JP2005126638A - Polymer composition, polymer solution composition and composite film - Google Patents

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JP2005126638A JP2003366057A JP2003366057A JP2005126638A JP 2005126638 A JP2005126638 A JP 2005126638A JP 2003366057 A JP2003366057 A JP 2003366057A JP 2003366057 A JP2003366057 A JP 2003366057A JP 2005126638 A JP2005126638 A JP 2005126638A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a polymer composition which can maintain a gas barrier property without deteriorating proton conductivity when made it into a film and can improve strength and toughness of a film that consists of only sulfonated polyarylene, a polymer solution composition and a composite film obtained from these compositions. <P>SOLUTION: The polymer composition comprises (a) a tetrafluoroethylene copolymer having proton conductivity, and (b) a polyarylene having a sulfonic acid group wherein the polyarylene has repeating units represented by formula (2). The polymer solution composition comprises a (a) component, a (b) component and (c) an organic solvent. The composite film is obtained by applying the polymer solution composition onto a substrate and drying it. In formula (2), A is a divalent electron attractive group, B is a divalent electron-releasing group or a direct bond, Ar is an aromatic group having a substituent expressed by -SO<SB>3</SB>H, m is 0-10, n is 0-10, and k is 1-4. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、例えばプロトン伝導膜用途に好適に用いられるスルホン酸基を有するポリアリーレンを含有する重合体組成物、重合体溶液組成物およびこれらの組成物から得られ、プロトン伝導性を損なうことなく、ガス遮断性を維持しつつ、スルホン酸基を有するポリアリーレンのみからなる膜の強度や靱性を改善した複合膜に関する。   The present invention is obtained from, for example, a polymer composition containing a polyarylene having a sulfonic acid group suitably used for proton conductive membrane applications, a polymer solution composition, and these compositions, without impairing proton conductivity. The present invention relates to a composite membrane that improves the strength and toughness of a membrane composed only of polyarylene having a sulfonic acid group while maintaining gas barrier properties.

電解質は、通常、(水)溶液で用いられることが多い。しかし、近年、これを固体系に置き替えていく傾向が高まってきている。その第1の理由としては、例えば、電気・電子材料に応用する場合のプロセッシングの容易さであり、第2の理由としては、電子機器の軽薄短小・高電力化への移行である。   The electrolyte is usually used in a (water) solution. However, in recent years, there is an increasing tendency to replace this with a solid system. The first reason is, for example, the ease of processing when applied to electrical / electronic materials, and the second reason is the shift to electronic devices that are lighter, thinner, smaller, and higher in power.

従来、プロトン伝導性材料としては、無機物からなるもの、有機物からなるものの両方が知られている。無機物の例としては、例えば水和化合物であるリン酸ウラニルが挙げられるが、これら無機化合物は界面での接触が充分でなく、伝導層を基板あるいは電極上に形成するには問題が多い。   Conventionally, both proton-conducting materials made of inorganic substances and organic substances are known. Examples of inorganic substances include, for example, uranyl phosphate, which is a hydrated compound, but these inorganic compounds do not have sufficient contact at the interface, and there are many problems in forming a conductive layer on a substrate or electrode.

一方、有機化合物の例としては、いわゆる陽イオン交換樹脂に属するポリマー、例えばポリスチレンスルホン酸などのビニル系ポリマーのスルホン化物、ナフィオン(商標、デュポン社製)を代表とするパーフルオロアルキルスルホン酸ポリマー、パーフルオロアルキルカルボン酸ポリマーや、ポリベンズイミダゾール、ポリエーテルエーテルケトンなどの耐熱性高分子にスルホン酸基やリン酸基を導入したポリマーなどの有機ポリマーが挙げられる(非特許文献1〜3参照)。   On the other hand, examples of organic compounds include polymers belonging to so-called cation exchange resins, for example, sulfonated vinyl polymers such as polystyrene sulfonic acid, perfluoroalkyl sulfonic acid polymers represented by Nafion (trademark, manufactured by DuPont), Examples include perfluoroalkylcarboxylic acid polymers, and organic polymers such as polymers in which sulfonic acid groups or phosphoric acid groups are introduced into heat-resistant polymers such as polybenzimidazole and polyetheretherketone (see Non-Patent Documents 1 to 3). .

これら有機ポリマーは、通常、フィルム状で用いられるが、溶媒に可溶性であること、または熱可塑性であることを利用し、電極上に伝導膜を接合加工できる。しかしながら、これら有機ポリマーの多くは、プロトン伝導性がまだ充分でないことに加え、耐久性や高温(100℃以上)でのプロトン伝導性が低下してしまうことや、湿度条件下の依存性が大きいこと、あるいは電極との密着性が充分満足のいくものとはいえなかったり、含水ポリマー構造に起因する稼働中の過度の膨潤による強度の低下や形状の崩壊に至るという問題がある。したがって、これらの有機ポリマーは、上記の電気・電子材料などに応用するには種々問題がある。   These organic polymers are usually used in the form of a film, but a conductive film can be bonded on the electrode by utilizing the solubility in a solvent or the fact that it is thermoplastic. However, in many of these organic polymers, proton conductivity is not yet sufficient, durability, proton conductivity at high temperature (100 ° C. or higher) is reduced, and the dependence on humidity conditions is large. In addition, there are problems that the adhesion to the electrode is not sufficiently satisfactory, or the strength is reduced due to excessive swelling during operation due to the water-containing polymer structure, and the shape is collapsed. Therefore, these organic polymers have various problems when applied to the above-mentioned electric / electronic materials.

さらに、スルホン化された剛直ポリフェニレン(すなわち、ポリアリーレン構造を主成分とするスルホン化物)からなる固体高分子電解質が提案されている(特許文献1参照)。このポリマーは、芳香族化合物を重合して得られるフェニレン連鎖からなるポリマー(特許文献1カラム9記載の構造)を主成分とし、これをスルホン化剤と反応させてスルホン酸基を導入している。しかしながら、スルホン酸基の導入量の増加によって、プロトン伝導度も向上するものの、得られるスルホン化ポリマーの機械的性質を著しく損なう結果となる。そのため、優れた機械的性質を維持し、かつプロトン伝導性を発現する適正なスルホン化濃度を調整する必要がある。実際、このポリマーでは、スルホン化反応が進行しやすく、適正なスルホン酸基の導入量を制御するのは非常に困難である。   Furthermore, a solid polymer electrolyte made of sulfonated rigid polyphenylene (that is, a sulfonated product having a polyarylene structure as a main component) has been proposed (see Patent Document 1). This polymer is mainly composed of a polymer composed of a phenylene chain obtained by polymerizing an aromatic compound (structure described in Patent Document 1, column 9), and this is reacted with a sulfonating agent to introduce a sulfonic acid group. . However, although the proton conductivity is improved by increasing the amount of introduced sulfonic acid groups, the mechanical properties of the resulting sulfonated polymer are significantly impaired. Therefore, it is necessary to adjust an appropriate sulfonation concentration that maintains excellent mechanical properties and exhibits proton conductivity. In fact, with this polymer, the sulfonation reaction is likely to proceed, and it is very difficult to control the appropriate amount of sulfonic acid groups introduced.

そこで、優れた機械的性質を維持し、かつプロトン伝導性を発現するようなスルホン酸基を有するポリアリーレンを含有する組成物が求められている。
Polymer Preprints,Japan,Vol.42,No.7,p.2490〜2492(1993) Polymer Preprints,Japan,Vol.43,No.3,p.735〜736(1994) Polymer Preprints,Japan,Vol.42,No.3,p730(1993) 米国特許第5,403,675号明細書
Therefore, there is a demand for a composition containing polyarylene having a sulfonic acid group that maintains excellent mechanical properties and exhibits proton conductivity.
Polymer Preprints, Japan, Vol.42, No.7, p.2490-2492 (1993) Polymer Preprints, Japan, Vol.43, No.3, p.735-736 (1994) Polymer Preprints, Japan, Vol. 42, No. 3, p730 (1993) US Pat. No. 5,403,675

本発明の課題は、例えばプロトン伝導膜を調製したときにプロトン伝導性を損なうことなく、ガス遮断性を維持し、さらにスルホン化ポリアリーレンからなる膜の強度や靱性を改善することができる重合体組成物、重合体溶液組成物およびこれらの組成物から得られるガス遮断性、膜の強度や靱性に優れた複合膜を提供することにある。   An object of the present invention is, for example, a polymer capable of maintaining gas barrier properties without impairing proton conductivity when a proton conducting membrane is prepared, and further improving the strength and toughness of a membrane comprising a sulfonated polyarylene. It is an object of the present invention to provide a composition, a polymer solution composition, and a composite film excellent in gas barrier properties, film strength and toughness obtained from these compositions.

本発明によれば、下記の重合体組成物、重合体溶液組成物および複合膜が提供されて、本発明の上記課題が解決される。
(1)
(a)プロトン伝導性を有するテトラフルオロエチレン共重合体、および(b)下記一般式(2)で表される繰り返し単位を有するスルホン酸基を有するポリアリーレンを含有することを特徴とする重合体組成物;
According to the present invention, the following polymer composition, polymer solution composition and composite film are provided, and the above-mentioned problems of the present invention are solved.
(1)
A polymer comprising (a) a tetrafluoroethylene copolymer having proton conductivity, and (b) a polyarylene having a sulfonic acid group having a repeating unit represented by the following general formula (2): Composition;

Figure 2005126638
Figure 2005126638

(式中、Aは2価の電子吸引性基を示し、Bは2価の電子供与基または直接結合を示し、Arは−SO3Hで表される置換基を有する芳香族基を示し、mは0〜10の整数を示し
、nは0〜10の整数を示し、kは1〜4の整数を示す。)。
(2)
上記(a)プロトン伝導性を有するテトラフルオロエチレン共重合体が、下記一般式(1)で表される構造単位からなる上記(1)記載の重合体組成物;
(In the formula, A represents a divalent electron-withdrawing group, B represents a divalent electron-donating group or a direct bond, Ar represents an aromatic group having a substituent represented by —SO 3 H, m represents an integer of 0 to 10, n represents an integer of 0 to 10, and k represents an integer of 1 to 4.
(2)
The polymer composition according to (1) above, wherein the (a) tetrafluoroethylene copolymer having proton conductivity comprises a structural unit represented by the following general formula (1);

Figure 2005126638
Figure 2005126638

(式中、xは1〜30の数、yは10〜2,000の数、mは0〜10の数、nは1〜1
0の数、Aは−SO3Zまたは−COOZ(ここで、Zは水素原子またはアルカリ金属原
子である。)を示す。)
(3)
上記(b)スルホン酸基を有するポリアリーレンが、上記一般式(2)で表される繰り返し単位に加え、さらに下記一般式(3)で表される繰り返し単位を有することを特徴とする上記(1)または(2)記載の重合体組成物;
(Wherein x is a number from 1 to 30, y is a number from 10 to 2,000, m is a number from 0 to 10, and n is from 1 to 1
The number 0, A represents —SO 3 Z or —COOZ (where Z is a hydrogen atom or an alkali metal atom). )
(3)
(B) The polyarylene having a sulfonic acid group has a repeating unit represented by the following general formula (3) in addition to the repeating unit represented by the general formula (2). 1) or a polymer composition according to (2);

Figure 2005126638
Figure 2005126638

(式中、R1〜R8は互いに同一でも異なっていてもよく、水素原子、フッ素原子、アルキル基、フッ素置換アルキル基、アリル基、アリール基およびシアノ基からなる群より選ばれた少なくとも1種の原子または基を示し、Wは2価の電子吸引性基または単結合を示し、Tは単結合または2価の有機基を示し、pはTが−O−の場合は2以上の整数、−O−以外の場合は1以上の整数を示す。)
(4)
上記(a)プロトン伝導性を有するテトラフルオロエチレン共重合体と(b)上記一般式(2)で表される繰り返し単位を有するスルホン酸基を有するポリアリーレンとの合計を100重量%としたときに、(a)成分を5〜90重量%、(b)成分を95〜10重量%含有する上記(1)〜(3)のいずれかに記載の重合体組成物。
(5)
上記(1)〜(4)いずれかに記載の重合体組成物から得られることを特徴とする複合膜。
(6)
プロトン伝導膜である、上記(5)に記載の複合膜。
(7)
(a)プロトン伝導性を有するテトラフルオロエチレン共重合体、(b)上記一般式(2)で表される繰り返し単位を有するスルホン酸基を有するポリアリーレン、および(c)有機溶媒を含有することを特徴とする重合体溶液組成物。
(8)
上記(a)プロトン伝導性を有するテトラフルオロエチレン共重合体が、上記一般式(1)で表される構造単位からなる上記(7)記載の重合体溶液組成物
(9)
上記(b)スルホン酸基を有するポリアリーレンが、上記一般式(2)で表される繰り返し単位に加え、さらに下記一般式(3)で表される繰り返し単位を有することを特徴とする上記(7)または(8)記載の重合体溶液組成物
(10)
(a)プロトン伝導性を有するテトラフルオロエチレン共重合体と(b)上記一般式(2)で表される繰り返し単位を有するスルホン酸基含有ポリアリーレンとの合計を100重量%としたときに、(a)成分を5〜90重量%、(b)成分を95〜10重量%含有する上記(7)〜(9)のいずれかに記載の重合体溶液組成物
(11)
上記(7)〜(10)のいずれかに記載の重合体溶液組成物を基体に塗布し、乾燥して得られることを特徴とする複合膜。
(12)
プロトン伝導膜である、上記(11)に記載の複合膜。
(Wherein R 1 to R 8 may be the same or different from each other, and at least one selected from the group consisting of a hydrogen atom, a fluorine atom, an alkyl group, a fluorine-substituted alkyl group, an allyl group, an aryl group, and a cyano group) W represents a divalent electron-withdrawing group or a single bond, T represents a single bond or a divalent organic group, and p represents an integer of 2 or more when T is —O—. In the case other than -O-, an integer of 1 or more is shown.)
(4)
When the total of (a) the tetrafluoroethylene copolymer having proton conductivity and (b) the polyarylene having a sulfonic acid group having a repeating unit represented by the general formula (2) is 100% by weight The polymer composition according to any one of (1) to (3), further comprising 5 to 90% by weight of the component (a) and 95 to 10% by weight of the component (b).
(5)
A composite film obtained from the polymer composition according to any one of (1) to (4) above.
(6)
The composite membrane according to (5) above, which is a proton conducting membrane.
(7)
(A) containing a tetrafluoroethylene copolymer having proton conductivity, (b) a polyarylene having a sulfonic acid group having a repeating unit represented by the general formula (2), and (c) an organic solvent. A polymer solution composition characterized by the above.
(8)
The polymer solution composition (9) according to the above (7), wherein the (a) tetrafluoroethylene copolymer having proton conductivity comprises a structural unit represented by the general formula (1).
(B) The polyarylene having a sulfonic acid group has a repeating unit represented by the following general formula (3) in addition to the repeating unit represented by the general formula (2). The polymer solution composition (10) according to 7) or (8)
When the total of (a) a tetrafluoroethylene copolymer having proton conductivity and (b) a sulfonic acid group-containing polyarylene having a repeating unit represented by the general formula (2) is 100% by weight, The polymer solution composition (11) according to any one of the above (7) to (9), which contains 5 to 90% by weight of the component (a) and 95 to 10% by weight of the component (b).
A composite film obtained by applying the polymer solution composition according to any one of (7) to (10) above to a substrate and drying it.
(12)
The composite membrane according to (11) above, which is a proton conducting membrane.

