DE10058116A1 - Polythiophene - Google Patents
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Abstract
In wasserfreien oder wasserarmen Lösungsmitteln lassen sich lösliche bzw. dispergierbare Polythiophene herstellen, wenn man diese in wasserfreien oder wasserarmen Lösungsmitteln herstellt und während der Reaktion Phasentransferkatalysatoren zusetzt.
Description
Organische leitfähige Polymere haben in der Technik mehr und mehr Verbreitung gefunden.
Einsatzgebiete sind z. B. die Durchkontaktierung von Leiterplatten (EP 553671),
Antistatikausrüstung fotografischer Filme (EP 440657) oder als Elektrode in
Feststoffelektrolykondensatoren (EP 340512). Besondere Bedeutung haben Poly-3,4-
alkylendioxythiophene erlangt, die sich durch hohe Stabilität und elektrische Leitfähigkeit
auszeichnen.
In EP 440957 werden wasserlösliche bzw. wasserdispergierbare Polyalkylendioxythiophene
beschrieben. Diese werden direkt in Gegenwart von Polyanionen in wäßriger Phase
synthetisiert. Die wäßrigen Zubereitungen werden zur Herstellung leitfähiger bzw.
antistatischer Beschichtungen eingesetzt. Für viele Anwendungen besteht aber ein Bedarf an
Polyalkylendioxythiophenen, die in Form von wasserfreien bzw. wasserarmen Lösungen oder
Dispersionen verarbeitet werden können, z. B. zur Verkürzung der Trockenzeiten der
Beschichtungen oder zur Verbesserung des Benetzungsverhaltens. Nach Entfernen des
Wassers aus den in EP 440957 beschriebenen Lösungen sind diese in Wasser und organischen
Lösungsmitteln unlöslich.
In EP 339340 ist die Herstellung von 3,4-Polyalkylendioxythiophenen durch Umsetzung der
entsprechenden Monomere mit Oxidationsmitteln beschrieben. Die so hergestellten 3,4-
Ethylendioxythiophene sind in organischen und anorganischen Lösungsmitteln ebenfalls
unlöslich.
EP 440957 lehrt, dass die Herstellung von wasserlöslichen bzw. wasserdispergierbare
Polyalkylendioxythiophenen prinzipiell auch in Gegenwart von protischen Lösungsmitteln
wie Methanol, Ethanol, Isopropanol und anderen mit Wasser mischbaren organischen
Lösungsmitteln wie z. B. Aceton erfolgen kann. Jedoch sind hierbei nur geringe
Beimischungen von organischen Lösemitteln möglich, wasserfreie bzw. wasserarme
Lösungen oder Dispersionen sind so nicht zugänglich.
Polyalkylendioxythiophene werden bevorzugt durch oxidative Polymerisation hergestellt. Als
Oxidationsmittel kommen gemäß Stand der Technik Übergangsmetalle, salzartige
Verbindungen und andere Oxidationsmittel in Frage. Hierbei werden Übergangsmetalle und
salzartige Oxidationsmittel, insbesondere Alkali- oder Ammoniumperoxodisulfate bevorzugt.
Metallhaltige übergangsmetallhaltige Zwar hat es Versuche gegeben, Oxidationsmittel wie
Eisen(III)salze für die Polymerisation von Thiophenen in Lösungsmitteln zu verwenden,
jedoch ist dies mit Schwierigkeit und Nachteilen behaftet. Die so hergestellten Polythiophene
sind nicht, nur teilweise oder nur mit Hilfe von weiteren Dispergierhilfsmitteln in Lösemitteln
dispergierbar (Siehe hierzu z. B. Lee, S. Park und Y. Son, Mol. Cryst. Liq. Cryst. 327 (1999)
237-240). Die übergangsmetallhaltigen Rückstände der Oxidationsmittel sind aus den
Reaktionslösungen nur schwer zu entfernen und beeinflussen die Qualität der leitfähigen oder
antistatischen Beschichtungen, wie z. B. deren Alterungsbeständigkeit, negativ.
