JP5790500B2 - 導電性高分子、導電性高分子の品質管理方法、および導電性高分子の精製方法 - Google Patents

導電性高分子、導電性高分子の品質管理方法、および導電性高分子の精製方法 Download PDF

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Description

本発明は、導電性高分子、導電性高分子の品質管理方法、および導電性高分子の精製方法に関する。
本願は、2010年3月24日に、日本に出願された特願2010−068159号、2010年3月31日に、日本に出願された特願2010−080734号、2010年5月20日に、日本に出願された特願2010−116483号、2010年11月11日に、日本に出願された特願2010−252717号、2011年2月16日に、日本に出願された特願2011−031388号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
導電性高分子としては、ドープされたポリアニリンがよく知られている。
ポリアニリンの製造法としては、スルホン酸基やカルボキシル基などの酸性基で置換されたアニリン(酸性基置換アニリン)を、塩基性化合物を含む溶液中で重合する方法が提案されている(例えば特許文献3、4参照)。
従来、酸性基置換アニリンは、それ単独では重合しにくく、高分子量化が困難とされていたが、塩基性化合物を含む溶液中で重合する方法によれば、高分子量の重合体の製造が可能である。この方法で得られるポリアニリンは高分子量であり、酸性からアルカリ性のいずれの水溶液にも優れた溶解性を示す。
しかし、塩基性化合物を含む溶液中で酸性基置換アニリンを重合する方法は、副反応の併発や、それに基づくと考えられるオリゴマー成分の副生等が完全には抑制されず、これが導電性高分子中への不純物混入の要因および導電性向上の妨げとなっていた。
これら課題点を解決する方法として、例えば特許文献1には、得られた導電性ポリマーをプロトン酸を含む溶液で酸処理したり、酸処理後にメタノールやアセトンなどの有機溶剤で洗浄したりして、不純物を精製する方法が開示されている。
また、特許文献2には、塩基性化合物を含む溶液中で酸性基置換アニリンを重合する際に、重合触媒である酸化剤の溶液に酸性基置換アニリンと塩基性化合物を含む溶液を滴下することで、不純物を抑制する方法が開示されている。
特開平10−110030号公報 特開2000−219739号公報 特開平7−196791号公報 特開平7−324132号公報
しかしながら、特許文献1、2に記載の方法で得られた導電性高分子を基材などに塗布して塗膜を形成すると、時間の経過と共に塗膜に異物が発生して、導電性が低下するという問題があった。
また、特許文献1に記載の方法は煩雑であり、導電性高分子の精製も不十分であった。そのため、特に硫酸イオン、オリゴマー、未反応のモノマーなどが不純物として残ってしまい、導電性や溶解性が低下するという問題があった。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、塗膜にした際に、時間が経過しても異物が発生しにくい導電性高分子、および導電性高分子の品質管理方法、及び高い導電性と溶解性を有する導電性高分子を得るための精製方法を提供することを目的とする。
[1] 本発明は、下記一般式(1)で表される繰り返し単位を有し、かつ、下記工程(I)〜(VI)を含む評価方法にて算出した面積比(Y/X)が0.60以下である導電性高分子。
(I)pHが10以上となるように調製した溶離液に、導電性高分子を固形分濃度が0.1質量%となるように溶解させて試験溶液を調製する工程。
(II)試験溶液について、ゲルパーミエーションクロマトグラフを備えた高分子材料評価装置を使用して分子量分布を測定し、クロマトグラムを得る工程。
(III)工程(II)により得られたクロマトグラムについて、保持時間をポリスチレンスルホン酸ナトリウム換算の分子量(M)へと換算する工程。
(IV)ポリスチレンスルホン酸ナトリウム換算した分子量(M)において、分子量(M)が5000Da以上の領域の面積(X)を求める工程。
(V)ポリスチレンスルホン酸ナトリウム換算した分子量(M)において、分子量(M)が5000Da未満の領域の面積(Y)を求める工程。
(VI)面積(X)と面積(Y)との面積比(Y/X)を求める工程。
式(1)中、R〜Rは、各々独立に、−H、炭素数1〜24の直鎖もしくは分岐のアルキル基、炭素数1〜24の直鎖もしくは分岐のアルコキシ基、酸性基、水酸基、ニトロ基、−F、−Cl、−Brまたは−Iであり、R〜Rのうちの少なくとも一つは酸性基またはその塩である。
[2] 下記一般式(1)で表される繰り返し単位を有する導電性高分子の品質管理方法であって、
下記工程(I)〜(VI)を含む評価方法にて算出した面積比(Y/X)が0.60以下である導電性高分子を選択する導電性高分子の品質管理方法。
(I)pHが10以上となるように調製した溶離液に、導電性高分子を固形分濃度が0.1質量%となるように溶解させて試験溶液を調製する工程。
(II)試験溶液について、ゲルパーミエーションクロマトグラフを備えた高分子材料評価装置を使用して分子量分布を測定し、クロマトグラムを得る工程。
(III)工程(II)により得られたクロマトグラムについて、保持時間をポリスチレンスルホン酸ナトリウム換算の分子量(M)へと換算する工程。
(IV)ポリスチレンスルホン酸ナトリウム換算した分子量(M)において、分子量(M)が5000Da以上の領域の面積(X)を求める工程。
(V)ポリスチレンスルホン酸ナトリウム換算した分子量(M)において、分子量(M)が5000Da未満の領域の面積(Y)を求める工程。
(VI)面積(X)と面積(Y)との面積比(Y/X)を求める工程。
式(1)中、R〜Rは、各々独立に、−H、炭素数1〜24の直鎖もしくは分岐のアルキル基、炭素数1〜24の直鎖もしくは分岐のアルコキシ基、酸性基、水酸基、ニトロ基、−F、−Cl、−Brまたは−Iであり、R〜Rのうちの少なくとも一つは酸性基またはその塩である。
[3] 下記一般式(1)で表される繰り返し単位を有する導電性高分子を、下記(i)〜(iii)から選択される少なくとも1つの工程によって精製する方法。
(i)前記導電性高分子を膜ろ過する工程。
(ii)前記導電性高分子を溶媒に分散または溶解させた後に、前記導電性高分子を含む溶媒を強塩基性陰イオン交換樹脂に接触させる工程。
(iii)前記導電性高分子を含む溶媒を炭素材料に接触させる工程。
式(1)中、R〜Rは、各々独立に、−H、炭素数1〜24の直鎖もしくは分岐のアルキル基、炭素数1〜24の直鎖もしくは分岐のアルコキシ基、酸性基、水酸基、ニトロ基、−F、−Cl、−Brまたは−Iであり、R〜Rのうちの少なくとも一つは酸性基またはその塩である。
本発明によれば、塗膜にした際に、時間が経過しても異物が発生しにくい導電性高分子、導電性高分子の品質管理方法を提供できる。
また、本発明によれば、高い導電性と溶解性を有する導電性高分子の精製方法を提供できる。
評価方法の工程(II)において、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーにより得られるクロマトグラムの一例である。 異物発生の評価において、「A」と評価された塗膜の状態の一例を示す顕微鏡画像である。 異物発生の評価において、「B」と評価された塗膜の状態の一例を示す顕微鏡画像である。 異物発生の評価において、「C」と評価された塗膜の状態の一例を示す顕微鏡画像である。 ゲルパーミエーションクロマトグラフィーにより得られるクロマトグラムの一例である。 実施例において膜ろ過の際に使用した装置を示す概略図である。 実施例17において膜ろ過の際に使用したセラミック膜を使用したろ過部の概略図(断面図)である。
以下、本発明を詳細に説明する。
[導電性高分子]
本発明の導電性高分子は、下記一般式(1)で表される繰り返し単位を有する。
本発明において「導電性」とは、10Ω・cm以下の体積抵抗率を有することである。
式(1)中、R〜Rは、各々独立に、−H、炭素数1〜24の直鎖もしくは分岐のアルキル基、炭素数1〜24の直鎖もしくは分岐のアルコキシ基、酸性基、水酸基、ニトロ基、−F、−Cl、−Brまたは−Iであり、R〜Rのうちの少なくとも一つは酸性基またはその塩である。
ここで、「酸性基」とはスルホン酸基またはカルボキシ基である。つまり、式(1)中、R〜Rのうちの少なくとも一つは、−SO 、−SOH、−COOHまたは−COOである。また、「塩」とはアルカリ金属塩、アンモニウム塩、および置換アンモニウム塩のいずれかである。
中でも、製造が容易な点で、R〜Rのうち、いずれか一つが炭素数1〜4の直鎖または分岐のアルコキシ基であり、他のいずれか一つが−SO または−SOHであり、残りがHであるものが好ましい。
導電性高分子は、当該導電性高分子を構成する全繰り返し単位(100モル%)のうち、上記一般式(1)で表される繰り返し単位を20〜100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に関係なく水およ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。
また、導電性高分子は、導電性に優れる観点で、上記一般(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。
導電性高分子としては、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。
式(2)中、R〜R20は、各々独立に、酸性基、−H、炭素数1〜24の直鎖もしくは分岐のアルキル基、炭素数1〜24の直鎖もしくは分岐のアルコキシ基、水酸基、ニトロ基、−F、−Cl、−Brまたは−Iであり、R〜R20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。
上記一般式(2)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。
また、本発明の導電性高分子は、下記工程(I)〜(VI)を含む評価方法にて算出した面積比(Y/X)が0.60以下である。
(I)pHが10以上となるように調製した溶離液に、導電性高分子を固形分濃度が0.1質量%となるように溶解させて試験溶液を調製する工程(工程(I))。
(II)試験溶液について、ゲルパーミエーションクロマトグラフを備えた高分子材料評価装置を使用して分子量分布を測定し、クロマトグラムを得る工程(工程(II))。
(III)工程(II)により得られたクロマトグラムについて、保持時間をポリスチレンスルホン酸ナトリウム換算の分子量(M)へと換算する工程(工程(III))。
(IV)ポリスチレンスルホン酸ナトリウム換算した分子量(M)において、分子量(M)が5000Da以上の領域の面積(X)を求める工程(工程(IV))。
(V)ポリスチレンスルホン酸ナトリウム換算した分子量(M)において、分子量(M)が5000Da未満の領域の面積(Y)を求める工程(工程(V))。
(VI)面積(X)と面積(Y)との面積比(Y/X)を求める工程(工程(VI))。
工程(I)は、導電性高分子を溶離液に溶解させて、試験溶液を調製する工程である。
溶離液は、溶媒に溶質が溶解した液である。溶媒としては、水、アセトニトリル、アルコール(メタノール、エタノールなど)、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、およびこれらの混合溶媒などが挙げられる。
溶質としては、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、リン酸二水素ナトリウム、リン酸三ナトリウム、リン酸水素二ナトリウム、グリシン、水酸化ナトリウム、塩化カリウム、ホウ酸などが挙げられる。
工程(I)で用いる溶離液のpHは10以上である。pHが10未満であると、定量値がぶれることがある。pHが10以上の溶離液を用いることで、安定した測定結果が得られる。
pHが10以上の溶離液は、例えば以下のようにして調製することができる。
まず、水(超純水)とメタノールを、容積比が水:メタノール=8:2となるように混合して、混合溶媒を得る。ついで、得られた混合溶媒に、炭酸ナトリウムと炭酸水素ナトリウムを、それぞれの固形分濃度が20mmol/L、30mmol/Lになるように添加して、溶離液を得る。
このようにして得られる溶離液は25℃でのpHが10.8である。
なお、溶離液のpHは、溶離液の温度を25℃に保持した状態で、pHメータを用いて測定した値である。
