JP2006286521A - Polymer electrolyte fuel cell, direct liquid fuel cell, resin composition used for direct methanol fuel cell - Google Patents

Polymer electrolyte fuel cell, direct liquid fuel cell, resin composition used for direct methanol fuel cell Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a resin composition for a proton conductive binder capable of closely bonding a hydrocarbon electrolyte membrane and a gas diffusion electrode and providing high proton conductivity to the inside of the electrode in a proton conductive polymer electrolyte membrane-electrode assembly useful for a constitution material of a polymer electrolyte fuel cell, a direct liquid fuel cell, and a direct methanol fuel cell. <P>SOLUTION: The resin composition for the binder containing a polymer compound containing a proton conductive group and a polymer compound not containing the proton conductive group contains two or more kinds selected from (A) a polymer compound containing the proton conductive group and not containing a styrene family thermoplastic elastomer, (B) a styrene family thermoplastic elastomer containing a proton conductive group, and (C) a styrene family thermoplastic elastomer not containing the proton conductive group, and (C) is an essential ingredient. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、固体高分子形燃料電池、直接液体形燃料電池、直接メタノール形燃料電池に使用する、樹脂組成物に、特にメタノール透過性が低く、かつ/あるいは、プロトン伝導性が格段に高い炭化水素系電解質膜に、好適なプロトン伝導性付与剤に関する。   The present invention relates to a resin composition for use in a polymer electrolyte fuel cell, a direct liquid fuel cell, and a direct methanol fuel cell, especially for carbonization with low methanol permeability and / or extremely high proton conductivity. The present invention relates to a proton conductivity imparting agent suitable for a hydrogen-based electrolyte membrane.

スルホン酸基などのプロトン伝導性置換基を含有する高分子化合物は固体高分子形燃料電池、直接液体形燃料電池、直接メタノール形燃料電池、湿度センサー、ガスセンサー、エレクトロクロミック表示素子などの電気化学素子の原料として使用される。これらの中でも、固体高分子形燃料電池、直接液体形燃料電池、直接メタノール形燃料電池は、新エネルギー技術の柱の一つとして期待されている。プロトン伝導性置換基を有する高分子化合物からなる電解質膜を使用する固体高分子形燃料電池、直接液体形燃料電池、直接メタノール形燃料電池は、低温における作動、小型軽量化が可能などの特徴から、自動車などの移動体、家庭用コージェネレーションシステム、および民間用小型形態機器などへの適用が検討されている。特にメタノールを直接燃料に使用する直接メタノール形燃料電池は、単純な構造と燃料供給やメンテナンスの容易さ、さらには高エネルギー密度などの特徴を有し、リチウムイオン二次電池代替として、携帯電話やノート型パソコンなどの民間用小型携帯機器への応用が期待されている。   Polymer compounds containing proton-conducting substituents such as sulfonic acid groups can be used in polymer electrolyte fuel cells, direct liquid fuel cells, direct methanol fuel cells, humidity sensors, gas sensors, electrochromic display elements, etc. Used as an element material. Among these, solid polymer fuel cells, direct liquid fuel cells, and direct methanol fuel cells are expected as one of the pillars of new energy technology. Solid polymer fuel cells, direct liquid fuel cells, and direct methanol fuel cells that use electrolyte membranes made of polymer compounds with proton-conducting substituents can be operated at low temperatures and can be reduced in size and weight. Application to mobile bodies such as automobiles, home cogeneration systems, and small-sized private-use equipment is being studied. In particular, direct methanol fuel cells that use methanol directly as fuel have a simple structure, easy fuel supply and maintenance, and high energy density. It is expected to be applied to small portable devices for private use such as laptop computers.

固体高分子形燃料電池、直接液体形燃料電池、直接メタノール形燃料電池に使用されるプロトン伝導性電解質膜としてはナフィオン(Nafion)(登録商標)に代表されるパーフルオロカーボンスルホン酸膜が広く検討されている。パーフルオロカーボンスルホン酸膜は、高いプロトン伝導度を有し、耐酸性、耐酸化性などの化学的安定性に優れている。しかしながら、使用原料が高く、複雑な製造工程を経るため、非常に高価であるという課題がある。さらにメタノールなどの水素含有液体などの透過(クロスオーバーともいう)が大きく、いわゆる化学ショート反応が起こる。これにより、カソード電位、燃料効率、セル特性などの低下が生じ、直接メタノール形燃料電池の電解質膜として用いるのが困難である。また、未発電時にもクロスオーバーによる燃料の消失が懸念される。   Perfluorocarbon sulfonic acid membranes typified by Nafion (registered trademark) have been widely studied as proton conductive electrolyte membranes used in polymer electrolyte fuel cells, direct liquid fuel cells, and direct methanol fuel cells. ing. The perfluorocarbon sulfonic acid membrane has high proton conductivity and excellent chemical stability such as acid resistance and oxidation resistance. However, there is a problem that the raw material used is high and is very expensive due to complicated manufacturing processes. Furthermore, permeation (also referred to as crossover) of a hydrogen-containing liquid such as methanol is large, and a so-called chemical short reaction occurs. As a result, the cathode potential, fuel efficiency, cell characteristics and the like are lowered, and it is difficult to directly use as an electrolyte membrane of a methanol fuel cell. Moreover, there is a concern that fuel may be lost due to crossover even when power is not generated.

このような背景からこのような性状面・性能面においてプロトン伝導性高分子電解質膜として、比較的に優れる炭化水素系プロトン伝導性高分子電解質膜を用いることが検討されている(特許文献1、特許文献2)。しかし、このように炭化水素系プロトン伝導性高分子電解質膜を用いた場合においても、上記ガス拡散電極に含ませる結着剤・バインダーは、多くの場合、前記パーフルオロカーボンスルホン酸樹脂がそのまま使用されている。ところが、このように電解質膜として炭化水素系プロトン伝導性高分子電解質膜を用い、ガス拡散電極に含有させる結着剤・バインダーとしてパーフルオロカーボンスルホン酸樹脂を用いた場合、該炭化水素系プロトン伝導性高分子電解質膜とガス拡散電極の接合界面において、両者の馴染みが悪くなり、その接合強度が大きく低下することが発覚した。このように電解質膜とガス拡散電極との接合強度が低下した場合、発電中にこれらに剥離が生じて電池性能が劣化し易く、その実用化に大きな支障が生じる。   From such a background, it has been studied to use a relatively excellent hydrocarbon proton conductive polymer electrolyte membrane as a proton conductive polymer electrolyte membrane in terms of properties and performance (Patent Document 1, Patent Document 2). However, even when the hydrocarbon proton conductive polymer electrolyte membrane is used as described above, the perfluorocarbon sulfonic acid resin is often used as the binder / binder to be included in the gas diffusion electrode. ing. However, when the hydrocarbon proton conductive polymer electrolyte membrane is used as the electrolyte membrane, and the perfluorocarbon sulfonic acid resin is used as the binder / binder to be contained in the gas diffusion electrode, the hydrocarbon proton conductive material is used. It was discovered that at the bonding interface between the polymer electrolyte membrane and the gas diffusion electrode, the familiarity of both deteriorates and the bonding strength is greatly reduced. When the bonding strength between the electrolyte membrane and the gas diffusion electrode is reduced in this way, peeling occurs during power generation, and the battery performance is likely to be deteriorated, resulting in a great hindrance to practical use.

また、炭化水素系プロトン伝導性高分子電解質膜に適するように、スルフォン酸変性した炭化水素系プロトン伝導性高分子電解質膜やスルフォン酸変性したスチレン系エラストマー組成物による接着を試みる報告もあるが、スルフォン酸変性された組成物のプロトン伝導度と接着性を両立させることは容易ではない(特許文献3、特許文献4、特許文献5)。
特開平6−68899号公報 特開平11−310649号公報 特開2002−164055号公報 特開2002−367626号公報 特表平10−503788号公報
In addition, there are reports of attempts to bond with a sulfonic acid-modified hydrocarbon proton-conductive polymer electrolyte membrane or a sulfonic acid-modified styrene-based elastomer composition so that it is suitable for a hydrocarbon-based proton conductive polymer electrolyte membrane. It is not easy to achieve both proton conductivity and adhesiveness of a sulfonic acid-modified composition (Patent Document 3, Patent Document 4, and Patent Document 5).
Japanese Patent Laid-Open No. 6-68899 Japanese Patent Laid-Open No. 11-310649 JP 2002-164055 A JP 2002-367626 A Japanese National Patent Publication No. 10-503788

本発明は、従来の技術が有する上記課題に鑑みてなされるものであり、固体高分子形燃料電池、直接メタノール形燃料電池の構成材料として有用な、優れたプロトン伝導性かつ炭化水素系プロトン伝導性高分子電解質膜との良好な接着性を有するプロトン伝導性高分子電解質材料を容易に提供することである。   The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and has excellent proton conductivity and hydrocarbon proton conductivity useful as a constituent material for polymer electrolyte fuel cells and direct methanol fuel cells. It is an object of the present invention to easily provide a proton conductive polymer electrolyte material having good adhesion to a conductive polymer electrolyte membrane.

このような課題に対して、本発明者は鋭意遂行した結果、下記を発明した。   As a result of earnestly performing the present invention for such problems, the inventors have invented the following.

(1)本発明の第1は、
固体高分子形燃料電池、直接液体形燃料電池、直接メタノール形燃料電池の、プロトン伝導性基を含有する高分子電解質膜−電極接合体に用いる結着剤用樹脂組成物であって、該結着剤樹脂組成物が、プロトン伝導性基を含有する高分子化合物と、プロトン伝導性基を含有しない高分子化合物とを含むことを特徴とする、結着剤用樹脂組成物、
である。
(1) The first of the present invention is
A resin composition for a binder used for a polymer electrolyte membrane-electrode assembly containing a proton conductive group of a solid polymer fuel cell, a direct liquid fuel cell, and a direct methanol fuel cell, A resin composition for a binder, wherein the binder resin composition comprises a polymer compound containing a proton conductive group and a polymer compound not containing a proton conductive group,
It is.

