JP2005171027A - Method of manufacturing proton conductive film - Google Patents

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Yosuke Konno
洋助 今野
Junji Kawai
淳司 川井
Kohei Goto
幸平 後藤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a proton conductive film which has a sufficient conductivity of proton even under the condition of a low humidity and a low temperature. <P>SOLUTION: In the manufacturing method of proton conductive film, a composition which contains a polyarylene having sulphonic acid group and an organic solvent performing acid-base mutual action with respect to sulphonic acid group, is cast, and after being dried, the obtained film is immersed in water. It is preferable that the organic solvent to be used has an average dissolution parameter within the range of 9 to 16 (cal/mol)<SP>1/2</SP>, the temperature of the water to be used is within the range of 10 to 100 °C, and the pH is within the range of 1 to 7. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、固体高分子型燃料電池に用いられる電解質用途に好適なプロトン伝導膜が得られるようなプロトン伝導膜の製造方法に関するものである。   The present invention relates to a method for producing a proton conducting membrane that can provide a proton conducting membrane suitable for an electrolyte used in a polymer electrolyte fuel cell.

燃料電池は基本的に2つの触媒電極と、電極に挟まれた固体電解質膜から構成される。燃料である水素は一方の電極でイオン化され、この水素イオンは固体電解質膜中を拡散した後に他方の電極で酸素と結合する。このとき2つの電極を外部回路で接続していると、電流が流れ、外部回路に電力を供給する。ここで固体電解質膜は、水素イオンを拡散させると同時に、燃料ガスの水素と酸素を物理的に隔離し且つ電子の流れを遮断する機能を担っている。   A fuel cell basically comprises two catalyst electrodes and a solid electrolyte membrane sandwiched between the electrodes. Hydrogen as a fuel is ionized at one electrode, and this hydrogen ion diffuses through the solid electrolyte membrane and then combines with oxygen at the other electrode. At this time, if the two electrodes are connected by an external circuit, a current flows and power is supplied to the external circuit. Here, the solid electrolyte membrane has a function of diffusing hydrogen ions and at the same time physically separating hydrogen and oxygen of the fuel gas and blocking the flow of electrons.

このような固体電解質膜のモルフォロジーは、ナノメーターサイズの親水性チャネル(イオン伝導チャネル)が膜を貫通して存在し、前記のチャネルに形成される水のクラスターを通して、水素イオンが拡散するとされている。そのため、0℃以下の環境では、水の凍結により、イオン伝導性が大幅に低下するという問題があった。   The morphology of such a solid electrolyte membrane is that nanometer-size hydrophilic channels (ion conduction channels) exist through the membrane, and hydrogen ions diffuse through the water clusters formed in the channels. Yes. Therefore, in an environment of 0 ° C. or lower, there is a problem that ion conductivity is significantly reduced due to freezing of water.

本発明者は、このような従来技術における問題点に鑑み検討した結果、スルホン酸基を有するポリアリーレンのキャスト溶媒として、スルホン酸基を含有するセグメントと酸−塩基相互作用する有機溶剤を使用し、キャストされたフィルムを乾燥した後、水に浸漬し、前記有機溶剤を抽出除去することで、フィルムが保有する水分量が増加し、イオン伝導部位に0℃未満に凝固点をもつ水分量を増加させ、0℃以下の環境でも十分なプロトン伝導度を有するプロトン伝導膜が得られることを見出して本発明を完成するに至った。   As a result of studying in view of such problems in the prior art, the present inventor used an organic solvent that interacts with a segment containing a sulfonic acid group and an acid-base interaction as a cast solvent for the polyarylene having a sulfonic acid group. After the cast film is dried, it is immersed in water, and the organic solvent is extracted and removed, increasing the water content of the film and increasing the water content with a freezing point below 0 ° C at the ion conduction site. The inventors have found that a proton conducting membrane having sufficient proton conductivity can be obtained even in an environment of 0 ° C. or lower, and have completed the present invention.

すなわち本発明は、低湿度下、低温下でも十分なプロトン伝導度を有するプロトン伝導膜を製造する方法を提供することを目的としている。   That is, an object of the present invention is to provide a method for producing a proton conductive membrane having sufficient proton conductivity even at low humidity and low temperature.

本発明によれば下記ポリアリーレン組成物が提供されて、本発明の前記目的が達成される。
(1) スルホン酸基を有するポリアリーレンおよびスルホン酸基と酸−塩基相互作用する有機溶剤を含有する組成物をキャストし、乾燥した後、得られたフィルムを水に浸漬することを特徴とするプロトン伝導膜の製造方法。
(2) 上記スルホン酸基を有するポリアリーレンは、下記一般式(A)で表される繰り返し構成単位および下記一般式(B)で表される繰り返し構成単位を含むことを特徴とする上記(1)に記載のプロトン伝導膜の製造方法;
According to the present invention, the following polyarylene composition is provided to achieve the object of the present invention.
(1) A polyarylene having a sulfonic acid group and a composition containing an organic solvent that interacts with a sulfonic acid group and acid-base are cast and dried, and then the obtained film is immersed in water. Proton conductive membrane manufacturing method.
(2) The polyarylene having a sulfonic acid group includes a repeating structural unit represented by the following general formula (A) and a repeating structural unit represented by the following general formula (B) (1) ) For producing a proton conducting membrane according to the above;

Figure 2005171027
Figure 2005171027

(式(A)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。)
(In the formula (A), A represents a divalent electron-withdrawing group, B represents a divalent electron-donating group or a direct bond, and 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.)

Figure 2005171027
Figure 2005171027

(式(B)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0または正の整数を示す。)。
(3) 上記スルホン酸基と酸−塩基相互作用する有機溶剤は、置換基を有する窒素原子を含み、かつ該窒素原子と置換基とは一重または二重結合で結合されている有機溶剤であることを特徴とする上記(1)または(2)に記載のポリアリーレン組成物。
(4) 上記組成物は、さらにスルホン酸基と酸−塩基相互作用しない有機溶剤を含有し、スルホン酸基と酸−塩基相互作用する有機溶剤およびスルホン酸基と酸−塩基相互作用しない有機溶剤の平均溶解性パラメータが9〜16(cal/mol)1/2の範囲にあることを特徴とする上記(1)ないし(3)のいずれかに記載のポリアリーレン組成物。
(5) 上記水は、温度が10〜100℃の範囲にあり、pHが1〜7の範囲にあることを特徴とする(1)〜(4)のいずれかに記載のプロトン伝導膜の製造方法。
(In Formula (B), R 1 to R 8 may be the same 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. And at least one kind of atom or group, W represents a divalent electron-withdrawing group or single bond, T represents a single bond or a divalent organic group, and p represents 0 or a positive integer.) .
(3) The organic solvent that interacts with the sulfonic acid group and acid-base is an organic solvent that contains a nitrogen atom having a substituent, and the nitrogen atom and the substituent are bonded with a single or double bond. The polyarylene composition as described in (1) or (2) above.
(4) The composition further contains an organic solvent that does not interact with a sulfonic acid group and acid-base, an organic solvent that interacts with a sulfonic acid group and acid-base, and an organic solvent that does not interact with a sulfonic acid group and acid-base. The polyarylene composition as described in any one of (1) to (3) above, wherein the average solubility parameter is in the range of 9 to 16 (cal / mol) 1/2 .
(5) Production of a proton conductive membrane according to any one of (1) to (4), wherein the water has a temperature in the range of 10 to 100 ° C and a pH in the range of 1 to 7. Method.

