説明

導電性ポリアニリン組成物、その製造方法及びそれから得られる成形体

【課題】安全性の高い導電性ポリアニリン組成物を提供する。
【解決手段】実質的に水と混和しない有機溶剤に溶解している、(a)プロトネーションされた置換又は未置換ポリアニリン複合体、及び(b)芳香族アルコール性水酸基を有する化合物を含む導電性ポリアニリン組成物。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、新規な導電性ポリアニリン組成物、その製造方法及びそれから得られる成形体に関し、特に安全性に優れる導電性ポリアニリン組成物に関する。
【0002】
ポリアニリンは、導電性高分子の1つとして周知の材料である。ポリアニリンは、その電気的な特性に加え、安価なアニリンから比較的簡便に合成でき、且つ導電性を示す状態で、空気等に対して優れた安定性を示すという利点及び特性を有する。
【0003】
ポリアニリンの製造方法としては、アニリン又はアニリン誘導体を電解酸化重合する方法又は化学酸化重合する方法が知られている。
【0004】
電解酸化重合では、電気的特性等に優れたフィルムが得られるが、一般に、化学酸化重合に比べて製造コストが高く、大量生産には適しておらず、複雑な形状の成形体を得ることも困難である。
【0005】
一方、化学酸化重合によって導電性のアニリン又はアニリン誘導体の重合体を得るためには、一般に、非導電性塩基状態(いわゆるエメラルディン塩基状態)で得られるポリアニリンにドーパント(ドーピング剤)を加えてプロトネーションする工程を必要とする。しかしながら、非導電性塩基状態のポリアニリンは大部分の有機溶剤に殆ど溶解しないため、工業的な製造に適するものではない。さらに、プロトネーション後に生成する導電性のポリアニリン(いわゆるエメラルディン塩状態)は、実質的に不溶不融であり、導電性の複合材料及びその成形体を簡便に製造することは難しい。
【0006】
上記の問題に対し、本発明者らは、製造や取り扱いが容易な可溶性の導電性ポリアニリン複合体及びその組成物を開発している(特許文献1)。しかもこのポリアニリン組成物は高い電気伝導率を有している。
【特許文献1】国際公開第2005/052058パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
特許文献1に記載のポリアニリン組成物は優れた性質を有するものであるが、原料として使用するフェノール性化合物は毒性が高く安全性に問題があった。
従って、本発明は、安全性の高い導電性ポリアニリン組成物を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明によれば、以下の導電性ポリアニリン組成物等が提供される。
1.実質的に水と混和しない有機溶剤に溶解している、(a)プロトネーションされた置換又は未置換ポリアニリン複合体、及び
(b)芳香族アルコール性水酸基を有する化合物
を含む導電性ポリアニリン組成物。
2.組成物全体に占める(b)芳香族アルコール性水酸基を有する化合物のモル数濃度が、0.01mol/L〜5mol/Lの範囲である1記載の導電性ポリアニリン組成物。
3.(a)プロトネーションされた置換又は未置換ポリアニリン複合体の、前記有機溶剤に対する濃度が、0.01〜300g/Lの範囲である1又は2記載の導電性ポリアニリン組成物。
4.(a)プロトネーションされた置換又は未置換ポリアニリン複合体に占める、置換又は未置換ポリアニリンの含有率が、20重量%〜70重量%である1〜3のいずれかに記載の導電性ポリアニリン組成物。
5.(a)プロトネーションされた置換又は未置換ポリアニリン複合体は、置換又は未置換ポリアニリンが、下記式(I)
HXARn (I)
{式中、Xは、酸性基であり、Aは、置換基を含んでもよい炭化水素基であり、Rは、それぞれ独立して、−R、−OR、−COR、−COOR、−CO(COR)、又は−CO(COOR)[ここで、Rは炭素数が4以上の置換基を含んでもよい炭化水素基、シリル基、−(RO)x−R基、又は−(OSiR)x−OR基(Rはアルキレン基、Rはそれぞれ同一でも異なってもいてもよい炭化水素基であり、xは1以上の整数である)である]であり、nは2以上の整数である}
で示される有機プロトン酸によってプロトネーションされてなる1〜4のいずれかに記載の導電性ポリアニリン組成物。
6.式(I)で示される有機プロトン酸が、下記式(II)
HXCR(CRCOOR)COOR (II)
{式中、Xは、酸性基であり、R及びRは、それぞれ独立して水素原子、炭化水素基又はRSi−基(ここで、Rは、炭化水素基であり、3つのRは同一又は異なっていてもよい)であり、R及びRは、それぞれ独立して炭化水素基又は−(RO)−R10基[ここで、Rは炭化水素基又はシリレン基であり、R10は水素原子、炭化水素基又はR11Si−(R11は、炭化水素基であり、3つのR11は同一又は異なっていてもよい)であり、qは1以上の整数である]である}
