JP2006100241A - Solid polyelectrolyte membrane - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はイオン伝導性の固体高分子電解質膜に関する。さらに詳細には高いイオン伝導性を有する固体高分子電解質膜に関し、燃料電池、固体高分子電解質型燃料電池用イオン伝導膜、酸化還元電池、電気透析膜、逆浸透膜、ナノ濾過膜、拡散透析膜、ガス分離膜、浸透気化及び浸透抽出膜、湿度センサ、ガスセンサの分野に使用される。また、本発明による固体高分子電解質膜は極めて低いメタノール透過性を有し、ダイレクトメタノール型燃料電池(以下、DMFCと称する)用電解質膜として使用される。 The present invention relates to an ion conductive solid polymer electrolyte membrane. More specifically, the present invention relates to a solid polymer electrolyte membrane having high ion conductivity, such as a fuel cell, an ion conductive membrane for a solid polymer electrolyte fuel cell, a redox cell, an electrodialysis membrane, a reverse osmosis membrane, a nanofiltration membrane, and a diffusion dialysis. Used in the fields of membranes, gas separation membranes, pervaporation and permeation extraction membranes, humidity sensors, gas sensors. The solid polymer electrolyte membrane according to the present invention has extremely low methanol permeability and is used as an electrolyte membrane for a direct methanol fuel cell (hereinafter referred to as DMFC).
近年、次世代型クリーンエネルギー源として燃料電池が重要な地位を占めつつある。燃料電池のうち、固体高分子電解質型燃料電池は、固体高分子電解質膜を挟んでアノードおよびカソードの両電極を配置するものである。例えば、燃料としてメタノールが使用されるDMFCの場合、アノード側にメタノールを、またカソード側には酸素または空気を供給することにより電気化学反応を起こさせて電気を発生させるものである。高出力、高エネルギー密度という特性を活かし、かつ小型で軽量な燃料電池を実現するために、高いプロトン伝導性を有する固体高分子電解質膜の開発が行われている。そして、DMFCに使用される固体高分子電解質膜には、高いイオン伝導性を保持しつつ燃料用メタノールの阻止性、すなわち、固体高分子電解質膜のアノード側からカソード側への燃料用メタノールの透過(クロスオーバー)の低減が要求される。 In recent years, fuel cells are becoming important as next-generation clean energy sources. Among the fuel cells, the solid polymer electrolyte fuel cell has both an anode and a cathode arranged with a solid polymer electrolyte membrane in between. For example, in the case of DMFC in which methanol is used as fuel, methanol is supplied to the anode side and oxygen or air is supplied to the cathode side to cause an electrochemical reaction to generate electricity. In order to realize a small and lightweight fuel cell utilizing the characteristics of high output and high energy density, a solid polymer electrolyte membrane having high proton conductivity has been developed. The solid polymer electrolyte membrane used in the DMFC has a fuel methanol blocking property while maintaining high ionic conductivity, that is, fuel methanol permeation from the anode side to the cathode side of the solid polymer electrolyte membrane. Reduction of (crossover) is required.
従来、一般的には、パーフルオロカーボンスルホン酸(以下、PFSと称する)系高分子(例えばデュポン社製、商品名ナフィオン膜など)を水和したものが高いイオン伝導性を有するため、固体高分子電解質膜として広く使用・検討されている。しかしながら、水和したPFS系高分子膜は、水との親和性の高いメタノールを通過(クロスオーバー)させやすく、メタノール阻止性に原理的な限界を有している。PFS系高分子水和膜のメタノールのクロスオーバーを低減する手段として、PFS系高分子水和膜をベースにして異種材料を複合することが考えられる。しかし、上記複合は、本来のPFS系高分子水和膜の有する高いイオン伝導性を著しく低下させるものであった。 Conventionally, in general, a hydrated perfluorocarbon sulfonic acid (hereinafter referred to as PFS) polymer (for example, a product name Nafion membrane manufactured by DuPont, etc.) has high ionic conductivity. Widely used and studied as an electrolyte membrane. However, a hydrated PFS polymer membrane is easy to allow methanol having high affinity for water to pass (crossover), and has a theoretical limit in methanol blocking ability. As a means for reducing the methanol crossover of the PFS polymer hydrated film, it is conceivable to combine different materials based on the PFS polymer hydrated film. However, the above-mentioned composite significantly reduces the high ionic conductivity of the original PFS polymer hydrated film.
これらの問題点を解決する方法として、ナフィオン112膜にアニリンを含浸させメタ型ポリアニリンとし、ナフィオン膜と同程度のイオン伝導性とナフィオン膜の1/3程度のメタノール阻止性を達成することが開示されているが(特許文献1参照)、DMFC用電解質膜に使用するには未だ不十分である。また、高価なナフィオン膜に更に加工を加えるため、工程数が多く煩雑になり一段と高価格な膜とならざるを得ない。また、塩基性基を有し水溶性である主鎖と水に対し不溶性である側鎖とからなるグラフトコポリマーおよび酸性基を有し水溶性である主鎖と水に対し不溶性である側鎖とからなるグラフトコポリマーを混合してなる両性イオン型高分子ゲル並びに該高分子ゲル膜の製造方法が開示されているが(特許文献2参照)、これはpH変化により両性イオン型高分子ゲルの膨潤度が大きく変化することを特徴としており、さらにイオン伝導膜に関する記述は一切ない。また、これらのゲル膜を燃料電池用膜として使用したとしても発電に際しての燃料電池内のpH変化により膜の体積、面積が大きく変化するようでは燃料電池用膜としての役目を果たさないばかりか、燃料電池自体を破壊する虞すらある。さらに、酸性または塩基性部位を有する主ポリマーに、塩基性または酸性部位を有する副ポリマーを含浸してなる固体高分子膜およびその製造方法が開示されているが(特許文献3参照)、十分なイオン伝導性を示さない等未だ問題点を多く残している。 As a method for solving these problems, it is disclosed that a Nafion 112 membrane is impregnated with aniline to form a meta-type polyaniline, and that ion conductivity comparable to that of the Nafion membrane and methanol blocking ability of about 1/3 of the Nafion membrane are achieved. However, it is still insufficient for use in DMFC electrolyte membranes (see Patent Document 1). Further, since the expensive Nafion membrane is further processed, the number of steps is complicated and the membrane must be made more expensive. In addition, a graft copolymer comprising a main chain having a basic group and water-soluble and a side chain insoluble in water, and a water-soluble main chain having an acidic group and a side chain insoluble in water, A zwitterionic polymer gel obtained by mixing a graft copolymer consisting of the above and a method for producing the polymer gel membrane have been disclosed (see Patent Document 2). It is characterized by a large change in the degree, and there is no description about the ion conductive membrane. In addition, even if these gel membranes are used as fuel cell membranes, they do not serve as fuel cell membranes if the volume and area of the membrane change greatly due to pH changes in the fuel cell during power generation. There is even a risk of destroying the fuel cell itself. Furthermore, a solid polymer film obtained by impregnating a main polymer having an acidic or basic site with a secondary polymer having a basic or acidic site and a method for producing the same have been disclosed (see Patent Document 3). Many problems still remain, such as not showing ionic conductivity.
芳香族環を有する炭化水素系膜をスルホン化した膜が種々検討されている。基材の膜に、ポリイミド(非特許文献1〜4参照)、ポリエーテルエーテルケトン(非特許文献5参照)、ポリベンゾイミダゾール(非特許文献6参照)などのエンジニアリングプラスチックに硫酸および発煙硫酸を作用させてスルホン化した膜、または出発原料のベンゼン環骨格をスルホン化し、その後縮合反応により所望のスルホン化膜を得る方法が報告されている。これら電解質膜はイオン伝導性およびメタノール阻止性が不十分であったり、あまりにも特殊な原料であったり、製造が困難・煩雑なため安価に製造することは難しい。 Various membranes obtained by sulfonating a hydrocarbon membrane having an aromatic ring have been studied. Sulfuric acid and fuming sulfuric acid act on engineering plastics such as polyimide (see non-patent documents 1 to 4), polyether ether ketone (see non-patent document 5), polybenzimidazole (see non-patent document 6), etc. It has been reported that a sulfonated membrane or a benzene ring skeleton as a starting material is sulfonated and then a desired sulfonated membrane is obtained by a condensation reaction. These electrolyte membranes are insufficient in ion conductivity and methanol blocking property, are too special raw materials, and are difficult and complicated to manufacture, and are difficult to manufacture at low cost.
これより先に、ポリエチレンイミンに硫酸、またはリン酸をドープした例(非特許文献7参照)ポリシラミンにリン酸をドープしたもの(非特許文献8参照)、ポリアクリルアミドに硫酸、またはリン酸をドープしたもの(非特許文献9参照)、ポリベンズイミダゾールにリン酸をドープした例(特許文献4参照)、スルホン化ポリエーテルスルホンにポリベンズイミダゾールを添加したもの(非特許文献10参照)があるが、ドープ剤が流れ落ちる、十分なイオン伝導性を示さない等問題点を多く有している。
本発明は、上述のようなDMFC用固体高分子電解質としてのPFS系高分子水和膜、PFS改質膜、および各種炭化水素系電解質膜の現状問題点を解決するためになされたものであり、高いイオン伝導性を保持しつつ、メタノール阻止性に優れた固体高分子電解質膜を低コストで提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the present problems of the PFS polymer hydrated membrane, the PFS modified membrane, and various hydrocarbon electrolyte membranes as the solid polymer electrolyte for DMFC as described above. An object of the present invention is to provide a solid polymer electrolyte membrane excellent in methanol blocking property while maintaining high ionic conductivity at low cost.
本発明者らは上記課題について鋭意研究した結果、特定の酸性基を有するモノマーまたは該モノマーを4級アンモニウム化したモノマーと特定の塩基性基を有するモノマーとを共重合してなる電解質ポリマーと、ポリイミドを混合して得られる固体高分子電解質膜が、高いイオン伝導性を保持しつつメタノール阻止性を改善することを見出し本発明に至った。すなわち本発明は、以下のとおりである。
1. 酸性基を有するモノマーまたは酸性基を有するモノマーを4級アンモニウム化したモノマーと塩基性基を有するモノマーとを共重合してなる電解質ポリマーと、ポリイミドを混合して得られる固体高分子電解質であって、次の条件(a)および(b)を満たす固体高分子電解質。
(a)酸性基を有するモノマーが、スルホン酸基、ホスホン酸基、およびカルボキシル基からなる群より選ばれた少なくとも1種を有するモノマーであり、
(b)塩基性を有するモノマーが、アミノ基、アミド基、およびウレア基からなる群より選ばれた少なくとも1種を有するモノマーである。
2. 酸性基を有するモノマーまたは酸性基を有するモノマーを4級アンモニウム化したモノマーと塩基性基を有するモノマーを共重合してなる電解質ポリマーと、ポリイミドとの混合割合(電解質ポリマー重量/ポリイミド重量)が10/90〜80/20の範囲である第1項記載の固体高分子電解質。
3. ポリイミドが水酸基および/またはカルボキシル基を有するものである第1項または第2項記載の固体高分子電解質。
4. 酸性基を有するモノマーまたは酸性基を有するモノマーを4級アンモニウム化したモノマーが、アクリルアミドメチルプロパンスルホン酸、スチレンスルホン酸、ビニルスルホン酸、(メタ)アリルスルホン酸、アッシドホスホシキエチルメタクリレート、(メタ)アクリル酸、無水マレイン酸、フマル酸、またはこれらのモノマーの4級アンモニウム塩である第1項〜第3項のいずれかに記載の固体高分子電解質。
5. 塩基性基を有するモノマーが、アクリルアミド、アリルアミン、ビニルピロリドン、ビニルイミダゾール、アミノアクリルアミド、アミノスルホン、ビニルピリジン、ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ビニルカプロラクタム、ビニルカルバゾール、ビニルジアミノトリアジンまたはエチレンイミンである第1項〜第4項のいずれかに記載の固体高分子電解質。
6. 電解質ポリマーが、酸性基を有するモノマーまたは酸性基を有するモノマーを4級アンモニウム化したモノマーと塩基性基を有するモノマーに、さらに中性モノマーを添加し共重合して得られたものである第1項〜第5項のいずれかに記載の固体高分子電解質。
7. 中性モノマーが、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、グリシジル(メタ)アクリレート、スチレン、アクリロニトリル、またはポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレートである第6項記載の固体高分子電解質。
8. ポリイミドが、次の(c)に示されるテトラカルボン酸二無水物およびテトラカルボン酸から選ばれた1種以上と、次の(d)に示されるジアミン化合物から選ばれた1種以上とを溶媒中にて重縮合させることによって得られるものである第1項〜第7項のいずれかに記載の固体高分子電解質。
(c)1,2,4,5−シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,4,5−シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物、ビシクロ[2.2.2]オクト−7−エン−2,3,5,6−テトラカルボン酸二無水物、1,2,4,5−シクロヘキサンテトラカルボン酸、1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸、1,2,4,5−シクロペンタンテトラカルボン酸、ビシクロ[2.2.2]オクト−7−エン−2,3,5,6−テトラカルボン酸
(d)2,2’-ジヒドロキシ-4,4’−ジアミノジフェニレン、メチレンビス[4-アミノ-2-ベンゾイックアシッド]、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、4,4’−ジアミノジシクロヘキシルメタン
9. 第1項〜第8項のいずれかに記載の固体高分子電解質を製膜してなる固体高分子電解質膜。
As a result of diligent research on the above problems, the present inventors have obtained an electrolyte polymer obtained by copolymerizing a monomer having a specific acidic group or a monomer obtained by quaternizing ammonium with the monomer and a monomer having a specific basic group, The present inventors have found that a solid polymer electrolyte membrane obtained by mixing polyimide improves methanol blocking properties while maintaining high ionic conductivity. That is, the present invention is as follows.
1. A solid polymer electrolyte obtained by mixing an electrolyte polymer obtained by copolymerizing a monomer having an acidic group or a monomer having an acidic group with a quaternary ammonium salt and a monomer having a basic group, with a polyimide, A solid polymer electrolyte that satisfies the following conditions (a) and (b):
(A) the monomer having an acidic group is a monomer having at least one selected from the group consisting of a sulfonic acid group, a phosphonic acid group, and a carboxyl group;
(B) The monomer having basicity is a monomer having at least one selected from the group consisting of an amino group, an amide group, and a urea group.
2. The mixing ratio (electrolyte polymer weight / polyimide weight) of an electrolyte polymer obtained by copolymerizing a monomer having an acidic group or a monomer having an acidic group quaternary ammonium and a monomer having a basic group with a polyimide is 10 The solid polymer electrolyte according to item 1, which is in the range of / 90 to 80/20.
3. 3. The solid polymer electrolyte according to item 1 or 2, wherein the polyimide has a hydroxyl group and / or a carboxyl group.
4). A monomer having an acidic group or a monomer having an acidic group that has been converted to a quaternary ammonium salt is acrylamidomethylpropanesulfonic acid, styrenesulfonic acid, vinylsulfonic acid, (meth) allylsulfonic acid, acid phosphohydroxyethyl methacrylate, (meta The solid polymer electrolyte according to any one of Items 1 to 3, which is acrylic acid, maleic anhydride, fumaric acid, or a quaternary ammonium salt of these monomers.
5. A monomer having a basic group is acrylamide, allylamine, vinylpyrrolidone, vinylimidazole, aminoacrylamide, aminosulfone, vinylpyridine, dimethylaminoethyl (meth) acrylate, vinylcaprolactam, vinylcarbazole, vinyldiaminotriazine or ethyleneimine. Item 5. The solid polymer electrolyte according to any one of Items 1 to 4.
