JP2003327694A - Polybenzazole compound having sulfonic acid group and/ or phosphonic acid group, resin composition containing the same, resin molded article, solid polymeric electrolyte film, solid electrolyte film/electrode catalyst layer composite, and manufacturing method for the composite - Google Patents

Polybenzazole compound having sulfonic acid group and/ or phosphonic acid group, resin composition containing the same, resin molded article, solid polymeric electrolyte film, solid electrolyte film/electrode catalyst layer composite, and manufacturing method for the composite

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JP2003327694A JP2002133114A JP2002133114A JP2003327694A JP 2003327694 A JP2003327694 A JP 2003327694A JP 2002133114 A JP2002133114 A JP 2002133114A JP 2002133114 A JP2002133114 A JP 2002133114A JP 2003327694 A JP2003327694 A JP 2003327694A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a novel polymer material capable of becoming a solid polymeric electrolyte excellent not only in processability, solvent resistance and durable stability but also in ion conductivity by introducing a sulfonic acid group or a phosphonic acid group into a polybenzazole compound having excellent properties from an aspect of heat resistance, solvent resistance, mechanical characteristics, or the like. <P>SOLUTION: A specific polybenzazole compound containing an aromatic dicarboxylic acid bond unit having a sulfonic acid group and/or a phosphonic acid group, a resin composition, a resin molded article, a solid polymeric electrolyte film, a composite of solid polymeric electrolyte film/electrode catalyst layer and a manufacturing method for the composite of solid polymeric electrolyte film/electrode catalyst layer are disclosed. <P>COPYRIGHT: (C)2004,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、固体高分子電解質
膜として有用なスルホン酸基および/またはホスホン酸
基を有するポリベンザゾール系化合物、それを含む樹脂
組成物、樹脂成形物、固体高分子電解質膜、固体高分子
電解質膜/電極触媒層の複合体およびその複合体の製造
方法に関するものである。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a polybenzazole compound having a sulfonic acid group and / or a phosphonic acid group useful as a solid polymer electrolyte membrane, a resin composition containing the same, a resin molded product, and a solid polymer. The present invention relates to an electrolyte membrane, a solid polymer electrolyte membrane / electrode catalyst layer composite, and a method for producing the composite.

【0002】[0002]

【従来の技術】現在、火力発電に代替する地球環境に優
しい発電システムの候補として、燃料電池が注目を集め
ている。燃料電池は、いわゆる電気を蓄えて使用するタ
イプの乾電池や蓄電池のようなものではない。電気を通
して水を加水分解すると、水素と酸素が発生するが、こ
の逆の原理を利用したものが燃料電池である。すなわ
ち、燃料電池とは、触媒などを介した水素と酸素の電気
化学反応により、化学エネルギーを直接電気エネルギー
に変換する、新しい発電システムのことをいう。
2. Description of the Related Art At present, fuel cells are drawing attention as a candidate for a global environment-friendly power generation system that replaces thermal power generation. A fuel cell is not a so-called dry battery or a storage battery that stores and uses electricity. When water is hydrolyzed by electricity, hydrogen and oxygen are generated. The fuel cell uses the reverse principle. That is, the fuel cell refers to a new power generation system that directly converts chemical energy into electric energy by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen via a catalyst or the like.

【0003】ここで、燃料電池は、化学エネルギーを電
気エネルギーに直接変換する発電システムであるため、
カルノーサイクルの制限を受けず、また、伝熱ロスや機
械ロスなども発生しないため、理論的には、火力発電に
比べ顕著に優れた発電効率を有する。しかし、燃料電池
においても、燃焼において得られる熱エネルギー、すな
わちエンタルピーの変化量(ΔHで表わす)をすべて電
気エネルギーに変換できるわけではなく、ギブス自由エ
ネルギーの変化量(ΔGで表わす)を電気エネルギーに
変換できるにすぎない。
Here, a fuel cell is a power generation system that directly converts chemical energy into electric energy,
Since it is not limited by the Carnot cycle and does not generate heat transfer loss or mechanical loss, it theoretically has significantly higher power generation efficiency than thermal power generation. However, even in a fuel cell, not all the thermal energy obtained in combustion, that is, the amount of change in enthalpy (represented by ΔH) can be converted into electrical energy, and the amount of change in Gibbs free energy (represented by ΔG) is converted into electrical energy. It can only be converted.

【0004】実際、水素を燃料とする燃料電池の理論的
に可能な最大効率(理論効率)は、 H2(gas)+1/2O2(gas)→H2O(liq
uid) ΔH=−285.83kJ/mol ΔG=−237.13kJ/mol であるから、ΔG/ΔH×100=82.9%となる。
In fact, the theoretically possible maximum efficiency (theoretical efficiency) of a fuel cell using hydrogen as a fuel is H 2 (gas) + 1 / 2O 2 (gas) → H 2 O (liq
uid) ΔH = −285.83 kJ / mol Since ΔG = −237.13 kJ / mol, ΔG / ΔH × 100 = 82.9%.

【0005】このように、燃料電池の理論効率は、カル
ノーサイクルで示される熱機関の理論効率を遥かにしの
ぐ高い値となる。同様に、メタンやアルコールを燃料と
する場合にも、理論効率は90%を超える値となる。
As described above, the theoretical efficiency of the fuel cell is a value far exceeding the theoretical efficiency of the heat engine shown in the Carnot cycle. Similarly, when methane or alcohol is used as the fuel, the theoretical efficiency becomes a value exceeding 90%.

【0006】ただし、実際の燃料電池で理論効率に近い
効率を実現することは現段階では難しい。その理由は、
燃料電池内部および燃料電池の付帯装置においてさまざ
まなエネルギー損失が発生し、熱エネルギーとして外部
に放出されるためである。
However, it is difficult at present to realize an efficiency close to the theoretical efficiency in an actual fuel cell. The reason is,
This is because various energy losses occur inside the fuel cell and in the auxiliary device of the fuel cell and are released to the outside as heat energy.

【0007】現在のところ、燃料電池による発電システ
ムにおいて最も損失として大きいのは燃料電池内部にお
ける損失であり、これを低減することにより、燃料電池
の発電効率を大きく向上することができる。
At present, the largest loss in a power generation system using a fuel cell is the loss inside the fuel cell. By reducing this, the power generation efficiency of the fuel cell can be greatly improved.

【0008】上記の理由より、燃料電池の効率を理論効
率に近づけるため、各方面において活発な研究開発が行
なわれ、リン酸型、固体高分子型、溶融炭酸塩型、固体
電解質型、などのさまざまな種類の燃料電池が開発され
ている。
For the above reasons, active research and development is being carried out in various fields in order to bring the efficiency of the fuel cell close to the theoretical efficiency, such as phosphoric acid type, solid polymer type, molten carbonate type, solid electrolyte type, etc. Various types of fuel cells have been developed.

【0009】これらの燃料電池の中でも、固体高分子型
燃料電池(PEFCとも呼称される)は、他のタイプの
燃料電池に比較して低温で作動することから、使用材料
に対する制約が小さく、プラスチック、カーボン、ステ
ンレスなどの安価な材料が使用可能であり、低コスト化
を図りやすく、注目を集めている。また、PEFCは、
他のタイプの燃料電池に比較して小型化が可能であるた
め、移動用動力源または小容量電力源に適している。
Among these fuel cells, the polymer electrolyte fuel cell (also referred to as PEFC) operates at a lower temperature than other types of fuel cells, and therefore has less restrictions on materials to be used and plastics. Inexpensive materials such as carbon, carbon, and stainless steel can be used, and it is easy to reduce the cost. In addition, PEFC
Since it can be downsized as compared to other types of fuel cells, it is suitable for mobile power sources or small capacity power sources.

【0010】ここで、PEFCの開発の歴史は、195
0年代後半に米国ゼネラルエレクトリック社で初めて開
発が開始され、1960年代前半には、出力1kWの水
素/酸素を利用する燃料電池がジェミニ宇宙船に搭載さ
れることからスタートした。当初使用した高分子電解質
膜はポリスチレン系の膜であり、化学的に耐久性が乏し
いものであったが、米国デュポン社がNASA宇宙計画
用燃料電池のために開発したフッ素樹脂系の高分子電解
質膜「ナフィオン(R)」の登場により、PEFCの化
学的な耐久性は飛躍的に向上し、PEFCの開発が盛ん
となった。現在では、PEFCは、従来の宇宙用、軍事
用としての利用よりもむしろ、主に自動車搭載用または
家庭用としての利用が検討されている。
The history of PEFC development is 195.
It was first developed by General Electric Company of the United States in the latter half of the 1980s, and started in the first half of the 1960s when a fuel cell using hydrogen / oxygen with an output of 1 kW was installed in a Gemini spacecraft. The polymer electrolyte membrane used initially was a polystyrene-based membrane, which had poor chemical durability, but a fluororesin-based polymer electrolyte developed by DuPont in the USA for the fuel cell for NASA space program. With the advent of the membrane "Nafion (R)", the chemical durability of PEFC has dramatically improved, and PEFC has been actively developed. At present, PEFCs are mainly considered for use in automobiles or households, rather than in conventional space and military applications.

【0011】PEFCの心臓部である高分子電解質膜
は、一種のイオン交換膜として働き、優れたイオン伝導
性、物理強度、ガスバリア性、化学的安定性、電気化学
的安定性、熱的安定性、が要求される。このため、長期
にわたり使用できる高分子電解質膜としては、主に米国
デュポン社製の「ナフィオン(R)」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。一
般に、パーフルオロカーボンスルホン酸膜は、フッ素系
の主鎖とプロトンを付加することのできる側鎖スルホン
酸基とを有する構造をしている。
The polymer electrolyte membrane, which is the heart of PEFC, functions as a kind of ion exchange membrane and has excellent ionic conductivity, physical strength, gas barrier properties, chemical stability, electrochemical stability, and thermal stability. , Is required. Therefore, as a polymer electrolyte membrane that can be used for a long period of time, a perfluorocarbon sulfonic acid membrane typified by "Nafion (R)" manufactured by DuPont, USA has been used. Generally, a perfluorocarbon sulfonic acid film has a structure having a fluorine-based main chain and a side chain sulfonic acid group capable of adding a proton.

【0012】しかしながら、一般的なパーフルオロカー
ボンスルホン酸膜は、100℃を超える条件で運転する
と膜の含水率が急激に落ち、膜の軟化も顕著となる。こ
のため、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、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、パーフル
オロカーボンスルホン酸膜の製造コストが高価であるた
め、燃料電池の実用化に向けての障害となっている。さ
らに、パーフルオロカーボンスルホン酸膜は、膜厚、イ
オン交換能力などのパラメータが限定されたものしか入
手することができないため、燃料電池の設計をする上で
制約となっているという問題もある。
However, in a general perfluorocarbon sulfonic acid membrane, when it is operated at a temperature higher than 100 ° C., the water content of the membrane drops sharply and the softening of the membrane becomes remarkable. Therefore, in a fuel cell that uses methanol as a fuel,
The performance of the membrane is deteriorated due to the permeation of methanol, and sufficient performance cannot be exhibited. Further, even in a fuel cell operating at around 80 ° C. using hydrogen as a fuel, the production cost of the perfluorocarbon sulfonic acid membrane is high, which is an obstacle to the practical application of the fuel cell. Further, there is also a problem that the perfluorocarbon sulfonic acid membrane is limited in designing the fuel cell, because only those having limited parameters such as membrane thickness and ion exchange capacity are available.

【0013】このような欠点を克服するため、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。たとえば、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 Membran
e Science, 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号公
報)、スルホン化ポリスチレンなどが挙げられる。しか
しながら、ポリマーを原料として芳香族環上に導入され
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、燃料電池用電解質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 drawbacks, various studies have been made on polymer electrolyte membranes in which a sulfonic acid group is introduced into an aromatic ring-containing polymer. For example, sulfonated polyaryl ether sulfone (Journal of Membran
e Science, 83 , 211 (1993)), sulfonated polyetheretherketone (JP-A-6-93114), sulfonated polystyrene and the like. However, a sulfonic acid group introduced on the aromatic ring from a polymer as a raw material is likely to undergo a desulfonic acid reaction due to an acid or heat, and it cannot be said that the durability is sufficient for use as an electrolyte membrane for a fuel cell. .

【0014】また、高耐熱、高耐久性のポリマーとして
はポリイミダゾールなどの芳香族ポリアゾール系のポリ
マーが知られており、これらのポリマーにスルホン酸基
を導入して上記の目的に利用することが考えられる。こ
のようなポリマー構造を有する化合物として、スルホン
酸を有するポリベンズイミダゾールについては、3,
3’−ジアミノベンジジンと3,5−ジカルボキシベン
ゼンスルホン酸または2,5−ジカルボキシベンゼンス
ルホン酸から合成する化合物(Uno et al. J. Polym. S
ci., Polym. Chem., 15, 1309(1977))や、1,2,
4,5−ベンゼンテトラミンと2,5−ジカルボキシベ
ンゼンスルホン酸を主成分として合成する化合物(US
P−5,312,895号公報)が報告されている。
As a polymer having high heat resistance and high durability, aromatic polyazole-based polymers such as polyimidazole are known, and it is possible to introduce a sulfonic acid group into these polymers and use them for the above purpose. Conceivable. As a compound having such a polymer structure, polybenzimidazole having sulfonic acid is
A compound synthesized from 3'-diaminobenzidine and 3,5-dicarboxybenzenesulfonic acid or 2,5-dicarboxybenzenesulfonic acid (Uno et al. J. Polym. S
ci., Polym. Chem., 15 , 1309 (1977)), 1, 2,
A compound synthesized mainly from 4,5-benzenetetramine and 2,5-dicarboxybenzenesulfonic acid (US
P-5, 312, 895) has been reported.

【0015】しかしこれらの報告では、スルホン酸を有
するポリベンズイミダゾールの溶解性や耐熱性などには
注意が向けられているが、固体高分子電解質膜用途など
スルホン酸基が持つ電気化学的特性について顧みられる
ことはなかった。特に、これらの化合物は、耐熱性、耐
溶剤性、機械的特性とイオン伝導特性を両立させる点で
劣り、固体高分子電解質膜などに使用するには不適であ
った。
However, in these reports, attention is paid to the solubility and heat resistance of polybenzimidazole having a sulfonic acid, but the electrochemical characteristics of the sulfonic acid group in solid polymer electrolyte membrane applications are considered. It was never looked after. In particular, these compounds are inferior in terms of satisfying both heat resistance, solvent resistance, mechanical properties and ionic conduction properties, and are unsuitable for use in solid polymer electrolyte membranes and the like.

【0016】一方、スルホン酸基を有するポリベンズオ
キサゾールやポリベンズチアゾールを中心にしたものに
ついても、2,5−ジアミノ−1,4−ベンゼンジチオ
ールと3,5−ジカルボキシベンゼンスルホン酸または
4,6−ジカルボキシ−1,3−ベンゼンジスルホン酸
から合成する化合物(J. Polym. Sci., Polym. Chem.,
34, 481(1996))や、4,6−ジアミノ−1,3−ベン
ゼンジオールと3,5−ジカルボキシベンゼンスルホン
酸にから合成する化合物(特開平10−158213号
公報)や、4,6−ジアミノ−1,3−ベンゼンジオー
ルとテレフタル酸などから合成する化合物をスルホン化
した化合物(特開平4−353533号公報)や、2,
5−ジカルボキシスルホン酸と各種ジアミンジオールや
ジアミンジチオールから合成する化合物(USP−5,
492,996号公報)などが報告されている。
On the other hand, those mainly containing polybenzoxazole or polybenzthiazole having a sulfonic acid group also include 2,5-diamino-1,4-benzenedithiol and 3,5-dicarboxybenzenesulfonic acid or 4,5-diamino-1,4-benzenedithiol. A compound synthesized from 6-dicarboxy-1,3-benzenedisulfonic acid (J. Polym. Sci., Polym. Chem.,
34 , 481 (1996)), a compound synthesized from 4,6-diamino-1,3-benzenediol and 3,5-dicarboxybenzenesulfonic acid (JP-A-10-158213), 4,6 -A compound obtained by sulfonation of a compound synthesized from diamino-1,3-benzenediol and terephthalic acid (JP-A-4-353533), or 2,
Compounds synthesized from 5-dicarboxysulfonic acid and various diamine diols and diamine dithiols (USP-5
No. 492,996) and the like have been reported.

【0017】しかしながら、これらのいずれにおいても
スルホン酸基をプロトンイオンを伝導させる官能基とし
て着目しているものはなく、いずれも燃料電池として使
用する条件において十分耐久性を示すものではなかっ
た。たとえば、USP5,492,996号公報に開示
されている技術においては、ポリマーのアルコール溶解
性を引き出すためにスルホン酸基をアルキルアンモニウ
ム化処理することが特徴となっているが、上述のメタノ
ール燃料型燃料電池などへの応用でアルコール溶解性が
あることは致命的欠点であることからも燃料電池の材料
として使用するには適していないことが明らかである。
However, none of these have paid attention to the sulfonic acid group as a functional group for conducting proton ions, and none of them shows sufficient durability under the condition of being used as a fuel cell. For example, the technique disclosed in US Pat. No. 5,492,996 is characterized in that the sulfonic acid group is treated with an alkylammonium salt in order to bring out the alcohol solubility of the polymer. It is clear that it is not suitable for use as a material for a fuel cell, since its solubility in alcohol is a fatal drawback in applications to fuel cells and the like.

【0018】また、スルホン酸基よりは耐熱性に優れる
と考えられるホスホン酸基を有する芳香族ポリマーにつ
いて、固体高分子電解質としての応用という視点から着
目したものはあまりみられない。わずかに散見される例
として、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お
り(USP5,498,784号公報)、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、燃料電池
用途の固体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固体高分子
電解質として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ことから
も、燃料電池用の固体高分子電解質には適さないと言え
る。
Further, few aromatic polymers having phosphonic acid groups, which are considered to have better heat resistance than sulfonic acid groups, have been noticed from the viewpoint of application as a solid polymer electrolyte. As a slight example, 4,4 '-(2,2,2-trifluoro-1-
In polybenzoxazole composed of (trifluoromethyl) ethylidene) bis (2-aminophenol), a polymer in which 5 to 50% of the dicarboxylic acid component is 3,5-dicarboxyphenylphosphonic acid has been reported (USP 5, 498,784), focusing on good solubility and possibility as a composite material, it was not considered as a solid polymer electrolyte for fuel cell applications. In fact, it is clear that this polymer is characterized by its alcohol solubility, making it unsuitable for use as a solid polymer electrolyte for fuel cells fueled with methanol. Further, since it also shows a low ionic conductivity, it can be said that it is not suitable for a solid polymer electrolyte for a fuel cell.

【0019】他には、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(特開平11−286545号公報)が、こ
のポリマーにおいてもその耐熱性に着目した性質しか調
べられていない。また、このポリマーは燃料電池として
使用される酸性条件下では、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。
In addition, phosphorus-containing polyamide copolymers such as 3,5-dicarboxyphenylphosphonic acid have been reported (JP-A No. 11-286545), but this polymer also has excellent heat resistance. Only the focused property has been investigated. In addition, this polymer undergoes hydrolysis under acidic conditions used for fuel cells and cannot be used as an electrolyte membrane.

【0020】また、イオン性基含有ポリアゾール系ポリ
マーは、膜などの成形体に加工することが難しく、成形
体が得られてもその形態を保持できないものが多い。こ
れはポリマー主鎖の化学構造に加えて、イオン性基の導
入によって重合度の低いポリマーしか得られないことも
理由として考えられる。そのため、プロトン交換膜など
の固体高分子電解質として利用できるポリマーを得るこ
とは困難であった。
Further, the ionic group-containing polyazole-based polymer is difficult to be processed into a molded product such as a membrane, and in many cases, even if a molded product is obtained, its shape cannot be maintained. It is considered that this is because, in addition to the chemical structure of the polymer main chain, only a polymer having a low degree of polymerization can be obtained by introducing an ionic group. Therefore, it has been difficult to obtain a polymer that can be used as a solid polymer electrolyte such as a proton exchange membrane.

【0021】[0021]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、耐熱
性、耐溶剤性、機械特性などの面で優れた性質を持つポ
リベンザゾール系化合物にスルホン酸基やホスホン酸基
を導入することにより、加工性、耐溶剤性、耐久安定性
だけでなくイオン伝導性にも優れた固体高分子電解質と
なりうる新規な高分子材料を得ることにある。
The object of the present invention is to introduce a sulfonic acid group or a phosphonic acid group into a polybenzazole compound having excellent properties such as heat resistance, solvent resistance and mechanical properties. Thus, a novel polymer material that can be a solid polymer electrolyte having excellent processability, solvent resistance, durability stability, and ion conductivity is obtained.

【0022】[0022]

【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、スルホン酸基
またはホスホン酸基を含有する特定のポリベンザゾール
系化合物が優れた加工性、耐久性、耐溶剤性、機械特性
とイオン伝導性を示すことを見出し、本発明の目的を満
たす新規な高分子材料を得るに至った。
Means for Solving the Problems As a result of intensive studies for achieving the above object, the present inventors have found that a specific polybenzazole compound containing a sulfonic acid group or a phosphonic acid group is excellently processed. It has been found that the polymer exhibits durability, durability, solvent resistance, mechanical properties, and ionic conductivity, and thus has obtained a novel polymer material satisfying the object of the present invention.

【0023】すなわち本発明の第1の発明は、2,2’
−ジスルホ−4,4’−ビフェニルジカルボン酸結合ユ
ニットまたは3,3’−ジスルホ−4,4’−ビフェニ
ルジカルボン酸結合ユニットを含むことを特徴とするポ
リベンザゾール系化合物である。
That is, the first aspect of the present invention is 2,2 '
A polybenzazole-based compound characterized by containing a disulfo-4,4′-biphenyldicarboxylic acid binding unit or a 3,3′-disulfo-4,4′-biphenyldicarboxylic acid binding unit.

【0024】また、本発明の第2の発明は、下記の式
(1)およびまたは式(2)で表される結合ユニットを
含むことを特徴とするポリベンザゾール系化合物であ
る。
The second invention of the present invention is a polybenzazole compound characterized by containing a binding unit represented by the following formula (1) and / or formula (2).

【0025】[0025]

【化4】 (式(1)および式(2)においては、m1は1から4
の整数を表わし、Arは芳香族結合ユニットを表わし、
1は−SO2−であり、Y1はS原子またはO原子を表
わすものとする。)
[Chemical 4] (In the formulas (1) and (2), m 1 is from 1 to 4
Represents an integer of, Ar represents an aromatic bond unit,
X 1 is —SO 2 — and Y 1 represents an S atom or an O atom. )

【0026】さらに、本発明の第3の発明は、第1の発
明または第2の発明のいずれかに記載のポリベンザゾー
ル系化合物を主要な構成成分として含有することを特徴
とする樹脂組成物である。
Further, a third invention of the present invention is characterized in that it contains the polybenzazole compound described in either the first invention or the second invention as a main constituent. Is.

【0027】また、本発明の第4の発明は、第1の発明
から第3の発明のいずれかに記載のポリベンザゾール系
化合物を主要な構成成分として含有することを特徴とす
る樹脂成形物である。
A fourth invention of the present invention is characterized by containing the polybenzazole compound described in any of the first to third inventions as a main constituent. Is.

【0028】また、本発明の第5の発明は、第1から第
3の発明のいずれかに記載のポリベンザゾール系化合物
を主要な構成成分として含有することを特徴とする固体
高分子電解質膜である。
A fifth invention of the present invention is a solid polymer electrolyte membrane characterized by containing the polybenzazole compound according to any one of the first to third inventions as a main constituent. Is.

【0029】さらに、本発明の第6の発明は、固体高分
子電解質膜と、該固体高分子電解質膜の両面に接合され
た電極触媒層とを構成要素として含む複合体であって、
該固体高分子電解質膜および/または電極触媒層を構成
する成分として、第1の発明または第2の発明のいずれ
かに記載のポリベンザゾール系化合物を含むことを特徴
とする固体高分子電解質膜/電極触媒層の複合体であ
る。
Further, a sixth aspect of the present invention is a composite body comprising a solid polymer electrolyte membrane and electrode catalyst layers bonded to both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane as constituent elements,
A solid polymer electrolyte membrane comprising the polybenzazole compound according to either the first invention or the second invention as a component constituting the solid polymer electrolyte membrane and / or the electrode catalyst layer. / A composite of electrode catalyst layers.

【0030】また、本発明の第7の発明は、固体高分子
電解質膜と、該固体高分子電解質膜の両面に接合された
電極触媒層とを構成要素として含む複合体であって、該
固体高分子電解質膜および/または電極触媒層を構成す
る成分として、下記の式(3)と式(4)で表わされる
結合ユニットをn1:(1−n1)のモル比で構成要素と
して含むポリベンザゾール系化合物を含むことを特徴と
する固体高分子電解質膜/電極触媒層の複合体である。
The seventh invention of the present invention is a composite comprising a solid polymer electrolyte membrane and electrode catalyst layers bonded to both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane as constituent elements, wherein the solid polymer electrolyte membrane As a component that constitutes the polymer electrolyte membrane and / or the electrode catalyst layer, a binding unit represented by the following formulas (3) and (4) is included as a component in a molar ratio of n 1 : (1-n 1 ). A solid polymer electrolyte membrane / electrode catalyst layer composite comprising a polybenzazole compound.

【0031】[0031]

【化5】 (式(3)および式(4)においては、m2は1から4
の整数を表わし、Arは芳香族結合ユニットを表わし、
2は−O−,−SO2−,−C(CH32−,−C(C
32−,−OPhO−よりなる群から選ばれる一種以
上であり、Phは2価の芳香族結合ユニットを表わすも
のとする。また、モル比は0.2≦n1≦1.0の式を
満たす。)
[Chemical 5] (In the formulas (3) and (4), m 2 is from 1 to 4
Represents an integer of, Ar represents an aromatic bond unit,
X 2 is -O -, - SO 2 -, - C (CH 3) 2 -, - C (C
F 3) 2 -, - OPhO- is from the group consisting one or more selected, Ph denote the divalent aromatic bond unit. Further, the molar ratio satisfies the formula of 0.2 ≦ n 1 ≦ 1.0. )

【0032】さらに、本発明の第8の発明は、固体高分
子電解質膜と、該固体高分子電解質膜の両面に接合され
た電極触媒層とを構成要素として含む複合体であって、
該固体高分子電解質膜および/または電極触媒層を構成
する成分として、下記の式(5)〜(8)より選ばれる
結合ユニットを含有することを特徴とするポリベンザゾ
ール系化合物を含むこと特徴とする固体高分子電解質膜
/電極触媒層の複合体。
Further, an eighth invention of the present invention is a composite body comprising a solid polymer electrolyte membrane and electrode catalyst layers bonded to both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane as constituent elements,
A polybenzazole-based compound characterized by containing a binding unit selected from the following formulas (5) to (8) as a component constituting the solid polymer electrolyte membrane and / or the electrode catalyst layer. And a solid polymer electrolyte membrane / electrode catalyst layer composite.