本発明によると、低湿度下、低温下でも十分なプロトン伝導度を有するプロトン伝導膜を製造することができる。   According to the present invention, a proton conducting membrane having sufficient proton conductivity can be produced even at low humidity and low temperature.

本発明の方法により製造されたプロトン伝導膜は、例えば一次電池用電解質、二次電池用電解質、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である。   The proton conductive membrane produced by the method of the present invention can be used for, for example, an electrolyte for a primary battery, an electrolyte for a secondary battery, a display element, various sensors, a signal transmission medium, a solid capacitor, an ion exchange membrane, and the like.

以下、本発明に係るプロトン伝導膜の製造方法について具体的に説明する。
本発明に係るプロトン伝導膜の製造方法では、スルホン酸基を有するポリアリーレンおよびスルホン酸基と酸−塩基相互作用する有機溶剤を含有する組成物をキャストし、乾燥した後、得られたフィルムを水に浸漬する。
Hereinafter, the method for producing a proton conductive membrane according to the present invention will be specifically described.
In the method for producing a proton conducting membrane according to the present invention, a composition containing a polyarylene having a sulfonic acid group and an organic solvent that interacts with the sulfonic acid group and acid-base is cast and dried, and then the obtained film is obtained. Immerse in water.

(スルホン酸基を有するポリアリーレン)
本発明で用いられるスルホン酸基を有するポリアリーレンは、下記一般式(A)で表される繰り返し構成単位と、下記一般式(B)で表される繰り返し構成単位とを含んでいるスルホン酸基を有するポリアリーレンである。
本発明で用いられるスルホン酸基を有するポリアリーレンは、下記一般式(A)で表される繰り返し構成単位からなるスルホン酸基を含有するセグメント(A)および下記一般式(B)で表される繰り返し構成単位からなるスルホン酸基を含有しないセグメント(B)からなり、セグメント(A)とセグメント(B)が共有結合しているブロック共重合体であること好ましい。
(Polyarylene having a sulfonic acid group)
The polyarylene having a sulfonic acid group used in the present invention includes a repeating structural unit represented by the following general formula (A) and a repeating structural unit represented by the following general formula (B). Polyarylene having
The polyarylene having a sulfonic acid group used in the present invention is represented by a segment (A) containing a sulfonic acid group composed of a repeating structural unit represented by the following general formula (A) and the following general formula (B). It is preferably a block copolymer composed of a segment (B) containing a repeating structural unit and not containing a sulfonic acid group, wherein the segment (A) and the segment (B) are covalently bonded.

Figure 2005171027
Figure 2005171027

式中、Aは2価の電子吸引性基を示し、具体的には−CO−、−SO2−、−SO−、
−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, A represents a divalent electron-withdrawing group, specifically, —CO—, —SO 2 —, —SO—,
—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 2005171027
Figure 2005171027

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 2005171027
Figure 2005171027

式(B)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 (B), 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。
式(B)において、pは0または正の整数であり、上限は通常100、好ましくは10〜80である。
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.
In the formula (B), p is 0 or a positive integer, and the upper limit is usually 100, preferably 10-80.

スルホン酸基を有するポリアリーレンは、具体的には下記一般式(C)で表される重合体である。   Specifically, the polyarylene having a sulfonic acid group is a polymer represented by the following general formula (C).

Figure 2005171027
Figure 2005171027

(式(D)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(A)および(B)中のW、T、A,B、Ar、m、n、k、pおよびR1〜R8と同義である。)
本発明で用いられるスルホン酸基を有するポリアリーレンは、式(A)で表される繰り返し構成単位を0.5〜99.999モル%、好ましくは10〜99.999モル%の割合で、式(B)で表される繰り返し構成単位を99.5〜0.001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 (D), W, T, A, B, Ar, m, n, k, p and R 1 to R 8 are respectively W, T, A in the general formulas (A) and (B). , B, Ar, m, n, k, p, and R 1 to R 8 .
The polyarylene having a sulfonic acid group used in the present invention contains the repeating structural unit represented by the formula (A) in a proportion of 0.5 to 99.999 mol%, preferably 10 to 99.999 mol%. The repeating structural unit represented by (B) is contained in an amount of 99.5 to 0.001 mol%, preferably 90 to 0.001 mol%.

(スルホン酸基を有するポリアリーレンの製造方法)
スルホン酸基を有するポリアリーレンは、上記一般式(A)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(B)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。
(Method for producing polyarylene having a sulfonic acid group)
The polyarylene having a sulfonic acid group includes a monomer having a sulfonic acid ester group that can be a structural unit represented by the general formula (A) and an oligomer that can be a structural unit represented by the general formula (B). It can be synthesized by polymerizing to produce a polyarylene having a sulfonic acid ester group, hydrolyzing the polyarylene having a sulfonic acid ester group, and converting the sulfonic acid ester group into a sulfonic acid group.

また、スルホン酸基を有する重合体は、上記一般式(A)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(B)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。   The polymer having a sulfonic acid group includes a structural unit having a skeleton represented by the general formula (A) and not having a sulfonic acid group or a sulfonic acid ester group, and a structural unit of the general formula (B). The polyarylene can be synthesized in advance and the polymer can be synthesized by sulfonation.

上記一般式(A)の構造単位となりうるモノマーと、上記一般式(B)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、上記一般式(A)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(D)で表されるスルホン酸エステル(以下、「モノマー(D)」ともいう。)が用
いられる。
In the case of synthesizing a polyarylene having a sulfonate group by copolymerizing a monomer that can be a structural unit of the general formula (A) and an oligomer that can be a structural unit of the general formula (B), As a monomer that can be a structural unit of (A), for example, a sulfonate ester represented by the following general formula (D) (hereinafter also referred to as “monomer (D)”) is used.

Figure 2005171027
Figure 2005171027

式(D)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(A)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 (D), 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 (A), 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。
式(D)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 formula (D) include the following compounds.

Figure 2005171027
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Figure 2005171027
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Figure 2005171027
Figure 2005171027

また、上記一般式(D)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。
一般式(D)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。
また、上記一般式(D)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。
Further, as the sulfonate ester represented by the general formula (D), 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.
The R b group in the general formula (D) 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 and cross-linking, and it is preferable that these ester groups are derived from primary alcohols and the β-position is a quaternary carbon.
Specific examples of the compound having the same skeleton as the sulfonate represented by the general formula (D) and having no sulfonic acid group or sulfonic acid ester group include the following compounds.

Figure 2005171027
Figure 2005171027

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(B)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(E)で表される化合物(以下「オリゴマー(E)」ともいう。)が用いられる。   As the oligomer that can be the structural unit of the general formula (B), for example, a compound represented by the following general formula (E) (hereinafter also referred to as “oligomer (E)”) is used.

