筑波大ら,有機溶媒中に導電性高分子を容易に合成

筑波大学と高エネルギー加速器研究機構は,低コストで電気伝導性が高く,水中で合成できることから,多方面で研究・応用が行なわれている導電性ポリマーの一つ,ポリアニリンをアルコール中で合成することに成功した(ニュースリリース)。

代表的な導電性ポリマーの一つであるポリアニリンは,染料化学で最もよく使われる安価なアニリンを,水中で酸化剤と反応させるだけで簡便に合成できることから,多方面での研究・応用が進んでいる。

近年,ポリアニリンには,ガスバリヤー性,ウイルス除去性,放射性物質遮断性などがあることや,アンモニアセンサー,太陽電池の電極,防錆剤として応用可能であることも知られてきた。

しかし,水中での反応においては,水に溶けない汎用プラスチックとの複合化が難しく,また,熱溶融性もないことから,さまざまな形状に加工することはできず,工業的応用の壁となっていた。

研究では,アニリンと有機スルホン酸またはアニリン塩を,エタノール,クロロホルム,トルエンなどの有機溶媒に加え,少量のヨウ素を添加し,攪拌するのみで,ポリアニリン(エメラルジン)を合成することに成功した。

ヨウ素は,重合反応の初期段階でモノマーにラジカルを発生させるため,重合活性が向上し,さらに酸化剤を加えることにより重合が進行する。このポリアニリンの導電キャリヤーであるポーラロンの存在を,電子スピン共鳴法(ESR=ElectronSpin Resonance)で確認するとともに,四端子法で電気伝導性を評価した。

さらに有機溶媒にヒドロキシプロピルロース液晶やアクリル樹脂,ポリスチレンなどのプラスチックを溶解し,その溶液中でアニリンの重合を行なうと,これらのプラスチックとアニリンが分子レベルで複合化したポリマーコンポジットが作成できることを見いだした。

このようなポリマーコンポジットのミクロ構造を放射光X線回折装置により評価したところ,コンポジット化に基づく分子レベルでの周期性構造が確認されたという。

研究で作成した,アクリル樹脂やポリ酢酸ビニルなどとのポリアニリンコンポジットは,有機溶媒を加えて粘性を調節することにより塗料として利用することもできる。さらに,この方法により,導電性ポリマーの工業的応用の道が広がり,例えば,導電性ペイントや防錆プラスチック,導電性梱包材量,さらに,導電性ポリマーコンポジットからなる重厚なインゴットを作成することも可能となった。

また,十分な力学的強度や柔軟性のある導電性エンジニアリングプラスチックの開発にもつながると期待され,研究グループは今後,この方法を用いて実際に,導電性ゴムや,導電性合成繊維,導電性梱包材などの作成に取り組むとしている。

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