pHが10以上の溶離液の調製方法は上述した方法に限定されず、例えば水とメタノールの混合溶媒(水:メタノール=8:2)を用いて、固形分濃度が20mmol/Lの炭酸ナトリウムと、固形分濃度が30mmol/Lの炭酸水素ナトリウムを別々に調製し、これらを混合して溶離液としてもよい。
導電性高分子は、溶離液に加えたときの固形分濃度が0.1質量%になれば、固体状で溶離液に添加して溶解させてもよいし、予め溶媒に溶解させて導電性高分子溶液とし、この導電性高分子溶液を溶離液に添加してもよい。試験溶液中の導電性高分子の固形分濃度が0.1質量%であれば、溶離液のpH緩衝作用が十分に発揮され、安定した測定結果が得られる。
なお、導電性高分子溶液を用いる場合、溶離液に加えたときに導電性高分子の固形分濃度が0.1質量%になれば、導電性高分子溶液の固形分濃度については特に制限されないが、1.0質量%以上が好ましい。導電性高分子溶液の固形分濃度が1.0質量%未満であると、溶離液に加えたときに溶離液のpH緩衝作用が十分に働かず、試験溶液のpHが10未満となり、定量値がぶれて、安定した測定結果が得られにくくなる。
また、導電性高分子溶液に用いる溶媒としては、後述する導電性高分子が可溶な溶媒が挙げられる。中でも、水が好ましい。
工程(II)は、試験溶液について、高分子材料評価装置を使用して、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により分子量分布を測定する工程である。
高分子材料評価装置は、ゲルパーミエーションクロマトグラフを備えており、分子量の大きさにより化合物(ポリマー、オリゴマー、モノマー)を分離して分析できる。
ゲルパーミエーションクロマトグラフには、フォトダイオードアレイ検出器、UV検出器などの検出器が接続されている。
工程(II)では、GPCにより例えば図1に示すようなクロマトグラムが得られる。
図1に示すクロマトグラムは、縦軸が吸光度、横軸が保持時間であり、高分子量体は比較的短い保持時間で検出され、低分子量体は比較的長い保持時間で検出される。
工程(III)は、工程(II)により得られたクロマトグラムについて、保持時間をポリスチレンスルホン酸ナトリウム換算の分子量(M)へと換算する工程である。
具体的には、ピークトップ分子量が206、1030、4210、13500、33500、78400、158000、2350000のポリスチレンスルホン酸ナトリウムを標準試料として用い、試験溶液と同様にして、各標準試料を固形分濃度が0.05質量%、ただし、ピークトップ分子量が206の標準試料のみは固形分濃度が0.0025質量%となるように溶離液に溶解させて、標準溶液を調製する。そして、各標準溶液についてGPCにより保持時間と分子量の関係を求め、検量線を作成する。作成した検量線から、工程(II)で得られたクロマトグラムについて、保持時間をポリスチレンスルホン酸ナトリウム換算の分子量(M)へと換算する。
工程(IV)は、ポリスチレンスルホン酸ナトリウム換算した分子量(M)において、例えば図1に示すように、分子量(M)が5000Da以上の領域(x)の面積(X)を求める工程である。
また、工程(V)は、分子量(M)が5000Da未満の領域(y)の面積(Y)を求める工程である。
工程(VI)は、面積(X)と面積(Y)との面積比(Y/X)を求める工程である。
本発明の導電性高分子は、上述した評価方法により算出した面積比(Y/X)が0.60以下である。面積比(Y/X)が0.60以下であれば、時間が経過しても導電性高分子より形成される塗膜に異物が発生しにくく、導電性の低下を抑制できる。かかる理由は以下のように考えられる。
導電性高分子には、その製造過程において副生するオリゴマーや、未反応のモノマーなどが不純物として含まれている。これらオリゴマーやモノマーは、塗膜の形成直後には現れないが、時間の経過と共に徐々に析出するため、異物として塗膜上に発生するものと考えられる。
面積(Y)は、分子量(M)が5000Da未満の領域の面積であり、この領域には主にオリゴマーやモノマーといった異物の原因となる低分子量体が存在する。面積比(Y/X)が0.60以下であれば、導電性高分子に含まれる低分子量体の割合が少ないので、時間が経過しても導電性高分子より形成される塗膜に異物が発生しにくい。
なお、面積比(Y/X)の値が小さいほど、導電性高分子に含まれる低分子量体の割合が少ない。従って、面積比(Y/X)の値は小さくなるほど好ましく、具体的には0.50以下が好ましく、0.40以下がより好ましい。
面積比(Y/X)が0.60以下の導電性高分子を得るためには、製造過程に精製工程を取り入れればよい。なお、本発明において「精製」とは、モノマー、オリゴマー、低分子量体や不純物の除去をいう。
まず、化学重合または電解重合などの各種合成法によって、導電性高分子を合成する。具体的には、下記一般式(3)で表される酸性基置換アニリン、そのアルカリ金属塩、アンモニウム塩およ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(重合工程)。
式(3)中、R21〜R25は、各々独立に、−H、炭素数1〜24の直鎖もしくは分岐のアルキル基、炭素数1〜24の直鎖もしくは分岐のアルコキシ基、酸性基、水酸基、ニトロ基、−F、−Cl、−Brまたは−Iであり、R21〜R25のうちの少なくとも一つは酸性基またはその塩である。
(モノマー)
上記一般式(3)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。
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。
アミノベンゼンスルホン酸類以外のその他のスルホン基置換アニリンとしては、例えは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。その他のスルホン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高分子が得られる点で、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、また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。
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。
アミノベンゼンカルボン酸類以外のその他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高分子が得られる点で、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また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。
また、上記一般式(3)で表される酸性基置換アニリンは、スルホン基置換アルキルアニリン、カルボキシル基置換アルキルアニリン、スルホン基置換アルコキシアニリン、カルボキシル基置換アルコキシアニリン、スルホン基置換ヒドロキシアニリン、カルボキシル基置換ヒドロキシアニリン、スルホン基置換ニトロアニリン、カルボキシル基置換ニトロアニリン、スルホン基置換フルオロアニリン、カルボキシル基置換フルオロアニリン、スルホン基置換クロロアニリン、カルボキシル基置換クロロアニリン、スルホン基置換ブロムアニリン、あるいはカルボキシル基置換ブロムアニリンの何れかとして表現することができる。これらの置換基の位置と組合せの具体例を表1に示す。
表1中の略号は以下の通りである。
A:スルホン基またはカルボキシル基、そのアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、アンモニウム塩および置換アンモニウム塩から選ばれた一つの基を示す。
B:メチル基、エチル基、n−プロピル基、iso−プロピル基、n−ブチル基 、sec−ブチル基、t−ブチル基などのアルキル基、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、iso−プロポキシ基、n−ブトキシ基、sec−ブトキシ基、t−ブトキシ基などのアルコキシ基、ヒドロキシ基、フルオロ基、クロロ基、ブロム基などのハロゲン基から選ばれた一つの基を示す。
H:水素原子を示す。
(塩基性化合物)
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。これらのなかでも、水酸化ナトリウムが好ましい。
脂式アミン類としては、下記一般式(4)で表される化合物、または下記一般式(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。
式(4)中、R26〜R28は、各々独立に、炭素数1〜4のアルキル基である。
式(5)中、R29〜R32は、各々独立に、水素原子または炭素数1〜4のアルキル基である。
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、ピペラジンおよ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。
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、ピロリンおよ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。
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も用いれば、高導電性で、かつ高純度な導電性高分子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。
塩基性化合物の濃度は0.1mol/L以上が好ましく、より好ましくは0.1〜10.0mol/Lであり、特に好ましくは0.2〜8.0mol/Lである。塩基性化合物の濃度が0.1mol/L以上であれば、導電性高分子を高収率で得ることができる。一方、塩基性化合物の濃度が10.0mol/L以下であれば、得られる導電性高分子の導電性が向上する傾向にある。
前記モノマーと塩基性化合物の質量比は、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。ここで、塩基性化合物の割合が低いと反応性が低下したり、得られる導電性高分子の導電性が低下したりすることがある。一方、塩基性化合物の割合が高いと、得られる導電性高分子中の酸性基と塩基性化合物が塩を形成する割合が高くなり、導電性高分子の導電性が低下することがある。
(酸化剤)
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。
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。
(重合)
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。
重合に使用する溶媒としては、水、また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、2−プロパノール、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。
本発明においては、重合時の反応系内のpHが7以下となるように調整することが好ましく、より好ましくはpHが6以下である。ここで、反応系内のpHが7以下であれば、副反応が進行しにくくなり、不純物やオリゴマー成分の生成が抑制され、結果として、得られるポリマーの導電性や純度等が向上する。
重合時の反応系内のpHは、プロトン酸の添加により調整できる。
プロトン酸としては、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、およ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。これらの中でも、塩酸、硝酸、硫酸、p−トルエンスルホン酸等が好ましい。
プロトン酸の添加量は、酸化剤の析出がない範囲であれば特に限定されない。特に、モル比でプロトン酸:酸化剤=0.01:100〜50:100が好ましく、0.01:100〜45:100がより好ましい。プロトン酸の添加量が上記範囲内であれば、反応進行の妨げとなりにくく、不純物やオリゴマー成分の生成が抑制され、結果として、得られるポリマーの導電性や純度等が向上する。
重合後は、通常、遠心分離器等の濾過器により溶媒をろ別する。さらに、必要に応じてろ過物を洗浄液により洗浄した後、乾燥させて、重合体(導電性高分子)を得る。
