させる際の濃度としては、工業性や精製効率の観点から、0.1〜20質量%が好ましく、0.1〜10質量%がより好ましい。 As a density | concentration at the time of disperse | distributing or dissolving a conductive polymer in the said solvent, 0.1-20 mass% is preferable from a viewpoint of industrial property or refinement | purification efficiency, and 0.1-10 mass% is more preferable.
陽イオン交換樹脂としては、市販品を用いることができ、例えば、オルガノ株式会社製の「アンバーライト」などの強酸型の陽イオン交換樹脂が好ましい。
陽イオン交換樹脂の形態については特に限定されることなく、種々の形態のものを使用でき、例えば球状細粒、膜状や繊維状などが挙げられる。
導電性ポリマーに対する陽イオン交換樹脂の量は、導電性ポリマー100質量部に対して100〜2000質量部が好ましく、500〜1500質量部がより好ましい。陽イオン交換樹脂の量が1質量部未満であると、陽イオンなどの不純物が十分に除去されにくい。一方、陽イオン交換樹脂の量が1500質量部を超えると、導電性ポリマーの分散液又は溶解液に対し過剰量となるため、陽イオン交換樹脂に接触させて陽イオン交換処理した後の、分離液又は溶離液の回収が困難となる。
Commercially available products can be used as the cation exchange resin, and for example, strong acid type cation exchange resins such as “Amberlite” manufactured by Organo Corporation are preferred.
The form of the cation exchange resin is not particularly limited, and various forms can be used. Examples thereof include spherical fine particles, membranes, and fibers.
100-2000 mass parts is preferable with respect to 100 mass parts of conductive polymers, and, as for the quantity of the cation exchange resin with respect to a conductive polymer, 500-1500 mass parts is more preferable. When the amount of the cation exchange resin is less than 1 part by mass, impurities such as cations are not easily removed. On the other hand, when the amount of the cation exchange resin exceeds 1500 parts by mass, the amount becomes excessive with respect to the dispersion or solution of the conductive polymer, so that the separation after contact with the cation exchange resin and the cation exchange treatment is performed. Recovery of the liquid or eluent becomes difficult.
導電性ポリマーの分散液又は溶解液と、陽イオン交換樹脂の接触方法としては、容器に導電性ポリマーの分散液又は溶解液と陽イオン交換樹脂を入れ、攪拌又は回転させることで、陽イオン交換樹脂と接触させる方法が挙げられる。
また、陽イオン交換樹脂をカラムに充填し、導電性ポリマーの分散液又は溶解液を、好ましくはSV=0.01〜20、より好ましくはSV=0.2〜10の流量で通過させて、陽イオン交換処理を行う方法でもよい。
ここで、空間速度SV(1/hr)=流量(m3/hr)/濾材量(体積:m3)である。
As a method of contacting the dispersion or solution of the conductive polymer with the cation exchange resin, the dispersion or solution of the conductive polymer and the cation exchange resin are placed in a container, and the mixture is stirred or rotated to exchange the cation. The method of making it contact with resin is mentioned.
In addition, the column is filled with a cation exchange resin, and the dispersion or solution of the conductive polymer is preferably passed at a flow rate of SV = 0.01 to 20, more preferably SV = 0.2 to 10, A method of performing cation exchange treatment may be used.
Here, space velocity SV (1 / hr) = flow rate (m 3 / hr) / filter medium amount (volume: m 3 ).
導電性ポリマーの分散液又は溶解液と、陽イオン交換樹脂を接触させる時間は、精製効率の観点から、0.1時間以上が好ましく、0.5時間以上がより好ましい。
なお、接触時間の上限値については特に制限されず、導電性ポリマーの分散液又は溶離液の濃度、陽イオン交換樹脂の量、後述する接触温度などの条件に併せて、適宜設定すればよい。
From the viewpoint of purification efficiency, the time for which the conductive polymer dispersion or solution is brought into contact with the cation exchange resin is preferably 0.1 hour or longer, and more preferably 0.5 hour or longer.
The upper limit of the contact time is not particularly limited, and may be appropriately set in accordance with conditions such as the concentration of the dispersion or eluent of the conductive polymer, the amount of the cation exchange resin, and the contact temperature described later.
導電性ポリマーの分散液又は溶解液と、陽イオン交換樹脂を接触させる際の温度は、工業的観点から、10〜50℃が好ましく、10〜30℃がより好ましい。 From the industrial viewpoint, the temperature at which the conductive polymer dispersion or solution is brought into contact with the cation exchange resin is preferably 10 to 50 ° C, more preferably 10 to 30 ° C.
このようにして精製された導電性ポリマーは、オリゴマーやモノマーなどの低分子量体や、陽イオンなどの不純物が十分に除去されているので、より優れた導電性を示す。 The conductive polymer purified in this manner exhibits a more excellent conductivity because low molecular weight substances such as oligomers and monomers and impurities such as cations are sufficiently removed.
<導電性ポリマー(S)>
導電性ポリマー(S)は、下記一般式(3)で表される繰り返し単位を有する。
<Conductive polymer (S)>
The conductive polymer (S) has a repeating unit represented by the following general formula (3).
式(3)中、R5〜R7は、各々独立に、水素原子、炭素数1〜24の直鎖若しくは分岐のアルキル基、炭素数1〜24の直鎖若しくは分岐のアルコキシ基、酸性基若しくはその塩、水酸基、ニトロ基又はハロゲン原子であり、Aは酸性基若しくはその塩であり、mは1〜20の整数である。
特に、導電性や可溶性の観点から、mは、1〜10が好ましく、1〜5がより好ましく、1〜3が特に好ましい。
In Formula (3), R 5 to R 7 are each independently 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, or an acidic group. Or its salt, a hydroxyl group, a nitro group, or a halogen atom, A is an acidic group or its salt, and m is an integer of 1-20.
In particular, from the viewpoint of conductivity and solubility, m is preferably 1 to 10, more preferably 1 to 5, and particularly preferably 1 to 3.
式(3)における「酸性基」とは、式(1)の「酸性基」と同じであり、式(3)における「塩」とは、式(1)の「塩」及びアルカリ土類金属塩からなる群のから選択された少なくとも一種をいう。 The “acidic group” in the formula (3) is the same as the “acidic group” in the formula (1), and the “salt” in the formula (3) is the “salt” in the formula (1) and the alkaline earth metal. At least one selected from the group consisting of salts.
導電性ポリマー(S)としては、前記一般式(3)で表される以外の構造単位として、可溶性、導電性及び性状に影響を及ぼさない限り、置換又は無置換のアニリン、チオフェン、ピロール、フェニレン、ビニレン、その他二価の不飽和基及び二価の飽和基の少なくとも一種の構造単位を含んでも良い。 As the conductive polymer (S), substituted or unsubstituted aniline, thiophene, pyrrole, phenylene as structural units other than those represented by the general formula (3), as long as they do not affect the solubility, conductivity and properties , Vinylene, other divalent unsaturated groups and divalent saturated groups may be included.
本発明の態様に係る導電性ポリマー(S)は、前記一般式(3)の繰り返し単位を、可溶性向上の観点から、70%以上含むことが好ましく、さらに80%以上含むことが好ましく、特に90%以上含むこと好ましい。ここで、芳香環に対する酸性基の含有率が70%以下のものは水に対する溶解性が不十分で好ましくない。また、芳香環に対する酸性基の含有率が高くなるほど溶解性は向上し、コンデンサ製造に適している。 The conductive polymer (S) according to the embodiment of the present invention preferably contains 70% or more, more preferably 80% or more, particularly 90% of the repeating unit of the general formula (3) from the viewpoint of improving solubility. % Or more is preferable. Here, those having an acidic group content of 70% or less with respect to the aromatic ring are not preferable because of insufficient solubility in water. Further, the higher the content of acidic groups with respect to the aromatic ring, the better the solubility, which is suitable for capacitor production.
なお、本発明の態様に係る導電性ポリマーは、下記一般式(8)で表されるフェニレンジアミン構造(還元型)とキノジイミン構造(酸化型)を有していると考えられる。 In addition, it is thought that the conductive polymer which concerns on the aspect of this invention has the phenylenediamine structure (reduction type) and quinodiimine structure (oxidation type) represented by the following general formula (8).
式(8)中、R36〜R51は、各々独立して、水素原子、炭素数1〜24の直鎖若しくは分岐のアルキル基、炭素数1〜24の直鎖若しくは分岐のアルコキシ基、酸性基若しくはその塩、水酸基、ニトロ基又はハロゲン原子であり、かつR38、R42、R46、R50のうち少なくとも1つは−(CH2)n−Aである。ここで、Aは酸性基又はその塩であり、nは1〜20の整数である。また、yは重合度を示す。 In formula (8), R 36 to R 51 are each independently 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 group or a salt thereof, a hydroxyl group, a nitro group or a halogen atom, and at least one of R 38 , R 42 , R 46 and R 50 is — (CH 2 ) n —A. Here, A is an acidic group or a salt thereof, and n is an integer of 1 to 20. Y represents the degree of polymerization.
