JP2003272695A - Alkoxysulfonic acid group contained polyarylene ether, and composite containing the same, ion conductive membrane using the same, adhesive, compound, and fuel cell and their manufacturing method - Google Patents

Alkoxysulfonic acid group contained polyarylene ether, and composite containing the same, ion conductive membrane using the same, adhesive, compound, and fuel cell and their manufacturing method

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JP2003272695A
JP2003272695A JP2002072471A JP2002072471A JP2003272695A JP 2003272695 A JP2003272695 A JP 2003272695A JP 2002072471 A JP2002072471 A JP 2002072471A JP 2002072471 A JP2002072471 A JP 2002072471A JP 2003272695 A JP2003272695 A JP 2003272695A
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JP
Japan
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polyarylene ether
acid group
compound
general formula
ion conductive
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JP2002072471A
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Japanese (ja)
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Kunio Kimura
邦生 木村
Yoshihiko Yamashita
祐彦 山下
Yoshimitsu Sakaguchi
佳充 坂口
Satoshi Takase
敏 高瀬
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Toyobo Co Ltd
Original Assignee
Toyobo Co Ltd
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Publication date
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    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a polymer material that is superior in heat resistance, processing, and ion conductivity and is especially useful for an ion conductive membrane by polyarylene ether introducing alkoxysulfonic acid group that is useful for a polymer electrolyte membrane. <P>SOLUTION: A polymer material for achieving the above objective is obtained by composing polyarylene ether that has introduced alkoxysulfonic acid group having the carbon number of 1-8 in an aromatic ring. This alkoxysulfonic acid contained aromatic group ring unit can be introduced at monomer stage, thereby, the introducing quantity of the sulfonic acid group can be controlled at polymerization. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

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
して有用なアルコキシスルホン酸基含有芳香族ポリアリ
ーレンエーテル系化合物に関するものである。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an alkoxy sulfonic acid group-containing aromatic polyarylene ether 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挙げることができる。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、ナフィオン膜を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80℃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 solid polymer electrolyte as an ionic conductor instead of a liquid electrolyte, a water electrolysis cell or a fuel cell can be mentioned. The polymer membranes used for these must be sufficiently stable chemically, thermally, electrochemically and mechanically as a cation exchange membrane together with proton conductivity. Therefore, as a material that can be used for a long period of time, a perfluorocarbon sulfonic acid membrane typified by "Nafion (registered trademark)" manufactured by DuPont, USA has been mainly used. However, if the Nafion membrane is operated at a temperature higher than 100 ° C., the water content of the membrane drops sharply and the membrane softens significantly. Therefore, in a fuel cell that uses methanol as a fuel, which is expected in the future, the performance of the fuel cell deteriorates due to the permeation of methanol in the membrane, and it is not possible to exhibit sufficient performance. Further, even in a fuel cell currently operated mainly with hydrogen as a fuel and operated at around 80 ° C., it is pointed out that the cost of the membrane is too high as an obstacle to establishment of the fuel cell technology.

【0003】このような欠点を克服するため、非フッ素
系芳香族環含有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。ポリマー骨格として
は、耐熱性や化学的安定性を考慮すると、芳香族ポリア
リーレンエーテルケトン類や芳香族ポリアリーレンエー
テルスルホン類などの、芳香族ポリアリーレンエーテル
化合物を有望な構造としてとらえることができ、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 MembraneScie
nce,83,P.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6−9
3114号公報)、スルホン化ポリスチレン等が報告さ
れている。しかしながら、芳香環上にスルホン酸基を直
接導入した高分子電解質膜は、上述のパーフルオロカー
ボンスルホン酸膜のようなプロトン導電性に寄与する大
きなイオンチャンネルができにくいことが指摘されてい
る(Journal of Membrane Sci
ence,185,P.29(2001))。このた
め、芳香族ポリアリーレンエーテル系化合物に側鎖を介
してスルホン酸基を導入することが考えられるが、特開
昭60−195130号公報や特開昭62−26970
4号公報でみられるポリマーにフリーデルクラフツ反応
を用いてアルキルスルホン酸を導入するものでは、アル
キルスルホン酸基の導入量を十分にコントロールするこ
とが難しいほか、イオン伝導膜として十分な性能を発揮
するものではなかった。
In order to overcome such drawbacks, various studies have been made on polymer electrolyte membranes in which a sulfonic acid group is introduced into a non-fluorine-containing aromatic ring-containing polymer. As the polymer skeleton, considering heat resistance and chemical stability, aromatic polyarylene ether compounds such as aromatic polyarylene ether ketones and aromatic polyarylene ether sulfones can be regarded as a promising structure, For example, sulfonation of polyarylethersulfone (Journal of MembraneScie)
nce, 83 , P.N. 211 (1993)), sulfonated polyetheretherketone (JP-A-6-9)
3114), sulfonated polystyrene and the like have been reported. However, it has been pointed out that a polymer electrolyte membrane in which a sulfonic acid group is directly introduced onto an aromatic ring is unlikely to form a large ion channel that contributes to proton conductivity like the above-mentioned perfluorocarbon sulfonic acid membrane (Journal of Membrane Sci
ence, 185 , p. 29 (2001)). For this reason, it is considered to introduce a sulfonic acid group into the aromatic polyarylene ether compound via a side chain, but JP-A-60-195130 and JP-A-62-26970.
In the case of introducing an alkylsulfonic acid into the polymer by using the Friedel-Crafts reaction in the polymer disclosed in Japanese Patent Publication No. 4, it is difficult to sufficiently control the amount of the alkylsulfonic acid group introduced, and sufficient performance as an ion conductive membrane is exhibited. It wasn't something to do.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、高分
子電解質膜として有用なアルコキシスルホン酸基を導入
したポリアリーレンエーテル系化合物により、耐熱性、
加工性、イオン伝導性にすぐれた、特にイオン伝導膜と
して有用な高分子材料を得ることにある。
DISCLOSURE OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a polyarylene ether compound having an alkoxy sulfonic acid group introduced therein, which is useful as a polymer electrolyte membrane, to obtain heat resistance,
The object is to obtain a polymer material having excellent processability and ion conductivity, which is particularly useful as an ion conductive film.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明者らは鋭意研究を
重ねた結果、芳香環上に特定のアルコキシスルホン酸を
導入したポリアリーレンエーテル系化合物により、上記
目的が達成されることを見いだすに至った。
As a result of intensive studies, the present inventors have found that the above-mentioned object can be achieved by a polyarylene ether compound in which a specific alkoxysulfonic acid is introduced on an aromatic ring. I arrived.

【0006】すなわち本発明は、下記(1)〜(11)
により達成される。
That is, the present invention provides the following (1) to (11):
Achieved by

【0007】(1) 炭素数1〜8のアルコシキスルホ
ン酸基を芳香環上に有し、一般式(1)とともに、
(1) Having an alkoxyl sulfonic acid group having 1 to 8 carbon atoms on the aromatic ring, together with the general formula (1),

【0008】[0008]

【化5】 (ただし、nは1から8の整数、Xは水素またはフッ
素、Yは水素、1価金属原子、窒素含有有機性基を示
す。)一般式(2)および/または一般式(3)で示さ
れる構成成分を含み
[Chemical 5] (However, n is an integer of 1 to 8, X is hydrogen or fluorine, Y is hydrogen, a monovalent metal atom, or a nitrogen-containing organic group.) General formula (2) and / or general formula (3) Including components

【0009】[0009]

【化6】 [Chemical 6]

【0010】[0010]

【化7】 (ただし、Zは直接結合、スルホン基、ケトン基、また
は炭素数1〜20よりなる有機性基を示す。)、還元比
粘度が0.1以上であることを特徴とするポリアリーレ
ンエーテル。
[Chemical 7] (However, Z represents a direct bond, a sulfone group, a ketone group, or an organic group having 1 to 20 carbon atoms.), And a reduced specific viscosity of 0.1 or more, a polyarylene ether.

【0011】(2)スルホン酸基によるイオン交換容量
が0.1〜2.5でであることを特徴とする上記(1)
に記載のポリアリーレンエーテル。
(2) The above-mentioned (1), wherein the ion exchange capacity by the sulfonic acid group is 0.1 to 2.5.
The polyarylene ether described in 1.

【0012】(3)上記(1)乃至(2)のいずれかに
記載のポリアリーレンエーテル化合物を50〜100質
量%含むことを特徴とする組成物。
(3) A composition comprising 50 to 100% by mass of the polyarylene ether compound according to any one of (1) to (2) above.

【0013】(4)上記(1)乃至(3)のいずれかに
記載の化合物を含有することを特徴とするイオン伝導
膜。
(4) An ion-conducting membrane containing the compound described in any one of (1) to (3) above.

