JP2002146015A - Ion-conductive polyazole containing phosphonic acid group - Google Patents

Ion-conductive polyazole containing phosphonic acid group

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JP2002146015A
JP2002146015A JP2000348324A JP2000348324A JP2002146015A JP 2002146015 A JP2002146015 A JP 2002146015A JP 2000348324 A JP2000348324 A JP 2000348324A JP 2000348324 A JP2000348324 A JP 2000348324A JP 2002146015 A JP2002146015 A JP 2002146015A
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Japan
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polymer
phosphonic acid
acid
film
solution
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JP2000348324A
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Junko Nakao
淳子 中尾
Yoshimitsu Sakaguchi
佳充 坂口
Kota Kitamura
幸太 北村
Satoshi Takase
敏 高瀬
Shiro Hamamoto
史朗 濱本
Hiroshi Tachimori
寛 舘盛
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Toyobo Co Ltd
Original Assignee
Toyobo Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a polymer electrolyte having not only good durable stability but also excellent ionic conductivity by introducing phosphonic acid groups expected to have high heat resistance into a polymer which skeleton itself has high heat resistance. SOLUTION: This polyazole compound containing phosphonic acid groups is characterized by having a conductivity of >=0.001 [S/cm] determined by measuring an alternating current impedance of 10,000 Hz at 80 deg.C and 95%RH, having a 3 wt.% loss temperature of >=400 deg.C based on the weight of a sample reaching 200 deg.C on the measurement of TGA, having an average mol.wt. of 1,000 to 1,000,000, and when plural repeating units are contained, they are mainly randomly and/or alternately binding to each other.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、高分子電解質膜と
して有用なホスホン酸含有ポリアゾール化合物に関する
ものである。
The present invention relates to a phosphonic acid-containing polyazole compound useful as a polymer electrolyte membrane.

【0002】[0002]

【従来の技術】液体電解質のかわりに高分子固体電解質
をイオン伝導体として用いる電気化学的装置の例とし
て、水電解槽や燃料電池を上げることができる。これら
に用いられる高分子膜は、カチオン交換膜としてプロト
ン導電率とともに化学的、熱的、電気化学的および力学
的に十分安定なものでなくてはならない。このため、長
期にわたり使用できるものとしては、主に米デュポン社
製の「ナフィオン(登録商標)」を代表例とするパーフ
ルオロカーボンスルホン酸膜が使用されてきた。しかし
ながら、100℃を越える条件で運転しようとすると、
膜の含水率が急激に落ちるほか、膜の軟化も顕著とな
る。このため、将来が期待されるメタノールを燃料とす
る燃料電池においては、膜内のメタノール透過による性
能低下がおこり、十分な性能を発揮することはできな
い。また、現在主に検討されている水素を燃料として8
0℃付近で運転する燃料電池においても、膜のコストが
高すぎることが燃料電池技術の確立の障害として指摘さ
れている。
2. Description of the Related Art As an example of an electrochemical device using a polymer solid electrolyte as an ion conductor instead of a liquid electrolyte, a water electrolysis tank or a fuel cell can be used. The polymer membrane used for these must be chemically, thermally, electrochemically and mechanically sufficiently stable as well as proton conductivity as a cation exchange membrane. For this reason, a perfluorocarbon sulfonic acid membrane typically represented by "Nafion (registered trademark)" manufactured by DuPont U.S.A. has been used as a material that can be used for a long time. However, if you try to operate under conditions over 100 ° C,
The water content of the film sharply drops, and the softening of the film becomes remarkable. For this reason, in a fuel cell that uses methanol as a fuel, which is expected in the future, performance is reduced due to permeation of methanol in the membrane, and sufficient performance cannot be exhibited. In addition, hydrogen, which is currently being studied, is used as fuel.
It has been pointed out that, even in a fuel cell operated at around 0 ° C., the cost of the membrane is too high as an obstacle to the establishment of fuel cell technology.

【0003】このような欠点を克服するため、非フッ素
系ポリマーにスルホン酸基を導入した高分子電解質膜が
種々検討されている。例えば、ポリアリールエーテルス
ルホンをスルホン化したもの(Journal of Membrane Sc
ience, 83, 211(1993))、ポリエーテルエーテルケトン
をスルホン化したもの(特開平6−93114)、スルホ
ン化ポリスチレン等である。しかしながら、芳香環上に
導入されたスルホン酸基は酸または熱により脱スルホン
酸反応が起こりやすく、燃料電池用電解膜として使用す
るには耐久性が十分であるとは言えない。
In order to overcome such disadvantages, various studies have been made on polymer electrolyte membranes in which a sulfonic acid group is introduced into a non-fluorinated polymer. For example, sulfonated polyarylether sulfone (Journal of Membrane Sc
ience, 83 , 211 (1993)), sulfonated polyetheretherketone (JP-A-6-93114), sulfonated polystyrene and the like. However, the sulfonic acid group introduced on the aromatic ring easily undergoes a desulfonate reaction due to acid or heat, and thus cannot be said to have sufficient durability for use as an electrolyte membrane for a fuel cell.

【0004】一方、スルホン酸基よりは耐熱性に優れる
可能性があるホスホン酸含有の芳香族ポリマーについ
て、高分子電解質の視点から着目したものはあまりみら
れない。たとえば、USP5,498,784号におい
て4,4‘−(2,2,2−トリフルオロ−1−(トリ
フルオロメチル)エチリデン)ビス(2−アミノフェノ
ール)からなるポリベンズオキサゾールにおいて、ジカ
ルボン酸成分の5%〜50%を3,5−ジカルボキシフ
ェニルホスホン酸とするポリマーが報告されているが、
溶解性の良さと複合材料としての可能性に着目している
が、電池用途の高分子電解質としては考慮されることは
なかった。実際、このポリマーはアルコール溶解性が特
徴であり、メタノールを燃料とする燃料電池用の電解質
膜と使用することに適さないことは明白である。また、
イオン伝導性も低い値しか示さない。他に、特開平11
−286545号では、3,5−ジカルボキシフェニル
ホスホン酸を始めとする含リンポリアミド共重合体が報
告されているが、これもその耐熱性に着目した性質しか
調べられていない。このポリマーは燃料電池として使用
される酸性化条件では、加水分解が起こり電解質膜とし
て使用することはできない。
[0004] On the other hand, there are few phosphonic acid-containing aromatic polymers which may be more excellent in heat resistance than sulfonic acid groups, from the viewpoint of a polymer electrolyte. For example, in US Pat. No. 5,498,784, polybenzoxazole composed of 4,4 ′-(2,2,2-trifluoro-1- (trifluoromethyl) ethylidene) bis (2-aminophenol) has a dicarboxylic acid component. Has been reported in which 5% to 50% of 3,5-dicarboxyphenylphosphonic acid is
Although attention is paid to good solubility and possibility as a composite material, it has not been considered as a polymer electrolyte for battery use. In fact, it is clear that this polymer is characterized by its alcohol solubility and is not suitable for use with electrolyte membranes for methanol fueled fuel cells. Also,
The ionic conductivity also shows only low values. In addition, JP-A-11
In -286545, a phosphorus-containing polyamide copolymer such as 3,5-dicarboxyphenylphosphonic acid is reported, but only properties focusing on the heat resistance have been investigated. Under acidification conditions used for a fuel cell, this polymer undergoes hydrolysis and cannot be used as an electrolyte membrane.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、これ
まで高分子電解質として検討されてきたスルホン酸基に
かわり、より耐熱性が高いことが期待されるホスホン酸
基をポリマー骨格自体の耐熱性が高いポリマーに導入す
ることにより、耐久安定性だけでなくイオン伝導性にも
優れた高分子電解質を得ることにある。
An object of the present invention is to replace a sulfonic acid group, which has been considered as a polymer electrolyte, by replacing a sulfonic acid group, which is expected to have higher heat resistance, with the heat resistance of the polymer skeleton itself. An object of the present invention is to obtain a polymer electrolyte which is excellent not only in durability stability but also in ionic conductivity by being introduced into a polymer having high performance.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成するために鋭意研究を重ねた結果、ホスホン酸を
含有するポリアゾール類において、優れた耐熱性とイオ
ン伝導性を示す高分子電解質を得るに至った。
Means for Solving the Problems The present inventors have conducted intensive studies to achieve the above object, and as a result, a polyazole containing phosphonic acid has a high heat resistance and a high ionic conductivity. An electrolyte was obtained.