Salzartige Oxidationsmittel wie Peroxodisulfat bzw. Perborate und andere salzartige
Verbindungen reagieren in Abwesenheit von Wasser oder in Anwesenheit von nur geringen
Mengen nicht oder nur sehr langsam, so dass sich nicht akzeptabel lange Reaktionszeiten
ergeben. Die so enthältlichen Reaktionslösungen enthalten große Mengen an Monomeren und
praktische keine Polythiophene und sind daher nicht verwendbar.
Es wurde nun überraschenderweise gefunden, dass sich Polythiophene hoher Qualität und
leichter Löslichkeit bzw. Dispergierbarkeit in wasserfreien oder wasserarmen Lösungsmitteln
herstellen lassen, wenn man diese in wasserfreien oder wasserarmen Lösungsmitteln herstellt
und während der Reaktion Phasentransferkatalysatoren zusetzt. Das Herstellverfahren besitzt
den Vorteil, dass lösemittelhaltige wasserfreie oder wasserarme Polythiophen-Dispersionen
oder -Lösungen hergestellt werden können, die nach Aufarbeitung nur geringe Metall- und
Salzgehalte aufweisen. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten
Polythiophene können als Feststoff, -Dispersionen oder -Lösungen stabil gelagert werden und
ergeben leitfähige bzw. antistatische Schichten hoher Qualität.
Bei gleicher chemischer Zusammensetzung unterscheiden sich die erfindungsgemäßen
Polythiophene überraschend deutlich von Polythiophen, die gemäß dem Stand der Technik
hergestellt wurden. Die erfindungsgemäßen Polythiophen lösen sich spontan in
Lösungsmitteln und auch Wasser auch in hohen Konzentrationen, ohne dass es zu
Ausfällungen, Verquallungen oder anderen unerwünschten Effekten wie z. B. Erhöhung der
Viskosität kommt.
Dies war für den Fachmann überraschend und nicht vorhersehbar, da der Fachmann
annehmen mußte, dass die Polymerisationsreaktion bei gleicher chemischer
Zusammensetzung und gleichem Oxidationsmittel zu Produkten mit bekannten Eigenschaften
führen und der Zusatz von Phasentransferkatalysatoren lediglich die
Reaktionsgeschwindigkeit während der Polymerisation erhöhen sollte. Dies ist jedoch nicht
der Fall. Die erfindungsgemäßen Polythiophene lösen sich spontan in Wasser und
organischen Lösungsmitteln auf.
Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung von Polythiophenen,
dadurch gekennzeichnet, dass man
- a) ein oder mehrere Thiophene der allgemeinen Formel (I)
in der R1 für einen gegebenenfalls substituierten Alkylrest mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen und R und R2 gleich oder verschieden für Wasserstoff, einen linearen oder verzweigten Alkylrest mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen, OH, O-CH2- CH2-CH2-SO3H oder O-Alkyl mit 1-18 C-Atomen stehen, - b) mindestens eine eine oder mehrere Sulfonsäuregruppen enthaltende Verbindung
- c) mindestens ein Oxidationsmittel
- d) mindestens einen Phasen-Transferkatalysator
- e) ggf. einen oder mehrere Katalysatoren
in mindestens einem Lösungsmittel bei Temparaturen zwischen 0 und 150°C umsetzt und
anschließend aufarbeitet.
Gegenstand der Erfindung sind die nach diesem Verfahren herstellbaren Polythiophene.
Gegenstand der Erfindung ist schließlich die Verwendung der Polythiophene z. B. in Form
von Feststoffen, Dispersionen oder Lösungen zur Herstellung; von leitfähigen und
antistatischen Beschichtungen und Formteilen.
Die für das erfindungsgemäße Verfahren einsetzbaren Thiophene sind Thiophene der
allgemeinen Formel (I)
in der R1 für einen gegebenenfalls substituierten Alkylrest mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen
und R und R2 gleich oder verschieden für Wasserstoff, einen linearen oder verzweigten
Alkylrest mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, OH, O-CH2-CH2-CH2-SO3H oder O-Alkyl mit 1-
18 C-Atomen stehen,
Bevorzugt sind Thiophene der allgemeinen Formel (II)
handelt wobei
R3, R4, R5, R6, R7 und R8 Wasserstoffatome, Alkylgruppen mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, eine Hydroxymethylgruppe und ggf. mit Sulfonsäuregruppen substituierte Alkoxymethylgruppen mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen bedeuten.
