JP2006344587A - Solid electrolyte and its manufacturing method - Google Patents

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JP2006344587A JP2006133697A JP2006133697A JP2006344587A JP 2006344587 A JP2006344587 A JP 2006344587A JP 2006133697 A JP2006133697 A JP 2006133697A JP 2006133697 A JP2006133697 A JP 2006133697A JP 2006344587 A JP2006344587 A JP 2006344587A
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昌之 金子
Takeshi Inazaki
毅 稲崎
Kimiatsu Nomura
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid electrolyte which has high ion conductivity and durability. <P>SOLUTION: This is the solid electrolyte which contains a polymer compound (1) -R1-X-, having a polymer on which a polymerizable monomer containing an acid residue as a side chain has been graft-polymerized. In (1), R1 is a structural unit containing 1 to 8 aromatic rings. X denotes -C(R5R6)-, -S-, -CO-, -SO-, -SO<SB>2</SB>-, as well as a structural unit selected from the group consisting of these combinations, and R5 and R6 respectively denote hydrogen, an alkyl group, an alkenyl group, an aryl group, and a halogen group. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

固体電解質、特にプロトン伝導能を持つ固体電解質膜の製造方法に関する。また、該固体電解質を用いた膜/電極接合体および燃料電池に関する。さらに、固体電解質の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a solid electrolyte, particularly a solid electrolyte membrane having proton conductivity. The present invention also relates to a membrane / electrode assembly and a fuel cell using the solid electrolyte. Furthermore, it is related with the manufacturing method of a solid electrolyte.

近年、携帯機器等の電源として利用できるリチウムイオン電池、燃料電池が活発に研究されており、その部材であるリチウムイオン伝導材料、プロトン伝導材料といった固体電解質についても活発な研究が行われている。   In recent years, lithium ion batteries and fuel cells that can be used as power sources for portable devices and the like have been actively researched, and active research has also been conducted on solid electrolytes such as lithium ion conductive materials and proton conductive materials.

また、携帯機器電源は同一出力であれば小型であることが極めて好ましい。中でもダイレクトメタノール型燃料電池は、改質型燃料電池における改質機、水素燃料の燃料電池における高圧水素タンク等の補機が不要なため、小型化が容易であり、リチウムイオン電池を上回る小型化の可能性があることから、活発に検討されている。
一般に、プロトン伝導材料としてナフィオン(登録商標)に代表されるスルホン酸基含有パーフルオロカーボン重合体が用いられているが、この材料は、プロトン伝導度は高いものの、メタノールのような高極性有機溶媒も透過させるため、ダイレクトメタノール型燃料電池では低出力となってしまう。また、メタノールの透過を抑制するため、燃料として数%程度の低い濃度のメタノール水溶液しか使用することができず、単位重量あるいは単位体積当たりのエネルギー密度が低くなってしまい、小型携帯機器用途に適用できないなどの課題があった。
また、膜/電極接合体を作製する過程に適した強度、燃料電池として使用した場合の充分な耐久性も希求されている。
In addition, it is extremely preferable that the portable device power supply is small if it has the same output. Direct methanol fuel cells, in particular, are easier to miniaturize because they do not require reformers in reforming fuel cells and high-pressure hydrogen tanks in hydrogen fuel fuel cells, making them more compact than lithium ion batteries. Because of this possibility, it is being actively studied.
In general, a sulfonic acid group-containing perfluorocarbon polymer represented by Nafion (registered trademark) is used as a proton conducting material. Because of the permeation, the direct methanol fuel cell has a low output. Also, in order to suppress the permeation of methanol, only a few percent methanol aqueous solution can be used as a fuel, resulting in a low energy density per unit weight or unit volume, which can be applied to small portable devices. There were issues such as being unable to do so.
In addition, there is a demand for strength suitable for the process of producing a membrane / electrode assembly and sufficient durability when used as a fuel cell.

近年、剛性の高い高分子素材を使用した固体電解質の開発例が多く見られる中、高分子素材の中でも耐溶媒性の高い樹脂材料を用いた固体電解質の研究は以前から行われており、非特許文献1及び特許文献1〜5では、スルホン化ポリエーテルエーテルケトン、スルホン化ポリスルホン、スルホン化ポリエーテルケトンを主体とした固体電解質が開発されている。しかしながら、いずれもスルホン酸基が高分子主鎖の芳香族環と直接結合しているため、高い作動温度によって徐々にスルホン酸基の脱離が起こり電池性能が低下するという問題がある。またスルホン酸基が高分子主鎖に直接結合しているため、疎水部である主鎖と親水部であるスルホン酸基の距離が短く水分子を必要以上に吸収するため低いスルホン酸基の導入量で水性溶媒に可溶してしまうという問題が生じる。   In recent years, there have been many development examples of solid electrolytes using high-rigidity polymer materials, and research on solid electrolytes using polymer materials with high solvent resistance has been conducted for many years. In Patent Document 1 and Patent Documents 1 to 5, solid electrolytes mainly composed of sulfonated polyether ether ketone, sulfonated polysulfone, and sulfonated polyether ketone have been developed. However, in any case, since the sulfonic acid group is directly bonded to the aromatic ring of the polymer main chain, there is a problem that the sulfonic acid group is gradually detached at a high operating temperature and the battery performance is lowered. In addition, since the sulfonic acid group is directly bonded to the polymer main chain, the distance between the hydrophobic main chain and the hydrophilic sulfonic acid group is short, and water molecules are absorbed more than necessary. The problem of being soluble in aqueous solvents by the amount arises.

また、特許文献6では、重縮合で合成された高分子主鎖の芳香族環にアルキル基を介してスルホン酸基を結合させ固体電解質を作製している。この方法においては、スルホン酸基をメチレン鎖を介して主鎖と結合させることにより、主鎖の疎水部とスルホン酸基の付いた側鎖の親水部を比較的距離を置いて分離させることにより、プロトン伝導度および機械的強度の向上をめざしている。しかしながら実際ところ、反応効率が非常に低いためスルホン酸基の導入量が少なく、主鎖の疎水部とスルホン酸基の付いた側鎖の親水部が十分に分離されていないのが現状である。   In Patent Document 6, a solid electrolyte is produced by bonding a sulfonic acid group to an aromatic ring of a polymer main chain synthesized by polycondensation via an alkyl group. In this method, the sulfonic acid group is bonded to the main chain via a methylene chain, thereby separating the hydrophobic portion of the main chain from the hydrophilic portion of the side chain with the sulfonic acid group at a relatively long distance. The aim is to improve proton conductivity and mechanical strength. However, in reality, since the reaction efficiency is very low, the amount of sulfonic acid groups introduced is small, and the hydrophobic part of the main chain and the hydrophilic part of the side chain with sulfonic acid groups are not sufficiently separated.

特開平6−49202号公報JP-A-6-49202 特開平6−93114号公報JP-A-6-93114 特開平8−20716号公報JP-A-8-20716 特開平9−245818号公報JP-A-9-245818 特開平10−21943号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-21944 特許登録第3607862号Patent registration No. 3607862 Journal of Membrane Science, 197, 2002, p. 231-242Journal of Membrane Science, 197, 2002, p. 231-242

本発明は、上記課題を解決することを目的としたものであって、耐久性を維持しつつ、高いプロトン伝導性能およびを有する固体電解質を提供することである。   An object of the present invention is to provide a solid electrolyte having high proton conduction performance while maintaining durability.

(1)側鎖として酸残基を含む重合性モノマーがグラフト重合された重合物を有する高分子化合物(1)を含む、固体電解質。
(2)前記重合物の分子量が150以上である(1)に記載の固体電解質。
(3)前記重合性モノマーが、ビニル基を有する、(1)または(2)に記載の固体電解質。
(4)前記高分子化合物(1)は、式(1)で表される繰り返し単位および/または式(4)で表される繰り返し単位を含む主鎖と、該主鎖に結合している、式(25)で表される側鎖を有するものである、(1)〜(3)のいずれか1項に記載の固体電解質。

Figure 2006344587
Figure 2006344587
式(1)または式(4)中、R1およびR4は、それぞれ、式(5)〜(24)で表される構造単位であり、Xは、−C(R56)−、−O−、−S−、−CO−、−SO−または−SO2−、ならびにこれらの組み合わせからなる群より選ばれる構造単位を表し、R5およびR6は、それぞれ、水素原子、アルキル基、アルケニル基、アリール基またはハロゲン置換アルキル基を表す。
1〜S12は、それぞれ、水素原子または置換基を表す。
1は、−O−、−S−または−NR21−を表し、Q2は、−O−、−CR2223−、−CO−または−NR24−を表す。ここで、R21〜R24は、それぞれ、水素原子、アルキル基、アルケニル基、アリール基を表す。
式(25)中、B1は単結合または、連結基を表し、Dは重合性モノマーの重合物を含み、かつ、少なくとも1つの酸残基を有する原子団(X)を表す。
(5)式(25)において、Dが少なくとも1つの酸素透過性の高い置換基を有している、(4)に記載の固体電解質。
(6)式(25)においてB1が、単結合、または、アルキレン基、ハロゲン置換アルキレン基、アルキル置換アルキレン基、アリーレン基、ハロゲン置換アリーレン基、アルキル置換アリーレン基、アルケニレン基、ハロゲン置換アルキニレン基、アルキル置換アルキニレン基、アルキニレン基、アミド基、エステル基、スルホアミド基、スルホン酸エステル基、ウレイド基、スルホニル基、スルフィニル基、チオエーテル基、エーテル基、カルボニル基、ヘテリレン基およびフェニレン基からなる群から選択される1または2以上を組み合わせて構成される炭素原子数0〜100以下の連結基である、請求4または5に記載の固体電解質。
(7)前記高分子化合物(1)は、式(26)で表される繰り返し単位および(27)で表される繰り返し単位を含む、(1)〜(6)のいずれか1項に記載の固体電解質。
Figure 2006344587
(式(26)または(27)中、X1は単結合または−C(R56)−であり、X2およびX4は、それぞれ、−O−または−S−、ならびにこれらの組み合わせからなる基であり、X3は−CO−、−SO−、−SO2−、ならびにこれらの組み合わせからなる基であり、n1およびn2は、それぞれ、0または1であり、n1およびn2の和は1以上である。B1は単結合または、連結基を表し、Dは重合性モノマーの重合物を含み、かつ、少なくとも1つの酸残基を有する原子団(X)を表す。)
(8)前記高分子化合物(1)は、式(28)で表される繰り返し単位および(29)で表される繰り返し単位を含む、(1)〜(7)のいずれか1項に記載の固体電解質。
Figure 2006344587
(式(28)または(29)中、X1は単結合または−C(R56)−であり、X2およびX4は、それぞれ、−O−または−S−、ならびにこれらの組み合わせからなる基であり、X3は−CO−、−SO−、−SO2−、ならびにこれらの組み合わせからなる基であり、n3およびn4は、それぞれ、0または1であり、n3およびn4の和は1以上である。B1は単結合または、連結基を表し、Dは重合性モノマーの重合物を含み、かつ、少なくとも1つの酸残基を有する原子団(X)を表す。)
(9)式(25)中のDが、式(30)で表される繰り返し単位を含み、かつ、式(30)が有する芳香環に、少なくとも、式(31)で表される基が結合している、(4)〜(8)のいずれか1項に記載の固体電解質。
Figure 2006344587
(式(30)中、W11、W12およびW13はそれぞれ水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アリール基またはヘテロ環基を表す。式(31)中、B2は単結合または2〜6価の連結基を表し、A1は酸残基を表し、n5は1〜5の整数である。)
(10)式(25)中のDが、式(30)で表される繰り返し単位を含み、かつ、式(30)中の芳香環に、少なくとも、式(31)で表される基および式(32)で表される基が結合している、(4)〜(8)のいずれか1項に記載の固体電解質。
Figure 2006344587
(式(30)中、W11、W12およびW13はそれぞれ水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アリール基またはヘテロ環基を表す。式(31)中、B2は単結合または2〜6価の連結基を表し、A1は酸残基を表し、n5は1〜5の整数である。式(32)中、E1は酸素透過性の高い置換基を表す。)
(11)膜状である、(1)〜(10)のいずれか1項に記載の固体電解質。
(12)固体電解質膜と、該固体電解質膜を介して両側に配置された一対の電極からなるガス拡散電極とを含む、膜/電極接合体であって、かつ、前記固体電解質膜および/または前記一対の電極が、(1)〜(10)のいずれか1項に記載の固体電解質を含む、膜/電極接合体。
(13)(11)に記載の固体電解質と該固体電解質を介して両側に配置された一対の電極からなるガス拡散電極とを含む、膜/電極接合体。
(14)前記ガス拡散電極が、触媒金属を炭素材からなる導電材の表面にバインダーによって担時された電極である、(12)または(13)に記載の膜/電極接合体。
(15)前記バインダーが、(1)〜(10)のいずれか1項に記載の固体電解質を含む、(14)に記載の膜/電極接合体。
(16)(12)〜(15)のいずれか1項に記載の膜/電極接合体を含む、燃料電池。
(17)ガス拡散電極を挟むように設置されたガス不透過性の一対のセパレータをさらに有する、(16)に記載の燃料電池。
(18)膜/電極接合体とセパレータとの間に配置された一対の集電材をさらに有する、(17)に記載の燃料電池。
(19)高分子化合物の主鎖に酸残基を有する重合性モノマーをグラフト重合させることを含む、固体電解質の製造方法。
(20)高分子化合物の主鎖が、芳香環を含み、該芳香環にハロゲノメチル基を導入した後、重合性モノマーを反応させることを含む、(19)に記載の固体電解質の製造方法。
(21)前記重合性モノマーが式(A)で表される化合物または式(B)で表される化合物である、(19)または(20)に記載の固体電解質の製造方法。
式(A)
Figure 2006344587
(式(A)中、EおよびFは、それぞれ、単結合または2価の連結基を表し、Gはカルボン酸基、スルホン酸基またはリン酸基を表す。)
式(B)
Figure 2006344587
(式(B)中、m1は、0以上の整数であり、Gはカルボン酸基、スルホン酸基またはリン酸基を表す。)
(22)前記重合性モノマーが式(33)で表される化合物で表される化合物である、(19)または(20)に記載の固体電解質の製造方法。
Figure 2006344587
(式(33)中、W21、W22およびW23はそれぞれ水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アリール基またはヘテロ環基を表し、B3は単結合または2〜6価の連結基を表し、A2は酸残基を表し、n6は1〜5の整数を表し、n7は1〜5の整数を表す。)
(23)前記重合性モノマーが式(33)で表される化合物および式(34)で表される化合物である、(19)または(20)に記載の固体電解質の製造方法。
Figure 2006344587
(式(33)および(34)中、W21、W22、W23、W24、W25およびW26はそれぞれ水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アリール基またはヘテロ環基を表し、B3は単結合または2〜6価の連結基を表し、A2は酸残基を表し、n6は1〜5の整数を表し、n7は1〜5の整数を表す。E2は酸素透過性の高い置換基を表し、n8は1〜5の整数を表す。)
(24)前記固体電解質が、(1)〜(11)のいずれか1項に記載の固体電解質である、(19)〜(23)のいずれか1項に記載の固体電解質の製造方法。
(25)側鎖として酸残基を含む重合性モノマーがグラフト重合された重合物を有する高分子化合物。 (1) A solid electrolyte comprising a polymer compound (1) having a polymer obtained by graft polymerization of a polymerizable monomer containing an acid residue as a side chain.
(2) The solid electrolyte according to (1), wherein the polymer has a molecular weight of 150 or more.
(3) The solid electrolyte according to (1) or (2), wherein the polymerizable monomer has a vinyl group.
(4) The polymer compound (1) is bonded to the main chain including a repeating unit represented by the formula (1) and / or a repeating unit represented by the formula (4), The solid electrolyte according to any one of (1) to (3), which has a side chain represented by the formula (25).
Figure 2006344587
Figure 2006344587
In Formula (1) or Formula (4), R 1 and R 4 are structural units represented by Formulas (5) to (24), respectively, X is —C (R 5 R 6 ) —, Represents a structural unit selected from the group consisting of —O—, —S—, —CO—, —SO— or —SO 2 —, and combinations thereof, and R 5 and R 6 represent a hydrogen atom, an alkyl group, respectively. Represents an alkenyl group, an aryl group or a halogen-substituted alkyl group.
S 1 to S 12 each represents a hydrogen atom or a substituent.
Q 1 represents —O—, —S— or —NR 21 —, and Q 2 represents —O—, —CR 22 R 23 —, —CO— or —NR 24 —. Here, R < 21 > -R < 24 > represents a hydrogen atom, an alkyl group, an alkenyl group, and an aryl group, respectively.
In Formula (25), B 1 represents a single bond or a linking group, D represents an atomic group (X) containing a polymer of a polymerizable monomer and having at least one acid residue.
(5) The solid electrolyte according to (4), wherein in formula (25), D has at least one substituent having high oxygen permeability.
(6) In the formula (25), B 1 is a single bond or an alkylene group, a halogen-substituted alkylene group, an alkyl-substituted alkylene group, an arylene group, a halogen-substituted arylene group, an alkyl-substituted arylene group, an alkenylene group, or a halogen-substituted alkynylene group. An alkyl-substituted alkynylene group, an alkynylene group, an amide group, an ester group, a sulfoamide group, a sulfonic acid ester group, a ureido group, a sulfonyl group, a sulfinyl group, a thioether group, an ether group, a carbonyl group, a heterylene group, and a phenylene group. The solid electrolyte according to claim 4 or 5, which is a linking group having 0 to 100 carbon atoms, which is constituted by combining 1 or 2 selected.
(7) The polymer compound (1) according to any one of (1) to (6), comprising a repeating unit represented by the formula (26) and a repeating unit represented by (27). Solid electrolyte.
Figure 2006344587
(In formula (26) or (27), X 1 is a single bond or —C (R 5 R 6 ) —, and X 2 and X 4 are —O— or —S—, and combinations thereof, respectively. X 3 is a group consisting of —CO—, —SO—, —SO 2 —, and combinations thereof, and n 1 and n 2 are each 0 or 1, and n 1 and The sum of n 2 is at least 1. B 1 represents a single bond or a linking group, D represents a polymer of a polymerizable monomer, and represents an atomic group (X) having at least one acid residue. .)
(8) The polymer compound (1) according to any one of (1) to (7), comprising a repeating unit represented by the formula (28) and a repeating unit represented by (29). Solid electrolyte.
Figure 2006344587
(In formula (28) or (29), X 1 is a single bond or —C (R 5 R 6 ) —, and X 2 and X 4 are —O— or —S—, and combinations thereof, respectively. X 3 is a group consisting of —CO—, —SO—, —SO 2 —, and combinations thereof, and n 3 and n 4 are each 0 or 1, and n 3 and The sum of n 4 is at least 1. B 1 represents a single bond or a linking group, D represents a polymer of a polymerizable monomer, and represents an atomic group (X) having at least one acid residue. .)
(9) D in the formula (25) includes the repeating unit represented by the formula (30), and at least the group represented by the formula (31) is bonded to the aromatic ring of the formula (30). The solid electrolyte according to any one of (4) to (8).
Figure 2006344587
(In Formula (30), W 11 , W 12 and W 13 each represent a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group, an aryl group or a heterocyclic group. In Formula (31), B 2 is a single bond or 2-6. Represents a valent linking group, A 1 represents an acid residue, and n 5 is an integer of 1 to 5.)
(10) D in the formula (25) includes a repeating unit represented by the formula (30), and the aromatic ring in the formula (30) has at least a group and a formula represented by the formula (31) The solid electrolyte according to any one of (4) to (8), wherein the group represented by (32) is bonded.
Figure 2006344587
(In Formula (30), W 11 , W 12 and W 13 each represent a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group, an aryl group or a heterocyclic group. In Formula (31), B 2 is a single bond or 2-6. Represents a valent linking group, A 1 represents an acid residue, and n 5 represents an integer of 1 to 5. In formula (32), E 1 represents a substituent having high oxygen permeability.
(11) The solid electrolyte according to any one of (1) to (10), which is in a film form.
(12) A membrane / electrode assembly including a solid electrolyte membrane and a gas diffusion electrode including a pair of electrodes disposed on both sides of the solid electrolyte membrane, and the solid electrolyte membrane and / or A membrane / electrode assembly, wherein the pair of electrodes includes the solid electrolyte according to any one of (1) to (10).
(13) A membrane / electrode assembly comprising the solid electrolyte according to (11) and a gas diffusion electrode comprising a pair of electrodes disposed on both sides of the solid electrolyte.
(14) The membrane / electrode assembly according to (12) or (13), wherein the gas diffusion electrode is an electrode in which a catalytic metal is supported on the surface of a conductive material made of a carbon material by a binder.
(15) The membrane / electrode assembly according to (14), wherein the binder includes the solid electrolyte according to any one of (1) to (10).
(16) A fuel cell comprising the membrane / electrode assembly according to any one of (12) to (15).
(17) The fuel cell according to (16), further comprising a pair of gas-impermeable separators disposed so as to sandwich the gas diffusion electrode.
(18) The fuel cell according to (17), further comprising a pair of current collectors disposed between the membrane / electrode assembly and the separator.
(19) A method for producing a solid electrolyte, comprising graft polymerization of a polymerizable monomer having an acid residue on the main chain of a polymer compound.
(20) The method for producing a solid electrolyte according to (19), wherein the main chain of the polymer compound includes an aromatic ring, and a polymerizable monomer is reacted after introducing a halogenomethyl group into the aromatic ring.
(21) The method for producing a solid electrolyte according to (19) or (20), wherein the polymerizable monomer is a compound represented by the formula (A) or a compound represented by the formula (B).
Formula (A)
Figure 2006344587
(In the formula (A), E and F each represent a single bond or a divalent linking group, and G represents a carboxylic acid group, a sulfonic acid group or a phosphoric acid group.)
Formula (B)
Figure 2006344587
(In formula (B), m1 is an integer of 0 or more, and G represents a carboxylic acid group, a sulfonic acid group, or a phosphoric acid group.)
(22) The method for producing a solid electrolyte according to (19) or (20), wherein the polymerizable monomer is a compound represented by the compound represented by formula (33).
Figure 2006344587
(In formula (33), W 21 , W 22 and W 23 each represent a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group, an aryl group or a heterocyclic group, and B 3 represents a single bond or a divalent to hexavalent linking group. , a 2 represents an acid residue, n6 represents an integer of 1 to 5, n7 is an integer of 1-5.)
(23) The method for producing a solid electrolyte according to (19) or (20), wherein the polymerizable monomer is a compound represented by formula (33) and a compound represented by formula (34).
Figure 2006344587
(Expressed in the formula (33) and (34), W 21, W 22, W 23, W 24, W 25 and W 26 are each a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group, an aryl group or a heterocyclic group, B 3 Represents a single bond or a bivalent to hexavalent linking group, A 2 represents an acid residue, n6 represents an integer of 1 to 5, n7 represents an integer of 1 to 5. E 2 represents an oxygen-permeable substance. Represents a high substituent, and n8 represents an integer of 1 to 5.)
(24) The method for producing a solid electrolyte according to any one of (19) to (23), wherein the solid electrolyte is the solid electrolyte according to any one of (1) to (11).
(25) A polymer compound having a polymer obtained by graft polymerization of a polymerizable monomer containing an acid residue as a side chain.

