JP2006261110A - Composition containing oxocarbon acid and/or its derivative and use thereof - Google Patents

Composition containing oxocarbon acid and/or its derivative and use thereof Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a new composition useful for a polymer electrolyte of a polymer electrolyte fuel cell. <P>SOLUTION: This composition contains an oxocarbon acid represented by the general formula (1) and/or its derivative and a polymer electrolyte. In the formula (1), X<SP>1</SP>and X<SP>2</SP>are each -O-, -S- or -NR'; Z is -CO-, -C(S)-, -C(NR'')-, an alkylene group or an arylene group; n is an integer of 0-10; R is -OH, -SH, -NHR''', an alkyl group, an aryl group or aralkyl group; R', R'' and R''' are each an hydrogen atom, an alkyl group or an aryl group; and B is a hydrogen atom or a monovalent metal atom. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、オキソカーボン酸及び/又はその誘導体を含む組成物並びにその用途に関する。   The present invention relates to a composition comprising an oxocarbonic acid and / or a derivative thereof and use thereof.

スクアリン酸(四角酸)に代表されるオキソカーボン酸又はその誘導体は、オキソカーボン基における水素が解離した状態が共鳴により安定な構造となるため酸性度が高いことが知られている(非特許文献1)(非特許文献2)。
一方、スルホン酸基を有する高分子化合物は、高分子電解質型燃料電池等の高分子電解質として有用であることが知られている。例えばナフィオン(デュポン社の登録商標)をはじめとするフッ素系高分子、ポリエーテルケトン類にスルホン酸基を導入した高分子(特許文献1)、ポリエーテルスルホン類にスルホン酸基を導入した高分子(非特許文献3)、ポリイミド類にスルホン酸基を導入した高分子(特許文献2)、ポリフェニレン類にスルホン酸基を導入した高分子(特許文献3)、ポリホスファゼン類にスルホン酸基を導入した高分子(非特許文献4)等が高分子電解質型燃料電池等の高分子電解質として提案されている。
また、起動・停止を繰り返す燃料電池中において、高分子電解質膜は、稼動時には生成水によって膨潤し、停止時には乾燥して収縮するといった寸法変化を起こすことが知られている。
It is known that an oxocarbonic acid represented by squaric acid (square acid) or a derivative thereof has high acidity because a state in which hydrogen in an oxocarbon group is dissociated has a stable structure due to resonance (non-patent literature). 1) (Non-patent document 2).
On the other hand, polymer compounds having a sulfonic acid group are known to be useful as polymer electrolytes for polymer electrolyte fuel cells and the like. For example, fluorinated polymers such as Nafion (registered trademark of DuPont), polymers obtained by introducing sulfonic acid groups into polyether ketones (Patent Document 1), polymers obtained by introducing sulfonic acid groups into polyether sulfones (Non-patent Document 3), Polymers with sulfonic acid groups introduced into polyimides (Patent Document 2), Polymers with sulfonic acid groups introduced into polyphenylenes (Patent Document 3), and sulfonic acid groups introduced into polyphosphazenes The polymer (Non-patent Document 4) has been proposed as a polymer electrolyte for a polymer electrolyte fuel cell or the like.
Further, in a fuel cell that is repeatedly started and stopped, it is known that the polymer electrolyte membrane undergoes a dimensional change such as swelling with generated water during operation, and drying and shrinking when stopped.

Oxocarbons、45頁(Edited by Robert West)、Academic Press(1980),(ISBN:0−12−744580−3)Oxocarbons, p. 45 (Edited by Robert West), Academic Press (1980), (ISBN: 0-12-744580-3). Journal of the American Chemical Society,95,8703(1973)Journal of the American Chemical Society, 95, 8703 (1973) J.Membrane Science,83,211(1993)J. et al. Membrane Science, 83, 211 (1993) Chemical Material,3,1120(1991)Chemical Material, 3, 1120 (1991) 米国特許5438082号US Pat. No. 5,438,082 特開2003−277501号広報JP 2003-277501 A 米国特許5403675号US Pat. No. 5,403,675

しかしながら、オキソカーボン酸及び/又はその誘導体と高分子電解質とを含有する組成物は、全く知られていない。
本発明の目的は、固体高分子型燃料電池のプロトン伝導膜用材料すなわち高分子電解質として有用な新規な組成物を提供することにあり、プロトン伝導膜としたときに、プロトン伝導度を低下させずに単独の高分子電解質よりも高い柔軟性を有する膜を与える組成物を提供することにある。
However, there is no known composition containing oxocarbonic acid and / or a derivative thereof and a polymer electrolyte.
An object of the present invention is to provide a novel composition useful as a material for a proton conducting membrane of a polymer electrolyte fuel cell, that is, a polymer electrolyte. When a proton conducting membrane is used, the proton conductivity is lowered. It is another object of the present invention to provide a composition that provides a film having higher flexibility than a single polymer electrolyte.

本発明者等は、高分子電解質にオキソカーボン酸及び/又はその誘導体を含有させた組成物を製造し種々検討を重ねた結果、オキソカーボン酸及び/又はその誘導体を含有する組成物が、水素ガスなどの気体燃料やメタノールやジメチルエーテルなどの液体燃料を用いる固体高分子型燃料電池のプロトン伝導膜用材料すなわち高分子電解質として有用であることを見出すとともに、オキソカーボン酸及び/又はその誘導体を加えることによって高分子電解質単独の膜に比し、プロトン伝導度を低下させることなく柔軟性が付与できることを見出し、本発明を完成した。
すなわち本発明は、〔1〕オキソカーボン酸及び/又はその誘導体と高分子電解質とを含有することを特徴とする組成物、
〔2〕オキソカーボン酸又はその誘導体が、下記一般式(1)で示されることを特徴とする〔1〕記載の組成物、

Figure 2006261110
(式中、X1、X2はそれぞれ独立に−O−、−S−又は−NR’−を表し、Zは−CO−、−C(S)−、−C(NR’’)−、置換基を有していても良い炭素数1〜6のアルキレン基又は置換基を有していても良い炭素数6〜10のアリーレン基を表す。nは、繰り返しの数を表わし、0〜10の整数を表わす。n個あるZは、互いに同じであっても良く、異なっていても良い。Rは、−OH、−SH、−NHR’’’、置換基を有していても良い炭素数1〜18のアルキル基、置換基を有していても良い炭素数6〜18のアリール基又は置換基を有していても良い炭素数7〜16のアラルキル基を表す。R’、R’’、R’’’は、それぞれ独立に水素原子、置換基を有していてもよい炭素数1〜6のアルキル基又は置換基を有していてもよい炭素数6〜10のアリール基を表す。Bは、水素原子又は1価の金属原子を表す。)
〔3〕Zが、−CO−、−C(S)−又は−C(NH)−であることを特徴とする〔2〕記載の組成物、
〔4〕X1とX2が−O−、Zが−CO−、nが0〜2であることを特徴とする〔2〕又は〔3〕記載の組成物、
〔5〕高分子電解質が、(A)主鎖が脂肪族炭化水素からなる高分子であり、イオン交換基が導入された形の高分子電解質;(B)主鎖の一部又は全部の水素原子がフッ素で置換された脂肪族炭化水素からなる高分子であり、イオン交換基が導入された形の高分子電解質;(C)主鎖が芳香環を有する高分子であり、イオン交換基が導入された形の高分子電解質;(D)主鎖に実質的に炭素原子を含まない無機物からなる高分子であり、イオン交換基が導入された形の高分子電解質;(E)主鎖あるいは側鎖に窒素原子を含み、酸性化合物がイオン結合により導入された形の高分子電解質;(F)(A)〜(E)の共重合体及び/又は混合物からなる高分子電解質からなる群から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする〔1〕〜〔4〕いずれかに記載の組成物、
〔6〕[高分子電解質中のイオン交換基の物質量(mmol)]/[高分子電解質の重量(g)]が0.05〜5mmol/gであることを特徴とする〔1〕〜〔5〕いずれかに記載の組成物、
〔7〕高分子電解質が主鎖に芳香環を有する高分子であり、イオン交換基が導入された形の高分子電解質であることを特徴とする〔1〕〜〔6〕いずれかに記載の組成物、
〔8〕高分子電解質が主鎖に実質的に炭素原子を含まない無機物からなる高分子であり、イオン交換基が導入された形の高分子電解質であることを特徴とする〔1〕〜〔6〕いずれかに記載の組成物、
〔9〕高分子電解質が実質的にイオン交換基を有するセグメントと実質的にイオン交換基を有さないセグメントから成ることを特徴とする〔1〕〜〔8〕いずれかに記載の組成物、
〔10〕イオン交換基が陽イオン交換基であることを特徴とする〔1〕〜〔9〕いずれかに記載の組成物、
〔11〕陽イオン交換基がスルホン酸基及び/又はホスホン酸基であることを特徴とする〔1〕〜〔10〕いずれかに記載の組成物、
〔12〕[オキソカーボン酸及び/又はその誘導体の物質量(mmol)]/[高分子電解質の重量(g)+オキソカーボン酸及び/又はその誘導体の重量(g)]が0.05〜8mmol/gであることを特徴とする〔1〕〜〔11〕いずれかに記載の組成物、
〔13〕前記〔1〕〜〔12〕いずれかに記載の組成物を用いることを特徴とする高分子電解質膜、
〔14〕前記〔13〕記載の高分子電解質膜を用いることを特徴とする高分子電解質膜−電極接合体、
〔15〕前記〔13〕に記載の高分子電解質膜又は〔14〕に記載の高分子電解質膜−電極接合体の少なくとも一つを用いることを特徴とする電池、
〔16〕前記〔13〕に高分子電解質膜又は〔14〕に記載の高分子電解質膜−電極接合体の少なくとも一つを用いることを特徴とする燃料電池、
を提供するものである。 The inventors of the present invention have produced a composition containing oxocarbonic acid and / or a derivative thereof in a polymer electrolyte, and as a result of various studies, the composition containing the oxocarbonic acid and / or the derivative thereof is It is found useful as a proton conductive membrane material for a polymer electrolyte fuel cell using a gas fuel such as gas or a liquid fuel such as methanol or dimethyl ether, that is, a polymer electrolyte, and an oxocarbon acid and / or a derivative thereof is added. As a result, it has been found that flexibility can be imparted without lowering proton conductivity as compared with a membrane of a polymer electrolyte alone, and the present invention has been completed.
That is, the present invention provides [1] a composition comprising oxocarbonic acid and / or a derivative thereof and a polymer electrolyte,
[2] The composition according to [1], wherein the oxocarbonic acid or derivative thereof is represented by the following general formula (1):
Figure 2006261110
Wherein X 1 and X 2 each independently represent —O—, —S— or —NR′—, Z represents —CO—, —C (S) —, —C (NR ″) —, Represents an optionally substituted alkylene group having 1 to 6 carbon atoms or an optionally substituted arylene group having 6 to 10 carbon atoms, n represents the number of repetitions, and 0 to 10 The n Zs may be the same or different from each other.R is —OH, —SH, —NHR ′ ″, a carbon which may have a substituent. An alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, an aryl group having 6 to 18 carbon atoms which may have a substituent, or an aralkyl group having 7 to 16 carbon atoms which may have a substituent. '', R '''each independently represents a hydrogen atom, an optionally substituted alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, or an optionally substituted carbon group having 6 carbon atoms. .B representing the 10 aryl group represents a hydrogen atom or a monovalent metal atom.)
[3] The composition according to [2], wherein Z is —CO—, —C (S) — or —C (NH) —.
[4] The composition according to [2] or [3], wherein X 1 and X 2 are —O—, Z is —CO—, and n is 0 to 2,
[5] The polymer electrolyte is a polymer electrolyte in which (A) the main chain is a polymer composed of an aliphatic hydrocarbon and an ion exchange group is introduced; (B) part or all of the hydrogen in the main chain A polymer composed of an aliphatic hydrocarbon in which an atom is substituted with fluorine, and a polymer electrolyte in which an ion exchange group is introduced; (C) a polymer having a main chain having an aromatic ring, and an ion exchange group A polyelectrolyte in an introduced form; (D) a polymer composed of an inorganic substance substantially free of carbon atoms in the main chain and having an ion exchange group introduced therein; (E) a main chain or A polymer electrolyte in which a side chain contains a nitrogen atom and an acidic compound is introduced by ionic bonding; (F) from the group consisting of a polymer electrolyte comprising a copolymer and / or a mixture of (A) to (E) [1]-[4 characterized by being at least one selected A composition according to any one,
[6] [Material amount of ion exchange group in polymer electrolyte (mmol)] / [Weight of polymer electrolyte (g)] is 0.05 to 5 mmol / g [1] to [ 5] The composition according to any one of the above,
[7] The polymer electrolyte is a polymer having an aromatic ring in the main chain, and is a polymer electrolyte having an ion exchange group introduced therein [1] to [6] Composition,
[8] The polymer electrolyte is a polymer made of an inorganic substance substantially free of carbon atoms in the main chain, and is a polymer electrolyte having an ion exchange group introduced therein [1] to [1] 6] The composition according to any one of the above,
[9] The composition according to any one of [1] to [8], wherein the polymer electrolyte comprises a segment having substantially an ion exchange group and a segment having substantially no ion exchange group,
[10] The composition according to any one of [1] to [9], wherein the ion exchange group is a cation exchange group,
[11] The composition according to any one of [1] to [10], wherein the cation exchange group is a sulfonic acid group and / or a phosphonic acid group,
[12] [Amount of substance of oxocarbonic acid and / or derivative thereof (mmol)] / [weight of polymer electrolyte (g) + weight of oxocarbonic acid and / or derivative thereof (g)] is 0.05 to 8 mmol / G according to any one of [1] to [11],
[13] A polymer electrolyte membrane comprising the composition according to any one of [1] to [12],
[14] A polymer electrolyte membrane-electrode assembly using the polymer electrolyte membrane according to [13],
[15] A battery comprising at least one of the polymer electrolyte membrane according to [13] or the polymer electrolyte membrane-electrode assembly according to [14],
[16] A fuel cell using at least one of the polymer electrolyte membrane according to [13] or the polymer electrolyte membrane-electrode assembly according to [14],
Is to provide.

