JP2006265478A - Electrolyte material and method for producing the same - Google Patents

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JP2006265478A JP2005089126A JP2005089126A JP2006265478A JP 2006265478 A JP2006265478 A JP 2006265478A JP 2005089126 A JP2005089126 A JP 2005089126A JP 2005089126 A JP2005089126 A JP 2005089126A JP 2006265478 A JP2006265478 A JP 2006265478A
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浩司 上山
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing an electrolyte material that is excellent in oxidation resistance. <P>SOLUTION: The method comprises a process for introducing a polymerization starting point into a base material, a process of grafting a vinyl monomer containing a monomer represented by formula (1) (where X is a halogen) to the polymerization starting point, a process of reacting an antioxidant having a functional group selected from an OH group, an amino group, and an imino group in the molecular structure through the functional groups, and a post-treatment process including a step of reacting a sulfonation agent. According to the method, the polymer material is formed as the base backbone of an electrolyte material before the polymer chain is coupled with the antioxidant, allowing the introduction of the polymer chain with the antioxidant without inhibiting the chemical reaction for forming the polymer chain, and further facilitating the polymer chain to couple with the antioxidant so strongly that the electrolyte material does not easily uncouple and can keep improved resistance to oxidation for a long time. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、耐酸化性に優れ、燃料電池に好適に使用できる電解質材料及びその製造方法に関する。   The present invention relates to an electrolyte material that has excellent oxidation resistance and can be suitably used for a fuel cell, and a method for producing the same.

燃料電池には電解質材料が用いられている。電解質材料としてはパーフルオロ系電解質材料を採用したものが数多く報告されている。   An electrolyte material is used for the fuel cell. Many electrolyte materials employing perfluoro-based electrolyte materials have been reported.

パーフルオロ系電解質材料はナフィオン(商標)に代表され、燃料電池に一般的に採用される材料であり、耐酸化性に優れる材料である。燃料電池はその電極反応過程において、アノードで生成したプロトンが電解質膜を通してカソードに達したときに、カソード側に供給される酸素により酸化されて水を生成しているが、副反応としてヒドロキシラジカルを生成することが考えられ、そのヒドロキシラジカルは拡散して燃料電池の構成要素を分解するおそれがある。   The perfluoro-based electrolyte material is represented by Nafion (trademark), and is a material generally employed in fuel cells, and is a material excellent in oxidation resistance. In the fuel cell, when protons produced at the anode reach the cathode through the electrolyte membrane during the electrode reaction process, they are oxidized by oxygen supplied to the cathode to produce water. The hydroxyl radicals may diffuse and decompose fuel cell components.

パーフルオロ系電解質材料は炭素−フッ素間の結合エネルギーの高さから耐酸化性に優れた材料である。しかしながら、パーフルオロ系電解質材料は燃料電池に適用した場合の性能は高いものの、複雑なプロセスを経て合成される材料であること及びフッ素含有量が高いことから非常にコストが高くなっており、燃料電池普及の障害になっている。   A perfluoro-based electrolyte material is a material excellent in oxidation resistance due to high binding energy between carbon and fluorine. However, although perfluoro-based electrolyte material has high performance when applied to a fuel cell, it is a material synthesized through a complicated process and has a high fluorine content, so the cost is very high. It is an obstacle to the spread of batteries.

そこで、コスト低減を目指して、燃料電池用電極に炭化水素系電解質材料(本明細書においては、フッ素を低減することでコスト低減が可能であるとの理由で、フッ素による置換が完全にはされていない電解質材料も「炭化水素系電解質材料」に含ませる)を採用することが検討されている(特許文献1など)。   Therefore, with the aim of reducing costs, hydrocarbon-based electrolyte materials for fuel cell electrodes (in the present specification, replacement with fluorine is completely performed because the cost can be reduced by reducing fluorine. It has been studied to employ an electrolyte material that is not included in the "hydrocarbon electrolyte material" (Patent Document 1, etc.).

炭化水素系電解質材料は、一般に低コスト化が可能であるが、パーフルオロ系の電解質材料と比較して充分な性能が発揮できない傾向があった。その理由の1つとして、炭化水素系電解質材料は、炭素−水素間の結合エネルギーが炭素−フッ素間の結合エネルギーより小さいので、耐酸化性がパーフルオロ系電解質材料よりも充分でなく、耐酸化性を充分に発揮することができないものと考えられる。   Hydrocarbon electrolyte materials can generally be reduced in cost, but there has been a tendency that sufficient performance cannot be exhibited as compared with perfluoro electrolyte materials. One reason for this is that the hydrocarbon-based electrolyte material has a lower carbon-hydrogen bond energy than the carbon-fluorine bond energy, so that the oxidation resistance is not as good as that of the perfluoro-electrolyte material. It is considered that the properties cannot be fully exhibited.

更に、パーフルオロ系電解質材料であっても全く酸化による劣化が進行しないわけではないことはいうまでもなく、更なる耐酸化性の向上が求められる。   Further, it is needless to say that even perfluoro-based electrolyte materials are not deteriorated by oxidation at all, and further improvement in oxidation resistance is required.

電解質材料の耐酸化性を向上する目的で開発された従来技術としては、電解質材料をラジカル重合により形成する際に、フェノール系の酸化防止剤を結合した単量体を混入させることで、高分子鎖中に酸化防止剤を導入する方法が開示されている(特許文献2)。   As a conventional technology developed for the purpose of improving the oxidation resistance of electrolyte materials, it is possible to incorporate a polymer combined with a phenolic antioxidant when a electrolyte polymer is formed by radical polymerization. A method of introducing an antioxidant into the chain is disclosed (Patent Document 2).

また、電解質膜に酸化防止剤(リン系、イオウ系)を含浸させることで酸化防止機能を付与しようとする技術が開示されている(特許文献3)。
特開平5−36418号公報 特開2000−223135号公報 特開2003−151346号公報
In addition, a technique for providing an antioxidant function by impregnating an electrolyte membrane with an antioxidant (phosphorus-based or sulfur-based) is disclosed (Patent Document 3).
Japanese Patent Laid-Open No. 5-36418 JP 2000-223135 A JP 2003-151346 A

しかしながら、特許文献2に記載の技術では、酸化防止剤を導入した単量体によって、ラジカル重合の進行が阻害される結果、必要な分子量をもつ高分子鎖の形成が困難な場合があった。また、特許文献3に記載の技術では、含浸された酸化防止剤が溶出することが予測され、安定して耐酸化性を付与することが困難であった。   However, in the technique described in Patent Document 2, as a result of inhibition of the progress of radical polymerization by a monomer into which an antioxidant is introduced, it may be difficult to form a polymer chain having a necessary molecular weight. Further, in the technique described in Patent Document 3, it is predicted that the impregnated antioxidant is eluted, and it is difficult to stably impart oxidation resistance.

本発明は上記実情に鑑み為されたものであり、耐酸化性に優れた電解質材料及びその製造方法を提供することを解決すべき課題とする。   This invention is made | formed in view of the said situation, and makes it the problem which should be solved to provide the electrolyte material excellent in oxidation resistance, and its manufacturing method.