本発明の固体電解質は、プロトン伝導性に優れたものが得られた。  The solid electrolyte of the present invention was excellent in proton conductivity.

以下において、本発明の内容について詳細に説明する。尚、本願明細書において「〜」とはその前後に記載される数値を下限値および上限値として含む意味で使用される。尚、本明細書において、「A」置換「B」基とは、Aで置換されたB基のことをいう。例えば、ハロゲン置換アルキル基とは、ハロゲン原子で置換されたアルキル基をいう。   Hereinafter, the contents of the present invention will be described in detail. In the present specification, “to” is used to mean that the numerical values described before and after it are included as a lower limit value and an upper limit value. In the present specification, the “A” -substituted “B” group means a B group substituted with A. For example, a halogen-substituted alkyl group refers to an alkyl group substituted with a halogen atom.

本発明の固体電解質は、高分子化合物(1)を含み、高分子化合物(1)は、その主鎖に酸残基を含む重合性モノマーをグラフト重合してなる重合物である側鎖を有することを特徴とする。
また、本明細書における、グラフト重合とは、高分子化合物(1)の主鎖の幹に枝をつけるようにして主鎖とは異なるモノマーを側鎖として導入するような重合反応をいい、塊状重合、懸濁重合、溶液重合または乳化重合等のいずれの重合法であってもよい。また、グラフト重合には、高分子科学の基礎 第2版 高分子学会編、284-340記載の重合法、例えば、カチオン重合、ラジカル重合、アニオン重合、レドックス重合を用いることができ、中でもラジカル重合が好ましい。ラジカル重合のなかでも、Chem.Rev.2001,101,2921−2990に記載の原子移動ラジカル重合や、Macromolecules、2004,37,1297−1303に記載の安定フリーラジカル重合のようなリビングラジカル重合法を用いると、ラジカル再結合などの停止反応が抑制され、グラフト量の制御が可能となるため、特に好ましい。
The solid electrolyte of the present invention contains a polymer compound (1), and the polymer compound (1) has a side chain that is a polymer obtained by graft polymerization of a polymerizable monomer containing an acid residue in its main chain. It is characterized by that.
In this specification, the graft polymerization refers to a polymerization reaction in which a monomer different from the main chain is introduced as a side chain so as to branch off the main chain of the polymer compound (1). Any polymerization method such as polymerization, suspension polymerization, solution polymerization or emulsion polymerization may be used. For the graft polymerization, a polymerization method described in 284-340, the Basics of Polymer Science, 2nd edition, Polymer Society, for example, cationic polymerization, radical polymerization, anionic polymerization, and redox polymerization can be used. Is preferred. Among radical polymerizations, Chem. Rev. When a living radical polymerization method such as atom transfer radical polymerization described in 2001, 101, 2921-2990 or stable free radical polymerization described in Macromolecules, 2004, 37, 1297-1303 is used, termination reaction such as radical recombination Is particularly preferable because the amount of grafting is suppressed and the amount of grafting can be controlled.

本発明の固体電解質は、側鎖に酸残基を含む高分子固体電解質とは異なり、側鎖に酸残基を含む重合性モノマーをグラフト重合させ、酸残基の配向秩序を整えることにより、長いプロトン輸送チャンネルが形成され、高いプロトン伝導を可能とするものである。すなわち、従来のプロトン伝導膜は、図1に示すような相分離構造である(尚、図中、黒線がプロトン輸送ドメインである。)。一方、本発明のプロトン伝導膜は、図2に示すような相分離構造である。
尚、本発明の固体電解質において、所望のプロトン伝導を達成することができれば、固体電解質全体として長いプロトン輸送チャンネルを形成していない部分を含んでいてもよい。
The solid electrolyte of the present invention is different from the polymer solid electrolyte containing an acid residue in the side chain, by graft polymerization of a polymerizable monomer containing an acid residue in the side chain, and adjusting the orientation order of the acid residue, A long proton transport channel is formed, which enables high proton conduction. That is, the conventional proton conducting membrane has a phase separation structure as shown in FIG. 1 (in the figure, the black line is the proton transport domain). On the other hand, the proton conducting membrane of the present invention has a phase separation structure as shown in FIG.
In addition, in the solid electrolyte of the present invention, as long as desired proton conduction can be achieved, the solid electrolyte as a whole may include a portion where a long proton transport channel is not formed.

本発明で用いる高分子化合物(1)の主鎖は、好ましくは、式(1)で表される繰り返し単位および/または式(4)で表される繰り返し単位を含む。また、本発明の固体電解質の側鎖は、式(25)で表される側鎖であることが好ましい。
式(25)で表される側鎖は、例えば、酸残基を有する重合性モノマーをグラフトすることで得られる。
The main chain of the polymer compound (1) used in the present invention preferably contains a repeating unit represented by the formula (1) and / or a repeating unit represented by the formula (4). Moreover, it is preferable that the side chain of the solid electrolyte of this invention is a side chain represented by Formula (25).
The side chain represented by the formula (25) can be obtained, for example, by grafting a polymerizable monomer having an acid residue.

まず、式(1)で表される繰り返し単位および/または式(4)で表される繰り返し単位を含む主鎖について説明する。

Figure 2006344587
Figure 2006344587
First, the main chain containing the repeating unit represented by the formula (1) and / or the repeating unit represented by the formula (4) will be described.
Figure 2006344587
Figure 2006344587

式中、R1およびR4は、それぞれ、式(5)〜(24)で表される構造単位であり、式(5)〜式(9)が好ましい。
Xは、−C(R56)−、−O−、−S−、−CO−、−SO−または−SO2−、ならびにこれらの組み合わせからなる群より選ばれる構造単位を表す。
ここで、R5およびR6は、それぞれ、水素原子、アルキル基、アルケニル基、アリール基またはハロゲン置換アルキル基を表し、それぞれ、水素原子、アルキル基(好ましくは炭素原子数(以下「C数」ということがある)1〜20の基、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、イソプロピル基、メトキシエチル基)、アルケニル基(好ましくはC数2〜20の基、例えば、ビニル基、アリル基)、アリール基(好ましくはC数6〜26の基、例えば、フェニル基、ペンタフルオロフェニル基、2−ナフチル基)、ハロゲン置換アルキル基(好ましくはC数1〜20の基、例えば、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、ヘプタフルオロプロピル基、ジフルオロメチル基、クロロメチル基)を表す。
Xは、−C(R56)−、−O−、−S−、−CO−、−SO−または−SO2−であることが好ましく、−C(R56)−(より好ましくは−C(CH32−または−C(CF32−)、−O−、−S−、−CO−または−SO2−であることがさらに好ましい。
In the formula, R 1 and R 4 are structural units represented by the formulas (5) to (24), respectively, and the formulas (5) to (9) are preferable.
X represents a structural unit selected from the group consisting of —C (R 5 R 6 ) —, —O—, —S—, —CO—, —SO— or —SO 2 —, and combinations thereof.
Here, R 5 and R 6 each represent a hydrogen atom, an alkyl group, an alkenyl group, an aryl group or a halogen-substituted alkyl group, and each represents a hydrogen atom, an alkyl group (preferably a carbon atom number (hereinafter “C number”). 1-20 groups, for example, methyl group, ethyl group, propyl group, butyl group, isopropyl group, methoxyethyl group), alkenyl group (preferably C 2-20 group, for example, vinyl group) , An allyl group), an aryl group (preferably a group having 6 to 26 carbon atoms, such as a phenyl group, a pentafluorophenyl group, a 2-naphthyl group), a halogen-substituted alkyl group (preferably a group having 1 to 20 carbon atoms, such as Trifluoromethyl group, pentafluoroethyl group, heptafluoropropyl group, difluoromethyl group, chloromethyl group).
X is preferably —C (R 5 R 6 ) —, —O—, —S—, —CO—, —SO— or —SO 2 —, and more preferably —C (R 5 R 6 ) — (more It is more preferably —C (CH 3 ) 2 — or —C (CF 3 ) 2 —), —O—, —S—, —CO— or —SO 2 —.

1〜S12は、それぞれ、水素原子または置換基を表す。置換基としては、例えば、アルキル基(好ましくはC数1〜20の基、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、n−ペンチル基、ベンジル基、3−スルホプロピル基、4−スルホブチル基、カルボキシメチル基、5−カルボキシペンチル基)、アルケニル基(好ましくはC数2〜20の基、例えば、ビニル基、アリル基、2−ブテニル基、1,3−ブタジエニル基)、シクロアルキル基(好ましくはC数3〜20の基、例えば、シクロペンチル基、シクロヘキシル基)、アリール基(好ましくは、C数6〜20の基、例えば、フェニル基、2−クロロフェニル基、4−メトキシフェニル基、3−メチルフェニル基、1−ナフチル基、2−ニトロフェニル基)、ヘテロ環基(好ましくはC数1〜20の基、例えば、ピリジル環基、チエニル環基、フリル環基、チアゾリル環基、イミダゾリル環基、ピラゾリル環基、ピロリジノ環基、ピペリジノ環基、モルホリノ環基)、アルキニル基(好ましくはC数2〜20の基、例えば、エチニル基、2−プロピニル基、1,3−ブタジイニル基、2−フェニルエチニル基)、ハロゲン原子(例えば、F、Cl、Br、I)、アミノ基(好ましくはC数0〜20の基、例えば、アミノ基、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、ジブチルアミノ基、アニリノ基)、シアノ基、ニトロ基、ヒドロキシル基、メルカプト基、カルボキシル基、スルホ基、ホスホン酸基、アシル基(好ましくはC数1〜20の基、例えば、アセチル基、ベンゾイル基、サリチロイル基、ピバロイル基、3,5−ジメトキシベンゾイル基、4−メトキシベンゾイル基)、アルコキシ基(好ましくはC数1〜20の基、例えば、メトキシ基、ブトキシ基、シクロヘキシルオキシ基)、アリールオキシ基(好ましくはC数6〜26の基、例えば、フェノキシ基、1−ナフトキシ基)、アルキルチオ基(好ましくはC数1〜20の基、例えば、メチルチオ基、エチルチオ基)、アリールチオ基(好ましくはC数6〜20の基、例えば、フェニルチオ基、4−クロロフェニルチオ基)、アルキルスルホニル基(好ましくはC数1〜20の基、例えば、メタンスルホニル基、ブタンスルホニル基)、アリールスルホニル基(好ましくはC数6〜20の基、例えば、ベンゼンスルホニル基、パラトルエンンスルホニル基)、スルファモイル基(好ましくはC数0〜20の基、例えば、スルファモイル基、N−メチルスルファモイル基、N−フェニルスルファモイル基)、カルバモイル基(好ましくはC数1〜20の基、例えば、カルバモイル基、N−メチルカルバモイル基、N、N−ジメチルカルバモイル基、N−フェニルカルバモイル基)、アシルアミノ基(好ましくはC数1〜20の基、例えば、アセチルアミノ基、ベンゾイルアミノ基)、イミノ基(好ましくはC数2〜20の基、例えば、フタルイミノ基)、アシルオキシ基(好ましくはC数1〜20の基、例えば、アセチルオキシ基、ベンゾイルオキシ基)、アルコキシカルボニル基(好ましくはC数2〜20の基、例えば、メトキシカルボニル基、フェノキシカルボニル基)、カルバモイルアミノ基(好ましくはC数1〜20の基、例えば、カルバモイルアミノ基、N−メチルカルバモイルアミノ基、N−フェニルカルバモイルアミノ基)であり、より好ましくはアルキル基、アルケニル基、シクロアルキル基、アリール基、ヘテロ環基、アルキニル基、ハロゲン原子、ニトロ基、ヒドロキシル基、カルボキシル基、スルホ基、ホスホン酸基、アシル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アルキルチオ基、アリールチオ基、アルキルスルホニル基、アリールスルホニル基、スルファモイル基、カルバモイル基、アシルアミノ基、イミノ基である。 S 1 to S 12 each represents a hydrogen atom or a substituent. Examples of the substituent include an alkyl group (preferably a group having 1 to 20 carbon atoms such as a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, an n-pentyl group, a benzyl group, 3 -Sulfopropyl group, 4-sulfobutyl group, carboxymethyl group, 5-carboxypentyl group), alkenyl group (preferably a group having 2 to 20 carbon atoms such as vinyl group, allyl group, 2-butenyl group, 1,3 -Butadienyl group), a cycloalkyl group (preferably a group having 3 to 20 carbon atoms, such as a cyclopentyl group, a cyclohexyl group), an aryl group (preferably a group having 6 to 20 carbon atoms, such as a phenyl group, 2-chlorophenyl). Group, 4-methoxyphenyl group, 3-methylphenyl group, 1-naphthyl group, 2-nitrophenyl group), heterocyclic group (preferably having 1 to 20 carbon atoms) For example, pyridyl ring group, thienyl ring group, furyl ring group, thiazolyl ring group, imidazolyl ring group, pyrazolyl ring group, pyrrolidino ring group, piperidino ring group, morpholino ring group), alkynyl group (preferably C 2-20 Groups such as ethynyl group, 2-propynyl group, 1,3-butadiynyl group, 2-phenylethynyl group), halogen atoms (for example, F, Cl, Br, I), amino groups (preferably having a C number of 0 to 20 groups such as amino group, dimethylamino group, diethylamino group, dibutylamino group, anilino group), cyano group, nitro group, hydroxyl group, mercapto group, carboxyl group, sulfo group, phosphonic acid group, acyl group (preferably Is a group having 1 to 20 carbon atoms, for example, acetyl group, benzoyl group, salicyloyl group, pivaloyl group, 3,5-dimethoxybenzo Group, 4-methoxybenzoyl group), an alkoxy group (preferably a group having 1 to 20 carbon atoms, for example, a methoxy group, a butoxy group, a cyclohexyloxy group), an aryloxy group (preferably a group having 6 to 26 carbon atoms, For example, phenoxy group, 1-naphthoxy group), alkylthio group (preferably a group having 1 to 20 carbon atoms, such as methylthio group, ethylthio group), arylthio group (preferably a group having 6 to 20 carbon atoms, such as phenylthio group) 4-chlorophenylthio group), an alkylsulfonyl group (preferably a group having 1 to 20 carbon atoms, such as a methanesulfonyl group or a butanesulfonyl group), an arylsulfonyl group (preferably a group having 6 to 20 carbon atoms, such as benzene) Sulfonyl group, paratoluenesulfonyl group), sulfamoyl group (preferably a group having 0 to 20 carbon atoms, for example, Rufamoyl group, N-methylsulfamoyl group, N-phenylsulfamoyl group), carbamoyl group (preferably a group having 1 to 20 carbon atoms, such as carbamoyl group, N-methylcarbamoyl group, N, N-dimethylcarbamoyl) Group, N-phenylcarbamoyl group), acylamino group (preferably a group having 1 to 20 carbon atoms, such as acetylamino group, benzoylamino group), imino group (preferably a group having 2 to 20 carbon atoms, such as phthalimino group) ), An acyloxy group (preferably a group having 1 to 20 carbon atoms, such as an acetyloxy group or a benzoyloxy group), an alkoxycarbonyl group (preferably a group having 2 to 20 carbon atoms, such as a methoxycarbonyl group or a phenoxycarbonyl group) A carbamoylamino group (preferably a group having 1 to 20 carbon atoms such as a carbamoylamino group N-methylcarbamoylamino group, N-phenylcarbamoylamino group), more preferably alkyl group, alkenyl group, cycloalkyl group, aryl group, heterocyclic group, alkynyl group, halogen atom, nitro group, hydroxyl group, carboxyl Group, sulfo group, phosphonic acid group, acyl group, alkoxy group, aryloxy group, alkylthio group, arylthio group, alkylsulfonyl group, arylsulfonyl group, sulfamoyl group, carbamoyl group, acylamino group, imino group.

