JP2005203316A - Proton conduction membrane and its forming method - Google Patents

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淳司 川井
Yoshitaka Yamakawa
芳孝 山川
Toshitaka Otsuki
敏敬 大月
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a proton conduction membrane having proton conductivity substantially high even in a high temperature range of 100°C or higher and to provide its forming method. <P>SOLUTION: The proton conduction membrane contains (i) polyarylene having a sulfonic acid group including a repeating unit shown by a formula (A), and (ii) at least one low molecule acid selected from a low molecule phosphoric acid, a low molecule phosphonic acid, and a low molecule sulfonic acid. In a method for forming the proton conduction membrane, the membrane is formed by casting a solution composition including (i) the polyarylene and (ii) the low molecule acid on a substrate. In the formula, A is a divalent electron-attractive group, B is a divalent electron-donative group or a direct bond, and Ar is an aromatic group having a substituent expressed by -SO<SB>3</SB>H, where m is 0 to 10, n is 0 to 10, and k is 1 to 4. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、例えば固体高分子型燃料電池の固体高分子電解質膜として用いられるプロトン伝導膜およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a proton conductive membrane used as a solid polymer electrolyte membrane of a solid polymer fuel cell, for example, and a method for producing the same.

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、か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, physically separating hydrogen and oxygen of the fuel gas, and blocking the flow of electrons.

固体電解質膜として、DuPont社、Dow社、旭化成社、旭硝子社などから提案されているパーフルオロカーボンスルホン酸膜に代表されるフッ素系固体高分子電解質膜がある。これは化学安定性に優れていることから、過酷な条件下で使用される燃料電池や水分解のための固体高分子電解質膜として使用されている。   As the solid electrolyte membrane, there are fluorine-based solid polymer electrolyte membranes typified by perfluorocarbon sulfonic acid membranes proposed by DuPont, Dow, Asahi Kasei, Asahi Glass and the like. Since this is excellent in chemical stability, it is used as a fuel cell used under severe conditions or as a solid polymer electrolyte membrane for water splitting.

しかしながら、フッ素系固体高分子電解質膜に代表される多くの固体高分子電解質膜は、ガラス転移点が比較的低く、スルホン酸基がイオンサイトであるので、水和力は比較的弱く、水の沸点以上の温度環境下で、かつ飽和水蒸気圧以下では電解質膜の乾燥が起こりプロトン伝導度が低下する。そのために燃料電池の作動温度は100℃以下、好ましくは80℃以下に限定される。そのため、フッ素系固体高分子電解質膜は、宇宙用あるいは軍用の固体高分子型燃料電池などの特殊な用途に限られ、自動車用の低公害動力源、民生用小型分散電源、携帯用電源等へ応用するには、低分子の炭化水素を原燃料とし、水素ガス改質する場合には、改質ガスを冷却したり、改質ガス中の一酸化炭素を除去したりする必要があるなどシステムを複雑にする要因になっていた。   However, many solid polymer electrolyte membranes typified by fluorine-based solid polymer electrolyte membranes have a relatively low glass transition point and sulfonic acid groups are ion sites. In a temperature environment above the boiling point and below the saturated water vapor pressure, the electrolyte membrane is dried and the proton conductivity decreases. Therefore, the operating temperature of the fuel cell is limited to 100 ° C. or lower, preferably 80 ° C. or lower. For this reason, fluorine-based polymer electrolyte membranes are limited to special applications such as space or military polymer electrolyte fuel cells. To apply it, when reforming hydrogen gas using low-molecular hydrocarbons as raw fuel, it is necessary to cool the reformed gas or remove carbon monoxide in the reformed gas. It has become a factor that complicates.

このようなことから、燃料電池は、高い温度で作動させるほうが、電極触媒が高活性になって電極過電圧が低下し、電極の一酸化炭素による被毒も少なくなるため、高温下(100℃以上)で十分なプロトン伝導度を示す固体高分子電解質膜の開発が望まれている。   For this reason, when the fuel cell is operated at a high temperature, the electrode catalyst becomes highly active, the electrode overvoltage is reduced, and the poisoning of the electrode by carbon monoxide is reduced. ) Is desired to develop a solid polymer electrolyte membrane exhibiting sufficient proton conductivity.

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に低分子リン酸、低分子ホスホン酸および低分子スルホン酸からなる群より選ばれる少なくとも1種の低分子酸をドープすることで、容易にイオン交換容量を制御することができ、高温下(100℃以上)でもプロトン輸送するために十分な水分を保持できるため、十分なプロトン伝導度を示す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。   The present inventor has studied in view of such problems in the prior art, and as a result, the polyarylene having a sulfonic acid group is at least one selected from the group consisting of low molecular phosphoric acid, low molecular phosphonic acid and low molecular sulfonic acid. By doping with a low molecular weight acid, the ion exchange capacity can be easily controlled, and sufficient water can be retained for proton transport even at high temperatures (100 ° C. or higher), so that sufficient proton conductivity is exhibited. The inventors have found that a proton conductive membrane can be obtained and have completed the present invention.

なお、電解質である高分子膜がリン酸基を持つ化合物を含有してなる固体高分子電解質型燃料電池の例としては、パーフルオロカーボンスルホン酸膜をリン酸ジルコニウム化合物(Zr(O3PCH2SO3H)2)の水溶液に浸漬処理した膜を用いたものがある(特許文献1参照)。
特開平6−103983号公報
In addition, as an example of a solid polymer electrolyte fuel cell in which a polymer membrane as an electrolyte contains a compound having a phosphate group, a perfluorocarbon sulfonic acid membrane is converted to a zirconium phosphate compound (Zr (O 3 PCH 2 SO There is one using a film immersed in an aqueous solution of 3 H) 2 ) (see Patent Document 1).
JP-A-6-103983

本願発明の課題は、100℃以上の高温領域でも十分に高いプロトン伝導性を有するプ
ロトン伝導膜およびその製造方法を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a proton conductive membrane having sufficiently high proton conductivity even in a high temperature region of 100 ° C. or higher and a method for producing the same.

本発明によれば下記プロトン伝導膜およびその製造方法が提供されて、本発明の上記課題が解決される。   According to the present invention, the following proton conducting membrane and a method for producing the same are provided to solve the above-described problems of the present invention.