R3, R4, R5, R6, R7 und R8 Wasserstoffatome, Alkylgruppen mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, eine Hydroxymethylgruppe und ggf. mit Sulfonsäuregruppen substituierte Alkoxymethylgruppen mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen bedeuten.
Besonders bevorzugt handelt es sich bei den im erfindungsgemäßen Verfahren einsetzbaren
Thiophenen um 3,4-Methylendioxythiophen, 3,4-Ethylendioxythiophen und Thiophene der
allgemeinen Formel (III),
wobei R9 einen Wasserstoff oder einen Alkylrest mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen bedeutet, 4-
Propylendioxythiophen, Hydroxy bzw. Alkoxygruppen tragende Thiophene wie sie
beispielsweise in US 511327 beschrieben werden, bzw. solche die CH2-O-(CH2)n-SO3H-
Gruppen tragen.
Als eine oder mehrerer Sulfonsäuregruppen enthaltende Verbindung sind Verbindungen
geeignet, die mindestens eine an ein aliphatisches, cycloaliphatisches oder aromatisches
Kohlenstoffatom geknüpfte Sulfonatsäure tragen. Dies sind bevorzugt Polysulfonsäuren z. B.
Polystyrolsulfonsäuren und Polyvinylsulfonsäuren mit einem Molekulargewicht (Mw) von
2000 bis 2 000 000, vorzugsweise 5000 bis 500 000, Toluolsulfonsäuren, Benzolsulfonsäuren
die Alkylreste mit 1 bis 20 Kohlenstoffatome tragen können, beispielsweise
Dodecylbenzolsulfonsäure, Alkylsulfonsäure mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen wie z. B.
Methansulfonsäure und Laurylsulfonsäure. Gegebenfalls können aber auch Verbindungen, die
eine O-SO2OH-Gruppe tragen (d. h. Schwefelsäurehalbester) verwendet bzw. mitverwendet
werden.
Als Oxidationsmittel werden vorzugsweise salzartige Oxidationsmittel eingesetzt, bevorzugt
Peroxodisulfate, z. B. Alkali- und Ammoniumperoxodisulfat, und Percarbonate wie
Alkalipercarbonat.
Phasentransferkatalysatoren erhöhen die Löslichkeit der Oxidationsmittel im Lösungsmittel.
Üblicherweise werden als Phasentransferkatalysatoren Verbindungen verwendet, die
entweder Alkaliionen komplexieren, oder ionische Verbindungen mit langkettigen Alkresten,
die ein im Lösungsmittel lösliches Gegenion aufweisen und dadurch die Löslichkeit der
Oxidationsmittel erhöhen. Bevorzugt Verbindungen sind solche mit -CH2- und -O-
Struktureinheiten, z. B. Kronenether wie z. B. 12-Krone-4 oder 18-Krone-6, Benzo- oder
Dibenzo-18-krone-6, aus Ethylenoxid hergestellte Polyether, quartärere Ammoniumsalze,
bevorzugt Alkylreste oder Arylalkylreste mit 4 bis 20 Kohlenstoffatomen aufweisende
quartärere Ammoniumsalze wie z. B. Butyl-, Decyl-, Lauryl- oder Benzyl
trimethylammonium-Salze und entsprechende Phosphorverbindungen.
Katalysatoren sind Eisen(III)- oder andere Übergangsmetallverbindungen, wie z. B. Mangan-
Salze, welche die Geschwindigkeit der Polymerisation erhöhen. Geeignet sind z. B.
Eisen(III)chlorid, Eisen(III)sulfat, Eisen(III)toluolsulfonat, Mangandioxid und
Mangan(II)salze.
Als Lösungsmittel sind prinzipiell organische Lösungsmittel geeignet. Dies sind z. B.