【0007】すなわち本発明は、80℃、95%RHに
おける10,000Hzの交流インピーダンスを測定し
て求められる導電率が0.001[S/cm]以上であ
り、TGA測定における200℃昇温時点での試料重量
を基準にしたときの3%重量減少温度が400℃以上で
あり、平均分子量が1,000から1,000,000
の間にあり、繰り返し単位が複数の場合主としてランダ
ムおよび/または交互的に結合していることを特徴とす
るホスホン酸含有ポリアゾール化合物である。本発明の
中で、80℃、95%RHにおける10,000Hzの
交流インピーダンスを測定して求められる導電率が0.
01[S/cm]以上であり、TGA測定における20
0℃昇温時点での試料重量を基準にしたときの3%重量
減少温度が400℃以上であり、主鎖構造が主にポリオ
キサゾール骨格からなる場合は、特に優れた性能を示
す。本発明の成形物とは、高分子化合物の成形方法と同
様に処理して得られるものである、即ち重合溶液又は単
離したポリマーから押し出し、紡糸、圧延、キャストな
どの任意の方法で繊維やフィルムに成形したものであ
る。本発明はこれらの化合物を主成分とすることを特徴
とする成形物であり、繊維、フィルム、シート状物など
に加工することができ、特に膜にすることにより、特に
効果的な性能が発揮される。
That is, according to the present invention, the conductivity obtained by measuring the AC impedance of 10,000 Hz at 80 ° C. and 95% RH is 0.001 [S / cm] or more, 3% weight loss temperature based on the weight of the sample at 400 ° C. or higher and an average molecular weight of 1,000 to 1,000,000
And a phosphonic acid-containing polyazole compound characterized by being mainly and randomly and / or alternately bonded when a plurality of repeating units are present. In the present invention, the conductivity obtained by measuring the AC impedance at 10,000 Hz at 80 ° C. and 95% RH is 0.
01 [S / cm] or more and 20 in TGA measurement.
Particularly excellent performance is exhibited when the 3% weight loss temperature based on the sample weight at the time of the 0 ° C. temperature rise is 400 ° C. or more and the main chain structure mainly comprises a polyoxazole skeleton. The molded product of the present invention is obtained by treating the polymer compound in the same manner as in the method of molding a polymer compound, that is, extruding from a polymerization solution or an isolated polymer, spinning, rolling, casting, or any other method. It is formed into a film. The present invention is a molded product characterized by containing these compounds as main components, and can be processed into fibers, films, sheet-like materials, etc., and particularly effective is exhibited by forming a film. Is done.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】以下本発明について詳細に説明す
る。本発明でいうホスホン酸含有ポリアゾール化合物と
はホスホン酸基を含有する芳香族系のポリオキサゾール
類、ポリチアゾール類、ポリイミダゾール類およびそれ
らが混在する組成物や共重合体をさす。一般的には下記
式のような繰り返し単位構造で示すことができる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail. The phosphonic acid-containing polyazole compound referred to in the present invention refers to aromatic polyoxazoles, polythiazoles, polyimidazoles containing phosphonic acid groups, and compositions and copolymers in which they are mixed. Generally, it can be represented by a repeating unit structure as shown in the following formula.

【0009】[0009]

【化1】 (但し、一般式1において、Rはアゾール環を形成でき
る4価の芳香族基を示し、XはO、S、またはNHを表
す。R‘は二価の芳香族基、脂肪族基または脂環族基を
示し、R’のすべてまたは一部にホスホン酸基を有して
いる。R、R‘はいずれも単環であっても、複数の芳香
環の結合体、あるいは縮合環であってもよく、ホスホン
酸以外の安定な置換基を有していても良い。また、R、
R’の芳香環中にN,S,O等が存在するヘテロ環構造
を有していてもかまわない)
Embedded image (In the general formula 1, R represents a tetravalent aromatic group capable of forming an azole ring, X represents O, S, or NH. R ′ represents a divalent aromatic group, an aliphatic group, or an aliphatic group. R ′ represents a cyclic group, and has a phosphonic acid group in all or a part of R′.R and R ′ each may be a single ring, a combination of a plurality of aromatic rings, or a condensed ring. And may have a stable substituent other than phosphonic acid.
R 'may have a heterocyclic structure in which N, S, O, etc. are present in the aromatic ring.

【0010】また、一般式1とともに下記式で示すよう
な繰り返し単位を含んでいても良い。
Further, it may contain a repeating unit represented by the following formula together with the general formula 1.

【化2】 (ここでXはO、S、またはNHを表し、R“はアゾー
ル環を形成できる三価の芳香族基を示す。)
Embedded image (Where X represents O, S, or NH, and R "represents a trivalent aromatic group capable of forming an azole ring.)

【0011】上記一般式1で示す本発明のホスホン酸含
有ポリアゾール化合物を合成する経路は特には限定され
ないが、通常は式中Rで示すアゾール環を形成できる4
価の芳香族基単位を形成する芳香族ジアミンジオール、
芳香族ジアミンジチオール、芳香族テトラミンおよびそ
れらの誘導体から選ばれる化合物と、R‘で示す二価基
を形成するジカルボン酸およびその誘導体から選ばれる
化合物の反応により合成することができる。その際、使
用するジカルボン酸の中にホスホン酸を含有するジカル
ボン酸を使用することで、得られるポリアゾール中にホ
スホン酸基を導入することができる。
The route for synthesizing the phosphonic acid-containing polyazole compound of the present invention represented by the above general formula 1 is not particularly limited, but usually, a azole ring represented by R in the formula can be formed.
An aromatic diamine diol forming a divalent aromatic group unit,
It can be synthesized by reacting a compound selected from aromatic diamine dithiol, aromatic tetramine and derivatives thereof with a compound selected from dicarboxylic acid forming a divalent group represented by R ′ and derivatives thereof. At that time, phosphonic acid groups can be introduced into the resulting polyazole by using a dicarboxylic acid containing phosphonic acid among the dicarboxylic acids used.