6). The electrolyte polymer is obtained by copolymerization by adding a neutral monomer to a monomer having an acidic group or a monomer having an acidic group and a monomer having a quaternary ammonium group and a basic group. Item 6. The solid polymer electrolyte according to any one of Items 5 to 5.
7). The solid polymer electrolyte according to claim 6, wherein the neutral monomer is 2-hydroxyethyl (meth) acrylate, glycidyl (meth) acrylate, styrene, acrylonitrile, or polyethylene glycol di (meth) acrylate.
8). The polyimide is a solvent comprising at least one selected from the tetracarboxylic dianhydrides and tetracarboxylic acids shown in the following (c) and at least one selected from the diamine compounds shown in the following (d) Item 8. The solid polymer electrolyte according to any one of Items 1 to 7, which is obtained by polycondensation therein.
(C) 1,2,4,5-cyclohexanetetracarboxylic dianhydride, 1,2,3,4-cyclobutanetetracarboxylic dianhydride, 1,2,4,5-cyclopentanetetracarboxylic dianhydride Bicyclo [2.2.2] oct-7-ene-2,3,5,6-tetracarboxylic dianhydride, 1,2,4,5-cyclohexanetetracarboxylic acid, 1,2,3 4-cyclobutanetetracarboxylic acid, 1,2,4,5-cyclopentanetetracarboxylic acid, bicyclo [2.2.2] oct-7-ene-2,3,5,6-tetracarboxylic acid (d) 2 2,2'-dihydroxy-4,4'-diaminodiphenylene, methylenebis [4-amino-2-benzoic acid], 4,4'-diaminodiphenyl ether, 2,2-bis [4- (4-aminophenoxy) Phenyl] Pro Emissions, 1,4-bis (4-aminophenoxy) benzene, 4,4'-diaminodicyclohexylmethane 9. A solid polymer electrolyte membrane formed by forming the solid polymer electrolyte according to any one of Items 1 to 8.
本発明の特定の酸性基を有するモノマーまたは該モノマーを4級アンモニウム化したモノマーと特定の塩基性基を有するモノマーとを共重合してなる電解質ポリマーとポリイミドとを混合して得られる固体高分子電解質膜は、プロトン伝導性、およびメタノール阻止性に優れる。該固体高分子電解質膜は燃料電池用、特にDMFC用固体高分子電解質膜として有用である。また、本発明の固体高分子電解質膜の製造は簡便であり、安価に製造することができる。 A solid polymer obtained by mixing an electrolyte polymer obtained by copolymerizing a monomer having a specific acidic group of the present invention or a monomer obtained by quaternizing ammonium with the monomer and a monomer having a specific basic group with polyimide The electrolyte membrane is excellent in proton conductivity and methanol blocking property. The solid polymer electrolyte membrane is useful as a solid polymer electrolyte membrane for fuel cells, particularly for DMFC. Moreover, the production of the solid polymer electrolyte membrane of the present invention is simple and can be produced at low cost.
本発明における酸性基を有するモノマー(Aモノマーということがある)としては、スルホン酸基、ホスホン酸基、またはカルボキシル基を有するモノマーであれば良く、これらの異種のモノマーが複数混合されても良い。また、該モノマーを4級アンモニウム化したモノマー(A′モノマーということがある)でもよい。さらに炭素に結合している水素原子の一部もしくは、全てがフッ素原子と置換していても良い。 The monomer having an acidic group in the present invention (sometimes referred to as A monomer) may be any monomer having a sulfonic acid group, a phosphonic acid group, or a carboxyl group, and a plurality of these different types of monomers may be mixed. . Further, a monomer obtained by quaternary ammonium conversion of the monomer (sometimes referred to as A ′ monomer) may be used. Further, some or all of the hydrogen atoms bonded to carbon may be substituted with fluorine atoms.
具体的には、アクリルアミドメチルプロパンスルホン酸、スチレンスルホン酸、ビニルスルホン酸、(メタ)アリルスルホン酸、アッシドホスホシキエチルメタクリレート、(メタ)アクリル酸、無水マレイン酸、フマル酸などが例示できるが、これらに限定されるものではなくスルホン酸基、ホスホン酸基、およびカルボキシル基からなる群より選ばれた少なくとも1種を有するモノマーであれば良い。また、これらのモノマーの4級アンモニウム塩でも良い。 Specific examples include acrylamidomethylpropane sulfonic acid, styrene sulfonic acid, vinyl sulfonic acid, (meth) allyl sulfonic acid, acid phosphooxyethyl methacrylate, (meth) acrylic acid, maleic anhydride, and fumaric acid. However, the present invention is not limited thereto, and any monomer having at least one selected from the group consisting of a sulfonic acid group, a phosphonic acid group, and a carboxyl group may be used. Further, quaternary ammonium salts of these monomers may be used.
酸性基を有するモノマーを4級アンモニウム化するには、モノマーを適当な溶剤と混合もしくは溶かし、3級アミン化合物と反応させ、4級化すれば良い。3級アミン化合物としては、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリブチルアミン、トリヘキシルアミン、ジメチルエチルアミンなどを使用することができるが、なんらこれらに限定されるものではく、スルホン酸基、ホスホン酸基、カルボキシル基と4級化合物を生成することができればよい。溶剤としては、水、メタノール、エタノール等のアルコール類、アセトン類、ケトン類、ジメチルホルムアミド、ジメチルスホキシド、γ-ブチロラクトンなどが例示されるが、モノマー類および4級化物を溶解し、かつ4級化反応に異状をきたさなければ良い。4級化する際、多少の発熱を伴うため、60℃以下、好適には50℃以下、更には好適には40℃以下が良い。60℃以上のとき、場合によっては4級化する際に重合反応を起こす虞がある。 In order to quaternize the monomer having an acidic group, the monomer may be mixed or dissolved with an appropriate solvent, reacted with a tertiary amine compound, and quaternized. As the tertiary amine compound, trimethylamine, triethylamine, tributylamine, trihexylamine, dimethylethylamine and the like can be used. However, the tertiary amine compound is not limited to these, and sulfonic acid group, phosphonic acid group, carboxyl group and What is necessary is just to be able to produce | generate a quaternary compound. Examples of the solvent include water, alcohols such as methanol and ethanol, acetones, ketones, dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, γ-butyrolactone, etc., which dissolve monomers and quaternized compounds, and are quaternary. It is good if there is no abnormality in the chemical reaction. When quaternizing, some heat is generated, so that it is 60 ° C. or less, preferably 50 ° C. or less, and more preferably 40 ° C. or less. When the temperature is 60 ° C. or higher, there is a possibility of causing a polymerization reaction when quaternizing.
本発明における塩基性基を有するモノマー(Bモノマーということがある)としては、アミノ基、アミド基、またはウレア基を有するモノマーであればよい。また、これらの異種モノマーを複数種混合して用いてもよい。さらに、炭素に結合している水素原子の一部または全てがフッ素原子と置換していても良い。 The monomer having a basic group in the present invention (sometimes referred to as B monomer) may be any monomer having an amino group, an amide group, or a urea group. Also, a mixture of a plurality of these different monomers may be used. Furthermore, some or all of the hydrogen atoms bonded to carbon may be substituted with fluorine atoms.
具体的には、アクリルアミド、アリルアミン、ビニルピロリドン、ビニルイミダゾール、アミノアクリルアミド、アミノスルホン、ビニルピリジン、ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ビニルカプロラクタム、ビニルカルバゾール、ビニルジアミノトリアジン、エチレンイミン、及びこれらの誘導体を例示することができる。また、芳香環を有するモノマーなどが挙げられるが、これらに限定されるものではなく、アミノ基、アミド基およびウレア基からなる群より選ばれた少なくとも1種を有する脂肪族モノマーまたは芳香化合物を有するモノマーであればよい。 Specifically, acrylamide, allylamine, vinylpyrrolidone, vinylimidazole, aminoacrylamide, aminosulfone, vinylpyridine, dimethylaminoethyl (meth) acrylate, vinylcaprolactam, vinylcarbazole, vinyldiaminotriazine, ethyleneimine, and derivatives thereof It can be illustrated. In addition, examples include, but are not limited to, monomers having an aromatic ring, and have an aliphatic monomer or aromatic compound having at least one selected from the group consisting of an amino group, an amide group, and a urea group. Any monomer may be used.
AモノマーまたはA′モノマーと、Bモノマーは一般的に溶剤と共に混合される。使用される溶剤は、水、メタノール、エタノール、イソプロパノール、アセトン、ジメチルスホキサイド、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミドなどが使用できるが、これらに限定されるのではなく、重合反応が制御でき、後述する水酸基及びカルボキシル基を有するポリイミドとよく混合でき、製膜化工程において相分離等の問題とならなければ良い。好適には、N−メチルピロリドン、γ−ブチロラクトン、ジメチルアセトアミド、ジメチルスホキサイドが使用される。 The A monomer or A ′ monomer and the B monomer are generally mixed with a solvent. The solvent used may be water, methanol, ethanol, isopropanol, acetone, dimethyl sulfoxide, dimethylacetamide, dimethylformamide, etc., but is not limited thereto, and the polymerization reaction can be controlled, and the hydroxyl group described later In addition, it can be mixed well with polyimide having a carboxyl group and should not cause problems such as phase separation in the film forming process. N-methylpyrrolidone, γ-butyrolactone, dimethylacetamide, dimethyl sulfoxide are preferably used.
AモノマーまたはA′モノマーと、Bモノマーは、通常、上記溶剤を加えた溶液の状態でこれらの所定量が重合反応器に入れられる。その後混合攪拌によって均一な重合組成物が得られる。重合方法は、これらモノマーを上記反応器に一括添加する、またはこれらモノマー混合物を重合反応機内に逐次添加法にて加え重合することもできる。これら方法は、得られる重合物の性状等により適宜採用すればよく、これら技術としては当該事業者の通常の方法を用いることができる。さらに、重合反応終了後、酸化防止剤(ラジカル捕捉剤やハイドロパーオキサイド分解剤など)や着色剤など他の添加剤を一緒に混合しても良い。 A predetermined amount of the A monomer or A ′ monomer and the B monomer is usually added to the polymerization reactor in the form of a solution to which the above solvent is added. Thereafter, a uniform polymerization composition is obtained by mixing and stirring. In the polymerization method, these monomers can be added all at once to the reactor, or the monomer mixture can be added into the polymerization reactor by a sequential addition method for polymerization. These methods may be appropriately employed depending on the properties of the obtained polymer, and the usual methods of the business operator can be used as these techniques. Furthermore, after completion of the polymerization reaction, other additives such as an antioxidant (such as a radical scavenger and a hydroperoxide decomposer) and a colorant may be mixed together.
(AまたはA′+B)のモノマー混合溶液に中性モノマーを添加して、共重合させても良い。第3のモノマーとしては、2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、グリシジル(メタ)アクリレート、スチレン、アクリロニトリル、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレートなどが好適に使用される。これら第3のモノマーを添加することにより、固体高分子電解質膜中に電解質ポリマーを多く導入できる、電解質ポリマーのドメインを小さくできるなどの効果が期待できる。また、2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、グリシジル(メタ)アクリレート等を導入することにより、電解質ポリマー同士に架橋構造を導入でき、ポリイミドとの間でお互いに相互貫入したIPNポリマー(相互貫入網目構造ポリマー)となり、電解質ポリマーの遊離や溶出を防ぐことができる。結果的にこのようにして得られたIPNポリマーは、機械的強度にも優れる。電解質ポリマー同士に架橋構造を導入できるならば、ポリマーの官能基間での架橋、またパーオキサイドを添加しての水素引き抜き反応による架橋などが採用でき、得られる固体高分子電解質膜の性状等に合わせて適宜採用すれば良い。ポリマーの官能基間での架橋剤は、トリエレジイソシネート等のジイソシネート類、ポリエチレングリコールなどのジオール類、ビスフェノールA型ジエポキシ化合物等のジエポキシ類、二酸無水物などが例示できるが、何らこれら化合物に限られることなく電解質ポリマー同士及び電解質ポリマーとポリイミドとの間で架橋構造を導入できれば良い。 A neutral monomer may be added to the monomer mixed solution of (A or A ′ + B) for copolymerization. As the third monomer, 2-hydroxyethyl (meth) acrylate, glycidyl (meth) acrylate, styrene, acrylonitrile, polyethylene glycol di (meth) acrylate, or the like is preferably used. By adding these third monomers, it is possible to expect effects such as that a large amount of electrolyte polymer can be introduced into the solid polymer electrolyte membrane and that the domain of the electrolyte polymer can be reduced. In addition, by introducing 2-hydroxyethyl (meth) acrylate, glycidyl (meth) acrylate, etc., a crosslinked structure can be introduced between electrolyte polymers, and an IPN polymer (interpenetrating network structure) mutually interpenetrated with polyimide. Polymer), and the release and elution of the electrolyte polymer can be prevented. As a result, the IPN polymer thus obtained is also excellent in mechanical strength. If a cross-linked structure can be introduced between electrolyte polymers, cross-linking between functional groups of the polymer, cross-linking by hydrogen abstraction reaction by adding peroxide, etc. can be adopted, and the properties of the obtained solid polymer electrolyte membrane etc. What is necessary is just to employ | adopt suitably collectively. Examples of the cross-linking agent between the functional groups of the polymer include diisocyanates such as trielediisocyanate, diols such as polyethylene glycol, diepoxy such as bisphenol A diepoxy compound, and dianhydrides. It does not restrict to a compound, What is necessary is just to be able to introduce | transduce a crosslinked structure between electrolyte polymers and between an electrolyte polymer and a polyimide.
AモノマーまたはA′モノマーと、Bモノマーとの重合は、熱、光、電子線等により開始することができるが、熱重合の場合は、ラジカル、カチオン、アニオン重合開始剤が使用でき、好適にはラジカル開始剤が使用される。光による重合は、光増感剤および重合開始剤の組合せで行われるのが一般的であり、これらの方法を適宜使用することができる。例えば、有機溶媒を重合溶媒に使用した場合、日本油脂(株)社カタログ記載の有機過酸化物、アゾ化合物も使用することができ、ベンゾイルパーオキサイド、アゾビスイソブチロニトリルなどが好適に使用できる。水を重合溶媒に使用した場合、水溶性のラジカル開始剤を使用することができ、和光純薬工業(株)社のカタログ記載のVA−044、V−50、VA−086などが好適に使用される。 Polymerization of A monomer or A ′ monomer and B monomer can be initiated by heat, light, electron beam, etc., but in the case of thermal polymerization, radical, cation and anionic polymerization initiators can be used, A radical initiator is used. The polymerization by light is generally performed by a combination of a photosensitizer and a polymerization initiator, and these methods can be appropriately used. For example, when an organic solvent is used as a polymerization solvent, organic peroxides and azo compounds described in the catalog of Nippon Oil & Fats Co., Ltd. can also be used, and benzoyl peroxide, azobisisobutyronitrile, etc. are preferably used. it can. When water is used as a polymerization solvent, a water-soluble radical initiator can be used, and VA-044, V-50, VA-086, etc. described in the catalog of Wako Pure Chemical Industries, Ltd. are preferably used. Is done.
