JP7631810B2 - Conductive polymer composition and its uses - Google Patents
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Description
本発明は、新規な導電性高分子組成物及びその用途に係る。 The present invention relates to a novel conductive polymer composition and its uses.
近年、ポリアセチレン、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリピロール等に代表されるπ共役系高分子に、電子受容性化合物をドーパントとしてドープした導電性高分子材料が開発され、例えば、帯電防止剤、電解コンデンサの固体電解質、導電性塗料、エレクトロクロミック素子、電極材料、熱電変換材料、透明導電膜、化学センサ、アクチュエータ等への応用が検討されている。電解コンデンサ分野では電子機器の高速化、高周波化に伴って、高容量で低ESRな電解コンデンサが強く要望されている。この要望を満たす導電性高分子材料として化学的安定性の面からポリチオフェン系導電性高分子材料が実用上有用である。 In recent years, conductive polymer materials have been developed in which π-conjugated polymers, such as polyacetylene, polythiophene, polyaniline, and polypyrrole, are doped with electron-accepting compounds as dopants. Applications of these materials to, for example, antistatic agents, solid electrolytes for electrolytic capacitors, conductive paints, electrochromic elements, electrode materials, thermoelectric conversion materials, transparent conductive films, chemical sensors, actuators, and the like are being considered. In the field of electrolytic capacitors, there is a strong demand for electrolytic capacitors with high capacity and low ESR as electronic devices become faster and higher in frequency. Polythiophene-based conductive polymer materials are practically useful as conductive polymer materials that meet this demand due to their chemical stability.
ポリチオフェン系導電性高分子材料としては、(i)ドーパントとなるポリスチレンスルホン酸(PSS)の水溶液中で、3,4-エチレンジオキシチオフェン(EDOT)を重合させることで得られるPEDOT/PSS水分散体溶液や、(ii)水溶性の付与とドーピング作用を兼ね備えた置換基(スルホ基、スルホネート基等)を直接又はスペーサを介してポリマー主鎖中に有する、いわゆる自己ドープ型導電性高分子(例えば、スルホン化ポリアニリン、PEDOT-S等)等が知られている(例えば、非特許文献1、2参照)。 Known polythiophene-based conductive polymer materials include (i) a PEDOT/PSS aqueous dispersion solution obtained by polymerizing 3,4-ethylenedioxythiophene (EDOT) in an aqueous solution of polystyrene sulfonic acid (PSS) as a dopant, and (ii) so-called self-doped conductive polymers (e.g., sulfonated polyaniline, PEDOT-S, etc.) that have substituents (sulfo groups, sulfonate groups, etc.) that combine water solubility and doping properties directly or via a spacer in the polymer main chain (see, for example, Non-Patent Documents 1 and 2).
PEDOT/PSSを使用した電解コンデンサは知られている(特許文献1)。しかし、PEDOT/PSSは粒子状で存在するために拡張処理を行った電解コンデンサ誘電体表面を隅々まで覆うことが出来ず電解コンデンサの容量を十分に引き出すことが困難であることが知られており、当該課題を解決する方法として、水溶性で、電解コンデンサ誘電体表面を隅々まで覆う潜在能力がある自己ドープ型導電性高分子の開発が行われている。 Electrolytic capacitors using PEDOT/PSS are known (Patent Document 1). However, since PEDOT/PSS exists in particulate form, it is known that it is not possible to cover every corner of the surface of the electrolytic capacitor dielectric that has been subjected to an expansion treatment, making it difficult to fully utilize the capacitance of the electrolytic capacitor. As a method for solving this problem, development is being carried out of self-doped conductive polymers that are water-soluble and have the potential to cover every corner of the electrolytic capacitor dielectric surface.
電解コンデンサの好ましい特性として、低ESRであることが求められる。電解コンデンサの極間を高い導電率の導電性高分子にて埋めることで低ESRな電解コンデンサが作製できることが知られている。PEDOT/PSSは粒子状で存在するために極間を埋め易く低ESRな電解コンデンサが作製し易いが、自己ドープ型導電性高分子は粒子状ではないために極間を埋め難いためにESRが下がり難い。従来公知の自己ドープ型導電性高分子については、このESR特性の改善が望まれている。 A desirable characteristic of electrolytic capacitors is a low ESR. It is known that low ESR electrolytic capacitors can be made by filling the gaps between the electrodes of an electrolytic capacitor with a conductive polymer with high conductivity. Since PEDOT/PSS exists in particulate form, it is easy to fill the gaps between the electrodes and to make low ESR electrolytic capacitors, but since self-doped conductive polymers are not particulate, it is difficult to fill the gaps between the electrodes, making it difficult to lower the ESR. There is a demand for improvements in the ESR characteristics of conventionally known self-doped conductive polymers.
そこで本発明は、高い容量を維持したまま、低ESRの優れた特性を有する電解コンデンサを製造するための自己ドープ型導電性高分子組成物を提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a self-doped conductive polymer composition for producing electrolytic capacitors that have excellent low ESR properties while maintaining high capacity.
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、下記に示す導電性高分子組成物が、低ESRの優れた特性を有する電解コンデンサを提供できることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of extensive research into solving the above problems, the inventors discovered that the conductive polymer composition shown below can provide an electrolytic capacitor with excellent low ESR properties, and thus completed the present invention.
すなわち、本発明は以下に示すとおりの導電性高分子組成物、及び導電性高分子膜並びにそれを用いた電解コンデンサに関するものである。
[1] 下記一般式(1)で表される構造単位及び下記一般式(2)で表される構造単位からなる群より選ばれる少なくとも一種の構造単位を含むポリチオフェン(A)を0.01~10重量%含み、粒子径(D50)が80nm以下の絶縁性無機粒子(B)を0.01~3重量%含み、水を含むことを特徴とする、導電性高分子組成物。
That is, the present invention relates to a conductive polymer composition, a conductive polymer film, and an electrolytic capacitor using the same, as described below.
[1] A conductive polymer composition comprising 0.01 to 10% by weight of polythiophene (A) containing at least one structural unit selected from the group consisting of a structural unit represented by the following general formula (1) and a structural unit represented by the following general formula (2), 0.01 to 3% by weight of insulating inorganic particles (B) having a particle diameter (D50) of 80 nm or less, and water:
[一般式(1)及び(2)において、R2は、水素原子、メチル基、エチル基、炭素数3~6の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、又はフッ素原子を表し、mは、1~10の整数を表し、nは、0又は1を表す。]
[2] 前記の絶縁性無機粒子(B)の粒子径(D50)が、60nm以下である、[1]に記載の導電性高分子組成物。
[3] 前記の絶縁性無機粒子(B)が、酸化アルミニウム、酸化チタン、二酸化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、カオリン、ヒドロキシアパタイト、ベントナイト、及びハイドロタルサイトからなる群より選ばれる1つ又は2つ以上の混合物からなるものである、[1]又は[2]に記載の導電性高分子組成物。
[4] 前記の(A)、(B)、及び水に加えて、更に、アルカリ金属化合物、アンモニア、有機アミン化合物、及び第4級アンモニウム化合物からなる群より選ばれる化合物(C)を含み、かつpHが、1.5~10.0の範囲である、[1]乃至[3]のいずれかに記載の導電性高分子組成物。
[5] 下記一般式(1)で表される構造単位及び下記一般式(2)で表される構造単位からなる群より選ばれる少なくとも一種の構造単位を含むポリチオフェン(A)と、粒子径(D50)が80nm以下の絶縁性無機粒子(B)を含むことを特徴とする導電性高分子膜。
[In general formulas (1) and (2), R2 represents a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group, a linear or branched alkyl group having 3 to 6 carbon atoms, or a fluorine atom, m represents an integer of 1 to 10, and n represents 0 or 1.]
[2] The conductive polymer composition according to [1], wherein the insulating inorganic particles (B) have a particle size (D50) of 60 nm or less.
[3] The conductive polymer composition according to [1] or [2], wherein the insulating inorganic particles (B) are one or a mixture of two or more selected from the group consisting of aluminum oxide, titanium oxide, silicon dioxide, magnesium oxide, zinc oxide, barium titanate, strontium titanate, aluminum nitride, boron nitride, kaolin, hydroxyapatite, bentonite, and hydrotalcite.
[4] The conductive polymer composition according to any one of [1] to [3], further comprising, in addition to the (A), (B), and water, a compound (C) selected from the group consisting of an alkali metal compound, ammonia, an organic amine compound, and a quaternary ammonium compound, and having a pH in the range of 1.5 to 10.0.
[5] A conductive polymer film comprising: a polythiophene (A) containing at least one structural unit selected from the group consisting of a structural unit represented by the following general formula (1) and a structural unit represented by the following general formula (2); and insulating inorganic particles (B) having a particle size (D50) of 80 nm or less:
[一般式(1)及び(2)において、R2は、水素原子、メチル基、エチル基、炭素数3~6の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、又はフッ素原子を表し、mは、1~10の整数を表し、nは、0又は1を表す。]
[6] 下記一般式(1)で表される構造単位及び下記一般式(2)で表される構造単位からなる群より選ばれる少なくとも一種の構造単位を含むポリチオフェン(A)を0.01~10重量%含み、粒子径(D50)が80nm以下の絶縁性無機粒子(B)を0.01~3重量%含み、水を含む導電性高分子組成物を塗布し、乾燥させることを特徴とする、[5]に記載の導電性高分子膜の製造方法。
[In general formulas (1) and (2), R2 represents a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group, a linear or branched alkyl group having 3 to 6 carbon atoms, or a fluorine atom, m represents an integer of 1 to 10, and n represents 0 or 1.]
[6] A method for producing a conductive polymer film according to [5], comprising applying and drying a conductive polymer composition containing 0.01 to 10% by weight of polythiophene (A) containing at least one structural unit selected from the group consisting of a structural unit represented by the following general formula (1) and a structural unit represented by the following general formula (2), 0.01 to 3% by weight of insulating inorganic particles (B) having a particle diameter (D50) of 80 nm or less, and water:
[一般式(1)及び(2)において、R2は、水素原子、メチル基、エチル基、炭素数3~6の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、又はフッ素原子を表し、mは、1~10の整数を表し、nは、0又は1を表す。]
[7] 前記の[5]に記載の導電性高分子膜を備えることを特徴とする電解コンデンサ。
[In general formulas (1) and (2), R2 represents a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group, a linear or branched alkyl group having 3 to 6 carbon atoms, or a fluorine atom, m represents an integer of 1 to 10, and n represents 0 or 1.]
[7] An electrolytic capacitor comprising the conductive polymer film according to [5] above.
本発明によれば、高い容量を維持したまま、低ESRな電解コンデンサを提供することができる。 The present invention makes it possible to provide an electrolytic capacitor with low ESR while maintaining high capacity.