本発明の重合体組成物は、エラストマー状の(a)プロトン伝導性を有するテトラフルオロエチレン共重合体と、樹脂状の(b)スルホン酸基を有するポリアリーレンとを含有しているので、これから得られる複合膜は、プロトン伝導性を損なうことなく、ガス遮断性を維持しつつ、スルホン酸基を有するポリアリーレンのみからなる膜に比べて強度・靱
性を改善することができる。
Since the polymer composition of the present invention contains an elastomeric (a) tetrafluoroethylene copolymer having proton conductivity and a resinous (b) polyarylene having a sulfonic acid group, The obtained composite membrane can improve strength and toughness as compared with a membrane made only of polyarylene having a sulfonic acid group while maintaining gas barrier properties without impairing proton conductivity.

また、本発明の重合体溶液組成物は、エラストマー状の(a)プロトン伝導性を有するテトラフルオロエチレン共重合体と、樹脂状の(b)スルホン酸基を有するポリアリーレンと、(c)有機溶媒とを含有し、前記(a)成分および(b)成分が溶液状態で均質化されているので、これから得られる複合膜は、プロトン伝導性を損なうことなく、ガス遮断性を維持しつつ、スルホン酸基を有するポリアリーレンのみからなる膜に比べて強度・靱性を改善することができる。   The polymer solution composition of the present invention comprises an elastomeric (a) proton conductive tetrafluoroethylene copolymer, a resinous (b) polyarylene having a sulfonic acid group, and (c) an organic material. Since the component (a) and the component (b) are homogenized in a solution state, the composite membrane obtained from the solvent maintains gas barrier properties without impairing proton conductivity, The strength and toughness can be improved as compared with a film composed only of polyarylene having a sulfonic acid group.

本発明の複合膜は、伝導膜として、広い温度範囲にわたって高いプロントン伝導性を有し、かつ基板、電極に対する密着性が優れ、脆くなく強度において優れており、一次電池用電解質、二次電池用電解質、燃料電池用高分子固体電解質、表示素子、各種センサー、信号伝達媒体、固体コンデンサー、イオン交換膜などの伝導膜として利用可能であり、この工業的意義は極めて大である。   The composite membrane of the present invention has high pronton conductivity over a wide temperature range as a conductive membrane, and has excellent adhesion to a substrate and an electrode, is not brittle and excellent in strength, and is used for an electrolyte for a primary battery and a secondary battery. It can be used as a conductive membrane such as an electrolyte, a solid polymer electrolyte for fuel cells, a display element, various sensors, a signal transmission medium, a solid capacitor, and an ion exchange membrane, and its industrial significance is extremely large.

[重合体組成物]
本発明の重合体組成物は、(a)プロトン伝導性を有するテトラフルオロエチレン共重合体および(b)スルホン酸基を有するポリアリーレンを主成分とする。
[Polymer composition]
The polymer composition of the present invention comprises (a) a tetrafluoroethylene copolymer having proton conductivity and (b) a polyarylene having a sulfonic acid group as main components.

(a)プロトン伝導性を有するテトラフルオロエチレン共重合体;
本発明の重合体組成物を構成する(a)プロトン伝導性を有するテトラフルオロエチレン共重合体は、例えば、下記式(1)で表される繰り返し単位を主たる繰り返し単位とする共重合体である。
(A) a tetrafluoroethylene copolymer having proton conductivity;
The (a) proton conductive tetrafluoroethylene copolymer constituting the polymer composition of the present invention is, for example, a copolymer having a repeating unit represented by the following formula (1) as a main repeating unit. .

Figure 2005126638
Figure 2005126638

式中、xは1〜30、好ましくは1〜20の数を示す。
yは10〜2,000、好ましくは100〜1,000の数を示す。
mは0〜10、好ましくは0〜5の数を示す。
nは1〜10、好ましくは1〜5の数を示す。
Aは−SO3Zまたは−COOZを示す。ここで、Zは水素原子であるか、またはナトリ
ウム、カリウムなどのアルカリ金属原子である。
In the formula, x represents a number of 1 to 30, preferably 1 to 20.
y represents a number of 10 to 2,000, preferably 100 to 1,000.
m represents a number of 0 to 10, preferably 0 to 5.
n represents a number of 1 to 10, preferably 1 to 5.
A represents —SO 3 Z or —COOZ. Here, Z is a hydrogen atom or an alkali metal atom such as sodium or potassium.

ここで、xが1未満では、共重合体が水溶性となってしまう。一方、30を超えると、共重合体のプロトン伝導度が低下する。また、yが10未満では、共重合体のプロトン伝導度が低下する。一方、2,000を超えると、共重合体の機械的強度が低下する。さら
に、mが10を超えると、共重合体のプロトン伝導度が低下する。また、nが5を超えると、共重合体のプロトン伝導度が低下する。
Here, when x is less than 1, the copolymer becomes water-soluble. On the other hand, when it exceeds 30, the proton conductivity of the copolymer decreases. On the other hand, if y is less than 10, the proton conductivity of the copolymer is lowered. On the other hand, when it exceeds 2,000, the mechanical strength of the copolymer decreases. Furthermore, when m exceeds 10, the proton conductivity of the copolymer decreases. On the other hand, when n exceeds 5, the proton conductivity of the copolymer decreases.

この(a)プロトン伝導性を有するテトラフルオロエチレン共重合体は、例えば、テトラフルオロエチレンと末端にスルホニルフルオライド基を有するパーフルオロビニルエーテルとの共重合体を加水分解して、前記スルホニルフルオライド基をスルホン酸基とした
スルホン化ポリマー、あるいは、このスルホン化ポリマーが有するスルホン酸基の一部または全部がカルボキシル基に置換された形のカルボキシル化ポリマーである。
This (a) tetrafluoroethylene copolymer having proton conductivity is obtained by, for example, hydrolyzing a copolymer of tetrafluoroethylene and a perfluorovinyl ether having a sulfonyl fluoride group at the terminal, thereby obtaining the sulfonyl fluoride group. Is a sulfonated polymer having a sulfonate group, or a carboxylated polymer in which a part or all of the sulfonate groups of the sulfonated polymer are substituted with carboxyl groups.

(a)プロトン伝導性を有するテトラフルオロエチレン共重合体中のイオン交換容量は、好ましくは0.7〜1.5meq/g、より好ましくは0.8〜1.2meq/gである。   (A) The ion exchange capacity in the tetrafluoroethylene copolymer having proton conductivity is preferably 0.7 to 1.5 meq / g, more preferably 0.8 to 1.2 meq / g.

(a)プロトン伝導性を有するテトラフルオロエチレン共重合体の具体例としては、米国・デュポン社製のナフィオン(商品名、x=5〜13.5、y=1,000、m≧1、n=2、イオン交換容量=0.91meq/g、A=−SO3H)、米国・ダウケミカル
社製の通称Dow膜(m=0、n=2、イオン交換容量=0.8meq/g、A=−SO3H)、旭化成工業(株)製のアシペックス(Acipex、商品名)(x=1.5〜1
4、m=0〜3、n=2〜5、イオン交換容量=0.9〜1.0meq/g、A=−SO3H,−COOH)、旭硝子(株)製のフレミオン(Flemion、商品名)(m=0
〜1、n=1〜5、イオン交換容量=0.9meq/g、A=−COOH)などが挙げられる。
(A) As a specific example of the tetrafluoroethylene copolymer having proton conductivity, Nafion (trade name, x = 5 to 13.5, y = 1,000, m ≧ 1, n, manufactured by DuPont, USA) = 2, ion exchange capacity = 0.91 meq / g, A = -SO 3 H), commonly known Dow membrane manufactured by Dow Chemical Company (m = 0, n = 2, ion exchange capacity = 0.8 meq / g, A = -SO 3 H), Acipex (trade name) manufactured by Asahi Kasei Kogyo Co., Ltd. (x = 1.5 to 1)
4, m = 0-3, n = 2-5, ion exchange capacity = 0.9-1.0 meq / g, A = —SO 3 H, —COOH), Flemion manufactured by Asahi Glass Co., Ltd. Name) (m = 0
˜1, n = 1 to 5, ion exchange capacity = 0.9 meq / g, A = —COOH) and the like.

(b)スルホン酸基を有するポリアリーレン;
本発明の重合体組成物を構成する(b)スルホン酸基を有するポリアリーレンは、下記一般式(2)で表される繰り返し構成単位を主たる構成単位とし、必要に応じて下記一般式(3)で表される繰り返し構成単位を含んでいる。
(B) a polyarylene having a sulfonic acid group;
The polyarylene (b) having a sulfonic acid group constituting the polymer composition of the present invention has a repeating structural unit represented by the following general formula (2) as a main structural unit, and if necessary, the following general formula (3 ) Is included.

Figure 2005126638
Figure 2005126638

式(2)中、Aは2価の電子吸引性基を示し、具体的には−CO−、−SO2−、−S
O−、−CONH−、−COO−、−(CF2l−(ここで、lは1〜10の整数である)、−C(CF32−などが挙げられる。
Bは2価の電子供与基または直接結合を示し、電子供与基の具体例としては、−(CH2
)−、−C(CH32−、−O−、−S−、−CH=CH−、−C≡C―および
In the formula (2), A represents a divalent electron withdrawing group, specifically, —CO—, —SO 2 —, —S.
O—, —CONH—, —COO—, — (CF 2 ) 1 — (wherein 1 is an integer of 1 to 10), —C (CF 3 ) 2 — and the like can be mentioned.
B represents a divalent electron-donating group or a direct bond. Specific examples of the electron-donating group include — (CH 2
)-, -C (CH 3 ) 2- , -O-, -S-, -CH = CH-, -C≡C- and

Figure 2005126638
Figure 2005126638

などが挙げられる。
なお、電子吸引性基とは、ハメット(Hammett)置換基常数がフェニル基のm位の場合、
0.06以上、p位の場合、0.01以上の値となる基をいう。
Arは−SO3Hで表される置換基を有する芳香族基を示し、芳香族基として具体的には
フェニル基、ナフチル基、アントラセニル基、フェナンチル基などが挙げられる。これらの基のうち、フェニル基、ナフチル基が好ましい。
mは0〜10、好ましくは0〜2の整数、nは0〜10、好ましくは0〜2の整数を示し、kは1〜4の整数を示す。
Etc.
The electron-withdrawing group is a Hammett substituent constant when the phenyl group is in the m-position.
In the case of 0.06 or more and p-position, it means a group having a value of 0.01 or more.
Ar represents an aromatic group having a substituent represented by —SO 3 H, and specific examples of the aromatic group include a phenyl group, a naphthyl group, an anthracenyl group, and a phenanthyl group. Of these groups, a phenyl group and a naphthyl group are preferable.
m represents an integer of 0 to 10, preferably 0 to 2, n represents an integer of 0 to 10, preferably 0 to 2, and k represents an integer of 1 to 4.

Figure 2005126638
Figure 2005126638

式(3)中、R1〜R8は互いに同一でも異なっていてもよく、水素原子、フッ素原子、アルキル基、フッ素置換アルキル基、アリル基、アリール基およびシアノ基からなる群より選ばれた少なくとも1種の原子または基を示す。
アルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、アミル基、ヘキシル基などが挙げられ、メチル基、エチル基などが好ましい。
フッ素置換アルキル基としては、トリフルオロメチル基、パーフルオロエチル基、パーフルオロプロピル基、パーフルオロブチル基、パーフルオロペンチル基、パーフルオロヘキシル基などが挙げられ、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基などが好ましい。
アリル基としては、プロペニル基などが挙げられ、
アリール基としては、フェニル基、ペンタフルオロフェニル基などが挙げられる。
In formula (3), R 1 to R 8 may be the same as or different from each other, and are selected from the group consisting of a hydrogen atom, a fluorine atom, an alkyl group, a fluorine-substituted alkyl group, an allyl group, an aryl group, and a cyano group. At least one atom or group is shown.
Examples of the alkyl group include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, an amyl group, and a hexyl group, and a methyl group and an ethyl group are preferable.
Examples of the fluorine-substituted alkyl group include trifluoromethyl group, perfluoroethyl group, perfluoropropyl group, perfluorobutyl group, perfluoropentyl group, perfluorohexyl group, trifluoromethyl group, pentafluoroethyl group, and the like. Etc. are preferable.
Examples of allyl groups include propenyl groups,
Examples of the aryl group include a phenyl group and a pentafluorophenyl group.

Wは単結合または2価の電子吸引性基を示す。2価の電子吸引性基としては上述したものと同様のものが挙げられる。
Tは単結合または2価の有機基を示す。2価の有機基として具体的には、電子吸引性基および電子供与基が挙げられ、電子吸引性基および電子供与性基としては、上述したものと同様のものが挙げられる。
W represents a single bond or a divalent electron-withdrawing group. Examples of the divalent electron withdrawing group include the same ones as described above.
T represents a single bond or a divalent organic group. Specific examples of the divalent organic group include an electron-withdrawing group and an electron-donating group, and examples of the electron-withdrawing group and the electron-donating group include those described above.

式(3)において、pはTが−O−の場合は2以上の整数であり、−O−以外の場合は1以上の整数であり、上限は通常100、好ましくは10〜80である。   In Formula (3), p is an integer of 2 or more when T is —O—, and is an integer of 1 or more when T is other than —O—, and the upper limit is usually 100, preferably 10 to 80.

本発明の重合体組成物を構成する(b)スルホン酸基を有するポリアリーレンは、例えば下記一般式(4)で表される重合体である。   The polyarylene (b) having a sulfonic acid group constituting the polymer composition of the present invention is, for example, a polymer represented by the following general formula (4).

Figure 2005126638
Figure 2005126638

(式(4)中、W、T、A,B、Ar、m、n、k、pおよびR1〜R8は、それぞれ上記一般式(2)および(3)中のW、T、A,B、Ar、m、n、k、pおよびR1〜R8
同義である。)
本発明で用いられる(b)スルホン酸基を有するポリアリーレンは、上記一般式(2)で表される繰り返し構成単位を0.5〜100モル%、好ましくは10〜99.999モル%の割合で、上記一般式(3)で表される繰り返し構成単位を99.5〜0モル%、好ましくは90〜0.001モル%の割合で含有している。
(In the formula (4), W, T, A, B, Ar, m, n, k, p and R 1 to R 8 are respectively W, T, A in the general formulas (2) and (3). , B, Ar, m, n, k, p, and R 1 to R 8 .
(B) The polyarylene having a sulfonic acid group used in the present invention is a proportion of 0.5 to 100 mol%, preferably 10 to 99.999 mol%, of the repeating structural unit represented by the general formula (2). The repeating structural unit represented by the general formula (3) is contained in a ratio of 99.5 to 0 mol%, preferably 90 to 0.001 mol%.