(1−1)上記課題を解決する目的で本発明者は鋭意研究を行った結果、以下の発明に想到した。すなわち、本発明の電解質材料の製造方法は、基材に重合開始点を導入する工程と、
該重合開始点を起点として、下記一般式(1)で示す単量体を含むビニル単量体をグラフト化する工程と、
OH基、アミノ基及びイミノ基から選択される官能基を分子構造中に有する酸化防止剤の該官能基を反応させる工程、及び、スルホン化剤を反応させる工程をもつ後処理工程と、
を有することを特徴とする。
(1-1) As a result of intensive studies for the purpose of solving the above-mentioned problems, the present inventors have conceived the following invention. That is, the method for producing an electrolyte material of the present invention includes a step of introducing a polymerization initiation point into a substrate,
Starting from the polymerization initiation point, grafting a vinyl monomer containing a monomer represented by the following general formula (1);
A post-treatment step having a step of reacting an antioxidant having a functional group selected from an OH group, an amino group and an imino group in the molecular structure, and a step of reacting a sulfonating agent;
It is characterized by having.

Figure 2006265478
Figure 2006265478

(式(1)中、RはCを1つ以上もつアルキレン基;nは1以上;R’は水素又はCが1〜4のアルキル基;Xはハロゲン)
つまり、電解質材料の基本骨格となる高分子材料を形成した後に、酸化防止剤を高分子鎖中に結合することで、高分子鎖を形成する化学反応を阻害することなく高分子鎖中に酸化防止剤を導入できる上に、酸化防止剤は高分子鎖に強固に結合しているので簡単には脱落せず、長時間の耐酸化性向上が実現できる。
(In the formula (1), R is an alkylene group having one or more C; n is 1 or more; R ′ is hydrogen or an alkyl group having 1 to 4 C; X is halogen)
In other words, after forming a polymer material that is the basic skeleton of the electrolyte material, an antioxidant is bonded into the polymer chain, thereby oxidizing the polymer chain without inhibiting the chemical reaction that forms the polymer chain. In addition to the introduction of an inhibitor, the antioxidant is firmly bonded to the polymer chain, so that it does not easily fall off, and long-term oxidation resistance can be improved.

ここで、前記ビニル単量体はスチレンと前記一般式(1)に記載の単量体であるクロロメチルスチレンとを含有することが望ましい。   Here, it is desirable that the vinyl monomer contains styrene and chloromethylstyrene which is a monomer described in the general formula (1).

(1−2)そして、本発明の他の電解質材料の製造方法は、OH基、アミノ基及びイミノ基から選択される官能基を分子構造中に有する酸化防止剤の該官能基を反応させて導入する工程、及び、プロトン伝導性官能基を導入する工程をもつ処理工程を、
ハロゲン化アルキル基をもつ高分子材料に対して行うことを特徴とする。
(1-2) Then, another method for producing an electrolyte material of the present invention includes reacting the functional group of an antioxidant having a functional group selected from an OH group, an amino group, and an imino group in the molecular structure. A treatment step having a step of introducing, and a step of introducing a proton conductive functional group,
It is characterized by being performed on a polymer material having a halogenated alkyl group.

つまり、本発明の電解質材料の製造方法は電解質材料の基本骨格になる高分子材料の製造時には反応の阻害要因になりかねない酸化防止剤を含有させず、高分子材料を形成した後に酸化防止剤を結合させる方法である。高分子材料は酸化防止剤を導入できる部位であるハロゲン化アルキル基を有しているので、後の反応により、簡単に酸化防止剤を導入することができる。   That is, the method for producing an electrolyte material according to the present invention does not contain an antioxidant that may become a reaction inhibiting factor when producing a polymer material that is a basic skeleton of the electrolyte material. It is the method of combining. Since the polymer material has a halogenated alkyl group that is a site where an antioxidant can be introduced, the antioxidant can be easily introduced by a subsequent reaction.

(1−3)上記本発明の電解質材料の製造方法において、酸化防止剤はアミン系の酸化防止剤及びフェノール系の酸化防止剤から選択されることが望ましい。アミン系の酸化防止剤はアミノ基又はイミノ基を構造中に有しており、特に、OH基、アミノ基又はイミノ基などを構造中に導入することなく本製造方法に適用することができる。   (1-3) In the method for producing an electrolyte material of the present invention, the antioxidant is preferably selected from amine-based antioxidants and phenol-based antioxidants. The amine-based antioxidant has an amino group or an imino group in the structure, and in particular, can be applied to the present production method without introducing an OH group, an amino group, or an imino group into the structure.

(2)上記課題を解決する本発明の電解質材料は、一部水素がフッ素にて置換されていても良いポリオレフィン系材料からなる基材と、
スチレン及びハロゲン化メチルスチレンの共重合体であって該基材にグラフト化されている側鎖と、を有し、
前記側鎖は、該ハロゲン化メチルスチレン由来のハロゲンの部分の少なくとも一部がOH基、アミノ基及びイミノ基から選択される官能基を分子構造中に有する酸化防止剤の該官能基と反応することで置換され、且つ、前記スチレン及び前記ハロゲン化メチルスチレン由来のフェニル基の水素の少なくとも一部がスルホ基に置換されていることを特徴とする。ここで、前記基材はエチレン−テトラフルオロエチレン共重合体であることが望ましい。
(2) The electrolyte material of the present invention that solves the above problems includes a base material made of a polyolefin-based material in which hydrogen may be partially substituted with fluorine,
A side chain grafted to the substrate, which is a copolymer of styrene and halogenated methylstyrene,
The side chain reacts with the functional group of the antioxidant in which at least a part of the halogen portion derived from the halogenated methylstyrene has a functional group selected from OH group, amino group and imino group in the molecular structure. And at least part of hydrogen of the phenyl group derived from the styrene and the halogenated methylstyrene is substituted with a sulfo group. Here, the base material is preferably an ethylene-tetrafluoroethylene copolymer.

分子構造中に酸化防止剤を有しているので、酸化防止剤の脱落が問題になることは少ない。   Since the antioxidant is contained in the molecular structure, it is unlikely that the removal of the antioxidant becomes a problem.

本発明の電解質材料の製造方法は、電解質材料の基本骨格になる高分子材料の製造時には反応の阻害要因になりかねない酸化防止剤を含有させていないので、電解質材料に求められる性能に応じて必要な分子量を実現することができる。また、酸化防止剤は電解質材料に直接結合できるので、耐酸化性向上の効果は長時間持続する。   The method for producing an electrolyte material according to the present invention does not contain an antioxidant that may be a hindrance to reaction when producing a polymer material that is a basic skeleton of the electrolyte material. Necessary molecular weight can be realized. In addition, since the antioxidant can be directly bonded to the electrolyte material, the effect of improving the oxidation resistance lasts for a long time.

本発明の電解質材料及びその製造方法について以下実施形態に基づき詳細に説明を行う。   The electrolyte material and the manufacturing method thereof of the present invention will be described in detail based on the following embodiments.

(第1実施形態)
本実施形態の電解質材料の製造方法は電解質材料の基本骨格になる基材に重合開始点を導入する工程と基材にグラフト化を行う工程と後処理工程とを有している。
(First embodiment)
The method for producing an electrolyte material of the present embodiment includes a step of introducing a polymerization start point into a base material that is a basic skeleton of the electrolyte material, a step of grafting to the base material, and a post-processing step.

基材としては特に限定しないが、高強度で耐酸化性が高いポリオレフィン系材料を採用することが望ましい。ポリオレフィン系材料は一部水素がフッ素により置換されていても良い。例えば、取扱性及びコストの観点からはエチレン−テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)が望ましい。また、パーフルオロ系の電解質材料の基本骨格になりうる材料を採用することもできる。ここで、基材の選択により、膜状、ゲル状などの形態や、不溶性、可溶性などの性質が決定される。   Although it does not specifically limit as a base material, It is desirable to employ | adopt polyolefin material with high intensity | strength and high oxidation resistance. In the polyolefin material, hydrogen may be partially substituted by fluorine. For example, ethylene-tetrafluoroethylene copolymer (ETFE) is desirable from the viewpoint of handleability and cost. A material that can be a basic skeleton of a perfluoro-based electrolyte material can also be employed. Here, depending on the selection of the base material, the form such as a film or gel and the properties such as insolubility and solubility are determined.