以下、本発明を詳細に説明する。 The present invention is described in detail below.
本発明は、下記一般式(1)で表される構造単位及び下記一般式(2)で表される構造単位からなる群より選ばれる少なくとも一種の構造単位を含むポリチオフェン(A)を0.01~10重量%含み、粒子径(D50)が80nm以下の絶縁性無機粒子(B)を0.01~3重量%含み、水を含むことを特徴とする、導電性高分子組成物である。 The present invention is a conductive polymer composition that contains 0.01 to 10% by weight of polythiophene (A) that contains at least one structural unit selected from the group consisting of structural units represented by the following general formula (1) and structural units represented by the following general formula (2), contains 0.01 to 3% by weight of insulating inorganic particles (B) having a particle diameter (D50) of 80 nm or less, and contains water.
[一般式(1)及び(2)において、R2は、水素原子、メチル基、エチル基、炭素数3~6の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、又はフッ素原子を表し、mは、1~10の整数を表し、nは、0又は1を表す。]
上記一般式(1)及び(2)中、R2は、水素原子、メチル基、エチル基、炭素数3~6の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキル基、又はフッ素原子を表す。
[In general formulas (1) and (2), R2 represents a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group, a linear or branched alkyl group having 3 to 6 carbon atoms, or a fluorine atom, m represents an integer of 1 to 10, and n represents 0 or 1.]
In the above general formulas (1) and (2), R 2 represents a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group, a linear or branched alkyl group having 3 to 6 carbon atoms, or a fluorine atom.
前記の炭素数3~6の直鎖状若しくは分岐鎖状アルキル基としては、特に限定するものではないが、例えば、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、n-ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、tert-ペンチル基、シクロペンチル基、n-へキシル基、2-エチルブチル基、又はシクロヘキシル基等が挙げられる。 The linear or branched alkyl group having 3 to 6 carbon atoms is not particularly limited, but examples thereof include an n-propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, an isobutyl group, a sec-butyl group, a tert-butyl group, an n-pentyl group, an isopentyl group, a neopentyl group, a tert-pentyl group, a cyclopentyl group, an n-hexyl group, a 2-ethylbutyl group, and a cyclohexyl group.
上記のR2については、成膜性の点で、水素原子、メチル基、エチル基、又はフッ素原子であることが好ましく、水素原子、又はメチル基であることがより好ましい。 From the viewpoint of film-forming properties, R2 is preferably a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group, or a fluorine atom, and more preferably a hydrogen atom or a methyl group.
上記一般式(1)及び(2)中、mは、1~10の整数を表し、成膜性の点で、1~6の整数であることが好ましく、1~4の整数であることがより好ましく、2又は3であることがより好ましい。 In the above general formulas (1) and (2), m represents an integer of 1 to 10, and from the viewpoint of film-forming properties, it is preferably an integer of 1 to 6, more preferably an integer of 1 to 4, and even more preferably 2 or 3.
上記一般式(1)及び(2)中、nは、0又は1を表し、導電性に優れる点で、nは1であることが好ましい。 In the above general formulas (1) and (2), n represents 0 or 1, and it is preferable that n is 1 in terms of excellent electrical conductivity.
上記一般式(2)で表される構造単位は、上記一般式(1)で表される構造単位のドーピング状態を表す。 The structural unit represented by the above general formula (2) represents the doped state of the structural unit represented by the above general formula (1).
ドーピングにより絶縁体-金属転移を引き起こすドーパントは、アクセプタとドナーに分けられる。前者は、ドーピングにより導電性ポリマーの高分子鎖の近くに入り主鎖の共役系からπ電子を奪う。結果として、主鎖上に正電荷(正孔、ホール)が注入されるため、p型ドーパントとも呼ばれる。また、後者は、逆に主鎖の共役系に電子を与えることになり、この電子が主鎖の共役系を動くことになるため、n型ドーパントとも呼ばれる。 Dopants that cause an insulator-metal transition by doping can be divided into acceptors and donors. The former enter close to the polymer chain of a conductive polymer and take away π electrons from the conjugated system of the main chain. As a result, a positive charge (positive hole) is injected into the main chain, so it is also called a p-type dopant. Conversely, the latter donates electrons to the conjugated system of the main chain, and these electrons move through the conjugated system of the main chain, so it is also called an n-type dopant.
本発明におけるドーパントは、ポリマー分子内に共有結合で結びついたスルホ基又はスルホナート基であり、p型ドーパントである。このように外部からドーパントを添加することなく導電性を発現するポリマーは自己ドープ型高分子と呼ばれている。 The dopant in the present invention is a sulfo group or a sulfonate group that is covalently bonded within the polymer molecule, and is a p-type dopant. Polymers that exhibit conductivity without the addition of an external dopant are called self-doped polymers.
本発明のポリチオフェン(A)は、下記一般式(3)で表されるチオフェンモノマーを、水又はアルコール溶媒中、酸化剤の存在下に重合させ、次いで必要に応じて酸処理することで製造することができる。 The polythiophene (A) of the present invention can be produced by polymerizing a thiophene monomer represented by the following general formula (3) in water or an alcohol solvent in the presence of an oxidizing agent, and then optionally treating with an acid.
[上記一般式(3)において、Mは、水素イオン、又は金属イオンを表す。R2は、水素原子、メチル基、エチル基、炭素数3~6の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、又はフッ素原子を表し、mは、1~10の整数を表し、nは、0又は1を表す。]
一般式(3)におけるMで表される金属イオンとしては、特に限定するものではないが、遷移金属イオン、貴金属イオン、非鉄金属イオン、アルカリ金属イオン(例えば、Liイオン、Naイオン、及びKイオン)、又はアルカリ土類金属イオン等が挙げられる。
[In the above general formula (3), M represents a hydrogen ion or a metal ion. R2 represents a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group, a linear or branched alkyl group having 3 to 6 carbon atoms, or a fluorine atom. m represents an integer of 1 to 10, and n represents 0 or 1.]
The metal ion represented by M in the general formula (3) is not particularly limited, but examples thereof include transition metal ions, precious metal ions, non-ferrous metal ions, alkali metal ions (e.g., Li ions, Na ions, and K ions), and alkaline earth metal ions.
一般式(3)で表されるチオフェンモノマーの重合後に得られるポリマーが金属イオンの塩である場合(Mが金属イオンである場合)は、得られた金属塩ポリマーを酸処理することでMを水素イオンへ変換することができる。すなわち、一般式(3)におけるMが金属イオンであったとしても、上記の一般式(1)で表される構造単位及び一般式(2)で表される構造単位からなる群より選ばれる少なくとも一種の構造単位を含むポリチオフェン(A)を製造することができる。さらに当該ポリチオフェン(A)をアルカリ金属化合物やアミン化合物と混合することで、上記の一般式(1’)で表される構造単位及び一般式(2’)で表される構造単位からなる群より選ばれる少なくとも一種の構造単位を含むポリチオフェンを製造することができる。 When the polymer obtained after polymerization of the thiophene monomer represented by the general formula (3) is a salt of a metal ion (when M is a metal ion), M can be converted to a hydrogen ion by treating the obtained metal salt polymer with an acid. That is, even if M in the general formula (3) is a metal ion, it is possible to produce a polythiophene (A) containing at least one structural unit selected from the group consisting of the structural unit represented by the general formula (1) and the structural unit represented by the general formula (2). Furthermore, by mixing the polythiophene (A) with an alkali metal compound or an amine compound, it is possible to produce a polythiophene containing at least one structural unit selected from the group consisting of the structural unit represented by the general formula (1') and the structural unit represented by the general formula (2').