【0033】[0033]

【化6】 (式(5)から(8)においては、m3は1から4の整
数を表わし、Arは芳香族結合ユニットを表わし、X3
は−O−,−SO2−,−S−,−CO−,−CH 2−,
−OPhO−よりなる群から選ばれる一種以上であり、
2はNH基、S原子、またはO原子であり、ZはS原
子またはO原子であり、Phは2価の芳香族結合ユニッ
トを表わし、RはH原子またはメチル基を表わすものと
する。)である。
[Chemical 6] (In formulas (5) to (8), m3Is an integer from 1 to 4
Represents the number, Ar represents an aromatic bond unit, X3
Is -O-, -SO2-, -S-, -CO-, -CH 2-,
-OPhO- is one or more selected from the group consisting of:
Y2Is an NH group, an S atom, or an O atom, and Z is an S atom.
Is a child or O atom, and Ph is a divalent aromatic bond unit.
And R represents an H atom or a methyl group.
To do. ).

【0034】そして、本発明の第9の発明は、固体高分
子電解質膜および/または電極触媒層の構成成分である
ポリベンザゾール系化合物の濃硫酸中で測定した対数粘
度が0.25から10dl/gの範囲にあるという条件
を満たすことを特徴とする第6から第8の発明のいずれ
かに記載の固体高分子電解質膜/電極触媒層の複合体で
ある。
The ninth invention of the present invention is that the polybenzazole compound, which is a constituent of the solid polymer electrolyte membrane and / or the electrode catalyst layer, has a logarithmic viscosity measured in concentrated sulfuric acid of 0.25 to 10 dl. The solid polymer electrolyte membrane / electrode catalyst layer composite according to any one of the sixth to eighth inventions, which satisfies the condition of being in the range of / g.

【0035】また、本発明の第10の発明は、固体高分
子電解質膜および/または電極触媒層の構成成分である
スルホン酸基含有ポリベンザゾール系化合物の80℃、
95%RHの条件下で周波数10,000Hzの電圧を
印加した際の交流インピーダンスを測定することにより
求められる導電率が、0.01から1.0S/cmの範
囲にあるという条件を満たすことを特徴とする第6、第
7、第9の発明のいずれかに記載の固体高分子電解質膜
/電極触媒層の複合体である。
The tenth invention of the present invention is the sulfonic acid group-containing polybenzazole compound, which is a constituent of the solid polymer electrolyte membrane and / or the electrode catalyst layer, at 80 ° C.
It is necessary to meet the condition that the electric conductivity obtained by measuring the AC impedance when a voltage of 10,000 Hz is applied under the condition of 95% RH is in the range of 0.01 to 1.0 S / cm. It is a solid polymer electrolyte membrane / electrode catalyst layer composite according to any one of the sixth, seventh, and ninth inventions.

【0036】また、本発明の第11の発明は、固体高分
子電解質膜および/または電極触媒層の構成成分である
ホスホン酸基含有ポリベンザゾール系化合物の80℃、
95%RHの条件下で周波数10,000Hzの電圧を
印加した際の交流インピーダンスを測定することにより
求められる導電率が、0.001から1.0S/cmの
範囲にあるという条件を満たすことを特徴とする第8ま
たは第9の発明のいずれかに記載の固体高分子電解質膜
/電極触媒層の複合体である。
The eleventh aspect of the present invention is the phosphonic acid group-containing polybenzazole compound, which is a constituent of the solid polymer electrolyte membrane and / or the electrode catalyst layer, at 80 ° C.
It is necessary to satisfy the condition that the electric conductivity obtained by measuring the AC impedance when a voltage of 10,000 Hz is applied under the condition of 95% RH is in the range of 0.001 to 1.0 S / cm. A composite of a solid polymer electrolyte membrane / electrode catalyst layer according to any one of the eighth and ninth inventions characterized.

【0037】そして、本発明の第12の発明は、固体高
分子電解質膜および/または電極触媒層の構成成分であ
るポリベンザゾール系化合物の170℃条件下でのN−
メチルピロリドンへの溶解度が5%(w/w)以上であ
る条件を満たすことを特徴とする第6から第11の発明
のいずれかに記載の固体高分子電解質膜/電極触媒層の
複合体である。
The twelfth aspect of the present invention is the N-type polybenzazole compound, which is a constituent of the solid polymer electrolyte membrane and / or the electrode catalyst layer, under 170 ° C. conditions.
The solid polymer electrolyte membrane / electrode catalyst layer composite according to any one of the sixth to eleventh inventions, which satisfies the condition that the solubility in methylpyrrolidone is 5% (w / w) or more. is there.

【0038】また、本発明の第13の発明は、固体高分
子電解質膜および/または電極触媒層の構成成分である
ポリベンザゾール系化合物が分子中に1.5meq/g
以上のスルホン酸基および/またはホスホン酸基を有
し、25℃の水に72時間浸漬した際の質量の減少が0
から5%(w/w)の範囲である条件を満たすことを特
徴とする第6から第12の発明のいずれかに記載の固体
高分子電解質膜/電極触媒層の複合体である。
The thirteenth aspect of the present invention is that the polybenzazole compound, which is a constituent of the solid polymer electrolyte membrane and / or the electrode catalyst layer, has a molecular weight of 1.5 meq / g.
It has the above sulfonic acid groups and / or phosphonic acid groups, and the decrease in mass when immersed in water at 25 ° C. for 72 hours is 0.
To 5% (w / w), the solid polymer electrolyte membrane / electrode catalyst layer composite according to any one of the sixth to twelfth inventions.

【0039】さらに、本発明の第14の発明は、固体高
分子電解質膜および/または電極触媒層の構成成分であ
るスルホン酸基を有するポリベンザゾール系化合物が、
熱質量測定において、200℃昇温時点の質量を基準と
した場合に3%質量減少温度が370から550℃の範
囲である条件を満たすことを特徴とする第6、第7、第
9、第10,第12、第13の発明のいずれかに記載の
固体高分子電解質膜/電極触媒層の複合体である。
Further, a fourteenth aspect of the present invention is a polybenzazole compound having a sulfonic acid group, which is a constituent of the solid polymer electrolyte membrane and / or the electrode catalyst layer,
In thermogravimetric measurement, the sixth, seventh, ninth, and ninth characteristics are characterized in that the condition that the 3% mass reduction temperature is in the range of 370 to 550 ° C. is satisfied when the mass at the time of temperature increase of 200 ° C. is used as a reference. A solid polymer electrolyte membrane / electrode catalyst layer composite according to any one of the tenth, twelfth, and thirteenth inventions.

【0040】そして、本発明の第15の発明は、固体高
分子電解質膜および/または電極触媒層の構成成分であ
るホスホン酸基を有するポリベンザゾール系化合物が、
熱質量測定において200℃昇温時点の質量を基準とし
た場合に3%質量減少温度が400から550℃の範囲
である条件を満たすことを特徴とする第8、第9、第1
1、第12、第13の発明のいずれかに記載の固体高分
子電解質膜/電極触媒層の複合体である。
A fifteenth aspect of the present invention is a polybenzazole-based compound having a phosphonic acid group, which is a constituent of the solid polymer electrolyte membrane and / or the electrode catalyst layer,
Eighth, ninth, and first characterized by satisfying the condition that the 3% mass decrease temperature is in the range of 400 to 550 ° C when the mass at the time of temperature increase of 200 ° C is used as a reference in thermogravimetric measurement.
A solid polymer electrolyte membrane / electrode catalyst layer composite according to any one of the first, twelfth, and thirteenth inventions.

【0041】また、本発明の第16の発明は、固体高分
子電解質膜と、該固体高分子電解質膜の両面に接合され
た電極触媒層とをバインダを用いて接着させる工程を含
む複合体の製造方法であって、該固体高分子電解質膜お
よび/または電極触媒層は第6から第15の発明のいず
れかに記載のポリベンザゾール系化合物を構成成分とし
て含有し、該バインダも第6から第15の発明のいずれ
かに記載のポリベンザゾール系化合物を構成成分として
含有することを特徴とする固体高分子電解質膜/電極触
媒層の複合体の製造方法である。
The sixteenth invention of the present invention is a composite body comprising a step of adhering a solid polymer electrolyte membrane and electrode catalyst layers bonded to both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane with a binder. A manufacturing method, wherein the solid polymer electrolyte membrane and / or the electrode catalyst layer contains the polybenzazole compound according to any one of the sixth to fifteenth inventions as a constituent component, and the binder also from the sixth. A method for producing a solid polymer electrolyte membrane / electrode catalyst layer composite, comprising the polybenzazole compound according to any one of the fifteenth invention as a constituent component.

【0042】[0042]

【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.

【0043】本発明のスルホン酸基および/またはホス
ホン酸基を有するポリベンザゾール系化合物(本明細書
において、単に本発明のポリベンザゾール系化合物とも
呼称する)は、耐久性だけでなく、加工性やイオン伝導
性などにおいても優れた性質を示す新規材料である。こ
のような優れた性質を有するため、本発明のポリベンザ
ゾール系化合物は、燃料電池用の固体高分子電解質膜用
材料として好適に使用することができる。
The polybenzazole compound having a sulfonic acid group and / or phosphonic acid group of the present invention (also referred to herein simply as the polybenzazole compound of the present invention) is not only durable but also processed. It is a new material that exhibits excellent properties in terms of properties and ionic conductivity. Since it has such excellent properties, the polybenzazole compound of the present invention can be suitably used as a material for a solid polymer electrolyte membrane for fuel cells.

【0044】本発明は、スルホン酸基および/またはホ
スホン酸基を有する芳香族ジカルボン酸結合ユニットを
含み、濃硫酸中で測定した対数粘度が0.25から10
dl/gの範囲にあるという条件を満たすことを特徴と
するポリベンザゾール系化合物を基本構造とすることが
好ましい。
The present invention comprises aromatic dicarboxylic acid binding units having sulphonic acid groups and / or phosphonic acid groups and has an inherent viscosity of 0.25 to 10 as measured in concentrated sulfuric acid.
It is preferable to use a polybenzazole compound having a basic structure, which satisfies the condition of being in the range of dl / g.

【0045】ここで、本発明のポリベンザゾール系化合
物の構成要素であるベンザゾール系結合ユニットや、ス
ルホン酸基および/またはホスホン酸基を有する芳香族
ジカルボン酸結合ユニットや、スルホン酸基もホスホン
酸基も有さない芳香族ジカルボン酸結合ユニットや、そ
の他の結合ユニットは、ランダム重合および/または交
互的重合により結合していることが好ましい。また、こ
れらの重合形式は一種に限られず、二種以上の重合形式
が同一の化合物中で並存していてもよい。
Here, a benzazole-based binding unit which is a constituent element of the polybenzazole-based compound of the present invention, an aromatic dicarboxylic acid binding unit having a sulfonic acid group and / or a phosphonic acid group, and a sulfonic acid group and a phosphonic acid group. It is preferable that the aromatic dicarboxylic acid bond unit having no group and the other bond units are bonded by random polymerization and / or alternating polymerization. Further, these polymerization forms are not limited to one kind, and two or more kinds of polymerization forms may coexist in the same compound.

【0046】<ポリベンザゾール系化合物>本発明のス
ルホン酸基および/またはホスホン酸基を有するポリベ
ンザゾール系化合物とは、スルホン酸基および/または
ホスホン酸基を有するポリベンズイミダゾール系化合
物、ポリベンズオキサゾール系化合物、ポリベンズチア
ゾール系化合物よりなる群から選ばれる一種以上を示す
ものとする。
<Polybenzazole-based compound> The polybenzazole-based compound having a sulfonic acid group and / or phosphonic acid group of the present invention means a polybenzimidazole-based compound having a sulfonic acid group and / or a phosphonic acid group, At least one selected from the group consisting of benzoxazole compounds and polybenzthiazole compounds is shown.

【0047】これらの化合物を合成する経路は特には限
定されないが、通常は化合物中のイミダゾール環、オキ
サゾール環、チアゾール環を形成し得る芳香族テトラミ
ン類、芳香族ジアミンジオール類、芳香族ジアミンジチ
オール類およびそれらの誘導体よりなる群から選ばれる
一種以上の化合物と、芳香族ジカルボン酸およびその誘
導体よりなる群から選ばれる一種以上の化合物との反応
により合成することができる。
The route for synthesizing these compounds is not particularly limited, but usually, aromatic tetramines, aromatic diamine diols and aromatic diamine dithiols capable of forming an imidazole ring, an oxazole ring and a thiazole ring in the compound. And at least one compound selected from the group consisting of derivatives thereof and one or more compounds selected from the group consisting of aromatic dicarboxylic acids and their derivatives.

【0048】その際、使用する芳香族ジカルボン酸およ
び/またはその誘導体の中に、スルホン酸基および/ま
たはホスホン酸基を有する芳香族ジカルボン酸および/
またはその誘導体を一部混合して使用することで、得ら
れるポリベンザゾール系化合物中にスルホン酸基および
/またはホスホン酸基を導入することができる。このと
き、芳香族ジカルボン酸および/またはその誘導体中の
スルホン酸基および/またはホスホン酸基は、アルカリ
金属などとの塩構造になっていても良い。
In this case, the aromatic dicarboxylic acid and / or its derivative used contains an aromatic dicarboxylic acid having a sulfonic acid group and / or a phosphonic acid group and / or
Alternatively, by partially mixing and using the derivative, a sulfonic acid group and / or a phosphonic acid group can be introduced into the obtained polybenzazole compound. At this time, the sulfonic acid group and / or phosphonic acid group in the aromatic dicarboxylic acid and / or its derivative may have a salt structure with an alkali metal or the like.

【0049】<芳香族テトラミン類、ジアミンジオール
類、ジアミンジチオール類>本発明におけるスルホン酸
基および/またはホスホン酸基を有するポリベンザゾー
ル系化合物を合成する際に用いる芳香族テトラミン類、
芳香族ジアミンジオール類、芳香族ジアミンジチオール
類およびそれらの誘導体としては、特に限定されるもの
ではないが、たとえば、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、1,2,4,5−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)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)チオエーテル、ビス
(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)チオエーテ
ル、ビス(4−アミノ−3−メルカプトフェニル)チオ
エーテル、ビス(3−アミノ−4−メルカプトフェニ
ル)チオエーテル、3,3’,4,4’−テトラアミノ
ジフェニルチオエーテル、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)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)プロパン、2,2−ビス(3,4−ジア
ミノフェニル)プロパン、ビス(4−アミノ−3−ヒド
ロキシフェニル)メタン、ビス(3−アミノ−4−ヒド
ロキシフェニル)メタン、ビス(4−アミノ−3−メル
カプトフェニル)メタン、ビス(3−アミノ−4−メル
カプトフェニル)メタン、ビス(3,4−ジアミノフェ
ニル)メタン、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)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、2,2−ビス(4−アミ
ノ−3−ヒドロキシフェニル)ケトン、2,2−ビス
(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)ケトン、2,
2−ビス(4−アミノ−3−メルカプトフェニル)ケト
ン、2,2−ビス(3−アミノ−4−メルカプトフェニ
ル)ケトン、2,2−ビス(3,4−ジアミノフェニ
ル)ケトン、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)ベンゼンなどおよびこれらの誘導体が挙
げられる。
<Aromatic Tetramines, Diaminediols, Diaminedithiols> Aromatic tetramines used when synthesizing a polybenzazole compound having a sulfonic acid group and / or a phosphonic acid group in the present invention,
The aromatic diamine diols, aromatic diamine dithiols and their derivatives are not particularly limited, but include, for example, 2,5-dihydroxyparaphenylenediamine, 4,6-dihydroxymetaphenylenediamine and 2,5 -Diamino-1,4-benzenedithiol, 4,6-diamino-1,3-benzenedithiol, 2,5-diamino-3,6-dimethyl-1,4-benzenedithiol, 1,2,4,5- 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-mercaptophenyl) ether, 3,3 ′, 4
4'-tetraaminodiphenyl ether, bis (4-amino-3-hydroxyphenyl) thioether, bis (3-amino-4-hydroxyphenyl) thioether, bis (4-amino-3-mercaptophenyl) thioether, bis (3- Amino-4-mercaptophenyl) thioether, 3,3 ′, 4,4′-tetraaminodiphenylthioether, bis (4-amino-3-hydroxyphenyl) sulfone, bis (3-amino-4-hydroxyphenyl) sulfone, Bis (4-amino-3-
Mercaptophenyl) sulfone, bis (3-amino-4)
-Mercaptophenyl) 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-mercaptophenyl) propane, 2, 2-bis (3,4-diaminophenyl) propane, bis (4-amino-3-hydroxyphenyl) methane, bis (3-amino-4-hydroxyphenyl) methane, bis (4-amino-3-mercaptophenyl) Methane, bis (3-amino-4-mercaptophenyl) methane, bis (3,4-diaminophenyl) methane, 2,2-bis (4-amino-3-hydroxyphenyl) hexafluoropropane, 2,2-bis (3-Amino-4-hydroxyphenyl) hexafluoropropane, 2,2-bis (4-amino-3-mercaptophenyl) hexyl Fluoropropane, 2,2-bis (3-amino-4-mercaptophenyl) hexafluoropropane, 2,2-bis (3,4-diaminophenyl) hexafluoropropane, 2,2-bis (4-amino-3) -Hydroxyphenyl) ketone, 2,2-bis (3-amino-4-hydroxyphenyl) ketone, 2,
2-bis (4-amino-3-mercaptophenyl) ketone, 2,2-bis (3-amino-4-mercaptophenyl) ketone, 2,2-bis (3,4-diaminophenyl) ketone, 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 and derivatives thereof.

【0050】これらの芳香族テトラミン類、芳香族ジア
ミンジオール類、芳香族ジアミンジチオール類の誘導体
の具体例としては、塩酸、硫酸、リン酸などの酸との塩
などを挙げることができる。また、これらの化合物は単
独で使用してもよいが、同時に複数使用することもでき
る。さらに、これらの化合物は、必要に応じて塩化すず
(II)や亜リン酸化合物などの公知の酸化防止剤を含
んでいてもよい。
Specific examples of the derivatives of these aromatic tetramines, aromatic diamine diols and aromatic diamine dithiols include salts with acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid and phosphoric acid. Further, these compounds may be used alone or in combination of two or more at the same time. Furthermore, these compounds may optionally contain known antioxidants such as tin (II) chloride and phosphorous acid compounds.

【0051】<スルホン酸基を有する芳香族ジカルボン
酸>本発明のスルホン酸基および/またはホスホン酸基
を有するポリベンザゾール系化合物を合成する際に用い
るスルホン酸基を有する芳香族ジカルボン酸およびその
誘導体としては、特に限定されるものではなく、芳香族
ジカルボン酸骨格中に1個から4個のスルホン酸基を有
する化合物を好適に使用することができる。具体例とし
ては、2,5−ジカルボキシベンゼンスルホン酸、3,
5−ジカルボキシベンゼンスルホン酸、2,5−ジカル
ボキシ−1,4−ベンゼンジスルホン酸、4,6−ジカ
ルボキシ−1,3−ベンゼンジスルホン酸、2,2’−
ジスルホ−4,4’−ビフェニルジカルボン酸、3,
3’−ジスルホ−4,4’−ビフェニルジカルボン酸な
どのスルホン酸基を有する芳香族ジカルボン酸およびこ
れらの誘導体を挙げることができる。2,2’−ジスル
ホ−4,4’−ビフェニルジカルボン酸、3,3’−ジ
スルホ−4,4’−ビフェニルジカルボン酸およびこれ
らの誘導体は好ましい例として挙げることができる。
<Aromatic Dicarboxylic Acid Having Sulfonic Acid Group> Aromatic dicarboxylic acid having a sulfonic acid group used when synthesizing the polybenzazole compound having a sulfonic acid group and / or a phosphonic acid group of the present invention, and the same The derivative is not particularly limited, and a compound having 1 to 4 sulfonic acid groups in the aromatic dicarboxylic acid skeleton can be preferably used. As a specific example, 2,5-dicarboxybenzene sulfonic acid, 3,
5-dicarboxybenzenesulfonic acid, 2,5-dicarboxy-1,4-benzenedisulfonic acid, 4,6-dicarboxy-1,3-benzenedisulfonic acid, 2,2'-
Disulfo-4,4'-biphenyldicarboxylic acid, 3,
Mention may be made of aromatic dicarboxylic acids having sulfonic acid groups such as 3'-disulfo-4,4'-biphenyldicarboxylic acid and derivatives thereof. 2,2'-Disulfo-4,4'-biphenyldicarboxylic acid, 3,3'-disulfo-4,4'-biphenyldicarboxylic acid and derivatives thereof can be mentioned as preferable examples.

【0052】ここで、これらのスルホン酸基を有する芳
香族ジカルボン酸のスルホン酸誘導体としては、ナトリ
ウム、カリウムなどのアルカリ金属塩や、アンモニウム
塩、アルキルアンモニウム塩などをあげることができ
る。また、これらの化合物は単独で使用してもよいが、
同時に複数使用することもできる。さらに、これらの化
合物は、必要に応じて塩化すず(II)や亜リン酸化合
物などの公知の酸化防止剤を含んでいてもよい。
Here, examples of the sulfonic acid derivative of the aromatic dicarboxylic acid having these sulfonic acid groups include alkali metal salts such as sodium and potassium, ammonium salts, and alkylammonium salts. Further, these compounds may be used alone,
It is possible to use more than one at the same time. Furthermore, these compounds may optionally contain known antioxidants such as tin (II) chloride and phosphorous acid compounds.

【0053】本発明のポリベンザゾール系化合物の合成
に用いる、スルホン酸基を有する芳香族ジカルボン酸の
純度は、特に限定されるものではないが、98%以上が
好ましく、99%以上がより好ましい。スルホン酸基を
有する芳香族ジカルボン酸を原料として重合されたポリ
ベンザゾール系化合物は、スルホン酸基およびホスホン
酸基を有さない芳香族ジカルボン酸を原料として用いた
場合に比べて、重合度が低くなる傾向が見られるため、
スルホン酸基を有する芳香族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。すなわち、芳
香族ジカルボン酸の純度が98%未満の場合には、得ら
れるポリベンザゾール系化合物の重合度が低下して固体
高分子電解質の材料として適さないものとなる傾向があ
る。
The purity of the aromatic dicarboxylic acid having a sulfonic acid group used in the synthesis of the polybenzazole compound of the present invention is not particularly limited, but is preferably 98% or more, more preferably 99% or more. . The polybenzazole-based compound polymerized from an aromatic dicarboxylic acid having a sulfonic acid group as a raw material has a polymerization degree higher than that when an aromatic dicarboxylic acid having no sulfonic acid group and a phosphonic acid group is used as a raw material. Since it tends to be lower,
The aromatic dicarboxylic acid having a sulfonic acid group is preferably as pure as possible. That is, when the purity of the aromatic dicarboxylic acid is less than 98%, the degree of polymerization of the obtained polybenzazole compound tends to be low, and the polybenzazole compound tends to be unsuitable as a material for the solid polymer electrolyte.

【0054】上記のスルホン酸基を有する芳香族ジカル
ボン酸はそれら単独だけで使用してもよいが、スルホン
酸基およびホスホン酸基を含有しない芳香族ジカルボン
酸とともに共重合反応することにより、本発明のスルホ
ン酸基および/またはホスホン酸基を有するポリベンザ
ゾール系化合物の合成に用いてもよい。スルホン酸基を
有する芳香族ジカルボン酸とともに使用できるスルホン
酸基およびホスホン酸基を有さない芳香族ジカルボン酸
としては、特に限定されるものではないが、たとえば、
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などのポリエステル原料
として報告されている一般的な芳香族ジカルボン酸を使
用することができる。
Although the above-mentioned aromatic dicarboxylic acids having a sulfonic acid group may be used alone, they can be used in the present invention by copolymerization reaction with an aromatic dicarboxylic acid having no sulfonic acid group and phosphonic acid group. It may be used for the synthesis of a polybenzazole compound having a sulfonic acid group and / or a phosphonic acid group. The aromatic dicarboxylic acid having no sulfonic acid group and phosphonic acid group that can be used together with the aromatic dicarboxylic acid having a sulfonic acid group is not particularly limited, but, for example,
Reported as polyester raw materials such as terephthalic acid, isophthalic acid, naphthalene dicarboxylic acid, diphenyl ether dicarboxylic acid, diphenyl sulfone dicarboxylic acid, biphenyl dicarboxylic acid, terphenyl dicarboxylic acid, 2,2-bis (4-carboxyphenyl) hexafluoropropane Common aromatic dicarboxylic acids can be used.

【0055】また、これらの化合物は単独で使用しても
よいが、同時に複数使用することもできる。さらに、こ
れらの化合物は、必要に応じて塩化すず(II)や亜リ
ン酸化合物などの公知の酸化防止剤を含んでいてもよ
い。
Further, these compounds may be used alone, or a plurality of them may be used at the same time. Furthermore, these compounds may optionally contain known antioxidants such as tin (II) chloride and phosphorous acid compounds.

【0056】本発明のポリベンザゾール系化合物の合成
において、スルホン酸基を有する芳香族ジカルボン酸と
ともにスルホン酸基およびホスホン酸基を有さない芳香
族ジカルボン酸を使用する場合、全芳香族ジカルボン酸
中におけるスルホン酸基を有する芳香族ジカルボン酸の
含有率を20モル%以上となるように配合することで、
本発明のポリベンザゾール系化合物がスルホン酸基を有
することによる優れた効果を明確にすることができる。
また、本発明のポリベンザゾール系化合物がスルホン酸
基を有することによるきわだった効果を引き出すために
は、スルホン酸基を有する芳香族ジカルボン酸の含有率
を50モル%以上となるように配合することがさらに好
ましい。スルホン酸基を有する芳香族ジカルボン酸の含
有率が20モル%未満の場合には、本発明のポリベンザ
ゾール系化合物の導電率が低下して固体高分子電解質の
材料として適さないものとなる傾向がある。
In the synthesis of the polybenzazole compound of the present invention, when an aromatic dicarboxylic acid having no sulfonic acid group and no phosphonic acid group is used together with an aromatic dicarboxylic acid having a sulfonic acid group, a wholly aromatic dicarboxylic acid is used. By blending so that the content of the aromatic dicarboxylic acid having a sulfonic acid group therein is 20 mol% or more,
The excellent effect of the polybenzazole compound of the present invention having a sulfonic acid group can be clarified.
Further, in order to bring out the remarkable effect of the polybenzazole compound of the present invention having a sulfonic acid group, the content of the aromatic dicarboxylic acid having a sulfonic acid group is blended so as to be 50 mol% or more. Is more preferable. When the content of the aromatic dicarboxylic acid having a sulfonic acid group is less than 20 mol%, the conductivity of the polybenzazole-based compound of the present invention decreases and the polybenzazole compound of the present invention tends to be unsuitable as a material for a solid polymer electrolyte. There is.

【0057】<ホスホン酸基を有する芳香族ジカルボン
酸>本発明のスルホン酸基および/またはホスホン酸基
を有するポリベンザゾール系化合物を合成する際に用い
るホスホン酸基を有する芳香族ジカルボン酸およびその
誘導体としては、特に限定されるものではなく、芳香族
ジカルボン酸骨格中に1個から4個のホスホン酸基を有
する化合物を好適に使用することができる。具体例とし
ては、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、などのホスホン酸基を有する芳香
族ジカルボン酸およびこれらの誘導体を挙げることがで
きる。
<Aromatic Dicarboxylic Acid Having Phosphonic Acid Group> Aromatic dicarboxylic acid having a phosphonic acid group used in synthesizing the polybenzazole compound having a sulfonic acid group and / or a phosphonic acid group of the present invention and the same. The derivative is not particularly limited, and a compound having 1 to 4 phosphonic acid groups in the aromatic dicarboxylic acid skeleton can be preferably used. Specific examples include 2,5-dicarboxyphenylphosphonic acid, 3,
Mention may be made of aromatic dicarboxylic acids having phosphonic acid groups such as 5-dicarboxyphenylphosphonic acid and 2,5-bisphosphonoterephthalic acid, and derivatives thereof.