重合開始剤の添加量は、それぞれの重合条件にもよるがモノマーの添加量の合計100重量部に対して0.001〜5重量部、好適には0.01〜2重量部、さらに好適には0.05〜1重量部である。重合温度は、0℃〜120℃が、好適には、20℃〜100℃が、さらに好適には30℃〜80℃が適当であるが、モノマー組成、得られた重合物の物性、工程時間等により適宜選択すればよい。 The addition amount of the polymerization initiator depends on the respective polymerization conditions, but is 0.001 to 5 parts by weight, preferably 0.01 to 2 parts by weight, and more preferably 100 parts by weight of the total addition amount of monomers. Is 0.05 to 1 part by weight. The polymerization temperature is preferably from 0 ° C to 120 ° C, preferably from 20 ° C to 100 ° C, more preferably from 30 ° C to 80 ° C, but the monomer composition, the physical properties of the obtained polymer, and the process time. What is necessary is just to select suitably by etc.
このように(AまたはA′+B)のコポリマーをまず調製しておき、つぎに該コポリマーにポリイミド溶液を添加して均一溶液とし、製膜用溶液とする。 Thus, a copolymer of (A or A ′ + B) is first prepared, and then a polyimide solution is added to the copolymer to obtain a uniform solution to form a film-forming solution.
マトリックスを形成するポリイミドとしては、テトラカルボン酸二無水物またはテトラカルボン酸と、ジアミン化合物を原料とするポリイミドが適用でき、つぎに述べるような有機溶媒に可溶のポリイミドが好ましい。原料のテトラカルボン酸二無水物としては、1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸、1,2,4,5−シクロペンタンテトラカルボン酸、1,2,4,5−シクロヘキサンテトラカルボン酸、ビシクロ[2.2.2]オクト−7−エン−2,3,5,6−テトラカルボン酸などを例示することができる。これらのうち、特に好ましいのは1,2,4,5−シクロヘキサンテトラカルボン酸である。 As the polyimide forming the matrix, a tetracarboxylic dianhydride or tetracarboxylic acid and a polyimide using a diamine compound as raw materials can be applied, and a polyimide soluble in an organic solvent as described below is preferable. Examples of the raw material tetracarboxylic dianhydride include 1,2,3,4-cyclobutanetetracarboxylic acid, 1,2,4,5-cyclopentanetetracarboxylic acid, 1,2,4,5-cyclohexanetetracarboxylic acid. And bicyclo [2.2.2] oct-7-ene-2,3,5,6-tetracarboxylic acid. Of these, 1,2,4,5-cyclohexanetetracarboxylic acid is particularly preferred.
ポリイミド原料としてのジアミン化合物は、例えば、2,2’-ジヒドロキシ-4,4’−ジアミノジフェニレン、メチレンビス[4-アミノ-2-ベンゾイックアシッド]、p−フェニレンジアミン、m−フェニレンジアミン、4,4’−ジアミノビフェニル、4,4’−ジアミノ−2,2’−ジメチルビフェニル、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジメチルビフェニル、4,4’−ジアミノ−2,2’−ジトリフルオロメチルビフェニル、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、3,4’−ジアミノジフェニルエーテル、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−ジアミノベンゾフェノン、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、4,4’−ジアミノジフェニルスルフィド、1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、4,4’−ビス(4−アミノフェノキシ)ビフェニル、ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]スルホン、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン、ビス[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]スルホン、9,9−ビス(4−アミノフェニル)フルオレンなどの芳香族ジアミン化合物、エチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、ポリエチレングリコールビス(3−アミノプロピル)エーテル、ポリプロピレングリコールビス(3−アミノプロピル)エーテル、1,3−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、1,4−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、4,4’−ジアミノジシクロヘキシルメタン、3(4),8(9)−ビス(アミノメチル)−トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン、メタキシリレンジアミン、パラキシリレンジアミン、イソホロンジアミン、ノルボルナンジアミン、シロキサンジアミン類などの脂肪族ジアミン化合物を挙げることができる。これらは1種類単独または2種類以上を混合して使用することができる。 Examples of the diamine compound as a polyimide raw material include 2,2′-dihydroxy-4,4′-diaminodiphenylene, methylenebis [4-amino-2-benzoic acid], p-phenylenediamine, m-phenylenediamine, 4 , 4′-diaminobiphenyl, 4,4′-diamino-2,2′-dimethylbiphenyl, 4,4′-diamino-3,3′-dimethylbiphenyl, 4,4′-diamino-2,2′-ditri Fluoromethylbiphenyl, 4,4′-diaminodiphenyl ether, 3,4′-diaminodiphenyl ether, 4,4′-diaminodiphenylmethane, 4,4′-diaminobenzophenone, 4,4′-diaminodiphenyl sulfone, 4,4′- Diaminodiphenyl sulfide, 1,4-bis (4-aminophenoxy) benzene, 1,3-bis (4-aminophenyl) Noxy) benzene, 4,4′-bis (4-aminophenoxy) biphenyl, bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl] sulfone, 2,2-bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl] propane, 2,2-bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl] -1,1,1,3,3,3-hexafluoropropane, bis [4- (3-aminophenoxy) phenyl] sulfone, 9,9 -Aromatic diamine compounds such as bis (4-aminophenyl) fluorene, ethylenediamine, hexamethylenediamine, polyethylene glycol bis (3-aminopropyl) ether, polypropylene glycol bis (3-aminopropyl) ether, 1,3-bis ( Aminomethyl) cyclohexane, 1,4-bis (aminomethyl) cyclohexane, 4,4 ′ Diaminodicyclohexylmethane, 3 (4), 8 (9) - bis (aminomethyl) - tricyclo [5.2.1.0 2,6] decane, m-xylylenediamine, p-xylylenediamine, isophoronediamine, norbornanediamine And aliphatic diamine compounds such as siloxane diamines. These can be used individually by 1 type or in mixture of 2 or more types.
ジアミン化合物として好適には、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、4,4’−ジアミノジシクロヘキシルメタン等、またはこれらの誘導体を例示することができる。さらに好適には、2,2’-ジヒドロキシ-4,4’−ジアミノジフェニレン、メチレンビス[4-アミノ-2-ベンゾイックアシッド]、またはこれらを含むジアミン化合物である。ただし、これらに限定されるものではなく、有機溶剤に可溶のポリイミド、好適には、有機溶剤に可溶で、かつ水酸基および/またはカルボキシル基を有するポリイミドが得られれば良い。 As the diamine compound, 4,4′-diaminodiphenyl ether, 1,4-bis (4-aminophenoxy) benzene, 2,2-bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl] propane, 4,4 ′ -Diaminodicyclohexylmethane etc., or these derivatives can be illustrated. More preferred are 2,2'-dihydroxy-4,4'-diaminodiphenylene, methylenebis [4-amino-2-benzoic acid], or a diamine compound containing these. However, the present invention is not limited to these, and a polyimide that is soluble in an organic solvent, preferably a polyimide that is soluble in an organic solvent and has a hydroxyl group and / or a carboxyl group may be obtained.
所定量のテトラカルボン酸二無水物またはテトラカルボン酸と、ジアミン化合物を所定の溶剤に混合し昇温して、脱水縮合反応を行なわせ所望のポリイミドを製造することができる。例えば、テトラカルボン酸類と全ジアミン化合物の反応モル比は、どちらか一方に対してもう一方が95〜105モル%の範囲が好ましい。更に好ましくは、98〜102モル%の範囲である。また、脱水縮合反応に触媒を使用する際、用いるテトラカルボン酸成分1モルに対して、触媒の3級アミン化合物を0.001〜1.0モル使用する。3級アミン化合物としては、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン、トリエタノールアミン、N,N−ジメチルエタノールアミン、N,N−ジエチルエタノールアミン、トリエチレンジアミン、N−メチルピロリジン、N−エチルピロリジン、N−メチルピペリジン、N−エチルピペリジン、イミダゾール、ピリジン、キノリン、イソキノリンなどを例示することができる。特に好ましいのはトリエチルアミンである。溶媒としては、γ-ブチロラクトン、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、ヘキサメチルホスホルアミド、テトラメチレンスルホン、p−クロルフェノール、m−クレゾール、2−クロル−4−ヒドロキシトルエンなどを例示することができる。これらは1種単独または2種以上を混合して使用することができる。これらのうち好ましいのは、γ-ブチロラクトン、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2-ピロリドン、ジメチルスルホキサイドである。さらに重合体が析出しない程度にポリイミドの貧溶媒を併用することができる。貧溶媒としては、例えば、ヘキサン、ヘプタン、ベンゼン、トルエン、キシレン、クロルベンゼン、o−ジクロロベンゼンなどを挙げることができる。溶媒の使用量は、テトラカルボン酸成分および全ジアミン成分の総重量が反応液全体の重量に対して1〜50重量%となる量である。好ましくは20〜45重量%となる量である。 A desired polyimide can be produced by mixing a predetermined amount of tetracarboxylic dianhydride or tetracarboxylic acid and a diamine compound in a predetermined solvent and raising the temperature to perform a dehydration condensation reaction. For example, the reaction molar ratio of the tetracarboxylic acids and the total diamine compound is preferably in the range of 95 to 105 mol% with respect to either one. More preferably, it is the range of 98-102 mol%. Moreover, when using a catalyst for dehydration condensation reaction, 0.001-1.0 mol of tertiary amine compounds of a catalyst are used with respect to 1 mol of tetracarboxylic acid components to be used. Tertiary amine compounds include trimethylamine, triethylamine, tripropylamine, tributylamine, triethanolamine, N, N-dimethylethanolamine, N, N-diethylethanolamine, triethylenediamine, N-methylpyrrolidine, N-ethylpyrrolidine. N-methylpiperidine, N-ethylpiperidine, imidazole, pyridine, quinoline, isoquinoline and the like. Particularly preferred is triethylamine. Solvents include γ-butyrolactone, N, N-dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone, N, N-dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, hexamethylphosphoramide, tetramethylene sulfone, p-chlorophenol, m- Examples thereof include cresol and 2-chloro-4-hydroxytoluene. These can be used individually by 1 type or in mixture of 2 or more types. Of these, γ-butyrolactone, N, N-dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone and dimethyl sulfoxide are preferred. Furthermore, a poor solvent for polyimide can be used in combination so that the polymer does not precipitate. Examples of the poor solvent include hexane, heptane, benzene, toluene, xylene, chlorobenzene, o-dichlorobenzene, and the like. The amount of the solvent used is such that the total weight of the tetracarboxylic acid component and the total diamine component is 1 to 50% by weight with respect to the total weight of the reaction solution. The amount is preferably 20 to 45% by weight.
テトラカルボン酸成分とジアミン化合物成分の仕込み方法は特に限定されず、両成分を一括に仕込む方法、どちらか一方の成分を含む溶液中(完全に溶解していなくてもよい)にもう一方の成分を固体または溶液の状態で徐々に仕込む方法などを行なうことができる。 The method for preparing the tetracarboxylic acid component and the diamine compound component is not particularly limited. The other component is contained in a solution containing one of the two components in a batch (not necessarily completely dissolved). Or the like can be gradually charged in a solid or solution state.
3級アミン化合物はその触媒効果を充分に発揮させるために、昇温して目標温度に到達するまでに仕込むのが好ましい。特に溶媒、テトラカルボン酸成分、およびジアミン化合物を仕込むのと同時に仕込むことが好ましい。溶媒の仕込み方法は特に限定されず、あらかじめ反応槽内へ仕込む方法、テトラカルボン酸成分、もしくはジアミン化合物のどちらか一方、またはその両方が存在する反応槽へ仕込む方法、テトラカルボン酸成分、またはジアミン成分のどちらか一方をあらかじめ溶解させてから反応槽内へ仕込む方法などを、それら単独かまたは組み合わせて行なうことができる。 The tertiary amine compound is preferably charged until the temperature reaches the target temperature in order to sufficiently exert its catalytic effect. In particular, it is preferable that the solvent, the tetracarboxylic acid component, and the diamine compound are charged at the same time. The method of charging the solvent is not particularly limited, and is a method of charging into the reaction tank in advance, a method of charging into the reaction tank in which either one or both of the tetracarboxylic acid component and the diamine compound are present, the tetracarboxylic acid component, or the diamine. A method in which either one of the components is dissolved in advance and then charged into the reaction vessel can be performed alone or in combination.
反応温度は、150〜250℃の範囲である。反応圧力は通常、常圧であるが、加圧でもよい。保持時間は0.2〜48時間の範囲である。得られたポリイミドは一般的には、N−メチルピロリドン、γ−ブチロラクトン、ジメチルアセトアミド、ジメチルスホキサイドなどの溶剤に溶かして使用される。好適なポリイミド濃度は5〜20%の範囲である。 The reaction temperature is in the range of 150-250 ° C. The reaction pressure is usually atmospheric pressure, but may be increased. The holding time is in the range of 0.2 to 48 hours. The obtained polyimide is generally used by dissolving in a solvent such as N-methylpyrrolidone, γ-butyrolactone, dimethylacetamide, dimethyl sulfoxide. A suitable polyimide concentration is in the range of 5-20%.
AモノマーまたはA′モノマーとBモノマーとの共重合によって得られた電解質ポリマーの溶液と、マトリックスを形成するポリイミド溶液とを混合して、製膜用溶液を調製するに際し、該電解質ポリマーとポリイミドとの混合割合(電解質ポリマー重量/ポリイミド重量)は、10/90〜80/20の範囲である。電解質ポリマーの割合は、80重量%以下、好適には75重量%以下、更に好適には70重量%以下が良い。電解質ポリマーの割合が80重量%を超える場合では製膜後、0.5モル硫酸処理または水洗処理においてボロボロになり、自立膜が得られない(比較例1参照)。一方、電解質ポリマーの割合が10重量%より少ない場合は十分なイオン伝導性を示さない(比較例5参照)。 In preparing a film-forming solution by mixing a solution of an electrolyte polymer obtained by copolymerization of an A monomer or A ′ monomer and a B monomer with a polyimide solution that forms a matrix, the electrolyte polymer and the polyimide The mixing ratio (weight of electrolyte polymer / weight of polyimide) is in the range of 10/90 to 80/20. The proportion of the electrolyte polymer is 80% by weight or less, preferably 75% by weight or less, and more preferably 70% by weight or less. When the proportion of the electrolyte polymer exceeds 80% by weight, it becomes tattered in the 0.5 mol sulfuric acid treatment or the water washing treatment after film formation, and a self-supporting membrane cannot be obtained (see Comparative Example 1). On the other hand, when the proportion of the electrolyte polymer is less than 10% by weight, sufficient ionic conductivity is not exhibited (see Comparative Example 5).
製膜する方法としては、一般的なキャスト製膜法を採用することができる。濃度調整した電解質ポリマーとポリイミドとの混合溶液をガラス板に所定の厚さになるように塗布し、所定の温度で乾燥硬化させることにより所望の固体高分子電解質膜を得ることができる。 As a film forming method, a general cast film forming method can be employed. A desired solid polymer electrolyte membrane can be obtained by applying a mixed solution of a concentration-adjusted electrolyte polymer and polyimide to a glass plate so as to have a predetermined thickness, and drying and curing at a predetermined temperature.
