JP2005246800A - Proton conductive composite film and its production method - Google Patents

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房澄 真坂
Yuji Naito
雄二 内藤
Masaru Iguchi
勝 井口
Nobuyuki Kaneoka
長之 金岡
Yoichi Asano
洋一 浅野
Naoki Mitsuda
直樹 満田
Hiroshi Soma
浩 相馬
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a proton conductive composite film of a polyarylene having sulfonic acid groups which can improve the strength, toughness and hot water resistance without spoiling proton conductivity, and a method for producing the film. <P>SOLUTION: In the proton conductive composite film, at least two proton conductive films of the polyarylene having sulfonic acid groups are laminated. At least two proton conductive layers are made of the polyarylene having sulfonic acid groups having different ion exchange capacities. In the method for producing the proton conductive composite film, in the production of the proton conductive film described in Claim 1 by laminating the proton conductive film of the polyarylene having at least two sulfonic acid groups, the proton conductive film is made to adhere by using a solution prepared by dissolving the polyarylene having the sulfonic acid groups in an alcoholic solvent or an aprotic solvent. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、プロトン伝導性を有するスルホン酸基を有するポリアリーレンからなるプロトン伝導性複合膜に関し、より詳しくは、2種以上のイオン交換容量が異なるスルホン化ポリアリーレンが積層されてなる、強度、靱性、耐熱水性およびプロトン伝導性に優れるプロトン伝導性複合膜に関する。   The present invention relates to a proton conductive composite membrane comprising a polyarylene having a sulfonic acid group having proton conductivity, and more specifically, a strength obtained by laminating two or more sulfonated polyarylenes having different ion exchange capacities, The present invention relates to a proton conductive composite membrane excellent in toughness, hot water resistance and proton conductivity.

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

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

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

これら有機系ポリマーは、通常、フィルム状で用いられるが、溶媒に可溶性であることまたは熱可塑性であることを利用し、電極上に伝導膜を接合加工できるという利点がある。しかしながら、これら有機系ポリマーの多くは、プロトン伝導性がまだ充分でないことに加え、耐久性に劣る、高温(100℃以上)でプロトン伝導性が低下するという問題、湿度条件下の依存性が大きいという問題、電極との密着性が充分ではないという問題、含水ポリマー構造に起因する稼働中の過度の膨潤による強度の低下または膨潤により形状の崩壊に至るという問題などがある。したがって、これらの有機ポリマーは、上記の電気・電子材料などに応用するには種々問題がある。   These organic polymers are usually used in the form of a film, but there is an advantage that a conductive film can be bonded on an electrode by utilizing the solubility in a solvent or thermoplasticity. However, many of these organic polymers have not only insufficient proton conductivity, but also have poor durability, a problem that proton conductivity decreases at high temperatures (100 ° C. or higher), and a large dependence on humidity conditions. There is a problem that the adhesiveness with the electrode is not sufficient, a problem that the strength is reduced due to excessive swelling during operation due to the water-containing polymer structure, or the shape is collapsed due to swelling. Therefore, these organic polymers have various problems when applied to the above-mentioned electric / electronic materials.

特許文献1には、スルホン化された剛直ポリフェニレン(すなわち、ポリアリーレン構造を主成分とするスルホン化物)からなる固体高分子電解質が提案されている。このポリマーは、芳香族化合物を重合して得られるフェニレン連鎖からなるポリマーを主成分とし、これをスルホン化剤と反応させてスルホン酸基を導入している。しかしながら、スルホン酸基の導入量の増加によって、プロトン伝導度は向上するものの、得られるスルホン化ポリマーの機械的性質を著しく損なう結果となる。そのため、優れた機械的性質を維持し、かつプロトン伝導性を発現する適正なスルホン化濃度を調整する必要がある。実際、このポリマーでは、スルホン化反応が進行しやすく、適正なスルホン酸基の導入量を制御するのは非常に困難であり、プロトン伝導度および機械的性質の両方に優れたポリマーを得ることは困難であった。
Polymer Preprints,Japan,Vol.42,No.7,p.2490〜2492 (1993) Polymer Preprints,Japan,Vol.43,No.3,p.735〜736 (1994) Polymer Preprints,Japan,Vol.42,No.3,p.730 (1993) 米国特許第5,403,675号明細書
Patent Document 1 proposes a solid polymer electrolyte made of sulfonated rigid polyphenylene (that is, a sulfonated product having a polyarylene structure as a main component). This polymer is mainly composed of a polymer comprising a phenylene chain obtained by polymerizing an aromatic compound, and this is reacted with a sulfonating agent to introduce a sulfonic acid group. However, although the proton conductivity is improved by increasing the amount of sulfonic acid groups introduced, the mechanical properties of the resulting sulfonated polymer are significantly impaired. Therefore, it is necessary to adjust an appropriate sulfonation concentration that maintains excellent mechanical properties and exhibits proton conductivity. In fact, with this polymer, the sulfonation reaction is likely to proceed, and it is very difficult to control the amount of the appropriate sulfonic acid group introduced, and it is not possible to obtain a polymer with excellent proton conductivity and mechanical properties. It was difficult.
Polymer Preprints, Japan, Vol.42, No.7, p.2490-2492 (1993) Polymer Preprints, Japan, Vol.43, No.3, p.735-736 (1994) Polymer Preprints, Japan, Vol.42, No.3, p.730 (1993) US Pat. No. 5,403,675

本発明の課題は、プロトン伝導性を損なうことなく、膜の強度、靱性および耐熱水性を改善することができるスルホン酸基を有するポリアリーレンからなるプロトン伝導性複合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 composite membrane comprising a polyarylene having a sulfonic acid group that can improve the strength, toughness and hot water resistance of the membrane without impairing the proton conductivity, and a method for producing the same. It is in.

本発明によれば、下記のプロトン伝導性複合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。
(1) スルホン酸基を有するポリアリーレンからなるプロトン伝導膜が2層以上積層されてなり、前記2層以上のプロトン伝導膜のうち、少なくとも2層が互いにイオン交換容量が異なるスルホン酸基を有するポリアリーレンからなることを特徴とするプロトン伝導性複合膜。
According to the present invention, the following proton conductive composite membrane and a method for producing the same are provided to solve the above-described problems of the present invention.
(1) Two or more proton conducting membranes made of polyarylene having sulfonic acid groups are laminated, and at least two of the two or more proton conducting membranes have sulfonic acid groups having different ion exchange capacities. A proton conductive composite membrane comprising polyarylene.

(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単位からなることを特徴とする上記(1)に記載のプロトン伝導性複合膜;   (2) The polyarylene having the sulfonic acid group is composed of a repeating unit represented by the following general formula (A) and, if necessary, a repeating unit represented by the following general formula (B). The proton-conductive composite membrane according to (1) above;

Figure 2005246800
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(式中、Yは2価の電子吸引性基を示し、Zは2価の電子供与性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, Y represents a divalent electron-withdrawing group, Z 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 2005246800
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(式中、R1〜R8は互いに同一でも異なっていてもよく、水素原子、フッ素原子、アルキル基、フッ素置換アルキル基、アリル基、アリール基およびシアノ基からなる群より選ばれる少なくとも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) イオン交換容量が0.30〜4.95meq/gであるスルホン酸基を有するポリアリーレンからなる第1の膜と、第1の膜よりイオン交換容量が0.05meq/g以上高いスルホン酸基を有するポリアリーレンからなる第2の膜とが積層されてな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性複合膜。
(Wherein R 1 to R 8 may be the same as or different from each other, and are at least one selected from the group consisting of a hydrogen atom, a fluorine atom, an alkyl group, a fluorine-substituted alkyl group, an allyl group, an aryl group, and a cyano group) W represents a divalent electron-withdrawing group or a single bond, T represents a single bond or a divalent organic group, and p represents 0 or a positive integer.)
(3) A first membrane made of polyarylene having a sulfonic acid group having an ion exchange capacity of 0.30 to 4.95 meq / g, and a sulfone having an ion exchange capacity of 0.05 meq / g or more higher than that of the first membrane. The proton conductive composite membrane as described in (1) or (2) above, wherein a second membrane made of polyarylene having an acid group is laminated.