Figure 2005171027
Figure 2005171027

式(E)中、R1〜R8、W、Tおよびpは、それぞれ上記一般式(B)中のR1〜R8
W、Tおよびpと同義である。
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。
In the formula (E), R 1 to R 8 , W, T and p are respectively R 1 to R 8 in the general formula (B),
Synonymous with W, T and p.
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(E)で表される化合物として具体的には、p=0の場合、例えば4,4'−ジクロロベンゾフェノン、4,4'−ジクロロベンズアニリド、ビス(クロロフェニル)ジフルオロメタン、2,2−ビス(4−クロロフェニル)ヘキサフルオロプロパン、4−ク
ロロ安息香酸−4−クロロフェニル、ビス(4−クロロフェニル)スルホキシド、ビス(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、9,9−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フルオレンが挙げられる。これらの化合物において塩素原子が臭素原子またはヨウ素原子に置き換わった化合物、さらにこれらの化合物において4位に置換したハロゲン原子の少なくとも1つ以上が3位に置換した化合物などが挙げられる。
Specifically, as the compound represented by the general formula (E), when p = 0, for example, 4,4′-dichlorobenzophenone, 4,4′-dichlorobenzanilide, bis (chlorophenyl) difluoromethane, 2, 2-bis (4-chlorophenyl) hexafluoropropane, 4-chlorobenzoic acid-4-chlorophenyl, bis (4-chlorophenyl) sulfoxide, bis (4-chlorophenyl) sulfone, 2,6-dichlorobenzonitrile, 9,9- Bis (4-hydroxyphenyl) fluorene is mentioned. In these compounds, compounds in which a chlorine atom is replaced with a bromine atom or an iodine atom, and compounds in which at least one of halogen atoms substituted in the 4-position in these compounds are substituted in the 3-position are exemplified.

またp=1の場合、上記一般式(E)で表される具体的な化合物としては、例えば4,
4'−ビス(4−クロロベンゾイル)ジフェニルエーテル、4,4'−ビス(4−クロロベ
ンゾイルアミノ)ジフェニルエーテル、4,4'−ビス(4−クロロフェニルスルホニル)ジフェニルエーテル、4,4'−ビス(4−クロロフェニル)ジフェニルエーテルジカルボキシレート、4,4'−ビス〔(4−クロロフェニル)−1,1,1,3,3,3−ヘキサフル
オロプロピル〕ジフェニルエーテル、4,4'−ビス〔(4−クロロフェニル)テトラフルオロエチル〕ジフェニルエーテル、これらの化合物において塩素原子が臭素原子またはヨウ素原子に置き換わった化合物、さらにこれらの化合物において4位に置換したハロゲン原子が3位に置換した化合物、さらにこれらの化合物においてジフェニルエーテルの4位に置換した基の少なくとも1つが3位に置換した化合物などが挙げられる。
When p = 1, the specific compound represented by the general formula (E) is, for example, 4,
4′-bis (4-chlorobenzoyl) diphenyl ether, 4,4′-bis (4-chlorobenzoylamino) diphenyl ether, 4,4′-bis (4-chlorophenylsulfonyl) diphenyl ether, 4,4′-bis (4- Chlorophenyl) diphenyl ether dicarboxylate, 4,4′-bis [(4-chlorophenyl) -1,1,1,3,3,3-hexafluoropropyl] diphenyl ether, 4,4′-bis [(4-chlorophenyl) Tetrafluoroethyl] diphenyl ether, compounds in which the chlorine atom is replaced with a bromine atom or iodine atom in these compounds, compounds in which the halogen atom substituted in the 4-position in these compounds is substituted in the 3-position, and further in these compounds, diphenyl ether At least one of the groups substituted in the 4-position is in the 3-position And the like.

さらに上記一般式(E)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、および下記式で表される化合物が挙げられる。
Further, the compound represented by the general formula (E) is 2,2-bis [4- {4- (4-
Chlorobenzoyl) phenoxy} phenyl] -1,1,1,3,3,3-hexafluoropropane, bis [4- {4- (4-chlorobenzoyl) phenoxy} phenyl] sulfone, and the following formula Compounds.

Figure 2005171027
Figure 2005171027

上記一般式(E)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 (E) 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 2005171027
Figure 2005171027

(式中、Wは一般式(E)に関して定義した通りである。)
また、上記一般式(E)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の合成方法がある。
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化合物に対し、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 (E).)
In addition, as a method for synthesizing the compound represented by the general formula (E), a nucleophilic substitution reaction and an electrophilic substitution reaction are combined as described in JP-A-2-159, and the target electron-withdrawing group is synthesized. There is a method for synthesizing a flexible compound comprising 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 compound. 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(E)において、pが2以上である化合物は、例えば、一般式(E)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 (E), the compound in which p is 2 or more is, for example, a bisphenol serving as a source of etheric oxygen which is the electron donating group T in the general formula (E) 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 2005171027
Figure 2005171027

上記において、pは0または正の整数であり、上限は通常100、好ましくは10〜80である。
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(D)とオリゴマー(E)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、(1)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(2)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。
In the above, p is 0 or a positive integer, and the upper limit is usually 100, preferably 10-80.
The polyarylene having a sulfonate group is synthesized by reacting the monomer (D) and the oligomer (E) in the presence of a catalyst. The catalyst used in this case is a catalyst system containing a transition metal compound. The catalyst system includes (1) a transition metal salt and a compound to be a ligand (hereinafter referred to as “ligand component”), or a transition metal complex in which a ligand is coordinated (a copper salt). And (2) a reducing agent as an essential component, and in order to further increase the polymerization rate, a “salt” may be added.

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(D)+オリゴマー(E)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 mol, based on 1 mol of the total amount of the above-mentioned monomers (the total amount of monomers (D) + oligomer (E), hereinafter the same)) of the transition metal salt or transition metal complex. 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 normally with respect to 1 mol of total of the said monomer.
Mol, preferably 1 to 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(D)とオリゴマー(E)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 (D) and the oligomer (E) 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。
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.

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 obtained polyarylene having a sulfonic acid ester group 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(−SO3R)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 3 mol per mol of sulfonic acid ester group (—SO 3 R) in polyarylene having a sulfonic acid ester group Examples include a method of reacting the polyarylene in a solution containing double 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. Can do.

スルホン酸基を有するポリアリーレンは、上記一般式(D)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(E)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。   The polyarylene having a sulfonic acid group includes a monomer having a skeleton similar to that of the sulfonic acid ester represented by the general formula (D) and an oligomer represented by the general formula (E). When polyarylene having no sulfonic acid group is synthesized in advance by copolymerization and synthesized by sulfonated polyarylene having no sulfonic acid group, the sulfonic acid group is synthesized by a method according to the above synthesis method. A polyarylene having a sulfonic acid group can be obtained by producing a polyarylene having no sulfonic acid and then 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の反応条件としては、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得ることが出来る。
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 Prepri
nts,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)〕。
The reaction conditions for the sulfonation of the polyarylene having no sulfonic acid group include polyarylene having no sulfonic acid group and a sulfonic acid group in a conventional manner using a sulfonating agent in the absence of a solvent or in the presence of a solvent. Can be obtained by introducing.
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 Prepri
nts, 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。
上記のスルホン酸基量は、例えばモノマー(D)とオリゴマー(E)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。
In the polyarylene having a sulfonic acid group produced by the method as described above, the amount of the sulfonic acid group 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.
The amount of the sulfonic acid group can be adjusted, for example, by changing the type, usage ratio, and combination of the monomer (D) and the oligomer (E).

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。   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).

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-hexa Methylenebis (3,5-di-tert-butyl-4-hydroxy-hydrocinnamamide) (trade name: IRGAONOX 1098), 1,3,5-trimethyl-2,4,6
-Tris (3,5-di-t-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.