洗浄液としては、例えばメタノール、エタノール、2−プロパノール、1−プロパノール、t−ブタノール等のアルコール類、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、2−プロパノール、アセトン、アセトニトリルが効果的である。
[導電性高分子精製方法]
このようにして得られた導電性高分子を精製して、本発明の導電性高分子とする(精製工程)。なお、精製前の導電性高分子を「未精製の導電性高分子」という。
本発明の導電性高分子の精製方法は、一般式(1)で表される繰り返し単位を有する導電性高分子を精製する方法である。また、「精製」とは、モノマー、オリゴマー、低分子量体や不純物等をむ粗な前記導電性高分子から、目的の前記導電性高分子以外の物質を除去することをいう。なお、本発明において表面抵抗率と体積抵抗率の関係は、「体積抵抗率=表面抵抗率×測定試料の膜厚」を意味する。
尚、未精製の導電性高分子を精製する方法としては、膜ろ過法、陰イオン交換法、炭素材料処理法(活性炭処理法、カーボンナノチューブ(CNT)処理法)などの方法が挙げられる。
未精製の導電性高分子を上述した方法で精製する場合は、水などの溶媒に溶解させた状態(試料液)で用いる。
(膜ろ過法)
膜ろ過で使用するろ過膜としては、透過膜を用いるのが好ましく、未反応モノマー、低分子量物(オリゴマー)、および不純物を除去することを考慮すると、限外ろ過膜が特に好ましい。
限外ろ過膜の材質としては、セルロース、セルロースアセテート、ポリサルホン、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有機膜やセラミック等の無機膜、もしくは有機-無機のハイブリッド膜等など、通常、限外ろ過膜の材質として使用するものであれば、特に制限はないが、特に耐溶剤性に優れており、薬液洗浄などのメンテナンスが容易であるセラミックス膜などが好適である。
また、限外ろ過膜としては、有機膜では、分画分子量が1000〜100000の範囲内に収まる限外ろ過膜が好ましく、より好ましくは、5000〜50000の範囲内に収まる限外ろ過膜であり、さらに好ましくは10000〜50000の範囲内に収まる限外ろ過膜であり、特に好ましくは10000〜30000の範囲内に収まる限外ろ過膜である。セラミック膜の場合は、孔径100nm以下1nm以上、より好ましくは50nm以下2nm以上、さらに好ましくは20nm以下5nm以上のろ過膜である。
なお、限外ろ過膜の分画分子量の値が大きくなるほど、限界透過流束は高くなり、精製後に得られる導電性ポリマーの導電性が高くなる傾向があるが、収率は低下する傾向にある。
同様に限外ろ過膜の孔径の値が大きくなるほど、限界透過流束は高くなり、精製後に得られる導電性ポリマーの導電性が高くなる傾向があるが、収率は低下する傾向にある。
膜ろ過の方式としては、生産性を考慮すると、連続式のクロスフロー方式(溶液を透過膜に沿って流動させ、溶液の一部が透過膜を透過することにより、溶液を濃縮する(精製する)方式)が好ましい。
また、クロスフロー方式は、ポリマー溶液を繰り返し連続的に透過膜と接触させることができ、精製度を高めることができる。なお、ポリマー溶液中の溶媒は、透過膜を透過するため、精製の過程でポリマー溶液は濃縮されて高粘度化し、運転上支障が出ることがある。このような場合には、適宜、溶媒(水等)を濃縮液側に供給して適度な濃度に希釈することで、精製処理を継続することができる。
クロスフロー方式により膜ろ過する場合、ろ過圧力は、限外ろ過膜やろ過装置にもよるが、生産性を考慮し、およそ0.01〜1.0MPaとすることが好ましい。
また、ろ過時間については特に制限されないが、その他の条件が同じであれば、時間が長くなるほど精製度は高くなり、精製後に得られる導電性ポリマーの導電性が高くなる傾向にある。
ろ過時間の目安としては、一定時間置きに濃縮液をサンプリングし、GPC(Gel Permeation Chromatography:ゲルパーミエーションクロマトグラフィーの略称)を用いて分子量分布を評価した際に、残存する未反応モノマー、分画分子量以下の低分子量物(オリゴマー)等のピークが見られなくなるまでの時間とすることが好ましい。
具体的には、GPCにより得られたクロマトグラムについて、保持時間をポリスチレンスルホン酸ナトリウム換算した分子量のうち、5000Da以上の領域の面積(X)と、5000Da未満の領域の面積(Y)との面積比(Y/X)が0.60以下となるまで膜ろ過するのが好ましい。面積比(Y/X)が0.60以下となれば、未反応モノマー、低分子量物(オリゴマー)、および不純物等が十分に除去され、高い導電性を有する導電性ポリマーが得られる。
また、ろ過時間の目安として、GPCを用いる方法以外にも、例えば一定時間毎にサンプリングした濃縮液を簡易的な限外ろ過キットを使用してろ過し、ろ過液(及び濃縮液:膜の上に残った濃縮液)の固形分を計測し、これをろ過時間の目安とする方法を用いてもよい。
具体的には、膜ろ過の透過液(ろ過膜通過後のろ過液)に含まれる固形分が10質量%以下となるまで膜ろ過するのが好ましく、より好ましくは5質量%以下であり、さらに好ましくは1質量%以下である。固形分が10質量%以下となれば、未反応モノマー、低分子量物(オリゴマー)、および不純物等が十分に除去され、高い導電性を有する導電性ポリマーが得られる。
なお、透過液の色は、固形分が10質量%程度の場合は黒色から茶色、5質量%程度の場合は赤茶色からオレンジ色、1質量%以下の場合は黄色から透明となる。従って、透過液の色を目視によって確認することでも、おおよそのろ過時間の目安とすることができる。透過液の色としては、黄色から透明が好ましい。
また、ろ過時間の目安として、導電性ポリマーより形成される塗膜の表面抵抗値が10Ω/sq.以下、より好ましくは10Ω/sq.以下、さらに好ましくは10Ω/sq.以下となるまで膜ろ過を継続することが好ましい。
膜ろ過のろ過時間が長くなるほど、未反応モノマー、低分子量物(オリゴマー)、および不純物等の割合が少なくなり、導電性ポリマーの導電性が向上する。なお、GPCの測定により、未反応モノマー、低分子量物(オリゴマー)、および不純物等のピークが見られなくなった時点で、導電性が最も向上する。
このようにして得られる導電性ポリマーは、酸性基が遊離酸、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、アンモニウム塩および置換アンモニウム塩よりなる群から独立して選ばれた基である。従ってこれらの基が単一ではなく混在した状態のポリマーも得ることができる。
具体的には、重合工程において酸性基置換アニリン系化合物を水酸化ナトリウム存在下で重合した場合、単離されたポリマー中のスルホン基またはカルボキシル基は、そのほとんどがナトリウム塩になっている。同様に、アンモニア存在下で重合した場合、スルホン基またはカルボキシル基の大部分はアンモニウム塩であり、トリメチルアミン存在下で重合した場合、大部分はトリメチルアンモニウム塩であり、キノリン存在下で重合した場合、大部分はキノリニウム塩の形で得られる。
このように酸性基の一部ないし全部が塩を形成しているポリマーは、精製工程の前または後でさらに精製処理することによって高純度なポリマーとすることで、さらに導電性を向上させることができる。
(陰イオン交換法)
前記未精製の導電性高分子を溶媒に分散または溶解させた後に、強塩基性陰イオン交換樹脂に接触させて、導電性高分子を精製することができる。
未精製の導電性高分子を分散または溶解させる溶媒としては、水、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、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、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等及びこれらを混合したものが好ましく用いられる。
導電性高分子を上述した溶媒に溶解または分散させる際の濃度としては、0.1〜20質量%が好ましく、0.1〜10質量%がより好ましい。導電性高分子の濃度が0.1質量%未満であると、精製後の導電製高分子の回収が困難となる。一方、導電性高分子の濃度が20質量%を超えると、粘度が上がりすぎ、強塩基性陰イオン交換樹脂との接触が悪くなるため、イオン交換の効果が十分に発揮されにくくなる。
陰イオン交換樹脂は、樹脂母体の表面または内部に、樹脂母体に固定された無数のイオン交換基(固定イオン)を有する。このイオン交換基が、未精製の導電性高分子に含まれるオリゴマーやモノマーを選択的にイオン交換(吸着)して、除去することができる。また、イオン交換基は不純物となる陰イオンを選択的にイオン交換してこれを捕捉でき、導電性高分子から陰イオンを除去することもできる。
陰イオン交換樹脂としては、強塩基性陰イオン交換樹脂、弱塩基性陰イオン交換樹脂が挙げられる。これらの中でも、イオン交換能が高く、オリゴマーやモノマーを十分に除去できる点で、強塩基性陰イオン交換樹脂が好ましい。
ここで、「強塩基」とは、塩基解離定数の大きい塩基のことであり、具体的には、水溶液中において電離度が1に近く、水酸化物イオンを定量的に生成し、塩基解離定数(pKb)がpKb<0(Kb>1)のものをいう。一方、「弱塩基」とは、塩基解離定数の小さい塩基のことであり、具体的には、水溶液中において電離度が1よりも小さく、0に近いもので、他の物質から水素イオンを奪う能力が弱いものをいう。
強塩基性陰イオン交換樹脂としては、例えばイオン交換基として4級アンモニウム塩、第3級スルホニウム塩基、4級ピリジニウム塩基等を有する陰イオン交換樹脂などが挙げられる。また、市販品としては、オルガノ株式会社製の「オルライトDS−2」;三菱化学株式会社製の「ダイヤイオンSA10A」などが挙げられる。
一方、弱塩基性陰イオン交換樹脂としては、例えばイオン交換基として1〜3級のアミノ基を有する陰イオン交換樹脂などが挙げられる。また、市販品としては、三菱化学株式会社製の「ダイヤイオンWA20」;オルガノ株式会社製の「アンバーライト IRA67」などが挙げられる。
(炭素材料処理法)
前記未精製の導電性高分子を溶媒に分散または溶解させた後に、炭素材料に接触させて、導電性高分子を精製することができる。
未精製の導電性高分子を分散または溶解させる溶媒としては、水、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、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、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等及びこれらを混合したものが好ましく用いられる。
導電性高分子を上述した溶媒に溶解または分散させる際の濃度としては、0.1〜20質量%が好ましく、0.1〜10質量%がより好ましい。導電性高分子の濃度が0.1質量%未満であると、精製後の導電製高分子の回収が困難となる。一方、導電性高分子の濃度が20質量%を超えると、粘度が上がりすぎ、炭素材料との接触が悪くなるため、導電性高分子の精製の効果が十分に発揮されにくくなる。
<炭素材料>
本発明の炭素材料としては、活性炭、カーボンブラック、グラファイト、グラフェン、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。
(活性炭)
活性炭処理法は、活性炭を用いる。
活性炭は、その内部に無数の微細孔を有する多孔性の炭素物質であり、特定の成分を選択的に吸着して分離することができる。
活性炭としては、試料液中のオリゴマーやモノマーを吸着し、試料液から分離できるものであれば特に制限されないが、例えば日本エンバイロケミカルズ株式会社製の「精製白鷺」などが好適である。
(カーボンナノチューブ)
カーボンナノチューブは、2〜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及び多層カーボンナノチューブが好ましい。
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。
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。
<接触方法>
本発明の活性炭処理法、カーボンナノチューブ法において、「接触」とは、導電性高分子の分散液または溶解液と、炭素材料とを混合させた状態に置くことを意味する。導電性高分子の分散液または溶解液と、炭素材料とを混合した後に、攪拌や超音波照射などを用いて、導電性高分子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。