このフェニレンジアミン構造(還元型)とキノジイミン構造(酸化型)は、酸化若しくは還元により任意の比率で可逆的に変換させることが可能である。フェニレンジアミン構造とキノジイミン構造の比率(x)は、0.2<x<0.8の範囲が導電性及び溶解性の面から好ましく、0.3<x<0.7がより好ましい。 This phenylenediamine structure (reduced type) and quinodiimine structure (oxidized type) can be reversibly converted at an arbitrary ratio by oxidation or reduction. The ratio (x) of the phenylenediamine structure to the quinodiimine structure is preferably in the range of 0.2 <x <0.8 from the viewpoint of conductivity and solubility, and more preferably 0.3 <x <0.7.
前記導電性ポリマーの重量平均分子量は、導電性、成膜性及び膜強度の観点で、ポリエチレングリコール換算で3000以上のものが、好ましく、重量平均分子量5000以上50万以下のものがさらに好ましい。ここで、重量平均分子量が3000以下の場合、溶解性は優れているが成膜性及び導電性が不足しており、50万以上の場合、溶解性及び多孔質成形体への含浸性が不十分である。
また、固体電解コンデンサは、導電率がよいものほど周波数特性などの性能が良いことから、導電率が0.01S/cm以上、好ましくは0.05S/cm以上の可溶性導電性ポリマーが用いられる。
The weight average molecular weight of the conductive polymer is preferably 3000 or more, more preferably 5000 to 500,000 in terms of polyethylene glycol, from the viewpoint of conductivity, film formability and film strength. Here, when the weight average molecular weight is 3000 or less, the solubility is excellent but the film formability and conductivity are insufficient. When the weight average molecular weight is 500,000 or more, the solubility and impregnation into the porous molded body are inferior. It is enough.
In addition, as the solid electrolytic capacitor has better performance such as frequency characteristics, a soluble conductive polymer having a conductivity of 0.01 S / cm or more, preferably 0.05 S / cm or more is used.
<導電性ポリマー(S)の製造方法>
導電性ポリマー(S)は、アニリン単量体成分を、溶媒中で、酸化剤を用いて重合することで得られる。
本発明で用いるアニリン単量体成分は、スルホン基及び/又はカルボキシル基を有し、このような酸性基置換アニリン誘導体としては、酸性基置換アニリン、そのアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、アンモニウム塩、及び置換アンモニウム塩よりなる群から選ばれる化合物が好ましい。
<Method for producing conductive polymer (S)>
The conductive polymer (S) can be obtained by polymerizing the aniline monomer component in a solvent using an oxidizing agent.
The aniline monomer component used in the present invention has a sulfone group and / or a carboxyl group, and as such an acidic group-substituted aniline derivative, an acidic group-substituted aniline, its alkali metal salt, alkaline earth metal salt, ammonium A compound selected from the group consisting of a salt and a substituted ammonium salt is preferred.
本発明の態様に係る単量体成分は、酸性基又はその塩がアルキレン基を介して芳香環に結合したモノマーであり、加熱処理しても酸性基又はその塩が脱離しにくい。
したがって、本発明の態様に係る導電性ポリマーは、高い導電性を有し、かつ熱安定性に優れる。よって、加熱処理しても導電性を維持できる。
酸性基置換アニリンとしては、優れた導電性を発現し、且つ水溶性を向上させるという点を考慮すると、下記一般式(8)で表される化合物が好ましい。
The monomer component according to the embodiment of the present invention is a monomer in which an acidic group or a salt thereof is bonded to an aromatic ring via an alkylene group, and the acidic group or a salt thereof is difficult to be removed even by heat treatment.
Therefore, the conductive polymer according to the embodiment of the present invention has high conductivity and is excellent in thermal stability. Therefore, conductivity can be maintained even after heat treatment.
As the acidic group-substituted aniline, a compound represented by the following general formula (8) is preferable in consideration of expressing excellent conductivity and improving water solubility.
式(9)中、R52〜R55は、各々独立して、水素原子、炭素数1〜24の直鎖若しくは分岐のアルキル基、炭素数1〜24の直鎖若しくは分岐のアルコキシ基、酸性基若しくはその塩、水酸基、ニトロ基又はハロゲン原子であり、Aは酸性基又はその塩であり、nは1〜20の整数である。 In formula (9), R 52 to R 55 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 group or a salt thereof, a hydroxyl group, a nitro group or a halogen atom, A is an acidic group or a salt thereof, and n is an integer of 1 to 20.
本発明の態様に係る導電性ポリマー(S)の製造方法としては特に限定されず、酸化剤による化学重合法や電解重合法など、公知の製造方法を用いることができる。
以下、本発明の態様に係る導電性ポリマーの製造方法の一例について、具体的に説明する。
It does not specifically limit as a manufacturing method of the conductive polymer (S) which concerns on the aspect of this invention, Well-known manufacturing methods, such as the chemical polymerization method and electrolytic polymerization method by an oxidizing agent, can be used.
Hereinafter, an example of the manufacturing method of the conductive polymer which concerns on the aspect of this invention is demonstrated concretely.
本発明の態様に係る導電性ポリマー(S)は、例えば重合溶媒中で上述したアニリン系単量体成分を酸化剤により重合させて得られる。 The conductive polymer (S) according to the embodiment of the present invention can be obtained, for example, by polymerizing the above aniline monomer component with an oxidizing agent in a polymerization solvent.
<酸化剤>
酸化剤としては、例えばペルオキソ二硫酸、ペルオキソ二硫酸アンモニウム、ペルオキソ二硫酸ナトリウム、ペルオキソ二硫酸カリウム等のペルオキソ二硫酸類;過酸化水素などが挙げられる。
これら酸化剤は、1種単独で用いてもよく、2種以上を任意の割合で混合して用いてもよい。
<Oxidizing agent>
Examples of the oxidizing agent include peroxodisulfuric acids such as peroxodisulfuric acid, ammonium peroxodisulfate, sodium peroxodisulfate, and potassium peroxodisulfate; hydrogen peroxide.
These oxidizing agents may be used individually by 1 type, and 2 or more types may be mixed and used for them in arbitrary ratios.
酸化剤の使用量は、アニリン系単量体成分1モルに対して1〜5モルが好ましく、より好ましくは1〜3モルである。酸化剤の使用量が上記範囲内であれば、導電性ポリマーの高分子量化や、主鎖の酸化を十分に行うことができる。
なお、触媒として、鉄、銅などの遷移金属化合物を酸化剤と併用することも有効である。
1-5 mol is preferable with respect to 1 mol of aniline-type monomer components, and, as for the usage-amount of an oxidizing agent, More preferably, it is 1-3 mol. When the amount of the oxidizing agent used is within the above range, the conductive polymer can be sufficiently polymerized and the main chain can be oxidized sufficiently.
It is also effective to use a transition metal compound such as iron or copper in combination with an oxidizing agent as a catalyst.
<重合溶媒>
重合溶媒としては、水や有機溶媒が挙げられる。有機溶媒としては、例えばメタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、プロピルアルコール、ブタノール等のアルコール類;アセトン、エチルイソブチルケトン等のケトン類;エチレングリコール、エチレングリコールメチルエーテル等のエチレングリコール類;プロピレングリコール、プロピレングリコールメチルエーテル、プロピレングリコールエチルエーテル、プロピレングリコールブチルエーテル、プロピレングリコールプロピルエーテル等のプロピレングリコール類;N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド等のアミド類;N−メチルピロリドン、N−エチルピロリドン等のピロリドン類などが挙げられる。
重合溶媒としては、水、又は水と有機溶媒との混合溶媒が好ましい。
<Polymerization solvent>
Examples of the polymerization solvent include water and organic solvents. Examples of the organic solvent include alcohols such as methanol, ethanol, isopropyl alcohol, propyl alcohol and butanol; ketones such as acetone and ethyl isobutyl ketone; ethylene glycols such as ethylene glycol and ethylene glycol methyl ether; propylene glycol and propylene glycol Propylene glycols such as methyl ether, propylene glycol ethyl ether, propylene glycol butyl ether and propylene glycol propyl ether; Amides such as N, N-dimethylformamide and N, N-dimethylacetamide; N-methylpyrrolidone, N-ethylpyrrolidone and the like Pyrrolidones and the like.
As the polymerization solvent, water or a mixed solvent of water and an organic solvent is preferable.
(重合工程)
上述したアニリン系単量体成分を、重合溶媒中で酸化剤により化学酸化重合することで、導電性ポリマーを得る(重合工程)。
具体的には、酸化剤溶液中にアニリン系単量体成分溶液(モノマー溶液)を滴下する方法、アニリン系単量体成分溶液に酸化剤溶液を滴下する方法、反応容器等にアニリン系単量体成分溶液と酸化剤溶液とを同時に滴下する方法、反応器等にアニリン系単量体成分溶液と酸化剤溶液とを連続的に供給し、押し出し流れで重合させる方法などの各種方法によって、導電性ポリマーを得る。
重合の際には、上述した重合溶媒を用いることができる。
(Polymerization process)
A conductive polymer is obtained by chemically oxidatively polymerizing the above aniline monomer component with an oxidizing agent in a polymerization solvent (polymerization step).
Specifically, a method of dropping an aniline monomer component solution (monomer solution) into an oxidizer solution, a method of dropping an oxidizer solution into an aniline monomer component solution, an aniline monomer in a reaction vessel, etc. Conductive conductivity is achieved by various methods, such as a method in which a body component solution and an oxidant solution are dropped simultaneously, a method in which an aniline monomer component solution and an oxidant solution are continuously supplied to a reactor or the like, and polymerization is performed by extrusion flow. A functional polymer is obtained.
