●導電性高分子 SELFTRON® の有機溶剤グレードの開発
有機材料研究所

ファインケミカルグループ

松丸慶太郎
林定快
箭野 裕一

2．有機溶剤グレード SELFTRON A の特長

1．はじめに導電性高分子は、固体電解コンデンサの電解質や光学フィルムなどの帯電防止剤、透明電極等に応用さ［1］溶液特性１）評価方法・装置れている。中でもポリ（4 −スチレンスルホン酸）をSELFTRON を出発原料として化学修飾を行うことドープしたポリ（3, 4 −エチレンジオキシチオフェン）により、有機溶剤に溶解する SELFTRON A 固体（以下（PEDOT：PSS）は最も成功した導電性高分子の一つ

SELFTRON A）を得た。SELFTRON A を各種有機溶であり、約 1000 S ／ cm と高い電気伝導度を示すこと剤に添加し、室温で撹拌して 1.0 重量％の SELFTRONが知られている

１−２）。一方で、PEDOT：PSS はコロイド粒子の水分散体であるため、極薄膜層の形成や基材の細部への含浸性においては改善要求がある。この

A 溶液を得た。以下代表例としてアルコール系溶剤の1 −ブタノールの結果を示す。
得られた溶液の特性として、粘度（エー・アンド・ような背景の下、我々は水溶性と高い導電性を有する

デイ社製

材料探索を進め、新規な自己ドープ型導電性高分子

和界面科学社製

振動式粘度計 SV − 1A）、及び接触角（協自動接触角計 DMo − 602）を測定し3 − 5）（図１）。SELFTRON はこた。接触角測定の基材には、ガラス基板（Corning 社

れら特長を活かし、コンデンサ用途を中心に既に商品製 Eagle XG）、PET フィルム（東洋紡社製コスモシャ化している。

イン A4100）、Al 箔（ニラコ社製、純度 99％）を用いた。

SELFTRON を開発した

一方で、有機溶剤系の塗料や非水系が好ましい太陽電池、有機 EL などでは、水系の導電性高分子は使用

２）結果できないため、有機溶剤に溶解する界面活性剤やイオ

SELFTRON A の 比 較 材 料 と し て は、 市 販 のン液体などが使用されている。しかしながら、更に高PEDOT：PSS 溶 液 を 乾 燥 し て 得 た 固 体 を 用 い

い導電性などのニーズから有機溶剤型の導電性高分子

た。それぞれの固体を 1 −ブタノールと混合したとが求められている。

こ ろ、SELFTRON A は 均 一 な 黒 紫 色 の 溶 液 が 得 ら

我々は、これらの要求に対応すべく導電性高分子れ た（SELFTRON A の 1 − ブ タ ノ ー ル 溶 液 を 以 下

SELFTRON の有機溶剤グレード SELFTRON A を開発

SELFTRON A 溶 液 と 表 す ）。 一 方、PEDOT：PSS 固した。なお、本技術の開発目的は、多様な有機溶剤へ体は 1 −ブタノールに不溶であり、溶液が得られなかっの溶解性と高い導電性を両立する、自己ドープ型の導た。この SELFTRON A 溶液を、0.1 μm メンブレンフィ電性高分子を提供することである。本技術により、ディル タ ー（Entergris 社 製 Mykrolis Optimizer V − U47

スプレイなどの表面ハードコート材や、太陽電池へのUPE）に通液すると、通液後においても同様の黒紫色適応が可能となり、産業と技術革新の基盤のみならず、の溶液が得られ、SELFTRON A が溶解性に優れるこエネルギー分野においても社会貢献することを目指す。とがわかった（表 1）。
粘度は、SELFTRON A の濃度に応じて変化し、濃度 0.5 ～ 2.0 重量％の範囲では、10 mPa·s 以下の値をO
OmO

Sn

PEDOT : PSS

図１

SO3HOOS示した（図２）。
SO3HnSELFTRON®

SELFTRON A 溶液の各種基板に対する接触角の値を表 2 に示す。比較材料としては、SELFTRON 水溶液を用いた。SELFTRON A 溶液はガラス、PET フィルム、Al 箔のいずれの基板でも濡れ性が良好であり、