本発明の高分子電解質とオキソカーボン酸及び/又はその誘導体とを含有する組成物は、水素ガスなどの気体燃料やメタノールやジメチルエーテルなどの液体燃料を用いる固体高分子型燃料電池のプロトン伝導膜用材料すなわち高分子電解質として有用である。殊に本発明の組成物は単独の高分子電解質に匹敵するプロトン伝導性を有するのみならず、単独の高分子電解質に比し、応力を緩和するために有効な柔軟性を有する膜であるため、耐久性等の実用面でも有利となる。   The composition containing the polymer electrolyte of the present invention and oxocarbonic acid and / or a derivative thereof is used for a proton conducting membrane of a polymer electrolyte fuel cell using a gaseous fuel such as hydrogen gas or a liquid fuel such as methanol or dimethyl ether. It is useful as a material, that is, a polymer electrolyte. In particular, the composition of the present invention not only has proton conductivity comparable to that of a single polymer electrolyte, but is also a flexible film that is effective in relieving stress as compared with a single polymer electrolyte. Also, it is advantageous in practical aspects such as durability.

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の組成物は、オキソカーボン酸及び/又はその誘導体と高分子電解質とを含有することを特徴とする。組成物の形態としては、特に制限はないが分子レベルで相溶していても良く、非相溶の状態でも良く、高分子電解質が膜の状態にあるときに膜の表面にオキソカーボン酸及び/又はその誘導体が塗布された状態でも良い。分子レベルで相溶している形態が柔軟性付与の効果が高いために好ましい。
ここで、オキソカーボン酸又はその誘導体としては、その代表例として、下記一般式(1)で示される化合物が挙げられる。

Figure 2006261110
(式中、X1、X2はそれぞれ独立に−O−、−S−又は−NR’−を表し、Zは−CO−、−C(S)−、−C(NR’’)−、置換基を有していても良い炭素数1〜6のアルキレン基又は置換基を有していても良い炭素数6〜10のアリーレン基を表す。nは、繰り返しの数を表わし、0〜10の整数を表わす。n個あるZは、互いに同じであっても良く、異なっていても良い。Rは、−OH、−SH、−NHR’’’、置換基を有していても良い炭素数1〜18のアルキル基、置換基を有していても良い炭素数6〜18のアリール基又は置換基を有していても良い炭素数7〜16のアラルキル基を表す。R’、R’’、R’’’は、それぞれ独立に水素原子、置換基を有していてもよい炭素数1〜6のアルキル基又は置換基を有していてもよい炭素数6〜10のアリール基を表す。Bは、水素原子又は1価の金属原子を表す。) Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The composition of the present invention comprises oxocarbonic acid and / or a derivative thereof and a polymer electrolyte. The form of the composition is not particularly limited, but may be compatible at the molecular level or incompatible, and when the polymer electrolyte is in the form of a membrane, oxocarbonic acid and It may also be in a state where a derivative thereof is applied. A form that is compatible at the molecular level is preferable because the effect of imparting flexibility is high.
Here, as a typical example of the oxocarbonic acid or a derivative thereof, a compound represented by the following general formula (1) can be given.
Figure 2006261110
Wherein X 1 and X 2 each independently represent —O—, —S— or —NR′—, Z represents —CO—, —C (S) —, —C (NR ″) —, Represents an optionally substituted alkylene group having 1 to 6 carbon atoms or an optionally substituted arylene group having 6 to 10 carbon atoms, n represents the number of repetitions, and 0 to 10 The n Zs may be the same or different from each other.R is —OH, —SH, —NHR ′ ″, a carbon which may have a substituent. An alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, an aryl group having 6 to 18 carbon atoms which may have a substituent, or an aralkyl group having 7 to 16 carbon atoms which may have a substituent. '', R '''each independently represents a hydrogen atom, an optionally substituted alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, or an optionally substituted carbon group having 6 carbon atoms. .B representing the 10 aryl group represents a hydrogen atom or a monovalent metal atom.)

式(1)で表わされるオキソカーボン類において、Bが水素原子である場合、すなわち遊離酸の形である場合は、下記式

Figure 2006261110
で表わされる平衡反応をとりうる。この平衡反応の極限構造は下記式
Figure 2006261110
のように表わされ、プロトンが解離した時のカチオンが分子内に広く非局在化するために安定な構造である。そのために式(1)で表される化合物は酸性度が高い化合物になるものと考えられる。 In the oxocarbons represented by the formula (1), when B is a hydrogen atom, that is, in the form of a free acid, the following formula
Figure 2006261110
The equilibrium reaction represented by can be taken. The ultimate structure of this equilibrium reaction is
Figure 2006261110
This is a stable structure because the cations when protons dissociate are widely delocalized in the molecule. Therefore, it is considered that the compound represented by the formula (1) becomes a compound having a high acidity.

オキソカーボン酸又はその誘導体(1)において、X1、X2はそれぞれ独立に−O−、−S−又は−NR’−を表す。R’は、水素原子、メチル基、トリフルオロメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基等で代表される置換基を有していてもよい炭素数1〜6のアルキル基又はフェニル基、ペンタフルオロフェニル基、ナフチル基等で代表される置換基を有していてもよい炭素数6〜10のアリール基を表す。R’として、好ましくは水素原子である。X1、X2として、好ましくは−O−、−S−であり、特に好ましくは−O−である。
また、Zは−CO−、−C(S)−、−C(NR’’)−、置換基を有していてもよい炭素数1〜6のアルキレン基又は置換基を有していてもよい炭素数6〜10のアリーレン基を表す。R’’は水素原子、メチル基、トリフルオロメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基等で代表される置換基を有していてもよい炭素数1〜6のアルキル基又はフェニル基、ペンタフルオロフェニル基、ナフチル基等で代表される置換基を有していてもよい炭素数6〜10のアリール基を表す。R’’として、好ましくは水素原子である。
ここで、炭素数1〜6のアルキレン基としては、例えばメチレン、エチレン、プロピレン、i−プロピレン、ブチレン、ペンチレン等が挙げられる。また炭素数6〜10のアリーレン基としては、例えばフェニレン、ナフチレン等が挙げられる。置換基を有する場合の置換基としては、例えば、フッ素、塩素、臭素などのハロゲン原子が挙げられ、なかでもフッ素が好ましく用いられる。
Zは、好ましくは−CO−、−C(S)−、−C(NR’’)−、メチレン、ジフルオロメチレン、フェニレン、テトラフルオロフェニレン等であり、より好ましくは−CO−、−C(S)−等であり、特に好ましくは−CO−等である。
nはZの繰り返しの数を表わし、n=0〜10の数を表わす。nが0の場合は、単結合を意味する。n個あるZは互いに同じであっても良いし、異なっていても良い。nは、好ましくは0〜4であり、より好ましくは0〜2であり、特に好ましくは1である。
In the oxocarbonic acid or derivative (1) thereof, X 1 and X 2 each independently represent —O—, —S— or —NR′—. R ′ is a C 1-6 alkyl group which may have a substituent represented by a hydrogen atom, a methyl group, a trifluoromethyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, and the like. Alternatively, it represents an aryl group having 6 to 10 carbon atoms which may have a substituent represented by a phenyl group, a pentafluorophenyl group, a naphthyl group, or the like. R ′ is preferably a hydrogen atom. X 1 and X 2 are preferably —O— and —S—, and particularly preferably —O—.
Z may be —CO—, —C (S) —, —C (NR ″) —, an optionally substituted alkylene group having 1 to 6 carbon atoms, or a substituent. A good arylene group having 6 to 10 carbon atoms is represented. R ″ represents a hydrogen atom, a methyl group, a trifluoromethyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group and the like, which may have a substituent having 1 to 6 carbon atoms. Alternatively, it represents an aryl group having 6 to 10 carbon atoms which may have a substituent represented by a phenyl group, a pentafluorophenyl group, a naphthyl group, or the like. R ″ is preferably a hydrogen atom.
Here, as a C1-C6 alkylene group, a methylene, ethylene, propylene, i-propylene, butylene, pentylene etc. are mentioned, for example. Examples of the arylene group having 6 to 10 carbon atoms include phenylene and naphthylene. In the case of having a substituent, examples of the substituent include halogen atoms such as fluorine, chlorine, bromine, etc. Among them, fluorine is preferably used.
Z is preferably —CO—, —C (S) —, —C (NR ″) —, methylene, difluoromethylene, phenylene, tetrafluorophenylene, etc., more preferably —CO—, —C (S )-And the like, particularly preferably -CO- and the like.
n represents the number of repetitions of Z, and represents a number of n = 0 to 10. When n is 0, it means a single bond. The n Zs may be the same or different. n is preferably 0 to 4, more preferably 0 to 2, and particularly preferably 1.

Rは−OH、−SH、−NHR’’’、置換基を有していても良い炭素数1〜18のアルキル基、置換基を有していても良い炭素数6〜18のアリール基又は置換基を有していても良い炭素数7〜16のアラルキル基を表す。R’’’は、水素原子;メチル基、トリフルオロメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基等で代表される置換基を有していてもよい炭素数1〜6のアルキル基又はフェニル基、ペンタフルオロフェニル基、ナフチル基等で代表される置換基を有していてもよい炭素数6〜10のアリール基を表す。R’’’として好ましくは水素原子である。
ここで、炭素数1〜18のアルキル基としては、例えばメチル基、エチル基、プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、イソブチル基、t−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基等が挙げられる。
炭素数1〜18のアルキル基が置換基を有する場合の置換基としては、例えばフルオロ基、クロロ基、ブロモ基等のハロゲノ基;ニトロ基;シアノ基;メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基等の炭素数1〜5のアルコキシ基;トリフルオロメチル基、ペンタフルオロメチル基等の炭素数1〜5のフルオロアルキル基等が挙げられる。
R is —OH, —SH, —NHR ′ ″, an optionally substituted alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, an optionally substituted aryl group having 6 to 18 carbon atoms, or An aralkyl group having 7 to 16 carbon atoms which may have a substituent is represented. R ′ ″ represents a hydrogen atom; optionally having a substituent represented by a methyl group, a trifluoromethyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, etc. It represents an aryl group having 6 to 10 carbon atoms which may have a substituent represented by an alkyl group, a phenyl group, a pentafluorophenyl group, a naphthyl group or the like. R ′ ″ is preferably a hydrogen atom.
Here, examples of the alkyl group having 1 to 18 carbon atoms include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an i-propyl group, an n-butyl group, a sec-butyl group, an isobutyl group, a t-butyl group, a pentyl group, Examples include hexyl group, heptyl group, octyl group, nonyl group, decyl group, undecyl group, dodecyl group, tridecyl group, tetradecyl group, pentadecyl group, hexadecyl group, heptadecyl group, octadecyl group and the like.
Examples of the substituent when the alkyl group having 1 to 18 carbon atoms has a substituent include halogeno groups such as a fluoro group, a chloro group, and a bromo group; a nitro group; a cyano group; a methoxy group, an ethoxy group, and a propoxy group. C1-C5 alkoxy groups; C1-C5 fluoroalkyl groups, such as a trifluoromethyl group and a pentafluoromethyl group, etc. are mentioned.

また炭素数6〜18のアリール基としては、例えばフェニル基、ナフチル基、アントラニル基、ビフェニル基、等が挙げられる。炭素数6〜18のアリール基が置換基を有する場合の置換基としては、例えばフルオロ基、クロロ基、ブロモ基等のハロゲノ基、ニトロ基、シアノ基、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基等の炭素数1〜5のアルコキシ基、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロメチル基等の炭素数1〜5のフルオロアルキル基、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等の炭素数1〜5のアルキルなどが挙げられる。   Moreover, as a C6-C18 aryl group, a phenyl group, a naphthyl group, an anthranyl group, a biphenyl group etc. are mentioned, for example. Examples of the substituent when the aryl group having 6 to 18 carbon atoms has a substituent include a halogeno group such as a fluoro group, a chloro group, and a bromo group, a nitro group, a cyano group, a methoxy group, an ethoxy group, and a propoxy group. C1-C5 fluoroalkyl group such as C1-C5 alkoxy group, trifluoromethyl group, pentafluoromethyl group, etc., C1-C5 alkyl such as methyl group, ethyl group, propyl group, butyl group Etc.