In the polymerization, the above-described polymerization solvent can be used.
また、重合の際には、反応系内にプロトン酸を加えてもよい。
プロトン酸としては、例えば塩酸、硝酸、硫酸、ホウ化フッ素酸等の鉱酸類、トリフルオロメタンスルホン酸等の超強酸類、メタンスルホン酸、ドデシルベンゼンスルホン酸、トルエンスルホン酸、カンファスルホン酸等の有機スルホン酸類、及びポリスチレンスルホン酸、ポリアクリル酸、ポリビニルスルホン酸、ポリ−2−メチルプロパン−2−アクリルアミドスルホン酸等の高分子酸類などが挙げられる。
In the polymerization, a protonic acid may be added to the reaction system.
Examples of the protic acid include mineral acids such as hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, and borofluoric acid, super strong acids such as trifluoromethanesulfonic acid, and organic substances such as methanesulfonic acid, dodecylbenzenesulfonic acid, toluenesulfonic acid, and camphorsulfonic acid. Examples thereof include sulfonic acids, and polymer acids such as polystyrene sulfonic acid, polyacrylic acid, polyvinyl sulfonic acid, poly-2-methylpropane-2-acrylamide sulfonic acid, and the like.
重合反応の内温は50℃以下が好ましく、より好ましくは−15〜50℃、さらに好ましくは−10〜20℃である。特に、重合反応の内温が20℃以下であれば、副反応の進行や、主鎖の酸化還元構造の変化による導電性の低下を抑止できる。また、重合反応の内温が−15℃以上であれば、十分な反応速度を維持でき、反応時間を短縮できる。 The internal temperature of the polymerization reaction is preferably 50 ° C. or lower, more preferably −15 to 50 ° C., and further preferably −10 to 20 ° C. In particular, if the internal temperature of the polymerization reaction is 20 ° C. or lower, it is possible to suppress a decrease in conductivity due to the progress of side reactions and changes in the redox structure of the main chain. Moreover, if the internal temperature of a polymerization reaction is -15 degreeC or more, sufficient reaction rate can be maintained and reaction time can be shortened.
(精製工程)
前記導電性ポリマー(S)は、溶媒に溶解又は分散した導電性ポリマー溶液の状態で得られる。導電性ポリマーは、溶媒を除去した後、そのまま各種用途に用いてもよいが、ポリマー溶液には未反応のモノマー(アニリン系単量体成分)、オリゴマー、不純物などが含まれる場合があり、導電性を阻害する要因となっている。従って、導電性ポリマーを精製してから用いるのが好ましい(精製工程)。
導電性ポリマー(S)を精製する方法としては、導電性ポリマー(A)のところで記載した溶媒を用いた洗浄法、膜濾過法、陽イオン交換法などを用いることができる。
(Purification process)
The conductive polymer (S) is obtained in the state of a conductive polymer solution dissolved or dispersed in a solvent. The conductive polymer may be used for various purposes as it is after the solvent is removed, but the polymer solution may contain unreacted monomers (aniline monomer components), oligomers, impurities, etc. It is a factor that inhibits sex. Therefore, it is preferable to use the conductive polymer after purification (purification step).
As a method for purifying the conductive polymer (S), a cleaning method using a solvent described in the conductive polymer (A), a membrane filtration method, a cation exchange method, or the like can be used.
導電性ポリマー(A)又は(S)の、組成物中の含有量は、組成物全体で100質量%として、0.01 質量%〜20質量%、溶解性の観点から、好ましくは、0.01質量%〜10質量%、さらに好ましくは0.01質量%〜5質量%である。 The content of the conductive polymer (A) or (S) in the composition is 0.01% by mass to 20% by mass based on 100% by mass of the entire composition, preferably from the viewpoint of solubility. It is 01 mass%-10 mass%, More preferably, it is 0.01 mass%-5 mass%.
なお、本発明の態様に係る導電性ポリマー(A)又は(S)は、単なる水、塩基及び塩基性塩を含む水、酸を含む水、又はメタノール、エタノール、iso−プロパノール等の溶剤、又はそれらの混合物に溶解することができ、加工性にも優れる。 The conductive polymer (A) or (S) according to the embodiment of the present invention is simply water, water containing a base and a basic salt, water containing an acid, or a solvent such as methanol, ethanol, or isopropanol, or It can be dissolved in a mixture of them and has excellent processability.
本発明の態様に係る導電性ポリマー(A)又は(S)は、スプレーコート法、ディップコート法、ロールコート法、グラビアコート法、リバースコート法、ロールブラッシュ法、エアーナイフコート法、カーテンコート法等の簡便な手法で導電体を形成することができる。 The conductive polymer (A) or (S) according to the embodiment of the present invention includes spray coating, dip coating, roll coating, gravure coating, reverse coating, roll brushing, air knife coating, and curtain coating. A conductor can be formed by a simple method such as the above.
<ナノカーボン(B)>
本発明のナノカーボン(B)としては、活性炭、カーボンブラック、グラファイト、グラフェン、グラフィン、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、カーボンファイバー、カーボンナノホーン、カーボンナノウォール、フラーレンなどの炭素を主成分とする材料が挙げられる。
導電性の観点から、カーボンナノチューブが好ましく、特に単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブが好ましい。
<Nanocarbon (B)>
The nanocarbon (B) of the present invention is mainly composed of carbon such as activated carbon, carbon black, graphite, graphene, graphene, single-walled carbon nanotube, multi-walled carbon nanotube, carbon fiber, carbon nanohorn, carbon nanowall, fullerene. Materials.
From the viewpoint of conductivity, carbon nanotubes are preferable, and single-walled carbon nanotubes and multi-walled carbon nanotubes are particularly preferable.
[カーボンナノチューブ]
カーボンナノチューブは、1〜数十層のグラファイト状炭素が積み重なってできた外径がnmオーダーのチューブである。
カーボンナノチューブとしては、通常のカーボンナノチューブ、すなわち、単層カーボンナノチューブ、単層のカーボンナノチューブが同心円状に多層に重なった多層カーボンナノチューブ、これらがコイル状になったものが挙げられる。
さらには、カーボンナノチューブには、カーボンナノチューブの片側が閉じた形をしたカーボンナノホーン、その頭部に穴があいたコップ型のナノカーボン物質、カーボンナノチューブの類縁体であるフラーレン、カーボンナノファイバーも含まれる。
これらの中でも、導電性がより高くなる点では、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブが好ましい。
[carbon nanotube]
A carbon nanotube is a tube having an outer diameter of the order of nm, which is formed by stacking 1 to several tens of layers of graphitic carbon.
Examples of the carbon nanotube include ordinary carbon nanotubes, that is, single-walled carbon nanotubes, multi-walled carbon nanotubes in which single-walled carbon nanotubes are concentrically stacked in a multilayer shape, and those in a coil shape.
In addition, carbon nanotubes include carbon nanohorns with closed carbon nanotubes, cup-shaped nanocarbon materials with holes in the head, fullerenes that are analogs of carbon nanotubes, and carbon nanofibers. .
Among these, single-walled carbon nanotubes and multi-walled carbon nanotubes are preferable in terms of higher conductivity.
カーボンナノチューブの製造方法としては、例えば、二酸化炭素の接触水素還元、アーク放電法、レーザー蒸発法、化学気相成長法(CVD法)、気相成長法、一酸化炭素を高温高圧化で鉄触媒と共に反応させて気相で成長させるHiPco法等が挙げられる。また、カーボンナノチューブを製造する際には、洗浄法、遠心分離法、ろ過法、酸化法、クロマトグラフ法等の種々の精製法によって、高純度化することが好ましい。
カーボンナノチューブは、ボールミル、振動ミル、サンドミル、ロールミル等のボール型混練装置等によって粉砕されていてもよい。また、カーボンナノチューブ(a)は、化学的、物理的処理によって短く切断されていてもよい。
カーボンナノチューブの市販品としては、例えば、米国ユニダイム社製のHiPco単層カーボンナノチューブ及び二層カーボンナノチューブ;韓国イルジンナノテク社製のSWNT及びMWNT;韓国CNT社製のC−100及びC−200;中国シンセンナノテクポート社製のカーボンナノチューブ;及びベルギーナノシル社製のNC7100が挙げられる。
Carbon nanotube production methods include, for example, catalytic hydrogen reduction of carbon dioxide, arc discharge method, laser evaporation method, chemical vapor deposition method (CVD method), vapor phase growth method, carbon monoxide at high temperature and high pressure and iron catalyst For example, the HiPco method in which the reaction is performed together with the gas and grown in a gas phase. Moreover, when manufacturing a carbon nanotube, it is preferable to refine | purify by various purification methods, such as the washing | cleaning method, the centrifugation method, the filtration method, the oxidation method, and the chromatographic method.
The carbon nanotubes may be pulverized by a ball-type kneader such as a ball mill, a vibration mill, a sand mill, or a roll mill. The carbon nanotube (a) may be cut short by chemical and physical treatment.