【0012】芳香族ジアミンジオール、芳香族ジアミン
ジチオール、芳香族テトラミンの具体例としては、2,
5−ジヒドロキシパラフェニレンジアミン、4,6−ジ
ヒドロキシメタフェニレンジアミン、2,5−ジアミノ
−1,4−ベンゼンジチオール、4,6−ジアミノ−
1,3−ベンゼンジチオール、2,5−ジアミノ−3,
6−ジメチル−1,4−ベンゼンジチオール、1,2,
4,6−テトラアミノベンゼン、3,3‘−ジヒドロキ
シベンジジン、3,3’−ジアミノ−4,4‘−ジフェ
ニルベンゼンジオール、3,3‘−ジジメルカプトベン
ジジン、3,3’−ジアミノ−4,4‘−ジフェニルベ
ンゼンジチオール、3,3‘−ジアミノベンジジン、ビ
ス(4−アミノ−3−ヒドロキシフェニル)エーテル、
ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)エーテ
ル、ビス(4−アミノ−3−メルカプトフェニル)エー
テル、ビス(3−アミノ−4−メルカプトフェニルフェ
ニル)エーテル、3,3’,4,4‘−テトラアミノジ
フェニルエーテル、ビス(4−アミノ−3−ヒドロキシ
フェニル)スルホン、ビス(3−アミノ−4−ヒドロキ
シフェニル)スルホン、ビス(4−アミノ−3−メルカ
プトフェニル)スルホン、ビス(3−アミノ−4−メル
カプトフェニルフェニル)スルホン、3,3’,4,4
‘−テトラアミノジフェニルスルホン、2,2−ビス
(4−アミノ−3−ヒドロキシフェニル)プロパン、
2,2−ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)
プロパン、2,2−ビス(4−アミノ−3−メルカプト
フェニル)プロパン、2,2−ビス(3−アミノ−4−
メルカプトフェニルフェニル)プロパン、2,2−ビス
(3,4−ジアミノフェニル)プロパン、2,2−ビス
(4−アミノ−3−ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオ
ロプロパン、2,2−ビス(3−アミノ−4−ヒドロキ
シフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス
(4−アミノ−3−メルカプトフェニル)ヘキサフルオ
ロプロパン、2,2−ビス(3−アミノ−4−メルカプ
トフェニルフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2
−ビス(3,4−ジアミノフェニル)ヘキサフルオロプ
ロパン、ビス(4−アミノ−3−ヒドロキシフェノキ
シ)ベンゼン、ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェ
ノキシ)ベンゼン、ビス(4−アミノ−3−メルカプト
フェノキシ)ベンゼン、ビス(3−アミノ−4−メルカ
プトフェノキシ)ベンゼン、ビス(3,4,−ジアミノ
フェノキシ)ベンゼン等が挙げられるがこれらに限定さ
れることはない。また、これらの化合物を同時に複数使
用することもできる。これらの芳香族ジアミンジオー
ル、芳香族ジアミンジチオールは、必要に応じて塩酸、
硫酸、リン酸などの酸との塩でもあってもよく、塩化す
ず(II)や亜リン酸化合物など公知の酸化防止剤を含ん
でいてもよい。
Specific examples of the aromatic diamine diol, aromatic diamine dithiol and aromatic tetramine include 2,2.
5-dihydroxyparaphenylenediamine, 4,6-dihydroxymetaphenylenediamine, 2,5-diamino-1,4-benzenedithiol, 4,6-diamino-
1,3-benzenedithiol, 2,5-diamino-3,
6-dimethyl-1,4-benzenedithiol, 1,2,2
4,6-tetraaminobenzene, 3,3′-dihydroxybenzidine, 3,3′-diamino-4,4′-diphenylbenzenediol, 3,3′-dimercaptobenzidine, 3,3′-diamino-4, 4′-diphenylbenzenedithiol, 3,3′-diaminobenzidine, bis (4-amino-3-hydroxyphenyl) ether,
Bis (3-amino-4-hydroxyphenyl) ether, bis (4-amino-3-mercaptophenyl) ether, bis (3-amino-4-mercaptophenylphenyl) ether, 3,3 ′, 4,4′- Tetraaminodiphenyl ether, bis (4-amino-3-hydroxyphenyl) sulfone, bis (3-amino-4-hydroxyphenyl) sulfone, bis (4-amino-3-mercaptophenyl) sulfone, bis (3-amino-4) -Mercaptophenylphenyl) sulfone, 3,3 ', 4,4
'-Tetraaminodiphenyl sulfone, 2,2-bis (4-amino-3-hydroxyphenyl) propane,
2,2-bis (3-amino-4-hydroxyphenyl)
Propane, 2,2-bis (4-amino-3-mercaptophenyl) propane, 2,2-bis (3-amino-4-
Mercaptophenylphenyl) propane, 2,2-bis (3,4-diaminophenyl) propane, 2,2-bis (4-amino-3-hydroxyphenyl) hexafluoropropane, 2,2-bis (3-amino- 4-hydroxyphenyl) hexafluoropropane, 2,2-bis (4-amino-3-mercaptophenyl) hexafluoropropane, 2,2-bis (3-amino-4-mercaptophenylphenyl) hexafluoropropane, 2
-Bis (3,4-diaminophenyl) hexafluoropropane, bis (4-amino-3-hydroxyphenoxy) benzene, bis (3-amino-4-hydroxyphenoxy) benzene, bis (4-amino-3-mercaptophenoxy) ) Benzene, bis (3-amino-4-mercaptophenoxy) benzene, bis (3,4, -diaminophenoxy) benzene and the like, but are not limited thereto. Further, a plurality of these compounds can be used at the same time. These aromatic diamine diol, aromatic diamine dithiol, if necessary, hydrochloric acid,
It may be a salt with an acid such as sulfuric acid or phosphoric acid, and may contain a known antioxidant such as tin (II) chloride or a phosphorous acid compound.

【0013】ホスホン酸含有ジカルボン酸の具体例とし
ては、例えば、2,5−ジカルボキシフェニルホスホン
酸、3,5−ジカルボキシフェニルホスホン酸、2,5
−ビスホスホノテレフタル酸、などのホスホン酸含有ジ
カルボン酸及びこれらの誘導体を挙げることができる
が、これらに限定されることはない。ホスホン酸含有ジ
カルボン酸はそれら単独だけでなく、ホスホン酸を含有
しないジカルボン酸とともに共重合の形で導入すること
ができる。ホスホン酸含有ジカルボン酸とともに使用で
きるジカルボン酸例としては、テレフタル酸、イソフタ
ル酸、ナフタレンジカルボン酸、ジフェニルエーテルジ
カルボン酸、ジフェニルスルホンジカルボン酸、ビフェ
ニルジカルボン酸、ターフェニルジカルボン酸、2,2
−ビス(4−カルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロ
パン等ポリエステル原料として報告されている一般的な
ジカルボン酸を使用することができ、ここで例示したも
のに限定されるものではない。ホスホン酸含有ジカルボ
ン酸とともにホスホン酸を含有しないジカルボン酸を使
用する場合、ホスホン酸の効果を明確にするために、ホ
スホン酸含有ジカルボン酸は全ジカルボン酸中の20モ
ル%以上であることが好ましいが、際だった効果を引き
出すために50モル%以上であることがさらに好まし
い。ホスホン酸基を含有するジカルボン酸の純度は特に
制限されるものではないが、97%以上が好ましく、9
8%以上がより好ましい。ホスホン酸基を含有するジカ
ルボン酸を原料として重合されたポリアゾールは、ホス
ホン酸基を含有しないジカルボン酸を用いた場合に比べ
て、重合度が低くなる傾向が見られるため、ホスホン酸
基を含有するジカルボン酸はできるだけ純度が高いもの
を用いることが好ましい。
Specific examples of phosphonic acid-containing dicarboxylic acids include, for example, 2,5-dicarboxyphenylphosphonic acid, 3,5-dicarboxyphenylphosphonic acid, 2,5
Examples include, but are not limited to, phosphonic acid-containing dicarboxylic acids such as -bisphosphonoterephthalic acid, and derivatives thereof. The phosphonic acid-containing dicarboxylic acids can be introduced in the form of a copolymer together with the dicarboxylic acid containing no phosphonic acid, in addition to those alone. Examples of dicarboxylic acids that can be used with the phosphonic acid-containing dicarboxylic acids include terephthalic acid, isophthalic acid, naphthalenedicarboxylic acid, diphenyl ether dicarboxylic acid, diphenyl sulfone dicarboxylic acid, biphenyl dicarboxylic acid, terphenyl dicarboxylic acid, 2,2
General dicarboxylic acids reported as polyester raw materials such as -bis (4-carboxyphenyl) hexafluoropropane can be used, and are not limited to those exemplified here. When a phosphonic acid-free dicarboxylic acid is used together with a phosphonic acid-containing dicarboxylic acid, the phosphonic acid-containing dicarboxylic acid is preferably at least 20 mol% of all dicarboxylic acids in order to clarify the effect of the phosphonic acid. In order to bring out a remarkable effect, the content is more preferably at least 50 mol%. The purity of the dicarboxylic acid containing a phosphonic acid group is not particularly limited, but is preferably 97% or more, and 9% or more.
8% or more is more preferable. Polyazole polymerized from a dicarboxylic acid containing a phosphonic acid group as a raw material contains a phosphonic acid group because the degree of polymerization tends to be lower than when a dicarboxylic acid containing no phosphonic acid group is used. It is preferable to use a dicarboxylic acid having as high a purity as possible.

【0014】上記一般式2で示すポリアゾール単位を導
入する経路は特には限定されないが、通常は式中Rで示
すアゾール環を形成できる三価の芳香族基単位を形成す
るオルト位にアミノ基を2個持つ芳香族カルボン酸、オ
ルト位の関係でアミノ基とヒドロキシル基を持つ芳香族
カルボン酸、オルト位の関係でアミノ基とメルカプト基
を持つ芳香族カルボン酸およびそれらの誘導体から選ば
れる化合物の重合により得ることができる。
The route for introducing the polyazole unit represented by the above general formula 2 is not particularly limited, but usually, an amino group is added at the ortho position to form a trivalent aromatic group unit capable of forming an azole ring represented by R in the formula. Compounds selected from aromatic carboxylic acids having two, aromatic carboxylic acids having an amino group and a hydroxyl group in an ortho position, aromatic carboxylic acids having an amino group and a mercapto group in an ortho position, and derivatives thereof. It can be obtained by polymerization.