で示される有機プロトン酸である5に記載の導電性ポリアニリン組成物。
7.式(II)で示される有機プロトン酸が、下記式(III)
HOSCH(CHCOOR12)COOR13 (III)
{式中、R12及びR13は、それぞれ独立して炭化水素基又は−(R14O)−R15基[ここで、R14は炭化水素基又はシリレン基であり、R15は水素原子、炭化水素基又はR16Si−基(ここで、R16は炭化水素基であり、3つのR16は同一又は異なっていてもよい)であり、rは1以上の整数である]である}
で示されるスルホコハク酸誘導体である6に記載の導電性ポリアニリン組成物。
8.(b)芳香族アルコール性水酸基を有する化合物が、ベンジルアルコール、及びo−、m−、p−及びα−置換ベンジルアルコールからなる群から選択される1〜7に記載の導電性ポリアニリン組成物。
9.実質的に水と混和しない有機溶剤が、炭化水素系溶剤、含ハロゲン系溶剤、及びエステル系溶剤からなる群から選択される1〜8のいずれかに記載の導電性ポリアニリン組成物。
10.(i)実質的に水と混和しない有機溶剤中、下記式(I’)
M(XARn)m (I’)
{式中、Mは、水素原子又は有機若しくは無機遊離基であり、Xは、酸性基であり、Aは、置換基を含んでもよい炭化水素基であり、Rは、それぞれ独立して、−R、−OR、−COR、−COOR、−CO(COR)、又は−CO(COOR)[ここで、Rは炭素数が4以上の置換基を含んでもよい炭化水素基、シリル基、(RO)x−R基又は−(OSiR)x−OR基(Rはアルキレン基、Rはそれぞれ同一でも異なってもいてもよい炭化水素基であり、xは1以上の整数である)である]であり、nは2以上の整数であり、mは、Mの価数である}
で示される有機プロトン酸又はその塩の存在下で、置換又は未置換アニリンを化学酸化重合させて、前記有機溶剤に可溶の(a)プロトネーションされた置換又は未置換ポリアニリン複合体を得る工程、及び
(ii)実質的に水と混和しない有機溶剤に溶解している、該(a)プロトネーションされた置換又は未置換ポリアニリン複合体に、(b)芳香族アルコール性化合物を添加する工程
を含む導電性ポリアニリン組成物の製造方法。
11.1〜9のいずれかに記載の導電性ポリアニリン組成物を成形してなる導電性成形体。
12.1〜9のいずれかに記載の導電性ポリアニリン組成物を、基材に塗布してなる表面導電性物品。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、安全性の高い導電性ポリアニリン組成物を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0010】
本発明の導電性ポリアニリン組成物(以下、本発明の組成物という)は、実質的に水と混和しない有機溶剤に溶解している、(a)プロトネーションされた置換又は未置換ポリアニリン複合体、及び(b)芳香族アルコール性水酸基を有する化合物を含むことを特徴とする。
【0011】
本発明の組成物で用いる(b)芳香族アルコール性水酸基を有する化合物(以下、(b)芳香族アルコール性化合物という)は、特に限定されず、一般式Ar(CR21)nCR22OH(ここで、Arはアリール基又は置換アリール基であり、R21、R22は水素又は炭化水素基であり、nは0以上の整数である)で示される化合物である。例えば、ベンジルアルコール及びo−,m−、p−、α−置換ベンジルアルコールが挙げられる。具体的には、o−,m−若しくはp−メチルベンジルアルコール、o−,m−若しくはp−エチルベンジルアルコール、o−,m−若しくはp−プロピルベンジルアルコール、o−,m−若しくはp−ブチルベンジルアルコール等の炭化水素基置換ベンジルアルコール、o−,m−若しくはp−クロロベンジルアルコール等のハロゲン置換ベンジルアルコール、o−,m−若しくはp−メトキシベンジルアルコール等のアルコキシ又はアリーロキシ置換ベンジルアルコールを例示できる。これらの芳香族環は、複数の同一又は異なる置換基で、置換されていてもよい。また、α−フェネチルアルコール等のα位置換ベンジルアルコール、β−フェネチルアルコール等も例示できる。
【0012】
好適な芳香族アルコール性化合物は以下の式で表すことができる。
【化1】

[式中、R’は炭素数1〜4のアルキル基、アルコキシ基,ハロゲン又は水素であり、tは0又は1である。]
【0013】
本発明の組成物において、(b)芳香族アルコール性化合物は、溶媒ではなく、ドーパントとして存在している。(b)芳香族アルコール性化合物がドーパントであることは、(1)(b)芳香族アルコール性化合物を添加した本発明の組成物から製造した成形体は、これを添加しない成形体に比べて電気伝導率が非常に高いこと(実施例及び比較例参照)、及び(2)有機溶剤を除去した後の、(b)芳香族アルコール性化合物を含む本発明の導電性ポリアニリン組成物から得られる成形体と(b)芳香族アルコール性化合物を含まないポリアニリン組成物から得られる成形体とが、異なるUV−vis(紫外可視)スペクトルを示すことによって裏付けられ、有機溶剤を除去した後の成形体中に(b)芳香族アルコール性化合物が残存していることは明らかである。すなわち、(b)芳香族アルコール性化合物が単なる溶剤であれば、成形体を形成するときに、熱を加えることによって容易に揮発して除去される。しかしながら、ドーパントとして存在しているときには帯電しており、そのためポリアニリンから除去するには、大きなエネルギーを必要とし、揮発させる程度の加熱では除去されないのである。
