JPH0739474B2 - ポリフエニレン膜の製造方法 - Google Patents

ポリフエニレン膜の製造方法

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JPH0739474B2
JPH0739474B2 JP60271078A JP27107885A JPH0739474B2 JP H0739474 B2 JPH0739474 B2 JP H0739474B2 JP 60271078 A JP60271078 A JP 60271078A JP 27107885 A JP27107885 A JP 27107885A JP H0739474 B2 JPH0739474 B2 JP H0739474B2
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利幸 大澤
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G2261/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
    • C08G2261/30Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain
    • C08G2261/31Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain incorporating aromatic structural elements in the main chain
    • C08G2261/312Non-condensed aromatic systems, e.g. benzene

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  • Polyoxymethylene Polymers And Polymers With Carbon-To-Carbon Bonds (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、膜状ポリフェニレンの電気化学的な製造方法
に関する。
従来技術 ポリフェニレン膜は、安定でかつ耐熱性が高く、p,n型
ドーピングが可能であり、耐熱性高分子材料、導電性高
分子材料として注目されている。ポリフェニレン類は、
有機化学的合成法、電気化学的合成法で得られるが、前
者は生成物が粉状であって膜状にするためには焼結法等
により成形加工をしなければならない。ベンゼンまたは
その誘導体より直接膜状ポリフェニレンを合成する方法
としては、たとえばJ.Polym.Sci.A−1,4,511(1966)に
HF−ベンゼンの2相系での電解合成が;米国特許明細書
第3,437,569号明細書、同第3,437,570号明細書にはメシ
チレン:HCl:2AlCl3系での電解合成が;Electrochem.Act
a.,27,61(1982)には液体SO2中での電解合成が;Electr
ochem.Acta.,129,1950(1982)にはHF/SbF5スーパーア
シッド存在下での電解合成が;J.Chem.Soc.,Chem.Commu
n.,1199(1984)にはAlCl3存在下での電解合成が報告さ
れている。また、Journal of Polymer Science:polymer
Chemistry Edition,Vol.21,3035−3040(1983)には、
HF/ベンゼン系により得られるポリフェニレン膜がアモ
ルファスであることが報告されている。
しかしながら、これらの従来法では、得られる膜の均質
性や膜の厚膜化などの点で未だ十分ではなかった。
本発明者らは、先に、ポリフェニレン類を負極活物質と
して用いる電池を提案し(特願昭60−172035号)、この
中でフリーデル−クラフツ型触媒を用いる重合系が膜状
ポリフェニレンを得るのに有効であることを述べた。Fe
Cl3,AlCl3,ZnCl2,AlBr3などのルイス酸あるいは錯体が
系の中で電解質塩として働き、少なくともモノマー(ベ
ンゼンまたはその誘導体)、溶媒、電解質からなる系で
重合できることを示した。
発明の目的 本発明は、より均質で、しかも結晶性のポリフェニレン
膜を製造することを目的とする。
発明の構成 本発明のポリフェニレン膜の製造方法は、ベンゼンまた
はその誘導体を電気化学的に重合して膜状ポリフェニレ
ンを製造する方法において、前記重合を三フッ化ホウ素
の錯体の存在下で行うことを特徴とする。
モノマー、溶媒および電解質からなる電解重合系におい
ては、電解質の種類により、得られるポリフェニレン膜
の膜質が大きく変化する。本発明者らは、この電解重合
系について鋭意検討した結果、ルイス酸として三フッ化