(4) 上記第1の膜に用いる重合体のイオン交換容量が0.60〜1.80meq/gであることを特徴とする上記(3)に記載のプロトン伝導性複合膜。
(5) 2以上のスルホン酸基を有するポリアリーレンからなるプロトン伝導膜を積層して上記(1)に記載のプロトン伝導性複合膜を製造するに際し、スルホン酸基を有するポリアリーレンをアルコール系溶媒または非プロトン性極性溶媒に溶解した溶液を用いて前記プロトン伝導膜を接着することを特徴とするプロトン伝導性複合膜の製造方法。
(4) The proton conductive composite membrane as described in (3) above, wherein the polymer used for the first membrane has an ion exchange capacity of 0.60 to 1.80 meq / g.
(5) When the proton conductive membrane made of polyarylene having two or more sulfonic acid groups is laminated to produce the proton conductive composite membrane according to the above (1), the polyarylene having sulfonic acid group is converted into an alcohol solvent. Alternatively, a method for producing a proton conductive composite membrane, comprising adhering the proton conductive membrane using a solution dissolved in an aprotic polar solvent.

本発明のプロトン伝導性複合膜は、2種以上のイオン交換容量が異なるスルホン酸基を有するポリアリーレンを積層させたものであるため、界面のはがれ等の問題もなく機能の複合化が可能である。そのため、強度的性質および靱性等の力学特性を損なうことなく、プロトン伝導性および耐熱水性の向上が可能となる。   Since the proton conductive composite membrane of the present invention is a laminate of two or more polyarylenes having sulfonic acid groups having different ion exchange capacities, it is possible to combine functions without problems such as peeling of the interface. is there. Therefore, it is possible to improve proton conductivity and hot water resistance without impairing mechanical properties such as strength properties and toughness.

したがって、本発明のプロトン伝導性複合膜は、広い温度範囲にわたって高いプロントン伝導性を有するとともに、基板または電極に対する密着性に優れ、さらに耐久性、強度および耐熱水性にも優れており、一次電池用電解質、二次電池用電解質、燃料電池用高分子固体電解質、表示素子、各種センサー、信号伝達媒体、固体コンデンサー、イオン交換膜などの伝導膜として利用可能である。   Therefore, the proton conductive composite membrane of the present invention has high pronton conductivity over a wide temperature range, excellent adhesion to a substrate or an electrode, and also excellent durability, strength, and hot water resistance. It can be used as a conductive membrane such as an electrolyte, an electrolyte for a secondary battery, a solid polymer electrolyte for a fuel cell, a display element, various sensors, a signal transmission medium, a solid capacitor, and an ion exchange membrane.

以下、本発明に係るプロトン伝導性複合膜およびその製造方法について具体的に説明する。
(プロトン伝導性複合膜)
本発明に係るプロトン伝導性複合膜は、スルホン酸基を有するポリアリーレンからなるプロトン伝導膜が2層以上積層されてなり、前記2層以上のプロトン伝導膜のうち、少なくとも2層が互いにイオン交換容量が異なるスルホン酸基を有するポリアリーレンからなる。
Hereinafter, the proton conductive composite membrane and the production method thereof according to the present invention will be described in detail.
(Proton conductive composite membrane)
The proton conductive composite membrane according to the present invention comprises two or more proton conductive membranes made of polyarylene having a sulfonic acid group, and at least two of the two or more proton conductive membranes are ion-exchanged with each other. It consists of polyarylene having sulfonic acid groups with different capacities.

このプロトン伝導性複合膜を構成する成分であるスルホン酸基を有するポリアリーレンは、例えば下記一般式(A)で表される繰り返し単位と、必要に応じて下記一般式(B)で表される繰り返し単位とを含むポリアリーレンである。   The polyarylene having a sulfonic acid group, which is a component constituting the proton conductive composite membrane, is represented by, for example, a repeating unit represented by the following general formula (A) and, if necessary, the following general formula (B). And polyarylene containing repeating units.

Figure 2005246800
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式(A)中、Y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−(lは1〜10の整数である)、
−C(CF32−などが挙げられる。
In formula (A), Y represents a divalent electron-withdrawing group, specifically, —CO—, —SO 2 —, —S
O -, - CONH -, - COO -, - (CF 2) l - (l is an integer of 1 to 10),
-C (CF 3 ) 2- and the like.

Z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 Z 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

Figure 2005246800
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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.
A group having a value of 0.06 or more and 0.01 or more in the p-position.
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 2005246800
Figure 2005246800

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。
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と、上記一般式(B)で表される繰り返し構成単位とを含む場合は、具体的には下記一般式(C)で表される重合体である。
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.
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 the repeating structural unit represented by the general formula (A) and the repeating structural unit represented by the general formula (B), specifically, the following general formula It is a polymer represented by (C).

Figure 2005246800
Figure 2005246800

式(C)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。x、yはx+y=100モル%とした場合のモル比を示す。 In the formula (C), 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, and Ar, m, n, k, and p and R 1 to R 8 synonymous. x and y represent molar ratios when x + y = 100 mol%.

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。   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 unit represented by the formula (A), in the formula (B). Is contained in a proportion of 99.5 to 0 mol%, preferably 90 to 0.001 mol%.

上記スルホン酸基を有するポリアリーレンは以下に示す方法により製造することができる。
(スルホン酸基を有するポリアリーレンの製造方法)
上記スルホン酸基を有するポリアリーレンは、例えば上記一般式(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。
The polyarylene having the sulfonic acid group can be produced by the following method.
(Method for producing polyarylene having a sulfonic acid group)
The polyarylene having the sulfonic acid group includes, for example, 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. By synthesizing with a possible oligomer to produce a polyarylene having a sulfonic acid ester group, hydrolyzing the polyarylene having the sulfonic acid ester group, and converting the sulfonic acid ester group to 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)においてスルホン酸基および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)の構造単位と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 polyarylene having a sulfonic acid group is a polyarylene having a structural unit having no sulfonic acid group or sulfonic acid ester group in the general formula (A) and a structural unit of the general formula (B) as necessary. Arylene 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、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.

Figure 2005246800
Figure 2005246800

式(D)中、Xはフッ素を除くハロゲン原子(塩素、臭素、ヨウ素)、−OSO2G(
ここで、G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、Y、Z、m、nおよびkは、それぞれ上記一般式(A)中のY、Z、m、nおよびkと同義である。
In the formula (D), X is a halogen atom excluding fluorine (chlorine, bromine, iodine), -OSO 2 G (
Here, G represents an alkyl group, a fluorine-substituted alkyl group or an aryl group. ), And Y, Z, m, n and k have the same meanings as Y, Z, m, n and k in the general formula (A), respectively.

a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。これらの中では、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、特にネオペンチル基が好ましい。
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, n-butyl, sec-butyl, neopentyl, cyclopentyl, hexyl, cyclohexyl, cyclopentylmethyl, cyclohexylmethyl, adamantyl, adamantanemethyl, 2-ethylhexyl, 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 , A straight-chain hydrocarbon group such as a bicyclo [2.2.1] heptylmethyl group, a branched hydrocarbon group, an alicyclic hydrocarbon group Such as a hydrocarbon group having 5-membered heterocycles. Among these, 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 neopentyl group is particularly preferable. 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、特に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, 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 neopentyl group is particularly 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.

Figure 2005246800
Figure 2005246800

Figure 2005246800
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Figure 2005246800
Figure 2005246800

Figure 2005246800
Figure 2005246800

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、スルホン酸基および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 and no sulfonic acid ester group include the following compounds.

Figure 2005246800
Figure 2005246800

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 the 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 in the above compound is replaced with a bromine atom, and —CO— is —SO 2 Examples include compounds in which-is substituted.

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)で表されるオリゴマー(以下、オリゴマー(E)ともいう。)が挙げられる。   Examples of the oligomer that can be the structural unit of the general formula (B) include an oligomer represented by the following general formula (E) (hereinafter also referred to as oligomer (E)).

Figure 2005246800
Figure 2005246800

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−OSO2G(ここで、G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。G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。
Wherein (E), R 1 ~R 8 , W, T and p are the R 1 to R 8, W respectively in the general formula (B), and T and p synonymous.
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 G (wherein G represents an alkyl group, a fluorine-substituted alkyl group or an aryl group). Represents a group. Examples of the alkyl group represented by G 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-chloro). Benzoylamino) 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 chlorine atoms are replaced by bromine atoms or iodine atoms in these compounds Further, in these compounds, compounds in which a halogen atom substituted at the 4-position is substituted at the 3-position, At least one group obtained by substituting at the 4-position of diphenyl ether in these compounds but include compounds substituted at the 3-position.

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などが挙げられる。
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 Compound etc. are mentioned.