【0014】(5)上記(4)に記載のイオン伝導膜と
電極とを含有することを特徴とする複合体。
(5) A composite containing the ion-conducting membrane described in (4) above and an electrode.

【0015】(6)上記(5)に記載の複合体を含有す
ることを特徴とする燃料電池。
(6) A fuel cell containing the composite according to (5) above.

【0016】(7)上記(1)乃至(2)に記載のポリ
アリーレンエーテルを含有することを特徴とする接着
剤。
(7) An adhesive containing the polyarylene ether described in (1) or (2) above.

【0017】(8)一般式(4)で表される化合物とビ
スフェノール系化合物をモノマーとして含む芳香族求核
置換反応により重合することを特徴とする上記(1)乃
至(2)のいずれかに記載のポリアリーレンエーテルの
製造方法。
(8) In any one of the above (1) to (2), the polymerization is carried out by an aromatic nucleophilic substitution reaction containing a compound represented by the general formula (4) and a bisphenol compound as a monomer. A method for producing the described polyarylene ether.

【0018】[0018]

【化8】 ただし、nは1から8の整数、Xは水素またはフッ素、
Yは1価金属原子、窒素含有有機性基、Wは塩素または
フッ素を示す。
[Chemical 8] However, n is an integer of 1 to 8, X is hydrogen or fluorine,
Y represents a monovalent metal atom, a nitrogen-containing organic group, and W represents chlorine or fluorine.

【0019】(9)上記(1)乃至(2)のいずれかに
記載の化合物と、溶剤とを含有する溶液を、キャスト厚
が10〜1000μmの範囲となるようにキャストする
工程と、キャストした溶液を乾燥させる工程とを含むこ
とを特徴とする上記(4)に記載のイオン伝導膜の製造
方法。
(9) A step of casting the solution containing the compound according to any one of the above (1) and (2) and a solvent so that the cast thickness is in the range of 10 to 1000 μm, and casting is performed. The method for producing an ion-conducting membrane according to (4) above, which comprises a step of drying the solution.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】以下本発明について詳細に説明す
る。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described in detail below.

【0021】本発明は、芳香環上に特定のアルコキシス
ルホン酸を導入したポリアリーレンエーテル系化合物に
より、耐熱性、加工性、イオン伝導性にすぐれた、特に
イオン伝導膜として有用な高分子材料を提供するもので
ある。すなわち、炭素数1〜8のアルコシキスルホン酸
基を芳香環上に有し、下記一般式(1)とともに一般式
(2)および/または一般式(3)で示される構成成分
を含むポリアリーレンエーテルである。
The present invention provides a polymer material having excellent heat resistance, processability, and ion conductivity, which is particularly useful as an ion conductive film, by using a polyarylene ether compound having a specific alkoxysulfonic acid introduced on the aromatic ring. It is provided. That is, a polyarylene having an alkoxyl sulfonic acid group having 1 to 8 carbon atoms on an aromatic ring and containing a constituent represented by the general formula (2) and / or the general formula (3) together with the following general formula (1). It is ether.

【0022】[0022]

【化9】 ここで、nは1から8の整数、Xは水素またはフッ素、
Yは水素、1価金属原子、窒素含有有機性基を示す。1
価金属原子としては、リチウム、ナトリウム、カリウム
などを挙げることができる。窒素含有有機性基として
は、アンモニア、トリエチルアミン、アニリン、N,N
−ジエチルアニリン、ピリジン、N−メチルモルフォリ
ン等を挙げることができるが、これらに限定されるもの
ではない。
[Chemical 9] Here, n is an integer of 1 to 8, X is hydrogen or fluorine,
Y represents hydrogen, a monovalent metal atom, or a nitrogen-containing organic group. 1
Examples of the valent metal atom include lithium, sodium and potassium. As the nitrogen-containing organic group, ammonia, triethylamine, aniline, N, N
-Diethylaniline, pyridine, N-methylmorpholine and the like can be mentioned, but the invention is not limited thereto.

【0023】[0023]

【化10】 [Chemical 10]

【0024】[0024]

【化11】 ここで、Zは直接結合、スルホン基、ケトン基、または
炭素数1〜20よりなる有機性基から選ばれる。炭素数
1〜20よりなる有機性基としては、メチレン、エチレ
ン、エチリデン、イソプロピリデン、ヘキサフルオロイ
ソプロピリデン、フェニルメチレン、ジフェニルメチレ
ン、フルオレニリデンなどが例示されるが、これらに限
定されるものではない。上記一般式(1)とともに一般
式(2)および/または一般式(3)で示される構成成
分の存在比率は特には限定されないが、一般式(1)で
表される構成成分が20重量%以上含まれるものが好ま
しく、30重量%以上含まれるものが特に好ましい。
[Chemical 11] Here, Z is selected from a direct bond, a sulfone group, a ketone group, or an organic group having 1 to 20 carbon atoms. Examples of the organic group having 1 to 20 carbon atoms include, but are not limited to, methylene, ethylene, ethylidene, isopropylidene, hexafluoroisopropylidene, phenylmethylene, diphenylmethylene and fluorenylidene. The abundance ratio of the constituent components represented by the general formula (2) and / or the general formula (3) together with the general formula (1) is not particularly limited, but the constituent component represented by the general formula (1) is 20% by weight. The above content is preferable, and the one containing 30% by weight or more is particularly preferable.

【0025】本発明におけるポリアリーレンエーテル系
化合物とは、芳香環を連結する各種結合によりポリマー
鎖が形成されている芳香族系ポリマーにおいて、連結に
寄与する主な結合の一つがエーテル結合によるものをい
う。ポリマーはエーテル結合のみで連結されている必要
はなく、スルホン、ケトン、アルキレン、スルフィド、
スルホキシド、直接結合等もエーテル結合とともに存在
する主な結合の例として挙げることができる。上述のア
ルコキシスルホン酸基はアルコキシ基の一部にスルホン
酸基が結合しいているものをいう。アルコキシ基は、直
鎖状のものだけでなく、分岐を含むものでもよく、アル
コキシ基の一部又はすべての水素原子がフッ素、塩素な
どのハロゲン原子に置き換わっていても良い。スルホン
酸基は、フリーのスルホン酸基として存在していても、
金属塩、アンモニア塩を含む窒素含有有機化合物塩、等
の誘導体であっても良い。
The polyarylene ether compound in the present invention is an aromatic polymer in which a polymer chain is formed by various bonds connecting aromatic rings, and one of the main bonds contributing to the connection is an ether bond. Say. The polymer need not be linked only by ether bonds, but may be sulfones, ketones, alkylenes, sulfides,
Sulfoxide, direct bond and the like can also be mentioned as an example of the main bond that exists together with the ether bond. The above-mentioned alkoxy sulfonic acid group means a sulfonic acid group bonded to a part of the alkoxy group. The alkoxy group may be not only a straight-chain one but also a branched one, and a part or all of hydrogen atoms of the alkoxy group may be replaced with halogen atoms such as fluorine and chlorine. The sulfonic acid group is present as a free sulfonic acid group,
Derivatives such as metal salts and nitrogen-containing organic compound salts including ammonia salts may be used.

【0026】また、本発明においては上記一般式(1)
の構造が高分子鎖中に存在することが重要であるので、
上記一般式(2)または一般式(3)で示される以外の
構造単位が含まれていてもかまわない。このとき、上記
一般式(2)または一般式(3)で示される以外の構造
単位は本発明のアルコキシスルホン酸を導入したポリア
リーレンエーテルの50重量%以下であることが好まし
い。
In the present invention, the above general formula (1)
Since it is important that the structure of exists in the polymer chain,
Structural units other than those represented by the general formula (2) or the general formula (3) may be contained. At this time, the structural unit other than those represented by the general formula (2) or the general formula (3) is preferably 50% by weight or less of the polyarylene ether introduced with the alkoxysulfonic acid of the present invention.

【0027】本発明のアルコキシスルホン酸基含有ポリ
アリーレンエーテル系化合物としては、下記一般式
(5)で表される構成成分を含むものが得に好ましい。
As the alkoxy sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound of the present invention, a compound containing a constituent represented by the following general formula (5) is particularly preferable.

【0028】[0028]

【化12】 ここで、nは1から8の整数、Xは水素またはフッ素、
Yは水素、1価金属原子、窒素含有有機性基を示す。1
価金属原子としては、リチウム、ナトリウム、カリウム
などを挙げることができる。窒素含有有機性基として
は、アンモニア、トリエチルアミン、アニリン、N,N
−ジエチルアニリン、ピリジン、N−メチルモルフォリ
ン等を挙げることができるが、これらに限定されるもの
ではない。また、Arは二価の芳香族基を表す。
[Chemical 12] Here, n is an integer of 1 to 8, X is hydrogen or fluorine,
Y represents hydrogen, a monovalent metal atom, or a nitrogen-containing organic group. 1
Examples of the valent metal atom include lithium, sodium and potassium. As the nitrogen-containing organic group, ammonia, triethylamine, aniline, N, N
-Diethylaniline, pyridine, N-methylmorpholine and the like can be mentioned, but the invention is not limited thereto. Ar represents a divalent aromatic group.

