JP2006335815A - Proton conductor composition and proton-conductive composite membrane - Google Patents

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Masaru Iguchi
勝 井口
Hiroshi Soma
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Toshitaka Otsuki
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a proton conductor composition and a proton-conductive composite membrane which each has sufficiently high proton conductivity even in high temperature regions above 100°C. <P>SOLUTION: This proton conductive membrane is obtained by adding an ozone-treated carbon material to a sulfonic group-having polyarylene, and can improve durability at high temperature. The carbon material is preferably contained in an amount of 0.01 to 4 pts.mass per 100 pts.mass of the sulfonic group-having polyarylene. The carbon material is preferably one or more selected from the group consisting of carbon black, activated carbon, carbon nanotubes and carbon nanohorns. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、例えば、固体高分子型燃料電池に好適に用いられる、プロトン伝導体組成物及びプロトン伝導性複合膜に関する。   The present invention relates to a proton conductor composition and a proton-conductive composite membrane that are suitably used for, for example, a polymer electrolyte fuel cell.

固体高分子型の燃料電池は、固体電解質膜と、この固体電解質膜を挟持する一対の触媒電極とから構成されている。燃料である水素は一方の電極でイオン化され、この水素イオンは固体高分子電解質膜中を拡散した後に、他方の電極で酸素と結合する。このとき、2つの電極を外部回路で接続していると、電流が流れ、外部回路に電力が供給される。ここで固体高分子電解質膜は、水素イオンを拡散させるとともに、燃料ガスの水素と酸素を物理的に隔離し、かつ電子の流れを遮断する機能を担っている。   A polymer electrolyte fuel cell includes a solid electrolyte membrane and a pair of catalyst electrodes that sandwich the solid electrolyte membrane. Hydrogen, which is a fuel, is ionized at one electrode, and this hydrogen ion diffuses in the solid polymer electrolyte membrane and then bonds with oxygen at the other electrode. At this time, if the two electrodes are connected by an external circuit, a current flows and power is supplied to the external circuit. Here, the solid polymer electrolyte membrane has functions of diffusing hydrogen ions, physically separating hydrogen and oxygen of the fuel gas, and blocking the flow of electrons.

このような固体高分子電解質膜として、パーフルオロカーボンスルホン酸膜に代表されるフッ素系電解質膜が知られている。このフッ素系電解質膜は化学的安定性に優れていることから、過酷な条件下で使用される燃料電池や水分解のための電解質膜として使用されている。   As such a solid polymer electrolyte membrane, a fluorine-based electrolyte membrane represented by a perfluorocarbon sulfonic acid membrane is known. Since this fluorine-based electrolyte membrane is excellent in chemical stability, it is used as a fuel cell used under severe conditions or as an electrolyte membrane for water decomposition.

固体高分子型燃料電池のカソードにおける酸素の還元反応は、過酸化水素(H)を経由して反応が進行することから、触媒層中で生成する過酸化水素又は過酸化物ラジカルによって、電解質膜の劣化が起こると考えられている。また、電解質膜内を透過してくる水素分子又は酸素分子が電極付近で酸素分子又は酸素分子と直接反応することによりラジカルが発成し、この場合にも電解質膜の劣化が起こると考えられている。 Since the oxygen reduction reaction at the cathode of the polymer electrolyte fuel cell proceeds via hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), it is caused by hydrogen peroxide or peroxide radicals generated in the catalyst layer. It is believed that the electrolyte membrane deteriorates. In addition, it is considered that radicals are generated when hydrogen molecules or oxygen molecules permeating through the electrolyte membrane react directly with oxygen molecules or oxygen molecules in the vicinity of the electrode, and in this case, the electrolyte membrane is also deteriorated. Yes.

上記フッ素系電解質膜は、ガラス転移点が比較的低く、100℃を超える温度では機械的強度が保持できない。そのため、このような電解質膜の作用温度は100℃以下、好ましくは80℃以下に限定せざるをえないという問題があり、従来のフッ素系電解質膜は、宇宙用もしくは軍用の固体高分子型燃料電池などの特殊な用途に限定されていた。   The fluorine-based electrolyte membrane has a relatively low glass transition point and cannot maintain mechanical strength at temperatures exceeding 100 ° C. Therefore, there is a problem that the operating temperature of such an electrolyte membrane must be limited to 100 ° C. or less, preferably 80 ° C. or less. Conventional fluorine-based electrolyte membranes are solid polymer fuels for space or military use. It was limited to special applications such as batteries.

また、自動車用の低公害動力源、民生用小型分散電源、携帯用電源等に、従来のフッ素系電解質膜を応用するためには、低分子の炭化水素を原燃料として水素ガスに改質して用いる場合、改質ガスを冷却したり、改質ガス中の一酸化炭素を除去する必要があるなどシステムを複雑にする要因になっていた。   In addition, in order to apply conventional fluorine-based electrolyte membranes to low-pollution power sources for automobiles, consumer-use compact distributed power supplies, portable power supplies, etc., low-molecular hydrocarbons are reformed into hydrogen gas as raw fuel. When used, the reformed gas has to be cooled or carbon monoxide in the reformed gas needs to be removed, which makes the system complicated.

燃料電池は、高い温度で作動させるほうが電極触媒が高活性になって電極過電圧が低下し、電極の一酸化炭素による被毒も少なくなるため望ましい。したがって、高温下(100℃以上)においても充分なプロトン伝導度を示す固体高分子電解質膜の開発が望まれている。   The fuel cell is preferably operated at a high temperature because the electrode catalyst becomes highly active, the electrode overvoltage is reduced, and the poisoning of the electrode by carbon monoxide is reduced. Therefore, development of a solid polymer electrolyte membrane exhibiting sufficient proton conductivity even at high temperatures (100 ° C. or higher) is desired.

膜の機械的強度を改善したフッ素系電解質膜として、例えば、特許文献1には、スルホン酸基を有する含フッ素重合体と、それ以外の含フッ素重合体とからなる混合物の膜が開示されている。   As a fluorine-based electrolyte membrane having improved membrane mechanical strength, for example, Patent Document 1 discloses a membrane of a mixture comprising a fluorinated polymer having a sulfonic acid group and other fluorinated polymers. Yes.

また、フッ素系電解質膜以外のものとして、下記の特許文献2では、スルホン化された剛直ポリフェニレンからなる固体高分子電解質が開示されている。このポリマーはフェニレン連鎖からなる芳香族化合物を重合して得られるポリマーを主成分とし、これをスルホン化剤と反応させてスルホン酸基を導入している。   In addition, as a material other than the fluorine-based electrolyte membrane, the following Patent Document 2 discloses a solid polymer electrolyte made of sulfonated rigid polyphenylene. This polymer is mainly composed of a polymer obtained by polymerizing an aromatic compound composed of a phenylene chain, and this is reacted with a sulfonating agent to introduce a sulfonic acid group.

また、下記の特許文献3には、オゾン処理を施したカーボン材料を分散配合した固体高分子電解質膜が開示されている。
特開2000−243135号公報 米国特許第5403675号公報 特開2004−152615号公報
Patent Document 3 below discloses a solid polymer electrolyte membrane in which a carbon material subjected to ozone treatment is dispersed and blended.
JP 2000-243135 A US Pat. No. 5,403,675 JP 2004-152615 A

特許文献1のフッ素系電解質膜では、機械的強度は向上するものの、ラジカルに対する化学的安定性や100℃を超える高温領域での耐久性が不充分である。   In the fluorine-based electrolyte membrane of Patent Document 1, although mechanical strength is improved, chemical stability against radicals and durability in a high temperature region exceeding 100 ° C. are insufficient.

また、特許文献2の固体高分子電解質膜は、スルホン酸基の導入量の増加によって、プロトン伝導度は向上するものの、同時に得られるスルホン化ポリマーの機械的性質、例えば、破断伸び、耐折り曲げ性等の靭性や耐熱水性は著しく損なわれる。   In addition, the solid polymer electrolyte membrane of Patent Document 2 improves proton conductivity by increasing the amount of sulfonic acid groups introduced, but at the same time mechanical properties of the sulfonated polymer obtained, for example, elongation at break, bending resistance Such toughness and hot water resistance are significantly impaired.

また、特許文献3の固体高分子電解質膜は、母体となるポリマーがパーフルオロカーボンスルホン酸であるので、100℃を超える温度では機械的強度が保持できない。また、カーボン材料の含有量が多いため、プロトン伝導性が損なわれ、カーボン材同士が接触しショートするという問題を有している。   Further, in the solid polymer electrolyte membrane of Patent Document 3, since the base polymer is perfluorocarbon sulfonic acid, the mechanical strength cannot be maintained at a temperature exceeding 100 ° C. Moreover, since there is much content of a carbon material, proton conductivity is impaired and it has the problem that carbon materials contact and short-circuit.

本願発明の課題は、電解質膜のラジカルに対する化学的安定性を向上させるとともに、100℃を超える高温領域でも耐久性に優れたプロトン伝導膜を得ることができるプロトン伝導体組成物を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a proton conductor composition capable of improving the chemical stability of an electrolyte membrane to radicals and obtaining a proton conductive membrane excellent in durability even in a high temperature region exceeding 100 ° C. is there.

本発明者らは、このような従来技術における問題点に鑑み鋭意検討した結果、スルホン酸基を有するポリアリーレンと、オゾン処理を施したカーボン材料とを併用することで、高温下(100℃以上)においても充分な強度を維持するとともに、ラジカルに対する化学的安定を有し、かつ、優れたプロトン伝導度を示すことを見出し、本発明を完成するに至った。具体的には、本発明は以下のようなものを提供する。   As a result of intensive studies in view of the problems in the prior art, the present inventors have used a polyarylene having a sulfonic acid group and a carbon material subjected to ozone treatment at a high temperature (100 ° C. or higher). In addition, the present inventors have found that a sufficient strength is maintained, chemical stability against radicals and excellent proton conductivity are exhibited, and the present invention has been completed. Specifically, the present invention provides the following.

(1) スルホン酸基を有するポリアリーレンと、オゾン処理を施したカーボン材料と、を含むプロトン伝導体組成物。   (1) A proton conductor composition comprising a polyarylene having a sulfonic acid group and a carbon material subjected to ozone treatment.

(2) 前記スルホン酸基を有するポリアリーレン100質量部に対して、前記カーボン材料を0.01〜4質量部含有する(1)記載のプロトン伝導体組成物。   (2) The proton conductor composition according to (1), containing 0.01 to 4 parts by mass of the carbon material with respect to 100 parts by mass of the polyarylene having the sulfonic acid group.

(3) 前記カーボン材料は、カーボンブラック、活性炭、カーボンナノチューブ、及びカーボンナノホーンからなる群から選ばれる1種以上である(1)又は(2)記載のプロトン伝導体組成物。   (3) The proton conductor composition according to (1) or (2), wherein the carbon material is at least one selected from the group consisting of carbon black, activated carbon, carbon nanotubes, and carbon nanohorns.

(4) 前記スルホン酸基を有するポリアリーレンが、下記一般式(1)で表される繰り返し単位を少なくとも含む(1)から(3)いずれか記載のプロトン伝導体組成物。

Figure 2006335815
(式(1)中、Yは2価の電子吸引性基を表し、Zは2価の電子供与性基又は直接結合を表し、Arは−SOHで表される置換基を有する芳香族基を表し、kは0〜10の整数を表し、1は0〜10の整数を表し、jは1〜4の整数を表す。) (4) The proton conductor composition according to any one of (1) to (3), wherein the polyarylene having the sulfonic acid group includes at least a repeating unit represented by the following general formula (1).
Figure 2006335815
(In formula (1), Y represents a divalent electron-withdrawing group, Z represents a divalent electron-donating group or a direct bond, and Ar represents an aromatic having a substituent represented by —SO 3 H. Represents a group, k represents an integer of 0 to 10, 1 represents an integer of 0 to 10, and j represents an integer of 1 to 4.)

(5) 前記スルホン酸基を有するポリアリーレンが、下記一般式(1)で表される繰り返し単位と、下記一般式(2)と(3)で表される繰り返し単位のうち少なくとも一方と、を含む(1)から(3)いずれか記載のプロトン伝導体組成物。

Figure 2006335815
(式(1)中、Yは2価の電子吸引性基を表し、Zは2価の電子供与性基又は直接結合を表し、Arは−SOHで表される置換基を有する芳香族基を表し、kは0〜10の整数を表し、1は0〜10の整数を表し、jは1〜4の整数を表す。)
Figure 2006335815
(式(2)中、R〜Rは互いに同一でも異なっていてもよく、水素原子、フッ素原子、アルキル基、フッ素置換アルキル基、アリル基、アリール基及びニトリル基からなる群より選ばれる原子又は基を表し、Wは2価の電子吸引性基又は単結合を表し、Tは単結合又は2価の有機基を表し、pは0又は正の整数を表す。)
Figure 2006335815
(式(3)中、Bは独立に酸素原子又は硫黄原子であり、R〜R11は互いに同一でも異なっていてもよく、水素原子、フッ素原子、ニトリル基及びアルキル基からなる群より選ばれる原子又は基を表し、nは2以上の整数を表し、Qは下記一般式(q)で表される構造を表す。)
Figure 2006335815
(式(q)中、Aは独立に、2価の原子、2価の有機基、直接結合のいずれかであり、R12〜R19は互いに同一でも異なっていてもよく、水素原子、フッ素原子、ニトリル基、アルキル基及び芳香族基からなる群より選ばれる原子又は基を表す。) (5) The polyarylene having the sulfonic acid group includes a repeating unit represented by the following general formula (1) and at least one of the repeating units represented by the following general formulas (2) and (3). The proton conductor composition according to any one of (1) to (3).
Figure 2006335815
(In formula (1), Y represents a divalent electron-withdrawing group, Z represents a divalent electron-donating group or a direct bond, and Ar represents an aromatic having a substituent represented by —SO 3 H. Represents a group, k represents an integer of 0 to 10, 1 represents an integer of 0 to 10, and j represents an integer of 1 to 4.)
Figure 2006335815
(In Formula (2), R 1 to R 8 may be the same as or different from each other, and are selected from the group consisting of a hydrogen atom, a fluorine atom, an alkyl group, a fluorine-substituted alkyl group, an allyl group, an aryl group, and a nitrile group. Represents an atom or group, W represents a divalent electron-withdrawing group or a single bond, T represents a single bond or a divalent organic group, and p represents 0 or a positive integer.)
Figure 2006335815
(In the formula (3), B is an oxygen atom or a sulfur atom independently, R 9 to R 11 may be the same or different, selected from the group consisting of a hydrogen atom, a fluorine atom, a nitrile group and an alkyl group And n represents an integer of 2 or more, and Q represents a structure represented by the following general formula (q).)
Figure 2006335815
(In the formula (q), A is independently a divalent atom, a divalent organic group or a direct bond, and R 12 to R 19 may be the same as or different from each other, a hydrogen atom, fluorine Represents an atom or group selected from the group consisting of an atom, a nitrile group, an alkyl group and an aromatic group.)

(6) (1)から(5)いずれか記載のプロトン伝導体組成物からなるプロトン伝導膜。   (6) A proton conducting membrane comprising the proton conductor composition according to any one of (1) to (5).

本発明のプロトン伝導体組成物によれば、100℃以上の高温領域でも充分に高いプロトン伝導性を有するプロトン伝導膜を得ることができる。   According to the proton conductor composition of the present invention, it is possible to obtain a proton conducting membrane having sufficiently high proton conductivity even in a high temperature region of 100 ° C. or higher.

以下、本発明に係るプロトン伝導体組成物およびプロトン伝導性複合膜について詳細に説明する。本発明に係るプロトン伝導体組成物は、スルホン酸基を有するポリアリーレンと、オゾン処理を施したカーボン材料とを含む。まず、スルホン酸基を有するポリアリーレンについて説明する。   Hereinafter, the proton conductor composition and the proton conductive composite membrane according to the present invention will be described in detail. The proton conductor composition according to the present invention includes polyarylene having a sulfonic acid group and a carbon material subjected to ozone treatment. First, polyarylene having a sulfonic acid group will be described.

<一般式(1)を含むポリアリーレン>
本発明に用いられるスルホン酸基を有するポリアリーレンは、特に限定されないが、下記一般式(1)で表される構成単位を、少なくとも含む重合体が好ましい。
<Polyarylene including general formula (1)>
The polyarylene having a sulfonic acid group used in the present invention is not particularly limited, but a polymer containing at least a structural unit represented by the following general formula (1) is preferable.

Figure 2006335815
Figure 2006335815

上記の一般式(1)について説明すると、式(1)中、Yは2価の電子吸引性基を示し、具体的には−CO−、−SO−、−SO−、−CONH−、−COO−、−(CF)1−(ここで、1は1〜10の整数である)、−C(CF3)2−などが挙げられる。Zは2価の電子供与性基または直接結合を示し、電子供与性基の具体例としては、−(CH)−、−C(CH−、−O−、−S−、−CH=CH−、−C≡C−、及び、以下の基等が挙げられる。 The general formula (1) will be described. In the formula (1), Y represents a divalent electron-withdrawing group, specifically, —CO—, —SO 2 —, —SO—, —CONH—, -COO -, - (CF 2) 1- ( wherein 1 is an integer of 1 to 10), - C (CF3) 2- and the like. Z represents a divalent electron-donating group or a direct bond. Specific examples of the electron-donating group include — (CH 2 ) —, —C (CH 3 ) 2 —, —O—, —S—, — CH = CH-, -C≡C-, and the following groups are exemplified.

Figure 2006335815
Figure 2006335815

なお、電子吸引性基とは、ハメット(Hammett)置換基常数がフェニル基のm位の場合、0.06以上、p位の場合、0.01以上の値となる基をいう。Arは−SO3Hで表される置換基を有する芳香族基を示し、芳香族基としては、例えば、フェニル基、ナフチル基、アントラセニル基、フェナンチル基などが挙げられる。これらの基のうち、フェニル基、ナフチル基が好ましい。   The electron-withdrawing group means a group having a Hammett substituent constant of 0.06 or more when the phenyl group is in the m-position and 0.01 or more when the p-position is p-position. Ar represents an aromatic group having a substituent represented by —SO 3 H, and examples of the aromatic group include a phenyl group, a naphthyl group, an anthracenyl group, and a phenanthyl group. Of these groups, a phenyl group and a naphthyl group are preferable.

また、kは0〜10、好ましくは0〜2の整数、lは0〜10、好ましくは0〜2の整数を示し、jは1〜4の整数を示す。   K represents an integer of 0 to 10, preferably 0 to 2, l represents an integer of 0 to 10, preferably 0 to 2, and j represents an integer of 1 to 4.