【0058】ここで、これらのホスホン酸基を有する芳
香族ジカルボン酸のホスホン酸誘導体としては、ナトリ
ウム、カリウムなどのアルカリ金属塩や、アンモニウム
塩などをあげることができる。また、これらの化合物は
単独で使用してもよいが、同時に複数使用することもで
きる。さらに、これらの化合物は、必要に応じて塩化す
ず(II)や亜リン酸化合物などの公知の酸化防止剤を
含んでいてもよい。
Examples of the phosphonic acid derivative of the aromatic dicarboxylic acid having these phosphonic acid groups include alkali metal salts such as sodium and potassium, ammonium salts and the like. Further, these compounds may be used alone or in combination of two or more at the same time. Furthermore, these compounds may optionally contain known antioxidants such as tin (II) chloride and phosphorous acid compounds.

【0059】そして、ホスホン酸基を有する芳香族ジカ
ルボン酸の構造はこれらに限定されることはないが、こ
こに示したようなフェニルホスホン酸基型のホスホン酸
基を有する芳香族ジカルボン酸が好ましい。
The structure of the aromatic dicarboxylic acid having a phosphonic acid group is not limited to these, but the aromatic dicarboxylic acid having a phenylphosphonic acid group type phosphonic acid group as shown here is preferable. .

【0060】本発明のポリベンザゾール系化合物の合成
に用いる、ホスホン酸基を有する芳香族ジカルボン酸の
純度は特に限定されるものではないが、97%以上が好
ましく、98%以上がより好ましい。ホスホン酸基を有
する芳香族ジカルボン酸を原料として重合されたポリベ
ンザゾール系化合物は、スルホン酸基およびホスホン酸
基を有さない芳香族ジカルボン酸を原料として用いた場
合に比べて、重合度が低くなる傾向が見られるため、ホ
スホン酸基を有する芳香族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。すなわち、芳香
族ジカルボン酸の純度が97%未満の場合には、得られ
るポリベンザゾール系化合物の重合度が低下して固体高
分子電解質の材料として適さないものとなる傾向があ
る。
The purity of the aromatic dicarboxylic acid having a phosphonic acid group used in the synthesis of the polybenzazole compound of the present invention is not particularly limited, but is preferably 97% or more, more preferably 98% or more. The polybenzazole-based compound polymerized from an aromatic dicarboxylic acid having a phosphonic acid group as a raw material has a polymerization degree higher than that when an aromatic dicarboxylic acid having no sulfonic acid group and a phosphonic acid group is used as a raw material. Since it tends to be low, it is preferable to use the aromatic dicarboxylic acid having a phosphonic acid group as high in purity as possible. That is, when the purity of the aromatic dicarboxylic acid is less than 97%, the degree of polymerization of the obtained polybenzazole-based compound tends to be low, and it tends to be unsuitable as a material for the solid polymer electrolyte.

【0061】上記のホスホン酸基を有する芳香族ジカル
ボン酸はそれら単独だけで使用してもよいが、スルホン
酸基およびホスホン酸基を含有しない芳香族ジカルボン
酸とともに共重合反応することにより、本発明のスルホ
ン酸基および/またはホスホン酸基を有するポリベンザ
ゾール系化合物の合成に用いてもよい。ホスホン酸基を
有する芳香族ジカルボン酸とともに使用できるスルホン
酸基およびホスホン酸基を有さない芳香族ジカルボン酸
としては、特に限定されるものではないが、たとえば、
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などのポリエステル原料
として報告されている一般的な芳香族ジカルボン酸を使
用することができる。
Although the above aromatic dicarboxylic acids having a phosphonic acid group may be used alone, they can be used in the present invention by copolymerization reaction with an aromatic dicarboxylic acid having no sulfonic acid group and phosphonic acid group. It may be used for the synthesis of a polybenzazole compound having a sulfonic acid group and / or a phosphonic acid group. The sulfonic acid group and the aromatic dicarboxylic acid having no phosphonic acid group that can be used together with the aromatic dicarboxylic acid having a phosphonic acid group are not particularly limited, for example,
Reported as polyester raw materials such as terephthalic acid, isophthalic acid, naphthalene dicarboxylic acid, diphenyl ether dicarboxylic acid, diphenyl sulfone dicarboxylic acid, biphenyl dicarboxylic acid, terphenyl dicarboxylic acid, 2,2-bis (4-carboxyphenyl) hexafluoropropane Common aromatic dicarboxylic acids can be used.

【0062】また、これらの化合物は単独で使用しても
よいが、同時に複数使用することもできる。さらに、こ
れらの化合物は、必要に応じて塩化すず(II)や亜リ
ン酸化合物などの公知の酸化防止剤を含んでいてもよ
い。
Further, these compounds may be used alone, or a plurality of them may be used at the same time. Furthermore, these compounds may optionally contain known antioxidants such as tin (II) chloride and phosphorous acid compounds.

【0063】本発明のポリベンザゾール系化合物の合成
において、ホスホン酸基を有する芳香族ジカルボン酸と
ともにスルホン酸基およびホスホン酸基を有さない芳香
族ジカルボン酸を使用する場合、全芳香族ジカルボン酸
中におけるホスホン酸基を有する芳香族ジカルボン酸の
含有率を20モル%以上となるように配合することで、
本発明のポリベンザゾール系化合物がホスホン酸基を有
することによる優れた効果を明確にすることができる。
また、本発明のポリベンザゾール系化合物がホスホン酸
基を有することによるきわだった効果を引き出すために
は、ホスホン酸基を有する芳香族ジカルボン酸の含有率
を50モル%以上となるように配合することがさらに好
ましい。ホスホン酸基を有する芳香族ジカルボン酸の含
有率が20モル%未満の場合には、本発明のポリベンザ
ゾール系化合物の導電率が低下して固体高分子電解質の
材料として適さないものとなる傾向がある。
When an aromatic dicarboxylic acid having a phosphonic acid group and an aromatic dicarboxylic acid having no sulfonic acid group or phosphonic acid group are used in the synthesis of the polybenzazole compound of the present invention, a wholly aromatic dicarboxylic acid is used. By blending so that the content of the aromatic dicarboxylic acid having a phosphonic acid group therein is 20 mol% or more,
It is possible to clarify the excellent effect of the polybenzazole compound of the present invention having a phosphonic acid group.
Further, in order to bring out the remarkable effect of the polybenzazole compound of the present invention having a phosphonic acid group, the content of the aromatic dicarboxylic acid having a phosphonic acid group is blended so as to be 50 mol% or more. Is more preferable. When the content of the aromatic dicarboxylic acid having a phosphonic acid group is less than 20 mol%, the conductivity of the polybenzazole compound of the present invention tends to be low and the polybenzazole compound of the present invention tends to be unsuitable as a material for a solid polymer electrolyte. There is.

【0064】ここで、上記のスルホン酸基を有する芳香
族ジカルボン酸およびホスホン酸基を有する芳香族ジカ
ルボン酸は、それら単独だけで使用してもよいが、両者
を共重合反応することにより、本発明のスルホン酸基お
よび/またはホスホン酸基を有するポリベンザゾール系
化合物の合成に用いてもよい。
Here, the above-mentioned aromatic dicarboxylic acid having a sulfonic acid group and aromatic dicarboxylic acid having a phosphonic acid group may be used alone, but they are not It may be used for the synthesis of the polybenzazole compound having a sulfonic acid group and / or a phosphonic acid group of the invention.

【0065】また、このとき、上記のスルホン酸基を有
する芳香族ジカルボン酸およびホスホン酸基を有する芳
香族ジカルボン酸は、それら両者だけで使用してもよい
が、スルホン酸基およびホスホン酸基を含有しない芳香
族ジカルボン酸とともに共重合反応することにより、本
発明のスルホン酸基および/またはホスホン酸基を有す
るポリベンザゾール系化合物の合成に用いてもよい。
At this time, although the above-mentioned aromatic dicarboxylic acid having a sulfonic acid group and aromatic dicarboxylic acid having a phosphonic acid group may be used alone, they may have a sulfonic acid group and a phosphonic acid group. It may be used for the synthesis of the polybenzazole-based compound having a sulfonic acid group and / or a phosphonic acid group of the present invention by performing a copolymerization reaction with an aromatic dicarboxylic acid not contained.

【0066】<ポリベンザゾール系化合物の合成法>上
述の芳香族テトラミン類、芳香族ジアミンジオール類、
芳香族ジアミンジチオール類およびそれらの誘導体より
なる群から選ばれる一種以上の化合物と、芳香族ジカル
ボン酸およびその誘導体よりなる群から選ばれる一種以
上の化合物と(以下、併せて単に原料モノマーと呼称す
る)を用いて、スルホン酸基および/またはホスホン酸
基を有するポリベンザゾール系化合物を合成する方法
は、特に限定されるものではないが、たとえば、J.F.Wo
lfe, Encyclopedia of Polymer Science and Engineeri
ng, 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を用いた同様の機構によ
る重合を適用することもできる。なお、熱安定性の高い
ポリベンザゾール系化合物を合成するには、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。
<Synthesis Method of Polybenzazole Compound> The above-mentioned aromatic tetramines, aromatic diamine diols,
One or more compounds selected from the group consisting of aromatic diaminedithiols and their derivatives, and one or more compounds selected from the group consisting of aromatic dicarboxylic acids and their derivatives (hereinafter collectively referred to simply as raw material monomers) The method for synthesizing a polybenzazole-based compound having a sulfonic acid group and / or a phosphonic acid group using) is not particularly limited.
lfe, Encyclopedia of Polymer Science and Engineeri
ng, 2nd Ed., Vol. 11, P. 601 (1988), and can be synthesized by dehydration and cyclopolymerization using polyphosphoric acid as a solvent. It is also possible to apply polymerization by a similar mechanism using a methanesulfonic acid / phosphorus pentoxide mixed solvent system instead of polyphosphoric acid. In addition, in order to synthesize a polybenzazole-based compound having high thermal stability, polymerization using polyphosphoric acid, which is commonly used, is preferable.

【0067】さらに、本発明のポリベンザゾール系化合
物としてポリベンゾイミダゾール系化合物を得るには、
たとえば、適当な有機溶媒中や混合原料モノマー融体の
形での反応でポリアミド構造などを有する前駆体ポリマ
ーを合成しておき、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イミダ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。
Further, to obtain a polybenzimidazole compound as the polybenzazole compound of the present invention,
For example, a precursor polymer having a polyamide structure or the like has been synthesized by a reaction in a suitable organic solvent or in the form of a mixed raw material monomer melt, and then a cyclization reaction such as an appropriate heat treatment gives a desired polyimidazole structure. A conversion method or the like can also be used.

【0068】また、本発明のポリベンザゾール系化合物
を合成する際の反応時間は、個々の原料モノマーの組み
合わせにより最適な反応時間があるので一概には規定で
きないが、従来報告されているような長時間をかけた反
応では、スルホン酸基および/またはホスホン酸基を有
する芳香族ジカルボン酸などの原料モノマーを含む系で
は、得られたポリベンザゾール系化合物の熱安定性が低
下してしまう場合もあり、この場合には反応時間を本発
明の効果の得られる範囲で短くすることが好ましい。こ
のように反応時間を短くすることにより、スルホン酸基
の量が多いポリベンザゾール系化合物も熱安定性の高い
状態で得ることができる。
Further, the reaction time for synthesizing the polybenzazole compound of the present invention cannot be unconditionally defined because there is an optimum reaction time depending on the combination of individual raw material monomers, but it has been reported so far. In a reaction containing a raw material monomer such as an aromatic dicarboxylic acid having a sulfonic acid group and / or a phosphonic acid group in a reaction that takes a long time, the thermal stability of the obtained polybenzazole compound may decrease. Therefore, in this case, it is preferable to shorten the reaction time within the range in which the effect of the present invention can be obtained. By shortening the reaction time in this way, a polybenzazole compound having a large amount of sulfonic acid groups can also be obtained in a highly heat stable state.

【0069】そして、本発明のポリベンザゾール系化合
物を合成する際の反応温度は、個々の原料モノマーの組
み合わせにより最適な反応温度があるので一概には規定
できないが、従来報告されているような高温による反応
では、スルホン酸基および/またはホスホン酸基を有す
る芳香族ジカルボン酸などの原料モノマーを含む系で
は、得られたポリベンザゾール系化合物へのスルホン酸
基および/またはホスホン酸基の導入量の制御が不能と
なる場合もあり、この場合には反応温度を本発明の効果
の得られる範囲で低くすることが好ましい。このように
反応温度を低くすることにより、スルホン酸基の量が多
いポリベンザゾール系化合物へのスルホン酸基および/
またはホスホン酸基の導入量の制御を可能とすることが
できる。
The reaction temperature at the time of synthesizing the polybenzazole compound of the present invention cannot be unconditionally defined because there is an optimum reaction temperature depending on the combination of individual raw material monomers, but it has been reported so far. In the reaction at high temperature, in a system containing a raw material monomer such as an aromatic dicarboxylic acid having a sulfonic acid group and / or a phosphonic acid group, introduction of the sulfonic acid group and / or phosphonic acid group into the obtained polybenzazole compound In some cases, it becomes impossible to control the amount. In this case, it is preferable to lower the reaction temperature within the range where the effect of the present invention can be obtained. By lowering the reaction temperature in this way, the sulfonic acid groups and //
Alternatively, it is possible to control the introduction amount of the phosphonic acid group.

【0070】また、本発明のポリベンザゾール系化合物
の合成後においては繰り返し単位を構成することになる
原料モノマーが複数の種類からなる場合には、該繰返し
単位同士はランダム重合および/または交互的重合によ
り結合していることで、高分子電解質膜の材料として安
定した性能を示す特徴を持つ。
Further, when the raw material monomers which constitute the repeating unit after the synthesis of the polybenzazole compound of the present invention are composed of a plurality of kinds, the repeating units are randomly polymerized and / or alternated. By being bonded by polymerization, it has a characteristic of exhibiting stable performance as a material for the polymer electrolyte membrane.

【0071】ここで、本発明のポリベンザゾール系化合
物をランダム重合および/または交互的重合の重合形式
により合成するには、すべてのモノマー原料を重合初期
から当量性を合わせた配合割合で仕込んでおく方法で作
ることが好ましい。
Here, in order to synthesize the polybenzazole compound of the present invention by a polymerization method of random polymerization and / or alternating polymerization, all the monomer raw materials are charged from the initial stage of the polymerization at a compounding ratio in which equivalence is adjusted. It is preferable to make it by the placing method.

【0072】なお、ポリベンザゾール系化合物をランダ
ム重合や交互的重合ではなくブロック重合により合成す
ることもできるが、その際には、当量性をずらした配合
割合のモノマー原料の仕込み条件で第一成分のオリゴマ
ーを合成し、さらにモノマー原料を追加して第二成分も
含めて当量性が合う形に配合割合を調整した上で重合を
行なうことが好ましい。
The polybenzazole compound can be synthesized by block polymerization instead of random polymerization or alternating polymerization, but in that case, it is necessary to prepare the poly (benzazole) -based compound under the conditions of charging the monomer raw materials in a mixing ratio with a stoichiometric deviation. It is preferable to synthesize an oligomer of the component, further add a monomer raw material, adjust the compounding ratio including the second component so that the equivalence is satisfied, and then perform the polymerization.

【0073】<ポリベンザゾール系化合物の分子量およ
び対数粘度>本発明のスルホン酸基および/またはホス
ホン酸基を有するポリベンザゾール系化合物の分子量
は、特に限定されるものではないが、1,000以上で
あることが好ましく、3,000以上であればより好ま
しい。また、この分子量は1,000,000以下であ
ることが好ましく、200,000以下であればより好
ましい。この分子量が1,000未満の場合には、粘度
の低下によりポリベンザゾール系化合物から良好な性質
を備えた成形物を得ることが困難となる。また、この分
子量が1,000,000を超えると粘度の上昇により
ポリベンザゾール系化合物を成形することが困難にな
る。
<Molecular Weight of Polybenzazole Compound and Logarithmic Viscosity> The molecular weight of the polybenzazole compound having a sulfonic acid group and / or a phosphonic acid group of the present invention is not particularly limited, but is 1,000. It is preferably not less than 3,000, more preferably not less than 3,000. The molecular weight is preferably 1,000,000 or less, more preferably 200,000 or less. When the molecular weight is less than 1,000, it becomes difficult to obtain a molded article having good properties from the polybenzazole compound due to the reduced viscosity. Further, if the molecular weight exceeds 1,000,000, it becomes difficult to mold the polybenzazole compound due to the increase in viscosity.

【0074】また、本発明のスルホン酸基および/また
はホスホン酸基を有するポリベンザゾール系化合物の分
子量は、実質的には濃硫酸中で測定した場合の対数粘度
で評価することができる。そして、この対数粘度は0.
25以上であることが好ましく、特に0.40以上であ
ればより好ましい。また、この対数粘度は10以下であ
ることが好ましく、特に8以下であればより好ましい。
The molecular weight of the polybenzazole compound having a sulfonic acid group and / or a phosphonic acid group of the present invention can be evaluated substantially by the logarithmic viscosity when measured in concentrated sulfuric acid. The logarithmic viscosity is 0.
It is preferably 25 or more, and more preferably 0.40 or more. The logarithmic viscosity is preferably 10 or less, more preferably 8 or less.

【0075】この対数粘度が0.25未満の場合には、
粘度の低下によりポリベンザゾール系化合物から良好な
性質を備えた成形物を得ることが困難となる。また、こ
の分子量が10を超えると粘度の上昇によりポリベンザ
ゾール系化合物を成形することが困難になる。
When the logarithmic viscosity is less than 0.25,
The decrease in viscosity makes it difficult to obtain a molded article having good properties from the polybenzazole compound. Further, if the molecular weight exceeds 10, it becomes difficult to mold the polybenzazole compound due to the increase in viscosity.

【0076】<ポリベンザゾール系化合物の導電率>本
発明のスルホン酸基および/またはホスホン酸基を有す
るポリベンザゾール系化合物の特徴のひとつは、優れた
イオン伝導性を有することであり、特にスルホン酸基を
有する芳香族ジカルボン酸結合ユニットを構成要素とし
て含むポリベンザゾール系化合物(本明細書において、
単にスルホン酸基を有するポリベンザゾール系化合物と
も呼称する)はさらに一層優れたイオン伝導性を示す。
<Electrical Conductivity of Polybenzazole Compound> One of the characteristics of the polybenzazole compound having a sulfonic acid group and / or a phosphonic acid group of the present invention is that it has excellent ionic conductivity. Polybenzazole-based compound containing an aromatic dicarboxylic acid-bonding unit having a sulfonic acid group as a constituent (in the present specification,
(Also referred to as a polybenzazole-based compound having a sulfonic acid group) exhibits even more excellent ionic conductivity.

【0077】本発明のスルホン酸基および/またはホス
ホン酸基を有するポリベンザゾール系化合物は、上記の
基本的特性に加えて、後述する測定方法を用いて導電率
を測定した場合(以下、導電率は同様の測定方法で測定
するものとする)、80℃、95%RHの条件下で、周
波数10,000Hzの電圧を印加した際の交流インピ
ーダンスを測定することにより求められる導電率(以
下、単に導電率と呼称する)が、0.001S/cm以
上であることが好ましく、0.01S/cm以上であれ
ばより好ましい。また、この導電率は1.0S/cm以
下であることが好ましく、0.90S/cm以下であれ
ばより好ましい。
The polybenzazole-based compound having a sulfonic acid group and / or a phosphonic acid group of the present invention has, in addition to the above basic characteristics, a conductivity measured by a measuring method described below (hereinafter The rate shall be measured by the same measurement method), and the conductivity obtained by measuring the AC impedance when a voltage of frequency 10,000 Hz is applied under the conditions of 80 ° C. and 95% RH (hereinafter, The electric conductivity) is preferably 0.001 S / cm or more, and more preferably 0.01 S / cm or more. Further, this conductivity is preferably 1.0 S / cm or less, and more preferably 0.90 S / cm or less.

【0078】この導電率が0.01S/cm未満の場合
には燃料電池に用いる固体高分子電解質膜の材料として
使用した場合十分なイオン伝導性を得られない傾向があ
り、この導電率が1.0S/cmを超えるようにするに
は過大な量のスルホン酸基および/またはスルホン酸基
を該ポリベンザゾール化合物に導入せねばならず、その
結果燃料電池に用いる固体高分子電解質膜の材料として
使用した場合十分な耐久性が得られない傾向がある。
When the conductivity is less than 0.01 S / cm, there is a tendency that sufficient ionic conductivity cannot be obtained when used as a material for a solid polymer electrolyte membrane used in a fuel cell, and the conductivity is 1 or less. In order to exceed 0.0 S / cm, an excessive amount of sulfonic acid group and / or sulfonic acid group must be introduced into the polybenzazole compound, and as a result, the material of the solid polymer electrolyte membrane used in the fuel cell. When used as, there is a tendency that sufficient durability cannot be obtained.

【0079】<スルホン酸基を有するポリベンザゾール
系化合物>また、本発明のポリベンザゾール系化合物
は、上記の基本的特性に加えて、ベンズオキサゾール系
結合ユニットおよび/またはベンズチアゾール系結合ユ
ニットを含み、かつ、スルホン酸基を有する芳香族ジカ
ルボン酸ユニットを含み、かつ、導電率が0.02S/
cm以上であればより好ましい。この場合、本発明のポ
リベンザゾール系化合物は、燃料電池に用いる固体高分
子電解質膜の材料としてより好適に使用可能なものとな
る。
<Polybenzazole Compound Having Sulfonic Acid Group> In addition to the above basic characteristics, the polybenzazole compound of the present invention has a benzoxazole-based binding unit and / or a benzthiazole-based binding unit. Containing an aromatic dicarboxylic acid unit having a sulfonic acid group, and having a conductivity of 0.02 S /
More preferably, it is at least cm. In this case, the polybenzazole compound of the present invention can be more suitably used as a material for a solid polymer electrolyte membrane used in a fuel cell.

【0080】さらに、本発明のポリベンザゾール系化合
物は、上記の基本的特性に加えて、ベンズオキサゾール
系結合ユニットおよび/またはベンズチアゾール系結合
ユニットを含み、かつ、分子中に少なくとも1個以上の
スルホン酸基を有する芳香族ジカルボン酸結合ユニット
を含み、かつ、濃硫酸溶液で測定した対数粘度が0.2
5dl/g以上であり、導電率が0.2S/cm以上で
あればさらに一層好ましい。この場合、本発明のポリベ
ンザゾール系化合物は、燃料電池に用いる固体高分子電
解質膜の材料としてさらに好適に使用可能なものとな
る。
Further, the polybenzazole compound of the present invention comprises, in addition to the above-mentioned basic characteristics, a benzoxazole-based binding unit and / or a benzthiazole-based binding unit, and at least one or more benzoxazole-based binding units in the molecule. It contains an aromatic dicarboxylic acid bond unit having a sulfonic acid group and has a logarithmic viscosity of 0.2 as measured with a concentrated sulfuric acid solution.
It is more preferably 5 dl / g or more and the conductivity is 0.2 S / cm or more. In this case, the polybenzazole compound of the present invention can be more preferably used as a material for a solid polymer electrolyte membrane used in a fuel cell.

【0081】さらに、下記の式(1)およびまたは式
(2)で表される結合ユニットを含むことを特徴とする
ポリベンザゾール系化合物であることが特に好ましい。
Further, a polybenzazole-based compound characterized by containing a binding unit represented by the following formula (1) and / or formula (2) is particularly preferable.

【0082】[0082]

【化7】 (式(1)および式(2)においては、m1は1から4
の整数を表わし、Arは芳香族結合ユニットを表わし、
1は−SO2−であり、Y1はS原子またはO原子を表
わすものとする。)
[Chemical 7] (In the formulas (1) and (2), m 1 is from 1 to 4
Represents an integer of, Ar represents an aromatic bond unit,
X 1 is —SO 2 — and Y 1 represents an S atom or an O atom. )

【0083】また、下記の式(3)と式(4)で表わさ
れる結合ユニットをn1:(1−n1)のモル比で構成要
素として含むポリベンザゾール系化合物であることも特
に好ましい例として挙げることができる。
It is also particularly preferable that the compound is a polybenzazole compound containing the binding units represented by the following formulas (3) and (4) in a molar ratio of n 1 : (1-n 1 ). As an example:

【0084】[0084]

【化8】 (式(3)および式(4)においては、m2は1から4
の整数を表わし、Arは芳香族結合ユニットを表わし、
2は−O−,−SO2−,−C(CH32−,−C(C
32−,−OPhO−よりなる群から選ばれる一種以
上であり、Phは2価の芳香族結合ユニットを表わすも
のとする。また、モル比は0.2≦n1≦1.0の式を
満たす。)
[Chemical 8] (In the formulas (3) and (4), m 2 is from 1 to 4
Represents an integer of, Ar represents an aromatic bond unit,
X 2 is -O -, - SO 2 -, - C (CH 3) 2 -, - C (C
F 3) 2 -, - OPhO- is from the group consisting one or more selected, Ph denote the divalent aromatic bond unit. Further, the molar ratio satisfies the formula of 0.2 ≦ n 1 ≦ 1.0. )

【0085】<ホスホン酸基を有するポリベンザゾール
系化合物>また、本発明のポリベンザゾール系化合物
は、上記の基本的特性に加えて、ホスホン酸基を有する
芳香族ジカルボン酸結合ユニットを構成要素として含む
ポリベンザゾール系化合物(本明細書において、単にホ
スホン酸基を有するポリベンザゾール系化合物とも呼称
する)であり、かつ、導電率が0.001S/cm以上
であるという条件を満たすことによっても一層好ましい
ものとなる。この場合においても、本発明のポリベンザ
ゾール系化合物は、優れたイオン伝導性を有することと
なり、燃料電池に用いる固体高分子電解質膜の材料とし
て一層好適に使用可能なものとなる。
<Polybenzazole Compound Having Phosphonic Acid Group> The polybenzazole compound of the present invention has, in addition to the above basic characteristics, an aromatic dicarboxylic acid-bonding unit having a phosphonic acid group as a constituent element. As a polybenzazole-based compound (also referred to as a polybenzazole-based compound having a phosphonic acid group in the present specification) and having a conductivity of 0.001 S / cm or more. Is also more preferable. Even in this case, the polybenzazole compound of the present invention has excellent ionic conductivity, and can be more suitably used as a material for a solid polymer electrolyte membrane used in a fuel cell.