(スルホン酸基を含有するセグメントと酸−塩基相互作用する有機溶剤)
本発明において用いられるスルホン酸基と酸−塩基相互作用する有機溶剤としては、メチルアミン(δ 8.86*)、トリメチルアミン(δ 6.91*)、エチルアミン(δ
8.79*)、ジエチルアミン(δ 7.96)、トリエチルアミン(δ 7.52*)
、プロピルアミン(δ 8.57*)、イソプロピルアミン(δ 8.45*)、ジプロピルアミン(δ 7.79)、ブチルアミン(δ8.72*)、イソブチルアミン(δ 8.47*)、トリブチルアミン(δ 7.96*)、ペンチルアミン(δ 8.70*)、トリペンチルアミン(δ 8.07*)、2−エチルヘキシルアミン(δ 8.50*)、アニリン(δ 11.04)、N,N−ジメチルアニリン(δ 9.17*)、N,N−ジエチルアニリン(δ 9.05*)、シクロヘキシルアミン(δ 9.05)、ピリジン(δ
10.61)、ルチジン(δ 8.45*)、エチレンジアミン(δ 10.91*)、プロピレンジアミン(δ 10.26*)、ジエチレントリアミン(δ 12.56)、ホルムアミド(δ 17.8)、N,N−ジメチルホルムアミド(δ 12.14)、アセトア
ミド(δ 14.77*)、N−メチルアセトアミド(δ 11.58*)、N,N−ジメ
チルアセトアミド(δ 11.12)、N,N,N',N'−テトラメチル尿素(δ 10.6
0)、2−ピロリドン(δ 13.88)、N−メチル−2−ピロリドン(δ 11.17)、N,N−ジメチルイミダゾリジノン(δ 11.45*)などが挙げられる。
(Organic solvent that interacts with sulfonic acid group-containing segments and acid-base interaction)
Examples of the organic solvent that interacts with the sulfonic acid group and acid-base used in the present invention include methylamine (δ 8.86 *), trimethylamine (δ 6.91 *), ethylamine (δ
8.79 *), diethylamine (δ 7.96), triethylamine (δ 7.52 *)
, Propylamine (δ 8.57 *), isopropylamine (δ 8.45 *), dipropylamine (δ 7.79), butylamine (δ8.72 *), isobutylamine (δ 8.47 *), tri Butylamine (δ 7.96 *), pentylamine (δ 8.70 *), tripentylamine (δ 8.07 *), 2-ethylhexylamine (δ 8.50 *), aniline (δ 11.04), N, N-dimethylaniline (δ 9.17 *), N, N-diethylaniline (δ 9.05 *), cyclohexylamine (δ 9.05), pyridine (δ
10.61), lutidine (δ 8.45 *), ethylenediamine (δ 10.91 *), propylenediamine (δ 10.26 *), diethylenetriamine (δ 12.56), formamide (δ 17.8), N , N-dimethylformamide (δ 12.14), acetamide (δ 14.77 *), N-methylacetamide (δ 11.58 *), N, N-dimethylacetamide (δ 11.12), N, N, N ′, N′-tetramethylurea (δ 10.6
0), 2-pyrrolidone (δ 13.88), N-methyl-2-pyrrolidone (δ 11.17), N, N-dimethylimidazolidinone (δ 11.45 *) and the like.

なお、上記例示中δは溶解性パラメータの値((cal/mol)1/2)を示し、数値の後に「*」を付した値は、Feldorの計算値(R.F Fedors,Polym.Eng.Sci.,14〔2〕147(1974)参照)である。
これらスルホン酸基と酸−塩基相互作用する有機溶剤は2種類以上を組み合わせて用いることもできる。
In the above examples, δ indicates the value of the solubility parameter ((cal / mol) 1/2 ), and the value with “*” after the numerical value is the calculated value of Fedor (RF Fedors, Polym.Eng.Sci 14 [2] 147 (1974)).
These organic solvents that interact with sulfonic acid groups and acid-base can be used in combination of two or more.

本発明では溶剤として、上記スルホン酸基と酸−塩基相互作用する有機溶剤とともに、スルホン酸基と酸−塩基相互作用しない有機溶剤を用いることができる。   In the present invention, as the solvent, an organic solvent that does not interact with a sulfonic acid group and an acid-base can be used together with the organic solvent that interacts with the sulfonic acid group and an acid-base.

スルホン酸基と酸−塩基相互作用しない有機溶剤としては、メタノール(δ 14.2
8)、エタノール(δ 12.92)、1−プロパノール(δ 11.07)、2−プロパノール(δ 11.50)、エチレングリコール(δ 16.30)、プロピレングリコール(δ 14.80)、テトラヒドロフラン(δ 9.52)、アニソール(δ 9.38*)、メチルエチルケトン(δ 9.27)、シクロヘキサノン(δ 9.88)、酢酸エチル(δ 9.10)、酢酸−n−ブチル(δ 8.46)、γ−ブチロラクトン(δ 12
.78)、2−エトキシエタノール(δ 11.47*)、1−メトキシ−2−プロパノール(δ 11.27*)、ジメチルスルホキシド(δ 12.93)、アセトニトリル(δ 11.9)、トルエン(δ 8.91)、ヘキサン(δ 7.24)などが挙げられる。
これらスルホン酸基と酸−塩基相互作用しない有機溶剤は2種類以上を組み合わせて用いることもできる。
Examples of the organic solvent that does not interact with the sulfonic acid group and acid-base include methanol (δ 14.2
8), ethanol (δ 12.92), 1-propanol (δ 11.07), 2-propanol (δ 11.50), ethylene glycol (δ 16.30), propylene glycol (δ 14.80), tetrahydrofuran (Δ 9.52), anisole (δ 9.38 *), methyl ethyl ketone (δ 9.27), cyclohexanone (δ 9.88), ethyl acetate (δ 9.10), acetic acid-n-butyl (δ 8. 46), γ-butyrolactone (δ 12
. 78), 2-ethoxyethanol (δ 11.47 *), 1-methoxy-2-propanol (δ 11.27 *), dimethyl sulfoxide (δ 12.93), acetonitrile (δ 11.9), toluene (δ 8.91), hexane (δ 7.24) and the like.
These organic solvents that do not interact with sulfonic acid groups and acid-base can be used in combination of two or more.

スルホン酸基と酸−塩基相互作用する有機溶剤およびスルホン酸基と酸−塩基相互作用しない有機溶剤を用いる場合には、これらを混合した溶媒の平均溶解性パラメータが9〜16(cal/mol)1/2の範囲にあることが好ましい。さらに、平均溶解性パラメータが10.0〜14.0(cal/mol)1/2範囲にあることが好ましい。 When an organic solvent that interacts with a sulfonic acid group and acid-base and an organic solvent that does not interact with a sulfonic acid group and acid-base, an average solubility parameter of the solvent in which these are mixed is 9 to 16 (cal / mol). It is preferably in the range of 1/2 . Furthermore, the average solubility parameter is preferably in the range of 10.0 to 14.0 (cal / mol) 1/2 .

なお平均溶解性パラメータの算出方法は、下記の式より算出される。   In addition, the calculation method of an average solubility parameter is calculated from the following formula.

δAve=δ1×A1/100+δ2×A2/100+・…・・+δn×An/100
(δAve:平均溶解性パラメータ、δn:それぞれの溶剤の溶解性パラメータ、An:有機
溶剤中のそれぞれの溶剤の重量%)
このような有機溶剤を用いて組成物を調製し、この組成物をキャストし、乾燥した後、得
られたフィルムを水に浸漬すると、0℃未満に凝固点をもつ水分量が増加し、0℃以下の環境で十分なプロトン伝導度を発現する。
δ Ave = δ 1 × A 1 /100 + δ 2 × A 2/100 + · ... ·· + δ n × A n / 100
Ave : average solubility parameter, δ n : solubility parameter of each solvent, A n : weight% of each solvent in organic solvent)
When a composition is prepared using such an organic solvent, the composition is cast and dried, and the resulting film is immersed in water, the amount of water having a freezing point below 0 ° C. is increased. Sufficient proton conductivity is expressed in the following environment.