【0029】上記一般式(5)で表される構成成分を含
むアルコキシスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル
系化合物は、下記一般式(4)で表される化合物をモノ
マーとして含む芳香族求核置換反応により重合すること
ができる。
The alkoxy sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound containing the constituent component represented by the general formula (5) is an aromatic nucleophilic substitution reaction containing a compound represented by the following general formula (4) as a monomer. Can be polymerized.

【0030】[0030]

【化13】 ここで、nは1から8の整数、Xは水素またはフッ素、
Yは1価金属原子、窒素含有有機性基、Wは塩素または
フッ素を示す。
[Chemical 13] Here, n is an integer of 1 to 8, X is hydrogen or fluorine,
Y represents a monovalent metal atom, a nitrogen-containing organic group, and W represents chlorine or fluorine.

【0031】上述の芳香族求核置換反応において、上記
一般式(4)で表される化合物とともに各種活性化ジフ
ルオロ芳香族化合物やジクロロ芳香族化合物をモノマー
として併用することもできる。これらの化合物例として
は、4,4’−ジクロロジフェニルスルホン、4,4’
−ジフルオロジフェニルスルホン、4,4’−ジフルオ
ロベンゾフェノン、4,4’−ジクロロベンゾフェノン
等が挙げられる。
In the above-mentioned aromatic nucleophilic substitution reaction, various activated difluoroaromatic compounds and dichloroaromatic compounds can be used as a monomer together with the compound represented by the general formula (4). Examples of these compounds include 4,4′-dichlorodiphenyl sulfone, 4,4 ′
-Difluorodiphenyl sulfone, 4,4'-difluorobenzophenone, 4,4'-dichlorobenzophenone and the like.

【0032】また、上述の一般式(5)で表される構成
成分中のArは、一般には芳香族ジオール成分をモノマ
ーとして重合することにより導入される構造である。こ
のような芳香族ジオールモノマーの例としては、4,
4’−ビフェノール、ビス(4−ヒドロキシフェニル)
スルホン、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)エ
タン、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパ
ン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)メタン、2,2−
ビス(4−ヒドロキシフェニル)ブタン、3,3−ビス
(4−ヒドロキシフェニル)ペンタン、2,2−ビス
(4−ヒドロキシ−3,5−ジメチルフェニル)プロパ
ン、ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジメチルフェニ
ル)メタン、ビス(4−ヒドロキシ−2,5−ジメチル
フェニル)メタン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)フ
ェニルメタン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)ジフェ
ニルメタン、9,9−ビス(4−ヒドロキシフェニル)
フルオレン、9,9−ビス(3−メチル−4−ヒドロキ
シフェニル)フルオレン、2,2−ビス(4−ヒドロキ
シフェニル)ヘキサフルオロプロパン、ハイドロキノ
ン、レゾルシン等があげられるが、この他にも芳香族求
核置換反応によるポリアリーレンエーテル系化合物の重
合に用いることができる各種芳香族ジオールを使用する
こともできる。これら芳香族ジオールは、単独で使用す
ることができるが、複数の芳香族ジオールを併用するこ
とも可能である。
Ar in the component represented by the above general formula (5) is generally a structure introduced by polymerizing an aromatic diol component as a monomer. Examples of such aromatic diol monomers include 4,
4'-biphenol, bis (4-hydroxyphenyl)
Sulfone, 1,1-bis (4-hydroxyphenyl) ethane, 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) propane, bis (4-hydroxyphenyl) methane, 2,2-
Bis (4-hydroxyphenyl) butane, 3,3-bis (4-hydroxyphenyl) pentane, 2,2-bis (4-hydroxy-3,5-dimethylphenyl) propane, bis (4-hydroxy-3,5) -Dimethylphenyl) methane, bis (4-hydroxy-2,5-dimethylphenyl) methane, bis (4-hydroxyphenyl) phenylmethane, bis (4-hydroxyphenyl) diphenylmethane, 9,9-bis (4-hydroxyphenyl) )
Examples thereof include fluorene, 9,9-bis (3-methyl-4-hydroxyphenyl) fluorene, 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) hexafluoropropane, hydroquinone and resorcin. It is also possible to use various aromatic diols that can be used for the polymerization of the polyarylene ether compound by the nuclear substitution reaction. These aromatic diols can be used alone, but it is also possible to use a plurality of aromatic diols in combination.

【0033】本発明のアルコキシスルホン酸基含有ポリ
アリーレンエーテル系化合物を芳香族求核置換反応によ
り重合する場合、上記一般式(4)で表せる化合物を含
む活性化ジフルオロ芳香族化合物及び/またはジクロロ
芳香族化合物と芳香族ジオール類を塩基性化合物の存在
下で反応させることで重合体を得ることができる。重合
は、0〜350℃の温度範囲で行うことができるが、5
0〜250℃の温度であることが好ましい。0℃より低
い場合には、十分に反応が進まない傾向にあり、350
℃より高い場合には、ポリマーの分解も起こり始める傾
向がある。反応は、無溶媒下で行うこともできるが、溶
媒中で行うことが好ましい。使用できる溶媒としては、
N−メチル−2−ピロリドン、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、ジフェニルスルホン、スルホランなどを挙げ
ることができるが、これらに限定されることはなく、芳
香族求核置換反応において安定な溶媒として使用できる
ものであればよい。これらの有機溶媒は、単独でも2種
以上の混合物として使用されても良い。塩基性化合物と
しては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナト
リウム、炭酸カリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素
カリウム等があげられるが、芳香族ジオール類を活性な
フェノキシド構造にしうるものであれば、これらに限定
されず使用することができる。芳香族求核置換反応にお
いては、副生物として水が生成する場合がある。この際
は、重合溶媒とは関係なく、トルエンなどを反応系に共
存させて共沸物として水を系外に除去することもでき
る。芳香族求核置換反応を溶媒中で行う場合、得られる
ポリマー濃度として5〜50重量%となるようにモノマ
ーを仕込むことが好ましい。5重量%よりも少ない場合
は、重合度が上がりにくい傾向がある。一方、50重量
%よりも多い場合には、反応系の粘性が高くなりすぎ、
反応物の後処理が困難になる傾向がある。重合反応終了
後は、反応溶液より蒸発によって溶媒を除去し、必要に
応じて残留物を洗浄することによって、所望のポリマー
が得られる。また、反応溶液を、ポリマーの溶解度が低
い溶媒中に加えることによって、ポリマーを固体として
沈殿させ、沈殿物の濾取によりポリマーを得ることもで
きる。
When a polyarylene ether compound containing an alkoxysulfonic acid group of the present invention is polymerized by an aromatic nucleophilic substitution reaction, an activated difluoroaromatic compound and / or dichloroaromatic containing a compound represented by the above general formula (4). A polymer can be obtained by reacting a group compound with an aromatic diol in the presence of a basic compound. The polymerization can be carried out in the temperature range of 0 to 350 ° C., but 5
The temperature is preferably 0 to 250 ° C. If the temperature is lower than 0 ° C, the reaction tends not to proceed sufficiently.
If it is higher than 0 ° C, decomposition of the polymer also tends to start. Although the reaction can be carried out without a solvent, it is preferably carried out in a solvent. Solvents that can be used include
Examples thereof include N-methyl-2-pyrrolidone, N, N-dimethylacetamide, N, N-dimethylformamide, dimethylsulfoxide, diphenylsulfone, and sulfolane, but are not limited thereto, and aromatic nucleophilic Any solvent can be used as long as it can be used as a stable solvent in the substitution reaction. These organic solvents may be used alone or as a mixture of two or more kinds. Examples of the basic compound include sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium carbonate, potassium carbonate, sodium hydrogencarbonate, potassium hydrogencarbonate and the like. It can be used without limitation. Water may be produced as a by-product in the aromatic nucleophilic substitution reaction. At this time, regardless of the polymerization solvent, toluene or the like can be allowed to coexist in the reaction system to remove water as an azeotrope out of the system. When the aromatic nucleophilic substitution reaction is carried out in a solvent, it is preferable to charge the monomer so that the obtained polymer concentration is 5 to 50% by weight. If it is less than 5% by weight, the degree of polymerization tends to be difficult to increase. On the other hand, when it is more than 50% by weight, the viscosity of the reaction system becomes too high,
Post-treatment of reactants tends to be difficult. After the completion of the polymerization reaction, the solvent is removed from the reaction solution by evaporation, and the residue is washed if necessary to obtain the desired polymer. It is also possible to precipitate the polymer as a solid by adding the reaction solution to a solvent in which the polymer has low solubility, and obtain the polymer by filtering the precipitate.