上記一般式(3)で表されるチオフェンモノマーとしては、特に限定するものではないが、具体的には、6-(2,3-ジヒドロ-チエノ[3,4-b][1,4]ジオキシン-2-イル)ヘキサン-1-スルホン酸、6-(2,3-ジヒドロ-チエノ[3,4-b][1,4]ジオキシン-2-イル)ヘキサン-1-スルホン酸ナトリウム、6-(2,3-ジヒドロ-チエノ[3,4-b][1,4]ジオキシン-2-イル)ヘキサン-1-スルホン酸リチウム、6-(2,3-ジヒドロ-チエノ[3,4-b][1,4]ジオキシン-2-イル)ヘキサン-1-スルホン酸カリウム、8-(2,3-ジヒドロ-チエノ[3,4-b][1,4]ジオキシン-2-イル)オクタン-1-スルホン酸、8-(2,3-ジヒドロ-チエノ[3,4-b][1,4]ジオキシン-2-イル)オクタン-1-スルホン酸ナトリウム、8-(2,3-ジヒドロ-チエノ[3,4-b][1,4]ジオキシン-2-イル)オクタン-1-スルホン酸カリウム、3-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b]-[1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-1-プロパンスルホン酸ナトリウム、3-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b]-[1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-1-プロパンスルホン酸カリウム、3-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b]-[1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-1-メチル-1-プロパンスルホン酸ナトリウム、3-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b]-[1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-1-エチル-1-プロパンスルホン酸ナトリウム、3-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b]-[1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-1-プロピル-1-プロパンスルホン酸ナトリウム、3-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b]-[1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-1-ブチル-1-プロパンスルホン酸ナトリウム、3-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b]-[1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-1-ペンチル-1-プロパンスルホン酸ナトリウム、3-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b]-[1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-1-ヘキシル-1-プロパンスルホン酸ナトリウム、3-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b]-[1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-1-イソプロピル-1-プロパンスルホン酸ナトリウム、3-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b]-[1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-1-イソブチル-1-プロパンスルホン酸ナトリウム、3-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b]-[1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-1-イソペンチル-1-プロパンスルホン酸ナトリウム、3-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b]-[1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-1-フルオロ-1-プロパンスルホン酸ナトリウム、3-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b]-[1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-1-メチル-1-プロパンスルホン酸カリウム、3-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b]-[1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-1-メチル-1-プロパンスルホン酸、3-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b]-[1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-1-メチル-1-プロパンスルホン酸アンモニウム、3-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b]-[1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-1-メチル-1-プロパンスルホン酸トリエチルアンモニウム、4-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b]-[1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-1-ブタンスルホン酸ナトリウム、4-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b]-[1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-1-ブタンスルホン酸カリウム、4-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b]-[1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-1-メチル-1-ブタンスルホン酸ナトリウム、4-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b]-[1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-1-メチル-1-ブタンスルホン酸カリウム、4-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b]-[1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-1-フルオロ-1-ブタンスルホン酸ナトリウム、又は4-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b]-[1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-1-フルオロ-1-ブタンスルホン酸カリウム等が例示される。 The thiophene monomer represented by the above general formula (3) is not particularly limited, but specifically includes 6-(2,3-dihydro-thieno[3,4-b][1,4]dioxin-2-yl)hexane-1-sulfonic acid, sodium 6-(2,3-dihydro-thieno[3,4-b][1,4]dioxin-2-yl)hexane-1-sulfonate, lithium 6-(2,3-dihydro-thieno[3,4-b][1,4]dioxin-2-yl)hexane-1-sulfonate, 8-(2,3-dihydro-thieno[3,4-b][1,4]dioxin-2-yl)hexane-1-sulfonic acid potassium salt, 8-(2,3-dihydro-thieno[3,4-b][1,4]dioxin-2-yl)octane-1-sulfonic acid sodium salt, 8-(2,3-dihydro-thieno[3,4-b][1,4]dioxin-2-yl)octane-1-sulfonic acid potassium salt, 3-[(2,3-dihydrothieno[3,4-b][1,4]dioxin-2-yl)methoxy]-1-propanesulfonic acid potassium salt sodium sulfonate, potassium 3-[(2,3-dihydrothieno[3,4-b]-[1,4]dioxin-2-yl)methoxy]-1-propanesulfonate, sodium 3-[(2,3-dihydrothieno[3,4-b]-[1,4]dioxin-2-yl)methoxy]-1-methyl-1-propanesulfonate, sodium 3-[(2,3-dihydrothieno[3,4-b]-[1,4]dioxin-2-yl)methoxy]-1-ethyl-1-propanesulfonate, sodium 3-[(2,3-dihydrothieno[3,4-b]-[1,4]dioxin-2-yl)methoxy]-1-ethyl-1-propanesulfonate, sodium 3-[(2,3-dihydrothieno[3,4-b]-[1,4]dioxin-2-yl)methoxy]-1-ethyl-1-propanesulfonate, sodium 3-[(2,3-dihydrothieno[3,4-b]-[1,4]dioxin-2-yl)methoxy]-1-propyl-1-propanesulfonate, sodium 3-[(2,3-dihydrothieno[3,4-b]-[1,4]dioxin-2-yl)methoxy]-1-butyl-1-propanesulfonate, sodium 3-[(2,3-dihydrothieno[3,4-b]-[1,4]dioxin-2-yl)methoxy]-1-pentyl-1-propanesulfonate, sodium 3-[(2,3-dihydrothieno[3,4-b]-[1,4]dioxin-2-yl)methoxy]-1-hexyl-1-propanesulfonate sodium 3-[(2,3-dihydrothieno[3,4-b]-[1,4]dioxin-2-yl)methoxy]-1-isopropyl-1-propanesulfonate, sodium 3-[(2,3-dihydrothieno[3,4-b]-[1,4]dioxin-2-yl)methoxy]-1-isobutyl-1-propanesulfonate, sodium 3-[(2,3-dihydrothieno[3,4-b]-[1,4]dioxin-2-yl)methoxy]-1-isopentyl-1-propanesulfonate, sodium 3-[(2,3-dihydrothieno[3,4-b]- sodium 3-[(2,3-dihydrothieno[3,4-b]-[1,4]dioxin-2-yl)methoxy]-1-methyl-1-propanesulfonate, potassium 3-[(2,3-dihydrothieno[3,4-b]-[1,4]dioxin-2-yl)methoxy]-1-methyl-1-propanesulfonate, 3-[(2,3-dihydrothieno[3,4-b]-[1,4]dioxin-2-yl)methoxy]-1-methyl-1-propanesulfonic acid, 3-[(2,3-dihydrothieno[3,4-b]-[1,4]dioxin-2-yl)methoxy]-1-methyl-1-propanesulfonic acid ammonium, 3-[(2,3-dihydrothieno[3,4-b]-[1,4]dioxin-2-yl)methoxy]-1-methyl-1-propanesulfonate triethylammonium, 4-[(2,3-dihydrothieno[3,4-b]-[1,4]dioxin-2-yl)methoxy]-1-butanesulfonate sodium, 4-[(2,3-dihydrothieno[3,4-b]-[1,4]dioxin-2-yl)methoxy]-1-butanesulfonate potassium, 4-[(2,3-dihydrothieno[3,4-b]-[1,4]dioxin-2-yl)methoxy]-1-butanesulfonate ) methoxy]-1-methyl-1-butanesulfonate sodium, 4-[(2,3-dihydrothieno[3,4-b]-[1,4]dioxin-2-yl) methoxy]-1-methyl-1-butanesulfonate potassium, 4-[(2,3-dihydrothieno[3,4-b]-[1,4]dioxin-2-yl) methoxy]-1-fluoro-1-butanesulfonate sodium, or 4-[(2,3-dihydrothieno[3,4-b]-[1,4]dioxin-2-yl) methoxy]-1-fluoro-1-butanesulfonate potassium.
本発明においてポリチオフェン(A)の導電率は、特に限定するものではないが、フィルム状態での導電率(電気伝導度)として、10S/cm以上であることが好ましい。 In the present invention, the electrical conductivity of the polythiophene (A) is not particularly limited, but it is preferable that the electrical conductivity (electrical conductivity) in the film state is 10 S/cm or more.
なお、本発明におけるポリチオフェン(A)については、公知情報に基づいて合成したものを用いることもできる。 In addition, the polythiophene (A) used in the present invention may be one synthesized based on publicly known information.
本発明の導電性高分子組成物において、前述した一般式(1)で表される構造単位及び一般式(2)で表される構造単位からなる群より選ばれる少なくとも一種の構造単位を含むポリチオフェン(A)の濃度については、0.01~10重量%であることを特徴とする。なお、低ESRに優れる点で、本発明の導電性高分子組成物中のポリチオフェン(A)の濃度は、0.05~8重量%であることが好ましく、0.1~7重量%であることがより好ましい。 In the conductive polymer composition of the present invention, the concentration of polythiophene (A) containing at least one structural unit selected from the group consisting of structural units represented by the above-mentioned general formula (1) and structural units represented by the general formula (2) is 0.01 to 10% by weight. In terms of excellent low ESR, the concentration of polythiophene (A) in the conductive polymer composition of the present invention is preferably 0.05 to 8% by weight, and more preferably 0.1 to 7% by weight.
本発明における粒子径(D50)が80nm以下の絶縁性無機粒子(B)としては、特に限定するものではないが、例えば、酸化アルミニウム、酸化チタン、二酸化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、カオリン、ヒドロキシアパタイト、ベントナイト、及びハイドロタルサイトからなる群より選ばれるいずれか又はいくつかの混合物を挙げることができる。 The insulating inorganic particles (B) in the present invention having a particle diameter (D50) of 80 nm or less are not particularly limited, but examples thereof include any one or a mixture of any one selected from the group consisting of aluminum oxide, titanium oxide, silicon dioxide, magnesium oxide, zinc oxide, barium titanate, strontium titanate, aluminum nitride, boron nitride, kaolin, hydroxyapatite, bentonite, and hydrotalcite.
当該絶縁性無機粒子については、粒子径(D50)が80nm以下であることを特徴とする。なお、ESR特性や保存安定性に優れる点で、粒子径(D50)が60nm以下であることが好ましく、粒子径(D50)が50nm以下であることがより好ましい。 The insulating inorganic particles are characterized by having a particle diameter (D50) of 80 nm or less. From the viewpoint of excellent ESR characteristics and storage stability, the particle diameter (D50) is preferably 60 nm or less, and more preferably 50 nm or less.
前記の粒子径(D50)が80nm以下の絶縁性無機粒子(B)の形状としては特に制限はなく、フィラー、ロッド、チューブ、パーティクル等の形状のものを使用することができる。 There are no particular limitations on the shape of the insulating inorganic particles (B) having a particle diameter (D50) of 80 nm or less, and particles in the shape of fillers, rods, tubes, particles, etc. can be used.
本発明の導電性高分子組成物において、前述した粒子径(D50)が80nm以下の絶縁性無機粒子(B)の含有量については、0.01~3重量%であることを特徴とするが、低ESRに優れる点で、0.01~2重量%であることが好ましく、0.1~2重量%であることがより好ましく、0.1~1重量%であることがより好ましい。 In the conductive polymer composition of the present invention, the content of the insulating inorganic particles (B) having a particle diameter (D50) of 80 nm or less is 0.01 to 3% by weight, but in terms of excellent low ESR, it is preferably 0.01 to 2% by weight, more preferably 0.1 to 2% by weight, and even more preferably 0.1 to 1% by weight.
本願発明の導電性高分子組成物については、低ESRに優れる点で、更に、ポリチオフェン(A)のスルホン酸基とイオン対を形成可能な化合物(C)を含有していてもよい。前記のスルホン酸基とイオン対を形成可能な化合物(C)としては、特に限定するものではないが、例えば、アルカリ金属化合物、アンモニア、有機アミン化合物、第4級アンモニウム塩を挙げることができ、これらの化合物は、それぞれ、前記のポリチオフェン(A)のスルホン酸基と作用して、ポリチオフェン(A)のアルカリ金属イオン塩、アンモニウムイオン塩、有機アンモニウムイオン塩、及び第4級アンモニウムイオン塩を形成する。 The conductive polymer composition of the present invention may further contain a compound (C) capable of forming an ion pair with the sulfonic acid group of the polythiophene (A) in order to have an excellent low ESR. The compound (C) capable of forming an ion pair with the sulfonic acid group is not particularly limited, but examples thereof include alkali metal compounds, ammonia, organic amine compounds, and quaternary ammonium salts. These compounds react with the sulfonic acid group of the polythiophene (A) to form alkali metal ion salts, ammonium ion salts, organic ammonium ion salts, and quaternary ammonium ion salts of the polythiophene (A), respectively.
前記のアルカリ金属化合物としては、特に限定するものではないが、例えば、アルカリ金属塩化合物(例えば、塩化リチウム、塩化カリウム、塩化ナトリウム、塩化ルビジウム、塩化セシウム、臭化リチウム、臭化カリウム、臭化ナトリウム、臭化ルビジウム、臭化セシウム等)、又はアルカリ金属水酸化物(例えば、水酸化リチウム、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化ルビジウム、水酸化セシウム等)を挙げることができる。 The alkali metal compound is not particularly limited, but examples thereof include alkali metal salt compounds (e.g., lithium chloride, potassium chloride, sodium chloride, rubidium chloride, cesium chloride, lithium bromide, potassium bromide, sodium bromide, rubidium bromide, cesium bromide, etc.) and alkali metal hydroxides (e.g., lithium hydroxide, potassium hydroxide, sodium hydroxide, rubidium hydroxide, cesium hydroxide, etc.).