(フィルム成形)
本願発明に係るプロトン伝導膜の製造方法によりプロトン伝導膜を製造するには、まず、上記各成分を所定の割合で混合し、従来公知の方法で混練することにより、スルホン酸基を有するポリアリーレンおよびスルホン酸基と酸−塩基相互作用する有機溶剤を含有する組成物(以下「ポリアリーレン組成物」ともいう)を調製し、次いで、このポリアリーレン組成物をキャスティングにより、基体上に流延し、フィルム状に成形するキャスティング法などにより、膜を製造する方法が挙げられる。
(Film forming)
In order to produce a proton conducting membrane by the method for producing a proton conducting membrane according to the present invention, first, the above-mentioned components are mixed at a predetermined ratio and kneaded by a conventionally known method, whereby a polyarylene having a sulfonic acid group is obtained. And a composition containing an organic solvent that interacts with sulfonic acid groups and acid-base (hereinafter also referred to as “polyarylene composition”), and then cast this polyarylene composition onto a substrate by casting. Examples of the method for producing a film include a casting method for forming a film.

ここで、上記基体としては、ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムなどが挙げられるが、これに限定されるものではなく、通常の溶液キャスティング法に用いられる基体であれば、如何なる素材でもよく、例えば他のプラスチック製でも、金属製でも特に制限されるものではない。   Here, examples of the substrate include a polyethylene terephthalate (PET) film, but the substrate is not limited thereto, and any material may be used as long as it is a substrate used in a normal solution casting method. Neither plastic nor metal is particularly limited.

この際のポリマー濃度は、スルホン酸基を有するポリアリーレンの分子量にもよるが、通常、5〜40重量%、好ましくは7〜25重量%である。5重量%未満では、厚膜化し難く、また、ピンホールが生成しやすい。一方、40重量%を超えると、溶液粘度が高すぎてフィルム化し難く、また、表面平滑性に欠けることがある。   The polymer concentration at this time is usually 5 to 40% by weight, preferably 7 to 25% by weight, although it depends on the molecular weight of the polyarylene having a sulfonic acid group. If it is less than 5% by weight, it is difficult to form a thick film, and pinholes are easily generated. On the other hand, if it exceeds 40% by weight, the solution viscosity is so high that it is difficult to form a film, and surface smoothness may be lacking.

なお、ポリアリーレン組成物の溶液粘度は、スルホン酸基を有するポリアリーレンの分子量や、ポリマー濃度にもよるが、通常、2,000〜100,000mPa・s、好ましくは3,000〜50,000mPa・sである。2,000mPa・s未満では、加工中
の溶液の滞留性が悪く、基体から流れてしまうことがあり。一方、100,000mPa
・sを超えると、高粘度過ぎて、ダイからの押し出しができず、流延法によるフィルム化が困難となることがある。
The solution viscosity of the polyarylene composition is usually 2,000 to 100,000 mPa · s, preferably 3,000 to 50,000 mPa, although it depends on the molecular weight of the polyarylene having a sulfonic acid group and the polymer concentration. -S. If it is less than 2,000 mPa · s, the retention of the solution during processing is poor and it may flow from the substrate. Meanwhile, 100,000 mPa
・ If it exceeds s, the viscosity is too high to be extruded from the die, and it may be difficult to form a film by the casting method.

上記キャスティング法による製膜後、30〜160℃、好ましくは50〜150℃で3〜180分、好ましくは5〜120分乾燥することにより、フィルムを得ることができる。得られたフィルムはその後、基体から剥離し、水に0.5〜24時間、好ましくは3〜18時間浸漬し、25〜100℃、好ましくは30〜60℃で3〜180分、好ましくは5〜120分乾燥することによりプロトン伝導膜を得ることができる。その乾燥膜厚は、通常、10〜100μm、好ましくは20〜80μmである。   After film formation by the above casting method, a film can be obtained by drying at 30 to 160 ° C., preferably 50 to 150 ° C. for 3 to 180 minutes, preferably 5 to 120 minutes. The resulting film is then peeled off from the substrate and immersed in water for 0.5-24 hours, preferably 3-18 hours, and 25-100 ° C., preferably 30-60 ° C., 3-180 minutes, preferably 5 A proton conducting membrane can be obtained by drying for ˜120 minutes. The dry film thickness is usually 10 to 100 μm, preferably 20 to 80 μm.

その際、前記フィルムを浸漬する水の温度は、通常10〜100℃、好ましくは15〜40℃である。10℃未満では溶媒の抽出速度が遅すぎて、浸漬時間が長くなることがあり、また、フィルム中に残存する溶媒の除去が困難になることがある。また、100℃を超えると、フィルムから一部溶出が起こり、膜厚が変化することがあり、また、膨潤が大きすぎて、浸漬後の乾燥による収縮が激しく、表面平滑性が低下することがある。さらに、前記フィルムを浸漬する水のpHは、通常、1〜7、好ましくは5〜6である。pHが7を超えると、アルカリ性なので、スルホン酸が塩を形成し、伝導度の低下が起こる。   In that case, the temperature of the water which immerses the said film is 10-100 degreeC normally, Preferably it is 15-40 degreeC. If it is less than 10 degreeC, the extraction speed | rate of a solvent is too slow, immersion time may become long, and removal of the solvent which remains in a film may become difficult. In addition, when the temperature exceeds 100 ° C., part of the film may be eluted and the film thickness may change. In addition, the swelling is too large, the shrinkage due to drying after immersion is severe, and the surface smoothness may decrease. is there. Furthermore, the pH of the water for immersing the film is usually 1 to 7, preferably 5 to 6. When pH exceeds 7, since it is alkaline, a sulfonic acid forms a salt and the fall of conductivity occurs.

(モルフォロジー)
本発明の方法により製造されたプロトン伝導膜のモルフォロジーは、スルホン酸基を含有するセグメント(A)が等方的な連続相を形成することが好ましい。
さらにスルホン酸基を含有するセグメント(A)が等方的な連続相を形成し、スルホン酸基を含有しない成分(B)が島相に近い構造を形成することが好ましい。
(Morphology)
The morphology of the proton conducting membrane produced by the method of the present invention is preferably such that the segment (A) containing sulfonic acid groups forms an isotropic continuous phase.
Furthermore, it is preferable that the segment (A) containing a sulfonic acid group forms an isotropic continuous phase, and the component (B) not containing a sulfonic acid group forms a structure close to an island phase.

モルフォロジーとしてこのような形態をとると、膜を貫通したスルホン酸基を含有する
セグメント(A)からなるイオンチャネルが均一に確保できるとともに、スルホン酸基を含有するセグメント(A)からなるイオンチャネルに束縛できる水分量が増加し、0℃未満に凝固点をもつ水分量が増加するため、0℃以下の環境で十分なプロトン伝導度を発現する。
By taking such a form as a morphology, an ion channel composed of a segment (A) containing a sulfonic acid group penetrating the membrane can be ensured uniformly, and an ion channel composed of a segment (A) containing a sulfonic acid group The amount of water that can be constrained increases and the amount of water having a freezing point below 0 ° C. increases, so that sufficient proton conductivity is exhibited in an environment of 0 ° C. or lower.