【0086】この場合、本発明のポリベンザゾール系化
合物に導入し得るホスホン酸基としては、特に限定され
るものではないが、たとえば、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
スホン酸を有する芳香族ジカルボン酸およびこれらの誘
導体からなる原料モノマーを用いることにより、ポリベ
ンザゾール系化合物に導入し得るホスホン酸基が挙げら
れる。また、ホスホン酸基を有するポリベンザゾール系
化合物のホスホン酸基の構造は、特に限定されるもので
はないが、ここに示したようなフェニルホスホン酸基型
のものが好ましい。
In this case, the phosphonic acid group that can be introduced into the polybenzazole compound of the present invention is not particularly limited, but for example, 2,5-dicarboxyphenylphosphonic acid and 3,5-dicarboxylic acid can be used. A phosphonic acid group that can be introduced into a polybenzazole-based compound by using a raw material monomer composed of an aromatic dicarboxylic acid having a phosphonic acid such as carboxyphenylphosphonic acid and 2,5-bisphosphonoterephthalic acid, and derivatives thereof. Is mentioned. The structure of the phosphonic acid group of the polybenzazole-based compound having a phosphonic acid group is not particularly limited, but a phenylphosphonic acid group type as shown here is preferable.

【0087】また、本発明のホスホン酸基を有するポリ
ベンザゾール系化合物は、ベンズオキサゾール系結合ユ
ニットを主要な構成要素として含み、かつ、ホスホン酸
基を有する芳香族ジカルボン酸結合ユニットを含み、か
つ、導電率が0.01S/cm以上であればより一層好
ましい。この場合、本発明のポリベンザゾール系化合物
は、燃料電池に用いる固体高分子電解質膜の材料として
より一層好適に使用可能なものとなる。
The polybenzazole-based compound having a phosphonic acid group of the present invention contains a benzoxazole-based binding unit as a main constituent, and also contains an aromatic dicarboxylic acid binding unit having a phosphonic acid group, and It is even more preferable that the conductivity is 0.01 S / cm or more. In this case, the polybenzazole compound of the present invention can be used more suitably as a material for a solid polymer electrolyte membrane used in a fuel cell.

【0088】なお、本発明のホスホン酸基を有するポリ
ベンザゾール系化合物は、フッ素原子を含有しないこと
が好ましい。本発明のホスホン酸基を有するポリベンザ
ゾール系化合物は、フッ素原子を含有しなくとも優れた
耐久性、耐熱性、耐水性および機械強度を示し得るから
であり、また、フッ素原子を含有することは、製造工程
を煩雑にする傾向があり、製造コストの面でも不利とな
る傾向があるからである。さらに、フッ素原子を含有す
るとメタノールに対する耐性が低下する傾向があり、燃
料電池用固体電解質膜としては不利となる傾向がある。
なお、下記の本発明のホスホン酸基を有するポリベンザ
ゾール系化合物においても同様に、フッ素原子を含有し
ないことが好ましい。
The polybenzazole compound having a phosphonic acid group of the present invention preferably contains no fluorine atom. This is because the polybenzazole compound having a phosphonic acid group of the present invention can exhibit excellent durability, heat resistance, water resistance and mechanical strength without containing a fluorine atom, and also contains a fluorine atom. Is because the manufacturing process tends to be complicated, and the manufacturing cost tends to be disadvantageous. Further, when the fluorine atom is contained, the resistance to methanol tends to be lowered, which tends to be disadvantageous as a solid electrolyte membrane for fuel cells.
Similarly, it is preferable that the following polybenzazole-based compound having a phosphonic acid group of the present invention does not contain a fluorine atom.

【0089】さらに、下記の式下記の式(5)〜(8)
より選ばれる結合ユニットを含有することを特徴とする
ポリベンザゾール系化合物であることが特に好ましい。
Further, the following equations (5) to (8)
A polybenzazole-based compound characterized by containing a binding unit selected from the above is particularly preferable.

【0090】[0090]

【化9】 (式(5)から(8)においては、m3は1から4の整
数を表わし、Arは芳香族結合ユニットを表わし、X3
は−O−,−SO2−,−S−,−CO−,−CH2−,
−OPhO−よりなる群から選ばれる一種以上であり、
2はNH基、S原子、またはO原子であり、ZはS原
子またはO原子であり、Phは2価の芳香族結合ユニッ
トを表わし、RはH原子またはメチル基を表わすものと
する。)
[Chemical 9] (In formulas (5) to (8), m 3 represents an integer of 1 to 4, Ar represents an aromatic bond unit, and X 3
, - - -O is SO 2 -, - S -, - CO -, - CH 2 -,
-OPhO- is one or more selected from the group consisting of:
Y 2 is an NH group, an S atom or an O atom, Z is an S atom or an O atom, Ph represents a divalent aromatic bond unit, and R represents an H atom or a methyl group. )

【0091】<有機溶媒への溶解度>本発明のポリベン
ザゾール系化合物は、上記の基本的特性に加えて、ポリ
イミダゾール系結合ユニットを構成要素として含み、か
つ、スルホン酸基および/またはホスホン基酸を有する
芳香族ジカルボン酸結合ユニットを含むポリベンザゾー
ル系化合物(本明細書において、単にスルホン酸基およ
び/またはホスホン基酸を有するポリイミダゾール化合
物とも呼称する)であり、かつ、N−メチルピロリドン
(本明細書において、単にNMPとも略称する)への溶
解度が5%(w/w)以上であり、濃硫酸中で測定した
対数粘度が0.25dl/g以上であるという条件を満
たすことにより一段と好ましいものとなる。
<Solubility in Organic Solvent> In addition to the above basic characteristics, the polybenzazole-based compound of the present invention contains a polyimidazole-based binding unit as a constituent and has a sulfonic acid group and / or a phosphon group. A polybenzazole compound containing an aromatic dicarboxylic acid-bonding unit having an acid (also referred to herein simply as a polyimidazole compound having a sulfonic acid group and / or a phosphonic acid), and N-methylpyrrolidone By satisfying the conditions that the solubility in (herein also simply referred to as NMP) is 5% (w / w) and the logarithmic viscosity measured in concentrated sulfuric acid is 0.25 dl / g or more. It will be even more preferable.

【0092】ここで、ポリベンザゾール系化合物は一般
に溶解性が低く、強酸性溶媒にしか溶解しない場合も多
い。そして、固体高分子電解質膜を製造する場合、強酸
性溶液からの湿式法で膜を作ると、膜構造が不均一にな
りやすく、安定した性能を維持する固体高分子電解質膜
を製造することが難しい。一方、ポリベンザゾール系化
合物がNMPを始めとする有機溶媒に可溶性の場合は、
乾式法で製膜することができ、均質で、長期にわたり安
定した膜性能を示す固体高分子電解質膜を比較的容易に
製造することができる。
The polybenzazole compound generally has low solubility and often dissolves only in a strongly acidic solvent. Then, when producing a solid polymer electrolyte membrane, if the membrane is formed by a wet method from a strongly acidic solution, the membrane structure tends to become non-uniform, and a solid polymer electrolyte membrane that maintains stable performance can be produced. difficult. On the other hand, when the polybenzazole compound is soluble in an organic solvent such as NMP,
A membrane can be formed by a dry method, and a solid polymer electrolyte membrane that is homogeneous and exhibits stable membrane performance for a long period of time can be relatively easily produced.

【0093】よって、この場合、本発明のポリベンザゾ
ール系化合物は、NMPへの溶解性に優れるため、成形
性およびイオン伝導性に優れる高分子材料であると言
え、燃料電池に用いる固体高分子電解質膜の材料として
一段と好適に使用可能なものとなる。なお、本発明のポ
リベンザゾール系化合物のNMPへの溶解度が5%(w
/w)未満の場合は、所望の厚みの固体高分子電解質膜
を得るために多量の溶媒を必要とするため、膜の均一性
が損なわれやすい傾向がある。
Therefore, in this case, since the polybenzazole compound of the present invention has excellent solubility in NMP, it can be said that it is a polymer material having excellent moldability and ionic conductivity. It can be more suitably used as the material of the electrolyte membrane. The solubility of the polybenzazole compound of the present invention in NMP is 5% (w
If less than / w), a large amount of solvent is required to obtain a solid polymer electrolyte membrane having a desired thickness, and thus the uniformity of the membrane tends to be impaired.

【0094】<水浸漬による質量減少>本発明のポリベ
ンザゾール系化合物は、上記の基本的特性に加えて、分
子中に1.5meq/g以上のスルホン酸基および/ま
たはホスホン酸基を有し、25℃の水に72時間浸漬し
た際の質量の減少(本明細書において、単に水浸漬によ
る質量減少とも呼称する)が5%以下であればさらに一
層好ましい。この場合、本発明のポリベンザゾール系化
合物は、水浸漬による質量減少が5%以下であることに
より、ポリベンザゾール系化合物の溶解や膨潤による物
性低下がなく、燃料電池に用いる固体高分子電解質膜の
材料としてより一層好適に使用可能なものとなる。
<Reduction of Mass by Immersion in Water> The polybenzazole compound of the present invention has a sulfonic acid group and / or phosphonic acid group of 1.5 meq / g or more in the molecule in addition to the above basic characteristics. However, it is even more preferable that the mass reduction (hereinafter referred to simply as mass decrease due to water immersion) when immersed in water at 25 ° C. for 72 hours is 5% or less. In this case, since the polybenzazole-based compound of the present invention has a mass reduction of 5% or less due to immersion in water, the polybenzazole-based compound does not deteriorate in physical properties due to dissolution or swelling of the polybenzazole-based compound, and a solid polymer electrolyte used in a fuel cell. It can be used more suitably as a material for the film.

【0095】<熱による質量減少>一般に、芳香族環に
結合したスルホン酸基および/またはホスホン酸基は、
熱による脱スルホン酸反応および/または脱ホスホン酸
反応がおこりやすい。そのため、スルホン酸基および/
またはホスホン酸基を有する芳香族ポリマーは熱安定性
に劣るものが多い。
<Mass Reduction Due to Heat> Generally, the sulfonic acid group and / or phosphonic acid group bonded to the aromatic ring is
Desulphonic acid reaction and / or dephosphonic acid reaction due to heat easily occur. Therefore, sulfonic acid groups and /
In addition, many aromatic polymers having a phosphonic acid group have poor thermal stability.

【0096】また、一般に、イオン伝導性はポリマー中
のスルホン酸基および/またはホスホン酸基の量が多い
ほど高い値を示すが、スルホン酸基および/またはホス
ホン酸基を有するポリマーにおいては熱分解はスルホン
酸基および/またはホスホン酸基の脱離反応で開始する
ので、スルホン酸基および/またはホスホン酸基の量が
多いほど熱分解温度は低下する。現在までのところ、公
知の技術でこの問題を十分満足のいく水準で解決できる
技術は開示されていないため、固体高分子電解質膜の材
料となり得る、イオン伝導性と耐熱性の面でともに優れ
た高分子材料を得ることが、本技術分野においては未解
決の課題として現存している。
In general, the ionic conductivity becomes higher as the amount of sulfonic acid groups and / or phosphonic acid groups in the polymer increases, but thermal decomposition is caused in a polymer having sulfonic acid groups and / or phosphonic acid groups. Is initiated by the elimination reaction of the sulfonic acid group and / or the phosphonic acid group, the thermal decomposition temperature decreases as the amount of the sulfonic acid group and / or the phosphonic acid group increases. So far, no known technique has been disclosed that can solve this problem at a sufficiently satisfactory level, and therefore it has excellent ionic conductivity and heat resistance that can be used as a material for the solid polymer electrolyte membrane. Obtaining a polymer material still exists as an unsolved problem in this technical field.

【0097】一方、本発明のスルホン酸基および/また
はホスホン酸基を有するポリベンザゾール系化合物は熱
安定性に優れていることが特徴である。すなわち、本発
明のポリベンザゾール系化合物は、上記の基本的特性に
加えて、導電率が0.01S/cm以上であり、熱重量
測定(本明細書において、TGAとも略称する)におけ
る200℃昇温時点の試料質量を基準としたときの3%
質量減少温度(本明細書において、単に3%質量減少温
度と呼称する)が370℃以上であればより一層好まし
い。また、この3%質量減少温度が400℃以上であれ
ばさらに一段と好ましく、440℃以上であれば最も好
ましい。
On the other hand, the polybenzazole compound having a sulfonic acid group and / or a phosphonic acid group of the present invention is characterized by being excellent in thermal stability. That is, the polybenzazole-based compound of the present invention has a conductivity of 0.01 S / cm or more, in addition to the above basic characteristics, and a temperature of 200 ° C. in thermogravimetric measurement (abbreviated as TGA in the present specification). 3% based on the sample mass at the time of temperature rise
It is even more preferable that the mass reduction temperature (hereinafter referred to simply as 3% mass reduction temperature) is 370 ° C. or higher. Further, it is even more preferable if the 3% mass reduction temperature is 400 ° C. or higher, and most preferably 440 ° C. or higher.

【0098】この場合、本発明のポリベンザゾール系化
合物は、イオン伝導性と耐熱性に特に優れるため、燃料
電池に用いる固体高分子電解質膜の材料としてさらに一
段と好適に使用可能なものとなるため、上記の公知技術
による未解決の課題を解決するものであると言える。
In this case, since the polybenzazole compound of the present invention is particularly excellent in ionic conductivity and heat resistance, it can be more suitably used as a material for a solid polymer electrolyte membrane used in a fuel cell. It can be said that the above-mentioned publicly known techniques solve the unsolved problems.

【0099】そして、上記の熱安定性に優れた本発明の
ポリベンザゾール系化合物は、上記の基本的特性に加え
て、ホスホン酸基を有するポリベンザゾールであり、3
%質量減少温度が400℃以上であるという条件を満た
せば、さらに一層好ましい。また、この3%質量減少温
度が420℃以上であればさらに一段と好ましく、45
0℃以上であれば最も好ましい。この場合も、本発明の
ポリベンザゾール系化合物は、イオン伝導性と耐熱性に
特に優れるため、燃料電池に用いる固体高分子電解質膜
の材料としてさらに一段と好適に使用可能なものとなる
ため、上記の公知技術による未解決の課題を解決するも
のであると言える。
The polybenzazole compound of the present invention which is excellent in thermal stability is a polybenzazole having a phosphonic acid group in addition to the above basic characteristics,
It is even more preferable if the condition that the% mass reduction temperature is 400 ° C. or higher is satisfied. Further, if the 3% mass reduction temperature is 420 ° C. or higher, it is even more preferable.
Most preferably, it is 0 ° C or higher. Also in this case, the polybenzazole-based compound of the present invention is particularly excellent in ionic conductivity and heat resistance, so that it can be further suitably used as a material for a solid polymer electrolyte membrane used in a fuel cell. It can be said that the above-mentioned publicly-known techniques solve the unsolved problems.

【0100】さらに、上記の熱安定性に優れたホスホン
酸基を有するポリベンザゾール系化合物の中でも、NM
Pへの溶解度が5%(w/w)以上であるポリベンザゾ
ール系化合物は、なお一層好ましい。この場合、本発明
のポリベンザゾール系化合物は、高温時の耐久安定性と
ともに加工性にも特に優れるため、燃料電池に用いる固
体高分子電解質膜の材料としてさらに一段と好適に使用
可能なものとなる。また、NMPへの優れた溶解度に加
えて、このポリベンザゾール系化合物がポリベンズイミ
ダゾール系化合物であればさらに好ましいと言える。
Further, among the above-mentioned polybenzazole compounds having a phosphonic acid group excellent in thermal stability, NM
A polybenzazole compound having a solubility in P of 5% (w / w) or more is even more preferable. In this case, the polybenzazole-based compound of the present invention is particularly excellent in durability stability at high temperature as well as processability, so that it can be further suitably used as a material for a solid polymer electrolyte membrane used in a fuel cell. . Further, in addition to the excellent solubility in NMP, it can be said that the polybenzazole-based compound is more preferably a polybenzimidazole-based compound.

【0101】そして、これら高温時の耐久性と加工性に
優れたホスホン酸基含有ポリベンザゾール系化合物が、
導電率が0.001S/cm以上であることを特徴とす
るポリベンザゾール系化合物であれば、高温時の耐久性
と加工性に加えてイオン伝導性にも優れる点においてな
お一層好ましいものとなる。
Then, these phosphonic acid group-containing polybenzazole compounds excellent in durability at high temperature and processability are
A polybenzazole-based compound having an electrical conductivity of 0.001 S / cm or more is more preferable because it has excellent ion conductivity in addition to durability and processability at high temperatures. .

【0102】<スルホン酸基を有するポリベンズイミダ
ゾール系化合物>これまで述べてきた本発明のポリベン
ザゾール系化合物の中でも、上記の基本的特性に加え
て、スルホン酸基を有するポリベンズイミダゾール系化
合物であって、下記の式(3)と式(4)で表わされる
結合ユニットをn1:(1−n1)のモル比で構成要素と
して含むポリベンザゾール系化合物を含むことが特に好
ましい。
<Polybenzimidazole Compound Having Sulfonic Acid Group> Among the polybenzazole compounds of the present invention described above, in addition to the above basic characteristics, a polybenzimidazole compound having a sulfonic acid group is also provided. It is particularly preferable to include a polybenzazole-based compound containing a binding unit represented by the following formulas (3) and (4) at a molar ratio of n 1 : (1-n 1 ) as a constituent.

【0103】[0103]

【化10】 (式(3)および式(4)においては、m2は1から4
の整数を表わし、Arは芳香族結合ユニットを表わし、
2は−O−,−SO2−,−C(CH32−,−C(C
32−,−OPhO−よりなる群から選ばれる一種以
上であり、Phは2価の芳香族結合ユニットを表わすも
のとする。また、モル比は0.2≦n1≦1.0の式を
満たす。)
[Chemical 10] (In the formulas (3) and (4), m 2 is from 1 to 4
Represents an integer of, Ar represents an aromatic bond unit,
X 2 is -O -, - SO 2 -, - C (CH 3) 2 -, - C (C
F 3) 2 -, - OPhO- is from the group consisting one or more selected, Ph denote the divalent aromatic bond unit. Further, the molar ratio satisfies the formula of 0.2 ≦ n 1 ≦ 1.0. )

【0104】上記の式(3)においては、スルホン酸基
を有するArユニットが2,2’−ジスルホ−4,4’
−ビフェニルジカルボン酸結合ユニットまたは3,3’
−ジスルホ−4,4’−ビフェニルジカルボン酸ユニッ
トであることもさらに好ましい。これらの場合、本発明
のポリベンザゾール系化合物は、高温時の耐久安定性と
ともに耐溶剤性および機械強度にも優れるため、燃料電
池に用いる固体高分子電解質膜の材料としてさらに一段
と好適に使用可能なものとなる。
In the above formula (3), the Ar unit having a sulfonic acid group is 2,2'-disulfo-4,4 '.
-Biphenyldicarboxylic acid binding unit or 3,3 '
It is further preferable that it is a -disulfo-4,4'-biphenyldicarboxylic acid unit. In these cases, the polybenzazole-based compound of the present invention is excellent in durability stability at high temperature as well as solvent resistance and mechanical strength, so that it can be more suitably used as a material for a solid polymer electrolyte membrane used in a fuel cell. It will be

【0105】なお、n1=1.0の場合は、本発明のポ
リベンザゾール系化合物は、すべての繰り返し単位がス
ルホン酸基を含有するホモポリマーとなる。また、上述
の高温時の耐久安定性とともに耐溶剤性および機械強度
にも優れるスルホン酸基を有するポリベンズイミダゾー
ル系化合物においては、m2≧4であれば、耐水性を保
持しながら高いイオン伝導性を保持することが困難とな
る。
When n 1 = 1.0, the polybenzazole compound of the present invention is a homopolymer in which all repeating units contain a sulfonic acid group. Further, in the polybenzimidazole compound having a sulfonic acid group which is excellent in solvent stability and mechanical strength as well as durability stability at high temperature as described above, when m 2 ≧ 4, high ion conductivity while maintaining water resistance is obtained. It becomes difficult to maintain the sex.

【0106】ここで、本発明のポリベンザゾール系化合
物の構成要素として含まれる式(3)、式(4)で示さ
れる構造を有するベンズイミダゾール系結合ユニットの
原料モノマーとなり得る芳香族テトラミン類としては、
特に限定されるものではないが、たとえば、3,3’,
4,4’−テトラアミノジフェニルエーテル、3,
3’,4,4’−テトラアミノジフェニルチオエーテ
ル、3,3’,3,3’,4,4’−テトラアミノジフ
ェニルメタン、4,4’−テトラアミノジフェニルスル
ホン、2,2−ビス(3,4−ジアミノフェニル)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(3,4,−ジアミノフェノ
キシ)ベンゼンなどおよびその誘導体が挙げられる。こ
れらの誘導体の具体例としては、塩酸、硫酸、リン酸な
どの酸との塩などを挙げることができる。
Here, as aromatic tetramines which can be used as a raw material monomer of a benzimidazole-based binding unit having a structure represented by the formula (3) or (4) contained as a constituent element of the polybenzazole-based compound of the present invention, Is
Although not particularly limited, for example, 3,3 ′,
4,4'-tetraaminodiphenyl ether, 3,
3 ', 4,4'-tetraaminodiphenylthioether, 3,3', 3,3 ', 4,4'-tetraaminodiphenylmethane, 4,4'-tetraaminodiphenylsulfone, 2,2-bis (3,3 4-diaminophenyl) propane, 2,2-bis (3,4-diaminophenyl) hexafluoropropane, bis (3,4, -diaminophenoxy) benzene and the like and derivatives thereof. Specific examples of these derivatives include salts with acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid and phosphoric acid.

【0107】ここで、これらの芳香族テトラミン類は、
単独で使用してもよいが、同時に複数使用することもで
きる。また、これらの芳香族テトラミン類は、必要に応
じて塩化すず(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。
Here, these aromatic tetramines are
Although they may be used alone, a plurality of them may be used simultaneously. In addition, these aromatic tetramines may contain a known antioxidant such as tin (II) chloride or a phosphorous acid compound, if necessary.

【0108】また、式(3)の構造を有するベンズイミ
ダゾール系結合ユニットの原料モノマーとなり得るスル
ホン酸基を有する芳香族ジカルボン酸としては、特に限
定されるものではなく、芳香族系ジカルボン酸中に1個
から4個のスルホン酸基を含有する化合物を使用するこ
とができる。
The aromatic dicarboxylic acid having a sulfonic acid group which can be a raw material monomer of the benzimidazole-based binding unit having the structure of the formula (3) is not particularly limited, and the aromatic dicarboxylic acid It is possible to use compounds which contain 1 to 4 sulphonic acid groups.

【0109】具体例としては、2,5−ジカルボキシベ
ンゼンスルホン酸、3,5−ジカルボキシベンゼンスル
ホン酸、2,5−ジカルボキシ−1,4−ベンゼンジス
ルホン酸、4,6−ジカルボキシ−1,3−ベンゼンジ
スルホン酸、2,2’−ジスルホ−4,4’−ビフェニ
ルジカルボン酸、3,3’−ジスルホ−4,4’−ビフ
ェニルジカルボン酸、などのスルホン酸を有する芳香族
ジカルボン酸およびこれらの誘導体を挙げることができ
る。これらの誘導体の具体例としては、ナトリウム、カ
リウムなどのアルカリ金属塩や、アンモニウム塩などを
挙げることができる。
Specific examples include 2,5-dicarboxybenzenesulfonic acid, 3,5-dicarboxybenzenesulfonic acid, 2,5-dicarboxy-1,4-benzenedisulfonic acid and 4,6-dicarboxy- Aromatic dicarboxylic acids having sulfonic acids such as 1,3-benzenedisulfonic acid, 2,2'-disulfo-4,4'-biphenyldicarboxylic acid, and 3,3'-disulfo-4,4'-biphenyldicarboxylic acid And their derivatives. Specific examples of these derivatives include alkali metal salts such as sodium and potassium, ammonium salts, and the like.

【0110】ここで、これらのスルホン酸基を有する芳
香族ジカルボン酸はそれら単独で用いてもよいが、式
(22)の構造を有するベンズイミダゾール系結合ユニ
ットの原料モノマーとなり得るスルホン酸基を有さない
芳香族ジカルボン酸とともに共重合の形で反応させて、
本発明のポリベンザゾール化合物を合成することができ
る。
Here, although these aromatic dicarboxylic acids having a sulfonic acid group may be used alone, they have a sulfonic acid group which can be a raw material monomer of a benzimidazole-based binding unit having the structure of formula (22). Not react with aromatic dicarboxylic acid in the form of copolymerization,
The polybenzazole compound of the present invention can be synthesized.

【0111】ここで、これらのスルホン酸基を有する芳
香族ジカルボン酸とともに本発明のポリベンザゾール化
合物の合成に使用できるスルホン酸基を有さない芳香族
ジカルボン酸としては、特に限定されるものではない
が、たとえば、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などのポリ
エステル原料として報告されている一般的な芳香族ジカ
ルボン酸を使用することができる。
The aromatic dicarboxylic acid having no sulfonic acid group which can be used in the synthesis of the polybenzazole compound of the present invention together with the aromatic dicarboxylic acid having a sulfonic acid group is not particularly limited. However, for example, polyesters such as terephthalic acid, isophthalic acid, naphthalene dicarboxylic acid, diphenyl ether dicarboxylic acid, diphenyl sulfone dicarboxylic acid, biphenyl dicarboxylic acid, terphenyl dicarboxylic acid, 2,2-bis (4-carboxyphenyl) hexafluoropropane A general aromatic dicarboxylic acid reported as a raw material can be used.

【0112】また、スルホン酸基を有する芳香族ジカル
ボン酸の純度は特に限定されるものではないが、98%
以上が好ましく、99%以上であればより好ましい。ス
ルホン酸基を有する芳香族ジカルボン酸を原料モノマー
として重合されたポリイミダゾール系化合物は、スルホ
ン酸基を有さない芳香族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、スルホン
酸基を有する芳香族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からである。
The purity of the aromatic dicarboxylic acid having a sulfonic acid group is not particularly limited, but is 98%.
The above is preferable, and 99% or more is more preferable. A polyimidazole compound polymerized using an aromatic dicarboxylic acid having a sulfonic acid group as a raw material monomer tends to have a lower degree of polymerization than a case where an aromatic dicarboxylic acid having no sulfonic acid group is used. Therefore, it is preferable to use an aromatic dicarboxylic acid having a sulfonic acid group, which is as pure as possible.

【0113】さらに、スルホン酸基を有する芳香族ジカ
ルボン酸とともにスルホン酸基を有さない芳香族ジカル
ボン酸を使用する場合、スルホン酸基を有する芳香族ジ
カルボン酸を全芳香族ジカルボン酸中の20モル%以上
とすることで、本発明のスルホン酸基を有するポリベン
ザゾール系化合物の、燃料電池に用いる固体高分子電解
質膜に使用する材料としての優れた効果を明確にするこ
とができる。そして、本発明のスルホン酸基を有するポ
リベンザゾール系化合物の、前記の効果をきわだった形
で引き出すためには、スルホン酸基を有する芳香族ジカ
ルボン酸を全芳香族ジカルボン酸中の50モル%以上と
することがより好ましい。
Furthermore, when an aromatic dicarboxylic acid having no sulfonic acid group is used together with an aromatic dicarboxylic acid having a sulfonic acid group, the aromatic dicarboxylic acid having a sulfonic acid group is used in an amount of 20 mol based on the total aromatic dicarboxylic acid. When the content is at least%, the excellent effect of the polybenzazole-based compound having a sulfonic acid group of the present invention as a material used for a solid polymer electrolyte membrane used for a fuel cell can be clarified. And, in order to bring out the above-mentioned effects of the polybenzazole-based compound having a sulfonic acid group of the present invention in a remarkable manner, the aromatic dicarboxylic acid having a sulfonic acid group is added in an amount of 50 mol% in the wholly aromatic dicarboxylic acid. It is more preferable to set it as above.