(1)
(i)スルホン酸基を有するポリアリーレンと、
(ii)低分子リン酸、低分子ホスホン酸および低分子スルホン酸から群より選ばれる少なくとも1種の低分子酸と
を含有してなることを特徴とするプロトン伝導膜。
(1)
(I) a polyarylene having a sulfonic acid group;
(Ii) A proton conducting membrane comprising at least one low molecular acid selected from the group consisting of low molecular phosphoric acid, low molecular phosphonic acid and low molecular sulfonic acid.

(2) 上記スルホン酸基を有するポリアリーレンが、下記一般式(A)で表される繰り返し構成単位および、必要に応じて下記一般式(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;   (2) The polyarylene having the sulfonic acid group includes a repeating structural unit represented by the following general formula (A) and, if necessary, a repeating structural unit represented by the following general formula (B). The proton conducting membrane according to (1) above;

(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。)
(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.)

(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。)。 (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) 上記低分子酸が、低分子リン酸および低分子スルホン酸からなる群より選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする上記(1)または(2)に記載のプロトン伝導膜。   (3) The proton conductive membrane as described in (1) or (2) above, wherein the low molecular acid is at least one selected from the group consisting of low molecular phosphoric acid and low molecular sulfonic acid.

(4) 上記低分子酸が、上記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0.01〜70重量部の割合で含有されていることを特徴とする上記(1)〜(3)のいずれかに記載のプロトン伝導膜。   (4) Said low molecular acid is contained in the ratio of 0.01-70 weight part with respect to 100 weight part of polyarylene which has the said sulfonic acid group, The said (1)-(3) characterized by the above-mentioned. The proton conductive membrane according to any one of the above.

(5)
(i)スルホン酸基を有するポリアリーレンと、
(ii)低分子リン酸、低分子ホスホン酸および低分子スルホン酸からなる群より選ばれる少なくとも1種の低分子酸と、
(iii)溶媒と
を含有する溶液組成物を、基体上にキャスティングしてフィルムを製造することを特徴とするプロトン伝導膜の製造方法。
(5)
(I) a polyarylene having a sulfonic acid group;
(Ii) at least one low molecular acid selected from the group consisting of low molecular phosphoric acid, low molecular phosphonic acid and low molecular sulfonic acid;
(Iii) A method for producing a proton conducting membrane, comprising producing a film by casting a solution composition containing a solvent on a substrate.

本発明に係るプロトン伝導膜は、スルホン酸基を有するポリアリーレンに低分子酸を含有させているので、膜中に拘束される水の量を多くできる。すなわち、膜中の固定イオン基が存在する以外に、さらに水分子と水和可能な低分子酸が膜中に混在しているので、水分子が低分子酸と水和し、より多くの拘束された水分子が存在するようになる。これにより膜中の固定イオン基に拘束された水分子が増え、通常の拘束されない自由水とは異なって蒸発が抑制されることになる。したがって、100℃以上の高温下において、膜の含水率の低下を抑制することが可能となり、プロトン伝導度も向上できる。   In the proton conducting membrane according to the present invention, since the polyarylene having a sulfonic acid group contains a low molecular acid, the amount of water restrained in the membrane can be increased. In other words, in addition to the presence of fixed ionic groups in the membrane, water molecules and hydratable low-molecular acids are mixed in the membrane, so water molecules hydrate with low-molecular acids and more restraints. Water molecules are present. As a result, water molecules constrained by the fixed ionic groups in the membrane increase, and evaporation is suppressed unlike normal unconstrained free water. Therefore, it is possible to suppress a decrease in the moisture content of the membrane at a high temperature of 100 ° C. or higher, and the proton conductivity can be improved.

本発明に係るプロトン伝導膜の製造方法によると、イオン交換容量を制御するのが容易である。特に、一般に行われている共重合法では困難であるような高いイオン交換容量物でも、この方法では容易に達成できる。   According to the method for producing a proton conducting membrane according to the present invention, it is easy to control the ion exchange capacity. In particular, this method can easily achieve even a high ion exchange capacity, which is difficult with a commonly used copolymerization method.

本発明のプロトン伝導膜は、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 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およびそ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は、
(i)スルホン酸基を有するポリアリーレンと、
(ii)低分子リン酸、低分子ホスホン酸および低分子スルホン酸からなる群より選ばれる少なくとも1種の低分子酸と
を含有している。
Hereinafter, the proton conducting membrane and the method for producing the same according to the present invention will be specifically described.
The proton conducting membrane according to the present invention is
(I) a polyarylene having a sulfonic acid group;
(Ii) at least one low molecular acid selected from the group consisting of low molecular phosphoric acid, low molecular phosphonic acid and low molecular sulfonic acid.

(スルホン酸基を有するポリアリーレン)
まず本発明で使用されるスルホン酸基を有するポリアリーレンについて具体的に説明する。
(Polyarylene having a sulfonic acid group)
First, the polyarylene having a sulfonic acid group used in the present invention will be specifically described.

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および、必要に応じて下記一般式(B)で表される繰り返し構成単位を含んでいる。   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, if necessary, a repeating structural unit represented by the following general formula (B). .

式(A)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 (A), 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, and specific examples of the electron-donating group include — (CH 2
)-, -C (CH 3 ) 2- , -O-, -S-, -CH = CH-, -C≡C- and

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.

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。
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(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。
スルホン酸基を有するポリアリーレンは、上記一般式(A)で表される繰り返し構成単位および上記一般式(B)で表される繰り返し構成単位を含む場合は、具体的には下記一般式(C)で表される重合体である。
In the formula (B), p is 0 or a positive integer, and the upper limit is usually 100, preferably 10-80.
When the polyarylene having a sulfonic acid group includes a repeating structural unit represented by the general formula (A) and a repeating structural unit represented by the general formula (B), specifically, the following general formula (C ).

(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0.5〜100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 0.5 to 100 mol%, preferably 10 to 99.999 mol% of the repeating structural unit represented by the formula (A). ) Is contained in a proportion of 99.5 to 0 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、必要に応じて上記一般式(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 can be a monomer having a sulfonic acid ester group that can be a structural unit represented by the general formula (A), and a structural unit represented by the general formula (B) as necessary. A polyarylene having a sulfonic acid ester group is produced by copolymerizing with an oligomer, and the polyarylene having a sulfonic acid ester group is hydrolyzed and synthesized by converting the sulfonic acid ester group into a sulfonic acid group. Can do.