Figure 2005246800
Figure 2005246800

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, N-methyl-2-pyrrolidone, N, N-dimethylacetamide, sulfolane, diphenylsulfone, dimethylsulfoxide, etc., in order to convert the bisphenol linked with an electron-withdrawing group to the corresponding alkali metal salt of bisphenol In a polar solvent having a high dielectric constant, an alkali metal such as lithium, sodium or potassium, an alkali metal hydride, an alkali metal hydroxide, an alkali metal carbonate or the like is added.

アルカリ金属はフェノールの水酸基に対して過剰気味で反応させ、通常、1.1〜2倍当量、好ましくは1.2〜1.5倍当量で用いる。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。
The alkali metal is reacted in excess with respect to the hydroxyl group of phenol, and is usually used in an amount of 1.1 to 2 times equivalent, preferably 1.2 to 1.5 times equivalent. 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) benzene and the like are reacted. 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.

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。   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 2005246800
Figure 2005246800

(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とを組み合わせて、目的の電子吸引性基および電子供与性基からなる屈曲性化合物を合成してもよい。
(Wherein, W is as defined for general formula (E).)
Moreover, as a method for synthesizing the compound represented by the general formula (E), a desired electron withdrawing can be performed by combining a nucleophilic substitution reaction and an electrophilic substitution reaction as described in JP-A-2-159. A bendable compound comprising a functional group and an electron donating group may be synthesized.

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で求核置換反応させてビスフェノキシ化合物とし、次いで、このビスフェノキシ化合物と4−クロロ安息香酸クロライドとのフリーデルクラフト反応から目的の化合物を得ることができる。   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 form a bisphenoxy compound, and then this bisphenoxy compound and 4-chloro The desired compound can be obtained from Friedel-Craft reaction with benzoic acid chloride.

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としては、上記で例示した化合物が挙げられる。フェノール化合物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ことが好ましく、使用可能なアルカリ金属化合物としては、上記で例示した化合物が挙げられる。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。
Examples of the aromatic bishalide activated with the electron-withdrawing group used here include the compounds exemplified above. The phenol compound may be substituted, but an unsubstituted compound is preferable from the viewpoint of heat resistance and flexibility. In addition, it is preferable to set it as an alkali metal salt for the substitution reaction of a phenol, and the compound illustrated above is mentioned as an alkali metal compound which 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.

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倍モルで使用される。また、ビスフェノキシ化合物と、アシル化剤であるクロロ安息香酸クロライドとのフリーデルクラフト反応は、塩化アルミニウム、三フッ化ホウ素、塩化亜鉛などのフリーデルクラフト活性化剤の存在下で行うことが好ましい。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。   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. Further, the Friedel-Crafts reaction between the bisphenoxy compound and the acylating agent chlorobenzoic acid chloride is preferably performed in the presence of a Friedel-Craft activator such as aluminum chloride, boron trifluoride, or zinc chloride. . 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-Craft 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の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 or bis (4-chlorophenyl) sulfone is carried out with N-methyl-2-pyrrolidone, N, N
-Obtained by sequentially polymerizing the monomer 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.

Figure 2005246800
Figure 2005246800

上記化学式において、pは0または正の整数であり、上限は通常100、好ましくは1
0〜80である。
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、必要に応じてオリゴマー(E)と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 chemical formula, p is 0 or a positive integer, and the upper limit is usually 100, preferably 1
0-80.
The polyarylene having a sulfonate group represented by the general formula (C) is synthesized by reacting the monomer (D) and, if necessary, the oligomer (E) in the presence of a catalyst. The catalyst used in this case is a catalyst system containing a transition metal compound. As this catalyst system, (1) a compound that becomes a transition metal salt and a ligand (hereinafter referred to as “ligand component”), Alternatively, a transition metal complex coordinated with a ligand (including a copper salt) and (2) a reducing agent may be 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種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
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 may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.

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。   “Salts” 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 0.0001 to 10 mol, preferably 1 to 1 mol of the transition metal salt or transition metal complex, based on 1 mol of the above monomers (total of monomers (D) + oligomer (E), the same applies hereinafter). Is 0.01 to 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。
In the 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. . 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、必要に応じてオリゴマー(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) is reacted with the oligomer (E) as necessary include tetrahydrofuran, cyclohexanone, dimethyl sulfoxide, N, N-dimethylformamide, and N, N-dimethyl. Acetamide, 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。
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.
The polymerization temperature for the polymerization is usually 0 to 200 ° C, preferably 50 to 120 ° C. The polymerization time is usually 0.5 to 100 hours, preferably 1 to 40 hours.

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 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. .

加水分解の方法としては、
(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。
As a hydrolysis method,
(1) A method in which polyarylene having a sulfonate group is added to an excess amount of water or alcohol containing a small amount of hydrochloric acid, and the mixture is stirred for 5 minutes or longer. (2) In trifluoroacetic acid, the sulfonate group is added. (3) Method of reacting polyarylene having a temperature of about 80 to 120 ° C. for about 5 to 10 hours (3) 1 to 1 mol of sulfonic acid ester group (—SO 3 R) in polyarylene having a sulfonic acid ester group A method of adding hydrochloric acid after reacting the polyarylene for about 3 to 10 hours at a temperature of about 80 to 150 ° C. in a solution containing 3 moles of lithium bromide such as N-methylpyrrolidone. Can be mentioned.

上記スルホン酸基を有するポリアリーレン(C)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、必要に応じて上記一般式(E)で表されるオリゴマーを共重合させることにより、スルホン酸エステル基、スルホン酸基を有しないポリアリーレンを予め合成し、このスルホン酸エステル基、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。すなわち、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(C)を得ることができる。   The polyarylene (C) having a sulfonic acid group includes a monomer having a skeleton similar to the sulfonic acid ester represented by the general formula (D) and having no sulfonic acid ester group, and, if necessary, the general formula By synthesizing the oligomer represented by (E), a polyarylene having no sulfonic acid ester group or sulfonic acid group was synthesized in advance, and the polyarylene having no sulfonic acid ester group or sulfonic acid group was sulfonated. Can also be synthesized. That is, after producing a polyarylene having no sulfonic acid group by a method according to the above synthesis method, a sulfonic acid group is introduced into the polyarylene having no sulfonic acid group using a sulfonating agent. Polyarylene (C) having the following can be obtained.

スルホン酸基の導入方法は特に制限されず、従来公知の方法で行うことができる。例えば、上記スルホン酸基を有しないポリアリーレンを、無溶剤下または溶剤存在下で、無水硫酸、発煙硫酸、クロルスルホン酸、硫酸または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により、スルホン酸基を導入することができる〔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)〕。   The method for introducing the sulfonic acid group is not particularly limited, and can be performed by a conventionally known method. For example, the polyarylene having no sulfonic acid group may be prepared by using a known sulfonating agent such as sulfuric anhydride, fuming sulfuric acid, chlorosulfonic acid, sulfuric acid or sodium hydrogen sulfite in the absence of a solvent or in the presence of a solvent. Sulfonic acid groups can be introduced by sulfonation under conditions [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)].

このスルホン化の際に用いられる溶剤としては、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などの非プロトン系極性溶剤、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1〜20
0時間である。
Examples of the solvent used in the sulfonation include hydrocarbon solvents such as n-hexane, ether solvents such as tetrahydrofuran and dioxane, aprotic polar solvents such as dimethylacetamide, dimethylformamide, and dimethylsulfoxide, tetrachloroethane, Halogenated hydrocarbons such as dichloroethane, chloroform, and methylene chloride. Although reaction temperature does not have a restriction | limiting in particular, Usually, -50-200 degreeC, Preferably it is -10-100 degreeC. The reaction time is usually 0.5 to 1,000 hours, preferably 1 to 20 hours.
0 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(C)中のスルホン酸当量は、好ましくは0.3〜5meq/gである。スルホン酸当量が5meq/gを超えると、耐水性が大幅に低下し、積層による効果によっても充分な耐水性が得られないことがあり、0.3meq/g未満であると、積層による効果によっても充分なプロトン伝導度が維持できない。   The sulfonic acid equivalent in the polyarylene (C) having a sulfonic acid group produced by the method as described above is preferably 0.3 to 5 meq / g. When the sulfonic acid equivalent exceeds 5 meq / g, the water resistance is greatly reduced, and sufficient water resistance may not be obtained even by the effect of lamination, and if it is less than 0.3 meq / g, However, sufficient proton conductivity cannot be maintained.

上記スルホン酸基量は、例えばモノマー(D)およびオリゴマー(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。
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の重量平均分子量で、1万〜100万、好ましくは2万〜80万である。
The 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).
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-reduced weight average molecular weight by gel permeation chromatography (GPC).