より具体的には、ハロゲノ基を置換基として有している炭素数6〜18のアリール基の一例としては、例えば、下記一般式(2a)〜(2c)

Figure 2006261110
が挙げられる。
式中、Y1〜Y5はそれぞれ独立にハロゲノ基を表す。pは1〜5の整数を表す。qは0〜3の整数、rは0〜4の整数を表し、かつ(q+r)の値が1〜7である。sは0〜4の整数、tは0〜5の整数を表し、かつ(s+t)の値が1〜9である。Y1〜Y5がそれぞれ複数あるときにはこれらは同じであっても良いし異なっていても良い。
ハロゲノ基として好ましくはフルオロ基、クロロ基であり、特に好ましくはフルオロ基である。(2a)〜(2c)の中で特に好ましくは(2a)である。 More specifically, examples of the aryl group having 6 to 18 carbon atoms having a halogeno group as a substituent include, for example, the following general formulas (2a) to (2c):
Figure 2006261110
Is mentioned.
Wherein, Y 1 to Y 5 each independently represent a halogeno group. p represents an integer of 1 to 5. q represents an integer of 0 to 3, r represents an integer of 0 to 4, and (q + r) has a value of 1 to 7. s represents an integer of 0 to 4, t represents an integer of 0 to 5, and (s + t) has a value of 1 to 9. When there are a plurality of Y 1 to Y 5 , these may be the same or different.
The halogeno group is preferably a fluoro group or a chloro group, and particularly preferably a fluoro group. (2a) is particularly preferable among (2a) to (2c).

炭素数7〜16のアラルキル基としては、例えばベンジル基、フェニルエチル基、フェニルプロピル基、ナフチルメチル基、ナフチルエチル基等が挙げられる。炭素数7〜16のアラルキル基が置換基を有する場合の置換基としては、例えばフルオロ基、クロロ基、ブロモ基等のハロゲノ基、ニトロ基、シアノ基、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基等の炭素数1〜5のアルコキシ基、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロメチル基等の炭素数1〜5のフルオロアルキル基、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等の炭素数1〜5のアルキル基などが挙げられる。
Rは、−OH、−SH、メチル基、エチル基、トリフルオロメチル基、フェニル基、ナフチル基、ペンタフルオロフェニル基、ベンジル基等であることが好ましく、より好ましくは−OH、フェニル基、ペンタフルオロフェニル基等である。
Examples of the aralkyl group having 7 to 16 carbon atoms include benzyl group, phenylethyl group, phenylpropyl group, naphthylmethyl group, naphthylethyl group and the like. Examples of the substituent when the aralkyl group having 7 to 16 carbon atoms has a substituent include a halogeno group such as a fluoro group, a chloro group, and a bromo group, a nitro group, a cyano group, a methoxy group, an ethoxy group, and a propoxy group. C1-C5 fluoroalkyl group such as C1-C5 alkoxy group, trifluoromethyl group, pentafluoromethyl group, etc., C1-C5 alkyl such as methyl group, ethyl group, propyl group, butyl group Groups and the like.
R is preferably —OH, —SH, methyl group, ethyl group, trifluoromethyl group, phenyl group, naphthyl group, pentafluorophenyl group, benzyl group, and more preferably —OH, phenyl group, penta A fluorophenyl group and the like;

Bは水素原子又は1価の金属原子を表す。1価の金属原子としては、リチウム原子、ナトリウム原子、カリウム原子、セシウム原子、銀原子等が挙げられる。Bとして、好ましくは水素原子、リチウム原子、ナトリウム原子、カリウム原子、セシウム原子であり、さらに好ましくはリチウム原子、ナトリウム原子、カリウム原子であり、さらにより好ましくは水素原子、リチウム原子であり、特に好ましくは水素原子である。
本発明の組成物をリチウム二次電池用電解質として用いる場合には、Bとしてリチウムが用いられる。
本発明の組成物を固体高分子型燃料電池に用いる場合は、実質的に全ての官能基が遊離酸の形である場合が好ましい。本発明の組成物は、固体高分子型燃料電池に、より好適に用いられる。
B represents a hydrogen atom or a monovalent metal atom. Examples of the monovalent metal atom include a lithium atom, a sodium atom, a potassium atom, a cesium atom, and a silver atom. B is preferably a hydrogen atom, lithium atom, sodium atom, potassium atom or cesium atom, more preferably a lithium atom, sodium atom or potassium atom, still more preferably a hydrogen atom or lithium atom, particularly preferably. Is a hydrogen atom.
When the composition of the present invention is used as an electrolyte for a lithium secondary battery, lithium is used as B.
When the composition of the present invention is used in a polymer electrolyte fuel cell, it is preferable that substantially all functional groups are in the form of free acid. The composition of the present invention is more suitably used for a polymer electrolyte fuel cell.

本発明におけるオキソカーボン酸又はその誘導体(1)の具体例としては、例えば下記の化合物が挙げられる。ここでBが水素原子の場合を例示する。

Figure 2006261110
Specific examples of the oxocarbonic acid or derivative (1) in the present invention include the following compounds. Here, the case where B is a hydrogen atom is illustrated.
Figure 2006261110

Figure 2006261110
Figure 2006261110

Figure 2006261110
Figure 2006261110

Figure 2006261110
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Figure 2006261110
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Figure 2006261110
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Figure 2006261110
Figure 2006261110

Figure 2006261110
Figure 2006261110

本発明においては、上記のようなオキソカーボン酸及び/又はその誘導体が用いられる。これらの中では、(a1)〜(a66)が好ましい。より好ましくは(a2)、(a5)(a8)、(a11)、(a14)、(a17)、(a20)、(a23)、(a26)、(a29)、(a32)、(a35)、(a38)、(a41)、(a44)、(a47)、(a50)、(a53)、(a56)、(a59)、(a62)、(a65)であり、より一層好ましくは(a2)、(a5)、(a17)、(a26)、(a29)、(a41)、(a44)、(a50)、(a53)、(a59)、(a62)、(a65)であり、特に好ましくは(a2)、(a41)、(a50)、(a53)である。   In the present invention, the above oxocarbonic acid and / or its derivative is used. Among these, (a1) to (a66) are preferable. More preferably (a2), (a5) (a8), (a11), (a14), (a17), (a20), (a23), (a26), (a29), (a32), (a35), (A38), (a41), (a44), (a47), (a50), (a53), (a56), (a59), (a62), (a65), and more preferably (a2), (A5), (a17), (a26), (a29), (a41), (a44), (a50), (a53), (a59), (a62), (a65), particularly preferably ( a2), (a41), (a50), and (a53).

オキソカーボン酸又はその誘導体は、例えば下記の方法に準拠して製造し得る。また試薬メーカーから入手しても良い。
(I)リチウム試薬を用いて、オキソカーボン酸又はその誘導体(1)におけるRがアルキル又はアリールである化合物を製造する方法(Journal of Organic Chemistry,53,2482、2477(1988))。
(II)グリニヤ試薬を用いて、オキソカーボン酸又はその誘導体(1)におけるRがアルキル又はアリールである化合物を製造する方法(Heterocycles,27(5),1191(1988))。
(III)スズ試薬を用いて、オキソカーボン酸又はその誘導体(1)におけるRがアルキル又はアリールである化合物を製造する方法(Journal of Organic Chemistry,55,5359(1990)、Tetrahydron Letters,31(30),4293(1990))。
(IV)Friedel Crafts反応を用いて合成する方法(Synthesis,46頁(1974))。
これらの方法に準拠することにより様々な誘導体を合成することができる。
The oxocarbonic acid or derivative thereof can be produced, for example, according to the following method. Moreover, you may obtain from a reagent maker.
(I) A method for producing a compound in which R in the oxocarbonic acid or derivative (1) thereof is alkyl or aryl using a lithium reagent (Journal of Organic Chemistry, 53 , 2482, 2477 (1988)).
(II) A method for producing a compound in which R in the oxocarbonic acid or derivative (1) thereof is alkyl or aryl using a Grignard reagent (Heterocycles, 27 (5), 1191 (1988)).
(III) A method for producing a compound in which R in the oxocarbonic acid or derivative (1) thereof is alkyl or aryl using a tin reagent (Journal of Organic Chemistry, 55 , 5359 (1990), Tetrahedron Letters, 31 (30 ), 4293 (1990)).
(IV) A method of synthesis using Friedel Crafts reaction (Synthesis, page 46 (1974)).
Various derivatives can be synthesized by complying with these methods.

本発明における高分子電解質は電解質として使用できる高分子であれば特に制限はなく、イオン交換基を含む高分子電解質、無機強酸と高分子のブレンド体などが使用できるが、イオン交換基を含んでいることが好ましい。
イオン交換基として、例えば、−SO3H、−COOH、−PO(OH)2、−POH(OH)、−SO2NHSO2−、−Ph(OH)(Phはフェニレン基を表す)、下記一般式(2)

Figure 2006261110
(式中、X1、X2、Z、nは前記(1)と同じ意味を示す。)
で示されるオキソカーボン基等の陽イオン交換基、−NH2、−NHR、−NRR’、−NRR’R’’+、−NH3 +など(Rはアルキル基、シクロアルキル基、アリール基等を表す)等の陰イオン交換基を有する高分子である。イオン交換基は、その一部又は全部が対イオンとの塩を形成していても良い。
イオン交換基として、好ましくは陽イオン交換基であり、さらに好ましくは−SO3H、−PO(OH)2、−POH(OH)、−SO2NHSO2−、オキソカーボン基であり、特に好ましくは−SO3H、−PO(OH)2、オキソカーボン基であり、最も好ましくは−SO3Hである。 The polymer electrolyte in the present invention is not particularly limited as long as it is a polymer that can be used as an electrolyte, and a polymer electrolyte containing an ion exchange group, a blend of a strong inorganic acid and a polymer, etc. can be used. Preferably it is.
As ion exchange groups, for example, -SO 3 H, -COOH, -PO (OH) 2, -POH (OH), - SO 2 NHSO 2 -, - Ph (OH) (Ph represents a phenylene group), the following General formula (2)
Figure 2006261110
(In the formula, X 1 , X 2 , Z and n have the same meaning as in the above (1).)
A cation exchange group such as an oxocarbon group represented by the formula: —NH 2 , —NHR, —NRR ′, —NRR′R ″ + , —NH 3 + and the like (R represents an alkyl group, a cycloalkyl group, an aryl group, etc. And a polymer having an anion exchange group. Some or all of the ion exchange groups may form a salt with a counter ion.
The ion exchange group is preferably a cation exchange group, more preferably —SO 3 H, —PO (OH) 2 , —POH (OH), —SO 2 NHSO 2 —, an oxocarbon group, and particularly preferably. Are —SO 3 H, —PO (OH) 2 , and an oxocarbon group, and most preferably —SO 3 H.

該高分子電解質の代表例としては、例えば(A)主鎖が脂肪族炭化水素からなる高分子であり、イオン交換基が導入された形の高分子電解質;(B)主鎖の一部又は全部の水素原子がフッ素で置換された脂肪族炭化水素からなる高分子であり、イオン交換基が導入された形の高分子電解質;(C)主鎖が芳香環を有する高分子であり、イオン交換基が導入された形の高分子電解質;(D)主鎖に実質的に炭素原子を含まない無機物からなる高分子であり、イオン交換基が導入された形の高分子電解質;(E)主鎖あるいは側鎖に窒素原子を含み、酸性化合物がイオン結合により導入された形の高分子電解質;(F)(A)〜(E)の共重合体及び/又は混合物からなる高分子電解質等が挙げられる。   Representative examples of the polymer electrolyte include, for example, (A) a polymer electrolyte in which the main chain is an aliphatic hydrocarbon and an ion exchange group is introduced; (B) a part of the main chain or A polymer electrolyte comprising an aliphatic hydrocarbon in which all hydrogen atoms are substituted with fluorine, and a polymer electrolyte in which an ion exchange group is introduced; (C) a polymer having an aromatic ring in its main chain, and an ion A polyelectrolyte in a form in which an exchange group is introduced; (D) a polymer electrolyte made of an inorganic substance substantially free of carbon atoms in the main chain and in a form in which an ion exchange group is introduced; (E) A polymer electrolyte in which a main chain or a side chain contains a nitrogen atom and an acidic compound is introduced by ionic bonding; a polymer electrolyte comprising a copolymer and / or a mixture of (F) (A) to (E), etc. Is mentioned.

上記(A)の高分子電解質としては、例えば、ポリビニルスルホン酸、ポリスチレンスルホン酸、ポリ(α−メチルスチレン)スルホン酸、等が挙げられる。
また、上記(B)の高分子電解質としては、Nafion(デュポン社の登録商標、以下同様)に代表される側鎖にパーフルオロアルキルスルホン酸を有し、主鎖がパーフルオロアルカンである高分子、炭化フッ素系ビニルモノマと炭化水素系ビニルモノマとの共重合によって作られた主鎖と、スルホン酸基を有する炭化水素系側鎖とから構成されるスルホン酸型ポリスチレン−グラフト−エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE、例えば特開平9−102322号公報)や、炭化フッ素系ビニルモノマと炭化水素系ビニルモノマとの共重合によって作られた膜に、α,β,β-トリフルオロスチレンをグラフト重合させ、これにスルホン酸基を導入して固体高分子電解質膜とした、スルホン酸型ポリ(トリフルオロスチレン)−グラフト−ETFE膜(例えば、米国特許第4,012,303号及び米国特許第4,605,685号)等が挙げられる。
Examples of the polymer electrolyte (A) include polyvinyl sulfonic acid, polystyrene sulfonic acid, poly (α-methylstyrene) sulfonic acid, and the like.
In addition, as the polymer electrolyte (B), a polymer having perfluoroalkylsulfonic acid in the side chain represented by Nafion (registered trademark of DuPont, the same shall apply hereinafter) and having a main chain of perfluoroalkane. A sulfonic acid type polystyrene-graft-ethylene-tetrafluoroethylene copolymer composed of a main chain made by copolymerization of a fluorocarbon vinyl monomer and a hydrocarbon vinyl monomer and a hydrocarbon side chain having a sulfonic acid group. A film made by copolymerization of a polymer (ETFE, for example, JP-A-9-102322) or a fluorine-based vinyl monomer and a hydrocarbon-based vinyl monomer, α, β, β-trifluorostyrene is graft-polymerized, A sulfonic acid type poly (trifluorostyrene) -glass was obtained by introducing a sulfonic acid group into the polymer electrolyte membrane. Doo -ETFE film (e.g., U.S. Patent No. 4,012,303 and U.S. Pat. No. 4,605,685), and the like.