導電性高分子に対する炭素材料の量は、導電性高分子の分散液または溶解液100質量部に対して、0.1〜100質量部が好ましく、0.5〜10質量部がより好ましい。炭素材料の量が0.5質量部未満であると、オリゴマーやモノマーなどの不純物が十分に除去されにくい。一方、炭素材料の量が100質量部を超えると、導電性高分子の分散液または溶解液に対し過剰量となるため、炭素材料に接触させた後に、分離液または溶離液の回収が困難となる。
導電性高分子の分散液または溶解液と、炭素材料の接触方法としては、例えば、容器に導電性高分子の分散液または溶解液と炭素材料を入れ、スタラーを用いて撹拌させたり、シーソー回転式ローターなどを用いて回転させたりして、炭素材料と接触させる方法が挙げられる。
導電性高分子の分散液または溶解液と、炭素材料を接触させる時間は0.1時間以上が好ましく、0.5時間以上がより好ましい。接触時間が0.1時間未満であると、オリゴマーやモノマーなどの不純物が十分に除去されにくい。
なお、接触時間の上限値については特に制限されず、導電性高分子の分散液または溶離液の濃度、炭素材料の量、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。
導電性高分子の分散液または溶解液と、炭素材料を接触させる際の温度は、10〜100℃が好ましく、10〜60℃がより好ましい。接触温度が10℃未満であると、分離液または溶離液の粘度が上昇し、炭素材料と接触しにくくなる。さらに低温になると、分散液または溶解液が凍結するおそれがある。一方、接触温度が100℃を超えると、分散液または溶解液が蒸発する恐れがある。
導電性高分子の分散液または溶解液と炭素材料を接触させた後に、精製した導電性高分子を得る為に炭素材料を取り除くには、フィルターろ過する等の一般的なろ過方法や、遠心分離などを行う事で炭素材料を除去することができる。ろ過用のフィルターとしては、細孔サイズ0.5μm以下のフィルターを用いるのが好ましい。
このようにして精製された導電性高分子は、オリゴマーやモノマーなどの不純物が十分に除去されているので、高い導電性と溶解性を示す。
上述した方法により未精製の導電性高分子を精製することで、前記面積比(Y/X)が0.60以下の導電性高分子が得られる。
なお、上述したように、導電性高分子は塩基性化合物の存在下、モノマーを重合することで得られる。そのため、導電性高分子、オリゴマー、モノマー中の酸性基の一部が、塩基性化合物と塩を形成することがある。特に、オリゴマーやモノマー中の酸性基と塩基性化合物が塩を形成すると、導電性高分子より形成される塗膜に異物として現れやすくなる。また、導電性高分子中の酸性基と塩基性化合物が塩を形成すると、導電性が低下する場合がある。
塩基性化合物は、未精製の導電性高分子を精製する際に、オリゴマーやモノマー等の不純物と共に概ね除去されるが、塩基性化合物をより除去する目的で、精製工程の後に、さらに脱塩処理を行ってもよい(脱塩工程)。なお、脱塩処理を行う際は、精製工程後の試料液をそのまま用いることができる。
(脱塩工程)
脱塩処理の方法としてはイオン交換法が挙げられ、具体的には、陽イオン交換樹脂を用いたイオン交換法、電気透析法などである。
陽イオン交換樹脂を用いたイオン交換法の場合、陽イオン交換樹脂に対する試料液の量は、例えば5%の導電性高分子水溶液の場合、陽イオン交換樹脂に対して10倍の容積までが好ましく、5倍の容積までがより好ましい。
陽イオン交換樹脂としては、例えば三菱化学株式会社製の「ダイアイオンSK1B」、オルガノ株式会社製の「アンバーライトIR−120H」などが挙げられる。
電気透析法の場合、電気透析法のイオン交換膜は特に限定はされないが、不純物の拡散による浸透を抑制するために、一価イオン選択透過処理が施されたイオン交換膜であって、分画分子量が300以下のものを使用することが好ましい。このようなイオン交換膜としては、例えば株式会社アストム製の「ネオセプタCMK(カチオン交換膜、分画分子量300)」、「ネオセプタAMX(アニオン交換膜、分画分子量300)」などが好適である。
また、電気透析法に用いるイオン交換膜として、アニオン交換層、カチオン交換層を張り合わせた構造を持ったイオン交換膜であるバイポーラ膜を用いてもよい。このようなバイポーラ膜としては、例えば株式会社アストム製の「PB−1E/CMB」などが好適である。
電気透析における電流密度は限界電流密度以下であることが好ましい。バイポーラ膜での印加電圧は、10〜50Vが好ましく、25〜35Vより好ましい。
上述した脱塩処理により、導電性高分子から塩基性物質を効果的に除去することができ、導電性高分子から形成される塗膜の導電性がより向上する。
なお、精製工程や脱塩処理を行った後の導電性高分子は、水などの溶媒に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高分子が得られるが、溶媒に溶解した状態のものを導電性高分子溶液としてそのまま用いてもよい。
また、精製工程や脱塩処理後の、溶媒に溶解した導電性高分子を導電性高分子溶液として、上述した評価方法に用いることもできる。
このようにして得られる導電性高分子の質量平均分子量は、3000〜1000000が好ましい。質量平均分子量が3000以上であれば、導電性、成膜性および膜強度に優れる。一方、質量平均分子量が1000000以下であれば、溶媒への溶解性に優れる。
導電性高分子の質量平均分子量は、上述した工程(I)〜(III)を実施して測定される値である。
また、導電性高分子は、可溶性である。ここで、「可溶」とは、10gの水または有機溶媒(液温25℃)に、0.1g以上均一に溶解することを意味する。
溶媒としては、水、有機溶媒、水と有機溶媒との混合溶媒が挙げられる。
有機溶媒としては、例えばメタノール、エタノール、2−プロパノール、1−プロパノール、1−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などが挙げられる。これら有機溶剤は、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。ただし、これらの有機溶媒の中には、1種単独で用いると導電性高分子が溶解しにくいものもある(例えばメタノールなど)。そのような場合は、水と混合して混合溶媒として用いる。
本発明の導電性高分子は、上述した溶媒に溶解させて導電性高分子溶液(導電性組成物)とし、または精製工程や脱塩処理後の、溶媒に溶解した導電性高分子を導電性高分子溶液とし、該導電性高分子溶液を基材などの上に塗布し、乾燥させて塗膜を形成する。
導電性高分子溶液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、セラミックス及びそのフィルムまたはガラス板などが用いられる。
導電性高分子溶液の塗工方法としては、一般の塗料に用いられる方法が利用できる。例えばスプレーコート法、デイップコート法、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が用いられる。
さらに、導電性高分子より形成される塗膜に耐水性を付与する目的で、120〜280℃で塗膜を加熱するのが好ましく、より好ましくは130〜250℃である。加熱温度が120℃未満であると、塗膜の耐水性が十分に得られにくい。一方、加熱温度が280℃を超えると、塗膜の導電性が低下しやすくなる。
以上説明したように、本発明の導電性高分子は、前記評価方法により算出した面積比(Y/X)が0.60以下であり、オリゴマーやモノマー等の不純物の割合が少ない。従って、本発明の導電性高分子であれば、塗膜にした際に、時間が経過しても異物が発生しにくく、優れた導電性を維持できる。
本発明の導電性高分子、およびこれを含む導電性高分子溶液は、各種帯電防止剤、機能性高分子コンデンサの固体電解質及びその添加剤、機能性高分子コンデンサの電解質形成時のプライマー、機能性高分子コンデンサのカーボン層の添加剤、電気二重層キャパシタ、スーパーキャパシター、各種電池の電極及びその補助剤、高分子電解質、高分子電解質膜及びそれを用いた燃料電池、電極層、触媒層、ガス拡散層、ガス拡散電極層、セパレーター等の部材、EMIシールド、化学センサー、表示素子、非線形材料、防食剤、接着剤、繊維、紡糸用材料、帯電防止塗料、防食塗料、電着塗料、メッキプライマー、静電塗装用導電性プライマー、電気防食、電池の蓄電能力、半導体、電器電子部品等の工業用包装材料、半導体製造のクリーンルーム等で使用される透明導電性樹脂板、オーバーヘッドプロジェクター用フィルム、電子写真記録材料等向けのスライドフィルム等の帯電防止フィルム、透明導電性フィルム、オーディオテープ、ビデオテープ、コンピュータ用テープ、フロッピィディスク等の磁気記録用帯電防止テープ、ウール、ナイロン等の酸性可染性繊維の帯電防止剤、液晶ディスプレイ偏向板の帯電防止剤、偏向版プロテクトフィルムの帯電防止剤、電子部品の剥離フィルムの帯電防止剤、電子デバイスのLSI配線、透明タッチパネル、エレクトロルミネッセンスディスプレイ、液晶ディスプレイ等のフラットパネルディスプレイの入力又は表示デバイス表面のディスプレイ保護板、前面板、帯電防止材、透明電極、透明電極フィルム又は有機エレクトロルミネッセンス素子を形成する発光材料、バッファ材料、電子輸送材料、正孔輸送材料及び蛍光材料、熱転写シート、転写シート、熱転写受像シート並びに受像シート、有機薄膜太陽電池の透明電極、色素増感太陽電池の対極及びその補助剤、リチウムイオン電池の正、負電極材料及びその補助剤、カーボン材料の分散性向上剤等に適応可能である。
[導電性高分子の品質管理方法]
本発明の導電性高分子の品質管理方法(以下、単に「品質管理方法」という。)は、前記工程(I)〜(VI)を含む評価方法にて算出した面積比(Y/X)が0.60以下である導電性高分子を選択する方法である。すなわち、面積比(Y/X)が0.60以下の導電性高分子を合格、面積比(Y/X)が0.60超の導電性高分子を不合格と判定し、合格と評価されたものを本発明の導電性高分子とする。
なお、本発明により品質管理される対象物は、一般式(1)で表される繰り返し単位を有する導電性高分子である。
本発明の品質管理方法により選択された導電性高分子は、面積比(Y/X)が0.60以下であり、オリゴマーやモノマー等の不純物の割合が少ない。従って、この導電性高分子は、塗膜にした際に、時間が経過しても異物が発生しにくく、優れた導電性を維持できる。
このように、本発明の品質管理方法は、導電性高分子を製造する過程において精製工程が不十分で、オリゴマーやモノマーなどの不純物が十分に除去されず、導電体として不向きな導電性高分子が得られたとしても、この導電性高分子を事前に排除できる。従って、塗膜にした際に、時間が経過しても異物が発生しにくく、優れた導電性を維持できる導電性高分子を安定して提供できる。
なお、不合格と判定された導電性高分子は、合格と判定されるまで精製工程を繰り返し行えばよいので、製造した導電性高分子を無駄なく利用できる。
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
なお、実施例および比較例における評価・測定方法、および導電性高分子の重合方法は以下の通りである。
[膜ろ過法、イオン交換法、炭素材料処理法により精製された導電性高分子]
<評価および測定>
(面積比(Y/X)の算出)
まず、水(超純水)とメタノールを、容積比が水:メタノール=8:2となるように混合した混合溶媒に、炭酸ナトリウムと炭酸水素ナトリウムを、それぞれの固形分濃度が20mmol/L、30mmol/Lになるように添加して、溶離液を調製した。得られた溶離液は、25℃でのpHが10.8であった。
この溶離液に、導電性高分子溶液を固形分濃度が0.1質量%となるように溶解させ、試験溶液を調製した(工程(I))。
得られた試験溶液について、フォトダイオードアレイ(PDA)検出器が接続されたゲルパーミエーションクロマトグラフを備えた高分子材料評価装置(Waters社製、「Waters Alliance2695、2414(屈折率計)、2996(PDA)」)を使用して分子量分布を測定し、クロマトグラムを得た(工程(II))。
ついで、得られたクロマトグラムについて、保持時間をポリスチレンスルホン酸ナトリウム換算の分子量(M)へと換算した(工程(III))。具体的には、ピークトップ分子量が206、1030、4210、13500、33500、78400、158000、2350000のポリスチレンスルホン酸ナトリウムを標準試料として用い、試験溶液と同様にして、各標準試料を固形分濃度が0.05質量%、ただし、ピークトップ分子量が206の標準試料のみは固形分濃度が0.0025質量%となるように溶離液に溶解させて、標準溶液を調製した。そして、各標準溶液についてGPCにより保持時間と分子量の関係を求め、検量線を作成した。作成した検量線から、工程(II)で得られたクロマトグラムについて、保持時間をポリスチレンスルホン酸ナトリウム換算の分子量(M)へと換算した。