(b)スルホン酸基を有するポリアリーレンは、上記一般式(2)で表される構造単位となりうるスルホン酸エステル基を有するモノマーと、上記一般式(3)で表される構造単位となりうるオリゴマーとを共重合させ、スルホン酸エステル基を有するポリアリーレンを製造し、このスルホン酸エステル基を有するポリアリーレンを加水分解して、スルホン酸エステル基をスルホン酸基に変換することにより合成することができる。   (B) The polyarylene having a sulfonic acid group includes a monomer having a sulfonic ester group that can be a structural unit represented by the general formula (2) and an oligomer that can be a structural unit represented by the general formula (3). To produce a polyarylene having a sulfonic acid ester group, hydrolyzing the polyarylene having the sulfonic acid ester group, and converting the sulfonic acid ester group into a sulfonic acid group. it can.

また、(b)スルホン酸基を有するポリアリーレンは、上記一般式(2)で表される骨格を有しスルホン酸基、スルホン酸エステル基を有しない構造単位と、上記一般式(3)の構造単位からなるポリアリーレンを予め合成し、この重合体をスルホン化することにより合成することもできる。   In addition, (b) a polyarylene having a sulfonic acid group has a skeleton represented by the above general formula (2), a structural unit having no sulfonic acid group or sulfonic acid ester group, and the above general formula (3) It is also possible to synthesize a polyarylene composed of structural units in advance and sulphonate the polymer.

上記一般式(2)の構造単位となりうるモノマーと、上記一般式(3)の構造単位となりうるオリゴマーとを共重合させてスルホン酸エステル基を有するポリアリーレンを合成する場合には、一般式(2)の構造単位となりうるモノマーとしては、例えば下記一般式(5)で表されるスルホン酸エステル(以下、「モノマー(5)」ともいう。)が用いられる。   When a polyarylene having a sulfonate group is synthesized by copolymerizing a monomer that can be a structural unit of the general formula (2) and an oligomer that can be a structural unit of the general formula (3), the general formula ( As the monomer that can be a structural unit of 2), for example, a sulfonate ester represented by the following general formula (5) (hereinafter also referred to as “monomer (5)”) is used.

Figure 2005126638
Figure 2005126638

式(5)中、Xはフッ素を除くハロゲン原子(塩素、臭素、ヨウ素)、−OSO2Z(
ここで、Zはアルキル基、フッ素置換アルキル基またはアリール基を示す。)から選ばれる原子または基を示し、A、B、m、nおよびkは、それぞれ上記一般式(2)中のA、B、m、nおよびkと同義である。Raは炭素原子数1〜20、好ましくは4〜20の炭
化水素基を示し、具体的には、メチル基、エチル基、n−プロピル基、iso−プロピル基、tert−ブチル基、iso−ブチル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、ネオペンチル基、シクロペンチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、シクロペンチルメチル基、シクロヘキシルメチル基、アダマンチル基、アダマンタンメチル基、2−エチルヘキシル基、ビシクロ[2.2.1]へプチル基、ビシクロ[2.2.1]へプチルメチル基、テトラヒドロフルフリル基、2−メチルブチル基、3,3−ジメチル−2,4−ジオキソランメチル基、シクロヘキシルメチル基、アダマンチルメチル基、ビシクロ[2.2.1]ヘプチルメチル基などの直鎖状炭化水素基、分岐状炭化水素基、脂環式炭化水素基、5員の複素環を有する炭化水素基などが挙げられる。これらのうちn−ブチル基、ネオペンチル基、テトラヒドロフルフリル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘキシルメチル基、アダマンチルメチル基、ビシクロ[2.2.1]ヘプチルメチル基が好ましく、さらにはネオペンチル基が好ましい。
In the formula (5), X represents a halogen atom other than fluorine (chlorine, bromine, iodine), —OSO 2 Z (
Here, Z represents an alkyl group, a fluorine-substituted alkyl group or an aryl group. A, B, m, n and k have the same meanings as A, B, m, n and k in the general formula (2), respectively. R a represents a hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, preferably 4 to 20 carbon atoms, specifically, methyl group, ethyl group, n-propyl group, iso-propyl group, tert-butyl group, iso- Butyl group, n-butyl group, sec-butyl group, neopentyl group, cyclopentyl group, hexyl group, cyclohexyl group, cyclopentylmethyl group, cyclohexylmethyl group, adamantyl group, adamantanemethyl group, 2-ethylhexyl group, bicyclo [2.2 .1] heptyl group, bicyclo [2.2.1] heptylmethyl group, tetrahydrofurfuryl group, 2-methylbutyl group, 3,3-dimethyl-2,4-dioxolanemethyl group, cyclohexylmethyl group, adamantylmethyl group , Straight chain hydrocarbon groups such as bicyclo [2.2.1] heptylmethyl group, branched hydrocarbon groups, alicyclic carbon groups Examples thereof include a hydrogen group and a hydrocarbon group having a 5-membered heterocyclic ring. Among these, an n-butyl group, neopentyl group, tetrahydrofurfuryl group, cyclopentyl group, cyclohexyl group, cyclohexylmethyl group, adamantylmethyl group, and bicyclo [2.2.1] heptylmethyl group are preferable, and a neopentyl group is more preferable. .

Ar'は−SO3bで表されるスルホン酸エステル基を有する芳香族基を示し、芳香族
基として具体的にはフェニル基、ナフチル基、アントラセニル基、フェナンチル基などが
挙げられる。これらの基のうち、フェニル基、ナフチル基が好ましい。
スルホン酸エステル基−SO3bは、芳香族基に1個または2個以上置換しており、置換基−SO3bが2個以上置換している場合には、これらのスルホン酸エステル基は互いに同一でも異なっていてもよい。
Ar ′ represents an aromatic group having a sulfonate group represented by —SO 3 R b , and specific examples of the aromatic group include a phenyl group, a naphthyl group, an anthracenyl group, and a phenanthyl group. Of these groups, a phenyl group and a naphthyl group are preferable.
The sulfonate group —SO 3 R b is substituted with one or more aromatic groups, and when two or more substituents —SO 3 R b are substituted, these sulfonate esters are substituted. The groups may be the same or different from each other.

ここで、Rbは炭素原子数1〜20、好ましくは4〜20の炭化水素基を示し、具体的
には上記炭素原子数1〜20の炭化水素基などが挙げられる。これらのうちn−ブチル基、ネオペンチル基、テトラヒドロフルフリル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘキシルメチル基、アダマンチルメチル基、ビシクロ[2.2.1]ヘプチルメチル基が好ましく、さらにはネオペンチル基が好ましい。
上記一般式(5)で表されるスルホン酸エステルの具体例としては、以下の様な化合物が挙げられる。
Here, R b represents a hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, preferably 4 to 20 carbon atoms, and specific examples thereof include the hydrocarbon groups having 1 to 20 carbon atoms. Among these, an n-butyl group, neopentyl group, tetrahydrofurfuryl group, cyclopentyl group, cyclohexyl group, cyclohexylmethyl group, adamantylmethyl group, and bicyclo [2.2.1] heptylmethyl group are preferable, and a neopentyl group is more preferable. .
Specific examples of the sulfonic acid ester represented by the general formula (5) include the following compounds.

Figure 2005126638
Figure 2005126638

Figure 2005126638
Figure 2005126638

Figure 2005126638
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Figure 2005126638
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Figure 2005126638
Figure 2005126638

Figure 2005126638
Figure 2005126638

Figure 2005126638
Figure 2005126638

また、上記一般式(5)で表されるスルホン酸エステルとして、上記化合物において塩素原子が臭素原子に置き換わった化合物、上記化合物において−CO−が−SO2−に置
き換わった化合物、上記化合物において塩素原子が臭素原子に置き換わり、かつ−CO−が−SO2−に置き換わった化合物なども挙げられる。
In addition, as the sulfonate ester represented by the general formula (5), a compound in which a chlorine atom is replaced with a bromine atom in the above compound, a compound in which —CO— is replaced with —SO 2 — in the above compound, and chlorine in the above compound atom is replaced by a bromine atom, and -CO- is -SO 2 - can also be mentioned such compounds replaced.

上記一般式(5)中のRb基は1級のアルコール由来で、β炭素が3級または4級炭素
であることが、重合工程中の安定性に優れ、脱エステル化によるスルホン酸の生成に起因する重合阻害や架橋を引き起こさない点で好ましく、さらには、これらのエステル基は1級アルコール由来でβ位が4級炭素であることが好ましい。
The R b group in the general formula (5) is derived from a primary alcohol, and the β carbon is a tertiary or quaternary carbon, which is excellent in stability during the polymerization process and produces sulfonic acid by deesterification. It is preferable in that it does not cause polymerization inhibition or cross-linking due to the above, and it is preferable that these ester groups are derived from primary alcohols and the β-position is a quaternary carbon.

また、上記一般式(5)で表されるスルホン酸エステルと同様の骨格を有し、スルホン酸基、スルホン酸エステル基を有しない化合物の具体例としては、下記の様な化合物が挙げられる。   Specific examples of the compound having the same skeleton as the sulfonic acid ester represented by the general formula (5) and having no sulfonic acid group or sulfonic acid ester group include the following compounds.

Figure 2005126638
Figure 2005126638

上記化合物において塩素原子が臭素原子に置き換わった化合物、上記化合物において−CO−が−SO2−に置き換わった化合物、上記化合物において塩素原子が臭素原子に置
き換わり、かつ−CO−が−SO2−に置き換わった化合物なども挙げられる。
A compound in which a chlorine atom is replaced with a bromine atom in the above compound, a compound in which —CO— is replaced with —SO 2 — in the above compound, a chlorine atom is replaced with a bromine atom in the above compound, and —CO— is replaced with —SO 2 —. Examples include substituted compounds.

上記一般式(3)の構造単位となりうるオリゴマーとしては、例えば下記一般式(6)で表される化合物(以下「オリゴマー(6)」ともいう。)が用いられる。   As the oligomer that can be the structural unit of the general formula (3), for example, a compound represented by the following general formula (6) (hereinafter also referred to as “oligomer (6)”) is used.

Figure 2005126638
Figure 2005126638

式(6)中、R1〜R8、W、Tおよびpは、それぞれ上記一般式(3)中のR1〜R8、W、Tおよびpと同義である。 In formula (6), R < 1 > -R < 8 >, W, T, and p are synonymous with R < 1 > -R < 8 >, W, T, and p in the said general formula (3), respectively.

R'およびR''は互いに同一でも異なっていてもよく、フッ素原子を除くハロゲン原子
または−OSO2Z(ここで、Zはアルキル基、フッ素置換アルキル基またはアリール基
を示す。)で表される基を示す。Zが示すアルキル基としてはメチル基、エチル基などが挙げられ、フッ素置換アルキル基としてはトリフルオロメチル基などが挙げられ、アリール基としてはフェニル基、p−トリル基などが挙げられる。
R ′ and R ″ may be the same or different from each other, and are represented by a halogen atom excluding a fluorine atom or —OSO 2 Z (wherein Z represents an alkyl group, a fluorine-substituted alkyl group or an aryl group). Represents a group. Examples of the alkyl group represented by Z include a methyl group and an ethyl group, examples of the fluorine-substituted alkyl group include a trifluoromethyl group, and examples of the aryl group include a phenyl group and a p-tolyl group.

上記一般式(6)で表される化合物としては、2,2−ビス[4−{4−(4−クロロ
ベンゾイル)フェノキシ}フェニル]−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン、
ビス[4−{4−(4−クロロベンゾイル)フェノキシ}フェニル]スルホン、下記式で表される化合物などが挙げられる。
The compound represented by the general formula (6) includes 2,2-bis [4- {4- (4-chlorobenzoyl) phenoxy} phenyl] -1,1,1,3,3,3-hexafluoro. propane,
Examples include bis [4- {4- (4-chlorobenzoyl) phenoxy} phenyl] sulfone, compounds represented by the following formulas, and the like.

Figure 2005126638
Figure 2005126638

上記一般式(6)で表される化合物は、例えば以下に示す方法で合成することができる。
まず電子吸引性基で連結されたビスフェノールを対応するビスフェノールのアルカリ金属塩とするために、N−メチル−2−ピロリドン、N,N-ジメチルアセトアミド、スルホラン、ジフェニルスルホン、ジメチルスルホキサイドなどの誘電率の高い極性溶媒中でリチウム、ナトリウム、カリウムなどのアルカリ金属、水素化アルカリ金属、水酸化アルカリ
金属、アルカリ金属炭酸塩などを加える。
The compound represented by the general formula (6) can be synthesized, for example, by the method shown below.
First, in order to convert the bisphenol linked with an electron-withdrawing group into the corresponding alkali metal salt of bisphenol, dielectrics such as N-methyl-2-pyrrolidone, N, N-dimethylacetamide, sulfolane, diphenylsulfone, dimethylsulfoxide, etc. Add an alkali metal such as lithium, sodium or potassium, an alkali metal hydride, an alkali metal hydroxide, an alkali metal carbonate or the like in a polar solvent having a high rate.