PEDOT : PSS、及び SELFTRON

接触角は 15 °以下の低い値を示した。このことより、
77

TOSOH Research & Technology Review Vol.65（2021）

SELFTRON A 溶液は基板への塗工性に優れることが後、200 ℃で 60 分間ベークした（窒素雰囲気下）。得わかった。一方、SELFTRON 水溶液の各種基板へのられた塗膜の表面抵抗率（Ω／□）を低抵抗率計（三接触角は 50 °以上と大きな値となった。

菱 ケ ミ カ ル ア ナ リ テ ッ ク 社 製 ロ レ ス タ− GX MCP −T700）で測定した後、カッター等で塗膜に段差を設け、［2］塗膜特性膜厚計（BRUKER 社製 Dektak XT）で膜厚を測定した。

１）評価方法・装置

得られた表面抵抗値と膜厚から、次式に従って導電率

SELFTRON A 溶液の導電率を、以下手法で測定し（S ／ cm）を算出した。

た。SELFTRON A 溶液に対して、10 重量％のエチレ【式】導電率（S ／ cm）＝ 1 ／［表面抵抗値（Ω／□）

ングリコールを成膜助剤として混合・撹拌して得ら×膜厚（cm）］れた配合液を、予め UV ／ O3 処理（セン特殊光源社製

また耐久性試験として、ガラス基板上に作製した塗表面処理装置 PL16 − 110）した 5 cm 角のガラス基板膜を恒温恒湿槽（エスペック社製 SH − 222、窒素雰囲（前述）上に滴下し、ホットプレート（アズワン社製気下）中に入槽し、耐熱性、及び耐湿性試験を実施した。

DIGITAL HOT PLATE HP − 2SA）上でプリベークした

表１

SELFTRON A、及びPEDOT : PSSの1－ブタノールへの溶解性

導電性高分子SELFTRON APEDOT : PSS

外観

粘度＠20℃（mPa・s）

108642000.5

11.522.5

SELFTRON A 濃度（重量％）

図２

表２
基材

SELFTON A 濃度と粘度の関係

SELFTRON A 溶液、及びSELFTRON水溶液の接触角ガラス

PETフィルム

Al箔

14 °

14 °

11 °

52 °

102 °

105 °

SELFTRON A溶液

SELFTRON水溶液

78東ソー研究・技術報告2）結果

第 65 巻（2021）

3．製品形態

SELFTRON A 溶液の導電率は、300 S ／ cm 以上の値を示した。これは、SELFTRON 水溶液の導電率と同

これまで SELFTRON A の 1 −ブタノール溶液での検程度の値であり、自己ドープ型の導電性高分子として討結果を報告したが、その他の溶解可能な溶剤としては世界トップレベルである。

は表３が挙げられる。多様な溶剤に溶解するため、樹上記の塗膜の耐久性試験として、120℃の耐熱性、脂へ混合する際の選択肢が広がり、様々な応用が期待及び 60℃、95％ RH の耐湿性試験を実施した。300 時できる。

間の耐久性試験の結果、導電率の変化率は 1.0 倍前後

SELFTRON A の製品形態は、各種溶剤の 1.0 重量％と、耐久性に優れることがわかった（図３）。

溶液であり、いずれの溶剤を用いた製品でも外観は黒

また、SELFTRON A 溶液と樹脂との混合液から作紫色である。

製した塗膜の物性として、表面抵抗値を測定した。樹

今回開発した SELFTRON A に加え、水溶液も含め脂はポリビニルピロリドン K30（和光純薬製、以下た導電性高分子のグレード一覧を表４に示す。

PVP）を用い、混合液中の PVP 濃度が 5.0 重量％に、SELFTRON A 濃度が 0.1、0.5、0.8 重量％となるよう4．想定用途混合液を調製した。PVP のみから作製した塗膜の表面抵抗値が 1011 Ω／□となる一方、各混合液から得られSELFTRON A は塗料や樹脂などへの添加剤としてた塗膜の表面抵抗値は、SELFTRON A の濃度に応じ期待できる。現在スマートフォンやタブレットの表層

