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JPH0693190A - 導電性高分子材料ラテックスとその製造法及び利用法 - Google Patents

導電性高分子材料ラテックスとその製造法及び利用法

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JPH0693190A
JPH0693190A JP28213992A JP28213992A JPH0693190A JP H0693190 A JPH0693190 A JP H0693190A JP 28213992 A JP28213992 A JP 28213992A JP 28213992 A JP28213992 A JP 28213992A JP H0693190 A JPH0693190 A JP H0693190A
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JP
Japan
Prior art keywords
latex
conductive polymer
polymer material
aniline
pyrrole
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Application number
JP28213992A
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JP3296369B2 (ja
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Ryuichi Yamamoto
隆一 山本
Chiyouhou Riyuu
長鋒 劉
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JSR Corp
Original Assignee
Japan Synthetic Rubber Co Ltd
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Publication date
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  • Paints Or Removers (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 導電性高分子材料をラテックス粒子とするラ
テックスを簡便かつ経済的な手法により得ること。 【構成】 実質的に導電性を有しない高分子材料をラテ
ックス粒子とするラテックス中で,ピロールやアニリン
等のモノマーを触媒共存下に過酸化水素で重合せしめ,
導電性高分子複合材料をラテックス粒子とするラテック
スを得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は導電性を有する高分子材
料粒子をラテックス状態で含有する新しいラテックスと
その製造法及び応用法に関するものである。
【0002】
【従来の技術とその問題点】導電性高分子としては,ポ
リアセチレン,ポリアニリン,ポリピロール,ポリチオ
フェン及びそれらの誘導体などがあり(たとえば,吉村
進著「導電性ポリマー」共立出版(1987),山本,
松永著「ポリマーバッテリー」共立出版(199
0)),特にポリアニリン,ポリピロール,ポリチオフ
ェン誘導体などは工業化されている。しかし,これらの
導電性高分子の多くは不溶不融であるために成型性に劣
り用途が限られている。特に,溶媒として最も用い易い
水に可溶な導電性高分子は例が少なく,導電性高分子が
実用化されているアルミ電解コンデンサや静電気防止シ
ートなどの製作上問題があった。
【0003】
【問題点の解決法と手段】本発明は上記の問題点を解決
するため,水等の媒質中に長期に安定な微粒子を含有す
るラテックス中の微粒子の表面あるいは内部で導電性高
分子の生成反応を行わしめ,導電性高分子材料粒子から
成るラテックスを得るものである。すなわち,ゴムラテ
ックス,合成ラテックス(「化学大辞典」771頁,8
12頁,2445頁,(1989)東京化学同人刊)な
どのラテックスは,水中あるいは水性溶液中に通常0.
04〜2μm程度の大きさの高分子材料から成る微粒子
を活面活性化剤などの働きにより長期間安定な分散状態