そして、分子量(M)が5000Da以上の領域の面積(X)と、5000Da未満の領域の面積(Y)をそれぞれ求めた(工程(IV)、(V))。
これら面積(X)と面積(Y)との面積比(Y/X)を求めた(工程(VI))。
(異物発生の評価)
5cm×5cmのガラス基板上に、導電性高分子溶液をスピンコート塗布(2000rpm×60sec)し、ホットプレート上で100℃×2分間加熱して、厚さ0.1μmの塗膜がガラス基板上に形成された試験片を得た。
得られた試験片を23℃にて放置し、塗膜形成から1週間および3ヶ月経過した後の塗膜の状態について顕微鏡(倍率:1000倍)にて観察し、塗膜1mmあたりに発生した異物の数を数え、下記評価基準にて評価した。
なお、異物としては最長径が1μm以上のものをカウントした。また、「A」と評価された塗膜の状態の一例を図2に、「B」と評価された塗膜の状態の一例を図3に、「C」と評価された塗膜の状態の一例を図4にそれぞれ示す。
A:異物の数が0個である。
B:異物の数が1〜5個である。
C:異物の数が6〜50個である。
D:異物の数が51〜100個である。
E:異物の数が100個超である。
(表面抵抗値の測定)
異物発生の評価と同様にして試験片を作製した。
得られた試験片の表面抵抗値(初期値)を、抵抗率計(株式会社三菱アナリテック製、「ロレスタGP」)に直列四探針プローブを装着して測定した。
<導電性高分子の重合>
(重合例1)
2−アミノアニソールー4−スルホン酸100mmolを、2mol/L濃度のトリエチルアミンの水/アセトニトリル=5:5の溶液50mLに溶解し、モノマー溶液を得た。次に、ペルオキソ二硫酸アンモニウム100mmolを、水/アセトニトリル=5:5の溶液80mLに溶解し、さらに濃硫酸(98質量%)0.5gを加え、酸化剤溶液を得た。
ついで、酸化剤溶液を5℃に冷却しながら、モノマー溶液を1時間かけて滴下した。このときの反応時の最高到達温度は20℃であった。滴下終了後、室温で12時間さらに攪拌した後に反応生成物を遠心濾過器にてろ別した。さらに、メタノールにて洗浄した後乾燥させ、重合体(未精製の導電性高分子)1Aの粉末約13gを得た。
なお、「室温」とは23℃のことである。
(重合例2)
2−アミノアニソールー4−スルホン酸100mmolを、2mol/L濃度のトリエチルアミンの水/アセトニトリル=4:6の溶液50mLに溶解し、モノマー溶液を得た。次に、ペルオキソ二硫酸アンモニウム100mmolを、水/アセトニトリル=4:6の溶液80mLに溶解し、さらに濃硫酸(98質量%)0.5gを加え、酸化剤溶液を得た。
得られたモノマー溶液および酸化剤溶液を用いた以外は重合例1と同様にして、重合体(未精製の導電性高分子)1Bの粉末約11gを得た。
(重合例3)
重合例1と同様のモノマー溶液および酸化剤溶液を用い、この酸化剤溶液を5℃に冷却しながら、モノマー溶液を1時間かけて滴下した。このときの反応時の最高到達温度は20℃であった。滴下終了後、室温で12時間さらに攪拌し、重合体(未精製の導電性高分子)溶液1Cを得た。
[実施例1]
重合例1で得られた重合体1Aを、固形分濃度が2質量%となるように、超純水(ミリポア)に溶解させ、300gの水溶液を得た。
分画分子量が10000Daのクロスフロー式限外ろ過膜を備えたクロスフロー式限外ろ過ユニット(ザルトリウス・ステディム・ジャパン株式会社製、「ビバフロー50」)を2つ直列に接続したろ過装置を用い、得られた水溶液をろ過時間70分、ろ過圧力0.4MPaの条件で循環ろ過させ、未精製の導電性高分子を精製し、ろ過膜を通過しなかった方を導電性高分子溶液1A−1として回収した。
得られた導電性高分子溶液1A−1の一部を採取し、導電性高分子の固形分濃度が0.1質量%となるように、先に調製した溶離液に溶解させて試験溶液を調製した。この試験溶液について面積比(Y/X)を算出した。結果を表2に示す。
また、導電性高分子溶液1A−1について、異物発生の評価および表面抵抗値を測定した。これらの結果を表2に示す。
[実施例2]
重合例1で得られた重合体1Aを、固形分濃度が2質量%となるように、超純水(ミリポア)に溶解させ、300gの水溶液を得た。
分画分子量が10000Daの加圧式限外ろ過膜(アドバンテック株式会社製、「ウルトラフィルターQ0100」)を備えた加圧式限外ろ過ユニット(アドバンテック株式会社製、「攪拌型ウルトラフォルダー」)に、得られた水溶液をセットし、水溶液が150gになるまで0.35MPaの圧力を加圧しながらろ過した。その後圧力を解除し、水溶液に超純水を150g加え、再度加圧しながらろ過した。この操作を3回繰り返して未精製の導電性高分子を精製し、ろ過膜を通過しなかった方を導電性高分子溶液1A−2として回収した。
得られた導電性高分子溶液1A−2について、実施例1と同様にして面積比(Y/X)を算出し、異物発生の評価および表面抵抗値を測定した。これらの結果を表2に示す。
[実施例3]
重合例1で得られた重合体1Aを2質量部、水98質量部に室温で溶解させ、水溶液を得た。この水溶液100質量部に、強塩基性陰イオン交換樹脂(オルガノ株式会社製、「オルライトDS−2」)10質量部を加え、ミックスローターバリアブル(VMR−3R)を用いて50rpmの回転速度で、室温で1時間回転させ、未精製の導電性高分子を精製した。
ついで、混合液をフィルターろ過することにより強塩基性陰イオン交換樹脂を除去し、導電性高分子溶液1A−3を得た。
得られた導電性高分子溶液1A−3について、実施例1と同様にして面積比(Y/X)を算出し、異物発生の評価および表面抵抗値を測定した。これらの結果を表2に示す。
[実施例4]
重合例1で得られた重合体1Aを2質量部、水98質量部に室温で溶解させ、水溶液を得た。この水溶液100質量部に、活性炭(日本エンバイロケミカルズ株式会社製、「精製白鷺」)1質量部を加え、ミックスローターバリアブル(VMR−3R)を用いて50rpmの回転速度で、室温で1時間回転させ、未精製の導電性高分子を精製した。
ついで、混合液をフィルターろ過することにより活性炭を除去し、導電性高分子溶液1A−4を得た。
得られた導電性高分子溶液1A−4について、実施例1と同様にして面積比(Y/X)を算出し、異物発生の評価および表面抵抗値を測定した。これらの結果を表2に示す。
[実施例5]
重合例1で得られた重合体1Aを2質量部、水98質量部に室温で溶解させ、水溶液を得た。この水溶液100質量部に、カーボンナノチューブ(CNT、株式会社昭和電工製、「VGCF」)1質量部を加え、ミックスローターバリアブル(VMR−3R)を用いて50rpmの回転速度で、室温で1時間回転させ、未精製の導電性高分子を精製した。
ついで、混合液をフィルターろ過することによりCNTを除去し、導電性高分子溶液1A−5を得た。
得られた導電性高分子溶液1A−5について、実施例1と同様にして面積比(Y/X)を算出し、異物発生の評価および表面抵抗値を測定した。これらの結果を表2に示す。
[実施例6]
重合例2で得られた重合体1Bを用いた以外は、実施例1と同様にして未精製の導電性高分子を精製し、ろ過膜を通過しなかった方を導電性高分子溶液1B−1として回収した。この導電性高分子溶液1B−1について、実施例1と同様にして面積比(Y/X)を算出し、異物発生の評価および表面抵抗値を測定した。これらの結果を表2に示す。
[実施例7]
重合例3で得られた重合体溶液1Cを用い、固形分濃度が2質量%となるように超純水(ミリポア)をさらに加えた以外は、実施例1と同様にして未精製の導電性高分子を精製し、ろ過膜を通過しなかった方を導電性高分子溶液1C−1として回収した。この導電性高分子溶液1C−1について、実施例1と同様にして面積比(Y/X)を算出し、異物発生の評価および表面抵抗値を測定した。これらの結果を表2に示す。
[実施例8]
実施例1で得られた導電性高分子溶液1A−1の100質量部に対して10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IR−120H」)をカラムに充填し、該カラムに導電性高分子溶液1A−1をSV=5の速度で通過させて脱塩を行い、導電性高分子溶液1A−6を得た。なお、1SV(スベルドラップ)は1×10/s(=1GL/s)である。
得られた導電性高分子溶液1A−6について、実施例1と同様にして面積比(Y/X)を算出し、異物発生の評価および表面抵抗値を測定した。これらの結果を表2に示す。
[実施例9]
実施例2で得られた導電性高分子溶液1A−2を用いた以外は、実施例8と同様にして脱塩を行い、導電性高分子溶液1A−7を得た。
得られた導電性高分子溶液1A−7について、実施例1と同様にして面積比(Y/X)を算出し、異物発生の評価および表面抵抗値を測定した。これらの結果を表2に示す。
[実施例10]
実施例3で得られた導電性高分子溶液1A−3を用いた以外は、実施例8と同様にして脱塩を行い、導電性高分子溶液1A−8を得た。
得られた導電性高分子溶液1A−8について、実施例1と同様にして面積比(Y/X)を算出し、異物発生の評価および表面抵抗値を測定した。これらの結果を表2に示す。
[実施例11]
実施例4で得られた導電性高分子溶液1A−4を用いた以外は、実施例8と同様にして脱塩を行い、導電性高分子溶液1A−9を得た。
得られた導電性高分子溶液1A−9について、実施例1と同様にして面積比(Y/X)を算出し、異物発生の評価および表面抵抗値を測定した。これらの結果を表2に示す。
[実施例12]
実施例5で得られた導電性高分子溶液1A−5を用いた以外は、実施例8と同様にして脱塩を行い、導電性高分子溶液1A−10を得た。
得られた導電性高分子溶液1A−10について、実施例1と同様にして面積比(Y/X)を算出し、異物発生の評価および表面抵抗値を測定した。これらの結果を表2に示す。
[実施例13]
実施例6で得られた導電性高分子溶液1B−1を用いた以外は、実施例8と同様にして脱塩を行い、導電性高分子溶液1B−2を得た。
得られた導電性高分子溶液1B−2について、実施例1と同様にして面積比(Y/X)を算出し、異物発生の評価および表面抵抗値を測定した。これらの結果を表2に示す。
[実施例14]
実施例7で得られた導電性高分子溶液1C−1を用いた以外は、実施例8と同様にして脱塩を行い、高分子溶液1C−2を得た。
得られた導電性高分子溶液1C−2について、実施例1と同様にして面積比(Y/X)を算出し、異物発生の評価および表面抵抗値を測定した。これらの結果を表2に示す。
[比較例1]
重合例1で得られた重合体1Aを、固形分濃度が2質量%となるように、超純水(ミリポア)に溶解させ、300gの水溶液を得た。この水溶液を導電性高分子溶液1D−1とした。
導電性高分子溶液1D−1について、実施例1と同様にして面積比(Y/X)を算出し、異物発生の評価および表面抵抗値を測定した。これらの結果を表2に示す。
[比較例2]
実施例1と同様にして未精製の導電性高分子(重合体1A)を精製した。ろ過膜を通過した方を導電性高分子溶液1D−2として回収した。
導電性高分子溶液1D−2について、実施例1と同様にして面積比(Y/X)を算出し、異物発生の評価および表面抵抗値を測定した。これらの結果を表2に示す。
[比較例3]
重合例2で得られた重合体1Bを、固形分濃度が2質量%となるように、超純水(ミリポア)に溶解させ、300gの水溶液を得た。この水溶液を導電性高分子溶液1D−3とした。
導電性高分子溶液1D−3について、実施例1と同様にして面積比(Y/X)を算出し、異物発生の評価および表面抵抗値を測定した。これらの結果を表2に示す。
[比較例4]
比較例2で得られた導電性高分子溶液1D−2を用いた以外は、実施例8と同様にして脱塩を行い、高分子溶液1D−4を得た。
得られた導電性高分子溶液1D−4について、実施例1と同様にして面積比(Y/X)を算出し、異物発生の評価および表面抵抗値を測定した。これらの結果を表2に示す。
※比較例2及び比較例4は、精製後のろ液についての評価データを示す。
表2から明らかなように、各実施例で得られた導電性高分子溶液は、塗膜を形成してから3ヶ月経過しても異物の発生数が塗膜1mmあたり5個以下であり、異物の発生を抑制できた。特に、未精製の導電性高分子を精製した後、脱塩を行った実施例8〜14の場合は、塗膜を形成してから1週間までは異物が発生しなかった。
また、各実施例で得られた導電性高分子溶液から形成された塗膜は、表面抵抗値が低く、高い導電性を示した。特に、未精製の導電性高分子を精製した後、脱塩を行った実施例8〜14の場合は、表面抵抗値がさらに低下し、より高い導電性を発現できた。