なお、本発明のプロトン伝導性複合膜は、上記重合体を主成分とするが、必要に応じて添加剤を添加してもよい。例えば、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。   In addition, although the proton conductive composite membrane of this invention has the said polymer as a main component, you may add an additive as needed. For example, an anti-aging agent, preferably a hindered phenol compound having a molecular weight of 500 or more may be contained, and the durability as an electrolyte can be further improved by containing the anti-aging agent.

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)プロピオネート](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。上記ヒンダードフェノール系化合物は、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0.01〜10重量部の量で使用することが好ましい。
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) propionate] (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-tert-butyl-4-hydroxyphenyl) propionate] (
Product name: IRGANOX 1010), 2,2-thio-diethylenebis [3- (3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl) propionate] (trade name: IRGANOX 1035), octadecyl-3- (3 , 5-Di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl) propionate) (trade name: IRGANOX 1076), N, N-hexamethylenebis (3,5-di-tert-butyl-4-hydroxy-hydrocinnamamide) (Product 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). 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.

(プロトン伝導性複合膜)
本発明のプロトン伝導性複合膜は、上記のようなスルホン酸基を有するポリアリーレンからなるプロトン伝導膜が2層以上積層されてなり、前記2層以上のプロトン伝導膜のうち、少なくとも2層が互いにイオン交換容量が異なるスルホン酸基を有するポリアリーレンからなる。なお、プロトン伝導性複合膜が3層以上からなる場合には、互いに隣接しない層は、それぞれの層を形成するスルホン酸基を有するポリアリーレンのイオン交換容量が同じであってもよい。
(Proton conductive composite membrane)
The proton conductive composite membrane of the present invention comprises two or more proton conductive membranes made of polyarylene having a sulfonic acid group as described above, and at least two of the two or more proton conductive membranes are stacked. It consists of polyarylene having sulfonic acid groups having different ion exchange capacities. When the proton conductive composite membrane is composed of three or more layers, the layers not adjacent to each other may have the same ion exchange capacity of the polyarylene having sulfonic acid groups forming each layer.

プロトン伝導性複合膜は、2種以上のイオン交換容量が異なるスルホン酸基を有するポリアリーレンからなる膜から構成されるものであればよい。したがって、2種のイオン交換容量が異なるスルホン酸基を有するポリアリーレンからなるプロトン伝導膜が積層された2層の複合膜であってもよいし、3層のスルホン酸基を有するポリアリーレンからなるプロトン伝導膜が積層され、中間層と上下層とでイオン交換容量が異なるサンドイッチ構造であってもよく、さらには、スルホン酸基を有するポリアリーレンからなるプロトン伝導膜の一面に、横並びで2種以上のイオン交換容量が異なるスルホン酸基を有するポリアリーレンからなるプロトン伝導膜が積層されたものであってもよい。   The proton conductive composite membrane may be composed of two or more types of membranes made of polyarylene having sulfonic acid groups having different ion exchange capacities. Therefore, it may be a two-layer composite film in which proton conductive membranes made of polyarylene having sulfonic acid groups having two different ion exchange capacities are laminated, or made of polyarylene having three layers of sulfonic acid groups. A sandwich structure in which proton conductive membranes are stacked and the ion exchange capacity is different between the intermediate layer and the upper and lower layers may be used. Further, two types are arranged side by side on one surface of the proton conductive membrane made of polyarylene having a sulfonic acid group. The proton conductive membranes made of polyarylene having sulfonic acid groups having different ion exchange capacities as described above may be laminated.

本発明では、イオン交換容量が0.30〜4.95meq/g、好ましくは0.60〜1.80meq/gの範囲にあるスルホン酸基を有するポリアリーレンからなる膜(第1の膜)と、イオン交換容量が第1の膜より0.05meq/g以上高いスルホン酸基を有するポリアリーレンからなる膜(第2の膜)、特にイオン交換容量が第1の膜より0.3〜1.5meq/g高いスルホン酸基を有するポリアリーレンからなる膜(第2の膜)とが積層されなるものが好ましい態様の一つである。   In the present invention, a membrane (first membrane) made of polyarylene having a sulfonic acid group having an ion exchange capacity of 0.30 to 4.95 meq / g, preferably 0.60 to 1.80 meq / g; , A membrane (second membrane) made of polyarylene having a sulfonic acid group having an ion exchange capacity of 0.05 meq / g or more higher than that of the first membrane, particularly 0.3 to 1. One of the preferred embodiments is a laminate of a film (second film) made of polyarylene having a sulfonic acid group having a high 5 meq / g.

プロトン伝導性複合膜が2層から形成される場合には、第1の膜を形成するスルホン酸基を有するポリアリーレンのイオン交換容量は、通常0.30〜4.95meq/g、好ましくは0.50〜3.00meq/g、特に好ましくは0.60〜1.80meq/gの範囲であり、第2の膜を形成するスルホン酸基を有するポリアリーレンのイオン交換容量は、通常0.35〜5.00meq/g、好ましくは1.00〜4.00meq/g、特に好ましくは1.50〜3.50meq/gの範囲である。第1の膜および第2の膜のいずれかでもイオン交換容量が5meq/gを超えると、耐水性が大幅に低下し、積層による効果によっても充分な耐水性が得られないことがある。一方、第1の膜および第2の膜のいずれかでもイオン交換容量が0.3meq/g未満であると、積層による効果によっても充分なプロトン伝導度が維持できない。   When the proton conductive composite membrane is formed from two layers, the ion exchange capacity of the polyarylene having a sulfonic acid group forming the first membrane is usually 0.30 to 4.95 meq / g, preferably 0. The ion exchange capacity of the polyarylene having a sulfonic acid group forming the second membrane is usually 0.35, preferably in the range of 0.60 to 3.00 meq / g, particularly preferably 0.60 to 1.80 meq / g. ˜5.00 meq / g, preferably 1.00 to 4.00 meq / g, particularly preferably 1.50 to 3.50 meq / g. If the ion exchange capacity exceeds 5 meq / g in any of the first membrane and the second membrane, the water resistance is significantly lowered, and sufficient water resistance may not be obtained due to the effect of lamination. On the other hand, if either one of the first membrane and the second membrane has an ion exchange capacity of less than 0.3 meq / g, sufficient proton conductivity cannot be maintained due to the effect of lamination.

また、第2の膜のスルホン酸基量と第1の膜のスルホン酸基量との差(第2の膜−第1の膜)は、通常0.05meq/g以上、好ましくは0.1〜2.0meq/g、特に好ましくは0.3〜1.5meq/gである。第2の膜と第1の膜のスルホン酸基量の差が、0.05meq/g未満であると、積層によって期待される効果が現れないことがある。   The difference between the amount of sulfonic acid groups in the second membrane and the amount of sulfonic acid groups in the first membrane (second membrane-first membrane) is usually 0.05 meq / g or more, preferably 0.1. It is -2.0 meq / g, Most preferably, it is 0.3-1.5 meq / g. If the difference in the amount of sulfonic acid groups between the second membrane and the first membrane is less than 0.05 meq / g, the effect expected from the lamination may not appear.

(プロトン伝導膜の製法)
本発明のプロトン伝導性複合膜に用いる上記スルホン酸基を有するポリアリーレンからなる膜は、上記スルホン酸基を有するポリアリーレンを有機溶媒に溶解して、均質な溶液状の重合体組成物とした後、基体上に流延してフィルム状に成形するキャスティング法、
スルホン酸基を有するポリアリーレンを混合溶融した後に押し出し成形によってフィルムを製造する方法など、一般的な方法により製造することができる。
(Proton conductive membrane manufacturing method)
The membrane composed of the polyarylene having a sulfonic acid group used in the proton conductive composite membrane of the present invention is obtained by dissolving the polyarylene having a sulfonic acid group in an organic solvent to form a homogeneous solution-like polymer composition. Thereafter, a casting method in which the film is cast on a substrate and formed into a film,
It can be produced by a general method such as a method of producing a film by extrusion after mixing and melting polyarylene having a sulfonic acid group.

