DE3325892A1 - Verfahren zur herstellung von feinteiligen elektrisch leitfaehigen pyrrol-polymerisaten - Google Patents
Verfahren zur herstellung von feinteiligen elektrisch leitfaehigen pyrrol-polymerisatenInfo
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Description
BASF Aktiengesellschaft Z- 3325892 °*Z* OO5°/36631
Verfahren zur Herstellung von feinteiligen elektrisch leitfähigen Pyrrol-
-Polymerisaten
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von feintiligen elektrisch
leitfähigen Pyrrol-Polymerisaten. Weiterhin betrifft die Erfindung
die Verwendung dieser feinteiligen elektrisch leitfähigen Pyrrol-Polymerisate zur Herstellung von Formkörpern.
Aus D.E. Weiss et al, Austr. J. Chern. , Seiten 1056, 1076 und 1096 (1963)
ist die Pyrolyse von Tetraiodpyrrol bekannt. Hierbei entstehen elektrisch leitfähige Pulver mit hohen Leitfähigkeiten.
Nach Arbeiten von A. F. Diaz et al, J.C.S. Chem. Comm. 1979, Seite 635;
J.C.S. Chem. Comm. 1979, Seite 854 und ACS Org. Coat. Plast. Chem. h3_
(1980), werden bei der.anodischen Polymerisation von Pyrrol in Gegenwart
von Leitsalzen Filme mit elektrischen Leitfähigkeiten bis zu 10^ S/cm
gebildet. Hierbei handelt es sich um p-leitende Polypyrrole, wobei als
Gegenanionen vor allem BF^", AsF6", cl04~ und HSO^*" genannt werden.
Nach einer Arbeit von K.C. Khulke und R.S. Mann, Journal of Polymer
Science, vol 20 (1982), Seiten 1089 bis 1055, kann Pyrrol in wäßriger Lösung
unter der Einwirkung von Kaliumpersulfat polymerisiert werden, so daß
sich das Polymerisat in Form eines feinteiligen schwarzen Pulvers abschei-
det. .
Für viele Anwendungszwecke, beispielsweise zur Herstellung von Elektronik-Bauteilen,
elektrischen Schaltern, speziellen Elektrodenmaterialien etc. ist es notwendig oder erstrebenswert, die elektrisch leitfähigen
feinpulvrigen Pyrrol-Polymeren durch einen weiteren Verarbeitungsschritt in die gewünschte Anwendungsform zu überführen. Beispielsweise müssen
pulverförmige Pyrrol-Polymere für die Anwendung im allgemeinen zu entsprechenden
Formkörpern verpreßt werden. Gemäß der älteren, nicht vorveröffentlichten
deutschen Patentanmeldung P 32 27 914.0 können feinteilige Pyrrol-Polyraere bei Temperaturen von 150 bis- 3000C und bei Drucken von
mindestens 50 bar zu Formkörpern verpreßt werden.
Es hat sich gezeigt, daß die bislang zur Verfügung stehenden feinteiligen
Pyrrol-Polyraeren in ihren Eigenschaften noch nicht allen Anforderungen
genügen. Insbesondere ist die elektrische Leitfähigkeit nicht ausreichend.
BASF Aktiengesellschaft -X- O.Z. 0050/36631
Aufgabe der Erfindung ist es daher, neue feinteilige elektrisch leitfähige
Pyrrol-Polymerisate zu schaffen, die sich für die Verarbeitung zu Formkörpern besser eignen.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein einfaches Verfahren gelöst, bei
dem man Verbindungen aus der Klasse der Pyrrole für sich allein oder im Gemisch untereinander oder im Gemisch mit anderen Pyrrolen copolymerisierbaren
Verbindungen in Lösung in Gegenwart von Leitsalzen mit Sauerstoff enthaltenden Oxidationsmitteln behandelt.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung dieser feinteiligen
Pyrrol-Polymerisate zur Herstellung von Formkörpern.
Bei den erfindungsgemäßen feinteiligen Pyrrol-Polymerisaten handelt es
sich um elektrisch hochleitfähige Systeme, die zumindest sauerstoffhaltige
Oxidationsmittel oder sonstige anwesende Leitsalze enthalten. Die Leitfähigkeit liegt zwischen 10 bis 10, vorzugsweise zwischen 10
und 5 und insbesondere zwischen 0 und 2,6 S/cm. Der mittlere Teilchendurchmesser
kann zwischen 0,05 und 5 mm liegen. Die spezifische Oberfläche liegt im Bereich von 1 bis m^/g. Das IR-Spektrum der feinteiligen erfindungsgemäßen
Pyrrol-Polymerisate unterscheidet sich nicht von den Pyrrol- -Polymerisaten, die durch elektrochemische anodische Oxidation erhalten
worden sind.