1は、−O−、−S−または−NR21−を表し、−O−または−S−が好ましい。
2は、−O−、−CR2223−、−CO−または−NR24−を表し、−O−、−CH2−、−CO−または−NH2−が好ましい。
ここで、R21〜R24は、それぞれ、水素原子、アルキル基、アルケニル基、アリール基を表し、水素原子が好ましい。
Q 1 represents —O—, —S— or —NR 21 —, preferably —O— or —S—.
Q 2 represents —O—, —CR 22 R 23 —, —CO— or —NR 24 —, preferably —O—, —CH 2 —, —CO— or —NH 2 —.
Here, R < 21 > -R < 24 > represents a hydrogen atom, an alkyl group, an alkenyl group, and an aryl group, respectively, and a hydrogen atom is preferable.

式(1)で表される繰り返し単位および/または式(4)で表される繰り返し単位を含む主鎖は、例えば、下記の(3−1)〜(3−15)のいずれかで表されることができるが、本発明で用いる高分子化合物(1)の主鎖はこれに限定されるものではない。
尚、nは正の整数であり、後述する本発明で用いる高分子化合物(1)の好ましい分子量を満たす範囲であることが好ましい。また、R13、R14は、それぞれ、炭素原子数1〜10のアルキル基またはフェニル基である。
The main chain containing the repeating unit represented by the formula (1) and / or the repeating unit represented by the formula (4) is represented by any of the following (3-1) to (3-15), for example. However, the main chain of the polymer compound (1) used in the present invention is not limited to this.
In addition, n is a positive integer and is preferably in a range satisfying a preferable molecular weight of the polymer compound (1) used in the present invention described later. R 13 and R 14 are each an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms or a phenyl group.

Figure 2006344587
Figure 2006344587

本発明で用いる高分子化合物(1)の主鎖を合成する方法の一例としては、"第四版 実験化学講座、29巻、4.1 耐熱性材料"にあるような公知の方法を用いることが好ましい。また、市販のポリマーを主鎖として利用することもできる。より具体的には、例えば、スルホンを主鎖に有する場合には、式(35)で表される化合物(スルホン化合物)と、式(36)で表される化合物(芳香族ジオール類)とを重縮合させる製造方法が挙げられる。   As an example of a method for synthesizing the main chain of the polymer compound (1) used in the present invention, a known method as described in "4th edition Experimental Chemistry Course, Vol. 29, 4.1 Heat-resistant material" is used. Is preferred. Commercially available polymers can also be used as the main chain. More specifically, for example, when sulfone is contained in the main chain, a compound represented by formula (35) (sulfone compound) and a compound represented by formula (36) (aromatic diols) Examples of the production method include polycondensation.

Figure 2006344587
Figure 2006344587

式(35)中、Y1はハロゲン原子(好ましくは、F、Cl)またはニトロ基を表す。
式(36)中、Aは、単結合、−C(R56)−、−O−、−S−、−CO−、−SO−または−SO2−、ならびにこれらの組み合わせからなる群より選ばれる構造単位を表す。
ここで、R5およびR6は、式(1)または式(4)におけるR5およびR6と同義であり、それぞれ、水素原子、アルキル基(例えば、メチル基、エチル基、ベンジル基等)、アルケニル基、アリール基、ハロゲン置換アルキル基(例えば、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基)が好ましい。
Aは、−C(R56)−(より好ましくは−C(CH32−または−C(CF32−)、−O−、−S−、−CO−、−SO−または−SO2−であることが好ましく、−C(CH32−、−C(CF32−、−O−、−S−、−CO−または−SO2−であることがさらに好ましい。
mは0、1、または2であり、RおよびRは、それぞれ、炭素原子数1〜10のアルキル基
であり、sおよびsは、それぞれ、0〜4の整数である。
In formula (35), Y 1 represents a halogen atom (preferably F, Cl) or a nitro group.
In the formula (36), A represents a group consisting of a single bond, —C (R 5 R 6 ) —, —O—, —S—, —CO—, —SO— or —SO 2 —, and combinations thereof. Represents a structural unit selected from
Here, R 5 and R 6 has the same meaning as R 5 and R 6 in the formula (1) or formula (4), respectively, a hydrogen atom, an alkyl group (e.g., methyl group, ethyl group, benzyl group, etc.) , An alkenyl group, an aryl group, and a halogen-substituted alkyl group (for example, a trifluoromethyl group and a pentafluoroethyl group) are preferable.
A represents —C (R 5 R 6 ) — (more preferably —C (CH 3 ) 2 — or —C (CF 3 ) 2 —), —O—, —S—, —CO—, —SO—. Or —SO 2 —, preferably —C (CH 3 ) 2 —, —C (CF 3 ) 2 —, —O—, —S—, —CO— or —SO 2 —. preferable.
m is 0, 1, or 2, R and R i are each an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and s and s i are each an integer of 0 to 4.

式(35)で表される化合物の具体例としては、以下に表される化合物を挙げることができる。

Figure 2006344587
Specific examples of the compound represented by the formula (35) include the compounds represented below.
Figure 2006344587

これらのスルホン化合物は単独であるいは2種以上を混合して使用することができる。   These sulfone compounds can be used alone or in admixture of two or more.

また式(36)で表される化合物の具体例としてはハイドロキノン、レゾルシン、2−メチルハイドロキノン、2−エチルハイドロキノン、2−プロピルハイドロキノン、2−ブチルハイドロキノン、2−ヘキシルハイドロキノン、2−オクチルハイドロキノン、2−デカニルハイドロキノン、2,3−ジメチルハイドロキノン、2,3−ジエチルハイドロキノン、2,5−ジメチルハイドロキノン、2,5−ジエチルハイドロキノン、2,6−ジメチルハイドロキノン、2,3,5−トリメチルハイドロキノン、2,3,5,6−テトラメチルハイドロキノン、4,4'−ジヒドロキシビフェニル、2,2'−ジヒドロキシビフェニル、3,3'−ジメチル−4,4'−ジヒドロキシビフェニル、3,3',5,5'−テトラメチル−4,4'−ジヒドロキシビフェニル、3,3'−ジクロロ−4,4'−ジヒドロキシビフェニル、3,3',5,5'−テトラクロロ−4,4'−ジヒドロキシビフェニル、3,3'−ジブロモ−4,4'−ジヒドロキシビフェニル、3,3',5,5'−テトラブロモ−4,4'−ジヒドロキシビフェニル、3,3'−ジフルオロ−4,4'−ジヒドロキシビフェニル、3,3',5,5'−テトラフルオロ−4,4'−ジヒドロキシビフェニル、4,4'−ジヒドロキシジフェニルメタン、2,2'−ジヒドロキシジフェニルメタン、3,3'−ジメチル−4,4'−ジヒドロキシジフェニルメタン、3,3',5,5'−テトラメチル−4,4'−ジヒドロキシジフェニルメタン、3,3'−ジクロロ−4,4'−ジヒドロキシジフェニルメタン、3,3',5,5'−テトラクロロ−4,4'−ジヒドロキシジフェニルメタン、3,3'−ジブロモ−4,4'−ジヒドロキシジフェニルメタン、3,3',5,5'−テトラブロモ−4,4'−ジヒドロキシジフェニルメタン、3,3'−ジフルオロ−4,4'−ジヒドロキシジフェニルメタン、3,3'5,5'−テトラフルオロ−4,4'−ジヒドロキシジフェニルメタン、4,4'−ジヒドロキシジフェニルエーテル、2,2'−ジヒドロキシジフェニルエーテル、3,3'−ジメチル−4,4'−ジヒドロキシジフェニルエーテル、3,3',5,5'−テトラメチル−4,4'−ジヒドロキシジフェニルエーテル、3,3'−ジクロロ−4,4'−ジヒドロキシジフェニルエーテル、3,3',5,5'−テトラクロロ−4,4'−ジヒドロキシジフェニルエーテル、3,3'−ジブロモ−4,4'−ジヒドロキシジフェニルエーテル、3,3',5,5'−テトラブロモ−4,4'−ジヒドロキシジフェニルエーテル、3,3'−ジフルオロ−4,4'−ジヒドロキシジフェニルエーテル、3,3',5,5'−テトラフルオロ−4,4'−ジヒドロキシジフェニルエーテル、4,4'−ジヒドロキシジフェニルスルフィド、2,2'−ジヒドロキシジフェニルスルフィド、3,3'−ジメチル−4,4'−ジヒドロキシジフェニルスルフィド、3,3',5,5'−テトラメチル−4,4'−ジヒドロキシジフェニルスルフィド、3,3'−ジクロロ−4,4'−ジヒドロキシジフェニルスルフィド、3,3',5,5'−テトラクロロ−4,4'−ジヒドロキシジフェニルスルフィド、3,3'−ジブロモ−4,4'−ジヒドロキシジフェニルスルフィド、3,3',5,5'−テトラブロモ−4,4'−ジヒドロキシジフェニルスルフィド、3,3'−ジフルオロ−4,4'−ジヒドロキシジフェニルスルフィド、3,3',5,5'−テトラフルオロ−4,4'−ジヒドロキシジフェニルスルフィド、4,4'−ジヒドロキシジフェニルスルホン、2,2'−ジヒドロキシジフェニルスルホン、3,3'−ジメチル−4,4'−ジヒドロキシジフェニルスルホン、3,3',5,5'−テトラメチル−4,4'−ジヒドロキシジフェニルスルホン、3,3'−ジクロロ−4,4'−ジヒドロキシジフェニルスルホン、3,3',5,5'−テトラクロロ−4,4'−ジヒドロキシジフェニルスルホン、3,3'−ジブロモ−4,4'−ジヒドロキシジフェニルスルホン、3,3',5,5'−テトラブロモ−4,4'−ジヒドロキシジフェニルスルホン、3,3'−ジフルオロ−4,4'−ジヒドロキシジフェニルスルホン、3,3',5,5'−テトラフルオロ−4,4'−ジヒドロキシジフェニルスルホン、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(2−ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(3−メチル−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(3−クロロ−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(3,5−ジクロロ−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(3−ブロモ−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(3,5−ジジブロモ−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(3−フルオロ−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(3,5−ジフルオロ−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、α,α'−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−1,4−ジイソプロピルベンゼン、α,α'−ビス(2−ヒドロキシフェニル)−1,4−ジイソプロピルベンゼン、α,α'−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−1,3−ジイソプロピルベンゼン、α,α'−ビス(2−ヒドロキシフェニル)−1,3−ジイソプロピルベンゼン、α,α'−ビス(3−メチル−4−ヒドロキシフェニル)−1,4−ジイソプロピルベンゼン、α,α'−ビス(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)−1,4−ジイソプロピルベンゼン、α,α'−ビス(3−メチル−4−ヒドロキシフェニル)−1,3−ジイソプロピルベンゼン、α,α'−ビス(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)−1,3−ジイソプロピルベンゼン等が挙げられる。これらの芳香族ジオール類は単独であるいは2種以上を混合して使用することができる。   Specific examples of the compound represented by formula (36) include hydroquinone, resorcin, 2-methylhydroquinone, 2-ethylhydroquinone, 2-propylhydroquinone, 2-butylhydroquinone, 2-hexylhydroquinone, 2-octylhydroquinone, 2 -Decanyl hydroquinone, 2,3-dimethylhydroquinone, 2,3-diethylhydroquinone, 2,5-dimethylhydroquinone, 2,5-diethylhydroquinone, 2,6-dimethylhydroquinone, 2,3,5-trimethylhydroquinone, 2 , 3,5,6-tetramethylhydroquinone, 4,4′-dihydroxybiphenyl, 2,2′-dihydroxybiphenyl, 3,3′-dimethyl-4,4′-dihydroxybiphenyl, 3,3 ′, 5,5 '-Tetramethyl-4,4'-dihi Droxybiphenyl, 3,3′-dichloro-4,4′-dihydroxybiphenyl, 3,3 ′, 5,5′-tetrachloro-4,4′-dihydroxybiphenyl, 3,3′-dibromo-4,4 '-Dihydroxybiphenyl, 3,3', 5,5'-tetrabromo-4,4'-dihydroxybiphenyl, 3,3'-difluoro-4,4'-dihydroxybiphenyl, 3,3 ', 5,5'- Tetrafluoro-4,4'-dihydroxybiphenyl, 4,4'-dihydroxydiphenylmethane, 2,2'-dihydroxydiphenylmethane, 3,3'-dimethyl-4,4'-dihydroxydiphenylmethane, 3,3 ', 5,5 '-Tetramethyl-4,4'-dihydroxydiphenylmethane, 3,3'-dichloro-4,4'-dihydroxydiphenylmethane, 3,3', 5,5'-tetrachloro-4 4'-dihydroxydiphenylmethane, 3,3'-dibromo-4,4'-dihydroxydiphenylmethane, 3,3 ', 5,5'-tetrabromo-4,4'-dihydroxydiphenylmethane, 3,3'-difluoro-4, 4'-dihydroxydiphenylmethane, 3,3'5,5'-tetrafluoro-4,4'-dihydroxydiphenylmethane, 4,4'-dihydroxydiphenyl ether, 2,2'-dihydroxydiphenyl ether, 3,3'-dimethyl-4 , 4′-dihydroxydiphenyl ether, 3,3 ′, 5,5′-tetramethyl-4,4′-dihydroxydiphenyl ether, 3,3′-dichloro-4,4′-dihydroxydiphenyl ether, 3,3 ′, 5, 5′-tetrachloro-4,4′-dihydroxydiphenyl ether, 3,3′-dibromo-4,4′-di Droxydiphenyl ether, 3,3 ′, 5,5′-tetrabromo-4,4′-dihydroxydiphenyl ether, 3,3′-difluoro-4,4′-dihydroxydiphenyl ether, 3,3 ′, 5,5′-tetra Fluoro-4,4′-dihydroxydiphenyl ether, 4,4′-dihydroxydiphenyl sulfide, 2,2′-dihydroxydiphenyl sulfide, 3,3′-dimethyl-4,4′-dihydroxydiphenyl sulfide, 3,3 ′, 5 , 5'-tetramethyl-4,4'-dihydroxydiphenyl sulfide, 3,3'-dichloro-4,4'-dihydroxydiphenyl sulfide, 3,3 ', 5,5'-tetrachloro-4,4'- Dihydroxydiphenyl sulfide, 3,3′-dibromo-4,4′-dihydroxydiphenyl sulfide, 3,3 ′, 5, '-Tetrabromo-4,4'-dihydroxydiphenyl sulfide, 3,3'-difluoro-4,4'-dihydroxydiphenyl sulfide, 3,3', 5,5'-tetrafluoro-4,4'-dihydroxydiphenyl sulfide 4,4′-dihydroxydiphenylsulfone, 2,2′-dihydroxydiphenylsulfone, 3,3′-dimethyl-4,4′-dihydroxydiphenylsulfone, 3,3 ′, 5,5′-tetramethyl-4, 4'-dihydroxydiphenylsulfone, 3,3'-dichloro-4,4'-dihydroxydiphenylsulfone, 3,3 ', 5,5'-tetrachloro-4,4'-dihydroxydiphenylsulfone, 3,3'- Dibromo-4,4′-dihydroxydiphenyl sulfone, 3,3 ′, 5,5′-tetrabromo-4,4′-dihydroxydiphenyl Lufone, 3,3′-difluoro-4,4′-dihydroxydiphenylsulfone, 3,3 ′, 5,5′-tetrafluoro-4,4′-dihydroxydiphenylsulfone, 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) ) Propane, 2,2-bis (2-hydroxyphenyl) propane, 2,2-bis (3-methyl-4-hydroxyphenyl) propane, 2,2-bis (3-chloro-4-hydroxyphenyl) propane, 2,2-bis (3,5-dichloro-4-hydroxyphenyl) propane, 2,2-bis (3-bromo-4-hydroxyphenyl) propane, 2,2-bis (3,5-didibromo-4- Hydroxyphenyl) propane, 2,2-bis (3-fluoro-4-hydroxyphenyl) propane, 2,2-bis (3,5-difluoro-4-hydroxyphenyl) Nyl) propane, 2,2-bis (3,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl) propane, α, α′-bis (4-hydroxyphenyl) -1,4-diisopropylbenzene, α, α′-bis ( 2-hydroxyphenyl) -1,4-diisopropylbenzene, α, α′-bis (4-hydroxyphenyl) -1,3-diisopropylbenzene, α, α′-bis (2-hydroxyphenyl) -1,3- Diisopropylbenzene, α, α′-bis (3-methyl-4-hydroxyphenyl) -1,4-diisopropylbenzene, α, α′-bis (3,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl) -1,4- Diisopropylbenzene, α, α′-bis (3-methyl-4-hydroxyphenyl) -1,3-diisopropylbenzene, α, α′-bis (3,5-dimethyl-4-hydro Shifeniru) -1,3-diisopropyl benzene. These aromatic diols can be used alone or in admixture of two or more.