Alkohole, beispielsweise Methanol, Ethanol, Propanol, Butanol, Pentanol oder höhere
Alkohole, Ethylenglykol. Diethylenglykol. Trethylenglykol oder höhere Homologe, Ketone
wie z. B. Aceton oder Butanon, chlorierte Kohlenwasserstoffe, beispielsweise
Methylenchlorid, Chloroform, Tetrachlorkohlenstoff, Dichlorethan oder Trichlorethan,
aromatische Verbindungen wie z. B. Toluol, Xylol, Chlorbenzol oder Dichlorbenzol,
aliphatische oder cycloaliphatische Kohlenwasserstoffe wie z. B. Pentan, Hexan, Heptan,
Cyclohexan und Octan, Ether wie z. B. Tetrahydrofuran, Diethylether, Methy-tert-butylether,
Ethylenglykolmono- oder -dimethylether oder dessen höhere Homologe, Amide wie
Dimethylformamid, Dimethylacetamid oder N-Methylpyrrolidon und Ester wie z. B.
Essigsäureethyl- oder -butylester. Die verwendeten Lösungsmittel sind überwiegend frei von
Wasser, können jedoch noch geringe Mengen, d. h. bis zu 5 Gew.-% an Wasser enthalten.
Die Umsetzung des einen oder der mehreren Thiophene zum Polythiophen erfolgt
üblicherweise so, dass man pro Mol Thiophen oder Thiophene 1, 2 bis 20 Mol, vorzugsweise
1,5 bis 10 Mol, besonders bevorzugt 1,8 bis 5 Mol Äquivalente Sulfonsäuregruppen der
Sulfonsäuregruppen enthaltenden Verbindung, 0,9 bis 5,0 Äquivalente, vorzugsweise 1,0 bis
3,0 Äquivalente, besonders bevorzugt, 1,1 bis 2,0 Mol Äquivalente des Oxidationsmittels,
vorbei ein Äquivalent Oxidationsmittel zwei Mol Elektronen aufzunehmen vermag, 0,1 bis 10
Mol % vorzugsweise 1 bis 5 Mol-% Phasen-Transferkatalysator bezogen auf das
Oxidationsmittel, 0 bis 10 Mol-% Katalysator bezogen auf Thiophen und Lösungsmittel in
einer Menge, dass das Verhältnis von Thiophen zum Lösungsmittel 0,001 bis 0,1 zu 1 beträgt,
bei Temperaturen zwischen 0 und 150°C, vorzugsweise zwischen 15 und 70°C, besonders
bevorzugt zwischen 20 und 40°C umsetzt und anschließend aufarbeitet. Die Aufarbeitung
besteht bevorzugt aus der Entfernung von der Reaktion verbliebenen Ionen, d. h. vorzugsweise
einer Entsalzung. Sie kann jedoch auch zur Abtrennung von möglichen unerwünschten
Nebenkomponenten aus der Reaktionslösung benutzt werden. Die Entsalzung geschieht durch
Abtrennung der Salze von dem hergestellten Polythiophen. Mögliche Aufarbeitungsschritte
sind z. B. Filtration oder Dekantieren der Reaktionslösung, Fällen, Waschen und Trocknen des
Polythiophens und weiteren Reinigungschritten, die üblich und dem Fachmann bekannt sind.
In vielen Fällen ist es jedoch ratsam, Salze zusätzlich zur Entfernung von Ionen mit Hilfe von
dem Fachmann bekannten Ionenaustauscherharzen oder anderer spezieller Methoden zur
selektiven Entfernung von Ionen z. B. mit Hilfe ionenselektiver Membranen zu entfernen.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Polythiophene können als
Feststoff, -Dispersionen oder -Lösungen stabil gelagert werden.
Die erfindungsgemäßen Polythiophen können als Dispersionen oder Lösungen zur
Herstellung von elektrischen leitfähigen oder antistatischen Beschichtungen verwendet
werden. Geeignete Einsatzgebiete sind die Ausrüstung von Kunststofffolien für die
Verpackung elektronischer Bauteile und für Reinraumverpackungen, antistatische Ausrüstung
von Kathodenstrahlröhren, antistatische Ausrüstung von photographischen Filmen, als
transparente Elektroden, z. B. für Touch Screens und organische oder anorganische
Elektrolumineszenzanzeigen, für die Herstellung von Kondensatoren, Batterien, Leiterplatten
oder von elektrisch einfärbbaren Fensterscheiben.
Vor Herstellung der Beschichtungen können den erfindungsgemäßen Polythiophen-
Dispersionen Bindemittel und/oder Vernetzer wie Polyurethane bzw.