Man kann die erfindungsgemäßen feinteiligen Pyrrol-Polymerisate auch als
Komplexe der Ionen und der polymeren Pyrrole bezeichnen. Die polymeren Pyrrole der Erfindung besitzen ein hohes mechanisches Niveau und ein ausgewogenes
und verbessertes Eigenschaftsbild, insbesondere sehr gute anwendungstechnische Eigenschaften, was sie für die Verwendung zur Herstellung
von Formkörpern geeignet macht.
Die Verbindung aus der Klasse der Pyrrole, die sich für das erfindungsgemäße
Verfahren eignen, sind einmal Pyrrol selbst als auch die substituierten Pyrrole, die N-Alkylpyrrole, N-Arylpyrrole, die an den C-Atomen
monoalkyl- oder thialkylsubstituierten Pyrrole und die an den C-Atomen monohalogen oder dihalogen substituierten Pyrrole, Erfindungsgemäß können
Pyrrol allein oder in Mischung mit anderen Verbindungen aus der Klasse der Pyrrole verwendet werden. Vorzugsweise verwendet man unsubstituiertes
Pyrrol selbst. Werden substituierte Pyrrole eingesetzt, so sind das 3,4-Dialkylpyrrol, insbesondere mit 1 bis 4 C-Atomen im Alkylrest, sowie
BASF Aktiengesellschaft -/*ί- 3325892 °*Z# OO5°/36631
auch die 3,4-Dihalogenpyrrole, insbesondere das 3,4-Dichlorpyrrol bevorzugt.
Es können auch gegebenenfalls geringe Mengen, z.B. zwischen 0,1 und 10 Mol,
bezogen auf ein Mol Pyrrol anderer heterocyclischer Verbindungen, die einen konjugierten II-Elektronensystem enthalten, wie Furan, Thiophen oder Thiazol
mitverwendet werden.
Zur Herstellung der feinteiligen Pyrrol-Polymerisate werden die Verbindüngen
aus der Klasse der Pyrrole in Lösung in Gegenwart von Leitsalzen mit Sauerstoff enthaltende Oxidationsmittel behandelt. Zweckmäßig
verwendet man aus 1 Mol Pyrrol bzw. Gemischen aus Pyrrolen untereinander oder mit anderen mit Pyrrolen copolymerisierbaren Verbindungen
0,2 bis 10 Mol des Oxidationsmittels. Verwendet man weniger als 1 Mol,
so kann man feststellen, daß ein Teil der verwendeten Ausgangssubstanz nicht zu Polymeren umgewandelt wird. Größere Mengen an Oxidationsmitteln
zu verwenden ist nicht erforderlich, da die Menge.ausreicht, die gesamte
Menge der Ausgangsstoffe in Polymere umzuwandeln. Ein Überschuß über die
angegebene Menge hinaus ist jedoch in den meisten Fällen nicht erforderlieh,
kann jedoch gelegentlich bestimmte Effekte bewirken. Von den Sauerstoff enthaltenden Oxidationsmitteln haben sich besonders Peroxosäuren
und deren Salze, die Peroxodischwefelsäure und deren Alkali- und Ammoniumsalze
bewährt. Vorzugsweise werden auch Peroxoborate oder Peroxochromate,
wie Natriumperborat oder Kaliumbichromat verwendet. Außerdem sind Permanganate, wie Kaliumpermanganat geeignet, wenn man diesen Permanganaten
geringe Mengen Säuren zusetzt. Auch ist bevorzugt die Verwendung von Wasserstoffsuperoxid, wobei hierbei die Anwesenheit von Leitsalzen
unumgänglich ist.