基材に導入される重合開始点としてはラジカル重合の開始点になりうるラジカルや、熱、光などにより分解してラジカルを発生するもの、イオン重合の開始点になりうるイオン対などである。例えば、放射線照射、プラズマ照射、火炎などにより処理することでラジカルを生成したり、酸化剤などにより酸化させることでラジカルやイオンを生成したりできる。これらラジカルなどの生成などはラジカルなどが消失しないように不活性な雰囲気中で行うことが望ましい。例えば、ラジカルを生成する場合には窒素、アルゴンガス雰囲気や真空下などの非反応性雰囲気中で放射線照射などを行ってラジカル生成を行うことが望ましい。   The polymerization initiation point introduced into the substrate includes radicals that can be radical polymerization initiation points, radicals that are decomposed by heat, light, and the like, ion pairs that can act as ion polymerization initiation points, and the like. For example, radicals can be generated by treatment with radiation irradiation, plasma irradiation, flame, or the like, or radicals or ions can be generated by oxidation with an oxidizing agent or the like. These radicals are preferably generated in an inert atmosphere so that the radicals do not disappear. For example, when generating radicals, it is desirable to generate radicals by irradiating radiation in a non-reactive atmosphere such as nitrogen or argon gas atmosphere or under vacuum.

グラフト化を行う工程は先述の基材に形成した重合開始点よりビニル単量体を反応させて電解質材料の前駆体となる高分子材料とする工程である。ビニル単量体を基材に混合し、重合開始点の性質に応じてビニル単量体を反応させる。例えば、重合開始点がラジカルである場合には不活性雰囲気中でビニル単量体を接触させることでグラフト化が進行する。熱や光などにて分解することでラジカルなどを生成する重合開始点の場合にはそれら反応条件を整える。   The step of grafting is a step of making a polymer material to be a precursor of an electrolyte material by reacting a vinyl monomer from the polymerization starting point formed on the substrate. A vinyl monomer is mixed with the base material, and the vinyl monomer is reacted according to the properties of the polymerization starting point. For example, when the polymerization initiation point is a radical, grafting proceeds by contacting a vinyl monomer in an inert atmosphere. In the case of a polymerization starting point where radicals are generated by decomposition with heat or light, the reaction conditions are adjusted.

ビニル単量体としては上述の一般式(1)に示す単量体を含んでいる。一般式(1)の単量体はスチレン又はαアルキルスチレンに対して、そのフェニル基にハロゲン化アルキル基を導入した化合物であり、ハロゲン化アルキル基のハロゲンの部位が脱落することで、後述する酸化防止剤と反応・結合することができる。   As a vinyl monomer, the monomer shown in the above general formula (1) is included. The monomer of the general formula (1) is a compound in which a halogenated alkyl group is introduced into the phenyl group of styrene or α-alkylstyrene, and the halogen site of the halogenated alkyl group is dropped, which will be described later. Can react and bind with antioxidants.

α位に結合する官能基R’としては水素又はアルキル基であり、安定性の観点からは特に水素が望ましい。Xはハロゲンであり、特に塩素が望ましい。Rはアルキレン基でありメチレン又はエチレン基が望ましく、入手性やコストなどの観点からはメチレン基が特に望ましい。RX基は1以上導入されていればよく、その導入部位はパラ位、メタ位、オルト位のうちのいずれでもよい。   The functional group R ′ bonded to the α-position is hydrogen or an alkyl group, and hydrogen is particularly desirable from the viewpoint of stability. X is a halogen, and chlorine is particularly desirable. R is an alkylene group, preferably a methylene or ethylene group, and a methylene group is particularly desirable from the viewpoint of availability and cost. One or more RX groups may be introduced, and the introduction site may be any of the para position, the meta position, and the ortho position.

他のビニル単量体としては耐酸化性に優れると共に、重合反応が容易であるものが望ましい。例えば、スチレン、ジビニルベンゼン、メチルスチレン、t−ブチルスチレン、α−メチルスチレン、アクリロニトリル、メタクリル酸メチルが例示できる。スチレンなどフェニル基を構造中に有する単量体は後述するスルホン化工程においてスルホ基が導入されやすいことからも望ましい。ジビニルベンゼンなどの二官能性単量体は架橋剤として作用するので適正量混合することで製造された電解質材料の物性を調節できる。   As other vinyl monomers, those having excellent oxidation resistance and easy polymerization reaction are desirable. Examples thereof include styrene, divinylbenzene, methyl styrene, t-butyl styrene, α-methyl styrene, acrylonitrile, and methyl methacrylate. A monomer having a phenyl group in its structure, such as styrene, is desirable because the sulfo group is easily introduced in the sulfonation step described later. Since the bifunctional monomer such as divinylbenzene acts as a cross-linking agent, the physical properties of the produced electrolyte material can be adjusted by mixing an appropriate amount.

一般式(1)に記載の単量体と他の単量体との混合比は特に限定しない。一般式(1)に記載の単量体を多く導入することで酸化防止剤をより多く導入することができる。従って、最終的に製造される電解質材料に求められる酸化防止能に応じて導入する量を決定することが望ましい。なお、高分子材料を製造するこれらの方法は例示であり、そのような方法にて製造されたものでも構わない。   The mixing ratio of the monomer described in the general formula (1) and another monomer is not particularly limited. By introducing a large amount of the monomer described in the general formula (1), more antioxidant can be introduced. Therefore, it is desirable to determine the amount to be introduced according to the antioxidant ability required for the electrolyte material to be finally produced. In addition, these methods for manufacturing the polymer material are examples, and those manufactured by such a method may be used.

酸化防止剤はOH基、アミノ基及びイミノ基から選択される官能基を分子構造中に有する化合物である。例えば、アミン系酸化防止剤、フェノール系酸化防止剤などが挙げられる。   An antioxidant is a compound having in its molecular structure a functional group selected from an OH group, an amino group and an imino group. For example, an amine antioxidant, a phenolic antioxidant, etc. are mentioned.