【0114】繰返しになるが、上記の本発明のスルホン
酸基を有するポリベンズイミダゾール系化合物は、耐久
性、耐溶剤性、機械的特性に優れている。たとえば、耐
久性としては熱水中での加水分解による分子量低下が少
なく、耐溶剤性としては酸性水溶液中での膨潤も少な
く、機械的特性としては膜厚の薄い膜として取扱っても
破断などの心配がないという面で優れている。
To reiterate, the polybenzimidazole compound having a sulfonic acid group of the present invention is excellent in durability, solvent resistance and mechanical properties. For example, durability has a low molecular weight reduction due to hydrolysis in hot water, solvent resistance has low swelling in an acidic aqueous solution, and mechanical properties include rupture even when handled as a thin film. It is excellent in that you do not have to worry.

【0115】<樹脂組成物>本発明のスルホン酸基およ
び/またはホスホン酸基を有するポリベンザゾール系化
合物は、樹脂組成物中に単独で主成分として配合して
も、得られた樹脂組成物は燃料電池に用いる固体高分子
電解質膜の材料として好適に使用可能である。しかし、
本発明のスルホン酸基および/またはホスホン酸基を有
するポリベンザゾール系化合物は単独での使用に限られ
るわけではなく、他のポリマーとともに主成分として配
合しても同様に、得られた樹脂組成物は燃料電池に用い
る固体高分子電解質膜の材料として好適に使用可能であ
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。これら樹脂組成物として使用する場合には、本
発明のポリベンザゾール系化合物は、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。本発明のポリベンザゾー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。
<Resin Composition> The polybenzazole-based compound having a sulfonic acid group and / or a phosphonic acid group of the present invention is obtained even if the polybenzazole compound of the present invention is added alone as a main component to the resin composition. Can be suitably used as a material for a solid polymer electrolyte membrane used in a fuel cell. But,
The polybenzazole-based compound having a sulfonic acid group and / or a phosphonic acid group of the present invention is not limited to being used alone, and may be blended as a main component with other polymers in the same manner to obtain the resin composition. The product can be suitably used as a material for a solid polymer electrolyte membrane used in a fuel cell. Examples of these polymers include polyesters such as polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate and polyethylene naphthalate, nylon 6,
Polyamides such as nylon 6,6, nylon 6,10, and nylon 12, polymethyl methacrylate, polymethacrylic acid esters, acrylate resins such as polymethyl acrylate, polyacrylic acid esters, polyacrylic acid resin, polymethacryl Acid resins, 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 , Polyetheretherketone, polyetherimide, polyimide, polyamideimide, polybenzimidazole, polybenzoxazole, polyben Aromatic polymers, such as thiazole, epoxy resins, phenolic resins, novolak resins,
The thermosetting resin such as benzoxazine resin is not particularly limited. When used as these resin compositions, the polybenzazole 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 polybenzazole-based 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 and good ion conductivity is obtained. In addition, the unit containing a sulfonic acid group becomes a discontinuous phase, and the mobility of the ion to be conducted tends to decrease. In addition,
The composition of the present invention optionally contains, for example, an antioxidant,
It may contain various additives such as a heat stabilizer, a lubricant, a tackifier, a plasticizer, a cross-linking agent, a viscosity modifier, an antistatic agent, an antibacterial agent, a defoaming agent, a dispersant and a polymerization inhibitor.

【0116】ここで、本発明のスルホン酸基および/ま
たはホスホン酸基を有するポリベンザゾール系化合物と
ともに配合し得るポリマーとしては、イオン性基を有さ
ないポリベンザゾール系化合物(本明細書において、単
にイオン性基を有さないポリベンザゾール系化合物とも
呼称する)が好ましい。イオン性基を有さないポリベン
ザゾール系化合物とは、芳香族ポリオキサゾール類、芳
香族ポリチアゾール類、芳香族ポリイミダゾール類およ
びそれらが混在する組成物やそれらの共重合体を言うも
のとする。
Here, as a polymer which can be blended with the polybenzazole compound having a sulfonic acid group and / or a phosphonic acid group of the present invention, a polybenzazole compound having no ionic group (in the present specification, , And also referred to simply as a polybenzazole-based compound having no ionic group). The polybenzazole-based compound having no ionic group means an aromatic polyoxazole, an aromatic polythiazole, an aromatic polyimidazole, a composition in which they are mixed, or a copolymer thereof. .

【0117】すなわち、本発明の樹脂組成物は、本発明
のスルホン酸基および/またはホスホン酸基を有するポ
リベンザゾール系化合物とイオン性基を有さないポリベ
ンザゾール系化合物を含有する。なお、本発明の樹脂組
成物は、本発明のスルホン酸基および/またはホスホン
酸基を有するポリベンザゾール系化合物単独からなる樹
脂組成物も含むものとする。
That is, the resin composition of the present invention contains the polybenzazole compound having the sulfonic acid group and / or the phosphonic acid group of the present invention and the polybenzazole compound having no ionic group. It should be noted that the resin composition of the present invention also includes a resin composition consisting of a polybenzazole-based compound having a sulfonic acid group and / or a phosphonic acid group of the present invention alone.

【0118】本発明の樹脂組成物に配合し得るイオン性
基を有さないポリベンザゾール系化合物は、一般的に
は、下記の式(9)のような構造の繰り返し単位を構成
要素として含むポリベンザゾール系化合物である。
The polybenzazole compound having no ionic group, which can be blended in the resin composition of the present invention, generally contains a repeating unit having a structure represented by the following formula (9) as a constituent element. It is a polybenzazole compound.

【0119】[0119]

【化11】 (ここで、式(9)において、R1はアゾール環を形成
できる4価の芳香族結合ユニットを示し、XはO原子、
S原子またはNH基を表す。また、R2は二価の芳香族
結合ユニットを示す。そして、R1およびR2はいずれも
芳香族環の単環であっても、複数の芳香族環の結合体あ
るいは縮合環であってもよく、安定な置換基を有してい
てもよい。さらに、R1およびR2はいずれもその芳香族
環中にN原子,S原子,O原子などが存在するヘテロ環
構造を有していてもかまわない。)
[Chemical 11] (Here, in the formula (9), R 1 represents a tetravalent aromatic bond unit capable of forming an azole ring, X represents an O atom,
Represents an S atom or NH group. R 2 represents a divalent aromatic bond unit. Each of R 1 and R 2 may be a monocyclic aromatic ring, may be a combination of a plurality of aromatic rings or a condensed ring, and may have a stable substituent. Further, both R 1 and R 2 may have a heterocyclic structure in which N atom, S atom, O atom and the like are present in the aromatic ring. )

【0120】また、本発明の樹脂組成物に配合し得るイ
オン性基を有さないポリベンザゾール系化合物は、下記
の式(10)で示すような構造を有する繰り返し単位と
しても示すことができる。
The polybenzazole compound having no ionic group, which can be blended in the resin composition of the present invention, can also be shown as a repeating unit having a structure represented by the following formula (10). .

【0121】[0121]

【化12】 (ここで、式(10)において、XはO原子、S原子ま
たはNH基を表す。また、R3はアゾール環を形成でき
る三価の芳香族結合ユニットを示す。)
[Chemical 12] (Here, in the formula (10), X represents an O atom, an S atom, or an NH group. Further, R 3 represents a trivalent aromatic bond unit capable of forming an azole ring.)

【0122】そして、本発明の樹脂組成物に配合し得る
イオン性基を有さないポリベンザゾール系化合物は、式
(9)および式(10)の両方で示される構造の結合ユ
ニットからなる繰り返し単位をともに構成要素として含
むポリベンザゾール系化合物であってもよい。
The polybenzazole compound having no ionic group, which can be incorporated into the resin composition of the present invention, is a repeating unit composed of a bonding unit having a structure represented by both formula (9) and formula (10). It may be a polybenzazole compound containing both units as constituent elements.

【0123】本発明の樹脂組成物に配合し得るイオン性
基を有さないポリベンザゾール系化合物としては、特に
限定されるものではないが、たとえば、ポリ{(ベンズ
[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}、ポリ{(ベンズ
[1,2−d:4,5−d’]ビスオキサゾール−2,
6−ジイル)−1,4−フェニレン}、ポリ{(ベンズ
[1,2−d:5,4−d’]ビスチアゾール−2,6
−ジイル)−1,4−フェニレン}、ポリ{(ベンズ
[1,2−d:4,5−d’]ビスチアゾール−2,6
−ジイル)−1,4−フェニレン}、ポリ{(ベンズ
[1,2−d:5,4−d’]ビスイミダゾール−2,
6−ジイル)−1,4−フェニレン}、ポリ{(ベンズ
[1,2−d:4,5−d’]ビスイミダゾール−2,
6−ジイル)−1,4−フェニレン}、ポリ{2,2’
−(p−フェニレン)−6,6’−ビベンズオキサゾー
ル}、ポリ{2,2’−(m−フェニレン)−6,6’
−ビベンズオキサゾール}、ポリ{2,2’−(p−フ
ェニレン)−6,6’−ビベンズチアゾール}、ポリ
{2,2’−(m−フェニレン)−6,6’−ビベンズ
チアゾール}、ポリ{2,2’−(p−フェニレン)−
6,6’−ビベンズイミダゾール}、ポリ{2,2’−
(m−フェニレン)−6,6’−ビベンズイミダゾー
ル}、ポリ(2,6−ベンズオキサゾール)、ポリ
(2,5−ベンズオキサゾール)、ポリ(2,6−ベン
ズチアゾール)、ポリ(2,5−ベンズチアゾール)、
ポリ(2,6−ベンズイミダゾール)、ポリ(2,5−
ベンズイミダゾール)などを挙げることができる。そし
て、これらの化合物の中でも、ポリ{(ベンズ[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}、ポリ{(ベンズ[1,2
−d:4,5−d’]ビスオキサゾール−2,6−ジイ
ル)−1,4−フェニレン}、ポリ{(ベンズ[1,2
−d:5,4−d’]ビスチアゾール−2,6−ジイ
ル)−1,4−フェニレン}、ポリ{(ベンズ[1,2
−d:4,5−d’]ビスチアゾール−2,6−ジイ
ル)−1,4−フェニレン}、ポリ(2,6−ベンズオ
キサゾール)、ポリ(2,5−ベンズオキサゾール)、
ポリ(2,6−ベンズチアゾール)、ポリ(2,5−ベ
ンズチアゾール)などが、本発明の樹脂組成物に配合し
得るイオン性基を有さないポリベンザゾール系化合物と
しては特に好ましい。
The polybenzazole compound having no ionic group, which can be blended in the resin composition of the present invention, is not particularly limited, but for example, poly {(benz [1,2-d: 5,4-d '] bisoxazole-2,
6-diyl) -1,4-phenylene}, poly {(benz [1,2-d: 4,5-d '] bisoxazole-2,
6-diyl) -1,4-phenylene}, poly {(benz [1,2-d: 5,4-d '] bisthiazole-2,6
-Diyl) -1,4-phenylene}, poly {(benz [1,2-d: 4,5-d '] bisthiazole-2,6
-Diyl) -1,4-phenylene}, poly {(benz [1,2-d: 5,4-d '] bisimidazole-2,
6-diyl) -1,4-phenylene}, poly {(benz [1,2-d: 4,5-d '] bisimidazole-2,
6-diyl) -1,4-phenylene}, poly {2,2 '
-(P-phenylene) -6,6'-bibenzoxazole}, poly {2,2 '-(m-phenylene) -6,6'
-Bibenzoxazole}, poly {2,2 '-(p-phenylene) -6,6'-bibenzthiazole}, poly {2,2'-(m-phenylene) -6,6'-bibenzthiazole }, Poly {2,2 '-(p-phenylene)-
6,6'-Vibenzimidazole}, poly {2,2'-
(M-phenylene) -6,6'-bibenzimidazole}, poly (2,6-benzoxazole), poly (2,5-benzoxazole), poly (2,6-benzthiazole), poly (2, 5-benzthiazole),
Poly (2,6-benzimidazole), poly (2,5-
Benzimidazole) and the like. And among these compounds, poly {(benz [1,2
-D: 5,4-d '] bisoxazole-2,6-diyl) -1,4-phenylene}, poly {(benz [1,2]
-D: 4,5-d '] bisoxazole-2,6-diyl) -1,4-phenylene}, poly {(benz [1,2]
-D: 5,4-d '] bisthiazole-2,6-diyl) -1,4-phenylene}, poly {(benz [1,2]
-D: 4,5-d '] bisthiazole-2,6-diyl) -1,4-phenylene}, poly (2,6-benzoxazole), poly (2,5-benzoxazole),
Poly (2,6-benzthiazole), poly (2,5-benzthiazole), and the like are particularly preferable as the polybenzazole-based compound having no ionic group that can be compounded in the resin composition of the present invention.

【0124】本発明の樹脂組成物に配合し得るイオン性
基を有さないポリベンザゾール系化合物の重合度は、メ
タンスルホン酸中で測定した場合の対数粘度が0.5d
l/g以上となるような重合度であることが好ましく、
1dl/g以上となるような重合度であればより好まし
い。また、この重合度は、上記の対数粘度が50dl/
g以下となるような重合度であることが好ましく、30
dl/g以下となるような重合度であればより好まし
い。上記の対数粘度が0.5dl/g未満となるような
重合度である場合には、樹脂組成物の成形性や機械特性
が低下する傾向があり、上記の対数粘度が50dl/g
を超えるような重合度である場合には、樹脂組成物の加
工性が低下する傾向がある。
The degree of polymerization of the polybenzazole compound having no ionic group, which can be blended in the resin composition of the present invention, has a logarithmic viscosity of 0.5 d when measured in methanesulfonic acid.
The polymerization degree is preferably 1 / g or more,
It is more preferable that the polymerization degree be 1 dl / g or more. The degree of polymerization is such that the logarithmic viscosity is 50 dl /
The degree of polymerization is preferably not more than g, 30
It is more preferable that the polymerization degree be dl / g or less. When the degree of polymerization is such that the logarithmic viscosity is less than 0.5 dl / g, the moldability and mechanical properties of the resin composition tend to deteriorate, and the logarithmic viscosity is 50 dl / g.
When the degree of polymerization exceeds, the processability of the resin composition tends to decrease.

【0125】本発明の樹脂組成物における、イオン性基
を有さないポリベンザゾール系化合物の含有量は、樹脂
組成物全体の質量に対して1質量%以上であることが好
ましく、10質量%以上であればより好ましい。また、
この含有量は99質量%以下であることが好ましく、5
0質量%以下であればより好ましく、30質量%以下で
あれば最も好ましい。この含有量が1質量%未満の場合
には、成形性や機械特性が低下する傾向があり、この含
有量が99質量%を超えると本来の目的である高分子電
解質としての特性が低下する傾向がある。
The content of the polybenzazole compound having no ionic group in the resin composition of the present invention is preferably 1% by mass or more based on the mass of the entire resin composition, and 10% by mass. The above is more preferable. Also,
This content is preferably 99% by mass or less, and 5
It is more preferably 0% by mass or less, and most preferably 30% by mass or less. When the content is less than 1% by mass, moldability and mechanical properties tend to be deteriorated, and when the content exceeds 99% by mass, properties as a polymer electrolyte, which is the original purpose, tends to be deteriorated. There is.

【0126】本発明のスルホン酸基および/またはホス
ホン酸基を有するポリベンザゾール系化合物と他のポリ
マーを混合する方法としては、公知の任意の方法を用い
ることができる。たとえば、両者を適当な溶媒に溶解し
て混合したり、溶融混練したり、粉砕して混合したりす
ることなどができるが、これらに限定されるものではな
い。
As the method for mixing the polybenzazole compound having a sulfonic acid group and / or phosphonic acid group of the present invention with another polymer, any known method can be used. For example, both can be dissolved in an appropriate solvent and mixed, melt-kneaded, crushed and mixed, but the invention is not limited thereto.

【0127】これらの混合方法の中でも、製造工程の簡
便性、製造コストおよび品質を考慮すれば、両者を溶媒
に溶解して混合する方法が好ましい。具体的には、両者
を溶解した溶液を混合してもよいし、一度に両者を混合
して溶解してもよい。
Among these mixing methods, the method of dissolving the both in a solvent and mixing them is preferable in view of simplicity of the manufacturing process, manufacturing cost and quality. Specifically, a solution in which both are dissolved may be mixed, or both may be mixed and dissolved at once.

【0128】この場合、両者を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を用い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、これらの溶媒は単独で用
いてもよいが、可能な範囲で複数を混合して使用しても
よい。さらに、両者の溶解性を向上させる手段として、
両者を溶解する溶媒として、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
したものを用いてもよい。
In this case, the solvent for dissolving both is
Use aprotic polar solvents such as N, N-dimethylacetamide, N, N-dimethylformamide, dimethylsulfoxide, N-methylpyrrolidone and hexamethylphosphonamide, and strong acids such as polyphosphoric acid, methanesulfonic acid, sulfuric acid and trifluoroacetic acid. However, the present invention is not limited to these. Further, these solvents may be used alone, or a plurality of solvents may be mixed and used within a possible range. Furthermore, as a means for improving the solubility of both,
As a solvent that dissolves both, a solvent obtained by adding a Lewis acid such as lithium bromide, lithium chloride, or aluminum chloride to an organic solvent may be used.

【0129】上記の溶液中における、本発明のスルホン
酸基および/またはホスホン酸基を有するポリベンザゾ
ール系化合物と他のポリマーとの濃度の合計は、0.1
質量%以上であることが好ましく、0.5質量%以上で
あればより好ましい。また、この濃度の合計は、50質
量%以下であることが好ましく、30質量%以下であれ
ばより好ましい。この濃度の合計が0.1質量%未満の
場合には、樹脂組成物の成形性が低下する傾向があり、
この濃度の合計が50質量%を超えると樹脂組成物の加
工性が低下する傾向がある。
In the above solution, the total concentration of the polybenzazole compound having a sulfonic acid group and / or phosphonic acid group of the present invention and the other polymer is 0.1.
It is preferably at least mass%, more preferably at least 0.5 mass%. Further, the total concentration is preferably 50% by mass or less, and more preferably 30% by mass or less. If the total concentration is less than 0.1% by mass, the moldability of the resin composition tends to decrease,
If the total concentration exceeds 50% by mass, the processability of the resin composition tends to decrease.

【0130】<樹脂成形物>本発明の樹脂成形物は、本
発明のスルホン酸基および/またはホスホン酸基を有す
るポリベンザゾール系化合物を含有する。
<Resin Molded Product> The resin molded product of the present invention contains the polybenzazole compound having a sulfonic acid group and / or a phosphonic acid group of the present invention.

【0131】すなわち、本発明の樹脂成形物は、本発明
のスルホン酸基および/またはホスホン酸基を有するポ
リベンザゾール系化合物を含有する樹脂組成物またはそ
の樹脂組成物を溶解させた溶液を、押し出し、紡糸、圧
延、キャストなど任意の公知の成形方法により繊維やフ
ィルムなどの形状に成形することにより製造することが
できる。
That is, the resin molded product of the present invention comprises a resin composition containing the polybenzazole compound having a sulfonic acid group and / or a phosphonic acid group of the present invention, or a solution prepared by dissolving the resin composition, It can be produced by molding into a shape such as a fiber or a film by any known molding method such as extrusion, spinning, rolling and casting.

【0132】なお、これらの成形方法の中でも、本発明
の樹脂組成物を適当な溶媒に溶解した溶液から成形する
方法が好ましい。したがって、本発明の樹脂成形物は本
発明の樹脂組成物から成形される以上、必然的に本発明
のスルホン酸基および/またはホスホン酸基を有するポ
リベンザゾール系化合物を含有することとなる。
Among these molding methods, the method of molding from a solution of the resin composition of the present invention dissolved in a suitable solvent is preferable. Therefore, since the resin molded product of the present invention is molded from the resin composition of the present invention, it necessarily contains the polybenzazole compound having a sulfonic acid group and / or a phosphonic acid group of the present invention.

【0133】ここで、本発明の樹脂組成物を溶解する溶
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、特にこれらに限定されるものではな
い。
Here, as the solvent for dissolving the resin composition of the present invention, N, N-dimethylacetamide, N, N-
Aprotic polar solvents such as dimethylformamide, dimethylsulfoxide, N-methylpyrrolidone, hexamethylphosphonamide, polyphosphoric acid, methanesulfonic acid,
A suitable acid can be selected from strong acids such as sulfuric acid and trifluoroacetic acid, but is not particularly limited thereto.

【0134】また、これらの溶媒は、単独で用いてもよ
いが、可能な範囲で複数を混合して使用してもよい。ま
た、本発明の樹脂組成物の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。
Further, these solvents may be used alone, or a plurality of them may be mixed and used within a possible range. Further, as a means for improving the solubility of the resin composition of the present invention, a solvent obtained by adding a Lewis acid such as lithium bromide, lithium chloride or aluminum chloride to an organic solvent may be used.

【0135】ここで、溶液中の本発明の樹脂組成物の濃
度は0.1質量%以上であることが好ましく、1質量%
以上であればより好ましい。また、この濃度は50質量
%以下であることが好ましく、30質量%以下であれば
より好ましい。この濃度が0.1質量%未満の場合に
は、樹脂成形物の成形性が低下する傾向があり、この濃
度が50質量%を超えると、樹脂成形物の加工性が低下
する傾向がある。
Here, the concentration of the resin composition of the present invention in the solution is preferably 0.1% by mass or more, and 1% by mass.
The above is more preferable. Further, this concentration is preferably 50% by mass or less, and more preferably 30% by mass or less. If the concentration is less than 0.1% by mass, the moldability of the resin molded product tends to decrease, and if this concentration exceeds 50% by mass, the processability of the resin molded product tends to decrease.

【0136】さらに、本発明の樹脂組成物を含有する溶
液から樹脂成形物を得る方法としては、公知の成形方法
を用いることができる。たとえば、加熱、減圧乾燥、樹
脂組成物を溶解する溶媒と混和できるが樹脂組成物がほ
とんど溶解できない非溶媒への浸漬などによって、溶媒
を除去しスルホン酸基および/またはホスホン酸基を有
するポリベンザゾール系化合物を含有する樹脂組成物を
含有する樹脂成形物を得ることができる。
Further, as a method for obtaining a resin molded product from a solution containing the resin composition of the present invention, a known molding method can be used. For example, the polybenza having a sulfonic acid group and / or a phosphonic acid group is removed by removing the solvent by heating, drying under reduced pressure, immersion in a non-solvent that can mix with the solvent that dissolves the resin composition but hardly dissolves the resin composition A resin molded product containing a resin composition containing a sol-based compound can be obtained.

【0137】ここで、本発明の樹脂組成物を溶解させる
溶媒が有機溶媒の場合は、加熱または減圧乾燥で溶媒を
留去させることが好ましい。この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、必要に応じて他の樹脂組成物と複合さ
れた形で繊維やフィルムに成形することもできる。たと
えば、溶解性挙動が類似するポリベンザゾール系化合物
を含有する樹脂組成物と組み合わせると、良好な成形を
するのに都合がよい。
When the solvent for dissolving the resin composition of the present invention is an organic solvent, it is preferable that the solvent be distilled off by heating or drying under reduced pressure. When the solvent is a strong acid, it is preferably immersed in water, methanol, acetone or the like. At this time, if necessary, it may be formed into a fiber or film in a form of being combined with another resin composition. For example, when combined with a resin composition containing a polybenzazole compound having a similar solubility behavior, it is convenient for good molding.

【0138】<固体高分子電解質膜>本発明の固体高分
子電解質膜は、本発明のスルホン酸基および/またはホ
スホン酸基を有するポリベンザゾール系化合物を含有す
る。
<Solid Polymer Electrolyte Membrane> The solid polymer electrolyte membrane of the present invention contains the polybenzazole compound having a sulfonic acid group and / or a phosphonic acid group of the present invention.

【0139】本発明のスルホン酸基および/またはホス
ホン酸基を有するポリベンザゾール系化合物は、イオン
伝導性に優れているため、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。
よって、本発明の固体高分子電解質膜もイオン伝導性に
優れ、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。
Since the polybenzazole compound having a sulfonic acid group and / or a phosphonic acid group of the present invention has excellent ion conductivity, it is used in the form of a film or a film and used as an ion exchange membrane of a fuel cell or the like. Suitable for
Therefore, the solid polymer electrolyte membrane of the present invention also has excellent ionic conductivity and is suitable for use as an ion exchange membrane for fuel cells and the like.

【0140】また、本発明の固体高分子電解質膜は、本
発明のスルホン酸基および/またはホスホン酸基を有す
るポリベンザゾール系化合物を含有する樹脂組成物を成
形することにより得ることができる。
The solid polymer electrolyte membrane of the present invention can be obtained by molding a resin composition containing the polybenzazole compound having a sulfonic acid group and / or a phosphonic acid group of the present invention.

【0141】ここで、本発明のスルホン酸基および/ま
たはホスホン酸基を有するポリベンザゾール系化合物を
含有する樹脂組成物を主成分とする膜を成形する好まし
い方法は、本発明の樹脂組成物を含有する溶液からのキ
ャストである。キャストした溶液から上記のように溶媒
を除去してスルホン酸基および/またはホスホン酸基を
有するポリベンザゾール系化合物を含有する樹脂組成物
を含有する膜を得ることができる。
Here, a preferable method for forming a film containing a resin composition containing the polybenzazole compound having a sulfonic acid group and / or a phosphonic acid group of the present invention as a main component is the resin composition of the present invention. Is a cast from a solution containing. The solvent can be removed from the cast solution as described above to obtain a film containing a resin composition containing a polybenzazole compound having a sulfonic acid group and / or a phosphonic acid group.

【0142】この場合、溶媒の除去は、乾燥により行う
ことが膜の均一性からは好ましい。また、樹脂組成物や
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、ガラス板やポリテトラフロロエチレン板などを用い
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。
In this case, it is preferable that the solvent is removed by drying in terms of the uniformity of the film. Further, in order to prevent decomposition and alteration of the resin composition and the solvent, it is preferable to dry under reduced pressure at the lowest possible temperature. A glass plate, a polytetrafluoroethylene plate, or the like can be used as the substrate to be cast. 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.

【0143】また、この場合、キャストする際の溶液の
厚み(本明細書において、単にキャスト厚とも呼称す
る)は特に制限されないが、10μm以上であることが
好ましく、100μm以上であればより好ましい。ま
た、この厚みは1000μm以下であることが好まし
く、500μm以下であればより好ましい。この厚みが
100μm未満の場合には、キャストした溶液から得ら
れる膜が形態を保てなくなる傾向があり、この厚みが1
000μmを超えると、不均一な膜ができやすくなる傾
向がある。
Further, in this case, the thickness of the solution at the time of casting (also referred to simply as casting thickness in the present specification) is not particularly limited, but is preferably 10 μm or more, and more preferably 100 μm or more. The thickness is preferably 1000 μm or less, and more preferably 500 μm or less. If the thickness is less than 100 μm, the film obtained from the cast solution tends to lose its shape, and the thickness is 1
When it exceeds 000 μm, a non-uniform film tends to be easily formed.