Polyurethandispersionen, Polyacrylate, Polyolefindispersionen, Epoxisilane wie 3-
Glycidxypropyltrialkoxysilan, zugesetzt werden. Weiterhin können Silanhydrolysate z. B. auf
Basis von Tetraethoxysilan zur Erhöhung der Kratzfestigkeit bei Beschichtungen zugesetzt
werden.
Die Herstellung der Beschichtungen erfolgt nach bekannten Verfahren wie Sprühen,
Tiefdruck, Offsetdruck, Vorhanggießen, Auftrag über Antragwalzen und Streichen.
400 ml einer wäßrigen Lösung einer Polystyrolsulfonsäure mit einem Molekulargewicht
(Mw) von ca. 70.000 wurden bis zur Trockne eingedampft und in 1000 ml Ethanol gelöst. Der
Feststoffgehalt der Lösung wurde mit 10,4 Gew.-% bestimmt.
In einen Reaktor werden 133 ml Ethanol, 14,77 g (0,0256 mol) Eisen(III)toluolsulfonat,
1399,76 g der Polystyrolsulfonsäure-Lösung aus Beispiel 1, 3,7 g (0,014 mol) 18-Krone-6,
74,66 g (0,2765 mol) Kaliumperoxodisulfat und 27,97 g (0,1967 mol) 3,4-
Ethylendioxythiophen zusammengegeben und 1 Minute mit einem handelsüblichen
Dispergieraggregat (Ultraturrax der Fa. IKA) homogenisiert. Es entstand eine feinteilige
Suspension. Anschließend wurde die Suspersion 24 h bei Raumtemperatur gerührt. Der
Reaktorinhalt färbte sich während der Reaktionszeit dunkelblau. Durch
gaschromatographische Untersuchung wurde der Reaktionsumsatz mit 95,1% bestimmt.
Die Lösung aus Beispiel 2 wurde filtriert, 455 ml Kationenaustauscher (Lewatit S 100,
Handelsprodukt der Fa. Bayer AG, Leverkusen) und 525 ml Anionenaustauscher (Lewatit MP
62, Handelsprodukt der Fa. Bayer AG, Leverkusen) zugesetzt, 1 h gerührt und filtriert. Man
erhielt eine tiefblaue, klare Lösung. Ein Probe dieser Lösung wurde mit Ethanol auf 0,4%
Feststoff verdünnt, ein 60 µm dicker Film auf eine Kunststofffolie (Polyethylenterephthalat)
mit Hilfe eines Rakels aufgebracht und 15 min. bei 80°C getrockenet. Die Schichtdicke des
trockenen Films betrug ca. 240 nm. Der Oberflächenwiderstand der aufgetragenen Schicht
betrug nach IEC-Norm-93 (VDE 0303 Teil 30) bzw. ASTM D 257 7 MOhm/Quadrat.
Eine Polythiophen-Lösung wurde gemäß Beispiel 2 hergestellt. Die Lösung wurde filtriert. Zu
1000 ml der Polythiophen-Lösung wurden 1500 ml Toluol unter Rühren hinzu gegeben und
15 min nachgerührt. Man erhielt eine dunkelblaue Ausfällung, von der die überstehende klare
Flüssigkeit dekantiert wurde. Der Rückstand wurde zweimal mit je 100 ml Toluol gewaschen,
getrocket und pulverisiert. Man erhielt 97 g dunkelblau-schwarzes Pulver.
10 g des Polythiophen-Pulvers aus Beispiel 4 wurden 30 Minuten in 90 ml Ethanol gerührt.
Man erhielt eine tiefblaue klare Lösung. Die Lösung wurde über einen 0,2 µm-Filter filtriert.
Man erhielt keinen Filtrations-Rückstand. Gemäß Beispiel 3 wurde von der Lösung ein ca.
240 nm dicker Film hergestellt. Der Oberflächenwiderstand der aufgetragenen Schicht betrug
nach IEC-Norm-93 (VDE 0303 Teil 30) bzw. ASTM D 257 6,7 MOhm/Quadrat.
10 g des Polythiophen-Pulvers aus Beispiel 4 wurden 30 Minuten in 90 ml Wasser gerührt.