で保持している。このラテックス中の微粒子は溶媒に溶
けているわけではないが,長期間安定に分散状態で水等
の媒質中に存在し粒径も視覚的に十分に小さいので紙の
コーテング材などに用いられている(前出の「化学大辞
典」771頁)。
【0004】従って,ラテックス中に含まれる微粒子の
表面あるいは内部で導電性高分子の生成を行わせること
により微粒子状導電性高分子複合材料を得ることがで
き,この微粒子状導電性高分子が水あるいは水系液体中
に一定期間以上安定に存在することができれば,本発明
の「導電性を有する高分子材料から成る粒子を構成要素
とする導電性高分子材料ラテックス」(請求項1及び
2)を得ることができる。このような導電性高分子材料
ラテックス中の微粒子状導電性高分子複合材料は十分に
小さな粒径を有するので,本発明のラテックスは通常の
ラテックスと同様紙のコーテング材などに用いることが
でき,またアルミニウム電解コンデンサー中の細孔(通
常1μm程度の径を有する)に入って同コンデンサーの
電極になりうるなど導電性高分子を用いる各種電子・光
デバイス(たとえば,山本隆一「有機金属化合物の新し
い展開。機能性材料との接点,触媒学会有機金属研究会
講演会要旨集」2頁(1992年5月))に用いること
ができると予想される。
【0005】本発明は上記の「導電性を有する高分子材
料から成る粒子を構成要素とする導電性高分子材料ラテ
ックス」を得る新しい着想にもとづき鋭意研究を進めた
結果なされたものである。特に,この導電性高分子材料
ラテックスを得る手法として,ゴムラテックスや合成ラ
テックス等の通常のラテックス中にアニリン,ピロー
ル,チオフェンあるいはそれらの誘導体などをモノマー
としてとし,遷移金属又は遷移金属化合物存在下に過酸
化水素を加えることにより酸化重合せしめる方法が優れ
ていることを見出したものである。しかし,本発明の導
電性高分子材料ラテックスはこの製造法によって制限さ
れるものではない。本発明のラテックスを得るためのモ
ノマーとしてはアニリン,ピロール及びそれらの誘導体
の他触媒存在下にHにより重合して導電性ポリマ
ーを与えるものが特によい。アニリン,ピロール,チオ
フェンあるいはその誘導体が当モル程度以上のFeCl
,過硫酸アンモニウム等の酸化剤により重合すること
は知られているが,これらの酸化剤を触媒としてではな
く上記の当モル程度以上加えた場合には,本発明の長期
間安定なラテックスは得られず沈殿が得られることが多
い(比較例及び雑誌「Macromolecules」
25巻,2526頁(1992))。また,本発明の導
電性高分子材料ラテックスにあっては,母材となる原ラ
テックス粒子を構成する高分子材料は比較的安価に合成
することができるものである。そして,本発明の導電性
高分子材料ラテックスは,この母材の表面あるいは部分
的内部にポリアニリン,ポリピロール,あるいはそれら
の誘導体といった比較的高価な導電性高分子を存在させ
るものであり,比較的高価な導電性高分子の使用量が少
なく,経済的に優れた導電性複合材料を与える特長を有
する。また,母材の塗布性などの良い性質に基づく優れ
た物性を有する。
【0006】本発明の導電性高分子材料ラテックス中の
微粒子に導電性を与える原因となる導電性高分子として
は,ポリアニリン,ポリピロール,ポリチオフェン,ポ
リセレノフェノン,ポリフラン,ポリアズレン及びそれ
らの誘導体さらにはアニリンとピロールの共重合体等の
種々共重合体などが望ましいが,特に制限はない。母材
となる原ラテックス中の母材微粒子としては天然ゴム及
びスチレン,ブタジエン,イソプレンなどの重合体やそ
れらをモノマーとする共重合体などが挙げられる。
【0007】本発明の導電性高分子材料ラテックスを得
る方法としては,ゴムラテックスや合成ラテックス(前
述の「化学大辞典」771頁,812頁)などの実質的
に導電性を有しない微粒子をラテックス粒子として含む
ラテックス中にアニリン,ピロール,あるいはそれらの
誘導体又は混合物(誘導体の混合物を含む)を加え触媒
量の遷移金属又は遷移金属化合物共在下に過酸化水素を
加えることにより重合せしめる方法が優れている。この
方法による場合,共存させる遷移金属(原子番号21〜
30,39〜48,57〜80及び89以上の元素)又
は遷移金属化合物(たとえば硫酸,塩酸,酢酸などの各
種酸の塩,キレート化合物等)としては特に制限はない
が,たとえばマンガン,鉄,銅,バナジウムの化合物な
どカタラーゼ活性やFenton試薬類似の酸化反応に