通常、アルカリ金属はフェノールの水酸基に対し、過剰気味で反応させ、通常、1.1〜2倍当量を使用する。好ましくは、1.2〜1.5倍当量の使用である。この際、ベンゼン、トルエン、キシレン、ヘキサン、シクロヘキサン、オクタン、クロロベンゼン、ジオキサン、テトラヒドロフラン、アニソール、フェネトールなどの水と共沸する溶媒を共存させて、電子吸引性基で活性化されたフッ素、塩素等のハロゲン原子で置換された芳香族ジハライド化合物、例えば、4,4'−ジフルオロベンゾフェノン、4,4'−ジクロロベンゾフェノン、4,4'−クロロフルオロベンゾフェノン、ビス(4−クロロフェニル)スルホン、ビス(4−フルオロフェニル)スルホン、4−フルオロフェニル−4'−クロロ
フェニルスルホン、ビス(3−ニトロ−4−クロロフェニル)スルホン、2,6−ジクロ
ロベンゾニトリル、2,6−ジフルオロベンゾニトリル、ヘキサフルオロベンゼン、デカ
フルオロビフェニル、2,5−ジフルオロベンゾフェノン、1,3−ビス(4−クロロベンゾイル)ベンゼンなどを反応させる。反応性から言えば、フッ素化合物が好ましいが、次の芳香族カップリング反応を考慮した場合、末端が塩素原子となるように芳香族求核置換反応を組み立てる必要がある。活性芳香族ジハライドはビスフェノールに対し、2〜4倍モル、好ましくは2.2〜2.8倍モルの使用である。芳香族求核置換反応の前に予め、ビスフェノールのアルカリ金属塩としていてもよい。反応温度は60℃〜300℃で、好ましくは80℃〜250℃の範囲である。反応時間は15分〜100時間、好ましくは1時間〜24時間の範囲である。最も好ましい方法としては、下記式で示される活性芳香族ジハライドとして反応性の異なるハロゲン原子を一個ずつ有するクロロフルオロ体を用いることであり、フッ素原子が優先してフェノキシドと求核置換反応が起きるので、目的の活性化された末端クロロ体を得るのに好都合である。
Usually, the alkali metal is reacted in excess with respect to the hydroxyl group of phenol, and usually 1.1 to 2 times equivalent is used. Preferably, 1.2 to 1.5 times equivalent is used. In this case, fluorine, chlorine, etc. activated with an electron-withdrawing group in the presence of azeotropic solvent such as benzene, toluene, xylene, hexane, cyclohexane, octane, chlorobenzene, dioxane, tetrahydrofuran, anisole, phenetole, etc. Aromatic halogen-substituted aromatic dihalide compounds such as 4,4′-difluorobenzophenone, 4,4′-dichlorobenzophenone, 4,4′-chlorofluorobenzophenone, bis (4-chlorophenyl) sulfone, bis (4 -Fluorophenyl) sulfone, 4-fluorophenyl-4'-chlorophenylsulfone, bis (3-nitro-4-chlorophenyl) sulfone, 2,6-dichlorobenzonitrile, 2,6-difluorobenzonitrile, hexafluorobenzene, deca Fluorobiphenyl, , 5-difluorobenzophenone, 1,3-bis (4-chlorobenzoyl) reacting benzene. In terms of reactivity, a fluorine compound is preferable, but in consideration of the following aromatic coupling reaction, it is necessary to assemble an aromatic nucleophilic substitution reaction so that the terminal is a chlorine atom. The active aromatic dihalide is used in an amount of 2 to 4 times mol, preferably 2.2 to 2.8 times mol, of bisphenol. Prior to the aromatic nucleophilic substitution reaction, an alkali metal salt of bisphenol may be used. The reaction temperature is 60 ° C to 300 ° C, preferably 80 ° C to 250 ° C. The reaction time ranges from 15 minutes to 100 hours, preferably from 1 hour to 24 hours. The most preferable method is to use a chlorofluoro compound having one halogen atom having a different reactivity as the active aromatic dihalide represented by the following formula, and a nucleophilic substitution reaction with phenoxide occurs preferentially by the fluorine atom. It is convenient to obtain the desired activated terminal chloro form.

Figure 2005126638
Figure 2005126638

(式中、Wは一般式(6)に関して定義した通りである。)
また、上記一般式(6)で表される化合物を合成する方法としては、特開平2−159号公報に記載のように、求核置換反応と親電子置換反応を組み合わせ、目的の電子吸引性基、電子供与性基からなる屈曲性化合物を合成する方法がある。
具体的には電子吸引性基で活性化された芳香族ビスハライド、例えば、ビス(4−クロロフェニル)スルホンをフェノールと求核置換反応させてビスフェノキシ置換体とする。次いで、このビスフェノキシ置換体を例えば、4−クロロ安息香酸クロリドとのフリーデルクラフト反応により目的の化合物を得る。ここで用いる電子吸引性基で活性化された芳香族ビスハライドは上記で例示した化合物が適用できる。フェノールは置換されていてもよいが、耐熱性や屈曲性の観点から、無置換化合物が好ましい。なお、フェノールの置換反応にはアルカリ金属塩とするのが、好ましく、アルカリ金属化合物としては上記に例示した化合物を使用できる。使用量はフェノール1モルに対し、1.2〜2倍モルである。反応に際し、上述した極性溶媒や水との共沸溶媒を用いることができる。フリーデルクラフト反応では、ビスフェノキシ置換体を塩化アルミニウム、三フッ化ホウ素、塩化亜鉛などのルイス酸のフリーデルクラフト反応の活性化剤存在下に、アシル化剤として、クロロ安息香酸クロライドを反応させる。クロロ安息香酸クロライドはビスフェノキシ置換体に対し、2〜4倍モル、好ましくは2.2〜3倍モルの使用である。フリーデルクラフト活性
化剤は、アシル化剤のクロロ安息香酸などの活性ハライド化合物1モルに対し、1.1〜2倍当量使用する。反応時間は15分〜10時間の範囲で、反応温度は−20℃から80℃の範囲である。使用溶媒は、フリーデルクラフト反応に不活性な、クロロベンゼンやニトロベンゼンなどを用いることができる。
(Wherein, W is as defined for general formula (6).)
In addition, as a method for synthesizing the compound represented by the general formula (6), as described in JP-A-2-159, a nucleophilic substitution reaction and an electrophilic substitution reaction are combined to obtain a target electron withdrawing property. There is a method of synthesizing a flexible compound composed of a group and an electron donating group.
Specifically, an aromatic bishalide activated with an electron-withdrawing group, for example, bis (4-chlorophenyl) sulfone is subjected to a nucleophilic substitution reaction with phenol to obtain a bisphenoxy substitution product. Subsequently, the compound of interest is obtained by Friedel-Craft reaction of this bisphenoxy-substituted product with, for example, 4-chlorobenzoic acid chloride. As the aromatic bishalide activated with the electron-withdrawing group used here, the compounds exemplified above can be applied. Although phenol may be substituted, an unsubstituted compound is preferable from the viewpoint of heat resistance and flexibility. In addition, it is preferable to use an alkali metal salt for the phenol substitution reaction, and the compounds exemplified above can be used as the alkali metal compound. The amount used is 1.2 to 2 moles per mole of phenol. In the reaction, the polar solvent described above or an azeotropic solvent with water can be used. In the Friedel-Crafts reaction, the bisphenoxy-substituted product is reacted with chlorobenzoic acid chloride as an acylating agent in the presence of an activator for the Lewis acid Friedel-Crafts reaction such as aluminum chloride, boron trifluoride, and zinc chloride. . Chlorobenzoic acid chloride is used in an amount of 2 to 4 times mol, preferably 2.2 to 3 times mol, of the bisphenoxy-substituted product. The Friedel-Craft activator is used in an amount of 1.1 to 2 times equivalent to 1 mol of an active halide compound such as chlorobenzoic acid as an acylating agent. The reaction time ranges from 15 minutes to 10 hours, and the reaction temperature ranges from -20 ° C to 80 ° C. As the solvent used, chlorobenzene, nitrobenzene and the like which are inert to Friedel-Crafts reaction can be used.

一般式(6)において、pが2以上である化合物は、例えば、一般式(6)において電子供与性基Tであるエーテル性酸素の供給源となるビスフェノールと、電子吸引性基Wである、>C=O、−SO2−および>C(CF32から選ばれる少なくとも1種の基とを
組み合わせた化合物、具体的には2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ケトン、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)スルホンなどのビスフェノールのアルカリ金属塩と、過剰の4,4−ジクロロベンゾフェノン、ビス(4−クロロフェニル)スルホンなどの活性芳香族ハロゲン化合物との置換反応をN−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチル
アセトアミド、スルホランなどの極性溶媒存在下で前記単量体の合成手法に順次重合して得られる。
このような化合物の例示としては、下記式で表される化合物などを挙げることができる。
In the general formula (6), the compound in which p is 2 or more is, for example, a bisphenol serving as a source of etheric oxygen that is the electron donating group T in the general formula (6) and an electron withdrawing group W. A compound in combination with at least one group selected from> C═O, —SO 2 — and> C (CF 3 ) 2 , specifically 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) -1,1 1,3,3,3-hexafluoropropane, alkali metal salts of bisphenols such as 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) ketone, 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) sulfone and an excess of 4 Substitution reactions with active aromatic halogen compounds such as 1,4-dichlorobenzophenone and bis (4-chlorophenyl) sulfone can be performed using N-methyl-2-pyrrolidone, N, N-dimethylacetamide, sulfolane, etc. In the presence of a neutral solvent, it is obtained by sequential polymerization in the monomer synthesis method.
Examples of such compounds include compounds represented by the following formulas.

Figure 2005126638
Figure 2005126638

上記において、pは正の整数であり、上限は通常100、好ましくは10〜80である。   In the above, p is a positive integer, and the upper limit is usually 100, preferably 10-80.

上記一般式(4)で表されるスルホン酸エステル基を有するポリアリーレンは、モノマー(5)とオリゴマー(6)を触媒の存在下に反応させることにより合成されるが、この際使用される触媒は、遷移金属化合物を含む触媒系であり、この触媒系としては、(i)遷移金属塩および配位子となる化合物(以下、「配位子成分」という。)、または配位子が配位された遷移金属錯体(銅塩を含む)、ならびに(ii)還元剤を必須成分とし、さらに、重合速度を上げるために、「塩」を添加してもよい。   The polyarylene having a sulfonate group represented by the general formula (4) is synthesized by reacting the monomer (5) and the oligomer (6) in the presence of a catalyst. Is a catalyst system containing a transition metal compound. This catalyst system includes (i) a compound that becomes a transition metal salt and a ligand (hereinafter referred to as “ligand component”) or a ligand. The transition metal complex (including copper salt) and (ii) the reducing agent are essential components, and a “salt” may be added to increase the polymerization rate.

ここで、遷移金属塩としては、塩化ニッケル、臭化ニッケル、ヨウ化ニッケル、ニッケルアセチルアセトナートなどのニッケル化合物;塩化パラジウム、臭化パラジウム、ヨウ化パラジウムなどのパラジウム化合物;塩化鉄、臭化鉄、ヨウ化鉄などの鉄化合物;塩化コバルト、臭化コバルト、ヨウ化コバルトなどのコバルト化合物などが挙げられる。これらのうち特に、塩化ニッケル、臭化ニッケルなどが好ましい。   Here, as the transition metal salt, nickel compounds such as nickel chloride, nickel bromide, nickel iodide and nickel acetylacetonate; palladium compounds such as palladium chloride, palladium bromide and palladium iodide; iron chloride and iron bromide And iron compounds such as iron iodide; cobalt compounds such as cobalt chloride, cobalt bromide, and cobalt iodide. Of these, nickel chloride, nickel bromide and the like are particularly preferable.

また、配位子成分としては、トリフェニルホスフィン、2,2'−ビピリジン、1,5−
シクロオクタジエン、1,3−ビス(ジフェニルホスフィノ)プロパンなどが挙げられる
。これらのうち、トリフェニルホスフィン、2,2'−ビピリジンが好ましい。上記配位子成分である化合物は、1種単独で、あるいは2種以上を併用することができる。
As the ligand component, triphenylphosphine, 2,2′-bipyridine, 1,5-
Examples include cyclooctadiene and 1,3-bis (diphenylphosphino) propane. Of these, triphenylphosphine and 2,2′-bipyridine are preferred. The compound which is the said ligand component can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.

さらに、配位子が配位された遷移金属錯体としては、例えば、塩化ニッケルビス(トリフェニルホスフィン)、臭化ニッケルビス(トリフェニルホスフィン)、ヨウ化ニッケルビス(トリフェニルホスフィン)、硝酸ニッケルビス(トリフェニルホスフィン)、塩化ニッケル(2,2'−ビピリジン)、臭化ニッケル(2,2'−ビピリジン)、ヨウ化ニッケル(2,2'−ビピリジン)、硝酸ニッケル(2,2'−ビピリジン)、ビス(1,5−シク
ロオクタジエン)ニッケル、テトラキス(トリフェニルホスフィン)ニッケル、テトラキス(トリフェニルホスファイト)ニッケル、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウムなどが挙げられる。これらのうち、塩化ニッケルビス(トリフェニルホスフィン)、塩化ニッケル(2,2'−ビピリジン)が好ましい。
Furthermore, as the transition metal complex in which the ligand is coordinated, for example, nickel chloride bis (triphenylphosphine), nickel bromide bis (triphenylphosphine), nickel iodide bis (triphenylphosphine), nickel nitrate bis (Triphenylphosphine), nickel chloride (2,2'-bipyridine), nickel bromide (2,2'-bipyridine), nickel iodide (2,2'-bipyridine), nickel nitrate (2,2'-bipyridine) ), Bis (1,5-cyclooctadiene) nickel, tetrakis (triphenylphosphine) nickel, tetrakis (triphenylphosphite) nickel, tetrakis (triphenylphosphine) palladium and the like. Of these, nickel chloride bis (triphenylphosphine) and nickel chloride (2,2′-bipyridine) are preferred.

上記触媒系に使用することができる還元剤としては、例えば、鉄、亜鉛、マンガン、アルミニウム、マグネシウム、ナトリウム、カルシウムなどが挙げられる。これらのうち、亜鉛、マグネシウム、マンガンが好ましい。これらの還元剤は、有機酸などの酸に接触させることにより、より活性化して用いることができる。   Examples of the reducing agent that can be used in the catalyst system include iron, zinc, manganese, aluminum, magnesium, sodium, calcium, and the like. Of these, zinc, magnesium and manganese are preferred. These reducing agents can be used after being more activated by bringing them into contact with an acid such as an organic acid.

また、上記触媒系において使用することのできる「塩」としては、フッ化ナトリウム、塩化ナトリウム、臭化ナトリウム、ヨウ化ナトリウム、硫酸ナトリウムなどのナトリウム化合物、フッ化カリウム、塩化カリウム、臭化カリウム、ヨウ化カリウム、硫酸カリウムなどのカリウム化合物;フッ化テトラエチルアンモニウム、塩化テトラエチルアンモニウム、臭化テトラエチルアンモニウム、ヨウ化テトラエチルアンモニウム、硫酸テトラエチルアンモニウムなどのアンモニウム化合物などが挙げられる。これらのうち、臭化ナトリウム、ヨウ化ナトリウム、臭化カリウム、臭化テトラエチルアンモニウム、ヨウ化テトラエチルアンモニウムが好ましい。   Examples of the “salt” that can be used in the above catalyst system include sodium compounds such as sodium fluoride, sodium chloride, sodium bromide, sodium iodide, sodium sulfate, potassium fluoride, potassium chloride, potassium bromide, Examples include potassium compounds such as potassium iodide and potassium sulfate; ammonium compounds such as tetraethylammonium fluoride, tetraethylammonium chloride, tetraethylammonium bromide, tetraethylammonium iodide, and tetraethylammonium sulfate. Of these, sodium bromide, sodium iodide, potassium bromide, tetraethylammonium bromide, and tetraethylammonium iodide are preferred.

各成分の使用割合は、遷移金属塩または遷移金属錯体が、上記モノマーの総計(モノマー(5)+オリゴマー(6)の総計、以下同じ)1モルに対し、通常、0.0001〜10モル、好ましくは0.01〜0.5モルである。0.0001モル未満では、重合反応が十分に進行しないことがあり、一方、10モルを超えると、分子量が低下することがある。   The proportion of each component used is usually from 0.0001 to 10 moles of transition metal salt or transition metal complex with respect to 1 mole of the above monomers (sum of monomers (5) + oligomer (6), the same applies hereinafter), Preferably it is 0.01-0.5 mol. When the amount is less than 0.0001 mol, the polymerization reaction may not proceed sufficiently. On the other hand, when the amount exceeds 10 mol, the molecular weight may decrease.