また、式(35)で表される化合物および式(36)で表される化合物の好ましい割合は、式(36)で表される化合物1モルに対して、(35)で表される化合物のモル比は、0.9〜1.1モルであることが好ましく、0.93〜1.07モルであることがより好ましく、0.95〜1.05モルであることがさらに好ましい。   Moreover, the preferable ratio of the compound represented by Formula (35) and the compound represented by Formula (36) is the ratio of the compound represented by (35) with respect to 1 mol of compounds represented by Formula (36). The molar ratio is preferably 0.9 to 1.1 mol, more preferably 0.93 to 1.07 mol, and even more preferably 0.95 to 1.05 mol.

式(35)で表される化合物と、式(36)で表される化合物から選ばれる一つまたは複数の化合物とを重縮合して本発明で用いる高分子化合物(1)の主鎖を合成する場合、塩基性化合物存在下で重縮合させる方法が好適に用いられる。   The main chain of the polymer compound (1) used in the present invention is synthesized by polycondensation of the compound represented by the formula (35) and one or more compounds selected from the compound represented by the formula (36). In this case, a method of polycondensation in the presence of a basic compound is preferably used.

塩基性化合物の種類や反応条件等は特に規定されることはなく、公知の塩基性化合物や反応条件等を適用できる。塩基性化合物としてはアルカリ金属、アルカリ土類金属などの塩基性金属化合物、各種金属の炭酸塩、酢酸塩、水酸化物、第四級アンモニウム塩、ホスホニウム塩、有機塩基などが挙げられる。   The kind of basic compound, reaction conditions, and the like are not particularly defined, and known basic compounds and reaction conditions can be applied. Examples of basic compounds include basic metal compounds such as alkali metals and alkaline earth metals, carbonates, acetates, hydroxides, quaternary ammonium salts, phosphonium salts and organic bases of various metals.

これら塩基性化合物の使用量は、式(36)で表される化合物1モルに対して、0.05〜10.0モルであることが好ましく、0.1〜4.0モルであることがより好ましく、0.5〜2.5モルであることがさらに好ましい。   The amount of these basic compounds used is preferably 0.05 to 10.0 moles and preferably 0.1 to 4.0 moles with respect to 1 mole of the compound represented by formula (36). More preferably, it is 0.5-2.5 mol.

本発明で用いる高分子化合物(1)の主鎖を合成する反応は、通常、溶媒中で行う。
好ましい溶媒としては、下記のようなものが挙げられる。
1)エーテル系溶媒
1,2−ジメトキシエタン、ビス(2−メトキシエチル)エーテル、1,2−ビス(2−メトキシエトキシ)エタン、テトラヒドロフラン、ビス[2−(2−メトキシエトキシ)エチル]エーテル、1,4−ジオキサン等。
2)非プロトン性アミド系溶媒
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,N−ジエチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、N−メチルカプロラクタム、ヘキサメチルホスホロトリアミド等。
3)アミン系溶媒
ピリジン、キノリン、イソキノリン、α−ピコリン、β−ピコリン、γ−ピコリン、イソホロン、ピペリジン、2,4−ルチジン、2,6−ルチジン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミンン等。
4)その他の溶媒
ジメチルスルホキシド、ジメチルスルホン、ジフェニルエーテル、スルホラン、ジフェニルスルホン、テトラメチル尿素、アニソール等。
The reaction for synthesizing the main chain of the polymer compound (1) used in the present invention is usually carried out in a solvent.
The following are mentioned as a preferable solvent.
1) ether solvent 1,2-dimethoxyethane, bis (2-methoxyethyl) ether, 1,2-bis (2-methoxyethoxy) ethane, tetrahydrofuran, bis [2- (2-methoxyethoxy) ethyl] ether, 1,4-dioxane and the like.
2) Aprotic amide solvents N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N, N-diethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, N -Methylcaprolactam, hexamethylphosphorotriamide and the like.
3) Amine solvents pyridine, quinoline, isoquinoline, α-picoline, β-picoline, γ-picoline, isophorone, piperidine, 2,4-lutidine, 2,6-lutidine, trimethylamine, triethylamine, tripropylamine, tributylamine etc.
4) Other solvents: dimethyl sulfoxide, dimethyl sulfone, diphenyl ether, sulfolane, diphenyl sulfone, tetramethyl urea, anisole and the like.

これらの溶媒は、単独でも、2種以上を混合して用いてもよい。また、下記5)項に示す溶媒の1種または2種以上をさらに混合して用いることもできる。混合して用いる場合は、必ずしも任意の割合で相互に溶解するような溶媒の組み合わせを選択する必要はなく、混合し合わなく不均一でも差し支えない。
これらの溶媒中で行う反応の濃度(以下、重合濃度と称する。)は、なんら制限はない。
These solvents may be used alone or in combination of two or more. Moreover, the 1 type (s) or 2 or more types of the solvent shown to the following 5) can also be mixed and used. When mixed and used, it is not always necessary to select a combination of solvents that are mutually soluble in an arbitrary ratio, and they may be mixed or non-uniform.
The concentration of the reaction carried out in these solvents (hereinafter referred to as polymerization concentration) is not limited.

上記の溶媒中で、式(36)で表される化合物と式(35)で表される化合物を反応させて、ポリスルホン(高分子化合物(1)の主鎖)が得られる。この反応で特に好ましい溶媒は、上記2)項の非プロトン性アミド系溶媒と4)項のジメチルスルホキシドが挙げられる。   In the above solvent, the compound represented by the formula (36) and the compound represented by the formula (35) are reacted to obtain polysulfone (the main chain of the polymer compound (1)). Particularly preferred solvents for this reaction include the aprotic amide solvent described in 2) above and the dimethyl sulfoxide described in 4).

雰囲気は、特に定めるものではないが、空気、窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴンが用いられ、不活性気体である窒素やアルゴンが好ましい。   The atmosphere is not particularly defined, but air, nitrogen, helium, neon, and argon are used, and nitrogen and argon which are inert gases are preferable.

さらに、反応によって生成する水を系外に除く為に、別の溶媒を共存させることもできる。ここで用いられる溶媒としては、下記5)項のようなものが挙げられる。
5)ベンゼン、トルエン、o−キシレン、m−キシレン、p−キシレン、クロロベンゼン、o−ジクロロベンゼン、m−ジクロロベンゼン、p−ジクロロベンゼン、ブロムベンゼン、o−ジブロモベンゼン、m−ジブロモベンゼン、p−ジブロモベンゼン、o−クロロトルエン、m−クロロトルエン、p−クロロトルエン、o−ブロモトルエン、m−ブロモトルエン、およびp−ブロモトルエンなど。が挙げられる。これら溶媒は、単独または2種以上混合して用いても差し支えない。
Furthermore, in order to remove the water produced | generated by reaction out of the system, another solvent can also coexist. Examples of the solvent used here include the following 5).
5) benzene, toluene, o-xylene, m-xylene, p-xylene, chlorobenzene, o-dichlorobenzene, m-dichlorobenzene, p-dichlorobenzene, bromobenzene, o-dibromobenzene, m-dibromobenzene, p- Dibromobenzene, o-chlorotoluene, m-chlorotoluene, p-chlorotoluene, o-bromotoluene, m-bromotoluene, p-bromotoluene and the like. Is mentioned. These solvents may be used alone or in combination of two or more.

また、上記1)から5)項に示す溶媒を用いて、それら1種または2種以上をさらに混合して用いることもできる。混合して用いる場合は、必ずしも任意の割合で相互に溶解するような溶媒の組み合わせを選択する必要はなく、混合し合わなく不均一でも差し支えない。それら脱水剤の使用量は、なんら制限はない。   In addition, the solvents shown in the above items 1) to 5) can be used alone or in combination of two or more. When mixed and used, it is not always necessary to select a combination of solvents that are mutually soluble in an arbitrary ratio, and they may be mixed or non-uniform. There is no limit to the amount of these dehydrating agents used.

反応温度、反応時間および反応圧力は、特に制限はなく公知の条件が適用できる。すなわち、反応温度は、例えば、50℃〜300℃であり、100〜270℃が好ましく、130℃〜250℃がさらに好ましい。また、反応時間は、使用するモノマーの種類、溶媒の種類、および反応温度により異なるが、1〜72時間が好ましく、3〜48時間がより好ましく、5〜24時間がさらに好ましい。反応圧力については加圧下、減圧下でもよいが、常圧で構わない。   The reaction temperature, reaction time, and reaction pressure are not particularly limited, and known conditions can be applied. That is, the reaction temperature is, for example, 50 ° C to 300 ° C, preferably 100 to 270 ° C, and more preferably 130 ° C to 250 ° C. Moreover, although reaction time changes with the kind of monomer to be used, the kind of solvent, and reaction temperature, 1 to 72 hours are preferable, 3 to 48 hours are more preferable, and 5 to 24 hours are more preferable. The reaction pressure may be under pressure or under reduced pressure, but may be normal pressure.

次に、式(25)で表される側鎖について説明する。

Figure 2006344587
1は単結合または連結基を表し、Dは重合性モノマーの重合物を含み、かつ、少なくとも1つの酸残基を有する原子団(X)を表す。 Next, the side chain represented by Formula (25) is demonstrated.
Figure 2006344587
B 1 represents a single bond or a linking group, and D represents an atomic group (X) containing a polymer of a polymerizable monomer and having at least one acid residue.

式(25)中、B1は、単結合または2〜6価の連結基であることが好ましく、単結合、または、アルキレン基、ハロゲン置換アルキレン基、アルキル置換アルキレン基、アリーレン基、ハロゲン置換アリーレン基、アルキル置換アリーレン基、アルケニレン基、ハロゲン置換アルキニレン基、アルキル置換アルキニレン基、アルキニレン基、アミド基、エステル基、スルホアミド基、スルホン酸エステル基、ウレイド基、スルホニル基、スルフィニル基、チオエーテル基、エーテル基、カルボニル基、ヘテリレン基およびフェニレン基からなる群から選択される1または2以上を組み合わせて構成される炭素原子数0〜100以下の連結基であることがより好ましい。B1を構成する炭素原子の総数は0〜100が好ましく、0〜50がさらに好ましく、0〜20が特に好ましい。
1のさらに好ましい例としては、単結合、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ヘキシレン基、オクチレン基、デシレン基、フェニレン(−Ph−)基、−CH2−O−(CH2n−(nは、整数であり、好ましくは、1〜6の整数である)、−CH2−Ph−、−CH2CH2OCH2CH2−、−(CH2CH2O)2CH2CH2−、−CH2CH=CH−、−CH2CH2CH=CH−、C((CH2) n−)4(nは、それぞれ、0以上の整数であり、好ましくは0〜6の整数である)、CH((CH2) n−)3(nは、それぞれ、0以上の整数であり、好ましくは0〜6の整数である)、CH3C((CH2) n−)3(nは、それぞれ、0以上の整数であり、好ましくは0〜6の整数である)、EtC((CH2) n−)3(nは、それぞれ、0以上の整数であり、好ましくは0〜6の整数である)、−C((CH2n−)3(nは、それぞれ、0以上の整数であり、好ましくは0〜6の整数である)、−CH((CH2n−)2(nは、それぞれ、0以上の整数であり、好ましくは0〜6の整数である)、ならびに、これら(前記基を2以上組み合わせた基を含む)と−CO−、−SO−、−CS−、−SO2−、
In formula (25), B 1 is preferably a single bond or a divalent to hexavalent linking group, and is a single bond or an alkylene group, a halogen-substituted alkylene group, an alkyl-substituted alkylene group, an arylene group, or a halogen-substituted arylene. Group, alkyl-substituted arylene group, alkenylene group, halogen-substituted alkynylene group, alkyl-substituted alkynylene group, alkynylene group, amide group, ester group, sulfoamide group, sulfonate group, ureido group, sulfonyl group, sulfinyl group, thioether group, ether It is more preferably a linking group having 0 to 100 carbon atoms constituted by combining 1 or 2 or more selected from the group consisting of a group, a carbonyl group, a heterylene group and a phenylene group. The total number is preferably 0 to 100 carbon atoms constituting the B 1, more preferably from 0 to 50, particularly preferably from 0 to 20.
More preferable examples of B 1 include a single bond, a methylene group, an ethylene group, a propylene group, a butylene group, a hexylene group, an octylene group, a decylene group, a phenylene (—Ph—) group, —CH 2 —O— (CH 2 ) n - (n is an integer, preferably an integer of 1 to 6), - CH 2 -Ph -, - CH 2 CH 2 OCH 2 CH 2 -, - (CH 2 CH 2 O) 2 CH 2 CH 2 -, - CH 2 CH = CH -, - CH 2 CH 2 CH = CH-, C ((CH 2) n -) 4 (n are each an integer of 0 or more, preferably 0 ), CH ((CH 2 ) n —) 3 (n is an integer of 0 or more, preferably an integer of 0 to 6), CH 3 C ((CH 2 ) n −) 3 (n is an integer of 0 or more, preferably an integer of 0 to 6), EtC ((CH 2 ) n −) 3 (n is an integer of 0 or more, preferably an integer of 0 to 6, respectively), —C ((CH 2 ) n —) 3 (n is an integer of 0 or more, preferably Is an integer of 0 to 6), —CH ((CH 2 ) n —) 2 (n is an integer of 0 or more, preferably an integer of 0 to 6), and these (the aforementioned groups and a comprising two or more combined group) -CO -, - SO -, - CS -, - SO 2 -,

Figure 2006344587
の1つ以上との組み合わせが挙げられる。これらの中でも、単結合、メチレン基、−SO2−、メチレン基と−SO2−の組み合わせがさらに好ましく、単結合、メチレン基または−SO2−が特に好ましい。
Figure 2006344587
And a combination with one or more of the above. Among these, a single bond, a methylene group, —SO 2 —, and a combination of a methylene group and —SO 2 — are more preferable, and a single bond, a methylene group, or —SO 2 — is particularly preferable.

Dは、重合性モノマーの重合物よりなり、少なくとも1つの酸残基を有する原子団(X)を表す。ここで原子団(X)は、酸素透過性の高い置換基を1つ以上有していてもよい。
原子団(X)はラジカル重合性ポリマー、カチオン重合性ポリマー、アニオン重合性ポリマー、レドックス重合性ポリマーのいずれも好ましいが、ラジカル重合性ポリマーであることが特に好ましい。また、原子団(X)はポリスチレン誘導体、ポリアクリルアミド誘導体、ポリメタクリルアミド誘導体、ポリアクリルエステル誘導体、ポリメタクリルエステル誘導体、ポリアクリル酸誘導体、ポリメタクリル酸誘導体、ポリビニルリン酸誘導体、ポリビニルエステル誘導体、ポリビニルスルホン酸誘導体が好ましく、中でも耐加溶媒分解性の強いポリスチレン誘導体、ポリビニルリン酸誘導体およびポリビニルスルホン酸誘導体が特に好ましく用いられる。以下で特に好ましく用いられるポリスチレン誘導体について詳しく記述する。
D consists of a polymer of a polymerizable monomer and represents an atomic group (X) having at least one acid residue. Here, the atomic group (X) may have one or more substituents having high oxygen permeability.
The atomic group (X) is preferably a radical polymerizable polymer, a cationic polymerizable polymer, an anion polymerizable polymer or a redox polymerizable polymer, but is particularly preferably a radical polymerizable polymer. In addition, the atomic group (X) is a polystyrene derivative, polyacrylamide derivative, polymethacrylamide derivative, polyacrylic ester derivative, polymethacrylic ester derivative, polyacrylic acid derivative, polymethacrylic acid derivative, polyvinyl phosphoric acid derivative, polyvinyl ester derivative, polyvinyl A sulfonic acid derivative is preferable, and among them, a polystyrene derivative, a polyvinyl phosphoric acid derivative and a polyvinyl sulfonic acid derivative which are highly resistant to solvolysis are particularly preferably used. Hereinafter, polystyrene derivatives that are particularly preferably used will be described in detail.

原子団(X)(ポリスチレン誘導体)
式(30)で表される繰り返し単位を含み、かつ、前記Dの芳香環に、少なくとも、式(31)で表される基が結合しているものが好ましく、式(31)で表される基および/または式(32)で表される基が結合しているものがより好ましい。

Figure 2006344587
Atomic group (X) (polystyrene derivative)
A compound containing a repeating unit represented by the formula (30) and having at least a group represented by the formula (31) bonded to the aromatic ring of the D is preferable, represented by the formula (31). Those having a group and / or a group represented by the formula (32) are more preferred.
Figure 2006344587

式(30)中、W11、W12およびW13はそれぞれ水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アリール基またはヘテロ環基を表し、それぞれ水素原子、ハロゲン原子またはアルキル基が好ましい。
11、W12およびW13がハロゲン原子の場合、それぞれ、塩素原子またはフッ素原子が好ましく、フッ素原子がより好ましい。
11、W12およびW13がアルキル基の場合、それぞれ、直鎖、分岐鎖または環状アルキル基のいずれでもよく、その炭素原子数は、好ましくは1〜20、より好ましくは1〜6である。具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、2−エチルヘキシル基、デシル基、シクロプロピル基、シクロヘキシル基、シクロドデシル基等が挙げられる。
11、W12およびW13がアリール基の場合、それぞれ、炭素原子数6〜20の置換もしくは無置換のフェニル基およびナフチル基等が挙げられる。
11、W12およびW13がヘテロ環基の場合、それぞれ、置換もしくは無置換のへテロ6員環(例えば、ピリジル環基、モルホリノ環基等)、置換もしくは無置換のヘテロ5員環(フリル環基、チオフェン環基等)等が好ましい例として挙げられる。
In formula (30), W 11 , W 12 and W 13 each represent a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group, an aryl group or a heterocyclic group, each preferably a hydrogen atom, a halogen atom or an alkyl group.
When W 11 , W 12 and W 13 are halogen atoms, each is preferably a chlorine atom or a fluorine atom, more preferably a fluorine atom.
When W 11 , W 12 and W 13 are alkyl groups, each may be a straight chain, branched chain or cyclic alkyl group, and the number of carbon atoms thereof is preferably 1-20, more preferably 1-6. . Specific examples include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, a 2-ethylhexyl group, a decyl group, a cyclopropyl group, a cyclohexyl group, and a cyclododecyl group.
When W 11 , W 12 and W 13 are aryl groups, examples thereof include a substituted or unsubstituted phenyl group and naphthyl group having 6 to 20 carbon atoms.
When W 11 , W 12 and W 13 are heterocyclic groups, each is a substituted or unsubstituted hetero 6-membered ring (eg, pyridyl ring group, morpholino ring group, etc.), substituted or unsubstituted hetero 5-membered ring ( Preferred examples include a furyl ring group and a thiophene ring group.