<一般式(1)を含むポリアリーレンの製造方法>
上記スルホン酸基を有するポリアリーレンは、上記一般式(1)で表される構造単位となりうるスルホン酸エステル基を有するモノマーから、スルホン酸エステル基を有するポリアリーレンを製造し、このスルホン酸エステル基を有するポリアリーレンを加水分解して、スルホン酸エステル基をスルホン酸基に変換することにより合成することができる。
<Method for Producing Polyarylene Containing General Formula (1)>
The polyarylene having a sulfonic acid group is prepared by producing a polyarylene having a sulfonic acid ester group from a monomer having a sulfonic acid ester group that can be a structural unit represented by the general formula (1). It can be synthesized by hydrolyzing a polyarylene having a sulfonic acid ester group to convert it into a sulfonic acid group.

また、スルホン酸基を有するポリアリーレンは、上記一般式(1)においてスルホン酸基およびスルホン酸エステル基を有しない構成単位からなるポリアリーレンを予め合成し、この重合体をスルホン化することにより合成することもできる。   The polyarylene having a sulfonic acid group is synthesized by previously synthesizing a polyarylene composed of structural units having no sulfonic acid group and sulfonic acid ester group in the general formula (1), and sulphonating the polymer. You can also

上記一般式(1)の構造単位となりうるモノマーとしては、例えば、下記一般式(4)
で表されるスルホン酸エステル(以下、モノマー(4)ともいう。)が挙げられる。
Examples of the monomer that can be a structural unit of the general formula (1) include, for example, the following general formula (4):
And a sulfonic acid ester represented by (hereinafter also referred to as monomer (4)).

Figure 2006335815
Figure 2006335815

式(4)中、Xはフッ素を除くハロゲン原子(塩素、臭素、ヨウ素)、−OSOZ(ここで、Zはアルキル基、フッ素置換アルキル基またはアリール基を示す。)から選ばれる原子または基を示し、Y、Z、Ar、k、lおよびjは、それぞれ上記一般式(1)中のY、Z、Ar、k、lおよびjと同義である。 In formula (4), X is an atom selected from halogen atoms other than fluorine (chlorine, bromine, iodine), —OSO 2 Z (wherein Z represents an alkyl group, a fluorine-substituted alkyl group, or an aryl group) or Y, Z, Ar, k, l and j are the same as Y, Z, Ar, k, l and j in the general formula (1).

は炭素原子数1〜20、好ましくは4〜20の炭化水素基を示し、具体的には、メチル基、エチル基、n−プロピル基、iso−プロピル基、tert−ブチル基、iso−ブチル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、ネオペンチル基、シクロペンチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、シクロペンチルメチル基、シクロヘキシルメチル基、アダマンチル基、アダマンタンメチル基、2−エチルヘキシル基、ビシクロ[2.2.1]へプチル基、ビシクロ[2.2.1]へプチルメチル基、テトラヒドロフルフリル基、2−メチルブチル基、3,3−ジメチル−2,4−ジオキソランメチル基、シクロヘキシルメチル基、アダマンチルメチル基、ビシクロ[2.2.1]へプチルメチル基などの直鎖状炭化水素基、分岐状炭化水素基、脂環式炭化水素基、5員の複素環を有する炭化水素基などが挙げられる。これらの中では、n−ブチル基、ネオペンチル基、テトラヒドロフルフリル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘキシルメチル基、アダマンチルメチル基、ビシクロ[2.2.1]へプチルメチル基が好ましく、特にネオペンチル基が好ましい。 R a represents a hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, preferably 4 to 20 carbon atoms. Specifically, methyl group, ethyl group, n-propyl group, iso-propyl group, tert-butyl group, iso- Butyl group, n-butyl group, sec-butyl group, neopentyl group, cyclopentyl group, hexyl group, cyclohexyl group, cyclopentylmethyl group, cyclohexylmethyl group, adamantyl group, adamantanemethyl group, 2-ethylhexyl group, bicyclo [2.2 .1] heptyl group, bicyclo [2.2.1] heptylmethyl group, tetrahydrofurfuryl group, 2-methylbutyl group, 3,3-dimethyl-2,4-dioxolanemethyl group, cyclohexylmethyl group, adamantylmethyl group A linear hydrocarbon group such as a bicyclo [2.2.1] heptylmethyl group, a branched hydrocarbon group, Cyclic hydrocarbon group, such as a hydrocarbon group having 5-membered heterocycles. Among these, n-butyl group, neopentyl group, tetrahydrofurfuryl group, cyclopentyl group, cyclohexyl group, cyclohexylmethyl group, adamantylmethyl group, and bicyclo [2.2.1] heptylmethyl group are preferable, and neopentyl group is particularly preferable. preferable.

Arは-SOで表わされる置換基を有する芳香族基を示し、芳香族基としては、フェニル基、ナフチル基、アントラセニル基、フェナンチル基などが挙げられる。これらの基のうち、フェニル基、ナフチル基が好ましい。 Ar represents an aromatic group having a substituent represented by —SO 3 R b , and examples of the aromatic group include a phenyl group, a naphthyl group, an anthracenyl group, and a phenanthyl group. Of these groups, a phenyl group and a naphthyl group are preferable.

置換基−SOは、芳香族基に1個または2個以上置換しており、置換基−SOが2個以上置換している場合には、これらの置換基は互いに同一でも異なっていてもよい。 Substituents -SO 3 R b is substituted one or two or more aromatic groups, when the substituent -SO 3 R b is substituted two or more, these substituents is each independently But it can be different.

ここで、Rは炭素原子数1〜20、好ましくは4〜20の炭化水素基を示し、具体的には上記炭素原子数1〜20の炭化水素基などが挙げられる。これらの中では、n−ブチル基、ネオペンチル基、テトラヒドロフルフリル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル
基、シクロヘキシルメチル基、アダマンチルメチル基、ビシクロ[2.2.1]へプチルメチル基が好ましく、特にネオペンチル基が好ましい。
Here, R b represents a hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, preferably 4 to 20 carbon atoms, and specific examples thereof include the above hydrocarbon groups having 1 to 20 carbon atoms. Among these, n-butyl group, neopentyl group, tetrahydrofurfuryl group, cyclopentyl group, cyclohexyl group, cyclohexylmethyl group, adamantylmethyl group, and bicyclo [2.2.1] heptylmethyl group are preferable, and neopentyl group is particularly preferable. preferable.

kは0〜10、好ましくは0〜2の整数を示し、lは0〜10、好ましくは0〜2の整数を示し、jは1〜4の整数を示す。モノマー(4)の具体例としては、以下の様な化合物が挙げられる。   k represents an integer of 0 to 10, preferably 0 to 2, l represents an integer of 0 to 10, preferably 0 to 2, and j represents an integer of 1 to 4. Specific examples of the monomer (4) include the following compounds.

Figure 2006335815
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また、上記化合物において、塩素原子が臭素原子に置き換わった化合物、−CO−が−SO−に置き換わった化合物、ならびに、塩素原子が臭素原子に置き換わり、かつ、−
CO−が−SO−に置き換わった化合物なども挙げられる。
In the above compound, a compound in which a chlorine atom is replaced with a bromine atom, a compound in which —CO— is replaced with —SO 2 —, a chlorine atom is replaced with a bromine atom, and
CO- is -SO 2 - can also be mentioned such compounds replaced.

一般式(4)中のR基は1級のアルコール由来で、β炭素が3級または4級炭素であることが、重合工程中の安定性に優れ、脱エステル化によるスルホン酸の生成に起因する重合阻害や架橋を引き起こさない点で好ましく、さらには、これらのエステル基は1級アルコール由来でβ位が4級炭素であることが好ましい。 The R b group in the general formula (4) is derived from a primary alcohol, and the β carbon is a tertiary or quaternary carbon, which is excellent in stability during the polymerization process, and can generate sulfonic acid by deesterification. It is preferable in that it does not cause polymerization inhibition and cross-linking, and it is preferable that these ester groups are derived from primary alcohols and the β-position is a quaternary carbon.

また、上記一般式(4)において、スルホン酸基およびスルホン酸エステル基を有しない化合物の具体例としては、下記の様な化合物が挙げられる。   In the above general formula (4), specific examples of the compound having no sulfonic acid group or sulfonic acid ester group include the following compounds.

Figure 2006335815
Figure 2006335815

Figure 2006335815
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上記化合物において、塩素原子が臭素原子に置き換わった化合物、−CO−が−SO−に置き換わった化合物、ならびに、上記化合物において塩素原子が臭素原子に置き換わり、かつ、−CO−が−SO−に置き換わった化合物なども挙げられる。 In the above compound, a compound in which a chlorine atom is replaced with a bromine atom, a compound in which —CO— is replaced with —SO 2 —, and a chlorine atom in the above compound are replaced with a bromine atom, and —CO— is —SO 2 —. And compounds that have been replaced with.

<一般式(1)と(2)を含むポリアリーレン>
本発明に用いられるスルホン酸基を有するポリアリーレンは、特に限定されないが、上記一般式(1)で表される構成単位と、下記一般式(2)で表される構造単位と、含む重合体であることも好ましい。一般式(1)で表される構成単位については、上記と同様であるのでその説明を省略する。
<Polyarylene containing general formulas (1) and (2)>
The polyarylene having a sulfonic acid group used in the present invention is not particularly limited, but a polymer containing a structural unit represented by the general formula (1) and a structural unit represented by the following general formula (2) It is also preferable. About the structural unit represented by General formula (1), since it is the same as that of the above, the description is abbreviate | omitted.

次に、下記の一般式(2)について説明する。   Next, the following general formula (2) will be described.

Figure 2006335815
Figure 2006335815

〜Rは互いに同一でも異なっていてもよく、水素原子、フッ素原子、アルキル基、フッ素置換アルキル基、アリル基、アリール基及びニトリル基からなる群より選ばれる原子又は基を表す。 R 1 to R 8 may be the same as or different from each other, and each represents an atom or group selected from the group consisting of a hydrogen atom, a fluorine atom, an alkyl group, a fluorine-substituted alkyl group, an allyl group, an aryl group, and a nitrile group.

アルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、アミル基、ヘキシル基などが挙げられ、メチル基、エチル基などが好ましい。フッ素置換アルキル基としては、トリフルオロメチル基、パーフルオロエチル基、パーフルオロプロピル基、パーフルオロブチル基、パーフルオロペンチル基、パーフルオロヘキシル基などが挙げられ、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基などが好ましい。アリル基としては、プロペニル基などが挙げられる。アリール基としては、フェニル基、ペンタフルオロフェニル基などが挙げられる。   Examples of the alkyl group include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, an amyl group, and a hexyl group, and a methyl group and an ethyl group are preferable. Examples of the fluorine-substituted alkyl group include trifluoromethyl group, perfluoroethyl group, perfluoropropyl group, perfluorobutyl group, perfluoropentyl group, perfluorohexyl group, trifluoromethyl group, pentafluoroethyl group, and the like. Etc. are preferable. Examples of the allyl group include a propenyl group. Examples of the aryl group include a phenyl group and a pentafluorophenyl group.

Wは単結合または2価の電子吸引性基を示し、Tは単結合または2価の有機基を示す。
pは0または正の整数であり、上限は通常100、好ましくは10〜80である。
W represents a single bond or a divalent electron-withdrawing group, and T represents a single bond or a divalent organic group.
p is 0 or a positive integer, and the upper limit is usually 100, preferably 10-80.

本発明に用いられるスルホン酸基を有するポリアリーレンは、上記一般式(1)で表される構成単位と、上記一般式(2)で表される構成単位とを含む、下記一般式(a)で表される重合体が好ましい。   The polyarylene having a sulfonic acid group used in the present invention includes the structural unit represented by the general formula (1) and the structural unit represented by the general formula (2). The polymer represented by is preferable.

Figure 2006335815
Figure 2006335815

式(a)中、W、T、Y、Z、Ar、k、l、j、pおよびR〜Rは、それぞれ上記と同義である。xおよびyは、x+y=100モル%とした場合のモル比を示す。 In formula (a), W, T, Y, Z, Ar, k, l, j, p, and R 1 to R 8 are as defined above. x and y represent molar ratios when x + y = 100 mol%.

本発明で用いられるスルホン酸基を有するポリアリーレンは、式(1)で表される構成単位を0.5〜100モル%、好ましくは10〜99.999モル%の割合で、式(2)で表される構成単位を99.5〜0モル%、好ましくは90〜0.001モル%の割合で含有していることが好ましい。   The polyarylene having a sulfonic acid group used in the present invention contains 0.5 to 100 mol%, preferably 10 to 99.999 mol% of the structural unit represented by the formula (1) in the formula (2). It is preferable to contain the structural unit represented by 99.5 to 0 mol%, preferably 90 to 0.001 mol%.

<一般式(1)及び(2)を含むポリアリーレンの製造方法>
上記スルホン酸基を有するポリアリーレンは、上記一般式(1)で表される構造単位となりうるスルホン酸エステル基を有するモノマーと、上記一般式(2)で表される構造単位となりうるオリゴマーとを共重合させ、スルホン酸エステル基を有するポリアリーレンを製造し、このスルホン酸エステル基を有するポリアリーレンを加水分解して、スルホン酸エステル基をスルホン酸基に変換することにより合成することができる。
<Method for Producing Polyarylene Containing General Formulas (1) and (2)>
The polyarylene having a sulfonic acid group includes a monomer having a sulfonic acid ester group that can be a structural unit represented by the general formula (1) and an oligomer that can be a structural unit represented by the general formula (2). It can be synthesized by copolymerizing to produce a polyarylene having a sulfonic acid ester group, hydrolyzing the polyarylene having the sulfonic acid ester group, and converting the sulfonic acid ester group to a sulfonic acid group.

また、スルホン酸基を有するポリアリーレンは、上記一般式(1)においてスルホン酸基およびスルホン酸エステル基を有しない構成単位と、上記一般式(2)で表わされる構成単位とからなるポリアリーレンを予め合成し、この重合体をスルホン化することにより合成することもできる。   The polyarylene having a sulfonic acid group is a polyarylene composed of a structural unit having no sulfonic acid group or sulfonic acid ester group in the general formula (1) and a structural unit represented by the general formula (2). It is also possible to synthesize in advance and sulphonate this polymer.

上記一般式(2)の構造単位となりうるオリゴマーとしては、例えば下記一般式(5)で表されるオリゴマー(以下、オリゴマー(5)ともいう。)が挙げられる。ここで、R〜R、W、T、pは、それぞれ上記一般式(2)中のR〜Rと同義である。 Examples of the oligomer that can be the structural unit of the general formula (2) include an oligomer represented by the following general formula (5) (hereinafter also referred to as oligomer (5)). Here, R < 1 > -R < 8 >, W, T, p are synonymous with R < 1 > -R < 8 > in the said General formula (2), respectively.

Figure 2006335815
Figure 2006335815

式(5)中、R’およびR’’は互いに同一でも異なっていてもよく、フッ素原子を除くハロゲン原子または−OSOZ(ここで、Zはアルキル基、フッ素置換アルキル基またはアリール基を示す。)で表される基を示す。Zが示すアルキル基としてはメチル基、エチル基などが挙げられ、フッ素置換アルキル基としてはトリフルオロメチル基などが挙げられ、アリール基としてはフェニル基、p−トリル基などが挙げられる。 In the formula (5), R ′ and R ″ may be the same as or different from each other, and a halogen atom or —OSO 2 Z excluding a fluorine atom (where Z is an alkyl group, a fluorine-substituted alkyl group or an aryl group) The group represented by this is shown. Examples of the alkyl group represented by Z include a methyl group and an ethyl group, examples of the fluorine-substituted alkyl group include a trifluoromethyl group, and examples of the aryl group include a phenyl group and a p-tolyl group.

上記一般式(5)で表される化合物としては、p=0の場合、たとえば、4,4’−ジクロロペンゾフェノン、4,4’−ジクロロべンズアニリド、ビス(クロロフェニル)ジフルオロメタン、2,2−ビス(4−クロロフェニル)ヘキサフルオロプロパン、4−クロロ安息香酸−4−クロロフェニル、ビス(4−クロロフェニル)スルホキシド、ビス(4−クロロフェニル)スルホン、2,6−ジクロロべンゾニトリル、9,9−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フルオレンが挙げられる。これらの化合物において、塩素原子が臭素原子またはヨウ素原子に置き換わった化合物、さらにこれらの化合物において4位に置換したハロゲン原子の少なくとも1つ以上が3位に置換した化合物なども挙げられる。   As the compound represented by the general formula (5), when p = 0, for example, 4,4′-dichlorobenzozophenone, 4,4′-dichlorobenzanilide, bis (chlorophenyl) difluoromethane, 2, 2-bis (4-chlorophenyl) hexafluoropropane, 4-chlorobenzoic acid-4-chlorophenyl, bis (4-chlorophenyl) sulfoxide, bis (4-chlorophenyl) sulfone, 2,6-dichlorobenzonitrile, 9,9- Bis (4-hydroxyphenyl) fluorene is mentioned. Among these compounds, compounds in which a chlorine atom is replaced with a bromine atom or an iodine atom, and compounds in which at least one of halogen atoms substituted in the 4-position in these compounds are substituted in the 3-position are also included.

また、p=1の場合、上記一般式(5)で表される化合物としては、たとえば、4,4’−ビス(4−クロロベンゾイル)ジフェニルエーテル、4,4’−ビス(4−クロロべンゾイルアミノ)ジフェニルエーテル、4,4’−ビス(4−クロロフェニノレスルホニル)ジフェニルエーテル、4,4’−ビス(4−クロロフェニル)ジフェニルエーテルジカルボキシレート、4,4’−ビス〔(4−クロロフェニル)−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロブロピノレ〕ジフェニルエーテル、4,4’−ビス〔(4−クロロフェニル)テトラフルオロエチル〕ジフェニルエーテル、これらの化合物において、塩素原子が臭素原子またはヨウ素原子に置き換わった化合物、さらにこれらの化合物において4位に置換したハロゲン原子が3位に置換した化合物、さらにこれらの化合物においてジフェニルエーテルの4位に置換した基の少なくとも1つが3位に置換した化合物なども挙げられる。   When p = 1, examples of the compound represented by the general formula (5) include 4,4′-bis (4-chlorobenzoyl) diphenyl ether and 4,4′-bis (4-chlorobenzoylamino). ) Diphenyl ether, 4,4′-bis (4-chlorophenylenosulfonyl) diphenyl ether, 4,4′-bis (4-chlorophenyl) diphenyl ether dicarboxylate, 4,4′-bis [(4-chlorophenyl) -1, 1,1,3,3,3-hexafluorobropinole] diphenyl ether, 4,4′-bis [(4-chlorophenyl) tetrafluoroethyl] diphenyl ether, and in these compounds, the chlorine atom is replaced by a bromine atom or an iodine atom. Replaced compounds, and in these compounds, the halogen atom substituted at the 4-position is the 3-position. Substituted compounds, can also be mentioned, such as addition at least one compound substituted in the 3-position of the group obtained by substituting at the 4-position of diphenyl ether in these compounds.