ホウ素の錯体を用いることにより、従来技術に比べてよ
り均質に、より厚膜で結晶性のポリフェニレンを得るこ
とができ、しかも、安定な重合系を実現できることを見
い出した。
三フッ化ホウ素の錯体の具体例としては、BF3メタノー
ル錯体、BF3エタノール錯体、BF3プロパノール錯体、BF
3ジメチルエーテル錯体、BF3ジエチルエーテル錯体、BF
3フェノール錯体、また、電解液中でBF3の錯体を形成せ
しめてもよい。
電解液溶媒としては、たとえば、アセトニトリル、ベン
ゾニトリル、プロピレンカーボネート、γ−ブチロラク
トン、ジクロルメタン、ジクロルエタン、ジメチルホル
ムアミド、ニトロメタン、ニトロエタン、ニトロベンゼ
ンなどの非プロトン性溶媒を挙げることができる。
本発明の電解重合における最も好ましい系としては、ル
イス酸としてBF3エーテル錯体を用い、溶媒としてニト
ロメタン、ニトロエタン、ニトロベンゼン、ジクロルエ
タン、ジクロルメタンなどのドナー性の低い溶媒(ドナ
ー数約10以下)を用いたものが挙げられ、この系により
いっそう良質の膜状ポリフェニレンが得られる。
モノマーとしては、ベンゼンあるいはその誘導体である
ジフェニル、α−ターフェニル、m−ターフェニル、o
−ターフェニルなど、あるいはそのハロゲン(F,Cl,Br,
I)および/またはアルキル(炭素数1〜3)の置換体
を挙げることができる。なお、上記置換体の膜は未置換
の重合体膜を作成した後、その重合体膜に置換基を付加
して製造することが好ましい。
電気化学的方法は、一般的には例えば、J.Electrochem.
Soc.Vol.130,No.7.1506〜1509(1983);Electrochem.Ac
ta.Vol.27,No.1.61〜65(1982),J.Chem,Commun;1199〜
(1984)などで示されている。本発明においては、上記
のルイス酸とモノマーとを溶媒に溶かした電解液を所定
の電解槽に入れた後、電極を浸漬し、電流を通して、陽
極酸化により電解重合反応させることによって行われ
る。
さらに必要に応じて、電解重合系に電解質塩や他の触媒
を添加することもできる。電解質塩としては、LiPF6,Li
SbF6,LiAsF6,LiClO4,NaClO4,KI,KPF6,KSbF6,KClO4,AgBF
4,NaBF4,NaAsF6,NaPF6,〔(n−Bu)4N]AsF6,〔n−B
u)4N〕ClO4,LiAlClなどが例示される。ここで、Buはブ
チル基を示す。
電界重合系は水分をできるだけ除去することが好まし
く、また、、露点−30℃以下の雰囲気下に重合すること
が好ましく、これにより重合液の寿命(ポットライフ)
を延ばすことができる。しかしながら、得られるポリフ
ェニレン膜の膜質は、空気中で電界重合を行っても大き
な影響は受けない。これに対して、代表的なフリーデル
ークラフツ触媒であるAlCl3を用いて電解重合を行った
場合には、膜質は雰囲気の影響を大きく受ける。
電解重合時の電極を構成する材料としては、例えばAu,P
t,Ni等の金属、SnO2,In2O3などの金属酸化物、これらの
複合電極またはコーティング電極を挙げることができ、
特に金属酸化物を陽極に用いると、強いポリフェニレン
膜が得られるので好ましい。
電解としては、定電圧電解、定電流電解、定電位電解の
いずれも可能であるが、定電流、定電位による電解が適
しており、特に量産の面から言えば定電流電解が好まし
い。
電流密度の調整は、膜のモルフォロジーに大きな影響を
与えるので重要であり、電解液の成分の組合せによって
微妙に変化する。
本発明の製造方法では、電解重合時に三フッ化ホウ素あ
るいはフッ素などの有毒ガスが発生することがなく、安
全かつ安定な製造が可能である。
成長直後の膜には、BF3のようなガス状ドーパントが含
まれるが、洗浄によりあるいは電気化学的に容易に除去
することができる。また、このように脱ドープした膜
に、新たなドーパントをドープすることができる。これ
は、たとえば、I2、Br2、Cl2、AsF5、SbF5などのルイス
酸、FSO3H、HNO3、CF3SO3H、H2SO4、SO3などのブレンス
テッド酸によるドーピング、あるいはLi+、Na+、K+、Ag
+、EtH4 +、Bu4N+などのカチオンと、ClO4 -、BF4 -、P
F6 -、AsF6 -などのアニオンとの組合せからなる塩を溶解
させた電解質溶液中における電気化学的ドーピングなど
により、行うことができる。
得られたポリフェニレン膜は、自己保持性の良い均質な
膜であり、かつ、結晶性を有するものである。さらに、
ドーピングにより導電性を高めることができ、電極材
料、半導体材料、エレクトロクロミック材料、電磁シー
ルド材料、非線形光学材料等への各種応用が可能であ
る。
発明の効果 本発明によれば、ルイス酸として三フッ化ホウ素の錯体
を用いて電解重合することにより、均質で結晶性を有す