上記触媒系において、遷移金属塩および配位子成分を用いる場合、この配位子成分の使用割合は、遷移金属塩1モルに対し、通常、0.1〜100モル、好ましくは1〜10モ
ルである。0.1モル未満では、触媒活性が不十分となることがあり、一方、100モルを超えると、分子量が低下することがある。
In the above catalyst system, when a transition metal salt and a ligand component are used, the ratio of the ligand component used is usually 0.1 to 100 mol, preferably 1 to 10 mol, per 1 mol of the transition metal salt. It is. When the amount is less than 0.1 mol, the catalytic activity may be insufficient. On the other hand, when the amount exceeds 100 mol, the molecular weight may decrease.

また、還元剤の使用割合は、上記モノマーの総計1モルに対し、通常、0.1〜100モル、好ましくは1〜10モルである。0.1モル未満では、重合が十分進行しないことがあり、100モルを超えると、得られる重合体の精製が困難になることがある。   Moreover, the usage-amount of a reducing agent is 0.1-100 mol normally with respect to the total of 1 mol of the said monomer, Preferably it is 1-10 mol. If the amount is less than 0.1 mol, polymerization may not proceed sufficiently. If the amount exceeds 100 mol, purification of the resulting polymer may be difficult.

さらに、「塩」を使用する場合、その使用割合は、上記モノマーの総計1モルに対し、通常、0.001〜100モル、好ましくは0.01〜1モルである。0.001モル未満では、重合速度を上げる効果が不十分であることがあり、100モルを超えると、得られる重合体の精製が困難となることがある。   Furthermore, when using "salt", the usage-ratio is 0.001-100 mol normally with respect to the total of 1 mol of the said monomer, Preferably it is 0.01-1 mol. If it is less than 0.001 mol, the effect of increasing the polymerization rate may be insufficient, and if it exceeds 100 mol, purification of the resulting polymer may be difficult.

モノマー(5)とオリゴマー(6)とを反応させる際に使用することのできる重合溶媒としては、例えばテトラヒドロフラン、シクロヘキサノン、ジメチルスルホキシド、N,
N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリド
ン、γ−ブチロラクトン、N,N'−ジメチルイミダゾリジノンなどが挙げられる。これらのうち、テトラヒドロフラン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン、N,N'−ジメチルイミダゾリジノンが好ましい。これらの重合溶媒は、十分に乾燥してから用いることが好ましい。
Examples of the polymerization solvent that can be used when the monomer (5) and the oligomer (6) are reacted include tetrahydrofuran, cyclohexanone, dimethyl sulfoxide, N,
N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone, γ-butyrolactone, N, N′-dimethylimidazolidinone and the like can be mentioned. Of these, tetrahydrofuran, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone, and N, N′-dimethylimidazolidinone are preferable. These polymerization solvents are preferably used after sufficiently dried.

重合溶媒中における上記モノマーの総計の濃度は、通常、1〜90重量%、好ましくは5〜40重量%である。
また、重合する際の重合温度は、通常、0〜200℃、好ましくは50〜120℃である。また、重合時間は、通常、0.5〜100時間、好ましくは1〜40時間である。
モノマー(5)を用いて得られたスルホン酸エステル基を有するポリアリーレンは、スルホン酸エステル基を加水分解して、スルホン酸基に変換することによりスルホン酸基を有するポリアリーレンとすることができる。
The total concentration of the monomers in the polymerization solvent is usually 1 to 90% by weight, preferably 5 to 40% by weight.
Moreover, the superposition | polymerization temperature at the time of superposing | polymerizing is 0-200 degreeC normally, Preferably it is 50-120 degreeC. The polymerization time is usually 0.5 to 100 hours, preferably 1 to 40 hours.
The polyarylene having a sulfonic acid ester group obtained by using the monomer (5) can be converted into a polyarylene having a sulfonic acid group by hydrolyzing the sulfonic acid ester group and converting it to a sulfonic acid group. .

加水分解は、
(1)少量の塩酸を含む過剰量の水またはアルコールに、上記スルホン酸エステル基を有するポリアリーレンを投入し、5分間以上撹拌する方法
(2)トリフルオロ酢酸中で上記スルホン酸エステル基を有するポリアリーレンを80〜120℃程度の温度で5〜10時間程度反応させる方法
(3)スルホン酸エステル基を有するポリアリーレン中のスルホン酸エステル基(−SO3b)1モルに対して1〜3倍モルのリチウムブロマイドを含む溶液、例えばN−メチルピロリドンなどの溶液中で上記ポリアリーレンを80〜150℃程度の温度で3〜10時間程度反応させた後、塩酸を添加する方法などを挙げることができる。
Hydrolysis is
(1) A method in which polyarylene having the sulfonic acid ester group is added to an excess amount of water or alcohol containing a small amount of hydrochloric acid and stirred for 5 minutes or longer. (2) The sulfonic acid ester group is contained in trifluoroacetic acid. Method of reacting polyarylene for about 5 to 10 hours at a temperature of about 80 to 120 ° C. (3) 1 to 1 mol of sulfonic acid ester group (—SO 3 R b ) in polyarylene having a sulfonic acid ester group Examples include a method of reacting the polyarylene in a solution containing 3 moles of lithium bromide, such as N-methylpyrrolidone, at a temperature of about 80 to 150 ° C. for about 3 to 10 hours, and then adding hydrochloric acid. be able to.

スルホン酸基を有するポリアリーレンを、上記一般式(5)で表されるスルホン酸エステルと同様の骨格を有しスルホン酸エステル基を有しないモノマーと、上記一般式(6)で表されるオリゴマーを共重合させることによりスルホン酸基を有しないポリアリーレンを予め合成し、このスルホン酸基を有しないポリアリーレンをスルホン化することにより合成する場合は、上記合成方法に準じた方法によりスルホン酸基を有しないポリアリーレンを製造した後、スルホン化剤を用い、スルホン酸基を有しないポリアリーレンにスルホン酸基を導入することによりスルホン酸基を有するポリアリーレンを得ることができる。   A polyarylene having a sulfonic acid group, a monomer having a skeleton similar to the sulfonic acid ester represented by the general formula (5) and having no sulfonic acid ester group, and an oligomer represented by the general formula (6) In the case where a polyarylene having no sulfonic acid group is synthesized in advance by copolymerization and the polyarylene having no sulfonic acid group is synthesized by sulfonation, the sulfonic acid group is synthesized by a method according to the above synthesis method. After producing a polyarylene having no sulfonic acid, a polyarylene having a sulfonic acid group can be obtained by introducing a sulfonic acid group into the polyarylene having no sulfonic acid group using a sulfonating agent.

このスルホン酸基を有しないポリアリーレンのスルホン化は、スルホン酸基を有しないポリアリーレンを、無溶剤下、あるいは溶剤存在下で、スルホン化剤を用い、常法によりスルホン酸基を導入することにより行うことが出来る。   The sulfonation of polyarylene having no sulfonic acid group is carried out by introducing a sulfonic acid group into the polyarylene having no sulfonic acid group by a conventional method using a sulfonating agent in the absence of a solvent or in the presence of a solvent. Can be done.

スルホン酸基を導入する方法としては、例えば、上記スルホン酸基を有しないポリアリーレンを、無水硫酸、発煙硫酸、クロルスルホン酸、硫酸、亜硫酸水素ナトリウムなどの公知のスルホン化剤を用いて、公知の条件でスルホン化することができる〔Polymer Preprints,Japan,Vol.42,No.3,p.730(1993);Polymer Preprints,Japan,Vol.43,No.3,p.736(1994);Polymer Preprints,Japan,Vol.42,No.7,p.2490〜2492(1993)〕。   As a method for introducing a sulfonic acid group, for example, the polyarylene having no sulfonic acid group is known by using a known sulfonating agent such as sulfuric anhydride, fuming sulfuric acid, chlorosulfonic acid, sulfuric acid, sodium hydrogen sulfite and the like. [Polymer Preprints, Japan, Vol. 42, No. 3, p. 730 (1993); Polymer Preprints, Japan, Vol. 43, No. 3, p. 736 (1994); Polymer Preprints, Japan, Vol. 42, No. 7, p. 2490-2492 (1993)].

すなわち、このスルホン化の反応条件としては、上記スルホン酸基を有しないポリアリーレンを、無溶剤下、あるいは溶剤存在下で、上記スルホン化剤と反応させる。溶剤としては、例えばn−ヘキサンなどの炭化水素溶剤、テトラヒドロフラン、ジオキサンなどのエーテル系溶剤、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシドのような非プロトン系極性溶剤のほか、テトラクロロエタン、ジクロロエタン、クロロホルム、塩化メチレンなどのハロゲン化炭化水素などが挙げられる。反応温度は特に制限はないが、通常、−50〜200℃、好ましくは−10〜100℃である。また、反応時間は、通常、0.5〜1,000時間、好ましくは1〜200時間である。   That is, as the reaction conditions for the sulfonation, the polyarylene having no sulfonic acid group is reacted with the sulfonating agent in the absence of a solvent or in the presence of a solvent. Examples of the solvent include hydrocarbon solvents such as n-hexane, ether solvents such as tetrahydrofuran and dioxane, aprotic polar solvents such as dimethylacetamide, dimethylformamide, and dimethylsulfoxide, tetrachloroethane, dichloroethane, chloroform, and chloride. And halogenated hydrocarbons such as methylene. The reaction temperature is not particularly limited, but is usually −50 to 200 ° C., preferably −10 to 100 ° C. Moreover, reaction time is 0.5 to 1,000 hours normally, Preferably it is 1 to 200 hours.

上記のような方法により製造される(b)スルホン酸基を有するポリアリーレン中の、スルホン酸基量は、通常0.3〜5meq/g、好ましくは0.5〜3meq/g、さらに好ましくは0.8〜2.8meq/gである。0.3meq/g未満では、プロトン伝導度が低く実用的ではない。一方、5meq/gを超えると、耐水性が大幅に低下してしまうことがあるため好ましくない。   The amount of sulfonic acid group in the polyarylene having a sulfonic acid group (b) produced by the method as described above is usually 0.3 to 5 meq / g, preferably 0.5 to 3 meq / g, more preferably 0.8 to 2.8 meq / g. If it is less than 0.3 meq / g, the proton conductivity is low and not practical. On the other hand, if it exceeds 5 meq / g, the water resistance may be significantly lowered, which is not preferable.

上記のスルホン酸基量は、例えばモノマー(5)とオリゴマー(6)の種類、使用割合、組み合わせを変えることにより調整することができる。   The amount of the sulfonic acid group can be adjusted, for example, by changing the type, use ratio, and combination of the monomer (5) and the oligomer (6).

このようにして得られるスルホン酸基を有するポリアリーレンの分子量は、ゲルパーミエションクロマトグラフィ(GPC)によるポリスチレン換算重量平均分子量で、1万〜100万、好ましくは2万〜80万である。1万未満では、成形フィルムにクラックが発生するなど、塗膜性が不充分なことがあり、また強度的性質にも問題が発生することがある。一方、1,000,000を超えると、溶解性が不充分となることがあり、また溶液粘度が高く、加工性が不良になるなどの問題が発生することがある。   The molecular weight of the polyarylene having a sulfonic acid group thus obtained is 10,000 to 1,000,000, preferably 20,000 to 800,000 in terms of polystyrene-equivalent weight average molecular weight by gel permeation chromatography (GPC). If it is less than 10,000, the coating film property may be insufficient, such as cracking in the molded film, and there may be a problem in strength properties. On the other hand, if it exceeds 1,000,000, the solubility may be insufficient, and problems such as high solution viscosity and poor processability may occur.

スルホン酸基を有するポリアリーレンには、老化防止剤、好ましくは分子量500以上のヒンダードフェノール系化合物を含有させて使用してもよく、老化防止剤を含有することで電解質としての耐久性をより向上させることができる。   The polyarylene having a sulfonic acid group may contain an anti-aging agent, preferably a hindered phenol compound having a molecular weight of 500 or more. By containing the anti-aging agent, the durability as an electrolyte is further increased. Can be improved.

本発明で使用することのできるヒンダードフェノール系化合物としては、トリエチレングリコール−ビス[3−(3−t−ブチル−5−メチル−4−ヒドロキシフェニル)プロオネート](商品名:IRGANOX 245)、1,6−ヘキサンジオール−ビス[3−(3,5−
ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート](商品名:IRGANOX 259)
、2,4−ビス−(n−オクチルチオ)−6−(4−ヒドロキシ−3,5−ジ−t−ブチルアニリノ)−3,5−トリアジン(商品名:IRGANOX 565)、ペンタエリスリチルーテトラキス[3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート](商品名:IRGANOX 1010)、2,2−チオ−ジエチレンビス[3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−
ヒドロキシフェニル)プロピオネート](商品名:IRGANOX 1035)、オクタデシル−3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート)(商品名:IRGANOX 1076)、N,N−ヘキサメチレンビス(3,5−ジ−t−ブチルー4−ヒドロキシ−ヒドロシンナマミド)(商品名:IRGAONOX 1098)、1,3,5−トリメチル−2,4,6−トリス(
3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)ベンゼン(商品名:IRGANOX 1330)
、トリス−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)−イソシアヌレイト(
商品名:IRGANOX 3114)、3,9−ビス[2−〔3−(3−t−ブチル−4−ヒドロキシ−
5−メチルフェニル)プロピオニルオキシ〕−1,1−ジメチルエチル]−2,4,8,10−テトラオキサスピロ[5.5]ウンデカン(商品名:Sumilizer GA-80)などを挙げることができる。
Examples of hindered phenol compounds that can be used in the present invention include triethylene glycol-bis [3- (3-tert-butyl-5-methyl-4-hydroxyphenyl) proonate] (trade name: IRGANOX 245), 1,6-hexanediol-bis [3- (3,5-
Di-t-butyl-4-hydroxyphenyl) propionate] (trade name: IRGANOX 259)
2,4-bis- (n-octylthio) -6- (4-hydroxy-3,5-di-t-butylanilino) -3,5-triazine (trade name: IRGANOX 565), pentaerythrityl-tetrakis [ 3- (3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl) propionate] (trade name: IRGANOX 1010), 2,2-thio-diethylenebis [3- (3,5-di-t-butyl- 4-
Hydroxyphenyl) propionate] (trade name: IRGANOX 1035), octadecyl-3- (3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl) propionate) (trade name: IRGANOX 1076), N, N-hexamethylenebis (3,5-di-t-butyl-4-hydroxy-hydrocinnamamide) (trade name: IRGAONOX 1098), 1,3,5-trimethyl-2,4,6-tris (
3,5-di-tert-butyl-4-hydroxybenzyl) benzene (trade name: IRGANOX 1330)
Tris- (3,5-di-t-butyl-4-hydroxybenzyl) -isocyanurate (
Product name: IRGANOX 3114), 3,9-bis [2- [3- (3-tert-butyl-4-hydroxy-
5-methylphenyl) propionyloxy] -1,1-dimethylethyl] -2,4,8,10-tetraoxaspiro [5.5] undecane (trade name: Sumilizer GA-80).

本発明において、スルホン酸基を有するポリアリーレン100重量部に対してヒンダードフェノール系化合物は0.01〜10重量部の量で使用することが好ましい。   In the present invention, the hindered phenol compound is preferably used in an amount of 0.01 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the polyarylene having a sulfonic acid group.