さらに上記一般式(5)で表される化合物としては、2,2−ビス[4−{4−(4−クロロベンゾイル)フェノキシ}フェニル]−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン、ビス[4−{4−(4−クロロベンゾイル)フェノキシ}フェニル]スルホン、及び下記式で表される化合物などが挙げられる。   Furthermore, the compound represented by the general formula (5) includes 2,2-bis [4- {4- (4-chlorobenzoyl) phenoxy} phenyl] -1,1,1,3,3,3-hexa. Examples include fluoropropane, bis [4- {4- (4-chlorobenzoyl) phenoxy} phenyl] sulfone, and a compound represented by the following formula.

Figure 2006335815
Figure 2006335815

Figure 2006335815
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上記一般式(5)で表される化合物は、たとえば、以下に示す方法で合成することがで
きる。まず、電子吸引性基で連結されたビスフェノールを、対応するビスフェノールのアルカリ金属塩とするために、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミド、スルホラン、ジフェニルスルホン、ジメチルスルホキサイドなどの誘電率の高い極性溶媒中でリチウム、ナトリウム、カリウムなどのアルカリ金属、水素化アルカリ金属、水酸化アルカリ金属、アルカリ金属炭酸塩などを加える。
The compound represented by the general formula (5) can be synthesized, for example, by the method shown below. First, N-methyl-2-pyrrolidone, N, N-dimethylacetamide, sulfolane, diphenylsulfone, dimethylsulfoxide, etc., in order to convert the bisphenol linked with an electron-withdrawing group into the corresponding alkali metal salt of bisphenol In a polar solvent having a high dielectric constant, an alkali metal such as lithium, sodium or potassium, an alkali metal hydride, an alkali metal hydroxide, an alkali metal carbonate or the like is added.

アルカリ金属はフェノールの水酸基に対して過剰気味で反応させ、通常、1.1〜2倍当量、好ましくは1.2〜1.5倍当量で用いる。この際、ベンゼン、トルエン、キシレン、ヘキサン、シクロヘキサン、オクタン、クロロベンゼン、ジオキサン、テトラヒドロフラン、アニソール、フェネトールなどの水と共沸する溶媒を共存させて、電子吸引性基で活性化されたフッ素、塩素等のハロゲン原子で置換された芳香族ジハライド化合物、例えば、4,4’−ジフルオロベンゾフェノン、4,4’−ジクロロベンゾフェノン、4,4’−クロロフルオロペンゾフェノン、ビス(4−クロロフェニル)スルホン、ビス(4−フルオロフェニル)スルホン、4−フルオロフェニル−4’−クロロフェニルスルホン、ビス(3−ニトロ−4−クロロフェニル)スルホン、2,6−ジクロロベンゾニトリル、2,6−ジフルオロベンゾニトリル、ヘキサフルオロベンゼン、デカフルオロビフェニル、2,5−ジフルオロペンゾフェノン、1,3−ビス(4−クロロベンゾイル)ベンゼンなどを反応させる。反応性から言えば、フッ素化合物が好ましいが、次の芳香族カップリング反応を考慮した場合、末端が塩素原子となるように芳香族求核置換反応を組み立てる必要がある。   The alkali metal is reacted in excess with respect to the hydroxyl group of phenol, and is usually used in an amount of 1.1 to 2 times equivalent, preferably 1.2 to 1.5 times equivalent. In this case, fluorine, chlorine, etc. activated with an electron-withdrawing group in the presence of water and an azeotropic solvent such as benzene, toluene, xylene, hexane, cyclohexane, octane, chlorobenzene, dioxane, tetrahydrofuran, anisole, and phenetole Aromatic halogen-substituted aromatic dihalide compounds such as 4,4′-difluorobenzophenone, 4,4′-dichlorobenzophenone, 4,4′-chlorofluorobenzozophenone, bis (4-chlorophenyl) sulfone, bis (4-fluorophenyl) sulfone, 4-fluorophenyl-4′-chlorophenylsulfone, bis (3-nitro-4-chlorophenyl) sulfone, 2,6-dichlorobenzonitrile, 2,6-difluorobenzonitrile, hexafluorobenzene , Decafluoro Phenyl, 2,5-difluoro pen zone phenone, 1,3-bis (4-chlorobenzoyl) reacting benzene. In terms of reactivity, a fluorine compound is preferable, but in consideration of the following aromatic coupling reaction, it is necessary to assemble an aromatic nucleophilic substitution reaction so that the terminal is a chlorine atom.

活性芳香族ジハライドはビスフェノールに対し、2〜4倍モル、好ましくは2.2〜2.8倍モルの使用である。芳香族求核置換反応の前に予め、ビスフェノールのアルカリ金属塩としていてもよい。反応温度は60℃〜300℃で、好ましくは80℃〜250℃の範囲である。反応時間は15分〜100時間、好ましくは1時間〜24時間の範囲である。最も好ましい方法としては、下記式で示される活性芳香族ジハライドとして反応性の異なるハロゲン原子を一個ずつ有するクロロフルオロ体を用いることであり、フッ素原子が優先してフェノキシドと求核置換反応が起きるので、目的の活性化された末端クロロ体を得るのに好都合である。   The active aromatic dihalide is used in an amount of 2 to 4 times mol, preferably 2.2 to 2.8 times mol, of bisphenol. Prior to the aromatic nucleophilic substitution reaction, an alkali metal salt of bisphenol may be used. The reaction temperature is 60 ° C to 300 ° C, preferably 80 ° C to 250 ° C. The reaction time ranges from 15 minutes to 100 hours, preferably from 1 hour to 24 hours. The most preferable method is to use a chlorofluoro compound having one halogen atom having a different reactivity as the active aromatic dihalide represented by the following formula, and a nucleophilic substitution reaction with phenoxide occurs preferentially by the fluorine atom. It is convenient to obtain the desired activated terminal chloro form.

Figure 2006335815
Figure 2006335815

式中、Wは一般式(5)に関して定義した通りである。また、特開平2−159号公報に記載のように求核置換反応と親電子置換反応とを組み合わせて、目的の電子吸引性基および電子供与性基からなる屈曲性化合物を合成してもよい。具体的には、電子吸引性基で活性化された芳香族ビスハライド、例えばビス(4−クロロフェニル)スルホンをフェノールで求核置換反応させてビスフェノキシ化合物とし、次いで、このビスフェノキシ化合物と4−クロロ安息香酸クロライドとのフリーデルクラフト反応から目的の化合物を得ることができる。   In the formula, W is as defined for the general formula (5). Further, as described in JP-A-2-159, a flexible compound comprising a target electron-withdrawing group and electron-donating group may be synthesized by combining a nucleophilic substitution reaction and an electrophilic substitution reaction. . Specifically, an aromatic bishalide activated with an electron-withdrawing group, such as bis (4-chlorophenyl) sulfone, is subjected to a nucleophilic substitution reaction with phenol to form a bisphenoxy compound, and then this bisphenoxy compound and 4-chloro The desired compound can be obtained from Friedel-Craft reaction with benzoic acid chloride.

ここで用いる電子吸引性基で活性化された芳香族ビスハライドとしては、上記で例示した化合物が挙げられる。フェノール化合物は置換されていてもよいが、耐熱性や屈曲性の観点から無置換化合物が好ましい。なお、フェノールの置換反応にはアルカリ金属塩とすることが好ましく、使用可能なアルカリ金属化合物としては、上記で例示した化合物が挙げられる。使用量はフェノール1モルに対し、1.2〜2倍モルである。反応に際し、上述した極性溶媒や水との共沸溶媒を用いることができる。   Examples of the aromatic bishalide activated with the electron-withdrawing group used here include the compounds exemplified above. The phenol compound may be substituted, but an unsubstituted compound is preferable from the viewpoint of heat resistance and flexibility. In addition, it is preferable to set it as an alkali metal salt for the substitution reaction of a phenol, and the compound illustrated above is mentioned as an alkali metal compound which can be used. The amount used is 1.2 to 2 moles per mole of phenol. In the reaction, the polar solvent described above or an azeotropic solvent with water can be used.

クロロ安息香酸クロライドは、ビスフェノキシ化合物に対し2〜4倍モル、好ましくは2.2〜3倍モルで使用される。また、ビスフェノキシ化合物と、アシル化剤であるクロロ安息香酸クロライドとのフリーデルクラフト反応は、塩化アルミニウム、三フッ化ホウ素、塩化亜鉛などのフリーデルクラフト活性化剤の存在下で行うことが好ましい。フリーデルクラフト活性化剤は、アシル化剤のクロロ安息香酸などの活性ハライド化合物1モルに対し、1.1〜2倍当量使用する。反応時間は15分〜10時間の範囲で、反応温度は−20℃から80℃の範囲である。使用溶媒は、フリーデルクラフト反応に不活性な、クロロベンゼンやニトロベンゼンなどを用いることができる。   Chlorobenzoic acid chloride is used in an amount of 2 to 4 times mol, preferably 2.2 to 3 times mol of the bisphenoxy compound. Further, the Friedel-Crafts reaction between the bisphenoxy compound and the acylating agent chlorobenzoic acid chloride is preferably performed in the presence of a Friedel-Craft activator such as aluminum chloride, boron trifluoride, or zinc chloride. . The Friedel-Craft activator is used in an amount of 1.1 to 2 times equivalent to 1 mol of an active halide compound such as chlorobenzoic acid as an acylating agent. The reaction time ranges from 15 minutes to 10 hours, and the reaction temperature ranges from -20 ° C to 80 ° C. As the solvent used, chlorobenzene, nitrobenzene and the like which are inert to Friedel-Craft reaction can be used.

また、一般式(5)において、pが2以上である化合物は、例えば、一般式(5)において電子供与性基Tであるエーテル性酸素の供給源となるビスフェノールと、電子吸引性基Wである、>C=O、−SO−および>C(CF)2から選ばれる少なくとも1種の基とを組み合わせた化合物、具体的には2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ケトン、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)スルホンなどのビスフェノールのアルカリ金属塩と、過剰の4,4−ジクロロベンゾフェノン、ビス(4−クロロフェニル)スルホンなどの活性芳香族ハロゲン化合物との置換反応を、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミド、スルホランなどの極性溶媒の存在下で前記単量体の合成手法に順次重合して得られる。 Further, in the general formula (5), the compound in which p is 2 or more includes, for example, a bisphenol serving as a source of etheric oxygen that is the electron donating group T in the general formula (5) and an electron withdrawing group W. A compound in combination with at least one group selected from> C═O, —SO 2 — and> C (CF 3 ) 2, specifically 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) -1 , 1,1,3,3,3-hexafluoropropane, 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) ketone, 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) sulfone and other alkali metal salts of bisphenol and excess Substitution reaction with an active aromatic halogen compound such as 4,4-dichlorobenzophenone or bis (4-chlorophenyl) sulfone is carried out using N-methyl-2-pyrrolidone, N, N-dimethylacetate. It is obtained by sequentially polymerizing the monomer in the presence of a polar solvent such as amide or sulfolane.

このような化合物の例示としては、下記式で表される化合物などを挙げることができる。   Examples of such compounds include compounds represented by the following formulas.

Figure 2006335815
Figure 2006335815

Figure 2006335815
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Figure 2006335815
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上記化学式において、pは0または正の整数であり、上限は通常100、好ましくは10〜80である。   In the above chemical formula, p is 0 or a positive integer, and the upper limit is usually 100, preferably 10-80.

スルホン酸エステル基を有するポリアリーレンは、上述したモノマー(4)とオリゴマー(5)とを触媒の存在下に反応させることにより合成されるが、この際使用される触媒は、遷移金属化合物を含む触媒系であり、この触媒系としては、i)遷移金属塩および配位子となる化合物(以下「配位子成分」という。)、または配位子が配位された遷移金属錯体(銅塩を含む)、および(ii)還元剤を必須成分とし、さらに、重合速度を上げるために、「塩」を添加してもよい。   The polyarylene having a sulfonate group is synthesized by reacting the above-described monomer (4) and oligomer (5) in the presence of a catalyst. The catalyst used in this case contains a transition metal compound. The catalyst system includes i) a transition metal salt and a compound that becomes a ligand (hereinafter referred to as “ligand component”), or a transition metal complex in which a ligand is coordinated (copper salt). And (ii) a reducing agent as an essential component, and a salt may be added to increase the polymerization rate.

ここで、遷移金属塩としては、塩化ニッケル、臭化ニッケル、ヨウ化ニッケル、ニッケノレアセチルアセトナートなどのニッケル化合物;塩化パラジウム、臭化パラジウム、ヨウ化パラジウムなどのパラジウム化合物;塩化鉄、臭化鉄、ヨウ化鉄などの鉄化合物;塩化コバルト、臭化コバルト、ヨウ化コバルトなどのコバルト化合物などが挙げられる。これらのうち特に、塩化ニッケル、臭化ニッケルなどが好ましい。   Here, as the transition metal salt, nickel compounds such as nickel chloride, nickel bromide, nickel iodide, nickel acetylacetonate; palladium compounds such as palladium chloride, palladium bromide and palladium iodide; iron chloride and iron bromide And iron compounds such as iron iodide; cobalt compounds such as cobalt chloride, cobalt bromide, and cobalt iodide. Of these, nickel chloride, nickel bromide and the like are particularly preferable.

また、配位子成分としては、トリフェニルホスフィン、2,2’−ビピリジン、1,5−シクロオクタジエン、1,3−ビス(ジフェニルホスフィノ)プロパンなどが挙げられる。これらのうち、トリフェニルホスフィン、2,2’−ビピリジンが好ましい。上記配位子成分である化合物は、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。   Examples of the ligand component include triphenylphosphine, 2,2′-bipyridine, 1,5-cyclooctadiene, 1,3-bis (diphenylphosphino) propane, and the like. Of these, triphenylphosphine and 2,2'-bipyridine are preferred. The compound which is the said ligand component may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.

さらに、配位子が配位された遷移金属錯体としては、例えば、塩化ニッケノレビス(トリフェニルホスフイン)、臭化ニッケルビス(トリフェニルホスフィン)、ヨウ化ニッケルビス(トリフェニノレホスフィン)、硝酸ニッケルビス(トリフェニルホスフィン)、塩化ニッケル(2,2’−ビピリジン)、臭化ニッケル(2,2’−)-ビピリジン)、ヨウ化ニッケル(2,2’−)−ビピリジン)、硝酸ニッケル(2,2’−ビピリジン)、ビス(1,5−シクロオクタジエン)ニッケル、テトラキス(トリフェニルホスフィン)ニッケル、テトラキス(トリフェニルホスファイト)ニッケル、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウムなどが挙げられる。これらのうち、塩化ニッケルビス(トリフェニルホスフィン)、塩化ニッケル(2,2’−ビピリジン)が好ましい。   Furthermore, as the transition metal complex in which the ligand is coordinated, for example, nickel kenolebis chloride (triphenylphosphine), nickel bis (triphenylphosphine), nickel iodide bis (triphenylenophosphine), nickel nitrate Bis (triphenylphosphine), nickel chloride (2,2′-bipyridine), nickel bromide (2,2 ′-)-bipyridine), nickel iodide (2,2 ′-)-bipyridine), nickel nitrate (2 , 2′-bipyridine), bis (1,5-cyclooctadiene) nickel, tetrakis (triphenylphosphine) nickel, tetrakis (triphenylphosphite) nickel, tetrakis (triphenylphosphine) palladium and the like. Of these, nickel chloride bis (triphenylphosphine) and nickel chloride (2,2'-bipyridine) are preferred.

上記触媒系に使用することができる還元剤としては、例えば、鉄、亜鉛、マンガン、アルミニウム、マグネシウム、ナトリウム、カルシウムなどが挙げられる。これらのうち、亜鉛、マグネシウム、マンガンが好ましい。これらの還元剤は、有機酸などの酸に接触させることにより、より活性化して用いることができる。   Examples of the reducing agent that can be used in the catalyst system include iron, zinc, manganese, aluminum, magnesium, sodium, calcium, and the like. Of these, zinc, magnesium and manganese are preferred. These reducing agents can be used after being more activated by contacting with an acid such as an organic acid.

また、上記触媒系において使用することのできる「塩」としては、フッ化ナトリウム、塩化ナトリウム、臭化ナトリウム、ヨウ化ナトリウム、硫酸ナトリウムなどのナトリウム化合物、フッ化カリウム、塩化カリウム、臭化カリウム、ヨウ化カリウム、硫酸カリウムなどのカリウム化合物、フッ化テトラエチルアンモニウム、塩化テトラエチルアンモニウム、臭化テトラエチルアンモニウム、ヨウ化テトラエチルアンモニウム、硫酸テトラエチルアンモニウムなどのアンモニウム化合物などが挙げられる。これらのうち、臭化ナトリウム、ヨウ化ナトリウム、臭化カリウム、臭化テトラエチルアンモニウム、ヨウ化テトラエチルアンモニウムが好ましい。   Examples of the “salt” that can be used in the above catalyst system include sodium compounds such as sodium fluoride, sodium chloride, sodium bromide, sodium iodide, sodium sulfate, potassium fluoride, potassium chloride, potassium bromide, Examples include potassium compounds such as potassium iodide and potassium sulfate, and ammonium compounds such as tetraethylammonium fluoride, tetraethylammonium chloride, tetraethylammonium bromide, tetraethylammonium iodide, and tetraethylammonium sulfate. Of these, sodium bromide, sodium iodide, potassium bromide, tetraethylammonium bromide, and tetraethylammonium iodide are preferred.