るポリフェニレン膜が得られ、また、容易に厚膜を得る
こともできる。さらにドーピングにより高導電性を付与
することもできる。
実施例1 第1図に示したように、ネサガラス(30Ω/cm2)を陽極
11、にNiを陰極13に用いた電解槽15に、ベンゼン(0.1
モル)と三フッ化ホウ素ジエチルエーテル錯体(0.2モ
ル)とをニトロベンゼンに溶かした電解液17をいれ、5m
A/cm2の定電流電解を行って、ポリフェニレン膜19を製
造した。
得られたポリフェニレン膜は、膜厚55μmで、導電率σ
=0.72S/cm(成長直後)であった。また、このポリフェ
ニレン膜のIRスペクトルを第3図に示した。
さらに、得られた膜を水洗し、BF3を脱ドープした。こ
の脱ドープポリフェニレン膜のX線回折図を第2図に、
また、IRスペクトルを第4図に示した。X線回折の結
果、44度付近に結晶性に起因する強いX線ピークが検知
された。IR吸収スペクトルの結果、700〜800cm-1,1500
〜1700cm-1にフェニレンポリマーに起因する吸収が見ら
れ、共役鎖は長く成長している。
実施例2 実施例1と同じ電解槽に、ベンゼン(0.1モル)と三フ
ッ化ホウ素ジエチルエーテル錯体(0.2モル)とをニト
ロベンゼンに溶かした液をいれた後、Arガス雰囲気下
(O2:1ppm以下、露点:−81℃)に1mA/cm2の定電流電解
を行って、ポリフェニレン膜を製造した。ベンゼン、ニ
トロベンゼンは、モレキュラシーブで脱水した後、真空
蒸留を行ったものを使用した。
膜厚:42μm 導電率σ:0.72×10-2S/cm(成長直後) 実施例3 実施例1と同じ電解槽に、ジフェニル(0.1モル),三
フッ化ホウ素ジメチルエーテル錯体(0.2モル),(Bu4
N)・BF(0.1モル)とを順次ニトロベンゼンに溶かした
液をいれた後、10Vの定電圧電解を行って、ポリフェニ
レン膜を製造した。
膜厚:12μm 実施例4 実施例1と同じ電解槽に、ベンゼン(0.1モル)三フッ
化ホウ素ジエチルエーテル錯体(0.1モル)とをジクロ
ルメタンに溶かした液をいれた後、空気中で7mA/cm2
定電流電解を行って、ポリフェニレン膜を製造した。
膜厚:38μm 導電率σ:2.6×10-2S/cm(成長直後) 比較例1 実施例1と同じ電解槽に、ベンゼン(0.1モル)と無水
塩化アルミニウム(0.2モル)とをニトロメタンに溶か
した液をいれた後、25mA/cm2の定電流電解を行って、ポ
リフェニレン膜を製造した。
膜厚:60μm 比較例2 実施例1と同じ電解槽に、ベンゼン(0.1モル)と無水
塩化アルミニウム(0.2モル)とをニトロベンゼンに溶
かした液をいれた後、2mA/cm2の定電流電解を行って、
ポリフェニレン膜を製造した。
このとき、ベンゼン、ニトロメタンは予め水素化カルシ
ウムで脱水処理した後真空蒸留したものを用いた。
膜厚:36μm 導電率σ:2.0×10-4S/cm 実施例1、比較例1および比較例2の成長面および電極
接触面の電子顕微鏡写真を第4図以降に示す(第1
表)。
実施例のポリフェニレン膜は大気中で重合した場合にも
均質であることが判る。
これに対して、大気中でAlCl3を用いて重合した比較例
1は非常に不均質である。脱水処理し、さらに真空蒸留
した電解液を用いることにより(比較例2)、多少改善
されるが、未だ不均質である。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明のポリフェニレン膜の電解重合につい
て示す説明図である。 第2図は本発明の実施例のポリフェニレン膜のX線回折
図を示し、第3図および第4図はIRスペクトルを示す。 第5A図および第5B図は本発明の実施例のポリフェニレン
膜の電子顕微鏡写真であり、第6A図,第6B図および第7A
図〜第7B図は比較例の電子顕微鏡写真である。 11……陽極、13……陰極、17……電解液 19……ポリフェニレン膜

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ベンゼンまたはその誘導体を電気化学的に
    重合して膜状ポリフェニレンを製造する方法において、
    前記重合を三フッ化ホウ素の錯体の存在下で行うことを
    特徴とするポリフェニレン膜の製造方法。
JP60271078A 1985-05-27 1985-12-02 ポリフエニレン膜の製造方法 Expired - Lifetime JPH0739474B2 (ja)

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US07/219,869 US4935319A (en) 1985-05-27 1988-07-12 Organic secondary battery
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