5～6て 10にある耐摩耗性を付与するハードコート材は、有機溶Ω／□まで低下した（図４）。

SELFTRON A を 0.8 重量％添加した混合液から得剤型が主流である。このハードコート材に帯電防止能られた塗膜の耐湿性試験（85℃、85％ RH）では、表を付与する際は、有機溶剤に溶解する界面活性剤など面抵抗値は 100 時間まで大きな変化はなく、初期値のを添加する手法が用いられている。しかし、デバイス

5の高性能化に伴い材料自体にも、従来より低い表面抵10 Ω／□オーダーを維持し、安定であった。

導電率の変化率（倍）2.01.51.00.50.0

図３0100200試験時間（hr）

300左）SELFTRON A 塗膜の耐熱性試験結果

2.01.51.00.50.00100200試験時間（hr）

300右）SELFTRON A 塗膜の耐湿性試験結果

1012
表面抵抗値（Ω/□）

導電率の変化率（倍）抗値など、これまで以上の性能が求められている。こ

1011
1010
10910810710610510400.20.4

0.60.8

1SELFTRON A 濃度（重量％）図４

SELFTRON A 濃度と表面抵抗値

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TOSOH Research & Technology Review Vol.65（2021）

表３

提供可能な溶剤一覧（代表例）

溶剤種

具体例

アルコール

2－プロパノール、1－ブタノール

ケトン

メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン

グリコールエーテル

プロピレングリコールモノメチルエーテル

その他

トルエン

表４

グレード一覧

グレード名称概要SELFTRON A
有機溶剤グレード

SELFTRON S
標準グレードSELFTRON H
高導電グレード

導電率（S/cm）

100～300300

600～800

濃度
（重量％）

1.0

2.0

1.2

粘度（mPa・s）

有機溶剤毎に異なる

5050

製品形態

有機溶液水溶液

水溶液

5．まとめ

界面活性剤

水系導電性高分子

SELFTRON A

ハードコート＋界面活性剤（有機溶剤系）

ハードコートハードコート（有機溶剤系）＋界面活性剤（有機溶剤系）
導電性高分子
（水系）

ハードコート＋SELFTRON A（有機溶剤系）

基材

基材

基材

プロセス

○△

○

種基材への濡れ性や、耐久性にも優れている。多様な高性能化△○○

有機溶剤への溶解性と高い導電性を両立する特長か構造

SELFTRON 水溶液を出発原料とし、有機溶剤に溶解する SELFTRON A を新たに開発した。
SELFTRON A は 1 −ブタノールをはじめとした多くの有機溶剤に溶解し、高い導電率を示した。また、各

図５ ハードコート層への帯電防止付与

ら、有機系の塗料や樹脂など様々な材料への添加剤の効果も期待できる。
今後は導電性向上の検討をさらに進め、幅広い用途のニーズに対応するため、ハードコート層とは別に、への適用が可能な製品を開発していく。これらの製品

導電性に優れる水系の導電性高分子層を成膜する手法

を通じて、既存技術の高性能化や新規技術の創出なども用いられている。これにより高性能化は達成するの技術革新を進めていき、安心安全な社会の発展に貢が、積層によるプロセスの煩雑化などの課題がある。

献していきたいと考えている。

SELFTRON A は、有機溶剤に溶解し、且つ高い導電性を有するため、工数を増やすことなく帯電防止能の向上が可能である（図５）。
また、エネルギー分野への適用も期待できる。高効率とフレキシブル化可能な点が特長のペロブスカイト
太陽電池の場合、水系の導電性高分子では発電層が水

6．文献
１）株式会社情報機構、PEDOT の特性・合成手法デバイス応用（2011）
２）サイエンス＆テクノロジー、PEDOT の材料物性へ溶解するため、太陽電池作製時の積層順が制限されとデバイス応用（2012）る。しかし非水系の材料である SELFTRON A を用い

３）箭野裕一、西山正一、林ることにより、積層プロセスの自由度が上がるため、構造や基材などの選択肢が増え、ペロブスカイト太陽電池の特長を最大限活用できると考えている。

定快、東ソー研究・技術報告、61、67 − 76（2017）４）Hirokazu Yano, Kazuki Kudo, Kazumasa Marumo
and Hidenori Okuzaki,

Science Advances 12 Apr

2019:Vol. 5, no. 4, eaav9492
５）国際公開特許 WO2014 / 007299（東ソー株式会社）80