【0014】
本発明の組成物における(b)芳香族アルコール性化合物の添加量は、上記(a)プロトネーションされた置換又は未置換ポリアニリン複合体に対して、通常0.01〜1000質量%、好ましくは0.5〜500質量%の範囲である。
また、組成物全体では(b)芳香族アルコール性水酸基を有する化合物のモル数濃度が、0.01mol/L〜5mol/Lの範囲であることが好ましい。この化合物の添加量が少なすぎると、電気伝導率の改善効果が得られないおそれがある。また、多すぎる場合にも、組成物の均一性が損なわれたり、揮発除去する際に多大な熱や時間等の労力を必要とし、結果として、透明性や電気特性が損なわれた材料となるおそれがある。
【0015】
本発明の組成物で用いる上記(a)プロトネーションされた置換又は未置換ポリアニリン複合体(以下、(a)ポリアニリン複合体という)としては、置換又は未置換ポリアニリン(以下、単にポリアニリンという)が、下記式(I)
HXARn (I)
で示される有機プロトン酸(以下、有機プロトン酸(I)という)によってプロトネーションされてなるものが好ましい。
【0016】
置換ポリアニリンの置換基としては、例えば、メチル基、エチル基、ヘキシル基、オクチル基等の直鎖又は分岐の炭化水素基、メトキシ基、フェノキシ基等のアルコキシル基、アリーロキシ基、CF基等の含ハロゲン炭化水素基等が挙げられる。
【0017】
本発明において、置換又は未置換ポリアニリンの重量平均分子量は、20,000g/mol以上の高分子量体であることが好ましい。これにより組成物から得られる導電性物品の強度や延伸性を向上することができる。
尚、ポリアニリンの分子量は、ゲルパーミェションクロマトグラフィ(GPC)により測定したものである。測定方法の詳細は、後述する実施例に記載する。
【0018】
上記式(I)において、Xは、酸性基であり、例えば、−SO基、−PO2−基、−PO(OH)基、−OPO2−基、−OPO(OH)基、−COO基等が挙げられ、−SO基が好ましい。
Aは、置換基を含んでもよい炭化水素基であり、例えば、炭素数1〜24の直鎖若しくは分岐状のアルキルやアルケニル基、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチル、シクロオクチル、メンチル等の置換基を含んでいてもよいシクロアルキル基、ビシクロヘキシル、ノルボルニル、アダマンチル等の縮合してもよいジシクロアルキル基若しくはポリシクロアルキル基、フェニル、トシル、チオフェニル、ピローリニル、ピリジニル、フラニル等の置換基を含んでいてもよい芳香環を含むアリール基、ナフチル、アントラセニル、フルオレニル、1,2,3,4−テトラヒドロナフチル、インダニル、キノリニル、インドニル等の縮合していてもよいジアリール基若しくはポリアリール基、アルキルアリール基等が挙げられる。
Rは、それぞれ独立して、−R、−OR1、−COR、−COOR、−CO(COR)、又は−CO(COOR)である。ここで、Rは炭素数が4以上の置換基を含んでもよい炭化水素基、シリル基、−(R2O)x−R基、又は−(OSiR)x−OR基(Rはアルキレン基、Rはそれぞれ同一でも異なってもいてもよい炭化水素基であり、xは1以上の整数である)である。Rが炭化水素基である場合の例としては、直鎖若しくは分岐のブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ドデシル基、ペンタデシル基、エイコサニル基等が挙げられる。
nは2以上の整数である。
【0019】
式(I)で示される化合物としては、ジアルキルベンゼンスルフォン酸、ジアルキルナフタレンスルフォン酸、下式(II)で表される化合物が好ましく利用できる。
HXCR(CRCOOR)COOR (II)
上記式(II)において、Xは、酸性基であり、例えば、−SO基、−PO2−基、−PO(OH)基、−OPO2−基、−OPO(OH)基、−COO基等が挙げられ、−SO基が好ましい。
【0020】
及びRは、それぞれ独立して水素原子、炭化水素基又はRSi−基(ここで、Rは、炭化水素基であり、3つのRは同一又は異なっていてもよい)である。R及びRが炭化水素基である場合の炭化水素基としては、炭素数1〜24の直鎖若しくは分岐状のアルキル基、芳香環を含むアリール基、アルキルアリール基等が挙げられる。Rが炭化水素基である場合の炭化水素基としては、R及びRの場合と同様である。
【0021】