各成分の使用割合は、遷移金属塩または遷移金属錯体が、上記モノマーの総計((4)+(5)、以下同じ)1モルに対し、通常0.0001〜10モル、好ましくは0.01〜0.5モルである。0.0001モル未満では、重合反応が十分に進行しないことがあり、一方、10モルを超えると、分子量が低下することがある。   The proportion of each component used is usually 0.0001 to 10 mol, preferably 0.01, based on 1 mol of the total amount of the above monomers ((4) + (5), the same shall apply hereinafter) for the transition metal salt or transition metal complex. -0.5 mol. When the amount is less than 0.0001 mol, the polymerization reaction may not proceed sufficiently. On the other hand, when the amount exceeds 10 mol, the molecular weight may decrease.

触媒系において、遷移金属塩および配位子成分を用いる場合、この配位子成分の使用割合は、遷移金属塩1モルに対し、通常0.1〜100モル、好ましくは1〜10モルである。0.1モル未満では、触媒活性が不十分となることがあり、一方、100モルを超えると、分子量が低下することがある。   In the catalyst system, when a transition metal salt and a ligand component are used, the proportion of the ligand component used is usually 0.1 to 100 mol, preferably 1 to 10 mol, relative to 1 mol of the transition metal salt. . When the amount is less than 0.1 mol, the catalytic activity may be insufficient. On the other hand, when the amount exceeds 100 mol, the molecular weight may decrease.

また、還元剤の使用割合は、上記モノマーの総計1モルに対し、通常、0.1〜100モル、好ましくは1〜10モルである。0.1モル未満では、重合が十分進行しないことがあり、100モルを超えると、得られる重合体の精製が困難になることがある。   Moreover, the usage-amount of a reducing agent is 0.1-100 mol normally with respect to the total of 1 mol of the said monomer, Preferably it is 1-10 mol. If the amount is less than 0.1 mol, polymerization may not proceed sufficiently. If the amount exceeds 100 mol, purification of the resulting polymer may be difficult.

さらに、「塩」を使用する場合、その使用割合は、上記モノマーの総計1モルに対し、通常、0.001〜100モル、好ましくは0.01〜1モルである。0.001モル未満では、重合速度を上げる効果が不十分であることがあり、100モルを超えると、得られる重合体の精製が困難となることがある。   Furthermore, when using "salt", the usage-ratio is 0.001-100 mol normally with respect to the total of 1 mol of the said monomer, Preferably it is 0.01-1 mol. If it is less than 0.001 mol, the effect of increasing the polymerization rate may be insufficient, and if it exceeds 100 mol, purification of the resulting polymer may be difficult.

モノマー(4)とオリゴマー(5)とを反応させる際に使用することのできる重合溶媒としては、例えばテトラヒドロフラン、シクロヘキサノン、ジメチルスルホキシド、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリド
ン、γ−ブチロラクトン、N,N’−ジメチルイミダゾリジノンなどが挙げられる。これらのうち、テトラヒドロフラン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン、N,N’−ジメチルイミダゾリジノンが好ましい。重合溶媒中における上記モノマーの総計の濃度は、通常1〜90質量%、好ましくは5〜40質量%である。重合する際の重合温度は、通常0〜200℃、好ましくは50〜120℃である。また、重合時間は、通常0.5〜100時間、好ましくは1〜40時間である。
Examples of the polymerization solvent that can be used when the monomer (4) and the oligomer (5) are reacted include tetrahydrofuran, cyclohexanone, dimethyl sulfoxide, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, and N-methyl. -2-pyrrolidone, γ-butyrolactone, N, N′-dimethylimidazolidinone and the like. Of these, tetrahydrofuran, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone, and N, N′-dimethylimidazolidinone are preferable. The total concentration of the monomers in the polymerization solvent is usually 1 to 90% by mass, preferably 5 to 40% by mass. The polymerization temperature for the polymerization is usually 0 to 200 ° C, preferably 50 to 120 ° C. The polymerization time is usually 0.5 to 100 hours, preferably 1 to 40 hours.

モノマー(4)を用いて得られたスルホン酸エステル基を有するポリアリーレンは、スルホン酸エステル基を加水分解して、スルホン酸基に変換することによりスルホン酸基を有するポリアリーレンとすることができる。   The polyarylene having a sulfonic acid ester group obtained by using the monomer (4) can be converted into a polyarylene having a sulfonic acid group by hydrolyzing the sulfonic acid ester group and converting it to a sulfonic acid group. .

加水分解の方法としては、(1)少量の塩酸を含む過剰量の水またはアルコールに、上記スルホン酸エステル基を有するポリアリーレンを投入し、5分間以上撹拌する方法(2)トリフルオロ酢酸中で、上記スルホン酸エステル基を有するポリアリーレンを80〜120℃程度の温度で5〜10時間程度反応させる方法(3)スルホン酸エステル基を有するポリアリーレン中のスルホン酸エステル基(−SOR)1モルに対して1〜3倍モルのリチウムブロマイドを含む溶液、例えばN−メチルピロリドンなどの溶液中で、上記ポリアリーレンを80〜150℃程度の温度で3〜10時間程度反応させた後、塩酸を添加する方法などを挙げることができる。 As a hydrolysis method, (1) a method in which polyarylene having a sulfonate group is added to an excess amount of water or alcohol containing a small amount of hydrochloric acid, and the mixture is stirred for 5 minutes or more (2) in trifluoroacetic acid And a method of reacting the polyarylene having the sulfonic acid ester group for about 5 to 10 hours at a temperature of about 80 to 120 ° C. (3) The sulfonic acid ester group (—SO 3 R) in the polyarylene having the sulfonic acid ester group After the polyarylene is reacted at a temperature of about 80 to 150 ° C. for about 3 to 10 hours in a solution containing 1 to 3 times moles of lithium bromide with respect to 1 mole, for example, a solution such as N-methylpyrrolidone, Examples include a method of adding hydrochloric acid.

上記スルホン酸基を有するポリアリーレンは、上記一般式(4)で表されるモノマー(4)においてスルホン酸基およびスルホン酸エステル基を有しないモノマーと、上記一般式(5)で表されるオリゴマー(5)とを共重合させることにより、ポリアリーレン系共重合体を予め合成し、このポリアリーレン系共重合体をスルホン化することにより合成することもできる。この場合、上記合成方法に準じた方法によりスルホン酸基を有しないポリアリーレンを製造した後、スルホン化剤を用い、スルホン酸基を有しないポリアリーレンにスルホン酸基を導入することにより、スルホン酸基を有するポリアリーレンを得ることができる。   The polyarylene having the sulfonic acid group includes a monomer having no sulfonic acid group and a sulfonic acid ester group in the monomer (4) represented by the general formula (4), and an oligomer represented by the general formula (5). It is also possible to synthesize a polyarylene copolymer in advance by copolymerizing with (5) and sulphonate the polyarylene copolymer. In this case, after producing a polyarylene having no sulfonic acid group by a method according to the above synthesis method, a sulfonic acid group is introduced into the polyarylene having no sulfonic acid group using a sulfonating agent. A polyarylene having a group can be obtained.

スルホン酸基を導入する方法としては、例えば、上記スルホン酸基を有しないポリアリーレンを、無溶剤下または溶剤存在下で、無水硫酸、発煙硫酸、クロルスルホン酸、硫酸または亜硫酸水素ナトリウムなどの公知のスルホン化剤を用いて、公知の条件でスルホン化する方法が挙げられる〔Po1ymer Preprints,Japan,Vo1.42,No.3,p.730(1993);Po1ymer Preprints,Japan,Vol.43,No.3,p.736(1994);Po1ymer Preprints,Japan,Vo1,42,N0,7,p.2490〜2492(1993)〕。   As a method for introducing a sulfonic acid group, for example, a polyarylene having no sulfonic acid group is known in the absence of a solvent or in the presence of a solvent, such as sulfuric anhydride, fuming sulfuric acid, chlorosulfonic acid, sulfuric acid, or sodium bisulfite. And a sulfonating agent using a sulfonating agent of [Polymer Preprints, Japan, Vo1.42, No. 1]. 3, p. 730 (1993); Po1mer Preprints, Japan, Vol. 43, no. 3, p. 736 (1994); Po1mer Preprints, Japan, Vo1, 42, N0, 7, p. 2490-2492 (1993)].

スルホン化の際に用いられる溶剤としては、例えば、n−へキサンなどの炭化水素溶剤、テトラヒドロフラン、ジオキサンなどのエーテル系溶剤、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシドなどの非プロトン系極性溶剤、テトラクロロエタン、ジクロロエタン、クロロホルム、塩化メチレンなどのハロゲン化炭化水素などが挙げられる。反応温度は特に制限はないが、通常−50〜200℃、好ましくは−10〜100℃である。また、反応時間は、通常0.5〜1,000時間、好ましくは1〜200時間である。   Examples of the solvent used for sulfonation include hydrocarbon solvents such as n-hexane, ether solvents such as tetrahydrofuran and dioxane, aprotic polar solvents such as dimethylacetamide, dimethylformamide and dimethylsulfoxide, and tetrachloroethane. , Halogenated hydrocarbons such as dichloroethane, chloroform and methylene chloride. Although reaction temperature does not have a restriction | limiting in particular, Usually, -50-200 degreeC, Preferably it is -10-100 degreeC. Moreover, reaction time is 0.5 to 1,000 hours normally, Preferably it is 1 to 200 hours.

上記のような方法により製造されるスルホン酸基を有するポリアリーレン(b)中のスルホン酸基量は、通常0.3〜5meq/g、好ましくは0.5〜3meq/g、さらに好ましくは0.8〜2.8meq/gである。0.3meq/g未満では、プロトン伝導度が低く実用的ではない。一方、5meq/gを超えると、耐水性が大幅に低下してしまうことがあるため好ましくない。   The amount of sulfonic acid group in the polyarylene (b) having a sulfonic acid group produced by the method as described above is usually 0.3 to 5 meq / g, preferably 0.5 to 3 meq / g, more preferably 0. .8 to 2.8 meq / g. If it is less than 0.3 meq / g, the proton conductivity is low and not practical. On the other hand, if it exceeds 5 meq / g, the water resistance may be significantly lowered, which is not preferable.

上記スルホン酸基量は、例えばモノマー(4)およびオリゴマー(5)の種類、使用割合、組み合わせを変えることにより、調整することができる。このようにして得られるスルホン酸基を有するポリアリーレンの分子量は、ゲルパーミエションクロマトグラフィ(GPC)によるポリスチレン換算重量平均分子量で、1万〜100万、好ましくは2万〜80万である。1万未満では、成形フィルムにクラックが発生するなど、塗膜性が不充分であり、また強度的性質にも問題がある。一方、100万を超えると、溶解性が不充分となり、また溶液粘度が高くなるため加工性が悪化するなどの問題がある。   The amount of the sulfonic acid group can be adjusted, for example, by changing the type, usage ratio, and combination of the monomer (4) and the oligomer (5). The molecular weight of the polyarylene having a sulfonic acid group thus obtained is 10,000 to 1,000,000, preferably 20,000 to 800,000 in terms of polystyrene-equivalent weight average molecular weight by gel permeation chromatography (GPC). If it is less than 10,000, there are insufficient coating properties such as cracks in the molded film, and there are also problems in strength properties. On the other hand, when it exceeds 1,000,000, there is a problem that the solubility becomes insufficient and the workability is deteriorated because the solution viscosity becomes high.

本発明のプロトン伝導体組成物には、老化防止剤、好ましくは分子量500以上の、ヒンダードフェノール系化合物を含有してもよい。ヒンダードフェノール系化合物としては、トリエチレングリコールービス[3−(3−t−ブチル5−メチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート](商品名:IRGANOX245)、1,6−へキサンジオール−ビス[3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート](商品名:IRGANOX259)、2,4−ビス−(n−オクチルチオ)−6−(4−ヒドロキシ−3,5−ジ−t−ブチルアニリノ)−3,5−トリアジン(商品名:IRGANOX565)、ペンタエリスリチルーテトラキス[3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート](商品名:IRGANOX1010)、2,2−チオージエチレンビス[3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート](商品名:IRGANOX1035)、オクタデシル−3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート)(商品名:IRGANOX1076)、N,N−ヘキサメチレンビス(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシ−ヒドロシンナマミド)(IRGAONOX1098)、1,3,5−トリメチル−2,4,6−トリス(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)ベンゼン(商品名:IRGANOX1330)、トリス−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)−イソシアヌレイト(商品名:IRGANOX3114)、3,9−ビス[2−〔3−(3−t−ブチル−4−ヒドロキシ−5−メチルフェニル)プロピオニルオキシ〕−1,1−ジメチルエチル]−2,4,8,10−テトラオキサスピロ[5.5]ウンデカン(商品名:SumilizerGA−80)などを挙げることができる。   The proton conductor composition of the present invention may contain an antioxidant, preferably a hindered phenol compound having a molecular weight of 500 or more. Examples of hindered phenol compounds include triethylene glycol-bis [3- (3-tert-butyl 5-methyl-4-hydroxyphenyl) propionate] (trade name: IRGANOX 245), 1,6-hexanediol-bis [ 3- (3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl) propionate] (trade name: IRGANOX259), 2,4-bis- (n-octylthio) -6- (4-hydroxy-3,5- Di-t-butylanilino) -3,5-triazine (trade name: IRGANOX565), pentaerythrityl-tetrakis [3- (3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl) propionate] (trade name: IRGANOX1010 ), 2,2-thio-diethylenebis [3- (3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyl) Enyl) propionate] (trade name: IRGANOX1035), octadecyl-3- (3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl) propionate) (trade name: IRGANOX1076), N, N-hexamethylenebis (3 5-di-t-butyl-4-hydroxy-hydrocinnamamide) (IRGAONOX 1098), 1,3,5-trimethyl-2,4,6-tris (3,5-di-t-butyl-4-hydroxy Benzyl) benzene (trade name: IRGANOX 1330), tris- (3,5-di-t-butyl-4-hydroxybenzyl) -isocyanurate (trade name: IRGANOX 3114), 3,9-bis [2- [3- (3-t-butyl-4-hydroxy-5-methylphenyl) propionyloxy] -1,1-dimethylethyl ] -2,4,8,10-spiro [5.5] undecane (trade name: SumilizerGA-80), and the like.

上記ヒンダードフェノール系化合物は、スルホン酸基を有するポリアリーレン100質量部に対して0.01〜10質量部の量で使用することが好ましい。   The hindered phenol compound is preferably used in an amount of 0.01 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the polyarylene having a sulfonic acid group.

<一般式(1)と(3)を含むポリアリーレン>
本発明に用いられるスルホン酸基を有するポリアリーレンは、特に限定されないが、上記一般式(1)で表される構成単位と、下記一般式(3)で表される構造単位と、を含む重合体であることも好ましい。一般式(1)で表される構成単位については、上記と同様であるのでその説明を省略する。
<Polyarylene containing general formulas (1) and (3)>
The polyarylene having a sulfonic acid group used in the present invention is not particularly limited. However, the polyarylene includes a structural unit represented by the general formula (1) and a structural unit represented by the following general formula (3). It is also preferable that it is a coalescence. About the structural unit represented by General formula (1), since it is the same as that of the above, the description is abbreviate | omitted.

次に、下記の一般式(3)について説明する。   Next, the following general formula (3) will be described.

Figure 2006335815
Figure 2006335815

(式(3)中、Bは独立に酸素原子又は硫黄原子であり、R〜R11は互いに同一でも異なっていてもよく、水素原子、フッ素原子、ニトリル基及びアルキル基からなる群より選ばれる原子又は基を表し、nは2以上の整数を表し、Qは下記一般式(q)で表される構造を表す。) (In the formula (3), B is an oxygen atom or a sulfur atom independently, R 9 to R 11 may be the same or different, selected from the group consisting of a hydrogen atom, a fluorine atom, a nitrile group and an alkyl group And n represents an integer of 2 or more, and Q represents a structure represented by the following general formula (q).)

Figure 2006335815
Figure 2006335815

(式(q)中、Aは独立に、2価の原子、2価の有機基、直接結合のいずれかであり、R12〜R19は互いに同一でも異なっていてもよく、水素原子、フッ素原子、ニトリル基、アルキル基及び芳香族基からなる群より選ばれる原子又は基を表す。芳香族基はその誘導体を含む。) (In the formula (q), A is independently a divalent atom, a divalent organic group or a direct bond, and R 12 to R 19 may be the same as or different from each other, a hydrogen atom, fluorine An atom or group selected from the group consisting of an atom, a nitrile group, an alkyl group, and an aromatic group, which includes derivatives thereof.

上記一般式(1)で表される構成単位と、一般式(3)で表される構成単位とを少なくとも含む重合体は、ブロックコポリマーであることが好ましい。このブロックコポリマーは、一般式(1)においてArで表される芳香族基にスルホン酸基が導入されてスルホン化物を形成する。この結果、スルホン化された前記第1の繰り返し単位は親水性部を形成し、スルホン化されない前記第2の繰り返し単位は疎水部となるので、親水部と疎水部とを備えるブロックコポリマーを得ることができる。   The polymer containing at least the structural unit represented by the general formula (1) and the structural unit represented by the general formula (3) is preferably a block copolymer. In this block copolymer, a sulfonic acid group is introduced into the aromatic group represented by Ar in the general formula (1) to form a sulfonated product. As a result, the sulfonated first repeating unit forms a hydrophilic part, and the non-sulfonated second repeating unit becomes a hydrophobic part, so that a block copolymer having a hydrophilic part and a hydrophobic part is obtained. Can do.

また、一般式(3)で表される繰り返し単位は、構造中にニトリル基(−CN)を含むので、前記ポリアリーレン系重合体の耐熱性、耐酸性を高くすることができると共に、この繰り返し単位の疎水性をさらに高めることができ、親水部と疎水部との相分離を促進できるため、少量の水でも効率よくイオン伝導性を付与することができ、ポリアリーレン系重合体の寸法変化率を低く抑えることができる。従って、優れた耐熱性、耐酸性、イオン伝導性とを得ることができる。また、該ポリアリーレン系重合体のスルホン化物寸法変化率が低くなるので、膜−電極構造体にした場合、高分子電解質膜と電極触媒層との間で優れた接着性を得ることができる。   Moreover, since the repeating unit represented by the general formula (3) includes a nitrile group (—CN) in the structure, the heat resistance and acid resistance of the polyarylene polymer can be increased, and the repetition unit The unit hydrophobicity can be further increased, and phase separation between the hydrophilic part and the hydrophobic part can be promoted, so that ionic conductivity can be efficiently imparted even with a small amount of water, and the dimensional change rate of the polyarylene polymer. Can be kept low. Therefore, excellent heat resistance, acid resistance, and ion conductivity can be obtained. Moreover, since the sulfonated dimensional change rate of the polyarylene polymer is lowered, excellent adhesion between the polymer electrolyte membrane and the electrode catalyst layer can be obtained when a membrane-electrode structure is formed.