(2)本発明の第2は、
前記結着剤用樹脂組成物が、
(A)プロトン伝導性基を含有する、スチレン系熱可塑性エラストマーを除く高分子化合物、
(B)プロトン伝導性基を含有するスチレン系熱可塑性エラストマー、
(C)プロトン伝導性基を含有しないスチレン系熱可塑性エラストマー、
の中から選択される2種以上を含み、かつ、前記(C)を必須成分とする樹脂組成物であることを特徴とする、(1)記載の結着剤用樹脂組成物、
である。
(2) The second aspect of the present invention is
The binder resin composition is
(A) a polymer compound containing a proton conductive group, excluding a styrene-based thermoplastic elastomer,
(B) a styrenic thermoplastic elastomer containing a proton conductive group,
(C) a styrenic thermoplastic elastomer containing no proton conductive group,
A resin composition for a binder according to (1), which is a resin composition comprising two or more selected from the above and containing (C) as an essential component,
It is.

(3)本発明の第3は、
前記スチレン系熱可塑性エラストマーの高分子主鎖を形成する単量体成分の比率において、スチレン骨格を有する単量体成分が10モル%以上70モル%以下であることを特徴とする(1)〜(2)のいずれかに記載の、結着剤用樹脂組成物、
である。
(3) The third aspect of the present invention is
The ratio of the monomer component forming the polymer main chain of the styrenic thermoplastic elastomer is such that the monomer component having a styrene skeleton is 10 mol% or more and 70 mol% or less (1) to (2) The resin composition for a binder according to any one of
It is.

(4)本発明の第4は、
前記スチレン系エラストマーの、スチレン骨格を有さない単量体成分の化学構造式が、下記一般式(1)で表される基
(4) The fourth aspect of the present invention is
The chemical structural formula of the monomer component having no styrene skeleton of the styrene elastomer is a group represented by the following general formula (1)

Figure 2006286521
(R1〜R12は、H、低級アルキル、低級フルオロアルキルからなる群から選ばれ、R1〜R12は独立であって、互いに同一でも異なっていても良い、l,m,nは0以上である)で表されることを特徴とする、(1)〜(3)のいずれかに記載の、結着剤用樹脂組成物、
である。
Figure 2006286521
(R 1 to R 12 are selected from the group consisting of H, lower alkyl, and lower fluoroalkyl, and R 1 to R 12 are independent and may be the same or different. L, m, and n are 0. The resin composition for a binder according to any one of (1) to (3), characterized in that
It is.

(5)本発明の第5は、
前記結着剤用樹脂組成物のイオン交換容量が、1.0meq/g以上であることを特徴とする、(1)〜(4)のいずれかに記載の、結着剤用樹脂組成物、
である。
(5) The fifth aspect of the present invention is
The ion exchange capacity of the resin composition for binder is 1.0 meq / g or more, The resin composition for binder according to any one of (1) to (4),
It is.

(6)本発明の第6は、
前記プロトン伝導性基が、スルホン酸基を含有することを特徴とする、(1)〜(5)のいずれかに記載の、結着剤用樹脂組成物、
である。
(6) The sixth aspect of the present invention is
The resin composition for a binder according to any one of (1) to (5), wherein the proton conductive group contains a sulfonic acid group,
It is.

(7)本発明の第7は、
さらに、超強酸基含有フッ素系高分子が加えられていることを特徴とする、(1)〜(6)のいずれかに記載の結着剤用樹脂組成物、
である。
(7) The seventh of the present invention is
Furthermore, a resin composition for a binder according to any one of (1) to (6), wherein a super strong acid group-containing fluoropolymer is added,
It is.

(8)本発明の第8は、
前記超強酸基含有フッ素系高分子がナフィオン(登録商標)であることを特徴とする、(7)に記載の結着剤用樹脂組成物、
である。
(8) The eighth aspect of the present invention is
The resin composition for a binder according to (7), wherein the super strong acid group-containing fluoropolymer is Nafion (registered trademark),
It is.

(9)本発明の第9は、
前記プロトン伝導性基を含有する高分子電解質膜が、ポリフェニレンサルファイド(PPS)を含むことを特徴とする、(1)〜(8)のいずれかに記載の、結着剤用樹脂組成物、
である。
(9) The ninth of the present invention is
The resin composition for a binder according to any one of (1) to (8), wherein the polymer electrolyte membrane containing the proton conductive group contains polyphenylene sulfide (PPS),
It is.

(10)本発明の第10は、
(1)〜(9)のいずれかに記載の結着剤用樹脂組成物を含むことを特徴とする、高分子電解質膜、
である。
(10) The tenth aspect of the present invention is
A polymer electrolyte membrane comprising the resin composition for a binder according to any one of (1) to (9),
It is.

(11)本発明の第11は、
(1)〜(9)のいずれかに記載の結着剤用樹脂組成物を含むことを特徴とする、高分子電解質膜−電極複合体、
である。
(11) The eleventh aspect of the present invention is
A polymer electrolyte membrane-electrode composite comprising the resin composition for a binder according to any one of (1) to (9),
It is.

(12)本発明の第12は、
(1)〜(9)のいずれかに記載の結着剤用樹脂組成物を含むことを特徴とする、固体高分子形燃料電池、直接液体形燃料電池、あるいは直接メタノール形燃料電池、
である。
(12) The twelfth aspect of the present invention is
A solid polymer fuel cell, a direct liquid fuel cell, or a direct methanol fuel cell, comprising the binder resin composition according to any one of (1) to (9),
It is.

本発明の結着剤用樹脂組成物は、
主にスチレン系熱可塑性エラストマーによって接着性を発現し、
プロトン伝導性基を含有する高分子化合物によってプロトン伝導性を発現する。すなわち、本発明の結着剤用樹脂組成物は、接着性とプロトン伝導性の両方の機能を有する。
The resin composition for a binder of the present invention is
Adhesion is expressed mainly by styrenic thermoplastic elastomer,
Proton conductivity is expressed by a polymer compound containing a proton conductive group. That is, the resin composition for a binder of the present invention has functions of both adhesiveness and proton conductivity.

本発明の結着剤用樹脂組成物によって、従来技術で課題となっていたプロトン伝導度と接着性を両立させることが可能となった。   The resin composition for a binder of the present invention makes it possible to achieve both proton conductivity and adhesiveness, which have been problems in the prior art.

従って、本発明は、
固体高分子形燃料電池、直接液体形燃料電池、直接メタノール形燃料電池に使用する、樹脂組成物に、特にメタノール透過性が低く、かつ/あるいは、プロトン伝導性が格段に高い炭化水素系電解質膜に好適な、結着剤用樹脂組成物を提供できる。
Therefore, the present invention
Hydrocarbon electrolyte membranes that are used in solid polymer fuel cells, direct liquid fuel cells, direct methanol fuel cells, especially for resin compositions that have particularly low methanol permeability and / or extremely high proton conductivity It is possible to provide a resin composition for a binder suitable for the above.

本結着剤樹脂組成物を使用することにより、固体高分子形燃料電池、直接液体形燃料電池、直接メタノール形燃料電池の構成材料として有用なプロトン伝導性高分子電解質膜−電極接合体において、炭化水素系電解質膜をガス拡散電極と良好に密着させ、かつ、電極内部まで良好なプロトン伝導性を付与出来るプロトン伝導性の結着剤用樹脂組成物を提供することにある。   By using the present binder resin composition, in a proton conductive polymer electrolyte membrane-electrode assembly useful as a constituent material of a solid polymer fuel cell, a direct liquid fuel cell, and a direct methanol fuel cell, An object of the present invention is to provide a proton conductive resin composition for a binder capable of satisfactorily adhering a hydrocarbon-based electrolyte membrane to a gas diffusion electrode and imparting good proton conductivity to the inside of the electrode.

本発明の結着剤用樹脂組成物によれば、
炭化水素系プロトン伝導性高分子電解質膜と、ガス拡散電極の接合界面において、両者の馴染みが良く、その接合強度が高いものが達成できる。
According to the binder resin composition of the present invention,
At the bonding interface between the hydrocarbon-based proton conductive polymer electrolyte membrane and the gas diffusion electrode, a familiarity between them and a high bonding strength can be achieved.

本発明の結着剤用樹脂組成物をキャスト製膜した成形体と、
炭化水素系高分子電解質膜との、90°剥離試験を行い、剥離強度を測定すると、その結果が2.0 N/cm以上に及ぶものも達成できることがわかる。
A molded article obtained by casting the resin composition for a binder of the present invention;
When a 90 ° peel test with a hydrocarbon-based polymer electrolyte membrane is performed and the peel strength is measured, it can be seen that a result of 2.0 N / cm or more can be achieved.

本発明の結着剤用樹脂組成物によれば、電解質膜とガス拡散電極との接合強度が低下する可能性が著しく低くなり、発電中にこれらに剥離が生じる可能性も著しく低くなり、結果、電池性能の劣化が著しく少なくなり、その実用化に対して、有益である。   According to the resin composition for a binder of the present invention, the possibility that the bonding strength between the electrolyte membrane and the gas diffusion electrode is lowered is remarkably reduced, and the possibility that the peeling occurs during power generation is remarkably reduced. The battery performance is significantly reduced, which is beneficial for its practical use.

本発明の結着剤用樹脂組成物は、炭化水素系プロトン伝導性高分子電解質膜にも適する。 プロトン伝導性高分子電解質膜−電極接合体の、膜−電極界面のバインダーおよび/または触媒を触媒担持体に接着する結着する結着剤によって高いプロトン伝導度と良好な接着性を発現することが可能となった。   The resin composition for a binder of the present invention is also suitable for a hydrocarbon proton conductive polymer electrolyte membrane. The proton conductive polymer electrolyte membrane-electrode assembly exhibits high proton conductivity and good adhesion by the binder that bonds the binder and / or catalyst at the membrane-electrode interface to the catalyst carrier. Became possible.