式(31)中、B2は単結合または連結基を表し、単結合または2〜6価の連結基であることが好ましく、脂肪族炭化水素基、芳香族炭化水素基、ヘテロ環基、 In the formula (31), B 2 represents a single bond or a linking group, and is preferably a single bond or a divalent to hexavalent linking group, an aliphatic hydrocarbon group, an aromatic hydrocarbon group, a heterocyclic group,

Figure 2006344587
からなる群から選ばれる1つ以上の組み合わせからなる基がより好ましい。
Figure 2006344587
A group consisting of one or more combinations selected from the group consisting of is more preferred.

ここで、脂肪族炭化水素基は、飽和炭化水素でも不飽和炭化水素でもよく、水素原子は本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、置換基(例えば、ハロゲン原子、好ましくはフッ素原子など)で置換されていてもよい。脂肪族炭化水素基の炭素原子数は、1〜12が好ましく、1〜6がさらに好ましい。芳香族炭化水素基は、環上の水素原子が本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、置換基(例えば、ハロゲン原子、好ましくはフッ素原子など)で置換されていてもよく、ピレニル基、アントラニル基、ナフチル基、ビフェニル基、フェニル基が好ましく、ナフチル基、ビフェニル基、フェニル基がさらに好ましく、フェニル基が最も好ましい。ヘテロ環基は、環上の水素原子が本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、置換基(例えば、ハロゲン原子、好ましくはフッ素原子など)で置換されていてもよく、ピリジル基、フリル基、チエニル基、トリアジニル基が好ましく、トリアジニル基がさらに好ましい。   Here, the aliphatic hydrocarbon group may be a saturated hydrocarbon or an unsaturated hydrocarbon, and the hydrogen atom is a substituent (for example, a halogen atom, preferably a fluorine atom, etc.) without departing from the spirit of the present invention. May be substituted. 1-12 are preferable and, as for the carbon atom number of an aliphatic hydrocarbon group, 1-6 are more preferable. The aromatic hydrocarbon group may be substituted with a substituent (for example, a halogen atom, preferably a fluorine atom, etc.) within the range in which the hydrogen atom on the ring does not depart from the spirit of the present invention. Group, naphthyl group, biphenyl group and phenyl group are preferred, naphthyl group, biphenyl group and phenyl group are more preferred, and phenyl group is most preferred. The heterocyclic group may be substituted with a substituent (for example, a halogen atom, preferably a fluorine atom, etc.) within the range in which the hydrogen atom on the ring does not depart from the spirit of the present invention, a pyridyl group, a furyl group, A thienyl group and a triazinyl group are preferable, and a triazinyl group is more preferable.

2の好ましい例としては、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ヘキシレン基、オクチレン基、デシレン基、フェニレン(−Ph−)基、−CH2−O−(CH2n−(nは、0以上の整数であり、好ましくは、1〜6の整数である)、−CH2−Ph−、−CH2CH2OCH2CH2−、−(CH2CH2O)2CH2CH2−、−CH2CH=CH−、−CH2CH2CH=CH−、C((CH2) n−)4(nは、それぞれ、0以上の整数であり、好ましくは0〜6の整数である)、CH((CH2) n−)3(nは、それぞれ、整数であり、好ましくは0〜6の整数である)、CH3C((CH2) n−)3(nは、それぞれ、0以上の整数であり、好ましくは0〜6の整数である)、EtC((CH2) n−)3(nは、それぞれ、0以上の整数であり、好ましくは0〜6の整数である)、−C((CH2n−)3(nは、それぞれ、0以上の整数であり、好ましくは0〜6の整数である)、−CH((CH2n−)2(nは、それぞれ、0以上の整数であり、好ましくは0〜6の整数である)、ならびに、これら(前記基を2以上組み合わせた基を含む)と−CO−、−SO−、−CS−、−SO2−、 Preferred examples of B 2 include methylene group, ethylene group, propylene group, butylene group, hexylene group, octylene group, decylene group, phenylene (—Ph—) group, —CH 2 —O— (CH 2 ) n — ( n is an integer of 0 or more, preferably an integer of 1 to 6), —CH 2 —Ph—, —CH 2 CH 2 OCH 2 CH 2 —, — (CH 2 CH 2 O) 2 CH 2 CH 2 —, —CH 2 CH═CH—, —CH 2 CH 2 CH═CH—, C ((CH 2 ) n —) 4 (n is an integer of 0 or more, preferably 0 to 6), CH ((CH 2 ) n —) 3 (n is an integer, preferably an integer of 0 to 6), CH 3 C ((CH 2 ) n —) 3 (n are each an integer of 0 or more, preferably an integer of 0~6), EtC ((CH 2 ) n -) 3 (n is it An integer of 0 or more, preferably 0-6 integer), - C ((CH 2 ) n -) 3 (n are each an integer of 0 or more, preferably 0-6 integer ), —CH ((CH 2 ) n —) 2 (where each n is an integer of 0 or more, preferably an integer of 0 to 6), and these (a combination of two or more of the above groups) and -CO containing group) -, - SO -, - CS -, - SO 2 -,

Figure 2006344587
の1つ以上との組み合わせが挙げられる。
Figure 2006344587
And a combination with one or more of the above.

1は酸残基を表し、パーフルオロスルホ基、スルホ基、ホスホン酸基、カルボン酸基が好ましく、パーフルオロスルホ基、スルホ基、ホスホン酸基がより好ましい。
5は1〜5の整数であり、n5が2以上の場合、2以上のA1は、同一であってもよいし、異なっていてもよい。
A 1 represents an acid residue, preferably a perfluorosulfo group, a sulfo group, a phosphonic acid group or a carboxylic acid group, more preferably a perfluorosulfo group, a sulfo group or a phosphonic acid group.
n 5 is an integer of 1 to 5, and when n 5 is 2 or more, 2 or more A 1 s may be the same or different.

1は酸素透過性の高い置換基を表す。ここで、酸素透過性の高い置換基とは、置換基のパーマコール値が負である置換基のことをいう。置換基のパーマコール値については、M.Salame著 ACS Polymer Preprints 8,137(1967)などに記載されている。E1のパーマコール値は−10/N以下であることが好ましく、−20/N以下であることがさらに好ましく、−50/N以下であることが特に好ましい。ここで、Nはポリマー主鎖を構成する構成単位の総数を表し、上記文献に記載のNと同義である。より具体的には、E1は3つ以上の炭素原子により構成されているものが好ましい。また、E1は、低極性の置換基であることが好ましく、ケイ素原子、フッ素原子を含むものが特に好ましい。E1の総炭素原子数は、3〜60が好ましく、3〜40がさらに好ましく、3〜30が特に好ましい。
1は、例えば、アルキル基(n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、n−ペンチル基、ベンジル基、3−スルホプロピル基、4−スルホブチル基、カルボキシメチル基、カルボキシペンチル基)、アルコキシ基(エトキシ基、n−プロポキシ基、n−ブトキシ基、tert−ブトキシ基、ペンチルオキシ基、ネオペンチルオキシ基)、アルケニル基(アリル基、2−ブテニル基、1,3−ブタジエニル基)、シクロアルキル基(シクロペンチル基、シクロヘキシル基)、アリール基(フェニル基、2−クロロフェニル基、4−メトキシフェニル基、3−メチルフェニル基、1−ナフチル基、2−ニトロフェニル基)、ヘテロ環基(ピリジル基、チエニル基、フリル基、チアゾリル基、イミダゾリル基、ピラゾリル基、ピロリジノ基、ピペリジノ基、モルホリノ基)、アルキニル基(2−プロピニル基、1,3−ブタジイニル基、2−フェニルエチニル基)、ならびにこれらとメチロール基の1つ以上の組み合わせであり、好ましくはアルキル基、アルケニル基、シクロアルキル基、メチルオキシアルキル基、メチルオキシアルケニル基、メチルオキシシクロアルキル基であり、アルキル基、シクロアルキル基、メチルオキシアルキル基、メチルオキシシクロアルキル基が特に好ましく、これらの置換基のメチレン鎖中にエーテル構造またはケイ素原子が含まれる物(エトキシメチル基、プロポキシメチル基、ブトキシメチル基、ヘキシルオキシメチル基、トリメチルシリル基、トリエチルシリル基、トリブチルシリル基、3−トリメチルシリルプロピル基、2−トリメチルシリルエチル基、6−トリエチルシリルヘキシル基、トリエチルシリルプロピル基)はとりわけ好ましい。
これらの置換基は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、置換基を有していてもよい。置換基としては、ハロゲン原子(例えば、F、Cl、Br、I)、アミノ基(好ましくは炭素原子数0〜20、例えば、アミノ基、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、ジブチルアミノ基、アニリノ基)、シアノ基、ニトロ基、ヒドロキシル基、メルカプト基、カルボキシル基、スルホ基、ホスホン酸基、アシル基(好ましくは炭素原子数1〜20、例えば、アルコキシ基(好ましくは炭素原子数1〜20、例えば、メトキシ基、ブトキシ基、シクロヘキシルオキシ基)、アリールオキシ基(好ましくは炭素原子数6〜26、例えば、フェノキシ基、1−ナフトキシ基)、アルキルチオ基(好ましくは炭素原子数1〜20、例えば、メチルチオ基、エチルチオ基)、アリールチオ基(好ましくは炭素原子数6〜20、例えば、フェニルチオ基、4−クロロフェニルチオ基)、アルキルスルホニル基(好ましくは炭素原子数1〜20、例えば、メタンスルホニル基、ブタンスルホニル基)、アリールスルホニル基(好ましくは炭素原子数6〜20、例えば、ベンゼンスルホニル基、パラトルエンンスルホニル基)が挙げられる。
E 1 represents a substituent having high oxygen permeability. Here, the substituent having a high oxygen permeability means a substituent having a negative permacol value. For permacall values of substituents, see M.M. By Salame, ACS Polymer Preprints 8, 137 (1967). The permacol value of E 1 is preferably −10 / N or less, more preferably −20 / N or less, and particularly preferably −50 / N or less. Here, N represents the total number of structural units constituting the polymer main chain, and is synonymous with N described in the above document. More specifically, E 1 is preferably composed of 3 or more carbon atoms. E 1 is preferably a low-polarity substituent, and particularly preferably contains a silicon atom or a fluorine atom. Total number of carbon atoms in E 1 is preferably 3 to 60, more preferably 3 to 40, particularly preferably from 3 to 30.
E 1 is, for example, an alkyl group (n-propyl group, isopropyl group, n-butyl group, n-pentyl group, benzyl group, 3-sulfopropyl group, 4-sulfobutyl group, carboxymethyl group, carboxypentyl group), Alkoxy group (ethoxy group, n-propoxy group, n-butoxy group, tert-butoxy group, pentyloxy group, neopentyloxy group), alkenyl group (allyl group, 2-butenyl group, 1,3-butadienyl group), A cycloalkyl group (cyclopentyl group, cyclohexyl group), aryl group (phenyl group, 2-chlorophenyl group, 4-methoxyphenyl group, 3-methylphenyl group, 1-naphthyl group, 2-nitrophenyl group), heterocyclic group ( Pyridyl group, thienyl group, furyl group, thiazolyl group, imidazolyl group, pyrazolyl group, pyrrolidino , Piperidino group, morpholino group), alkynyl group (2-propynyl group, 1,3-butadiynyl group, 2-phenylethynyl group), and combinations of these with one or more methylol groups, preferably alkyl groups, alkenyl groups Group, cycloalkyl group, methyloxyalkyl group, methyloxyalkenyl group, methyloxycycloalkyl group, alkyl group, cycloalkyl group, methyloxyalkyl group, and methyloxycycloalkyl group are particularly preferable. Compounds having an ether structure or silicon atom in the methylene chain (ethoxymethyl group, propoxymethyl group, butoxymethyl group, hexyloxymethyl group, trimethylsilyl group, triethylsilyl group, tributylsilyl group, 3-trimethylsilylpropyl group, 2- Trimethi Rusilylethyl group, 6-triethylsilylhexyl group, triethylsilylpropyl group) are particularly preferred.
These substituents may have a substituent without departing from the gist of the present invention. As a substituent, a halogen atom (for example, F, Cl, Br, I), an amino group (preferably having 0 to 20 carbon atoms, for example, an amino group, a dimethylamino group, a diethylamino group, a dibutylamino group, an anilino group) , A cyano group, a nitro group, a hydroxyl group, a mercapto group, a carboxyl group, a sulfo group, a phosphonic acid group, an acyl group (preferably having 1 to 20 carbon atoms, such as an alkoxy group (preferably having 1 to 20 carbon atoms, such as , A methoxy group, a butoxy group, a cyclohexyloxy group), an aryloxy group (preferably having 6 to 26 carbon atoms, for example, a phenoxy group, 1-naphthoxy group), an alkylthio group (preferably having 1 to 20 carbon atoms, for example, Methylthio group, ethylthio group), arylthio group (preferably having 6 to 20 carbon atoms, such as phenylthio group) , 4-chlorophenylthio group), alkylsulfonyl group (preferably having 1 to 20 carbon atoms, such as methanesulfonyl group, butanesulfonyl group), arylsulfonyl group (preferably having 6 to 20 carbon atoms, such as benzenesulfonyl group) , Paratoluenesulfonyl group).

式(30)で表される繰り返し単位は、1種類のみ含んでいてもよく、2種類以上含んでいてもよい。
式(30)の繰り返し単位数は、1〜100であることが好ましく、1〜50であることがさらに好ましく、1〜20であることが特に好ましい。
The repeating unit represented by the formula (30) may contain only one type or two or more types.
The number of repeating units of the formula (30) is preferably 1 to 100, more preferably 1 to 50, and particularly preferably 1 to 20.

次に、式(25’)で表される側鎖について説明する。

Figure 2006344587
(式(25’)中、B1はn1+1価の連結基を表し、Mはイオン性基を表し、n1は2以上の整数を表す。)
1は、好ましくは、アルキレン基、ハロゲン置換アルキレン基、アリーレン基、ハロゲン置換アリーレン基、アルケニレン基、ハロゲン置換アルキニレン基、アルキニレン基、アミド基、エステル基、スルホアミド基、スルホン酸エステル基、ウレイド基、スルホニル基、スルフィニル基、チオエーテル基、エーテル基、カルボニル基およびヘテリレン基からなる群から選択される1つの基または2つ以上を組み合わせて構成される基であって、炭素原子数0〜100以下の基から、水素原子を(n1−1)個除くことに得られる連結基である。
n1は、2以上の整数であり、2または3が好ましい。
Mはイオン性基を表し、好ましくはアルカリ金属(例えば、リチウム、ナトリウム、カリウム)カチオン、アルカリ土類金属(例えば、カリウム、ストロンチウム、バリウム)カチオン、第四級アンモニウム(例えば、トリメチルアンモニウム、トリエチルアンモニウム、トリブチルアンモニウム、ベンジルトリメチルアンモニウム)カチオン、有機塩基(例えば、トリエチルアミン、ピリジン、メチルイミダゾール、モルホリン、トリブチルアンモニウム、トリス(例えば、2−ヒドロキシエチル)アミン)からなる群から選択される。
さらに、式(25’)で表される基は本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において置換基を有していてもよい。置換基としては、例えば、上記式(5)〜(7)で例示した置換基が挙げられる。
また、式(25’)は、例えば、上記主鎖構造に直接結合していてもよいし、何らかの基を介して結合していてもよい。 Next, the side chain represented by Formula (25 ′) will be described.
Figure 2006344587
(In the formula (25 ′), B 1 represents an n1 + 1 valent linking group, M represents an ionic group, and n1 represents an integer of 2 or more.)
B 1 is preferably an alkylene group, a halogen-substituted alkylene group, an arylene group, a halogen-substituted arylene group, an alkenylene group, a halogen-substituted alkynylene group, an alkynylene group, an amide group, an ester group, a sulfoamide group, a sulfonic acid ester group, or a ureido group. , A sulfonyl group, a sulfinyl group, a thioether group, an ether group, a carbonyl group and a heterylene group, one group selected from the group consisting of two or more, or a group having 0 to 100 carbon atoms This is a linking group obtained by removing (n1-1) hydrogen atoms from the group.
n1 is an integer of 2 or more, and 2 or 3 is preferable.
M represents an ionic group, preferably an alkali metal (eg, lithium, sodium, potassium) cation, alkaline earth metal (eg, potassium, strontium, barium) cation, quaternary ammonium (eg, trimethylammonium, triethylammonium) , Tributylammonium, benzyltrimethylammonium) cation, an organic base (eg, triethylamine, pyridine, methylimidazole, morpholine, tributylammonium, tris (eg, 2-hydroxyethyl) amine).
Furthermore, the group represented by the formula (25 ′) may have a substituent without departing from the spirit of the present invention. Examples of the substituent include the substituents exemplified in the above formulas (5) to (7).
In addition, for example, Formula (25 ′) may be directly bonded to the main chain structure or may be bonded via some group.