及びRは、それぞれ独立して炭化水素基又は−(RO)−R10基[ここで、Rは炭化水素基又はシリレン基であり、R10は水素原子、炭化水素基又はR11Si−(R11は、炭化水素基であり、3つのR11は同一又は異なっていてもよい)であり、qは1以上の整数である]である。R及びRが炭化水素基である場合の炭化水素基としては、炭素数1〜24、好ましくは炭素数4以上の直鎖若しくは分岐状のアルキル基、芳香環を含むアリール基、アルキルアリール基等が挙げられ、R及びRが炭化水素基である場合の炭化水素基の具体例としては、例えば、直鎖又は分岐状のブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、デシル基等が挙げられる。
【0022】
及びRにおける、Rが炭化水素基である場合の炭化水素基としては、炭素数1〜24の直鎖若しくは分岐状のアルキレン基、芳香環を含むアリーレン基、アルキルアリーレン基、アリールアルキレン基等である。また、R及びRにおける、R10及びR11が炭化水素基である場合の炭化水素基としては、R及びRの場合と同様であり、qは、1〜10であることが好ましい。
【0023】
及びRが−(RO)−R10基である場合の具体例としては、例えば、
【化2】

(式中、Xは−SO基等である)で示される基が挙げられる。
【0024】
上記有機プロトン酸(II)は、下記式(III)で示されるスルホコハク酸誘導体(以下、スルホコハク酸誘導体(III)という)であることが更に好ましい。
HOSCH(CHCOOR12)COOR13 (III)
上記式(III)において、R12及びR13は、それぞれ独立して炭化水素基又は−(R14O)−R15基[ここで、R14は炭化水素基又はシリレン基であり、R15は水素原子、炭化水素基又はR16Si−基(ここで、R16は炭化水素基であり、3つのR16は同一又は異なっていてもよい)であり、rは1以上の整数である]である。
【0025】
12及びR13が炭化水素基である場合の炭化水素基としては、R及びRと同様である。
【0026】
12及びR13において、R14が炭化水素基である場合の炭化水素基としては、上記Rと同様である。また、R12及びR13において、R15及びR16が炭化水素基である場合の炭化水素基としては、上記R及びRと同様である。
【0027】
rは、1〜10であることが好ましい。
【0028】
12及びR13が−(R14O)−R15基である場合の具体例としては、R及びRにおける−(RO)−R10と同様である。
【0029】
12及びR13が炭化水素基である場合の炭化水素基としては、R及びRと同様であり、ブチル基、ヘキシル基、2−エチルヘキシル基、デシル基等が好ましい。
【0030】
上記有機プロトン酸(I)は、ポリアニリンをプロトネーションする機能を有し、(a)ポリアニリン複合体中においては、ドーパント(カウンターアニオン)として存在している。すなわち、本発明の組成物においては、上記有機プロトン酸(I)、及び上記(b)芳香族アルコール性化合物の2種類の化合物がドーパントとして機能する。上記有機プロトン酸(I)は、本発明の組成物中では、陽イオンとして存在していると考えられる。
【0031】
(a)ポリアニリン複合体において、ポリアニリンと有機プロトン酸(I)との組成比については特に限定されないが、ポリアニリンのモノマーユニット/有機プロトン酸(I)のモル比は、通常0.1〜2、好ましくは0.1〜0.5である。有機プロトン酸(I)の割合が少なすぎると、電気伝導率が高くならない。また、多すぎる場合にも、成形品の電気特性を支配するポリアニリンの割合が少なくなり電気伝導率は低下する。プロトン酸の分子量により、重量組成比は変化するが、(a)プロトネーションされた置換又は未置換ポリアニリン複合体中に、置換又は未置換ポリアニリンを20重量%〜70重量%を含む複合体である場合に、高い電気特性を示すので好ましい。
【0032】
本発明の組成物で用いる実質的に水と混和しない有機溶剤(以下、水不混和性有機溶剤という)としては、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、テトラリン等の炭化水素系溶剤;塩化メチレン、クロロホルム、四塩化炭素、ジクロロエタン、トリクロロエタン、テトラクロロエタン等の含ハロゲン系溶剤;酢酸エチル等のエステル系溶剤等が挙げられ、トルエン、キシレン、クロロホルム、トリクロロエタン、酢酸エチル等が好ましい。
【0033】
本発明の組成物において、水不混和性有機溶剤中の(a)ポリアニリン複合体の割合は、水不混和性有機溶剤の種類によるが、通常、900g/L以下であり、好ましくは0.01〜300g/L以下の範囲である。(a)ポリアニリン複合体の含有量が多すぎると、溶液状態が保持できなくなり、成形体を成形する際の取り扱いが困難になり、成形体の均一性が損なわれ、ひいては成形体の電気特性や機械的強度、透明性の低下を生じる恐れがある。
【0034】
本発明の導電性ポリアニリン組成物は、