さらに、電解質ポリマーとポリイミド溶液から得られる電解質膜とガラス板との離型性を向上させるために、離型剤を使用しても良い。内部離型剤として、ステアリン酸、ステアリン酸亜鉛などが使用できる。外部離型剤としては、(株)佐鳴および中京化成工業(株)のカタログ記載の外部離型剤を使用することができる。例えば、ミラーグレーズ(佐鳴社製)、ペリコートS6、ペリコートMD8(中京化成工業社製)などを例示することができるが、これらに限定されるものではく、離型性の良いものであればよい。また、離型剤に代えてポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミドなどのフィルムをガラス板の間に挟んで使用することもできる。 Furthermore, a mold release agent may be used in order to improve the mold release property between the electrolyte membrane obtained from the electrolyte polymer and the polyimide solution and the glass plate. As the internal mold release agent, stearic acid, zinc stearate or the like can be used. As an external mold release agent, an external mold release agent described in catalogs of Samei Co., Ltd. and Chukyo Chemical Industry Co., Ltd. can be used. For example, Mirror Glaze (manufactured by Samei Co., Ltd.), Pericoat S6, Pericoat MD8 (manufactured by Chukyo Kasei Kogyo Co., Ltd.) and the like can be exemplified. Good. Moreover, it can replace with a mold release agent and can also use it, putting films, such as polyethylene, a polypropylene, a polyvinyl chloride, a polyvinylidene chloride, a polyethylene terephthalate, a polyimide, between glass plates.
上記のようにして作製された固体高分子電解質膜の膜厚は200μm以下、好適には180μm以下、更に好適には150μm以下である。 The film thickness of the solid polymer electrolyte membrane produced as described above is 200 μm or less, preferably 180 μm or less, and more preferably 150 μm or less.
また、上記固体高分子電解質膜のイオン伝導度は1×10−4S/cm以上、好適には5×10−4S/cm以上、更に好適には1×10−3S/cm以上が良い。 The ionic conductivity of the solid polymer electrolyte membrane is 1 × 10 −4 S / cm or more, preferably 5 × 10 −4 S / cm or more, more preferably 1 × 10 −3 S / cm or more. good.
さらに、上記固体高分子電解質膜のメタノール透過率は60μg/cm・min以下であり、好適には50μg/cm・min以下、さらに好適には40μg/cm・min以下である。 Further, the methanol permeability of the solid polymer electrolyte membrane is 60 μg / cm · min or less, preferably 50 μg / cm · min or less, more preferably 40 μg / cm · min or less.
以下に実施例を挙げ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より限定されるものではない。なお、合成例、重合例、実施例および比較例における部および%は、特に断らない限り重量基準である。各種測定は、次のようにして行なった。
イオン伝導度測定
本発明の固体高分子電解質膜のイオン伝導度の測定は、英国ソーラトロン社製のインピーダンスアナライザーSI1260型を用い、25℃で高周波インピーダンス測定を行なった。次に、Col−Colプロットより直流成分Rを読み取り、プロトン伝導度を算出した。
メタノール透過率測定
本発明の固体高分子電解質膜のメタノール透過率の測定は、次のような方法に従った。得られた固体高分子電解質膜を連通管の中央に挟み、片方に30%メタノール水溶液100mlを、もう片方にイオン交換水100mlを仕込み、40℃の恒温水槽に浸した。水側に浸透してくるメタノールをガスクロマトグラフにより定量し、メタノール透過速度(mg/cm2/min)をまず算出した。つぎに膜厚を考慮に入れたメタノール透過率(μg/cm・min)を下記の計算式に基づいて算出した。
メタノール透過率(μg/cm・min)=メタノール透過速度(mg/cm2/min)×膜厚(μm)
機械強度測定
本発明の固体高分子電解質膜の機械強度の測定は、ASTM D 3039に準拠して、島津製作所製島津オートグラフを用い、室温下、以下の方法で測定した。得られた膜を幅10mm、長さ65mm、標点距離20mmで最小幅3mmの杵状の型抜き機を用いて打ち抜き、チャッキに挟んで適当な速度引張試験を行ない、破断するまで測定を継続した。最大降伏点で強度を機械強度とした。
The present invention will be described more specifically with reference to the following examples. However, the present invention is not limited to these examples. In the synthesis examples, polymerization examples, examples and comparative examples, parts and% are based on weight unless otherwise specified. Various measurements were performed as follows.
Ionic conductivity measurement The ionic conductivity of the solid polymer electrolyte membrane of the present invention was measured at 25 ° C. using an impedance analyzer SI1260 manufactured by Solartron. Next, the direct current component R was read from the Col-Col plot, and the proton conductivity was calculated.
Measurement of methanol permeability The methanol permeability of the solid polymer electrolyte membrane of the present invention was measured according to the following method. The obtained solid polymer electrolyte membrane was sandwiched in the center of the communication tube, 100 ml of 30% methanol aqueous solution was charged on one side, and 100 ml of ion exchange water on the other side, and immersed in a constant temperature water bath at 40 ° C. The methanol permeating into the water side was quantified by gas chromatography, and the methanol permeation rate (mg / cm 2 / min) was first calculated. Next, the methanol permeability (μg / cm · min) taking into account the film thickness was calculated based on the following formula.
Methanol permeability (μg / cm · min) = Methanol permeation rate (mg / cm 2 / min) × film thickness (μm)
Measurement of mechanical strength The mechanical strength of the solid polymer electrolyte membrane of the present invention was measured using Shimadzu Autograph manufactured by Shimadzu Corporation at room temperature according to ASTM D 3039 by the following method. The obtained film is punched using a bowl-shaped die-cutting machine with a width of 10 mm, a length of 65 mm, a gauge distance of 20 mm, and a minimum width of 3 mm. did. The strength was the mechanical strength at the maximum yield point.
合成例1 1,2,4,5−シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物と4,4’−ジアミノジフェニルエーテルおよびメチレンビス[4-アミノ-2-ベンゾイックアシッド]からのポリイミドの製造
300ミリリットルの5ツ口ガラス製丸底フラスコに、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル(ODA)0.058モル、メチレンビス[4-アミノ-2-ベンゾイックアシッド](MBAA)0.058モル、γ-ブチロラクトン65.0gを量り取り、ステンレス製半月型攪拌翼、窒素導入管、冷却管を取り付けたディーンスターク、温度計、ガラス製エンドキャップを取り付け、窒素雰囲気下、100rpmで攪拌して溶解させた。これに1,2,4,5−シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物(HPMDA)0.116モルとジメチルアセトアミド16.3gを加え、フラスコにマントルヒーターを取り付け、180℃まで反応系内温度を上げた。留去される成分を捕集しつつ、その状態のまま2時間放置した。ジメチルアセトアミド118.7gを添加後、マントルヒーターを外して空冷し、固形分濃度20wt%のポリイミドワニスを得た(これをポリイミドHPMDA-ODA-MBAAと呼ぶ)。
Synthesis Example 1 Production of polyimide from 1,2,4,5-cyclohexanetetracarboxylic dianhydride, 4,4′-diaminodiphenyl ether and methylenebis [4-amino-2-benzoic acid] 300 ml of 5 necks In a glass round bottom flask, weigh 0.054 mol of 4,4′-diaminodiphenyl ether (ODA), 0.058 mol of methylenebis [4-amino-2-benzoic acid] (MBAA), and 65.0 g of γ-butyrolactone. A Dean-Stark equipped with a stainless steel half-moon stirring blade, a nitrogen inlet tube, a cooling tube, a thermometer, and a glass end cap were attached, and the mixture was dissolved by stirring at 100 rpm in a nitrogen atmosphere. To this, 0.116 mol of 1,2,4,5-cyclohexanetetracarboxylic dianhydride (HPMDA) and 16.3 g of dimethylacetamide were added, a mantle heater was attached to the flask, and the temperature in the reaction system was raised to 180 ° C. . The component to be distilled off was collected and left in that state for 2 hours. After adding 118.7 g of dimethylacetamide, the mantle heater was removed and air-cooled to obtain a polyimide varnish having a solid content concentration of 20 wt% (referred to as polyimide HPMDA-ODA-MBAA).
合成例2 1,2,4,5−シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物と2,2’-ジヒドロキシ-4,4’−ジアミノジフェニレンとのポリイミドの製造
合成例1で使用した4,4’−ジアミノジフェニルエーテルおよびメチレンビス[4-アミノ-2-ベンゾイックアシッド]の代わりに2,2’-ジヒドロキシ-4,4’−ジアミノジフェニレン(HAB)25.06g(0.116モル)を使用し、保持時間を4時間とした以外は合成例1と同様にしてポリイミドを合成した。反応液は均一褐色透明な粘稠液体でポリイミドの溶解性は良好であった。ポリマー濃度20.0%で、合成例1と同様にして無色透明のフレキシブルな膜厚100μmのフィルムを得た。このフィルムのIRスペクトルを測定したところ、ν(C=O)1772、1706cm−1のイミド環の特性吸収を認め、ポリイミドの生成を確認した。(ポリイミドHPMDA-HABと呼ぶ)。
Synthesis Example 2 Production of polyimide from 1,2,4,5-cyclohexanetetracarboxylic dianhydride and 2,2′-dihydroxy-4,4′-diaminodiphenylene 4,4′- used in Synthesis Example 1 Instead of diaminodiphenyl ether and methylenebis [4-amino-2-benzoic acid], 25.06 g (0.116 mol) of 2,2′-dihydroxy-4,4′-diaminodiphenylene (HAB) was used and retained. A polyimide was synthesized in the same manner as in Synthesis Example 1 except that the time was 4 hours. The reaction solution was a uniform brown transparent viscous liquid, and the solubility of the polyimide was good. A colorless and transparent flexible film having a thickness of 100 μm was obtained in the same manner as in Synthesis Example 1 at a polymer concentration of 20.0%. When the IR spectrum of this film was measured, the characteristic absorption of the imide ring of ν (C═O) 1772 and 1706 cm −1 was recognized, and the formation of polyimide was confirmed. (Referred to as polyimide HPMDA-HAB).
合成例3 1,2,4,5−シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物と2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパンおよびメチレンビス[4-アミノ-2-ベンゾイックアシッド]からのポリイミドの製造
300ミリリットルの5ツ口ガラス製丸底フラスコに、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン(BAPP)0.058モル、メチレンビス[4-アミノ-2-ベンゾイックアシッド](MBAA)0.058モル、γ-ブチロラクトン78.0gを量り取り、ステンレス製半月型攪拌翼、窒素導入管、冷却管を取り付けたディーンスターク、温度計、ガラス製エンドキャップを取り付け、窒素雰囲気下、100rpmで攪拌して溶解させた。これに1,2,4,5−シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物(HPMDA)0.116モルとジメチルアセトアミド16.3gを加え、フラスコにマントルヒーターを取り付け、180℃まで反応系内温度を上げた。留去される成分を捕集しつつ、その状態のまま2時間放置した。ジメチルアセトアミド118.7gを添加後、マントルヒーターを外して空冷し、固形分濃度20wt%のポリイミドワニスを得た(これをポリイミドHPMDA-BAPP-MBAAと呼ぶ)。
Synthesis Example 3 From 1,2,4,5-cyclohexanetetracarboxylic dianhydride, 2,2-bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl] propane and methylenebis [4-amino-2-benzoic acid] Preparation of Polyimide In a 300 ml 5-neck glass round bottom flask, 0.058 mol of 2,2-bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl] propane (BAPP), methylenebis [4-amino-2- Benzoic acid] (MBAA) 0.058 mol, γ-butyrolactone 78.0 g, weighed stainless steel half-moon stirrer, nitrogen inlet tube, Dean Stark fitted with cooling tube, thermometer, glass end cap The solution was stirred and dissolved at 100 rpm in a nitrogen atmosphere. To this, 0.116 mol of 1,2,4,5-cyclohexanetetracarboxylic dianhydride (HPMDA) and 16.3 g of dimethylacetamide were added, a mantle heater was attached to the flask, and the temperature in the reaction system was raised to 180 ° C. . The component to be distilled off was collected and left in that state for 2 hours. After adding 118.7 g of dimethylacetamide, the mantle heater was removed and air-cooled to obtain a polyimide varnish having a solid content concentration of 20 wt% (referred to as polyimide HPMDA-BAPP-MBAA).
合成例4 1,2,4,5−シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物と4,4’−ジアミノジフェニルエーテルからのポリイミドの製造
温度計、撹拌機、窒素導入管、精留塔、リービッヒ冷却管を備えた300mlの5つ口フラスコに、窒素気流下、N,N−ジメチルアセトアミド7.0g、γ−ブチロラクトン27.8g、トリエチルアミン0.25g(0.0025モル)、1,2,4,5−シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物11.32g(0.05モル)、および4,4’−ジアミノジフェニルエーテル10.06g(0.05モル)を仕込んだ。撹拌しながら180℃まで昇温したのち、その温度を3時間保持した。180℃まで昇温する間、水が主成分である留出成分を分離回収した。その後、内温が150℃になるまで空冷してN,N−ジメチルアセトアミド30.0gを加え均一になるまで撹拌し、その後、内温が60℃になるまで空冷して反応液を取り出した。反応液は均一透明でポリイミドの溶解性は良好であった。ポリマー濃度23.2%で、得られた溶液をガラス板に塗布し、100℃のホットプレート上で1時間乾燥後、ガラス板から剥がして自立膜を得、ステンレス製の固定治具に固定して熱風乾燥機中220℃で2時間乾燥させ、無色透明のフレキシブルな膜厚100μmのフィルムを得た。このフィルムのIRスペクトルを測定したところ、ν(C=O)1772、1700cm−1のイミド環の特性吸収を認め、ポリイミドの生成を確認した。また、このフィルムのガラス転移温度は307℃(DSC)、熱分解開始温度は479℃(DTG)、全光線透過率は89%、対数粘度は0.95dl/gであった。これにジメチルスホキサイド111.4gを添加してポリマー濃度10%に調整した(ポリイミドHPMDA-ODAと呼ぶ)。
Synthesis Example 4 Production of polyimide from 1,2,4,5-cyclohexanetetracarboxylic dianhydride and 4,4'-diaminodiphenyl ether Thermometer, stirrer, nitrogen introduction tube, rectification column, Liebig condenser In a 300 ml five-necked flask, 7.0 g of N, N-dimethylacetamide, 27.8 g of γ-butyrolactone, 0.25 g (0.0025 mol) of triethylamine, 1,2,4,5-cyclohexane under a nitrogen stream Tetracarboxylic dianhydride 11.32 g (0.05 mol) and 4,4′-diaminodiphenyl ether 10.06 g (0.05 mol) were charged. The temperature was raised to 180 ° C. with stirring, and the temperature was maintained for 3 hours. While the temperature was raised to 180 ° C., a distillate component containing water as a main component was separated and recovered. Thereafter, the mixture was air-cooled until the internal temperature reached 150 ° C., 30.0 g of N, N-dimethylacetamide was added, and the mixture was stirred until it became uniform. The reaction solution was uniformly transparent and the solubility of the polyimide was good. At a polymer concentration of 23.2%, the obtained solution was applied to a glass plate, dried on a hot plate at 100 ° C. for 1 hour, then peeled off from the glass plate to obtain a self-supporting film, and fixed to a stainless steel fixing jig. And dried in a hot air dryer at 220 ° C. for 2 hours to obtain a colorless and transparent flexible film having a thickness of 100 μm. When the IR spectrum of this film was measured, the characteristic absorption of the imide ring of ν (C═O) 1772, 1700 cm −1 was recognized, and the formation of polyimide was confirmed. The film had a glass transition temperature of 307 ° C. (DSC), a thermal decomposition starting temperature of 479 ° C. (DTG), a total light transmittance of 89%, and a logarithmic viscosity of 0.95 dl / g. To this, 111.4 g of dimethyl sulfoxide was added to adjust the polymer concentration to 10% (referred to as polyimide HPMDA-ODA).