【0015】これらのホスホン酸含有ポリアゾール化合
物を合成する手法は、特には限定されないが、J.F.Wolf
e, Encyclopedia of Polymer Science and Engineerin
g, 2nd Ed., Vol.11, P.601(1988)に記載されるような
ポリリン酸を溶媒とする脱水、環化重合により合成する
ことができる。また、ポリリン酸のかわりにメタンスル
ホン酸/五酸化リン混合溶媒系もちいた同様の機構によ
る重合を適用することもできる。他に、適当な有機溶媒
中や混合モノマー融体の反応でポリアミド構造などの前
駆体ポリマーとしておき、その後の適当な熱処理などに
よる環化反応で目的のポリアゾール構造に変換する方法
なども使用することができる。熱安定性の高いポリマー
を合成するには、一般によく使用されるポリリン酸を用
いた重合が好ましい。しかしながら、従来報告されてい
るような長時間を書けた重合では、ホスホン酸含有モノ
マーを含む系では、得られたポリマーの熱安定性が低下
してしまう恐れがある。このため、本発明では、重合時
間は個々のモノマーの組み合わせにより最適な時間があ
るので一概には規定できないが、重合時間を効果的に短
くすることが好ましい。このことにより、ホスホン酸基
量が多いポリマーも熱安定性の高い状態で得ることがで
きる。これらのホスホン酸基含有ポリアゾールの分子量
は特に限定されるものではないが、1,000から1,
000,000であることが好ましい。低すぎると、良
好な成形物を得ることが困難になる。また、繰り返し単
位が複数の場合主としてランダムおよび/または交互的
に結合していることで、高分子電解質膜として安定した
性能を示す特徴を持つ。
The method for synthesizing these phosphonic acid-containing polyazole compounds is not particularly limited.
e, Encyclopedia of Polymer Science and Engineerin
g, 2nd Ed., Vol. 11, P. 601 (1988), and can be synthesized by dehydration and cyclization polymerization using polyphosphoric acid as a solvent. Further, polymerization by a similar mechanism using a methanesulfonic acid / phosphorus pentoxide mixed solvent system instead of polyphosphoric acid can also be applied. Alternatively, use a method in which a precursor polymer such as a polyamide structure is prepared in a suitable organic solvent or in a reaction of a mixed monomer melt, and then converted to a target polyazole structure by a cyclization reaction by appropriate heat treatment or the like. Can be. In order to synthesize a polymer having high thermal stability, polymerization using polyphosphoric acid, which is generally used, is preferred. However, in polymerizations that can be carried out for a long time as conventionally reported, in a system containing a phosphonic acid-containing monomer, the thermal stability of the obtained polymer may be reduced. For this reason, in the present invention, the polymerization time cannot be specified unconditionally because there is an optimum time depending on the combination of individual monomers, but it is preferable to effectively shorten the polymerization time. As a result, a polymer having a large amount of phosphonic acid groups can be obtained with high thermal stability. The molecular weight of these phosphonic acid group-containing polyazoles is not particularly limited.
Preferably, it is 0,000,000. If it is too low, it is difficult to obtain a good molded product. In addition, when there are a plurality of repeating units, they are mainly randomly and / or alternately bonded, and thus have a characteristic of exhibiting stable performance as a polymer electrolyte membrane.

【0016】本発明のホスホン酸基含有ポリアゾール
は、重合溶液又は単離したポリマーから押し出し、紡
糸、圧延、キャストなど任意の方法で繊維やフィルムに
成形することができる。中でも適当な溶媒に溶解した溶
液から成形することが好ましい。溶解する溶媒として
は、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチル
ホルムアミド、ジメチルスルホキシド、N−メチル−2
−ピロリドン、ヘキサメチルホスホンアミドなど非プロ
トン極性溶媒や、ポリリン酸、メタンスルホン酸、硫
酸、トリフルオロ酢酸などの強酸から適切なものを選ぶ
ことができるがこれらに限定されるものではない。これ
らの溶媒は、可能な範囲で複数を混合して使用してもよ
い。また、溶解性を向上させる手段として、臭化リチウ
ム、塩化リチウム、塩化アルミニウムなどのルイス酸を
有機溶媒に添加したものを溶媒としてもよい。溶液中の
ポリマー濃度は0.1〜30重量%の範囲であることが
好ましい。低すぎると成形性が悪化し、高すぎると加工
性が悪化する。
The phosphonic acid group-containing polyazole of the present invention can be extruded from a polymerization solution or an isolated polymer and formed into a fiber or film by any method such as spinning, rolling, and casting. Among them, molding from a solution dissolved in an appropriate solvent is preferable. Solvents that dissolve include N, N-dimethylacetamide, N, N-dimethylformamide, dimethylsulfoxide, N-methyl-2.
Suitable ones can be selected from aprotic polar solvents such as pyrrolidone and hexamethylphosphonamide and strong acids such as polyphosphoric acid, methanesulfonic acid, sulfuric acid and trifluoroacetic acid, but are not limited thereto. These solvents may be used as a mixture of two or more as much as possible. As a means for improving solubility, a solvent obtained by adding a Lewis acid such as lithium bromide, lithium chloride or aluminum chloride to an organic solvent may be used. The concentration of the polymer in the solution is preferably in the range of 0.1 to 30% by weight. If it is too low, moldability deteriorates, and if it is too high, processability deteriorates.

【0017】溶液から成形体を得る方法は公知の方法を
用いることができる。例えば加熱、減圧乾燥、ポリマー
を溶解する溶媒と混和できるポリマー非溶媒への浸漬な
どによって、溶媒を除去しホスホン酸基含有ポリアゾー
ル化合物の成形体を得ることができる。溶媒が有機溶媒
の場合は、加熱又は減圧乾燥で溶媒を留去させることが
好ましい。溶媒が強酸の場合には、水、メタノール、ア
セトンなどに浸漬することが好ましい。この際、必要に
応じて他のポリマーと複合された形で繊維やフィルムに
成型することもできる。溶解性挙動が類似するポリベン
ザゾール系ポリマーと組み合わせると、良好な成形をす
るのに都合がよい。
A known method can be used to obtain a molded body from the solution. For example, by heating, drying under reduced pressure, or immersing in a polymer non-solvent that is miscible with a solvent that dissolves the polymer, the solvent can be removed to obtain a molded product of a phosphonic acid group-containing polyazole compound. When the solvent is an organic solvent, the solvent is preferably distilled off by heating or drying under reduced pressure. When the solvent is a strong acid, it is preferable to immerse in water, methanol, acetone or the like. At this time, if necessary, it can be formed into a fiber or a film in a form of a composite with another polymer. When combined with a polybenzazole-based polymer having a similar solubility behavior, it is convenient for good molding.