【0034】本発明のアルコキシスルホン酸基含有ポリ
アリーレンエーテル系化合物中に存在するスルホン酸基
量としては、ポリマー1kg中あたりに存在するスルホ
ン酸基当量として表されるイオン交換容量が、0.1〜
2.5であるものが好ましく、0.5〜2.4であるも
のがさらに好ましい。イオン交換容量が、0.1より小
さい場合には、本発明の特徴である優れたイオン伝導性
を示すことが難しくなる。一方、イオン交換容量が2.
5よりも大きくなると、ポリマーの親水性が高くなりす
ぎ、イオン伝導膜に用いた場合、水分による膨潤などが
顕著となりイオン伝導膜としての形態保持性が低下す
る。
The amount of the sulfonic acid group present in the alkoxy sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound of the present invention is such that the ion exchange capacity expressed as the equivalent amount of the sulfonic acid group present in 1 kg of the polymer is 0.1. ~
A value of 2.5 is preferable, and a value of 0.5 to 2.4 is more preferable. When the ion exchange capacity is smaller than 0.1, it becomes difficult to exhibit the excellent ionic conductivity which is a feature of the present invention. On the other hand, the ion exchange capacity is 2.
When it is larger than 5, the hydrophilicity of the polymer becomes too high, and when it is used for the ion conductive membrane, swelling due to water becomes remarkable and the shape retention as the ion conductive membrane is deteriorated.

【0035】また、本発明のアルコキシスルホン酸基含
有ポリアリーレンエーテル系化合物は、後で述べる方法
により測定したポリマー還元比粘度が0.1以上である
ことが好ましい。還元比粘度が0.1よりも小さいと、
イオン伝導膜として成形したときに、膜が脆くなりやす
くなる。還元比粘度は、0.3以上であることがさらに
好ましい。一方、還元比粘度が5を超えると、ポリマー
の溶解が困難になるなど、加工性での問題が出てくるの
で好ましくない。なお、還元比粘度を測定する溶媒とし
ては、一般にN−メチルピロリドン、N,N−ジメチル
アセトアミドなどの極性有機溶媒を使用することができ
るが、これらに溶解性が低い場合には濃硫酸を用いて測
定することもできる。
The alkoxy sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound of the present invention preferably has a polymer reduced specific viscosity of 0.1 or more as measured by the method described later. When the reduced specific viscosity is less than 0.1,
When molded as an ion-conducting membrane, the membrane tends to become brittle. The reduced specific viscosity is more preferably 0.3 or more. On the other hand, if the reduced specific viscosity exceeds 5, it is not preferable because it causes problems in processability such as difficulty in dissolving the polymer. In addition, as a solvent for measuring the reduced specific viscosity, a polar organic solvent such as N-methylpyrrolidone or N, N-dimethylacetamide can be generally used, but concentrated sulfuric acid is used when the solubility thereof is low. Can also be measured.

【0036】本発明のアルコキシスルホン酸基含有ポリ
アリーレンエーテル系化合物は、単体として使用するこ
とができるが、他のポリマーとの組み合わせによる樹脂
組成物として使用することもできる。これらのポリマー
としては、例えばポリエチレンテレフタレート、ポリブ
チレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレートなど
のポリエステル類、ナイロン6、ナイロン6,6、ナイ
ロン6,10、ナイロン12などのポリアミド類、ポリ
メチルメタクリレート、ポリメタクリル酸エステル類、
ポリメチルアクリレート、ポリアクリル酸エステル類な
どのアクリレート系樹脂、ポリアクリル酸系樹脂、ポリ
メタクリル酸系樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、
ポリスチレンやジエン系ポリマーを含む各種ポリオレフ
ィン、ポリウレタン系樹脂、酢酸セルロース、エチルセ
ルロースなどのセルロース系樹脂、ポリアリレート、ア
ラミド、ポリカーボネート、ポリフェニレンスルフィ
ド、ポリフェニレンオキシド、ポリスルホン、ポリエー
テルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエー
テルイミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリベン
ズイミダゾール、ポリベンズオキサゾール、ポリベンズ
チアゾールなどの芳香族系ポリマー、エポキシ樹脂、フ
ェノール樹脂、ノボラック樹脂、ベンゾオキサジン樹脂
などの熱硬化性樹脂等、特に制限はない。ポリベンズイ
ミダゾールやポリビニルピリジンなどの塩基性ポリマー
との樹脂組成物は、ポリマー寸法性の向上のために好ま
しい組み合わせと言える、これらの塩基性ポリマー中
に、さらにスルホン酸基を導入しておくと、組成物の加
工性がより好ましいものとなる。これら樹脂組成物とし
て使用する場合には、本発明のアルコキシスルホン酸基
含有ポリアリーレンエーテル系化合物は、樹脂組成物全
体の50重量%以上100重量%未満含まれていること
が好ましい。より好ましくは70重量%以上100重量
%未満である。本発明のアルコキシスルホン酸基含有ポ
リアリーレンエーテル系化合物の含有量が樹脂組成物全
体の50重量%未満の場合には、この樹脂組成物を含む
イオン伝導膜のスルホン酸基濃度が低くなり良好なイオ
ン伝導性が得られない傾向にあり、また、スルホン酸基
を含有するユニットが非連続相となり伝導するイオンの
移動度が低下する傾向にある。なお、本発明の組成物
は、必要に応じて、例えば酸化防止剤、熱安定剤、滑
剤、粘着付与剤、可塑剤、架橋剤、粘度調整剤、静電気
防止剤、抗菌剤、消泡剤、分散剤、重合禁止剤、などの
各種添加剤を含んでいても良い。
The alkoxy sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound of the present invention can be used as a simple substance, but can also be used as a resin composition in combination with another polymer. Examples of these polymers include polyesters such as polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate and polyethylene naphthalate, polyamides such as nylon 6, nylon 6,6, nylon 6,10 and nylon 12, polymethylmethacrylate, polymethacrylic acid ester. Kind,
Acrylate resin such as polymethyl acrylate and polyacrylic acid ester, polyacrylic acid resin, polymethacrylic acid resin, polyethylene, polypropylene,
Various polyolefins including polystyrene and diene polymers, polyurethane resins, cellulose acetate, cellulose resins such as ethyl cellulose, polyarylate, aramid, polycarbonate, polyphenylene sulfide, polyphenylene oxide, polysulfone, polyether sulfone, polyether ether ketone, polyether There is no particular limitation on aromatic polymers such as imide, polyimide, polyamideimide, polybenzimidazole, polybenzoxazole, and polybenzthiazole, and thermosetting resins such as epoxy resin, phenol resin, novolac resin, and benzoxazine resin. A resin composition with a basic polymer such as polybenzimidazole or polyvinyl pyridine can be said to be a preferable combination for improving the polymer dimensional property, and if a sulfonic acid group is further introduced into these basic polymers, The processability of the composition becomes more preferable. When used as these resin compositions, the alkoxy sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound of the present invention is preferably contained in an amount of 50% by weight or more and less than 100% by weight of the entire resin composition. It is more preferably 70% by weight or more and less than 100% by weight. When the content of the alkoxy sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound of the present invention is less than 50% by weight of the entire resin composition, the sulfonic acid group concentration of the ion conductive membrane containing this resin composition becomes low, which is favorable. Ion conductivity tends not to be obtained, and the unit containing a sulfonic acid group becomes a discontinuous phase, and the mobility of conductive ions tends to decrease. The composition of the present invention, if necessary, for example, an antioxidant, a heat stabilizer, a lubricant, a tackifier, a plasticizer, a crosslinking agent, a viscosity modifier, an antistatic agent, an antibacterial agent, an antifoaming agent, It may contain various additives such as a dispersant and a polymerization inhibitor.