合成例5 1,2,4,5−シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物と2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパンとのポリイミドの製造
実施例4で使用した4,4’−ジアミノジフェニルエーテルの代わりに2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン20.63g(0.05モル)を使用し、保持時間を4時間とした以外は実施例1と同様にしてポリイミドを合成した。反応液は均一透明でポリイミドの溶解性は良好であった。ポリマー濃度31.8%で、合成例1と同様にして無色透明のフレキシブルな膜厚100μmのフィルムを得た。このフィルムのIRスペクトルを測定したところ、ν(C=O)1772、1706cm−1のイミド環の特性吸収を認め、ポリイミドの生成を確認した。また、このフィルムのガラス転移温度は259℃(DSC)、熱分解開始温度は484℃(DTG)、全光線透過率は88%、対数粘度は0.89dl/gであった。これにジメチルスホキサイド206.6gを添加してポリマー濃度10%に調整した(ポリイミドHPMDA-BAPPと呼ぶ)。
Synthesis Example 5 Preparation of polyimide of 1,2,4,5-cyclohexanetetracarboxylic dianhydride and 2,2-bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl] propane 4,4 used in Example 4 Example 1 except that 20.63 g (0.05 mol) of 2,2-bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl] propane was used in place of '-diaminodiphenyl ether and the retention time was 4 hours. A polyimide was synthesized in the same manner. The reaction solution was uniformly transparent and the solubility of the polyimide was good. A colorless and transparent flexible film having a thickness of 100 μm was obtained in the same manner as in Synthesis Example 1 at a polymer concentration of 31.8%. When the IR spectrum of this film was measured, the characteristic absorption of the imide ring of ν (C═O) 1772 and 1706 cm −1 was recognized, and the formation of polyimide was confirmed. The film had a glass transition temperature of 259 ° C. (DSC), a thermal decomposition starting temperature of 484 ° C. (DTG), a total light transmittance of 88%, and a logarithmic viscosity of 0.89 dl / g. To this, 206.6 g of dimethyl sulfoxide was added to adjust the polymer concentration to 10% (referred to as polyimide HPMDA-BAPP).
重合例1 酸性基を有するモノマーと塩基性基を有するモノマーとの共重合
2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸10.4g(0.05mol)、アクリルアミド3.6g(0.05mol)(酸性基を有するモノマーと塩基性基を有するモノマーの官能基当量数の比:50/50)、ジメチルスホキサイド(DMSO)105.6gおよび重合開始剤アゾビスイソブチロニトリルの2%ジメチルスホキサイド溶液20gを攪拌機、冷却管を備え付けた200mlセパラブルフラスコに仕込み、窒素ガスを吹き込みつつ重合温度70℃で5時間重合させた。これをポリマーAとし、ポリマー濃度10%で、淡黄色透明で粘稠な液体が得られた。実施例1で使用した。
Polymerization Example 1 Copolymerization of a monomer having an acidic group and a monomer having a basic group 10.4 g (0.05 mol) of 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid, 3.6 g (0.05 mol) of acrylamide (acidic group) Ratio of functional group equivalents of monomer having a basic group and monomer having a basic group: 50/50), 105.6 g of dimethyl sulfoxide (DMSO) and 2% dimethyl sulfoxide of polymerization initiator azobisisobutyronitrile 20 g of the solution was charged into a 200 ml separable flask equipped with a stirrer and a cooling tube, and polymerized at a polymerization temperature of 70 ° C. for 5 hours while blowing nitrogen gas. This was polymer A, and a light yellow transparent and viscous liquid was obtained at a polymer concentration of 10%. Used in Example 1.
重合例2 酸性基を有するモノマーを4級アンモニウム化したモノマーと塩基性基を有するモノマーとの共重合
2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸10.4g(0.05mol)、アクリルアミド3.6g(0.05mol)(酸性基を有するモノマーと塩基性基を有するモノマーの官能基当量数の比:50/50)、トリエチルアミン6.1g(0.06mol)とを重合例1と同様の装置に仕込み、同様の重合操作を行い、溶液は淡褐色で10%のDMSO溶液を得た。これをポリマーBとし、実施例2で使用した。
Polymerization Example 2 Copolymerization of a monomer having an acidic group quaternary ammonium and a monomer having a basic group 10.4 g (0.05 mol) of 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid, 3.6 g of acrylamide ( 0.05 mol) (ratio of the number of functional group equivalents of the monomer having an acidic group and the monomer having a basic group: 50/50) and 6.1 g (0.06 mol) of triethylamine were charged in the same apparatus as in Polymerization Example 1. The same polymerization operation was performed to obtain a 10% DMSO solution with a light brown color. This was designated as Polymer B and used in Example 2.
重合例3 酸性基を有するモノマーを4級アンモニウム化したモノマーと塩基性基を有するモノマーとの共重合
2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸10.4g(0.05mol)、アクリルアミド3.56g(0.05mol)(酸性基を有するモノマーと塩基性基を有するモノマーの官能基当量数の比:50/50)、トリブチルアミン0.27g(0.05mol)と2−ヒドロキシエチルメタクリレート1.30g(0.01mol)および溶媒のDMSO40gに溶解させ、滴下ロートに仕込んだ。実施例1と同様の200mlセパラブルフラスコにDMSO48gを仕込み、窒素ガスを吹き込みつつ重合温度70℃に昇温し、滴下ロート中のモノマー溶液と重合開始剤アゾビスイソブチロニトリルの2%DMSO溶液20gとを1時間かけて重合フラスコ中に加え、その後4時間重合反応を継続させた。ポリマー濃度20.0%で、黄色透明で粘稠な液体が得られた。これにジメチルスホキサイド134.6gを添加してポリマー濃度10%に調整し、これをポリマーCとした。実施例3および4で使用した。
Polymerization Example 3 Copolymerization of a monomer having an acidic group with a quaternary ammonium salt and a monomer having a basic group 10.4 g (0.05 mol) of 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid, 3.56 g of acrylamide ( 0.05 mol) (ratio of functional group equivalent number of monomer having acidic group and monomer having basic group: 50/50), 0.27 g (0.05 mol) of tributylamine and 1.30 g of 2-hydroxyethyl methacrylate ( 0.01 mol) and 40 g of DMSO as a solvent, and dissolved in a dropping funnel. A 200 ml separable flask as in Example 1 was charged with 48 g of DMSO, heated to a polymerization temperature of 70 ° C. while blowing nitrogen gas, and a 2% DMSO solution of the monomer solution in the dropping funnel and the polymerization initiator azobisisobutyronitrile. 20 g was added to the polymerization flask over 1 hour, and then the polymerization reaction was continued for 4 hours. A yellow transparent and viscous liquid was obtained at a polymer concentration of 20.0%. To this, 134.6 g of dimethyl sulfoxide was added to adjust the polymer concentration to 10%. Used in Examples 3 and 4.
実施例1 固体高分子電解質膜の製造(キャストフィルム)
重合例1で得られたポリマーAの4.0gと合成例1で得られたポリイミドHPMDA-ODA-MBAA溶液4.0gおよびジメチルスホキサイド(DMSO)8.0gを加え、攪拌し均一溶液とした(全ポリマー濃度5.0%)。これをガラス板の片面に外部離型剤としてペリコートSを薄く塗布し、この面を上面して膜厚0.5mmのテフロン(登録商標)ゴムにより周りに堰を作り、この囲み中に調整した混合溶液を静かに流し込み、水平を出したホットプレート上に静置した。ホットプレート温度を70℃より120℃まで6時間かけて昇温し、膜厚27μmの電解質膜を得た。次に、この膜の両側に白金電極を装着し、イオン伝導度を測定した結果、1.4×10−2S/cmであった。メタノール透過速度は、4.5mg/cm2/minで、メタノール透過率は12μg/cm・minであった。
Example 1 Production of a solid polymer electrolyte membrane (cast film)
4.0 g of Polymer A obtained in Polymerization Example 1 and 4.0 g of polyimide HPMDA-ODA-MBAA solution obtained in Synthesis Example 1 and 8.0 g of dimethyl sulfoxide (DMSO) were added and stirred to obtain a homogeneous solution. (Total polymer concentration 5.0%). Pericot S was thinly applied to one side of the glass plate as an external mold release agent, and the surface was turned upside down to form a weir around 0.5 mm thick Teflon (registered trademark) rubber and adjusted in this enclosure. The mixed solution was poured gently and allowed to stand on a horizontal hot plate. The hot plate temperature was raised from 70 ° C. to 120 ° C. over 6 hours to obtain an electrolyte membrane having a thickness of 27 μm. Next, platinum electrodes were mounted on both sides of the membrane, and the ionic conductivity was measured. As a result, it was 1.4 × 10 −2 S / cm. The methanol transmission rate was 4.5 mg / cm 2 / min, and the methanol transmission rate was 12 μg / cm · min.
実施例2 固体高分子電解質膜の製造(キャストフィルム)
重合例2で得られたポリマーB5.0gと合成例1で得られたポリイミドHPMDA-ODA-MBAA溶液5.0gおよびDMSO10.0gを加え、攪拌し均一溶液とした(全ポリマー濃度5.0%)。その後は、実施例1と同様の操作を行ない、キャスト膜得た。これを5%硫酸水溶液に1晩浸漬し、その後十分に水洗し、電解質膜を得た。膜厚30μmであった。この膜の両側に白金電極を装着し、イオン伝導度を測定した。その結果、1.1×10−2S/cmであった。次に、メタノール透過率を求めた結果、29μg/cm・minであった。
Example 2 Production of a solid polymer electrolyte membrane (cast film)
5.0 g of the polymer B obtained in Polymerization Example 2, 5.0 g of the polyimide HPMDA-ODA-MBAA solution obtained in Synthesis Example 1 and 10.0 g of DMSO were added and stirred to obtain a homogeneous solution (total polymer concentration 5.0% ). Thereafter, the same operation as in Example 1 was performed to obtain a cast film. This was immersed in a 5% aqueous sulfuric acid solution overnight and then thoroughly washed with water to obtain an electrolyte membrane. The film thickness was 30 μm. Platinum electrodes were mounted on both sides of the membrane, and ionic conductivity was measured. As a result, it was 1.1 × 10 −2 S / cm. Next, the methanol permeability was determined and found to be 29 μg / cm · min.
実施例3 固体高分子電解質膜の製造(キャストフィルム)
重合例3で得られたポリマーC5.0gと合成例1で得られたポリイミドHPMDA-ODA-MBAA溶液5.0gおよびDMSO10.0gを加え、攪拌し均一溶液とした(全ポリマー濃度5.0%)。その後は、実施例2と同様の操作を行ない、膜厚40μmの膜を得た。この膜を0.5mol硫酸に一日浸漬、その後十分に水洗して固体高分子電解質膜を得た。この膜のイオン伝導度は4.9×10−3S/cmで、メタノール透過率を求めた結果、9μg/cm・minであった。
Example 3 Production of a solid polymer electrolyte membrane (cast film)
Polymer C (5.0 g) obtained in Polymerization Example 3 and polyimide HPMDA-ODA-MBAA solution (5.0 g) obtained in Synthesis Example 1 and DMSO (10.0 g) were added and stirred to obtain a uniform solution (total polymer concentration 5.0% ). Thereafter, the same operation as in Example 2 was performed to obtain a film having a thickness of 40 μm. This membrane was immersed in 0.5 mol sulfuric acid for one day and then thoroughly washed with water to obtain a solid polymer electrolyte membrane. The ion conductivity of this membrane was 4.9 × 10 −3 S / cm, and the methanol permeability was determined to be 9 μg / cm · min.
実施例4 固体高分子電解質膜の製造(キャストフィルム)
重合例3で得られたポリマーC5.0gと合成例2で得られたポリイミドHPMDA−HAB溶液5.0gおよびジメチルスホキサイド10.0gを加え、攪拌し均一溶液とした(全ポリマー濃度5.0%)。その後は、実施例2と同様の操作を行ない、膜厚50μmの膜を得た。この膜を0.5mol硫酸に一日浸漬、その後十分に水洗して固体高分子電解質膜を得た。この膜のイオン伝導度は3.3×10−2S/cmで、メタノール透過率は30μg/cm・minであった。
Example 4 Production of a solid polymer electrolyte membrane (cast film)
5.0 g of the polymer C obtained in Polymerization Example 3 and 5.0 g of the polyimide HPMDA-HAB solution obtained in Synthesis Example 2 and 10.0 g of dimethyl sulfoxide were added and stirred to obtain a uniform solution (total polymer concentration of 5. 0%). Thereafter, the same operation as in Example 2 was performed to obtain a film having a thickness of 50 μm. This membrane was immersed in 0.5 mol sulfuric acid for one day and then thoroughly washed with water to obtain a solid polymer electrolyte membrane. The ion conductivity of this membrane was 3.3 × 10 −2 S / cm, and the methanol permeability was 30 μg / cm · min.
比較例1 固体高分子電解質膜の製造(キャストフィルム)
重合例3で得られたポリマーC8.5gと合成例1で得られたポリイミドHPMDA-BAPP-MBAA溶液1.5gおよびジメチルスホキサイド(DMSO)10.0gを加え、攪拌し均一溶液とした(全ポリマー濃度5.0%)。その後は、実施例2と同様の操作を行ない、膜厚55μmの膜を得た。この膜を0.5mol硫酸浸漬処理後、膜はボロボロになり、自立膜とはならなかった。
Comparative Example 1 Production of a solid polymer electrolyte membrane (cast film)
8.5 g of the polymer C obtained in Polymerization Example 3, 1.5 g of the polyimide HPMDA-BAPP-MBAA solution obtained in Synthesis Example 1 and 10.0 g of dimethyl sulfoxide (DMSO) were added and stirred to obtain a uniform solution ( Total polymer concentration 5.0%). Thereafter, the same operation as in Example 2 was performed to obtain a film having a thickness of 55 μm. After this membrane was immersed in 0.5 mol sulfuric acid, the membrane became tattered and did not become a self-supporting membrane.
重合例4 酸性基を有するモノマーを4級アンモニウム化したモノマーと塩基性基を有するモノマーとの共重合
2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸20.7g(0.1mol)、アクリルアミド3.6g(0.05mol)(酸性基を有するモノマーと塩基性基を有するモノマーの官能基当量数の比:67/33)、トリエチルアミン10.2g(0.1mol)と2−ヒドロキシエチルメタクリレート1.95g(0.015mol)および溶媒のDMSO40gに溶解させ、滴下ロートに仕込んだ。その後は重合例2と同様の操作を行ない、淡黄色のポリマー溶液を得た。これにDMSO128.7gを加え、ポリマー濃度10%の均一溶液とした。これをポリマーDとし、実施例5で使用した。
Polymerization Example 4 Copolymerization of a monomer having an acidic group quaternary ammonium and a monomer having a basic group 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid 20.7 g (0.1 mol), acrylamide 3.6 g ( 0.05 mol) (ratio of functional group equivalent number of monomer having acidic group and monomer having basic group: 67/33), 10.2 g (0.1 mol) of triethylamine and 1.95 g of 2-hydroxyethyl methacrylate (0 .015 mol) and 40 g of DMSO as a solvent, and charged in a dropping funnel. Thereafter, the same operation as in Polymerization Example 2 was performed to obtain a light yellow polymer solution. DMSO128.7g was added to this, and it was set as the uniform solution with a polymer concentration of 10%. This was designated as Polymer D and used in Example 5.