(i)実質的に水と混和しない有機溶剤中、下記式(I’)
M(XARn)m (I’)
{式中、
Mは、水素原子又は有機若しくは無機遊離基であり、
Xは、酸性基であり、
Aは、置換基を含んでもよい炭化水素基であり、
Rは、それぞれ独立して、−R、−OR1、−COR、−COOR、−CO(COR)、−CO(COOR)[ここで、Rは炭素数が4以上の置換基を含んでもよい炭化水素基、シリル基、−(RO)x−R基、又は−(OSiR)x−OR基(Rはアルキレン基、Rはそれぞれ同一でも異なってもいてもよい炭化水素基であり、xは1以上の整数である)である]であり、
nは2以上の整数であり、
mは、Mの価数である}
で示される有機プロトン酸又はその塩の存在下で、置換又は未置換アニリンを化学酸化重合させて、上記有機溶剤に可溶の(a)プロトネーションされた置換又は未置換ポリアニリン複合体を得る工程、及び
(ii)実質的に水と混和しない有機溶剤に溶解している、該(a)プロトネーションされた置換又は未置換ポリアニリン複合体に、(b)芳香族アルコール性水酸基を有する化合物を添加する工程
を含むことを特徴とする導電性ポリアニリン組成物の製造方法で製造することが好ましい。
【0035】
ポリアニリン複合体は、化学酸化重合法や電解重合法により製造できる。
好ましくは、実質的に水と混和しない有機溶剤中、上記式(I)で示される有機プロトン酸又はその塩の存在下で、置換又は未置換アニリンを化学酸化重合させる。
化学酸化重合法や電解重合法の具体的な製造条件については、上述した国際公開第2005/052058を参照できる。
【0036】
上記式(I’)において、Mは、水素原子又は有機若しくは無機遊離基である。有機遊離基としては、例えば、ピリジニウム基、イミダゾリウム基、アニリニウム基等が挙げられ、無機遊離基としては、例えば、ナトリウム、リチウム、カリウム、セリウム、アンモニウム等が挙げられる。mは、Mの価数である。
X、A、R、nは上記式(I)と同じである。
【0037】
式(I’)で示される化合物としては、ジアルキルベンゼンスルフォン酸、ジアルキルナフタレンスルフォン酸、スルホフタール酸エステル、下式(II’)で表される化合物が好ましく利用できる。
M(XCR(CRCOOR)COOR (II’)
上記式(II’)において、Mは、式(I’)と同じである。X、R、R、R、Rは、上記式(II)と同じである。pは、上記Mの価数である。
【0038】
上記有機プロトン酸又はその塩(II’)は、下記式(III’)で示されるスルホコハク酸誘導体(以下、スルホコハク酸誘導体(III’)という)であることが更に好ましい。
M(OSCH(CHCOOR12)COOR13 (III’)
上記式(III’)において、M及びmは、上記式(I’)と同じである。R12及びR13は、上記式(III)と同じである。
【0039】
本発明で用いる有機プロトン酸(I)又はその塩(I’)は、公知の方法を用いて製造することができる。例えば、スルホフタール酸誘導体又は、スルホコハク酸誘導体と、所望のアルコールとの反応により、対応するスルホフタール酸エステル誘導体又は、コハク酸エステル誘導体を得ることができる。また、マレイン酸エステルを亜硫酸水素ナトリウム等でヒドロスルホニル化することによっても、対応するスルホコハク酸エステル誘導体を得ることも知られている。
【0040】
有機プロトン酸(I)又はその塩(I’)は、市販のものを用いることもできる。市販品の例としては、例えば、エーロゾルOT(ジイソオクチルスルホコハク酸ナトリウム(Diisooctyl Sodium Sulfosuccinate);和光純薬工業社製)、リパール87OP(ライオン株式会社製)等が挙げられる。市販品では、純度の異なるものがあるが、必要に応じて選択して利用することができる。
【0041】
水不混和性有機溶剤に溶解している(a)ポリアニリン複合体、及び(b)芳香族アルコール性化合物を含む本発明の組成物(導電性ポリアニリン組成物)を得るには、水不混和性有機溶剤に溶解した状態の(a)ポリアニリン複合体に、(b)芳香族アルコール性化合物を添加する。具体的には、(b)芳香族アルコール性化合物を、固体状態又は液状で加えても、水不混和性溶剤中に溶解又は懸濁した状態で添加してもよい。好ましくは、添加後も溶解した状態になるように適切な溶剤添加法を選択する。
【0042】
次に、本発明の導電性成形体(以下、本発明の成形体という)は、上記本発明の組成物(導電性ポリアニリン組成物)を成形してなることを特徴とする。
本発明の組成物から得られる成形体は、組成物に比べ電気伝導率等の電気的特性が向上している。
【0043】
本発明の組成物には、目的に応じて他の樹脂材料;無機材料、硬化剤、可塑剤等のその他の配合剤を添加してもよい。
【0044】