【0037】本発明のアルコキシスルホン酸基含有ポリ
アリーレンエーテル系化合物およびその樹脂組成物は、
押し出し、紡糸、圧延またはキャストなど任意の方法で
繊維やフィルムなどの成形体とすることができる。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。この溶媒としては、N,N−ジメチルホルムアミ
ド、N,N−ジメチルアセトアミド、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
ホンアミドなどの非プロトン性極性溶媒や、メタノー
ル、エタノール等のアルコール類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。溶液中の化合物濃度は0.1〜50重量%の範囲で
あることが好ましい。溶液中の化合物濃度が0.1重量
%未満であると良好な成形物を得るのが困難となる傾向
にあり、50重量%を超えると加工性が悪化する傾向に
ある。溶液から成形体を得る方法は従来から公知の方法
を用いて行うことができる。たとえば、加熱、減圧乾
燥、化合物を溶解する溶媒と混和することができる化合
物非溶媒への浸漬等によって、溶媒を除去し成形体を得
ることができる。溶媒が、有機溶媒の場合には、加熱又
は減圧乾燥によって溶媒を留去させることが好ましい。
この際、必要に応じて他の化合物と複合された形で繊維
状、フィルム状、ペレット状、プレート状、ロッド状、
パイプ状、ボール状、ブロック状などの様々な形状に成
形することもできる。溶解挙動が類似する化合物と組み
合わせた場合には、良好な成形ができる点で好ましい。
The alkoxy sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound and the resin composition thereof of the present invention are
A molded body such as a fiber or a film can be formed by any method such as extrusion, spinning, rolling or casting. Above all, it is preferable to mold from a solution dissolved in a suitable solvent. Examples of the solvent include aprotic polar solvents such as N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, dimethylsulfoxide, N-methyl-2-pyrrolidone and hexamethylphosphonamide, and alcohols such as methanol and ethanol. Appropriate ones can be selected, but are not limited to these. A plurality of these solvents may be mixed and used within a possible range. The compound concentration in the solution is preferably in the range of 0.1 to 50% by weight. If the compound concentration in the solution is less than 0.1% by weight, it tends to be difficult to obtain a good molded product, and if it exceeds 50% by weight, the processability tends to deteriorate. As a method for obtaining a molded product from a solution, a conventionally known method can be used. For example, the molded product can be obtained by removing the solvent by heating, drying under reduced pressure, immersion in a compound non-solvent that can be mixed with a solvent that dissolves the compound, and the like. When the solvent is an organic solvent, it is preferable to distill off the solvent by heating or drying under reduced pressure.
At this time, in the form of being compounded with other compounds as necessary, fibrous, film-like, pellet-like, plate-like, rod-like,
It can also be formed into various shapes such as a pipe shape, a ball shape, and a block shape. The combination with a compound having a similar dissolution behavior is preferable because good molding can be achieved.

【0038】本発明のアルコキシスルホン酸基含有ポリ
アリーレンエーテル系化合物およびその樹脂組成物から
イオン伝導膜を作製することもできる。イオン伝導膜を
成形する手法として最も好ましいのは、溶液からのキャ
ストであり、キャストした溶液から上記のように溶媒を
除去してイオン伝導膜を得ることができる。溶媒の除去
は、乾燥によることがイオン伝導膜の均一性からは好ま
しい。また、化合物や溶媒の分解や変質を避けるため、
減圧下でできるだけ低い温度で乾燥することもできる。
また、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、10〜1000μmであること
が好ましい。より好ましくは50〜500μmである。
溶液の厚みが10μmよりも薄いとイオン伝導膜として
の形態を保てなくなる傾向にあり、1000μmよりも
厚いと不均一な高分子電解質膜ができやすくなる傾向に
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
て化合物の凝固速度を調整することができる。本発明の
イオン伝導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5〜200μmであることが好ま
しく、5〜50μmであることがさらに好ましく、5〜
20μmであることが最も好ましい。イオン伝導膜の厚
みが5μmより薄いとイオン伝導膜の取扱が困難となり
燃料電池を作製した場合に短絡等が起こる傾向にあり、
200μmよりも厚いとイオン伝導膜の電気抵抗値が高
くなり燃料電池の発電性能が低下する傾向にある。ま
た、イオン伝導膜のイオン伝導率は1.0x10-5S/
cm以上であることが好ましい。イオン伝導率が1.0
x10-5S/cm以上である場合には、そのイオン伝導
膜を用いた燃料電池において良好な出力が得られる傾向
にあり、1.0x10-5S/cm未満である場合には燃
料電池の出力低下が起こる傾向にある。
An ion-conducting membrane can also be prepared from the alkoxy sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound of the present invention and the resin composition thereof. The most preferable method for molding the ion conductive membrane is casting from a solution, and the solvent can be removed from the cast solution as described above to obtain an ion conductive membrane. It is preferable to remove the solvent by drying in terms of uniformity of the ion conductive membrane. In addition, in order to avoid decomposition or alteration of the compound or solvent,
It is also possible to dry under reduced pressure at the lowest temperature possible.
Further, when the viscosity of the solution is high, heating the substrate or the solution and casting at a high temperature lowers the viscosity of the solution, so that the solution can be easily cast. The thickness of the solution used for casting is not particularly limited, but is preferably 10 to 1000 μm. More preferably, it is 50 to 500 μm.
If the thickness of the solution is thinner than 10 μm, the form of the ion conductive membrane cannot be maintained, and if it is thicker than 1000 μm, a non-uniform polymer electrolyte membrane tends to be easily formed. A known method can be used for controlling the cast thickness of the solution. For example, an applicator, a doctor blade, or the like may be used to make the thickness constant, or a glass petri dish or the like may be used to make the casting area constant to control the thickness by the amount or concentration of the solution. A more uniform film can be obtained from the cast solution by adjusting the removal rate of the solvent. For example, when heating, the evaporation rate can be lowered by lowering the temperature in the first step. When immersed in a non-solvent such as water, the coagulation rate of the compound can be adjusted by leaving the solution in air or an inert gas for an appropriate time. The ion conductive film of the present invention can have an arbitrary film thickness according to the purpose, but it is preferably as thin as possible from the viewpoint of ion conductivity. Specifically, it is preferably 5 to 200 μm, more preferably 5 to 50 μm, and 5 to
Most preferably, it is 20 μm. If the thickness of the ion conductive film is less than 5 μm, it is difficult to handle the ion conductive film, and a short circuit or the like tends to occur when a fuel cell is manufactured.
If it is thicker than 200 μm, the electric resistance value of the ion conductive membrane increases, and the power generation performance of the fuel cell tends to decrease. The ionic conductivity of the ion conductive membrane is 1.0 × 10 −5 S /
It is preferably at least cm. Ionic conductivity is 1.0
When it is 10 × 10 −5 S / cm or more, good output tends to be obtained in the fuel cell using the ion conductive membrane, and when it is less than 1.0 × 10 −5 S / cm, The output tends to decrease.

【0039】また、上述した本発明のイオン伝導膜また
はフィルム等を電極に設置することによって、本発明の
イオン伝導膜またはフィルム等と電極との接合体を得る
ことができる。この接合体の作製方法としては、従来か
ら公知の方法を用いて行うことができ、例えば、電極表
面に接着剤を塗布しイオン伝導膜と電極とを接着する方
法またはイオン伝導膜と電極とを加熱加圧する方法等が
ある。この中でも本発明のアルコキシスルホン酸基含有
ポリアリーレンエーテル系化合物およびその樹脂組成物
を主成分とした接着剤を電極表面に塗布して接着する方
法が好ましい。イオン伝導膜と電極との接着性が向上
し、また、イオン伝導膜のイオン伝導性を損なうことが
少なくなると考えられるためである。
By arranging the above-described ion-conducting membrane or film of the present invention on an electrode, a bonded body of the ion-conducting membrane or film of the present invention and an electrode can be obtained. As a method for producing this bonded body, a conventionally known method can be used, and for example, a method of applying an adhesive to the electrode surface to bond the ion conductive film and the electrode or an ion conductive film and the electrode can be used. There is a method of heating and pressing. Among these, the method of applying and adhering the adhesive having the alkoxy sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound of the present invention and the resin composition thereof as the main component to the electrode surface is preferable. This is because it is considered that the adhesion between the ion conductive film and the electrode is improved, and that the ion conductivity of the ion conductive film is less likely to be impaired.

【0040】上述したイオン伝導膜またはフィルム等と
電極との接合体を用いて、燃料電池を作製することもで
きる。本発明のイオン伝導膜またはフィルム等は、耐熱
性、加工性、イオン伝導性に優れているため、高温での
運転にも耐えることができ、作製が容易で、良好な出力
を有する燃料電池を提供することができる。
A fuel cell can also be manufactured by using the above-mentioned bonded body of the ion conductive membrane or film and the electrode. The ion-conducting membrane or film of the present invention is excellent in heat resistance, processability, and ion conductivity, so that it can withstand operation at high temperatures, is easy to manufacture, and has a good output. Can be provided.