重合例5 酸性基を有するモノマーを4級アンモニウム化したモノマーと塩基性基を有するモノマーとの共重合
2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸10.4g(0.05mol)、アクリルアミド7.1g(0.1mol)(酸性基を有するモノマーと塩基性基を有するモノマーの官能基当量数の比:33/67)、トリエチルアミン5.1g(0.05mol)と2−ヒドロキシエチルメタクリレート1.95g(0.015mol)および溶媒のDMSO40gに溶解させ、滴下ロートに仕込んだ。その後は重合例2と操作を行ない、淡黄色のポリマー溶液を得た。これにDMSO67.1gを加え、ポリマー濃度10%の均一溶液とした。これをポリマーEとし、実施例6で使用した。
Polymerization Example 5 Copolymerization of a monomer having an acidic group with a quaternary ammonium salt and a monomer having a basic group 10.4 g (0.05 mol) of 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid, 7.1 g of acrylamide ( 0.1 mol) (ratio of functional group equivalent number of monomer having acidic group and monomer having basic group: 33/67), 5.1 g (0.05 mol) of triethylamine and 1.95 g of 2-hydroxyethyl methacrylate (0 .015 mol) and 40 g of DMSO as a solvent, and charged in a dropping funnel. Thereafter, the same procedure as in Polymerization Example 2 was performed to obtain a light yellow polymer solution. DMSO 67.1g was added to this, and it was set as the uniform solution with a polymer concentration of 10%. This was designated as Polymer E and used in Example 6.
実施例5 固体高分子電解質膜の製造(キャストフィルム)
重合例4で得られたポリマーD5.0gと合成例1で得られたポリイミドHPMDA-ODA-MBAA溶液5.0gおよびDMSO10.0gを加え、攪拌し均一溶液とした(全ポリマー濃度5.0%)。その後は、実施例2と同様の操作を行ない、膜厚42μmの膜を得た。この膜を0.5mol硫酸に一日浸漬、その後十分に水洗して固体高分子電解質膜を得た。この膜のイオン伝導度は1.5×10−2S/cmで、メタノール透過率は28μg/cm・minであった。
Example 5 Production of a solid polymer electrolyte membrane (cast film)
Polymer D (5.0 g) obtained in Polymerization Example 4 and polyimide HPMDA-ODA-MBAA solution (5.0 g) obtained in Synthesis Example 1 and DMSO (10.0 g) were added and stirred to obtain a uniform solution (total polymer concentration 5.0% ). Thereafter, the same operation as in Example 2 was performed to obtain a film having a thickness of 42 μm. This membrane was immersed in 0.5 mol sulfuric acid for one day and then thoroughly washed with water to obtain a solid polymer electrolyte membrane. The ion conductivity of this membrane was 1.5 × 10 −2 S / cm, and the methanol permeability was 28 μg / cm · min.
実施例6 固体高分子電解質膜の製造(キャストフィルム)
重合例5で得られたポリマーE5.0gと合成例3で得られたポリイミドHPMDA-BAPP-MBAA溶液5.0gおよびジメチルスホキサイド10.0gを加え、攪拌し均一溶液とした(全ポリマー濃度5.0%)。その後は、実施例2と同様の操作を行ない、膜厚53μmの膜を得た。この膜を0.5mol硫酸に一日浸漬、その後十分に水洗して固体高分子電解質膜を得た。この膜のイオン伝導度は3×10−3S/cmで、メタノール透過率は22μg/cm・minであった。
Example 6 Production of a solid polymer electrolyte membrane (cast film)
Polymer E 5.0 g obtained in Polymerization Example 5 and 5.0 g of polyimide HPMDA-BAPP-MBAA solution obtained in Synthesis Example 3 and 10.0 g of dimethyl sulfoxide were added and stirred to obtain a uniform solution (total polymer concentration 5.0%). Thereafter, the same operation as in Example 2 was performed to obtain a film having a thickness of 53 μm. This membrane was immersed in 0.5 mol sulfuric acid for one day and then thoroughly washed with water to obtain a solid polymer electrolyte membrane. The ion conductivity of this membrane was 3 × 10 −3 S / cm, and the methanol permeability was 22 μg / cm · min.
比較例2 酸性基を有するモノマーを4級アンモニウム化したモノマーの重合
2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸20.7g(0.1mol)、(酸性基を有するモノマーと塩基性基を有するモノマーの官能基当量数の比:100/0)、トリエチルアミン10.1g(0.1mol)と2−ヒドロキシエチルメタクリレート1.3g(0.01mol)および溶媒のDMSO68gと、2%−アゾビスイソブチロニトリル−DMSO溶液20.0gを200mlセパラブルフラスコに加え、60℃、6時間重合反応を行ない、微黄色粘調ポリマー溶液を得た。このポリマー溶液にDMSO110.0gを加え、ポリマー濃度10%の均一溶液とした。これをポリマーFとし、比較例3で使用した。
Comparative Example 2 Polymerization of Monomer Having Quaternary Ammonium Monomer having Acid Group 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid 20.7 g (0.1 mol), (of monomer having acid group and monomer having basic group Ratio of functional group equivalent number: 100/0), 10.1 g (0.1 mol) of triethylamine and 1.3 g (0.01 mol) of 2-hydroxyethyl methacrylate and 68 g of DMSO as a solvent, and 2% -azobisisobutyronitrile -DMSO solution 20.0g was added to a 200 ml separable flask, and a polymerization reaction was performed at 60 ° C for 6 hours to obtain a slightly yellow viscous polymer solution. To this polymer solution, 110.0 g of DMSO was added to obtain a uniform solution having a polymer concentration of 10%. This was designated as Polymer F and used in Comparative Example 3.
比較例3 固体高分子電解質膜の製造(キャストフィルム)
比較例2で得られたポリマーF5.0gと合成例1で得られたポリイミドHPMDA-ODA-MBAA溶液5.0gおよびジメチルスホキサイド10.0gを加え、攪拌し均一溶液とした(全ポリマー濃度5.0%)。その後は、実施例2と同様の操作を行ない、膜厚38μmの膜を得た。この膜を0.5mol硫酸に一日浸漬、その後十分に水洗して固体高分子電解質膜を得た。この膜のイオン伝導度は1.5×10−3S/cmで、メタノール透過速度は84μg/cm・minであった。
Comparative Example 3 Production of a solid polymer electrolyte membrane (cast film)
5.0 g of the polymer F obtained in Comparative Example 2, 5.0 g of the polyimide HPMDA-ODA-MBAA solution obtained in Synthesis Example 1 and 10.0 g of dimethyl sulfoxide were added and stirred to obtain a uniform solution (total polymer concentration 5.0%). Thereafter, the same operation as in Example 2 was performed to obtain a film having a thickness of 38 μm. This membrane was immersed in 0.5 mol sulfuric acid for one day and then thoroughly washed with water to obtain a solid polymer electrolyte membrane. The ion conductivity of this membrane was 1.5 × 10 −3 S / cm, and the methanol permeation rate was 84 μg / cm · min.
重合例6 酸性基を有するモノマーと塩基性基を有するモノマーとの共重合
2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸10.4g(0.05mol)、アリルアミン2.85g(0.05mol)(酸性基を有するモノマーと塩基性基を有するモノマーの官能基当量数の比:50/50)、DMSO52gおよび重合開始剤アゾビスイソブチロニトリル0.04gを200mlセパラブルフラスコに仕込み、窒素ガスを吹き込みつつ重合温度50℃で4時間重合させ、無色透明で粘稠な液体が得られた。これにDMSO67.3gを加え10%ポリマー溶液とした。これをポリマーGとし、実施例7で使用した。
Polymerization Example 6 Copolymerization of a monomer having an acidic group and a monomer having a basic group 10.4 g (0.05 mol) of 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid, 2.85 g (0.05 mol) of allylamine (acidic group) The ratio of the functional group equivalent number of the monomer having a basic group and the monomer having a basic group: 50/50), DMSO 52 g and polymerization initiator azobisisobutyronitrile 0.04 g were charged into a 200 ml separable flask and nitrogen gas was blown into the flask. Polymerization was performed at a polymerization temperature of 50 ° C. for 4 hours to obtain a colorless, transparent and viscous liquid. DMSO 67.3g was added to this, and it was set as the 10% polymer solution. This was designated as Polymer G and used in Example 7.
実施例7 固体高分子電解質膜の製造(キャストフィルム)
重合例6で得られたポリマーG4.0gと合成例2で得られたポリイミドHPMDA-HAB溶液6.0gおよびDMSO10.0gを加え、攪拌し均一溶液とした(全ポリマー濃度5.0%)。その後は、実施例1と同様の操作を行ない、膜厚56μmの膜を得た。この膜の両側に白金電極を装着し、イオン伝導度を測定した結果、イオン伝導度は1.9×10−4S/cmで、30%メタノール水溶液でのメタノール透過速度は、11μg/cm・minであった。
Example 7 Production of a solid polymer electrolyte membrane (cast film)
4.0 g of the polymer G obtained in Polymerization Example 6, 6.0 g of the polyimide HPMDA-HAB solution obtained in Synthesis Example 2 and 10.0 g of DMSO were added and stirred to obtain a uniform solution (total polymer concentration 5.0%). Thereafter, the same operation as in Example 1 was performed to obtain a film having a thickness of 56 μm. As a result of mounting platinum electrodes on both sides of this membrane and measuring ionic conductivity, the ionic conductivity was 1.9 × 10 −4 S / cm, and the methanol permeation rate in a 30% aqueous methanol solution was 11 μg / cm · min.
重合例7 酸性基を有するモノマーと塩基性基を有するモノマーとの共重合
重合例6のアリルアミンを1−ビニル−2−ピロリドン5.55g(0.05mol)(酸性基を有するモノマーと塩基性基を有するモノマーの官能基当量数の比:50/50)に変えた以外は重合例6と同様に行ない、重合物を得た。ポリマー濃度23.5%で、無色透明で粘稠な液体が得られた。これにDMSO91.3gを加え10%ポリマー溶液とした。これをポリマーHとし、実施例8で使用した。
Polymerization Example 7 Copolymerization of Monomer Having Acid Group and Monomer Having Basic Group Allylamine of Polymerization Example 6 was converted to 5.55 g (0.05 mol) of 1-vinyl-2-pyrrolidone (monomer having acidic group and basic group) Polymerization product was obtained in the same manner as in Polymerization Example 6 except that the ratio of the number of functional group equivalents of the monomer having a ratio was changed to 50/50). A colorless transparent viscous liquid was obtained at a polymer concentration of 23.5%. DMSO 91.3g was added to this to make a 10% polymer solution. This was designated as Polymer H and used in Example 8.
実施例8 固体高分子電解質膜の製造(キャストフィルム)
重合例7で得られたポリマーH4.5gと合成例1で得られたポリイミドHPMDA-ODA-MBAA溶液5.5gおよびDMSO10.0gを加え、攪拌し均一溶液とした(全ポリマー濃度5.0%)。その後は、実施例1と同様の操作を行ない、膜厚49μmの膜を得た。膜のイオン伝導度は9.7×10−4S/cmで、30%メタノール水溶液でのメタノール透過速度を測定した結果、8μg/cm・minであった。
Example 8 Production of a solid polymer electrolyte membrane (cast film)
4.5 g of the polymer H obtained in Polymerization Example 7 and 5.5 g of the polyimide HPMDA-ODA-MBAA solution obtained in Synthesis Example 1 and 10.0 g of DMSO were added and stirred to obtain a uniform solution (total polymer concentration 5.0% ). Thereafter, the same operation as in Example 1 was performed to obtain a film having a film thickness of 49 μm. The ion conductivity of the membrane was 9.7 × 10 −4 S / cm, and the methanol permeation rate in a 30% aqueous methanol solution was measured. As a result, it was 8 μg / cm · min.
重合例8 酸性基を有するモノマーと塩基性基を有するモノマーとの共重合
重合例7の1−ビニル−2−ピロリドンを1−ビニルイミダゾール4.70g(0.05mol)(酸性基を有するモノマーと塩基性基を有するモノマーの官能基当量数の比:50/50)に変えた以外は重合例7と同様に行ない、重合物を得た。ポリマー濃度22.5%で、無色透明で粘稠な液体が得られた。これにDMSO83.9gを加え10%ポリマー溶液とした。これをポリマーIとし、実施例9で使用した。
Polymerization Example 8 Copolymerization of Monomer Having Acidic Group and Monomer Having Basic Group 1.70 g (0.05 mol) of 1-vinylimidazole in Polymerization Example 7 (Monomer Having Acidic Group) A polymerization product was obtained in the same manner as in Polymerization Example 7 except that the ratio of the functional group equivalent number of the monomer having a basic group was changed to 50/50). A colorless transparent viscous liquid was obtained with a polymer concentration of 22.5%. DMSO 83.9g was added to this, and it was set as the 10% polymer solution. This was designated as Polymer I and used in Example 9.
実施例9 固体高分子電解質膜の製造(キャストフィルム)
重合例8で得られたポリマーI4.5gと合成例1で得られたポリイミドHPMDA-ODA-MBAA溶液5.5gおよびDMSO10.0gを加え、攪拌し均一溶液とした(全ポリマー濃度5.0%)。その後は、実施例1と同様の操作を行ない、電解質膜を得た。得られた膜(膜厚65μm)のイオン伝導度は1.5×10−4S/cmで、30%メタノール水溶液でのメタノール透過率を測定した結果、0.2μg/cm・minであった。
Example 9 Production of a solid polymer electrolyte membrane (cast film)
4.5 g of the polymer I obtained in Polymerization Example 8 and 5.5 g of the polyimide HPMDA-ODA-MBAA solution obtained in Synthesis Example 1 and 10.0 g of DMSO were added and stirred to obtain a homogeneous solution (total polymer concentration 5.0% ). Thereafter, the same operation as in Example 1 was performed to obtain an electrolyte membrane. The obtained membrane (film thickness: 65 μm) had an ionic conductivity of 1.5 × 10 −4 S / cm, and the methanol permeability in a 30% aqueous methanol solution was 0.2 μg / cm · min. .
重合例9 酸性基を有するモノマーと塩基性基を有するモノマーとの共重合
スチレンスルホン酸9.21g(0.05mol)とアクリルアミド3.56g(0.05mol)(酸性基を有するモノマーと塩基性基を有するモノマーの官能基当量数の比:50/50)、2-ヒドロキシエチルメタクリレート1.30g(0.01モル)、DMSO56.3gおよび重合開始剤アゾビスイソブチロニトリル0.2gを200mlセパラブルフラスコに仕込み、窒素ガスを吹き込みつつ重合温度60℃で4時間重合させた。重合終了後DMSO70.4gを加え、ポリマー濃度10重量%溶液とした。淡黄色透明で粘稠な液体が得られ、これをポリマーJとし、実施例10で使用した。
Polymerization Example 9 Copolymerization of a monomer having an acidic group and a monomer having a basic group 9.21 g (0.05 mol) of styrene sulfonic acid and 3.56 g (0.05 mol) of acrylamide (monomer having an acidic group and basic group The ratio of the number of functional group equivalents of the monomer having: 50/50) 2-hydroxyethyl methacrylate 1.30 g (0.01 mol), DMSO 56.3 g and polymerization initiator azobisisobutyronitrile 0.2 g The flask was charged and polymerized at a polymerization temperature of 60 ° C. for 4 hours while blowing nitrogen gas. After completion of the polymerization, 70.4 g of DMSO was added to make a 10% by weight polymer concentration solution. A pale yellow transparent viscous liquid was obtained, which was referred to as Polymer J and used in Example 10.