【0144】さらに、この溶液のキャスト厚を制御する
方法としては、公知の制御方法を用いることができる。
たとえば、特に限定されるものではないが、アプリケー
ター、ドクターブレードなどを用いてキャスト厚を一定
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キャスト厚を一定に制御す
ることができる。
Further, as a method for controlling the cast thickness of this solution, a known control method can be used.
For example, although not particularly limited, the cast thickness is made constant by using an applicator, a doctor blade or the like, or the cast area is made constant by using a glass petri dish or the like, and the cast thickness is controlled at a constant amount or concentration of the solution. can do.

【0145】そして、このようにしてキャストした溶液
の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。たとえば、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。
A more uniform film can be obtained by adjusting the solvent removal rate of the thus cast solution. 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 polymer can be adjusted by leaving the solution in air or an inert gas for an appropriate time.

【0146】また、本発明の固体高分子電解質膜は、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。
The solid polymer electrolyte membrane of the present invention may have any thickness depending on the purpose, but it 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.

【0147】一方、本発明の固体高分子電解質膜は、目
的に応じて任意の膜厚にすることができるが、機械強度
の面からはできるだけ厚いことが好ましい。具体的には
5μm以上であることが好ましく、10μm以上である
ことがさらに好ましく、20μm以上であることが最も
好ましい。
On the other hand, the solid polymer electrolyte membrane of the present invention can have any thickness depending on the purpose, but it is preferably as thick as possible from the viewpoint of mechanical strength. Specifically, it is preferably 5 μm or more, more preferably 10 μm or more, and most preferably 20 μm or more.

【0148】本発明による膜は、耐久性、耐溶剤性、機
械的特性に優れている。例えば、耐久性としては高温で
の劣化が少なく、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。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
ー樹脂等の塗料として利用することもできる。
The film according to the present invention is excellent in durability, solvent resistance and mechanical properties. For example, durability is such that deterioration at high temperatures is low, solvent resistance is low in swelling in an acidic aqueous solution, and mechanical properties are such that there is no risk of breakage during handling even when the film is thin. Further, by using the polymer structure of the present invention as a main component, it can be used as a coating material for a binder resin or the like when producing a bonded body of the ion exchange membrane of the present invention and an electrode.

【0149】<本発明の固体高分子電解質膜/電極触媒
層の複合体>本発明のスルホン酸基および/またはホス
ホン酸基を有するポリベンザゾール系化合物を含有する
樹脂組成物は、固体高分子電解質膜とその両面に接合さ
れた電極触媒層とで構成される固体高分子電解質/電極
触媒層複合体において、該固体高分子電解質膜および/
または電極触媒層の構成成分として好適に使用すること
ができる。
<Compound of Solid Polymer Electrolyte Membrane / Electrode Catalyst Layer of the Present Invention> A resin composition containing a polybenzazole compound having a sulfonic acid group and / or a phosphonic acid group of the present invention is a solid polymer. In a solid polymer electrolyte / electrode catalyst layer composite composed of an electrolyte membrane and electrode catalyst layers bonded to both surfaces thereof, the solid polymer electrolyte membrane and //
Alternatively, it can be suitably used as a constituent component of the electrode catalyst layer.

【0150】このとき、本発明のスルホン酸基および/
またはホスホン酸基を有するポリベンザゾール系化合物
は、イオン伝導性の面からは、分子中に1.5meq/
g以上のスルホン酸基および/またはホスホン基を有す
ることが好ましい。
At this time, the sulfonic acid group of the present invention and /
Alternatively, the polybenzazole-based compound having a phosphonic acid group has a molecular weight of 1.5 meq /
It is preferable to have g or more sulfonic acid groups and / or phosphonic groups.

【0151】本発明の固体高分子電解質膜/電極触媒層
の複合体は、該固体高分子電解質膜および/または電極
触媒層が本発明のスルホン酸基および/またはホスホン
酸基を有するポリベンザゾール系化合物を含有している
ことが特徴である。
The solid polymer electrolyte membrane / electrode catalyst layer composite of the present invention is a polybenzazole in which the solid polymer electrolyte membrane and / or electrode catalyst layer has a sulfonic acid group and / or a phosphonic acid group of the present invention. It is characterized by containing a system compound.

【0152】また、本発明の固体高分子電解質膜/電極
触媒層の複合体においては、該固体高分子電解質膜およ
び電極触媒層の両者が本発明のスルホン酸基および/ま
たはホスホン酸基を有するポリベンザゾール系化合物を
主成分していることが好ましい。
In the solid polymer electrolyte membrane / electrode catalyst layer composite of the present invention, both the solid polymer electrolyte membrane and the electrode catalyst layer have the sulfonic acid group and / or phosphonic acid group of the present invention. It is preferable that the main component is a polybenzazole compound.

【0153】また、本発明の固体高分子電解質膜/電極
触媒層の複合体においては、該固体高分子電解質膜と電
極触媒層とを接着させるバインダーが本発明のスルホン
酸基および/またはホスホン酸基を有するポリベンザゾ
ール系化合物を含有していればさらに好ましい。
In the solid polymer electrolyte membrane / electrode catalyst layer composite of the present invention, the binder for adhering the solid polymer electrolyte membrane and the electrode catalyst layer is a sulfonic acid group and / or phosphonic acid of the present invention. It is more preferable to contain a polybenzazole compound having a group.

【0154】ここで、本発明のスルホン酸基および/ま
たはホスホン酸基を有するポリベンザゾール系化合物を
含有する上記のバインダーの硫酸酸中における対数粘度
は、0.1dl/g以上であることが好ましく、0.3
dl/g以上であればさらに好ましい。また、この対数
粘度は、10dl/g以下であることが好ましく、8d
l/g以下であればさらに好ましい。
The logarithmic viscosity in sulfuric acid of the above binder containing the polybenzazole compound having a sulfonic acid group and / or a phosphonic acid group of the present invention is 0.1 dl / g or more. Preferably 0.3
More preferably, it is dl / g or more. The logarithmic viscosity is preferably 10 dl / g or less,
More preferably, it is 1 / g or less.

【0155】本発明の固体高分子電解質膜/電極触媒層
の複合体においては、固体高分子電解質膜としては、デ
ュポン社製の「ナフィオン(登録商標)」、ダウケミカ
ル社製の「ダウ膜」、旭硝子社製の「フレミオン(登録
商標)」、旭化成社製の「アシプレックス(登録商
標)」、ゴアテックス社製の「ゴアセレクト(登録商
標)」などの既存のパーフルオロカーボンスルホン酸系
の高分子電解質や、スルホン化ポリエーテルスルホンや
スルホン化ポリエーテルケトン、リン酸や硫酸などの強
酸を含浸したポリベンズイミダゾール、および本発明の
スルホン酸基および/またはホスホン酸基を有するポリ
ベンザゾール系化合物を含有する高分子電解質を好適に
使用することができる。また、これらの高分子電解質膜
としては、イオン伝導性が大きく損なわれない範囲であ
れば、これらの高分子電解質を複数含む固体高分子電解
質膜を用いることもできる。
In the solid polymer electrolyte membrane / electrode catalyst layer composite of the present invention, as the solid polymer electrolyte membrane, “Nafion (registered trademark)” manufactured by DuPont, “Dow membrane” manufactured by Dow Chemical Co., Ltd. , Asahi Glass "Flemion (registered trademark)", Asahi Kasei "Aciplex (registered trademark)", Gore-Tex Inc. "Goreselect (registered trademark)" and other existing perfluorocarbon sulfonic acid-based high Molecular electrolytes, sulfonated polyether sulfones, sulfonated polyether ketones, polybenzimidazoles impregnated with strong acids such as phosphoric acid and sulfuric acid, and polybenzazole compounds having a sulfonic acid group and / or phosphonic acid group of the present invention A polymer electrolyte containing is preferably used. Further, as these polymer electrolyte membranes, solid polymer electrolyte membranes containing a plurality of these polymer electrolytes can be used as long as the ion conductivity is not significantly impaired.

【0156】また、本発明の固体高分子電解質膜/電極
触媒層の複合体において用いる高分子電解質膜として
は、本発明のスルホン酸基および/またはホスホン酸基
を有するポリベンザゾール系化合物以外のポリマーを混
合して作成された固体高分子電解質膜を用いてもよい。
混合するポリマーとしては、ポリアゾール系のポリマー
が相溶性に優れるため好ましい。
Further, as the polymer electrolyte membrane used in the solid polymer electrolyte membrane / electrode catalyst layer composite of the present invention, other than the polybenzazole-based compound having a sulfonic acid group and / or a phosphonic acid group of the present invention, You may use the solid polymer electrolyte membrane produced by mixing polymers.
As a polymer to be mixed, a polyazole-based polymer is preferable because it has excellent compatibility.

【0157】そして、本発明の固体高分子電解質膜/電
極触媒層の複合体において用いる高分子電解質膜は、各
種高分子電解質を含有する樹脂組成物を、溶液に溶解し
てキャストした後乾燥あるいは非溶媒に浸漬して溶媒を
除去したり、このような溶液や樹脂組成物の熱プレスや
ロール、押し出しによる成型など、公知の任意の成形方
法によって得ることができる。
The polymer electrolyte membrane used in the solid polymer electrolyte membrane / electrode catalyst layer composite of the present invention is a resin composition containing various polymer electrolytes, which is dissolved in a solution and cast, and then dried or It can be obtained by any known molding method such as dipping in a non-solvent to remove the solvent or molding such a solution or resin composition by hot pressing, rolling or extrusion.

【0158】ここで、本発明の固体高分子電解質膜/電
極触媒層の複合体において用いる固体高分子電解質膜の
厚みは5μm以上であることが好ましく、10μm以上
であることがより好ましい。また、この厚みは300μ
m以下であることが好ましく、100μm以下であれば
より好ましい。
Here, the thickness of the solid polymer electrolyte membrane used in the solid polymer electrolyte membrane / electrode catalyst layer composite of the present invention is preferably 5 μm or more, and more preferably 10 μm or more. Also, this thickness is 300μ
It is preferably m or less, and more preferably 100 μm or less.

【0159】本発明の固体高分子電解質膜/電極触媒層
の複合体において用いる固体高分子電解質膜を成形する
際には、本発明のスルホン酸基および/またはホスホン
酸基を有するポリベンザゾール系化合物を含有する樹脂
組成物を溶媒に溶解して成形することが好ましい。
When the solid polymer electrolyte membrane used in the solid polymer electrolyte membrane / electrode catalyst layer composite of the present invention is molded, a polybenzazole system having a sulfonic acid group and / or a phosphonic acid group of the present invention is used. It is preferable that the resin composition containing the compound is dissolved in a solvent to be molded.

【0160】この場合に、本発明のスルホン酸基および
/またはホスホン酸基を有するポリベンザゾール系化合
物を含有する樹脂組成物を溶解するのに適する溶媒とし
ては、特に限定されるものではないが、たとえば、ジメ
チルスルホキシド、N−メチルピロリドン、ジメチルホ
ルムアミド、ジメチルアセトアミド、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、塩化アルミ
ニウム、塩化リチウム、臭化リチウムなどのルイス酸を
添加したニトロメタン、ニトロベンゼンなどのニトロ化
化合物や、ポリリン酸、硫酸、メタンスルホン酸、エタ
ンスルホン酸、クロロスルホン酸、トリフルオロ酢酸な
どの強酸などが挙げられる。また、これらの溶媒は単独
で使用してもよいが、本本発明の固体高分子電解質膜/
電極触媒層の複合体において用いる固体高分子電解質膜
の特性に悪影響を及ぼさない範囲で複数を混合して使用
してもよい。
In this case, the solvent suitable for dissolving the resin composition containing the polybenzazole compound having a sulfonic acid group and / or a phosphonic acid group of the present invention is not particularly limited. , For example, aprotic polar solvents such as dimethyl sulfoxide, N-methylpyrrolidone, dimethylformamide, dimethylacetamide, and hexamethylphosphonamide; Examples thereof include nitrated compounds and strong acids such as polyphosphoric acid, sulfuric acid, methanesulfonic acid, ethanesulfonic acid, chlorosulfonic acid and trifluoroacetic acid. Further, although these solvents may be used alone, the solid polymer electrolyte membrane of the present invention /
You may mix and use two or more in the range which does not have a bad influence on the characteristic of the solid polymer electrolyte membrane used in the composite of an electrode catalyst layer.

【0161】さらに、これらの溶媒の中でも、ジメチル
アセトアミドなどの非プロトン性極性溶媒が好ましい。
そして、非プロトン性極性溶媒は、ポリマーの溶解性と
溶液の安定性を向上させるために、塩化アルミニウム、
塩化リチウム、臭化リチウムなどのルイス酸を添加して
もよい。また、本発明のスルホン酸基および/またはホ
スホン酸基を有するポリベンズオキサゾールやポリベン
ズチアゾールのスルホン酸基および/またはホスホン酸
基の含有量が多いと非プロトン性極性溶媒への溶解性が
高まるためにより好ましい。
Further, among these solvents, aprotic polar solvents such as dimethylacetamide are preferable.
Then, the aprotic polar solvent is aluminum chloride, in order to improve the solubility of the polymer and the stability of the solution,
A Lewis acid such as lithium chloride or lithium bromide may be added. Further, when the content of the sulfonic acid group and / or phosphonic acid group of the polybenzoxazole or polybenzthiazole having a sulfonic acid group and / or phosphonic acid group of the present invention is high, the solubility in an aprotic polar solvent is increased. Therefore, it is more preferable.

【0162】本発明の固体高分子電解質膜/電極触媒層
の複合体は、固体高分子電解質膜に触媒金属と結着材と
をホットプレスしたり、市販のガス拡散電極に本発明の
スルホン酸基およびまたはホスホン酸基を有するポリベ
ンザゾール系化合物をはじめとする高分子電解質を噴霧
したり塗布したりして浸透させたもので前記の固体高分
子電解質膜を挟んで接合したりすることにより得ること
ができる。
The solid polymer electrolyte membrane / electrode catalyst layer composite of the present invention can be obtained by hot pressing a catalyst metal and a binder onto the solid polymer electrolyte membrane, or by using a commercially available gas diffusion electrode with the sulfonic acid of the present invention. By spraying or coating a polymer electrolyte including a polybenzazole-based compound having a phosphonic acid group and / or a phosphonic acid group and allowing it to permeate, and by sandwiching and bonding the solid polymer electrolyte membrane Obtainable.

【0163】また、本発明の固体高分子電解質膜/電極
触媒層の複合体は、ポリテトラフロロエチレン、ポリプ
ロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート
などの樹脂フィルムに、前記の高分子電解質と触媒とを
溶媒に均一に分散したペーストを塗布乾燥の繰り返しに
よって積層したものを、触媒層を内側にして固体高分子
電解質膜を挟みホットプレスして接合することによって
も得ることができる。
Further, the solid polymer electrolyte membrane / electrode catalyst layer composite of the present invention comprises a resin film of polytetrafluoroethylene, polypropylene, polyethylene, polyethylene terephthalate or the like, and the polymer electrolyte and catalyst as a solvent. It is also possible to obtain a laminate in which pastes that have been uniformly dispersed are repeatedly applied and dried to sandwich the solid polymer electrolyte membrane with the catalyst layer on the inside and perform hot pressing to join them.

【0164】また、本発明の固体高分子電解質膜/電極
触媒層の複合体は、前記の高分子電解質と触媒とを溶媒
に均一に分散したペーストを、刷毛、筆、アプリケータ
ー、噴霧、印刷などの方法によって固体高分子電解質膜
に塗布した後に、溶媒を乾燥させて接合することによっ
ても得ることができる。また、このようなペーストでカ
ーボンペーパーなどの電極材と高分子電解質膜とを接合
しても得ることができる。なお、これらの方法において
は、あらかじめイオン性基をNaなどのアルカリ金属塩
としておいてから行ない、接合後の酸処理によってもと
の酸に戻すことをしてもよい。またスパッタリングなど
によって固体高分子電解質膜に直接触媒を接合すること
もできる。
Further, the solid polymer electrolyte membrane / electrode catalyst layer composite of the present invention is a brush, a brush, an applicator, a sprayer, a printer, etc., prepared by using a paste obtained by uniformly dispersing the polymer electrolyte and the catalyst in a solvent. It can also be obtained by applying a solvent to the solid polymer electrolyte membrane by the method described above, and then drying the solvent to bond it. It can also be obtained by joining an electrode material such as carbon paper and a polymer electrolyte membrane with such a paste. In these methods, the ionic group may be previously prepared as an alkali metal salt such as Na, and the acid may be returned to the original acid by an acid treatment after bonding. Alternatively, the catalyst can be directly bonded to the solid polymer electrolyte membrane by sputtering or the like.

【0165】さらに、高分子電解質として本発明のスル
ホン酸基および/またはホスホン酸基を有するポリベン
ザゾール系化合物を用いる場合は、前記の溶媒を使用す
ることができる。この際、溶液あるいはペースト中の高
分子電解質の濃度は0.1質量%以上であることが好ま
しく、1質量%以上であればより好ましい。また、この
濃度は50質量%以下であることが好ましく、30質量
%以下であればより好ましい。
Further, when the polybenzazole compound having a sulfonic acid group and / or a phosphonic acid group of the present invention is used as the polymer electrolyte, the above solvent can be used. At this time, the concentration of the polymer electrolyte in the solution or paste is preferably 0.1% by mass or more, and more preferably 1% by mass or more. Further, this concentration is preferably 50% by mass or less, and more preferably 30% by mass or less.

【0166】本発明の固体高分子電解質膜/電極触媒層
の複合体においては、該電極触媒層に用いる触媒として
は、触媒金属の微粒子を担持した導電性材料が好まし
く、その他の成分を含んでいてもよい。この触媒金属は
白金を主成分とする貴金属であることが好ましく、ロジ
ウム、パラジウム、金、銀、イリジウム、ルテニウムな
どの他の金属を含んでいてもよい。
In the solid polymer electrolyte membrane / electrode catalyst layer composite of the present invention, the catalyst used in the electrode catalyst layer is preferably a conductive material carrying fine particles of catalytic metal, and contains other components. You may stay. This catalytic metal is preferably a noble metal containing platinum as a main component, and may contain other metals such as rhodium, palladium, gold, silver, iridium, and ruthenium.

【0167】また、この触媒の粒径は1nm以上である
ことが好ましく、5nm以上であればより好ましい。そ
して、この触媒の粒系は50nm以下であることが好ま
しく、30nm以下であればより好ましい。
The particle size of this catalyst is preferably 1 nm or more, more preferably 5 nm or more. The particle size of this catalyst is preferably 50 nm or less, and more preferably 30 nm or less.

【0168】さらに、本発明の固体高分子電解質膜/電
極触媒層の複合体に用いる電極触媒層においては、高分
子電解質に対する触媒の量は50質量%以上であること
が好ましく、70質量%以上であればより好ましい。ま
た、この触媒の量は1,000質量%以下であることが
好ましく、500質量%以下であればより好ましい。
Further, in the electrode catalyst layer used in the solid polymer electrolyte membrane / electrode catalyst layer composite of the present invention, the amount of the catalyst relative to the polymer electrolyte is preferably 50% by mass or more, and 70% by mass or more. It is more preferable if The amount of this catalyst is preferably 1,000% by mass or less, more preferably 500% by mass or less.

【0169】本発明の固体高分子電解質膜/電極触媒層
の複合体に用いる電極触媒層におけるその他の成分とし
ては、特に限定されるものではないが、たとえば、結着
材としてポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロ
エチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテルコポリ
マー、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロエチレ
ンコポリマーなどが挙げられる。
Other components in the electrode catalyst layer used in the solid polymer electrolyte membrane / electrode catalyst layer composite of the present invention are not particularly limited, but, for example, polytetrafluoroethylene as a binder, Examples thereof include tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer and tetrafluoroethylene-hexafluoroethylene copolymer.

【0170】本発明の固体高分子電解質膜/電極触媒層
の複合体に用いる電極触媒層を成形するためのホットプ
レスの条件は、使用する材料によって適当な条件を選ぶ
ことができるが、良好な成形性を得るためには、ホット
プレスの温度は100℃以上であることが好ましく、1
50℃以上であればより好ましい。また、ホットプレス
の温度は300℃以下であることが好ましく、250℃
以下であればより好ましい。そして、ホットプレスの圧
力は1MPa以上であることが好ましく、2MPa以上
であればより好ましい。また、ホットプレスの圧力は1
0MPa以下であることが好ましく、7MPa以下であ
ればより好ましい。
The hot pressing conditions for molding the electrode catalyst layer used in the solid polymer electrolyte membrane / electrode catalyst layer composite of the present invention can be selected appropriately depending on the material used, but are favorable. In order to obtain moldability, the hot press temperature is preferably 100 ° C or higher, and 1
More preferably, it is 50 ° C. or higher. The temperature of the hot press is preferably 300 ° C or lower, and 250 ° C.
The following is more preferable. The pressure of the hot press is preferably 1 MPa or higher, more preferably 2 MPa or higher. The pressure of hot press is 1
It is preferably 0 MPa or less, and more preferably 7 MPa or less.

【0171】[0171]

【実施例】以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説
明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
The present invention will be described in more detail below with reference to examples, but the present invention is not limited thereto.

【0172】なお、本明細書において、各種測定および
評価は次のように行った。 (i)濃硫酸中における溶液の対数粘度の測定 試料ポリマーを0.5g/dlの濃度となるように濃硫
酸に溶解し、30℃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、対数粘度[ln(ta/t
b)]/cを求めて評価した(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(g
/dl))。
In this specification, various measurements and evaluations were performed as follows. (I) Measurement of Logarithmic Viscosity of Solution in Concentrated Sulfuric Acid A sample polymer was dissolved in concentrated sulfuric acid to a concentration of 0.5 g / dl, and viscosity was measured using an Ostwald viscometer in a constant temperature bath at 30 ° C. , Logarithmic viscosity [ln (ta / t
b)] / c was obtained and 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 (g.
/ Dl)).

【0173】(ii)イオン伝導性の測定 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10KHzにおける交流
インピーダンスをSOLARTRON社1250FRE
QUENCY 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]×膜厚[cm]
×抵抗極間勾配[Ω/cm]
(Ii) Measurement of ionic conductivity A platinum wire (diameter: 0.2 mm) was pressed against the surface of the strip-shaped membrane sample on a self-made measuring probe (made of polytetrafluoroethylene), and 80 ° C., 95% RH. Constant temperature and humidity oven (Nagano Scientific Machinery Co., Ltd., LH-20-01)
Hold the sample inside and measure the AC impedance at 10 KHz between the platinum wires by SOLARTRON 1250FRE.
It was measured by QUENCY 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 from the gradient obtained by plotting the distance between the electrodes and the measured resistance value by the following formula. Conductivity [S / cm] = 1 / film width [cm] × film thickness [cm]
× Resistance gap between electrodes [Ω / cm]

【0174】(iii)N−メチルピロリドンへの溶解
度の測定 50mlフラスコにN−メチルピロリドン10.00g
および試料ポリマー0.50gを取り、170℃のオイ
ルバス中で窒素雰囲気下で3時間攪拌し、1G2のガラ
スフィルターで濾過した。目視によりフィルター上に残
留物が認められなければ溶解度が5%以上であると判定
した。
(Iii) Determination of Solubility in N-Methylpyrrolidone 10.00 g of N-methylpyrrolidone in a 50 ml flask.
Then, 0.50 g of the sample polymer was taken, stirred in a 170 ° C. oil bath under a nitrogen atmosphere for 3 hours, and filtered through a 1G2 glass filter. If no residue was visually observed on the filter, the solubility was determined to be 5% or more.

【0175】(iv)水浸漬による質量減少の測定 試料ポリマー100mgを10mlのイオン交換水に2
5℃で3日間浸漬し、1G2のガラスフィルターで残留
物を濾過した。濾過後、フィルターを80℃で一晩減圧
乾燥し、濾過前後の質量から、残留物の質量を求め、質
量減少率を求めた。
(Iv) Measurement of mass reduction by immersion in water 100 mg of a sample polymer was added to 10 ml of ion-exchanged water for 2 minutes.
After soaking at 5 ° C for 3 days, the residue was filtered through a 1G2 glass filter. After filtration, the filter was dried under reduced pressure at 80 ° C. overnight, and the mass of the residue was determined from the mass before and after filtration to determine the mass reduction rate.

【0176】(v)耐熱水性の評価 沸騰水中に膜試料を1時間浸漬した際に、膨潤や溶解な
どで膜の形態が変化しないかを目視で判定した。
(V) Evaluation of hot water resistance When the membrane sample was immersed in boiling water for 1 hour, it was visually judged whether the morphology of the membrane changed due to swelling or dissolution.

【0177】(vi)耐久性の評価 試料ポリマーを溶封したアンプル中で100℃の水中に
浸漬して3日間放置し、処理前後の溶液の対数粘度を上
記のようにして測定し、対数粘度の測定値の変化から耐
久性の評価を行った。
(Vi) Evaluation of Durability The sample polymer was immersed in a sealed ampoule in water at 100 ° C. and left for 3 days, and the logarithmic viscosity of the solution before and after the treatment was measured as described above. The durability was evaluated from the change in the measured value.

【0178】(vii)TGAによる3%質量減少温度
の測定 TGAによる測定は、(株)島津製作所製TGA−50
を用い、実質的に塩を形成していないスルホン酸基およ
び/またはホスホン酸基を有するポリマーとなっている
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150℃にした後30分保持して試料
中の水分を除去し、さらに10℃/分で600℃まで測
定した。200℃昇温時点の試料質量を基準にその質量
の3%が減少した時点の温度を3%質量減少温度と定義
して求めた。
(Vii) Measurement of 3% mass decrease temperature by TGA TGA-50 manufactured by Shimadzu Corporation was used for measurement by TGA.
Was used to measure about 5 mg of a sample that is a polymer having substantially no salt-forming sulfonic acid group and / or phosphonic acid group under an argon atmosphere. The temperature was raised to 150 ° C. at 10 ° C./min, held for 30 minutes to remove water in the sample, and further measured to 600 ° C. at 10 ° C./min. The temperature at the time when 3% of the mass of the sample at the time of raising the temperature by 200 ° C. decreased was defined as 3% mass decrease temperature.

【0179】(viii)IRスペクトルの測定 分光器としてBiorad社FTS−40、顕微鏡とし
てBiorad社UMA−300Aを用いて、顕微透過
法により試料ポリマーのIRスペクトルを測定した。
(Viii) Measurement of IR spectrum The IR spectrum of the sample polymer was measured by a microscopic transmission method using FTS-40 manufactured by Biorad as a spectroscope and UMA-300A manufactured by Biorad as a microscope.