上記(C)の高分子電解質としては、主鎖が酸素原子等のヘテロ原子で中断されているものであってもよく、例えば、ポリエーテルエーテルケトン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリ(アリーレンエーテル)、ポリイミド、ポリ((4-フェノキシベンゾイル)-1,4-フェニレン)、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニルキノキサレン等の重合体のそれぞれにイオン交換基が導入されたもの、スルホアリール化ポリベンズイミダゾール、スルホアルキル化ポリベンズイミダゾール、ホスホアルキル化ポリベンズイミダゾール(例えば、特開平9−110982)、ホスホン化ポリ(フェニレンエーテル)(例えば、J. Appl. Polym. Sci.、 18、 1969 (1974) )等が挙げられる。   The polymer electrolyte (C) may be one in which the main chain is interrupted by a hetero atom such as an oxygen atom. For example, polyether ether ketone, polysulfone, polyether sulfone, poly (arylene ether) , Polyimide, poly ((4-phenoxybenzoyl) -1,4-phenylene), polyphenylene sulfide, polyphenylquinoxalene and other polymers each having an ion exchange group introduced therein, sulfoarylated polybenzimidazole, Sulfoalkylated polybenzimidazole, phosphoalkylated polybenzimidazole (for example, JP-A-9-110882), phosphonated poly (phenylene ether) (for example, J. Appl. Polym. Sci., 18, 1969 (1974)) and the like. Is mentioned.

また上記(D)の高分子電解質としては例えば、ポリホスファゼンにイオン交換基が導入されたもの、Polymer Prep.、 41、 no.1、 70 (2000) に記載のホスホン酸基を有するポリシロキサン等が挙げられる。
また上記(E)の高分子電解質としては例えば、特表平11−503262号公報に記載の、リン酸を含有させたポリベンズイミダゾール等が挙げられる。
上記(F)の高分子電解質としては、ランダム共重合体にイオン交換基が導入されたものでも、交互共重合体にイオン交換基が導入されたものでも、ブロック共重合体にイオン交換基が導入されたものでもよい。ランダム共重合体にスルホン酸基が導入されたものとしては、例えば、特開平10−021943号公報に記載されているもの等が挙げられる。ブロック共重合体において、スルホン酸基を持つブロックの具体例としては、例えば特開2001−250567号公報に記載のもの等が挙げられる。
高分子電解質に導入されたイオン交換基の分布には特に制限はないが、イオン交換基を有するセグメントと実質的にイオン交換基を有さないセグメントから成る高分子電解質が好ましい。
Examples of the polymer electrolyte (D) include those obtained by introducing an ion exchange group into polyphosphazene, polysiloxane having a phosphonic acid group described in Polymer Prep., 41, no. 1, 70 (2000), and the like. Is mentioned.
Examples of the polymer electrolyte (E) include polybenzimidazole containing phosphoric acid described in JP-A-11-503262.
As the polymer electrolyte of the above (F), an ion exchange group is introduced into a random copolymer, an ion exchange group is introduced into an alternating copolymer, or an ion exchange group is introduced into a block copolymer. It may be introduced. As what introduce | transduced the sulfonic acid group into the random copolymer, the thing etc. which are described in Unexamined-Japanese-Patent No. 10-021943 etc. are mentioned, for example. Specific examples of the block having a sulfonic acid group in the block copolymer include those described in JP-A No. 2001-250567.
The distribution of the ion exchange groups introduced into the polymer electrolyte is not particularly limited, but a polymer electrolyte comprising a segment having an ion exchange group and a segment having substantially no ion exchange group is preferable.

本発明に使用される高分子電解質の重量平均分子量は、好ましくは1000〜1000000程度であり、さらに好ましくは5000〜200000程度である。
本発明において、[高分子電解質中のイオン交換基の物質量(mmol)]/[高分子電解質の重量(g)]、すなわち高分子電解質のイオン交換基当量は、好ましくは0.05〜5mmol/g程度であり、さらに好ましくは0.5〜4程度である。
上記(A)〜(F)の高分子電解質の中でも(C)の主鎖が芳香環を有する高分子であり、スルホン酸基及び/又はホスホン酸基が導入された形の高分子電解質が好ましく用いられる。
上記のような高分子化合物と前記のようなオキソカーボン酸及び/又はその誘導体とを含有する本発明の組成物は、[オキソカーボン酸及び/又はその誘導体の物質量(mmol)]/[高分子電解質の重量(g)+オキソカーボン酸及び/又はその誘導体の重量(g)]、すなわち組成物中のオキソカーボン酸及び/又はその誘導体の当量が好ましくは0.05〜8mmol/gであり、さらに好ましくは0.1〜7mmol/gであり、特に好ましくは0.3〜6mmol/gであり、最も好ましくは0.5〜5mmol/gである。
ここで、組成物中のオキソカーボン酸及び/又はその誘導体の当量が、0.05mmol/g以上であると柔軟性を付与する効果がより向上する傾向にあるため好ましく、8mmol/g以下であると耐水性の面でより好ましい傾向にある。
オキソカーボン酸及び/又はその誘導体は、通常、組成物中のこれらの総量の当量が上記の範囲となるように使用される。本発明の組成物中のオキソカーボン酸及び/又はその誘導体の当量は、NMR法を用いて求める。
The weight average molecular weight of the polymer electrolyte used in the present invention is preferably about 1,000 to 1,000,000, more preferably about 5,000 to 200,000.
In the present invention, [substance amount of ion exchange groups in polymer electrolyte (mmol)] / [weight of polymer electrolyte (g)], that is, the ion exchange group equivalent of the polymer electrolyte is preferably 0.05 to 5 mmol. / G, more preferably about 0.5-4.
Among the polymer electrolytes of the above (A) to (F), a polymer electrolyte in which the main chain of (C) has an aromatic ring and a sulfonic acid group and / or phosphonic acid group is introduced is preferable. Used.
The composition of the present invention containing the polymer compound as described above and the oxocarbon acid and / or derivative thereof as described above is [substance amount (mmol) of oxocarbon acid and / or derivative thereof] / [high Molecular electrolyte weight (g) + oxocarbonic acid and / or derivative weight (g)], that is, the equivalent weight of oxocarbonic acid and / or derivative thereof in the composition is preferably 0.05 to 8 mmol / g. More preferably, it is 0.1-7 mmol / g, Most preferably, it is 0.3-6 mmol / g, Most preferably, it is 0.5-5 mmol / g.
Here, the equivalent of the oxocarbonic acid and / or derivative thereof in the composition is preferably 0.05 mmol / g or more because the effect of imparting flexibility tends to be further improved, and is preferably 8 mmol / g or less. It is more preferable in terms of water resistance.
The oxocarbonic acid and / or derivative thereof is usually used so that the total equivalent amount in the composition falls within the above range. The equivalent weight of the oxocarbonic acid and / or derivative thereof in the composition of the present invention is determined using an NMR method.

本発明の組成物は、高分子電解質とオキソカーボン酸及び/又はその誘導体とを含有することを特徴とするものであり、その製造方法は特に限定はないが、例えば(1)高分子電解質とオキソカーボン酸及び/又はその誘導体を溶媒に溶解、分散又は懸濁させて混合し、その後に溶媒を除去して得る方法、(2)高分子電解質を溶解しない溶媒にオキソカーボンを溶解、分散又は懸濁させておき、この液に高分子電解質を浸漬することでオキソカーボン酸及び/又はその誘導体を含浸、及び/又は付着させて得る方法等が挙げられる。
ここで、溶媒としては、例えば、水、アルコール系溶媒、ケトン系溶媒、エーテル系溶媒、ハロゲン系溶媒、スルホキシド系溶媒、スルホン系溶媒、アミド系溶媒、脂肪族炭化水素溶媒、芳香族炭化水素溶媒、及びこれらの混合溶媒などの中から適宜選択される。
アルコール系溶媒としてはメタノール、エタノール、イソプロパノール、ブタノールなどが、ケトン系溶媒としてはアセトン、メチルイソブチルケトン、メチルエチルケトン、ベンゾフェノンなどが挙げられる。エーテル系溶媒としてはジエチルエーテル、ジブチルエーテル、ジフェニルエーテル、テトラヒドロフラン(以下THFと略記する)、ジオキサン、ジオキソラン、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテルなどが挙げられる。
The composition of the present invention is characterized by containing a polymer electrolyte and oxocarbonic acid and / or a derivative thereof, and the production method thereof is not particularly limited. For example, (1) a polymer electrolyte and A method obtained by dissolving, dispersing or suspending oxocarbonic acid and / or a derivative thereof in a solvent and mixing them, and then removing the solvent; (2) dissolving, dispersing or dispersing the oxocarbon in a solvent that does not dissolve the polymer electrolyte; For example, a method of impregnating and / or adhering oxocarbonic acid and / or a derivative thereof by suspending and immersing the polymer electrolyte in this solution may be used.
Here, examples of the solvent include water, alcohol solvents, ketone solvents, ether solvents, halogen solvents, sulfoxide solvents, sulfone solvents, amide solvents, aliphatic hydrocarbon solvents, aromatic hydrocarbon solvents. , And a mixed solvent thereof.
Examples of alcohol solvents include methanol, ethanol, isopropanol, butanol, and examples of ketone solvents include acetone, methyl isobutyl ketone, methyl ethyl ketone, and benzophenone. Examples of ether solvents include diethyl ether, dibutyl ether, diphenyl ether, tetrahydrofuran (hereinafter abbreviated as THF), dioxane, dioxolane, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monoethyl ether, and the like. It is done.

ハロゲン系溶媒としてはクロロホルム、ジクロロメタン、1,2−ジクロロエタン、1,1,2,2−テトラクロロエタン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼンなどが、スルホキシド系溶媒としてはジメチルスルホキシド(以下、DMSOと略記する)が挙げられる。スルホン系溶媒としてはジフェニルスルホン、スルホラン等が、アミド系溶媒としてはN,N−ジメチルアセトアミド(以下DMAcと略記する)、N−メチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド(以下DMFと略記する)、N−メチルホルムアミド、ホルムアミド、N−メチルピロリドン(以下NMPと略記する)などが挙げられる。脂肪族炭化水素溶媒としてはペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタンなどが、芳香族炭化水素溶媒としてはベンゼン、トルエン、キシレンなどが挙げられる。
なかでも水、アルコール系溶媒、エーテル系溶媒、ハロゲン系溶媒、アミド系溶媒及びこれらの混合溶媒等から選ぶことが好ましい。水、メタノール、THF、ジクロロメタン、DMAc及びこれらの混合溶媒等から選ぶことがさらに好ましい。
Examples of the halogen-based solvent include chloroform, dichloromethane, 1,2-dichloroethane, 1,1,2,2-tetrachloroethane, chlorobenzene, and dichlorobenzene. Examples of the sulfoxide-based solvent include dimethyl sulfoxide (hereinafter abbreviated as DMSO). It is done. Examples of the sulfone solvent include diphenyl sulfone and sulfolane, and examples of the amide solvent include N, N-dimethylacetamide (hereinafter abbreviated as DMAc), N-methylacetamide, N, N-dimethylformamide (hereinafter abbreviated as DMF), N-methylformamide, formamide, N-methylpyrrolidone (hereinafter abbreviated as NMP) and the like. Examples of the aliphatic hydrocarbon solvent include pentane, hexane, heptane, and octane, and examples of the aromatic hydrocarbon solvent include benzene, toluene, xylene, and the like.
Among these, it is preferable to select from water, alcohol solvents, ether solvents, halogen solvents, amide solvents, and mixed solvents thereof. More preferably, it is selected from water, methanol, THF, dichloromethane, DMAc, and mixed solvents thereof.

溶媒を除去する方法としては、混合した溶液、分散液又は懸濁液の溶媒を蒸発させて留去する方法等が挙げられるが、(1)の製造方法の場合には後述の溶媒キャスト法を用いることにより膜状に成型することも可能である。   Examples of the method for removing the solvent include a method of evaporating and evaporating the solvent of the mixed solution, dispersion or suspension, and in the case of the production method (1), the solvent casting method described later is used. It can be formed into a film by using it.