Man erhielt eine tiefblaue klare Lösung. Die Lösung wurde über einen 0,2 µm-Filter filtriert.
Man erhielt keinen Rückstand. Gemäß Beispiel 3 beschrieben; wurde von der Lösung ein ca.
240 nm dicker Film hergestellt. Der Oberflächenwiderstand der aufgetragenen Schicht betrug
nach IEC-Norm-93 (VDE 0303 Teil 30) bzw. ASTM D 257 5,2 MOhm/Quadrat.
In einen Reaktor werden 133 ml Ethanol, 14,77 g (0,0256 mol) Eisen(III)toluolsulfonat,
1399,76 g der Polystyrolsulfonsäure-Lösung aus Beispiel 1, 74,66 g (0,2765 mol)
Kaliumperoxodisulfat und 27,97 g (0,1967 mol) 3,4-Ethylendioxythiophen
zusammengegeben und 1 Minute mit einem handelsüblichen Dispergieraggregat (Ultraturrax
der Fa. IKA) homogenisiert. Es entstand eine feinteilige Suspension. Anschließend wurde die
Suspersion 24 h bei Raumtemperatur gerührt. Der Reaktorinhalt verfärbte sich während der
Reaktionszeit nicht. Nach einer Woche Reaktionszeit war der Inhalt leicht grünlich. Durch
gaschromatographische Untersuchung wurde der Reaktionsumsatz mit 2,5% bestimmt.
Vergleichsbeispiel 1 zeigt, dass ohne Zusatz von Phasentransferkatalysatoren keine
ausreichende Reaktionsgeschwindigkeit erreicht wird und damit keine Polythiophen erhalten
wird.
In einen Reaktor werden 724 g Wasser, 14,77 g (0,0256 mol) Eisen(III)toluolsulfonat, 808,75
einer Polystyrolsulfonsäure-Lösung in Wasser (Mw ca. 70.000 g/mol, 18 Gew. in Wasser) aus
Beispiel 1, 3,7 g (0,014 mol) 18-Krone-6, 74,66 g (0,2765 mol) Kaliumperoxodisulfat und
27.97 g (0.1967 mol) 3,4-Ethylendioxythiophen zusammengegeben und 1 Minute mit einem
handelsüblichen Dispergieraggregat (Ultraturrax der Fa. IKA) homogenisiert. Es entstand eine
milchige Dispersion, die sich nach wenigen Minuten blau färbte. Anschließend wurde die
Dispersion 24 h bei Raumtemperatur gerührt und homogenisiert. Es entstand eine
hochviskose, grobe Gelbrocken enthaltende Suspension. Die Gelbrocken waren in Ethanol
nicht löslich.
Das Vergleichsbeispiel zeigt, das die gleiche Reaktion in Wasser zu einem Polythiophen
führt, das sich von den erfindungsgemäßen Polythiophen in ihrer Löslichkeit deutlich
unterscheiden.
In einen Reaktor werden 1.588,13 g Wasser, 15,08 g einer 1 prozentigen wäßrigen
Eisen(III)sulfat-Lösung, 359,79 g einer Polystyrolsulfonsäure-Lösung in Wasser (Mw ca.
70.000 g/mol, 5,5 Gew. in Wasser, und 8,02 g (0,056 mol) 3,4-Ethylendioxythiophen bei
Raumtemperatur vorgelegt und 15 Minuten mit einem handelsüblichen Dispergieraggregat
(Ultraturrax der Fa. IKA) homogenisiert. Es entstand eine milchige Dispersion. Man gab
19,24 g (0,081 mol) Natriumperoxodisulfat hinzu. Nach ca. 10 Minuten färbte sich die
Lösung blau. Anschließend wurde die Dispersion 24 h bei Raumtemperatur gerührt und
homogenisiert. Es entstand eine dunkelblaue leicht viskose Lösung. Zu dieser Lösung wurden
106,65 g Kationenaustauscher (Lewatit S 100, Handelsprodukt der Fa. Bayer AG,
Leverkusen) und 160,6 g Anionentauscher (Lewatit MP 62, Handelsprodukt der Fa. Bayer
AG; Leverkusen) hinzugegeben und 30 Minuten gerührt. Anschließend wurde der
Ionenaustauscher über ein 8 µm-Filter abfiltriert. Wie in Beispiel 3 beschrieben, wurde von
der Lösung ein ca. 240 nm dicker Film hergestellt. Der Oberflächenwiderstand der
aufgetragenen Schicht betrug nach IEC-Norm-93 (VDE 0303 Teil 30) bzw. ASTM D 257 2,5
MOhm/Quadrat.