前記のアルカリ金属化合物を本発明の導電性高分子組成物に含有させることによって、前記のリチオフェン(A)のアルカリ金属イオン塩を調製することができる。前記のアルカリ金属イオンとしては、特に限定するものではないが、例えば、リチウムイオン、カリウムイオン、ナトリウムイオン、ルビジウムイオン、又はセシウムイオンを例示することができる。 By incorporating the alkali metal compound into the conductive polymer composition of the present invention, the alkali metal ion salt of the lithiophene (A) can be prepared. The alkali metal ion is not particularly limited, but examples thereof include lithium ion, potassium ion, sodium ion, rubidium ion, and cesium ion.
前記の有機アミン化合物としては、特に限定するものではないが、例えば、総炭素数が1~30の1級、2級、若しくは3級の有機アミン化合物を例示することができ、より具体的には、例えば、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、トリエチルアミン、ノルマル-プロピルアミン、イソプロピルアミン、ノルマルブチルアミン、ヘキシルアミン、アミノエタノール、ジメチルアミノエタノール、メチルアミノエタノール、ジエタノールアミン、N-メチルジエタノールアミン、トリエタノールアミン、3-アミノ-1,2-プロパンジオール、3-メチルアミノ-1,2-プロパンジオール、3-ジメチルアミノ-1,2-プロパンジオール、1,4-ブタンジアミン、トリイソブチルアミン、トリイソペンチルアミン、トリイソオクチルアミン、イミダゾール、N-メチルイミダゾール、1、2-ジメチルイミダゾール、ピリジン、ピコリン、又はルチジン等を例示することができる。 The organic amine compound is not particularly limited, but examples thereof include primary, secondary, or tertiary organic amine compounds having a total carbon number of 1 to 30. More specifically, examples thereof include methylamine, dimethylamine, trimethylamine, ethylamine, triethylamine, normal-propylamine, isopropylamine, normal-butylamine, hexylamine, aminoethanol, dimethylaminoethanol, methylaminoethanol, diethanolamine, N-methyldiethanolamine, triethanolamine, 3-amino-1,2-propanediol, 3-methylamino-1,2-propanediol, 3-dimethylamino-1,2-propanediol, 1,4-butanediamine, triisobutylamine, triisopentylamine, triisooctylamine, imidazole, N-methylimidazole, 1,2-dimethylimidazole, pyridine, picoline, and lutidine.
前記の有機アミン化合物を本発明の導電性高分子組成物に含有させることによって、当該有機アミン化合物は、前記のポリチオフェン(A)と作用し、有機アンモニウムイオンとなり、ポリチオフェン(A)の有機アンモニウムイオン塩が調製される。前記の有機アンモニウムイオンとしては、特に限定するものではないが、例えば、総炭素数が1~30の1級、2級、若しくは3級の有機アンモニウムイオンを例示することができ、より具体的には、例えば、メチルアンモニウム、ジメチルアンモニウム、トリメチルアンモニウム、エチルアンモニウム、トリエチルアンモニウム、ノルマル-プロピルアンモニウム、イソプロピルアンモニウム、ノルマルブチルアンモニウム、ヘキシルアンモニウム、2-ヒドロキシエチルアンモニウム、N,N-ジメチル-N-(2-ヒドロキシエチル)アンモニウム、N-メチル-N-(2-ヒドロキシエチル)アンモニウム、ジ(2-ヒドロキシエチル)アンモニウム、N-メチル-N,N-ジ(2-ヒドロキシエチル)アンモニウム、N,N,N-トリ(2-ヒドロキシエチル)アンモニウム、2,3-ジヒドロキシプロピルアンモニウム、N-メチル-N-(2,3-ジヒドロキシプロピル)アンモニウム、N,N-ジメチル-N-(2,3-ジヒドロキシプロピル)アンモニウム、1,4-ブタンジアンモニウム、トリイソブチルアンモニウム、トリイソペンチルアンモニウム、トリイソオクチルアンモニウム、イミダゾールカチオン、N-メチルイミダゾールカチオン、1、2-ジメチルイミダゾールカチオン、ピリジニウムイオン、ピコリニウムイオン、又はルチジニウムイオンを挙げることができる。 By incorporating the organic amine compound into the conductive polymer composition of the present invention, the organic amine compound reacts with the polythiophene (A) to form an organic ammonium ion, and an organic ammonium ion salt of polythiophene (A) is prepared. The organic ammonium ion is not particularly limited, but examples thereof include primary, secondary, and tertiary organic ammonium ions having a total carbon number of 1 to 30. More specifically, examples of the organic ammonium ion include methylammonium, dimethylammonium, trimethylammonium, ethylammonium, triethylammonium, normal-propylammonium, isopropylammonium, normal-butylammonium, hexylammonium, 2-hydroxyethylammonium, N,N-dimethyl-N-(2-hydroxyethyl)ammonium, N-methyl-N-(2-hydroxyethyl)ammonium, di(2-hydroxyethyl)ammonium, and the like. ammonium, N-methyl-N,N-di(2-hydroxyethyl)ammonium, N,N,N-tri(2-hydroxyethyl)ammonium, 2,3-dihydroxypropylammonium, N-methyl-N-(2,3-dihydroxypropyl)ammonium, N,N-dimethyl-N-(2,3-dihydroxypropyl)ammonium, 1,4-butanediammonium, triisobutylammonium, triisopentylammonium, triisooctylammonium, imidazole cation, N-methylimidazole cation, 1,2-dimethylimidazole cation, pyridinium ion, picolinium ion, or lutidinium ion.
前記の4級アンモニウム化合物としては、特に限定するものではないが、例えば、テトラメチルアンモニウムクロリド、テトラエチルアンモニウムクロリド、テトラノルマルプロピルアンモニウムクロリド、テトラノルマルブチルアンモニウムクロリド、又はテトラノルマルヘキシルアンモニウムクロリド等が挙げられる。 The quaternary ammonium compound is not particularly limited, but examples thereof include tetramethylammonium chloride, tetraethylammonium chloride, tetra-n-propylammonium chloride, tetra-n-butylammonium chloride, and tetra-n-hexylammonium chloride.
前記の4級アンモニウム化合物を本発明の導電性高分子組成物に含有させることによって、当該4級アンモニウム化合物は、前記のポリチオフェン(A)と作用し、4級アンモニウムイオンとなり、ポリチオフェン(A)の4級アンモニウムイオン塩が調製される。当該4級アンモニウムイオンとしては、特に限定するものではないが、例えば、テトラメチルアンモニウムイオン、テトラエチルアンモニウムイオン、テトラノルマルプロピルアンモニウムイオン、テトラノルマルブチルアンモニウムイオン、又はテトラノルマルヘキシルアンモニウムイオン等が挙げられる。 By incorporating the quaternary ammonium compound into the conductive polymer composition of the present invention, the quaternary ammonium compound reacts with the polythiophene (A) to form a quaternary ammonium ion, and a quaternary ammonium ion salt of polythiophene (A) is prepared. The quaternary ammonium ion is not particularly limited, but examples thereof include tetramethylammonium ion, tetraethylammonium ion, tetra-n-propylammonium ion, tetra-n-butylammonium ion, and tetra-n-hexylammonium ion.
本発明の導電性高分子組成物において、前述した化合物(C)の含有量については、0.001~20重量%であることが好ましく、低ESRに優れる点で、0.01~15重量%であることが好ましく、0.1~10重量%であることがより好ましい。 In the conductive polymer composition of the present invention, the content of the aforementioned compound (C) is preferably 0.001 to 20% by weight, and from the viewpoint of excellent low ESR, it is preferably 0.01 to 15% by weight, and more preferably 0.1 to 10% by weight.
本願発明の導電性高分子組成物については、低ESRに優れる点で、そのpHが、1.5~10.0の範囲であることが好ましく、2.0~8.0の範囲であることがより好ましく、2.5~7.0の範囲であることがより好ましい。当該pHについては、前述した化合物(C)の種類と含有量によって制御することができる。 The conductive polymer composition of the present invention has a pH preferably in the range of 1.5 to 10.0, more preferably in the range of 2.0 to 8.0, and even more preferably in the range of 2.5 to 7.0, in terms of its excellent low ESR. The pH can be controlled by the type and content of the compound (C) described above.
本願発明の導電性高分子組成物が、前記の化合物(C)を含む場合、前記の一般式(1)で表される構造単位及び一般式(2)で表される構造単位からなる群より選ばれる少なくとも一種の構造単位を含むポリチオフェン(A)については、その一部又は全部が前記の化合物(C)と相互作用して、下記の一般式(1’)で表される構造単位及び一般式(2’)で表される構造単位からなる群より選ばれる少なくとも一種の構造単位を含むポリチオフェン(A)を形成することとなる。すなわち、前記の一般式(1)で表される構造単位及び一般式(2)で表される構造単位からなる群より選ばれる少なくとも一種の構造単位を含むポリチオフェン(A)と前記の化合物(C)の混合物と、一般式(1’)で表される構造単位及び一般式(2’)で表される構造単位からなる群より選ばれる少なくとも一種の構造単位を含むポリチオフェン(A)は同じものを表す。 When the conductive polymer composition of the present invention contains the compound (C), a part or all of the polythiophene (A) containing at least one structural unit selected from the group consisting of the structural unit represented by the general formula (1) and the structural unit represented by the general formula (2) interacts with the compound (C) to form a polythiophene (A) containing at least one structural unit selected from the group consisting of the structural unit represented by the general formula (1') and the structural unit represented by the general formula (2'). That is, a mixture of the polythiophene (A) containing at least one structural unit selected from the group consisting of the structural unit represented by the general formula (1) and the structural unit represented by the general formula (2) and the compound (C) and the polythiophene (A) containing at least one structural unit selected from the group consisting of the structural unit represented by the general formula (1') and the structural unit represented by the general formula (2') are the same.
[上記一般式(1’)及び一般式(2’)中、R2、m、及びnの定義及び好ましい範囲は、上記一般式(1)及び一般式(2)において示したR2、m、及びnの定義及び好ましい範囲と同義である。Mは、水素イオン、アルカリ金属イオン、アンモニウムイオン、有機アンモニウムイオン、又は第4級アンモニウムイオンを表す。]
上記のMにおける、アルカリ金属イオン、アンモニウムイオン、有機アンモニウムイオン、及び第4級アンモニウムイオンについては、上記の通りである。
[In the above general formula (1') and general formula (2'), the definitions and preferred ranges of R 2 , m, and n are the same as those in the above general formula ( 1 ) and general formula (2). M represents a hydrogen ion, an alkali metal ion, an ammonium ion, an organic ammonium ion, or a quaternary ammonium ion.]
The alkali metal ion, ammonium ion, organic ammonium ion, and quaternary ammonium ion in M are as described above.
本願発明の導電性高分子組成物については、上記以外の添加剤(D)を含んでいてもよい。 The conductive polymer composition of the present invention may contain additives (D) other than those described above.