アミン系酸化防止剤としては、2,2,6,6−テトラメチルピペリジン、ビス(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジニル)セバケート、フェニル−α−ナフチルアミン、フェニル−β−ナフチルアミン、P−(P−トルエン・スルホニルアミド)−ジフェニルアミン、4,4’−(α,α−ジメチルベンジル)−ジフェニルアミン、4,4’−ジオクチル−ジフェニルアミン、P,P’−ジオクチル−ジフェニルアミン、アルキル化ジフェニルアミン、N,N’−ジフェニル−P−フェニレンジアミン、N−イソプロピル−N’−フェニル−P−フェニレンジアミン、N,N’−ジナフチル−P−フェニレンジアミン、N−シクロヘキシル−N’−フェニル−P−フェニレンジアミン、N−フェニル−N’−(3−メタクリロイルオキシ−P−フェニレンジアミン、N,N’−ビス(1−メチルヘプチル)−P−フェニレンジアミン、N,N’−ビス(1,4−ジメチルペンチル)−P−フェニレンジアミン、N,N’−ビス(1−エチル−3−メチルペンチル)−P−フェニレンジアミン、N−(1,3−ジメチルブチル)−N’−フェニル−P−フェニレンジアミンが挙げられる。アミン系酸化防止剤のうちでは、特にヒンダードアミン系酸化防止剤を採用することが好ましい。ヒンダードアミン系酸化防止剤としては、2,2,6,6−テトラメチルピペリジン、ビス(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジニル)セバケートなどが好ましい。   As amine-based antioxidants, 2,2,6,6-tetramethylpiperidine, bis (2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidinyl) sebacate, phenyl-α-naphthylamine, phenyl-β-naphthylamine , P- (P-toluenesulfonylamide) -diphenylamine, 4,4 ′-(α, α-dimethylbenzyl) -diphenylamine, 4,4′-dioctyl-diphenylamine, P, P′-dioctyl-diphenylamine, alkylation Diphenylamine, N, N′-diphenyl-P-phenylenediamine, N-isopropyl-N′-phenyl-P-phenylenediamine, N, N′-dinaphthyl-P-phenylenediamine, N-cyclohexyl-N′-phenyl-P -Phenylenediamine, N-phenyl-N '-(3-methacryloyl X-P-phenylenediamine, N, N′-bis (1-methylheptyl) -P-phenylenediamine, N, N′-bis (1,4-dimethylpentyl) -P-phenylenediamine, N, N′- Bis (1-ethyl-3-methylpentyl) -P-phenylenediamine, N- (1,3-dimethylbutyl) -N′-phenyl-P-phenylenediamine, etc. Among amine-based antioxidants, In particular, it is preferable to employ a hindered amine antioxidant, which may be 2,2,6,6-tetramethylpiperidine, bis (2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidinyl). Sebacate and the like are preferable.

フェノール系酸化防止剤としては、ヒドロキノン、スチレン化フェノール、2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノール、4,4’−チオビス(3−メチル−6−t−ブチルフェノール)、ビス(3−メチル−4−ヒドロキシ−5−t−ブチルベンジル)スルフィド、1,1’−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−シクロヘキサン、2,5−ジ−t−ブチルヒドロキノン、2,5−ジ−t−アミルヒドロキノン、2,2’−メチレンビス(4−メチル−6−t−ブチルフェノール、2,2’−メチレンビス(4−エチル−6−t−ブチルフェノール、4,4’−ブチリデンビス(3−メチル−6−t−ブチルフェノール)、4,4’−メチレンビス(2,6−ジ−t−ブチルフェノール)、2,2−チオ〔ジエチル−ビス−3(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェノール)プロピオネート〕、テトラキス〔メチレン−3(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェノール)プロピオネート〕メタン、1,3,5−トリメチル−2,4,6−トリス(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)ベンゼン、1,1,3−トリス(2−メチル−4−ヒドロキシ−5−t−ブチルフェニル)ブタン、n−オクタデシル−3−(4’−ヒドロキシ−3’5’−ジ−t−ブチルフェノール)プロピオネート、6−(4−ヒドロキシ−3,5−ジ−t−ブチルアニリノ)−2,4−ビス−オクチル−チオ−1,3,5−トリアジンが挙げられる。   Examples of phenolic antioxidants include hydroquinone, styrenated phenol, 2,6-di-tert-butyl-4-methylphenol, 4,4′-thiobis (3-methyl-6-tert-butylphenol), bis (3 -Methyl-4-hydroxy-5-t-butylbenzyl) sulfide, 1,1'-bis (4-hydroxyphenyl) -cyclohexane, 2,5-di-t-butylhydroquinone, 2,5-di-t- Amylhydroquinone, 2,2′-methylenebis (4-methyl-6-tert-butylphenol, 2,2′-methylenebis (4-ethyl-6-tert-butylphenol, 4,4′-butylidenebis (3-methyl-6- t-butylphenol), 4,4′-methylenebis (2,6-di-t-butylphenol), 2,2-thio [diethyl-bis-3 (3,5- -T-butyl-4-hydroxyphenol) propionate], tetrakis [methylene-3 (3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenol) propionate] methane, 1,3,5-trimethyl-2,4 6-tris (3,5-di-t-butyl-4-hydroxybenzyl) benzene, 1,1,3-tris (2-methyl-4-hydroxy-5-t-butylphenyl) butane, n-octadecyl- 3- (4′-hydroxy-3′5′-di-t-butylphenol) propionate, 6- (4-hydroxy-3,5-di-t-butylanilino) -2,4-bis-octyl-thio-1 3,5-triazine.

また、その他のイオウ系、リン系の酸化防止剤についても、その構造中にOH基、アミノ基又はイミノ基を有するものや、OH基、アミノ基又はイミノ基を導入することで使用することができる。   In addition, other sulfur-based and phosphorus-based antioxidants may be used by introducing an OH group, an amino group or an imino group into the structure, or by introducing an OH group, an amino group or an imino group. it can.

これらの酸化防止剤を高分子材料中に導入するために適正な溶媒中に酸化防止剤を溶解させた溶液中に酸化防止剤を結合したい高分子材料を浸漬することで高分子材料のハロゲン化アルキル基のハロゲン部分に酸化防止剤のOH基、アミノ基又はイミノ基が結合する。   In order to introduce these antioxidants into the polymer material, halogenation of the polymer material is performed by immersing the polymer material in which the antioxidant is to be bound in a solution in which the antioxidant is dissolved in an appropriate solvent. The OH group, amino group or imino group of the antioxidant is bonded to the halogen part of the alkyl group.

そして、高分子材料にプロトン伝導性を付与するためにスルホ基を導入する。スルホ基の導入は適正なスルホン化剤を反応させることで行うことができる。スルホ基はフェニル基に導入しやすく、一般式(1)の化合物由来のフェニル基の部位にも導入できるし、ビニル単量体としてスチレンを採用した場合にもフェニル基の部位に導入できる。スルホン化剤としてはクロロスルホン酸、発煙硫酸、硫酸などをそのままで、又は適正な溶媒に溶解させた溶液が挙げられる。酸化防止剤を導入する工程とスルホン化工程とはどちらを先に行っても構わないが酸化防止剤を導入する工程を先に行うことで酸化防止剤の導入をより確実に行うことができる。   Then, a sulfo group is introduced to impart proton conductivity to the polymer material. The sulfo group can be introduced by reacting an appropriate sulfonating agent. The sulfo group can be easily introduced into the phenyl group, can be introduced into the phenyl group site derived from the compound of the general formula (1), and can also be introduced into the phenyl group site when styrene is employed as the vinyl monomer. Examples of the sulfonating agent include chlorosulfonic acid, fuming sulfuric acid, sulfuric acid and the like as they are, or a solution in which they are dissolved in an appropriate solvent. Either the step of introducing the antioxidant or the sulfonation step may be performed first, but the introduction of the antioxidant can be more reliably performed by performing the step of introducing the antioxidant first.

(第2実施形態)
本実施形態の電解質材料(の製造方法)は、第1実施形態の電解質材料(の製造方法)における基材を有さずに、ハロゲン化アルキル基を有する高分子材料に対して、OH基、アミノ基及びイミノ基から選択される官能基を分子構造中に有する酸化防止剤の官能基を反応させて導入する工程、及び、プロトン伝導性官能基を導入する工程をもつ処理工程を行うものである。本実施形態の電解質材料は、第1実施形態の電解質材料のような基材を有さないので、適正な溶媒に対して溶解できるように調整することが容易である。
(Second Embodiment)
The electrolyte material of the present embodiment (manufacturing method thereof) has no base material in the electrolyte material of the first embodiment (manufacturing method thereof), and has a OH group for a polymer material having a halogenated alkyl group, This is a process that includes a step of introducing a functional group of an antioxidant having a functional group selected from an amino group and an imino group in the molecular structure by reacting and a step of introducing a proton conductive functional group. is there. Since the electrolyte material of this embodiment does not have a base material like the electrolyte material of the first embodiment, it can be easily adjusted so that it can be dissolved in an appropriate solvent.