一般式(3)において、R〜Rで示されるアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、アミル基、ヘキシル基等を挙げることができるが、メチル基、エチル基等が好ましい。また、一般式(3)において、nは2以上の整数であり、上限は通常100、好ましくは80である。 In the general formula (3), examples of the alkyl group represented by R 1 to R 3 include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, an amyl group, and a hexyl group. Etc. are preferred. Moreover, in General formula (3), n is an integer greater than or equal to 2, and an upper limit is 100 normally, Preferably it is 80.

一般式(q)において、R〜R11で示されるアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、アミル基、ヘキシル基等を挙げることができるが、メチル基、エチル基等が好ましい。また、一般式(q)において、R〜R11で示される芳香族基としては、例えば、フェニル基、ナフチル基、ピリジル基、フェノキシジフェニル基、フェニルフェニル基、ナフトキシフェニル等を挙げることができる。 In the general formula (q), examples of the alkyl group represented by R 4 to R 11 include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, an amyl group, and a hexyl group. Etc. are preferred. In the general formula (q), examples of the aromatic group represented by R 4 to R 11 include a phenyl group, a naphthyl group, a pyridyl group, a phenoxydiphenyl group, a phenylphenyl group, and naphthoxyphenyl. it can.

一般式(q)において、Aで示される2価の有機基としては、例えば、−CO−、−CONH−、−(CF−(ここで、pは1〜10の整数である)、−C(CF3)2−、−COO−、−SO−、−SO−等の電子吸引性基、−O−、−S−、−CH=CH−、−C≡C−、及び次式で表される基等の電子供与性基等を挙げることができる。尚、前記電子吸引性基とは、ハメット(Hammett)置換基定数がフェニル基のm位の場合、0.06以上、p位の場合、0.01以上の値となる基をいう。 In the general formula (q), examples of the divalent organic group represented by A include —CO—, —CONH—, — (CF 2 ) p — (wherein p is an integer of 1 to 10). , —C (CF 3) 2 —, —COO—, —SO—, —SO 2 — and the like, —O—, —S—, —CH═CH—, —C≡C—, and the following An electron donating group such as a group represented by the formula can be exemplified. The electron-withdrawing group refers to a group having a Hammett substituent constant of 0.06 or more when the phenyl group is in the m-position and 0.01 or more when the p-position is p-position.

Figure 2006335815
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また、一般式(q)において、電子供与性基は次の一般式(6)で示される基であってもよい。   In the general formula (q), the electron donating group may be a group represented by the following general formula (6).

Figure 2006335815
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(式中、R12〜R19は、水素原子、フッ素原子、アルキル基または芳香族基であって、互いに同一でも異なっていてもよく、芳香族基はその誘導体を含む。) (In formula, R < 12 > -R < 19 > is a hydrogen atom, a fluorine atom, an alkyl group, or an aromatic group, Comprising: You may mutually be same or different, and an aromatic group contains the derivative.)

一般式(6)において、R12〜R19で示されるアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、アミル基、ヘキシル基等を挙げることができるが、メチル基、エチル基等が好ましい。また、一般式(6)において、R12〜R19で示される芳香族基としては、例えば、フェニル基、ナフチル基、ピリジル基、フェノキシジフェニル基、フェニルフェニル基、ナフトキシフェニル等を挙げることができる。 In the general formula (6), examples of the alkyl group represented by R 12 to R 19 include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, an amyl group, and a hexyl group. Etc. are preferred. In the general formula (6), examples of the aromatic group represented by R 12 to R 19 include a phenyl group, a naphthyl group, a pyridyl group, a phenoxydiphenyl group, a phenylphenyl group, and a naphthoxyphenyl. it can.

また、前記一般式(q)で表される構造は、前記Aが、−CONH−、-(CF−(ここでpは1〜10の整数である)、−C(CF)2−、−COO−、−SO−、及び−S0−からなる群から選ばれる1種の有機基である第1の構造と、直接結合または前記式(4)で表される有機基である第2の構造とを含むものであってもよい。 In the structure represented by the general formula (q), the A is —CONH—, — (CF 2 ) P — (wherein p is an integer of 1 to 10), —C (CF 3 ). 2 -, - COO -, - SO-, and -S0 2 - first and structure is one organic group selected from the group consisting of an organic group represented by a direct bond or the formula (4) A certain second structure may be included.

この場合、前記一般式(q)で表される構造は、第1の構造70〜99モル%と、第2の構造1〜30モル%とからなる(ただし、該第1の構造と該第2の構造との合計を100モル%とする)ことが好ましい。また、第1の構造の含有量は20〜99モル%がより好ましく、30〜95モル%が更に好ましく、35〜90モル%が特に好ましい。また、第2の構造の含有量は1〜80モル%がより好ましく、5〜70モル%が更に好ましく、10〜65モル%が特に好ましい。第1の構造の含有量と第2の構造の含有量とがこの範囲にあることにより、一般式(1)で表される第1の繰り返し単位と、一般式(3)で表される第2の繰り返し単位と、を含有するポリアリーレン系重合体の寸法変化率をより低く抑えることが可能となる。   In this case, the structure represented by the general formula (q) includes 70 to 99 mol% of the first structure and 1 to 30 mol% of the second structure (provided that the first structure and the first structure The total of the two structures is preferably 100 mol%). Further, the content of the first structure is more preferably 20 to 99 mol%, further preferably 30 to 95 mol%, particularly preferably 35 to 90 mol%. Moreover, 1-80 mol% is more preferable, as for content of a 2nd structure, 5-70 mol% is still more preferable, and 10-65 mol% is especially preferable. When the content of the first structure and the content of the second structure are in this range, the first repeating unit represented by the general formula (1) and the first structure represented by the general formula (3) It becomes possible to suppress the dimensional change rate of the polyarylene polymer containing 2 repeating units.

上記のプロトン伝導体組成物には、一般式(1)及び(2)を含むポリアリーレンと同様の、老化防止剤、好ましくは分子量500以上の、ヒンダードフェノール系化合物を含有してもよい。   The proton conductor composition may contain an anti-aging agent, preferably a hindered phenol compound having a molecular weight of 500 or more, similar to the polyarylene containing the general formulas (1) and (2).

<一般式(1)及び(3)を含むポリアリーレンの製造方法>
上記スルホン酸基を有するポリアリーレンは、例えば、上記一般式(4)で表される化合物と、下記一般式(7)で表される化合物とを、遷移金属化合物を含む触媒の存在下で共重合反応させることにより合成することができる。
<Method for Producing Polyarylene Containing General Formulas (1) and (3)>
For example, the polyarylene having a sulfonic acid group is obtained by co-existing a compound represented by the general formula (4) and a compound represented by the following general formula (7) in the presence of a catalyst containing a transition metal compound. It can be synthesized by a polymerization reaction.

Figure 2006335815
Figure 2006335815

一般式(7)において、B、R〜R、n、Qは、一般式(3)と同義であり、X’は、フッ素を除くハロゲン原子(塩素、臭素、ヨウ素)、−OSOCH3、−OSOCFからなる群から選ばれる原子または基を示す。 In the general formula (7), B, R 1 to R 3 , n, and Q have the same meaning as in the general formula (3), and X ′ is a halogen atom (chlorine, bromine, iodine) excluding fluorine, —OSO 2. An atom or group selected from the group consisting of CH 3 and —OSO 2 CF 3 is shown.

一般式(7)で表される化合物は、例えば、次のような反応により合成することができる。   The compound represented by the general formula (7) can be synthesized, for example, by the following reaction.

まず、2価の原子もしくは有機基または直接結合で連結されたビスフェノールを、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミド、スルホラン、ジフェニルスルホン、ジメチルスルホキサイド等の誘電率の高い極性溶媒に溶解し、対応するビスフェノールのアルカリ金属塩とするために、該極性溶媒中で、リチウム、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属、水素化アルカリ金属、水酸化アルカリ金属、アルカリ金属炭酸塩等を加える。アルカリ金属はフェノールの水酸基に対し、過剰気味で反応させ、通常、1.1〜2倍当量、好ましくは1.2〜1.5倍当量で使用する。このとき、ベンゼン、トルエン、キシレン、クロロベンゼン、アニソール等の水と共沸する溶媒を共存させて、反応の進行を促進させることが好ましい。   First, a divalent atom or organic group or a bisphenol linked by a direct bond, such as N-methyl-2-pyrrolidone, N, N-dimethylacetamide, sulfolane, diphenylsulfone, and dimethylsulfoxide, has a high polarity. Add an alkali metal such as lithium, sodium or potassium, an alkali metal hydride, an alkali metal hydroxide, an alkali metal carbonate or the like in the polar solvent to dissolve in a solvent and form the corresponding alkali metal salt of bisphenol. . The alkali metal is reacted in excess with respect to the hydroxyl group of phenol, and is usually used in an amount of 1.1 to 2 times equivalent, preferably 1.2 to 1.5 times equivalent. At this time, it is preferable to promote the progress of the reaction by coexisting a solvent azeotropic with water such as benzene, toluene, xylene, chlorobenzene, and anisole.

次いで、前記ビスフェノールのアルカリ金属塩と、塩素等のハロゲン原子及びニトリル基で置換されたペンゾニトリル系化合物とを反応させる。前記ペンゾニトリル系化合物としては、2,6−ジクロロベンゾニトリル、2,6−ジフルオロペンゾニトリル、2,5−ジクロロペンゾニトリル、2,5−ジフルオロペンゾニトリル、2,4−ジクロロベンゾニトリル、2,4−ジフルオロベンゾニトリル、2,6−ジニトロベンゾニトリル、2,5−ジニトロベンゾニトリル、2,4−ジニトロベンゾニトリル等を挙げることができる。前記化合物の中では、ジクロロベンゾニトリル系化合物が好ましく、2,6−ジクロロペンゾニトリルがさらに好ましい。   Subsequently, the alkali metal salt of the bisphenol is reacted with a benzonitrile compound substituted with a halogen atom such as chlorine and a nitrile group. Examples of the benzonitrile-based compound include 2,6-dichlorobenzonitrile, 2,6-difluorobenzonitrile, 2,5-dichlorobenzonitrile, 2,5-difluorobenzonitrile, 2,4-dichlorobenzonitrile, Examples include 2,4-difluorobenzonitrile, 2,6-dinitrobenzonitrile, 2,5-dinitrobenzonitrile, 2,4-dinitrobenzonitrile and the like. Of the above compounds, dichlorobenzonitrile compounds are preferable, and 2,6-dichlorobenzonitrile is more preferable.

前記ペンゾニトリル系化合物は、ビスフェノールに対し1.0001〜3倍モル、好ましくは1.001〜2倍モルの量で用いられる。また両末端が塩素原子となるように、反応終了後に、例えば、2,6−ジクロロベンゾニトリルを過剰に加えてさらに反応させてもよい。ジフルオロペンゾニトリル系化合物やジニトロベンゾニトリル系化合物を用いた場合には、反応後半でジクロロベンゾニトリル系化合物を添加する等の方法で、両末端が塩素原子となるよう反応を工夫することが必要である。前記反応は、反応温度が60℃〜300℃、好ましくは80℃〜250℃の範囲で、反応時間が15分〜100時間、好ましくは1時間〜24時間の範囲で行われる。   The benzonitrile-based compound is used in an amount of 1.0001 to 1 mol, preferably 1.001 to 2 mol per mol of bisphenol. Further, after the completion of the reaction, for example, 2,6-dichlorobenzonitrile may be added in excess to allow both ends to be chlorine atoms, and further reacted. When difluorobenzonitrile compounds or dinitrobenzonitrile compounds are used, it is necessary to devise the reaction so that both ends become chlorine atoms, such as by adding dichlorobenzonitrile compounds in the second half of the reaction. It is. The reaction is performed at a reaction temperature of 60 ° C. to 300 ° C., preferably 80 ° C. to 250 ° C., and for a reaction time of 15 minutes to 100 hours, preferably 1 hour to 24 hours.

前記反応により得られたオリゴマー乃至ポリマーは、ポリマーの一般的な精製方法、例えば、溶解-沈殿の操作によって精製することができる。分子量は、過剰の芳香族ジクロライドとビスフェノールとの反応モル比によって調整することができる。前記反応系では、ニトリル基で置換された芳香族ジクロライドが過剰に存在しているため、得られるオリゴマー乃至ポリマーの分子末端は、ニトリル基で置換された芳香族クロライドになっている。   The oligomer or polymer obtained by the reaction can be purified by a general purification method of the polymer, for example, a dissolution-precipitation operation. The molecular weight can be adjusted by the reaction molar ratio of excess aromatic dichloride and bisphenol. In the reaction system, since the aromatic dichloride substituted with a nitrile group is present in excess, the molecular terminals of the resulting oligomer or polymer are aromatic chlorides substituted with a nitrile group.

ニトリル基で置換された芳香族クロライドを分子末端に有するオリゴマーまたはポリマーの具体的な化合物として、例えば、次の化合物を挙げることができる。   Specific examples of the oligomer or polymer compound having an aromatic chloride substituted with a nitrile group at the molecular end include the following compounds.

Figure 2006335815
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Figure 2006335815
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一般式(4)で表される化合物と、一般式(7)で表される化合物との共重合反応において、一般式(4)で表される化合物の使用量は、全量に対して99.999〜10モル%、好ましくは99.9〜20モル%の範囲であり、一般式(7)で表される化合物の使用量は、全量に対して0.001〜90モル%、好ましくは0.1〜80モル%の範囲である。   In the copolymerization reaction between the compound represented by the general formula (4) and the compound represented by the general formula (7), the amount of the compound represented by the general formula (4) is 99. The amount of the compound represented by the general formula (7) is 0.001 to 90 mol%, preferably 0 to 999 to 10 mol%, preferably 99.9 to 20 mol%. The range is from 1 to 80 mol%.

前記共重合反応に使用される触媒は、遷移金属化合物を含む触媒系であり、この触媒系は、遷移金属塩及び配位子となる化合物(以下、配位子成分という)、または配位子が配位された遷移金属金書体(銅塩を含む)と、還元剤とを必須成分とし、さらに、重合速度を上げるために、塩を添加してもよい。   The catalyst used in the copolymerization reaction is a catalyst system containing a transition metal compound, and this catalyst system is a compound that becomes a transition metal salt and a ligand (hereinafter referred to as a ligand component) or a ligand. Transition metal gold type (including a copper salt) coordinated with a reducing agent, and a salt may be added to increase the polymerization rate.

ここで、遷移金属塩としては、塩化ニッケル、臭化ニッケル、ヨウ化ニッケル、ニッケルアセチルアセトナート等のニッケル化合物、塩化パラジウム、臭化パラジウム、ヨウ化パラジウム等のパラジウム化合物、塩化鉄、臭化鉄、ヨウ化鉄等の鉄化合物、塩化コバルト、臭化コバルト、ヨウ化コバルト等のコバルト化合物等を挙げることができる。前記遷移金属塩のうち、特に、塩化ニッケル、臭化ニッケル等が好ましい。   Here, transition metal salts include nickel compounds such as nickel chloride, nickel bromide, nickel iodide, nickel acetylacetonate, palladium compounds such as palladium chloride, palladium bromide, palladium iodide, iron chloride, iron bromide And iron compounds such as iron iodide, and cobalt compounds such as cobalt chloride, cobalt bromide, and cobalt iodide. Of the transition metal salts, nickel chloride, nickel bromide and the like are particularly preferable.

また、前記配位子成分としては、トリフェニルホスフィン、2,2’−ビピリジン、1,5−シクロオクタジエン、1,3−ビス(ジフェニルホスヒノ)プロパン等を挙げることができる。これらのうち、トリフェニルホスフィン、2,2’−ビピリジンが好ましい。前記配位子成分である化合物は、1種単独で、あるいは2種以上を併用することができる。   Examples of the ligand component include triphenylphosphine, 2,2′-bipyridine, 1,5-cyclooctadiene, 1,3-bis (diphenylphosphino) propane, and the like. Of these, triphenylphosphine and 2,2'-bipyridine are preferred. The compound which is the said ligand component can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.

さらに、前記配位子が配位された遷移金属錯体としては、例えば、塩化ニッケルビス(トリフェニルホスフィン)、臭化ニッケルビス(トリフェニルホスフィン)、ヨウ化ニッケルビス(トリフェニルホスフィン)、硝酸ニッケルビス(トリフェニルホスフィン)、塩化ニッケル(2,2’−ビピリジン)、臭化ニッケル(2,2’−ビピリジン)、ヨウ化ニッケル(2,2’−ビピリジン)、硝酸ニッケル(2,2’−ビピリジン)、ビス(1,5−シクロオクタジエン)ニッケル、テトラキス(トリフェニルホスフィン)ニッケル、テトラキス(トリフェニルホスファイト)ニッケル、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム等を挙げることができる。前記配位子が配位された遷移金属錯体のうち、塩化ニッケルビス(トリフェニルホスフィン)、塩化ニッケル(2,2’−ビピリジン)が好ましい。   Further, examples of the transition metal complex coordinated with the ligand include nickel chloride bis (triphenylphosphine), nickel bromide bis (triphenylphosphine), nickel iodide bis (triphenylphosphine), nickel nitrate. Bis (triphenylphosphine), nickel chloride (2,2'-bipyridine), nickel bromide (2,2'-bipyridine), nickel iodide (2,2'-bipyridine), nickel nitrate (2,2'- Bipyridine), bis (1,5-cyclooctadiene) nickel, tetrakis (triphenylphosphine) nickel, tetrakis (triphenylphosphite) nickel, tetrakis (triphenylphosphine) palladium and the like. Of the transition metal complexes coordinated with the ligand, nickel chloride bis (triphenylphosphine) and nickel chloride (2,2'-bipyridine) are preferred.

前記触媒系に使用することができる還元剤としては、例えば、鉄、亜鉛、マンガン、アルミニウム、マグネシウム、ナトリウム、カルシウム等を挙げることができる。前記還元剤のうち、亜鉛、マグネシウム、マンガンが好ましい。前記還元剤は、有機酸等の酸に接触させることにより、より活性化して用いることができる。   Examples of the reducing agent that can be used in the catalyst system include iron, zinc, manganese, aluminum, magnesium, sodium, calcium, and the like. Of the reducing agents, zinc, magnesium and manganese are preferred. The reducing agent can be used after being more activated by contacting with an acid such as an organic acid.