対して活性を示すものが望ましい。反応溶媒について
は,通常水を用いるが,必要に応じてアセトニトリルや
メタノール,アセトン等の有機化合物と水の混合物など
を用いてもよい。また,HCl,HBr,HNO
SO等の無機酸やアルキルベンゼンスルホン酸,ア
ルキルナフタレンスルホン酸等の有機酸などの酸を添加
して行うのが好ましく,特にアニリン,ピロールなどの
モノマー1モルに対して0.1ないし10モルの酸を加
えて行うのが好ましい。反応温度については制限はない
が−10°Cから100°Cの範囲で行うのが好まし
い。
【0008】
【実施例】
実施例1〜13 室温でラテックス(JSR 640又はJSR SX6
83。前者はブタジエン,スチレン,メタクリル酸メチ
ル,不飽和酸の共重合体より成る粒径240nmの微粒
子を含み,後者はスチレン,メタクリル酸メチル,ジビ
ニルベンゼン,不飽和酸の共重合体より成る外径350
nm,内径230nmの微粒子を含む(いずれも日本合
成ゴム(株)製))に水を加えてポリマー含量が5重量
パーセントになるように希釈する。この希釈溶液に所定
量のアニリン又はピロール,過酸化水素水(15重量パ
ーセントの過酸化水素濃度を有するもの),酸を加えて
室温で攪拌する。アニリンの場合には反応液に溶解した
が,ピロールの場合には不溶部が存在した。この反応系
に所定量の触媒を加え室温で攪拌した。触媒としてFe
Clを加えた場合には,ラテックスの色は約20〜3
0分後に黒色(ピロールを用いた場合)又は緑色(アニ
リンを用いた場合)に変化し,ピロール及びアニリンの
重合が進行したことが分かった。このようにして生成し
た本発明のラテックスは約一週間にわたり沈殿を生ずる
ことなく室温で安定に存在し沈殿の生成は認められなか
った。さらに,この本発明のラテックスから水,酸,及
びモノマー(アニリン,ピロールなど)を真空中で除く
ことにより母材高分子材料とポリピロール又はポリアニ
リンから成る複合高分子材料を得,その分析及び物性測
定を行った。硫酸を酸として添加した場合には,ラテッ
クスから水とモノマーを真空で除いた後に得られる粉末
を充分に水洗して硫酸を除き,さらに真空中で乾燥し
た。
【0009】本発明のラテックスを得るための反応条件
を表1に,得られたラテックスより溶媒類,酸及びモノ
マーを除いて得られた母材高分子材料とポリピロール又
はポリアニリンから成る複合高分子材料の分析結果及び
この複合高分子材料を加圧成型して得た固形物の導電率
を表2に示す。表1と表2の実施例はお互いに対応す
る。
【表1】
【表2】
【0010】表1に示す条件下に得られた本発明のラテ
ックス中のラテックス粒子について透過電子顕微鏡及び
走査電子顕微鏡による観察を行った。その結果,元のラ
テックス中に存在していた球状のラテックス粒子(母材
となる高分子材料粒子)の表面に新しく突起状物質や表
面の一部を覆う物質が生成していることが分かった。こ
の新しく生成した物質はポリアニリン又はポリピロール
であるとみなされる。この新しい物質の一部は元の球状
ラテックス粒子の内部に入り込んでいた。そして,この
他には,母材となる高分子材料粒子から遊離した重合物
は実質的に認められなかった。また,本発明のラテック
ス中のラテックス粒子の粒径は元のラテックス中のラテ
ックス粒子の粒径とほぼ同じであった。一方,後述の比
較例に示すようなピロール,アニリンを元ラテックス粒
子を存在させることなく単独でFeCl−H
により重合させた場合には,ポリピロール,ポリアニリ
ンの沈殿が得られ,ポリピロールの場合,粒径約30〜
50nmの粒子が生成していることが分かった。
【0011】比較例1 FeCl触媒と過酸化水素の混合系を酸化剤とする代
わりに,モノマー(ピロール)と等モル程度(約0.5
〜1.5モル/モノマー1モル)のFeClを酸化剤
として加える他は表1の実施例1〜7と同様にしてラテ
ックスの作製を試みた。しかし,この場合,ラテックス
は安定でなく,すばやく黒色の沈殿物が生成することが
分かった。 比較例2 FeCl触媒と過酸化水素の混合系を酸化剤とする代
わりに,モノマー(アニリン)と等モル程度(約0.5
〜1.5モル/モノマー1モル)のFeClを酸化剤
として加える他は表1の実施例8,9と同様にしてラテ
ックスの作製を試みた。しかし,この場合,ラテックス
は安定でなく,すばやく暗緑色の沈殿物が生成すること
が分かった。 比較例3 ラテックス粒子を存在させることなく,水中で表1の実