本発明の重合体組成物中の(a)プロトン伝導性を有するテトラフルオロエチレン共重合体の割合は、(a)成分と(b)成分との合計を100重量%としたときに、5〜90重量%、好ましくは5〜75重量%〔(b)スルホン酸基を有するポリアリーレンは95〜10重量%、好ましくは95〜25重量%〕である。(a)成分が5重量%未満の場合〔(b)成分が95重量%を超える場合〕、この重合体組成物から得られる複合膜の靱性が充分ではないことがあり、一方、95重量%を超える場合〔(b)成分が5重量%未満の場合〕、この重合体組成物から得られる複合膜の高湿含水時の強度、耐クリープ性、ガス遮断性などが劣ることがある。   The proportion of the (a) tetrafluoroethylene copolymer having proton conductivity in the polymer composition of the present invention is 5 to 5 when the total of the component (a) and the component (b) is 100% by weight. 90% by weight, preferably 5 to 75% by weight [(b) polyarylene having a sulfonic acid group is 95 to 10% by weight, preferably 95 to 25% by weight]. When the component (a) is less than 5% by weight (when the component (b) exceeds 95% by weight), the toughness of the composite film obtained from this polymer composition may not be sufficient. When the amount exceeds (when the component (b) is less than 5% by weight), the composite film obtained from this polymer composition may be inferior in strength, moisture resistance, gas barrier property, and the like when wet.

本発明の重合体組成物は、上記(a)成分および(b)成分を主成分とするが、そのほか、必要に応じて添加剤を添加することができる。この添加剤としては、レベリング剤やシランカップリング剤などを挙げることができる。   The polymer composition of the present invention contains the above components (a) and (b) as main components, but in addition, additives can be added as necessary. Examples of the additive include a leveling agent and a silane coupling agent.

[重合体溶液組成物]
本発明の重合体溶液組成物は、(a)プロトン伝導性を有するテトラフルオロエチレン共重合体、(b)スルホン化ポリアリーレンおよび(c)有機溶媒を主成分とする。本発明の重合体溶液組成物は、均質な溶液状であることが好ましい。
[Polymer solution composition]
The polymer solution composition of the present invention contains (a) a tetrafluoroethylene copolymer having proton conductivity, (b) a sulfonated polyarylene, and (c) an organic solvent as main components. The polymer solution composition of the present invention is preferably a homogeneous solution.

本発明の重合体溶液組成物に用いられる(a)プロトン伝導性を有するテトラフルオロエチレン共重合体および(b)スルホン化ポリアリーレンは、上述した重合体組成物に用いられる(a)プロトン伝導性を有するテトラフルオロエチレン共重合体および(b)スルホン化ポリアリーレンと同じである。   The (a) proton conductive tetrafluoroethylene copolymer and (b) sulfonated polyarylene used in the polymer solution composition of the present invention are used in the polymer composition described above. (A) Proton conductivity It is the same as the tetrafluoroethylene copolymer having the formula (b) and the sulfonated polyarylene.

(c)有機溶媒;
(c)有機溶媒としては、(a)成分および(b)成分の共通溶媒を用いるのが望ましい。このような共通溶媒としては、例えば、N−メチル−2−ピロリドン、メタノール、テトラヒドロフラン、シクロヘキサノン、ジメチルスルホキシド、N,N−ジメチルホル
ムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、γ−ブチロラクトン、エチレングリコールモ
ノメチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールメチルエチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、メチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテート、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールエチルメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールエチルエーテルアセテート、トルエン、キシレン、メチルアミルケトン、4−ヒドロキシ−4−メチル−2−ペンタノン、2−ヒドロキシプロピオン酸エチル、2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオン酸メチル、2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオン酸エチル、エトキシ酢酸エチル、ヒドロキシ酢酸エチル、2−ヒドロキシ−2−メチルブタン酸メチル、3−メトキシプロピオン酸メチル、3−メトキシプロピオン酸エチル、3−エトキシプロピオン酸メチル、3−メトキシプロピオン酸エチル、乳酸メチル、乳酸エチル、クロロホルム、塩化メチレンなどが挙げられ、これらは単独でも2種以上を混合した混合溶剤として用いる事もできる。
(C) an organic solvent;
(C) As the organic solvent, it is desirable to use a common solvent for the components (a) and (b). Examples of such a common solvent include N-methyl-2-pyrrolidone, methanol, tetrahydrofuran, cyclohexanone, dimethyl sulfoxide, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, γ-butyrolactone, ethylene glycol monomethyl ether, Ethylene glycol dimethyl ether, ethylene glycol methyl ethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, methyl cellosolve acetate, ethyl cellosolve acetate, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol diethyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol ethyl methyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, propylene Glycol glycol ether acetate, propylene glycol ethyl ether acetate, toluene, xylene, methyl amyl ketone, 4-hydroxy-4-methyl-2-pentanone, ethyl 2-hydroxypropionate, methyl 2-hydroxy-2-methylpropionate, Ethyl 2-hydroxy-2-methylpropionate, ethyl ethoxyacetate, ethyl hydroxyacetate, methyl 2-hydroxy-2-methylbutanoate, methyl 3-methoxypropionate, ethyl 3-methoxypropionate, methyl 3-ethoxypropionate, Examples thereof include ethyl 3-methoxypropionate, methyl lactate, ethyl lactate, chloroform, methylene chloride and the like. These can be used alone or as a mixed solvent in which two or more kinds are mixed.

この中でも好ましくは、N−メチル−2−ピロリドン、メタノール、N,N−ジメチル
ホルムアミド、エチルカルビトール、メチルカルビトールである。
Among these, N-methyl-2-pyrrolidone, methanol, N, N-dimethylformamide, ethyl carbitol, and methyl carbitol are preferable.

本発明の重合体溶液組成物中の(a)プロトン伝導性を有するテトラフルオロエチレン共重合体の割合は、(a)成分と(b)成分との合計を100重量%としたときに、5〜90重量%、好ましくは5〜75重量%〔(b)スルホン酸基を有するポリアリーレンは95〜10重量%、好ましくは95〜25重量%〕である。(a)成分が5重量%未満の場合〔(b)成分が95重量%を超える場合〕、この重合体溶液組成物から得られる複合膜の靱性が充分ではないことがあり、一方、95重量%を超える場合〔(b)成分が5重量%未満の場合〕、この重合体溶液組成物から得られる複合膜の高湿含水時の強度、耐クリープ性、ガス遮断性などが劣ることがある。   The proportion of the (a) tetrafluoroethylene copolymer having proton conductivity in the polymer solution composition of the present invention is 5 when the total of the component (a) and the component (b) is 100% by weight. -90 wt%, preferably 5-75 wt% [(b) polyarylene having a sulfonic acid group is 95-10 wt%, preferably 95-25 wt%]. When the component (a) is less than 5% by weight (when the component (b) exceeds 95% by weight), the toughness of the composite film obtained from this polymer solution composition may not be sufficient. % (When component (b) is less than 5% by weight), the composite membrane obtained from this polymer solution composition may be inferior in strength, moisture resistance, creep resistance, gas barrier properties, etc. .

また、本発明の重合体溶液組成物中における固形分濃度、すなわち、(a)成分および(b)成分の割合は、重合体溶液組成物中に、3〜40重量%、好ましくは5〜35重量%である。3重量%未満では、充分な厚さの塗膜が得られないことがあり、一方、40重量%を超えると、充分に流延せず、均一な塗膜が得られないことがある。   Further, the solid content concentration in the polymer solution composition of the present invention, that is, the ratio of the component (a) and the component (b) is 3 to 40% by weight, preferably 5 to 35% in the polymer solution composition. % By weight. If it is less than 3% by weight, a coating film having a sufficient thickness may not be obtained. On the other hand, if it exceeds 40% by weight, it may not be sufficiently cast and a uniform coating film may not be obtained.

本発明の重合体溶液組成物は、上記(a)成分および(b)成分を主成分とするが、そのほか、必要に応じて添加剤を添加することができる。この添加剤としては、レベリング剤やシランカップリング剤などを挙げることができる。   The polymer solution composition of the present invention contains the above components (a) and (b) as main components, but in addition, additives may be added as necessary. Examples of the additive include a leveling agent and a silane coupling agent.

[複合膜の製造]
本発明の重合体組成物を用い、プロトン伝導性に優れた複合膜(プロトン伝導膜)を製造するには、例えば、重合体組成物を溶融した後に押し出し成形によってフィルムを製造する方法など、一般的な方法を用いることができる。
[Manufacture of composite membranes]
In order to produce a composite membrane (proton conducting membrane) excellent in proton conductivity using the polymer composition of the present invention, for example, a method of producing a film by extrusion after melting the polymer composition, etc. Can be used.

また、本発明の重合体溶液組成物を用い、プロトン伝導性に優れた複合膜(プロトン伝導膜)を製造するには、該組成物を例えば、基体上にキャスティングによりフィルム状に成形するキャスティング法など、一般的な方法を用いることができる。   In order to produce a composite membrane (proton conducting membrane) excellent in proton conductivity using the polymer solution composition of the present invention, a casting method in which the composition is formed into a film by casting on a substrate, for example. A general method can be used.

キャスティング法で使用される基体としては、ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム、ポリブチレンテレフタレート(PBT)フィルム、ナイロン6フィルム、ナイロン6,6フィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリカーボネートフィルムなどのプラス
チックフィルムのほか、ガラス板などが挙げられ、好ましくはPETフィルム、ガラス板である。
Substrates used in the casting method include polyethylene terephthalate (PET) film, polybutylene terephthalate (PBT) film, nylon 6 film, nylon 6,6 film, polypropylene film, plastic film such as polycarbonate film, glass plate, etc. Preferably, a PET film or a glass plate is used.

また、この基体となるプラスチックフィルム(板)の厚みは、通常、50〜250μm、好ましくは75〜200μmである。また、ガラス板では、1〜5mmの厚みである。   The thickness of the plastic film (plate) serving as the substrate is usually 50 to 250 μm, preferably 75 to 200 μm. Moreover, in a glass plate, it is 1-5 mm in thickness.

上記キャスティング法による製膜後、室温〜200℃、好ましくは50〜150℃で、5〜180分、好ましくは5〜120分、加熱・乾燥することにより、本発明の複合膜が得られる。乾燥は、常圧〜真空下の条件が適用できる。また、加熱は、逐次昇温して処理してもよい。   After film formation by the casting method, the composite film of the present invention is obtained by heating and drying at room temperature to 200 ° C., preferably 50 to 150 ° C., for 5 to 180 minutes, preferably 5 to 120 minutes. Drying can be performed under conditions of normal pressure to vacuum. Further, the heating may be performed by sequentially raising the temperature.

本発明では、複合膜の形成工程中、または得られた複合膜に、電子線を照射し、硬化処理することも好ましい手段である。
本発明において、基体上に形成された複合膜、または、得られた複合膜に電子線を照射する方法としては特に制限はないが、例えば、下記の条件で行うことが好ましい。
(1)雰囲気:窒素、アルゴンまたは真空(中でも、窒素下がさらに好ましい。)
(2)温度:20〜450℃(室温から照射ポリマーのガラス転移温度がさらに好ましい
。)
(3)電子線量:5〜200Mrad(10〜150Mradがさらに好ましい。)
窒素、アルゴンまたは真空の雰囲気下で、電子線照射を行うと、複合膜が酸化されず、充分な耐熱性、耐久性を得ることができる。
温度は、20〜450℃であれば、特に制限はないが、被照射ポリマーのガラス転移温度、もしくはこれより数10℃高い温度で行えば、より効率的に硬化できる。
電子線量が5〜200Mradの範囲であると、ポリアリーレンのスルホン化物の分解を生起することなく、硬化反応を進行させることができる。5Mrad未満では、架橋に必要な照射エネルギーが得られず、一方、200Mradを超えると、ポリマーの一部が分解してしまうので、好ましくない。
In the present invention, it is also a preferred means that the composite film is subjected to a curing treatment by irradiating it with an electron beam during the composite film forming step or to the obtained composite film.
In the present invention, the method of irradiating the composite film formed on the substrate or the obtained composite film with an electron beam is not particularly limited, but for example, it is preferably performed under the following conditions.
(1) Atmosphere: Nitrogen, argon or vacuum (among them, nitrogen is more preferred)
(2) Temperature: 20 to 450 ° C. (The glass transition temperature of the irradiated polymer is more preferable from room temperature)
(3) Electron dose: 5 to 200 Mrad (10 to 150 Mrad is more preferable)
When electron beam irradiation is performed in an atmosphere of nitrogen, argon, or vacuum, the composite film is not oxidized, and sufficient heat resistance and durability can be obtained.
The temperature is not particularly limited as long as it is 20 to 450 ° C., but can be cured more efficiently if it is carried out at a glass transition temperature of the polymer to be irradiated or a temperature several tens of degrees higher than this.
When the electron dose is in the range of 5 to 200 Mrad, the curing reaction can proceed without causing decomposition of the sulfonated product of polyarylene. If it is less than 5 Mrad, the irradiation energy required for crosslinking cannot be obtained. On the other hand, if it exceeds 200 Mrad, a part of the polymer is decomposed, which is not preferable.

本発明の重合体組成物または重合体溶液組成物より得られる複合膜(プロトン伝導膜)の乾燥膜厚は、通常、10〜150μm、好ましくは20〜80μmである。   The dry film thickness of the composite membrane (proton conductive membrane) obtained from the polymer composition or polymer solution composition of the present invention is usually 10 to 150 μm, preferably 20 to 80 μm.

本発明の重合体組成物または重合体溶液組成物より得られる複合膜(プロトン伝導膜)は、プロトン伝導性を損なうことなく、ガス遮断性を維持しつつ、スルホン酸基を有するポリアリーレンのみからなる膜に比べて、強度的性質や靱性が改善される。特に、重合体溶液組成物より得られる複合膜(プロトン伝導膜)は、エラストマー状の(a)プロトン伝導性を有するテトラフルオロエチレン共重合体と、樹脂状の(b)スルホン酸基を有するポリアリーレンとが、溶液均質化を経て複合化されているので、特に上記効果に優れる。   The composite membrane (proton conductive membrane) obtained from the polymer composition or polymer solution composition of the present invention is composed only of polyarylene having a sulfonic acid group while maintaining gas barrier properties without impairing proton conductivity. Strength properties and toughness are improved compared to the resulting film. In particular, the composite membrane (proton conductive membrane) obtained from the polymer solution composition comprises an elastomeric (a) tetrafluoroethylene copolymer having proton conductivity and a resinous (b) polysulfonic acid group-containing poly (ethylene) copolymer. Since the arylene is combined through solution homogenization, the above effect is particularly excellent.

したがって、本発明の複合膜は、例えば一次電池用電解質、二次電池用電解質、燃料電池用高分子固体電解質、表示素子、各種センサー、信号伝達媒体、固体コンデンサー、イオン交換膜などに利用可能なプロトン伝導性の伝導膜に利用可能である。   Therefore, the composite membrane of the present invention can be used for, for example, an electrolyte for a primary battery, an electrolyte for a secondary battery, a solid polymer electrolyte for a fuel cell, a display element, various sensors, a signal transmission medium, a solid capacitor, an ion exchange membrane, and the like. It can be used for a proton-conducting conductive membrane.