【0041】[0041]

【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。 溶液粘度:ポリマー粉末を0.5g/dlの濃度でN,
N−ジメチルアセトアミドに溶解し、25℃の恒温槽中
でオストワルド粘度計を用いて粘度測定を行い、還元比
粘度[(ta−tb)]/(tb・c)で評価した(ta
は試料溶液の落下秒数、tbは溶媒のみの落下秒数、c
はポリマー濃度)。 TGA:島津製作所製熱重量測定計(TGA-50)を用い、
アルゴン雰囲気中、昇温速度10℃/minで測定を行った。
水分の蒸発が終わったと確認される150〜200℃の
安定領域の試料重量を基準に5%の重量減少に達する温
度を測定した。DSC:パーキンエルマー社製示差走査
型熱量計(DSC−7)を用い、窒素雰囲気中、昇温速度2
0℃/minで測定を行った。 イオン伝導性測定:自作測定用プローブ(ポリテトラフ
ロロエチレン製)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(株式会社ナガノ科学機械製作所、LH
−20−01)中に試料を保持し、白金線間のインピー
ダンスをSOLARTRON社1250FREQUEN
CY 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C−Cプロッ
トから見積もられる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] 耐久性:フィルム試料を溶封したアンプル中で80℃の
水中に浸漬して3日間放置した。処理前後のフィルムの
縦横寸法を比較し、溶解、膨潤などがおこらず処理前の
形態が保持されているかにより耐久性の評価を行った。
EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples. Various measurements were performed as follows. Solution viscosity: N, polymer powder at a concentration of 0.5 g / dl,
The product was dissolved in N-dimethylacetamide, the viscosity was measured using an Ostwald viscometer in a thermostat at 25 ° C., and the reduced specific viscosity [(ta-tb)] / (tb · c) was evaluated (ta
Is the number of seconds of dropping the sample solution, tb is the number of seconds of dropping only the solvent, and c
Is the polymer concentration). TGA: Shimadzu thermogravimetry (TGA-50)
The measurement was performed at a temperature rising rate of 10 ° C./min in an argon atmosphere.
The temperature at which a weight loss of 5% was reached was measured based on the weight of the sample in the stable region of 150 to 200 ° C. where it was confirmed that the evaporation of water was completed. DSC: Perkin Elmer differential scanning calorimeter (DSC-7) was used and the temperature rising rate was 2 in a nitrogen atmosphere.
The measurement was performed at 0 ° C / min. Ion conductivity measurement: A platinum wire (diameter: 0.2 mm) was pressed onto the surface of a strip-shaped membrane sample on a self-made measurement probe (made of polytetrafluoroethylene), and a constant temperature and constant humidity oven at 80 ° C and 95% RH ( Nagano Scientific Machinery Works, LH
-20-01), hold the sample in place, and measure the impedance between the platinum wires by SOLARTRON 1250FREQUEN.
It was measured by CY RESPONSE ANALYSER.
Measurement was performed by changing the distance between the electrodes, and the electrical conductivity in which the contact resistance between the membrane and the platinum wire was canceled was calculated from the gradient in which the distance between the electrodes and the measured resistance value estimated from the CC plot were plotted by the following formula. Conductivity [S / cm] = 1 / film width [cm] x film thickness [cm]
x Resistance Electrode Gradient [Ω / cm] Durability: A film sample was immersed in water at 80 ° C. in a sealed ampoule and left for 3 days. The longitudinal and lateral dimensions of the film before and after the treatment were compared, and the durability was evaluated depending on whether the morphology before the treatment was maintained without dissolution or swelling.

【0042】実施例1 3,5−ビス(4−フルオロベンゾイル)フェノキシ−
3−プロピルスルホン酸ナトリウム塩(BFSB)の合
成(1):5−ヒドロキシイソフタル酸(3.85×10-2mo
l)、3.5倍モルの水酸化カリウム(13.5×10-2mol)、
並びに蒸留水(50ml)を200ml の3つ口フラスコに入
れ、溶解した。氷冷により溶液が0℃以下になってか
ら、激しい攪拌下、1.25倍モルの無水酢酸(4.81×10-2
mol)を加え、その直後砕いた氷を入れた。0℃で15分
攪拌後、室温で5分攪拌した。希塩酸でカリウム塩をカ
ルボン酸にし、沈殿物をろ別、水洗し、粗生成物を得
た。酢酸エチルから再結晶することにより、目的物であ
る5−アセトキシイソフタル酸の白色結晶を得た。収率
は77.8%であった。5−アセトキシイソフタル酸(2.6
×10-2mol)、塩化チオニル(40ml)、並びにN,N−
ジメチルホルムアミド(数滴) を、ナス型フラスコに入
れ、人肌温度程度の湯浴で温めて溶かし、室温で一晩攪
拌した。塩化チオニルを留去した後、脱水ヘキサンから
再結晶して目的物である5−アセトキシイソフタル酸ク
ロリド白色結晶を得た。収率は82.0%であった。塩化ア
ルミニウム (6.1×10-2mol)、フルオロベンゼン (50ml)
を、絶乾した200ml の3つ口フラスコに入れた。滴下漏
斗に5−アセトキシイソフタル酸クロリド(1.71×10-2
mol)を、フルオロベンゼン(20ml) に溶かした溶液を入
れ、窒素気流下、攪拌しながらゆっくり滴下した。滴下
終了後、室温で6時間攪拌し、その後一晩還流した。過
剰のフルオロベンゼンを留去した後、酢酸エチルを少量
入れ撹拌し、砕いた氷と水を少しずつ加え、残った塩化
アルミニウムを加水分解した。その後酢酸エチルを用い
て抽出し、硫酸ナトリウムで乾燥後、酢酸エチルを蒸発
させ、粗生成物を得た。トルエンとヘキサンの混合溶媒
から再結晶することにより、目的物である1,3−ビス
(4−フルオロベンゾイル)−5−ヒドロキシベンゼン
(BFHB)の白色結晶を得た。収率は47.5%だった。BFHB
と等モルのブロモプロパンスルホン酸ナトリウムを、KO
H/エタノール中48時間還流した。還流後、エタノールを
蒸発させ、減圧乾燥させた。その後酢酸エチル/n-ヘキ
サンで再沈殿精製することにより、目的物であるBFS
Bの黄色い粉体を得た。IRスペクトルを図1に示す。
Example 1 3,5-bis (4-fluorobenzoyl) phenoxy-
Synthesis of 3-propylsulfonic acid sodium salt (BFSB) (1): 5-hydroxyisophthalic acid (3.85 × 10 -2 mo
l), 3.5 times mol potassium hydroxide (13.5 × 10 -2 mol),
Also, distilled water (50 ml) was placed in a 200 ml three-necked flask and dissolved. After cooling the solution to below 0 ° C with ice cooling, under vigorous stirring, add 1.25-fold molar acetic anhydride (4.81 × 10 -2
mol) was added, and immediately after that, crushed ice was added. After stirring at 0 ° C for 15 minutes, the mixture was stirred at room temperature for 5 minutes. The potassium salt was converted to a carboxylic acid with dilute hydrochloric acid, and the precipitate was filtered off and washed with water to obtain a crude product. By recrystallizing from ethyl acetate, white crystals of the desired product, 5-acetoxyisophthalic acid, were obtained. The yield was 77.8%. 5-acetoxyisophthalic acid (2.6
× 10 -2 mol), thionyl chloride (40 ml), and N, N-
Dimethylformamide (a few drops) was placed in an eggplant-shaped flask, heated in a water bath at about human skin temperature to dissolve, and stirred overnight at room temperature. After the thionyl chloride was distilled off, it was recrystallized from dehydrated hexane to obtain the desired product, 5-acetoxyisophthalic acid chloride white crystals. The yield was 82.0%. Aluminum chloride (6.1 × 10 -2 mol), fluorobenzene (50 ml)
Was placed in an absolutely dried 200 ml three-necked flask. Add 5-acetoxyisophthalic acid chloride (1.71 × 10 -2) to the dropping funnel.
mol) was added to a solution of fluorobenzene (20 ml), and the solution was slowly added dropwise with stirring under a nitrogen stream. After the dropwise addition was completed, the mixture was stirred at room temperature for 6 hours and then refluxed overnight. After distilling off excess fluorobenzene, a small amount of ethyl acetate was added and stirred, and crushed ice and water were added little by little to hydrolyze the remaining aluminum chloride. Then, the mixture was extracted with ethyl acetate, dried over sodium sulfate, and the ethyl acetate was evaporated to obtain a crude product. By recrystallizing from a mixed solvent of toluene and hexane, the target product, 1,3-bis (4-fluorobenzoyl) -5-hydroxybenzene
White crystals of (BFHB) were obtained. The yield was 47.5%. BFHB
And equimolar sodium bromopropane sulfonate, KO
Refluxed in H / ethanol for 48 hours. After refluxing, ethanol was evaporated and dried under reduced pressure. After that, it was purified by reprecipitation with ethyl acetate / n-hexane to obtain the desired product, BFS.
A yellow powder of B was obtained. The IR spectrum is shown in FIG.