また、スルホン酸基を含有するセグメント(A)が異方的な連続相を形成、あるいは、連続相を形成しないと、スルホン酸基を含有するセグメント(A)からなるイオンチャネルが、膜を貫通して均一に確保できないため、スルホン酸基を含有するセグメント(A)からなるイオンチャネルに束縛できる水分量が減少し、0℃未満に凝固点をもつ水分量が減少するため、0℃以下の環境で十分なプロトン伝導度を発現できない。   In addition, if the segment (A) containing a sulfonic acid group forms an anisotropic continuous phase or does not form a continuous phase, an ion channel composed of the segment (A) containing a sulfonic acid group penetrates the membrane. Therefore, the amount of water that can be bound to the ion channel composed of the segment (A) containing a sulfonic acid group is reduced, and the amount of water having a freezing point below 0 ° C. is reduced. Cannot produce sufficient proton conductivity.

(0℃未満に凝固点をもつ水分量)
本発明の方法で製造されたプロトン伝導膜は、0℃未満に凝固点をもつ水分量が、好ましくは5重量%〜300重量%の範囲、さらに好ましくは40重量%〜200重量%の範囲にある。
0℃未満に凝固点をもつ水分量が、上記範囲より少ないと、0℃未満で十分な水分量を確保できず、十分なイオン伝導度を発現できないことがある。また、上記範囲を超えると、キャストされたフィルムの寸法変化が大きく、燃料電池の発電中に電極層面との剥れ、電極層のひび割れなどを誘発する可能性がある。
(Moisture content with freezing point below 0 ° C)
The proton conducting membrane produced by the method of the present invention has a water content having a freezing point below 0 ° C., preferably in the range of 5% by weight to 300% by weight, more preferably in the range of 40% by weight to 200% by weight. .
If the amount of water having a freezing point below 0 ° C. is less than the above range, a sufficient amount of water cannot be secured below 0 ° C. and sufficient ionic conductivity may not be exhibited. When the above range is exceeded, the dimensional change of the cast film is large, and there is a possibility of causing peeling from the electrode layer surface, cracking of the electrode layer, etc. during power generation of the fuel cell.

キャストされたフィルムを90℃の水に30分間浸漬して、十分に水を含浸させた後、これを取り出し、示差走査熱量計(Thermal Analyst 2000;DuPontInstraments製)にお
いて、5℃/minで−100℃まで降温させ、次に、200℃まで昇温させる。その時の0℃未満に凝固点をもつ水の融解ピークの熱量から、乾燥フィルム重量比で0℃未満に凝固点をもつ水分量を算出する。
The cast film was immersed in water at 90 ° C. for 30 minutes and sufficiently impregnated with water. Then, the cast film was taken out, and it was −100 at 5 ° C./min in a differential scanning calorimeter (Thermal Analyst 2000; manufactured by DuPont Instruments). The temperature is lowered to ° C and then raised to 200 ° C. From the amount of heat of the melting peak of water having a freezing point below 0 ° C. at that time, the amount of water having a freezing point below 0 ° C. in terms of dry film weight ratio is calculated.

[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。
合成例において、スルホン酸等量、分子量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 synthesis examples, the sulfonic acid equivalent weight and the molecular weight were determined as follows.

1.スルホン酸当量
得られたスルホン酸基を有する重合体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。
1. Sulfonic acid equivalent The polymer having the sulfonic acid group was washed with water until the water was neutral, thoroughly washed with water except for free remaining acid, dried, weighed a predetermined amount, THF / Phenolphthalein dissolved in a mixed solvent of water was used as an indicator, titration was performed using a standard solution of NaOH, and the sulfonic acid equivalent was determined from the neutralization point.

2.分子量の測定
スルホン酸基を含有しないポリアリーレン重量平均分子量は、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。スルホン酸基を含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。
2. Measurement of molecular weight The polyarylene weight-average molecular weight not containing a sulfonic acid group was determined by GPC using tetrahydrofuran (THF) as a solvent and the molecular weight in terms of polystyrene. The molecular weight of the polyarylene containing a sulfonic acid group was determined by GPC using polystyrene as a solvent, using N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) to which lithium bromide and phosphoric acid were added as an eluent.

[合成例1]
(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)
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)
[Synthesis Example 1]
(Preparation of polyarylene copolymer having a neopentyl group as a protecting group (PolyAB-SO 3 neo-Pe))
4- [4- (2,5-dichlorobenzoyl) phenoxy] benzenesulfonic acid neo-pentyl (A-SO 3 neo-Pe)

Figure 2005171027
Figure 2005171027

乾燥NMP 126mLを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)39.52g(98.50ミリモ
ル)と式(I)で表されるオリゴマーBCPAFオリゴマー(Mn=11,200)17
.08g(1.50ミリモル)、Ni(PPh32Cl2 1.96g(3.00ミリモル)、PPh3 10.49g(40.00ミリモル)、NaI 0.45g(3.00ミリ
モル)、亜鉛末 15.69g(240ミリモル)混合物中に窒素下で加えた。
126 mL of dry NMP was represented by the formula (I) with 39.52 g (98.50 mmol) of neo-pentyl (A-SO 3 neo-Pe) 4- [4- (2,5-dichlorobenzoyl) phenoxy] benzenesulfonate. Oligomer BCPAF oligomer (Mn = 11,200) 17
. 08 g (1.50 mmol), Ni (PPh 3 ) 2 Cl 2 1.96 g (3.00 mmol), PPh 3 10.49 g (40.00 mmol), NaI 0.45 g (3.00 mmol), zinc Powdered 15.69 g (240 mmol) was added to the mixture under nitrogen.

反応系を撹拌下に加熱し(最終的には74℃まで加温)、3時間反応させた。重合反応溶液をTHF 250mLで希釈し、30分撹拌し、セライトを濾過助剤に用い、濾過し
、濾液を大過剰のメタノール1500mLに注ぎ、凝固した。凝固物を濾集、風乾し、さらにTHF/NMP(それぞれ200/30mL)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、加熱乾燥で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−SO3 neo-Pe)47.0g(収率92%)を得た。GPCによる分子量は、Mn=53,700、Mw=187,000であった。
The reaction system was heated with stirring (finally heated to 74 ° C.) and allowed to react for 3 hours. The polymerization reaction solution was diluted with 250 mL of THF, stirred for 30 minutes, filtered using Celite as a filter aid, and the filtrate was poured into a large excess of 1500 mL of methanol to solidify. The coagulum was collected by filtration, air-dried, redissolved in THF / NMP (200/30 mL each), and coagulated with 1500 mL of a large excess of methanol. After air drying, 47.0 g (yield 92%) of a copolymer (PolyAB-SO 3 neo-Pe) made 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 = 53,700 and Mw = 187,000.