Commercially available carbon nanotubes include, for example, HiPco single-walled carbon nanotubes and double-walled carbon nanotubes manufactured by Unidim, USA; SWNT and MWNT manufactured by Korea Irjin Nanotech; C-100 and C-200 manufactured by Korea CNT; And carbon nanotubes manufactured by China Shenzhen Nanotechport Co., Ltd .; and NC7100 manufactured by Belgian Nanosil Co., Ltd.
カーボンナノチューブの製造方法としては、例えば、二酸化炭素の接触水素還元法、アーク放電法、レーザー蒸発法、化学気相成長法(CVD法)、気相成長法及び一酸化炭素を高温高圧化で鉄触媒と共に反応させて気相で成長させるHiPco法が挙げられる。 Examples of the carbon nanotube production method include carbon dioxide catalytic hydrogen reduction method, arc discharge method, laser evaporation method, chemical vapor deposition method (CVD method), vapor phase growth method and carbon monoxide at high temperature and high pressure. A HiPco method in which a reaction is performed with a catalyst and grown in a gas phase can be mentioned.
[活性炭]
活性炭は多孔質の炭素材料であり、活性炭の市販品としては、例えば、日本エンバイロケミカルズ社の活性炭(白鷺)やクラレケミカル社の活性炭(クラレコール)などが挙げられる。
[Activated carbon]
Activated carbon is a porous carbon material, and examples of commercially available activated carbon include activated carbon (Shirakaba) manufactured by Nippon Enviro Chemicals and activated carbon (Kuraray Coal) manufactured by Kuraray Chemical.
(ナノカーボンの分散)
導電性ポリマーの分散液又は溶解液と、ナノカーボンとを混合した後に、攪拌や超音波照射などを用いて、導電性ポリマーと炭素材料の接触を加速させるような処理を行っても良い。塩基性化合物を添加するタイミングは、導電性ポリマーとナノカーボンを混合する前でも後でもかまわない。好ましくはナノカーボンの分散性を向上させるために、導電性ポリマーとナノカーボンを混合する前に塩基性化合物を添加することが好ましい。
(Nanocarbon dispersion)
After mixing the dispersion or solution of the conductive polymer and the nanocarbon, a treatment for accelerating the contact between the conductive polymer and the carbon material may be performed using stirring, ultrasonic irradiation, or the like. The timing of adding the basic compound may be before or after mixing the conductive polymer and nanocarbon. Preferably, in order to improve the dispersibility of nanocarbon, it is preferable to add a basic compound before mixing the conductive polymer and nanocarbon.
<塩基性化合物(C)>
塩基性化合物(C)としては、無機塩基、アンモニア、脂式アミン類、環式飽和アミン類、環式不飽和アミン類などが用いられる。
特に、導電性、耐熱性、脱ガス抑制及びナノカーボン材料の分散安定性向上の観点から、アルカリ金属水酸化物及び/又はアルカリ土類金属水酸化物(C−1)や同一分子内にヒドロキシ基及び塩基性基を含む塩基性化合物(C−2)好ましい。
精製して得られた前記導電性ポリマー(A)又は(S)に、前記化合物(C−1)及び/又は(C−2)を添加することで加熱処理後の導電性の低下を抑制することができる。
その理由として、導電性ポリマー(A)又は(S)の側鎖が加熱によって脱離するのを、前記化合物(C)に含まれる塩基性基が抑制する、及び/又は、導電性ポリマー(A)又は(S)に対して前記化合物(C)に含まれるヒドロキシ基がドープ剤として働き導電性を向上するためと考えられる。
<Basic compound (C)>
As the basic compound (C), inorganic bases, ammonia, fatty amines, cyclic saturated amines, cyclic unsaturated amines and the like are used.
In particular, from the viewpoint of conductivity, heat resistance, degassing suppression, and improvement in dispersion stability of the nanocarbon material, alkali metal hydroxide and / or alkaline earth metal hydroxide (C-1) or hydroxy in the same molecule A basic compound (C-2) containing a group and a basic group is preferred.
Addition of the compound (C-1) and / or (C-2) to the conductive polymer (A) or (S) obtained by purification suppresses a decrease in conductivity after heat treatment. be able to.
The reason is that the side groups of the conductive polymer (A) or (S) are desorbed by heating with the basic group contained in the compound (C) and / or the conductive polymer (A ) Or (S), it is considered that the hydroxy group contained in the compound (C) acts as a dopant to improve conductivity.
<アルカリ金属水酸化物及び/又はアルカリ土類金属水酸化物(C−1)>
前記化合物(C−1)としては、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩は、例えば、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化ルビジウム、水酸化セシウム等が、アルカリ土類金属水酸化物として、水酸化ベリリウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化ストロンチウム、水酸化バリウム、水酸化カルシウム等の水酸化物の塩が挙げられる。これらの水酸化物は、いずれか1種を単独で用いてもよく、2種以上混合して用いてもよい。
アルカリ金属水酸化物及び/又はアルカリ土類金属水酸化物(C−1)の添加量は、耐熱性や導電性の観点から、導電性ポリマー(A)又は(S)のモノマーユニット1モルに対して、0.1〜5.0モルが好ましく、0.5〜2.0モルがより好ましい。
<Alkali metal hydroxide and / or alkaline earth metal hydroxide (C-1)>
Examples of the compound (C-1) include alkali metal salts and alkaline earth metal salts such as lithium hydroxide, sodium hydroxide, potassium hydroxide, rubidium hydroxide, and cesium hydroxide. Examples of the oxide include hydroxide salts such as beryllium hydroxide, magnesium hydroxide, calcium hydroxide, strontium hydroxide, barium hydroxide, and calcium hydroxide. Any one of these hydroxides may be used alone, or two or more thereof may be mixed and used.
The addition amount of the alkali metal hydroxide and / or alkaline earth metal hydroxide (C-1) is 1 mol of the monomer unit of the conductive polymer (A) or (S) from the viewpoints of heat resistance and conductivity. On the other hand, 0.1-5.0 mol is preferable and 0.5-2.0 mol is more preferable.
<同一分子内にヒドロキシ基及び塩基性基を含む塩基性化合物(C−2)>
ここで、前記化合物(C−2)は、下記一般式(6)で表される化学構造を有する。
<Basic compound (C-2) containing hydroxy group and basic group in the same molecule>
Here, the compound (C-2) has a chemical structure represented by the following general formula (6).
ヒドロキシ基としては、ヒドロキシ基の状態であっても保護基で保護された状態であっても良い。保護基としては、例えば、アセチル基、トリメチルシリル基やt−ブチルジメチルシリル基等のシリル基、アセタール型保護基(例えば、メトキシメチル基、エトキシメチル基、メトキシエトキシメチル基等)、ベンゾイル基等が挙げられる。また、アルコキシド基であっても良い。 The hydroxy group may be in a hydroxy group state or a protected state with a protecting group. Examples of the protective group include acetyl groups, silyl groups such as trimethylsilyl group and t-butyldimethylsilyl group, acetal type protective groups (for example, methoxymethyl group, ethoxymethyl group, methoxyethoxymethyl group, etc.), benzoyl group, and the like. Can be mentioned. Moreover, an alkoxide group may be sufficient.
塩基性基としては、例えば、アレニウス塩基、ブレンステッド塩基、ルイス塩基、等で定義される塩基性基が挙げられる。
有機基としては、例えば、脂肪族、脂環式、芳香族、直鎖若しくは分岐鎖、飽和及び/又は不飽和の有機基が挙げられる。
Examples of the basic group include basic groups defined by Arrhenius base, Bronsted base, Lewis base, and the like.
Examples of the organic group include aliphatic, alicyclic, aromatic, straight chain or branched chain, saturated and / or unsaturated organic groups.