これらは、優れたプロトン伝導度、良好な接着性を有し、固体高分子形燃料電池、直接液体形燃料電池、直接メタノール形燃料電池のプロトン伝導性高分子電解質膜あるいは膜−電極界面のバインダーおよび/または触媒を触媒担持体に結着する結着剤として有用である。   These have excellent proton conductivity and good adhesiveness, and are a binder for proton conductive polymer electrolyte membranes or membrane-electrode interfaces of solid polymer fuel cells, direct liquid fuel cells, and direct methanol fuel cells. And / or useful as a binder for binding the catalyst to the catalyst support.

本発明の固体高分子形燃料電池、直接液体形燃料電池、直接メタノール形燃料電池に用いられる、熱可塑性エラストマーとプロトン伝導性高分子電解質を必須成分とする樹脂組成物について説明する。   The resin composition comprising a thermoplastic elastomer and a proton conductive polymer electrolyte as essential components for use in the solid polymer fuel cell, direct liquid fuel cell and direct methanol fuel cell of the present invention will be described.

<結着剤用樹脂組成物>
本発明の結着剤用樹脂組成物は、
膜−電極界面のバインダー・結着剤、及び/又は、
触媒を触媒担持体に結着させるバインダー・結着剤、
として、用いられる。
<Resin composition for binder>
The resin composition for a binder of the present invention is
Binder / binder at the membrane-electrode interface, and / or
Binders and binders that bind the catalyst to the catalyst carrier,
As used.

上記のバインダー・結着剤は、プロトン伝導性と接着性・粘着性を両立させることが求められている。下記に説明するように、本発明の結着剤用樹脂組成物は、プロトン伝導性と接着性・粘着性を兼ね備えている。   The binder / binder is required to achieve both proton conductivity and adhesion / tackiness. As will be described below, the binder resin composition of the present invention has both proton conductivity and adhesiveness / tackiness.

本発明の結着剤用樹脂組成物は、プロトン伝導性基を含有する高分子化合物と、プロトン伝導性基を含有しない高分子化合物とを含むことを特徴とする。   The resin composition for a binder of the present invention includes a polymer compound containing a proton conductive group and a polymer compound not containing a proton conductive group.

<プロトン伝導性基>
本発明のプロトン伝導性高分子電解質に含有されるプロトン伝導性置換基としては、含水状態でプロトンを解離するものであれば使用可能である。例えば、スルホン酸基、リン酸基、カルボン酸基、フェノール性水酸基、スルホンイミド基などが例示でき、特にプロトン伝導性置換基の導入のしやすさや得られるプロトン伝導性高分子電解質のプロトン伝導性などを考慮するとスルホン酸基であることが好ましい。前記プロトン伝導性置換基の含有量に由来するプロトン伝導性高分子電解質のイオン交換容量は好ましくは0.3ミリ当量/gであり、より好ましくは0.5ミリ当量/g以上である。イオン交換容量が0.3ミリ当量/gよりも低い場合には、所望のプロトン伝導度を発現しない恐れがあり、好ましくない。
<Proton conductive group>
The proton conductive substituent contained in the proton conductive polymer electrolyte of the present invention can be used as long as it dissociates protons in a water-containing state. For example, a sulfonic acid group, a phosphoric acid group, a carboxylic acid group, a phenolic hydroxyl group, a sulfonimide group and the like can be exemplified. In particular, the ease of introduction of a proton conductive substituent and the proton conductivity of the obtained proton conductive polymer electrolyte In view of the above, a sulfonic acid group is preferable. The ion exchange capacity of the proton conductive polymer electrolyte derived from the content of the proton conductive substituent is preferably 0.3 meq / g, more preferably 0.5 meq / g or more. If the ion exchange capacity is lower than 0.3 meq / g, the desired proton conductivity may not be exhibited, which is not preferable.

<スチレン系熱可塑性エラストマー>
スチレン系熱可塑性エラストマーは、高分子主鎖を形成する単量体としてスチレンを含むことを特徴とする熱可塑性エラストマーである。例えば、
ポリスチレン−ポリ(エチレン−ブチレン)−ポリスチレントリブロック共重合体(SEBS)、
ポリスチレン−ポリ(エチレン−プロピレン)−ポリスチレントリブロック共重合体(SEPS)、
ポリスチレン−ポリイソブチレン−ポリスチレントリブロック共重合体(SIBS)、
ポリスチレン−ポリブタジエン−ポリスチレントリブロック共重合体(SBS)、
ポリスチレン−ポリイソプレン−ポリスチレン(SIS)トリブロック共重合体、
ポリスチレン−ポリ(エチレン−プロピレン)重合体(SEP)、
ポリスチレン−ポリ(エチレン−エチレン−プロピレン)−ポリスチレン重合体(SEEPS)、
特に接着性の観点から
ポリスチレン−ポリ(エチレン−ブチレン)−ポリスチレントリブロック共重合体(SEBS)、
ポリスチレン−ポリ(エチレン−プロピレン)−ポリスチレントリブロック共重合体(SEPS)、
ポリスチレン−ポリイソブチレン−ポリエチレントリブロック共重合体(SIBS)等が好ましい。
<Styrenic thermoplastic elastomer>
The styrenic thermoplastic elastomer is a thermoplastic elastomer characterized by containing styrene as a monomer that forms a polymer main chain. For example,
Polystyrene-poly (ethylene-butylene) -polystyrene triblock copolymer (SEBS),
Polystyrene-poly (ethylene-propylene) -polystyrene triblock copolymer (SEPS),
Polystyrene-polyisobutylene-polystyrene triblock copolymer (SIBS),
Polystyrene-polybutadiene-polystyrene triblock copolymer (SBS),
Polystyrene-polyisoprene-polystyrene (SIS) triblock copolymer,
Polystyrene-poly (ethylene-propylene) polymer (SEP),
Polystyrene-poly (ethylene-ethylene-propylene) -polystyrene polymer (SEEPS),
In particular, from the viewpoint of adhesion, polystyrene-poly (ethylene-butylene) -polystyrene triblock copolymer (SEBS),
Polystyrene-poly (ethylene-propylene) -polystyrene triblock copolymer (SEPS),
Polystyrene-polyisobutylene-polyethylene triblock copolymer (SIBS) and the like are preferable.

この熱可塑性エラストマーを溶解する溶媒は、1,2−ジクロロエタン、シクロヘキサン、塩化メチレン、クロロホルムなどが考えられるが特に限定されるものではない。その中でも特に工業的に安価に大量に入手可能であることから1,2−ジクロロエタンやシクロヘキサンが好ましい。   The solvent for dissolving the thermoplastic elastomer may be 1,2-dichloroethane, cyclohexane, methylene chloride, chloroform, etc., but is not particularly limited. Of these, 1,2-dichloroethane and cyclohexane are particularly preferred because they are commercially available in large quantities at low cost.

本発明の樹脂組成物に使用されるスチレン系熱可塑性エラストマーの一態様は、
その構造単位のスチレン骨格を有さない単量体成分の化学構造式が、下記一般式(1)
One aspect of the styrenic thermoplastic elastomer used in the resin composition of the present invention is:
The chemical structural formula of the monomer component having no structural unit styrene skeleton is represented by the following general formula (1):

Figure 2006286521
(R1〜R12は、H、低級アルキル、低級フルオロアルキルからなる群から選ばれ、R1〜R12は独立であって、互いに同一でも異なっていても良い、l,m,nは0以上である)で表されることを特徴とする高分子化合物を列挙できる。これらは単独または2種類以上混合して用いても良いし、あらゆる比率のランダムあるいはブロック共重合体等のブロック共重合体が制限なく採用される。これらは特に制限されるものではないが工業的に入手しやすいためにトリブロック重合体が好ましい。
Figure 2006286521
(R 1 to R 12 are selected from the group consisting of H, lower alkyl, and lower fluoroalkyl, and R 1 to R 12 are independent and may be the same or different. L, m, and n are 0. The polymer compounds characterized by the above can be listed. These may be used alone or in admixture of two or more, and any ratio of random or block copolymers such as block copolymers may be used without limitation. These are not particularly limited, but triblock polymers are preferred because they are industrially easily available.

こうしたスチレン系熱可塑性エラストマーは芳香族ビニル化合物と共役ジエン化合物とを、アニオン重合、カチオン重合、配位重合、ラジカル重合等の公知の方法によってブロック共重合したものが特に制限なく採用される。これら製造条件は特に限定されるものではないが、リビングラジカル重合によって製造されたものが好適に使用される。   As such a styrenic thermoplastic elastomer, those obtained by block copolymerization of an aromatic vinyl compound and a conjugated diene compound by a known method such as anionic polymerization, cationic polymerization, coordination polymerization, radical polymerization and the like are employed without particular limitation. These production conditions are not particularly limited, but those produced by living radical polymerization are preferably used.

<スチレン系熱可塑性エラストマーを除く高分子化合物>
また、スチレン系熱可塑性エラストマーを除く高分子化合物としては、以下のものが挙げられる。
<High molecular compounds excluding styrene thermoplastic elastomer>
Moreover, the following are mentioned as a high molecular compound except a styrene-type thermoplastic elastomer.