酸化防止剤を導入する工程については第1実施形態で説明したものと同様である。プロトン伝導性官能基としては第1実施形態と同様のスルホ基のほか、カルボキシ基や、リン酸基などが挙げられる。   The step of introducing the antioxidant is the same as that described in the first embodiment. Examples of the proton conductive functional group include a carboxy group and a phosphate group in addition to the same sulfo group as in the first embodiment.

以下、本発明の実施例について説明する。以下の実施例では基材としては、ETFE製のフィルム(厚み25μm)を採用した。   Examples of the present invention will be described below. In the following examples, a film made of ETFE (thickness 25 μm) was adopted as the substrate.

(実施例1)
ETFEのフィルムをアセトンで洗浄した後、放射線源としてコバルト60を用いてガンマ線を10kGy照射し重合開始点としてのラジカルを生成した。得られたフィルムをガラス反応管に入れた後、ビニル単量体としてのスチレン−クロロメチルスチレン−ジビニルベンゼン混合物(9:0.5:0.5)を反応管に加え、反応管の内部を充分に窒素で置換した。
(Example 1)
After the ETFE film was washed with acetone, gamma rays were irradiated at 10 kGy using cobalt 60 as a radiation source to generate radicals as polymerization initiation points. After putting the obtained film into a glass reaction tube, a styrene-chloromethylstyrene-divinylbenzene mixture (9: 0.5: 0.5) as a vinyl monomer was added to the reaction tube, and the inside of the reaction tube was Fully replaced with nitrogen.

その後、その反応管を60℃の恒温槽に2時間浸漬した。その後、フィルムをキシレンで3回洗浄した後、乾燥機を用いて乾燥させた。乾燥質量は1.45gであった。ビニル単量体がグラフト化した質量は反応前のETFEフィルムに対して45%であった。   Then, the reaction tube was immersed in a 60 degreeC thermostat for 2 hours. Thereafter, the film was washed with xylene three times and then dried using a dryer. The dry mass was 1.45g. The mass grafted with the vinyl monomer was 45% with respect to the ETFE film before the reaction.

この乾燥膜200mgを1−プロパノール20mL中に浸漬した状態で、酸化防止剤としてのヒンダードアミン系酸化防止剤(2,2,6,6−テトラメチルピペリジン)20mgを溶解させた。不活性ガス雰囲気下、3時間還流させた。反応後、膜を取り出し、エタノールにて洗浄し乾燥した。乾燥質量は202.9mgであった。2,2,6,6−テトラメチルピペリジン導入量は1.4質量%であった。   In a state where 200 mg of this dry film was immersed in 20 mL of 1-propanol, 20 mg of hindered amine antioxidant (2,2,6,6-tetramethylpiperidine) as an antioxidant was dissolved. The mixture was refluxed for 3 hours under an inert gas atmosphere. After the reaction, the membrane was taken out, washed with ethanol and dried. The dry mass was 202.9 mg. The amount of 2,2,6,6-tetramethylpiperidine introduced was 1.4% by mass.

この乾燥膜を1%クロロスルホン酸−ジクロロエタン溶液30mL中に浸漬し、60℃にて1.5時間反応させた。その後、膜を取り出し、90℃の熱水中に24時間浸漬して洗浄した。   This dry membrane was immersed in 30 mL of a 1% chlorosulfonic acid-dichloroethane solution and reacted at 60 ° C. for 1.5 hours. Thereafter, the membrane was taken out and washed by being immersed in hot water at 90 ° C. for 24 hours.

得られた電解質膜はイオン交換容量が1.8meq/g、イオン導電性0.07S/cm(交流インピーダンス法、90℃飽和含水状態、室温)であった。   The obtained electrolyte membrane had an ion exchange capacity of 1.8 meq / g and an ionic conductivity of 0.07 S / cm (AC impedance method, 90 ° C. saturated water-containing state, room temperature).

(実施例2)
ETFEのフィルムをアセトンで洗浄した後、放射線源としてコバルト60を用いてガンマ線を10kGy照射し重合開始点としてのラジカルを生成した。得られたフィルムをガラス反応管に入れた後、ビニル単量体としてのスチレン−クロロメチルスチレン−ジビニルベンゼン混合物(7:2.5:0.5)を反応管に加え、反応管の内部を充分に窒素で置換した。
(Example 2)
After the ETFE film was washed with acetone, gamma rays were irradiated at 10 kGy using cobalt 60 as a radiation source to generate radicals as polymerization initiation points. After putting the obtained film into a glass reaction tube, a styrene-chloromethylstyrene-divinylbenzene mixture (7: 2.5: 0.5) as a vinyl monomer was added to the reaction tube, and the inside of the reaction tube was Fully replaced with nitrogen.

その後、その反応管を60℃の恒温槽に2時間浸漬した。その後、フィルムをキシレンで3回洗浄した後、乾燥機を用いて乾燥させた。乾燥質量は1.5gであった。ビニル単量体がグラフト化した質量は反応前のETFEフィルムに対して50%であった。   Then, the reaction tube was immersed in a 60 degreeC thermostat for 2 hours. Thereafter, the film was washed with xylene three times and then dried using a dryer. The dry mass was 1.5 g. The mass grafted by the vinyl monomer was 50% with respect to the ETFE film before the reaction.

この乾燥膜200mgを1−プロパノール20mL中に浸漬した状態で、2,2,6,6−テトラメチルピペリジン50mgを溶解させた。不活性ガス雰囲気下、3時間還流させた。反応後、膜を取り出し、エタノールにて洗浄し乾燥した。乾燥質量は211.5mgであった。2,2,6,6−テトラメチルピペリジン導入量は5.7質量%であった。   In a state where 200 mg of this dry film was immersed in 20 mL of 1-propanol, 50 mg of 2,2,6,6-tetramethylpiperidine was dissolved. The mixture was refluxed for 3 hours under an inert gas atmosphere. After the reaction, the membrane was taken out, washed with ethanol and dried. The dry mass was 211.5 mg. The amount of 2,2,6,6-tetramethylpiperidine introduced was 5.7% by mass.

この乾燥膜を1%クロロスルホン酸−ジクロロエタン溶液30mL中に浸漬し、60℃にて1.5時間反応させた。その後、膜を取り出し、90℃の熱水中に24時間浸漬して洗浄した。   This dry membrane was immersed in 30 mL of a 1% chlorosulfonic acid-dichloroethane solution and reacted at 60 ° C. for 1.5 hours. Thereafter, the membrane was taken out and washed by being immersed in hot water at 90 ° C. for 24 hours.

得られた電解質膜はイオン交換容量が1.4meq/g、イオン導電性0.05S/cm(交流インピーダンス法、90℃飽和含水状態、室温)であった。   The obtained electrolyte membrane had an ion exchange capacity of 1.4 meq / g and an ionic conductivity of 0.05 S / cm (AC impedance method, 90 ° C. saturated water-containing state, room temperature).