同一分子内にヒドロキシ基及び塩基性基を各々1種以上含む化合物(C−2)としては、例えば、2−アミノエタノール、3−アミノ−1−プロパノール、2−アミノー1,3−プロパンジオール、3−アミノー1,2−プロパンジオール、トリス(ヒドロキシメチル)アミノメタン、2−アミノ−2−メチル−1,3−プロパンジオール、2−アミノ−2−エチル−1,3−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、2−アミノ−1−ブタノール、L−プロリノール、チラミン、L−セリン、2−(4−ヒドロキシフェニル)グリシン、L−トレオニン、L−イソセリン、N,N−ジ(2−ヒドロキシエチル)グリシン、3−[N−トリス(ヒドロキシメチル)メチルアミノ]−2−ヒドロキシプロパンスルホン酸、N−トリス(ヒドロキシメチル)メチル−2−アミノエタンスルホン酸、L−ホモセリン、チロシン、3−(3,4−ジヒドロキシフェニル)−L−アラニン、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)−2−アミノエタンスルホン酸、N−トリス(ヒドロキシメチル)メチル−3−アミノプロパンスルホン酸、4−アミノ−3−ヒドロキシ酪酸、3−ピロリジノール、2−ピペリジンエタノール、1,3−ジアミノ−2−プロパノール、1−アミノ−2−プロパノール、2−アミノ−1−プロパノール、2−(メチルアミノ)エタノール、3−アミノー2,2−ジメチル−1−プロパノール、3−(メチルアミノ)−1−プロパノール、1−アミノ−2−ブタノール、4−アミノ−1−ブタノール、4−アミノ−2−メチル−1−ブタノール、バリノール、ヒドロキシピペリジン、4−アミノシクロヘキサノール、4−(2−アミノエチル)シクロヘキサノール、4−アミノシクロヘキサンエタノール、等が挙げられる。
また、一部の前記化合物(C−2)には、L体とD体の幾何異性体が存在するが、L体とD体のどちらか一方を用いてもよく、L体とD体の種々の比率の混合物として用いてもよい。
また、一部の前記化合物(C−2)には、オルト位置とメタ位置とパラ位置の置換基位置異性体が存在するが、オルト位置とメタ位置とパラ位置のどちらか一方を用いてもよく、種々の比率の混合物として用いてもよい。
中でも、導電性や耐熱性の観点から、3−アミノ−1−プロパノール、2−アミノー1,3−プロパンジオール、トリス(ヒドロキシメチル)アミノメタン、2−アミノ−2−メチル−1,3−プロパンジオール、2−アミノ−2−エチル−1,3−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、L−プロリノール、L−セリン、3−[N−トリス(ヒドロキシメチル)メチルアミノ]−2−ヒドロキシプロパンスルホン酸、N−トリス(ヒドロキシメチル)メチル−2−アミノエタンスルホン酸がより好ましい。これらの化合物(C−2)は、いずれか1種を単独で用いてもよく、2種以上混合して用いてもよい。
さらに、導電性や耐熱性の観点から、前記化合物(C−2)は同一分子内にヒドロキシ基が2個以上ある方がより好ましい。
Examples of the compound (C-2) containing one or more hydroxy groups and basic groups in the same molecule include 2-aminoethanol, 3-amino-1-propanol, 2-amino-1,3-propanediol, 3-amino-1,2-propanediol, tris (hydroxymethyl) aminomethane, 2-amino-2-methyl-1,3-propanediol, 2-amino-2-ethyl-1,3-propanediol, diethanolamine, Triethanolamine, 2-amino-1-butanol, L-prolinol, tyramine, L-serine, 2- (4-hydroxyphenyl) glycine, L-threonine, L-isoserine, N, N-di (2-hydroxy) Ethyl) glycine, 3- [N-tris (hydroxymethyl) methylamino] -2-hydroxypropanesulfonic acid N-tris (hydroxymethyl) methyl-2-aminoethanesulfonic acid, L-homoserine, tyrosine, 3- (3,4-dihydroxyphenyl) -L-alanine, N, N-bis (2-hydroxyethyl) -2 -Aminoethanesulfonic acid, N-tris (hydroxymethyl) methyl-3-aminopropanesulfonic acid, 4-amino-3-hydroxybutyric acid, 3-pyrrolidinol, 2-piperidineethanol, 1,3-diamino-2-propanol, 1-amino-2-propanol, 2-amino-1-propanol, 2- (methylamino) ethanol, 3-amino-2,2-dimethyl-1-propanol, 3- (methylamino) -1-propanol, 1- Amino-2-butanol, 4-amino-1-butanol, 4-amino-2-methyl-1-butanol , Valinol, hydroxypiperidine, 4-amino-cyclohexanol, 4- (2-aminoethyl) cyclohexanol, 4-amino-cyclohexane ethanol, and the like.
Some of the compounds (C-2) have L-form and D-form geometric isomers, and either L-form or D-form may be used. You may use it as a mixture of various ratios.
Further, some of the compounds (C-2) have substituent position isomers at the ortho position, the meta position, and the para position, but any one of the ortho position, the meta position, and the para position may be used. It may be used as a mixture of various ratios.
Among these, from the viewpoint of conductivity and heat resistance, 3-amino-1-propanol, 2-amino-1,3-propanediol, tris (hydroxymethyl) aminomethane, 2-amino-2-methyl-1,3-propane Diol, 2-amino-2-ethyl-1,3-propanediol, diethanolamine, triethanolamine, L-prolinol, L-serine, 3- [N-tris (hydroxymethyl) methylamino] -2-hydroxypropane More preferred are sulfonic acid and N-tris (hydroxymethyl) methyl-2-aminoethanesulfonic acid. Any one of these compounds (C-2) may be used alone, or two or more thereof may be mixed and used.
Furthermore, from the viewpoint of conductivity and heat resistance, the compound (C-2) preferably has two or more hydroxy groups in the same molecule.
<水溶性ポリマー(D)>
ここで、水溶性ポリマー(D)はポリビニル構造を有し、下記一般式(2)で表される構造である。
ナノカーボンの分散性、耐久性向上の観点から、下記一般式(2)で表される構造を前記ポリマー(D)中に、10質量%以上含まれることが好ましく、より好ましくは30質量%以上、更に好ましくは50質量%以上、特に好ましくは80質量%以上含まれることが好ましい。
<Water-soluble polymer (D)>
Here, the water-soluble polymer (D) has a polyvinyl structure and is a structure represented by the following general formula (2).
From the viewpoint of improving the dispersibility and durability of nanocarbon, the polymer (D) preferably contains 10% by mass or more, more preferably 30% by mass or more, in the polymer (D). More preferably, it is contained at 50% by mass or more, particularly preferably 80% by mass or more.
式(2)中、Xは、窒素原子及び/又は炭素原子を含む5員環又は6員環の環状構造であり、nは重合度を示す。 In formula (2), X is a 5-membered or 6-membered cyclic structure containing a nitrogen atom and / or a carbon atom, and n represents the degree of polymerization.
前記水溶性ポリマー(D)の添加量は、導電性、ナノカーボンの分散性、塗膜の耐久性の観点から、前記導電性ポリマー(A)又は(S)1質量部に対して、0.1〜5.0質量部が好ましく、0.1〜1.0質量部が好ましい。 The addition amount of the water-soluble polymer (D) is from 0 to 1 part by mass with respect to 1 part by mass of the conductive polymer (A) or (S) from the viewpoints of conductivity, nanocarbon dispersibility, and coating film durability. 1-5.0 mass parts is preferable and 0.1-1.0 mass part is preferable.
前記水溶性ポリマーとしては、例えば、ポリビニルピロリジン及びその誘導体、ポリビニルピロール及びその誘導体、ポリビニルピロリドン及びその誘導体、ポリビニルピペリジン及びその誘導体、ポリビニルピリジン及びその誘導体、ポリビニルイミダゾール及びその誘導体、ポリビニルラクトン及びその誘導体、ポリビニルプラゾール及びその誘導体、ポリスチレン及びその誘導体などが上げられる。
中でも、塗膜の耐久性の観点から、ポリビニルピロリドン及びその誘導体又はポリスチレン及びその誘導体が好ましく、ポリビニルピロリドン又はポリスチレンスルホン酸がより好ましい。
Examples of the water-soluble polymer include polyvinyl pyrrolidine and derivatives thereof, polyvinyl pyrrole and derivatives thereof, polyvinyl pyrrolidone and derivatives thereof, polyvinyl piperidine and derivatives thereof, polyvinyl pyridine and derivatives thereof, polyvinyl imidazole and derivatives thereof, polyvinyl lactone and derivatives thereof. , Polyvinylprazole and its derivatives, polystyrene and its derivatives, and the like.
Among these, from the viewpoint of durability of the coating film, polyvinyl pyrrolidone and its derivatives or polystyrene and its derivatives are preferable, and polyvinyl pyrrolidone or polystyrene sulfonic acid is more preferable.
前記水溶性ポリマーを導電性組成物に配合することで、水溶性ポリマー(D)が、導電性ポリマー(A)又は(S)及びナノカーボン(B)からなる導電性粒子同士のバインダー(結合剤、集束剤)として働き、導電性組成物からなる導電膜の強度が強くなると考えられる。
また、前記水溶性ポリマー(D)の構造により、ナノカーボン(B)との親和性が高くなり、凝集を抑制することができると考えられる。
By blending the water-soluble polymer into the conductive composition, the water-soluble polymer (D) is a binder (binder) between the conductive particles comprising the conductive polymer (A) or (S) and the nanocarbon (B). It is considered that the strength of the conductive film made of the conductive composition is increased.
In addition, the structure of the water-soluble polymer (D) is considered to increase the affinity with the nanocarbon (B) and suppress aggregation.
<溶剤(E)>
溶剤(E)としては、導電性ポリマー(A)、導電ポリマー(S)、塩基性化合物(C)及び水溶性ポリマー(D)を溶解するものであればよく、例えば、水又は水と水溶性有機溶剤との混合溶媒が挙げられる。
<Solvent (E)>
The solvent (E) may be any solvent that dissolves the conductive polymer (A), the conductive polymer (S), the basic compound (C), and the water-soluble polymer (D). For example, water or water and water-soluble A mixed solvent with an organic solvent is mentioned.
混合溶媒を用いる場合、水と水溶性有機溶剤との混合比は特に限定されないが、水:水溶性有機溶剤=1:100〜100:1の混合溶媒が好ましい。 When the mixed solvent is used, the mixing ratio of water and the water-soluble organic solvent is not particularly limited, but a mixed solvent of water: water-soluble organic solvent = 1: 100 to 100: 1 is preferable.