具体的には、ポリアリールエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルスルホン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、ポリスルホン、ポリパラフェニレン、ポリフェニレンサルファイド、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンスルホキシド、ポリフェニレンスルフィドスルホン、ポリフェニレンスルホン、ポリベンズイミダゾール、ポリベンゾオキサゾール、ポリベンゾチアゾール、ポリスチレン、シンジオタクチックポリスチレン、ポリエーテルスルホン、ポリ1,4−ビフェニルエーテルエーテルスルホン、ポリアリーレンエーテルスルホン、ポリイミド、ポリエーテルイミド、シアン酸エステル樹脂、ポリエーテルエーテルケトンなどが例示できる。特に化学的・熱安定性や、プロトン伝導性置換基の導入のしやすさ、得られるプロトン伝導性高分子電解質のプロトン伝導性などを考慮すると、ポリエーテルエーテルスルホン、ポリエーテルサルホン、ポリフェニレンエーテルを例示することができる。   Specifically, polyaryl ether sulfone, polyether ether sulfone, polyether ketone, polyether ketone ketone, polysulfone, polyparaphenylene, polyphenylene sulfide, polyphenylene ether, polyphenylene sulfoxide, polyphenylene sulfide sulfone, polyphenylene sulfone, polybenzimidazole, Polybenzoxazole, polybenzothiazole, polystyrene, syndiotactic polystyrene, polyether sulfone, poly 1,4-biphenyl ether ether sulfone, polyarylene ether sulfone, polyimide, polyether imide, cyanate ester resin, polyether ether ketone, etc. Can be illustrated. Considering especially chemical and thermal stability, ease of introduction of proton conductive substituents, proton conductivity of the resulting proton conductive polymer electrolyte, polyether ether sulfone, polyether sulfone, polyphenylene ether Can be illustrated.

また、プロトン伝導性基を含有する、スチレン系熱可塑性エラストマーを除く高分子化合物の一態様は、
本発明のプロトン伝導性基を含むことを特徴とする結着剤用樹脂組成物における(A)成分(プロトン伝導性基を含有する、スチレン系熱可塑性エラストマーを除く高分子化合物)が、
プロトン伝導性基を含有する芳香族系高分子化合物、及び/又は、
プロトン伝導性基を含有する脂肪族系高分子化合物、であることを特徴としていてもよい。
プロトン伝導性基を含有する脂肪族系高分子化合物としては、超強酸基含有フッ素系高分子であってもよい。
プロトン伝導性基を含有する芳香族系高分子化合物、及び
プロトン伝導性基を含有する脂肪族系高分子化合物、である場合には、上記(A)成分中のプロトン伝導性基を含有する脂肪族系炭化水素の(A)成分中の含有量は、10重量%以上95重量%以下であることが好ましい。
Moreover, one aspect of the polymer compound containing a proton conductive group, excluding the styrenic thermoplastic elastomer,
Component (A) in the resin composition for a binder characterized by containing a proton conductive group of the present invention (a polymer compound containing a proton conductive group and excluding a styrene-based thermoplastic elastomer),
An aromatic polymer compound containing a proton conductive group, and / or
It may be characterized by being an aliphatic polymer compound containing a proton conductive group.
The aliphatic polymer compound containing a proton conductive group may be a super strong acid group-containing fluorine polymer.
In the case of an aromatic polymer compound containing a proton conductive group and an aliphatic polymer compound containing a proton conductive group, a fat containing a proton conductive group in the component (A) The content of the group A hydrocarbon in the component (A) is preferably 10% by weight or more and 95% by weight or less.

本発明の、一態様である結着剤用樹脂組成物は、
(A)プロトン伝導性基を含有する、スチレン系熱可塑性エラストマーを除く高分子化合物、
(B)プロトン伝導性基を含有するスチレン系熱可塑性エラストマー、
(C)プロトン伝導性基を含有しないスチレン系熱可塑性エラストマー、
の中から選択される2種以上を含み、かつ、前記(C)を必須成分とする樹脂組成物であることを特徴とする、本発明の第1に記載の結着剤用樹脂組成物である。
The resin composition for a binder according to one aspect of the present invention,
(A) a polymer compound containing a proton conductive group, excluding a styrene-based thermoplastic elastomer,
(B) a styrenic thermoplastic elastomer containing a proton conductive group,
(C) a styrenic thermoplastic elastomer containing no proton conductive group,
The resin composition for a binder according to the first aspect of the present invention, characterized in that the resin composition comprises two or more selected from among the above and contains (C) as an essential component. is there.

従って、
(A)+(C)、
(A)+(C)及び(C)以外の成分、
(B)+(C)、
(B)+(C)及び(A)以外の成分、
(A)+(B)+(C)、
(A)+(B)+(C)及び(A)(B)(C)以外の成分、
の場合が有る。
従い、本発明の結着剤用樹脂組成物は、いずれも、(C)プロトン伝導性基を含有しない熱可塑性スチレン系熱可塑性エラストマーを含む。(C)によって、少なくとも接着性が得られる。もちろん(B)によっても、接着性が得られる。
また、(A)成分及び/又は(B)成分は、プロトン伝導性基を含有するので、プロトン伝導性基が含有される。
従って、こうして得られる、本発明の結着剤用樹脂組成物は、接着性に関わる熱可塑性エラストマーとプロトン伝導性基の両方の機能すなわち、接着性とプロトン伝導性が両方機能するために好ましい。
Therefore,
(A) + (C),
Components other than (A) + (C) and (C),
(B) + (C),
Components other than (B) + (C) and (A),
(A) + (B) + (C),
Components other than (A) + (B) + (C) and (A) (B) (C),
There are cases.
Accordingly, the resin composition for a binder of the present invention includes (C) a thermoplastic styrenic thermoplastic elastomer that does not contain a proton conductive group. (C) provides at least adhesiveness. Of course, adhesiveness can also be obtained by (B).
Moreover, since the component (A) and / or the component (B) contains a proton conductive group, the proton conductive group is contained.
Therefore, the resin composition for a binder of the present invention obtained in this way is preferable because both functions of the thermoplastic elastomer and proton conductive group related to adhesiveness, that is, both adhesiveness and proton conductivity function.

プロトン伝導性基を含有する芳香族高分子化合物を溶解する溶媒は、N,N−ジメチルホルムアミド、1−メチル−2−ピロリドン、2−プロパノール、クロロホルム、塩化メチレン、1,2−ジクロロエタン、シクロヘキサン、へキサン、エーテル、テトラヒドロフラン、酢酸エチルなどが例示されるが、特に限定されるものではない。特に沸点の高さなどからN,N−ジメチルホルムアミド、1−メチル−2−ピロリドンが好ましい。   Solvents for dissolving the aromatic polymer compound containing a proton conductive group are N, N-dimethylformamide, 1-methyl-2-pyrrolidone, 2-propanol, chloroform, methylene chloride, 1,2-dichloroethane, cyclohexane, Hexane, ether, tetrahydrofuran, ethyl acetate and the like are exemplified, but not particularly limited. In particular, N, N-dimethylformamide and 1-methyl-2-pyrrolidone are preferred because of their high boiling point.

<スチレン系熱可塑性エラストマー、その高分子主鎖を形成する単量体成分>
また、このスチレン系熱可塑性エラストマーの高分子主鎖を形成する単量体成分の比率において、スチレン骨格を有する単量体成分が10モル%以上70モル%以下であることが好ましい。なぜならば、剛直なスチレン骨格の含有量という点で、10モル%未満であると、熱融着温度が下がりすぎるという傾向が有る。70モル%を超えると、熱融着温度が上がりすぎるという傾向が有る。
<Styrenic thermoplastic elastomer, monomer component forming the polymer main chain>
Moreover, it is preferable that the monomer component which has a styrene skeleton is 10 mol% or more and 70 mol% or less in the ratio of the monomer component which forms the polymer main chain of this styrene-based thermoplastic elastomer. This is because, in terms of the content of the rigid styrene skeleton, if it is less than 10 mol%, the thermal fusion temperature tends to be too low. When it exceeds 70 mol%, the heat sealing temperature tends to be excessively increased.

また、スチレン系熱可塑性エラストマーの、スチレン骨格を有さない(スチレン以外の)単量体成分の化学構造式が、下記一般式(1)で表される基   Further, a chemical structural formula of a monomer component (other than styrene) having no styrene skeleton of the styrene-based thermoplastic elastomer is a group represented by the following general formula (1)

Figure 2006286521
(R1〜R12は、H、低級アルキル、低級フルオロアルキルからなる群から選ばれ、R1〜R12は独立であって、互いに同一でも異なっていても良い、l,m,nは0以上である)であることは、好ましい。
Figure 2006286521
(R 1 to R 12 are selected from the group consisting of H, lower alkyl, and lower fluoroalkyl, and R 1 to R 12 are independent and may be the same or different. L, m, and n are 0. That is the above.

一方、スチレン系エラストマーはランダム重合体でもトリブロック重合体でもジブロック共重合体でも良い。好ましくは、トリブロック重合体が接着性・粘着性の面から好ましい。   On the other hand, the styrenic elastomer may be a random polymer, a triblock polymer, or a diblock copolymer. Preferably, a triblock polymer is preferable from the viewpoint of adhesion and tackiness.

<プロトン伝導性基を含有する高分子化合物>
プロトン伝導性基を含有する高分子化合物は、
プロトン伝導性基を高分子化合物の主鎖骨格に直結して持つ高分子化合物、及び/又は
プロトン伝導性基を高分子化合物の主鎖骨格の側鎖に持つ高分子化合物、
である限りにおいては、特に限定されない。
<High molecular compound containing proton conductive group>
The polymer compound containing a proton conductive group is
A polymer compound having a proton conductive group directly connected to the main chain skeleton of the polymer compound, and / or a polymer compound having a proton conductive group in the side chain of the main chain skeleton of the polymer compound;
As long as it is, it is not particularly limited.

上記説明した
(A)プロトン伝導性基を含有する、スチレン系熱可塑性エラストマーを除く高分子化合物、および/又は、
(B)プロトン伝導性基を含有するスチレン系熱可塑性エラストマー、
は、プロトン伝導性基を含有する高分子化合物の一態様である。
(A) the high molecular compound excluding the styrenic thermoplastic elastomer containing the proton conductive group described above, and / or
(B) a styrenic thermoplastic elastomer containing a proton conductive group,
Is an embodiment of a polymer compound containing a proton conductive group.

<プロトン伝導性基を含有しない高分子化合物>
プロトン伝導性基を含有しない高分子化合物は、
プロトン伝導性基を、高分子化合物の主鎖骨格にも、側鎖にも含有していない高分子化合物、である限りにおいては、特に限定されない。
<Polymer compound containing no proton conductive group>
The polymer compound containing no proton conductive group is
There is no particular limitation as long as the proton-conducting group is a polymer compound that does not contain the main chain skeleton or side chain of the polymer compound.