また、前記触媒系において使用することのできる前記塩としては、フッ化ナトリウム、塩化ナトリウム、臭化ナトリウム、ヨウ化ナトリウム、硫酸ナトリウム等のナトリウム化合物、フッ化カリウム、塩化カリウム、臭化カリウム、ヨウ化カリウム、硫酸カリウム等のカリウム化合物、フッ化テトラエチルアンモニウム、塩化テトラエチルアンモニウム、臭化テトラエチルアンモニウム、ヨウ化テトラエチルアンモニウム、硫酸テトラエチルアンモニウム等のアンモニウム化合物等を挙げることができる。前記塩のうち、臭化ナトリウム、ヨウ化ナトリウム、臭化カリウム、臭化テトラエチルアンモニウム、ヨウ化テトラエチルアンモニウムが好ましい。   Examples of the salt that can be used in the catalyst system include sodium compounds such as sodium fluoride, sodium chloride, sodium bromide, sodium iodide, and sodium sulfate, potassium fluoride, potassium chloride, potassium bromide, and iodine. And potassium compounds such as potassium iodide and potassium sulfate, and ammonium compounds such as tetraethylammonium fluoride, tetraethylammonium chloride, tetraethylammonium bromide, tetraethylammonium iodide, and tetraethylammonium sulfate. Of the salts, sodium bromide, sodium iodide, potassium bromide, tetraethylammonium bromide, and tetraethylammonium iodide are preferred.

前記触媒系において、遷移金属塩または遷移金属錯体の使用割合は、一般式(4)で表される化合物と、一般式(7)で表される化合物との合計1モルに対し、通常、0.0001〜10モル、好ましくは0.01〜0.5モルである。0.0001モル未満では、重合反応が十分に進行しないことがあり、一方、10モルを超えると、分子量が低下することがある。   In the catalyst system, the ratio of the transition metal salt or transition metal complex used is usually 0 with respect to 1 mol in total of the compound represented by the general formula (4) and the compound represented by the general formula (7). 0.0001 to 10 mol, preferably 0.01 to 0.5 mol. When the amount is less than 0.0001 mol, the polymerization reaction may not proceed sufficiently. On the other hand, when the amount exceeds 10 mol, the molecular weight may decrease.

前記触媒系において、遷移金属塩及び配位子成分を用いる場合、この配位子成分の使用割合は、前記遷移金属塩1モルに対し、通常、0.1〜100モル、好ましくは1〜10モルである。0.1モル未満では、触媒活性が不十分となることがあり、一方、100モルを超えると、分子量が低下することがある。   In the catalyst system, when a transition metal salt and a ligand component are used, the amount of the ligand component used is usually 0.1 to 100 mol, preferably 1 to 10 mol per mol of the transition metal salt. Is a mole. When the amount is less than 0.1 mol, the catalytic activity may be insufficient. On the other hand, when the amount exceeds 100 mol, the molecular weight may decrease.

また、前記触媒系において、還元剤の使用割合は、一般式(4)で表される化合物と、一般式(7)で表される化合物との合計1モルに対し、通常、0.1〜100モル、好ましくは1〜10モルである。0.1モル未満では、重合が十分進行しないことがあり、100モルを超えると、得られる重合体の精製が困難になることがある。   In the catalyst system, the reducing agent is used in a proportion of usually 0.1 to 1 mol in total of the compound represented by the general formula (4) and the compound represented by the general formula (7). 100 moles, preferably 1 to 10 moles. If the amount is less than 0.1 mol, polymerization may not proceed sufficiently. If the amount exceeds 100 mol, purification of the resulting polymer may be difficult.

さらに、前記触媒系において、前記塩を使用する場合、その使用割合は、一般式(6)で表される化合物と、一般式(7)で表される化合物との合計1モルに対し、通常、0.001〜100モル、好ましくは0.01〜1モルである。0.001モル未満では、重合速度を上げる効果が不十分であることがあり、100モルを超えると、得られる重合体の精製が困難となることがある。   Further, when the salt is used in the catalyst system, the use ratio is usually based on 1 mol in total of the compound represented by the general formula (6) and the compound represented by the general formula (7). 0.001 to 100 mol, preferably 0.01 to 1 mol. If it is less than 0.001 mol, the effect of increasing the polymerization rate may be insufficient, and if it exceeds 100 mol, purification of the resulting polymer may be difficult.

前記共重合反応に使用することのできる重合溶媒としては、例えば、テトラヒドロフラン、シクロヘキサノン、ジメチルスルホキシド、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン、γ−プチロラクトン、スルホラン、γ−プチロラクタム、ジメチルイミダゾリジノン、テトラメチル尿素等を挙げることができる。これらのうち、テトラヒドロフラン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドンが好ましい。前記重合溶媒は、十分に乾燥してから用いることが好ましい。   Examples of the polymerization solvent that can be used for the copolymerization reaction include tetrahydrofuran, cyclohexanone, dimethyl sulfoxide, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone, γ-ptyrolactone, Examples include sulfolane, γ-ptylolactam, dimethylimidazolidinone, and tetramethylurea. Of these, tetrahydrofuran, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, and N-methyl-2-pyrrolidone are preferable. The polymerization solvent is preferably used after sufficiently dried.

重合溶媒中における前記一般式(4)で表される化合物と、一般式(7)で表される化合物との合計の濃度は、通常、1〜90重量%、好ましくは5〜40重量%である。また、重合温度は、通常、0〜200℃、好ましくは50〜120℃であり、重合時間は、通常、0.5〜100時間、好ましくは1〜40時間である。   The total concentration of the compound represented by the general formula (4) and the compound represented by the general formula (7) in the polymerization solvent is usually 1 to 90% by weight, preferably 5 to 40% by weight. is there. The polymerization temperature is usually 0 to 200 ° C., preferably 50 to 120 ° C., and the polymerization time is usually 0.5 to 100 hours, preferably 1 to 40 hours.

前記のようにして得られるポリアリーレン系重合体の分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフ(以下、GPCと略記する)によるポリスチレン換算重量平均分子量で、1万〜100万、好ましくは2万〜80万である。ポリスチレン換算重量平均分子量が1万未満では、成形ヒルムにクラックが発生する等、塗膜性が不十分であり、また強度的性質にも問題がある。一方、ポリスチレン換算重量平均分子量100万を超えると、溶解性が不十分となり、また溶液粘度が高く、加工性が不良になる等の問題がある。   The molecular weight of the polyarylene polymer obtained as described above is 10,000 to 1,000,000, preferably 20,000 to 800,000 in terms of polystyrene-converted weight average molecular weight by gel permeation chromatography (hereinafter abbreviated as GPC). It is. When the weight average molecular weight in terms of polystyrene is less than 10,000, the coating properties are insufficient, such as cracking in the molded hilm, and there are also problems with the strength properties. On the other hand, when the polystyrene equivalent weight average molecular weight exceeds 1,000,000, there are problems such as insufficient solubility, high solution viscosity, and poor processability.

前記ポリアリーレン系重合体のスルホン化物は、該ポリアリーレン系重合体自体をスルホン化してもよく、一般式(4)においてスルホン酸エステル基で置換されているArを備える化合物を用いてポリアリーレン系重合体のスルホン酸エステル化物を合成した後、該スルホン酸エステル化物を加水分解して、対応するポリアリーレン系重合体のスルホン化物としてもよい。   The sulfonated product of the polyarylene polymer may be a sulfonated product of the polyarylene polymer itself, and a polyarylene-based polymer using a compound having Ar substituted with a sulfonate group in the general formula (4). After the sulfonated product of the polymer is synthesized, the sulfonated product may be hydrolyzed to obtain a sulfonated product of the corresponding polyarylene polymer.

スルホン酸基を有しない前記ポリアリーレン系重合体をスルホン化するには、スルホン化剤を用いて該ポリアリーレン系重合体にスルホン酸基を導入する。前記スルホン酸基を導入する方法としては、例えば、前記スルホン酸基を有しないポリアリーレン系重合体を、無水硫酸、発煙硫酸、クロルスルホン酸、硫酸、亜硫酸水素ナトリウム等の公知のスルホン化剤を用いて、公知の条件でスルホン化する方法により行うことができる(例えば、Polymer Preprints,Japan,Vol.42,No.3,p.730(1993)、Polymer Preprints,Japan,Vol.43,No.3,p.736(1994)、Polymer Preprints,Japan,Vol.42,No.7,p.2490〜2492(1993)参照)。   In order to sulfonate the polyarylene polymer having no sulfonic acid group, a sulfonic acid group is introduced into the polyarylene polymer using a sulfonating agent. As a method for introducing the sulfonic acid group, for example, a polyarylene polymer having no sulfonic acid group may be prepared by using a known sulfonating agent such as sulfuric anhydride, fuming sulfuric acid, chlorosulfonic acid, sulfuric acid, sodium hydrogen sulfite, or the like. And sulfonated under known conditions (for example, Polymer Preprints, Japan, Vol. 42, No. 3, p. 730 (1993), Polymer Preprints, Japan, Vol. 43, No. 43). 3, p.736 (1994), Polymer Preprints, Japan, Vol.42, No. 7, p.2490-2492 (1993)).

すなわち、このスルホン化の反応条件としては、前記スルホン酸基を有しないポリアリーレン系重合体を、無溶剤下または溶剤存在下で、前記スルホン化剤と反応させる。前記溶剤としては、例えば、n−ヘキサン等の炭化水素溶剤、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル系溶剤、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシドのような非プロトン系極性溶剤のほか、テトラクロロエタン、ジクロロエタン、クロロホルム、塩化メチレン等のハロゲン化炭化水素等を挙げることができる。反応温度は特に制限はないが、通常、−50〜200℃、好ましくは−10〜100℃である。また、反応時間は、通常、0.5〜1,000時間、好ましくは1〜200時間である。   That is, as the sulfonation reaction conditions, the polyarylene polymer having no sulfonic acid group is reacted with the sulfonating agent in the absence of a solvent or in the presence of a solvent. Examples of the solvent include hydrocarbon solvents such as n-hexane, ether solvents such as tetrahydrofuran and dioxane, aprotic polar solvents such as dimethylacetamide, dimethylformamide, and dimethylsulfoxide, tetrachloroethane, dichloroethane, and chloroform. And halogenated hydrocarbons such as methylene chloride. The reaction temperature is not particularly limited, but is usually −50 to 200 ° C., preferably −10 to 100 ° C. Moreover, reaction time is 0.5 to 1,000 hours normally, Preferably it is 1 to 200 hours.

一方、前記ポリアリーレン系重合体のスルホン酸エステル化物を加水分解して、対応するポリアリーレン系重合体のスルホン化物とする場合には、まず、一般式(4)においてスルホン酸エステル基で置換されているArを備える化合物を、前記共重合反応と同様にして、一般式(7)で表される化合物と反応させることにより、ポリアリーレン系重合体のスルホン酸エステル化物を合成する。   On the other hand, when the sulfonated product of the polyarylene polymer is hydrolyzed to the sulfonated product of the corresponding polyarylene polymer, first, it is substituted with a sulfonate group in the general formula (4). In the same manner as in the copolymerization reaction, the compound having Ar is reacted with the compound represented by the general formula (7) to synthesize a sulfonated product of a polyarylene polymer.

前記ポリアリーレン系重合体のスルホン酸エステル化物の加水分解の方法としては、少量の塩酸を含む過剰量の水またはアルコールに、前記ポリアリーレン系重合体のスルホン酸エステル化物を投入し、5分間以上鏡拝する方法、トリフルオロ酢酸中で、前記ポリアリーレン系重合体のスルホン酸エステル化物を80〜120℃程度の温度で5〜10時間程度反応させる方法、ポリアリーレン系重合体中のスルホン酸エステル基(−SOR)1モルに対して、1〜3倍モルのリチウムブロマイドを含む溶液、例えばN−メチルピロリドン等の溶液中で、該重合体を80〜150℃程度の温度で3〜10時間程度反応させた後、塩酸を添加する方法等を挙げることができる。 As a method for hydrolysis of the sulfonated product of the polyarylene polymer, the sulfonated product of the polyarylene polymer is added to an excess amount of water or alcohol containing a small amount of hydrochloric acid for 5 minutes or more. A method of mirroring, a method of reacting the sulfonated product of the polyarylene polymer in trifluoroacetic acid at a temperature of about 80 to 120 ° C. for about 5 to 10 hours, a sulfonate ester in the polyarylene polymer In a solution containing 1 to 3 moles of lithium bromide with respect to 1 mole of the group (—SO 3 R), such as N-methylpyrrolidone, the polymer is heated at a temperature of about 80 to 150 ° C. An example is a method of adding hydrochloric acid after the reaction for about 10 hours.

前記加水分解によれば、前記ポリアリーレン系重合体のスルホン酸エステル化物のスルホン酸エステル基(−SOR)をスルホン酸基(−SOH)に転換することにより、対応するポリアリーレン系重合体のスルホン化物を得ることができる。前記ポリアリーレン系重合体のスルホン化物においては、ポリアリーレン系重合体のスルホン酸エステル化物中のスルホン酸エステル基(−SOR)の90%以上が、スルホン酸基(−SOH)に転換していることが好ましい。 According to the hydrolysis, by converting the sulfonate group (—SO 3 R) of the sulfonate esterified product of the polyarylene polymer into a sulfonate group (—SO 3 H), a corresponding polyarylene series is obtained. A sulfonated polymer can be obtained. In sulfonated said polyarylene polymer, more than 90% of the polyarylene polymer sulfonic acid ester group in the sulfonic acid ester of (-SO 3 R) is a sulfonic acid group (-SO 3 H) Preferably it has been converted.

このようにして得られるポリアリーレン系重合体のスルホン化物中の、スルホン酸基量は、0.5〜3meq/g、好ましくは0.8〜2.8meq/gである。0.5meq/g未満では、十分なプロトン伝導性が得られないことがあり、一方、3meq/gを超えると、親水性が向上し、水溶性ポリマーとなってしまうか、水溶性でなくとも熱水に可溶となってしまうか、または水溶性に至らずとも耐久性が低下することがある。   The amount of sulfonic acid group in the sulfonated polyarylene polymer thus obtained is 0.5 to 3 meq / g, preferably 0.8 to 2.8 meq / g. If it is less than 0.5 meq / g, sufficient proton conductivity may not be obtained. On the other hand, if it exceeds 3 meq / g, the hydrophilicity will be improved, resulting in a water-soluble polymer or not water-soluble. Even if it becomes soluble in hot water or does not reach water solubility, durability may be lowered.

前記のスルホン酸基量は、前記一般式(4)で表される化合物と、一般式(7)で表される化合物との使用割合、さらに前記一般式(4)で表される化合物と、一般式(7)で表される化合物との種類、組合せを変えることにより、容易に調整することができる。   The amount of the sulfonic acid group is the ratio of the compound represented by the general formula (4) and the compound represented by the general formula (7), and the compound represented by the general formula (4), It can be easily adjusted by changing the type and combination with the compound represented by the general formula (7).

尚、前記ポリアリーレン系重合体のスルホン化物の構造は、赤外線吸収スペクトルによって、1,030〜1,045cm−、1,160〜1,190cm−のS=O吸収、1,130〜1,250cm−のC−O−C吸収、1,640〜1,660cm−のC=O吸収等により確認することができ、これらの組成比は、スルホン酸の中和滴定や、元素分析により知ることができる。また、前記ポリアリーレン系重合体のスルホン化物の構造は、核磁気共鳴スペクトル(H−NMR)により、6.8〜8.0ppmの芳香族プロトンのピークから確認することができる。 In addition, the structure of the sulfonated product of the polyarylene polymer has an S = O absorption of 1,030 to 1,045 cm −1 , 1,160 to 1,190 cm −1 and 1,130 to 1 according to an infrared absorption spectrum. , 250 cm- 1 C-O-C absorption, 1,640-1,660 cm- 1 C = O absorption, etc., and these composition ratios can be determined by neutralization titration of sulfonic acid or elemental analysis. You can know more. Moreover, the structure of the sulfonated product of the polyarylene polymer can be confirmed from the peak of aromatic protons at 6.8 to 8.0 ppm by nuclear magnetic resonance spectrum ( 1 H-NMR).

<オゾン処理を施したカーボン材料>
本発明においては、カーボン材料のオゾン処理により、カーボン材料の表面にキノン性カルボニル基(=0)を選択的に形成させることができる。本発明における「オゾン処理」とは、カーボン材料にオゾン接触させて行う処理全般を意味する。すなわち、気相処理でもよく、液相処理であってもよい。気相処理としては、オゾン発生器を使って発生させたオゾンをガスとして供給し処理する方法や、高温空気による酸化処理後に低温オゾン処理する方法等が適用可能である。また、液相処理としては、カーボン材料の粉末を水中に分散させ攪拌しながら、これにオゾン発生器を使用して生成させたオゾンガスを導入して処理する方法が挙げられる。また、分子状酸素、原子状酸素、乾燥若しくは湿潤空気を用いた酸素処理及び/又は窒素酸化物処理と併用してもよい。更に、燃焼ガスによる酸化、酸素或いは空気による低温プラズマ処理等を併用してもよい。
<Carbon material with ozone treatment>
In the present invention, a quinone carbonyl group (= 0) can be selectively formed on the surface of the carbon material by ozone treatment of the carbon material. “Ozone treatment” in the present invention means all treatments performed by contacting a carbon material with ozone. That is, it may be a gas phase process or a liquid phase process. As the gas phase treatment, a method of supplying and treating ozone generated using an ozone generator as a gas, a method of performing low temperature ozone treatment after oxidation treatment with high temperature air, and the like can be applied. Further, as the liquid phase treatment, there is a method in which a carbon material powder is dispersed in water and stirred, and ozone gas generated using an ozone generator is introduced into the carbon material powder and then treated. Further, molecular oxygen, atomic oxygen, oxygen treatment using dry or wet air and / or nitrogen oxide treatment may be used in combination. Further, oxidation with combustion gas, low-temperature plasma treatment with oxygen or air, and the like may be used in combination.

また、公知のる紫外線(UV)オゾン処理装置を用いてもよい。このUVオゾン処理法は、短波長UV光を利用した感化酸化プロセスである。この感化酸化プロセスとして、例えば、184.9nmの短波長光の光と酸素との反応によるオゾン発生と、たとえば253.7nmの短波長の光のもつ化学結合解離効果とを組み合わせた光化学的酸化分解プロセスによって、湿式処理では除去することができず残留してしまう有機汚染物質を除去することも可能である。   A known ultraviolet (UV) ozone treatment apparatus may be used. This UV ozone treatment method is a sensitized oxidation process using short wavelength UV light. As this sensitized oxidation process, for example, photochemical oxidative decomposition combining the generation of ozone by the reaction of light having a short wavelength of 184.9 nm with oxygen and the chemical bond dissociation effect of light having a short wavelength of 253.7 nm, for example. Depending on the process, it is also possible to remove organic contaminants that cannot be removed by wet processing but remain.