水溶性有機溶剤は、水と混合するものであれば特に限定はない。水溶性有機溶剤として、具体的には、水又はメタノール、エタノール、イソプロパノール、n−プロパノール、n−ブタノール等のアルコール類;アセトン、メチルエチルケトン、エチルイソブチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類;エチレングリコール、エチレングリコールメチルエーテル、エチレングリコールモノ−n−プロピルエーテル等のエチレングリコール類;プロピレングリコール、プロピレングリコールメチルエーテル、プロピレングリコールエチルエーテル、プロピレングリコールブチルエーテル、プロピレングリコールプロピルエーテル等のプロピレングリコール類;ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等のアミド類;N−メチルピロリドン、N−エチルピロリドン等のピロリドン類;N−メチルピロリドン、N−エチルピロリドン等のピロリドン類;乳酸メチル、乳酸エチル、β−メトキシイソ酪酸メチル、α−ヒドロキシイソ酪酸メチル等のヒドロキシエステル類などが挙げられる。
これらの中でも、溶解性の観点から、アルコール類、アセトン、アセトニトリル、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等が好ましく、特にアルコール類が好ましい。アルコール類としては、メタノール、エタノール、イソプロパノール等が好ましい。
The water-soluble organic solvent is not particularly limited as long as it is mixed with water. Specific examples of water-soluble organic solvents include water or alcohols such as methanol, ethanol, isopropanol, n-propanol, and n-butanol; ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, ethyl isobutyl ketone, and methyl isobutyl ketone; ethylene glycol, Ethylene glycols such as ethylene glycol methyl ether and ethylene glycol mono-n-propyl ether; propylene glycols such as propylene glycol, propylene glycol methyl ether, propylene glycol ethyl ether, propylene glycol butyl ether and propylene glycol propyl ether; dimethylformamide and dimethyl Amides such as acetamide; Pyrrolidones such as N-methylpyrrolidone and N-ethylpyrrolidone; N-methyl Pyrrolidone, pyrrolidones such as N- ethyl-pyrrolidone; methyl lactate, ethyl lactate, beta-methoxyisobutyrate methyl butyrate, hydroxypropyl esters such as α- hydroxy methyl isobutyrate and the like.
Among these, alcohols, acetone, acetonitrile, dimethylformamide, dimethylacetamide and the like are preferable from the viewpoint of solubility, and alcohols are particularly preferable. As alcohols, methanol, ethanol, isopropanol and the like are preferable.
溶剤(E)としては、溶解性及び成膜性の観点から、特に水又は水とアルコール類との混合溶媒が好ましい。また、該混合溶媒は、水を50質量%以上含有することが好ましい。 As the solvent (E), water or a mixed solvent of water and alcohols is particularly preferable from the viewpoints of solubility and film formability. Moreover, it is preferable that this mixed solvent contains 50 mass% or more of water.
なお、前記陽イオン交換後の導電性ポリマーは、水などの溶媒に分散又は溶解した状態であるので、エバポレータなどで溶媒を除去すれば固体状の導電性ポリマーが得られるが、溶媒に分散又は溶解した状態のまま用いてもよい。
導電性組成物中、導電性ポリマー(A)又は(S)の含有量は、導電性や加工性の観点から、溶剤(E)100質量部に対して0.1〜10質量部が好ましく、0.5〜5.0質量部がより好ましい。
Since the conductive polymer after the cation exchange is in a state of being dispersed or dissolved in a solvent such as water, a solid conductive polymer can be obtained by removing the solvent with an evaporator or the like. It may be used in a dissolved state.
In the conductive composition, the content of the conductive polymer (A) or (S) is preferably 0.1 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the solvent (E) from the viewpoint of conductivity and workability. 0.5-5.0 mass parts is more preferable.
<導電体製造>
本発明においては、前記導電性組成物を基材に塗布して塗膜を形成する工程と、必要であれば前記塗膜に対し、加熱処理を行う工程とを順次行うことにより導電体を製造することができる。
<Conductor manufacture>
In the present invention, a conductor is produced by sequentially performing a step of applying the conductive composition to a substrate to form a coating film and, if necessary, a step of performing a heat treatment on the coating film. can do.
導電性組成物を塗工する基材としては、特に限定されず、高分子化合物、木材、紙材、金属、金属酸化物、セラミックス及びそれらフィルム又はガラス板などが用いられる。
例えば、高分子化合物からなる基材としては、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリスチレン、ABS樹脂、AS樹脂、メタクリル樹脂、ポリブタジエン、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリフッ化ビニリデン、ポリアミド、ポリイミド、ポリアラミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンエーテル、ポリエーテルニトリル、ポリアミドイミド、ポリエーテルサルホン、ポリサルホン、ポリエーテルイミド、ポリブチレンテレフタレート等のいずれか1種又は2種以上を含有する高分子フィルムなどが挙げられる。
たとえば、金属酸化物からなる基材としては、アルミニウム、タンタル、ニオブなどが上げられる。
The base material to which the conductive composition is applied is not particularly limited, and polymer compounds, wood, paper materials, metals, metal oxides, ceramics, and films or glass plates thereof are used.
For example, as a base material made of a polymer compound, polyethylene, polyvinyl chloride, polypropylene, polystyrene, ABS resin, AS resin, methacrylic resin, polybutadiene, polycarbonate, polyarylate, polyvinylidene fluoride, polyamide, polyimide, polyaramid, polyphenylene sulfide , Polymer films containing any one or more of polyether ether ketone, polyphenylene ether, polyether nitrile, polyamide imide, polyether sulfone, polysulfone, polyether imide, polybutylene terephthalate, etc. .
For example, aluminum, tantalum, niobium, etc. are raised as a base material made of a metal oxide.
これらの高分子フィルムは、少なくともその一つの面上に、前記導電性組成物からなる導電膜を形成させるため、該導電膜の密着性を向上させる目的で前記フィルム表面にコロナ表面処理又はプラズマ処理、あるいは紫外線オゾン処理が施されていることが好ましい。 Since these polymer films form a conductive film made of the conductive composition on at least one surface thereof, the film surface is subjected to corona surface treatment or plasma treatment for the purpose of improving the adhesion of the conductive film. Or it is preferable that the ultraviolet ozone treatment is performed.
導電性組成物の塗工方法としては、一般に塗料の塗工に用いられる方法が利用できる。例えば、グラビアコーター、ロールコーター、カーテンフローコーター、スピンコーター、バーコーター、リバースコーター、キスコーター、ファンテンコーター、ロッドコーター、エアドクターコーター、ナイフコーター、ブレードコーター、キャストコーター、スクリーンコーター等の塗布方法、スプレーコーティング等の噴霧方法、常圧や加圧や減圧下でのディップ等の浸漬方法等が用いられる。 As a method for coating the conductive composition, a method generally used for coating a paint can be used. For example, gravure coater, roll coater, curtain flow coater, spin coater, bar coater, reverse coater, kiss coater, phanten coater, rod coater, air doctor coater, knife coater, blade coater, cast coater, screen coater, etc. A spraying method such as spray coating, a dipping method such as dipping under normal pressure, pressurization, or reduced pressure is used.
[製造例1]
<導電性ポリマー(A)の重合>
2−アミノアニソール−4−スルホン酸1モルを0℃で、4モル/Lのトリエチルアミン水溶液(水:アセトニトリル=3:7)300mlに溶解し、モノマー溶液を得た。
別途、ペルオキソ二硫酸アンモニウム1モルを水/アセトニトリル=3:7の溶液1Lに溶解し、酸化剤溶液を得た。
続いて、酸化剤溶液を5℃に冷却しながら、酸化剤溶液中にモノマー溶液を滴下した。滴下終了後、25℃で12時間さらに攪拌した後、反応生成物を遠心濾過器にて濾別した。
さらに、反応生成物をメタノールにて洗浄した後、乾燥させ、前記式(1)で表される繰り返し単位(式(1)中、R1がスルホン酸基であり、R2〜R3が水素原子であり、R4がメトキシ基である。)を有する導電性ポリマーの粉末185gを得た。
得られた導電性ポリマー中に含まれる塩を形成している塩基性化合物(トリエチルアミン及びアンモニア)の含有量は16.7質量%であった。
[Production Example 1]
<Polymerization of conductive polymer (A)>
1 mol of 2-aminoanisole-4-sulfonic acid was dissolved in 300 ml of 4 mol / L triethylamine aqueous solution (water: acetonitrile = 3: 7) at 0 ° C. to obtain a monomer solution.
Separately, 1 mol of ammonium peroxodisulfate was dissolved in 1 L of a solution of water / acetonitrile = 3: 7 to obtain an oxidant solution.
Subsequently, the monomer solution was dropped into the oxidant solution while the oxidant solution was cooled to 5 ° C. After completion of the dropwise addition, the mixture was further stirred at 25 ° C. for 12 hours, and then the reaction product was separated by a centrifugal filter.
Further, the reaction product is washed with methanol and then dried, and the repeating unit represented by the formula (1) (in the formula (1), R 1 is a sulfonic acid group and R 2 to R 3 are hydrogen atoms). 185 g of a conductive polymer powder having atoms and R 4 is a methoxy group.
Content of the basic compound (triethylamine and ammonia) which forms the salt contained in the obtained conductive polymer was 16.7 mass%.