上記説明した
(C)プロトン伝導性基を含有しないスチレン系熱可塑性エラストマー、
は、プロトン伝導性基を含有しない高分子化合物の一態様である。
(C) the above-described styrene thermoplastic elastomer containing no proton conductive group,
Is an embodiment of a polymer compound not containing a proton conductive group.

<膜−電極接合体、固体高分子形燃料電池、直接液体形燃料電池、直接メタノール形燃料電池>
本発明の一態様として、
本発明の結着剤用樹脂組成物は、膜−電極接合体の
膜−電極界面のバインダー・結着剤、及び/又は、
触媒を触媒担持体に結着させるバインダー・結着剤、
として、用いられる。
<Membrane-electrode assembly, polymer electrolyte fuel cell, direct liquid fuel cell, direct methanol fuel cell>
As one aspect of the present invention,
The resin composition for a binder of the present invention is a binder / binder at the membrane-electrode interface of the membrane-electrode assembly, and / or
Binders and binders that bind the catalyst to the catalyst carrier,
As used.

また、本発明の一態様は、本発明の結着剤用樹脂組成物をキャスト製膜したものを固体高分子形燃料電池、直接液体形燃料電池、直接メタノール形燃料電池のプロトン電導性高分子膜と、触媒担持ガス拡散電極との接合体である膜−電極接合体で用いられる結着剤、およびバインダーに使うことを特徴とする。   Further, according to one aspect of the present invention, a proton conductive polymer for a solid polymer fuel cell, a direct liquid fuel cell, and a direct methanol fuel cell is obtained by casting the resin composition for a binder of the present invention into a cast film. It is characterized by being used for a binder and a binder used in a membrane-electrode assembly which is a joined body of a membrane and a catalyst-carrying gas diffusion electrode.

また、本発明の一態様は、本発明の結着剤用樹脂組成物をキャスト製膜したものを固体高分子形燃料電池、直接液体形燃料電池、直接メタノール形燃料電池のプロトン電導性高分子膜と、触媒担持ガス拡散電極との接合体である膜−電極接合体で用いられる結着剤、およびバインダーに使うことを特徴とする。   Further, according to one aspect of the present invention, a proton conductive polymer for a solid polymer fuel cell, a direct liquid fuel cell, and a direct methanol fuel cell is obtained by casting the resin composition for a binder of the present invention into a cast film. It is characterized by being used for a binder and a binder used in a membrane-electrode assembly which is a joined body of a membrane and a catalyst-carrying gas diffusion electrode.

また、本発明の一態様は、
本発明の結着剤用樹脂組成物キャスト製膜したものと炭化水素系高分子電解質膜との90°剥離試験を行い、剥離強度を測定した。その結果が2.0 N/cmであることを特徴とする膜−電極接合体である。
One embodiment of the present invention includes
A 90 ° peel test was performed on the resin composition cast film formed from the binder according to the present invention and a hydrocarbon-based polymer electrolyte membrane, and the peel strength was measured. The result is a membrane-electrode assembly characterized by 2.0 N / cm.

次に本発明のプロトン伝導性高分子膜に使用した固体高分子形燃料電池(直接メタノール形燃料電池)について、一例として、図面を引用して説明する。   Next, a solid polymer fuel cell (direct methanol fuel cell) used for the proton conductive polymer membrane of the present invention will be described with reference to the drawings as an example.

図1は、本発明のプロトン伝導性高分子膜を使用した固体高分子形燃料電池(直接メタノール形燃料電池)の要部断面図である。   FIG. 1 is a cross-sectional view of an essential part of a solid polymer fuel cell (direct methanol fuel cell) using the proton conductive polymer membrane of the present invention.

これは、プロトン伝導性高分子膜1と、1の膜に接触する触媒担持ガス拡散電極2、セパレーター4に形成された燃料ガスまたは液体、並びに、酸化剤を送り込む流路3、の構成よりなるものである。   This is composed of a proton conducting polymer membrane 1, a catalyst-carrying gas diffusion electrode 2 in contact with one membrane, a fuel gas or liquid formed in the separator 4, and a flow path 3 for feeding an oxidant. Is.

プロトン伝導性高分子膜1に、触媒担持ガス拡散電極2を接合する方法は、従来検討されている、パーフルオロカーボンスルホン酸膜からなるプロトン伝導性高分子膜や高分子化合物からなるプロトン伝導性高分子膜(例えば、スルホン化ポリエーテルエーテルケトン、スルホン化ポリエーテルスルホン、スルホン化ポリサルホン、スルホン化ポリイミド、スルホン化ポリフェニレンサルファイドなど)で行われる公知の方法が適用可能である。   The method of joining the catalyst-carrying gas diffusion electrode 2 to the proton conducting polymer membrane 1 has been studied in the past. The proton conducting polymer membrane comprising a perfluorocarbon sulfonic acid membrane or the proton conducting polymer membrane comprising a polymer compound has been studied. Known methods performed with molecular membranes (for example, sulfonated polyetheretherketone, sulfonated polyethersulfone, sulfonated polysulfone, sulfonated polyimide, sulfonated polyphenylene sulfide, etc.) are applicable.

具体的には、市販のガス拡散電極(米国E−TEK社製、など)を用いる方法が例示できるが、これに限定されるものではない。   Specifically, a method using a commercially available gas diffusion electrode (manufactured by E-TEK, USA) can be exemplified, but the method is not limited thereto.

実際の方法としては、パーフルオロカーボンスルホン酸高分子のアルコール溶液(アルドリッチ社製ナフィオン溶液など)や本発明のプロトン伝導性高分子膜を構成するスルホン化高分子化合物、あるいは、公知のスルホン化高分子化合物(例えば、スルホン化ポリエーテルエーテルケトン、スルホン化ポリエーテルスルホン、スルホン化ポリサルホン、スルホン化ポリイミド、スルホン化ポリフェニレンサルファイドなど)の有機溶媒溶液などをバインダーとして、本発明のプロトン伝導性高分子膜1の両面に、触媒担持ガス拡散電極2の触媒層側の面を合わせ、ホットプレス機やロールプレス機などのプレス機を使用して、一般的には120〜250℃程度のプレス温度で接合できる。また必要に応じて、バインダーを使用しなくても構わない。さらに、下記に示すような材料を使用して触媒担持ガス拡散電極2を調製し、プロトン伝導性高分子膜1に接合させて使用しても構わない。   As an actual method, an alcohol solution of a perfluorocarbon sulfonic acid polymer (such as a Nafion solution manufactured by Aldrich), a sulfonated polymer compound constituting the proton conductive polymer membrane of the present invention, or a known sulfonated polymer The proton conductive polymer membrane 1 of the present invention using an organic solvent solution of a compound (for example, sulfonated polyetheretherketone, sulfonated polyethersulfone, sulfonated polysulfone, sulfonated polyimide, sulfonated polyphenylene sulfide, etc.) as a binder. The surface on the catalyst layer side of the catalyst-carrying gas diffusion electrode 2 is aligned with both surfaces of the metal and can be joined at a press temperature of about 120 to 250 ° C. using a press machine such as a hot press machine or a roll press machine. . Moreover, it is not necessary to use a binder as needed. Further, the catalyst-carrying gas diffusion electrode 2 may be prepared using the following materials and bonded to the proton conducting polymer membrane 1 for use.

ここで、触媒担持ガス拡散電極2を調製するのに使用する材料としては、触媒として燃料の酸化反応および酸素の還元反応を促進する、白金、ルテニウムなどの金属あるいはそれらの合金、触媒の担体・導電材として、微粒子の炭素材料(例えば、カーボンナノホーン、フラーレン、活性炭、カーボンナノチューブなど)などの導電性物質など、結着剤として、撥水性を有する含フッ素樹脂など、必要に応じて、上記材料の支持体として、カーボンクロスやカーボンペーパーなど、更に、含浸・被覆材として、パーフルオロカーボンスルホン酸高分子が例示できるが、本発明はこれに限定されるものではない。   Here, the material used to prepare the catalyst-carrying gas diffusion electrode 2 includes, as a catalyst, a metal such as platinum or ruthenium or an alloy thereof that promotes a fuel oxidation reaction and oxygen reduction reaction, a catalyst carrier, Conductive materials such as fine-particle carbon materials (for example, carbon nanohorns, fullerenes, activated carbon, carbon nanotubes, etc.) as conductive materials, fluorine-containing resins having water repellency as binders, etc., if necessary Examples of the support include carbon cloth and carbon paper, and examples of the impregnation / coating material include perfluorocarbon sulfonic acid polymers, but the present invention is not limited thereto.

上記のような方法で得られたプロトン伝導性高分子膜1と、触媒担持ガス拡散電極2の接合体を、燃料ガスまたは液体、並びに、酸化剤を送り込む流路3が形成された一対のグラファイト製などのガスセパレーター4などの間に挿入することにより、本発明のプロトン伝導性高分子膜からなる固体高分子形燃料電池(直接メタノール形燃料電池)が得られる。これに燃料ガスまたは液体として、水素を主たる成分とするガスや、メタノールを主たる成分とするガスまたは液体を、酸化剤として、酸素を含むガス(酸素あるいは空気)を、それぞれ別個の流路3より、触媒担持ガス拡散電極2に供給することにより、該固体高分子形燃料電池は作動する。このとき燃料としてメタノールを使用する場合には、直接メタノール形燃料電池となる。   A pair of graphite in which a flow path 3 for feeding a fuel gas or a liquid and an oxidant is formed on the assembly of the proton conductive polymer membrane 1 and the catalyst-carrying gas diffusion electrode 2 obtained by the above method. A solid polymer fuel cell (direct methanol fuel cell) comprising the proton conductive polymer membrane of the present invention can be obtained by inserting it between gas separators 4 such as manufactured products. A gas containing hydrogen as a main component, a gas or liquid containing methanol as a main component as a fuel gas or liquid, and a gas containing oxygen (oxygen or air) as an oxidant are supplied from separate flow paths 3 respectively. By supplying the catalyst-supported gas diffusion electrode 2, the polymer electrolyte fuel cell operates. At this time, when methanol is used as the fuel, a direct methanol fuel cell is obtained.