前記の上記以外の添加剤(D)としては、特に限定するものではないが、例えば、バインダー、界面活性剤、溶媒等を挙げることができる。なお、添加剤(D)については、単独で用いられてもよいし、複数同時に組み合わせて用いられてもよい。 The additives (D) other than those mentioned above are not particularly limited, but examples thereof include binders, surfactants, solvents, etc. The additives (D) may be used alone or in combination with one another.
前記のバインダーとしては、特に限定するものではないが、例えば、水溶性樹脂が好ましく、より詳しい例として、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、セルロース、水溶性ポリエステル樹脂化合物、水溶性ポリウレタン樹脂化合物、又は多価アルコールとカルボキシル基を2つ以上持つ有機酸の混合物等が挙げられる。 The binder is not particularly limited, but is preferably, for example, a water-soluble resin, and more specific examples include polyvinyl alcohol, polyvinylpyrrolidone, cellulose, a water-soluble polyester resin compound, a water-soluble polyurethane resin compound, or a mixture of a polyhydric alcohol and an organic acid having two or more carboxyl groups.
前記の水溶性ポリエステル樹脂化合物としては、例えば、ポエチレンテレフタラートやポリトリメチレンテレフタラート等を挙げることができる。当該水溶性ポリエステル樹脂化合物については、自己乳化型であってもよいし、強化乳化型であってもよいが、耐水性、耐溶剤性の観点から自己乳化型水溶性ポリエステル樹脂化合物であることが好ましい。 Examples of the water-soluble polyester resin compound include polyethylene terephthalate and polytrimethylene terephthalate. The water-soluble polyester resin compound may be a self-emulsifying type or a reinforced emulsifying type, but from the viewpoint of water resistance and solvent resistance, it is preferable to use a self-emulsifying water-soluble polyester resin compound.
前記の水溶性ポリエステル樹脂化合物としては、例えば、東洋紡株式会社製、商品名:バイロナール、や、高松油脂株式会社製、商品名:ペスレジン、互応化学株式会社製、商品名:プラスコート、東亞合成株式会社製、商品名:アロンメルト、高松油脂株式会社製、商品名:ぺスレジンA、DIC株式会社製、商品名:ウォーターゾールなどが商業的に容易に入手することができる。 Examples of the water-soluble polyester resin compound that can be easily obtained commercially include products manufactured by Toyobo Co., Ltd. under the trade name Vylonal, manufactured by Takamatsu Oil Co., Ltd. under the trade name Pesresin, manufactured by GOO Chemical Co., Ltd. under the trade name Pluscoat, manufactured by Toagosei Co., Ltd. under the trade name Aronmelt, manufactured by Takamatsu Oil Co., Ltd. under the trade name Pesresin A, and manufactured by DIC Corporation under the trade name Watersol.
前記の水溶性ポリエステル樹脂化合物は、1種を単独で用いることができるし、2種以上を混合して用いることもできる。 The water-soluble polyester resin compounds can be used alone or in combination of two or more.
前記の水溶性ポリウレタン樹脂化合物は、ウレタン樹脂エマルションとして主に産業用途に用いられており、自己乳化型であってもよいし、強化乳化型であってもよいが、耐水性、耐溶剤性の観点から自己乳化型水溶性ポリウレタン樹脂化合物であることが好ましい。自己乳化型としては、アニオン型、カチオン型、非イオン型特が挙げられるが、いずれであってもよい。また、当該水溶性ポリウレタン樹脂化合物については、特に限定するものではないが、ポリエーテル型、ポリエステル型、ポリカーボネート型等が挙げられる。 The water-soluble polyurethane resin compound is used mainly for industrial purposes as a urethane resin emulsion, and may be a self-emulsifying type or a reinforced emulsion type. From the viewpoint of water resistance and solvent resistance, however, a self-emulsifying water-soluble polyurethane resin compound is preferable. Examples of the self-emulsifying type include an anionic type, a cationic type, and a non-ionic type, and any of them may be used. In addition, the water-soluble polyurethane resin compound is not particularly limited, but examples thereof include a polyether type, a polyester type, and a polycarbonate type.
水溶性ポリウレタン樹脂化合物は、例えば、三洋化成工業株式会社製、商品名:ユーコート(登録商標)、パーマリン(登録商標)、ユープレン(登録商標)や、楠本化成株式会社製、商品名:NeoRez、株式会社ADEKA製、商品名:アデカボンタイター(登録商標)、明成化学工業株式会社製、商品名:パスコール(登録商標)、DIC株式会社製、商品名:ハイドラン(登録商標)などが商業的に容易に入手することができる。 Examples of water-soluble polyurethane resin compounds that can be easily obtained commercially include those manufactured by Sanyo Chemical Industries, Ltd. under the trade names U-coat (registered trademark), Permalin (registered trademark), and Euprene (registered trademark), manufactured by Kusumoto Chemical Industries, Ltd. under the trade name NeoRez, manufactured by ADEKA Corporation under the trade name Adeka Bontiter (registered trademark), manufactured by Meisei Chemical Industry Co., Ltd. under the trade name Pascall (registered trademark), and manufactured by DIC Corporation under the trade name Hydran (registered trademark).
前記の水溶性ポリウレタン樹脂化合物は、1種を単独で用いることができるし、2種以上を混合して用いることもできる。 The water-soluble polyurethane resin compounds can be used alone or in combination of two or more.
前記の多価アルコールとしては、特に限定するものではないが、例えば、エリスリトールやペンタエリトリトール等を挙げることができる。 The polyhydric alcohol is not particularly limited, but examples thereof include erythritol and pentaerythritol.
前記のカルボキシル基を2つ以上持つ有機酸としては、特に限定するものではないが、例えば、アジピン酸やフタル酸等を挙げることができる。 The organic acid having two or more carboxyl groups is not particularly limited, but examples include adipic acid and phthalic acid.
前記の界面活性剤としては、特に限定するものではないが、例えば、アニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤、非イオン界面活性剤、両性界面活性剤、フッ素系界面活性剤、又はシリコーン系界面活性剤等が使用できるが、より好ましくは非イオン界面活性剤及び両性界面活性剤からなる群より選ばれる少なくとも一種である。 The surfactant is not particularly limited, but may be, for example, an anionic surfactant, a cationic surfactant, a nonionic surfactant, an amphoteric surfactant, a fluorine-based surfactant, or a silicone-based surfactant, and more preferably at least one selected from the group consisting of a nonionic surfactant and an amphoteric surfactant.
前記のアニオン界面活性剤としては、特に限定するものではないが、例えば、ラウリルアルコール硫酸エステルナトリウムやドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム等が挙げられる。 The anionic surfactant is not particularly limited, but examples include sodium lauryl alcohol sulfate and sodium dodecylbenzenesulfonate.
前記のカチオン界面活性剤としては、特に限定するものではないが、市販品を用いることもできるし、一般公知のものを別途製造して用いることもできる。 The cationic surfactant is not particularly limited, but a commercially available product can be used, or a commonly known product can be separately manufactured and used.
前記の非イオン界面活性剤としては、特に限定するものではないが、例えば、ポリエチレングリコール型界面活性剤、アセチレングリコール型界面活性剤、多価アルコール型界面活性剤、高分子型非イオン界面活性剤等が挙げられる。 The nonionic surfactant is not particularly limited, but examples thereof include polyethylene glycol type surfactants, acetylene glycol type surfactants, polyhydric alcohol type surfactants, polymer type nonionic surfactants, etc.
前記のポリエチレングリコール型界面活性剤としては、特に限定するものではないが、例えば、高級アルコールエチレンオキサイド付加物、アルキルフェノールエチレンオキサイド付加物、脂肪酸エチレンオキサイド付加物、多価アルコール脂肪酸エステルエチレンオキサイド付加物、高級アルキルアミンエチレンオキサイド付加物、油脂のエチレンオキサイド付加物、又はポリプロピレングリコールエチレンオキサイド付加物等が挙げられる。 The polyethylene glycol surfactant is not particularly limited, but examples thereof include higher alcohol ethylene oxide adducts, alkylphenol ethylene oxide adducts, fatty acid ethylene oxide adducts, polyhydric alcohol fatty acid ester ethylene oxide adducts, higher alkylamine ethylene oxide adducts, ethylene oxide adducts of fats and oils, and polypropylene glycol ethylene oxide adducts.
前記のアセチレングリコール型界面活性剤としては、特に限定するものではないが、例えば、2,4,7,9-テトラメチル-5-デシン-4,7-ジオール、サーフィノール(エアプロダクツ社製、登録商標)、オルフィン(日信化学工業社製、登録商標)等が挙げられる。 The acetylene glycol surfactant is not particularly limited, but examples thereof include 2,4,7,9-tetramethyl-5-decyne-4,7-diol, Surfynol (manufactured by Air Products, registered trademark), and Olfine (manufactured by Nissin Chemical Industry Co., Ltd., registered trademark).
前記の多価アルコール型界面活性剤としては、特に限定するものではないが、例えば、グリセロールの脂肪酸エステル、ペンタエリスリトールの脂肪酸エステル、ソルビトール及びソルビタンの脂肪酸エステル、ショ糖の脂肪酸エステル、高アルコールのアルキルエーテル、アルカノールアミン類の脂肪酸アミド等が挙げられる。 The polyhydric alcohol surfactant is not particularly limited, but examples thereof include fatty acid esters of glycerol, fatty acid esters of pentaerythritol, fatty acid esters of sorbitol and sorbitan, fatty acid esters of sucrose, alkyl ethers of higher alcohols, fatty acid amides of alkanolamines, etc.
前記の両性界面活性剤としては、特に限定するものではないが、例えば、ベタイン型両性界面活性剤が挙げられる。ベタイン型両性界面活性剤としては、特に限定するものではないが、例えば、アルキルジメチルベタイン、ラウリルジメチルベタイン、ステアリルジメチルベタイン、ラウリルジヒドロキシエチルベタイン等が挙げられる。 The amphoteric surfactant is not particularly limited, but examples thereof include betaine-type amphoteric surfactants. The betaine-type amphoteric surfactant is not particularly limited, but examples thereof include alkyl dimethyl betaine, lauryl dimethyl betaine, stearyl dimethyl betaine, lauryl dihydroxyethyl betaine, etc.
前記のフッ素系界面活性剤としては、パーフルオロアルキル基を有するものであれば特に限定されないが、例えば、プラスコート(登録商標) RY-2、パーフルオロアルカン、パーフルオロアルキルカルボン酸、パーフルオロアルキルスルホン酸、又はパーフルオロアルキルエチレンオキサイド付加物などが挙げられる。 The fluorosurfactant is not particularly limited as long as it has a perfluoroalkyl group, but examples include PLASCOAT (registered trademark) RY-2, perfluoroalkane, perfluoroalkyl carboxylic acid, perfluoroalkyl sulfonic acid, and perfluoroalkyl ethylene oxide adducts.