キャスティング法によってフィルムを製造する際に用いられる有機溶媒としては、例えば、N−メチル−2−ピロリドン、メタノール、テトラヒドロフラン、シクロヘキサノン、ジメチルスルホキシド、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、γ−ブチロラクトン、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールメチルエチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、メチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテート、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールエチルメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールエチルエーテルアセテート、トルエン、キシレン、メチルアミルケトン、4−ヒドロキシ−4−メチル−2−ペンタノン、2−ヒドロキシプロピオン酸エチル、2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオン酸メチル、2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオン酸エチル、エトキシ酢酸エチル、ヒドロキシ酢酸エチル、2−ヒドロキシ−2−メチルブタン酸メチル、3−メトキシプロピオン酸メチル、3−メトキシプロピオン酸エチル、3−エトキシプロピオン酸メチル、3−メトキシプロピオン酸エチル、乳酸メチル、乳酸エチル、クロロホルム、塩化メチレンなどが挙げられる。これらの中では、N−メチル−2−ピロリドン、メタノール、N,N−ジメチ
ルホルムアミド、エチルカルビトール、メチルカルビトールが好ましい。上記有機溶媒は、単独で用いても、2種以上を混合した混合溶剤として用いてもよい。
Examples of the organic solvent used in producing the film by the casting method include N-methyl-2-pyrrolidone, methanol, tetrahydrofuran, cyclohexanone, dimethyl sulfoxide, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, γ -Butyrolactone, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol dimethyl ether, ethylene glycol methyl ethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, methyl cellosolve acetate, ethyl cellosolve acetate, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol diethyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol ethyl methyl ether, diethylene glycol monoethyl Ethyl ether, di Ethylene glycol monobutyl ether, propylene glycol methyl ether acetate, propylene glycol ethyl ether acetate, toluene, xylene, methyl amyl ketone, 4-hydroxy-4-methyl-2-pentanone, ethyl 2-hydroxypropionate, 2-hydroxy-2- Methyl methylpropionate, ethyl 2-hydroxy-2-methylpropionate, ethyl ethoxyacetate, ethyl hydroxyacetate, methyl 2-hydroxy-2-methylbutanoate, methyl 3-methoxypropionate, ethyl 3-methoxypropionate, 3- Examples include methyl ethoxypropionate, ethyl 3-methoxypropionate, methyl lactate, ethyl lactate, chloroform, and methylene chloride. Among these, N-methyl-2-pyrrolidone, methanol, N, N-dimethylformamide, ethyl carbitol, and methyl carbitol are preferable. The organic solvent may be used alone or as a mixed solvent in which two or more kinds are mixed.

また、キャスティングを行う場合の有機溶媒を含む重合体組成物中における固形分濃度、すなわち重合体成分の割合は、重合体組成物中に3〜40重量%、好ましくは5〜35重量%である。3重量%未満では、充分な厚さの塗膜が得られず、一方、40重量%を超えると、充分に流延せず、均一な塗膜が得られないことがある。   Moreover, the solid content concentration in the polymer composition containing the organic solvent when casting is performed, that is, the ratio of the polymer component is 3 to 40% by weight, preferably 5 to 35% by weight in the polymer composition. . When the amount is less than 3% by weight, a coating film having a sufficient thickness cannot be obtained. On the other hand, when the amount exceeds 40% by weight, casting does not occur sufficiently and a uniform coating film may not be obtained.

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

また、この基体となるプラスチックフィルム(板)の厚みは、通常50〜250μm、好ましくは75〜200μmである。また、ガラス板では、1〜5mmの厚みである。
上記キャスティング法による製膜後、室温〜200℃、好ましくは50〜150℃で、5〜180分、好ましくは5〜120分、加熱・乾燥することにより、本発明のプロトン伝導膜が得られる。乾燥は、常圧〜真空下の条件が適用できる。また、加熱は、逐次昇温して処理してもよい。
The thickness of the plastic film (plate) serving as the substrate is usually 50 to 250 μm, preferably 75 to 200 μm. Moreover, in a glass plate, it is 1-5 mm in thickness.
After film formation by the above casting method, the proton conducting membrane of the present invention is obtained by heating and drying at room temperature to 200 ° C., preferably 50 to 150 ° C., for 5 to 180 minutes, preferably 5 to 120 minutes. Drying can be performed under conditions of normal pressure to vacuum. Further, the heating may be performed by sequentially raising the temperature.

こうして得られる、膜それぞれ単独の乾燥膜厚は、通常、5〜100μm、好ましくは10〜80μmである。
(プロトン伝導性複合膜の製造方法)
本発明のプロトン伝導性複合膜は、2種以上のイオン交換容量が異なるスルホン酸基を有するポリアリーレンからなる膜をそれぞれ製膜し、積層することにより製造することができる。積層の方法としては、基材上に上述したような重合体組成物を塗布し第1膜を形成した後、この第1膜上に重合体組成物を塗布し第2膜を形成する方法、別々に製膜したプロトン伝導膜を、プレス機を用いて積層する方法など一般的な方法を用いることができる。また別々に製膜したものを積層するときに膜間の接着剤として、上記フィルムを製造
する際に用いられる有機溶媒を単独もしくは2種類以上混合して使用したり、さらにこれらの有機溶剤にスルホン酸基を有するポリアリーレンを溶解したものを使用したりしてもよい。この際、接着剤中のポリマー濃度は、通常、5〜50重量%、好ましくは10〜30重量%である。接着法では、上記のようにして得られた接着剤を積層する接合表面に塗布、あるいは接着剤中に積層する膜を浸漬し、次いで、室温〜80℃、好ましくは常温で、10〜180分、好ましくは10〜60分乾燥し、次いで、両膜を積層して、数100g/cm2程度の加圧下、50〜200℃、好ましくは50〜150℃で加熱して接着す
る。塗布する接着剤の厚さは特に制限されるものではなく、接着できる程度の厚さであればよい。また、実質的に、プロトン伝導膜と同じ成分から構成されるので膜厚に含めた厚さとして、接着剤層を設けてもよい。
こうして積層して得られるプロトン伝導性複合膜の乾燥膜厚は、通常、10〜200μm、好ましくは20〜100μmである。
The dry film thickness of each film thus obtained is usually 5 to 100 μm, preferably 10 to 80 μm.
(Production method of proton conductive composite membrane)
The proton conductive composite membrane of the present invention can be produced by forming and laminating two or more types of membranes made of polyarylene having sulfonic acid groups having different ion exchange capacities. As a laminating method, after applying the polymer composition as described above on the base material to form the first film, the polymer composition is applied onto the first film to form the second film, A general method such as a method of laminating separately formed proton conductive membranes using a press can be used. In addition, when laminating separately formed films, as an adhesive between the films, an organic solvent used in the production of the above film may be used alone or in combination of two or more kinds, or a sulfone may be added to these organic solvents. You may use what melt | dissolved the polyarylene which has an acid group. Under the present circumstances, the polymer concentration in an adhesive agent is 5-50 weight% normally, Preferably it is 10-30 weight%. In the adhesion method, the adhesive obtained as described above is applied to the bonding surface where the adhesive is laminated, or the film laminated in the adhesive is immersed, and then room temperature to 80 ° C., preferably normal temperature, for 10 to 180 minutes. The film is dried for 10 to 60 minutes, and then the two films are laminated and bonded by heating at 50 to 200 ° C., preferably 50 to 150 ° C. under a pressure of about several hundred g / cm 2 . The thickness of the adhesive to be applied is not particularly limited as long as it can be adhered. Moreover, since it is comprised substantially from the same component as a proton conductive film, you may provide an adhesive bond layer as thickness included in the film thickness.
The dry film thickness of the proton conductive composite membrane obtained by laminating in this way is usually 10 to 200 μm, preferably 20 to 100 μm.