【0018】本発明のホスホン酸基含有ポリアゾール化
合物を主成分とする膜を成形する好ましい方法は、溶液
からのキャストである。キャストした溶液から前記のよ
うに溶媒を除去してホスホン酸基含有ポリアゾールの膜
を得ることができる。溶媒の除去は、乾燥することが膜
の均一性からは好ましい。また、ポリマーや溶媒の分解
や変質をさけるため、減圧下でできるだけ低い温度で乾
燥することが好ましい。キャストする基板には、ガラス
板やテフロン(登録商標)板などを用いることができ
る。溶液の粘度が高い場合には、基板や溶液を加熱して
高温でキャストすると溶液の粘度が低下して容易にキャ
ストすることができる。キャストする際の溶液の厚みは
特に制限されないが、10〜1,000μmであること
が好ましい。薄すぎると膜としての形態を保てなくな
り、厚すぎると不均一な膜ができやすくなる。より好ま
しくは100〜500μmである。溶液のキャスト厚を
制御する方法は公知の方法を用いることができる。例え
ば、アプリケーター、ドクターブレードなどを用いて一
定の厚みにしたり、ガラスシャーレなどを用いてキャス
ト面積を一定にして溶液の量や濃度で厚みを制御するこ
とができる。キャストした溶液は、溶媒の除去速度を調
整することでより均一な膜を得ることができる。例え
ば、加熱する場合には最初の段階では低温にして蒸発速
度を下げたりすることができる。また、水などの非溶媒
に浸漬する場合には、溶液を空気中や不活性ガス中に適
当な時間放置しておくなどしてポリマーの凝固速度を調
整することができる。本発明の膜は目的に応じて任意の
膜厚にすることができるが、イオン伝導性の面からはで
きるだけ薄いことが好ましい。具体的には200μm以
下であることが好ましく、50μm以下であることがさ
らに好ましく、20μm以下であることが最も好まし
い。
A preferred method of forming a film containing the phosphonic acid group-containing polyazole compound of the present invention as a main component is casting from a solution. The solvent is removed from the cast solution as described above to obtain a phosphonic acid group-containing polyazole film. Drying of the solvent is preferred from the viewpoint of film uniformity. Further, in order to avoid decomposition and deterioration of the polymer and the solvent, it is preferable to dry under reduced pressure at a temperature as low as possible. As a substrate to be cast, a glass plate, a Teflon (registered trademark) plate, or the like can be used. When the viscosity of the solution is high, if the substrate or the solution is heated and cast at a high temperature, the viscosity of the solution is reduced and the solution can be easily cast. The thickness of the solution at the time of casting is not particularly limited, but is preferably from 10 to 1,000 μm. If the thickness is too small, the film form cannot be maintained, and if the thickness is too large, a non-uniform film tends to be formed. More preferably, it is 100 to 500 μm. A known method can be used for controlling the cast thickness of the solution. For example, the thickness can be controlled to a constant thickness using an applicator, a doctor blade, or the like, or the thickness and the amount of the solution can be controlled with a constant casting area using a glass petri dish. A more uniform film can be obtained from the cast solution by adjusting the removal rate of the solvent. For example, when heating, it is possible to lower the evaporation rate at the initial stage by lowering the temperature. When immersed in a non-solvent such as water, the coagulation rate of the polymer can be adjusted by leaving the solution in air or an inert gas for an appropriate time. The membrane of the present invention can have any thickness depending on the purpose, but is preferably as thin as possible from the viewpoint of ion conductivity. Specifically, it is preferably 200 μm or less, more preferably 50 μm or less, and most preferably 20 μm or less.

【0019】本発明のホスホン酸基含有ポリアゾールポ
リマーは、フィルム、膜状にして燃料電池などのイオン
交換膜として使用するのに適している。さらに、本発明
のポリマー構造を主成分にすることにより、本発明のイ
オン交換膜と電極との接合体を作製するときのバインダ
ー樹脂として利用することもできる。本発明のホスホン
酸含有ポリオキサゾールポリマーは、測定の具体的方法
は後に述べるが80℃、95%RHにおける10,00
0Hzの交流インピーダンスを測定して求められる導電
率が0.001[S/cm]以上でありTGA測定にお
ける3%重量減少温度が400℃以上であることを特徴
としているが、同条件で測定した導電率が0.01[S
/cm]以上でありTGA測定における3%重量減少温
度が400℃以上でありさらに主鎖構造が主にポリオキ
サゾール骨格からなる場合が特に好ましい。仮に、これ
まで述べてきたようなホスホン酸基を含むポリアゾール
構造に含まれるものであり、TGA測定における3%重
量減少温度が400℃以上であっても、80℃、95%
RHにおける10,000Hzの交流インピーダンスを
測定して求められる導電率が0.001[S/cm]未
満しか示さないものでは、高温時における保水性が本発
明のポリマーに比べて劣ることもあり、本発明の目的を
達成することはできない。また、仮に、これまで述べて
きたようなホスホン酸基を含むポリアゾール構造に含ま
れるものであり、80℃、95%RHにおける10,0
00Hzの交流インピーダンスを測定して求められる導
電率が0.001[S/cm]以上であっても、TGA
測定における3%重量減少温度が400℃未満しか示さ
ないものでは、高温時における耐久安定性が本発明のポ
リマーに比べて劣ることもあり、本発明の目的を達成す
ることはできない。
The phosphonic acid group-containing polyazole polymer of the present invention is suitable for use as an ion exchange membrane for a fuel cell or the like in the form of a film or a film. Furthermore, by using the polymer structure of the present invention as a main component, it can also be used as a binder resin for producing a joined body of the ion exchange membrane and the electrode of the present invention. The phosphonic acid-containing polyoxazole polymer of the present invention can be used at 10,000 ° C. and 95% RH at 10,000 ° C.
It is characterized in that the conductivity obtained by measuring the AC impedance at 0 Hz is 0.001 [S / cm] or more and the 3% weight loss temperature in TGA measurement is 400 ° C. or more. Conductivity is 0.01 [S
/ Cm] or more, the 3% weight loss temperature in TGA measurement is 400 ° C. or more, and the case where the main chain structure mainly comprises a polyoxazole skeleton is particularly preferable. Supposedly, it is included in the polyazole structure containing a phosphonic acid group as described above. Even if the 3% weight loss temperature in TGA measurement is 400 ° C. or more, 80 ° C. and 95%
If the measured conductivity at 10,000 Hz in RH shows a conductivity of less than 0.001 [S / cm], the water retention at high temperatures may be inferior to the polymer of the present invention, The object of the present invention cannot be achieved. Further, it is supposed that it is included in the polyazole structure containing a phosphonic acid group as described above, and it is used at 10,000 ° C. and 95% RH.
Even if the conductivity measured by measuring the AC impedance at 00 Hz is 0.001 [S / cm] or more, the TGA
If the measured 3% weight loss temperature is less than 400 ° C., the durability at high temperatures may be inferior to the polymer of the present invention, and the object of the present invention cannot be achieved.

【0020】本発明のホスホン酸含有ポリアゾールポリ
マーは、測定の具体的方法は後に述べるがTGA測定に
おける200℃昇温時点の試料重量を基準にしたときの
3%重量減少温度が400℃以上であることを特徴とし
ているが、好ましくは同条件で測定した3%重量減少温
度が420℃以上である。さらに好ましくは同条件で測
定した3%重量減少温度が450℃以上である。仮に、
これまで述べてきたようなホスホン酸基を含むポリアゾ
ール構造に含まれるものであっても、TGA測定におけ
る200℃昇温時点の試料重量を基準にしたときの3%
重量減少温度が400℃未満しか示さないものでは、高
温時における耐久安定性が本発明のポリマーに比べて劣
るので本発明の目的を達成することはできない。
The phosphonic acid-containing polyazole polymer of the present invention has a 3% weight loss temperature of 400 ° C. or more based on the sample weight at the time of 200 ° C. temperature rise in TGA measurement, which will be described in detail later. Although it is characterized by the above, preferably, the 3% weight loss temperature measured under the same conditions is 420 ° C. or more. More preferably, the 3% weight loss temperature measured under the same conditions is 450 ° C. or higher. what if,
Even if it is contained in the polyazole structure containing a phosphonic acid group as described above, 3% based on the sample weight at the time of 200 ° C. temperature rise in TGA measurement.
When the weight loss temperature is less than 400 ° C., the object of the present invention cannot be achieved because the durability stability at high temperature is inferior to that of the polymer of the present invention.

【0021】また、本発明による膜は、耐溶剤性、機械
的特性に優れている。例えば、耐溶剤性では酸性水溶液
中での膨潤も少なく、機械的特性では膜厚の薄い状態で
も膜の取り扱いで破断などの心配がないものである。
Further, the film according to the present invention has excellent solvent resistance and mechanical properties. For example, with respect to solvent resistance, there is little swelling in an acidic aqueous solution, and with regard to mechanical properties, there is no fear of breakage or the like in handling the film even when the film thickness is small.