次に、本発明の組成物を燃料電池等の電気化学デバイスの隔膜として使用する場合について説明する。
この場合、本発明の組成物は、通常フィルムの形態で使用されるが、フィルムへ転化する方法に特に制限はなく、例えば溶液状態より製膜する方法(溶媒キャスト法)が好ましく使用される。
具体的には、組成物を適当な溶媒に溶解し、その溶液をガラス板上に塗布し、溶媒を除去することにより製膜される。製膜に用いる溶媒は、組成物を溶解可能であり、その後に除去し得るものであるならば特に制限はなく、DMF、DMAc、NMP、DMSO等の非プロトン性極性溶媒、あるいはジクロロメタン、クロロホルム、1,2−ジクロロエタン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン等の塩素系溶媒、メタノール、エタノール、プロパノール等のアルコール類、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル等のアルキレングリコールモノアルキルエーテル、THF、1,3−ジオキソラン、1,4−ジオキサン、1,3−ジオキサン、テトラヒドロピラン、ジブチルエーテル、tert−ブチルメチルエーテル、ジフェニルエーテル、クラウンエーテル類等のエーテル系溶媒が好適に用いられる。これらは単独で用いることもできるが、必要に応じて2種以上の溶媒を混合して用いることもできる。
中でもDMSO、DMF、DMAc、NMP、THF、1,3−ジオキソラン等が高分子組成物の溶解性が高く好ましい。
Next, the case where the composition of the present invention is used as a diaphragm of an electrochemical device such as a fuel cell will be described.
In this case, the composition of the present invention is usually used in the form of a film, but there is no particular limitation on the method of converting into a film, and for example, a method of forming a film from a solution state (solvent casting method) is preferably used.
Specifically, a film is formed by dissolving the composition in an appropriate solvent, applying the solution onto a glass plate, and removing the solvent. The solvent used for film formation is not particularly limited as long as it can dissolve the composition and can be removed thereafter, and is an aprotic polar solvent such as DMF, DMAc, NMP, DMSO, or dichloromethane, chloroform, Chlorinated solvents such as 1,2-dichloroethane, chlorobenzene and dichlorobenzene, alcohols such as methanol, ethanol and propanol, alkylenes such as ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, propylene glycol monomethyl ether and propylene glycol monoethyl ether Glycol monoalkyl ether, THF, 1,3-dioxolane, 1,4-dioxane, 1,3-dioxane, tetrahydropyran, dibutyl ether, tert-butyl methyl ether, dipheny Ether, ether solvents such as crown ethers are preferably used. These can be used singly, but two or more solvents can be mixed and used as necessary.
Among these, DMSO, DMF, DMAc, NMP, THF, 1,3-dioxolane and the like are preferable because of high solubility of the polymer composition.

フィルムの厚みは、特に制限はないが10〜300μmが好ましく、20〜100μmが特に好ましい。10μm以上のフィルムであると、実用的な強度がより優れるので好ましく、300μm以下であると膜抵抗がより小さくなり電気化学デバイスの特性がより向上するので好ましい。膜厚は、溶液の濃度及び基板上への塗布厚により制御できる。   Although there is no restriction | limiting in particular in the thickness of a film, 10-300 micrometers is preferable and 20-100 micrometers is especially preferable. A film having a thickness of 10 μm or more is preferable because practical strength is more excellent, and a film having a thickness of 300 μm or less is preferable because the membrane resistance becomes smaller and the characteristics of the electrochemical device are further improved. The film thickness can be controlled by the concentration of the solution and the coating thickness on the substrate.

また、フィルムの各種物性改良を目的として、通常の高分子化合物に使用される可塑剤、安定剤、離型剤等を本発明の組成物に含有させることができる。また、同一溶剤に混合共キャストするなどの方法により、他のポリマーを本発明の高分子組成物と複合アロイ化することも可能である。
燃料電池用途では他に水管理を容易にするために、無機あるいは有機の微粒子を保水剤として添加する事も知られている。これらの公知の方法はいずれも本発明の目的に反しない限り使用できる。
また、フィルムの機械的強度の向上などを目的として、電子線・放射線などを照射して架橋することもできる(例えば、特開平11−111310号公報)。さらには、多孔性のフィルムやシートに含浸複合化したり(特開平6−29032号公報)、ファイバーやパルプを混合してフィルムを補強する方法などが知られており、これらの公知の方法はいずれも本発明の目的に反しない限り使用できる。
In addition, for the purpose of improving various physical properties of the film, a plasticizer, a stabilizer, a mold release agent, and the like used in ordinary polymer compounds can be contained in the composition of the present invention. Also, other polymers can be combined with the polymer composition of the present invention by a method such as co-casting in the same solvent.
In addition, in fuel cell applications, it is also known to add inorganic or organic fine particles as a water retention agent in order to facilitate water management. Any of these known methods can be used as long as they are not contrary to the object of the present invention.
Further, for the purpose of improving the mechanical strength of the film, it can also be crosslinked by irradiating with an electron beam, radiation or the like (for example, JP-A-11-111310). Furthermore, a porous film or sheet is impregnated and composited (Japanese Patent Laid-Open No. 6-29032), or a method of reinforcing a film by mixing fibers or pulp is known. Can be used as long as the object of the present invention is not violated.

本発明の高分子電解質膜は、前記の高分子電解質を用いることを特徴とする。
本発明の高分子電解質膜−電極接合体は、前記の高分子電解質及び高分子電解質膜から選ばれる少なくとも一つを用いることを特徴とする。
本発明の電池は、前記の高分子電解質、高分子電解質膜、又は高分子電解質膜−電極接合体の少なくとも一つを用いることを特徴とする。
ここで、電池としては燃料電池、リチウムイオン二次電池等が挙げられ、特に好ましくは燃料電池であり、燃料電池の中でも固体高分子型燃料電池がもっとも好ましい。
本発明の燃料電池は、前記の高分子電解質、高分子電解質膜、又は高分子電解質膜−電極接合体の少なくとも一つを用いることを特徴とする。
次に本発明の燃料電池について説明する。
本発明の燃料電池は、フィルムの両面に、触媒及び集電体としての導電性物質を接合することにより製造することができる。
該触媒としては、水素又は酸素との酸化還元反応を活性化できるものであれば特に制限はなく、公知のものを用いることができるが、白金の微粒子を用いることが好ましい。白金の微粒子はしばしば活性炭や黒鉛などの粒子状又は繊維状のカーボンに担持されて用いられ、好ましく用いられる。
集電体としての導電性物質に関しても公知の材料を用いることができるが、多孔質性のカーボン織布、カーボン不織布又はカーボンペーパーが、原料ガスを触媒へ効率的に輸送するために好ましい。
多孔質性のカーボン不織布又はカーボンペーパーに白金微粒子又は白金微粒子を担持したカーボンを接合させる方法、及びそれを高分子電解質フィルムと接合させる方法については、例えば、J. Electrochem. Soc.: Electrochemical Science and Technology, 1988, 135(9),2209 に記載されている方法等の公知の方法を用いることができる。
また、本発明の組成物は、固体高分子形燃料電池の触媒層を構成する触媒組成物の一成分であるプロトン伝導材料としても使用可能である。
このようにして製造された本発明の燃料電池は、燃料として水素ガス、改質水素ガス、メタノール、ジメチルエーテル等を用いる各種の形式で使用可能である。
The polymer electrolyte membrane of the present invention is characterized by using the above polymer electrolyte.
The polymer electrolyte membrane-electrode assembly of the present invention is characterized by using at least one selected from the above-mentioned polymer electrolytes and polymer electrolyte membranes.
The battery of the present invention is characterized by using at least one of the polymer electrolyte, the polymer electrolyte membrane, or the polymer electrolyte membrane-electrode assembly.
Here, examples of the battery include a fuel cell, a lithium ion secondary battery, and the like, and a fuel cell is particularly preferable. Among the fuel cells, a polymer electrolyte fuel cell is most preferable.
The fuel cell of the present invention is characterized by using at least one of the polymer electrolyte, the polymer electrolyte membrane, or the polymer electrolyte membrane-electrode assembly.
Next, the fuel cell of the present invention will be described.
The fuel cell of the present invention can be produced by bonding a catalyst and a conductive material as a current collector to both surfaces of a film.
The catalyst is not particularly limited as long as it can activate the oxidation-reduction reaction with hydrogen or oxygen, and a known catalyst can be used, but platinum fine particles are preferably used. The fine particles of platinum are often used by being supported on particulate or fibrous carbon such as activated carbon or graphite.
A known material can be used for the conductive material as the current collector, but porous carbon woven fabric, carbon non-woven fabric or carbon paper is preferable for efficiently transporting the raw material gas to the catalyst.
For a method of bonding platinum fine particles or carbon carrying platinum fine particles to a porous carbon non-woven fabric or carbon paper, and a method of bonding it to a polymer electrolyte film, see, for example, J. Org. Electrochem. Soc. : Known methods such as those described in Electrochemical Science and Technology, 1988, 135 (9), 2209 can be used.
The composition of the present invention can also be used as a proton conductive material that is a component of a catalyst composition constituting a catalyst layer of a polymer electrolyte fuel cell.
The fuel cell of the present invention thus produced can be used in various forms using hydrogen gas, reformed hydrogen gas, methanol, dimethyl ether, etc. as fuel.

上記において、本発明の実施の形態について説明を行なったが、上記に開示された本発明の実施の形態は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの実施の形態に限定されない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むものである。   While the embodiments of the present invention have been described above, the embodiments of the present invention disclosed above are merely examples, and the scope of the present invention is not limited to these embodiments. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, and further includes meanings equivalent to the description of the claims and all modifications within the scope.

以下に実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの例により何ら限定されるものではない。
イオン交換容量は滴定法にて、また、プロトン伝導度は交流インピーダンス法で測定した。引っ張り試験は日本工業規格(JIS K 7127)に準拠して、23℃、相対湿度50%下において試験速度10mm/minで測定した。
EXAMPLES The present invention will be described in detail below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
The ion exchange capacity was measured by a titration method, and the proton conductivity was measured by an AC impedance method. The tensile test was measured at a test speed of 10 mm / min at 23 ° C. and a relative humidity of 50% in accordance with Japanese Industrial Standard (JIS K 7127).

(参考例1)
共沸蒸留装置を備えたフラスコに、Ar雰囲気下、2,5−ジヒドロキシベンゼンスルホン酸カリウム25.0g(110mmol)、4,4’−ジフルオロジフェニルスルホン−3,3’−ジスルホン酸ジカリウム60.2g(123mmol)、炭酸カリウム15.9g(115mmol)を加え、DMSO341mL及びトルエン68mLを添加した。その後バス温150℃でトルエンを加熱留去することで系内の水分を共沸脱水し、150℃にて6.5時間保温攪拌することで、親水性オリゴマー溶液(a1)を得た。
共沸蒸留装置を備えた別のフラスコに、Ar雰囲気下、4,4’−ジヒドロキシジフェニルスルホン78.2g(312mmol)、4,4’−ジフルオロジフェニルスルホン76.1g(299mmol)、炭酸カリウム47.5g(344mmol)を加え、DMSO617mL及びトルエン123mLを添加した。その後バス温150℃でトルエンを加熱留去することで系内の水分を共沸脱水し、150℃にて6.5時間保温攪拌することで、疎水性オリゴマー溶液(a2)を得た。
続いて、反応液を室温まで十分に放冷した後、得られた親水性オリゴマー溶液(a1)を疎水性オリゴマー溶液(a2)に加え、150℃まで昇温させながら合計18時間保温攪拌した。反応液を放冷した後、大量の塩酸水に滴下し、生成した沈殿物を濾過回収した。さらに洗液が中性になるまで水で濾過洗浄を繰返した後、100℃の熱水で2h洗浄し、ろ過、乾燥して194gのポリマーAを得た。Aのイオン交換容量は1.36 meq/gであった。
(Reference Example 1)
In a flask equipped with an azeotropic distillation apparatus, 25.0 g (110 mmol) of potassium 2,5-dihydroxybenzenesulfonate and 60.2 g of dipotassium 4,4′-difluorodiphenylsulfone-3,3′-disulfonate in an Ar atmosphere. (123 mmol) and 15.9 g (115 mmol) of potassium carbonate were added, and 341 mL of DMSO and 68 mL of toluene were added. Thereafter, toluene was distilled off by heating at a bath temperature of 150 ° C. to azeotropically dehydrate water, and the mixture was stirred while keeping at 150 ° C. for 6.5 hours to obtain a hydrophilic oligomer solution (a1).
In another flask equipped with an azeotropic distillation apparatus, 78.2 g (312 mmol) of 4,4′-dihydroxydiphenylsulfone, 76.1 g (299 mmol) of 4,4′-difluorodiphenylsulfone, 47. 5 g (344 mmol) was added, and 617 mL DMSO and 123 mL toluene were added. Thereafter, toluene was distilled off with heating at a bath temperature of 150 ° C. to azeotropically dehydrate the water in the system, and the mixture was stirred at 150 ° C. for 6.5 hours to obtain a hydrophobic oligomer solution (a2).
Subsequently, after the reaction solution was sufficiently allowed to cool to room temperature, the obtained hydrophilic oligomer solution (a1) was added to the hydrophobic oligomer solution (a2), and the mixture was stirred while keeping the temperature up to 150 ° C. for a total of 18 hours. The reaction solution was allowed to cool and then added dropwise to a large amount of hydrochloric acid, and the resulting precipitate was collected by filtration. Further, filtration and washing with water was repeated until the washing solution became neutral, followed by washing with hot water at 100 ° C. for 2 hours, filtration and drying to obtain 194 g of Polymer A. The ion exchange capacity of A was 1.36 meq / g.

(参考例2)
3−Hydroxy−4−phenylcyclobut−3−ene−1,2−dione(化合物B)の合成
Journal of Organic Chemistry,1988,53(11),2482に記載されている方法に準拠し、3−(1−Methylethoxy)−4−Phenylcyclobut−3−ene−1,2−dioneを製造した。次いでこのものを0.63g、THF12ml、12N塩酸36mlを100mlフラスコに入れて100℃で5h攪拌した。その後、室温まで放冷し、クロロホルムで水層を洗浄した後、水層を濃縮し、3−Hydroxy−4−phenylcyclobut−3−ene−1,2−dione(化合物B)を0.24g得た。構造は1H NMR及び13C NMRで確認した。
(Reference Example 2)
Synthesis of 3-Hydroxy-4-phenylcyclobut-3-ene-1,2-dione (Compound B) According to the method described in Journal of Organic Chemistry, 1988, 53 (11), 2482, 3- (1 -Methylethoxy) -4-Phenylcyclobut-3-ene-1,2-dione was prepared. Next, 0.63 g of this product, 12 ml of THF, and 36 ml of 12N hydrochloric acid were placed in a 100 ml flask and stirred at 100 ° C. for 5 hours. Thereafter, the mixture was allowed to cool to room temperature, the aqueous layer was washed with chloroform, and then the aqueous layer was concentrated to obtain 0.24 g of 3-Hydroxy-4-phenylcyclo-3-ene-1,2-dione (Compound B). . The structure was confirmed by 1 H NMR and 13 C NMR.