また、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、必要に応じて上記一般式(B)の構造単位からなるポリアリーレンを予め合成し、このスルホン酸エステル基および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こともできる。   The polyarylene having a sulfonic acid group has a skeleton represented by the general formula (A) and a structural unit having no sulfonic acid group or sulfonic acid ester group, and if necessary, the general formula (B). It is also possible to synthesize a polyarylene composed of the structural unit in advance and sulfonate the polyarylene having no sulfonic acid ester group and no sulfonic acid group.

上記一般式(A)の構造単位となりうるモノマーと、必要に応じて上記一般式(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), if necessary. As the monomer that can be the structural unit of the general formula (A), for example, a sulfonate ester represented by the following general formula (D) (hereinafter also referred to as “monomer (D)”) is used.

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。
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.

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、スルホン酸エステル基−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。 The sulfonate group —SO 3 R b is substituted with one or more aromatic groups, and when two or more sulfonate groups —SO 3 R b are substituted, these sulfone groups The acid ester 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。
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. .

上記式(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。   Specific examples of the sulfonic acid ester represented by the above formula (D) include the following compounds.

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。
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.

上記一般式(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。
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 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 quaternary carbon.

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。   Specific examples of the compound having the same skeleton as the sulfonic acid ester represented by the general formula (D) and having no sulfonic acid group or sulfonic acid ester group include the following compounds.

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.

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.

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.

(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。
(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.

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、ビスフェノキシ化合物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。
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 substitution reaction of phenol, and as the alkali metal compound, the compounds exemplified above can be used. 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, a bisphenoxy compound is reacted with chlorobenzoic acid chloride as an acylating agent in the presence of an activator of a Lewis acid Friedel-Crafts reaction such as aluminum chloride, boron trifluoride or 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.

また、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。
Further, in the general formula (E), the compound in which p is 2 or more is, for example, a bisphenol that is a source of etheric oxygen that 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 excess Substitution reaction with an active aromatic halogen compound such as 4,4-dichlorobenzophenone and bis (4-chlorophenyl) sulfone is carried out with N-methyl-2-pyrrolidone, N, N-
It is obtained by sequentially polymerizing the monomers in the presence of a polar solvent such as dimethylacetamide or sulfolane.

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。   Examples of such compounds include compounds represented by the following formulas.

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。   In the above, p is 0 or a positive integer, and the upper limit is usually 100, preferably 10-80.

上記一般式(C)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(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。   The polyarylene having a sulfonate group represented by the general formula (C) is synthesized by reacting the monomer (D) and the oligomer (E) in the presence of a catalyst. Is a catalyst system containing a transition metal compound. This catalyst system includes (1) a compound that becomes a transition metal salt and a ligand (hereinafter referred to as “ligand component”) or a ligand. In addition, a transition metal complex (including a copper salt) and (2) a 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(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.

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。   When a transition metal salt and a ligand component are used in the catalyst system, 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. is there. 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(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。
モノマー(D)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 using the monomer (D) 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系を予め合成し、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 a polyarylene system having no sulfonic acid group is synthesized in advance by copolymerization and synthesized by sulfonating the polyarylene having no sulfonic acid group, the sulfonic acid group is obtained 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得ることが出来る。   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 obtained.

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。   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.

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。   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−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-t-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-t-butyl-4-
Hydroxy-5-methylphenyl) propionyloxy] -1,1-dimethylethyl]-
2,4,8,10-tetraoxaspiro [5.5] undecane (trade name: Sumilizer GA-80)
And so on.

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.

(低分子酸)
本発明で用いられる低分子酸としては、低分子リン酸、低分子ホスホン酸および低分子スルホン酸が挙げられる。これらの低分子酸は、1種単独でまたは2種以上組み合わせて用いることができる。
(Low molecular acid)
Examples of the low molecular acid used in the present invention include low molecular phosphoric acid, low molecular phosphonic acid, and low molecular sulfonic acid. These low molecular acids can be used singly or in combination of two or more.

(低分リン酸)
低分子リン酸としては、リン酸基を有する低分子化合物であれば特に限定されないが、例えば、H3PO4を代表とするH3PO2、H3PO3、H425、HPO2、H426
427、HPO3、H4310、H3PO5、H428などのリン酸;
Zr(O3PCH)2、Zr(O3PCH)2・H2O、Zr(O3PCH2COOH)2、Zr(O3PC24COOH)2、Zr(O3PCH2SO3H)2などのリン酸ジルコニウム化合物;
メチルリン酸、エチルリン酸、2−エチルヘキシル)リン酸、n−ブチルリン酸などのアルキルリン酸、フェニルリン酸、o−トルイルリン酸、p−トルイルリン酸、o−エチルフェニルリン酸、p−エチルフェニルリン酸、p−イソプロピルフェニルリン酸などのアルキル置換フェニルリン酸;
o−フルオロフェニルリン酸、o−クロロフェニルリン酸、p−クロロフェニルリン酸、p−ブロモフェニルリン酸などのハロゲン置換フェニルリン酸;
m−ニトロフェニルリン酸などのニトロフェニルリン酸;
ジメチルリン酸、ジエチルリン酸、ジ(2−エチルヘキシル)リン酸、ジ(nーブチル)リン酸などのジアルキルリン酸;
ジフェニルリン酸、ジ(o−トルイル)リン酸、ジ(p−トルイル)リン酸、ジ(o−エチルフェニル)リン酸、ジ(p−エチルフェニル)リン酸、ジ(p−イソプロピルフェニル)リン酸などのジ(アルキル置換フェニル)リン酸;
ジ(o−クロロフェニル)リン酸、ジ(p−クロロフェニル)リン酸、ジ(p−ブロモフェニル)リン酸などのジ(ハロゲン置換フェニル)リン酸;
ジ(m−ニトロフェニル)リン酸などのジ(ニトロフェニル)リン酸;
およびこれらの誘導体等が挙げられる。
(Low phosphoric acid)
The low molecular phosphoric acid is not particularly limited as long as it is a low molecular compound having a phosphate group. For example, H 3 PO 2 represented by H 3 PO 4 , H 3 PO 3 , H 4 P 2 O 5 , HPO 2 , H 4 P 2 O 6 ,
Phosphoric acids such as H 4 P 2 O 7 , HPO 3 , H 4 P 3 O 10 , H 3 PO 5 , H 4 P 2 O 8 ;
Zr (O 3 PCH) 2 , Zr (O 3 PCH) 2 .H 2 O, Zr (O 3 PCH 2 COOH) 2 , Zr (O 3 PC 2 H 4 COOH) 2 , Zr (O 3 PCH 2 SO 3 H) Zirconium phosphate compounds such as 2 ;
Alkylphosphoric acid such as methylphosphoric acid, ethylphosphoric acid, 2-ethylhexyl) phosphoric acid, n-butylphosphoric acid, phenylphosphoric acid, o-toluylphosphoric acid, p-toluylphosphoric acid, o-ethylphenylphosphoric acid, p-ethylphenylphosphoric acid Alkyl substituted phenyl phosphates such as p-isopropylphenyl phosphate;
halogen-substituted phenyl phosphates such as o-fluorophenyl phosphate, o-chlorophenyl phosphate, p-chlorophenyl phosphate, p-bromophenyl phosphate;
nitrophenyl phosphate such as m-nitrophenyl phosphate;
Dialkylphosphoric acids such as dimethylphosphoric acid, diethylphosphoric acid, di (2-ethylhexyl) phosphoric acid, di (n-butyl) phosphoric acid;
Diphenylphosphoric acid, di (o-toluyl) phosphoric acid, di (p-toluyl) phosphoric acid, di (o-ethylphenyl) phosphoric acid, di (p-ethylphenyl) phosphoric acid, di (p-isopropylphenyl) phosphorus Di (alkyl-substituted phenyl) phosphoric acids such as acids;
Di (halogen-substituted phenyl) phosphoric acid such as di (o-chlorophenyl) phosphoric acid, di (p-chlorophenyl) phosphoric acid, di (p-bromophenyl) phosphoric acid;
Di (nitrophenyl) phosphoric acid such as di (m-nitrophenyl) phosphoric acid;
And derivatives thereof.