【0022】[0022]

【実施例】以下本発明を実施例を用いて具体的に説明す
るが、本発明はこれらの実施例に限定されることはな
い。なお、各種測定は次のように行った。 TGA測定:TGA測定は島津製作所製TGA−50を
用い、試料約5mgについてアルゴン雰囲気下で測定し
た。昇温は、10℃/分で100℃にした後30分10
0℃で保持して試料中の水分を除去した後、10℃/分
で600℃まで測定した。200℃昇温時点の試料重量
を基準にその3%が減量した時点の温度を3%重量減少
温度と定義する。 イオン伝導性測定:自作測定用プローブ(テフロン製)
上で短冊状膜試料の表面に白金線(直径:0.2mm)
を押しあて、80℃95%RHの恒温・恒湿オーブン
((株)ナガノ科学機械製作所、LH−20−01)中
に試料を保持し、白金線間の10KHzにおける交流イ
ンピーダンスをSOLARTRON社1250FREQ
UENCY RESPONSE ANALYSERによ
り測定した。極間距離を変化させて測定し、極間距離と
抵抗測定値をプロットした勾配から以下の式により膜と
白金線間の接触抵抗をキャンセルした導電率を算出し
た。 導電率[S/cm]=1/膜幅[cm]x膜厚[cm]x抵抗極
間勾配[Ω/cm] ポリマー対数粘度:溶媒として硫酸もしくはメタンスル
ホン酸を用いてオストワルド粘度計を用いて測定した。
硫酸を用いる場合は、0.5g/dlの硫酸溶液につい
て30℃で測定した。また、メタンスルホン酸を用いる
場合は、0.05g/dlのメタンスルホン酸溶液につ
いて25℃で測定した。IR測定:分光器にBiorad社FTS-
40、顕微鏡にBiorad社UMA-300Aを用いた顕微透過法によ
り測定した。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described specifically with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples. In addition, various measurements were performed as follows. TGA measurement: TGA measurement was performed on about 5 mg of a sample under an argon atmosphere using TGA-50 manufactured by Shimadzu Corporation. The temperature was raised at 10 ° C / min to 100 ° C for 30 minutes 10 minutes.
After the sample was kept at 0 ° C. to remove moisture from the sample, the measurement was performed at 10 ° C./min up to 600 ° C. The temperature at which 3% of the weight of the sample was reduced based on the weight of the sample at the time of 200 ° C temperature rise was defined as a 3% weight loss temperature. Ion conductivity measurement: Probe for self-made measurement (made by Teflon)
Platinum wire (diameter: 0.2 mm) on the surface of the strip-shaped film sample
And hold the sample in a constant temperature / humidity oven at 80 ° C and 95% RH (Nagano Kagaku Kikai Seisakusho Co., Ltd., LH-20-01), and measure the AC impedance between platinum wires at 10 KHz at 1250 FREQ by SOLARTROON.
Measured by UENCY RESPONSE ANALYSER. The measurement was performed while changing the distance between the electrodes, and the conductivity in which the contact resistance between the film and the platinum wire was canceled was calculated by the following equation from the gradient plotting the distance between the electrodes and the measured resistance value. Conductivity [S / cm] = 1 / Film width [cm] x Film thickness [cm] x Resistance gradient [Ω / cm] Polymer logarithmic viscosity: Using an Ostwald viscometer using sulfuric acid or methanesulfonic acid as a solvent Measured.
When sulfuric acid was used, the measurement was performed at 30 ° C. on a 0.5 g / dl sulfuric acid solution. When methanesulfonic acid was used, the measurement was performed at 25 ° C. on a 0.05 g / dl methanesulfonic acid solution. IR measurement: Biorad FTS-
40. It was measured by a microscopic transmission method using Biorad UMA-300A for a microscope.

【0023】実施例1 3,3’,4,4‘−テトラアミノジフェニルスルホン
(略号:TAS)1.830g(6.575x10-3mole)、3,5−ジ
カルボキシフェニルホスホン酸(略号:DCP、純度9
9%)1.618g(6.575x10-3mole)、ポリリン酸(五酸化リ
ン含量75%)20.48g、五酸化リン16.41gを重合容器に
量り取る。窒素を流し、オイルバス上ゆっくり撹拌しな
がら100℃まで昇温 する。100℃で1時間保持し
た後、155℃に昇温 して1時間、210℃に昇温 し
て5時間重合した。重合終了後放冷し、水を加えて重合
物を取り出し、家庭用ミキサーを用いてpH試験紙中性に
なるまで水洗を繰り返した。得られたポリマーは80℃
で終夜減圧乾燥した。得られた硫酸溶液によるポリマー
の対数粘度は、1.20を示した。ポリマー300mgとメ
タンスルホン酸2.5mlを室温で撹拌し、均一溶液とし
た。ホットプレート上でガラス板上に約180mm厚に流延
し、1時間室温で放置した後、水中にガラス板を浸し
た。水を時々交換し、数日水浸漬を続ける。フィルムを
取り出し、周りを固定して収縮を押さえながら風乾し
た。最後に減圧乾燥機により80℃終夜乾燥して、イオン
伝導性測定用フィルムを作製した。得られたフィルムの
TGA測定を行うと3%重量減少温度は490℃であっ
た。80℃95%RHにおけるイオン伝導度は0.03
0S/cmを示し、測定イオン伝導度は長期にわたり安
定した性能を保った。
Example 1 1.830 g (6.575 × 10 −3 mole) of 3,3 ′, 4,4′-tetraaminodiphenylsulfone (abbreviation: TAS), 3,5-dicarboxyphenylphosphonic acid (abbreviation: DCP, purity) 9
1.618 g (6.575 × 10 −3 mole) of 9%), 20.48 g of polyphosphoric acid (phosphorus pentoxide content 75%) and 16.41 g of phosphorus pentoxide are weighed into a polymerization vessel. Pour nitrogen and raise the temperature to 100 ° C while stirring slowly on an oil bath. After maintaining at 100 ° C. for 1 hour, the temperature was raised to 155 ° C. for 1 hour, and then to 210 ° C. for 5 hours. After completion of the polymerization, the mixture was left to cool, water was added to take out the polymer, and washing with water was repeated using a household mixer until the pH test paper became neutral. The obtained polymer is 80 ° C
And dried under reduced pressure overnight. The logarithmic viscosity of the polymer with the obtained sulfuric acid solution was 1.20. 300 mg of the polymer and 2.5 ml of methanesulfonic acid were stirred at room temperature to obtain a homogeneous solution. The film was cast on a hot plate to a thickness of about 180 mm on a glass plate, allowed to stand at room temperature for 1 hour, and then immersed in water. Change the water occasionally and continue immersion for several days. The film was taken out, air-dried while fixing the surroundings and suppressing shrinkage. Finally, the film was dried overnight at 80 ° C. using a vacuum drier to prepare a film for measuring ion conductivity. TGA measurement of the obtained film showed that the 3% weight loss temperature was 490 ° C. The ionic conductivity at 80 ° C. and 95% RH is 0.03.
It showed 0 S / cm, and the measured ionic conductivity kept stable performance for a long time.

【0024】実施例2 実施例1において、ジカルボン酸成分として70:30
(モル比)の混合比でDCPとテレフタル酸(略号:T
PA)に変えて、合計で(6.575x10-3mole)になるように
して仕込む以外は、実施例1と同様にして重合および各
種測定を行った。ポリマーの対数粘度は0.92、3%
重量減少温度は452℃、イオン伝導度は0.011S
/cmを示し、測定イオン伝導度は長期にわたり安定し
た性能を保った。ポリマーのIRスペクトルを図1に示
す。
Example 2 In Example 1, 70:30 was used as the dicarboxylic acid component.
(Molar ratio) of DCP and terephthalic acid (abbreviation: T
PA), and polymerization and various measurements were carried out in the same manner as in Example 1 except that the components were charged so that the total amount became (6.575 × 10 −3 mole). 0.92, 3% logarithmic viscosity of polymer
Weight loss temperature is 452 ° C, ionic conductivity is 0.011S
/ Cm, and the measured ionic conductivity maintained stable performance over a long period of time. The IR spectrum of the polymer is shown in FIG.