本発明で用いる高分子化合物(1)は、例えば、式(26)で表される繰り返し単位および(27)で表される繰り返し単位を含むことが好ましい。

Figure 2006344587
The polymer compound (1) used in the present invention preferably contains, for example, a repeating unit represented by the formula (26) and a repeating unit represented by (27).
Figure 2006344587

式(26)または(27)中、X1は単結合または−C(R56)−である。
2およびX4は、それぞれ、−O−または−S−、ならびにこれらの組み合わせからなる基であり、それぞれ、−O−または−S−が好ましい。
3は−CO−、−SO−、−SO2−、ならびにこれらの組み合わせからなる基であり、それぞれ、−CO−、−SO−または−SO2−が好ましい。
1およびn2は、それぞれ、0または1であり、n1およびn2の和は1以上である。
1は単結合または、連結基を表し、Dは重合性モノマーの重合物を含み、かつ、少なくとも1つの酸残基を有する原子団(X)を表し、上記式(25)におけるDと同義であり、好ましい範囲も同義である。
In formula (26) or (27), X 1 is a single bond or —C (R 5 R 6 ) —.
X 2 and X 4 are each a group consisting of —O— or —S— and a combination thereof, and —O— or —S— is preferred respectively.
X 3 is -CO -, - SO -, - SO 2 -, and a group comprising a combination thereof, respectively, -CO -, - SO- or -SO 2 - are preferred.
n 1 and n 2 are each 0 or 1, and the sum of n 1 and n 2 is 1 or more.
B 1 represents a single bond or a linking group, D represents an atomic group (X) containing a polymer of a polymerizable monomer and having at least one acid residue, and has the same meaning as D in the above formula (25). The preferred range is also synonymous.

本発明で用いる高分子化合物(1)は、また、例えば、式(28)で表される繰り返し単位および(29)で表される繰り返し単位を含むことが好ましい。

Figure 2006344587
The polymer compound (1) used in the present invention preferably contains, for example, a repeating unit represented by the formula (28) and a repeating unit represented by (29).
Figure 2006344587

式(28)または(29)中、X1は単結合または−C(R56)−である。
2およびX4は、それぞれ、−O−または−S−、ならびにこれらの組み合わせからなる基であり、−O−または−S−が好ましい。
3は−CO−、−SO−、−SO2−、ならびにこれらの組み合わせからなる基であり、−CO−、−SO−または−SO2−が好ましい。
3およびn4は、それぞれ、0または1であり、n3およびn4の和は1以上である。
1は単結合または、連結基を表し、Dは重合性モノマーの重合物を含み、かつ、少なくとも1つの酸残基を有する原子団(X)を表し、上記式(25)におけるDと同義であり、好ましい範囲も同義である。
In formula (28) or (29), X 1 is a single bond or —C (R 5 R 6 ) —.
X 2 and X 4 are each a group consisting of —O— or —S— and a combination thereof, and —O— or —S— is preferred.
X 3 is -CO -, - SO -, - SO 2 -, and a group comprising a combination thereof, -CO -, - SO- or -SO 2 - are preferred.
n 3 and n 4 are each 0 or 1, and the sum of n 3 and n 4 is 1 or more.
B 1 represents a single bond or a linking group, D represents an atomic group (X) containing a polymer of a polymerizable monomer and having at least one acid residue, and has the same meaning as D in the above formula (25). The preferred range is also synonymous.

(グラフト重合方法)
グラフト鎖を重合する方法としては、カチオン重合、アニオン重合、ラジカル重合、レドックス重合のいずれも好ましく用いることができるが、ラジカル重合が特に好ましく用いられる。特に、ラジカル重合の場合には、高分子主鎖に連結基を介してラジカル重合開始点を形成し、該開始点を利用して、ラジカル重合モノマーを重合させることが好ましい。以下、ラジカル重合を用いたグラフト鎖の重合方法について詳細に記述する。
(Graft polymerization method)
As a method for polymerizing the graft chain, any of cationic polymerization, anionic polymerization, radical polymerization, and redox polymerization can be preferably used, and radical polymerization is particularly preferably used. In particular, in the case of radical polymerization, it is preferable to form a radical polymerization starting point on the polymer main chain via a linking group and to polymerize the radical polymerization monomer using the starting point. Hereinafter, the polymerization method of the graft chain using radical polymerization will be described in detail.

ラジカル重合モノマーとしては、式(33)で表される化合物が挙げられる。式(33)で表される化合物に併せて、式(34)で表される化合物をグラフト重合させてもよい。式(33)で表される化合物および式(34)で表される化合物は、それぞれ、1種類のみ用いてもよいし、2種類以上用いてもよい。以下、これらの化合物について説明する。  Examples of the radical polymerization monomer include a compound represented by the formula (33). In combination with the compound represented by the formula (33), the compound represented by the formula (34) may be graft polymerized. As for the compound represented by Formula (33) and the compound represented by Formula (34), only 1 type may be used, respectively, and 2 or more types may be used. Hereinafter, these compounds will be described.

Figure 2006344587
(式(33)および(34)中、W21、W22、W23、W24、W25およびW26はそれぞれ水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アリール基またはヘテロ環基を表し、B3は単結合または2〜6価の連結基を表し、A2はイオン性官能基を表し、n6は1〜5の整数を表し、n7は1〜5の整数を表す。E2は酸素透過性の高い置換基を表し、n8は1〜5の整数を表す。)
Figure 2006344587
(Expressed in the formula (33) and (34), W 21, W 22, W 23, W 24, W 25 and W 26 are each a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group, an aryl group or a heterocyclic group, B 3 Represents a single bond or a divalent to hexavalent linking group, A 2 represents an ionic functional group, n 6 represents an integer of 1 to 5, n 7 represents an integer of 1 to 5. E 2 represents oxygen. Represents a highly permeable substituent, and n 8 represents an integer of 1 to 5.)

式(33)および式(34)中、W21、W22、W23、W24、W25およびW26は、それぞれ、式(30)におけるW11と同義であり、好ましい範囲も同義である。
3は式(31)のB2と同義であり、好ましい範囲も同義である。
2は酸残基を表し、式(31)におけるA1と同義であり、好ましい範囲も同義である。
2は酸素透過性の高い置換基を表し、式(32)におけるE1と同義であり、好ましい範囲も同義である。
6は、好ましくは1〜4の整数である。n7およびn8は、好ましくは、それぞれ、1〜3の整数である。
6、n7、n8が2以上であって、A2、B3および/またはE2が2以上存在する場合、それぞれのA2、B3および/またはE2は同一であってもよいし、異なっていてもよい、
式(33)で表される化合物および式(34)で表される化合物の好ましい例を以下に例示するが、本発明はこれらに限定されない。
In the formula (33) and the formula (34), W 21 , W 22 , W 23 , W 24 , W 25 and W 26 are respectively synonymous with W 11 in the formula (30), and preferred ranges are also synonymous. .
B 3 has the same meaning as B 2 in formula (31), and the preferred range is also the same.
A 2 represents an acid residue and has the same meaning as A 1 in formula (31), and the preferred range is also the same.
E 2 represents a substituent having high oxygen permeability, and has the same meaning as E 1 in formula (32), and the preferred range is also the same.
n 6 is preferably an integer of 1 to 4. n 7 and n 8 are preferably each an integer of 1 to 3.
When n 6 , n 7 and n 8 are 2 or more and A 2 , B 3 and / or E 2 are 2 or more, each A 2 , B 3 and / or E 2 may be the same Good or different,
Preferred examples of the compound represented by formula (33) and the compound represented by formula (34) are illustrated below, but the present invention is not limited thereto.

式(33)で表される化合物

Figure 2006344587
Compound represented by formula (33)
Figure 2006344587

式(34)で表される化合物

Figure 2006344587
Compound represented by formula (34)
Figure 2006344587

式(33)で表される化合物および式(34)で表される化合物の重合は、ラジカル重合、カチオン重合、アニオン重合、配位重合が好ましく用いられ、ラジカル重合またはカチオン重合がより好ましく、ラジカル重合がさらに好ましい。ラジカル重合の中でも、原子移動ラジカル重合、安定フリーラジカル重合のようなリビングラジカル重合が最も好ましい。重合は、ランダム共重合でもブロック共重合でも好ましく用いられる。 生成ポリマー中に含まれる式(33)で表される化合物由来の成分に対する、式(34)で表される化合物由来の成分の組成比Xは、0〜10であることが好ましく、0.1〜5であることがさらに好ましく、0.2〜2であることが特に好ましい。   For the polymerization of the compound represented by the formula (33) and the compound represented by the formula (34), radical polymerization, cationic polymerization, anionic polymerization, and coordination polymerization are preferably used, and radical polymerization or cationic polymerization is more preferable. Polymerization is more preferred. Among radical polymerizations, living radical polymerization such as atom transfer radical polymerization and stable free radical polymerization is most preferable. The polymerization is preferably used for random copolymerization or block copolymerization. The composition ratio X of the component derived from the compound represented by formula (34) with respect to the component derived from the compound represented by formula (33) contained in the produced polymer is preferably 0 to 10, and 0.1. Is more preferably ˜5, particularly preferably 0.2˜2.

Figure 2006344587
Figure 2006344587

グラフト重合させる重合性モノマーとしては、式(A)で表される化合物または式(B)で表される化合物も好ましい。   As the polymerizable monomer to be graft-polymerized, a compound represented by the formula (A) or a compound represented by the formula (B) is also preferable.

式(A)

Figure 2006344587
(式(A)中、EおよびFは、それぞれ、単結合または2価の連結基を表し、Gはカルボン酸基、スルホン酸基またはリン酸基を表す。)
EおよびFは、それぞれ、好ましくは、アルキレン基(好ましくはC数1〜20のアルキレン基、例えば、メチレン基、エチレン基、メチルエチレン基、プロピレン基、メチルプロピレン基、ブチレン基、ペンチレン基、ヘキシレン基、オクチレン基)、ハロゲン置換アルキレン基(好ましくはC数1〜20のハロゲン置換アルキレン基、例えば、ジフルオロメチレン基、テトラフルオロエチレン基、ヘキサフルオロヘキシレン基、テトラフルオロヘキシレン基、ジクロロンメチレン基)、アリーレン基(好ましくはC数6〜26のアリーレン基、例えば、1,2−フェニレン基、1,3−フェニレン基、1,4−フェニレン基、4−フェニレンメチレン基、1,4−ナフチレン基)、ハロゲン置換アリーレン基(好ましくはC数6〜26のハロゲン置換アリーレン基、例えば、2,3,5,6−テトラフルオロ−1,4−フェニレン基、2,6−ジフルオロ−1,4−フェニレン基、2,3,5,6−テトラクロロ−1,4−フェニレン基、3,4,5,6−テトラブロモフェニレン基)、アルケニレン基(好ましくはC数2〜20のアルケニレン基、例えば、エテニレン基、プロペニレン基、ブタジエニレン基)、ハロゲン置換アルキニレン基(好ましくはC数2〜20のアルケニレン基、例えば、ジフルオロエテニレン基、テトラフルオロプロペニレン基、ジクロロエテニレン基)、アルキニレン基(好ましくはC数2〜20のアルキニレン基、例えば、エチニレン基、プロピニレン基)、アミド基、エステル基、スルホアミド基、スルホン酸エステル基、ウレイド基、スルホニル基、スルフィニル基、チオエーテル基、エーテル基、カルボニル基、ヘテリレン基(好ましくはC数1〜26のヘテリレン基、例えば、6−クロロ−1,3,5−トリアジル−2,4−ジイル基、ピリミジン−2,4−ジイル基、キノキサリン−2,3−ジイル基)からなる群から選択される1つの基または2つ以上を組み合わせて構成される基、ならびに、これらと、−S−および/または−O−の組み合わせからなる基であってC数0〜100以下の基(より好ましくはC数1〜20)を表す。
式(A)において、Gはカルボン酸基、スルホン酸基またはリン酸基を表すが、これらの官能基はイオン性基を有していてもよく、上記Mで例示したものが挙げられる。 Formula (A)
Figure 2006344587
(In the formula (A), E and F each represent a single bond or a divalent linking group, and G represents a carboxylic acid group, a sulfonic acid group or a phosphoric acid group.)
E and F are each preferably an alkylene group (preferably an alkylene group having 1 to 20 carbon atoms, such as a methylene group, an ethylene group, a methylethylene group, a propylene group, a methylpropylene group, a butylene group, a pentylene group, or a hexylene group. Group, octylene group), halogen-substituted alkylene group (preferably C1-C20 halogen-substituted alkylene group, for example, difluoromethylene group, tetrafluoroethylene group, hexafluorohexylene group, tetrafluorohexylene group, dichloromethylene group) Group), an arylene group (preferably an arylene group having 6 to 26 carbon atoms such as 1,2-phenylene group, 1,3-phenylene group, 1,4-phenylene group, 4-phenylenemethylene group, 1,4- Naphthylene group), halogen-substituted arylene group (preferably having 6 to 26 carbon atoms) Logen-substituted arylene groups such as 2,3,5,6-tetrafluoro-1,4-phenylene group, 2,6-difluoro-1,4-phenylene group, 2,3,5,6-tetrachloro-1 , 4-phenylene group, 3,4,5,6-tetrabromophenylene group), alkenylene group (preferably an alkenylene group having 2 to 20 carbon atoms, for example, ethenylene group, propenylene group, butadienylene group), halogen-substituted alkynylene group (Preferably an alkenylene group having 2 to 20 carbon atoms, such as difluoroethenylene group, tetrafluoropropenylene group, dichloroethenylene group), an alkynylene group (preferably an alkynylene group having 2 to 20 carbon atoms such as ethynylene group, Propynylene group), amide group, ester group, sulfoamide group, sulfonic acid ester group, ureido group, sulfo group Nyl group, sulfinyl group, thioether group, ether group, carbonyl group, heterylene group (preferably a C1-C26 heterylene group, for example, 6-chloro-1,3,5-triazyl-2,4-diyl group, A group selected from the group consisting of one group selected from the group consisting of a pyrimidine-2,4-diyl group and a quinoxaline-2,3-diyl group) or a combination of two or more thereof, and —S— and / or Or, it is a group composed of a combination of —O— and represents a group having 0 to 100 carbon atoms (more preferably 1 to 20 carbon atoms).
In the formula (A), G represents a carboxylic acid group, a sulfonic acid group or a phosphoric acid group, and these functional groups may have an ionic group, and examples thereof include those exemplified for M above.

式(A)で表される化合物のほか、式(A)において、ベンゼン環部分が2以上の芳香環から構成される基に置き換わったものも採用できる。さらに、式(A)が有するベンゼン環が、−F−Gで表される基を2以上有する構造のものも採用できる。また、式(A)中のベンゼン環には、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、置換基を有していてもよい。置換基としては、例えば、上記式(5)〜(7)で例示した置換基が挙げられる。   In addition to the compound represented by the formula (A), those in which the benzene ring portion is replaced with a group composed of two or more aromatic rings in the formula (A) can also be employed. Furthermore, the thing of the structure where the benzene ring which a formula (A) has has 2 or more groups represented by -F-G is also employable. Further, the benzene ring in formula (A) may have a substituent without departing from the spirit of the present invention. Examples of the substituent include the substituents exemplified in the above formulas (5) to (7).

以下に、式(A)で表される化合物その他、本発明で好ましい好ましく採用できる化合物を例示するが、本発明はこれらに限られるものではない。また、下記化合物中、スルホン酸基はフリーの酸の状態でも、NaやKの塩の状態でもよいが、好ましくはLi塩あるいはテトラメチルアンモニウム塩やテトラエチルアンモニウム塩などのアンモニウム塩の状態が望ましい。 Examples of the compound represented by the formula (A) and other compounds that can be preferably used in the present invention are illustrated below, but the present invention is not limited thereto. In the following compounds, the sulfonic acid group may be in the form of a free acid or a salt of Na or K, but preferably in the form of an Li salt, or an ammonium salt such as tetramethylammonium salt or tetraethylammonium salt.

Figure 2006344587
Figure 2006344587

式(B)

Figure 2006344587
(式(B)中、m1は、0以上の整数であり、Gはカルボン酸基、スルホン酸基またはリン酸を表す。)
式(B)中、m1は、0〜20の整数が好ましく、0〜10の整数がより好ましく、0〜5の整数がさらに好ましい。
式(B)中、Gはカルボン酸基、スルホン酸基またはリン酸基を表し、式(A)におけるGと同義であり、好ましい範囲も同義である。 Formula (B)
Figure 2006344587
(In formula (B), m1 is an integer of 0 or more, and G represents a carboxylic acid group, a sulfonic acid group, or phosphoric acid.)
In formula (B), m1 is preferably an integer of 0 to 20, more preferably an integer of 0 to 10, and still more preferably an integer of 0 to 5.
In the formula (B), G represents a carboxylic acid group, a sulfonic acid group or a phosphoric acid group, and has the same meaning as G in the formula (A), and the preferred range is also the same.

以下に、式(B)で表される化合物を例示するが、本発明はこれらに限られるものではない。ここで、スルホン酸基はフリーの酸の状態でも、NaやKの塩の状態でもよいが、好ましくはLi塩あるいはテトラメチルアンモニウム塩やテトラエチルアンモニウム塩などのアンモニウム塩の状態が望ましい。   Examples of the compound represented by formula (B) are shown below, but the present invention is not limited thereto. Here, the sulfonic acid group may be in the form of a free acid or a salt of Na or K, but is preferably an Li salt or an ammonium salt such as tetramethylammonium salt or tetraethylammonium salt.

Figure 2006344587
Figure 2006344587

また、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、式(B)で表される化合物であって、アルキレン鎖の部分の水素原子が置換基によって置換されている化合物も好ましく採用できる。置換基としては、例えば、上記式(5)〜(7)で例示した置換基が挙げられる。
また、該アルキレン鎖の部分の炭素原子の一部が−O−および/または−S−で置き換わったものも好ましく採用できる。
In addition, a compound represented by the formula (B), in which a hydrogen atom in the alkylene chain portion is substituted with a substituent, can be preferably employed without departing from the gist of the present invention. Examples of the substituent include the substituents exemplified in the above formulas (5) to (7).
Moreover, what substituted some carbon atoms of the alkylene chain part by -O- and / or -S- can also be employ | adopted preferably.

アクリル酸・メタクリル酸などの不飽和カルボン酸およびこれらの誘導体からなる化合物としては、クロトン酸、マレイン酸、イタコン酸などが挙げられ、カルボキシル基はフリーの酸の状態でも、Na、KやLiの塩の状態でもよく、あるいはテトラメチルアンモニウム塩やテトラエチルアンモニウム塩などのアンモニウム塩の状態でもよい。   Examples of compounds composed of unsaturated carboxylic acids such as acrylic acid and methacrylic acid and derivatives thereof include crotonic acid, maleic acid, itaconic acid, and the like, and the carboxyl group is a free acid, Na, K or Li. It may be in a salt state or an ammonium salt state such as a tetramethylammonium salt or a tetraethylammonium salt.