本発明の固体高分子形燃料電池を単独で、あるいは複数積層して、スタックを形成し、使用することや、それらを組み込んだ燃料電池システムとすることもできる。   The polymer electrolyte fuel cell of the present invention can be used alone or in a stack to form a stack, or a fuel cell system incorporating them can be used.

さらに、本発明の結着性樹脂組成物を含むような、膜−電極接合体を含む一例として、プロトン伝導性高分子膜を使用した直接メタノール形燃料電池について、一例として、図面を引用して説明する。   Furthermore, as an example of a direct methanol fuel cell using a proton conductive polymer membrane as an example including a membrane-electrode assembly that includes the binding resin composition of the present invention, the drawings are cited as an example. explain.

図2は、本発明のプロトン伝導性高分子膜からなる直接メタノール形燃料電池の要部断面図である。これは、プロトン伝導性高分子膜5と、5の膜の両側には触媒担持電極6が接合され、膜−電極接合体が構成される。この膜−電極接合体は、燃料(メタノールあるいはメタノール水溶液)充填部8や供給部8を有する燃料(メタノールあるいはメタノール水溶液)タンク7の両側に必要数が平面状に配置される。さらにその外側には、酸化剤流路10が形成された支持体9が配置され、これらに狭持されることによって、直接メタノール形燃料電池のセル、スタックが構成される。   FIG. 2 is a cross-sectional view of the main part of a direct methanol fuel cell comprising the proton conducting polymer membrane of the present invention. The proton conducting polymer membrane 5 and the catalyst-supporting electrode 6 are joined to both sides of the membrane 5 to form a membrane-electrode assembly. The required number of membrane-electrode assemblies are arranged in a plane on both sides of a fuel (methanol or methanol aqueous solution) tank 7 having a fuel (methanol or methanol aqueous solution) filling section 8 and a supply section 8. Further, a support body 9 in which an oxidant flow path 10 is formed is arranged on the outer side, and a cell and a stack of a direct methanol fuel cell are configured by being sandwiched between them.

前記の例以外にも、
本発明の本発明の結着性樹脂組成物を含むような、膜−電極接合体や、
プロトン伝導性高分子膜は、
特開2001−313046号公報、特開2001−313047号公報、特開2001−93551号公報、特開2001−93558号公報、特開2001−93561号公報、特開2001−102069号公報、特開2001−102070号公報、特開2001−283888号公報、特開2000−268835号公報、特開2000−268836号公報、特開2001−283892号公報などで公知になっている直接メタノール形燃料電池の
結着性樹脂組成物を含むような、膜−電極接合体や、
プロトン伝導性高分子電解質膜として、使用可能である。
Besides the above example,
A membrane-electrode assembly including the binding resin composition of the present invention,
Proton conducting polymer membrane
JP 2001-313046, JP 2001-313047, JP 2001-93551, JP 2001-93558, JP 2001-93561, JP 2001-102669, JP 2001-102070, JP-A-2001-283888, JP-A-2000-268835, JP-A-2000-268836, JP-A-2001-283892, etc. A membrane-electrode assembly containing a binding resin composition,
It can be used as a proton conductive polymer electrolyte membrane.

本発明に関わる固体高分子形燃料電池、直接液体形燃料電池、直接メタノール形燃料電池の、プロトン伝導性基を含有する高分子電解質膜−電極接合体に用いる結着剤は、前記の樹脂組成物を含む、結着性樹脂組成物を内容とするものである。   The binder used for the polymer electrolyte membrane-electrode assembly containing a proton conductive group in the solid polymer fuel cell, direct liquid fuel cell, and direct methanol fuel cell according to the present invention is the resin composition described above. The binder resin composition containing the product is included.

また、他の各種イオン伝導性高分子と組み合わせて用いることも出来る。他の各種イオン伝導性高分子の例として、フッ素系高分子やポリオレフィン系高分子等にプロトン伝導性基を付与した高分子を挙げることが出来る。プロトン伝導性基としては、スルホン酸基、リン酸基、カルボン酸基、フェノール性水酸基、スルホンイミド基などが例示でき、等があげられる。これらのうち、デュポン社製ナフィオン(登録商標)をブレンド成分に用いることも実施態様として可能である。さらに、シリカなどの無機性のイオン伝導物質を用いてもかまわない。   Moreover, it can also be used in combination with other various ion conductive polymers. Examples of other various ion conductive polymers include polymers obtained by adding a proton conductive group to a fluorine polymer, a polyolefin polymer, or the like. Examples of proton conductive groups include sulfonic acid groups, phosphoric acid groups, carboxylic acid groups, phenolic hydroxyl groups, sulfonimide groups, and the like. Of these, Nafion (registered trademark) manufactured by DuPont may be used as a blend component as an embodiment. Further, an inorganic ion conductive material such as silica may be used.

<イオン交換容量>
本発明のプロトン伝導性基を有する結着剤用樹脂組成物のイオン交換容量は、1.0meq/g以上であることが好ましい。1.2meq/g以上であることが、さらに好ましい。1.0meq/g以上であると、触媒を触媒担持体に結着するために使用する機能に加えて、プロトン伝導性を十分に示すことになり、好ましい。
<Ion exchange capacity>
The ion exchange capacity of the resin composition for a binder having a proton conductive group of the present invention is preferably 1.0 meq / g or more. More preferably, it is 1.2 meq / g or more. When it is 1.0 meq / g or more, in addition to the function used for binding the catalyst to the catalyst support, the proton conductivity is sufficiently exhibited, which is preferable.

以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更可能である。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further more concretely, this invention is not limited at all by these Examples, In the range which does not change the summary, it can change suitably.

(プロトン伝導性高分子電解質膜や、本発明のプロトン伝導性基を含む結着性樹脂組成物の単層膜のイオン交換容量:IECの測定方法)
約10mm×40mmのプロトン伝導性高分子電解質膜や、本発明のプロトン伝導性基を含む結着性樹脂組成物の単層膜を、それぞれ25℃での塩化ナトリウム飽和水溶液20mLに浸漬し、ウォーターバス中で60℃、3時間反応させた。25℃まで冷却し、次いで膜をイオン交換水で充分に洗浄し、塩化ナトリウム飽和水溶液および洗浄水をすべて回収した。この回収した溶液に、指示薬としてフェノールフタレイン溶液を加え、0.01Nの水酸化ナトリウム水溶液で中和滴定し、イオン交換容量を算出した。
(Ion exchange capacity of proton conductive polymer electrolyte membrane and single layer membrane of binding resin composition containing proton conductive group of the present invention: IEC measurement method)
A proton conductive polymer electrolyte membrane of about 10 mm × 40 mm and a single layer membrane of a binding resin composition containing a proton conductive group of the present invention are each immersed in 20 mL of a saturated aqueous sodium chloride solution at 25 ° C. The reaction was carried out in a bath at 60 ° C. for 3 hours. After cooling to 25 ° C., the membrane was thoroughly washed with ion exchanged water, and all of the saturated aqueous sodium chloride solution and the washing water were collected. To this recovered solution, a phenolphthalein solution was added as an indicator, and neutralization titration with a 0.01N sodium hydroxide aqueous solution was performed to calculate the ion exchange capacity.

(プロトン伝導性高分子電解質膜のプロトン伝導度(膜方向):σの測定方法)
プロトン伝導性高分子電解質膜を直径16mmの円形状に切り出し、余分な水分を濾紙でふき取ってから測定に供した。試験体の表裏両面にステンレス製電極を取り付け、これらを2極系の金属製セルに設置した後、室温下で電圧0.5Vの条件で、交流インピーダンス法(周波数:42Hz〜5MHz、日置電気製LCRメーター 3531Z HITESTER)により、膜抵抗を測定し、膜方向プロトン伝導度を算出した。
(Proton conductivity (membrane direction) of proton conducting polymer electrolyte membrane: σ measurement method)
The proton conductive polymer electrolyte membrane was cut into a circular shape with a diameter of 16 mm, and excess moisture was wiped off with a filter paper before being used for measurement. After attaching stainless steel electrodes to the front and back surfaces of the test specimen and installing them in a bipolar metal cell, the AC impedance method (frequency: 42 Hz to 5 MHz, manufactured by Hioki Denki Co., Ltd.) under the condition of a voltage of 0.5 V at room temperature. Membrane resistance was measured with an LCR meter (3531Z HITESTER), and the proton conductivity in the membrane direction was calculated.

(プロトン伝導性高分子電解質膜とプロトン伝導性付与剤キャストフィルムの90度剥離ピール強度の測定方法)
東洋精機社製ストログラフVES1Dを用い、JIS C6481法に従って、線幅1.25mmで測定した。
(Measurement method of 90 degree peeling peel strength of proton conductive polymer electrolyte membrane and proton conductivity imparting agent cast film)
Measurement was performed at a line width of 1.25 mm according to the JIS C6481 method using a strograph VES1D manufactured by Toyo Seiki.