(実施例1)
フラスコに参考例1で合成したポリマーA0.265gと参考例2で合成した化合物B0.142g、塩化メチレン:メタノール=9:1(vol/vol)混合液10mlをいれて攪拌し均一溶液とした。この溶液をシャーレに展開し、常温常圧で溶媒を揮発させて乾燥し組成物の膜Cを得た。Cの[オキソカーボン酸及び/又はその誘導体の物質量(mmol)]/[高分子電解質の重量(g)+オキソカーボン酸及び/又はその誘導体の重量(g)]は2.00(mmol/g)であった。Cの引っ張り試験結果及びプロトン伝導度測定結果を表1に示す。
Example 1
Into a flask, 0.265 g of the polymer A synthesized in Reference Example 1 and 0.142 g of the compound B synthesized in Reference Example 2 and 10 ml of a methylene chloride: methanol = 9: 1 (vol / vol) mixed solution were added and stirred to obtain a uniform solution. This solution was spread on a petri dish, and the solvent was volatilized and dried at room temperature and normal pressure to obtain a film C of the composition. [Amount of substance of oxocarbonic acid and / or derivative thereof (mmol)] / [weight of polyelectrolyte (g) + weight of oxocarbonic acid and / or derivative thereof (g)] of 2.00 (mmol / g). Table 1 shows the C tensile test results and proton conductivity measurement results.

(比較例1)
フラスコに参考例1で合成したポリマーA0.400gと塩化メチレン:メタノール=9:1(vol/vol)混合液10mlをいれて均一溶液とした。この溶液をシャーレに展開し、常温常圧で溶媒を揮発させて乾燥し高分子電解質膜Dを得た。Dの引っ張り試験結果及びプロトン伝導度測定結果を表1に示す。
(Comparative Example 1)
The flask was charged with 0.400 g of the polymer A synthesized in Reference Example 1 and 10 ml of a mixed solution of methylene chloride: methanol = 9: 1 (vol / vol) to obtain a uniform solution. This solution was developed in a petri dish, and the solvent was volatilized at room temperature and normal pressure and dried to obtain a polymer electrolyte membrane D. Table 1 shows the tensile test results of D and the proton conductivity measurement results.

(実施例2)
共沸蒸留装置を備えたフラスコに、アルゴン雰囲気下、4,4’−ジフルオロジフェニルスルホン−3,3’−ジスルホン酸ジカリウム9.32重量部、2,5−ジヒドロキシベンゼンスルホン酸カリウム4.20重量部、DMSO59.6重量部、及び、トルエン9.00重量部を加え、これらを室温にて撹拌しながらアルゴンガスを1時間バブリングした。その後、得られた混合物に、炭酸カリウムを2.67重量部加え、140℃にて加熱撹拌して共沸脱水した。その後トルエンを留去しながら加熱を続け、親水性オリゴマー溶液(e1)を得た。総加熱時間は14時間であった。得られた溶液は室温にて放冷した。
共沸蒸留装置を備えた別のフラスコに、アルゴン雰囲気下、4,4’−ジフルオロジフェニルスルホン8.32重量部、2,6−ジヒドロキシナフタレン5.36重量部、DMSO30.2重量部、NMP30.2重量部、及び、トルエン9.81重量部を加え、室温にて撹拌しながらアルゴンガスを1時間バブリングした。その後、得られた混合物に、炭酸カリウムを5.09重量部加え、140℃にて加熱撹拌して共沸脱水した。その後トルエンを留去しながら加熱を続けた。総加熱時間は5時間であった。得られた溶液を室温にて放冷し、疎水性オリゴマー溶液(e2)を得た。
得られた疎水性オリゴマー溶液(e2)に、上記親水性オリゴマー溶液(e1)の全量とNMP80.4重量部、DMSO45.3重量部を加え、150℃にて40時間ブロック共重合反応を行った。
得られた反応液を大量の2N塩酸に滴下し、1時間浸漬した。その後、生成した沈殿物を濾別した後、再度2N塩酸に1時間浸漬した。得られた沈殿物を濾別、水洗した後、95℃の大量の熱水に1時間浸漬した。そして、この沈殿物を80℃で12時間乾燥させて、ポリ[オキシ(2-スルホ-1,4-フェニレン)オキシ(2-スルホ-1,4-フェニレン)スルホニル(3-スルホ-1,4-フェニレン)]-block-ポリ(オキシ-2,6-ナフチレンオキシ-1,4-フェニレンスルホニル-1,4-フェニレン)](ポリマーE)を合成した。ポリマーEのイオン交換容量は1.80meq/gであった。フラスコにポリマーE0.266gと3,4−ジヒドロキシ−3−シクロブテン−1,2−ジオン(化合物F、アルドリッチ社より購入)0.135g、NMP5gをいれて攪拌し均一溶液とした。この溶液をシャーレに展開し、80℃常圧で溶媒を揮発させて乾燥し組成物の膜Gを得た。Gの[オキソカーボン酸及び/又はその誘導体の物質量(mmol)]/[高分子電解質の重量(g)+オキソカーボン酸及び/又はその誘導体の重量(g)]は2.95(mmol/g)であった。Gの引っ張り試験結果及びプロトン伝導度測定結果を表1に示す。
(Example 2)
In a flask equipped with an azeotropic distillation apparatus, in an argon atmosphere, 9.32 parts by weight of dipotassium 4,4′-difluorodiphenylsulfone-3,3′-disulfonate, and 4.20% by weight of potassium 2,5-dihydroxybenzenesulfonate. Parts, DMSO 59.6 parts by weight, and toluene 9.00 parts by weight were added, and argon gas was bubbled for 1 hour while stirring them at room temperature. Thereafter, 2.67 parts by weight of potassium carbonate was added to the obtained mixture, and azeotropic dehydration was performed by heating and stirring at 140 ° C. Thereafter, heating was continued while distilling off toluene to obtain a hydrophilic oligomer solution (e1). Total heating time was 14 hours. The resulting solution was allowed to cool at room temperature.
In a separate flask equipped with an azeotropic distillation apparatus, under an argon atmosphere, 8.32 parts by weight of 4,4′-difluorodiphenylsulfone, 5.36 parts by weight of 2,6-dihydroxynaphthalene, 30.2 parts by weight of DMSO, 30% of NMP. 2 parts by weight and 9.81 parts by weight of toluene were added, and argon gas was bubbled for 1 hour while stirring at room temperature. Thereafter, 5.09 parts by weight of potassium carbonate was added to the obtained mixture, and azeotropic dehydration was performed by heating and stirring at 140 ° C. Thereafter, heating was continued while toluene was distilled off. Total heating time was 5 hours. The resulting solution was allowed to cool at room temperature to obtain a hydrophobic oligomer solution (e2).
The total amount of the above hydrophilic oligomer solution (e1), 80.4 parts by weight of NMP and 45.3 parts by weight of DMSO were added to the obtained hydrophobic oligomer solution (e2), and a block copolymerization reaction was performed at 150 ° C. for 40 hours. .
The obtained reaction solution was dropped into a large amount of 2N hydrochloric acid and immersed for 1 hour. Thereafter, the produced precipitate was filtered off and then immersed again in 2N hydrochloric acid for 1 hour. The obtained precipitate was filtered and washed with water, and then immersed in a large amount of hot water at 95 ° C. for 1 hour. Then, the precipitate was dried at 80 ° C. for 12 hours to obtain poly [oxy (2-sulfo-1,4-phenylene) oxy (2-sulfo-1,4-phenylene) sulfonyl (3-sulfo-1,4 -Phenylene)]-block-poly (oxy-2,6-naphthyleneoxy-1,4-phenylenesulfonyl-1,4-phenylene)] (Polymer E) was synthesized. The ion exchange capacity of Polymer E was 1.80 meq / g. Into a flask, 0.266 g of polymer E, 0.135 g of 3,4-dihydroxy-3-cyclobutene-1,2-dione (compound F, purchased from Aldrich) and 5 g of NMP were added and stirred to obtain a homogeneous solution. This solution was spread on a petri dish, and the solvent was evaporated at 80 ° C. and normal pressure to dry the film G of the composition. [Substance amount (mmol) of oxocarbonic acid and / or derivative thereof] / [weight of polyelectrolyte (g) + weight of oxocarbonic acid and / or derivative thereof (g)] of G is 2.95 (mmol / g). Table 1 shows the G tensile test results and proton conductivity measurement results.

(比較例2)
フラスコにポリマーE0.400gとNMP5gをいれて均一溶液とした。この溶液をシャーレに展開し、80℃常圧で溶媒を揮発させて乾燥し高分子電解質膜Hを得た。Hの引っ張り試験結果及びプロトン伝導度測定結果を表1に示す。
(Comparative Example 2)
Polymer E0.400g and NMP5g were put into the flask, and it was set as the uniform solution. This solution was spread on a petri dish, and the solvent was evaporated at 80 ° C. and normal pressure to dry the polymer electrolyte membrane H. Table 1 shows the H tensile test results and proton conductivity measurement results.

(実施例3)
アルゴン雰囲気下、共沸蒸留装置を備えたフラスコに、DMSO145重量部、トルエン56.6重量部、2,5−ジクロロベンゼンスルホン酸ナトリウム5.66重量部、末端クロロ型であるポリエーテルスルホン(住友化学工業製スミカエクセルPES5200P)2.13重量部、2,2’−ビピリジル9.35重量部を入れて攪拌した。その後バス温を150℃まで昇温し、トルエンを加熱留去することで系内の水分を共沸脱水した後、60℃に冷却した。次いで、これにビス(1,5−シクロオクタジエン)ニッケル(0)15.7重量部を加え、80℃に昇温し、同温度で5時間攪拌した。放冷後、反応液を大量の6mol/Lの塩酸に注ぐことによりポリマーを析出させ濾別。その後6mol/L塩酸による洗浄・ろ過操作を数回繰り返した後、濾液が中性になるまで水洗を行ない、95℃の熱水で洗浄した後減圧乾燥することによりポリ(スルホ−1,4−フェニレン)−block−ポリ(オキシ−1,4−フェニレンスルホニル−1,4−フェニレン)(ポリマーI)を合成した。ポリマーIのイオン交換容量は2.20meq/gであった。フラスコにポリマーI0.266gと化合物F0.141g、NMP5gをいれて攪拌し均一溶液とした。この溶液をシャーレに展開し、80℃常圧で溶媒を揮発させて乾燥し組成物の膜Jを得た。Jの[オキソカーボン酸及び/又はその誘導体の物質量(mmol)]/[高分子電解質の重量(g)+オキソカーボン酸及び/又はその誘導体の重量(g)]は3.04(mmol/g)であった。Jの引っ張り試験結果及びプロトン伝導度測定結果を表1に示す。
(Example 3)
In an argon atmosphere, a flask equipped with an azeotropic distillation apparatus was charged with 145 parts by weight of DMSO, 56.6 parts by weight of toluene, 5.66 parts by weight of sodium 2,5-dichlorobenzenesulfonate, and polyethersulfone having a terminal chloro form (Sumitomo). Chemical Industry Sumika Excel PES5200P) 2.13 parts by weight and 2,2′-bipyridyl 9.35 parts by weight were added and stirred. Thereafter, the bath temperature was raised to 150 ° C., and water in the system was azeotropically dehydrated by distilling off toluene, followed by cooling to 60 ° C. Next, 15.7 parts by weight of bis (1,5-cyclooctadiene) nickel (0) was added thereto, the temperature was raised to 80 ° C., and the mixture was stirred at the same temperature for 5 hours. After allowing to cool, the reaction solution is poured into a large amount of 6 mol / L hydrochloric acid to precipitate a polymer, which is filtered off. Thereafter, washing and filtration with 6 mol / L hydrochloric acid were repeated several times, followed by washing with water until the filtrate became neutral, washing with hot water at 95 ° C., and drying under reduced pressure to obtain poly (sulfo-1,4- Phenylene) -block-poly (oxy-1,4-phenylenesulfonyl-1,4-phenylene) (Polymer I) was synthesized. The ion exchange capacity of Polymer I was 2.20 meq / g. The flask was charged with 0.266 g of polymer I, 0.141 g of compound F and 5 g of NMP, and stirred to obtain a uniform solution. This solution was spread on a petri dish, and the solvent was volatilized and dried at 80 ° C. and normal pressure to obtain a film J of the composition. J [Amount of substance of oxocarbonic acid and / or derivative thereof (mmol)] / [weight of polyelectrolyte (g) + weight of oxocarbonic acid and / or derivative thereof (g)] is 3.04 (mmol / g). Table 1 shows the tensile test results and proton conductivity measurement results for J.