<プロトン伝導体組成物>
本発明のプロトン伝導体組成物は、スルホン酸基を有するポリアリーレンと、オゾン処理を施したカーボン材料と、を含む。プロトン伝導体組成物におけるオゾン処理を施したカーボン材料の含有量は、スルホン酸基を有するポリアリーレン100質量部に対して、オゾン処理を施したカーボン材料を0.01〜4質量部含有することが好ましく、0.1〜3質量部含有することがより好ましい。
<Proton conductor composition>
The proton conductor composition of the present invention includes a polyarylene having a sulfonic acid group and a carbon material subjected to ozone treatment. The content of the carbon material subjected to the ozone treatment in the proton conductor composition includes 0.01 to 4 parts by mass of the carbon material subjected to the ozone treatment with respect to 100 parts by mass of the polyarylene having a sulfonic acid group. Is preferable, and it is more preferable to contain 0.1-3 mass parts.

カーボン材料の含有量が0.01質量部未満であると、生成する過酸化物及び/又はラジカル種を不活性化するキノン性カルボニル基の絶対量が少なく、充分な耐久性を付与することができなくなるので好ましくない。また、この含有量が4質量%を超えると、プロトン伝導膜中のプロトンの移動を阻害し、電圧低下を引き起こす。また、カーボン材料同士が接触してショートし易いので好ましくない。   When the content of the carbon material is less than 0.01 parts by mass, the absolute amount of quinone carbonyl groups that inactivate the peroxide and / or radical species to be generated is small, and sufficient durability can be imparted. Since it becomes impossible, it is not preferable. Moreover, when this content exceeds 4 mass%, the movement of the proton in a proton conductive membrane will be inhibited, and a voltage drop will be caused. Moreover, it is not preferable because the carbon materials are in contact with each other and easily short-circuited.

<プロトン伝導膜>
本発明に係るプロトン伝導膜は、上記プロトン伝導体組成物を用いてフィルム状に成形することにより製造される。
<Proton conducting membrane>
The proton conducting membrane according to the present invention is produced by forming into a film using the proton conductor composition.

プロトン伝導膜を製造する方法としては、特に制限されず、例えば、上記ポリマー成分とオゾン処理を施したカーボン材料とを含有する組成物を有機溶媒に溶解して、均質な溶液状の組成物とした後、この溶液を基体上にキャストすることによりフィルム状に成形するキャスティング法、または、ポリマー成分を混合溶融した後に押出し成形によってフィルムを製造する方法などが挙げられる。   The method for producing the proton conductive membrane is not particularly limited, and for example, a composition containing the polymer component and the ozone-treated carbon material is dissolved in an organic solvent to obtain a homogeneous solution-like composition. Then, a casting method in which this solution is cast on a substrate to form a film, or a method in which a polymer component is mixed and melted and then extruded to form a film can be used.

キャスティング法に用いられる有機溶媒としては、特に限定されないが、γ一ブチロラクトン、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド、N−メチル−2−ピロリドン、ジメチルスルホキシド、ジメチル尿素などの非プロトン系極性溶剤などが挙げられる。これらの溶剤には、さらにメタノール、エタノール、N−プロピルアルコール、iso−プロピルアルコール、1−メトキシ−2−プロパノールなどのアルコール系溶剤が混合されていてもよい。   The organic solvent used in the casting method is not particularly limited, and examples thereof include aprotic polar solvents such as γ-butyrolactone, dimethylacetamide, dimethylformamide, N-methyl-2-pyrrolidone, dimethylsulfoxide, and dimethylurea. These solvents may be further mixed with alcohol solvents such as methanol, ethanol, N-propyl alcohol, iso-propyl alcohol, 1-methoxy-2-propanol.

また、キャスティングを行う場合、ポリマー成分を有機溶媒に溶解した溶液の固形分濃度、すなわちポリマー成分の割合は、3〜40質量%、好ましくは5〜35質量%である。上記範囲よりも低いと、充分な厚さの塗膜が得られないことがあり、また、ピンホールが生成しやすい傾向にあり、一方、上記範囲を超えると、充分に流延せず、均一な塗膜が得られないことがあり、また、表面平滑性に欠けることがある。   Moreover, when performing casting, solid content concentration of the solution which melt | dissolved the polymer component in the organic solvent, ie, the ratio of a polymer component, is 3-40 mass%, Preferably it is 5-35 mass%. If it is lower than the above range, a coating film having a sufficient thickness may not be obtained, and pinholes tend to be easily generated. On the other hand, if it exceeds the above range, it cannot be cast sufficiently and is uniform. A smooth coating film may not be obtained, and surface smoothness may be lacking.

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

また、この基体として用いられるプラスチックフィルム(板)の厚みは、通常50〜250μm、好ましくは75〜200μmであり、ガラス板の厚みは、通常1〜5mmである。   The thickness of the plastic film (plate) used as the substrate is usually 50 to 250 μm, preferably 75 to 200 μm, and the thickness of the glass plate is usually 1 to 5 mm.

上記キャスティング法による製膜後、室温〜200℃、好ましくは50〜150℃で、5〜180分、好ましくは5〜120分、加熱・乾燥することにより、プロトン伝導膜が得られる。乾燥は、常圧〜真空下の条件が適用できる。また、加熱は、逐次昇温して処理してもよい。   After film formation by the casting method, a proton conducting membrane is obtained by heating and drying at room temperature to 200 ° C., preferably 50 to 150 ° C., for 5 to 180 minutes, preferably 5 to 120 minutes. Drying can be performed under conditions of normal pressure to vacuum. Further, the heating may be performed by sequentially raising the temperature.

上記のようにして製造されるプロトン伝導膜の乾燥膜厚は、通常10〜150μm、好ましくは20〜80μmである。   The dry film thickness of the proton conducting membrane produced as described above is usually 10 to 150 μm, preferably 20 to 80 μm.

本発明のプロトン伝導膜は、スルホン酸基を有するポリアリーレンと、オゾン処理を施したカーボン材料とが複合化(積層化も含む)されており、スルホン酸基を有するポリアリーレンのみからなる伝導膜に比べて、強度的性質、靭性および耐熱水性などを維持するとともに、高温においても優れたプロトン伝導性を示す。   The proton conducting membrane of the present invention is a conducting membrane comprising a polyarylene having a sulfonic acid group and a carbon material that has been subjected to ozone treatment (including lamination) and comprising only the polyarylene having a sulfonic acid group. Compared to the above, it maintains strength properties, toughness, hot water resistance, and the like, and exhibits excellent proton conductivity even at high temperatures.

以下、実施例に基づいて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。実施例中の各種の測定項目は下記のようにして求めた。 EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated further more concretely based on an Example, this invention is not limited to these Examples. Various measurement items in the examples were determined as follows.

(スルホン酸基の当量(イオン交換容量))
得られたスルホン酸基を有するポリアリーレンの水洗水が中性になるまで蒸留水で洗浄し、フリーの残存している酸を除いて充分に水洗した後、乾燥させた。この後、所定量を秤量し、THF/水の混合溶剤に溶解させ、フェノールフタレインを指示薬としてNaOHの標準液を用いて滴定を行い、中和点からスルホン酸基の当量(イオン交換容量)(meq/g)を求めた。
(Equivalent sulfonic acid group (ion exchange capacity))
The obtained polyarylene having a sulfonic acid group was washed with distilled water until the washing water became neutral, sufficiently washed with water except for the remaining free acid, and then dried. Thereafter, a predetermined amount is weighed and dissolved in a THF / water mixed solvent, titrated with a standard solution of NaOH using phenolphthalein as an indicator, and an equivalent amount of sulfonic acid groups (ion exchange capacity) from the neutralization point. (Meq / g) was determined.

(分子量測定)
本実施例のスルホン酸基を有するポリアリーレンの重量平均分子量および数平均分子量は、溶剤としてテトラヒドロフラン(THF)を用い、GPCによって測定されたポリスチレン換算の分子量である。
(Molecular weight measurement)
The weight average molecular weight and number average molecular weight of the polyarylene having a sulfonic acid group in this example are molecular weights in terms of polystyrene measured by GPC using tetrahydrofuran (THF) as a solvent.

(プロトン伝導度)
交流抵抗は、前記膜試料を5mm幅の短冊状とし、この膜試料の表面に白金線(φ=0.5mm)を押し当て、恒温恒湿装置中にこの膜試料を保持して、白金線間の交流インピーダンス測定から求めた。85℃、相対湿度90%の環境下で交流10kHzにおけるインピーダンスを測定した。抵抗測定装置として、Solartron社製SI1260インピーダンスアナライザを用い、恒温恒湿装置には、エスペック社製小型環境試験機SH−241を使用した。白金線は5mm間隔に5本押し当てて、線間距離を5〜20mmに変化させて、交流抵抗を測定した。線間距離と抵抗の勾配から膜の比抵抗を算出し、比抵抗の逆数から交流インピーダンスを算出し、このインピーダンスから、プロトン伝導度を求めた。
比抵抗R[Ω−cm]=0.5[cm]×膜厚[cm]×抵抗線間勾配[Ω/cm]
(Proton conductivity)
For AC resistance, the membrane sample is formed into a strip shape having a width of 5 mm, a platinum wire (φ = 0.5 mm) is pressed against the surface of the membrane sample, the membrane sample is held in a constant temperature and humidity apparatus, and a platinum wire It was calculated from the AC impedance measurement. The impedance at an AC of 10 kHz was measured in an environment of 85 ° C. and a relative humidity of 90%. As a resistance measuring device, a Solartron SI1260 impedance analyzer was used, and as a constant temperature and humidity device, a small environmental tester SH-241 manufactured by Espec was used. Five platinum wires were pressed at intervals of 5 mm, the distance between the wires was changed to 5 to 20 mm, and the AC resistance was measured. The specific resistance of the membrane was calculated from the line-to-line distance and the resistance gradient, the AC impedance was calculated from the reciprocal of the specific resistance, and the proton conductivity was determined from this impedance.
Specific resistance R [Ω-cm] = 0.5 [cm] × film thickness [cm] × resistance line gradient [Ω / cm]

(フェントン試薬耐性)
過酸化水素水を純粋で濃度3%に希釈し、ここに硫酸鉄を鉄イオン(Fe2+)濃度が40ppmとなるように溶解させた。この溶液に一定の大きさの膜試科(スルホン化ポリマーフィルム)を浸漬し、40℃で15時間静置した。浸漬前の該フィルムの重量に対する浸漬後の該フィルムの重量の割合を重量保持率(%)とした。
(Fenton reagent resistance)
Hydrogen peroxide water was pure and diluted to a concentration of 3%, and iron sulfate was dissolved therein so that the iron ion (Fe 2+ ) concentration was 40 ppm. A fixed-size membrane trial (sulfonated polymer film) was immersed in this solution and allowed to stand at 40 ° C. for 15 hours. The ratio of the weight of the film after immersion to the weight of the film before immersion was defined as the weight retention rate (%).

(耐クリープ性評価)
耐クリープ性は、温度120℃、DRY環境下、前記膜試科に面圧15Kgf/cm2の負荷を1000時間かけた後の、該膜の膜厚減少率として測定した。
(Creep resistance evaluation)
Creep resistance was measured as the rate of film thickness reduction after applying a load of 15 kgf / cm 2 to the film trial for 1000 hours under a temperature of 120 ° C. and a DRY environment.

[合成例1]
(オリゴマーの調整)
攪拌機、温度計、Dean−Stark管、窒素導入の三方コックを取り付けたILの三つ口のフラスコに、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン(ビスフェノールAF)67.3g(0.20モル)、4,4’−ジクロロベンゾフェノン(4,4’−DCBP)60.3g(0.24モル)、炭酸カリウム71.9g(0.52モル)、N,N−ジメチルアセトアミド(DMAc)300mL、トルエン150mLをとり、オイルバス中、窒素雰囲気化で加熱し攪拌下130℃で反応させた。反応により生成する水をトルエンと共沸させ、Dean−Stark管で系外に除去しながら反応させると、約3時間で水の生成がほとんど認められなくなった。反応温度を130℃から徐々に150℃まで上げた。その後、反応温度を徐々に150℃まで上げながら大部分のトルエンを除去し、150℃で10時間反応を続けた後、4,4’−DCBP 10.0g(0.040モル)を加え、さらに5時間反応した。得られた反応液を放冷後、副生した無機化合物の沈殿物を濾過除去し、濾液を4Lのメタノール中に投入した。沈殿した生成物を濾別、回収し乾燥後、テトラヒドロフラン300mLに溶解した。これをメタノール4Lに再沈殿し、目的の化合物95g(収率85%)を得た。得られた重合体のGPC(THF溶媒)で求めたポリスチレン換算の数平均分子量は11200であった。また、得られた化合物は下記式で表されるオリゴマー(以下、「BCPAFオリゴマー」という)であった。
[Synthesis Example 1]
(Oligomer adjustment)
To a three-necked flask of IL equipped with a stirrer, thermometer, Dean-Stark tube, and three-way cock for introducing nitrogen, 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) -1,1,1,3,3,3 -67.3 g (0.20 mol) of hexafluoropropane (bisphenol AF), 60.3 g (0.24 mol) of 4,4'-dichlorobenzophenone (4,4'-DCBP), 71.9 g of potassium carbonate (0 .52 mol), 300 mL of N, N-dimethylacetamide (DMAc), and 150 mL of toluene were heated in an oil bath in a nitrogen atmosphere and reacted at 130 ° C. with stirring. When water produced by the reaction was azeotroped with toluene and reacted while being removed from the system with a Dean-Stark tube, almost no water was observed in about 3 hours. The reaction temperature was gradually increased from 130 ° C to 150 ° C. Thereafter, most of the toluene was removed while gradually raising the reaction temperature to 150 ° C., and the reaction was continued at 150 ° C. for 10 hours. Then, 10.0 g (0.040 mol) of 4,4′-DCBP was added, and Reacted for 5 hours. The resulting reaction solution was allowed to cool, and the precipitate of the inorganic compound produced as a by-product was removed by filtration, and the filtrate was poured into 4 L of methanol. The precipitated product was separated by filtration, collected, dried, and dissolved in 300 mL of tetrahydrofuran. This was reprecipitated in 4 L of methanol to obtain 95 g (yield 85%) of the target compound. The number average molecular weight in terms of polystyrene determined by GPC (THF solvent) of the obtained polymer was 11,200. Further, the obtained compound was an oligomer represented by the following formula (hereinafter referred to as “BCPAF oligomer”).

Figure 2006335815
Figure 2006335815

[合成例2]
(スルホン化ポリマーの合成)
攪拌機、温度計、冷却管、Dean−stark管、窒素導入の三方コックを取り付けた1Lの三口のフラスコに、3−(2,5−ジクロロベンゾイル)ベンゼンスルホン酸ネオペンチル(A−SOneo−Pe)39.58g(98.64ミリモル)、(1)で得られたBCPAFオリゴマ−(Mn=11,200)15.23g(1.36ミリモル)、Ni(PPhC11.67g(2.55ミリモル)、PPh10.49g(40ミリモル)、Na10.45g(3ミリモル)、亜鉛末15.69g(240ミリモル)、乾燥NMP390mlを窒素下で加えた。反応系を攪拌下に加熱し(最終的には75℃まで加温)、3時間反応させた。重合反応液をTHF250mlで希釈し、30分攪拌し、セライトを濾過助剤に用いて濾過し、濾液を大過剰のメタノール1500mlに注いで凝固させた。凝固物を濾集、風乾し、さらにTHF/NMP(それぞれ200/300ml)に再溶解し、大過剰のメタノール1500ml凝固析出させた。風乾後、加熱乾燥により目的の黄色繊維状のネオペンチル基で保護されたスルホン醸誘導体からなる共重合体(PolyAB−S0neo−Pe)47.0g(収率99%)を得た。GPCによる分子量は、数平均分子量(Mn)が47,600、重量平均分子量(Mw)が15,9000であった。
[Synthesis Example 2]
(Synthesis of sulfonated polymer)
To a 1 L three-necked flask equipped with a stirrer, thermometer, cooling tube, Dean-stark tube, and nitrogen-introduced three-way cock, neopentyl 3- (2,5-dichlorobenzoyl) benzenesulfonate (A-SO 3 neo-Pe) 39.58 g (98.64 mmol), BCPAF oligomer obtained in (1) (Mn = 11,200) 15.23 g (1.36 mmol), Ni (PPh 3 ) 2 C1 2 1.67 g ( 2.55 mmol), 10.49 g (40 mmol) of PPh 3 , 10.45 g (3 mmol) of Na, 15.69 g (240 mmol) of zinc dust and 390 ml of dry NMP were added under nitrogen. The reaction system was heated with stirring (finally heated to 75 ° C.) and allowed to react for 3 hours. The polymerization reaction solution was diluted with 250 ml of THF, stirred for 30 minutes, filtered using Celite as a filter aid, and the filtrate was poured into 1500 ml of a large excess of methanol to coagulate. The coagulated product was collected by filtration, air-dried, redissolved in THF / NMP (200/300 ml of each), and 1500 ml of a large excess of methanol was coagulated and precipitated. After air drying, 47.0 g (yield 99%) of a copolymer (PolyAB-S0 3 neo-Pe) composed of a sulfone brewer derivative protected with a target yellow fibrous neopentyl group was obtained by heat drying. Regarding the molecular weight by GPC, the number average molecular weight (Mn) was 47,600, and the weight average molecular weight (Mw) was 15,9000.