【0043】実施例2 3,5−ビス(4−フルオロベンゾイル)フェノキシ−
3−プロピルスルホン酸ナトリウム塩(BFSB)の合
成(2):5−ヒドロキシイソフタル酸ジメチル(2.85
×10-2mol)、5倍モルの1−ブロモヘキサン(14.2×10-2
mol)、5倍モルの炭酸カリウム(14.2×10-2mol)、並びに
アセトン(200ml) をマントルヒーター、スライダック
を備えた500mlの3口フラスコにいれ、4日間、攪拌しな
がら還流した。反応終了後、吸引濾過をして無機塩、未
反応炭酸カリウムを取り除き、ろ液をエバポレーターに
かけ、アセトンを留去した。その後1−ブロモヘキサン
を留去し、石油エーテルから再結晶することにより、目
的物である5−ヘキシルオキシイソフタル酸ジメチルの
白色結晶を得た。収率は76.9%、融点は49.0℃であっ
た。5−ヘキシルオキシイソフタル酸ジメチル(2.19×1
0-2mol)、10倍モルの水酸化カリウム(2.19×10-3mol)、
並びに蒸留水(200ml)を500mlのナス型フラスコに入れ、
還流させた。その後、試料がとけるまで、エタノール(6
0ml)、2−プロパノール(20ml)を加え、一晩還流した。
反応終了後、希塩酸を加えてカリウム塩をはずし、沈殿
物をろ別、水洗し、粗生成物を得た。メタノールから再
結晶することにより、目的物である5−ヘキシルオキシ
イソフタル酸の白色結晶を得た。収率は85.5%、融点は
240℃であった。5−ヘキシルオキシイソフタル酸(1.43
×10-2mol)、塩化チオニル(20ml)、並びにN,N−ジメ
チルホルムアミド(数滴)を50mlナス型フラスコに入れ、
室温で一晩攪拌した。塩化チオニルを留去した後、脱水
ヘキサンから再結晶し、目的物である5−ヘキシルオキ
シイソフタル酸クロリドの白色結晶を得た。収率は86.2
%であった。塩化アルミニウム(3.2×10-2mol)、脱水フ
ルオロベンゼン (27ml) を、絶乾した100ml 3つ口フラ
スコに入れた。滴下漏斗に5−ヘキシルオキシイソフタ
ル酸クロリド(1.23×10-2mol)を、フルオロベンゼン(10
ml) に溶かした溶液を入れ、窒素気流下、攪拌しながら
ゆっくり滴下した。滴下終了後、一晩還流した。この
時、溶液の色は、黄色、オレンジ色、褐色へと変化し
た。反応終了後、過剰のフルオロベンゼンを留去し、砕
いた氷と水を少しずつ加え、残った塩化アルミニウムを
加水分解した。ジクロロメタンを用いて抽出し、硫酸ナ
トリウムで乾燥後、ジクロロメタンを蒸発させ、粗生成
物を得た。トルエンから再結晶し、白色結晶を得た。収
率は35.1%だった。この白色結晶、酢酸(2.4ml)、臭化
水素(1.8ml)を、ナス型フラスコに入れ、一晩還流し
た。反応終了後、水を加え、沈殿物をろ別、水洗し、粗
生成物を得た。トルエンから再結晶し、目的物であるBF
HBの白色結晶を得た。収率は76.7%、融点は152℃だっ
た。BFHBは実施例1と同様にして、目的物であるB
FSBの黄色い粉体を得た。
Example 2 3,5-bis (4-fluorobenzoyl) phenoxy-
Synthesis of 3-propylsulfonic acid sodium salt (BFSB) (2): dimethyl 5-hydroxyisophthalate (2.85)
× 10 -2 mol), 5-fold moles of 1-bromo-hexane (14.2 × 10 -2
mol), 5-fold molar potassium carbonate (14.2 × 10 -2 mol), and acetone (200 ml) were placed in a 500 ml three-necked flask equipped with a mantle heater and a slider, and refluxed for 4 days with stirring. After the reaction was completed, suction filtration was performed to remove inorganic salts and unreacted potassium carbonate, and the filtrate was evaporated to remove acetone. After that, 1-bromohexane was distilled off and recrystallized from petroleum ether to obtain white crystals of the target dimethyl 5-hexyloxyisophthalate. The yield was 76.9% and the melting point was 49.0 ° C. Dimethyl 5-hexyloxyisophthalate (2.19 x 1
0 -2 mol), 10 times molar potassium hydroxide (2.19 × 10 -3 mol),
Also, put distilled water (200 ml) in a 500 ml eggplant-shaped flask,
Refluxed. After that, ethanol (6
0 ml) and 2-propanol (20 ml) were added, and the mixture was refluxed overnight.
After completion of the reaction, dilute hydrochloric acid was added to remove the potassium salt, and the precipitate was filtered and washed with water to obtain a crude product. By recrystallizing from methanol, white crystals of 5-hexyloxyisophthalic acid, which was a target substance, were obtained. Yield 85.5%, melting point
It was 240 ° C. 5-hexyloxyisophthalic acid (1.43
X10 -2 mol), thionyl chloride (20 ml), and N, N-dimethylformamide (a few drops) were placed in a 50 ml eggplant-shaped flask,
Stir overnight at room temperature. After the thionyl chloride was distilled off, the product was recrystallized from dehydrated hexane to obtain white crystals of the desired product, 5-hexyloxyisophthalic acid chloride. Yield 86.2
%Met. Aluminum chloride (3.2 × 10 -2 mol) and dehydrated fluorobenzene (27 ml) were placed in an absolutely dried 100 ml three-necked flask. Add 5-hexyloxyisophthalic acid chloride (1.23 × 10 -2 mol) and fluorobenzene (10
(ml) was added and slowly added dropwise with stirring under a nitrogen stream. After the dropping was completed, the mixture was refluxed overnight. At this time, the color of the solution changed to yellow, orange, and brown. After completion of the reaction, excess fluorobenzene was distilled off, and crushed ice and water were added little by little to hydrolyze the remaining aluminum chloride. Extraction with dichloromethane, drying over sodium sulphate and evaporation of the dichloromethane gave the crude product. Recrystallization from toluene gave white crystals. The yield was 35.1%. The white crystals, acetic acid (2.4 ml) and hydrogen bromide (1.8 ml) were placed in an eggplant-shaped flask and refluxed overnight. After completion of the reaction, water was added and the precipitate was filtered off and washed with water to obtain a crude product. Recrystallized from toluene and the desired product, BF
White crystals of HB were obtained. The yield was 76.7% and the melting point was 152 ° C. BFHB is the target product B in the same manner as in Example 1.
A yellow powder of FSB was obtained.

【0044】実施例3 9,9−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フルオレン
(HF) (5.21×10-4mol)、炭酸カリウム(5.21×10-4m
ol) 、スルホラン(1.5ml) ならびにトルエン(1.5ml) を
還流管、ディーンスタークトラップを備えた10mlのフラ
スコに入れた。窒素気流下、攪拌しながら170℃に加熱
し、3時間共沸脱水を行い、HFのカリウム塩を合成し
た。理論量の水が出てきたら、トルエンを蒸留して除
き、少し徐冷した。BFSB(2.61×10-4mol)、4,4
‘−ジフルオロベンゾフェノン(DFBP)(2.61×10
-4mol ) を加え、窒素気流下230℃で5時間攪拌しながら
反応させた。反応終了後、家庭用ミキサーで激しく攪拌
している水中へ注いでポリマーを沈殿させた。このよう
にして得られたスルホン酸基含有ユニットを50モル%
含むPEK(HF)−SO3Na0.5ポリマーを濾別
し、減圧乾燥させた。収率は70.3%だった。得られたポ
リマーの溶液粘度は1.16dl/g、ガラス転移温度
(Tg)は265℃であった。ポリマーを20wt%N,N
−ジメチルアセトアミド溶液とし、水平に保持したガラ
ス板上にキャスト、加熱乾燥することで厚さ25μmの
フィルムを得た。フィルムは、1N硫酸水溶液60℃で
2時間浸漬後、さらに1N硫酸水溶液に室温で1日浸
漬、水洗後、80℃純水中で1時間浸漬、さらに室温で
2日純水浸漬処理してフリーのスルホン酸型ポリマーと
した。IRスペクトルを図2に示す。本フィルムのイオン
伝導性を測定したところ、5x10 -4S/cmの値を示
した。本フィルムの熱重量測定による5%重量減少温度
は407℃であった。また、耐久性評価においてもフィル
ム寸法の伸びは縦、横とも10%以下であり、形態に変
化は認められなかった。
Example 3 9,9-bis (4-hydroxyphenyl) fluorene
(HF) (5.21 × 10-Fourmol), potassium carbonate (5.21 × 10-Fourm
ol), sulfolane (1.5 ml) and toluene (1.5 ml)
A 10 ml flask equipped with a reflux tube and a Dean Stark trap.
I put it in Sco. Heat to 170 ° C with stirring under nitrogen stream
And azeotropic dehydration for 3 hours to synthesize the potassium salt of HF.
It was When the theoretical amount of water comes out, toluene is distilled and removed.
I slowly cooled it a little. BFSB (2.61 x 10-Fourmol), 4,4
‘-Difluorobenzophenone (DFBP) (2.61 × 10
-Fourmol) and stirred for 5 hours at 230 ° C under a nitrogen stream.
It was made to react. After the reaction is complete, vigorously stir with a household mixer
The polymer was precipitated by pouring into running water. like this
50 mol% of the sulfonic acid group-containing unit obtained in
Including PEK (HF) -SO3Na0.5 polymer is filtered off
And dried under reduced pressure. The yield was 70.3%. The obtained po
Limer solution viscosity is 1.16 dl / g, glass transition temperature
(Tg) was 265 ° C. Polymer 20 wt% N, N
-A dimethylacetamide solution that is held horizontally
The thickness of 25 μm
I got a film. Film is 1N sulfuric acid aqueous solution at 60 ℃
After soaking for 2 hours, soak in 1N sulfuric acid solution at room temperature for 1 day.
After soaking and washing with water, soak in pure water at 80 ° C for 1 hour, then at room temperature
Free sulfonic acid type polymer after immersion in pure water for 2 days
did. The IR spectrum is shown in FIG. Ion of this film
When the conductivity was measured, it was 5 × 10 -FourShows the value of S / cm
did. 5% weight loss temperature by thermogravimetric measurement of this film
Was 407 ° C. Also, in the durability evaluation
The elongation of the horizontal dimension is 10% or less in both length and width,
No change was observed.