(合成例1)
(芳香族炭化水素系プロトン伝導性高分子化合物:s−PEEKの合成)
メカニカルスターラーと窒素導入管、滴下ロートを取りつけた反応容器にPEEK 450P(ビクトレックス・エムシー社製、分子量約10万)を3.7g入れた。反応器中に、滴下ロートから濃硫酸を92g加え、室温で3日間撹拌した。反応終了後、反応液を、3リットルの純水中にあけ、水でろ液が中性になるまで、10回、3リットルの水で洗浄した。得られた生成物は、1Torrの真空下、90℃で10時間乾燥し、黄色固体を4.5gを得た。得られた固体は、得られた固体は、赤外分光スペクトルの1450、1445、1390cm-1にスルホン酸基が観測された。イオン交換容量:IECを算出したところ、2.17meq/gであった。この樹脂2.14gとDMF26.4gから調整した溶液を内径60 mmのシャーレに入れ、真空オーブンで、1Torr下、3時間、110℃で乾燥させた。出来た乾燥膜を水で膨潤させてからシャーレから剥がし、1Torr、110℃、5時間乾燥した。膜厚30μmのブレンド樹脂組成物膜を得た。そのプロトン伝導度:σは7.5x10-2S/cmであった。
(Synthesis Example 1)
(Synthesis of Aromatic Hydrocarbon Proton Conducting Polymer Compound: s-PEEK)
In a reaction vessel equipped with a mechanical stirrer, a nitrogen introduction tube, and a dropping funnel, 3.7 g of PEEK 450P (manufactured by Victorex MC Ltd., molecular weight of about 100,000) was put. In the reactor, 92 g of concentrated sulfuric acid was added from a dropping funnel and stirred at room temperature for 3 days. After completion of the reaction, the reaction solution was poured into 3 liters of pure water and washed with 3 liters of water 10 times until the filtrate became neutral with water. The obtained product was dried at 90 ° C. under a vacuum of 1 Torr for 10 hours to obtain 4.5 g of a yellow solid. In the obtained solid, sulfonic acid groups were observed at 1450, 1445, and 1390 cm −1 of the infrared spectrum of the obtained solid. Ion exchange capacity: IEC was calculated to be 2.17 meq / g. A solution prepared from 2.14 g of this resin and 26.4 g of DMF was placed in a petri dish having an inner diameter of 60 mm and dried in a vacuum oven at 110 ° C. for 3 hours under 1 Torr. The resulting dried film was swollen with water, peeled off from the petri dish, and dried at 1 Torr, 110 ° C. for 5 hours. A blend resin composition film having a thickness of 30 μm was obtained. Its proton conductivity: σ was 7.5 × 10 −2 S / cm.

(合成例2)
(芳香族炭化水素系プロトン伝導性高分子化合物:s−PESの合成、)
メカニカルスターラーと窒素導入管、滴下ロートを取りつけた反応容器にPES7600P(住友化学社製、分子量約15万)を15.0g入れた。反応器中に、滴下ロートから濃硫酸を138g加え、室温で1日間撹拌した。この反応液に窒素下でクロロスルホン酸を50.5g滴下し、室温で3時間撹拌した。反応終了後、反応液を3リットルの純水中にあけ、水でろ液が中性になるまで、20回3リットルの水で洗浄した。得られた生成物は、1Torrの真空下、90℃で10時間乾燥し、白色固体を16.0gを得た。赤外分光スペクトルの1450、1445、1390cm-1にスルホン酸基が観測された。イオン交換容量1.39meq/gであり、調整した樹脂膜(30μm)のプロトン伝導度4.2x10-2S/cmであった。
(Synthesis Example 2)
(Aromatic hydrocarbon proton conductive polymer compound: synthesis of s-PES)
15.0 g of PES7600P (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., molecular weight of about 150,000) was put in a reaction vessel equipped with a mechanical stirrer, a nitrogen introduction tube, and a dropping funnel. In the reactor, 138 g of concentrated sulfuric acid was added from the dropping funnel and stirred at room temperature for 1 day. To this reaction solution, 50.5 g of chlorosulfonic acid was added dropwise under nitrogen, followed by stirring at room temperature for 3 hours. After completion of the reaction, the reaction solution was poured into 3 liters of pure water and washed with 3 liters of water 20 times until the filtrate became neutral with water. The obtained product was dried at 90 ° C. under a vacuum of 1 Torr for 10 hours to obtain 16.0 g of a white solid. Sulfonic acid groups were observed at 1450, 1445, and 1390 cm −1 in the infrared spectrum. The ion exchange capacity was 1.39 meq / g, and the proton conductivity of the adjusted resin membrane (30 μm) was 4.2 × 10 −2 S / cm.

(合成例3)
(プロトン伝導性を有するスチレン系エラストマー:s−SEPSの合成例)
メカニカルスターラーと窒素導入管、滴下ロートを取りつけた反応容器にセプトンSEPS2007(クラレ社製、分子量約8万)を5.0gと1,2−ジクロロエタンを15gとシクロヘキサンを25gとを入れて室温で3時間撹拌した。反応器中に、滴下ロートからジクロロエタン10gに溶解させたクロロスルホン酸を0.66g加え、室温で2時間撹拌した。反応終了後、1リットルのメタノール中にあけ、3回洗浄した後、水でろ液が中性になるまで、2回、1リットルの水で洗浄した。得られた生成物は、1Torrの真空下、90℃で10時間乾燥し、茶色固体を6.0gを得た。赤外分光スペクトルの1450、1445、1390cm-1にスルホン酸基が観測された。イオン交換容量1.22meq/gであり、調整した樹脂膜(30μm)のプロトン伝導度1.1x10-2S/cmであった。
(Synthesis Example 3)
(Proton conductive styrene elastomer: synthesis example of s-SEPS)
In a reaction vessel equipped with a mechanical stirrer, a nitrogen introduction tube and a dropping funnel, 5.0 g of Septon SEPS2007 (manufactured by Kuraray Co., Ltd., molecular weight of about 80,000), 15 g of 1,2-dichloroethane, and 25 g of cyclohexane were added at room temperature. Stir for hours. In the reactor, 0.66 g of chlorosulfonic acid dissolved in 10 g of dichloroethane was added from a dropping funnel and stirred at room temperature for 2 hours. After completion of the reaction, the reaction mixture was poured into 1 liter of methanol, washed 3 times, and washed twice with 1 liter of water until the filtrate became neutral with water. The obtained product was dried at 90 ° C. under a vacuum of 1 Torr for 10 hours to obtain 6.0 g of a brown solid. Sulfonic acid groups were observed at 1450, 1445, and 1390 cm −1 in the infrared spectrum. The ion exchange capacity was 1.22 meq / g, and the proton conductivity of the prepared resin membrane (30 μm) was 1.1 × 10 −2 S / cm.

(合成例4)
(プロトン伝導性を有するスチレン系エラストマー:s−SEBSの合成例)
セプトンSEPS2007を、SEBS G1650(Kraton社製、分子量約7万)5gにかえた以外は合成例3と同様に実施したところ、6.0gの生成物が得られた。得られた固体は、得られた固体は、赤外分光スペクトルの1450、1445、1390cm-1にスルホン酸基が観測された。イオン交換容量1.34meq/gであり、調整した樹脂膜(30μm)のプロトン伝導度3.1x10-2S/cmであった。
(Synthesis Example 4)
(Proton conductive styrene elastomer: synthesis example of s-SEBS)
When Septon SEPS2007 was replaced with 5 g of SEBS G1650 (manufactured by Kraton, molecular weight of about 70,000) in the same manner as in Synthesis Example 3, 6.0 g of product was obtained. In the obtained solid, sulfonic acid groups were observed at 1450, 1445, and 1390 cm −1 of the infrared spectrum of the obtained solid. The ion exchange capacity was 1.34 meq / g, and the proton conductivity of the adjusted resin membrane (30 μm) was 3.1 × 10 −2 S / cm.

(合成例5)
(プロトン伝導性を有するスチレン系エラストマー:s−SIBSの合成例)
セプトンSEPS3007を、SIBS 103T022((株)カネカ製、分子量約5万)5.0gにかえた以外は合成例3と同様に実施したところ、6.0gの生成物が得られた。得られた固体は、得られた固体は、赤外分光スペクトルの1450、1445、1390cm-1にスルホン酸基が観測された。イオン交換容量0.76meq/gであった。イオン交換容量1.32meq/gであり、調整した樹脂膜(30μm)のプロトン伝導度2.7x10-2S/cmであった。
(Synthesis Example 5)
(Proton conductive styrene elastomer: synthesis example of s-SIBS)
When Septon SEPS3007 was replaced with 5.0 g of SIBS 103T022 (manufactured by Kaneka Co., Ltd., molecular weight of about 50,000), the same procedure as in Synthesis Example 3 was carried out to obtain 6.0 g of product. In the obtained solid, sulfonic acid groups were observed at 1450, 1445, and 1390 cm −1 of the infrared spectrum of the obtained solid. The ion exchange capacity was 0.76 meq / g. The ion exchange capacity was 1.32 meq / g, and the proton conductivity of the adjusted resin membrane (30 μm) was 2.7 × 10 −2 S / cm.

(実施例1)
(本発明の結着剤用樹脂組成物の単層膜)
反応容器1に合成例1で得られたs−PEEKを0.4gとDMF10gを加えて撹拌した。別容器2にプロトン伝導性基を含有しないスチレン系熱可塑性エラストマー:SEPS2007(クラレ社製、分子量約8万)を0.15gとシクロヘキサン2g加えて撹拌した。反応容器1の溶液を反応容器2にうつし、さらに30分撹拌した。内径60mmのシャーレに1.64gずついれ、1Torrの真空下、90℃で10時間乾燥した。これを水により膨潤させ、シャーレから剥がし、1Torrの真空下、110℃で5時間乾燥させたところ、40μmのキャスト膜が得られた。イオン交換容量は1.27meq/g、調整したブレンド樹脂膜(本発明の結着剤用樹脂組成物の単層膜)のプロトン伝導度は5.4x10-2S/cmであった。
Example 1
(Single layer film of resin composition for binder of the present invention)
To the reaction vessel 1, 0.4 g of s-PEEK obtained in Synthesis Example 1 and 10 g of DMF were added and stirred. In another container 2, 0.15 g of styrene thermoplastic elastomer not containing a proton conductive group: SEPS2007 (manufactured by Kuraray Co., Ltd., molecular weight of about 80,000) and 2 g of cyclohexane were added and stirred. The solution in the reaction vessel 1 was transferred to the reaction vessel 2 and further stirred for 30 minutes. Each 1.64 g was placed in a petri dish having an inner diameter of 60 mm and dried at 90 ° C. for 10 hours under a vacuum of 1 Torr. When this was swollen with water, peeled off from the petri dish, and dried at 110 ° C. for 5 hours under a vacuum of 1 Torr, a 40 μm cast film was obtained. The ion exchange capacity was 1.27 meq / g, and the proton conductivity of the adjusted blend resin membrane (single layer membrane of the resin composition for a binder of the present invention) was 5.4 × 10 −2 S / cm.