(実施例3)
ETFEのフィルムをアセトンで洗浄した後、放射線源としてコバルト60を用いてガンマ線を10kGy照射し重合開始点としてのラジカルを生成した。得られたフィルムをガラス反応管に入れた後、ビニル単量体としてのスチレン−クロロメチルスチレン−ジビニルベンゼン混合物(5.5:4:0.5)を反応管に加え、反応管の内部を充分に窒素で置換した。
(Example 3)
After the ETFE film was washed with acetone, gamma rays were irradiated at 10 kGy using cobalt 60 as a radiation source to generate radicals as polymerization initiation points. After the obtained film was put in a glass reaction tube, a styrene-chloromethylstyrene-divinylbenzene mixture (5.5: 4: 0.5) as a vinyl monomer was added to the reaction tube, and the inside of the reaction tube was Fully replaced with nitrogen.

その後、その反応管を60℃の恒温槽に2時間浸漬した。その後、フィルムをキシレンで3回洗浄した後、乾燥機を用いて乾燥させた。乾燥質量は1.4gであった。ビニル単量体がグラフト化した質量は反応前のETFEフィルムに対して40%であった。   Then, the reaction tube was immersed in a 60 degreeC thermostat for 2 hours. Thereafter, the film was washed with xylene three times and then dried using a dryer. The dry mass was 1.4 g. The mass of the vinyl monomer grafted was 40% with respect to the ETFE film before the reaction.

この乾燥膜200mgを1−プロパノール20mL中に浸漬した状態で、2,2,6,6−テトラメチルピペリジン50mgを溶解させた。不活性ガス雰囲気下、3時間還流させた。反応後、膜を取り出し、エタノールにて洗浄し乾燥した。乾燥質量は215.4mgであった。2,2,6,6−テトラメチルピペリジン導入量は7.7質量%であった。   In a state where 200 mg of this dry film was immersed in 20 mL of 1-propanol, 50 mg of 2,2,6,6-tetramethylpiperidine was dissolved. The mixture was refluxed for 3 hours under an inert gas atmosphere. After the reaction, the membrane was taken out, washed with ethanol and dried. The dry mass was 215.4 mg. The amount of 2,2,6,6-tetramethylpiperidine introduced was 7.7% by mass.

この乾燥膜を1%クロロスルホン酸−ジクロロエタン溶液30mL中に浸漬し、60℃にて1.5時間反応させた。その後、膜を取り出し、90℃の熱水中に24時間浸漬して洗浄した。   This dry membrane was immersed in 30 mL of a 1% chlorosulfonic acid-dichloroethane solution and reacted at 60 ° C. for 1.5 hours. Thereafter, the membrane was taken out and washed by being immersed in hot water at 90 ° C. for 24 hours.

得られた電解質膜はイオン交換容量が1.1meq/g、イオン導電性0.03S/cm(交流インピーダンス法、90℃飽和含水状態、室温)であった。   The obtained electrolyte membrane had an ion exchange capacity of 1.1 meq / g and an ionic conductivity of 0.03 S / cm (AC impedance method, 90 ° C. saturated water-containing state, room temperature).

(実施例4)
ETFEのフィルムをアセトンで洗浄した後、放射線源としてコバルト60を用いてガンマ線を10kGy照射し重合開始点としてのラジカルを生成した。得られたフィルムをガラス反応管に入れた後、ビニル単量体としてのスチレン−クロロメチルスチレン−ジビニルベンゼン混合物(9:0.5:0.5)を反応管に加え、反応管の内部を充分に窒素で置換した。
Example 4
After the ETFE film was washed with acetone, gamma rays were irradiated at 10 kGy using cobalt 60 as a radiation source to generate radicals as polymerization initiation points. After putting the obtained film into a glass reaction tube, a styrene-chloromethylstyrene-divinylbenzene mixture (9: 0.5: 0.5) as a vinyl monomer was added to the reaction tube, and the inside of the reaction tube was Fully replaced with nitrogen.

その後、その反応管を60℃の恒温槽に2時間浸漬した。その後、フィルムをキシレンで3回洗浄した後、乾燥機を用いて乾燥させた。乾燥質量は1.45gであった。ビニル単量体がグラフト化した質量は反応前のETFEフィルムに対して45%であった。   Then, the reaction tube was immersed in a 60 degreeC thermostat for 2 hours. Thereafter, the film was washed with xylene three times and then dried using a dryer. The dry mass was 1.45g. The mass grafted with the vinyl monomer was 45% with respect to the ETFE film before the reaction.

ジメチルホルムアミド(DMF)20mLにフェノール系酸化防止剤としてのヒドロキノン100mgを添加後、水素化ナトリウム20mgを入れて、40℃、20分反応後、この乾燥膜200mgを浸漬した。不活性ガス雰囲気下、120℃で5時間反応させた。反応後、膜を取り出し、エタノールにて洗浄し乾燥した。乾燥質量は202mgであった。ヒドロキノン導入量は1質量%であった。   After adding 100 mg of hydroquinone as a phenolic antioxidant to 20 mL of dimethylformamide (DMF), 20 mg of sodium hydride was added, and after reacting at 40 ° C. for 20 minutes, 200 mg of this dry film was immersed. The reaction was carried out at 120 ° C. for 5 hours under an inert gas atmosphere. After the reaction, the membrane was taken out, washed with ethanol and dried. The dry mass was 202 mg. The amount of hydroquinone introduced was 1% by mass.

この乾燥膜を1%クロロスルホン酸−ジクロロエタン溶液30mL中に浸漬し、60℃にて1.5時間反応させた。その後、膜を取り出し、90℃の熱水中に24時間浸漬して洗浄した。   This dry membrane was immersed in 30 mL of a 1% chlorosulfonic acid-dichloroethane solution and reacted at 60 ° C. for 1.5 hours. Thereafter, the membrane was taken out and washed by being immersed in hot water at 90 ° C. for 24 hours.

得られた電解質膜はイオン交換容量が1.9meq/g、イオン導電性0.085S/cm(交流インピーダンス法、90℃飽和含水状態、室温)であった。   The obtained electrolyte membrane had an ion exchange capacity of 1.9 meq / g and an ionic conductivity of 0.085 S / cm (AC impedance method, 90 ° C. saturated water-containing state, room temperature).

(実施例5)
ETFEのフィルムをアセトンで洗浄した後、放射線源としてコバルト60を用いてガンマ線を10kGy照射し重合開始点としてのラジカルを生成した。得られたフィルムをガラス反応管に入れた後、ビニル単量体としてのスチレン−クロロメチルスチレン−ジビニルベンゼン混合物(7:2.5:0.5)を反応管に加え、反応管の内部を充分に窒素で置換した。
(Example 5)
After the ETFE film was washed with acetone, gamma rays were irradiated at 10 kGy using cobalt 60 as a radiation source to generate radicals as polymerization initiation points. After putting the obtained film into a glass reaction tube, a styrene-chloromethylstyrene-divinylbenzene mixture (7: 2.5: 0.5) as a vinyl monomer was added to the reaction tube, and the inside of the reaction tube was Fully replaced with nitrogen.

その後、その反応管を60℃の恒温槽に2時間浸漬した。その後、フィルムをキシレンで3回洗浄した後、乾燥機を用いて乾燥させた。乾燥質量は1.5gであった。ビニル単量体がグラフト化した質量は反応前のETFEフィルムに対して50%であった。   Then, the reaction tube was immersed in a 60 degreeC thermostat for 2 hours. Thereafter, the film was washed with xylene three times and then dried using a dryer. The dry mass was 1.5 g. The mass grafted by the vinyl monomer was 50% with respect to the ETFE film before the reaction.