Figure 2005171027
Figure 2005171027

(ネオペンチル基をスルホン酸の保護基として有するポリアリーレン(PolyAB−SO3 neo-Pe)から、スルホン酸基を有するポリアリーレン(PolyAB−SO3H)の転換)
PolyAB−SO3 neo-Pe 4.09g(SO3 neo-Peに対し、8ミリモル)をトリ
フルオロ酢酸35mLに徐々に加えた。粘ちょうな溶液を温和な還流状況まで加温した。反応中、さらにトリフルオロ酢酸5mLを加えた。2時間後に、ポリマーは沈殿してきたが、撹拌を継続し、合計4時間反応させた。反応後、室温まで放冷した。沈殿物を濾集し、濾集物をTHF 400mLに懸濁撹拌し洗浄した。さらに濾集し、風乾し、粗生成物
を得た。粗生成物を水で2回洗浄し、最終的に淡褐色の粉状ポリマーを得た。
ポリマー中のスルホン酸基量は2.2meq/g(重合時のモノマー仕込みモルからは2.2meq/g)であった。
(Conversion of polyarylene having a neopentyl group as a protective group for sulfonic acid (PolyAB-SO 3 neo-Pe) to polyarylene having a sulfonic acid group (PolyAB-SO 3 H))
4.09 g of PolyAB-SO 3 neo-Pe (8 mmol with respect to SO 3 neo-Pe) was gradually added to 35 mL of trifluoroacetic acid. The viscous solution was warmed to a gentle reflux condition. During the reaction, 5 mL of trifluoroacetic acid was further added. After 2 hours, the polymer had precipitated, but stirring was continued and allowed to react for a total of 4 hours. After the reaction, it was allowed to cool to room temperature. The precipitate was collected by filtration, and the collected filtrate was suspended and stirred in 400 mL of THF and washed. Further, it was collected by filtration and air-dried to obtain a crude product. The crude product was washed twice with water to finally obtain a light brown powdery polymer.
The amount of sulfonic acid groups in the polymer was 2.2 meq / g (2.2 meq / g from the monomer charge mol at the time of polymerization).

合成例1で得られたスルホン酸基を有するポリアリーレン 5gおよびN,N−ジメチルイミダゾリジノン 36.6gを50ccのスクリュー管に加え、ウエーブローターで2
4時間攪拌を行い、粘度5000cpの均一なポリマー溶液を得た。
5 g of polyarylene having a sulfonic acid group obtained in Synthesis Example 1 and 36.6 g of N, N-dimethylimidazolidinone were added to a 50 cc screw tube, and 2
Stirring was performed for 4 hours to obtain a uniform polymer solution having a viscosity of 5000 cp.

上記の溶液をPETフィルム上にバーコーダー法によりキャストし、90℃で40分間、140℃で40分間、乾燥後、得られたフィルムを水に4時間浸漬し、50℃で1時間乾燥することで、膜厚40μmの均一且つ透明な固体電解質フィルムAを得た。フィルム
の内部構造は、フィルムの超薄切片を切り出し、該切片を硝酸鉛で染色した後、日立製作所製HF−100FA透過型電子顕微鏡(以下「TEM」)で観察した。
The above solution is cast on a PET film by a bar coder method, dried at 90 ° C. for 40 minutes, 140 ° C. for 40 minutes, and then immersed in water for 4 hours and dried at 50 ° C. for 1 hour. Thus, a uniform and transparent solid electrolyte film A having a thickness of 40 μm was obtained. The internal structure of the film was observed with an HF-100FA transmission electron microscope (hereinafter “TEM”) manufactured by Hitachi, after cutting out an ultrathin section of the film and staining the section with lead nitrate.

TEM観察では、スルホン酸基を含有するセグメント(A)からなるドメインとスルホン酸基を含有しないセグメント(B)からなるドメインが等方的にミクロ相分離している様子が観察された。セグメント(B)からなるドメインは非連続相を形成し、セグメント(A)からなるドメインはマトリックスをなし、ネットワーク上に連結し、膜を貫いて連続していることが観測された。   In TEM observation, it was observed that the domain consisting of the segment (A) containing a sulfonic acid group and the domain consisting of the segment (B) containing no sulfonic acid group were isotropically microphase-separated. It was observed that the domain consisting of segment (B) forms a discontinuous phase, and the domain consisting of segment (A) forms a matrix, is connected on the network and is continuous through the membrane.

[評価]
フィルムAを用いて、下記に示す評価を行った。結果を表1に示す。
(0℃未満に凝固点をもつ水分量の測定)
固体電解質フィルムAを90℃の水に30分間浸漬して、十分に水を含浸させた後、これを取り出し示差走査熱量計(Thermal Analyst 2000;DuPontInstraments製)において、
5℃/minで−100℃まで降温させ、次に、200℃まで昇温させる。その時の0℃未満に凝固点をもつ水の融解ピークの熱量から、Dryフィルム重量比で0℃未満に凝固点をもつ水分量を算出する。
[Evaluation]
Using film A, the following evaluation was performed. The results are shown in Table 1.
(Measurement of water content with freezing point below 0 ° C)
The solid electrolyte film A was immersed in water at 90 ° C. for 30 minutes and sufficiently impregnated with water, and then taken out in a differential scanning calorimeter (Thermal Analyst 2000; manufactured by DuPont Instruments).
The temperature is lowered to −100 ° C. at 5 ° C./min, and then raised to 200 ° C. From the amount of heat of the melting peak of water having a freezing point below 0 ° C. at that time, the amount of water having a freezing point below 0 ° C. in terms of the Dry film weight ratio is calculated.

(プロトン伝導度の測定)
交流抵抗は、5mm幅の短冊状の固体電解質フィルムA試料の表面に、白金線(f=0.5mm)を押し当て、恒温恒湿装置中に試料を保持し、白金線間の交流インピーダンス測定から求めた。すなわち、85℃、25℃、5℃、0℃、−10℃、−20℃、相対湿度50%の環境下で交流10kHzにおけるインピーダンスを測定した。抵抗測定装置として、(株)NF回路設計ブロック製のケミカルインピーダンス測定システムを用い、恒温恒湿装置には、(株)ヤマト科学製のJW241を使用した。白金線は、5mm間隔に5本押し当てて、線間距離を5〜20mmに変化させ、交流抵抗を測定した。線間距離と抵抗の勾配から、膜の比抵抗を算出し、比抵抗の逆数からプロトン伝導度を算出した。
(Measurement of proton conductivity)
For AC resistance, a platinum wire (f = 0.5 mm) is pressed against the surface of a strip-shaped solid electrolyte film A sample having a width of 5 mm, the sample is held in a constant temperature and humidity device, and AC impedance measurement between the platinum wires is performed. I asked for it. That is, the impedance at AC 10 kHz was measured in an environment of 85 ° C., 25 ° C., 5 ° C., 0 ° C., −10 ° C., −20 ° C. and 50% relative humidity. A chemical impedance measurement system manufactured by NF Circuit Design Block Co., Ltd. was used as the resistance measurement device, and JW241 manufactured by Yamato Scientific Co., Ltd. was used as the constant temperature and humidity device. Five platinum wires were pressed at intervals of 5 mm, the distance between the wires was changed to 5 to 20 mm, and the AC resistance was measured. The specific resistance of the membrane was calculated from the line-to-line distance and the resistance gradient, and the proton conductivity was calculated from the reciprocal of the specific resistance.

比抵抗R(Ω・cm)=0.5(cm)×膜厚(cm)×抵抗線間勾配(Ω/cm)   Specific resistance R (Ω · cm) = 0.5 (cm) × film thickness (cm) × resistance-to-resistance gradient (Ω / cm)

合成例1で得られたスルホン酸基を有するポリアリーレン 5g、N−メチル−2−ピ
ロリドン 22.0gおよびメタノール 14.7gを50ccのスクリュー管に加え、ウエーブローターで24時間攪拌を行い、粘度4000cpの均一なポリマー溶液を得た。
5 g of polyarylene having a sulfonic acid group obtained in Synthesis Example 1, 22.0 g of N-methyl-2-pyrrolidone, and 14.7 g of methanol were added to a 50 cc screw tube, and the mixture was stirred for 24 hours with a wafer blower, and the viscosity was 4000 cp. A homogeneous polymer solution was obtained.