(低分子ホスホン酸)
低分子ホスホン酸としては、ホスホン酸基を有する化合物であれば特に限定されないが、例えば、ホスホン酸、メチルホスホン酸、エチルホスホン酸、2−エチルヘキシルホスホン酸、n−ブチルホスホン酸などのアルキルホスホン酸;
フェニルホスホン酸、o−トルイルホスホン酸、p−トルイルホスホン酸、o−エチルフェニルホスホン酸、p−エチルフェニルホスホン酸、p−イソプロピルフェニルホスホン酸などのアルキル置換フェニルホスホン酸;
o−クロロフェニルホスホン酸、p−クロロフェニルホスホン酸、p−ブロモフェニルホスホン酸などのハロゲン置換フェニルホスホン酸;
ジメチルホスホン酸、ジエチルホスホン酸、ジ(2−エチルヘキシル)ホスホン酸、ジ(n−ブチル)ホスホン酸などのジアルキルホスホン酸;
m−ニトロフェニルホスホン酸などのジ(ニトロフェニル)ホスホン酸;
ジ(o−トルイル)ホスホン酸、ジ(p−トルイル)ホスホン酸、ジ(o−エチルフェニル)ホスホン酸、ジ(p−エチルフェニル)ホスホン酸、ジ(p−イソプロピルフェニル)ホスホン酸などのジ(アルキル置換フェニル)ホスホン酸;
ジ(o−クロロフェニル)ホスホン酸、ジ(p−クロロフェニル)ホスホン酸、ジ(p−ブロモフェニル)ホスホン酸などのジ(ハロゲン置換フェニル)ホスホン酸;
ジ(m−ニトロフェニル)ホスホン酸などのジ(ニトロフェニル)ホスホン酸;
およびこれらの誘導体などが挙げられる。
(Low molecular phosphonic acid)
The low-molecular phosphonic acid is not particularly limited as long as it is a compound having a phosphonic acid group.
Alkyl-substituted phenylphosphonic acids such as phenylphosphonic acid, o-toluylphosphonic acid, p-toluylphosphonic acid, o-ethylphenylphosphonic acid, p-ethylphenylphosphonic acid, p-isopropylphenylphosphonic acid;
halogen-substituted phenylphosphonic acids such as o-chlorophenylphosphonic acid, p-chlorophenylphosphonic acid, p-bromophenylphosphonic acid;
Dialkylphosphonic acids such as dimethylphosphonic acid, diethylphosphonic acid, di (2-ethylhexyl) phosphonic acid, di (n-butyl) phosphonic acid;
di (nitrophenyl) phosphonic acid such as m-nitrophenylphosphonic acid;
Di (o-toluyl) phosphonic acid, di (p-toluyl) phosphonic acid, di (o-ethylphenyl) phosphonic acid, di (p-ethylphenyl) phosphonic acid, di (p-isopropylphenyl) phosphonic acid and the like (Alkyl-substituted phenyl) phosphonic acid;
Di (halogen-substituted phenyl) phosphonic acids such as di (o-chlorophenyl) phosphonic acid, di (p-chlorophenyl) phosphonic acid, di (p-bromophenyl) phosphonic acid;
Di (nitrophenyl) phosphonic acid such as di (m-nitrophenyl) phosphonic acid;
And derivatives thereof.