施例1〜7に示したと同様の条件でFeCl触媒と過
酸化水素の混合系を酸化剤としてピロールの重合を行っ
た。この場合,安定なラテックスは得られず,すみやか
にポリピロールの沈殿が得られた。 比較例4 ラテックス粒子を存在させることなく,水中で表1の実
施例8,9と同様の条件でFeCl又はFeSO
触媒として過酸化水素を酸化剤としてアニリンの重合を
行った。この場合,安定なラテックスは得られず,すみ
やかに黒色のポリアニリンの沈殿が得られた。
【0012】上記の実施例及び比較例の結果は,本発明
の方法においては,ピロール,アニリン等のモノマーが
実質的に元ラテックス中のラテックス粒子の表面又はそ
の近傍で選択的に起こり,元ラテックス粒子とを構成す
る高分子材料と導電性高分子の複合材料から成る微粒子
が得られ,この微粒子がラテックス状態で安定に存在さ
せることができることを示している。ピロール及びアニ
リンの酸化による重合をナイロン糸でできた織物共存下
に水中等で行うと,ポリピロール及びポリアニリンの生
成が織物繊維上で選択的に起こることが報告されており
(Synthetic Metals,28巻 823
頁(1989)),本発明においても導電性高分子の生
成が元ラテックス粒子上で選択的に起こったものと考え
られる。
【0013】実施例14 表1の実施例に示す方法により得たラテックスのうち,
ピロールを用いて得たラテックスを濾紙(東洋濾紙
(株)製,Type 2)に塗布して乾燥させ,導電性
複合材料によりコートした紙を作製した。このコートさ
れた面は100〜500kΩの表面抵抗を示した。同様
にアニリンを用いて得たラテックスを濾紙に塗布して乾
燥し導電性コート紙を得た。
【0014】
【発明の効果】本発明により,導電性高分子材料よりな
るラテックスを得ることができた。このラテックスは塗
布,含浸などすることにより必要とされる部分を導電化
させるのに適している。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 導電性を有する高分子材料から成る粒子
    を構成要素とする導電性高分子材料ラテックス。
  2. 【請求項2】 実質的に導電性を有せずかつ母材となる
    高分子材料粒子の表面を含む一部に導電性高分子を存在
    させることを特徴とする粒子を構成要素とする請求項1
    記載の導電性高分子材料ラテックス。
  3. 【請求項3】 ピロール,アニリン,又はそれらの誘導
    体の重合体又は共重合体(誘導体の共重合体を含む)を
    含有する請求項1又は請求項2記載の導電性高分子材料
    ラテックス。
  4. 【請求項4】 ピロール,アニリン,又はそれらの誘導
    体又はそれらの混合物(誘導体の混合物を含む)をラテ
    ックス粒子を含む反応系において酸化剤により重合せし
    めることにより請求項1,請求項2,又は請求項3のい
    ずれかに記載の導電性高分子材料ラテックスを得る製造
    法。
  5. 【請求項5】 ピロール,アニリン,又はそれらの誘導
    体又はそれらの混合物(誘導体の混合物を含む)を酸化
    剤により重合せしめるに当って,遷移金属又はその化合
    物を触媒として用い過酸化水素を酸化剤とする酸化反応
    系を用いることを特徴とする請求項4記載の製造法。
  6. 【請求項6】 酸を添加して重合せしめる請求項4又は
    請求項5記載の製造法。
  7. 【請求項7】 請求項1,請求項2,又は請求項3のい
    ずれかに記載の導電性高分子材料ラテックスを導電性コ
    ーテング材として用いる利用法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6593399B1 (en) * 1999-06-04 2003-07-15 Rohm And Haas Company Preparing conductive polymers in the presence of emulsion latexes
WO2014141367A1 (ja) * 2013-03-11 2014-09-18 昭和電工株式会社 導電性重合体含有分散液の製造方法
JP2017008428A (ja) * 2015-06-18 2017-01-12 ナガセケムテックス株式会社 導電性組成物

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