上記の溶液をPETフィルム上にバーコーダー法によりキャストし、90℃で40分間、140℃で40分間、乾燥後、得られたフィルムを水に4時間浸漬し、50℃で1時間乾燥することで、膜厚38μmの均一且つ透明な固体電解質フィルムBを得た。フィルムの内部構造は、フィルムの超薄切片を切り出し、該切片を硝酸鉛で染色した後、TEMで観察した。   The above solution is cast on a PET film by a bar coder method, dried at 90 ° C. for 40 minutes, 140 ° C. for 40 minutes, and then immersed in water for 4 hours and dried at 50 ° C. for 1 hour. Thus, a uniform and transparent solid electrolyte film B having a thickness of 38 μm was obtained. The internal structure of the film was observed by TEM after cutting out an ultrathin section of the film and staining the section with lead nitrate.

TEM観察では、スルホン酸基を含有するセグメント(A)からなるドメインとスルホン酸基を含有しないセグメント(B)からなるドメインが等方的にミクロ相分離している様子が観察された。セグメント(A)からなるドメインとセグメント(B)からなるドメインは共連続相を形成していることが観測された。   In TEM observation, it was observed that the domain consisting of the segment (A) containing a sulfonic acid group and the domain consisting of the segment (B) containing no sulfonic acid group were isotropically microphase-separated. It was observed that the domain consisting of segment (A) and the domain consisting of segment (B) formed a co-continuous phase.

[評価]
フィルムAに代えてフィルムBを用いた以外は、実施例1と同様にして、評価を行った。結果を表1に示す。
[Evaluation]
Evaluation was performed in the same manner as in Example 1 except that the film B was used instead of the film A. The results are shown in Table 1.

[比較例1]
合成例1で得られたスルホン酸基を有するポリアリーレン 4gおよび水 2.9g、ジメトキシエタン 21.7gおよび2−プロパノール 4.7gを50ccのスクリュー管に加え、ウエーブローターで24時間攪拌を行い、粘度11000cpの均一なポリマー溶液を得た。
[Comparative Example 1]
4 g of the polyarylene having a sulfonic acid group obtained in Synthesis Example 1 and 2.9 g of water, 21.7 g of dimethoxyethane and 4.7 g of 2-propanol were added to a 50 cc screw tube, and the mixture was stirred for 24 hours with a wafer blower. A uniform polymer solution with a viscosity of 11000 cp was obtained.

上記の溶液をPETフィルム上にバーコーダー法によりキャストし、80℃で30分間、120℃で60分間、乾燥することで、膜厚39μmの均一且つ透明な固体電解質フィルムCを得た。フィルムの内部構造は、フィルムの超薄切片を切り出し、該切片を硝酸鉛で染色した後、TEMで観察した。   The above solution was cast on a PET film by a bar coder method, and dried at 80 ° C. for 30 minutes and 120 ° C. for 60 minutes to obtain a uniform and transparent solid electrolyte film C having a film thickness of 39 μm. The internal structure of the film was observed by TEM after cutting out an ultrathin section of the film and staining the section with lead nitrate.

TEM観察では、イオン伝導成分を含むポリマーセグメント(A)からなるドメインとイオン伝導成分を含まないポリマーセグメント(B)からなるドメインがミクロ相分離せず、無秩序である様子が観察された。
固体電解質フィルムCは、含水率測定試験中に膜が崩壊し、熱水耐性が悪いことが観測され、プロトン伝導度の測定は中止した。
In TEM observation, it was observed that the domain composed of the polymer segment (A) containing the ion conductive component and the domain composed of the polymer segment (B) not containing the ion conductive component did not undergo microphase separation and were disordered.
In the solid electrolyte film C, it was observed that the membrane collapsed during the moisture content measurement test and the resistance to hot water was poor, and the measurement of proton conductivity was stopped.

[比較例2]
合成例1で得られたスルホン酸基を有するポリアリーレン 5g、N−メチル−2−ピ
ロリドン 7.3gおよびヘキサン 29.3gを50ccのスクリュー管に加え、ウエーブローターで24時間攪拌を行ったが、溶解できなかった。
[Comparative Example 2]
5 g of polyarylene having a sulfonic acid group obtained in Synthesis Example 1, 7.3 g of N-methyl-2-pyrrolidone, and 29.3 g of hexane were added to a 50 cc screw tube, and the mixture was stirred for 24 hours with a wafer blower. It could not be dissolved.

Figure 2005171027
Figure 2005171027

Claims (5)

スルホン酸基を有するポリアリーレンおよびスルホン酸基と酸−塩基相互作用する有機溶剤を含有する組成物をキャストし、乾燥した後、得られたフィルムを水に浸漬することを特徴とするプロトン伝導膜の製造方法。   A proton conductive membrane characterized in that a polyarylene having a sulfonic acid group and a composition containing an organic solvent that interacts with the sulfonic acid group and acid-base are cast, dried, and then immersed in water. Manufacturing method. 上記スルホン酸基を有するポリアリーレンは、下記一般式(A)で表される繰り返し構成単位および下記一般式(B)で表される繰り返し構成単位を含むことを特徴とする請求項1に記載のプロトン伝導膜の製造方法;
Figure 2005171027
(式(A)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。)
Figure 2005171027
(式(B)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0または正の整数を示す。)
The polyarylene having the sulfonic acid group includes a repeating structural unit represented by the following general formula (A) and a repeating structural unit represented by the following general formula (B). Production method of proton conducting membrane;
Figure 2005171027
(In the formula (A), A represents a divalent electron-withdrawing group, B represents a divalent electron-donating group or a direct bond, and 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.)
Figure 2005171027
(In Formula (B), R 1 to R 8 may be the same 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. And at least one kind of atom or group, W represents a divalent electron-withdrawing group or single bond, T represents a single bond or a divalent organic group, and p represents 0 or a positive integer.)
上記スルホン酸基と酸−塩基相互作用する有機溶剤は、置換基を有する窒素原子を含み、かつ該窒素原子と置換基とは一重または二重結合で結合されている有機溶剤であることを特徴とする請求項1または2に記載のプロトン伝導膜の製造方法。   The organic solvent capable of acid-base interaction with the sulfonic acid group is an organic solvent containing a nitrogen atom having a substituent, and the nitrogen atom and the substituent are bonded by a single or double bond. The method for producing a proton conducting membrane according to claim 1 or 2. 上記組成物は、さらにスルホン酸基と酸−塩基相互作用しない有機溶剤を含有し、スルホン酸基と酸−塩基相互作用する有機溶剤およびスルホン酸基と酸−塩基相互作用しない有機溶剤の平均解性パラメータが9〜16(cal/mol)1/2の範囲にあることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のプロトン伝導膜の製造方法。 The composition further contains an organic solvent that does not interact with the sulfonic acid group and acid-base, and an average solution of the organic solvent that interacts with the sulfonic acid group and acid-base and the organic solvent that does not interact with the sulfonic acid group and acid-base. The method for producing a proton conducting membrane according to any one of claims 1 to 3, wherein the sex parameter is in the range of 9 to 16 (cal / mol) 1/2 . 前記水は、温度が10〜100℃の範囲にあり、pHが1〜7の範囲にあることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のプロトン伝導膜の製造方法。

5. The method for producing a proton conductive membrane according to claim 1, wherein the water has a temperature in a range of 10 to 100 ° C. and a pH in a range of 1 to 7.

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