なお、本発明のプロトン伝導性複合膜を製造するに際し、基体上に形成中の膜または得られたプロトン伝導性複合膜に、電子線を照射して硬化処理してもよい。このように電子線を照射する方法としては特に制限はないが、例えば、下記の条件で行うことが好ましい。
(i) 雰囲気 :窒素、アルゴンまたは真空、より好ましくは窒素雰囲気下
(ii) 温 度 :20〜450℃、より好ましくは室温〜重合体成分のガラス転移温度
(iii) 電子線量:5〜200Mrad、より好ましくは10〜150Mrad
上記のように窒素、アルゴンまたは真空の雰囲気下で電子線照射を行うと、プロトン伝導膜が酸化されず、充分な耐熱性および耐久性を得ることができる。温度は、20〜450℃の範囲であれば特に制限はないが、重合体成分のガラス転移温度またはこれより数10℃高い温度で行えば、より効率的に硬化させることできる。電子線量が5〜200Mradの範囲であると、ポリアリーレンのスルホン化物の分解を生起することなく、硬化反応を進行させることができる。5Mrad未満では、架橋に必要な照射エネルギーが得られないことがあり、200Mradを超えると、ポリマーの一部が分解することがある。
In producing the proton conductive composite membrane of the present invention, the film being formed on the substrate or the obtained proton conductive composite membrane may be cured by irradiation with an electron beam. The method of irradiating with an electron beam is not particularly limited, but is preferably performed under the following conditions, for example.
(i) Atmosphere: Nitrogen, argon or vacuum, more preferably under nitrogen atmosphere
(ii) Temperature: 20 to 450 ° C., more preferably room temperature to the glass transition temperature of the polymer component
(iii) Electron dose: 5 to 200 Mrad, more preferably 10 to 150 Mrad
When electron beam irradiation is performed in an atmosphere of nitrogen, argon, or vacuum as described above, the proton conductive membrane is not oxidized, and sufficient heat resistance and durability can be obtained. Although there will be no restriction | limiting in particular if temperature is the range of 20-450 degreeC, If it carries out at the glass transition temperature of a polymer component or several tens of degrees C higher than this, it can harden more efficiently. When the electron dose is in the range of 5 to 200 Mrad, the curing reaction can proceed without causing decomposition of the sulfonated product of polyarylene. If it is less than 5 Mrad, the irradiation energy required for crosslinking may not be obtained, and if it exceeds 200 Mrad, a part of the polymer may be decomposed.

本発明のプロトン伝導性複合膜は、スルホン酸基量が多く、プロトン伝導性に富んだスルホン酸基を有するポリアリーレンからなる膜と、スルホン酸基量が少なく、強度的性質や靱性の良好なスルホン酸基を有するポリアリーレンからなる膜とが、積層されているので、プロトン伝導性、強度的性質、靱性および耐熱水性に優れている。   The proton conductive composite membrane of the present invention is a membrane made of polyarylene having a sulfonic acid group with a large amount of sulfonic acid groups and abundant proton conductivity, and has a low amount of sulfonic acid groups and good strength properties and toughness. Since the film made of polyarylene having a sulfonic acid group is laminated, it is excellent in proton conductivity, strength properties, toughness and hot water resistance.

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

〔実施例〕
以下、実施例に基づいて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。なお、スルホン酸当量、分子量、プロトン伝導度、引張強度、弾性率および熱水耐性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. The sulfonic acid equivalent, molecular weight, proton conductivity, tensile strength, elastic modulus, and hot water resistance were determined as follows.

1.スルホン酸当量(イオン交換容量)
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 (ion exchange capacity)
The obtained polymer having a sulfonic acid group is washed until the washing water becomes neutral, and the acid remaining free is sufficiently washed with water. After drying, a predetermined amount is weighed, and THF / water Titration was performed using a standard solution of NaOH using phenolphthalein dissolved in a mixed solvent as an indicator, and the sulfonic acid equivalent was determined from the neutralization point.

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平均分子量は、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 average molecular weight of polyarylene having no sulfonic acid group was determined by GPC using polystyrene (THF) as a solvent and the molecular weight in terms of polystyrene. The average molecular weight of the polyarylene having a sulfonic acid group was determined by GPC using polystyrene as a molecular weight using N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) to which lithium bromide and phosphoric acid were added as a solvent.

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(φ=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、25℃、60℃、相対湿度80%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に変化させて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。
比抵抗R(Ω・cm)=0.5(cm)×膜厚(cm)×抵抗線間勾配(Ω/cm)
4.引張強度
引張強度は、(JIS K7127に従って得られたフィルムの2号形試験片)を用いて、室温で測定した。
3. Measurement of proton conductivity AC resistance is measured by pressing a platinum wire (φ = 0.5 mm) against the surface of a 5 mm wide strip-shaped proton conducting membrane sample, holding the sample in a thermo-hygrostat, It was obtained from AC impedance measurement. That is, the impedance at an alternating current of 10 kHz was measured in an environment of 25 ° C., 60 ° C., and relative humidity 80%. 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 temperature and humidity control device. Five platinum wires were pressed at intervals of 5 mm, and the AC resistance was measured by changing the distance between the wires to 5 to 20 mm. 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.
Specific resistance R (Ω · cm) = 0.5 (cm) × film thickness (cm) × resistance-to-resistance gradient (Ω / cm)
4). Tensile strength Tensile strength was measured at room temperature using (No. 2 type test piece of film obtained according to JIS K7127).

5.弾性率
弾性率は、上記引張試験で測定した応力−歪曲線の引張初期の傾きから計算した。
6.耐熱水性(寸法安定性)
プロトン伝導膜を2.0cm×3.0cmにカットし秤量して、試験用のテストピースとする。このプロトン伝導膜を、ポリカーボネート製の250ml瓶に入れ、そこに約100mlの蒸留水を加え、プレッシャークッカー試験機(HIRAYAMA MFS CORP製 PC-242HS)を用いて、120℃で24時間加温する。試験終了後、各プロトン伝導膜を熱水中から取り出し、軽く表面の水をキムワイプで拭き取り寸法を測定し、寸法変化率を測定した。
5). The elastic modulus was calculated from the initial slope of the stress-strain curve measured in the tensile test.
6). Hot water resistance (dimensional stability)
A proton conductive membrane is cut into 2.0 cm × 3.0 cm and weighed to obtain a test piece for testing. This proton conducting membrane is put into a 250 ml bottle made of polycarbonate, about 100 ml of distilled water is added thereto, and the mixture is heated at 120 ° C. for 24 hours using a pressure cooker tester (PC-242HS made by HIRAYAMA MFS CORP). After completion of the test, each proton conductive membrane was taken out from the hot water, the surface water was gently wiped with a Kimwipe, the dimensions were measured, and the dimensional change rate was measured.

〔実施例1〕
[第1成分(a)の合成]
第1成分として用いるスルホン酸基を有するポリアリーレン共重合体(a)は、以下の方法にて合成を行った。
[Example 1]
[Synthesis of first component (a)]
The polyarylene copolymer (a) having a sulfonic acid group used as the first component was synthesized by the following method.

<オリゴマーの調製>
撹拌機、温度計、冷却管、Dean-Stark管、窒素導入の三方コックを取り付けた1Lの三つ口のフラスコに、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン(ビスフェノールAF)67.3g(0.20モル)、4,4'−ジクロロベンゾフェノン(4,4'−DCBP)60.3g(0.24モル)、炭酸カリウム71.9g(0.52モル)、N,N−ジメチルアセトアミド(DMAc)300mL、ト
ルエン150mLをとり、オイルバス中、窒素雰囲気下で加熱し撹拌下130℃で反応させた。反応により生成する水をトルエンと共沸させ、Dean-Stark管で系外に除去しながら反応させると、約3時間で水の生成がほとんど認められなくなった。その後、反応温度を130℃から徐々に150℃まで上げながら大部分のトルエンを除去し、150℃で10時間反応を続けた後、4,4'−DCBP 10.0g(0.040モル)を加え、さらに
5時間反応した。得られた反応液を放冷後、副生した無機化合物の沈殿物を濾過除去し、濾液を4Lのメタノール中に投入した。沈殿した生成物を濾別、回収し乾燥後、テトラヒドロフラン 300mLに溶解した。これをメタノール4Lに再沈殿し、目的の化合物9
5g(収率85%)を得た。
<Preparation of oligomer>
2,2-bis (4-hydroxyphenyl) -1,1,1,3 was added to a 1 L three-necked flask equipped with a stirrer, thermometer, cooling tube, Dean-Stark tube, and three-way cock for introducing nitrogen. , 3,3-hexafluoropropane (bisphenol AF) 67.3 g (0.20 mol), 4,4′-dichlorobenzophenone (4,4′-DCBP) 60.3 g (0.24 mol), potassium carbonate 71 .9 g (0.52 mol), N, N-dimethylacetamide (DMAc) 300 mL, 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. Thereafter, most of the toluene was removed while gradually raising the reaction temperature from 130 ° C. to 150 ° C., and the reaction was continued at 150 ° C. for 10 hours. Then, 10.0 g (0.040 mol) of 4,4′-DCBP was added. In addition, the reaction was continued for another 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, and the target compound 9
5 g (yield 85%) was obtained.

得られた化合物のGPC(THF溶媒)で求めたポリスチレン換算の数平均分子量(M
n)は11,200であった。また、得られた化合物はTHF、NMP、DMAc、スル
ホランなどに可溶で、ガラス転移温度(Tg)は110℃、熱分解温度は498℃であった。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。
Number average molecular weight in terms of polystyrene determined by GPC (THF solvent) of the obtained compound (M
n) was 11,200. The obtained compound was soluble in THF, NMP, DMAc, sulfolane and the like, and had a glass transition temperature (Tg) of 110 ° C. and a thermal decomposition temperature of 498 ° C. The obtained compound was an oligomer represented by the formula (I) (hereinafter referred to as “BCPAF oligomer”).