<導電性組成物の調製>
得られた導電性ポリマー5質量部を水95質量部に室温で溶解させ、導電性ポリマー溶液(A−1)を得た。
なお、「室温」とは、25℃のことである。
得られた導電性ポリマー水溶液(A−1)100質量部に対して、50質量部となるように酸性陽イオン交換樹脂(オルガノ株式会社製、「アンバーライト」)をカラムに充填し、該カラムに導電性ポリマー溶液(A−1)をSV=8の流量で通過させて陽イオン交換処理を行い、精製された導電性ポリマー溶液(A−2)を得た。
得られた導電性ポリマー溶液(A−2)において、導電性ポリマーの割合は4.5質量%であった(溶剤100質量部に対して、4.7質量部)。また導電性ポリマー(A−2)中に含まれる塩を形成している塩基性化合物(トリエチルアミン及びアンモニア)の含有量は0.1質量%以下であった。
<Preparation of conductive composition>
5 parts by mass of the obtained conductive polymer was dissolved in 95 parts by mass of water at room temperature to obtain a conductive polymer solution (A-1).
“Room temperature” means 25 ° C.
An acidic cation exchange resin (manufactured by Organo Corporation, “Amberlite”) is packed into a column so as to be 50 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the obtained aqueous conductive polymer solution (A-1). Then, the conductive polymer solution (A-1) was passed at a flow rate of SV = 8 to perform a cation exchange treatment to obtain a purified conductive polymer solution (A-2).
In the obtained conductive polymer solution (A-2), the proportion of the conductive polymer was 4.5% by mass (4.7 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the solvent). Moreover, content of the basic compound (triethylamine and ammonia) which forms the salt contained in a conductive polymer (A-2) was 0.1 mass% or less.
[製造例2]
<導電性ポリマー(S)の重合>
(3−アミノ−4−メトキシフェニル)−メタンスルホン酸1モルを0℃で、4モル/Lのトリエチルアミン水溶液(水:アセトニトリル=3:7)300mlに溶解し、モノマー溶液を得た。
別途、ペルオキソ二硫酸アンモニウム1モルを水/アセトニトリル=3:7の溶液1Lに溶解し、酸化剤溶液を得た。
続いて、酸化剤溶液を5℃に冷却しながら、酸化剤溶液中にモノマー溶液を滴下した。滴下終了後、25℃で12時間さらに攪拌した後、反応生成物を遠心濾過器にて濾別した。
さらに、反応生成物をメタノールにて洗浄した後、乾燥させ、前記式(1)で表される繰り返し単位(式(2)中、Aがスルホン酸基であり、R5、R7が水素原子であり、R6がメトキシ基である。)を有する導電性ポリマーの粉末185gを得た。
得られた導電性ポリマー中に含まれる塩を形成している塩基性化合物(トリエチルアミン及びアンモニア)の含有量は16.7質量%であった。
[Production Example 2]
<Polymerization of conductive polymer (S)>
1 mol of (3-amino-4-methoxyphenyl) -methanesulfonic acid was dissolved in 300 ml of 4 mol / L triethylamine aqueous solution (water: acetonitrile = 3: 7) at 0 ° C. to obtain a monomer solution.
Separately, 1 mol of ammonium peroxodisulfate was dissolved in 1 L of a solution of water / acetonitrile = 3: 7 to obtain an oxidant solution.
Subsequently, the monomer solution was dropped into the oxidant solution while the oxidant solution was cooled to 5 ° C. After completion of the dropwise addition, the mixture was further stirred at 25 ° C. for 12 hours, and then the reaction product was separated by a centrifugal filter.
Furthermore, the reaction product is washed with methanol and then dried, and the repeating unit represented by the formula (1) (in the formula (2), A is a sulfonic acid group, and R 5 and R 7 are hydrogen atoms. , And R 6 is a methoxy group).
Content of the basic compound (triethylamine and ammonia) which forms the salt contained in the obtained conductive polymer was 16.7 mass%.
<導電性組成物の調製>
得られた導電性ポリマー5質量部を水95質量部に室温で溶解させ、導電性ポリマー溶液(S−1)を得た。
なお、「室温」とは、25℃のことである。
得られた導電性ポリマー水溶液(S−1)100質量部に対して、50質量部となるように酸性陽イオン交換樹脂(オルガノ株式会社製、「アンバーライト」)をカラムに充填し、該カラムに導電性ポリマー溶液(S−1)をSV=8の流量で通過させて陽イオン交換処理を行い、精製された導電性ポリマー溶液(S−2)を得た。
得られた導電性ポリマー溶液(S−2)において、導電性ポリマーの割合は4.5質量%であった(溶剤100質量部に対して、4.7質量部)。また導電性ポリマー(S−2)中に含まれる塩を形成している塩基性化合物(トリエチルアミン及びアンモニア)の含有量は0.1質量%以下であった。
また、下記水溶性樹脂溶液は5%水溶液に調整したものを使用した。
<Preparation of conductive composition>
5 parts by mass of the obtained conductive polymer was dissolved in 95 parts by mass of water at room temperature to obtain a conductive polymer solution (S-1).
“Room temperature” means 25 ° C.
An acidic cation exchange resin (manufactured by Organo Corporation, “Amberlite”) is packed into a column so as to be 50 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the obtained aqueous conductive polymer solution (S-1). Then, the conductive polymer solution (S-1) was passed at a flow rate of SV = 8 to perform cation exchange treatment to obtain a purified conductive polymer solution (S-2).
In the obtained conductive polymer solution (S-2), the proportion of the conductive polymer was 4.5% by mass (4.7 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the solvent). Moreover, content of the basic compound (triethylamine and ammonia) which forms the salt contained in a conductive polymer (S-2) was 0.1 mass% or less.
The following water-soluble resin solution used was adjusted to a 5% aqueous solution.
[実施例]
製造例1で得た導電性ポリマー(A−1)20質量部、多層カーボンナノチューブ(昭和電工製 VGCF−X)1質量部、水酸化ナトリウム0.2質量部、ポリビニルピロリドン(東京化成社製 K15)(以下PVP)20質量部を水60質量部に室温で混合して導電性組成物1を調製した。
[Example]
20 parts by mass of the conductive polymer (A-1) obtained in Production Example 1, 1 part by mass of a multi-walled carbon nanotube (VGCF-X manufactured by Showa Denko), 0.2 part by mass of sodium hydroxide, polyvinyl pyrrolidone (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., K15) ) (Hereinafter PVP) 20 parts by mass was mixed with 60 parts by mass of water at room temperature to prepare a conductive composition 1.
[実施例2]
製造例1で得た導電性ポリマー(A−2)21質量部、多層カーボンナノチューブ(昭和電工製 VGCF−X)1質量部、水酸化ナトリウム0.2質量部、ポリスチレンスルホン酸(東ソー有機化学社製 PS−5)(以下PSS)20質量部を水59質量部に室温で混合して導電性組成物2を調製した。
[Example 2]
21 parts by mass of the conductive polymer (A-2) obtained in Production Example 1, 1 part by mass of multi-walled carbon nanotube (VGCF-X manufactured by Showa Denko), 0.2 part by mass of sodium hydroxide, polystyrene sulfonic acid (Tosoh Organic Chemical Co., Ltd.) PS-5) (hereinafter referred to as PSS) 20 parts by mass was mixed with 59 parts by mass of water at room temperature to prepare a conductive composition 2.
[実施例3]
製造例1で得た導電性ポリマー(A−2)21質量部、多層カーボンナノチューブ(昭和電工製 VGCF−X)1質量部、水酸化リチウム 0.2質量部、PVP 20質量部を水59質量部に室温で混合して導電性組成物3を調製した。
[Example 3]
21 parts by mass of the conductive polymer (A-2) obtained in Production Example 1, 1 part by mass of a multi-walled carbon nanotube (VGCF-X manufactured by Showa Denko), 0.2 part by mass of lithium hydroxide, and 20 parts by mass of PVP are 59 parts by mass of water. The electrically conductive composition 3 was prepared by mixing the resultant at room temperature.
[実施例4]
製造例1で得た導電性ポリマー(A−1)20質量部、多層カーボンナノチューブ(昭和電工製 VGCF−X)1質量部、水酸化リチウム 0.2質量部、PSS 20質量部を水60質量部に室温で混合して導電性組成物4を調製した。
[Example 4]
20 parts by mass of the conductive polymer (A-1) obtained in Production Example 1, 1 part by mass of a multi-walled carbon nanotube (VGCF-X manufactured by Showa Denko), 0.2 part by mass of lithium hydroxide, and 20 parts by mass of PSS are 60 parts by mass of water. The electrically conductive composition 4 was prepared by mixing the resultant at room temperature.
[実施例5]
製造例1で得た導電性ポリマー(A−2)21質量部、多層カーボンナノチューブ(昭和電工製 VGCF−X)1質量部、トリスヒドロキシメチルアミノメタン(以下、THMA) 0.6質量部、PSS 20質量部を水59質量部に室温で混合して導電性組成物5を調製した。
[Example 5]
21 parts by mass of the conductive polymer (A-2) obtained in Production Example 1, 1 part by mass of a multi-walled carbon nanotube (VGCF-X manufactured by Showa Denko), 0.6 part by mass of trishydroxymethylaminomethane (hereinafter, THMA), PSS 20 parts by mass was mixed with 59 parts by mass of water at room temperature to prepare a conductive composition 5.