他の樹脂材料は、例えば、バインダー基材や可塑剤、マトリックス基材等の目的で添加され、その具体例としては、例えば、ポリエチレンやポリプロピレン、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキサイド、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸エステル、ポリメタクリル酸エステル、ポリビニルアルコール等が挙げられる。本発明の組成物は、他の樹脂材料を含む場合には、本発明の組成物は導電性複合材料となる。
【0045】
無機材料は、例えば、強度、表面硬度、寸法安定性その他の機械的物性の向上等の目的で添加され、その具体例としては、例えば、シリカ(二酸化ケイ素)、チタニア(酸化チタン)、アルミナ(酸化アルミニウム)等が挙げられる。
【0046】
硬化剤は、例えば、強度、表面硬度、寸法安定性その他の機械的物性の向上等の目的で添加され、その具体例としては、例えば、フェノール樹脂等の熱硬化剤、アクリレート系モノマーと光重合性開始剤による光硬化剤等が挙げられる。
【0047】
可塑剤は、例えば、引張強度や曲げ強度等の機械的特性の向上等の目的で添加され、その具体例としては、例えば、フタル酸エステル類やリン酸エステル類等が挙げられる。
【0048】
本発明の成形体は、上記の導電性ポリアニリン組成物を成形してなる。
【0049】
本発明の成形体の電導度は、例えば20S/cm以上の高い値を示す。
ここで、電導度は、ガラス基板上に本発明の組成物を展開し、二端子法、四端子法、四探針法、ファンデル・ポー法等の方法で測定することができる。尚、本明細書における電導度は、市販の抵抗率計であるロレスターGP(三菱化学社製;四探針法による)を使用して測定した値である。
【0050】
本発明の成形体は、単一の導電性組成物のみ、即ちポリアニリンベース組成物のみから構成されていても、また、導電性複合体を構成するいくつかのポリマーから構成されていてもよい。
【0051】
本発明の表面透明導電性物品は、水不混和性有機溶剤に溶解している、(a)ポリアニリン複合体、及び(b)芳香族アルコール性化合物を含む本発明の組成物を、所望の形状を有する、ガラスや樹脂フィルム、シート等の基材に塗布し、水不混和性有機溶剤を除去することによって製造できる。
【0052】
本発明の組成物を基材に塗布する方法としては、キャスト法、スプレー法、ディップコート法、ドクターブレード法、バーコード法、スピンコート法、スクリーン印刷、グラビア印刷法等、公知の一般的な方法を用いることができる。
【0053】
水不混和性有機溶剤を除去するには、加熱して有機溶剤を揮発させればよい。水不混和性有機溶剤を揮発させる方法としては、例えば、空気気流下250℃以下、好ましくは50〜200℃の温度で加熱し、さらに、必要に応じて、減圧下に加熱する。なお、加熱温度及び加熱時間は、特に制限されず、用いる材料に応じて適宜選択すればよい。
【0054】
本発明の組成物を基材に塗布し、水不混和性有機溶剤を除去して得られる薄膜は、基材を有しない自己支持型成形体とすることもできる。自己支持型成形体とする場合には、本発明の組成物に、ポリアニリン以外の上記他の樹脂材料を添加することにより、所望の機械的強度を有する成形体を得ることができる。
【0055】
本発明の成形体が膜又はフィルムである場合、これらの厚さは、通常1mm以下、好ましくは10nm〜50μmの範囲である。
【0056】
また、本発明の表面透明導電性物品の表面抵抗値は、10Ω/□以下であることが好ましい。
また、450nmの光線透過率は70%以上であることが好ましい。本発明では、芳香族アルコール性化合物を添加した組成物であり、その均一性故に、非常に透明性の高い導電性物品が得られる。
【実施例】
【0057】
<製造例1>
導電性ポリアニリン複合体の製造
和光純薬工業社製エーロゾルOT(ジイソオクチルスルホコハク酸ナトリウム、純度75%以上)144gをトルエン4Lに攪拌溶解し、窒素気流下においた30Lのガラス反応器(機械式攪拌器、ジャケット、温度計、滴下ロート付)に、この溶液を入れ、さらに150gの原料アニリンを加え、攪拌溶解した。
冷媒によるフラスコの攪拌冷却を開始し、1N塩酸12Lを溶液に添加した。
【0058】
次に溶液が−3℃に冷却された状態で、214gの薬品過硫酸アンモニウムを1N塩酸4Lに溶解した溶液を滴下ロートで滴下し、3時間10分で完了した。滴下開始から18時間30分の間、溶液内温を0℃±1℃に保ったまま攪拌を行った。その後、トルエン8Lを加え、溶液温度を19℃に上昇させ、静置した。
静置により二相に分離した水相(下相)を反応器下部から抜き出し、粗ポリアニリン複合体トルエン溶液を得た。
【0059】
さらに、この複合体溶液にイオン交換水4Lを加え攪拌した後、静置し、水相を分離した。この操作を再度行った後、1N塩酸水溶液4Lで同様に複合体溶液を洗浄し、静置後、酸性水溶液を分離して、ポリアニリン複合体のトルエン溶液を回収した。
この複合体溶液に含まれる若干の不溶物を#5Cの濾紙により除去し、トルエンに可溶なポリアニリン複合体のトルエン溶液を回収した。この溶液をエバポレーターに移し、60℃の湯浴で加温し、減圧することにより、揮発分を蒸発留去し、208gのポリアニリン複合体を得た。