(低分子スルホン酸)
低分子スルホン酸としては、スルホン酸基を有する化合物であれば特に限定されないが、例えば、硫酸、2−[4−(2−ヒドロキシエチル)−1−ペラジニル]エタンスルホン酸、2−ヒドロキシ−3−[4−(2−ヒドロキシエチル)−1−ピペラジニル]プロパンスルホン酸、3−[4−(2−ヒドロキシエチル)−1−ピペラジニル]プロパンスルホン酸、ビニルスルホン酸、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、メチルスルホン酸、エチルスルホン酸、2−エチルヘキシルスルホン酸、n−ブチルスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、アミノメタンスルホン酸、ヒドロキシメタンスルホン酸、1−ヒドロキシエタン−1−スルホン酸、1,1−エタンジスルホン酸、1,1−ジメチル−1−エタンスルホン酸、ヨードメタンスルホン酸、CFCl2SO3H、CF2
ClSO3H、フェニルスルホン酸、o−トルイルスルホン酸、p−トルイルスルホン酸
、o−エチルフェニルスルホン酸、p−エチルフェニルスルホン酸、p−イソプロピルフェニルスルホン酸、o−クロロフェニルスルホン酸、p−クロロフェニルスルホン酸、p−ブロモフェニルスルホン酸、p−トルエンスルホン酸、2−アミノフェノール−4−スルホン酸、p−フェノールスルホン酸、3,4−ジアミノフェニルスルホン酸、2−アミ
ノフェニルスルホン酸、ヒドロキノンスルホン酸、メシチレン−2−スルホン酸、4−アミノ−フェノール−3−スルホン酸、2,5−ジクロロ−フェニルスルホン酸、1,3−フェニレンジアミノ−4−スルホン酸、o−クレゾール−5−スルホン酸、o−ジクロロフェニルスルホン酸、o−フェノールスルホン酸、p−HC64SO3H、ペンタフルオロ
フェニルスルホン酸およびこれらの誘導体などが挙げられる。
(Low molecular sulfonic acid)
The low-molecular sulfonic acid is not particularly limited as long as it is a compound having a sulfonic acid group. For example, sulfuric acid, 2- [4- (2-hydroxyethyl) -1-perazinyl] ethanesulfonic acid, 2-hydroxy-3 -[4- (2-hydroxyethyl) -1-piperazinyl] propanesulfonic acid, 3- [4- (2-hydroxyethyl) -1-piperazinyl] propanesulfonic acid, vinylsulfonic acid, 2-acrylamido-2-methyl Propanesulfonic acid, methylsulfonic acid, ethylsulfonic acid, 2-ethylhexylsulfonic acid, n-butylsulfonic acid, trifluoromethanesulfonic acid, aminomethanesulfonic acid, hydroxymethanesulfonic acid, 1-hydroxyethane-1-sulfonic acid, 1 1,1-ethanedisulfonic acid, 1,1-dimethyl-1-ethanesulfone , Iodo methanesulfonic acid, CFCl 2 SO 3 H, CF 2
ClSO 3 H, phenylsulfonic acid, o-toluylsulfonic acid, p-toluylsulfonic acid, o-ethylphenylsulfonic acid, p-ethylphenylsulfonic acid, p-isopropylphenylsulfonic acid, o-chlorophenylsulfonic acid, p-chlorophenyl Sulfonic acid, p-bromophenylsulfonic acid, p-toluenesulfonic acid, 2-aminophenol-4-sulfonic acid, p-phenolsulfonic acid, 3,4-diaminophenylsulfonic acid, 2-aminophenylsulfonic acid, hydroquinonesulfone Acid, mesitylene-2-sulfonic acid, 4-amino-phenol-3-sulfonic acid, 2,5-dichloro-phenylsulfonic acid, 1,3-phenylenediamino-4-sulfonic acid, o-cresol-5-sulfonic acid O-Dichlorophenylsulfonic acid, o-pheno Rusuruhon acid, p-HC 6 F 4 SO 3 H, pentafluorophenyl acid and derivatives thereof.

低分子酸としては、リン酸の水素原子をフェニル基を有する官能基で置換した低分子リン酸、ホスホン酸の水素原子をフェニル基を有する官能基で置換した低分子ホスホン酸、および硫酸の水素原子をフェニル基を有する官能基で置換した低分子スルホン酸が好ましい。   The low molecular acid includes low molecular phosphoric acid in which the hydrogen atom of phosphoric acid is substituted with a functional group having a phenyl group, low molecular phosphonic acid in which the hydrogen atom of phosphonic acid is substituted with a functional group having a phenyl group, and hydrogen in sulfuric acid. A low molecular sulfonic acid in which an atom is substituted with a functional group having a phenyl group is preferable.

分子中にフェニル基のような剛直部が存在すると、疎水性が高まり、水またはメタノール中への流出が抑制され、また、高分子電解質膜内部に一度吸着された低分子酸がミクロ環境における流動相の発生等により膜内部から膜外部へ逆拡散する力が働いた場合でも、低分子酸は剛直部の影響により、柔軟に形状を変化させながら膜外部へ除去されにくい傾向にあるため好ましい。
低分子酸としては、低分子リン酸または低分子スルホン酸であることがさらに好ましい。
When a rigid part such as a phenyl group is present in the molecule, the hydrophobicity increases, the outflow into water or methanol is suppressed, and the low molecular acid once adsorbed inside the polymer electrolyte membrane flows in the microenvironment. Even when a force for reverse diffusion from the inside of the membrane to the outside of the membrane due to the generation of a phase or the like, the low molecular acid is preferred because it tends to be difficult to be removed outside the membrane while changing its shape flexibly due to the influence of the rigid portion.
The low molecular acid is more preferably low molecular phosphoric acid or low molecular sulfonic acid.

(プロトン伝導膜の製造方法)
上述したような本発明に係るプロトン伝導膜を製造する方法としては、特に限定されないが、例えば溶液ブレンド法、浸漬法、界面凝固法などを挙げることができ、好ましくは溶液ブレンド法である。溶液ブレンド法は、低分子酸の添加割合により容易にプロトン伝導膜のイオン交換容量を制御できるために好ましく用いられる。
(Proton conductive membrane production method)
The method for producing the proton conductive membrane according to the present invention as described above is not particularly limited, and examples thereof include a solution blend method, a dipping method, and an interfacial solidification method, and a solution blend method is preferable. The solution blend method is preferably used because the ion exchange capacity of the proton conducting membrane can be easily controlled by the addition ratio of the low molecular acid.

溶液ブレンド法は、上述したような低分子酸およびスルホン酸基を有するポリアリーレンが可溶である溶媒中で、それらをブレンドし、均一な溶液(以下「溶液組成物」ともいう。)を作製し、製膜を行う方法である。   In the solution blending method, a low molecular acid and a polyarylene having a sulfonic acid group as described above are blended in a solvent in which the polyarylene has a solubility, and a uniform solution (hereinafter also referred to as “solution composition”) is prepared. In this method, the film is formed.