実施例10 固体高分子電解質膜の製造(キャストフィルム)
重合例9で得られたポリマーJ4.5gと合成例1で得られたポリイミドHPMDA-ODA-MBAA溶液5.5gおよびDMSO10.0gを加え、攪拌し均一溶液とした(全ポリマー濃度5.0%)。その後は、実施例1と同様の操作を行ない、電解質膜を得た。得られた膜(膜厚60μm)のイオン伝導度は3.3×10−3S/cmで、30%メタノール水溶液でのメタノール透過率は10μg/cm・minであった。
Example 10 Production of a solid polymer electrolyte membrane (cast film)
4.5 g of the polymer J obtained in Polymerization Example 9, 5.5 g of the polyimide HPMDA-ODA-MBAA solution obtained in Synthesis Example 1 and 10.0 g of DMSO were added and stirred to obtain a homogeneous solution (total polymer concentration 5.0% ). Thereafter, the same operation as in Example 1 was performed to obtain an electrolyte membrane. The obtained membrane (film thickness: 60 μm) had an ionic conductivity of 3.3 × 10 −3 S / cm, and a methanol permeability in a 30% aqueous methanol solution was 10 μg / cm · min.
重合例10 酸性基を有するモノマーと塩基性基を有するモノマーとの共重合
2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸10.4g(0.05mol)、アクリルアミド3.6g(0.05mol)(酸性基を有するモノマーと塩基性基を有するモノマーの官能基当量数の比:50/50)、およびアクリロニトリル0.53g(0.01モル)とDMSO38.1gおよび重合開始剤アゾビスイソブチロニトリルの2%水溶液20gを攪拌機、冷却管を備え付けた200mlセパラブルフラスコに仕込み、窒素ガスを吹き込みつつ重合温度60℃で5時間重合させた。その後、DMSO72.7gを加え、ポリマー濃度10%とした。ほぼ無色透明で粘稠な液体が得られた。これをポリマーKとし、実施例11で使用した。
Polymerization Example 10 Copolymerization of a monomer having an acidic group and a monomer having a basic group 10.4 g (0.05 mol) of 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid, 3.6 g (0.05 mol) of acrylamide (acidic group) The ratio of the number of functional group equivalents of the monomer having a basic group and the monomer having a basic group: 50/50), 0.53 g (0.01 mol) of acrylonitrile, 38.1 g of DMSO, and 2 of polymerization initiator azobisisobutyronitrile 20 g of a 20% aqueous solution was charged into a 200 ml separable flask equipped with a stirrer and a condenser, and polymerized at a polymerization temperature of 60 ° C. for 5 hours while blowing nitrogen gas. Thereafter, 72.7 g of DMSO was added to give a polymer concentration of 10%. An almost colorless and transparent viscous liquid was obtained. This was designated as Polymer K and used in Example 11.
実施例11 固体高分子電解質膜の製造(キャストフィルム)
重合例10で得られたポリマーK4.5gと合成例1で得られたポリイミドHPMDA-ODA-MBAA溶液5.5gおよびジメチルスホキサイド10.0gを加え、攪拌し均一溶液とした(全ポリマー濃度5.0%)。その後は、実施例1と同様の操作を行ない、電解質膜を得た。得られた膜(膜厚55μm)のイオン伝導度は2.1×10−3S/cmで、30%メタノール水溶液でのメタノール透過率は7μg/cm・minであった。
Example 11 Production of a solid polymer electrolyte membrane (cast film)
4.5 g of the polymer K obtained in Polymerization Example 10 and 5.5 g of the polyimide HPMDA-ODA-MBAA solution obtained in Synthesis Example 1 and 10.0 g of dimethyl sulfoxide were added and stirred to obtain a uniform solution (total polymer concentration 5.0%). Thereafter, the same operation as in Example 1 was performed to obtain an electrolyte membrane. The obtained membrane (thickness 55 μm) had an ionic conductivity of 2.1 × 10 −3 S / cm, and a methanol permeability in a 30% aqueous methanol solution was 7 μg / cm · min.
実施例12 固体高分子電解質膜の製造(キャストフィルム)
重合例1で得られたポリマーAの4.0gと合成例4で得られたポリイミドHPMDA−ODA溶液4.0gおよびジメチルスホキサイド8.0gを加え、攪拌し均一溶液とした(全ポリマー濃度5.0%)。これをガラス板の片面に外部離型剤としてペリコートSを薄く塗布し、この面を上面して膜厚0.5mmのテフロン(登録商標)ゴムにより周りに堰を作り、この囲み中に調整した混合溶液を静かに流し込み、水平を出したホットプレート上に静置した。ホットプレート温度を70℃より120℃まで6時間かけて昇温し、膜厚45μmの電解質膜を得た。次に、この膜の両側に白金電極を装着し、イオン伝導度を測定した結果、3.1×10−3S/cmであった。メタノール透過速度は、4.5mg/cm2/minで、メタノール透過率は20μg/cm・minであった。
Example 12 Production of a solid polymer electrolyte membrane (cast film)
4.0 g of Polymer A obtained in Polymerization Example 1 and 4.0 g of the polyimide HPMDA-ODA solution obtained in Synthesis Example 4 and 8.0 g of dimethyl sulfoxide were added and stirred to obtain a uniform solution (total polymer concentration 5.0%). Pericot S was thinly applied to one side of the glass plate as an external mold release agent, and the surface was turned upside down to form a weir around 0.5 mm thick Teflon (registered trademark) rubber and adjusted in this enclosure. The mixed solution was poured gently and allowed to stand on a horizontal hot plate. The hot plate temperature was raised from 70 ° C. to 120 ° C. over 6 hours to obtain an electrolyte membrane having a thickness of 45 μm. Next, platinum electrodes were mounted on both sides of this membrane, and the ionic conductivity was measured. As a result, it was 3.1 × 10 −3 S / cm. The methanol transmission rate was 4.5 mg / cm 2 / min, and the methanol permeability was 20 μg / cm · min.
実施例13 固体高分子電解質膜の製造(キャストフィルム)
重合例2で得られたポリマーB5.0gと合成例4で得られたポリイミドHPMDA-ODA溶液5.0gおよびジメチルスホキサイド10.0gを加え、攪拌し均一溶液とした(全ポリマー濃度5.0%)。その後は、実施例12と同様の操作を行ない、電解質膜を得た。膜厚52μmであった。この膜の両側に白金電極を装着し、イオン伝導度を測定した。その結果、2.8×10−3S/cmであった。次に、メタノール透過速度を測定した結果、4.0mg/cm2/minで、メタノール透過率は21μg/cm・minであった。
Example 13 Production of a solid polymer electrolyte membrane (cast film)
Polymer B (5.0 g) obtained in Polymerization Example 2, 5.0 g of the polyimide HPMDA-ODA solution obtained in Synthesis Example 4 and 10.0 g of dimethyl sulfoxide were added and stirred to obtain a uniform solution (total polymer concentration of 5. 0%). Thereafter, the same operation as in Example 12 was performed to obtain an electrolyte membrane. The film thickness was 52 μm. Platinum electrodes were mounted on both sides of the membrane, and ionic conductivity was measured. As a result, it was 2.8 × 10 −3 S / cm. Next, as a result of measuring the methanol permeation rate, it was 4.0 mg / cm 2 / min, and the methanol permeability was 21 μg / cm · min.
実施例14 固体高分子電解質膜の製造(キャストフィルム)
重合例3で得られたポリマーC5.0gと合成例4で得られたポリイミドHPMDA-ODA溶液5.0gおよびジメチルスホキサイド10.0gを加え、攪拌し均一溶液とした(全ポリマー濃度5.0%)。その後は、実施例12と同様の操作を行ない、膜厚46μmの膜を得た。この膜を0.5mol硫酸に一日浸漬、その後十分に水洗して固体高分子電解質膜を得た。この膜のイオン伝導度は3.9×10−3S/cmで、メタノール透過速度は3.4mg/cm2/minで、メタノール透過率は16μg/cm・minであった。この膜の機械的な引張強度は230Kgf/cm2であった。
Example 14 Production of a solid polymer electrolyte membrane (cast film)
5.0 g of the polymer C obtained in Polymerization Example 3 and 5.0 g of the polyimide HPMDA-ODA solution obtained in Synthesis Example 4 and 10.0 g of dimethyl sulfoxide were added and stirred to obtain a uniform solution (total polymer concentration of 5. 0%). Thereafter, the same operation as in Example 12 was performed to obtain a film having a thickness of 46 μm. This membrane was immersed in 0.5 mol sulfuric acid for one day and then thoroughly washed with water to obtain a solid polymer electrolyte membrane. The ion conductivity of this membrane was 3.9 × 10 −3 S / cm, the methanol permeation rate was 3.4 mg / cm 2 / min, and the methanol permeability was 16 μg / cm · min. The mechanical tensile strength of this film was 230 kgf / cm 2 .
実施例15 固体高分子電解質膜の製造(キャストフィルム)
重合例3で得られたポリマーC5.0gと合成例5で得られたポリイミドHPMDA-BAPP溶液5.0gおよびジメチルスホキサイド10.0gを加え、攪拌し均一溶液とした(全ポリマー濃度5.0%)。その後は、実施例12と同様の操作を行ない、膜厚58μmの膜を得た。この膜を0.5mol硫酸に一日浸漬、その後十分に水洗して固体高分子電解質膜を得た。この膜のイオン伝導度は3.3×10−3S/cmで、メタノール透過速度は3.3mg/cm2/minで、メタノール透過率は19μg/cm・minであったこの膜の機械的な引張強度は180Kgf/cm2であった。
Example 15 Production of solid polymer electrolyte membrane (cast film)
5.0 g of the polymer C obtained in Polymerization Example 3 and 5.0 g of the polyimide HPMDA-BAPP solution obtained in Synthesis Example 5 and 10.0 g of dimethyl sulfoxide were added and stirred to obtain a uniform solution (total polymer concentration of 5. 0%). Thereafter, the same operation as in Example 12 was performed to obtain a film having a thickness of 58 μm. This membrane was immersed in 0.5 mol sulfuric acid for one day and then thoroughly washed with water to obtain a solid polymer electrolyte membrane. The membrane had an ionic conductivity of 3.3 × 10 −3 S / cm, a methanol permeation rate of 3.3 mg / cm 2 / min, and a methanol permeability of 19 μg / cm · min. The tensile strength was 180 kgf / cm 2 .
実施例16 固体高分子電解質膜の製造(キャストフィルム)
重合例3で得られたポリマーC3.0gと合成例4で得られたポリイミドHPMDA-ODA溶液7.0gおよびジメチルスホキサイド10.0gを加え、攪拌し均一溶液とした(全ポリマー濃度5.0%)。その後は、実施例12と同様の操作を行ない、膜厚30μmの膜を得た。この膜を0.5mol硫酸に一日浸漬、その後十分に水洗して固体高分子電解質膜を得た。この膜のイオン伝導度は1.3×10−3S/cmで、メタノール透過速度は2.4mg/cm2/minで、メタノール透過率は7μg/cm・minであった。
Example 16 Production of a solid polymer electrolyte membrane (cast film)
3.0 g of the polymer C obtained in Polymerization Example 3, 7.0 g of the polyimide HPMDA-ODA solution obtained in Synthesis Example 4 and 10.0 g of dimethyl sulfoxide were added and stirred to obtain a uniform solution (total polymer concentration of 5. 0%). Thereafter, the same operation as in Example 12 was performed to obtain a film having a thickness of 30 μm. This membrane was immersed in 0.5 mol sulfuric acid for one day and then thoroughly washed with water to obtain a solid polymer electrolyte membrane. The ion conductivity of this membrane was 1.3 × 10 −3 S / cm, the methanol permeation rate was 2.4 mg / cm 2 / min, and the methanol permeability was 7 μg / cm · min.
実施例17 固体高分子電解質膜の製造(キャストフィルム)
重合例4で得られたポリマーD5.0gと合成例4で得られたポリイミドHPMDA-ODA溶液5.0gおよびジメチルスホキサイド10.0gを加え、攪拌し均一溶液とした(全ポリマー濃度5.0%)。その後は、実施例12と同様の操作を行ない、膜厚42μmの膜を得た。この膜を0.5mol硫酸に一日浸漬、その後十分に水洗して固体高分子電解質膜を得た。この膜のイオン伝導度は2.5×10−3S/cmで、メタノール透過速度は4.8mg/cm2/minで、メタノール透過率は20μg/cm・minであった。
Example 17 Production of a solid polymer electrolyte membrane (cast film)
Polymer D 5.0 g obtained in Polymerization Example 4 and 5.0 g of polyimide HPMDA-ODA solution obtained in Synthesis Example 4 and 10.0 g of dimethyl sulfoxide were added and stirred to obtain a uniform solution (total polymer concentration 5. 0%). Thereafter, the same operation as in Example 12 was performed to obtain a film having a thickness of 42 μm. This membrane was immersed in 0.5 mol sulfuric acid for one day and then thoroughly washed with water to obtain a solid polymer electrolyte membrane. The ion conductivity of this membrane was 2.5 × 10 −3 S / cm, the methanol permeation rate was 4.8 mg / cm 2 / min, and the methanol permeability was 20 μg / cm · min.
実施例18 固体高分子電解質膜の製造(キャストフィルム)
重合例5で得られたポリマーE5.0gと合成例4で得られたポリイミドHPMDA-ODA溶液5.0gおよびジメチルスホキサイド10.0gを加え、攪拌し均一溶液とした(全ポリマー濃度5.0%)。その後は、実施例12と同様の操作を行ない、膜厚53μmの膜を得た。この膜を0.5mol硫酸に一日浸漬、その後十分に水洗して固体高分子電解質膜を得た。この膜のイオン伝導度は1.3×10−3S/cmで、メタノール透過速度は4.1mg/cm2/minで、メタノール透過率は22μg/cm・minであった。
Example 18 Production of a solid polymer electrolyte membrane (cast film)
5.0 g of the polymer E obtained in Polymerization Example 5 and 5.0 g of the polyimide HPMDA-ODA solution obtained in Synthesis Example 4 and 10.0 g of dimethyl sulfoxide were added and stirred to obtain a uniform solution (total polymer concentration of 5. 0%). Thereafter, the same operation as in Example 12 was performed to obtain a film having a film thickness of 53 μm. This membrane was immersed in 0.5 mol sulfuric acid for one day and then thoroughly washed with water to obtain a solid polymer electrolyte membrane. The ion conductivity of this membrane was 1.3 × 10 −3 S / cm, the methanol permeation rate was 4.1 mg / cm 2 / min, and the methanol permeability was 22 μg / cm · min.
実施例19 固体高分子電解質膜の製造(キャストフィルム)
重合例6で得られたポリマーG4.0gと合成例5で得られたポリイミドHPMDA-BAPP溶液6.0gおよびジメチルスホキサイド10.0gを加え、攪拌し均一溶液とした(全ポリマー濃度5.0%)。その後は、実施例12と同様の操作を行ない、膜厚56μmの膜を得た。この膜の両側に白金電極を装着し、イオン伝導度を測定した結果、イオン伝導度は1.9×10−4S/cmで、30%メタノール水溶液でのメタノール透過速度は、1.5mg/cm2/minで、メタノール透過率は8μg/cm・minであった。
Example 19 Production of a solid polymer electrolyte membrane (cast film)
4.0 g of the polymer G obtained in Polymerization Example 6 and 6.0 g of the polyimide HPMDA-BAPP solution obtained in Synthesis Example 5 and 10.0 g of dimethyl sulfoxide were added and stirred to obtain a uniform solution (total polymer concentration of 5. 0%). Thereafter, the same operation as in Example 12 was performed to obtain a film having a thickness of 56 μm. As a result of mounting platinum electrodes on both sides of this membrane and measuring the ionic conductivity, the ionic conductivity was 1.9 × 10 −4 S / cm, and the methanol permeation rate in a 30% aqueous methanol solution was 1.5 mg / The methanol permeability was 8 μg / cm · min at cm 2 / min.