【0060】
本ポリアニリン複合体から、揮発分を実質的に取り除いた場合の元素分析について以下に示す。
炭素:61.70重量%、水素:8.20重量%、窒素:3.90重量%、硫黄:5.50重量%、塩素:0.12重量%
アニリン原料に基づく窒素重量%とスルホコハク酸エステルに基づく硫黄重量%の比率から、本複合体中のアニリンモノマーユニット/スルホコハク酸エステルのモル分率は、0.62であった。また、このポリアニリン複合体中のポリアニリン骨格の重量平均分子量は、90,000g/molであった。
【0061】
尚、分子量測定は、ゲルパーミェションクロマトグラフィ(GPC)により決定した。具体的に、カラムとしてTOSOH TSK−GEL GMHHR−Hを使用し、0.01MのLiBr/N−メチルピロリドン溶液を使用し、60℃、流速0.35ml/分で測定を行った。試料は、0.2g/L溶液を100μL注入し、260nmのUVにて検出した。標準として、PS(ポリスチレン)換算法にて平均分子量を算出した。
【0062】
<実施例1>
(1)導電性ポリアニリン組成物の調製
上記<製造例1>で得た、導電性ポリアニリン複合体1gを20mlのトルエンに再度溶解し、均一な導電性ポリアニリン複合体溶液を調製し、さらに、ベンジルアルコール20mmolを添加して、ベンジルアルコール濃度が約0.88mol/Lの導電性ポリアニリン組成物を得た。
【0063】
(2)導電性ポリアニリン成形体の製造
上記(1)で得た導電性ポリアニリン組成物約1mlを、ガラス基板上、17mm×51mmの範囲に展開し、空気気流下80℃で60分間乾燥し、厚さ44μmの導電性塗布膜を作製し、ロレスターGP(三菱化学社製;四探針法による抵抗率計)を用いて電導度を測定した。得られた塗布膜の電導度は、43S/cmであった。
【0064】
<実施例2>
(1)導電性ポリアニリン組成物の調製
上記<製造例1>で得た、導電性ポリアニリン複合体1gを20mlのトルエンに再度溶解し、均一な導電性ポリアニリン複合体溶液を調製し、さらに、α−フェネチルアルコール17mmolを添加して、α−フェネチルアルコール濃度が約0.75mol/Lの導電性ポリアニリン組成物を得た。
【0065】
(2)導電性ポリアニリン成形体の製造
上記(1)で得た導電性ポリアニリン組成物約1mlを、ガラス基板上、17mm×51mmの範囲に展開し、空気気流下80℃で60分間乾燥し、厚さ35μmの導電性塗布膜を作製し、ロレスターGP(三菱化学社製;四探針法による抵抗率計)を用いて電導度を測定した。得られた塗布膜の電導度は、29S/cmであった。
【0066】
<実施例3>
(1)導電性ポリアニリン組成物の調製
上記<製造例1>で得た、導電性ポリアニリン複合体1gを20mlのトルエンに再度溶解し、均一な導電性ポリアニリン複合体溶液を調製し、さらに、m−クロロベンジルアルコール15.7mmolを添加して、m−クロロベンジルアルコール濃度が約0.72mol/Lの導電性ポリアニリン組成物を得た。
【0067】
(2)導電性ポリアニリン成形体の製造
上記(1)で得た導電性ポリアニリン組成物約1mlを、ガラス基板上、18mm×51mmの範囲に展開し、空気気流下80℃で60分間乾燥し、厚さ35μmの導電性塗布膜を作製し、ロレスターGP(三菱化学社製;四探針法による抵抗率計)を用いて電導度を測定した。得られた塗布膜の電導度は、39S/cmであった。
【0068】
<比較例1>
(1)導電性ポリアニリン組成物の調製
上記<製造例1>で得た、導電性ポリアニリン複合体1gを20mlのトルエンに再度溶解し、均一な導電性ポリアニリン複合体溶液を調製し、ベンジルアルコールを添加しなかった以外は、実施例1と同様に導電性ポリアニリン複合体溶液を調製した。
【0069】
(2)導電性ポリアニリン成形体の製造
上記(1)で得た導電性ポリアニリン組成物約1mlを、ガラス基板上、18mm×51mmの範囲に展開し、空気気流下80℃で60分間乾燥し、厚さ47.5μmの導電性塗布膜を作製し、ロレスターGP(三菱化学社製;四探針法による抵抗率計)を用いて電導度を測定した。得られた塗布膜の電導度は、6S/cmであった。
【産業上の利用可能性】
【0070】
本発明の導電性ポリアニリン組成物、成形体はパワーエレクトロニクス、オプトエレクトロニクス分野において、静電・帯電防止材料、透明電極や導電性フィルム材料、エレクトロルミネッセンス素子の材料、回路材料、コンデンサの誘電体・電解質、太陽電池や二次電池の極材料、燃料電池セパレータ材料等に利用できる。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
実質的に水と混和しない有機溶剤に溶解している、(a)プロトネーションされた置換又は未置換ポリアニリン複合体、及び
(b)芳香族アルコール性水酸基を有する化合物
を含む導電性ポリアニリン組成物。
【請求項2】