溶液ブレンド法に使用する溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、n−ブチルアルコール、2−メチル−1−プロパノール、1−ペンタノール、2−ペンタノール、3−ペンタノール、2−メチル−1−ブタノール、3−メチル−1−ブタノール、2−メチル−2−ブタノール、3−メチル−2−ブタノール、2,2−ジメチル1−プロパノール、シクロヘキサノール、ジシクロヘキサノール
、1−ヘキサノール、2−メチル−1−ペンタノール、2−メチル−2−ペンタノール、4−メチル−2−ペンタノール、2−エチル−1−ブタノール、1−メチルシクロヘキサノール、2−メチルシクロヘキサノール、3−メチルシクロヘキサノール、4−メチルシクロヘキサノール、1−オクタノール、2−オクタノール、2−エチル−1−ヘキサノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,3―ブタンジオール、グリセロー
ル、m−クレゾール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、エチルラクテート、n−ブチルラクテート、ジアセトンアルコール、ジオキサン、ブチルエーテル、フェニルエーテル、イソペンチルエーテル、ジメトキシエタン、ジエトキシエタン、ビス(2−メトキシエチル)エーテル、ビス(2−エトキシエチル)エーテル、シネオール、ベンジルエチルエーテル、フラン、テトラヒドロフラン、アニソール、フェネトール、アセタール、アセトン、メチルエチルケトン、2−ペンタノン、3−ペンタノン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、2−ヘキサノン、4−メチル−2−ペンタノン、2−ヘプタノ
ン、2,4−ジメチル−3−ペンタノン、2−オクタノン、アセトフェノン、メシチルオ
キサイド、ベンズアルデヒド、酢酸エチル、酢酸−n−ブチル、酢酸イソブチル、酢酸sec−ブチル、酢酸イソアミル、酢酸ペンチル、酢酸イソペンチル、3−メトキシブチルアセタート、酪酸メチル、酪酸エチル、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸ブチル、γ−ブチロラクトン、2−メトキシエタノール、2−エトキシエタノール、2−(メトキシメトキシ)エタノール、2−イソプロポキシエタノール、1−メトキシ−2−プロパノール、1−エトキシ−2−プロパノール、ジメチルジエチレングリコール、ジメチルスルホキシド、ジメチルスルホン、ジエチルサルフィド、アセトニトリル、ブチロニトリル、ニトロメタン、ニトロエタン、2−ニトロプロパン、ニトロベンゼン、ベンゼン、トルエン、キシレン、ヘキサン、シクロヘキサン、シメチルアセアミド、ジメチルホルムアミド、N−メチル−2−ピロリドン、ジメチルスルホキシド、テトラメチル尿素、1,3-ジメチル-2
−イミダゾリジノンなどを挙げることができる。
Examples of the solvent used in the solution blend method include methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, n-butyl alcohol, 2-methyl-1-propanol, 1-pentanol, 2-pentanol, and 3-pen. Butanol, 2-methyl-1-butanol, 3-methyl-1-butanol, 2-methyl-2-butanol, 3-methyl-2-butanol, 2,2-dimethyl 1-propanol, cyclohexanol, dicyclohexanol, 1-hexanol, 2-methyl-1-pentanol, 2-methyl-2-pentanol, 4-methyl-2-pentanol, 2-ethyl-1-butanol, 1-methylcyclohexanol, 2-methylcyclohexanol , 3-methylcyclohexanol, 4-methylcyclohexanol, 1-octano , 2-octanol, 2-ethyl-1-hexanol, ethylene glycol, propylene glycol, 1,3-butanediol, glycerol, m-cresol, diethylene glycol, dipropylene glycol, ethyl lactate, n-butyl lactate, diacetone Alcohol, dioxane, butyl ether, phenyl ether, isopentyl ether, dimethoxyethane, diethoxyethane, bis (2-methoxyethyl) ether, bis (2-ethoxyethyl) ether, cineol, benzylethylether, furan, tetrahydrofuran, anisole, Phenetol, acetal, acetone, methyl ethyl ketone, 2-pentanone, 3-pentanone, cyclopentanone, cyclohexanone, 2-hexanone, 4-methyl-2-pe Ntanone, 2-heptanone, 2,4-dimethyl-3-pentanone, 2-octanone, acetophenone, mesityl oxide, benzaldehyde, ethyl acetate, n-butyl acetate, isobutyl acetate, sec-butyl acetate, isoamyl acetate, pentyl acetate , Isopentyl acetate, 3-methoxybutyl acetate, methyl butyrate, ethyl butyrate, methyl lactate, ethyl lactate, butyl lactate, γ-butyrolactone, 2-methoxyethanol, 2-ethoxyethanol, 2- (methoxymethoxy) ethanol, 2- Isopropoxyethanol, 1-methoxy-2-propanol, 1-ethoxy-2-propanol, dimethyldiethylene glycol, dimethyl sulfoxide, dimethyl sulfone, diethyl sulfide, acetonitrile, butyronitrile, nitromethane, Toroetan, 2-nitropropane, nitrobenzene, benzene, toluene, xylene, hexane, cyclohexane, -thieno acetate, dimethylformamide, N- methyl-2-pyrrolidone, dimethyl sulfoxide, tetramethylurea, 1,3-dimethyl-2
-Imidazolidinone and the like.

溶液ブレンド法に使用する溶媒としては、−O−、−OH、−CO−、−SO2−、−
SO3−、−CNおよび−CO2−からなる群より選ばれる基を少なくとも1種類以上有する有機溶媒であることが好ましく、水溶性の非プロトン性有機溶媒であることがさらに好ましい。また、これらの溶媒は、2種類以上を組み合わせて用いることもでき、そのうち1種類以上は、−O−、−OH、−CO−、−SO2−、−SO3−、−CNおよび−CO2−からなる群より選ばれる基を少なくとも1種類以上有する有機溶媒であることが好ま
しく、さらに、少なくとも1種類以上は水溶性の非プロトン性有機溶媒であることが好ましい。
Solvents used in the solution blending method include —O—, —OH, —CO—, —SO 2 —, —
An organic solvent having at least one group selected from the group consisting of SO 3 —, —CN and —CO 2 — is preferable, and a water-soluble aprotic organic solvent is more preferable. These solvents may be used in combination of two or more, and one or more of them are —O—, —OH, —CO—, —SO 2 —, —SO 3 —, —CN and —CO. An organic solvent having at least one group selected from the group consisting of 2- is preferred, and at least one kind is preferably a water-soluble aprotic organic solvent.

また、上記低分子酸の添加割合は、上記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0.01〜70重量部であることが好ましく、より好ましくは1〜50重量部である。この範囲未満であると、プロトン伝導度の向上効果が低く、一方、この範囲を越えると、燃料電池運転中に除去される場合がある。   Moreover, it is preferable that the addition ratio of the said low molecular acid is 0.01-70 weight part with respect to 100 weight part of polyarylenes which have the said sulfonic acid group, More preferably, it is 1-50 weight part. If it is less than this range, the effect of improving proton conductivity is low. On the other hand, if it exceeds this range, it may be removed during fuel cell operation.