(比較例3)
フラスコにポリマーK0.400gとNMP5gをいれて均一溶液とした。この溶液をシャーレに展開し、80℃常圧で溶媒を揮発させて乾燥し高分子電解質膜Kを得た。Kの引っ張り試験結果及びプロトン伝導度測定結果を表1に示す。
(Comparative Example 3)
The flask was charged with 0.400 g of polymer K and 5 g of NMP to obtain a uniform solution. This solution was developed in a petri dish, and the solvent was volatilized and dried at 80 ° C. and normal pressure to obtain a polymer electrolyte membrane K. Table 1 shows the K tensile test results and proton conductivity measurement results.

(実施例4)
Polymer Communications, 1984, Vol.25, 93-96、及びMacromolecules, 1980, 13, 1325-1332に記載の方法に準拠してポリ(ジフェノキシ)ホスファゼン(ポリマーL)を合成した。ポリマーL3.10gを濃硫酸30mlに溶解させ、50℃、8時間反応させた後、溶液を氷水中に滴下し、ポリ(ジフェノキシ)ホスファゼンのスルホ化物(ポリマーM)を合成した。Mのイオン交換容量は1.30meq/gであった。フラスコにポリマーM0.503gと化合物F0.146g、NMP10gをいれて攪拌し均一溶液とした。この溶液をシャーレに展開し、80℃常圧で溶媒を揮発させて乾燥し組成物の膜Nを得た。Nの[オキソカーボン酸及び/又はその誘導体の物質量(mmol)]/[高分子電解質の重量(g)+オキソカーボン酸及び/又はその誘導体の重量(g)]は1.97(mmol/g)であった。Nの引っ張り試験結果及びプロトン伝導度測定結果を表1に示す。
Example 4
Poly (diphenoxy) phosphazene (polymer L) was synthesized according to the method described in Polymer Communications, 1984, Vol. 25, 93-96 and Macromolecules, 1980, 13, 1325-1332. 3.10 g of polymer L was dissolved in 30 ml of concentrated sulfuric acid and reacted at 50 ° C. for 8 hours, and then the solution was dropped into ice water to synthesize a sulfonated product of poly (diphenoxy) phosphazene (polymer M). The ion exchange capacity of M was 1.30 meq / g. The flask was charged with 0.503 g of polymer M, 0.146 g of compound F and 10 g of NMP, and stirred to obtain a uniform solution. This solution was developed in a petri dish, and the solvent was volatilized and dried at 80 ° C. and normal pressure to obtain a film N of the composition. [Substance amount (mmol) of oxocarbonic acid and / or derivative thereof] of N / [weight of polyelectrolyte (g) + weight of oxocarbonic acid and / or derivative thereof (g)] is 1.97 (mmol / g). N tensile test results and proton conductivity measurement results are shown in Table 1.

(比較例4)
フラスコにポリマーM0.400gとNMP5gをいれて均一溶液とした。この溶液をシャーレに展開し、80℃常圧で溶媒を揮発させて乾燥し高分子電解質膜Oを得た。Oの引っ張り試験結果及びプロトン伝導度測定結果を表1に示す。
(Comparative Example 4)
The flask was charged with 0.400 g of polymer M and 5 g of NMP to make a uniform solution. This solution was developed in a petri dish, and the solvent was volatilized and dried at 80 ° C. and normal pressure to obtain a polymer electrolyte membrane O. Table 1 shows the O tensile test results and proton conductivity measurement results.

(実施例5)
フラスコに5wt%Nafion溶液(アルドリッチ社製)10.36g(ポリマー量0.518g)に化合物B0.142gをいれて攪拌し均一溶液とした。この溶液をシャーレに展開し、80℃常圧で溶媒を揮発させて乾燥し組成物の膜Rを得た。Pの[オキソカーボン酸及び/又はその誘導体の物質量(mmol)]/[高分子電解質の重量(g)+オキソカーボン酸及び/又はその誘導体の重量(g)]は1.24(mmol/g)であった。Pの引っ張り試験結果及びプロトン伝導度測定結果を表1に示す。
(Example 5)
In a flask, 0.142 g of Compound B was added to 10.36 g (polymer amount 0.518 g) of 5 wt% Nafion solution (manufactured by Aldrich) and stirred to obtain a uniform solution. This solution was spread on a petri dish, and the solvent was volatilized and dried at 80 ° C. and normal pressure to obtain a film R of the composition. [Amount of substance of oxocarbonic acid and / or derivative thereof (mmol)] / [weight of polyelectrolyte (g) + weight of oxocarbonic acid and / or derivative thereof (g)] is 1.24 (mmol / g). Table 1 shows the tensile test results of P and the proton conductivity measurement results.

(比較例5)
5wt%Nafion溶液(アルドリッチ社製)をシャーレに展開し、80℃常圧で溶媒を揮発させて乾燥し高分子電解質膜Qを得た。Qの引っ張り試験結果及びプロトン伝導度測定結果を表1に示す。
(Comparative Example 5)
A 5 wt% Nafion solution (manufactured by Aldrich) was developed in a petri dish, and the solvent was volatilized and dried at 80 ° C. and normal pressure to obtain a polymer electrolyte membrane Q. Table 1 shows the Q tensile test results and proton conductivity measurement results.

(実施例6)
式(1)におけるX1、X2、Z、n、Rが表2に示す化合物aとポリマーAとDMAcとを、フラスコにいれて攪拌し均一溶液とする。この溶液をシャーレに展開し、溶媒を揮発させて乾燥し組成物の膜Rを得る。この際に、化合物aとポリマーAとを、Rの[オキソカーボン酸及び/又はその誘導体の物質量(mmol)]/[高分子電解質の重量(g)+オキソカーボン酸及び/又はその誘導体の重量(g)]が0.05〜8mmol/gの範囲になるように選択すると、プロトン伝導度を大きく低下させることなく単独の高分子電解質よりも極めて高い柔軟性を有する膜が好ましく得られる。
(Example 6)
In Formula (1), X 1 , X 2 , Z, n, and R are the compounds a, polymers A, and DMAc shown in Table 2 and placed in a flask and stirred to obtain a uniform solution. This solution is spread on a petri dish, and the solvent is volatilized and dried to obtain a film R of the composition. At this time, the compound a and the polymer A are combined with R [amount of substance of oxocarbonic acid and / or derivative thereof (mmol)] / [weight of polymer electrolyte (g) + oxocarbonic acid and / or derivative thereof. When the weight (g)] is selected to be in the range of 0.05 to 8 mmol / g, a membrane having extremely higher flexibility than that of a single polymer electrolyte is preferably obtained without greatly reducing proton conductivity.

(実施例7)
式(1)におけるX1、X2、Z、n、Rが表2に示す化合物bとポリマーEとNMPとをフラスコにいれて攪拌し均一溶液とする。この溶液をシャーレに展開し、溶媒を揮発させて乾燥し組成物の膜Sを得る。この際に、化合物bとポリマーEとを、Sの[オキソカーボン酸及び/又はその誘導体の物質量(mmol)]/[高分子電解質の重量(g)+オキソカーボン酸及び/又はその誘導体の重量(g)]が0.05〜8mmol/gの範囲になるように選択すると、プロトン伝導度を大きく低下させることなく単独の高分子電解質よりも極めて高い柔軟性を有する膜が好ましく得られる。
(Example 7)
In formula (1), X 1 , X 2 , Z, n, and R are the compounds b, polymer E, and NMP shown in Table 2 and stirred into a uniform solution. This solution is spread on a petri dish, and the solvent is volatilized and dried to obtain a film S of the composition. At this time, the compound b and the polymer E are converted into [the amount of the oxocarbonic acid and / or its derivative (mmol)] / [weight of the polymer electrolyte (g) + the oxocarbonic acid and / or its derivative. When the weight (g)] is selected to be in the range of 0.05 to 8 mmol / g, a membrane having extremely higher flexibility than that of a single polymer electrolyte is preferably obtained without greatly reducing proton conductivity.

(実施例8)
式(1)におけるX1、X2、Z、n、Rが表2に示す化合物cとポリマーIとDMSOとをフラスコにいれて攪拌し均一溶液とする。この溶液をシャーレに展開し、溶媒を揮発させて乾燥し組成物の膜Tを得る。この際に、化合物cとポリマーIとを、Tの[オキソカーボン酸及び/又はその誘導体の物質量(mmol)]/[高分子電解質の重量(g)+オキソカーボン酸及び/又はその誘導体の重量(g)]が0.05〜8mmol/gの範囲になるように選択すると、プロトン伝導度を大きく低下させることなく単独の高分子電解質よりも極めて高い柔軟性を有する膜が好ましく得られる。
(Example 8)
In formula (1), X 1 , X 2 , Z, n, and R are the compounds c, polymer I, and DMSO shown in Table 2 and placed in a flask and stirred to obtain a homogeneous solution. This solution is spread on a petri dish, and the solvent is volatilized and dried to obtain a film T of the composition. At this time, the compound c and the polymer I are combined with the amount of [oxocarbonic acid and / or derivative thereof (mmol)] / [weight of polymer electrolyte (g) + oxocarbonic acid and / or derivative thereof. When the weight (g)] is selected to be in the range of 0.05 to 8 mmol / g, a membrane having extremely higher flexibility than that of a single polymer electrolyte is preferably obtained without greatly reducing proton conductivity.

(実施例9)
式(1)におけるX1、X2、Z、n、Rが表2に示す化合物dとポリマーAと、DMAcを、フラスコにいれて攪拌し均一溶液とする。この溶液をシャーレに展開し、溶媒を揮発させて乾燥し組成物の膜Uを得る。この際に、化合物dとポリマーAとを、Uの[オキソカーボン酸及び/又はその誘導体の物質量(mmol)]/[高分子電解質の重量(g)+オキソカーボン酸及び/又はその誘導体の重量(g)]が0.05〜8mmol/gの範囲になるように選択すると、プロトン伝導度を大きく低下させることなく単独の高分子電解質よりも極めて高い柔軟性を有する膜が好ましく得られる。
Example 9
In formula (1), X 1 , X 2 , Z, n, and R are the compounds d, polymer A, and DMAc shown in Table 2 and placed in a flask and stirred to obtain a uniform solution. This solution is spread on a petri dish, and the solvent is volatilized and dried to obtain a film U of the composition. In this case, the compound d and the polymer A are combined with [the amount of substance of oxocarbonic acid and / or its derivative (mmol)] / [weight of polymer electrolyte (g) + oxocarbonic acid and / or its derivative. When the weight (g)] is selected to be in the range of 0.05 to 8 mmol / g, a membrane having extremely higher flexibility than that of a single polymer electrolyte is preferably obtained without greatly reducing proton conductivity.

(実施例10)
式(1)におけるX1、X2、Z、n、Rが表2に示す化合物eとポリマーEと、NMPを、フラスコにいれて攪拌し均一溶液とする。この溶液をシャーレに展開し、溶媒を揮発させて乾燥し組成物の膜Vを得る。この際に、化合物eとポリマーEとを、Vの[オキソカーボン酸及び/又はその誘導体の物質量(mmol)]/[高分子電解質の重量(g)+オキソカーボン酸及び/又はその誘導体の重量(g)]が0.05〜8mmol/gの範囲になるように選択すると、プロトン伝導度を大きく低下させることなく単独の高分子電解質よりも極めて高い柔軟性を有する膜が好ましく得られる。
(Example 10)
In Formula (1), X 1 , X 2 , Z, n, and R are the compounds e, polymers E, and NMP shown in Table 2 and placed in a flask and stirred to obtain a uniform solution. This solution is spread on a petri dish, and the solvent is volatilized and dried to obtain a film V of the composition. At this time, the compound e and the polymer E are converted into the amount of [oxocarbonic acid and / or derivative thereof (mmol)] / [weight of polymer electrolyte (g) + oxocarbonic acid and / or derivative thereof. When the weight (g)] is selected to be in the range of 0.05 to 8 mmol / g, a membrane having extremely higher flexibility than that of a single polymer electrolyte is preferably obtained without greatly reducing proton conductivity.

(実施例11)
式(1)におけるX1、X2、Z、n、Rが表2に示す化合物fとポリマーIと、DMSOを、フラスコにいれて攪拌し均一溶液とする。この溶液をシャーレに展開し、溶媒を揮発させて乾燥し組成物の膜Wを得る。この際に、化合物fとポリマーIとを、Wの[オキソカーボン酸及び/又はその誘導体の物質量(mmol)]/[高分子電解質の重量(g)+オキソカーボン酸及び/又はその誘導体の重量(g)]が0.05〜8mmol/gの範囲になるように選択すると、プロトン伝導度を大きく低下させることなく単独の高分子電解質よりも極めて高い柔軟性を有する膜が好ましく得られる。
(Example 11)
In Formula (1), X 1 , X 2 , Z, n, and R are the compounds f, polymers I, and DMSO shown in Table 2 and placed in a flask and stirred to obtain a uniform solution. This solution is spread on a petri dish, and the solvent is volatilized and dried to obtain a film W of the composition. At this time, the compound f and the polymer I are combined with [the amount of substance of oxocarbonic acid and / or its derivative (mmol)] / [weight of polymer electrolyte (g) + oxocarbonic acid and / or its derivative. When the weight (g)] is selected to be in the range of 0.05 to 8 mmol / g, a membrane having extremely higher flexibility than that of a single polymer electrolyte is preferably obtained without greatly reducing proton conductivity.