(膜−電極接合体の膜にあたる、高分子電解質膜)
特表平11−510198号公報の方法に従い調製したプロトン伝導性基を含有するスルホン酸変性PPS(PPS:東レ社製トレリナ、25μm)を5cm角の四角形にカッティングした。
(Polymer electrolyte membrane corresponding to the membrane-electrode assembly membrane)
A sulfonic acid-modified PPS containing a proton conductive group (PPS: Torelina manufactured by Toray Industries, Inc., 25 μm) prepared according to the method described in JP-T-11-510198 was cut into a 5 cm square.

(積層体の剥離試験)
上記の、
本発明の結着剤用樹脂組成物の単層膜と、
膜−電極接合体の膜にあたる、高分子電解質膜とを、
積層した後、
富士機工(株)社製FUJIKIKO KFS37型プレス機で、150℃、7.0N/cm2、3分間プレス加工した。得られた積層膜(65μm)の90度剥離ピール強度は6.5N/cm、純水に23℃、24時間浸漬後の90度剥離ピール強度は6.0N/cmであった。結果は、表1にまとめて示した。
(Lamination test of laminate)
above,
A single layer film of the resin composition for a binder of the present invention;
A polymer electrolyte membrane corresponding to a membrane-electrode assembly membrane,
After lamination
Using a FUJIKIKO KFS37 press machine manufactured by Fuji Kiko Co., Ltd., press working was performed at 150 ° C. and 7.0 N / cm 2 for 3 minutes. The resulting laminated film (65 μm) had a 90-degree peel peel strength of 6.5 N / cm, and a 90-degree peel peel strength after immersion in pure water at 23 ° C. for 24 hours was 6.0 N / cm. The results are summarized in Table 1.

Figure 2006286521
なお、表中の略号は、以下の内容を示し、以下の実施例2〜17、比較例1,2でも同様である。
・PEEK:450P(ビクトレックスエムシー社製、分子量:約10万)、
・PES:7600P(住友化学社製、分子量:約7万)、
・SEPS:SEPTON2007(クラレ社製、分子量:約7万)、
・SEBS:G1650(Kraton社製、分子量:約7万)、
・SIBS:103T022((株)カネカ製、分子量:約5万)、
・SIS:SIS5002(JSR社製、分子量:約5万)、
・SBS:D−KX401cs(Kraton社製、分子量:約6万)、
・Nafion:ナフィオン(登録商標)5wt%イソプロパノール−水分散液(アルドリッチ社製)
(実施例2〜17、比較例1、2)
表1に示した組成に記載に変えた以外は実施例1と同様にして、評価を行った。その結果を表1に示した。
Figure 2006286521
The abbreviations in the table indicate the following contents, and the same applies to Examples 2 to 17 and Comparative Examples 1 and 2 below.
PEEK: 450P (manufactured by Victrex MC, molecular weight: about 100,000),
-PES: 7600P (Sumitomo Chemical Co., Ltd., molecular weight: about 70,000),
・ SEPS: SEPTON 2007 (manufactured by Kuraray Co., Ltd., molecular weight: about 70,000),
SEBS: G1650 (manufactured by Kraton, molecular weight: about 70,000),
SIBS: 103T022 (manufactured by Kaneka Corporation, molecular weight: about 50,000),
SIS: SIS5002 (manufactured by JSR, molecular weight: about 50,000),
SBS: D-KX401cs (manufactured by Kraton, molecular weight: about 60,000),
Nafion: Nafion (registered trademark) 5 wt% isopropanol-water dispersion (manufactured by Aldrich)
(Examples 2 to 17, Comparative Examples 1 and 2)
Evaluation was performed in the same manner as in Example 1 except that the composition shown in Table 1 was changed. The results are shown in Table 1.

本発明の固体高分子形燃料電池(直接メタノール形燃料電池)の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the polymer electrolyte fuel cell (direct methanol fuel cell) of this invention. 本発明の直接メタノール形燃料電池の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the direct methanol type fuel cell of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 プロトン伝導性高分子膜
2 触媒担持ガス拡散電極
3 流路
4 セパレーター
5 プロトン伝導性高分子膜
6 触媒担持ガス拡散電極
7 燃料タンク
8 燃料充填部
9 支持体
10 酸化剤流路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Proton conductive polymer membrane 2 Catalyst carrying | support gas diffusion electrode 3 Channel 4 Separator 5 Proton conductive polymer membrane 6 Catalyst carrying gas diffusion electrode 7 Fuel tank 8 Fuel filling part 9 Support body 10 Oxidant flow channel

Claims (12)

固体高分子形燃料電池、直接液体形燃料電池、直接メタノール形燃料電池の、プロトン伝導性基を含有する高分子電解質膜−電極接合体に用いる結着剤用樹脂組成物であって、該結着剤樹脂組成物が、プロトン伝導性基を含有する高分子化合物と、プロトン伝導性基を含有しない高分子化合物とを含むことを特徴とする、結着剤用樹脂組成物。   A resin composition for a binder used for a polymer electrolyte membrane-electrode assembly containing a proton conductive group of a solid polymer fuel cell, a direct liquid fuel cell, and a direct methanol fuel cell, A resin composition for a binder, wherein the binder resin composition comprises a polymer compound containing a proton conductive group and a polymer compound not containing a proton conductive group. 前記結着剤用樹脂組成物が、
(A)プロトン伝導性基を含有する、スチレン系熱可塑性エラストマーを除く高分子化合物、
(B)プロトン伝導性基を含有するスチレン系熱可塑性エラストマー、
(C)プロトン伝導性基を含有しないスチレン系熱可塑性エラストマー、
の中から選択される2種以上を含み、かつ、前記(C)を必須成分とする樹脂組成物であることを特徴とする、請求項1記載の結着剤用樹脂組成物。
The binder resin composition is
(A) a polymer compound containing a proton conductive group, excluding a styrene-based thermoplastic elastomer,
(B) a styrenic thermoplastic elastomer containing a proton conductive group,
(C) a styrenic thermoplastic elastomer containing no proton conductive group,
2. The resin composition for a binder according to claim 1, which is a resin composition containing two or more selected from the above and containing (C) as an essential component.
前記スチレン系熱可塑性エラストマーの高分子主鎖を形成する単量体成分の比率において、スチレン骨格を有する単量体成分が10モル%以上70モル%以下であることを特徴とする請求項1〜2のいずれかに記載の、結着剤用樹脂組成物。   The ratio of the monomer component forming the polymer main chain of the styrenic thermoplastic elastomer is 10 mol% or more and 70 mol% or less of the monomer component having a styrene skeleton. The resin composition for a binder according to any one of 2 above. 前記スチレン系エラストマーの、スチレン骨格を有さない単量体成分の化学構造式が、下記一般式(1)で表される基
Figure 2006286521
(R1〜R12は、H、低級アルキル、低級フルオロアルキルからなる群から選ばれ、R1〜R12は独立であって、互いに同一でも異なっていても良い、l,m,nは0以上である)で表されることを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載の、結着剤用樹脂組成物。
The chemical structural formula of the monomer component having no styrene skeleton of the styrene elastomer is a group represented by the following general formula (1)
Figure 2006286521
(R 1 to R 12 are selected from the group consisting of H, lower alkyl, and lower fluoroalkyl, and R 1 to R 12 are independent and may be the same or different. L, m, and n are 0. The resin composition for a binder according to any one of claims 1 to 3, wherein
前記結着剤用樹脂組成物のイオン交換容量が、1.0meq/g以上であることを特徴とする、請求項1〜4のいずれかに記載の、結着剤用樹脂組成物。   The resin composition for a binder according to any one of claims 1 to 4, wherein the ion exchange capacity of the resin composition for a binder is 1.0 meq / g or more. 前記プロトン伝導性基が、スルホン酸基を含有することを特徴とする、請求項1〜5のいずれかに記載の、結着剤用樹脂組成物。   The resin composition for a binder according to any one of claims 1 to 5, wherein the proton conductive group contains a sulfonic acid group. さらに、超強酸基含有フッ素系高分子が加えられていることを特徴とする、請求項1〜6のいずれかに記載の結着剤用樹脂組成物。   Furthermore, the super strong acid group containing fluorine polymer is added, The resin composition for binders in any one of Claims 1-6 characterized by the above-mentioned. 前記超強酸基含有フッ素系高分子がナフィオン(登録商標)であることを特徴とする、請求項7に記載の結着剤用樹脂組成物。   The resin composition for a binder according to claim 7, wherein the super strong acid group-containing fluorine-based polymer is Nafion (registered trademark). 前記プロトン伝導性基を含有する高分子電解質膜が、ポリフェニレンサルファイド(PPS)を含むことを特徴とする、請求項1〜8のいずれかに記載の、結着剤用樹脂組成物。   The resin composition for a binder according to any one of claims 1 to 8, wherein the polymer electrolyte membrane containing a proton conductive group contains polyphenylene sulfide (PPS). 請求項1〜9のいずれかに記載の結着剤用樹脂組成物を含むことを特徴とする、高分子電解質膜。   A polymer electrolyte membrane comprising the binder resin composition according to claim 1. 請求項1〜9のいずれかに記載の結着剤用樹脂組成物を含むことを特徴とする、高分子電解質膜−電極複合体。   A polymer electrolyte membrane-electrode composite comprising the binder resin composition according to claim 1. 請求項1〜9のいずれかに記載の結着剤用樹脂組成物を含むことを特徴とする、固体高分子形燃料電池、直接液体形燃料電池、あるいは直接メタノール形燃料電池。   A solid polymer fuel cell, a direct liquid fuel cell, or a direct methanol fuel cell, comprising the binder resin composition according to claim 1.
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