【0180】合成例1 まず、3,3’,4,4’−テトラアミノジフェニルス
ルホン(略称:TAS、純度99%)1.500g
(5.389×10-3molに相当)、2,5−ジカル
ボキシベンゼンスルホン酸モノナトリウム(略称:ST
A、純度99%)1.445g(5.389×10-3
olに相当)、ポリリン酸(五酸化リン含量75質量
%)20.48g(五酸化リンとして0.1082mo
lに相当)、五酸化リン16.41g(0.1156m
olに相当)を重合容器に量り取った。次に、重合容器
内に窒素を流し、オイルバス上でゆっくり撹拌しながら
100℃まで昇温した。続いて、100℃で1時間保持
した後、150℃に昇温して1時間、200℃に昇温し
て4時間重合した。重合終了後、放冷した後、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
紙が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濃
硫酸中における対数粘度は、1.35dl/gを示し
た。また、得られたポリマーのIRスペクトルを測定し
た結果を図1に示す。図1に示すIRスペクトルの結果
より、本発明におけるスルホン酸基が導入されたポリベ
ンズイミダゾールであることがわかる。次に、得られた
ポリマー400mgとNMP4mlと混合して撹拌しな
がら、オイルバス上で170℃に加熱して溶解させた。
続いて、得られた溶液をホットプレート上でガラス板上
に約200μm厚となるように流延し、NMPを蒸発さ
せた。そして、得られたフィルムをガラス板からはが
し、80℃で終夜減圧乾燥し、その後アセトン浸漬する
ことで溶媒を除いてイオン伝導性の測定に用いる膜を作
製した。次いで、得られた膜のTGA測定を行った。こ
のとき得られたTGA測定のチャートを図2に示す。図
2の結果より、3%質量減少温度は462℃であること
がわかる。また、得られた膜の80℃95%RHにおけ
るイオン伝導度は0.018S/cmを示し、測定した
イオン伝導度は長期にわたり安定した性能を保った。さ
らに、得られた膜を沸騰水中に1時間浸漬したが、形態
の変化は認められなかった。また、100℃の水中で3
日間浸漬処理したあとの対数粘度は1.37dl/gで
あり、処理前との変化は認められなかった。また厚さ1
0μm程度の薄膜を作製しても、上記の各種評価におい
て膜が壊れることはなかった。上記の各種測定結果およ
び評価結果を表1にまとめる。
Synthesis Example 1 First, 1.500 g of 3,3 ′, 4,4′-tetraaminodiphenyl sulfone (abbreviation: TAS, purity 99%)
(Corresponding to 5.389 × 10 −3 mol), monosodium 2,5-dicarboxybenzenesulfonate (abbreviation: ST)
A, purity 99%) 1.445 g (5.389 × 10 −3 m)
ol), polyphosphoric acid (phosphorus pentoxide content 75% by mass), 20.48 g (0.1082 mo as phosphorus pentoxide)
equivalent to 1), 16.41 g of phosphorus pentoxide (0.1156 m
(corresponding to ol) was weighed into a polymerization vessel. Next, nitrogen was flown into the polymerization vessel, and the temperature was raised to 100 ° C. while slowly stirring on an oil bath. Then, after holding at 100 ° C. for 1 hour, the temperature was raised to 150 ° C. for 1 hour, and the temperature was raised to 200 ° C. for 4 hours for polymerization. After the completion of the polymerization, the mixture was allowed 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 inherent viscosity of the obtained polymer in concentrated sulfuric acid was 1.35 dl / g. Moreover, the result of having measured the IR spectrum of the obtained polymer is shown in FIG. From the results of the IR spectrum shown in FIG. 1, it is found that the polybenzimidazole in which the sulfonic acid group is introduced according to the present invention. Next, 400 mg of the obtained polymer and 4 ml of NMP were mixed and stirred and heated to 170 ° C. on an oil bath to be dissolved.
Then, the obtained solution was cast on a glass plate on a hot plate so as to have a thickness of about 200 μm to evaporate NMP. Then, the obtained film was peeled off from the glass plate, dried under reduced pressure at 80 ° C. overnight, and then immersed in acetone to remove the solvent, thereby producing a film used for measuring ion conductivity. Then, TGA measurement of the obtained film was performed. The TGA measurement chart obtained at this time is shown in FIG. From the result of FIG. 2, it can be seen that the 3% mass reduction temperature is 462 ° C. The ionic conductivity of the obtained film at 80 ° C. and 95% RH was 0.018 S / cm, and the measured ionic conductivity maintained stable performance for a long period of time. Further, the obtained film was immersed in boiling water for 1 hour, but no change in morphology was observed. Also, in water at 100 ℃ 3
The logarithmic viscosity after the immersion treatment for one day was 1.37 dl / g, and no change from that before the treatment was observed. Thickness 1
Even if a thin film of about 0 μm was formed, the film was not broken in the above various evaluations. Table 1 summarizes the above various measurement results and evaluation results.

【0181】[0181]

【表1】 *1:濃硫酸中で測定した対数粘度 *2:熱水浸漬保管後の対数粘度 *3:熱水浸漬後の目視評価[Table 1] * 1: Logarithmic viscosity measured in concentrated sulfuric acid * 2: Logarithmic viscosity after hot water immersion storage * 3: Visual evaluation after hot water immersion

【0182】合成例2 STAのかわりにSTAとテレフタル酸(略称:TP
A)の混合比を変えて、合計で5.389×10-3mo
lになるようにして仕込む以外は、合成例1と同様にし
てポリマーを重合し、膜を作製して、各種測定および各
種評価を行った。各種測定および各種評価の結果、イオ
ン伝導度はいずれの試料とも長期にわたり安定した性能
を保つとともに、膜の形態も良好に保たれていた。また
厚さ10μm程度の薄膜を作製しても、上記の各種評価
において膜が壊れることはなかった。各種測定結果およ
び評価結果を表2に示す。
Synthesis Example 2 STA and terephthalic acid (abbreviation: TP) instead of STA
5.389 × 10 −3 mo in total by changing the mixing ratio of A)
A polymer was polymerized in the same manner as in Synthesis Example 1 except that the mixture was charged so that the amount became 1. Then, various measurements and various evaluations were performed. As a result of various measurements and various evaluations, ionic conductivity of all the samples was stable for a long period of time, and the morphology of the film was also kept good. Further, even if a thin film having a thickness of about 10 μm was produced, the film was not broken in the above various evaluations. Table 2 shows various measurement results and evaluation results.

【0183】[0183]

【表2】 *1:濃硫酸中で測定した対数粘度 *2:熱水浸漬保管後の対数粘度 *3:熱水浸漬後の目視評価[Table 2] * 1: Logarithmic viscosity measured in concentrated sulfuric acid * 2: Logarithmic viscosity after hot water immersion storage * 3: Visual evaluation after hot water immersion

【0184】合成例3 STAのかわりに3,5−ジカルボキシベンゼンスルホ
ン酸モノナトリウム(略称:SIA、純度98%)を用
いる以外は、合成例1と同様にしてポリマーを重合し、
膜を作製して、各種測定および各種評価を行った。この
とき、TPA/SIA=66/34となるように仕込比
率を調整した場合における、得られたポリマーのIRス
ペクトルを図3に示す。図3に示すIRスペクトルの結
果より、本発明におけるスルホン酸基が導入されたポリ
ベンズイミダゾールであることがわかる。各種測定およ
び各種評価の結果、イオン伝導度はいずれの試料とも長
期にわたり安定した性能を保つとともに、膜の形態も良
好に保たれていた。また厚さ10μm程度の薄膜を作製
しても、上記の各種評価において膜が壊れることはなか
った。各種測定結果および評価結果を表3に示す。
Synthesis Example 3 A polymer was polymerized in the same manner as in Synthesis Example 1 except that monosodium 3,5-dicarboxybenzenesulfonate (abbreviation: SIA, purity 98%) was used instead of STA.
A film was prepared and various measurements and various evaluations were performed. At this time, the IR spectrum of the obtained polymer when the charging ratio was adjusted so that TPA / SIA = 66/34 is shown in FIG. From the results of the IR spectrum shown in FIG. 3, it can be seen that it is the polybenzimidazole into which the sulfonic acid group of the present invention has been introduced. As a result of various measurements and various evaluations, ionic conductivity of all the samples was stable for a long period of time, and the morphology of the film was also kept good. Further, even if a thin film having a thickness of about 10 μm was produced, the film was not broken in the above various evaluations. Table 3 shows various measurement results and evaluation results.

【0185】[0185]

【表3】 *1:濃硫酸中で測定した対数粘度 *2:熱水浸漬保管後の対数粘度 *3:熱水浸漬後の目視評価[Table 3] * 1: Logarithmic viscosity measured in concentrated sulfuric acid * 2: Logarithmic viscosity after hot water immersion storage * 3: Visual evaluation after hot water immersion

【0186】合成例4 重合時に塩化すず(II)をTASに対して1モル%に
なるように加えてポリマーを得ること以外は、合成例3
と同様にしてポリマーを重合し、膜を作製して、各種測
定および各種評価を行った。各種測定および各種評価の
結果、イオン伝導度はいずれの試料とも長期にわたり安
定した性能を保保つとともに、膜の形態も良好に保たれ
ていた。また厚さ10μm程度の薄膜を作製しても、上
記の各種評価において膜が壊れることはなかった。各種
測定結果および評価結果を表4に示す。
Synthetic Example 4 Synthetic Example 3 except that tin (II) chloride was added at 1 mol% to TAS at the time of polymerization to obtain a polymer.
The polymer was polymerized in the same manner as in 1. to form a film, and various measurements and various evaluations were performed. As a result of various measurements and various evaluations, the ionic conductivity of each sample was kept stable for a long period of time, and the morphology of the film was also kept good. Further, even if a thin film having a thickness of about 10 μm was produced, the film was not broken in the above various evaluations. Table 4 shows various measurement results and evaluation results.

【0187】[0187]

【表4】 *1:濃硫酸中で測定した対数粘度 *2:熱水浸漬保管後の対数粘度 *3:熱水浸漬後の目視評価[Table 4] * 1: Logarithmic viscosity measured in concentrated sulfuric acid * 2: Logarithmic viscosity after hot water immersion storage * 3: Visual evaluation after hot water immersion

【0188】比較合成例1 STAのかわりにTPA0.895g(5.39×10
-3molに相当)を用いて重合したこと以外は、実施例
1と同様にしてポリマーを重合し、膜を作製して、各種
測定および各種評価を行った。各種測定および各種評価
の結果、硫酸中における対数粘度2.11dl/gのポ
リマーが得られた。また、得られた膜を沸騰水中に1時
間浸漬したが、形態の変化は認められず、100℃水中
で3日間浸漬処理したあとの対数粘度は2.06であ
り、処理前との変化は認められなかった。さらに、80
℃、95%RHにおけるイオン伝導度を測定したが、実
質的にイオンが流れる挙動をとらえることはできなかっ
た。なお、厚さ10μm程度の薄膜を作製しても、上記
の各種評価において膜が壊れることはなかった。各種測
定結果および評価結果を表5に示す。
Comparative Synthesis Example 1 Instead of STA, 0.895 g of TPA (5.39 × 10 5)
( Corresponding to −3 mol) was used to polymerize the polymer in the same manner as in Example 1 to prepare a film, and various measurements and various evaluations were performed. As a result of various measurements and various evaluations, a polymer having an inherent viscosity of 2.11 dl / g in sulfuric acid was obtained. Also, the obtained film was immersed in boiling water for 1 hour, but no change in morphology was observed, and the logarithmic viscosity after immersion treatment in 100 ° C. water for 3 days was 2.06. I was not able to admit. Furthermore, 80
The ionic conductivity was measured at 95 ° C. and 95% RH, but it was not possible to capture the behavior of flowing ions. Even when a thin film having a thickness of about 10 μm was produced, the film was not broken in the above various evaluations. Table 5 shows various measurement results and evaluation results.

【0189】[0189]

【表5】 *1:濃硫酸中で測定した対数粘度 *2:熱水浸漬保管後の対数粘度 *3:熱水浸漬後の目視評価[Table 5] * 1: Logarithmic viscosity measured in concentrated sulfuric acid * 2: Logarithmic viscosity after hot water immersion storage * 3: Visual evaluation after hot water immersion

【0190】合成例5 TASを1.05g(3.773×10-3mol)、T
PAを0.598g(3.557×10-3mol)とし
て重合した後、重合液をいったん冷却してからさらにT
ASを0.45g(1.616×10-3mol)、ST
Aを0.491g(1.832×10-3mol)追加
し、もう一度重合反応を行なって、TPA/STA=6
6/34の比率を満たすようなブロック性共重合体を合
成したこと以外は、合成例1と同様にしてポリマーを重
合し、膜を作製して、各種測定および各種評価を行っ
た。各種測定および各種評価の結果、得られたポリマー
の濃硫酸中における対数粘度は0.86dl/gであ
り、実施例1と同様の方法で膜を作製することができた
が、80℃、95%RHにおけるイオン伝導度は0.0
003S/cmと同一共重合比の実施例2のポリマーに
比べ一桁小さい値を示した。なお、厚さ10μm程度の
薄膜を作製しても、上記の各種評価において膜が壊れる
ことはなかった。各種測定結果および評価結果を表6に
示す。
Synthesis Example 5 1.05 g of TAS (3.773 × 10 −3 mol), T
After polymerizing PA with 0.598 g (3.557 × 10 −3 mol), the polymerization liquid was once cooled and then T
0.45 g (1.616 × 10 -3 mol) AS, ST
0.491 g (1.832 × 10 −3 mol) of A was added, and the polymerization reaction was performed once again to give TPA / STA = 6.
A polymer was polymerized in the same manner as in Synthesis Example 1 except that a block copolymer satisfying the ratio of 6/34 was synthesized to prepare a film, and various measurements and various evaluations were performed. As a result of various measurements and various evaluations, the polymer obtained had an inherent viscosity of 0.86 dl / g in concentrated sulfuric acid, and a film could be prepared by the same method as in Example 1, but the temperature was 80 ° C., 95 Ionic conductivity at% RH is 0.0
The value was an order of magnitude smaller than that of the polymer of Example 2 having the same copolymerization ratio as 003 S / cm. Even when a thin film having a thickness of about 10 μm was produced, the film was not broken in the above various evaluations. Table 6 shows various measurement results and evaluation results.

【0191】[0191]

【表6】 *1:濃硫酸中で測定した対数粘度 *2:熱水浸漬保管後の対数粘度 *3:熱水浸漬後の目視評価[Table 6] * 1: Logarithmic viscosity measured in concentrated sulfuric acid * 2: Logarithmic viscosity after hot water immersion storage * 3: Visual evaluation after hot water immersion

【0192】合成例6 まず、3,3’,4,4’−テトラアミノジフェニルス
ルホン(略称:TAS)1.830g(6.575×1
-3molに相当)、3,5−ジカルボキシフェニルホ
スホン酸(略称:DCP、純度98%)1.618g
(6.575×10-3molに相当)、ポリリン酸(五
酸化リン含量75質量%)20.48g、五酸化リン1
6.41gを重合容器に量り取った。次いで、重合容器
中に窒素を流し、オイルバス上でゆっくり撹拌しながら
110℃まで昇温した。その後、110℃で1時間保持
した後、150℃に昇温して1時間、200℃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試験紙が
中性になるまで水洗を繰り返してポリマーを得た。得ら
れたポリマーは80℃で終夜減圧乾燥した。ここで、得
られたポリマーのIRスペクトルを図4に示す。図4に
示すIRスペクトルの結果より、本発明のホスホン酸基
が導入されたポリベンズイミダゾールであることがわか
る。続けて、得られたポリマー300mgとメタンスル
ホン酸2.5mlを室温で混合して撹拌し、均一溶液と
した。そして、得られた溶液をホットプレート上でガラ
ス板上に約200μm厚になるように流延し、1時間室
温で放置した後、水中にガラス板を浸した。その後、水
を時々交換し、数日水浸漬を続けた。浸漬後、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℃で終夜乾燥して、イオ
ン伝導性の測定に用いる膜を作製した。得られたポリマ
ーを用いて各種測定および各種評価を行なった結果、濃
硫酸中で測定した対数粘度は、1.21dl/gを示
し、TGA測定による3%質量減少温度は440℃であ
った。また、得られた膜を用いて各種測定および各種評
価を行なった結果、80℃、95%RHにおけるイオン
伝導度は0.031S/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つとともに、膜の形態
も良好に保たれていた。また厚さ10μm程度の薄膜を
作製しても、上記の各種評価において膜が壊れることは
なかった。各種測定結果および評価結果を表7に示す。
Synthesis Example 6 First, 1.830 g (6.575 × 1) of 3,3 ′, 4,4′-tetraaminodiphenyl sulfone (abbreviation: TAS) was prepared.
0 -3 corresponds to mol), 3,5-dicarboxyphenyl phosphonic acid (abbreviation: DCP, 98% purity) 1.618 g
(Equivalent to 6.575 × 10 −3 mol), polyphosphoric acid (phosphorus pentoxide content 75 mass%) 20.48 g, phosphorus pentoxide 1
6.41 g was weighed into a polymerization vessel. Next, nitrogen was flown into the polymerization vessel, and the temperature was raised to 110 ° C. while slowly stirring on an oil bath. Then, after holding at 110 ° C. for 1 hour, the temperature was raised to 150 ° C. for 1 hour, and the temperature was raised to 200 ° C. for 5 hours for polymerization. After completion of the polymerization, the mixture was allowed to cool, water was added to take out the polymer, and the polymer was obtained by repeatedly washing with a household mixer until the pH test paper became neutral. The obtained polymer was dried under reduced pressure at 80 ° C. overnight. Here, the IR spectrum of the obtained polymer is shown in FIG. From the IR spectrum results shown in FIG. 4, it can be seen that the phosphonic acid group-introduced polybenzimidazole of the present invention is used. Subsequently, 300 mg of the obtained polymer and 2.5 ml of methanesulfonic acid were mixed at room temperature and stirred to obtain a uniform solution. Then, the obtained solution was cast on a glass plate on a hot plate so as to have a thickness of about 200 μm, allowed to stand at room temperature for 1 hour, and then immersed in water. After that, the water was occasionally changed, and the water immersion was continued for several days. After the immersion, the film was taken out, fixed around and air-dried while suppressing shrinkage. Finally, it was dried overnight at 80 ° C. in a vacuum dryer to prepare a membrane used for measuring ionic conductivity. As a result of various measurements and various evaluations using the obtained polymer, the logarithmic viscosity measured in concentrated sulfuric acid was 1.21 dl / g, and the 3% mass reduction temperature by TGA measurement was 440 ° C. Moreover, as a result of various measurements and various evaluations using the obtained membrane, the ionic conductivity at 80 ° C. and 95% RH shows 0.031 S / cm, and the measured ionic conductivity maintains stable performance for a long period of time. At the same time, the morphology of the film was well maintained. Further, even if a thin film having a thickness of about 10 μm was produced, the film was not broken in the above various evaluations. Table 7 shows various measurement results and evaluation results.

【0193】[0193]

【表7】 *1:濃硫酸中で測定した対数粘度 *2:熱水浸漬保管後の対数粘度 *3:熱水浸漬後の目視評価[Table 7] * 1: Logarithmic viscosity measured in concentrated sulfuric acid * 2: Logarithmic viscosity after hot water immersion storage * 3: Visual evaluation after hot water immersion

【0194】合成例7 DCPのかわりにDCPとテレフタル酸(略称:TP
A)の混合比を変えて、合計で6.575×10-3mo
lになるようにして仕込むこと以外は、合成例6と同様
にして重合を行った。次いで、得られたポリマー400
mgとNMP4mlを混合して撹拌しながら、オイルバ
ス上で170℃に加熱して溶解させた。続いて、ホット
プレート上で、ガラス板上に約200μm厚に流延し、N
MPを蒸発させた。そして、膜をガラス板からはがし、
80℃で終夜減圧乾燥し、その後アセトン浸漬することで
溶媒を除いた膜を作製した。得られたポリマーおよび膜
を用いて各種測定および各種評価を行なった結果、得ら
れた膜の測定イオン伝導度は長期にわたり安定した性能
を保つとともに、膜の形態も良好に保たれていた。また
厚さ10μm程度の薄膜を作製しても、上記の各種評価
において膜が壊れることはなかった。各種測定結果およ
び評価結果を表8に示す。
Synthesis Example 7 Instead of DCP, DCP and terephthalic acid (abbreviation: TP)
By changing the mixing ratio of A), the total is 6.575 × 10 −3 mo.
Polymerization was carried out in the same manner as in Synthesis Example 6 except that charging was performed so that the amount became 1. Then the polymer 400 obtained
mg and 4 ml of NMP were mixed and stirred, and heated to 170 ° C. on an oil bath to dissolve. Then, cast on a glass plate to a thickness of about 200 μm on a hot plate, and
The MP was evaporated. Then peel the film from the glass plate,
The film was dried under reduced pressure at 80 ° C. overnight and then immersed in acetone to prepare a film from which the solvent was removed. As a result of various measurements and various evaluations using the obtained polymer and membrane, the measured ionic conductivity of the obtained membrane maintained stable performance over a long period of time, and the morphology of the membrane was also kept good. Further, even if a thin film having a thickness of about 10 μm was produced, the film was not broken in the above various evaluations. Table 8 shows various measurement results and evaluation results.

【0195】[0195]

【表8】 *1:濃硫酸中で測定した対数粘度 *2:熱水浸漬保管後の対数粘度 *3:熱水浸漬後の目視評価[Table 8] * 1: Logarithmic viscosity measured in concentrated sulfuric acid * 2: Logarithmic viscosity after hot water immersion storage * 3: Visual evaluation after hot water immersion

【0196】実施例1 まず、4,4’−ビフェニルジカルボン酸を30%発煙
硫酸とともに120℃で撹拌することにより、2,2’
−ジスルホ−4,4’−ビフェニルジカルボン酸(略
称:DSBC)を合成した。次いで、反応溶液を水酸化
ナトリウムで処理して、スルホン酸基がナトリウム塩の
形であるDSBCを精製した。続いて、STAの代わり
に上記のように精製したDSBC2.405g(5.3
89×10 -3molに相当)を用いること以外は、合成
例1と同様にしてポリマーを重合し、膜を作製して、各
種測定および各種評価を行った。各種測定および各種評
価の結果、イオン伝導度はいずれの試料とも長期にわた
り安定した性能を保つとともに、膜の形態も良好に保た
れていた。また、厚さ10μm程度の薄膜を作製して
も、上記の各種評価において膜が壊れることはなかっ
た。各種測定結果および評価結果を表9に示す。
Example 1 First, smoke 30% of 4,4'-biphenyldicarboxylic acid
By stirring at 120 ° C with sulfuric acid, 2,2 '
-Disulfo-4,4'-biphenyldicarboxylic acid (abbreviated
The name: DSBC) was synthesized. Then, the reaction solution is hydroxylated
Treated with sodium, sulfonic acid group of sodium salt
The form, DSBC, was purified. Then, instead of STA
2.405 g of DSBC purified as described above (5.3
89 x 10 -3(equivalent to mol) except that
The polymer was polymerized in the same manner as in Example 1 to prepare a film,
Seed measurement and various evaluations were performed. Various measurements and evaluations
As a result of the valency, the ionic conductivity of all samples was long-term.
Keeps stable performance and keeps good film morphology
It was In addition, a thin film with a thickness of about 10 μm was prepared.
However, the film did not break in the above various evaluations
It was Table 9 shows various measurement results and evaluation results.

【0197】[0197]

【表9】 *1:濃硫酸中で測定した対数粘度 *2:熱水浸漬保管後の対数粘度 *3:熱水浸漬後の目視評価[Table 9] * 1: Logarithmic viscosity measured in concentrated sulfuric acid * 2: Logarithmic viscosity after hot water immersion storage * 3: Visual evaluation after hot water immersion

【0198】実施例2 TASのかわりにビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフ
ェニル)スルホン(略称:HAS)を用い、芳香族ジカ
ルボン酸成分をSTAまたはSIAとすること以外は、
合成例1と同様にして、各種ポリマーを重合して合成し
た。次いで、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1%(w/w)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。そして、得ら
れた溶液をホットプレート上でガラス板上に約225μ
m厚となるように流延し、1時間室温で放置した後、水
中にガラス板を浸した。その後、水を時々交換し、数日
水浸漬を続けた。浸漬後、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の測定
に用いる膜を作製した。得られたポリマーおよび膜を用
いて各種測定および各種評価を行なった結果、測定イオ
ン伝導度は長期にわたり安定した性能を保つとともに、
膜の形態も良好に保たれていた。また厚さ10μm程度
の薄膜を作製しても、上記の各種評価において膜が壊れ
ることはなかった。各種測定結果および評価結果を表1
0に示す。
Example 2 Bis (3-amino-4-hydroxyphenyl) sulfone (abbreviation: HAS) was used in place of TAS, and the aromatic dicarboxylic acid component was STA or SIA.
In the same manner as in Synthesis Example 1, various polymers were polymerized and synthesized. Next, 1.8 g of methanesulfonic acid was added to 0.12 g of the synthesized polymer sample and dissolved by stirring with a magnetic stirrer for several hours to obtain poly {(benzo [1,2-
3 g of 1% (w / w) methanesulfonic acid dope (intrinsic viscosity 24 dl / g) of d: 5,4-d '] bisoxazole-2,6-diyl) -1,4-phenylene} was added, and The solution was stirred for several hours to form a uniform solution. Then, about 225μ of the obtained solution on a hot plate on a glass plate.
The glass plate was cast to have a thickness of m and left at room temperature for 1 hour, and then the glass plate was immersed in water. After that, the water was occasionally changed, and the water immersion was continued for several days. After the immersion, the film was taken out, fixed around and air-dried while suppressing shrinkage. Finally, it was dried at 80 ° C. overnight with a vacuum dryer to prepare a membrane used for measuring ion conductivity. As a result of performing various measurements and various evaluations using the obtained polymer and film, the measured ionic conductivity maintains stable performance for a long time, and
The morphology of the film was also kept well. Further, even if a thin film having a thickness of about 10 μm was produced, the film was not broken in the above various evaluations. Table 1 shows various measurement results and evaluation results.
It shows in 0.

【0199】[0199]

【表10】 *1:濃硫酸中で測定した対数粘度[Table 10] * 1: Logarithmic viscosity measured in concentrated sulfuric acid

【0200】実施例3 合成例1で得られたポリマーである、スルホン化ポリベ
ンズイミダゾール系化合物0.2gをNMP2mlに室
温で溶解し、ガラス板状にキャスト製膜した。乾燥後、
熱水浸漬して溶媒を除去し、再度乾燥して厚み22μm
の固体高分子電解質膜を得た。次いで、白金担持量が2
0%(w/w)であるカーボンブラック(粒子径:20
から30nm)0.72gとナフィオン(登録商標)溶
液(デュポン社製:「ナフィオン(登録商標)溶液20
%」)1gを均一になるようにグリセリン5gに混合分
散することによってペーストを調整した。続いて、得ら
れたペーストをスプレーにより噴霧することによって固
体高分子電解質膜の一方の面に塗布し、減圧乾燥した。
そして、固体高分子電解質膜のもう一方の面にも同様に
ペーストを塗布し、減圧乾燥した。得られた固体高分子
電解質膜/電極触媒層の複合体の白金担持量は0.5m
g/cm2であった。また、この固体高分子電解質膜/
電極触媒層の複合体の導電率を測定したところ2.4×
10-6S/cmであった。
Example 3 0.2 g of the sulfonated polybenzimidazole compound, which is the polymer obtained in Synthesis Example 1, was dissolved in 2 ml of NMP at room temperature, and cast into a glass plate. After drying
Dipped in hot water to remove the solvent and dried again to a thickness of 22 μm
A solid polymer electrolyte membrane of was obtained. Next, the platinum loading is 2
0% (w / w) carbon black (particle size: 20
0.72 g) and a Nafion (registered trademark) solution (manufactured by DuPont: "Nafion (registered trademark) solution 20".
% ") To prepare a paste by uniformly mixing and dispersing 5 g of glycerin. Subsequently, the obtained paste was applied by spraying on one surface of the solid polymer electrolyte membrane and dried under reduced pressure.
Then, the paste was similarly applied to the other surface of the solid polymer electrolyte membrane and dried under reduced pressure. The amount of platinum carried in the obtained solid polymer electrolyte membrane / electrode catalyst layer composite was 0.5 m.
It was g / cm 2 . Also, this solid polymer electrolyte membrane /
The conductivity of the composite of the electrode catalyst layer was measured to be 2.4 ×.
It was 10 −6 S / cm.