Figure 2005246800
Figure 2005246800

<スルホン酸基を有するポリアリーレン共重合体(a)の調整>
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)38.94g(97.04ミリモル)、BCPAFオリゴマー(Mw=11,200)33.15g(2.96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)および乾燥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、セライトを濾過助剤に用いて濾過し、濾液を大過剰のメタノール 1500mLに
注いで凝固させた。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)62.0g(収率95%)を得た。GPCによる分子量は数平均分子量(Mn)が47,600、Mwが159,000であった。
<Preparation of polyarylene copolymer (a) having a sulfonic acid group>
4- [4- (2,5-dichlorobenzoyl) phenoxy] benzenesulfonic acid neo was added to a 1 L three-necked flask equipped with a stirrer, thermometer, condenser, Dean-Stark tube, and three-way cock for introducing nitrogen. -Pentyl (A-SO 3 neo-Pe) 38.94 g (97.04 mmol), BCPAF oligomer (Mw = 11,200) 33.15 g (2.96 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) and dry NMP 390 mL nitrogen Added below. The reaction system is heated with stirring (finally 75
The reaction was allowed to proceed 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 to coagulate. 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
62.0 g (yield 95%) 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. As for the molecular weight by GPC, the number average molecular weight (Mn) was 47,600, and Mw was 159,000.

こうして得られた共重合体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。
The copolymer PolyAB-SO 3 neo-Pe thus obtained (5.1 g) was dissolved in NMP (60 mL) and heated to 90 ° C. A mixture of 50 mL of methanol and 8 mL of concentrated hydrochloric acid was added to the reaction system at one 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-exchanged water until the pH of the washing water became 6 or more. From the IR spectrum of the polymer thus obtained and the quantitative analysis of the ion exchange capacity, it was found that the sulfonic acid ester group (—SO 3 R a ) was quantitatively converted to the sulfonic acid group (—SO 3 H). .

得られたスルホン酸基を有するポリアリーレン共重合体(a)のGPCによる分子量は、Mnが53,200、Mwが185,000であり、スルホン酸当量は1.6meq/gであった。   The molecular weight of the obtained polyarylene copolymer (a) having a sulfonic acid group by GPC was 53,200 for Mn, 185,000 for Mw, and 1.6 meq / g for sulfonic acid equivalent.

[第2成分(b)の合成]
第2成分として用いるスルホン酸基を有するポリアリーレン共重合体(b)は、上記第1成分(a)の合成方法において、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)の量を39.99g(99.65ミリモル)、BCPAFオリゴマー(Mw=11,200)の量を3.92g(0
.35ミリモル)に変更した以外は同様の方法にて合成した。得られたスルホン酸基を有するポリアリーレン共重合体(b)のGPCによる分子量は、Mnが54,200、Mw
が187,000であり、スルホン酸当量は3.1meq/gであった。
[Synthesis of Second Component (b)]
The polyarylene copolymer (b) having a sulfonic acid group used as the second component is a 4- [4- (2,5-dichlorobenzoyl) phenoxy] benzenesulfonic acid in the synthesis method of the first component (a). The amount of neo-pentyl (A-SO 3 neo-Pe) was 39.99 g (99.65 mmol) and the amount of BCPAF oligomer (Mw = 11,200) was 3.92 g (0
. The synthesis was performed in the same manner except that it was changed to 35 mmol). The molecular weight by GPC of the resulting polyarylene copolymer (b) having a sulfonic acid group is as follows: Mn is 54,200, Mw
Was 187,000, and the sulfonic acid equivalent was 3.1 meq / g.

[プロトン伝導膜の作製]
上記のようにして得られた第1成分(a)と第2成分(b)とを、それぞれN−メチルピロドリン(NMP)に10重量%の濃度になるように室温で攪拌・混合して均一溶液を調製した。得られた溶液は、淡黄色の透明溶液であった。得られた溶液組成物を、それぞれガラス基板上にドクターブレードを用いて流延し、80℃で30分、150℃で30分乾燥させて、膜厚20μmのしなやかなフィルム(2種類)を得た。
[Production of proton conducting membrane]
The first component (a) and the second component (b) obtained as described above were stirred and mixed at room temperature to a concentration of 10% by weight in N-methylpyrodrin (NMP), respectively. A homogeneous solution was prepared. The resulting solution was a pale yellow transparent solution. The obtained solution composition was cast on a glass substrate using a doctor blade and dried at 80 ° C. for 30 minutes and 150 ° C. for 30 minutes to obtain flexible films (2 types) having a thickness of 20 μm. It was.

次に、第1成分(a)の10%NMP溶液を、第1成分(a)を用いて作成した膜の上面に塗布し室温で予備乾燥後、第2成分(b)を用いて作成した膜を上に重ね、スペーサーを介して加熱プレスを用い、100g/cm2で予備プレス3分、さらに1kg/cm2の圧力で加圧下、100℃で30分、硬化接着を行い、膜厚40μmの複合膜(プロトン伝導膜)を得た。得られたプロトン伝導性複合膜の評価結果を表1に示す。 Next, a 10% NMP solution of the first component (a) was applied to the upper surface of the film prepared using the first component (a), preliminarily dried at room temperature, and then prepared using the second component (b). The film is stacked on top, using a heat press through a spacer, pre-press for 3 minutes at 100 g / cm 2 , and further cured and bonded at 100 ° C. for 30 minutes under a pressure of 1 kg / cm 2 to give a film thickness of 40 μm A composite membrane (proton conducting membrane) was obtained. The evaluation results of the obtained proton conductive composite membrane are shown in Table 1.

〔実施例2〕
[第1成分(c)の合成]
第1成分として用いるスルホン酸基を有するポリアリーレン共重合体(c)は、上記実施例1の第1成分(a)の合成方法において、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)の量を37.72g(94.00ミリモル)、BCPAFオリゴマー(Mw=11,200)の量を67
.20g(6.00ミリモル)に変更した以外は同様の方法にて合成した。得られたスルホン酸基を有するポリアリーレン共重合体(c)のGPCによる分子量は、Mnが52,
400、Mwが184,000であり、スルホン酸当量は1.0meq/gであった。
[Example 2]
[Synthesis of first component (c)]
The polyarylene copolymer (c) having a sulfonic acid group used as the first component is a 4- [4- (2,5-dichlorobenzoyl) phenoxy in the synthesis method of the first component (a) in Example 1 above. The amount of benzene sulfonate neo-pentyl (A-SO 3 neo-Pe) was 37.72 g (94.00 mmol) and the amount of BCPAF oligomer (Mw = 11,200) was 67.
. The compound was synthesized in the same manner except that the amount was changed to 20 g (6.00 mmol). The obtained polyarylene copolymer (c) having a sulfonic acid group has a molecular weight by GPC of 52, Mn.
400, Mw was 184,000, and the sulfonic acid equivalent was 1.0 meq / g.

[第2成分(d)の合成]
第2成分として用いるスルホン酸基を有するポリアリーレン共重合体(d)は、上記実施例1の第1成分(a)の合成方法において、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)の量を39.37g(98.10ミリモル)、BCPAFオリゴマー(Mw=11,200)の量を21
.28g(1.90ミリモル)に変更した以外は同様の方法にて合成した。得られたスルホン酸基を有するポリアリーレン共重合体(d)のGPCによる分子量は、Mnが55,
000、Mwが188,000であり、スルホン酸当量は2.0meq/gであった。
[Synthesis of Second Component (d)]
The polyarylene copolymer (d) having a sulfonic acid group used as the second component is a 4- [4- (2,5-dichlorobenzoyl) phenoxy in the synthesis method of the first component (a) of Example 1 above. The amount of neo-pentyl benzenesulfonate (A-SO 3 neo-Pe) was 39.37 g (98.10 mmol) and the amount of BCPAF oligomer (Mw = 11,200) was 21.
. The compound was synthesized in the same manner except that the amount was changed to 28 g (1.90 mmol). The obtained polyarylene copolymer (d) having a sulfonic acid group has a molecular weight by GPC of 55,
000, Mw was 188,000, and the sulfonic acid equivalent was 2.0 meq / g.