本発明で用いる高分子化合物(1)の主鎖にラジカル重合によりグラフト鎖を導入するためには、該主鎖にラジカル重合開始点を形成することが好ましい。ラジカル重合開始点においてはラジカルを発生する必要があり、そのため、主鎖にラジカルを発生させることのできる官能基を導入することが好ましい。このラジカルを発生させることのできる官能基を、以下ではラジカル発生基と記述する。ラジカル発生基は主鎖中の任意の位置に導入量を制御して導入することが可能であり、すなわち、主鎖中でのラジカル発生位置・発生量を制御することが可能なため、主鎖上でのグラフト鎖の導入位置・導入本数を制御することができる。以下、ラジカル発生基の構造とその導入法について説明する。   In order to introduce a graft chain into the main chain of the polymer compound (1) used in the present invention by radical polymerization, it is preferable to form a radical polymerization initiation point in the main chain. It is necessary to generate radicals at the radical polymerization initiation point, and therefore it is preferable to introduce a functional group capable of generating radicals into the main chain. Hereinafter, the functional group capable of generating a radical is described as a radical generating group. The radical generating group can be introduced at any position in the main chain by controlling the amount of introduction, that is, the radical generating position and amount in the main chain can be controlled. It is possible to control the position and number of graft chains introduced above. Hereinafter, the structure of the radical generating group and the introduction method thereof will be described.

ラジカル発生基
ラジカル発生基の構造、その導入法は、大別して以下の通りである。
(1)原子移動ラジカル重合開始剤構造
原子移動ラジカル重合開始剤構造は、ハロゲン化銅(I)の2、2’−ビピリジン錯体など、原子移動ラジカル重合に用いる触媒(例えば、Chem.Rev.2001,101,2921−2990に記載の触媒)存在下でラジカルを発生させることができる。原子移動ラジカル重合開始剤構造としては、ハロゲノアルキル基、ハロゲノベンジル基、α−ハロケトン基、α−ハロニトリル基、スルホニルハライド基などが挙げられ、スルホニルハライド基、ハロゲノベンジル基が特に好ましい。以下に原子移動ラジカル重合開始剤構造の好ましい例を例示するが、本発明はこれらに限定されない。なお、化合物中Lpはポリマー主鎖との連結箇所を表し、具体的な構造を表しているわけではない。
Radical generating group The structure of a radical generating group and its introduction method are roughly as follows.
(1) Atom Transfer Radical Polymerization Initiator Structure The atom transfer radical polymerization initiator structure is a catalyst used for atom transfer radical polymerization such as a 2,2′-bipyridine complex of copper (I) halide (for example, Chem. Rev. 2001). , 101, 2921-2990), in the presence of a radical. Examples of the atom transfer radical polymerization initiator structure include a halogenoalkyl group, a halogenobenzyl group, an α-haloketone group, an α-halonitrile group, a sulfonyl halide group, and the like, and a sulfonyl halide group and a halogenobenzyl group are particularly preferable. Although the preferable example of an atom transfer radical polymerization initiator structure is illustrated below, this invention is not limited to these. Incidentally, L p in compound represents a linking portion of the polymer backbone, does not represent a specific structure.

Figure 2006344587
Figure 2006344587

原子移動ラジカル重合開始剤構造の高分子化合物(1)の主鎖への導入法としては、例えば、ハロゲノベンジルの場合は、クロロメチルメチルエーテル等のハロゲノメチル化剤を用いて高分子主鎖の芳香環をハロゲノメチル化することで得られる。本発明において好ましいハロゲノメチル基を高分子主鎖の芳香環に導入(芳香環のハロゲノメチル化反応)するには、公知反応が広範囲に使用できる。例えば、クロロメチル化剤として、クロロメチルメチルエーテル、1,4−ビス(クロロメトキシ)ブタン、1−クロロメトキシ−4−クロロブタンなどを用い、触媒として塩化スズ、塩化亜鉛、塩化アルミニウム、塩化チタンなどのルイス酸やフッ化水素酸などを用いてクロロメチル化反応を行うことにより、芳香環にクロロメチル基を導入することができる。溶媒には、ジクロロエタン、トリクロロエタン、テトラクロロエタン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、ニトロベンゼンなどを用い、均一系で反応を行うことが好ましい。また、パラホルムアルデヒドと塩化水素または臭化水素などを用いてハロゲノメチル化反応を行うこともできる。
また、例えばスルホニルハライドの場合は、スキーム1に示したように、下記式(37)で表されるスルホ化化合物と前記式(36)で表される芳香族ジオール類とを縮重合することで、側鎖にスルホン酸塩を有する高分子主鎖を形成し、塩化チオニルまたは五塩化リンによりスルホニルクロリドを形成することで得られる。
As a method for introducing the polymer compound (1) having an atom transfer radical polymerization initiator structure into the main chain, for example, in the case of halogenobenzyl, a halogenomethylating agent such as chloromethyl methyl ether is used to form the polymer main chain. Obtained by halogenomethylating the aromatic ring. In order to introduce a preferable halogenomethyl group in the present invention into the aromatic ring of the polymer main chain (halogenomethylation reaction of the aromatic ring), known reactions can be widely used. For example, chloromethyl methyl ether, 1,4-bis (chloromethoxy) butane, 1-chloromethoxy-4-chlorobutane, etc. are used as chloromethylating agents, and tin chloride, zinc chloride, aluminum chloride, titanium chloride, etc. are used as catalysts. A chloromethyl group can be introduced into an aromatic ring by carrying out a chloromethylation reaction using a Lewis acid or hydrofluoric acid. The solvent is preferably dichloroethane, trichloroethane, tetrachloroethane, chlorobenzene, dichlorobenzene, nitrobenzene, etc., and the reaction is preferably carried out in a homogeneous system. Alternatively, the halogenomethylation reaction can be performed using paraformaldehyde and hydrogen chloride or hydrogen bromide.
For example, in the case of a sulfonyl halide, as shown in Scheme 1, a sulfonated compound represented by the following formula (37) and an aromatic diol represented by the above formula (36) are subjected to polycondensation. It is obtained by forming a polymer main chain having a sulfonate in the side chain and forming a sulfonyl chloride with thionyl chloride or phosphorus pentachloride.

Figure 2006344587
(上式中、X3は−CO−、−SO−、−SO2−より選ばれる構造単位を表す。Y1はハロゲンまたはニトロ基を表し、フッ素原子、塩素原子、ニトロ基が好ましい。Mは一価のカチオンを表し、Li+、Na+、K+、NH4 +が好ましい。)
Figure 2006344587
(In the above formula, X 3 represents a structural unit selected from —CO—, —SO—, and —SO 2 —. Y 1 represents a halogen or a nitro group, preferably a fluorine atom, a chlorine atom, or a nitro group. Represents a monovalent cation, and Li + , Na + , K + and NH 4 + are preferred.)

Figure 2006344587
Figure 2006344587

また、スルホニルハライド導入の別法として、スキーム2のように、高分子主鎖をクロロスルホン酸と反応させることでスルホニルクロリドを形成することもできる。   As another method for introducing a sulfonyl halide, a sulfonyl chloride can be formed by reacting a polymer main chain with chlorosulfonic acid as shown in Scheme 2.

Figure 2006344587
Figure 2006344587

上記スキーム1および2のように、導入法を変えることで、高分子主鎖上のラジカル発生基導入位置を変化させることができる。なお、スキーム1、スキーム2共に好ましく用いることができる。   As in the above schemes 1 and 2, the radical generating group introduction position on the polymer main chain can be changed by changing the introduction method. Note that both Scheme 1 and Scheme 2 can be preferably used.

高分子主鎖に原子移動ラジカル重合開始剤構造を導入して、原子移動ラジカル重合を用いてグラフト重合を行う際、モノマーとして、芳香環のパラ位にエーテル性酸素原子が直接結合しているようなスチレン誘導体(例えば、上述した式(33)で表される化合物の例示化合物の(K−1)、(K−2)、上述した式(34)で表される化合物の例示化合物の(L−15)、(L−16)など)を用いると、重合反応より連鎖移動反応が優先し、1〜3量体が主生成物として得られることが知られている。(例えば、Macromolecules,1997,30,5643−5648など)。
そのため、このようなモノマーを用いると、モノマーの仕込み等量によらず短鎖のグラフトポリマーが得られるため、短鎖グラフトポリマーの合成には好ましい方法である。
When an atom transfer radical polymerization initiator structure is introduced into the polymer main chain and graft polymerization is performed using atom transfer radical polymerization, an etheric oxygen atom appears to be directly bonded to the para position of the aromatic ring as a monomer. Styrene derivatives (for example, (K-1) and (K-2) of the exemplary compound of the compound represented by the above formula (33), (L of the exemplary compound of the compound represented by the above formula (34) It is known that when -15), (L-16), etc.) are used, the chain transfer reaction has priority over the polymerization reaction, and a 1 to 3 mer is obtained as the main product. (For example, Macromolecules, 1997, 30, 5643-5648, etc.).
Therefore, when such a monomer is used, a short-chain graft polymer can be obtained regardless of the charged amount of the monomer, which is a preferable method for synthesizing the short-chain graft polymer.

(2)安定フリーラジカル重合開始剤構造
安定フリーラジカル重合開始剤構造は、加熱により炭素ラジカルを発生させることができる。安定フリーラジカル重合開始剤構造としては、例えばChem.Rev.2001,101,3661−3688に記載の構造が挙げられ、中でも2,2,6,6−テトラメチルピペリジニルオキシアルキル、4−オキソ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジニルオキシアルキル、4−ヒドロキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジニルオキシアルキル、4−アミノ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジニルオキシアルキル、2,2,5,5−テトラメチルピロリジニルオキシアルキル、N,N−ジ−tert−ブチルアミノオキシアルキル、1,1,3,3−テトラメチルイソインドリン−オキシアルキル、N−tert−ブチル−N−(2−メチル−1−フェニルプロピル)アミノオキシアルキルが好ましく、2,2,6,6−テトラメチルピペリジニルオキシアルキル、4−オキソ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジニルオキシアルキルが特に好ましい。以下に安定フリーラジカル重合開始剤構造の好ましい例を例示するが、本発明はこれらに限定されない。なお、化合物中Lpはポリマー主鎖との連結箇所を表し、具体的な構造を表しているわけではない。
(2) Stable free radical polymerization initiator structure The stable free radical polymerization initiator structure can generate carbon radicals by heating. Examples of the stable free radical polymerization initiator structure include those described in Chem. Rev. 2001, 101, 3661-3688, among which 2,2,6,6-tetramethylpiperidinyloxyalkyl, 4-oxo-2,2,6,6-tetramethylpiperidinyloxy Alkyl, 4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidinyloxyalkyl, 4-amino-2,2,6,6-tetramethylpiperidinyloxyalkyl, 2,2,5,5- Tetramethylpyrrolidinyloxyalkyl, N, N-di-tert-butylaminooxyalkyl, 1,1,3,3-tetramethylisoindoline-oxyalkyl, N-tert-butyl-N- (2-methyl- 1-phenylpropyl) aminooxyalkyl is preferred, 2,2,6,6-tetramethylpiperidinyloxyalkyl, 4-oxo-2,2,6,6-tetramethylpiperidinyloxy Alkyl is particularly preferred. Although the preferable example of a stable free radical polymerization initiator structure is illustrated below, this invention is not limited to these. Incidentally, L p in compound represents a linking portion of the polymer backbone, does not represent a specific structure.

Figure 2006344587
Figure 2006344587

(3)ジアゾニウム塩
高分子主鎖に導入したアニリン誘導体よりジアゾニウム塩を形成すると、加熱によりジアゾニウム塩が分解してラジカルを発生させることができる。ジアゾニウム塩の導入法としては、高分子主鎖の芳香環を、クロロメチルメチルエーテル等のハロゲノメチル化剤を用いてハロゲノメチル化し、求核置換反応によってアニリン誘導体を導入後、亜硝酸ナトリウムと反応させる方法、または、ニトロ基を有するモノマーを用いて高分子主鎖形成を行い、酸性条件下で鉄によりニトロ基をアニリンに還元し、亜硝酸ナトリウムと反応させる方法が挙げられる。
(3) Diazonium salt When a diazonium salt is formed from an aniline derivative introduced into the polymer main chain, the diazonium salt can be decomposed by heating to generate radicals. As a method for introducing a diazonium salt, the aromatic ring of the polymer main chain is halogenomethylated using a halogenomethylating agent such as chloromethylmethyl ether, and an aniline derivative is introduced by a nucleophilic substitution reaction, followed by reaction with sodium nitrite. Or a method of forming a polymer main chain using a monomer having a nitro group, reducing the nitro group to aniline with iron under acidic conditions, and reacting with sodium nitrite.

(4)過酸エステル
過酸エステルを加熱すると、脱炭酸反応と共に炭素ラジカルを発生させることができる。過酸エステルの導入法としては、高分子主鎖にカルボン酸を導入し、塩化チオニルにより酸塩化物を形成後、tert−ブチルハイドロパーオキシドなどの過酸化物と反応させる方法が挙げられる。
(4) Peracid ester When a peracid ester is heated, a carbon radical can be generated together with a decarboxylation reaction. Examples of the method for introducing a peracid ester include a method in which a carboxylic acid is introduced into a polymer main chain, an acid chloride is formed with thionyl chloride, and then reacted with a peroxide such as tert-butyl hydroperoxide.

(5) アゾ化合物誘導体
アゾ化合物も加熱により分解して炭素ラジカルを発生させることができる。アゾ化合物の導入法としては、高分子主鎖をハロゲノメチル化し、4、4’−アゾビス(4−シアノペンタノール)などのアゾ化合物誘導体と反応させる方法が挙げられる。
(5) Azo compound derivative An azo compound can also be decomposed by heating to generate a carbon radical. Examples of the method for introducing the azo compound include a method in which the polymer main chain is halogenomethylated and reacted with an azo compound derivative such as 4,4′-azobis (4-cyanopentanol).

本発明におけるラジカルを発生させるためのエネルギー付与処理は、酸残基を有するモノマー等がグラフト重合するエネルギーを付与する限り特に限定されるものではなく、例えば、熱重合、紫外線照射、遠赤外線照射、放射線照射、或いはプラズマ処理などを挙げることができる。これらの方法の中でも、反応開始剤のラジカル発生時間が短く、短時間でグラフト重合可能である点で、熱重合、紫外線照射、および放射線照射が好ましい。  The energy imparting treatment for generating radicals in the present invention is not particularly limited as long as the monomer having an acid residue or the like imparts energy for graft polymerization. For example, thermal polymerization, ultraviolet irradiation, far infrared irradiation, Examples include radiation irradiation and plasma treatment. Among these methods, thermal polymerization, ultraviolet irradiation, and radiation irradiation are preferable because the radical generation time of the reaction initiator is short and graft polymerization is possible in a short time.

グラフト重合を行う反応条件であるが、反応温度、反応時間および反応圧力には、特に制限はなく公知の条件が適用できる。熱重合の場合、反応温度は、30℃〜300℃が好ましいが、40〜200℃がより好ましく、50℃〜150℃がさらに好ましい。また、反応時間は、使用するモノマーの種類、溶媒の種類、および反応温度により異なるが、また、反応時間は、使用するモノマーの種類、溶媒の種類、および反応温度により異なるが、1分〜24時間が好ましく、1分〜12時間がより好ましく、5分〜12時間がさらに好ましく、5分〜8時間がよりさらに好ましく、特に好ましくは10分〜5時間である。反応圧力については加圧下、減圧下でもよいしが、常圧でもよい。
紫外線照射、遠赤外線照射、放射線照射、或いはプラズマ処理の場合、反応温度は、およその範囲として、−20〜300℃が好ましいが、0〜200℃が好ましく、10〜160℃がさらに好ましい。また、反応時間は、使用するモノマーの種類、溶媒の種類、および反応温度により異なるが、10秒〜12時間が好ましい。より好ましくは30秒から6時間であり、さらに好ましくは、1分から3時間である。反応圧力については加圧下、減圧下でもよいが、常圧で構わない。
Although it is reaction conditions which perform graft polymerization, there is no restriction | limiting in particular in reaction temperature, reaction time, and reaction pressure, Well-known conditions can be applied. In the case of thermal polymerization, the reaction temperature is preferably 30 ° C to 300 ° C, more preferably 40 to 200 ° C, and further preferably 50 ° C to 150 ° C. The reaction time varies depending on the type of monomer used, the type of solvent, and the reaction temperature. The reaction time varies depending on the type of monomer used, the type of solvent, and the reaction temperature. Time is preferable, 1 minute to 12 hours is more preferable, 5 minutes to 12 hours is further preferable, 5 minutes to 8 hours is further more preferable, and 10 minutes to 5 hours is particularly preferable. The reaction pressure may be under pressure, reduced pressure, or normal pressure.
In the case of ultraviolet irradiation, far-infrared irradiation, radiation irradiation, or plasma treatment, the reaction temperature is preferably -20 to 300 ° C as an approximate range, preferably 0 to 200 ° C, more preferably 10 to 160 ° C. Moreover, although reaction time changes with the kind of monomer to be used, the kind of solvent, and reaction temperature, 10 second-12 hours are preferable. More preferably, it is 30 seconds to 6 hours, and further preferably 1 minute to 3 hours. The reaction pressure may be under pressure or under reduced pressure, but may be normal pressure.

本発明のプロトン酸基含有高分子化合物を製造する反応は、好ましくは、溶媒またはモノマー中で行う。
好ましい溶媒としては、非プロトン性アミド系溶媒が好ましいが具体的には下記のようなものが挙げられる。
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,N−ジエチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、N−メチルカプロラクタム、ヘキサメチルホスホロトリアミド等。
The reaction for producing the protonic acid group-containing polymer compound of the present invention is preferably carried out in a solvent or monomer.
As a preferred solvent, an aprotic amide solvent is preferred, and specific examples include the following.
N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N, N-diethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, N-methylcaprolactam, hexamethylphosphorotri Amides etc.

これらの溶媒は、単独または2種以上混合して用いても差し支えない。混合して用いる場合は、必ずしも任意の割合で相互に溶解するような溶媒の組み合わせを選択する必要はなく、不均一でも差し支えない。   These solvents may be used alone or in combination of two or more. When mixing and using, it is not always necessary to select a combination of solvents that are mutually soluble in an arbitrary ratio, and they may be non-uniform.

これらの溶媒中で行う反応の濃度(以下、重合濃度と称する。)は、なんら制限はない。   The concentration of the reaction carried out in these solvents (hereinafter referred to as polymerization concentration) is not limited.