10 ml der Lösung wurden getrocknet und pulverisiert. Das erhaltene Pulver war weder in
Wasser noch in Ethanol löslich.
Das Vergleichsbeispiel zeigt, das sich gemäß dem Stand der Technik wäßrige Polythiophen-
Lösungen herstellen lassen, die sich jedoch von den erfindungsgemäßen Polytthiophenen in
ihrer Löslichkeit unterscheiden.
Claims (9)
1) Verfahren zur Herstellung von Polythiophenen, dadurch gekennzeichnet, dass man
- a) ein oder mehrere Thiophene der allgemeinen Formel (I)
in der R1 für einen gegebenenfalls substituierten Alkylrest mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen und R und R2 gleich oder verschieden für Wasserstoff, einen linearen oder verzweigten Alkylrest mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, OH, O-CH2- CH2-CH2-SO3H oder O-Alkyl mit 1-18 C-Atomen stehen, - b) mindestens eine eine oder mehrerer Sulfonsäuregruppen enthaltende Verbindung
- c) mindestens ein Oxidationsmittel
- d) mindestens einen Phasen-Transferkatalysator
- e) ggf. einen oder mehrere Katalysatoren in mindestens einem wasserfeien oder wasserarmen Lösungsmittel bei Temparaturen zwischen 0 und 150°C umsetzt und anschließend aufarbeitet.
2) Verfahren gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Thiophen
gemäß Formel (I) um Thiophene der allgemeinen Formel (II)
handelt, wobei R3, R4, R5, R6, R7 und R8 Wasserstoffatome, Alkylgruppen mit 1 bis 20 Kohlestoffatomen, eine Hydroxymethylgruppe und ggf. mit Sulfonsäuregruppen substituierte Alkoxymethylgruppen mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen bedeuten.
handelt, wobei R3, R4, R5, R6, R7 und R8 Wasserstoffatome, Alkylgruppen mit 1 bis 20 Kohlestoffatomen, eine Hydroxymethylgruppe und ggf. mit Sulfonsäuregruppen substituierte Alkoxymethylgruppen mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen bedeuten.
3) Verfahren gemäß Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem
Thiophen gemäß Formel (I) um ein Thiophen der Formel (III) handelt.
wobei R9 einen Wasserstoff oder einen Alkylrest mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen bedeutet.
wobei R9 einen Wasserstoff oder einen Alkylrest mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen bedeutet.
4) Verfahren gemäß Anspruch 1, 2 und 3 dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der eine
oder mehrerer Sulfonsäuregruppen enthaltende Verbindung mindestens eine Verbindung
ausgewählt aus Polystyrolsulfonsäuren oder Alkylbenzolsufonsäuren mit einer 1-20 C-
Atome enthaltenden Alkylgruppe handelt.
5) Verfahren gemäß Anspruch 1-4 dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem
Oxidationsmittel um mindestens eine Verbindung ausgewählt aus der Gruppe
Ammonium-, Natrium oder Kaliumperoxodisulfat handelt.
6) Verfahren gemäß Anspruch 1-5 dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem
Phasentransferkatalysator um oder mindestens eine Verbindung ausgewählt wird aus der
Gruppe der Kronenether oder quartären Ammoniumsalze handelt, wobei die
Ammoniumsalze mindestens einen Kohlenwasserstoffrest mit mindestens 4
Kohlenstoffatomen tragen.
7) Verfahren gemäß Anspruch 1-6 dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den
Lösungsmitteln um niedere Alkohole mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise
Methanol, Ethanol, Propanol, Isopropanol, Butanol, und Pentanol handelt.
8) Polythiophene in Form von Feststoffen, Dispersionen oder -Lösungen, herstellbar gemäß
Anspruch 1-7.
9) Verwendung der Polythiophene gemäß Anspruch 8 zur Herstellung von leitfähigen und
antistatischen Beschichtungen.
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