得られたPolyAB−S0neo−Pe5.1gをNMP60mlに溶解し、90℃に加温した。反応系に、メタノール50m1と濃塩酸8mlとの混合物を一時に加えて懸濁状態とし、温和な還流条件で10時間反応させた。蒸留装置を設置し、過剰のメタノールを溜去させ、淡緑色の透明液体を得た。この溶液を大量の水/メタノール(1:1重量比)中に注いで、ポリマーを凝固させた後、洗浄水のpHが6以上となるまで、イオン交換水でポリマーを洗浄した。こうして得られたポリマーのIRスペクトルおよびイオン交換容量の定量分析から、スルホン酸エステル基(−S0)は定量的にスルホン酸基(−S0H)に転換していることがわかった。得られたスルホン酸基を有するポリアリーレン共重合体のGPCによる分子量は、Mnが53,200、Mwが185,000であり、スルホン酸当量は1.9meq/gであった。 5.1 g of the obtained PolyAB-S0 3 neo-Pe was dissolved in 60 ml of NMP and heated to 90 ° C. To the reaction system, a mixture of 50 ml of methanol and 8 ml of concentrated hydrochloric acid was added at a time to form a suspended state and reacted for 10 hours under mild reflux conditions. A distillation apparatus was installed, and excess methanol was distilled off to obtain a light green transparent liquid. This solution was poured into a large amount of water / methanol (1: 1 weight ratio) to solidify the polymer, and then the polymer was washed with ion-exchanged water until the pH of the washing water became 6 or more. From the quantitative analysis of the IR spectrum and ion exchange capacity of the polymer thus obtained, it was found that the sulfonic acid ester group (-S0 3 R a ) was quantitatively converted to the sulfonic acid group (-S0 3 H). . The obtained polyarylene copolymer having a sulfonic acid group had a molecular weight of GPC of Mn of 53,200, Mw of 185,000, and a sulfonic acid equivalent of 1.9 meq / g.

(オリゴマーの調製)
攪拌機、温度計、Dean−stark管、窒素導入管、冷却管をとりつけた1Lの三口フラスコに、2,6−ジクロロぺンゾニトリル48.8g(284mmol)、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン89.5g(266mmol)、炭酸カリウム47,8g(346mmol)をはかりとった。窒素置換後、スルホラン346mL、トルエン173mLを加えて攪拌した。オイルバスで反応液を150℃で加熱還流させた。反応によって生成する水はDean−stark管にトラップした。3時間後、水の生成がほとんど認められなくなったところで、トルエンをDean−stark管から系外に除去した。徐々に反応温度を200℃に上げ、3時間攪拌を続けた後、2,6−ジクロロペンゾニトリル9.2g(53mmol)を加え、さらに5時間反応させた。反応液を放冷機、トルエン100mLを加えて希釈した。反応液に不溶の無機塩を濾過し、濾液をメタノール2Lに注いで生成物を沈殿させた。沈殿した生成物を濾過、乾燥後、テトラヒドロフラン250mLに溶解し、これをメタノール2Lに注いで再沈殿させた。沈殿した白色粉末を濾過、乾燥し、目的物109gを得た。GPCで測定した数平均分子量(Mn)は9,500であった。この化合物のH−NMRスペクトルから、得られた化合物は下記式で表されるオリゴマーであることを確認した。
(Preparation of oligomer)
To a 1 L three-necked flask equipped with a stirrer, thermometer, Dean-stark tube, nitrogen inlet tube, and condenser tube, 48.8 g (284 mmol) of 2,6-dichloropentonitrile, 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) -1,1,1,3,3,3-Hexafluoropropane 89.5 g (266 mmol) and potassium carbonate 47,8 g (346 mmol) were weighed. After nitrogen substitution, 346 mL of sulfolane and 173 mL of toluene were added and stirred. The reaction solution was heated to reflux at 150 ° C. in an oil bath. Water produced by the reaction was trapped in a Dean-stark tube. After 3 hours, when almost no water was observed, toluene was removed from the Dean-stark tube out of the system. The reaction temperature was gradually raised to 200 ° C. and stirring was continued for 3 hours. Then, 9.2 g (53 mmol) of 2,6-dichlorobenzonitrile was added, and the reaction was further continued for 5 hours. The reaction solution was diluted with a cooler and 100 mL of toluene. Inorganic salts insoluble in the reaction solution were filtered, and the filtrate was poured into 2 L of methanol to precipitate the product. The precipitated product was filtered and dried, then dissolved in 250 mL of tetrahydrofuran, and poured into 2 L of methanol for reprecipitation. The precipitated white powder was filtered and dried to obtain 109 g of the desired product. The number average molecular weight (Mn) measured by GPC was 9,500. From the 1 H-NMR spectrum of this compound, it was confirmed that the obtained compound was an oligomer represented by the following formula.

Figure 2006335815
Figure 2006335815

[合成例4]
(スルホン化ポリマーの合成)
攪拌機、温度計、窒素導入管をとりつけた1Lの三口フラスコに、3−(2,5−ジクロロベンゾイル)ベンゼンスルホン酸ネオベンチル135.2g(337mmol)、実施例1で得られたMn9,500の疎水性ユニット48.7g(5.1mmol)、ピス(トリフエニルホスフィン)ニッケルジクロリド6.71g(10.3mmol)、ヨウ化ナトリウム1.54g(10.3mmol)、トリフェニルホスフィン35.9g(137mmol)、亜鉛53.7g(821mmol)をはかりとり、乾燥窒素置換した。ここにN,N−ジメチルアセトアミド(DMAc)430mLを加え、反応温度を80℃に保持しながら3時間攪拌を続けた後、DMAc730mLを加えて希釈し、不溶物を濾過した。得られた溶液を攪拌機、温度計、窒素導入管を取り付けた2Lの三口フラスコに入れた。115℃に加熱攪拌し、臭化リチウム44g(506mmol)を加えた。7時間攪拌後、アセトン5Lに注いで生成物を沈殿させた。ついで、1N塩酸、純水の順で洗浄後、乾燥して目的の重合体122gを得た。得られた重合体の重量平均分子量(Mw)は135,000であったH−NMRスペクトルから、得られた重合体は下記式で表されるスルホン化ポリマーと推定される。また、スルホン酸当量は2.4meq/gであった。
[Synthesis Example 4]
(Synthesis of sulfonated polymer)
In a 1 L three-necked flask equipped with a stirrer, a thermometer, and a nitrogen introduction tube, 135.2 g (337 mmol) of neoventil 3- (2,5-dichlorobenzoyl) benzenesulfonate, hydrophobicity of Mn 9,500 obtained in Example 1 Sex unit 48.7 g (5.1 mmol), pis (triphenylphosphine) nickel dichloride 6.71 g (10.3 mmol), sodium iodide 1.54 g (10.3 mmol), triphenylphosphine 35.9 g (137 mmol), Zinc 53.7 g (821 mmol) was weighed and purged with dry nitrogen. 430 mL of N, N-dimethylacetamide (DMAc) was added thereto, and stirring was continued for 3 hours while maintaining the reaction temperature at 80 ° C. Then, 730 mL of DMAc was added for dilution, and insoluble matters were filtered off. The obtained solution was put into a 2 L three-necked flask equipped with a stirrer, a thermometer, and a nitrogen introduction tube. The mixture was heated and stirred at 115 ° C., and 44 g (506 mmol) of lithium bromide was added. After stirring for 7 hours, the product was precipitated by pouring into 5 L of acetone. Subsequently, it was washed with 1N hydrochloric acid and pure water in this order, and then dried to obtain 122 g of the target polymer. From the 1 H-NMR spectrum in which the weight average molecular weight (Mw) of the obtained polymer was 135,000, the obtained polymer is estimated to be a sulfonated polymer represented by the following formula. The sulfonic acid equivalent was 2.4 meq / g.

Figure 2006335815
Figure 2006335815

<実施例1>
合成例2で得られたスルホン酸を有するポリアリーレン60g、メタノール136gおよびN−メチル−2−ピロリドン204gを1000ccのポリ瓶にとり、攪拌して均一なポリマー溶液を得た。これに60分間のオゾン処理を空気中で実施したカーボンブラック(商品名;ケッチェンEC、三菱化学社製)0.6g(1重量%)を加え、ディスパーサーにより20分混合し、均一分散させた。上記の溶液をPETフィルム上にパーコータ一法によりキャストし、80℃で30分間、次いで140℃で60分間乾燥することで、膜厚40μmの均一な固体電解質膜を得た。
<Example 1>
60 g of polyarylene having sulfonic acid obtained in Synthesis Example 2, 136 g of methanol and 204 g of N-methyl-2-pyrrolidone were placed in a 1000 cc plastic bottle and stirred to obtain a uniform polymer solution. To this was added 0.6 g (1% by weight) of carbon black (trade name; Ketjen EC, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) that had been subjected to ozone treatment for 60 minutes, and mixed with a disperser for 20 minutes for uniform dispersion. . The above solution was cast on a PET film by a percoater method and dried at 80 ° C. for 30 minutes and then at 140 ° C. for 60 minutes to obtain a uniform solid electrolyte membrane having a thickness of 40 μm.

<実施例2>
実施例1において、カーボンブラックの添加量を2.4g(4重量%)とした以外は、実施例1と同様にして厚さ42μmの均一な固体電解質膜を得た。
<Example 2>
A uniform solid electrolyte membrane having a thickness of 42 μm was obtained in the same manner as in Example 1 except that the amount of carbon black added was 2.4 g (4 wt%) in Example 1.

<実施例3>
実施例1において、カーボンブラックの添加量を0.006g(0.01重量%)とした以外は、実施例1と同様にして厚さ41μmの均一な団体電解質膜を得た。
<Example 3>
In Example 1, a uniform collective electrolyte membrane having a thickness of 41 μm was obtained in the same manner as in Example 1 except that the amount of carbon black added was 0.006 g (0.01 wt%).

<実施例4>
合成例4で、得られたスルホン酸を有するポリアリーレン60g・メタノール136gおよびN―メチル−2−ピロリドン204gを1000ccのポリ瓶にとり、攪拌して均一なポリマー溶液を得た。60分間のオゾン処理を空気中で実施したカーボンブラック(商品名;ケッチェンEC、三菱化学社製)1.8g(3重量%)を加え、ディスパーサーにより20分混合し、均一分散させた。上記の溶液をPETフィルム上にバーコータ一法によりキャストし、80℃で30分間、次いで140℃で60分間乾燥することで、膜厚41μmの均一な固体電解質膜を得た。
<Example 4>
In Synthesis Example 4, 60 g of polyarylene having sulfonic acid obtained, 136 g of methanol and 204 g of N-methyl-2-pyrrolidone were placed in a 1000 cc plastic bottle and stirred to obtain a uniform polymer solution. Carbon black (trade name; Ketjen EC, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), which was subjected to ozone treatment for 60 minutes, was added thereto, mixed for 20 minutes with a disperser, and uniformly dispersed. The above solution was cast on a PET film by a bar coater method and dried at 80 ° C. for 30 minutes and then at 140 ° C. for 60 minutes to obtain a uniform solid electrolyte membrane having a thickness of 41 μm.

<実施例5>
実施例1とおいて、カーボンブラックの添加量を3g(5重量%)とした以外は、実施例1と同様にして厚さ39μmの均一な固体電解質膜を得た。
<Example 5>
A uniform solid electrolyte membrane having a thickness of 39 μm was obtained in the same manner as in Example 1 except that the amount of carbon black added was 3 g (5 wt%) in Example 1.

<実施例6>
実施例1において、カーボンブラックの添加量を0.003g(0.005重量%)とした以外は、実施例1と同様にして厚さ43μmの均一な固体電解質膜を得た。
<Example 6>
A uniform solid electrolyte membrane having a thickness of 43 μm was obtained in the same manner as in Example 1 except that the amount of carbon black added was 0.003 g (0.005 wt%) in Example 1.

<比較例1>
実施例1において、カーボンブラックを添加しなかった以外は、実施例1と同様にして厚さ41μmの均一な固体電解質膜を得た。
<Comparative Example 1>
A uniform solid electrolyte membrane having a thickness of 41 μm was obtained in the same manner as in Example 1 except that carbon black was not added.

<比較例2>
実施例4において、カーボンブラックを添加しなかった以外は、実施例1と同様にして厚さ40μmの均一な固体電解質膜を得た。
<Comparative Example 2>
In Example 4, a uniform solid electrolyte membrane having a thickness of 40 μm was obtained in the same manner as in Example 1 except that carbon black was not added.

<比較例3>
Nafion112(DuPont社製)を用いて、実施例1〜6、比較例1〜3と同様の評価を実施した。
<Comparative Example 3>
Evaluation similar to Examples 1-6 and Comparative Examples 1-3 was implemented using Nafion112 (made by DuPont).

実施例1〜6、比較例1〜3で得られた電解質膜の評価結果を表1に示す。   Table 1 shows the evaluation results of the electrolyte membranes obtained in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 3.

Figure 2006335815
Figure 2006335815

本実施例によれば、オゾン処理を施したカーボン材料を、スルホン酸基を有するポリアリーレン100質量部に対して、特に0.01〜4質量部添加することにより、100℃以上の高温領域においても十分に高い機械的強度を保持し耐久性に優れたプロトン伝導膜が得られることがわかる。   According to this example, the carbon material subjected to the ozone treatment is added in an amount of 0.01 to 4 parts by mass, particularly in a high temperature region of 100 ° C. or higher, with respect to 100 parts by mass of the polyarylene having a sulfonic acid group. It can also be seen that a proton conductive membrane having sufficiently high mechanical strength and excellent durability can be obtained.

また、表1に示すように、オゾン処理を施したカーボンブラックを添加していないポリマー(比較例1、2及び3)に対し、カーボンブラックを添加したポリマー(特に実施例1から4)は、強酸化に耐える強度が高いことがわかった。   Moreover, as shown in Table 1, the polymer (particularly Examples 1 to 4) to which carbon black was added to the polymer to which the carbon black subjected to ozone treatment was not added (Comparative Examples 1, 2 and 3), It was found that the strength to withstand strong oxidation was high.

Claims (6)

スルホン酸基を有するポリアリーレンと、オゾン処理を施したカーボン材料と、を含むプロトン伝導体組成物。   A proton conductor composition comprising a polyarylene having a sulfonic acid group and a carbon material subjected to ozone treatment. 前記スルホン酸基を有するポリアリーレン100質量部に対して、前記カーボン材料を0.01〜4質量部含有する請求項1記載のプロトン伝導体組成物。   The proton conductor composition according to claim 1, wherein the carbon material is contained in an amount of 0.01 to 4 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the polyarylene having the sulfonic acid group. 前記カーボン材料は、カーボンブラック、活性炭、カーボンナノチューブ、及びカーボンナノホーンからなる群から選ばれる1種以上である請求項1又は2記載のプロトン伝導体組成物。   The proton conductor composition according to claim 1 or 2, wherein the carbon material is at least one selected from the group consisting of carbon black, activated carbon, carbon nanotubes, and carbon nanohorns. 前記スルホン酸基を有するポリアリーレンが、下記一般式(1)で表される繰り返し単位を少なくとも含む請求項1から3いずれか記載のプロトン伝導体組成物。
Figure 2006335815
(式(1)中、Yは2価の電子吸引性基を表し、Zは2価の電子供与性基又は直接結合を表し、Arは−SOHで表される置換基を有する芳香族基を表し、kは0〜10の整数を表し、1は0〜10の整数を表し、jは1〜4の整数を表す。)
The proton conductor composition according to any one of claims 1 to 3, wherein the polyarylene having a sulfonic acid group includes at least a repeating unit represented by the following general formula (1).
Figure 2006335815
(In formula (1), Y represents a divalent electron-withdrawing group, Z represents a divalent electron-donating group or a direct bond, and Ar represents an aromatic having a substituent represented by —SO 3 H. Represents a group, k represents an integer of 0 to 10, 1 represents an integer of 0 to 10, and j represents an integer of 1 to 4.)
前記スルホン酸基を有するポリアリーレンが、下記一般式(1)で表される繰り返し単位と、下記一般式(2)と(3)で表される繰り返し単位のうちを少なくとも一方と、を含む請求項1から3いずれか記載のプロトン伝導体組成物。
Figure 2006335815
(式(1)中、Yは2価の電子吸引性基を表し、Zは2価の電子供与性基又は直接結合を表し、Arは−SOHで表される置換基を有する芳香族基を表し、kは0〜10の整数を表し、1は0〜10の整数を表し、jは1〜4の整数を表す。)
Figure 2006335815
(式(2)中、R〜Rは互いに同一でも異なっていてもよく、水素原子、フッ素原子、アルキル基、フッ素置換アルキル基、アリル基、アリール基及びニトリル基からなる群より選ばれる原子又は基を表し、Wは2価の電子吸引性基又は単結合を表し、Tは単結合又は2価の有機基を表し、pは0又は正の整数を表す。)
Figure 2006335815
(式(3)中、Bは独立に酸素原子又は硫黄原子であり、R〜R11は互いに同一でも異なっていてもよく、水素原子、フッ素原子、ニトリル基及びアルキル基からなる群より選ばれる原子又は基を表し、nは2以上の整数を表し、Qは下記一般式(q)で表される構造を表す。)
Figure 2006335815
(式(q)中、Aは独立に、2価の原子、2価の有機基、直接結合のいずれかであり、R12〜R19は互いに同一でも異なっていてもよく、水素原子、フッ素原子、ニトリル基、アルキル基及び芳香族基からなる群より選ばれる原子又は基を表す。)
The polyarylene having the sulfonic acid group includes a repeating unit represented by the following general formula (1) and at least one of the repeating units represented by the following general formulas (2) and (3). Item 4. The proton conductor composition according to any one of Items 1 to 3.
Figure 2006335815
(In formula (1), Y represents a divalent electron-withdrawing group, Z represents a divalent electron-donating group or a direct bond, and Ar represents an aromatic having a substituent represented by —SO 3 H. Represents a group, k represents an integer of 0 to 10, 1 represents an integer of 0 to 10, and j represents an integer of 1 to 4.)
Figure 2006335815
(In Formula (2), R 1 to R 8 may be the same as or different from each other, and are selected from the group consisting of a hydrogen atom, a fluorine atom, an alkyl group, a fluorine-substituted alkyl group, an allyl group, an aryl group, and a nitrile group. Represents an atom or group, W represents a divalent electron-withdrawing group or a single bond, T represents a single bond or a divalent organic group, and p represents 0 or a positive integer.)
Figure 2006335815
(In the formula (3), B is independently an oxygen atom or a sulfur atom, and R 9 to R 11 may be the same or different from each other, and are selected from the group consisting of a hydrogen atom, a fluorine atom, a nitrile group and an alkyl group. And n represents an integer of 2 or more, and Q represents a structure represented by the following general formula (q).)
Figure 2006335815
(In the formula (q), A is independently a divalent atom, a divalent organic group or a direct bond, and R 12 to R 19 may be the same as or different from each other, a hydrogen atom, fluorine Represents an atom or group selected from the group consisting of an atom, a nitrile group, an alkyl group and an aromatic group.)
請求項1〜5いずれか記載のプロトン伝導体組成物からなるプロトン伝導膜。   A proton conducting membrane comprising the proton conductor composition according to claim 1.
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