(実施例12)
式(1)におけるX1、X2、Z、n、Rが表2に示す化合物gとポリマーAと、DMAcを、フラスコにいれて攪拌し均一溶液とする。この溶液をシャーレに展開し、溶媒を揮発させて乾燥し組成物の膜Xを得る。この際に、化合物gとポリマーAとを、Xの[オキソカーボン酸及び/又はその誘導体の物質量(mmol)]/[高分子電解質の重量(g)+オキソカーボン酸及び/又はその誘導体の重量(g)]が0.05〜8mmol/gの範囲になるように選択すると、プロトン伝導度を大きく低下させることなく単独の高分子電解質よりも極めて高い柔軟性を有する膜が好ましく得られる。
(Example 12)
In Formula (1), X 1 , X 2 , Z, n, and R are the compounds g, polymer A, and DMAc shown in Table 2 and placed in a flask and stirred to obtain a uniform solution. This solution is spread on a petri dish, and the solvent is volatilized and dried to obtain a film X of the composition. At this time, the compound g and the polymer A are converted into [the amount of the oxocarbonic acid and / or its derivative (mmol)] / [weight of the polymer electrolyte (g) + the oxocarbonic acid and / or its derivative. When the weight (g)] is selected to be in the range of 0.05 to 8 mmol / g, a membrane having extremely higher flexibility than that of a single polymer electrolyte is preferably obtained without greatly reducing proton conductivity.

(実施例13)
式(1)におけるX1、X2、Z、n、Rが表2に示す化合物hとポリマーEと、NMPを、フラスコにいれて攪拌し均一溶液とする。この溶液をシャーレに展開し、溶媒を揮発させて乾燥し組成物の膜Yを得る。この際に、化合物hとポリマーEとを、Yの[オキソカーボン酸及び/又はその誘導体の物質量(mmol)]/[高分子電解質の重量(g)+オキソカーボン酸及び/又はその誘導体の重量(g)]が0.05〜8mmol/gの範囲になるように選択すると、プロトン伝導度を大きく低下させることなく単独の高分子電解質よりも極めて高い柔軟性を有する膜が好ましく得られる。
(Example 13)
In formula (1), X 1 , X 2 , Z, n, and R are the compounds h, polymer E, and NMP shown in Table 2, and are stirred in a flask to obtain a uniform solution. This solution is spread on a petri dish, and the solvent is volatilized and dried to obtain a film Y of the composition. At this time, the compound h and the polymer E are combined with [the amount of the oxocarbonic acid and / or its derivative (mmol)] / [weight of the polyelectrolyte (g) + the oxocarbonic acid and / or its derivative. When the weight (g)] is selected to be in the range of 0.05 to 8 mmol / g, a membrane having extremely higher flexibility than that of a single polymer electrolyte is preferably obtained without greatly reducing proton conductivity.

(実施例14)
式(1)におけるX1、X2、Z、n、Rが表2に示す化合物iとポリマーIと、DMSOを、フラスコにいれて攪拌し均一溶液とする。この溶液をシャーレに展開し、溶媒を揮発させて乾燥し組成物の膜Zを得る。この際に、化合物iとポリマーIとを、Zの[オキソカーボン酸及び/又はその誘導体の物質量(mmol)]/[高分子電解質の重量(g)+オキソカーボン酸及び/又はその誘導体の重量(g)]が0.05〜8mmol/gの範囲になるように選択すると、プロトン伝導度を大きく低下させることなく単独の高分子電解質よりも極めて高い柔軟性を有する膜が好ましく得られる。
(Example 14)
In formula (1), X 1 , X 2 , Z, n, and R are the compounds i, polymer I, and DMSO shown in Table 2 and placed in a flask and stirred to obtain a homogeneous solution. This solution is spread on a petri dish, and the solvent is volatilized and dried to obtain a film Z of the composition. At this time, the compound i and the polymer I are combined with [the amount of the oxocarbonic acid and / or its derivative (mmol)] / [weight of the polyelectrolyte (g) + the oxocarbonic acid and / or its derivative. When the weight (g)] is selected to be in the range of 0.05 to 8 mmol / g, a membrane having extremely higher flexibility than that of a single polymer electrolyte is preferably obtained without greatly reducing proton conductivity.

引っ張り試験及びプロトン伝導度測定結果       Tensile test and proton conductivity measurement results

Figure 2006261110
Figure 2006261110

Figure 2006261110
Figure 2006261110

本発明の高分子電解質とオキソカーボン酸及び/又はその誘導体を含有する組成物は、水素ガスなどの気体燃料やメタノールやジメチルエーテルなどの液体燃料を用いる固体高分子型燃料電池のプロトン伝導膜用材料すなわち高分子電解質として有用である。殊に本発明の組成物は単独の高分子電解質に匹敵するプロトン伝導性を有するのみならず、単独の高分子電解質に比し、応力を緩和するために有効な柔軟性を有する膜であるため、耐久性等の実用面でも有利となる。
The composition containing the polymer electrolyte of the present invention and oxocarbonic acid and / or a derivative thereof is a material for a proton conducting membrane of a polymer electrolyte fuel cell using a gaseous fuel such as hydrogen gas or a liquid fuel such as methanol or dimethyl ether. That is, it is useful as a polymer electrolyte. In particular, the composition of the present invention not only has proton conductivity comparable to that of a single polymer electrolyte, but is also a flexible film that is effective in relieving stress as compared with a single polymer electrolyte. Also, it is advantageous in practical aspects such as durability.

Claims (16)

オキソカーボン酸及び/又はその誘導体と高分子電解質とを含有することを特徴とする組成物。   A composition comprising oxocarbonic acid and / or a derivative thereof and a polymer electrolyte. オキソカーボン酸又はその誘導体が、下記一般式(1)で示されることを特徴とする請求項1記載の組成物。
Figure 2006261110
(式中、X1、X2はそれぞれ独立に−O−、−S−又は−NR’−を表し、Zは−CO−、−C(S)−、−C(NR’’)−、置換基を有していても良い炭素数1〜6のアルキレン基又は置換基を有していても良い炭素数6〜10のアリーレン基を表す。nは、繰り返しの数を表わし、0〜10の整数を表わす。n個あるZは、互いに同じであっても良く、異なっていても良い。Rは、−OH、−SH、−NHR’’’、置換基を有していても良い炭素数1〜18のアルキル基、置換基を有していても良い炭素数6〜18のアリール基又は置換基を有していても良い炭素数7〜16のアラルキル基を表す。R’、R’’、R’’’は、それぞれ独立に水素原子、置換基を有していてもよい炭素数1〜6のアルキル基又は置換基を有していてもよい炭素数6〜10のアリール基を表す。Bは、水素原子又は1価の金属原子を表す。)
The composition according to claim 1, wherein the oxocarbonic acid or a derivative thereof is represented by the following general formula (1).
Figure 2006261110
Wherein X 1 and X 2 each independently represent —O—, —S— or —NR′—, Z represents —CO—, —C (S) —, —C (NR ″) —, Represents an optionally substituted alkylene group having 1 to 6 carbon atoms or an optionally substituted arylene group having 6 to 10 carbon atoms, n represents the number of repetitions, and 0 to 10 The n Zs may be the same or different from each other.R is —OH, —SH, —NHR ′ ″, a carbon which may have a substituent. An alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, an aryl group having 6 to 18 carbon atoms which may have a substituent, or an aralkyl group having 7 to 16 carbon atoms which may have a substituent. '', R '''each independently represents a hydrogen atom, an optionally substituted alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, or an optionally substituted carbon group having 6 carbon atoms. .B representing the 10 aryl group represents a hydrogen atom or a monovalent metal atom.)
Zが、−CO−、−C(S)−又は−C(NH)−であることを特徴とする請求項2記載の組成物。   The composition according to claim 2, wherein Z is -CO-, -C (S)-, or -C (NH)-. 1とX2が−O−、Zが−CO−、nが0〜2であることを特徴とする請求項2又は3記載の組成物。 X 1 and X 2 are -O-, Z is -CO-, n is claim 2 or 3 composition, wherein the 0-2. 高分子電解質が、(A)主鎖が脂肪族炭化水素からなる高分子であり、イオン交換基が導入された形の高分子電解質;(B)主鎖の一部又は全部の水素原子がフッ素で置換された脂肪族炭化水素からなる高分子であり、イオン交換基が導入された形の高分子電解質;(C)主鎖が芳香環を有する高分子であり、イオン交換基が導入された形の高分子電解質;(D)主鎖に実質的に炭素原子を含まない無機物からなる高分子であり、イオン交換基が導入された形の高分子電解質;(E)主鎖あるいは側鎖に窒素原子を含み、酸性化合物がイオン結合により導入された形の高分子電解質;(F)(A)〜(E)の共重合体及び/又は混合物からなる高分子電解質からなる群から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする請求項1〜4いずれかに記載の組成物。   The polymer electrolyte is (A) a polymer electrolyte in which the main chain is an aliphatic hydrocarbon and an ion exchange group is introduced; (B) a part or all of the hydrogen atoms in the main chain are fluorine. A polymer composed of an aliphatic hydrocarbon substituted with an ion exchange group introduced into the polymer electrolyte; (C) a polymer having a main chain having an aromatic ring and an ion exchange group introduced therein A polyelectrolyte in the form; (D) a polymer composed of an inorganic substance substantially free of carbon atoms in the main chain, and having a form in which an ion exchange group is introduced; (E) in the main chain or side chain A polymer electrolyte comprising a nitrogen atom and an acidic compound introduced by ionic bonding; (F) at least selected from the group consisting of a polymer electrolyte comprising a copolymer and / or a mixture of (A) to (E) Any one of Claims 1-4 characterized by being 1 type The composition according to. [高分子電解質中のイオン交換基の物質量(mmol)]/[高分子電解質の重量(g)]が0.05〜5mmol/gであることを特徴とする請求項1〜5いずれかに記載の組成物。 6. The amount of the ion exchange group in the polymer electrolyte (mmol) / [weight of the polymer electrolyte (g)] is 0.05 to 5 mmol / g. The composition as described. 高分子電解質が主鎖に芳香環を有する高分子であり、イオン交換基が導入された形の高分子電解質であることを特徴とする請求項1〜6いずれかに記載の組成物。 The composition according to any one of claims 1 to 6, wherein the polymer electrolyte is a polymer having an aromatic ring in the main chain, and is a polymer electrolyte having an ion exchange group introduced therein. 高分子電解質が主鎖に実質的に炭素原子を含まない無機物からなる高分子であり、イオン交換基が導入された形の高分子電解質であることを特徴とする請求項1〜6いずれかに記載の組成物。   7. The polymer electrolyte according to claim 1, wherein the polymer electrolyte is a polymer made of an inorganic substance substantially free of carbon atoms in the main chain, and is a polymer electrolyte in a form in which an ion exchange group is introduced. The composition as described. 高分子電解質が実質的にイオン交換基を有するセグメントと実質的にイオン交換基を有さないセグメントから成ることを特徴とする請求項1〜8いずれかに記載の組成物。 The composition according to any one of claims 1 to 8, wherein the polymer electrolyte comprises a segment having substantially an ion exchange group and a segment having substantially no ion exchange group. イオン交換基が陽イオン交換基であることを特徴とする請求項1〜9いずれかに記載の組成物。   The composition according to claim 1, wherein the ion exchange group is a cation exchange group. 陽イオン交換基がスルホン酸基及び/又はホスホン酸基であることを特徴とする請求項1〜10いずれかに記載の組成物。   The composition according to claim 1, wherein the cation exchange group is a sulfonic acid group and / or a phosphonic acid group. [オキソカーボン酸及び/又はその誘導体の物質量(mmol)]/[高分子電解質の重量(g)+オキソカーボン酸及び/又はその誘導体の重量(g)]が0.05〜8mmol/gであることを特徴とする請求項1〜11いずれかに記載の組成物。   [Amount of substance of oxocarbonic acid and / or derivative thereof (mmol)] / [weight of polyelectrolyte (g) + weight of oxocarbonic acid and / or derivative thereof (g)] is 0.05 to 8 mmol / g The composition according to claim 1, wherein the composition is present. 請求項1〜12いずれかに記載の組成物を用いることを特徴とする高分子電解質膜。   A polymer electrolyte membrane using the composition according to claim 1. 請求項13記載の高分子電解質膜を用いることを特徴とする高分子電解質膜−電極接合体。   A polymer electrolyte membrane-electrode assembly comprising the polymer electrolyte membrane according to claim 13. 請求項13に記載の高分子電解質膜又は請求項14に記載の高分子電解質膜−電極接合体の少なくとも一つを用いることを特徴とする電池。   A battery using at least one of the polymer electrolyte membrane according to claim 13 or the polymer electrolyte membrane-electrode assembly according to claim 14. 請求項13に記載の高分子電解質膜又は請求項14に記載の高分子電解質膜−電極接合体の少なくとも一つを用いることを特徴とする燃料電池。
A fuel cell using at least one of the polymer electrolyte membrane according to claim 13 or the polymer electrolyte membrane-electrode assembly according to claim 14.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001512526A (en) * 1997-12-02 2001-08-21 アセップ インコーポレイティド New electrode materials obtained from polyquinone-based ionic compounds and their use in electrochemical generators
JP2007023257A (en) * 2005-01-12 2007-02-01 Sumitomo Chemical Co Ltd Polymer composition containing oxocarbon and use thereof

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001512526A (en) * 1997-12-02 2001-08-21 アセップ インコーポレイティド New electrode materials obtained from polyquinone-based ionic compounds and their use in electrochemical generators
JP2007023257A (en) * 2005-01-12 2007-02-01 Sumitomo Chemical Co Ltd Polymer composition containing oxocarbon and use thereof

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010526912A (en) * 2007-05-08 2010-08-05 トヨタ モーター エンジニアリング アンド マニュファクチャリング ノース アメリカ,インコーポレイテッド Proton conducting electrolyte

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