この乾燥膜200mgを1−プロパノール20mL中に浸漬した状態で、2,2,6,6−テトラメチルピペリジン10mgを溶解させた。不活性ガス雰囲気下、3時間還流させた。反応後、膜を取り出し、エタノールにて洗浄し乾燥した。乾燥質量は204.5mgであった。2,2,6,6−テトラメチルピペリジン導入量は2.2質量%であった。   In a state where 200 mg of this dry film was immersed in 20 mL of 1-propanol, 10 mg of 2,2,6,6-tetramethylpiperidine was dissolved. The mixture was refluxed for 3 hours under an inert gas atmosphere. After the reaction, the membrane was taken out, washed with ethanol and dried. The dry mass was 204.5 mg. The amount of 2,2,6,6-tetramethylpiperidine introduced was 2.2% by mass.

DMF20mLにヒドロキノン100mgを添加後、水素化ナトリウム20mgを入れて、40℃、20分反応後、この乾燥膜200mgを浸漬した。不活性ガス雰囲気下、120℃で5時間反応させた。反応後、膜を取り出し、エタノールにて洗浄し乾燥した。乾燥質量は207mgであった。ヒドロキノン導入量は1.25質量%であった。   After adding 100 mg of hydroquinone to 20 mL of DMF, 20 mg of sodium hydride was added, and after reacting at 40 ° C. for 20 minutes, 200 mg of this dry film was immersed. The reaction was carried out at 120 ° C. for 5 hours under an inert gas atmosphere. After the reaction, the membrane was taken out, washed with ethanol and dried. The dry mass was 207 mg. The amount of hydroquinone introduced was 1.25% by mass.

この乾燥膜を1%クロロスルホン酸−ジクロロエタン溶液30mL中に浸漬し、60℃にて1.5時間反応させた。その後、膜を取り出し、90℃の熱水中に24時間浸漬して洗浄した。   This dry membrane was immersed in 30 mL of a 1% chlorosulfonic acid-dichloroethane solution and reacted at 60 ° C. for 1.5 hours. Thereafter, the membrane was taken out and washed by being immersed in hot water at 90 ° C. for 24 hours.

得られた電解質膜はイオン交換容量が1.7meq/g、イオン導電性0.07S/cm(交流インピーダンス法、90℃飽和含水状態、室温)であった。   The obtained electrolyte membrane had an ion exchange capacity of 1.7 meq / g and an ionic conductivity of 0.07 S / cm (AC impedance method, 90 ° C. saturated water-containing state, room temperature).

(実施例6)
過酸化ベンゾイル10mgをビニル単量体としてのスチレン−クロロメチルスチレン−ジビニルベンゼン混合物(7.5:2.5:0.5)30mLに溶解させ、窒素置換後、80℃、2時間反応させた。その後、室温まで冷却した反応溶液を大量のエタノール中に滴下して生成したビニル単量体重合体を沈殿させた。沈殿物をろ取・乾燥させ、20gの樹脂を得た。
(Example 6)
10 mg of benzoyl peroxide was dissolved in 30 mL of a styrene-chloromethylstyrene-divinylbenzene mixture (7.5: 2.5: 0.5) as a vinyl monomer, purged with nitrogen, and reacted at 80 ° C. for 2 hours. . Then, the vinyl monomer polymer produced by dropping the reaction solution cooled to room temperature into a large amount of ethanol was precipitated. The precipitate was collected by filtration and dried to obtain 20 g of resin.

この樹脂2gをトルエン30mL中に浸漬した状態で、2,2,6,6−テトラメチルピペリジン200mgを溶解させた。不活性ガス雰囲気下、2時間還流させた。反応後、大量のエタノール中に滴下してビニル単量体重合体を沈殿させた。沈殿物をろ取・乾燥させ、2.1gの樹脂を得た。2,2,6,6−テトラメチルピペリジン導入量は5質量%であった。   In a state where 2 g of this resin was immersed in 30 mL of toluene, 200 mg of 2,2,6,6-tetramethylpiperidine was dissolved. The mixture was refluxed for 2 hours under an inert gas atmosphere. After the reaction, it was dropped into a large amount of ethanol to precipitate a vinyl monomer polymer. The precipitate was collected by filtration and dried to obtain 2.1 g of resin. The amount of 2,2,6,6-tetramethylpiperidine introduced was 5% by mass.

この乾燥樹脂ジクロロエタン溶液30mL中に入れ、1gのクロロスルホン酸を投入し室温にて1.5時間反応させた。その後、イオン交換水100mL中に反応液を投入後、90℃に加熱してジクロロエタンを蒸発させた。ジクロロエタンの蒸発により淡黄色の沈殿が生じたので、これをろ取し、イオン交換水にて洗浄液が中性になるまで洗浄し、電解質材料を得た。   It put into 30 mL of this dry resin dichloroethane solution, 1 g of chlorosulfonic acid was added, and it was made to react at room temperature for 1.5 hours. Thereafter, the reaction solution was poured into 100 mL of ion-exchanged water, and then heated to 90 ° C. to evaporate dichloroethane. A pale yellow precipitate was formed by evaporation of dichloroethane, which was collected by filtration and washed with ion-exchanged water until the washing solution became neutral to obtain an electrolyte material.

得られた電解質材料はイオン交換容量が1.7meq/g(EW=588)であった。   The obtained electrolyte material had an ion exchange capacity of 1.7 meq / g (EW = 588).

(比較例1)
ETFEのフィルムをアセトンで洗浄した後、放射線源としてコバルト60を用いてガンマ線を10kGy照射し重合開始点としてのラジカルを生成した。得られたフィルムをガラス反応管に入れた後、ビニル単量体としてのスチレン−ジビニルベンゼン混合物(9.5:0.5)を反応管に加え、反応管の内部を充分に窒素で置換した。
(Comparative Example 1)
After the ETFE film was washed with acetone, gamma rays were irradiated at 10 kGy using cobalt 60 as a radiation source to generate radicals as polymerization initiation points. After putting the obtained film into a glass reaction tube, a styrene-divinylbenzene mixture (9.5: 0.5) as a vinyl monomer was added to the reaction tube, and the inside of the reaction tube was sufficiently replaced with nitrogen. .

その後、その反応管を60℃の恒温槽に2時間浸漬した。その後、フィルムをキシレンで3回洗浄した後、乾燥機を用いて乾燥させた。乾燥質量は1.4gであった。ビニル単量体がグラフト化した質量は反応前のETFEフィルムに対して40%であった。   Then, the reaction tube was immersed in a 60 degreeC thermostat for 2 hours. Thereafter, the film was washed with xylene three times and then dried using a dryer. The dry mass was 1.4 g. The mass of the vinyl monomer grafted was 40% with respect to the ETFE film before the reaction.

この乾燥膜を1%クロロスルホン酸−ジクロロエタン溶液30mL中に浸漬し、60℃にて1.5時間反応させた。その後、膜を取り出し、90℃の熱水中に24時間浸漬して洗浄した。   This dry membrane was immersed in 30 mL of a 1% chlorosulfonic acid-dichloroethane solution and reacted at 60 ° C. for 1.5 hours. Thereafter, the membrane was taken out and washed by being immersed in hot water at 90 ° C. for 24 hours.

得られた電解質膜はイオン交換容量が2.0meq/g、イオン導電性0.09S/cm(交流インピーダンス法、90℃飽和含水状態、室温)であった。   The obtained electrolyte membrane had an ion exchange capacity of 2.0 meq / g and an ionic conductivity of 0.09 S / cm (AC impedance method, 90 ° C. saturated water-containing state, room temperature).