前記のシリコーン系界面活性剤としては、特に限定されないが、例えば、ポリエーテル変性ポリジメチルシロキサン、ポリエーテルエステル変性ポリジメチルシロキサン、ヒドロキシル基含有ポリエーテル変性ポリジメチルシロキサン、アクリル基含有ポリエーテル変性ポリジメチルシロキサン、アクリル基含有ポリエステル変性ポリジメチルシロキサン、パーフルオロポリエーテル変性ポリジメチルシロキサン、パーフルオロポリエステル変性ポリジメチルシロキサン、又はシリコーン変性アクリル化合物などが挙げられる。 The silicone surfactant is not particularly limited, but examples thereof include polyether-modified polydimethylsiloxane, polyetherester-modified polydimethylsiloxane, hydroxyl group-containing polyether-modified polydimethylsiloxane, acrylic group-containing polyether-modified polydimethylsiloxane, acrylic group-containing polyester-modified polydimethylsiloxane, perfluoropolyether-modified polydimethylsiloxane, perfluoropolyester-modified polydimethylsiloxane, and silicone-modified acrylic compounds.
なお、フッ素系界面活性剤やシリコーン系界面活性剤はレベリング剤として塗膜の平坦性を改善するのに有効である。 Furthermore, fluorosurfactants and silicone surfactants are effective as leveling agents to improve the flatness of the coating film.
前記の溶媒としては、特に限定するものではないが、例えば、アルコールを挙げることができ、より詳しい例として、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、メトキシエタノール、エトキシエタノール、ブトキシエタノール、エチレングリコール等を挙げることができる。 The solvent is not particularly limited, but may be, for example, alcohol, and more specific examples include methanol, ethanol, propanol, butanol, methoxyethanol, ethoxyethanol, butoxyethanol, ethylene glycol, etc.
本発明の導電性高分子組成物において、前述した添加剤(D)の含有量については、0.001~20重量%であることを特徴とするが、操作性に優れる点で、0.01~15重量%であることが好ましく、0.1~10重量%であることがより好ましい。 In the conductive polymer composition of the present invention, the content of the additive (D) is 0.001 to 20% by weight, but from the viewpoint of excellent operability, it is preferably 0.01 to 15% by weight, and more preferably 0.1 to 10% by weight.
本発明の導電性高分子組成物は、下記一般式(1)で表される構造単位及び下記一般式(2)で表される構造単位からなる群より選ばれる少なくとも一種の構造単位を含むポリチオフェン(A)を0.01~10重量%含み、水分散性金属(B)を0.01~0.5重量%含み、水を含むことを特徴とする。 The conductive polymer composition of the present invention is characterized by containing 0.01 to 10% by weight of polythiophene (A) containing at least one structural unit selected from the group consisting of structural units represented by the following general formula (1) and structural units represented by the following general formula (2), containing 0.01 to 0.5% by weight of a water-dispersible metal (B), and containing water.
当該水の濃度(含有量)としては、特に限定するものではないが、施工性に優れる点で、80~99.5重量%の範囲であることが好ましく、85~99.5重量%であることがより好ましい。 The concentration (content) of the water is not particularly limited, but in terms of excellent workability, it is preferably in the range of 80 to 99.5% by weight, and more preferably 85 to 99.5% by weight.
本発明の導電性高分子組成物を調製する方法としては、特に限定するものではないが、例えば、上記のポリチオフェン(A)の水溶液又は固体と、粒子径(D50)が80nm以下の絶縁性無機粒子(B)と、必要に応じて水を混合し、撹拌などによって均一化する方法を挙げることができる。その際、必要に応じて、前記の化合物(C)や、添加剤(D)等を添加して混合することもできるし、一旦上記のポリチオフェン(A)と粒子径(D50)が80nm以下の絶縁性無機粒子(B)を含む導電性高分子組成物を調整したうえで、前記の化合物(C)や、添加剤(D)等を添加混合して調整してもよい。なお、各材料は水に添加して混合することが好ましいが、材料を添加混合する順番については、特に限定されるものはなく、これらの材料を任意の順で混合することにより本発明の導電性高分子組成物を調製することができる。 The method for preparing the conductive polymer composition of the present invention is not particularly limited, but may be, for example, a method in which an aqueous solution or solid of the polythiophene (A) is mixed with insulating inorganic particles (B) having a particle diameter (D50) of 80 nm or less, and water as necessary, and homogenized by stirring or the like. In this case, the compound (C) and additive (D) may be added and mixed as necessary, or a conductive polymer composition containing the polythiophene (A) and insulating inorganic particles (B) having a particle diameter (D50) of 80 nm or less may be prepared first, and then the compound (C) and additive (D) may be added and mixed to adjust the conductive polymer composition. Note that each material is preferably added to water and mixed, but the order in which the materials are added and mixed is not particularly limited, and the conductive polymer composition of the present invention can be prepared by mixing these materials in any order.
ここで、混合する際の温度は、特に限定するものではないが、例えば、室温~加温下で行うことができる。0℃以上100℃以下が好ましい。 Here, the temperature during mixing is not particularly limited, but for example, mixing can be performed at room temperature or under heating. A temperature between 0°C and 100°C is preferable.
混合する際の雰囲気は、特に限定するものではないが、大気中でも、不活性ガス中でもよい。 The atmosphere in which the mixture is mixed is not particularly limited, but may be air or an inert gas.
また、混合する際には、スターラーチップや攪拌羽根等による一般的な混合溶解操作に加えて、超音波照射、ホモジナイズ処理(例えば、メカニカルホモジナイザー、超音波ホモジナイザー、高圧ホモジナイザー等の使用)を行ってもよい。ホモジナイズ処理する場合には、ポリマーの熱劣化を防ぐため、冷温しながら行うことが好ましい。 When mixing, in addition to the general mixing and dissolving operation using a stirrer tip or stirring blade, ultrasonic irradiation and homogenization treatment (for example, using a mechanical homogenizer, ultrasonic homogenizer, high-pressure homogenizer, etc.) may be performed. When homogenization treatment is performed, it is preferable to perform it at a low temperature to prevent thermal degradation of the polymer.
本発明の導電性高分子組成物における各成分の濃度は、配合比で調整してもよいし、配合後に濃縮により調整してもよい。濃縮の方法は、減圧下に溶媒を留去する方法であっても、限外ろ過膜を利用する方法であってもよい。 The concentration of each component in the conductive polymer composition of the present invention may be adjusted by the blending ratio, or may be adjusted by concentrating after blending. The concentrating method may be a method of distilling off the solvent under reduced pressure, or a method of using an ultrafiltration membrane.
本発明の導電性高分子組成物については、水以外の全成分の濃度が、0.5~20重量%の範囲であることが好ましく、0.5~15重量%の範囲であることがより好ましい。 For the conductive polymer composition of the present invention, the concentration of all components other than water is preferably in the range of 0.5 to 20% by weight, and more preferably in the range of 0.5 to 15% by weight.
本願発明の導電性高分子組成物は、塗布後、乾燥・脱水されるため、前記の濃度範囲で良好な均一膜を得ることができる。 The conductive polymer composition of the present invention is dried and dehydrated after application, so a good uniform film can be obtained within the above concentration range.
本発明の導電性高分子組成物の粘度(20℃)は、200mPa・s以下であることが好ましく、より好ましくは100mPa・s以下であり、さらに好ましくは50mPa・s以下である。 The viscosity (20°C) of the conductive polymer composition of the present invention is preferably 200 mPa·s or less, more preferably 100 mPa·s or less, and even more preferably 50 mPa·s or less.
本発明の導電性高分子膜については、本発明の導電性高分子組成物を用いて形成することができる。本発明の導電性高分子膜を形成する方法としては、特に限定するものではないが、例えば、本発明の導電性高分子組成物を、基材に塗布し、又は浸漬させ、乾燥する方法を挙げることができる。 The conductive polymer film of the present invention can be formed using the conductive polymer composition of the present invention. The method for forming the conductive polymer film of the present invention is not particularly limited, but may be, for example, a method in which the conductive polymer composition of the present invention is applied to or immersed in a substrate and then dried.
乾燥雰囲気は大気中、不活性ガス中、真空中、又は減圧下のいずれであってもよい。高分子膜の劣化抑制の観点からは、窒素、アルゴン等の不活性ガス中が好ましい。 The drying atmosphere may be air, an inert gas, a vacuum, or a reduced pressure. From the viewpoint of preventing deterioration of the polymer film, an inert gas such as nitrogen or argon is preferable.
上記の基材としては、特に限定するものではないが、例えば、ガラス、プラスチック、ポリエステル、ポリアクリレート、ポリカーボネート、金属酸化物、セラミックス、又はレジスト基板等が挙げられる。 The above substrate is not particularly limited, but examples include glass, plastic, polyester, polyacrylate, polycarbonate, metal oxide, ceramic, or resist substrate.
上記の塗布する方法としては、特に限定するものではないが、例えば、キャスティング法、ディッピング法、バーコート法、ロールコート法、グラビアコート法、フレキソ印刷法、スプレーコート法、スピンコート法、インクジェット印刷法等が挙げられる。 The above coating method is not particularly limited, but examples include casting, dipping, bar coating, roll coating, gravure coating, flexographic printing, spray coating, spin coating, and inkjet printing.
塗膜の乾燥温度は、均一な導電膜が得られる温度であれば特に限定されないが、室温~300℃の範囲であることが好ましく、より好ましくは室温~250℃の範囲であり、さらに好ましくは室温~200℃の範囲である。 The drying temperature for the coating is not particularly limited as long as a uniform conductive film is obtained, but it is preferably in the range of room temperature to 300°C, more preferably in the range of room temperature to 250°C, and even more preferably in the range of room temperature to 200°C.
塗膜の膜厚としては、特に限定するものではないが、10-2~102μmの範囲が好ましい。得られる塗膜の表面抵抗値としては、特に限定するものではないが、1~109Ω/の範囲のものが好ましい。 The thickness of the coating film is not particularly limited, but is preferably in the range of 10 −2 to 10 2 μm. The surface resistance of the resulting coating film is not particularly limited, but is preferably in the range of 1 to 10 9 Ω/.
本発明で得られる導電性高分子膜の導電率としては、特に限定するものではないが、フィルム状態での導電率(電気伝導度)が10S/cm以上であることが好ましい。 The conductivity of the conductive polymer film obtained by the present invention is not particularly limited, but it is preferable that the conductivity (electrical conductivity) in the film state is 10 S/cm or more.