組成物全体に占める(b)芳香族アルコール性水酸基を有する化合物のモル数濃度が、0.01mol/L〜5mol/Lの範囲である請求項1記載の導電性ポリアニリン組成物。
【請求項3】
(a)プロトネーションされた置換又は未置換ポリアニリン複合体の、前記有機溶剤に対する濃度が、0.01〜300g/Lの範囲である請求項1又は2記載の導電性ポリアニリン組成物。
【請求項4】
(a)プロトネーションされた置換又は未置換ポリアニリン複合体に占める、置換又は未置換ポリアニリンの含有率が、20重量%〜70重量%である請求項1〜3のいずれかに記載の導電性ポリアニリン組成物。
【請求項5】
(a)プロトネーションされた置換又は未置換ポリアニリン複合体は、置換又は未置換ポリアニリンが、下記式(I)
HXARn (I)
{式中、Xは、酸性基であり、Aは、置換基を含んでもよい炭化水素基であり、Rは、それぞれ独立して、−R、−OR、−COR、−COOR、−CO(COR)、又は−CO(COOR)[ここで、Rは炭素数が4以上の置換基を含んでもよい炭化水素基、シリル基、−(RO)x−R基、又は−(OSiR)x−OR基(Rはアルキレン基、Rはそれぞれ同一でも異なってもいてもよい炭化水素基であり、xは1以上の整数である)である]であり、nは2以上の整数である}
で示される有機プロトン酸によってプロトネーションされてなる請求項1〜4のいずれかに記載の導電性ポリアニリン組成物。
【請求項6】
式(I)で示される有機プロトン酸が、下記式(II)
HXCR(CRCOOR)COOR (II)
{式中、Xは、酸性基であり、R及びRは、それぞれ独立して水素原子、炭化水素基又はRSi−基(ここで、Rは、炭化水素基であり、3つのRは同一又は異なっていてもよい)であり、R及びRは、それぞれ独立して炭化水素基又は−(RO)−R10基[ここで、Rは炭化水素基又はシリレン基であり、R10は水素原子、炭化水素基又はR11Si−(R11は、炭化水素基であり、3つのR11は同一又は異なっていてもよい)であり、qは1以上の整数である]である}
で示される有機プロトン酸である請求項5に記載の導電性ポリアニリン組成物。
【請求項7】
式(II)で示される有機プロトン酸が、下記式(III)
HOSCH(CHCOOR12)COOR13 (III)
{式中、R12及びR13は、それぞれ独立して炭化水素基又は−(R14O)−R15基[ここで、R14は炭化水素基又はシリレン基であり、R15は水素原子、炭化水素基又はR16Si−基(ここで、R16は炭化水素基であり、3つのR16は同一又は異なっていてもよい)であり、rは1以上の整数である]である}
で示されるスルホコハク酸誘導体である請求項6に記載の導電性ポリアニリン組成物。
【請求項8】
(b)芳香族アルコール性水酸基を有する化合物が、ベンジルアルコール、及びo−、m−、p−及びα−置換ベンジルアルコールからなる群から選択される請求項1〜7に記載の導電性ポリアニリン組成物。
【請求項9】
実質的に水と混和しない有機溶剤が、炭化水素系溶剤、含ハロゲン系溶剤、及びエステル系溶剤からなる群から選択される請求項1〜8のいずれかに記載の導電性ポリアニリン組成物。
【請求項10】
(i)実質的に水と混和しない有機溶剤中、下記式(I’)
M(XARn)m (I’)
{式中、Mは、水素原子又は有機若しくは無機遊離基であり、Xは、酸性基であり、Aは、置換基を含んでもよい炭化水素基であり、Rは、それぞれ独立して、−R、−OR、−COR、−COOR、−CO(COR)、又は−CO(COOR)[ここで、Rは炭素数が4以上の置換基を含んでもよい炭化水素基、シリル基、(RO)x−R基又は−(OSiR)x−OR基(Rはアルキレン基、Rはそれぞれ同一でも異なってもいてもよい炭化水素基であり、xは1以上の整数である)である]であり、nは2以上の整数であり、mは、Mの価数である}
で示される有機プロトン酸又はその塩の存在下で、置換又は未置換アニリンを化学酸化重合させて、前記有機溶剤に可溶の(a)プロトネーションされた置換又は未置換ポリアニリン複合体を得る工程、及び
(ii)実質的に水と混和しない有機溶剤に溶解している、該(a)プロトネーションされた置換又は未置換ポリアニリン複合体に、(b)芳香族アルコール性化合物を添加する工程
を含む導電性ポリアニリン組成物の製造方法。
【請求項11】
請求項1〜9のいずれかに記載の導電性ポリアニリン組成物を成形してなる導電性成形体。
【請求項12】
請求項1〜9のいずれかに記載の導電性ポリアニリン組成物を、基材に塗布してなる表面導電性物品。

【公開番号】特開2009−126949(P2009−126949A)
【公開日】平成21年6月11日(2009.6.11)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−303571(P2007−303571)
【出願日】平成19年11月22日(2007.11.22)
【出願人】(000183646)出光興産株式会社 (2,069)
【Fターム(参考)】