一方、未精製の導電性高分子を精製しなかった比較例1、3で得られた導電性高分子溶液は、塗膜を形成してから1週間経過すると異物が発生した。さらに3ヶ月経過すると異物の数が増えた。これは、導電性高分子中に含まれているオリゴマーやモノマーなどが異物となって現れたものと考えられる。また、塗膜の表面抵抗値が各実施例に比べて若干高かった。
比較例2で得られた導電性高分子溶液は、実施例1でクロスフロー方式により未精製の導電性高分子を精製した後のろ液(ろ過膜を通過した液)に相当する。比較例3により得られた導電性高分子は、面積比(Y/X)が3.00であり、オリゴマーやモノマーなどの低分子量体の割合が多かった。この導電性高分子の溶液は、塗膜を形成してから1週間で塗膜1mmあたり100個超の異物が発生した。また、塗膜の表面抵抗値が各実施例に比べて著しく高く、導電性が不十分であった。
比較例4は、比較例2で得られた導電性高分子溶液を脱塩した例である。比較例4より得られた導電性高分子の面積比(Y/X)は3.00であり、脱塩ではオリゴマーやモノマーを除去することはできなかった。また、比較例4の場合は、脱塩によって塩基性化合物が除去されたため、比較例2に比べれば異物の発生数は少なかったが、各実施例に比べるとはるかに多かった。さらに、塗膜の表面抵抗値が各実施例に比べて著しく高く、導電性が不十分であった。
[膜ろ過により精製された導電性高分子]
<評価および測定>
(面積比(Y/X)の算出)
まず、水(超純水)とメタノールを、容積比が水:メタノール=8:2となるように混合した混合溶媒に、炭酸ナトリウムと炭酸水素ナトリウムを、それぞれの固形分濃度が20mmol/L、30mmol/Lになるように添加して、溶離液を調製した。得られた溶離液は、25℃でのpHが10.8であった。
この溶離液に、導電性ポリマー溶液を固形分濃度が0.1質量%となるように溶解させ、試験溶液を調製した(工程(I))。
得られた試験溶液について、フォトダイオードアレイ(PDA)検出器が接続されたゲルパーミエーションクロマトグラフを備えた高分子材料評価装置(Waters社製、「Waters Alliance2695、2414(屈折率計)、2996(PDA)」)を使用して分子量分布を測定し、クロマトグラムを得た(工程(II))。
ついで、得られたクロマトグラムについて、保持時間をポリスチレンスルホン酸ナトリウム換算の分子量(M)へと換算した(工程(III))。具体的には、ピークトップ分子量が206、1030、4210、13500、33500、78400、158000、2350000のポリスチレンスルホン酸ナトリウムを標準試料として用い、試験溶液と同様にして、各標準試料を固形分濃度が0.05質量%となるように溶離液に溶解させて、標準溶液を調製した。そして、各標準溶液についてGPCにより保持時間と分子量の関係を求め、検量線を作成した。作成した検量線から、工程(II)で得られたクロマトグラムについて、保持時間をポリスチレンスルホン酸ナトリウム換算の分子量(M)へと換算した。
そして、分子量(M)が5000Da以上の領域の面積(X)と、5000Da未満の領域の面積(Y)をそれぞれ求めた(工程(IV))。
これら面積(X)と面積(Y)との面積比(Y/X)を求めた(工程(V))。結果を表3に示す。
(導電性の評価)
得られた導電性ポリマー溶液を、スピンコータ(Actes inc.製、「マニュアルスピンナーASC−4000」)を用いてガラス基板上に塗布し、ホットプレート上で100℃×2分間加熱して、表3に示す膜厚の塗膜がガラス基板上に形成された試験片を得た。
得られた試験片の表面抵抗値を、抵抗率計(株式会社三菱化学アナリテック製、「ロレスタGP」)に直列四探針プローブを装着して測定した。結果を表3に示す。
[実施例15]
<導電性ポリマーの製造>
ペルオキソ二硫酸アンモニウム1mol/Lの水溶液134kgと、98質量%硫酸(26.8mol)を仕込んだ容量300LのSUS製の丸底攪拌槽(槽径0.6m)の反応器内温度を0℃に調整後、4.5mol/Lトリエチルアミン水溶液65kgに溶解した2−アミノアニソール−4−スルホン酸131molを1時間かけて滴下した。攪拌翼はSUS製のアンカー翼(攪拌翼径0.5m)で、攪拌回転数は45rpmで行った。滴下終了後、2時間攪拌し、12時間熟成させ、ポリマー溶液を得た。
<有機膜ろ過工程>
前記導電性ポリマーの製造工程で得られたポリマー溶液を膜ろ過した。
膜ろ過には、図6に示す膜ろ過装置10を用いた。この膜ろ過装置10は、クロスフロー方式を採用した装置であり、ろ過部11と、ポンプ12と、3つの容器13、14、15を備えている。
ろ過部11としては、ザルトリウス社製の「ビバフロー200」を用いた。また、ろ過膜として、分画分子量が5000Daの限外ろ過膜(材質:ポリエーテルスルホン(PES))を用いた。
容器13はポリマー溶液と、ろ過膜を通過しなかったろ過液を収容する容器であり、容器14はろ過膜を通過したろ過液(透過液)を回収する容器であり、容器15は希釈液(水など)を貯蔵する容器である。
膜ろ過装置10を用い、以下のようにしてポリマー溶液を膜ろ過した。
すなわち、ポンプ12を稼働させ、容器13に収容されたポリマー溶液をろ過部11に供給し、ろ過部11のろ過膜を通過したろ過液を容器14に回収し、通過しなかったろ過液を容器13に返送した。容器13に返送されたろ過液は、ポリマー溶液と混合され、再度、ろ過部11に供給されて膜ろ過される。
ろ過圧力0.18MPa、ろ過時間420分の条件で、連続して膜ろ過を行った。なお、時間が経過するに従って、ろ過部11に供給されるポリマー溶液は濃縮されるので、容器15に貯蔵された希釈液(水)を容器13に供給し、ポリマー溶液の濃度が所望の値になるように希釈した。
膜ろ過の終了後、容器13内の溶液を導電性ポリマー溶液として回収した。
<評価>
(面積比(Y/X)の算出)
まず、水(超純水)とメタノールを、容積比が水:メタノール=8:2となるように混合した混合溶媒に、炭酸ナトリウムと炭酸水素ナトリウムを、それぞれの固形分濃度が20mmol/L、30mmol/Lになるように添加して、溶離液を調製した。得られた溶離液は、25℃でのpHが10.8であった。
この溶離液に、導電性ポリマー溶液を固形分濃度が0.1質量%となるように溶解させ、試験溶液を調製した(工程(I))。
得られた試験溶液について、フォトダイオードアレイ(PDA)検出器が接続されたゲルパーミエーションクロマトグラフを備えた高分子材料評価装置(Waters社製、「Waters Alliance2695、2414(屈折率計)、2996(PDA)」)を使用して分子量分布を測定し、クロマトグラムを得た(工程(II))。
ついで、得られたクロマトグラムについて、保持時間をポリスチレンスルホン酸ナトリウム換算の分子量(M)へと換算した(工程(III))。具体的には、ピークトップ分子量が206、1030、4210、13500、33500、78400、158000、2350000のポリスチレンスルホン酸ナトリウムを標準試料として用い、試験溶液と同様にして、各標準試料を固形分濃度が0.05質量%、ただし、ピークトップ分子量が206の標準試料のみは固形分濃度が0.0025質量%となるように溶離液に溶解させて、標準溶液を調製した。そして、各標準溶液についてGPCにより保持時間と分子量の関係を求め、検量線を作成した。作成した検量線から、工程(II)で得られたクロマトグラムについて、保持時間をポリスチレンスルホン酸ナトリウム換算の分子量(M)へと換算した。
そして、分子量(M)が5000Da以上の領域の面積(X)と、5000Da未満の領域の面積(Y)をそれぞれ求めた(工程(IV))。
これら面積(X)と面積(Y)との面積比(Y/X)を求めた(工程(V))。結果を表3に示す。
本発明の導電性ポリマーには、その製造過程において副生するオリゴマーや、未反応のモノマーなどが不純物として含まれている。上記面積(Y)は、分子量(M)が5000Da未満の領域の面積であり、この領域には主にオリゴマーやモノマー等の低分子量体が存在する。従って、当該面積比(Y/X)は未反応モノマーや低分子量物(オリゴマー)の指標を示すものであり、この値が小さいほど、導電性高分子に含まれる低分子量体の割合が少ないことを示す。
(導電性の評価)
得られた導電性ポリマー溶液を、スピンコータ(Actes inc.製、「マニュアルスピンナーASC−4000」)を用いてガラス基板上に塗布し、ホットプレート上で100℃×2分間加熱して、表3に示す膜厚の塗膜がガラス基板上に形成された試験片を得た。
得られた試験片の表面抵抗値を、抵抗率計(株式会社三菱化学アナリテック製、「ロレスタGP」)に直列四探針プローブを装着して測定した。結果を表3に示す。
[実施例16]
ろ過膜として分画分子量が10000Daの限外ろ過膜を用い、ろ過圧力およびろ過時間を表3に示すように変更した以外は、実施例15と同様にして導電性ポリマーを得た。得られた導電性ポリマーについて、各種評価を行った。結果を表3に示す。
[実施例17]
膜ろ過としてセラミック膜を使用する以外は実施例15と同様にして導電性ポリマーを得た。
<無機膜ろ過工程>
セラミック膜ろ過には、図6に示すものと同様な膜ろ過装置を用いた。ただし、ろ過膜として膜孔径10nmである日本ポール社製の「メンブラロックス」(材質:セラミック)を用いた。この膜は長さ250mm、直径10mm、内径7mmの筒型であり、筒の内側が限外ろ過膜として機能するようになっている。ろ過部11は16に示すような外形のSUS製ハウジングであり透過液を容器14へ回収できるようになっている。
膜ろ過装置を用い、実施例15と同様にポリマー溶液を膜ろ過した。
ろ過圧力0.3MPa、ろ過時間746分の条件で、連続して膜ろ過を行い、得られた導電性ポリマーについて、各種評価を行った。結果を表3に示す。
[比較例5]
実施例15の工程(a)と同様にしてポリマー溶液を得た。このポリマー溶液を膜ろ過せずに、導電性ポリマーとして用い、各種評価を行った。
結果を表3に示す。
表3から明らかなように、実施例15〜17で得られた導電性ポリマーは、上記面積比(Y/X)の値が0.60以下であった。この結果より、導電性ポリマー中には、未反応モノマーや低分子量物(オリゴマー)などが十分に除去されていることが示された。
また、これら導電性ポリマーから形成された塗膜は、表面抵抗値が低く、高い導電性を示していた。
特に、分画分子量が10000Daの限外ろ過膜を用いて膜ろ過を行った実施例16は、実施例15に比べてろ過時間が短いにもかかわらず、上記面積比(Y/X)の値がより小さく、塗膜の表面抵抗値がより低下した。すなわち、実施例16では、未反応モノマーやオリゴマーなどが実施例15よりもさらに除去され、より高い導電性を示す導電性ポリマーが得られたことが示された。
また、セラミック膜ろ過を用いて膜ろ過を行った実施例17は、ろ過効率(単位膜面積に対するろ過時間換算)が、実施例15とほぼ同等であるが、実施例15および16よりも、上記面積比(Y/X)の値がより小さくなり、塗膜の表面抵抗値がより低下した。すなわち、より効率的にろ過を行うことができ、高い導電性を示す導電性ポリマーが得られたことが示された。
一方、ポリマー溶液を膜ろ過しなかった比較例5では、上記面積比(Y/X)の値が0.72と大きく、ポリマー溶液中に未反応モノマーやオリゴマーなどが多く含まれていた。
このポリマー溶液から形成された塗膜は、表面抵抗値が実施例15〜17に比べて高く、導電性が不十分であった。
[イオン交換法により精製された導電性高分子]
<測定方法>
(残留オリゴマーおよび残留モノマーの測定)
導電性高分子の質量平均分子量をGPCにより測定し、標準試料の検量線からポリスチレンスルホン酸ナトリウム換算で求め、以下のようにして254nmの波長のクロマトグラム比較を行った。検出器にはUV検出器を用いた。
なお、以下のクロマトグラム比較の説明においては、図に示すクロマトグラムを用いて説明する。
まず、強塩基性陰イオン交換樹脂による精製前の導電性高分子溶液について、質量平均分子量をGPCにより測定し、254nmの波長のクロマトグラムを得た。図に示すクロマトグラムは、縦軸が吸光度、横軸が保持時間である。また、ピーク1はポリマー(導電性高分子)、ピーク2はオリゴマー、ピーク3はモノマーのピークを示す。
そして、得られたクロマトグラムに検出ピーク全体のベースラインXを引き、全てのピーク面積を求め、これを全体のピーク面積とした。
また、ピーク2のベースライン(ピーク2の谷と谷を繋いだ線)Yを引き、オリゴマーのピーク面積(y)を求め、全体のピーク面積に対するオリゴマーのピーク面積(y)の面積率(y1)を求めた。