【0201】実施例4 合成例1で得られたポリマーである、スルホン化ポリベ
ンズイミダゾール系化合物0.2gをNMP5mlに溶
解した。この溶液に白金担持量が20%(w/w)であ
るカーボンブラック(粒子径:20から30nm)0.
72gを均一になるように混合分散することによってペ
ーストを調整した。次いで、得られたペーストをスクリ
ーン印刷によって実施例3と同様に作製した固体高分子
電解質膜の一方の面に塗布し、減圧乾燥した。そして、
固体高分子電解質膜のもう一方の面にも同様にペースト
を塗布し、減圧乾燥した。得られた固体高分子電解質膜
/電極触媒層の複合体の白金担持量は0.5mg/cm
2であった。また、この固体高分子電解質膜/電極触媒
層の複合体の導電率を測定したところ9.3×10 -5
/cmであった。
Example 4 The polymer obtained in Synthesis Example 1, the sulfonated polymer
Dissolve 0.2 g of imidazole compound in 5 ml of NMP
I understand. The platinum loading in this solution is 20% (w / w)
Carbon black (particle size: 20 to 30 nm)
By mixing and dispersing 72 g of the mixture so that it is uniform,
I adjusted the taste. Then, paste the obtained paste
Solid polymer prepared in the same manner as in Example 3 by screen printing
It was applied to one surface of the electrolyte membrane and dried under reduced pressure. And
Paste the same on the other side of the solid polymer electrolyte membrane.
Was applied and dried under reduced pressure. Obtained solid polymer electrolyte membrane
/ The amount of platinum supported on the composite of the electrode catalyst layer is 0.5 mg / cm
2Met. In addition, this solid polymer electrolyte membrane / electrode catalyst
The conductivity of the layer composite was measured to be 9.3 x 10 -FiveS
Was / cm.

【0202】実施例5 合成例7において、TPA/DCP=34/66(モル
比)で得られたホスホン化ポリベンズイミダゾール系化
合物0.2gをNMP2mlに溶解し、ガラス板状にキ
ャスト製膜した。乾燥後、熱水浸漬して溶媒を除去し、
再度乾燥して厚み18μmの固体高分子電解質膜を得
た。また、同じホスホン化ポリベンズイミダゾール系化
合物0.2gをNMP2mlに溶解した溶液に白金担持
量が20%(w/w)であるカーボンブラック(粒子
径:20から30nm)0.75gを均一になるように
混合分散することによってペーストを調整した。次い
で、得られたペーストをスクリーン印刷によって作製し
た固体高分子電解質膜の一方の面に塗布し、減圧乾燥し
た。そして、固体高分子電解質膜のもう一方の面にも同
様にペーストを塗布し、減圧乾燥した。得られた固体高
分子電解質膜/電極触媒層の複合体の白金担持量は0.
4mg/cm2であった。また、この固体高分子電解質
膜/電極触媒層の複合体の導電率を測定したところ3.
3×10-5S/cmであった。
Example 5 In Synthesis Example 7, 0.2 g of the phosphonated polybenzimidazole compound obtained by TPA / DCP = 34/66 (molar ratio) was dissolved in 2 ml of NMP and cast into a glass plate to form a film. . After drying, soak in hot water to remove the solvent,
It was dried again to obtain a solid polymer electrolyte membrane having a thickness of 18 μm. Further, 0.75 g of carbon black (particle size: 20 to 30 nm) having a platinum loading of 20% (w / w) is homogenized in a solution of 0.2 g of the same phosphonated polybenzimidazole compound in 2 ml of NMP. The paste was prepared by mixing and dispersing as described above. Next, the obtained paste was applied to one surface of the solid polymer electrolyte membrane produced by screen printing, and dried under reduced pressure. Then, the paste was similarly applied to the other surface of the solid polymer electrolyte membrane and dried under reduced pressure. The amount of platinum supported on the obtained solid polymer electrolyte membrane / electrode catalyst layer composite was 0.
It was 4 mg / cm 2 . In addition, the electric conductivity of the composite of the solid polymer electrolyte membrane / electrode catalyst layer was measured to be 3.
It was 3 × 10 −5 S / cm.

【0203】[0203]

【発明の効果】本発明のスルホン酸基および/またはホ
スホン酸基を有するポリベンザゾール系化合物は、加工
性、耐溶剤性、耐久性、耐熱性、機械特性などの面で優
れた性質を持つポリベンザゾール系化合物にスルホン酸
基やホスホン酸基を導入した化合物であるため、加工
性、耐溶剤性、耐久性、耐熱性、機械特性だけでなくイ
オン伝導性にも優れている。そのため、本発明のスルホ
ン酸基および/またはホスホン酸基を有するポリベンザ
ゾール系化合物は、固体高分子電解質膜の高分子材料と
して好適に使用可能である。
The polybenzazole compound having a sulfonic acid group and / or a phosphonic acid group of the present invention has excellent properties such as processability, solvent resistance, durability, heat resistance and mechanical properties. Since it is a compound in which a sulfonic acid group or a phosphonic acid group is introduced into a polybenzazole compound, it is excellent not only in processability, solvent resistance, durability, heat resistance and mechanical properties, but also in ion conductivity. Therefore, the polybenzazole compound having a sulfonic acid group and / or a phosphonic acid group of the present invention can be suitably used as a polymer material for a solid polymer electrolyte membrane.

【0204】また、本発明のスルホン酸基および/また
はホスホン酸基を有するポリベンザゾール系化合物を含
有する樹脂組成物も、加工性、耐溶剤性、耐久性、耐熱
性、機械特性だけでなくイオン伝導性にも優れているた
め、燃料電池などで使用される固体高分子電解質膜の高
分子材料として好適に使用可能である。
Further, the resin composition containing the polybenzazole compound having a sulfonic acid group and / or a phosphonic acid group of the present invention is not limited to processability, solvent resistance, durability, heat resistance and mechanical properties. Since it also has excellent ionic conductivity, it can be suitably used as a polymer material for a solid polymer electrolyte membrane used in a fuel cell or the like.

【0205】また、本発明のスルホン酸基および/また
はホスホン酸基を有するポリベンザゾール系化合物を含
有する樹脂成形物も、加工性、耐溶剤性、耐久性、耐溶
剤性、機械特性だけでなくイオン伝導性にも優れている
ため、燃料電池などで使用される固体高分子電解質膜の
高分子材料として好適に使用可能である。
A resin molded product containing the polybenzazole compound having a sulfonic acid group and / or a phosphonic acid group of the present invention can also be processed, solvent-resistant, durable, solvent-resistant and mechanically. Since it is also excellent in ion conductivity, it can be suitably used as a polymer material for a solid polymer electrolyte membrane used in a fuel cell or the like.

【0206】さらに、本発明のスルホン酸基および/ま
たはホスホン酸基を有するポリベンザゾール系化合物を
含有する固体高分子電解質膜も、加工性、耐溶剤性、耐
久性、耐熱性、機械特性だけでなくイオン伝導性にも優
れているため、燃料電池などの主要な部材として好適に
使用可能である。
Further, the solid polymer electrolyte membrane containing the polybenzazole compound having a sulfonic acid group and / or a phosphonic acid group of the present invention also has only processability, solvent resistance, durability, heat resistance and mechanical properties. In addition, since it has excellent ionic conductivity, it can be suitably used as a main member such as a fuel cell.

【0207】そして、本発明の固体高分子電解質膜/電
極触媒層の複合体は、固体高分子電解質膜と、該固体高
分子電解質膜の両面に接合された電極触媒層とを構成要
素として含む複合体であって、該固体高分子電解質膜お
よび/または電極触媒層が本発明のスルホン酸基および
/またはホスホン酸基を有するポリベンザゾール系化合
物を構成成分として含有するため、加工性、耐溶剤性、
耐久性、耐熱性、機械特性だけでなくイオン伝導性にも
優れており、燃料電池などの主要な部材として好適に使
用可能である。
The solid polymer electrolyte membrane / electrode catalyst layer composite of the present invention comprises, as constituent elements, the solid polymer electrolyte membrane and the electrode catalyst layers bonded to both sides of the solid polymer electrolyte membrane. Since it is a composite, and the solid polymer electrolyte membrane and / or the electrode catalyst layer contains the polybenzazole compound having a sulfonic acid group and / or a phosphonic acid group of the present invention as a constituent, Solvent-based,
It is excellent not only in durability, heat resistance and mechanical properties but also in ionic conductivity and can be suitably used as a main member for fuel cells and the like.

【0208】加えて、本発明の固体高分子電解質膜/電
極触媒層の複合体の製造方法によっても、固体高分子電
解質膜と、該固体高分子電解質膜の両面に接合された電
極触媒層とを構成要素として含む複合体であって、該固
体高分子電解質膜および/または電極触媒層が本発明の
スルホン酸基および/またはホスホン酸基を有するポリ
ベンザゾール系化合物を構成成分として含有する固体高
分子電解質膜/電極触媒層の複合体を得ることができ、
この固体高分子電解質膜/電極触媒層の複合体は、加工
性、耐溶剤性、耐久性、耐熱性、機械特性だけでなくイ
オン伝導性にも優れているため、燃料電池などの主要な
部材として好適に使用可能である。
In addition, according to the method for producing a solid polymer electrolyte membrane / electrode catalyst layer composite of the present invention, the solid polymer electrolyte membrane and the electrode catalyst layers bonded to both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane are also provided. And a solid polymer electrolyte membrane and / or electrocatalyst layer containing the polybenzazole compound having a sulfonic acid group and / or a phosphonic acid group of the present invention as a constituent component. A polymer electrolyte membrane / electrode catalyst layer composite can be obtained,
This solid polymer electrolyte membrane / electrode catalyst layer composite is excellent not only in processability, solvent resistance, durability, heat resistance, and mechanical properties, but also in ion conductivity, so it is a major member of fuel cells and the like. Can be preferably used as.

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

【図1】TASとSTAから合成されたスルホン酸基を
有するポリベンズイミダゾール系化合物のIRスペクト
ル。
FIG. 1 is an IR spectrum of a polybenzimidazole compound having a sulfonic acid group synthesized from TAS and STA.

【図2】TASとSTAから合成されたスルホン酸基を
有するポリベンズイミダゾール系化合物からなる膜のT
GAチャート
FIG. 2 shows T of a film composed of a polybenzimidazole compound having a sulfonic acid group synthesized from TAS and STA.
GA chart

【図3】TASとTPA/SIA=66/34の組成で
合成されたスルホン酸基を有するポリベンズイミダゾー
ル系化合物のIRスペクトル
FIG. 3 is an IR spectrum of a polybenzimidazole compound having a sulfonic acid group synthesized with a composition of TAS and TPA / SIA = 66/34.

【図4】TASとDCPから合成されたホスホン酸基を
有するポリベンズイミダゾール系化合物のIRスペクト
FIG. 4 is an IR spectrum of a polybenzimidazole compound having a phosphonate group synthesized from TAS and DCP.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 中尾 淳子 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 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) 4J043 PA02 PA04 PA08 PA09 PA10 PC186 QB15 QB34 QB35 QB41 RA42 RA52 RA57 SA06 SA08 SA43 SA71 SA83 SB02 TA12 TA75 TA79 TB02 UA121 UA122 UA131 UA132 UA141 UA262 UB011 UB061 UB121 UB151 UB282 UB301 UB401 UB402 VA011 VA012 VA021 VA022 VA042 VA051 VA052 VA061 VA081 VA082 XA11 XB37 YA06 ZA11 ZA12 ZA31 ZA41 ZA44 ZB11 ZB14 ZB47 5H026 AA06 CX05 EE18 HH05 HH06 HH08 (54)【発明の名称】 スルホン酸基および/またはホスホン酸基を有するポリベンザゾール系化合物、それを含む樹脂 組成物、樹脂成形物、固体高分子電解質膜、固体電解質膜/電極触媒層複合体およびその複合体 の製造方法   ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Shiro Hamamoto             2-1-1 Katata, Otsu City, Shiga Prefecture Toyobo             Koki Co., Ltd. (72) Inventor Junko Nakao             2-1-1 Katata, Otsu City, Shiga Prefecture Toyobo             Koki Co., Ltd. (72) Inventor Satoshi Takase             2-1-1 Katata, Otsu City, Shiga Prefecture Toyobo             Koki Co., Ltd. F-term (reference) 4J043 PA02 PA04 PA08 PA09 PA10                       PC186 QB15 QB34 QB35                       QB41 RA42 RA52 RA57 SA06                       SA08 SA43 SA71 SA83 SB02                       TA12 TA75 TA79 TB02 UA121                       UA122 UA131 UA132 UA141                       UA262 UB011 UB061 UB121                       UB151 UB282 UB301 UB401                       UB402 VA011 VA012 VA021                       VA022 VA042 VA051 VA052                       VA061 VA081 VA082 XA11                       XB37 YA06 ZA11 ZA12 ZA31                       ZA41 ZA44 ZB11 ZB14 ZB47                 5H026 AA06 CX05 EE18 HH05 HH06                       HH08    (54) [Title of the Invention] Polybenzazole compound having sulfonic acid group and / or phosphonic acid group, resin containing the same                     Composition, resin molded product, solid polymer electrolyte membrane, solid electrolyte membrane / electrode catalyst layer composite and composite thereof                     Manufacturing method

Claims (16)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 2,2’−ジスルホ−4,4’−ビフェ
ニルジカルボン酸結合ユニットまたは3,3’−ジスル
ホ−4,4’−ビフェニルジカルボン酸結合ユニットを
含むことを特徴とするポリベンザゾール系化合物。
1. A polybenzazole comprising a 2,2′-disulfo-4,4′-biphenyldicarboxylic acid binding unit or a 3,3′-disulfo-4,4′-biphenyldicarboxylic acid binding unit. Compounds.
【請求項2】 下記の式(1)およびまたは式(2)で
表される結合ユニットを含むことを特徴とするポリベン
ザゾール系化合物。 【化1】 (式(1)および式(2)においては、m1は1から4
の整数を表わし、Arは芳香族結合ユニットを表わし、
1は−SO2−であり、Y1はS原子またはO原子を表
わすものとする。)
2. A polybenzazole-based compound comprising a binding unit represented by the following formula (1) and / or formula (2). [Chemical 1] (In the formulas (1) and (2), m 1 is from 1 to 4
Represents an integer of, Ar represents an aromatic bond unit,
X 1 is —SO 2 — and Y 1 represents an S atom or an O atom. )
【請求項3】 請求項1または2のいずれかに記載のポ
リベンザゾール系化合物を主要な構成成分として含有す
ることを特徴とする樹脂組成物。
3. A resin composition containing the polybenzazole compound according to claim 1 as a main constituent component.
【請求項4】 請求項1から3のいずれかに記載のポリ
ベンザゾール系化合物を主要な構成成分として含有する
ことを特徴とする樹脂成形物。
4. A resin molded product comprising the polybenzazole compound according to any one of claims 1 to 3 as a main constituent component.
【請求項5】 請求項1から3のいずれかに記載のポリ
ベンザゾール系化合物を主要な構成成分として含有する
ことを特徴とする固体高分子電解質膜。
5. A solid polymer electrolyte membrane comprising the polybenzazole compound according to any one of claims 1 to 3 as a main constituent component.
【請求項6】 固体高分子電解質膜と、該固体高分子電
解質膜の両面に接合された電極触媒層とを構成要素とし
て含む複合体であって、該固体高分子電解質膜および/
または電極触媒層を構成する成分として、請求項1また
は2のいずれかに記載のポリベンザゾール系化合物を含
むことを特徴とする固体高分子電解質膜/電極触媒層の
複合体。
6. A composite comprising a solid polymer electrolyte membrane and an electrode catalyst layer bonded to both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane as constituent elements, the solid polymer electrolyte membrane and / or
Alternatively, a solid polymer electrolyte membrane / electrode catalyst layer composite comprising the polybenzazole compound according to claim 1 as a component constituting the electrode catalyst layer.
【請求項7】 固体高分子電解質膜と、該固体高分子電
解質膜の両面に接合された電極触媒層とを構成要素とし
て含む複合体であって、該固体高分子電解質膜および/
または電極触媒層を構成する成分として、下記の式
(3)と式(4)で表わされる結合ユニットをn1
(1−n1)のモル比で構成要素として含むポリベンザ
ゾール系化合物を含むことを特徴とする固体高分子電解
質膜/電極触媒層の複合体。 【化2】 (式(3)および式(4)においては、m2は1から4
の整数を表わし、Arは芳香族結合ユニットを表わし、
2は−O−,−SO2−,−C(CH32−,−C(C
32−,−OPhO−よりなる群から選ばれる一種以
上であり、Phは2価の芳香族結合ユニットを表わすも
のとする。また、モル比は0.2≦n1≦1.0の式を
満たす。)
7. A composite comprising a solid polymer electrolyte membrane and an electrode catalyst layer bonded to both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane as constituent elements, the solid polymer electrolyte membrane and / or
Alternatively, as a component constituting the electrode catalyst layer, a binding unit represented by the following formulas (3) and (4) is n 1 :
A solid polymer electrolyte membrane / electrode catalyst layer composite comprising a polybenzazole-based compound which is contained as a constituent element in a molar ratio of (1-n 1 ). [Chemical 2] (In the formulas (3) and (4), m 2 is from 1 to 4
Represents an integer of, Ar represents an aromatic bond unit,
X 2 is -O -, - SO 2 -, - C (CH 3) 2 -, - C (C
F 3) 2 -, - OPhO- is from the group consisting one or more selected, Ph denote the divalent aromatic bond unit. Further, the molar ratio satisfies the formula of 0.2 ≦ n 1 ≦ 1.0. )
【請求項8】 固体高分子電解質膜と、該固体高分子電
解質膜の両面に接合された電極触媒層とを構成要素とし
て含む複合体であって、該固体高分子電解質膜および/
または電極触媒層を構成する成分として、下記の式
(5)〜(8)より選ばれる結合ユニットを含有するこ
とを特徴とするポリベンザゾール系化合物を含むこと特
徴とする固体高分子電解質膜/電極触媒層の複合体。 【化3】 (式(5)から(8)においては、m3は1から4の整
数を表わし、Arは芳香族結合ユニットを表わし、X3
は−O−,−SO2−,−S−,−CO−,−CH 2−,
−OPhO−よりなる群から選ばれる一種以上であり、
2はNH基、S原子、またはO原子であり、ZはS原
子またはO原子であり、Phは2価の芳香族結合ユニッ
トを表わし、RはH原子またはメチル基を表わすものと
する。)
8. A solid polymer electrolyte membrane and the solid polymer electrolyte membrane
With the electrocatalyst layer bonded on both sides of the degrading membrane as a component
A solid polymer electrolyte membrane and / or
Alternatively, as a component constituting the electrode catalyst layer, the following formula
Contain a binding unit selected from (5) to (8)
And a polybenzazole-based compound containing
A solid polymer electrolyte membrane / electrode catalyst layer composite. [Chemical 3] (In formulas (5) to (8), m3Is an integer from 1 to 4
Represents the number, Ar represents an aromatic bond unit, X3
Is -O-, -SO2-, -S-, -CO-, -CH 2-,
-OPhO- is one or more selected from the group consisting of:
Y2Is an NH group, an S atom, or an O atom, and Z is an S atom.
Is a child or O atom, and Ph is a divalent aromatic bond unit.
And R represents an H atom or a methyl group.
To do. )
【請求項9】 固体高分子電解質膜および/または電極
触媒層の構成成分であるポリベンザゾール系化合物の濃
硫酸中で測定した対数粘度が0.25から10dl/g
の範囲にあるという条件を満たすことを特徴とする請求
項6から8のいずれかに記載の固体高分子電解質膜/電
極触媒層の複合体。
9. The logarithmic viscosity of the polybenzazole-based compound, which is a constituent of the solid polymer electrolyte membrane and / or the electrode catalyst layer, measured in concentrated sulfuric acid is 0.25 to 10 dl / g.
The solid polymer electrolyte membrane / electrode catalyst layer composite according to any one of claims 6 to 8, which satisfies the condition of being in the range.
【請求項10】 固体高分子電解質膜および/または電
極触媒層の構成成分であるスルホン酸基含有ポリベンザ
ゾール系化合物の80℃、95%RHの条件下で周波数
10,000Hzの電圧を印加した際の交流インピーダ
ンスを測定することにより求められる導電率が、0.0
1から1.0S/cmの範囲にあるという条件を満たす
ことを特徴とする請求項6、7、9のいずれかに記載の
固体高分子電解質膜/電極触媒層の複合体。
10. A voltage of 10,000 Hz is applied under conditions of 80 ° C. and 95% RH of a sulfonic acid group-containing polybenzazole compound which is a constituent of the solid polymer electrolyte membrane and / or the electrode catalyst layer. The conductivity obtained by measuring the alternating current impedance is 0.0
The solid polymer electrolyte membrane / electrode catalyst layer composite according to any one of claims 6, 7, and 9, which satisfies the condition of being in the range of 1 to 1.0 S / cm.
【請求項11】 固体高分子電解質膜および/または電
極触媒層の構成成分であるホスホン酸基含有ポリベンザ
ゾール系化合物の80℃、95%RHの条件下で周波数
10,000Hzの電圧を印加した際の交流インピーダ
ンスを測定することにより求められる導電率が、0.0
01から1.0S/cmの範囲にあるという条件を満た
すことを特徴とする請求項8または9のいずれかに記載
の固体高分子電解質膜/電極触媒層の複合体。
11. A voltage of 10,000 Hz is applied under conditions of 80 ° C. and 95% RH of a phosphonic acid group-containing polybenzazole compound, which is a constituent component of a solid polymer electrolyte membrane and / or an electrode catalyst layer. The conductivity obtained by measuring the alternating current impedance is 0.0
The solid polymer electrolyte membrane / electrode catalyst layer composite according to claim 8 or 9, which satisfies the condition of being in the range of 01 to 1.0 S / cm.
【請求項12】 固体高分子電解質膜および/または電
極触媒層の構成成分であるポリベンザゾール系化合物の
170℃条件下でのN−メチルピロリドンへの溶解度が
5%(w/w)以上である条件を満たすことを特徴とす
る請求項6から11のいずれかに記載の固体高分子電解
質膜/電極触媒層の複合体。
12. The solubility of the polybenzazole-based compound, which is a constituent component of the solid polymer electrolyte membrane and / or the electrode catalyst layer, in N-methylpyrrolidone at 170 ° C. is 5% (w / w) or more. The solid polymer electrolyte membrane / electrode catalyst layer composite according to any one of claims 6 to 11, which satisfies certain conditions.
【請求項13】 固体高分子電解質膜および/または電
極触媒層の構成成分であるポリベンザゾール系化合物が
分子中に1.5meq/g以上のスルホン酸基および/
またはホスホン酸基を有し、25℃の水に72時間浸漬
した際の質量の減少が0から5%(w/w)の範囲であ
る条件を満たすことを特徴とする請求項6から12のい
ずれかに記載の固体高分子電解質膜/電極触媒層の複合
体。
13. A polybenzazole compound, which is a constituent of a solid polymer electrolyte membrane and / or an electrode catalyst layer, has a sulfonic acid group of 1.5 meq / g or more in a molecule and / or
Alternatively, it has a phosphonic acid group and satisfies the condition that the mass reduction upon immersion in water at 25 ° C. for 72 hours is in the range of 0 to 5% (w / w). A solid polymer electrolyte membrane / electrode catalyst layer composite according to any one of the claims.
【請求項14】 固体高分子電解質膜および/または電
極触媒層の構成成分であるスルホン酸基を有するポリベ
ンザゾール系化合物が、熱質量測定において、200℃
昇温時点の質量を基準とした場合に3%質量減少温度が
370から550℃の範囲である条件を満たすことを特
徴とする請求項6、7、9、10,12、13のいずれ
かに記載の固体高分子電解質膜/電極触媒層の複合体。
14. A polybenzazole-based compound having a sulfonic acid group, which is a constituent component of a solid polymer electrolyte membrane and / or an electrode catalyst layer, is 200 ° C. in thermogravimetric measurement.
The condition that the 3% mass reduction temperature is in the range of 370 to 550 ° C. when the mass at the time of temperature rise is used as a reference, satisfies the condition described in any one of claims 6, 7, 9, 10, 12, and 13. A solid polymer electrolyte membrane / electrode catalyst layer composite as described.
【請求項15】 固体高分子電解質膜および/または電
極触媒層の構成成分であるホスホン酸基を有するポリベ
ンザゾール系化合物が、熱質量測定において200℃昇
温時点の質量を基準とした場合に3%質量減少温度が4
00から550℃の範囲である条件を満たすことを特徴
とする請求項8、9、11、12、13のいずれかに記
載の固体高分子電解質膜/電極触媒層の複合体。
15. When the polybenzazole-based compound having a phosphonic acid group, which is a constituent of the solid polymer electrolyte membrane and / or the electrode catalyst layer, is based on the mass at the time of heating at 200 ° C. in thermogravimetric measurement. 3% mass reduction temperature is 4
The solid polymer electrolyte membrane / electrode catalyst layer composite according to any one of claims 8, 9, 11, 12, and 13, which satisfies a condition of being in the range of 00 to 550 ° C.
【請求項16】 固体高分子電解質膜と、該固体高分子
電解質膜の両面に接合された電極触媒層とをバインダを
用いて接着させる工程を含む複合体の製造方法であっ
て、該固体高分子電解質膜および/または電極触媒層は
請求項6から15のいずれかに記載のポリベンザゾール
系化合物を構成成分として含有し、該バインダも請求項
6から15のいずれかに記載のポリベンザゾール系化合
物を構成成分として含有することを特徴とする固体高分
子電解質膜/電極触媒層の複合体の製造方法。
16. A method for producing a composite, comprising a step of adhering a solid polymer electrolyte membrane and an electrode catalyst layer bonded to both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane with a binder, wherein The molecular electrolyte membrane and / or the electrode catalyst layer contains the polybenzazole compound according to any one of claims 6 to 15 as a constituent component, and the binder also contains the polybenzazole according to any one of claims 6 to 15. A method for producing a composite of a solid polymer electrolyte membrane / electrode catalyst layer, which comprises a system compound as a constituent component.
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