[実施例]
以下、実施例に基づいて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
実施例において、各種の測定項目は、以下のようにして求めた。
[Example]
EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated further more concretely based on an Example, this invention is not limited to these Examples.
In the examples, various measurement items were determined as follows.

[分子量の測定]
スルホン酸基を有しないポリアリーレンの重量平均分子量は、溶剤としてテトラヒドロフラン(THF)を用い、GPCによって、ポリスチレン換算の分子量を求めた。スルホン酸基を有するポリアリーレンの分子量は、溶剤として臭化リチウムと燐酸を添加したN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を溶離液として用い、GPCによって、ポリスチレン換算の分子量を求めた。
[Measurement of molecular weight]
As for the weight average molecular weight of polyarylene having no sulfonic acid group, the molecular weight in terms of polystyrene was determined by GPC using tetrahydrofuran (THF) as a solvent. The molecular weight of the polyarylene having a sulfonic acid group was determined by GPC using N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) to which lithium bromide and phosphoric acid were added as a solvent as an eluent.

[スルホン酸当量]
得られたスルホン酸基を有するポリアリーレンの水洗水が中性になるまで洗浄し、フリーに残存している酸を除いて充分に水洗し、乾燥後、所定量を秤量し、THF/水の混合溶剤に溶解したフェノールフタレインを指示薬とし、NaOHの標準液を用いて滴定を行い、中和点から、スルホン酸当量を求めた。
[Sulfonic acid equivalent]
The obtained polyarylene having a sulfonic acid group is washed until the washing water becomes neutral, thoroughly washed with water except for free remaining acid, dried, weighed in a predetermined amount, and THF / water. Titration was performed using a standard solution of NaOH using phenolphthalein dissolved in a mixed solvent as an indicator, and the sulfonic acid equivalent was determined from the neutralization point.

[引張強度]
引張強度は、得られたフィルムの室温での引張試験によって測定した。
[Tensile strength]
The tensile strength was measured by a tensile test at room temperature of the obtained film.

[弾性率]
弾性率は、得られたフィルムの室温の引張試験の応力−歪曲線の引張初期の傾きから計算した。
[Elastic modulus]
The elastic modulus was calculated from the initial slope of the stress-strain curve of the resulting film at room temperature tensile test.

[フィルム耐折れ性]
耐折試験機を用い、屈曲回数166回/分、荷重200g、屈曲変形角度135°の条件で測定した。
[Film resistance]
Using a folding tester, the measurement was performed under the conditions of a bending frequency of 166 times / minute, a load of 200 g, and a bending deformation angle of 135 °.

[吸水率]
室温の蒸留水にフィルムを1時間浸漬し、前後の重量変化から求めた。
[Water absorption rate]
The film was immersed in distilled water at room temperature for 1 hour and determined from the weight change before and after.

[プロトン伝導度]
100%相対湿度下に置かれた直径13mmのフィルム状試料を、白金電極に挟み、密閉セルに封入し、インピーダンスアナライザー(HYP4192A)を用いて、周波数5〜13MHz、印加電圧12mV、温度20℃、50℃、100℃にてセルのインピーダンスの絶対値と位相角を測定した。得られたデータは、コンピュータを用いて発振レベル12mVにて複素インピーダンス測定を行い、プロトン伝導度を算出した。
[Proton conductivity]
A film sample having a diameter of 13 mm placed under 100% relative humidity is sandwiched between platinum electrodes, sealed in a sealed cell, and using an impedance analyzer (HYP4192A), a frequency of 5 to 13 MHz, an applied voltage of 12 mV, a temperature of 20 ° C., The absolute value and phase angle of the cell impedance were measured at 50 ° C. and 100 ° C. The obtained data was measured for complex impedance using a computer at an oscillation level of 12 mV, and proton conductivity was calculated.

[ガス透過性]
高真空法ガス透過試験機を用い、30℃の条件でのガス透過量を求め、単位時間、膜厚、圧力、面積に規格化した。
[Gas permeability]
Using a high vacuum method gas permeation tester, the gas permeation amount at 30 ° C. was determined and normalized to unit time, film thickness, pressure, and area.

[(a)成分]
(a)成分として、市販のパーフルオロアルキルスルホン酸〔デュポン社製、商品名;ナフィオン(Nafion)〕5重量%の低級脂肪族アルコール/水(80/20重量比)溶液からなる溶液〔アルドリッチ(Aldrich)社製〕を用いた。
[(A) component]
As the component (a), a commercially available perfluoroalkylsulfonic acid (manufactured by DuPont, trade name: Nafion), a solution consisting of a 5% by weight lower aliphatic alcohol / water (80/20 weight ratio) solution [Aldrich ( Aldrich)] was used.

[(b)成分]
(b)成分として用いるスルホン酸基を有するポリアリーレン共重合体は以下の方法にて合成を行った。
[Component (b)]
The polyarylene copolymer having a sulfonic acid group used as the component (b) was synthesized by the following method.

[オリゴマーの調製]
撹拌機、温度計、冷却管、Dean-Stark管、窒素導入の三方コックを取り付けた1Lの三つ口のフラスコに、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン(ビスフェノールAF)67.3g(0.20モル)、4,4'−ジクロロベンゾフェノン(4,4'−DCBP)60.3g(0.24モル)、炭酸カリウム
71.9g(0.52モル)、N,N−ジメチルアセトアミド(DMAc)300mL、
トルエン150mLをとり、オイルバス中、窒素雰囲気下で加熱し撹拌下130℃で反応させた。反応により生成する水をトルエンと共沸させ、Dean-Stark管で系外に除去しながら反応させると、約3時間で水の生成がほとんど認められなくなった。反応温度を130℃から徐々に150℃まで上げた。反応温度を徐々に150℃まで上げながら大部分のトルエンを除去し、150℃で10時間反応を続けた後、4,4'−DCBP 10.0g(
0.040モル)を加え、さらに5時間反応した。得られた反応液を放冷後、副生した無機化合物の沈殿物を濾過除去し、濾液を4Lのメタノール中に投入した。沈殿した生成物を濾別、回収し乾燥後、テトラヒドロフラン 300mLに溶解した。これをメタノール
4Lに再沈殿し、目的の化合物95g(収率85%)を得た。
[Preparation of oligomer]
2,2-bis (4-hydroxyphenyl) -1,1,1,3 was added to a 1 L three-necked flask equipped with a stirrer, thermometer, cooling tube, Dean-Stark tube, and three-way cock for introducing nitrogen. , 3,3-hexafluoropropane (bisphenol AF) 67.3 g (0.20 mol), 4,4′-dichlorobenzophenone (4,4′-DCBP) 60.3 g (0.24 mol), potassium carbonate
71.9 g (0.52 mol), N, N-dimethylacetamide (DMAc) 300 mL,
150 mL of toluene was taken and heated in an oil bath under a nitrogen atmosphere and reacted at 130 ° C. with stirring. When water produced by the reaction was azeotroped with toluene and reacted while being removed from the system with a Dean-Stark tube, almost no water was produced in about 3 hours. The reaction temperature was gradually increased from 130 ° C to 150 ° C. Most of the toluene was removed while gradually raising the reaction temperature to 150 ° C., and the reaction was continued at 150 ° C. for 10 hours, and then 10.0 g of 4,4′-DCBP (
0.040 mol) was added, and the reaction was further continued for 5 hours. The resulting reaction solution was allowed to cool, and then the by-product inorganic compound precipitate was removed by filtration, and the filtrate was put into 4 L of methanol. The precipitated product was separated by filtration, collected, dried, and dissolved in 300 mL of tetrahydrofuran. This was reprecipitated in 4 L of methanol to obtain 95 g (yield 85%) of the target compound.

得られた重合体のGPC(THF溶媒)で求めたポリスチレン換算の重量平均分子量は11,200であった。また、得られた重合体はTHF、NMP、DMAc、スルホラン
などに可溶で、Tgは110℃、熱分解温度は498℃であった。
得られた化合物は下記式(I)で表されるオリゴマー(以下、「BCPAFオリゴマー」という)であった。
The weight average molecular weight in terms of polystyrene determined by GPC (THF solvent) of the obtained polymer was 11,200. Further, the obtained polymer was soluble in THF, NMP, DMAc, sulfolane and the like, Tg was 110 ° C., and thermal decomposition temperature was 498 ° C.
The obtained compound was an oligomer represented by the following formula (I) (hereinafter referred to as “BCPAF oligomer”).

Figure 2005126638
Figure 2005126638

[ネオペンチル基を保護基としたポリアリーレン共重合体(PolyAB−SO3 neo-Pe)の調製]
撹拌機、温度計、冷却管、Dean-Stark管、窒素導入の三方コックを取り付けた1Lの三つ口のフラスコに、4−[4−(2,5−ジクロロベンゾイル)フェノキシ]ベンゼンス
ルホン酸neo-ペンチル(A−SO3 neo-Pe)39.58g(98.64ミリモル)とBCPAFオリゴマー(Mn=11200)15.23g(1.36ミリモル)、Ni(PPh32Cl2 1.67g(2.55ミリモル)、PPh3 10.49g(40ミリモル)、NaI 0.45g(3ミリモル)、亜鉛末 15.69g(240ミリモル)、乾燥NMP 390mLを窒素下で加えた。反応系を攪拌下に加熱し(最終的には75℃まで
加温)、3時間反応させた。重合反応液をTHF 250mLで希釈し、30分攪拌し、
セライトをろ過助剤に用い、ろ過紙、ろ液を大過剰のメタノール 1500mLに注ぎ、
凝固させた。凝固物を濾集、風乾し、さらにTHF/NMP(それぞれ200/300mL)に再溶解し、大過剰のメタノール 1500mLで凝固析出させた。風乾後、加熱乾
燥により目的の黄色繊維状のネオペンチル基で保護されたスルホン酸誘導体からなる共重合体(PolyAB-SO3neo-Pe)47.0g(収率99%)を得た。GPCによる分子量はMn=47,600、Mw=159,000であった。
[Preparation of Polyarylene Copolymer with Neopentyl Group as Protecting Group (PolyAB-SO 3 neo-Pe)]
4- [4- (2,5-dichlorobenzoyl) phenoxy] benzenesulfonic acid neo was added to a 1 L three-necked flask equipped with a stirrer, thermometer, condenser, Dean-Stark tube, and three-way cock for introducing nitrogen. -Pentyl (A-SO 3 neo-Pe) 39.58 g (98.64 mmol), BCPAF oligomer (Mn = 11200) 15.23 g (1.36 mmol), Ni (PPh 3 ) 2 Cl 2 1.67 g ( 2.55 mmol), 10.49 g (40 mmol) of PPh 3 , 0.45 g (3 mmol) of NaI, 15.69 g (240 mmol) of zinc dust, and 390 mL of dry NMP were added under nitrogen. The reaction system was heated with stirring (finally heated to 75 ° C.) and allowed to react for 3 hours. The polymerization reaction solution was diluted with 250 mL of THF, stirred for 30 minutes,
Use Celite as a filter aid, pour the filter paper and filtrate into 1500 mL of excess methanol,
Solidified. The coagulum was collected by filtration, air-dried, redissolved in THF / NMP (200/300 mL each), and coagulated with 1500 mL of a large excess of methanol. After air drying, 47.0 g (yield 99%) of a copolymer (PolyAB-SO 3 neo-Pe) composed of a sulfonic acid derivative protected with a target yellow fibrous neopentyl group was obtained by heat drying. The molecular weight by GPC was Mn = 47,600 and Mw = 159,000.

[スルホン酸基を有するポリアリーレン共重合体(II)の調整]
こうして得られたPolyAB-SO3neo-Pe 5.1gをNMP 60mLに溶解し、90℃に加温した。反応系にメタノール 50mLと濃塩酸 8mLの混合物を一時に加えた。懸濁状態となりながら、温和の還流条件で10時間反応させた。蒸留装置を設置し、過剰のメタノールを溜去させ、淡緑色の透明溶液を得た。この溶液を大量の水/メタノール(1:1重量比)中に注いで、ポリマーを凝固させた後、洗浄水のPHが6以上となるまで、イオン交換水でポリマーを洗浄した。こうして得られたポリマーのIRスペクトルおよびイオン交換容量の定量分析から、スルホン酸エステル基(−SO3a)は定量的にスルホン酸基(−SO3H)に転換していることがわかった。
[Preparation of polyarylene copolymer (II) having a sulfonic acid group]
Thus obtained 5.1 g of PolyAB-SO 3 neo-Pe was dissolved in 60 mL of NMP and heated to 90 ° C. To the reaction system, a mixture of 50 mL of methanol and 8 mL of concentrated hydrochloric acid was added at a time. While in suspension, the reaction was allowed to proceed for 10 hours under mild reflux conditions. A distillation apparatus was installed, and excess methanol was distilled off to obtain a light green transparent solution. This solution was poured into a large amount of water / methanol (1: 1 weight ratio) to solidify the polymer, and then the polymer was washed with ion exchange water until the pH of the washing water was 6 or more. From the IR spectrum of the polymer thus obtained and the quantitative analysis of the ion exchange capacity, it was found that the sulfonic acid ester group (—SO 3 R a ) was quantitatively converted to the sulfonic acid group (—SO 3 H). .

得られたスルホン酸基を有するポリアリーレン共重合体(II)のGPCによる分子量は、Mn=53,200、Mw=185,000であり、スルホン酸等量は1.9meq/gであった。   The obtained polyarylene copolymer (II) having a sulfonic acid group had molecular weights by GPC of Mn = 53,200 and Mw = 185,000, and the sulfonic acid equivalent was 1.9 meq / g.

こうして得られたスルホン酸基を有するポリアリーレン共重合体(II)の10重量%メタノール/水(80/20重量比)溶液を(b)成分として用いた。
上記(a)成分の溶液と(b)成分の溶液とを、固形分比で25/75の重量組成比になるように配合し、この溶液を室温で攪拌し、混合して、均一溶液を調製した。得られた溶液は、淡黄色の透明溶液であった。なお、このときの均質溶液の固形分濃度は、8重量%であった。
A 10% by weight methanol / water (80/20 weight ratio) solution of the polyarylene copolymer (II) having a sulfonic acid group thus obtained was used as the component (b).
The solution of the component (a) and the solution of the component (b) are blended so as to have a weight ratio of 25/75 in terms of solid content, and this solution is stirred at room temperature and mixed to obtain a uniform solution. Prepared. The resulting solution was a pale yellow transparent solution. At this time, the solid content concentration of the homogeneous solution was 8% by weight.

得られた溶液組成物を、ガラス基板上にドクターブレードを用いて流延し、80℃で15分、100℃で15分、150℃で30分、180℃で30分乾燥させて、膜厚30μmのしなやかな複合化フィルムを得た。得られた複合膜の評価結果を表1に示す。   The obtained solution composition was cast on a glass substrate using a doctor blade, dried at 80 ° C. for 15 minutes, 100 ° C. for 15 minutes, 150 ° C. for 30 minutes, and 180 ° C. for 30 minutes to obtain a film thickness. A flexible composite film of 30 μm was obtained. The evaluation results of the obtained composite membrane are shown in Table 1.