【0025】比較例1 3,3’ジヒドロキシベンジジン(略号:HAB)1.86
0g(8.602x10-3mole)、2,5−ジカルボキシベンゼンス
ルホン酸モノナトリウム(略号:STA)2.307g(8.602
x10-3mole)、ポリリン酸(五酸化リン含量75%)24.9
8g、五酸化リン20.02gを重合容器に量り取る。窒素を流
し、オイルバス上ゆっくり撹拌しながら100℃まで昇
温 する。100℃で1時間保持した後、155℃に昇
温 して1時間、210℃に昇温 して4時間重合した。
重合終了後放冷し、水を加えて重合物を取り出し、家庭
用ミキサーを用いてpH試験紙中性になるまで水洗を繰り
返した。得られたポリマーは80℃で終夜減圧乾燥し
た。得られたポリマーの硫酸溶液による対数粘度は、
0.87を示した。合成したポリマー試料0.12gにメタ
ンスルホン酸1.8gを加えて、数時間マグネティックスタ
ーラーで撹拌して溶解し、ポリ{(ベンゾ[1,2−
d:5,4−d’]ビスオキサゾール−2,6−ジイ
ル)−1,4−フェニレン}の1wt%メタンスルホン
酸ドープ(固有粘度=24dl/g)を3g加えて、さらに数時間
撹拌し均一溶液とした。ホットプレート上でガラス板上
に約180mm厚に流延し、1時間室温で放置した後、水
中にガラス板を浸した。水を時々交換し、数日水浸漬を
続ける。フィルムを取り出し、周りを固定して収縮を押
さえながら風乾した。最後に減圧乾燥機により80℃終夜
乾燥することでイオン伝導性測定用フィルムを作製し
た。80℃95%RHにおけるイオン伝導度は0.11
2S/cmを示し、測定イオン伝導度は徐々に低下し
た。得られたフィルムのTGA測定を行うと3%重量減
少温度は393℃であった。
Comparative Example 1 3,3'-Dihydroxybenzidine (abbreviation: HAB) 1.86
0g (8.602 × 10 -3 mole), 2.307 g (8.602) of monosodium 2,5-dicarboxybenzenesulfonate (abbreviation: STA)
x10-3 mole), polyphosphoric acid (phosphorus pentoxide content 75%) 24.9
8 g and 20.02 g of phosphorus pentoxide are weighed into a polymerization vessel. Pour nitrogen and raise the temperature to 100 ° C while stirring slowly on an oil bath. After maintaining at 100 ° C. for 1 hour, the temperature was raised to 155 ° C. for 1 hour, and the temperature was raised to 210 ° C. for 4 hours.
After completion of the polymerization, the mixture was left to cool, water was added to take out the polymer, and washing with water was repeated using a household mixer until the pH test paper became neutral. The obtained polymer was dried under reduced pressure at 80 ° C. overnight. The logarithmic viscosity of the obtained polymer with a sulfuric acid solution is
0.87. To 0.12 g of the synthesized polymer sample, 1.8 g of methanesulfonic acid was added, and the mixture was stirred with a magnetic stirrer for several hours to dissolve, and poly {(benzo [1,2-
d: 5,4-d '] bisoxazole-2,6-diyl) -1,4-phenylene {1 wt% methanesulfonic acid dope (intrinsic viscosity = 24 dl / g) (3 g) was added, and the mixture was further stirred for several hours. A homogeneous solution was obtained. The film was cast on a hot plate to a thickness of about 180 mm on a glass plate, allowed to stand at room temperature for 1 hour, and then immersed in water. Change the water occasionally and continue immersion for several days. The film was taken out, air-dried while fixing the surroundings and suppressing shrinkage. Finally, the film was dried overnight at 80 ° C. using a vacuum drier to prepare a film for measuring ion conductivity. The ionic conductivity at 80 ° C. and 95% RH is 0.11.
2 S / cm, and the measured ionic conductivity gradually decreased. TGA measurement of the obtained film showed that the 3% weight loss temperature was 393 ° C.

【0026】実施例3 200mlガラス製セパラブルフラスコに、4,6−ジ
アミノレゾルシノール二塩酸塩(略号:DAR)9.0
63g(4.254×10-2mol)、DCP(純度9
9%)10.469g(4.254×10-2mol)、
ポリリン酸(五酸化リン含量84%)43.86g、五
酸化リン14.49gを秤量し、窒素気流下70℃で
0.5時間、120℃で5時間、140℃で19時間、
165℃で19時間、190℃で5時間の順に攪拌しな
がらオイルバス中で加熱すると、黄色半透明の堅いゴム
状のドープが得られた。ドープはイオン交換水中に投入
し、pH試験紙中性になるまで水洗を繰り返した。得ら
れたポリマーは80℃で終夜減圧乾燥した。得られたポ
リマーのメタンスルホン酸溶液による対数粘度は、1.
43dl/gを示した。ポリマーのIRスペクトルを図
2に示す。ポリマー0.08gをメタンスルホン酸2.
0mlに室温で溶解した。そこに、ポリ{(ベンゾ
[1,2−d:5,4−d’]ビスオキサゾール−2,
6−ジイル)−1,4−フェニレン}の1wt%ポリリ
ン酸溶液(五酸化リン含量84%)2.00gを加えて
さらに室温で攪拌して均一溶液を得た。溶液はガラス板
上に約180μmの厚みに流延し10分間そのまま放置
した後、水中にガラス板を浸した。水を時々交換し、数
日水浸漬を続けた。フィルムを取り出し、周りを固定し
て収縮を押さえながら風乾した。最後に減圧乾燥機によ
り80℃終夜乾燥して、イオン伝導性測定用フィルムを作
製した。得られたフィルムのTGA測定を行うと3%重
量減少温度は443℃であった。80℃95%RHにお
けるイオン伝導度は0.053S/cmを示し、測定イ
オン伝導度は長期にわたり安定した性能を保った。
Example 3 A 200 ml glass separable flask was charged with 4,6-diaminoresorcinol dihydrochloride (abbreviation: DAR) 9.0.
63 g (4.254 × 10 -2 mol), DCP (purity 9
9.469 g (4.254 × 10 -2 mol),
43.86 g of polyphosphoric acid (phosphorus pentoxide content: 84%) and 14.49 g of phosphorus pentoxide were weighed, and 0.5 hours at 70 ° C, 5 hours at 120 ° C, 19 hours at 140 ° C under a nitrogen stream.
The mixture was heated in an oil bath with stirring at 165 ° C. for 19 hours and at 190 ° C. for 5 hours to obtain a yellow translucent hard rubber-like dope. The dope was charged into ion-exchanged water and washed repeatedly with water until the pH test paper became neutral. The obtained polymer was dried under reduced pressure at 80 ° C. overnight. The logarithmic viscosity of the obtained polymer in a methanesulfonic acid solution is 1.
43 dl / g. FIG. 2 shows the IR spectrum of the polymer. 0.08 g of the polymer was methanesulfonic acid.2.
Dissolved in 0 ml at room temperature. There, poly {(benzo [1,2-d: 5,4-d '] bisoxazole-2,
2.00 g of a 1 wt% polyphosphoric acid solution (6-diyl) -1,4-phenylene} (phosphorus pentoxide content: 84%) was added and further stirred at room temperature to obtain a homogeneous solution. The solution was cast on a glass plate to a thickness of about 180 μm, allowed to stand for 10 minutes, and then immersed in water. The water was changed from time to time and the water immersion continued for several days. The film was taken out, air-dried while fixing the surroundings and suppressing shrinkage. Finally, the film was dried overnight at 80 ° C. using a vacuum drier to prepare a film for measuring ion conductivity. TGA measurement of the obtained film showed that the 3% weight loss temperature was 443 ° C. The ionic conductivity at 80 ° C. and 95% RH was 0.053 S / cm, and the measured ionic conductivity maintained stable performance for a long time.