実施例20 固体高分子電解質膜の製造(キャストフィルム)
重合例7で得られたポリマーH4.5gと合成例4で得られたポリイミドHPMDA-ODA溶液5.5gおよびジメチルスホキサイド10.0gを加え、攪拌し均一溶液とした(全ポリマー濃度5.0%)。その後は、実施例12と同様の操作を行ない、膜厚49μmの膜を得た。膜のイオン伝導度は9.7×10−4S/cmで、30%メタノール水溶液でのメタノール透過速度を測定した結果、1.7mg/cm2/minで、メタノール透過率は8μg/cm・minであった。
Example 20 Production of a solid polymer electrolyte membrane (cast film)
4.5 g of the polymer H obtained in Polymerization Example 7, 5.5 g of the polyimide HPMDA-ODA solution obtained in Synthesis Example 4 and 10.0 g of dimethyl sulfoxide were added and stirred to obtain a uniform solution (total polymer concentration of 5. 0%). Thereafter, the same operation as in Example 12 was performed to obtain a film having a thickness of 49 μm. The ionic conductivity of the membrane was 9.7 × 10 −4 S / cm, and the methanol permeation rate in a 30% methanol aqueous solution was measured. As a result, it was 1.7 mg / cm 2 / min, and the methanol permeability was 8 μg / cm · min.
実施例21 固体高分子電解質膜の製造(キャストフィルム)
重合例8で得られたポリマーI4.5gと合成例4で得られたポリイミドHPMDA-ODA溶液5.5gおよびジメチルスホキサイド10.0gを加え、攪拌し均一溶液とした(全ポリマー濃度5.0%)。その後は、実施例4と同様の操作を行ない、電解質膜を得た。得られた膜(膜厚65μm)のイオン伝導度は1.5×10−4S/cmで、30%メタノール水溶液でのメタノール透過速度を測定した結果、1.2mg/cm2/minで、メタノール透過率は10μg/cm・minであった。
Example 21 Production of a solid polymer electrolyte membrane (cast film)
4.5 g of the polymer I obtained in Polymerization Example 8, 5.5 g of the polyimide HPMDA-ODA solution obtained in Synthesis Example 4 and 10.0 g of dimethyl sulfoxide were added and stirred to obtain a uniform solution (total polymer concentration of 5. 0%). Thereafter, the same operation as in Example 4 was performed to obtain an electrolyte membrane. The ionic conductivity of the obtained membrane (film thickness 65 μm) was 1.5 × 10 −4 S / cm, and as a result of measuring the methanol permeation rate in a 30% aqueous methanol solution, 1.2 mg / cm 2 / min, The methanol permeability was 10 μg / cm · min.
実施例22 固体高分子電解質膜の製造(キャストフィルム)
重合例9で得られたポリマーJ4.5gと合成例4で得られたポリイミドHPMDA-ODA溶液5.5gおよびジメチルスホキサイド10.0gを加え、攪拌し均一溶液とした(全ポリマー濃度5.0%)。その後は、実施例12と同様の操作を行ない、電解質膜を得た。得られた膜(膜厚60μm)のイオン伝導度は3.3×10−3S/cmで、30%メタノール水溶液でのメタノール透過速度を測定した結果、1.7mg/cm2/minで、メタノール透過率は10μg/cm・minであった。
Example 22 Production of a solid polymer electrolyte membrane (cast film)
4.5 g of the polymer J obtained in Polymerization Example 9, 5.5 g of the polyimide HPMDA-ODA solution obtained in Synthesis Example 4 and 10.0 g of dimethyl sulfoxide were added and stirred to obtain a uniform solution (total polymer concentration of 5. 0%). Thereafter, the same operation as in Example 12 was performed to obtain an electrolyte membrane. The ionic conductivity of the obtained membrane (film thickness 60 μm) was 3.3 × 10 −3 S / cm, and as a result of measuring the methanol permeation rate in a 30% aqueous methanol solution, it was 1.7 mg / cm 2 / min. The methanol permeability was 10 μg / cm · min.
実施例23 固体高分子電解質膜の製造(キャストフィルム)
重合例10で得られたポリマーK4.5gと合成例4で得られたポリイミドHPMDA-ODA溶液5.5gおよびジメチルスホキサイド10.0gを加え、攪拌し均一溶液とした(全ポリマー濃度5.0%)。その後は、実施例12と同様の操作を行ない、電解質膜を得た。得られた膜(膜厚55μm)のイオン伝導度は2.1×10−3S/cmで、30%メタノール水溶液でのメタノール透過速度を測定した結果、1.3mg/cm2/minで、メタノール透過率は7μg/cm・minであった。
Example 23 Production of solid polymer electrolyte membrane (cast film)
4.5 g of the polymer K obtained in Polymerization Example 10 and 5.5 g of the polyimide HPMDA-ODA solution obtained in Synthesis Example 4 and 10.0 g of dimethyl sulfoxide were added and stirred to obtain a uniform solution (total polymer concentration of 5. 0%). Thereafter, the same operation as in Example 12 was performed to obtain an electrolyte membrane. The ionic conductivity of the obtained membrane (film thickness 55 μm) was 2.1 × 10 −3 S / cm, and as a result of measuring the methanol permeation rate in a 30% aqueous methanol solution, 1.3 mg / cm 2 / min, The methanol permeability was 7 μg / cm · min.
比較例4 固体高分子電解質膜の製造(キャストフィルム)
重合例3で得られたポリマーC8.5gと合成例4で得られたポリイミドHPMDA-ODA溶液1.5gおよびジメチルスホキサイド10.0gを加え、攪拌し均一溶液とした(全ポリマー濃度5.0%)。その後は、実施例12と同様の操作を行い、膜厚55μmの膜を得た。この膜を0.5mol硫酸浸漬処理後、膜はボロボロになり、自立膜とはならなかった。
Comparative Example 4 Production of solid polymer electrolyte membrane (cast film)
8.5 g of the polymer C obtained in Polymerization Example 3 and 1.5 g of the polyimide HPMDA-ODA solution obtained in Synthesis Example 4 and 10.0 g of dimethyl sulfoxide were added and stirred to obtain a uniform solution (total polymer concentration of 5. 0%). Thereafter, the same operation as in Example 12 was performed to obtain a film having a thickness of 55 μm. After this membrane was immersed in 0.5 mol sulfuric acid, the membrane became tattered and did not become a self-supporting membrane.
比較例5 固体高分子電解質膜の製造(キャストフィルム)
重合例3で得られたポリマーC0.8gと合成例4で得られたポリイミドHPMDA-ODA溶液9.8gおよびジメチルスホキサイド10.0gを加え、攪拌し均一溶液とした(全ポリマー濃度5.0%)。その後は、実施例12と同様の操作を行い、膜厚48μmの膜を得た。この膜を0.5mol硫酸浸漬、水洗後の膜のイオン伝導度は1×10−6S/cmであった。
Comparative Example 5 Production of solid polymer electrolyte membrane (cast film)
0.8 g of the polymer C obtained in Polymerization Example 3, 9.8 g of the polyimide HPMDA-ODA solution obtained in Synthesis Example 4 and 10.0 g of dimethyl sulfoxide were added and stirred to obtain a uniform solution (total polymer concentration of 5. 0%). Thereafter, the same operation as in Example 12 was performed to obtain a film having a thickness of 48 μm. The membrane was immersed in 0.5 mol sulfuric acid and washed with water, and the ionic conductivity of the membrane was 1 × 10 −6 S / cm.
比較例6 酸性基を有するモノマーを4級アンモニウム化したモノマーの重合
2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸20.7g(0.1mol)、(酸性基を有するモノマーと塩基性基を有するモノマーの官能基当量数の比:100/0)、トリエチルアミン10.1g(0.1mol)と2−ヒドロキシエチルメタクリレート1.3g(0.01mol)および溶媒のDMSO68gと、2%−アゾビスイソブチロニトリル−ジメチルスホキサイド溶液20.0gを200mlセパラブルフラスコに加え、60℃、6時間重合反応を行い、微黄色粘調ポリマー溶液を得た。このポリマー溶液にジメチルホルムアミド110.0gを加え、ポリマー濃度10%の均一溶液とした。これをポリマーLとし、比較例7で使用した。
Comparative Example 6 Polymerization of Monomer Having Acidic Group Monomer Quaternized Ammonium 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid 20.7 g (0.1 mol), (monomer having acidic group and monomer having basic group Ratio of functional group equivalent number: 100/0), 10.1 g (0.1 mol) of triethylamine and 1.3 g (0.01 mol) of 2-hydroxyethyl methacrylate and 68 g of DMSO as a solvent, and 2% -azobisisobutyronitrile -Dimethyl sulfoxide solution 20.0g was added to the 200 ml separable flask, and the polymerization reaction was performed at 60 degreeC for 6 hours, and the slightly yellow viscous polymer solution was obtained. To this polymer solution, 110.0 g of dimethylformamide was added to obtain a uniform solution having a polymer concentration of 10%. This was designated as Polymer L and used in Comparative Example 7.
比較例7 固体高分子電解質膜の製造(キャストフィルム)
比較例6で得られたポリマーL5.0gと合成例4で得られたポリイミドHPMDA-ODA溶液5.0gおよびジメチルスホキサイド10.0gを加え、攪拌し均一溶液とした(全ポリマー濃度5.0%)。その後は、実施例12と同様の操作を行ない、膜厚38μmの膜を得た。この膜を0.5mol硫酸に一日浸漬、その後十分に水洗して固体高分子電解質膜を得た。この膜のイオン伝導度は1.5×10−3S/cmで、メタノール透過速度は10.0mg/cm2/minで、メタノール透過率は38μg/cm・minであった。
Comparative Example 7 Production of solid polymer electrolyte membrane (cast film)
5.0 g of the polymer L obtained in Comparative Example 6, 5.0 g of the polyimide HPMDA-ODA solution obtained in Synthesis Example 4 and 10.0 g of dimethyl sulfoxide were added and stirred to obtain a uniform solution (total polymer concentration 5. 0%). Thereafter, the same operation as in Example 12 was performed to obtain a film having a thickness of 38 μm. This membrane was immersed in 0.5 mol sulfuric acid for one day and then thoroughly washed with water to obtain a solid polymer electrolyte membrane. The ion conductivity of this membrane was 1.5 × 10 −3 S / cm, the methanol permeation rate was 10.0 mg / cm 2 / min, and the methanol permeability was 38 μg / cm · min.
Claims (9)
(a)酸性基を有するモノマーが、スルホン酸基、ホスホン酸基、およびカルボキシル基からなる群より選ばれた少なくとも1種を有するモノマーであり、
(b)塩基性を有するモノマーが、アミノ基、アミド基、およびウレア基からなる群より選ばれた少なくとも1種を有するモノマーである。 A solid polymer electrolyte obtained by mixing an electrolyte polymer obtained by copolymerizing a monomer having an acidic group or a monomer having an acidic group with a quaternary ammonium salt and a monomer having a basic group, with a polyimide, A solid polymer electrolyte that satisfies the following conditions (a) and (b):
(A) the monomer having an acidic group is a monomer having at least one selected from the group consisting of a sulfonic acid group, a phosphonic acid group, and a carboxyl group;
(B) The monomer having basicity is a monomer having at least one selected from the group consisting of an amino group, an amide group, and a urea group.
(c)1,2,4,5−シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,4,5−シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物、ビシクロ[2.2.2]オクト−7−エン−2,3,5,6−テトラカルボン酸二無水物、1,2,4,5−シクロヘキサンテトラカルボン酸、1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸、1,2,4,5−シクロペンタンテトラカルボン酸、ビシクロ[2.2.2]オクト−7−エン−2,3,5,6−テトラカルボン酸
(d)2,2’-ジヒドロキシ-4,4’−ジアミノジフェニレン、メチレンビス[4-アミノ-2-ベンゾイックアシッド]、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、4,4’−ジアミノジシクロヘキシルメタン The polyimide is a solvent comprising at least one selected from the tetracarboxylic dianhydrides and tetracarboxylic acids shown in the following (c) and at least one selected from the diamine compounds shown in the following (d) The solid polymer electrolyte according to any one of claims 1 to 7, which is obtained by polycondensation inside.
(C) 1,2,4,5-cyclohexanetetracarboxylic dianhydride, 1,2,3,4-cyclobutanetetracarboxylic dianhydride, 1,2,4,5-cyclopentanetetracarboxylic dianhydride Bicyclo [2.2.2] oct-7-ene-2,3,5,6-tetracarboxylic dianhydride, 1,2,4,5-cyclohexanetetracarboxylic acid, 1,2,3 4-cyclobutanetetracarboxylic acid, 1,2,4,5-cyclopentanetetracarboxylic acid, bicyclo [2.2.2] oct-7-ene-2,3,5,6-tetracarboxylic acid (d) 2 2,2'-dihydroxy-4,4'-diaminodiphenylene, methylenebis [4-amino-2-benzoic acid], 4,4'-diaminodiphenyl ether, 2,2-bis [4- (4-aminophenoxy) Phenyl] Pro Emissions, 1,4-bis (4-aminophenoxy) benzene, 4,4'-diaminodicyclohexylmethane
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100750290B1 (en) * | 2006-07-11 | 2007-08-20 | 한국화학연구원 | Synchronous crosslinking-imidized polyelectrolyte membranes having an interpenetrating polymer network structure for fuel cell and method for preparation the same |
WO2010044381A1 (en) * | 2008-10-14 | 2010-04-22 | 日本化薬株式会社 | Phenolic hydroxyl group-containing polyimide resin and photosensitive resin composition using same |
JP2018122280A (en) * | 2017-02-03 | 2018-08-09 | 三菱瓦斯化学株式会社 | Asymmetric membrane |
CN111961201A (en) * | 2019-05-03 | 2020-11-20 | 香港科技大学 | Polyelectrolyte capable of generating nitrogen-containing cations in situ by one-pot method and application thereof |
CN114350148A (en) * | 2022-02-15 | 2022-04-15 | 中北大学 | Organic-inorganic composite membrane based on sulfonated polyimide, preparation method and application thereof |
-
2005
- 2005-01-27 JP JP2005019492A patent/JP2006100241A/en active Pending
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100750290B1 (en) * | 2006-07-11 | 2007-08-20 | 한국화학연구원 | Synchronous crosslinking-imidized polyelectrolyte membranes having an interpenetrating polymer network structure for fuel cell and method for preparation the same |
WO2010044381A1 (en) * | 2008-10-14 | 2010-04-22 | 日本化薬株式会社 | Phenolic hydroxyl group-containing polyimide resin and photosensitive resin composition using same |
JP5530363B2 (en) * | 2008-10-14 | 2014-06-25 | 日本化薬株式会社 | Phenolic hydroxyl group-containing polyimide resin and photosensitive resin composition using the same |
JP2018122280A (en) * | 2017-02-03 | 2018-08-09 | 三菱瓦斯化学株式会社 | Asymmetric membrane |
CN111961201A (en) * | 2019-05-03 | 2020-11-20 | 香港科技大学 | Polyelectrolyte capable of generating nitrogen-containing cations in situ by one-pot method and application thereof |
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CN114350148A (en) * | 2022-02-15 | 2022-04-15 | 中北大学 | Organic-inorganic composite membrane based on sulfonated polyimide, preparation method and application thereof |
CN114350148B (en) * | 2022-02-15 | 2023-09-29 | 中北大学 | Organic-inorganic composite membrane based on sulfonated polyimide and preparation method and application thereof |
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