また、溶液組成物は、例えば上記各成分を所定の割合で混合し、従来公知の方法、例えばホモジナイザー、ディスパーサー、ペイントコンディショナー、ボールミルなどの高シェアのかかる混合機を用いて混合することにより調製することができる。   The solution composition is prepared, for example, by mixing the above-mentioned components at a predetermined ratio and mixing them using a conventionally known method, for example, a high-share mixer such as a homogenizer, a disperser, a paint conditioner, or a ball mill. can do.

上記溶液組成物を用いてフィルムを製造するには、キャスティングにより、基体上に流延し、フィルム上状に成形するキャスティング法などにより、フィルムを製造する方法が挙げられるここで、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。   In order to produce a film using the above-mentioned solution composition, a method of producing a film by, for example, a casting method in which the film is cast on a substrate by casting and then formed on the film can be mentioned. , Polyethylene terephthalate (PET) film and the like, but not limited to this, any material may be used as long as it is a substrate used in a normal solution casting method, for example, plastic or metal. It is not done.

この際の溶液組成物のポリマー濃度は、スルホン酸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 of the solution composition 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 sulfonic acid. 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、溶液組成物の溶液粘度は、ポリマーの分子量や、固形分濃度にもよるが、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。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。
The solution viscosity of the solution composition is usually 2,000 to 100,000 mPa · s, preferably 3,000 to 50,000 mPa · s, although it depends on the molecular weight of the polymer and the solid content concentration. If it is less than 2,000 mPa · s, the retention of the solution during processing is poor and it flows from the substrate. On the other hand, if it exceeds 100,000 mPa · s, the viscosity is too high to be extruded from the die, making it 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。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, 3 at 30 to 160 ° C., preferably 50 to 150 ° C.
A film can be obtained by drying for -180 minutes, preferably 5-120 minutes. The dry film thickness is usually 10 to 100 μm, preferably 20 to 80 μm.

また、本発明に係るプロトン伝導膜は、スルホン酸基を有するポリアリーレンからなるフィルムを、低分子酸溶液中に浸漬する方法(浸漬法)により製造することもできる。浸漬法では、例えば低分子酸を使用しないこと以外は上記と同様にしてフィルムを作製し、次いで得られたフィルムを室温で、低分子酸を溶解した溶液中に5〜72時間浸漬した後、30〜160℃、好ましくは50〜150℃で乾燥する。低分子酸の含有割合は、浸漬前と浸漬後のフィルムの重量増加量により算出することができる。低分子酸を溶解する溶媒は、スルホン酸基を有するポリアリーレンのフィルムを溶解しない溶媒であることが好ましく、低分子酸の溶液の濃度は、10〜95重量%が好ましい。低分子酸の溶液の濃度が上記範囲未満であると、低分子酸の含有割合が低くなり、得られるプロトン伝導膜のプロトン伝導度が低いことがある。一方、上記範囲を超えると、低分子酸の溶液にスルホン酸基を有するポリアリーレンのフィルムが溶解してしまうことがある。   The proton conducting membrane according to the present invention can also be produced by a method (immersion method) in which a film made of polyarylene having a sulfonic acid group is immersed in a low molecular acid solution. In the dipping method, for example, a film is produced in the same manner as described above except that a low molecular acid is not used, and then the obtained film is immersed in a solution in which a low molecular acid is dissolved at room temperature for 5 to 72 hours. Dry at 30 to 160 ° C, preferably 50 to 150 ° C. The content ratio of the low molecular acid can be calculated from the weight increase amount of the film before and after the immersion. The solvent that dissolves the low molecular acid is preferably a solvent that does not dissolve the polyarylene film having a sulfonic acid group, and the concentration of the low molecular acid solution is preferably 10 to 95% by weight. When the concentration of the low molecular acid solution is less than the above range, the content ratio of the low molecular acid is low, and the proton conductivity of the resulting proton conductive membrane may be low. On the other hand, when the above range is exceeded, the polyarylene film having a sulfonic acid group may be dissolved in the low molecular acid solution.

[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、スルホン酸当量、分子量およびプロトン伝導度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, the sulfonic acid equivalent, molecular weight, and proton conductivity 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。
1. Sulfonic acid equivalent Wash the resulting polyarylene having sulfonic acid groups with water until it becomes neutral, thoroughly wash with water except for free remaining acid, dry, weigh a predetermined amount, and 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。
2. Measurement of Molecular Weight The weight average molecular weight of polyarylene having no 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 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.

3.プロトン伝導度の測定
交流抵抗は、5mm幅の短冊状のプロトン伝導膜試料の表面に、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、100℃、120℃、150℃、飽和水蒸気圧の環境下で交流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、比抵抗の逆数から交流インピーダンスを算出し、このインピーダンスから、プロトン伝導度を算出した。
3. Measurement of proton conductivity AC resistance was measured by pressing a platinum wire (f = 0.5 mm) against the surface of a 5 mm wide strip-shaped proton conducting membrane sample, holding the sample in a constant temperature and humidity device, and between the platinum wires It was obtained from AC impedance measurement. That is, the impedance at an alternating current of 10 kHz was measured in an environment of 100 ° C., 120 ° C., 150 ° C. and saturated water vapor pressure. 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 distance between the lines and the resistance gradient, the alternating current impedance was calculated from the reciprocal of the specific resistance, and the proton conductivity was calculated from this impedance.

比抵抗R(Ω・cm)=0.5(cm)×膜厚(cm)×抵抗線間勾配(Ω/cm)
[合成例1]
(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'−DCBP10.0g(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。
Specific resistance R (Ω · cm) = 0.5 (cm) × film thickness (cm) × resistance-to-resistance gradient (Ω / cm)
[Synthesis Example 1]
(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, and toluene 150 mL were 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 for 10 hours. Then, 10.0 g (0.040 mol) of 4,4′-DCBP 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。
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.

得られた化合物は式(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 obtained compound was an oligomer represented by the formula (I) (hereinafter referred to as “BCPAF oligomer”).