[プロトン伝導膜の作製]
上記のようにして得られた第1成分(c)と第2成分(d)とを、それぞれN-メチル
ピロドリン(NMP)に10重量%の濃度になるように室温で攪拌・混合して均一溶液を調製した。得られた溶液は、淡黄色の透明溶液であった。得られた溶液組成物を、それぞれガラス基板上にドクターブレードを用いて流延し、80℃で30分、150℃で30分乾燥させて、膜厚20μmのしなやかなフィルム(2種類)を得た。
[Production of proton conducting membrane]
The first component (c) and the second component (d) obtained as described above were stirred and mixed at room temperature to a concentration of 10% by weight in N-methylpyrodrin (NMP), respectively. A homogeneous solution was prepared. The resulting solution was a pale yellow transparent solution. The obtained solution composition was cast on a glass substrate using a doctor blade and dried at 80 ° C. for 30 minutes and 150 ° C. for 30 minutes to obtain flexible films (2 types) having a thickness of 20 μm. It was.

次に、第1成分(c)の10%NMP溶液を、第1成分(c)を用いて作成した膜の上面に塗布し室温で予備乾燥後、第2成分(d)を用いて作成した膜を上に重ね、スペーサーを介して加熱プレスを用い、100g/cm2で予備プレス3分、さらに1kg/cm2の圧力で加圧下、100℃で30分、硬化接着を行い、膜厚40μmの複合膜(プロトン伝導膜)を得た。得られたプロトン伝導性複合膜の評価結果を表1に示す。 Next, a 10% NMP solution of the first component (c) was applied to the upper surface of the film prepared using the first component (c), preliminarily dried at room temperature, and then prepared using the second component (d). The film is stacked on top, using a heat press through a spacer, pre-press for 3 minutes at 100 g / cm 2 , and further cured and bonded at 100 ° C. for 30 minutes under a pressure of 1 kg / cm 2 to give a film thickness of 40 μm A composite membrane (proton conducting membrane) was obtained. The evaluation results of the obtained proton conductive composite membrane are shown in Table 1.

〔比較例1〕
上記、実施例1の第1成分(a)の合成方法において、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)の量を39.66g(98.82ミリモル)、BCPAFオリゴマー(Mw=11,200)
の量を13.72g(1.22ミリモル)に変更した以外は同様の方法にて合成した。得
られたスルホン酸基を有するポリアリーレン共重合体(e)のGPCによる分子量は、Mnが51,800、Mwが183,000であり、スルホン酸当量は2.4meq/gであった。
[Comparative Example 1]
In the synthesis method of the first component (a) of Example 1, the amount of 4- [4- (2,5-dichlorobenzoyl) phenoxy] benzenesulfonic acid neo-pentyl (A-SO 3 neo-Pe) 39.66 g (98.82 mmol), BCPAF oligomer (Mw = 11,200)
Was synthesized in the same manner except that the amount of was changed to 13.72 g (1.22 mmol). The obtained polyarylene copolymer (e) having a sulfonic acid group had a molecular weight by GPC of 51,800 for Mn, 183,000 for Mw, and a sulfonic acid equivalent of 2.4 meq / g.

こうして得られた共重合体(e)を、N−メチルピロドリンに10重量%の濃度になるように室温で攪拌・混合して均一溶液を調製した。得られた溶液は、淡黄色の透明溶液であった。得られた溶液組成物を、ガラス基板上にドクターブレードを用いて流延し、80℃で30分、150℃で30分、乾燥させて、膜厚40μmのしなやかな膜を得た。得られた膜の評価結果を表1に示す。   The copolymer (e) thus obtained was stirred and mixed at room temperature so as to have a concentration of 10% by weight with N-methylpyrodrin to prepare a uniform solution. The resulting solution was a pale yellow transparent solution. The obtained solution composition was cast on a glass substrate using a doctor blade and dried at 80 ° C. for 30 minutes and 150 ° C. for 30 minutes to obtain a flexible film having a thickness of 40 μm. Table 1 shows the evaluation results of the obtained film.

〔比較例2〕
上記、比較例1の合成方法において、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)の量を38.81g(96.71ミリモル)、BCPAFオリゴマー(Mw=11,200)の量を36.96
g(3.30ミリモル)に変更した以外は同様の方法にてポリアリーレン共重合体(f)を合成し、該共重合体(f)を用いて膜を作製した。
得られたスルホン酸基を有するポリアリーレン共重合体(f)のGPCによる分子量は、Mnが52,800、Mwが185,000であり、スルホン酸当量は1.5meq/gであった。得られた膜の評価結果を表1に示す。
[Comparative Example 2]
In the synthesis method of Comparative Example 1, the amount of 4- [4- (2,5-dichlorobenzoyl) phenoxy] benzenesulfonate neo-pentyl (A-SO 3 neo-Pe) was 38.81 g (96.71). Mmol), the amount of BCPAF oligomer (Mw = 11,200) was 36.96.
A polyarylene copolymer (f) was synthesized by the same method except that the amount was changed to g (3.30 mmol), and a film was produced using the copolymer (f).
The molecular weight by GPC of the resulting polyarylene copolymer (f) having a sulfonic acid group was 52,800 for Mn, 185,000 for Mw, and 1.5 meq / g for sulfonic acid equivalent. Table 1 shows the evaluation results of the obtained film.

Figure 2005246800
Figure 2005246800

Claims (5)

スルホン酸基を有するポリアリーレンからなるプロトン伝導膜が2層以上積層されてなり、前記2層以上のプロトン伝導膜のうち、少なくとも2層が互いにイオン交換容量が異なるスルホン酸基を有するポリアリーレンからなることを特徴とするプロトン伝導性複合膜。   Two or more proton conducting membranes made of polyarylene having a sulfonic acid group are laminated, and at least two of the two or more proton conducting membranes are made of polyarylene having sulfonic acid groups having different ion exchange capacities. A proton conductive composite membrane characterized by comprising: 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単位からなることを特徴とする請求項1に記載のプロトン伝導性複合膜;
Figure 2005246800
(式中、Yは2価の電子吸引性基を示し、Zは2価の電子供与性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 2005246800
(式中、R1〜R8は互いに同一でも異なっていてもよく、水素原子、フッ素原子、アルキル基、フッ素置換アルキル基、アリル基、アリール基およびシアノ基からなる群より選ばれる少なくとも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 is composed of a repeating unit represented by the following general formula (A) and, if necessary, a repeating unit represented by the following general formula (B). A proton conducting composite membrane according to claim 1;
Figure 2005246800
(In the formula, Y represents a divalent electron-withdrawing group, Z 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 2005246800
(Wherein R 1 to R 8 may be the same as or different from each other, and are at least one selected from the group consisting of a hydrogen atom, a fluorine atom, an alkyl group, a fluorine-substituted alkyl group, an allyl group, an aryl group, and a cyano group) W represents a divalent electron-withdrawing group or a single bond, T represents a single bond or a divalent organic group, and p represents 0 or a positive integer).
イオン交換容量が0.30〜4.95meq/gの範囲にあるスルホン酸基を有するポリアリーレンからなる第1の膜と、該第1の膜よりイオン交換容量が0.05meq/g以上高いスルホン酸基を有するポリアリーレンからなる第2の膜とが積層されてな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性複合膜。   A first membrane made of polyarylene having a sulfonic acid group having an ion exchange capacity in the range of 0.30 to 4.95 meq / g, and a sulfone having an ion exchange capacity of 0.05 meq / g or more higher than the first membrane; The proton conductive composite membrane according to claim 1 or 2, wherein a second membrane made of polyarylene having an acid group is laminated. 上記第1の膜に用いる重合体のイオン交換容量が0.60〜1.80meq/gの範囲にあることを特徴とする請求項3に記載のプロトン伝導性複合膜。   4. The proton conductive composite membrane according to claim 3, wherein an ion exchange capacity of the polymer used for the first membrane is in a range of 0.60 to 1.80 meq / g. 2以上のスルホン酸基を有するポリアリーレンからなるプロトン伝導膜を積層して請求項1に記載のプロトン伝導性複合膜を製造するに際し、スルホン酸基を有するポリアリーレンをアルコール系溶媒または非プロトン性極性溶媒に溶解した溶液を用いて前記プロトン伝導膜を接着することを特徴とするプロトン伝導性複合膜の製造方法。   When the proton conductive membrane made of polyarylene having two or more sulfonic acid groups is laminated to produce the proton conductive composite membrane according to claim 1, the polyarylene having sulfonic acid group is converted into an alcohol solvent or aprotic A method for producing a proton conductive composite membrane, comprising adhering the proton conductive membrane using a solution dissolved in a polar solvent.
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