【0027】比較例2 200mlガラス製セパラブルフラスコに、4,6−ジ
アミノレゾルシノール二塩酸塩(略号:DAR)2.4
12g(1.132×10-2mol)、3,5−ジカル
ボキシベンゼンスルホン酸モノナトリウム(略号:SI
A)3.036g(1.132×10-2mol)、ポリ
リン酸(五酸化リン含量84%)43.86g、五酸化
リン14.97gを秤量し、窒素気流下70℃で30
分、120℃で3時間、140℃で18時間、190℃
で9時間の順に攪拌しながらオイルバス中で加熱する
と、黄色半透明のやや曳糸性のあるややゴム状のドープ
が得られた。ドープはイオン交換水中に投入し、pH試
験紙中性になるまで水洗を繰り返した。得られたポリマ
ーは80℃で終夜減圧乾燥した。得られたポリマーのメ
タンスルホン酸溶液による対数粘度は、0.45dl/
gを示した。ポリマー0.08gをメタンスルホン酸
2.0mlに室温で溶解した。そこに、対数粘度が20
dl/gのポリ{(ベンゾ[1,2−d:5,4−
d’]ビスオキサゾール−2,6−ジイル)−1,4−
フェニレン}の1wt%ポリリン酸溶液(五酸化リン含
量84%)2.00gを加えてさらに室温で攪拌して均
一溶液を得た。溶液はガラス板上に約180μmの厚み
に流延し10分間そのまま放置した後、水中にガラス板
を浸した。水を時々交換し、数日水浸漬を続けた。フィ
ルムを取り出し、周りを固定して収縮を押さえながら風
乾した。最後に減圧乾燥機により80℃終夜乾燥してフィ
ルムを作製した。得られたフィルムのTGA測定を行う
と3%重量減少温度は377℃であった。80℃95%
RHにおけるイオン伝導度は0.180S/cmを示
し、測定イオン伝導度は徐々に低下した。
Comparative Example 2 In a 200 ml glass separable flask, 4,6-diaminoresorcinol dihydrochloride (abbreviation: DAR) 2.4 was added.
12 g (1.132 × 10 -2 mol), monosodium 3,5-dicarboxybenzenesulfonate (abbreviation: SI
A) 3.036 g (1.132 × 10 -2 mol), 43.86 g of polyphosphoric acid (phosphorus pentoxide content: 84%) and 14.97 g of phosphorus pentoxide were weighed, and were weighed at 70 ° C. under a nitrogen stream at 30 ° C.
Min, 120 ° C for 3 hours, 140 ° C for 18 hours, 190 ° C
Then, the mixture was heated in an oil bath while stirring in the order of 9 hours to obtain a yellow translucent slightly spinnable, slightly rubbery dope. The dope was charged into ion-exchanged water and washed repeatedly with water until the pH test paper became neutral. The obtained polymer was dried under reduced pressure at 80 ° C. overnight. The logarithmic viscosity of the obtained polymer in a methanesulfonic acid solution is 0.45 dl /
g. 0.08 g of the polymer was dissolved in 2.0 ml of methanesulfonic acid at room temperature. There, the logarithmic viscosity is 20
dl / g of poly {(benzo [1,2-d: 5,4-
d '] bisoxazole-2,6-diyl) -1,4-
2.00 g of a 1 wt% polyphosphoric acid solution of phenylene (phosphorus pentoxide content: 84%) was added and further stirred at room temperature to obtain a homogeneous solution. The solution was cast on a glass plate to a thickness of about 180 μm, allowed to stand for 10 minutes, and then immersed in water. The water was changed from time to time and the water immersion continued for several days. The film was taken out, air-dried while fixing the surroundings and suppressing shrinkage. Finally, the film was dried at 80 ° C. overnight using a reduced pressure drier to produce a film. TGA measurement of the obtained film showed that the 3% weight loss temperature was 377 ° C. 80 ° C 95%
The ionic conductivity at RH was 0.180 S / cm, and the measured ionic conductivity gradually decreased.

【0028】[0028]

【発明の効果】本発明のポリマーにより、耐熱性、イオ
ン伝導性に優れ、燃料電池などの高分子電解質としても
際立った耐久性を示す材料を提供することができる。
According to the polymer of the present invention, it is possible to provide a material having excellent heat resistance and ionic conductivity and exhibiting outstanding durability as a polymer electrolyte for fuel cells and the like.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】TAS、DCP及びTPAから合成されたホス
ホン酸含有ポリベンズイミダゾールのIRスペクトル
FIG. 1. IR spectrum of phosphonic acid-containing polybenzimidazole synthesized from TAS, DCP and TPA

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) // C08L 79:04 C08L 79:04 (72)発明者 高瀬 敏 滋賀県大津市堅田二丁目1番1号 東洋紡 績株式会社総合研究所内 (72)発明者 濱本 史朗 滋賀県大津市堅田二丁目1番1号 東洋紡 績株式会社総合研究所内 (72)発明者 舘盛 寛 滋賀県大津市堅田二丁目1番1号 東洋紡 績株式会社総合研究所内 Fターム(参考) 4F071 AA60 AA81 AA83 AF02 AF13 AF37 AF37Y AF45 AF45Y BA02 BB02 BC01 4J043 PA02 PA08 PA10 QB34 QB35 QB41 RA42 RA52 RA57 SA06 SA08 SA71 SA83 SB01 SB03 TA12 TA79 TB01 TB03 UA121 UA122 UA131 UA132 UA142 UA262 UB021 UB061 UB062 UB121 UB122 UB301 UB302 VA011 VA012 VA041 VA042 VA061 VA062 VA081 VA082 XA03 XA19 ZA12 ZA15 ZA17 ZA31 ZA44 ZB14 5G301 CA30 CD01 5H026 AA06 CX05 EE18 HH00 HH05 HH06 HH08 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) // C08L 79:04 C08L 79:04 (72) Inventor Satoshi Takase 2-1-1 Katata, Otsu City, Shiga Prefecture No. Within Toyobo Co., Ltd. Research Laboratory (72) Inventor Shiro Hamamoto 2-1-1 Katada, Otsu-shi, Shiga Prefecture Within Toyobo Co., Ltd. Research Laboratory (72) Inventor Hiroshi Tatemori 2-1-1 Katata, Otsu-shi, Shiga Prefecture No. 1 Toyobo Co., Ltd. Research Laboratory F-term (reference) 4F071 AA60 AA81 AA83 AF02 AF13 AF37 AF37Y AF45 AF45Y BA02 BB02 BC01 4J043 PA02 PA08 PA10 QB34 QB35 QB41 RA42 RA52 RA57 SA06 SA08 SA71 SA83 SB01 SB03 TA12 UA121 TB03 TB12 UA132 UA142 UA262 UB021 UB061 UB062 UB121 UB122 UB301 UB302 VA011 VA012 VA041 VA042 VA061 VA062 VA081 VA082 XA03 XA19 ZA12 ZA15 ZA17 ZA31 ZA44 ZB 14 5G301 CA30 CD01 5H026 AA06 CX05 EE18 HH00 HH05 HH06 HH08

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 80℃、95%RHにおける10,00
0Hzの交流インピーダンスを測定して求められる導電
率が0.001[S/cm]以上であり、TGA測定に
おける200℃昇温時点での試料重量を基準にしたとき
の3%重量減少温度が400℃以上であり、平均分子量
が1,000から1,000,000の間にあり、繰り
返し単位が複数の場合主としてランダムおよび/または
交互的に結合していることを特徴とするホスホン酸含有
ポリアゾール化合物。
1. The method according to claim 1, wherein the solution is 10,000 at 80 ° C. and 95% RH.
The conductivity obtained by measuring the AC impedance at 0 Hz is 0.001 [S / cm] or more, and the 3% weight loss temperature based on the sample weight at the time of 200 ° C. temperature rise in TGA measurement is 400%. C. or higher, the average molecular weight is between 1,000 and 1,000,000, and when a plurality of repeating units are present, the phosphonic acid-containing polyazole compound is mainly bonded randomly and / or alternately. .
【請求項2】 80℃、95%RHにおける10,00
0Hzの交流インピーダンスを測定して求められる導電
率が0.01[S/cm]以上であり、主鎖構造が主に
ポリオキサゾール骨格からなることを特徴とする請求項
1に記載の化合物。
2. 10,000 at 80 ° C. and 95% RH.
2. The compound according to claim 1, wherein the conductivity obtained by measuring the AC impedance at 0 Hz is 0.01 [S / cm] or more, and the main chain structure mainly comprises a polyoxazole skeleton.
【請求項3】 請求項1乃至2のいずれかに記載の化合
物を主成分とすることを特徴とする成形物。
3. A molded article characterized by comprising the compound according to claim 1 as a main component.
【請求項4】 請求項1乃至3のいずれかに記載の化合
物を主成分とすることを特徴とする膜。
4. A film comprising the compound according to claim 1 as a main component.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004037508A1 (en) * 2002-10-24 2004-05-06 Toyo Boseki Kabushiki Kaisha Heat-resistant film and composite ion-exchange membrane
US7101637B2 (en) * 2001-09-28 2006-09-05 Gkss-Forschungszentrum Geesthacht Proton conductive membrane for electromechanical applications

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WO2004037508A1 (en) * 2002-10-24 2004-05-06 Toyo Boseki Kabushiki Kaisha Heat-resistant film and composite ion-exchange membrane

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