Die Herstellung der feinteiligen Pyrrol-Polymerisate erfolgt in Lösung,
wobei sich Wasser als Lösungsmittel, ggf. in Abmischung mit organischen mit Wasser mischbaren Lösungsmitteln bewährt haben. Es können aber auch
organische Lösungsmittel, wie Dimethylsulfoxid, Methylenchlor, Methanol
Ethanol, Acetonitril, SuIfolan, Ethylencarbonat,-Propylencarbonat, Dioxan
oder Tetrahydrofuran, verwendet werden. Bei der Verwendung von organischen mit Wasser nicht mischbaren Lösungsmitteln, hat sich das Einarbeiten geringer
Wassermengen in feiner Verteilung in das organische Lösungsmittel bewährt. Vorzugsweise wird zur Herstellung der feinteiligen Pyrrole jedoch
Wasser verwendet. Man arbeitet zweckmäßig so, daß die Lösungen 0,1 bis 50, vorzugsweise 1 bis 5 Gew.-% des Pyrrols oder der Gemische der
Pyrrole, ggf. mit anderen Verbindungen enthalten. Die Menge der zuzusetzenden Oxidationsmitteln wird nach dem oben angegebenen Prinzip gemessen. Die
Umsetzung kann zweckmäßig in einem Temperaturbereich von 0 bis 100°} vor-
BASF Aktiengesellschaft -/C=- 3 3 9 5 8 9? °'Z' 0050/36631
zugsweise von 15 bis 40°C erfolgen. Meistens bekommt man zu zufriedenstellenden
Ergebnissen, wenn die Umsetzung bei Raumtemperatur durchgeführt wird.
Den Lösungen werden Leitsalze zugesetzt, die beim Ausscheiden des feinteiligen
Polymeren die Polymerstruktur mit eingebaut werden, so daß die Leitfähigkeit der erhaltenen feinteiligen Polymerisate hierdurch positiv
beeinflußt wird. Diese Leitsalze werden auch als Komplexierungsmittel oder Dotierungsmittel· und im englischen Sprachgebrauch als doping-agents
bezeichnet.
Als Leitsalze haben sich z.B. KHSO4, Na2SO4, HCOOH, LiClO4, HClO4,
NEt4ClO4, NBu4ClO4, KAIF3, NaAlF6, KBF4, K2TiF6, K2ZrF6, K2NiF4,
HO2(NO3^, H2SO4, FeCl3, NOPF6, KAsF6 oder NaPF6 bewährt. Die Konzentration
der Leitsalze ist so bemessen, daß auf 3 Mol des eingesetzten Pyrrols oder den anderen Monomeren mindestens 1 Mol der oben aufgeführten
Leitsalze verwendet werden.
Die erfindungsgemäßen feinteiligen Pyrrol-Polyraeren, die auch als feinpulvrige
Pyrrol-Polymere bezeichnet werden können, eignen sich insbesondere zur Herstellung von Formkörpern. Diese Formkörper können z.B. als
Elektroden-Katalysatoren, Diaphragmen, elektrische Speichersysteme, Batterien, Schalter, Halbleiterbauteile, Abschirmmaterialien, Solarzellen
verwendet werden. In feinteiliger Form können die verbindungsgemäßen
Pyrrol-Polymeren zur antistatischen Ausrüstung von Kunststoffen dienen.
Bei der Herstellung von Formteilen können die üblichen Verfahren des Verpressens
der Polymeren unter Druck und Temperatur Anwendung finden. So hat es sich, wie bereits aus der altern nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung
hervorgeht, bewährt, in einem Temperaturbereich von 150 bis 300°C und bei Drucken von mindestens 50 bar, vorzugsweise zwischen 100 und 200 bar,
zu arbeiten. Mitunter ist es zweckmäßig, die erfindungsgemäß hergestellten feinteiligen Pyrrol-Polymerisate zusammen mit anderen nicht leitfähigen
thermoplastischen Kunststoffen zu Formteilen zu verarbeiten, wenn die Eigenschaften entsprechend abgewandelt werden sollen. Auch können die
feinteiligen Pyrrol-Polymerisate zusammen mit Produkten, die eine höhere
Leitfähigkeit haben, bei der Herstellung von Formkörpern Anwendung finden.
Die Erfindung wird durch die nachfolgenden Beispiele näher erläuter. Die
in den Beispielen angegebenen Teile sind Gewichtsteile, Prozente, Ge-Wichtsprozente.
ASF Aktiengesellschaft - ^Z- 3325892 °'Z' OO5°/36631
(P
In einem Rührkolben wird eine Lösung aus 3 Teilen Pyrrol und 1,5 Teilen
KAIF3 in 100 Teilen Wasser unter starkem Rühren bei Raumtemperatur mit
)5 einer wäßrigen Lösung von Ko^2^8 langsam versetzt. Das molare Verhältnis
von Pyrrol : K2S2Og beträgt 6 : 1 Mol. Nach kurzer Zeit scheidet sich ein
schwarzer Niederschlag aus, der nach 15 Minuten Reaktionszeit filtriert,
mit Wasser neutral gewaschen wird und mit Methanol gespült wird, anschließend
wird 8 h bei 0,5 Torr und 50°C getrocknet. 10
Das feinpulvrige Material hat einen mittleren Teilchendurchmesser von
0,2/um und eine Oberfläche von 15 m^/g.