実施例1でスルホン酸基を有するポリアリーレン共重合体(II)の代わりに、以下の方法にて合成を行ったスルホン酸基を有するポリアリーレン(III)を用いた以外は、実施
例1と同様にして複合膜を得た。
Example 1 except that polyarylene (III) having a sulfonic acid group synthesized by the following method was used in place of the polyarylene copolymer (II) having a sulfonic acid group in Example 1. A composite membrane was obtained in the same manner.

[ポリアリーレン系共重合体の合成]
上記実施例1で得られた式(I)のオリゴマー 28.1g(2.5mmol)、2,5−ジクロロ−4'−(4−フェノキシ)フェノキシベンゾフェノン(DCPPB)35.
9g(82.5mmol)、ビス(トリフェニルホスフィン)ニッケルジクロリド 1.
67g(2.6mmol)、ヨウ化ナトリウム 1.66g(11.1mmol)、トリ
フェニルホスフィン 8.92g(34.0mmol)、亜鉛末 13.3g(204mmol)をフラスコにとり、乾燥窒素置換した。N−メチル−2−ピロリドン160mlを加え、80℃に加熱し、4時間攪拌し、重合をおこなった。重合溶液をTHFで希釈し、塩酸/メタノールで凝固回収し、メタノール洗滌を繰り返し、THFで溶解、メタノールへ再沈殿による精製し、濾集した重合体を真空乾燥し目的の共重合体51.0g(90%)を得た。GPC(THF)で求めたポリスチレン換算の数平均分子量は38,900、
重量平均分子量は160,000であった。
[Synthesis of polyarylene copolymer]
28.1 g (2.5 mmol) of the oligomer of formula (I) obtained in Example 1 above, 2,5-dichloro-4 ′-(4-phenoxy) phenoxybenzophenone (DCPPB) 35.
9 g (82.5 mmol), bis (triphenylphosphine) nickel dichloride
67 g (2.6 mmol), 1.66 g (11.1 mmol) of sodium iodide, 8.92 g (34.0 mmol) of triphenylphosphine, and 13.3 g (204 mmol) of zinc dust were placed in a flask and purged with dry nitrogen. 160 ml of N-methyl-2-pyrrolidone was added, and the mixture was heated to 80 ° C. and stirred for 4 hours to carry out polymerization. The polymerization solution is diluted with THF, coagulated and recovered with hydrochloric acid / methanol, repeatedly washed with methanol, dissolved in THF, purified by reprecipitation into methanol, and the collected polymer is vacuum-dried to obtain 51.0 g of the desired copolymer. (90%) was obtained. The number-average molecular weight in terms of polystyrene determined by GPC (THF) is 38,900,
The weight average molecular weight was 160,000.

[スルホン酸基を有するポリアリーレン(III)の合成]
上記共重合体50gを攪拌装置、温度計を取り付けた1000mlのセパラブルフラスコに入れ、濃度98%硫酸500mlを加え、内温を25℃に保ちながら窒素気流下で24時間攪拌した。得られた溶液を大量のイオン交換水の中に注ぎ入れ、重合体を沈殿させた。洗浄水のpHが5になるまで重合体の洗浄を繰り返した。乾燥して、56g(95%)のスルホン酸基を有する重合体を得た。スルホン酸基を有する重合体のGPC(NMP)で求めたポリスチレン換算の数平均分子量は45,500、重量平均分子量は176,000であった。本スルホン酸基を有する重合体のスルホン酸等量は2.1meq/gであった。
得られた複合膜の評価結果を表1に示す。
[Synthesis of polyarylene (III) having a sulfonic acid group]
50 g of the copolymer was placed in a 1000 ml separable flask equipped with a stirrer and a thermometer, 500 ml of sulfuric acid having a concentration of 98% was added, and the mixture was stirred for 24 hours under a nitrogen stream while maintaining the internal temperature at 25 ° C. The obtained solution was poured into a large amount of ion exchange water to precipitate a polymer. The washing of the polymer was repeated until the washing water had a pH of 5. By drying, a polymer having 56 g (95%) of a sulfonic acid group was obtained. The number average molecular weight in terms of polystyrene determined by GPC (NMP) of the polymer having a sulfonic acid group was 45,500, and the weight average molecular weight was 176,000. The sulfonic acid equivalent of the polymer having this sulfonic acid group was 2.1 meq / g.
The evaluation results of the obtained composite membrane are shown in Table 1.

[比較例1]
実施例1で用いたスルホン酸基を有するポリアリーレン共重合体(II)の10重量%メタノール/水(80/20重量比)溶液を、ガラス基板上にドクターブレードを用いて流延し、80℃で15分、100℃で15分、150℃で30分、180℃で30分乾燥させて、膜厚30μmの膜を得た。得られた膜の評価結果を表1に示す。
[Comparative Example 1]
A 10% by weight methanol / water (80/20 weight ratio) solution of the polyarylene copolymer (II) having a sulfonic acid group used in Example 1 was cast on a glass substrate using a doctor blade, and 80% Drying was performed at 15 ° C. for 15 minutes, 100 ° C. for 15 minutes, 150 ° C. for 30 minutes, and 180 ° C. for 30 minutes to obtain a film having a thickness of 30 μm. Table 1 shows the evaluation results of the obtained film.

[比較例2]
実施例2で用いたスルホン酸基を有するポリアリーレン共重合体(III)の10重量%
メタノール/水(80/20重量比)溶液を、ガラス基板上にドクターブレードを用いて流延し、80℃で15分、100℃で15分、150℃で30分、180℃で30分乾燥させて、膜厚30μmの膜を得た。得られた膜の評価結果を表1に示す。
[Comparative Example 2]
10% by weight of the polyarylene copolymer (III) having a sulfonic acid group used in Example 2
A methanol / water (80/20 weight ratio) solution is cast on a glass substrate using a doctor blade and dried at 80 ° C. for 15 minutes, 100 ° C. for 15 minutes, 150 ° C. for 30 minutes, and 180 ° C. for 30 minutes. As a result, a film having a thickness of 30 μm was obtained. Table 1 shows the evaluation results of the obtained film.

[比較例3]
実施例1で用いた市販のパーフルオロアルキルスルホン酸の膜(デュポン社製、Nafion(商標)112、膜厚50μm)の評価結果を表1に示す。
[Comparative Example 3]
Table 1 shows the evaluation results of the commercially available perfluoroalkylsulfonic acid membrane used in Example 1 (manufactured by DuPont, Nafion ™ 112, film thickness 50 μm).

Figure 2005126638
Figure 2005126638

Claims (12)

(a)プロトン伝導性を有するテトラフルオロエチレン共重合体、および
(b)下記一般式(2)で表される繰り返し単位を有するスルホン酸基を有するポリアリーレン
を含有することを特徴とする重合体組成物;
Figure 2005126638
(式中、Aは2価の電子吸引性基を示し、Bは2価の電子供与基または直接結合を示し、Arは−SO3Hで表される置換基を有する芳香族基を示し、mは0〜10の整数を示し
、nは0〜10の整数を示し、kは1〜4の整数を示す。)。
A polymer comprising (a) a tetrafluoroethylene copolymer having proton conductivity, and (b) a polyarylene having a sulfonic acid group having a repeating unit represented by the following general formula (2): Composition;
Figure 2005126638
(In the formula, A represents a divalent electron-withdrawing group, B represents a divalent electron-donating group or a direct bond, Ar represents an aromatic group having a substituent represented by —SO 3 H, m represents an integer of 0 to 10, n represents an integer of 0 to 10, and k represents an integer of 1 to 4.
上記(a)プロトン伝導性を有するテトラフルオロエチレン共重合体が、下記一般式(1)で表される構造単位からなる請求項1記載の重合体組成物;
Figure 2005126638
(式中、xは1〜30の数、yは10〜2,000の数、mは0〜10の数、nは1〜1
0の数、Aは−SO3Zまたは−COOZ(ここで、Zは水素原子またはアルカリ金属原
子である。)を示す。)
The polymer composition according to claim 1, wherein the tetrafluoroethylene copolymer (a) having proton conductivity comprises a structural unit represented by the following general formula (1);
Figure 2005126638
(Wherein x is a number from 1 to 30, y is a number from 10 to 2,000, m is a number from 0 to 10, and n is from 1 to 1
The number 0, A represents —SO 3 Z or —COOZ (where Z is a hydrogen atom or an alkali metal atom). )
上記(b)スルホン酸基を有するポリアリーレンが、上記一般式(2)で表される繰り返し単位に加え、さらに下記一般式(3)で表される繰り返し単位を有することを特徴とする請求項1または2記載の重合体組成物;
Figure 2005126638
(式中、R1〜R8は互いに同一でも異なっていてもよく、水素原子、フッ素原子、アルキル基、フッ素置換アルキル基、アリル基、アリール基およびシアノ基からなる群より選ばれた少なくとも1種の原子または基を示し、Wは2価の電子吸引性基または単結合を示し、Tは単結合または2価の有機基を示し、pはTが−O−の場合は2以上の整数、−O−以外の場合は1以上の整数を示す。)
The polyarylene having the sulfonic acid group (b) has a repeating unit represented by the following general formula (3) in addition to the repeating unit represented by the general formula (2). The polymer composition according to 1 or 2;
Figure 2005126638
(Wherein R 1 to R 8 may be the same or different from each other, and at least one selected from the group consisting of a hydrogen atom, a fluorine atom, an alkyl group, a fluorine-substituted alkyl group, an allyl group, an aryl group, and a cyano group) W represents a divalent electron-withdrawing group or a single bond, T represents a single bond or a divalent organic group, and p represents an integer of 2 or more when T is —O—. In the case other than -O-, an integer of 1 or more is shown.)
上記(a)プロトン伝導性を有するテトラフルオロエチレン共重合体と(b)上記一般式(2)で表される繰り返し単位を有するスルホン酸基含有ポリアリーレンとの合計を100重量%としたときに、(a)成分を5〜90重量%、(b)成分を95〜10重量%含有する請求項1〜3のいずれか1項記載の重合体組成物。   When the total of (a) the tetrafluoroethylene copolymer having proton conductivity and (b) the sulfonic acid group-containing polyarylene having the repeating unit represented by the general formula (2) is 100% by weight The polymer composition according to any one of claims 1 to 3, comprising 5 to 90% by weight of the component (a) and 95 to 10% by weight of the component (b). 請求項1〜4のいずれか1項記載の重合体組成物から得られることを特徴とする複合膜。   A composite film obtained from the polymer composition according to any one of claims 1 to 4. プロトン伝導膜である、請求項5に記載の複合膜。   The composite membrane according to claim 5, which is a proton conducting membrane. (a)プロトン伝導性を有するテトラフルオロエチレン共重合体、
(b)下記一般式(2)で表される繰り返し単位を有するスルホン酸基を有するポリアリーレン、および
(c)有機溶媒
を含有することを特徴とする重合体溶液組成物;
Figure 2005126638
(式中、Aは2価の電子吸引性基を示し、Bは2価の電子供与基または直接結合を示し、Arは−SO3Hで表される置換基を有する芳香族基を示し、mは0〜10の整数を示し
、nは0〜10の整数を示し、kは1〜4の整数を示す。)。
(A) a tetrafluoroethylene copolymer having proton conductivity,
(B) a polymer solution composition comprising polyarylene having a sulfonic acid group having a repeating unit represented by the following general formula (2), and (c) an organic solvent;
Figure 2005126638
(In the formula, A represents a divalent electron-withdrawing group, B represents a divalent electron-donating group or a direct bond, Ar represents an aromatic group having a substituent represented by —SO 3 H, m represents an integer of 0 to 10, n represents an integer of 0 to 10, and k represents an integer of 1 to 4.
上記(a)プロトン伝導性を有するテトラフルオロエチレン共重合体が、下記一般式(1)で表される構造単位からなる請求項7記載の重合体溶液組成物;
Figure 2005126638
(式中、xは1〜30の数、yは10〜2,000の数、mは0〜10の数、nは1〜1
0の数、Aは−SO3Zまたは−COOZ(ここで、Zは水素原子またはアルカリ金属原
子である。)を示す。)
The polymer solution composition according to claim 7, wherein the (a) tetrafluoroethylene copolymer having proton conductivity comprises a structural unit represented by the following general formula (1):
Figure 2005126638
(Wherein x is a number from 1 to 30, y is a number from 10 to 2,000, m is a number from 0 to 10, and n is from 1 to 1
The number 0, A represents —SO 3 Z or —COOZ (where Z is a hydrogen atom or an alkali metal atom). )
上記(b)スルホン酸基を有するポリアリーレンが、上記一般式(2)で表される繰り返し単位に加え、さらに下記一般式(3)で表される繰り返し単位を有することを特徴とする請求項7または8記載の重合体溶液組成物;
Figure 2005126638
(式中、R1〜R8は互いに同一でも異なっていてもよく、水素原子、フッ素原子、アルキル基、フッ素置換アルキル基、アリル基、アリール基およびシアノ基からなる群より選ばれた少なくとも1種の原子または基を示し、Wは2価の電子吸引性基または単結合を示し、Tは単結合または2価の有機基を示し、pはTが−O−の場合は2以上の整数、−O−以外の場合は1以上の整数を示す。)
The polyarylene having the sulfonic acid group (b) has a repeating unit represented by the following general formula (3) in addition to the repeating unit represented by the general formula (2). A polymer solution composition according to 7 or 8;
Figure 2005126638
(Wherein R 1 to R 8 may be the same or different from each other, and at least one selected from the group consisting of a hydrogen atom, a fluorine atom, an alkyl group, a fluorine-substituted alkyl group, an allyl group, an aryl group, and a cyano group) W represents a divalent electron-withdrawing group or a single bond, T represents a single bond or a divalent organic group, and p represents an integer of 2 or more when T is —O—. In the case other than -O-, an integer of 1 or more is shown.)
上記(a)プロトン伝導性を有するテトラフルオロエチレン共重合体と(b)上記一般式(2)で表される繰り返し単位を有するスルホン酸基含有ポリアリーレンとの合計を100重量%としたときに、(a)成分を5〜90重量%、(b)成分を95〜10重量%含有する請求項7〜9のいずれか1項記載の重合体溶液組成物。   When the total of (a) the tetrafluoroethylene copolymer having proton conductivity and (b) the sulfonic acid group-containing polyarylene having the repeating unit represented by the general formula (2) is 100% by weight The polymer solution composition according to any one of claims 7 to 9, comprising 5 to 90% by weight of the component (a) and 95 to 10% by weight of the component (b). 請求項7〜10のいずれか1項記載の重合体溶液組成物を基体に塗布し、乾燥して得られることを特徴とする複合膜。   A composite film obtained by applying the polymer solution composition according to any one of claims 7 to 10 to a substrate and drying it. プロトン伝導膜である、請求項11に記載の複合膜。   The composite membrane according to claim 11, which is a proton conducting membrane.
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