また、ピーク3のベースライン(ピーク3の谷と谷を繋いだ線)Zを引き、モノマーのピーク面積(z)を求め、全体のピーク面積に対するモノマーのピーク面積(z)の面積率(z1)を求めた。
ついで、精製後の導電性高分子溶液についても同様にして質量平均分子量を測定し、得られたクロマトグラムから、全体のピーク面積に対するオリゴマーのピーク面積の面積率(y2)、およびモノマーのピーク面積の面積率(z2)を求めた。
そして、面積率(y1)、(z1)を100としたときの、面積率(y2)、(z2)の割合を算出し、これらを精製後の導電性高分子中の残留オリゴマー割合、および残留モノマー割合とした。
(表面抵抗値の測定)
5cm×5cmのガラス基板上に、導電性高分子溶液をスピンコート塗布(2000rpm×60sec)し、ホットプレート上で100℃×2分間加熱して、厚さ0.1μmの塗膜がガラス基板上に形成された試験片を得た。
得られた試験片の表面抵抗値(初期値)を、抵抗率計(株式会社三菱アナリテック製、「ロレスタGP」)に直列四探針プローブを装着して測定した。
<導電性高分子の重合>
2−アミノアニソール−4−スルホン酸1molを、0℃で4mol/L濃度のトリエチルアミンの水/アセトニトリル=3:7の溶液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1mol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。
ついで、酸化剤溶液を5℃に冷却しながら、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に、反応生成物を遠心濾過器にてろ別した。さらに、メタノールにて洗浄した後乾燥させ、重合体(未精製の導電性高分子)の粉末約185gを得た。
[実施例18]
先に得られた重合体(未精製の導電性高分子)2質量部を、水98質量部に室温で溶解させ、水溶液を得た。この水溶液100質量部に、強塩基性陰イオン交換樹脂(オルガノ株式会社製、「オルライトDS−2」)10質量部を加え、ミックスローターバリアブル(VMR−3R)を用いて50rpmの回転速度で、室温で1時間回転させ、未精製の導電性高分子を精製した。
ついで、混合液をフィルターろ過することにより強塩基性陰イオン交換樹脂を除去し、導電性高分子溶液3A−1を得た。
得られた導電性高分子溶液3A−1について、導電性高分子中の残留オリゴマーおよび残留モノマーの割合を求め、表面抵抗値を測定した。これらの結果を表4に示す。
なお、「室温」とは、25℃のことである。
[実施例19]
実施例18で得られた導電性高分子溶液3A−1の100質量部に対して10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IR−120H」)をカラムに充填し、該カラムに導電性高分子溶液3A−1をSV=5の速度で通過させて脱塩を行い、導電性高分子溶液3A−2を得た。
得られた導電性高分子溶液3A−2について、導電性高分子中の残留オリゴマーおよび残留モノマーの割合を求め、表面抵抗値を測定した。これらの結果を表4に示す。
[比較例6]
先に得られた重合体(未精製の導電性高分子)2質量部を、水98質量部に室温で溶解させ、水溶液を得た。この水溶液を導電性高分子溶液3B−1とした。
導電性高分子溶液3B−1について、表面抵抗値を測定した。この結果を表4に示す。
なお、比較例6において、導電性高分子中の残留オリゴマーおよび残留モノマーの割合は、それぞれ100である。
[比較例7]
強塩基性陰イオン交換樹脂の代わりに、弱塩基性陰イオン交換樹脂(三菱化学株式会社製、「ダイヤイオンWA20」)を用いた以外は、実施例17と同様にして未精製の導電性高分子を精製し、導電性高分子溶液3C−1を得た。
導電性高分子溶液3C−1について、導電性高分子中の残留オリゴマーおよび残留モノマーの割合を求め、表面抵抗値を測定した。これらの結果を表4に示す。
表4から明らかなように、各実施例では、導電性高分子中の残留オリゴマーおよび残留モノマーの割合が少なく、オリゴマーおよびモノマーを十分に除去することができた。
また、導電性高分子溶液から形成された塗膜は、表面抵抗値が低く、高い導電性を示した。特に、未精製の導電性高分子を精製した後、酸性陽イオン交換樹脂でイオン交換をさらに行った実施例19の場合は、表面抵抗値がさらに低下し、より高い導電性を発現できた。
一方、未精製の導電性高分子を精製しなかった比較例6で得られた導電性高分子溶液には、各実施例に比べてオリゴマーおよびモノマーが多く含まれており、塗膜の表面抵抗値が各実施例に比べて高く、導電性が不十分であった。
弱塩基性陰イオン交換樹脂を用いて未精製の導電性高分子を精製した比較例7は、比較例6に比べるとオリゴマーやモノマーを除去することはできたが、各実施例に比べると不十分であり、塗膜の表面抵抗値が各実施例に比べて高く、導電性が不十分であった。
[炭素材料により精製された導電性高分子]
<測定方法>
(残留オリゴマーおよび残留モノマーの測定)
導電性高分子の質量平均分子量をGPCにより測定し、標準試料の検量線からポリスチレンスルホン酸ナトリウム換算で求め、以下のようにして254nmの波長のクロマトグラム比較を行った。検出器にはUV検出器を用いた。
なお、以下のクロマトグラム比較の説明においては、図に示すクロマトグラムを用いて説明する。
まず、炭素材料による精製前の導電性高分子溶液について、質量平均分子量をGPCにより測定し、254nmの波長のクロマトグラムを得た。図に示すクロマトグラムは、縦軸が吸光度、横軸が保持時間である。また、ピーク1はポリマー(導電性高分子)、ピーク2はオリゴマー、ピーク3はモノマーのピークを示す。
そして、得られたクロマトグラムに検出ピーク全体のベースラインXを引き、全てのピーク面積を求め、これを全体のピーク面積とした。
また、ピーク2のベースライン(ピーク2の谷と谷を繋いだ線)Yを引き、オリゴマーのピーク面積(y)を求め、全体のピーク面積に対するオリゴマーのピーク面積(y)の面積率(y1)を求めた。
また、ピーク3のベースライン(ピーク3の谷と谷を繋いだ線)Zを引き、モノマーのピーク面積(z)を求め、全体のピーク面積に対するモノマーのピーク面積(z)の面積率(z1)を求めた。
ついで、精製後の導電性高分子溶液についても同様にして質量平均分子量を測定し、得られたクロマトグラムから、全体のピーク面積に対するオリゴマーのピーク面積の面積率(y2)、およびモノマーのピーク面積の面積率(z2)を求めた。
そして、面積率(y1)、(z1)を100としたときの、面積率(y2)、(z2)の割合を算出し、これらを精製後の導電性高分子中の残留オリゴマー割合、および残留モノマー割合とした。
(表面抵抗値の測定)
5cm×5cmのガラス基板上に、導電性高分子溶液をスピンコート塗布(2000rpm×60sec)し、ホットプレート上で100℃×2分間加熱して、厚さ0.1μmの塗膜がガラス基板上に形成された試験片を得た。
得られた試験片の表面抵抗値(初期値)を、抵抗率計(株式会社三菱アナリテック製、「ロレスタGP」)に直列四探針プローブを装着して測定した。
<導電性高分子の重合>
2−アミノアニソール−4−スルホン酸1molを、0℃で4mol/L濃度のトリエチルアミンの水/アセトニトリル=3:7の溶液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1mol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。
ついで、酸化剤溶液を5℃に冷却しながら、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に、反応生成物を遠心濾過器にてろ別した。さらに、メタノールにて洗浄した後乾燥させ、重合体(未精製の導電性高分子)の粉末約185gを得た。
[実施例20]
先に得られた重合体(未精製の導電性高分子)1質量部を、水99質量部に室温で溶解させ、水溶液を得た。この水溶液100質量部に、活性炭(日本エンバイロケミカルズ社製 精製白鷺)1質量部を加え、室温で半日放置し、未精製の導電性高分子を精製した。
ついで、混合液をフィルターろ過することにより活性炭を除去し、導電性高分子溶液4A−1を得た。
得られた導電性高分子溶液4A−1について、導電性高分子中の残留オリゴマーおよび残留モノマーの割合を求め、表面抵抗値を測定した。これらの結果を表5に示す。
なお、「室温」とは、25℃のことである。
[実施例21]
先に得られた重合体(未精製の導電性高分子)1質量部を、水99質量部に室温で溶解させ、水溶液を得た。この水溶液100質量部に、多層カーボンナノチューブ(昭和電工社製 VGCF-X)1質量部を加え、室温で半日放置し、未精製の導電性高分子を精製した。ついで、混合液をフィルターろ過することにより多層カーボンナノチューブを除去し、導電性高分子溶液4A−2を得た。
得られた導電性高分子溶液4A−2について、導電性高分子中の残留オリゴマーおよび残留モノマーの割合を求め、表面抵抗値を測定した。これらの結果を表5に示す。
なお、「室温」とは、25℃のことである。
[比較例8]
先に得られた重合体(未精製の導電性高分子)1質量部を、水99質量部に室温で溶解させ、水溶液を得た。この水溶液を導電性高分子溶液4B−1とした。
導電性高分子溶液4B−1について、表面抵抗値を測定した。この結果を表5に示す。なお、比較例8において、導電性高分子中の残留オリゴマーおよび残留モノマーの割合は、それぞれ100である。
表5から明らかなように、各実施例では、導電性高分子中の残留オリゴマーおよび残留モノマーの割合が少なく、オリゴマーおよびモノマーを十分に除去することができた。
また、導電性高分子溶液から形成された塗膜は、表面抵抗値が低く、高い導電性を示した。
一方、未精製の導電性高分子(比較例8)で得られた導電性高分子溶液には、各実施例に比べてオリゴマーおよびモノマーが多く含まれており、塗膜の表面抵抗値が各実施例に比べて高く、導電性が不十分であった。
本発明によれば、塗膜にした際に、時間が経過しても異物が発生しにくい導電性高分子、および導電性高分子の品質管理方法、及び高い導電性と溶解性を有する導電性高分子を得るための精製方法を提供できる。
1:ポリマーのピーク
2:オリゴマーのピーク
3:モノマーのピーク
X、Y、Z:ベースライン
y:オリゴマーのピーク面積
z:モノマーのピーク面積
10:膜ろ過装置
11:ろ過部
12:ポンプ
13、14、15:容器
16:ろ過部(SUS製ハウジング)
17:セラミック膜

Claims (6)

  1. 下記一般式(1)で表される繰り返し単位を有し、かつ、下記工程(I)〜(VI)を含む評価方法にて算出した面積比(Y/X)が0.60以下である導電性高分子。
    (I)pHが10以上となるように調製した溶離液に、導電性高分子を固形分濃度が0.1質量%となるように溶解させて試験溶液を調製する工程。
    (II)試験溶液について、ゲルパーミエーションクロマトグラフを備えた高分子材料評価装置を使用して分子量分布を測定し、クロマトグラムを得る工程。
    (III)工程(II)により得られたクロマトグラムについて、保持時間をポリスチレンスルホン酸ナトリウム換算の分子量(M)へと換算する工程。
    (IV)ポリスチレンスルホン酸ナトリウム換算した分子量(M)において、分子量(M)が5000Da以上の領域の面積(X)を求める工程。
    (V)ポリスチレンスルホン酸ナトリウム換算した分子量(M)において、分子量(M)が5000Da未満の領域の面積(Y)を求める工程。
    (VI)面積(X)と面積(Y)との面積比(Y/X)を求める工程。
    式(1)中、R〜Rは、各々独立に、−H、炭素数1〜24の直鎖もしくは分岐のアルキル基、炭素数1〜24の直鎖もしくは分岐のアルコキシ基、酸性基、水酸基、ニトロ基、−F、−Cl、−Brまたは−Iであり、R〜Rのうちの少なくとも一つは酸性基またはその塩である。
  2. 下記一般式(1)で表される繰り返し単位を有する導電性高分子の品質管理方法であって、
    下記工程(I)〜(VI)を含む評価方法にて算出した面積比(Y/X)が0.60以下である導電性高分子を選択する導電性高分子の品質管理方法。
    (I)pHが10以上となるように調製した溶離液に、導電性高分子を固形分濃度が0.1質量%となるように溶解させて試験溶液を調製する工程。
    (II)試験溶液について、ゲルパーミエーションクロマトグラフを備えた高分子材料評価装置を使用して分子量分布を測定し、クロマトグラムを得る工程。
    (III)工程(II)により得られたクロマトグラムについて、保持時間をポリスチレンスルホン酸ナトリウム換算の分子量(M)へと換算する工程。