(比較例2)
過酸化ベンゾイル10mgをビニル単量体としてのスチレン−クロロメチルスチレン−ジビニルベンゼン混合物(7.5:2.5:0.5)30mLに溶解させ、窒素置換後、80℃、2時間反応させた。その後、室温まで冷却した反応溶液を大量のエタノール中に滴下して生成したビニル単量体重合体を沈殿させた。沈殿物をろ取・乾燥させ、20gの樹脂を得た。
(Comparative Example 2)
10 mg of benzoyl peroxide was dissolved in 30 mL of a styrene-chloromethylstyrene-divinylbenzene mixture (7.5: 2.5: 0.5) as a vinyl monomer, purged with nitrogen, and reacted at 80 ° C. for 2 hours. . Then, the vinyl monomer polymer produced by dropping the reaction solution cooled to room temperature into a large amount of ethanol was precipitated. The precipitate was collected by filtration and dried to obtain 20 g of resin.

この乾燥樹脂ジクロロエタン溶液30mL中に入れ、1gのクロロスルホン酸を投入し室温にて1.5時間反応させた。その後、イオン交換水100mL中に反応液を投入後、90℃に加熱してジクロロエタンを蒸発させた。ジクロロエタンの蒸発により淡黄色の沈殿が生じたので、これをろ取し、イオン交換水にて洗浄液が中性になるまで洗浄し、電解質材料を得た。   It put into 30 mL of this dry resin dichloroethane solution, 1 g of chlorosulfonic acid was added, and it was made to react at room temperature for 1.5 hours. Thereafter, the reaction solution was poured into 100 mL of ion-exchanged water, and then heated to 90 ° C. to evaporate dichloroethane. A pale yellow precipitate was formed by evaporation of dichloroethane, which was collected by filtration and washed with ion-exchanged water until the washing solution became neutral to obtain an electrolyte material.

得られた電解質材料はイオン交換容量が1.9meq/g(EW=523)であった。   The obtained electrolyte material had an ion exchange capacity of 1.9 meq / g (EW = 523).

(耐酸化性の評価)
実施例1〜5及び比較例1の電解質膜、並びに、実施例6及び比較例2の電解質材料について、90℃に保持した3質量%過酸化水素水(Fe2+、2ppm)中に40分間浸漬した場合の残存乾燥質量を測定し、残存率を算出した。結果を表1に示す。
(Evaluation of oxidation resistance)
The electrolyte membranes of Examples 1 to 5 and Comparative Example 1 and the electrolyte materials of Example 6 and Comparative Example 2 were placed in 3% by mass hydrogen peroxide (Fe 2+ , 2 ppm) maintained at 90 ° C. for 40 minutes. The residual dry mass when immersed was measured and the residual rate was calculated. The results are shown in Table 1.

Figure 2006265478
Figure 2006265478

表1より明らかなように、酸化防止剤を導入した各実施例の電解質膜及び電解質材料は対応する比較例の電解質膜及び電解質材料が導入したビニル単量体が殆ど脱落したことと比較して高い質量保持率を示した。つまり、耐酸化性に優れることが判った。また、イオン交換容量(IEC)についてもクロロメチルスチレンの導入に従い、僅かに低下するものの、比較例の電解質膜及び電解質材料に比べても遜色のない値を示すことが明らかとなり、基材に充分な量のグラフト鎖が導入できたことが判った。   As is clear from Table 1, the electrolyte membranes and electrolyte materials of the respective examples into which the antioxidant was introduced were compared with the fact that the vinyl monomers introduced by the corresponding electrolyte membranes and electrolyte materials of the comparative examples were almost eliminated. High mass retention was shown. In other words, it was found that it was excellent in oxidation resistance. In addition, although the ion exchange capacity (IEC) slightly decreases with the introduction of chloromethylstyrene, it is clear that the ion exchange capacity (IEC) is inferior to that of the electrolyte membrane and electrolyte material of the comparative example. It was found that a sufficient amount of graft chains could be introduced.

Claims (6)

基材に重合開始点を導入する工程と、
該重合開始点を起点として、下記一般式(1)で示す単量体を含むビニル単量体をグラフト化する工程と、
OH基、アミノ基及びイミノ基から選択される官能基を分子構造中に有する酸化防止剤の該官能基を反応させる工程、及び、スルホン化剤を反応させる工程をもつ後処理工程と、
を有することを特徴とする電解質材料の製造方法。
Figure 2006265478
(式(1)中、RはCを1つ以上もつアルキレン基;nは1以上;R’は水素又はCが1〜4のアルキル基;Xはハロゲン)
Introducing a polymerization starting point into the substrate;
Starting from the polymerization initiation point, grafting a vinyl monomer containing a monomer represented by the following general formula (1);
A post-treatment step having a step of reacting an antioxidant having a functional group selected from an OH group, an amino group and an imino group in the molecular structure, and a step of reacting a sulfonating agent;
A method for producing an electrolyte material, comprising:
Figure 2006265478
(In the formula (1), R is an alkylene group having one or more C; n is 1 or more; R ′ is hydrogen or an alkyl group having 1 to 4 C; X is halogen)
前記ビニル単量体はスチレンと前記一般式(1)に記載の単量体であるクロロメチルスチレンとを含有する請求項1に記載の電解質材料の製造方法。   2. The method for producing an electrolyte material according to claim 1, wherein the vinyl monomer contains styrene and chloromethylstyrene which is a monomer described in the general formula (1). OH基、アミノ基及びイミノ基から選択される官能基を分子構造中に有する酸化防止剤の該官能基を反応させて導入する工程、及び、プロトン伝導性官能基を導入する工程をもつ処理工程を、
ハロゲン化アルキル基をもつ高分子材料に対して行うことを特徴とする電解質材料の製造方法。
A treatment step comprising introducing a functional group selected from an OH group, an amino group and an imino group by reacting the functional group of an antioxidant having a molecular structure in the molecular structure; and introducing a proton conductive functional group The
A method for producing an electrolyte material, which is performed on a polymer material having an alkyl halide group.
前記酸化防止剤はアミン系の酸化防止剤及びフェノール系の酸化防止剤から選択される請求項1〜3のいずれかに記載の電解質材料の製造方法。   The said antioxidant is a manufacturing method of the electrolyte material in any one of Claims 1-3 selected from an amine antioxidant and a phenolic antioxidant. 一部水素がフッ素にて置換されていても良いポリオレフィン系材料からなる基材と、
スチレン及びハロゲン化メチルスチレンの共重合体であって該基材にグラフト化されている側鎖と、を有し、
前記側鎖は、該ハロゲン化メチルスチレン由来のハロゲンの部分の少なくとも一部がOH基、アミノ基及びイミノ基から選択される官能基を分子構造中に有する酸化防止剤の該官能基と反応することで置換され、且つ、前記スチレン及び前記ハロゲン化メチルスチレン由来のフェニル基の水素の少なくとも一部がスルホ基に置換されていることを特徴とする電解質材料。
A base material made of a polyolefin-based material in which part of hydrogen may be substituted with fluorine;
A side chain grafted to the substrate, which is a copolymer of styrene and halogenated methylstyrene,
The side chain reacts with the functional group of the antioxidant in which at least a part of the halogen moiety derived from the halogenated methylstyrene has a functional group selected from OH group, amino group and imino group in the molecular structure. And at least a part of hydrogen of the phenyl group derived from the styrene and the halogenated methylstyrene is substituted with a sulfo group.
前記基材はエチレン−テトラフルオロエチレン共重合体である請求項5に記載の電解質材料。   The electrolyte material according to claim 5, wherein the base material is an ethylene-tetrafluoroethylene copolymer.
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