[合成例2]
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=11,200)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、ろ過し、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。
[Synthesis Example 2]
Preparation of polyarylene copolymer (PolyAB-SO 3 neo-Pe) with neopentyl group as protecting group 1L three-neck equipped with a stirrer, thermometer, cooling pipe, Dean-Stark pipe, and three-way cock for introducing nitrogen In a flask, 39.58 g (98.64 mmol) of 4- [4- (2,5-dichlorobenzoyl) phenoxy] benzenesulfonate neo-pentyl (A-SO 3 neo-Pe) and a BCPAF oligomer (Mn = 11) were added. , 200) 15.23 g (1.36 mmol), Ni (
PPh 3 ) 2 Cl 2 1.67 g (2.55 mmol), PPh 3 10.49 g (40 mmol), NaI 0.45 g (3 mmol), zinc dust 15.69 g (240 mmol), dry NMP 390 mL nitrogen Added below. 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, filtered using Celite as a filter aid, and the filtrate was poured into 1500 mL of a large excess of methanol for solidification. 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.

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。
得られたスルホン酸基を有するポリアリーレンのGPCによる分子量は、Mn=53,2
00、Mw=185,000であり、スルホン酸等量は1.9meq/gであった。
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). .
The molecular weight by GPC of the obtained polyarylene having a sulfonic acid group was Mn = 53,2
00, Mw = 185,000, and the sulfonic acid equivalent was 1.9 meq / g.

合成例2で得られたスルホン酸を有するポリアリーレン 60gを1000ccのポリ
瓶にとり、γ−ブチロラクトン 442gを加え溶解させた。これにo−エチルフェニル
リン酸6g(複合化量:10重量部)を加え、ディスパーサーにより20分混合し、均一分散させた。
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40μmの均一な固体電解質フィルムAを得た。結果を表1に示す。
60 g of polyarylene having sulfonic acid obtained in Synthesis Example 2 was placed in a 1000 cc plastic bottle, and 442 g of γ-butyrolactone was added and dissolved. To this, 6 g of o-ethylphenylphosphoric acid (complexing amount: 10 parts by weight) was added, mixed for 20 minutes with a disperser, and uniformly dispersed.
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 solid electrolyte film A having a thickness of 40 μm. The results are shown in Table 1.

合成例2で得られたスルホン酸を有するポリアリーレン 60gを1000ccのポリ
瓶にとり、γ−ブチロラクトン 442gを加え溶解させた。これにo−トルエンスルホ
ン酸6g(複合化量:10重量部)を加え、ディスパーサーにより20分混合し、均一分散させた。
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42μmの均一な固体電解質フィルムBを得た。結果を表1に示す。
60 g of polyarylene having sulfonic acid obtained in Synthesis Example 2 was placed in a 1000 cc plastic bottle, and 442 g of γ-butyrolactone was added and dissolved. To this, 6 g of o-toluenesulfonic acid (composite amount: 10 parts by weight) was added, mixed for 20 minutes with a disperser, and uniformly dispersed.
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 solid electrolyte film B having a thickness of 42 μm. The results are shown in Table 1.

[比較例1]
合成例2で得られたスルホン酸を有するポリアリーレン 60gを1000ccのポリ瓶
にとり、γ−ブチロラクトン 340gを加え溶解させた。
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40μmの均一な固体電解質フィルムCを得た。結果を表1に示す。
[Comparative Example 1]
60 g of polyarylene having sulfonic acid obtained in Synthesis Example 2 was placed in a 1000 cc plastic bottle, and 340 g of γ-butyrolactone was added and dissolved.
The above solution was cast on a PET film by a bar coder method and dried at 80 ° C. for 30 minutes and at 120 ° C. for 60 minutes to obtain a uniform solid electrolyte film C having a thickness of 40 μm. The results are shown in Table 1.

[比較例2]
Nafion溶液(商品名、Dupont社製)の20.6%水−アルコール溶液(水:アルコール=20:60)291.3gを1000ccのポリ瓶にとり、N−プロピルアルコール108.7gを加え溶解させた。これにo−エチルフェニルリン酸6g(複合化量:10重量部)を加え、ディスパーサーにより20分混合し、均一分散させた。
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60分間、乾燥することで、膜厚44μmの均一な固体電解質フィルムDを得た。結果を表1に示す。
[Comparative Example 2]
291.3 g of 20.6% water-alcohol solution (water: alcohol = 20: 60) of Nafion solution (trade name, manufactured by Dupont) was placed in a 1000 cc plastic bottle, and 108.7 g of N-propyl alcohol was added and dissolved. . To this, 6 g of o-ethylphenylphosphoric acid (complexing amount: 10 parts by weight) was added, mixed for 20 minutes with a disperser, and uniformly dispersed.
The above solution was cast on a PET film by a bar coder method and dried at 80 ° C. for 60 minutes to obtain a uniform solid electrolyte film D having a thickness of 44 μm. The results are shown in Table 1.

Claims (5)

(i)スルホン酸基を有するポリアリーレンと、
(ii)低分子リン酸、低分子ホスホン酸および低分子スルホン酸からなる群より選ばれる少なくとも1種の低分子酸と
を含有してなることを特徴とするプロトン伝導膜。
(I) a polyarylene having a sulfonic acid group;
(Ii) A proton conducting membrane comprising at least one low molecular acid selected from the group consisting of low molecular phosphoric acid, low molecular phosphonic acid and low molecular sulfonic acid.
上記スルホン酸基を有するポリアリーレンが、下記一般式(A)で表される繰り返し構成単位および、必要に応じて下記一般式(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;
(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。)
(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, if necessary, a repeating structural unit represented by the following general formula (B). Item 1. A proton conducting membrane according to Item 1;
(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.)
(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.) .
上記低分子酸が、低分子リン酸および低分子スルホン酸からなる群より選ばれる少なくとも1種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。   3. The proton conducting membrane according to claim 1, wherein the low molecular acid is at least one selected from the group consisting of low molecular phosphoric acid and low molecular sulfonic acid. 上記低分子酸が、上記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0.01〜70重量部の割合で含有されてい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。   The low molecular acid is contained in a proportion of 0.01 to 70 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the polyarylene having the sulfonic acid group. The proton conducting membrane as described. (i)スルホン酸基を有するポリアリーレンと、
(ii)低分子リン酸、低分子ホスホン酸および低分子スルホン酸からなる群より選ばれる少なくとも1種の低分子酸と、
(iii)溶媒と
を含有する溶液組成物を、基体上にキャスティングしてフィルムを製造することを特徴とするプロトン伝導膜の製造方法。
(I) a polyarylene having a sulfonic acid group;
(Ii) at least one low molecular acid selected from the group consisting of low molecular phosphoric acid, low molecular phosphonic acid and low molecular sulfonic acid;
(Iii) A method for producing a proton conducting membrane, comprising producing a film by casting a solution composition containing a solvent on a substrate.
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