    (IV)ポリスチレンスルホン酸ナトリウム換算した分子量(M)において、分子量(M)が5000Da以上の領域の面積(X)を求める工程。
    (V)ポリスチレンスルホン酸ナトリウム換算した分子量(M)において、分子量(M)が5000Da未満の領域の面積(Y)を求める工程。
    (VI)面積(X)と面積(Y)との面積比(Y/X)を求める工程。
    式(1)中、R〜Rは、各々独立に、−H、炭素数1〜24の直鎖もしくは分岐のアルキル基、炭素数1〜24の直鎖もしくは分岐のアルコキシ基、酸性基、水酸基、ニトロ基、−F、−Cl、−Brまたは−Iであり、R〜Rのうちの少なくとも一つは酸性基またはその塩である。
  3. 下記一般式(1)で表される繰り返し単位を有する導電性高分子を、下記工程(I)〜(VI)を含む評価方法にて算出した面積比(Y/X)が0.60以下になるように、下記(i)〜(iii)から選択される少なくとも1つの工程によって精製する方法。
    (i)前記導電性高分子を膜ろ過する工程。
    (ii)前記導電性高分子を溶媒に分散または溶解させた後に、前記導電性高分子を含む溶媒を強塩基性陰イオン交換樹脂に接触させる工程。
    (iii)前記導電性高分子を含む溶媒を炭素材料に接触させる工程。
    (評価方法)
    (I)pHが10以上となるように調製した溶離液に、精製後の導電性高分子を固形分濃度が0.1質量%となるように溶解させて試験溶液を調製する工程。
    (II)試験溶液について、ゲルパーミエーションクロマトグラフを備えた高分子材料評価装置を使用して分子量分布を測定し、クロマトグラムを得る工程。
    (III)工程(II)により得られたクロマトグラムについて、保持時間をポリスチレンスルホン酸ナトリウム換算の分子量(M)へと換算する工程。
    (IV)ポリスチレンスルホン酸ナトリウム換算した分子量(M)において、分子量(M)が5000Da以上の領域の面積(X)を求める工程。
    (V)ポリスチレンスルホン酸ナトリウム換算した分子量(M)において、分子量(M)が5000Da未満の領域の面積(Y)を求める工程。
    (VI)面積(X)と面積(Y)との面積比(Y/X)を求める工程。
    式(1)中、R〜Rは、各々独立に、−H、炭素数1〜24の直鎖もしくは分岐のアルキル基、炭素数1〜24の直鎖もしくは分岐のアルコキシ基、酸性基、水酸基、ニトロ基、−F、−Cl、−Brまたは−Iであり、R〜Rのうちの少なくとも一つは酸性基またはその塩である。
  4. ガラス基板上に、前記導電性高分子を含む導電性高分子溶液を塗布し、加熱してガラス基板上に塗膜を形成し、23℃にて1週間放置したときに、前記塗膜1mm あたりに発生する最長径が1μm以上の異物数が5個以下である、請求項1に記載の導電性高分子。
  5. 前記選択された導電性高分子が、ガラス基板上に、前記選択された導電性高分子を含む導電性高分子溶液を塗布し、加熱してガラス基板上に塗膜を形成し、23℃にて1週間放置したときに、前記塗膜1mm あたりに発生する最長径が1μm以上の異物数が5個以下である高分子である、請求項2に記載の導電性高分子の品質管理方法。
  6. 前記精製後の導電性高分子が、ガラス基板上に、前記精製後の導電性高分子を含む導電性高分子溶液を塗布し、加熱してガラス基板上に塗膜を形成し、23℃にて1週間放置したときに、前記塗膜1mm あたりに発生する最長径が1μm以上の異物数が5個以下である高分子である、請求項3に記載の導電性高分子の精製方法。
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CN103180365B (zh) 2010-10-26 2015-02-18 三菱丽阳株式会社 导电性苯胺系聚合物及其制造方法、导电性膜的制造方法
TWI509633B (zh) * 2011-04-20 2015-11-21 Mitsubishi Rayon Co 導電性組成物以及使用前述導電性組成物的導電體與固體電解電容器
US20120277397A1 (en) * 2011-04-25 2012-11-01 Tongji University Aniline copolymers and methods for their preparation and use
KR101484398B1 (ko) * 2013-07-08 2015-01-21 연세대학교 산학협력단 전도성 고분자 용액의 정제방법, 및 정제 시스템
CN103745832B (zh) * 2013-12-11 2016-08-17 中国林业科学研究院木材工业研究所 一种木质柔性超级电容器及其木质柔性多孔电极的制备方法
KR101888291B1 (ko) * 2014-05-14 2018-09-11 미쯔비시 케미컬 주식회사 도전성 조성물, 대전 방지막, 적층체와 그의 제조 방법, 및 포토마스크의 제조 방법
JP6519341B2 (ja) * 2015-06-23 2019-05-29 三菱ケミカル株式会社 アニリン系導電性ポリマーの製造方法
KR101697336B1 (ko) * 2016-03-03 2017-01-17 주식회사 엘지화학 액정 배향막의 제조방법
EP3509408B1 (en) * 2016-09-05 2021-11-10 Nec Corporation Electromagnetic wave absorbent material
JP7320405B2 (ja) 2018-09-28 2023-08-03 住友化学株式会社 高分子化合物の製造方法
JP7279389B2 (ja) * 2019-02-13 2023-05-23 三菱ケミカル株式会社 導電性ポリマーの製造方法、及び導電性組成物の製造方法
JP2020152748A (ja) * 2019-03-18 2020-09-24 三菱ケミカル株式会社 導電性ポリマー及びその製造方法と、導電性組成物

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6210108A (ja) * 1985-07-08 1987-01-19 Showa Denko Kk 電導性高分子の精製法
JPH04268331A (ja) * 1991-02-25 1992-09-24 Fuji Xerox Co Ltd 自己ドーピング機能を有する導電性重合体の製造方法
JPH0971643A (ja) * 1995-07-04 1997-03-18 Nitto Chem Ind Co Ltd 高純度可溶性アニリン系導電性ポリマー及びその製造方法
JPH10259249A (ja) * 1997-03-19 1998-09-29 Toyobo Co Ltd ポリアニリンの精製方法
JP2005536595A (ja) * 2002-08-23 2005-12-02 イー・アイ・デュポン・ドウ・ヌムール・アンド・カンパニー 導電性ポリアニリンの安定な水性分散系の直接製造方法
WO2006006459A1 (ja) * 2004-07-09 2006-01-19 Nissan Chemical Industries, Ltd. オリゴアニリン化合物の精製方法およびオリゴアニリン化合物
WO2006087969A1 (ja) * 2005-02-16 2006-08-24 Nissan Chemical Industries, Ltd. 固有導電性高分子の有機溶媒分散液の製造方法

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2959968B2 (ja) 1994-04-04 1999-10-06 三菱レイヨン株式会社 可溶性アニリン系導電性ポリマーの製造方法
JP3154460B2 (ja) 1993-12-29 2001-04-09 三菱レイヨン株式会社 水溶性アニリン系導電性ポリマーとその製造方法
US5821344A (en) * 1995-07-12 1998-10-13 National Science Council Preparation of self-acid-doped sulfonic acid ring-substituted polyaniline in its aqueous form, and polymer blends made therefrom
JP3402961B2 (ja) 1996-10-08 2003-05-06 三菱レイヨン株式会社 高純度可溶性アニリン系導電性ポリマーの製造法
JP3631910B2 (ja) 1999-02-01 2005-03-23 三菱レイヨン株式会社 高導電性アニリン系ポリマーの製造法
EP1694745A4 (en) * 2003-12-04 2009-05-27 Univ Manitoba SWITCHABLE SELF-DOTTED POLYANILINE
US20070249803A1 (en) * 2004-04-28 2007-10-25 Santa Fe Science And Technology, Inc. Synthesis Of Polyaniline
US20050269555A1 (en) * 2004-05-11 2005-12-08 Suck-Hyun Lee Conductive polymers having highly enhanced solubility in organic solvent and electrical conductivity and synthesizing process thereof
US20080097009A1 (en) * 2006-02-10 2008-04-24 Tadayuki Isaji Method for production of organic solvent dispersion of intrinsically conductive polymer
JP5202197B2 (ja) 2008-09-09 2013-06-05 ホーチキ株式会社 スケルチ及び放送用中継局装置
JP5415049B2 (ja) 2008-09-26 2014-02-12 株式会社船井電機新応用技術研究所 メモリ素子、メモリ素子の製造方法およびメモリアレイ
JP5481839B2 (ja) 2008-11-13 2014-04-23 株式会社リコー エレクトロクロミック化合物とこれを担持したエレクトロクロミック組成物およびこれらを有する表示素子
JP2010202836A (ja) * 2009-03-05 2010-09-16 Mitsubishi Rayon Co Ltd 可溶性アニリン系導電性ポリマーの製造方法
JP2010252717A (ja) 2009-04-27 2010-11-11 Globeride Inc 釣り用仕掛け巻き台板
US8392015B2 (en) 2009-07-10 2013-03-05 Canon Kabushiki Kaisha Processing method for a workpiece

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6210108A (ja) * 1985-07-08 1987-01-19 Showa Denko Kk 電導性高分子の精製法
JPH04268331A (ja) * 1991-02-25 1992-09-24 Fuji Xerox Co Ltd 自己ドーピング機能を有する導電性重合体の製造方法
JPH0971643A (ja) * 1995-07-04 1997-03-18 Nitto Chem Ind Co Ltd 高純度可溶性アニリン系導電性ポリマー及びその製造方法
JPH10259249A (ja) * 1997-03-19 1998-09-29 Toyobo Co Ltd ポリアニリンの精製方法
JP2005536595A (ja) * 2002-08-23 2005-12-02 イー・アイ・デュポン・ドウ・ヌムール・アンド・カンパニー 導電性ポリアニリンの安定な水性分散系の直接製造方法
WO2006006459A1 (ja) * 2004-07-09 2006-01-19 Nissan Chemical Industries, Ltd. オリゴアニリン化合物の精製方法およびオリゴアニリン化合物
WO2006087969A1 (ja) * 2005-02-16 2006-08-24 Nissan Chemical Industries, Ltd. 固有導電性高分子の有機溶媒分散液の製造方法

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