【0045】実施例4 BFSBとDFBPの比率をかえ、スルホン酸基含ユニ
ットの割合を10,30,40及び100モル%とした
PEK(HF)−SO3Na0.1,PEK(HF)−
SO3Na0.3,PEK(HF)−SO3Na0.4及
びPEK(HF)−SO3Na1.0のポリマー組成と
する以外は、実施例3と同様にポリマー合成および評価
を行った。結果を表1に示す。
Example 4 PEK (HF) -SO 3 Na0.1, PEK (HF)-was prepared by changing the ratio of BFSB and DFBP so that the ratio of sulfonic acid group-containing units was 10, 30, 40 and 100 mol%.
SO 3 Na0.3, PEK (HF) except that the polymer composition of -SO 3 Na0.4 and PEK (HF) -SO 3 Na1.0 performed a polymer synthesis and evaluated in the same manner as in Example 3. The results are shown in Table 1.

【0046】[0046]

【表1】 [Table 1]

【0047】[0047]

【発明の効果】スルホン酸基の導入量を高度に制御でき
る本発明のスルホン酸基含有芳香族ポリアリーレンエー
テル系化合物により、イオン伝導性だけでなく耐熱性、
耐久性、加工性に優れた、燃料電池などの高分子電解質
として際立った性能を示す材料を提供することができ
る。
The sulfonic acid group-containing aromatic polyarylene ether-based compound of the present invention capable of highly controlling the introduction amount of the sulfonic acid group provides not only ionic conductivity but also heat resistance,
It is possible to provide a material having excellent durability and processability, which exhibits outstanding performance as a polymer electrolyte for fuel cells and the like.

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

【図1】BFSBのIRスペクトルFIG. 1 IR spectrum of BFSB

【図2】PEK(HF)−SO3Na0.1ポリマー中
和後のIRスペクトル
FIG. 2 IR spectrum after neutralization of PEK (HF) -SO 3 Na0.1 polymer

───────────────────────────────────────────────────── 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) C09J 171/00 C09J 171/00 5H026 H01B 1/06 H01B 1/06 A H01M 8/02 H01M 8/02 P // B29K 71:00 B29K 71:00 B29L 7:00 B29L 7:00 31:00 31:00 (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 Fターム(参考) 4F071 AA51 AA86 AF61 AH15 FA05 FB01 FB07 FC01 4F205 AA32 AG01 AH33 GA06 GB01 GW31 4J005 AA24 BA00 4J040 EE061 GA06 GA25 LA08 LA09 5G301 CA30 CD01 5H026 AA06 BB00 BB03 BB10 CX05 EE18 EE19 HH00 HH03 HH05─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) C09J 171/00 C09J 171/00 5H026 H01B 1/06 H01B 1/06 A H01M 8/02 H01M 8/02 P // B29K 71:00 B29K 71:00 B29L 7:00 B29L 7:00 31:00 31:00 (72) Inventor Satoshi Takase 2-1-1 Katata, Otsu City, Shiga Prefecture Toyobo Co., Ltd. Term (reference) 4F071 AA51 AA86 AF61 AH15 FA05 FB01 FB07 FC01 4F205 AA32 AG01 AH33 GA06 GB01 GW31 4J005 AA24 BA00 4J040 EE061 GA06 GA25 LA08 LA09 5G301 CA30 CD01 5H026 AA06 BB00 BB03 H00H00 EE00H18 BB00 BB10 HO00 BB10 HO00 BB00

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 炭素数1〜8のアルコシキスルホン酸基
を芳香環上に有し、一般式(1)とともに、 【化1】 (ただし、nは1から8の整数、Xは水素またはフッ
素、Yは水素、1価金属原子、窒素含有有機性基を示
す。)一般式(2)および/または一般式(3)で示さ
れる構成成分を含み、 【化2】 【化3】 (ただし、Zは直接結合、スルホン基、ケトン基、また
は炭素数1〜20よりなる有機性基を示す。)還元比粘
度が0.1以上であることを特徴とするポリアリーレン
エーテル。
1. Having an alkoxyl sulfonic acid group having 1 to 8 carbon atoms on the aromatic ring, and together with the general formula (1): (However, n is an integer of 1 to 8, X is hydrogen or fluorine, Y is hydrogen, a monovalent metal atom, or a nitrogen-containing organic group.) General formula (2) and / or general formula (3) Including the components [Chemical 3] (However, Z represents a direct bond, a sulfone group, a ketone group, or an organic group having 1 to 20 carbon atoms.) A polyarylene ether having a reduced specific viscosity of 0.1 or more.
【請求項2】スルホン酸基によるイオン交換容量が0.
1〜2.5であることを特徴とする請求項1に記載のポ
リアリーレンエーテル。
2. The ion exchange capacity of the sulfonic acid group is 0.
It is 1-2.5, The polyarylene ether of Claim 1 characterized by the above-mentioned.
【請求項3】 請求項1乃至2のいずれかに記載のポリ
アリーレンエーテル化合物を50〜100質量%含むこ
とを特徴とする組成物。
3. A composition comprising the polyarylene ether compound according to claim 1 in an amount of 50 to 100% by mass.
【請求項4】請求項1乃至3のいずれかに記載の化合物
を含有することを特徴とするイオン伝導膜。
4. An ion conductive membrane comprising the compound according to any one of claims 1 to 3.
【請求項5】請求項4に記載のイオン伝導膜と電極とを
含有することを特徴とする複合体。
5. A composite containing the ion conductive membrane according to claim 4 and an electrode.
【請求項6】請求項5に記載の複合体を含有することを
特徴とする燃料電池。
6. A fuel cell containing the composite according to claim 5.
【請求項7】請求項1乃至2のいずれかに記載のポリア
リーレンエーテルを含有することを特徴とする接着剤。
7. An adhesive containing the polyarylene ether according to claim 1.
【請求項8】一般式(4)で表される化合物とビスフェ
ノール系化合物をモノマーとして含む芳香族求核置換反
応により重合することを特徴とする請求項1乃至2のい
ずれかに記載のポリアリーレンエーテルの製造方法。 【化4】 ただし、nは1から8の整数、Xは水素またはフッ素、
Yは1価金属原子、窒素含有有機性基、Wは塩素または
フッ素を示す。
8. The polyarylene according to claim 1, wherein the polymerization is carried out by an aromatic nucleophilic substitution reaction containing a compound represented by the general formula (4) and a bisphenol compound as a monomer. Method for producing ether. [Chemical 4] However, n is an integer of 1 to 8, X is hydrogen or fluorine,
Y represents a monovalent metal atom, a nitrogen-containing organic group, and W represents chlorine or fluorine.
【請求項9】 請求項1乃至2のいずれかに記載の化合
物と、溶剤とを含有する溶液を、キャスト厚が10〜1
000μmの範囲となるようにキャストする工程と、キ
ャストした溶液を乾燥させる工程とを含むことを特徴と
する請求項4に記載のイオン伝導膜の製造方法。
9. A solution containing the compound according to claim 1 and a solvent is cast to a thickness of 10 to 1.
The method for producing an ion-conducting membrane according to claim 4, comprising a step of casting to a range of 000 μm and a step of drying the cast solution.
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