本発明の導電性高分子膜は、例えば、帯電防止剤、電解コンデンサの固体電解質、導電性塗料、エレクトロクロミック素子、電極材料、熱電変換材料、透明導電膜、化学センサ、アクチュエータ等に使用できる。特に、電解コンデンサの固体電解質として極めて有用である。電解コンデンサに用いた場合、高い容量を維持したまま、低ESRの優れた特性を有する電解コンデンサを提供することができる。 The conductive polymer film of the present invention can be used, for example, as an antistatic agent, a solid electrolyte for electrolytic capacitors, a conductive paint, an electrochromic element, an electrode material, a thermoelectric conversion material, a transparent conductive film, a chemical sensor, an actuator, etc. In particular, it is extremely useful as a solid electrolyte for electrolytic capacitors. When used in electrolytic capacitors, it is possible to provide an electrolytic capacitor that has excellent characteristics such as low ESR while maintaining a high capacity.
前記の導電性高分子膜は、前記の一般式(1’)で表される構造単位及び前記の一般式(2’)で表される構造単位からなる群より選ばれる少なくとも一種の構造単位を含むポリチオフェン(A)と粒子径(D50)が80nm以下の絶縁性無機粒子(B)を含むことを特徴とする。 The conductive polymer film is characterized by containing polythiophene (A) containing at least one structural unit selected from the group consisting of structural units represented by the general formula (1') and structural units represented by the general formula (2') and insulating inorganic particles (B) having a particle diameter (D50) of 80 nm or less.
以下、本発明を実施例によって具体的に記述する。しかし、これらによって本発明は何ら限定して解釈されるものではない。 The present invention will be described in detail below with reference to examples. However, the present invention should not be construed as being limited in any way by these examples.
なお、本実施例で用いた分析機器及び測定方法を以下に列記する。 The analytical instruments and measurement methods used in this example are listed below.
[NMR測定]
装置:VARIAN製、Gemini-200
[導電性高分子膜の作製方法]
具体的には後述する本発明の組成物 0.5mLを25mm角の無アルカリガラス板に塗布し、大気下、ホットプレート上で60℃にて30分加熱し、さらに200℃で60分加熱して導電性高分子膜を得た。
[NMR Measurement]
Equipment: VARIAN, Gemini-200
[Method of producing conductive polymer film]
Specifically, 0.5 mL of the composition of the present invention described below was applied to a 25 mm square alkali-free glass plate, heated on a hot plate in air at 60° C. for 30 minutes, and further heated at 200° C. for 60 minutes to obtain a conductive polymer film.
[導電性高分子膜の膜厚測定]
装置:BRUKER社製 DEKTAK XT。
[Measurement of Conductive Polymer Film Thickness]
Apparatus: DEKTAK XT manufactured by BRUKER.
上記の作製方法で作製した導電性高分子膜をx方向に6.25mm、y方向に6.25mmピッチの間隔で、切れ目を入れガラス部を露出させ、測定箇所9点の膜厚を25℃50%RH雰囲気で測定した。 The conductive polymer film produced by the above method was cut at intervals of 6.25 mm in the x direction and 6.25 mm in the y direction to expose the glass portion, and the film thickness was measured at nine measurement points in an atmosphere of 25°C and 50% RH.
[導電性高分子膜の表面抵抗率測定]
装置:三菱化学社製ロレスタGP MCP-T600。
表面抵抗測定器ロレスタGP MCP-T600を用い、測定プローブをASPとして、x方向に6.25mm、y方向に6.25mmピッチの間隔で、測定箇所9点の表面抵抗を25℃50%RH雰囲気で測定した。
[Measurement of surface resistivity of conductive polymer film]
Apparatus: Mitsubishi Chemical Loresta GP MCP-T600.
Using a surface resistance measuring instrument Loresta GP MCP-T600 and a measuring probe as an ASP, the surface resistance was measured at nine measurement points at intervals of 6.25 mm in the x direction and 6.25 mm in the y direction in an atmosphere of 25° C. and 50% RH.
[導電性高分子膜の導電率測定]
上記の測定方法で測定した導電性高分子膜の膜厚及び表面抵抗率から、以下の式に基づき導電率を算出した。
[Conductivity measurement of conductive polymer film]
The electrical conductivity was calculated from the film thickness and surface resistivity of the conductive polymer film measured by the above-mentioned measuring method according to the following formula.
導電率[S/cm]=104/(表面抵抗率[Ω/□]×膜厚[μm])
[固体電解コンデンサの作製]
厚み100μmのアルミニウム箔を用い、アルミニウム箔の表面にエッチング処理を施した。エッチング処理を施した厚み100μmのアルミニウム箔の一部にアルミ箔を溶接し取り出し線を取り付けた。液温が80℃で、濃度が0.2wt%のリン酸2水素アンモニウム水溶液中に、前記のエッチング処理を施したアルミニウム箔を浸漬して、130Vの直流電圧を20分間印加して、酸化アルミニウムの誘電体層を形成した(陽極)。別途、取り出し線が取り付けられたエッチング処理を施した厚み50μmのアルミニウム箔を陰極とし、前記の陽極と当該陰極の間に絶縁紙からなるセパレータを介在させて巻回した巻回素子を作製した。次に、当該巻回素子を導電性高分子組成物に浸漬させて取出し、次いで、150℃、30分間乾燥を行い固体電解コンデンサを得た。
Electrical conductivity [S/cm] = 10 4 / (Surface resistivity [Ω/□] x Film thickness [μm])
[Fabrication of Solid Electrolytic Capacitor]
An aluminum foil having a thickness of 100 μm was used, and the surface of the aluminum foil was etched. An aluminum foil was welded to a part of the etched aluminum foil having a thickness of 100 μm, and a lead wire was attached. The etched aluminum foil was immersed in an aqueous solution of ammonium dihydrogen phosphate having a concentration of 0.2 wt% at a liquid temperature of 80° C., and a direct current voltage of 130 V was applied for 20 minutes to form a dielectric layer of aluminum oxide (anode). Separately, an etched aluminum foil having a thickness of 50 μm and a lead wire was used as a cathode, and a separator made of insulating paper was interposed between the anode and the cathode to prepare a wound element. Next, the wound element was immersed in a conductive polymer composition, taken out, and then dried at 150° C. for 30 minutes to obtain a solid electrolytic capacitor.
[固体電解コンデンサの特性測定]
前記の方法で作製した固体電解コンデンサの特性については、下記装置を用い、初期120Hzの初期容量[μF]、初期100kHzのESR[mΩ]、及び63V印加したときの2分後の漏れ電流[μA]を評価した。
[Characteristics measurement of solid electrolytic capacitors]
The characteristics of the solid electrolytic capacitor prepared by the above method were evaluated using the following device, including the initial capacitance [μF] at initial 120 Hz, the ESR [mΩ] at initial 100 kHz, and the leakage current [μA] after 2 minutes when 63 V was applied.
装置:日置電機社製 LCRメーター IM3536
合成例1.
公知文献(特開2019-196443)の合成例1及び合成例2に準拠して、ポリ(3-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b]-[1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-1-メチル-1-プロパンスルホン酸[下記式(4)で表される構造単位、及び式(5)で表される構造単位を含む重合物](以下、「PEDOT-MPS」という)の水溶液(導電性高分子水溶液)を作製した。当該水溶液に含まれるポリマー量は0.74重量%であった。又、鉄イオン、及びナトリウムイオンを、各々44ppm、及び12ppm(対ポリマー)含有していた。本ポリマーの導電率は、導電率342S/cmであった。
Equipment: Hioki E.E. Corporation LCR meter IM3536
Synthesis Example 1
According to Synthesis Examples 1 and 2 of the known literature (JP 2019-196443), an aqueous solution of poly(3-[(2,3-dihydrothieno[3,4-b]-[1,4]dioxin-2-yl)methoxy]-1-methyl-1-propanesulfonic acid [polymer containing a structural unit represented by the following formula (4) and a structural unit represented by the following formula (5)] (hereinafter referred to as "PEDOT-MPS") (conductive polymer aqueous solution) was prepared. The amount of polymer contained in the aqueous solution was 0.74 wt%. In addition, iron ions and sodium ions were contained in amounts of 44 ppm and 12 ppm (relative to the polymer), respectively. The conductivity of this polymer was 342 S/cm.
実施例1
(導電性高分子溶液の作製)
合成例1で得られた導電性高分子水溶液を減圧脱水し、PEDOT-MPSを2.0重量%含む水溶液を調整した。前記のPEDOT-MPSを2.0重量%含む水溶液 100gに、粒子径(D50)が50nm未満の酸化アルミニウム(シグマアルドリッチ社製、製品番号544833) 0.5gを加えてよく撹拌混合を行った。次に、エタノールアミン 0.4gを加えてよく撹拌混合を行い、pH=3の導電性高分子組成物を得た。前記導電性高分子組成物を用いて前述の方法に従って固体電解コンデンサを作製し、特性評価を行った。評価結果を表1に示した。
Example 1
(Preparation of Conductive Polymer Solution)
The conductive polymer aqueous solution obtained in Synthesis Example 1 was dehydrated under reduced pressure to prepare an aqueous solution containing 2.0% by weight of PEDOT-MPS. 0.5 g of aluminum oxide (Sigma-Aldrich, product number 544833) having a particle size (D50) of less than 50 nm was added to 100 g of the aqueous solution containing 2.0% by weight of PEDOT-MPS, and the mixture was thoroughly stirred and mixed. Next, 0.4 g of ethanolamine was added and the mixture was thoroughly stirred and mixed to obtain a conductive polymer composition with a pH of 3. A solid electrolytic capacitor was produced using the conductive polymer composition according to the above-mentioned method, and the characteristics were evaluated. The evaluation results are shown in Table 1.
実施例2
実施例1において、粒子径(D50)が50nm未満の酸化アルミニウム 0.5gの代わりに、粒子径(D50)が10~20nmの二酸化ケイ素(ADEKA社製、アデライトAT-20Q) 0.1gを用いた以外は、実施例1と同様の操作を行い、コンデンサ特性評価を行った。なお、pH=3とするために、実施例1と同様にエタノールアミン添加量を0.4gとしている。評価結果を表1に示した。
Example 2
The capacitor characteristics were evaluated in the same manner as in Example 1, except that 0.1 g of silicon dioxide (Adelight AT-20Q, manufactured by ADEKA Corporation) having a particle diameter (D50) of 10 to 20 nm was used instead of 0.5 g of aluminum oxide having a particle diameter (D50) of less than 50 nm. Note that, in order to achieve a pH of 3, the amount of ethanolamine added was set to 0.4 g, as in Example 1. The evaluation results are shown in Table 1.