[実施例6]
製造例2で得た導電性ポリマー(S−2)21質量部、多層カーボンナノチューブ(昭和電工製 VGCF−X)1質量部、水酸化リチウム 0.2質量部、PSS 20質量部を水59質量部に室温で混合して導電性組成物6を調製した。
[Example 6]
21 parts by mass of the conductive polymer (S-2) obtained in Production Example 2, 1 part by mass of a multi-walled carbon nanotube (VGCF-X manufactured by Showa Denko), 0.2 part by mass of lithium hydroxide, 20 parts by mass of PSS and 59 parts by mass of water The electrically conductive composition 6 was prepared by mixing with the part at room temperature.
[比較例1]
製造例1で得た導電性ポリマー(A−2)21質量部、多層カーボンナノチューブ(昭和電工製 VGCF−X)1質量部、水79質量部に室温で混合して導電性組成物7を調製した。
[Comparative Example 1]
A conductive composition 7 was prepared by mixing 21 parts by weight of the conductive polymer (A-2) obtained in Production Example 1, 1 part by weight of multi-walled carbon nanotubes (VGCF-X manufactured by Showa Denko) and 79 parts by weight of water at room temperature. did.
[比較例2]
製造例1で得た導電性ポリマー(A−1)20質量部、多層カーボンナノチューブ(昭和電工製 VGCF−X)1質量部、アンモニア0.1質量部、アクリル樹脂(三菱レイヨン社製ダイヤナールMX1845)20質量部を水60質量部に室温で混合して導電性組成物8を調製した。
[Comparative Example 2]
20 parts by mass of the conductive polymer (A-1) obtained in Production Example 1, 1 part by mass of a multi-walled carbon nanotube (VGCF-X, manufactured by Showa Denko), 0.1 part by mass of ammonia, acrylic resin (Dianal MX1845, manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd.) The conductive composition 8 was prepared by mixing 20 parts by weight with 60 parts by weight of water at room temperature.
[比較例3]
製造例1で得た導電性ポリマー(A−2)21質量部、多層カーボンナノチューブ(昭和電工製 VGCF−X)1質量部、トリエチルアミン0.1質量部、アクリル樹脂(三菱レイヨン社製ダイヤナールMX1845)20質量部を水59質量部に室温で混合して導電性組成物9を調製した。
[Comparative Example 3]
21 parts by mass of the conductive polymer (A-2) obtained in Production Example 1, 1 part by mass of a multi-walled carbon nanotube (VGCF-X manufactured by Showa Denko), 0.1 part by mass of triethylamine, acrylic resin (Dynar MX MX1845 manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd.) The conductive composition 9 was prepared by mixing 20 parts by weight with 59 parts by weight of water at room temperature.
[比較例4]
製造例1で得た導電性ポリマー(A−2)21質量部、多層カーボンナノチューブ(昭和電工製 VGCF−X)1質量部、水酸化ナトリウム0.2質量部、ポリNビニルアセトアミド(昭和電工社製)(以下PNVA)20質量部を水59質量部に室温で混合して導電性組成物10を調製した。
[Comparative Example 4]
21 parts by mass of the conductive polymer (A-2) obtained in Production Example 1, 1 part by mass of multi-walled carbon nanotube (VGCF-X manufactured by Showa Denko), 0.2 part by mass of sodium hydroxide, poly N vinylacetamide (Showa Denko) (Made) (hereinafter referred to as PNVA) 20 parts by mass with water (59 parts by mass) at room temperature to prepare a conductive composition 10.
[比較例5]
製造例1で得た導電性ポリマー(A−1)20質量部、多層カーボンナノチューブ(昭和電工製 VGCF−X)1質量部、水酸化ナトリウム0.2質量部、ポリビニルアルコール(クラレ社製 ポバール207)(以下PVA)10質量部を水70質量部に室温で混合して導電性組成物11を調製した。
[Comparative Example 5]
20 parts by mass of the conductive polymer (A-1) obtained in Production Example 1, 1 part by mass of multi-walled carbon nanotubes (VGCF-X manufactured by Showa Denko), 0.2 parts by mass of sodium hydroxide, polyvinyl alcohol (Poval 207 manufactured by Kuraray Co., Ltd.) ) (Hereinafter PVA) 10 parts by mass was mixed with 70 parts by mass of water at room temperature to prepare a conductive composition 11.
[比較例6]
製造例1で得た導電性ポリマー(A−1)20質量部、多層カーボンナノチューブ(昭和電工製 VGCF−X)1質量部、水酸化ナトリウム0.2質量部、アクリル樹脂(三菱レイヨン製 ダイヤナールMX1845)20質量部を水60質量部に室温で混合して導電性組成物12を調製した。
[Comparative Example 6]
20 parts by mass of the conductive polymer (A-1) obtained in Production Example 1, 1 part by mass of a multi-walled carbon nanotube (VGCF-X made by Showa Denko), 0.2 part by mass of sodium hydroxide, acrylic resin (Made by Mitsubishi Rayon, Dianal) MX1845) 20 parts by mass of water was mixed with 60 parts by mass of water at room temperature to prepare a conductive composition 12.
<評価1(分散状態)>
導電性組成物1〜12を超音波ホモジナイザー(SONIC社製 vibra cell 20kHz)を用いて冷やしながら30分超音波処理を行った。ナノカーボンの分散状態を目視によって観察した。評価基準は、下記の通りである。
○:均一に分散あるいは溶解
×:不均一に分散あるいは凝集
<Evaluation 1 (dispersed state)>
The conductive compositions 1 to 12 were subjected to ultrasonic treatment for 30 minutes while being cooled using an ultrasonic homogenizer (vibra cell 20 kHz manufactured by SONIC). The dispersion state of the nanocarbon was observed visually. The evaluation criteria are as follows.
○: Uniformly dispersed or dissolved ×: Nonuniformly dispersed or agglomerated
<評価2(耐久性評価)>
直径9cmのガラス製時計皿に導電性組成物1〜12を0.5g滴下し、160℃の乾燥機で30分加熱を行い、目視で膜の状態を観察した。評価基準は、下記の通りである。
○:膜にクラックが未発生
×:膜にクラックが発生
<Evaluation 2 (Durability Evaluation)>
0.5 g of the conductive compositions 1 to 12 was dropped on a glass watch glass having a diameter of 9 cm, heated with a dryer at 160 ° C. for 30 minutes, and the state of the film was visually observed. The evaluation criteria are as follows.
○: No crack occurred in the film ×: Crack occurred in the film
<評価3(加熱による脱ガス評価)>
5cm角のガラス基板上に導電性組成物1〜12を直径1cm程度の大きさに塗布し、80℃で1時間乾燥を行う。その後、導電性組成物の塗膜を覆うように銀ペーストで封止して150℃1時間乾燥を行い、脱ガスによる界面剥離の観察を行った。
○:銀ペース膜に穴や膨らみが未発生
×:銀ペース膜に穴や膨らみが発生
<Evaluation 3 (Evaluation of degassing by heating)>
Conductive compositions 1 to 12 are applied to a diameter of about 1 cm on a 5 cm square glass substrate and dried at 80 ° C. for 1 hour. Then, it sealed with the silver paste so that the coating film of an electroconductive composition might be covered, it dried at 150 degreeC for 1 hour, and the interface peeling by degassing was observed.
○: No holes or bulges occurred in the silver pace film ×: Holes or bulges occurred in the silver pace film
前記評価1〜3の結果を、表1に示す。 The results of the evaluations 1 to 3 are shown in Table 1.
表1より、本発明の導電性組成物を用いた実施例1〜6は、ナノカーボン材料の分散安定性、塗膜の耐久性及び脱ガス抑制効果に優れていた。
一方、特定の水溶性ポリマー(D)を用いない比較例1〜6は、加熱時に膜割れが生じ、実施例と比較して塗膜の耐久性が低下していた。特に、比較例4は、ナノカーボンが分散せず、製膜出来なかった。
また、塩基性化合物(C)を含む実施例1〜6は、加熱時による脱ガス抑制効果も良好であった。
From Table 1, Examples 1-6 which used the electrically conductive composition of this invention were excellent in the dispersion stability of a nanocarbon material, durability of a coating film, and a degassing suppression effect.
On the other hand, in Comparative Examples 1 to 6 that do not use the specific water-soluble polymer (D), film cracking occurred during heating, and the durability of the coating film was reduced as compared with the Examples. In particular, in Comparative Example 4, nanocarbon was not dispersed and film formation was not possible.
Moreover, Examples 1-6 containing a basic compound (C) were also favorable in the degassing suppression effect at the time of a heating.
本発明のナノカーボン含有導電性組成物は、塗布、スプレー、キャスト、ディップなどの簡便な塗工手法を用いることにより各種帯電防止剤や、コンデンサ、電池、燃料電池及びその高分子電解質、電極層、触媒層、ガス拡散層、ガス拡散電極層等や各層での導電補助剤、EMIシールド、化学センサー、表示素子、非線形材料、防食剤、粘着剤、繊維、紡糸用材料、めっきプライマーなどの用途に適用可能である。 The nanocarbon-containing conductive composition of the present invention can be applied to various antistatic agents, capacitors, batteries, fuel cells, polymer electrolytes thereof, and electrode layers by using simple coating techniques such as coating, spraying, casting, and dipping. , Catalyst layer, gas diffusion layer, gas diffusion electrode layer, etc. and conductive auxiliary agent in each layer, EMI shield, chemical sensor, display element, nonlinear material, anticorrosive, adhesive, fiber, spinning material, plating primer, etc. It is applicable to.
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