Das feinpulvrige Material wurde zu einer Tablette verpreßt, an der eine
Leitfähigkeit von 0,1 S/cm gemessen wurde. Das IR-Spektrum wurde als
KBr-Preßling aufgenommen. Das Spektrum entspricht dem in der Figur 1
wiedergegebenen.
Die gleiche Menge Pyrrol und 1,5 Teile KBF1^ wurden mit der gleichen Menge
K2S2Og bei Raumtemperatur in einem Gemisch aus 1 Teil Wasser und 1 Teil
Methanol behandelt. Es wurden identische Ergebnisse, wie oben erwähnt, erhalten.
In gleicher Weise wie in Beispiel 1 beschrieben, wurde eine wäßrige
Lösung mit einer wäßrigen Lösung von K2Cr2Oy-Lösung behandelt. Auf 1 Mol
Pyrrol entfielen 2 Mol K2Cr2Oy. Es wurde mit verdünnter Schwefelsäure bis
zu einem pH von 1 angesäuert und die Lösung gerührt. Es bildet sich ein schwarzer Niederschlag, der, wie oben angegeben, gewaschen'und getrocknet
wurde.
Das feinpulvrige Material hatte einen mittleren Teilchendurchmesser von
0,1/um, eine Oberfläche von 30 ra^/g. Das IR-Spektrum entspricht dem aus
Fig. 1 ersichtlichen.
13,4 Teile Pyrrol werden mit 50 Teilen eines Methanol/Wassergemisches
(1:1) versetzt und die in der Tabelle angegebenen Teile eines Salzes oder einer Säure zugefügt, dann werden bei 20°C unter Eiskühlung 47,6 Teile
Natriumperoxidsulfat in 100 Teilen Wasser zugefügt. Das entstehende Pulver wird abgesaugt und aufgearbeitet, wie in Beispiel 1 beschrieben. In
BASP Aktiengesellschaft "'6WL 3325892 °*Z* 0050Z36631
der folgenden Tabelle 1 sind die Ergebnisse des erfindungsgemäßen Verfahrens
zusammengefaßt.
Nr. | Zusatz | Art | Gew.-Teile | spez. elektr. Leitfähigkeit | |
05 | S/cm | ||||
3 | ff y- SO3H | 15,7 | 3,0 | ||
4 | HpD4 | 10 | 2,0 | ||
10 | 5 | KBF4 | 12 | 2,4 | |
6 | NaF | 8 | 1,4 | ||
7 | KPF6 | 5 | 2,3 | ||
8 | K2IrF6 | 10 | 5,9 | ||
9 | K2SiF6 | 14,5 | 7,8 | ||
15 | 10 | KAlF3 | 13,2 | 2,3 | |
11 | K3AlF6 | 16,5 | 3,5 | ||
12 | K2TiF6 | 5,5 | 6,8 | ||
13 | K2NiF6 | 10 | 8,5 | ||
14 | K2ZrF6 | 8 | 6,5 | ||
20 | |||||
Claims (1)
- BASF Aktiengesellschaft 332589 2 °·ζ· 0050/36631Patentansprüche(1·) Verfahren zur Herstellung von feinteiligen elektrisch leitfähigenPyrrol-Polymerisaten, dadurch gekennzeichnet, daß man Verbindungen 05 aus der Klasse der Pyrrole für sich allein oder im Gemisch untereinander oder im Gemisch mit anderen mit Pyrrolen copolymerisierbaren Verbindungen in Lösung und Gegenwart von Leitsalzen mit Sauerstoff enthaltenden Oxidationsmitteln behandelt.10 2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Oxidationsmittel Peroxosäuren oder deren Salze oder Wasserstoffsuperoxid verwendet.3. Verwendung von feinteiligen Pyrrol-Polymerisaten nach Anspruch 15 zur Herstellung von Formkörpern.315/83 vG/ro^^A I8.O7.I983
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1984
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4731408A (en) * | 1985-12-20 | 1988-03-15 | Polaroid Corporation | Processable conductive polymers |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
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EP0131914A1 (de) | 1985-01-23 |
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