比較例1
実施例1において、粒子径(D50)が50nm未満の酸化アルミニウム 0.5gの代わりに、粒子径(D50)が100nmの二酸化ケイ素(日本触媒社製、シーホスターKE-P10) 0.1gを用いた以外は、実施例1と同様の操作を行い、導電性高分子組成物を調整したが、均一分散液が得られず、コンデンサ特性評価を行うことができなかった。なお、pH=3とするために、実施例1と同様にエタノールアミン添加量を0.4gとしている。評価結果を表1に示した。
Comparative Example 1
A conductive polymer composition was prepared by the same procedure as in Example 1, except that 0.1 g of silicon dioxide (Sea Hoster KE-P10, manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd.) having a particle diameter (D50) of 100 nm was used instead of 0.5 g of aluminum oxide having a particle diameter (D50) of less than 50 nm. However, a uniform dispersion was not obtained, and the capacitor characteristics could not be evaluated. In order to achieve a pH of 3, the amount of ethanolamine added was set to 0.4 g, as in Example 1. The evaluation results are shown in Table 1.
実施例3
実施例1において、粒子径(D50)が50nm未満の酸化アルミニウム 0.5gの代わりに、粒子径(D50)が50nm未満のヒドロキシアパタイト(シグマアルドリッチ製 製品番号900194) 0.1gを用いた以外は、実施例1と同様の操作を行い、コンデンサ特性評価を行った。なお、pH=3とするために、実施例1と同様にエタノールアミン添加量を0.4gとしている。評価結果を表1に示した。
Example 3
The capacitor characteristics were evaluated in the same manner as in Example 1, except that 0.1 g of hydroxyapatite (Sigma-Aldrich, product number 900194) having a particle diameter (D50) of less than 50 nm was used instead of 0.5 g of aluminum oxide having a particle diameter (D50) of less than 50 nm in Example 1. Note that the amount of ethanolamine added was 0.4 g in the same manner as in Example 1 to achieve a pH of 3. The evaluation results are shown in Table 1.
実施例4
実施例1において、粒子径(D50)が50nm未満の酸化アルミニウム 0.5gの代わりに、粒子径(D50)が50nm未満のヒドロキシアパタイト(シグマアルドリッチ社製、製品番号900194) 0.01gを用いた以外は、実施例1と同様の操作を行い、コンデンサ特性評価を行った。なお、pH=3とするために、実施例1と同様にエタノールアミン添加量を0.4gとしている。評価結果を表1に示した。
Example 4
The capacitor characteristics were evaluated in the same manner as in Example 1, except that 0.01 g of hydroxyapatite (Sigma-Aldrich, product number 900194) having a particle diameter (D50) of less than 50 nm was used instead of 0.5 g of aluminum oxide having a particle diameter (D50) of less than 50 nm in Example 1. In addition, the amount of ethanolamine added was 0.4 g, as in Example 1, to achieve a pH of 3. The evaluation results are shown in Table 1.
実施例5
実施例1において、粒子径(D50)が50nm未満の酸化アルミニウム 0.5gの代わりに、粒子径(D50)が50nm未満のヒドロキシアパタイト(シグマアルドリッチ社製、製品番号900194) 1gを用いた以外は、実施例1と同様の操作を行い、コンデンサ特性評価を行った。なお、pH=3とするために、実施例1と同様にエタノールアミン添加量を0.4gとしている。評価結果を表1に示した。
Example 5
The capacitor characteristics were evaluated in the same manner as in Example 1, except that 1 g of hydroxyapatite (Sigma-Aldrich, product number 900194) having a particle diameter (D50) of less than 50 nm was used instead of 0.5 g of aluminum oxide having a particle diameter (D50) of less than 50 nm in Example 1. Note that, in order to achieve a pH of 3, the amount of ethanolamine added was set to 0.4 g, as in Example 1. The evaluation results are shown in Table 1.
比較例2
実施例1において、粒子径(D50)が50nm未満の酸化アルミニウム 0.5gの代わりに、粒子径(D50)が50nm未満のヒドロキシアパタイト(シグマアルドリッチ社製、製品番号900194) 5gを用いた以外は、実施例1と同様の操作を行い、コンデンサ特性評価を行った。なお、pH=3とするために、実施例1と同様にエタノールアミン添加量を0.4gとしている。評価結果を表1に示した。
Comparative Example 2
The capacitor characteristics were evaluated in the same manner as in Example 1, except that 5 g of hydroxyapatite (Sigma-Aldrich, product number 900194) having a particle diameter (D50) of less than 50 nm was used instead of 0.5 g of aluminum oxide having a particle diameter (D50) of less than 50 nm in Example 1. In addition, the amount of ethanolamine added was 0.4 g, as in Example 1, to achieve a pH of 3. The evaluation results are shown in Table 1.
参考例1
合成例1で得られた導電性高分子水溶液を減圧脱水し、PEDOT-MPSを2.0重量%含む水溶液を調整した。前記のPEDOT-MPSを2.0重量%含む水溶液 100gに、エタノールアミン 0.4gを加えてよく撹拌混合を行い、pH=3の導電性高分子水溶液を得た。前記導電性高分子水溶液を用いて前述の方法に従って固体電解コンデンサを作製し、特性評価を行った。評価結果を表1に示した。
Reference Example 1
The conductive polymer aqueous solution obtained in Synthesis Example 1 was dehydrated under reduced pressure to prepare an aqueous solution containing 2.0% by weight of PEDOT-MPS. 0.4 g of ethanolamine was added to 100 g of the aqueous solution containing 2.0% by weight of PEDOT-MPS, and the mixture was thoroughly stirred and mixed to obtain an aqueous conductive polymer solution with a pH of 3. A solid electrolytic capacitor was produced using the aqueous conductive polymer solution according to the method described above, and its characteristics were evaluated. The evaluation results are shown in Table 1.
参考例2
ポリスチレンスルホン酸が外部ドープされたポリ3,4-エチレンジオキシチオフェンの分散液(Heraeus社製、Clevios PH500を使用) 100gに、エタノールアミン 0.3gを加えてよく撹拌混合を行い、pH=3の導電性高分子分散液を得た。前記導電性高分子分散液を用いて前述の方法に従って固体電解コンデンサを作製し、特性評価を行った。評価結果を表1に示した。
Reference Example 2
0.3 g of ethanolamine was added to 100 g of a dispersion of poly(3,4-ethylenedioxythiophene) externally doped with polystyrenesulfonic acid (Clevios PH500 manufactured by Heraeus) and thoroughly stirred and mixed to obtain a conductive polymer dispersion with a pH of 3. A solid electrolytic capacitor was produced using the conductive polymer dispersion according to the method described above, and its characteristics were evaluated. The evaluation results are shown in Table 1.
比較例3
ポリスチレンスルホン酸が外部ドープされたポリ3,4-エチレンジオキシチオフェンの分散液(Heraeus社製、Clevios PH500を使用) 100gに、粒子径(D50)が50nm未満の酸化アルミニウム 0.5gを加えてよく撹拌混合を行った。次に、エタノールアミン 0.3gを加えてよく撹拌混合を行い、pH=3の導電性高分子分散液を得た。前記導電性高分子分散液を用いて前述の方法に従って固体電解コンデンサを作製し、特性評価を行った。評価結果を表1に示した。
Comparative Example 3
0.5 g of aluminum oxide having a particle size (D50) of less than 50 nm was added to 100 g of a dispersion of poly(3,4-ethylenedioxythiophene) externally doped with polystyrene sulfonic acid (Clevios PH500 manufactured by Heraeus was used) and thoroughly mixed. Next, 0.3 g of ethanolamine was added and thoroughly mixed, obtaining a conductive polymer dispersion with a pH of 3. A solid electrolytic capacitor was produced using the conductive polymer dispersion according to the method described above, and its characteristics were evaluated. The evaluation results are shown in Table 1.
比較例4
比較例2において、粒子径(D50)が50nm未満の酸化アルミニウム 0.5gの代わりに、粒子径(D50)が10~20nmの二酸化ケイ素 0.1g(ADEKA社製、アデライトAT-20Q)を用いた以外は、比較例2と同様の操作を行い、コンデンサ特性評価を行った。なお、pH=3とするために、エタノールアミン添加量を0.3gとした。評価結果を表1に示した。
Comparative Example 4
The capacitor characteristics were evaluated in the same manner as in Comparative Example 2, except that 0.1 g of silicon dioxide (Adelight AT-20Q, manufactured by ADEKA Corporation) having a particle diameter (D50) of 10 to 20 nm was used instead of 0.5 g of aluminum oxide having a particle diameter (D50) of less than 50 nm. The amount of ethanolamine added was 0.3 g to achieve a pH of 3. The evaluation results are shown in Table 1.
表1に示した結果より、本発明の導電性高分子組成物を用いた実施例1乃至実施例5は、高い容量を維持したまま、低ESRを達成できるという効果を奏するものであった。これは、本発明の導電性高分子組成物が、陽極箔と陰極箔の極間を埋めた結果であると推測される。更に、本発明の導電性高分子組成物を用いた場合、漏れ電流が低い電解コンデンサが得られることが分かった。当該効果は、本発明の導電性高分子組成物が、電解コンデンサを作製する過程で生じる酸化被膜欠損を修復する高い能力があるためであると推測される。PEDOT/PSSを代用した場合、容量の低下及びESRの増加が確認出来た。 From the results shown in Table 1, Examples 1 to 5 using the conductive polymer composition of the present invention achieved the effect of achieving low ESR while maintaining high capacity. This is presumably the result of the conductive polymer composition of the present invention filling the gap between the anode foil and the cathode foil. Furthermore, it was found that when the conductive polymer composition of the present invention is used, an electrolytic capacitor with low leakage current can be obtained. This effect is presumably due to the conductive polymer composition of the present invention having a high ability to repair oxide film defects that occur in the process of making an electrolytic capacitor. When PEDOT/PSS was used instead, a decrease in capacity and an increase in ESR were confirmed.
上記したとおり、本発明の導電性高分子組成物を使用すれば、高い容量を維持したまま、低ESRの優れた特性を有する電解コンデンサを提供することができる。 As described above, by using the conductive polymer composition of the present invention, it is possible to provide an electrolytic capacitor that has excellent characteristics such as low ESR while maintaining a high capacity.
Claims (7)
[一般式(1)及び(2)において、R2は、水素原子、メチル基、エチル基、炭素数3~6の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、又はフッ素原子を表し、mは、1~10の整数を表し、nは、0又は1を表す。] A conductive polymer film for electrolytic capacitors (excluding conductive polymer films containing a fluorine-based surfactant), comprising: polythiophene (A) containing at least one structural unit selected from the group consisting of a structural unit represented by the following general formula (1) and a structural unit represented by the following general formula (2) :
[In general formulas (1) and (2), R2 represents a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group, a linear or branched alkyl group having 3 to 6 carbon atoms, or a fluorine atom, m represents an integer of 1 to 10, and n represents 0 or 1.]
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