また、上記1)から5)項に示す溶媒を用いて、それら1種または2種以上をさらに混合して用いることもできる。混合して用いる場合は、必ずしも任意の割合で相互に溶解するような溶媒の組み合わせを選択する必要はなく、混合し合わなく不均一でも差し支えない。それら脱水剤の使用量は、なんら制限はない。   In addition, the solvents shown in the above items 1) to 5) can be used alone or in combination of two or more. When mixed and used, it is not always necessary to select a combination of solvents that are mutually soluble in an arbitrary ratio, and they may be mixed or non-uniform. There is no limit to the amount of these dehydrating agents used.

重合の開始剤としては、ベンゾルパーオキサイド、トルイルパーオキサイド、芳香族アルキルパーオキサイド系化合物、ジクロロベンゾイルパーオキサイド、ジクロミルパーオキサイド、アゾビスイソブチロニトリル、キュメンハイドロパーオキサイド、過硫酸アンモニウム、過安息香酸、過安息香酸エステル等が挙げられる。なお、重合開始剤の使用量は、グラフト重合に用いる高分子化合物に対して、0.01〜5.0重量%程度である。   Polymerization initiators include benzol peroxide, toluyl peroxide, aromatic alkyl peroxide compounds, dichlorobenzoyl peroxide, dichromyl peroxide, azobisisobutyronitrile, cumene hydroperoxide, ammonium persulfate, perbenzoic acid. Examples include acids and perbenzoic acid esters. In addition, the usage-amount of a polymerization initiator is about 0.01 to 5.0 weight% with respect to the high molecular compound used for graft polymerization.

重合において乳化剤としては、オレイン酸、ステアリン酸、ロジン酸、アルキルコハク酸等の弱酸系のカルボン酸のナトリウム塩、カリウム塩等が挙げられ、使用範囲としては、グラフト重合に用いる高分子化合物100重量部に対して、好ましくは3.0重量部以下で用いられる。また、アルキル硫酸エステル塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩等のカルボン酸系以外の乳化剤を少量併用することも可能である。   In the polymerization, examples of the emulsifier include sodium salts and potassium salts of weak acid carboxylic acids such as oleic acid, stearic acid, rosin acid, and alkyl succinic acid. The amount is preferably 3.0 parts by weight or less based on parts. It is also possible to use a small amount of an emulsifier other than a carboxylic acid such as an alkyl sulfate ester salt or an alkylbenzene sulfonate salt.

本発明において、酸系凝固剤、即ち酸を主体とした凝固剤としては、特に限定しないが、硫酸、塩酸等の強酸が好ましい。また水に溶かすと硫酸を生成する硫酸アルミニウムのような塩も好ましい。本発明において使用する凝固剤の量は、グラフト共重合体を急速凝集させるに必要な量であり、高分子化合物中の乳化剤の種類、凝固剤の種類により一概に規定できないが、凝析槽内のpHを好ましくは3.0以下、さらに好ましくは2.0以下に下げ得る量がよい。   In the present invention, the acid-based coagulant, that is, the coagulant mainly composed of an acid is not particularly limited, but strong acids such as sulfuric acid and hydrochloric acid are preferable. Also preferred are salts such as aluminum sulfate, which form sulfuric acid when dissolved in water. The amount of the coagulant used in the present invention is an amount necessary for rapidly agglomerating the graft copolymer, and cannot be generally specified by the type of emulsifier and the type of coagulant in the polymer compound. The amount that can lower the pH to 3.0 or less, more preferably 2.0 or less is preferable.

また、このようにして得られる本発明の高分子化合物のグラフト重合前の前駆体のポリマーの分子量は、ポリスチレン換算重量平均分子量で、1,000〜1,000,000、好ましくは1,500〜200,000である。1,000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、1,000,000を超えると、溶解性が不充分となり、また溶液粘度が高く、加工性が不良になるなどの問題がある。   In addition, the molecular weight of the precursor polymer before graft polymerization of the polymer compound of the present invention thus obtained is 1,000 to 1,000,000, preferably 1,500 to 1,000 in terms of polystyrene-equivalent weight average molecular weight. 200,000. If it is less than 1,000, the coating properties are insufficient, such as cracking in the molded film, and there is also a problem with the strength properties. On the other hand, when it exceeds 1,000,000, there are problems such as insufficient solubility, high solution viscosity, and poor processability.

なお、本発明のスルホン基含有高分子化合物の構造は、赤外線吸収スペクトルによって、1,030〜1,045cm-1、1,160〜1,190cm-1のS=O吸収、1,130〜1,250cm-1のC−O−C吸収、1,640〜1,660cm-1のC=O吸収などにより確認でき、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、核磁気共鳴スペクトル( 1H−NMR)により、6.8〜8.0ppmの芳香族プロトンのピークから、その構造を確認することができる。 The structure of the sulfonic group-containing polymer compound of the present invention, the infrared absorption spectrum, 1,030~1,045cm -1, S = O absorption at 1,160~1,190cm -1, 1,130~1 , C-O-C absorption at 250 cm -1, can be confirmed by such C = O absorption of 1,640~1,660Cm -1, these composition ratio, neutralization titration of sulfonic acid or be known by elemental analysis Can do. Moreover, the structure can be confirmed from the peak of the aromatic proton at 6.8 to 8.0 ppm by nuclear magnetic resonance spectrum ( 1 H-NMR).

上記方法により得られた高分子化合物をプロトン伝導材料として使用する場合、プロトン型に変換する必要がある。この工程は高分子化合物を酸性溶液に浸漬することで行う。酸性溶液としてはプロトン酸溶液が好ましく、このプロトン酸としては、塩酸、硫酸、硝酸、過塩素酸、テトラフルオロ硼酸、ヘキサフルオロ砒素酸、臭化水素酸、固体酸(タングストリン酸、タングステンペルオキソ錯体等)等、スルホン酸類(例えば、炭素原子数1〜15のスルホン酸類であり、ベンゼンスルホン酸、トルエンスルホン酸、ヘキサフルオロベンゼンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、ドデシルスルホン酸等)が挙げられる。これらを2種以上併用することも可能である。特に塩酸、硫酸、硝酸が好ましい。この工程における温度は10〜100℃が好ましく、20〜80℃が特に好ましい。反応時間は0.1〜24時間が好ましく、0.5から12時間がさらに好ましい。酸溶液の濃度は0.1〜10規定が好ましく、0.5〜5規定がさらに好ましい。 When the polymer compound obtained by the above method is used as a proton conducting material, it must be converted to a proton type. This step is performed by immersing the polymer compound in an acidic solution. As the acidic solution, a proton acid solution is preferable, and as the proton acid, hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, perchloric acid, tetrafluoroboric acid, hexafluoroarsenic acid, hydrobromic acid, solid acid (tungstophosphoric acid, tungsten peroxo complex) Etc.) and sulfonic acids (for example, sulfonic acids having 1 to 15 carbon atoms such as benzenesulfonic acid, toluenesulfonic acid, hexafluorobenzenesulfonic acid, trifluoromethanesulfonic acid, dodecylsulfonic acid, etc.). Two or more of these may be used in combination. In particular, hydrochloric acid, sulfuric acid, and nitric acid are preferable. The temperature in this step is preferably from 10 to 100 ° C, particularly preferably from 20 to 80 ° C. The reaction time is preferably 0.1 to 24 hours, more preferably 0.5 to 12 hours. The concentration of the acid solution is preferably 0.1 to 10 N, and more preferably 0.5 to 5 N.

次に、本発明の固体電解質は、上記プロトン型に変換された高分子化合物以外に、硫酸、リン酸などの無機酸、カルボン酸を含む有機酸、適量の水などを併用しても良い。   Next, in the solid electrolyte of the present invention, an inorganic acid such as sulfuric acid and phosphoric acid, an organic acid containing a carboxylic acid, an appropriate amount of water, and the like may be used in addition to the polymer compound converted to the proton type.

製膜工程においては、原料となる高分子化合物を融点より高い温度に保持した液体、または溶媒を用いて溶解した液体を用いて、押出成型によって製膜してもよいし、これらの液体をキャスト、または塗布して製膜してもよい。これらの操作はカレンダーロール、キャストロール等のロールまたはTダイを用いたフィルム成形機で行なうことができ、プレス機器を用いたプレス成形とすることもできる。さらに延伸工程を追加し、膜厚制御、膜特性改良を行ってもよい。   In the film-forming process, a liquid obtained by maintaining a polymer compound as a raw material at a temperature higher than the melting point or a liquid dissolved with a solvent may be used to form a film by extrusion molding, or these liquids may be cast. Alternatively, the film may be formed by coating. These operations can be performed with a film forming machine using a roll such as a calendar roll or a cast roll or a T-die, and can also be a press forming using a press machine. Further, a stretching process may be added to control film thickness and improve film characteristics.

さらに製膜工程を経た後に表面処理を行なってもよい。表面処理としては、粗面処理、表面切削、除去、コーティング処理を行なってもよく、これらは電極との密着を改良できることがある。   Furthermore, surface treatment may be performed after the film forming step. As the surface treatment, rough surface treatment, surface cutting, removal, and coating treatment may be performed, which may improve the adhesion with the electrode.

本発明の固体電解質の形状は、膜状が好ましく、厚さは1μm〜500μmが好ましく、10〜300μmが好ましく、20〜150μmが特に好ましい。成形した時点で膜状であっても良いし、バルク体に成形した後に、切断して膜状に加工することもできる。   The shape of the solid electrolyte of the present invention is preferably a membrane, and the thickness is preferably 1 μm to 500 μm, preferably 10 to 300 μm, and particularly preferably 20 to 150 μm. It may be in the form of a film at the time of molding, or may be cut into a film after being formed into a bulk body.

本発明の固体電解質を、多孔質基材の細孔に含浸させて膜を形成することが可能である。細孔を有する基材上に本発明の第二工程終了後の反応液を塗布含浸させるか、基材を反応液に浸漬し、細孔内に固体電解質を満たして膜を形成してもよい。細孔を有する基材の好ましい例としては、多孔性ポリプロピレン、多孔性ポリテトラフルオロエチレン、多孔性架橋型耐熱性ポリエチレン、多孔性ポリイミドなどが挙げられる。   It is possible to form a film by impregnating the solid electrolyte of the present invention into the pores of the porous substrate. The reaction solution after completion of the second step of the present invention may be applied and impregnated on a substrate having pores, or the substrate may be immersed in the reaction solution to fill the pores with a solid electrolyte to form a film. . Preferable examples of the substrate having pores include porous polypropylene, porous polytetrafluoroethylene, porous cross-linked heat-resistant polyethylene, and porous polyimide.

固体電解質の他の成分
本発明の固体電解質には、膜特性を向上させるため、必要に応じて、酸化防止剤、繊維、微粒子、吸水剤、可塑剤、相溶剤等を添加してもよい。これら添加剤の含有量は固体電解質の全体量に対し1〜30質量%の範囲が好ましい。
Other components of solid electrolyte To improve the membrane characteristics, the solid electrolyte of the present invention may contain an antioxidant, fibers, fine particles, water-absorbing agent, plasticizer, compatibilizer, and the like, if necessary. The content of these additives is preferably in the range of 1 to 30% by mass with respect to the total amount of the solid electrolyte.

酸化防止剤としては、(ヒンダード)フェノール系、一価ないし二価のイオウ系、三価および五価のリン系、ベンゾフェノン系、ベンゾトリアゾール系、ヒンダードアミン系、シアノアクリレート系、サリチレート系、オキザリックアシッドアニリド系の各化合物が好ましい例として挙げられる。具体的には特開平8−53614号公報、特開平10−101873号公報、特開平11−114430号公報、特開2003−151346号公報に記載の化合物が挙げられる。   Antioxidants include (hindered) phenol, mono- or divalent sulfur, trivalent and pentavalent phosphorus, benzophenone, benzotriazole, hindered amine, cyanoacrylate, salicylate, oxalic Acid anilide compounds are preferred examples. Specific examples thereof include compounds described in JP-A-8-53614, JP-A-10-101873, JP-A-11-114430, and JP-A-2003-151346.

繊維としては、パーフルオロカーボン繊維、セルロース繊維、ガラス繊維、ポリエチレン繊維等が好ましい例として挙げられ、具体的には特開平10−312815号公報、特開2000−231928号公報、特開2001−307545号公報、特開2003−317748号公報、特開2004−63430号公報、特開2004−107461号公報に記載の繊維が挙げられる。   Preferred examples of the fibers include perfluorocarbon fibers, cellulose fibers, glass fibers, polyethylene fibers, and the like, and specifically, JP-A-10-31815, JP-A-2000-231828, JP-A-2001-307545. Examples thereof include fibers described in JP-A No. 2003-317748, JP-A No. 2004-63430, and JP-A No. 2004-107461.

微粒子としては、シリカ、アルミナ、酸化チタン、酸化ジルコニウム等からなる微粒子が好ましい例として挙げられ、具体的には特開平6−111834号公報、特開2003−178777号公報、特開2004−217921号公報に記載の微粒子が挙げられる。また、特表2005−510828号公報、特開2004−22346号公報、国際公開WO2004/017446号パンフレット、特開2005−190724号公報、特表2005−527687号公報に記載のイオン官能基を導入したカーボン材料も、プロトン伝導補助剤あるいは酸化防止剤として機能することから好ましく用いることができる。   Examples of the fine particles include fine particles made of silica, alumina, titanium oxide, zirconium oxide, and the like. Specifically, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 6-1111834, 2003-178777, and 2004-217921. Fine particles described in the publication can be mentioned. Moreover, the ionic functional groups described in JP-T-2005-510828, JP-A-2004-22346, WO2004 / 017446, JP-A-2005-190724, and JP-A-2005-527687 have been introduced. Carbon materials can also be preferably used because they function as proton conduction aids or antioxidants.

吸水剤(親水性物質)としては、架橋ポリアクリル酸塩、デンプン−アクリル酸塩、ポバール、ポリアクリロニトリル、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルピロリドン、ポリグリコールジアルキルエーテル、ポリグリコールジアルキルエステル、シリカゲル、合成ゼオライト、アルミナゲル、チタニアゲル、ジルコニアゲル、イットリアゲルが好ましい例として挙げられ、具体的には特開平7−135003号公報、特開平8−20716号公報、特開平9−251857号公報に記載の吸水剤が挙げられる。   Water-absorbing agents (hydrophilic substances) include cross-linked polyacrylate, starch-acrylate, poval, polyacrylonitrile, carboxymethylcellulose, polyvinylpyrrolidone, polyglycol dialkyl ether, polyglycol dialkyl ester, silica gel, synthetic zeolite, alumina gel , Titania gel, zirconia gel, and yttria gel are preferable examples. Specific examples include water absorbing agents described in JP-A Nos. 7-13003, 8-20716, and 9-251857. .

可塑剤としては、リン酸エステル系化合物、フタル酸エステル系化合物、脂肪族一塩基酸エステル系化合物、脂肪族二塩基酸エステル系化合物、二価アルコールエステル系化合物、オキシ酸エステル系化合物、塩素化パラフィン、アルキルナフタレン系化合物、スルホンアルキルアミド系化合物、オリゴエーテル類、カーボネート類、芳香族ニトリル類が好ましい例として挙げられ、具体的には特開2003−197030号公報、特開2003−288916号公報、特開2003−317539号公報に記載の可塑剤が挙げられる。   Plasticizers include phosphate ester compounds, phthalate ester compounds, aliphatic monobasic acid ester compounds, aliphatic dibasic acid ester compounds, dihydric alcohol ester compounds, oxyacid ester compounds, and chlorination. Paraffin, alkylnaphthalene compounds, sulfonalkylamide compounds, oligoethers, carbonates, and aromatic nitriles are preferable examples, and specifically, JP2003-970030A and JP2003-288916A. And plasticizers described in JP-A No. 2003-317539.

さらに本発明の固体電解質には、(1)膜の機械的強度を高める目的、および(2)膜中の酸濃度を高める目的で種々の高分子化合物を含有させてもよい。
(1)機械的強度を高める目的には、分子量10,000〜1,000,000程度で本発明の固体電解質と相溶性のよい高分子化合物が適する。例えば、パーフッ素化ポリマー、ポリスチレン、ポリエチレングリコール、ポリオキセタン、ポリ(メタ)アクリレート、ポリエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、およびこれらの2以上の重合体が好ましく、含有量としては全体に対し1〜30質量%の範囲が好ましい。
相溶剤としては、沸点または昇華点が250℃以上のものが好ましく、300℃以上のものがさらに好ましい。
(2)酸濃度を高める目的には、ナフィオンに代表されるパーフルオロカーボンスルホン酸ポリマー、側鎖にリン酸基を有するポリ(メタ)アクリレート、スルホン化ポリエーテルエーテルケトン、スルホン化ポリエーテルスルホン、スルホン化ポリスルホン、スルホン化ポリベンズイミダゾールなどの耐熱芳香族高分子のスルホン化物などのプトロン酸部位を有する高分子化合物などが好ましく、含有量としては全体に対し1〜30質量%の範囲が好ましい。
Further, the polymer electrolyte of the present invention may contain various polymer compounds for the purpose of (1) increasing the mechanical strength of the film and (2) increasing the acid concentration in the film.
(1) For the purpose of increasing mechanical strength, a polymer compound having a molecular weight of about 10,000 to 1,000,000 and having good compatibility with the solid electrolyte of the present invention is suitable. For example, perfluorinated polymer, polystyrene, polyethylene glycol, polyoxetane, poly (meth) acrylate, polyether ketone, polyether sulfone, and two or more polymers thereof are preferable, and the content is 1 to 30 based on the total. A range of mass% is preferred.
The compatibilizer preferably has a boiling point or sublimation point of 250 ° C. or higher, more preferably 300 ° C. or higher.
(2) For the purpose of increasing the acid concentration, perfluorocarbon sulfonic acid polymer represented by Nafion, poly (meth) acrylate having a phosphate group in the side chain, sulfonated polyetheretherketone, sulfonated polyethersulfone, sulfone Polymer compounds having a ptronic acid moiety such as sulfonated products of heat-resistant aromatic polymers such as sulfonated polysulfone and sulfonated polybenzimidazole are preferable, and the content is preferably in the range of 1 to 30% by mass.

本発明の固体電解質の特性としては、以下の諸性能を持つものが好ましい。
イオン伝導度は例えば25℃95%相対湿度において、0.005S/cmであることが好ましく、0.01S/cm以上であるものが特に好ましい。
酸素透過係数は4×10-7cm2/s以下であることが好ましく、2x10-7cm2/s以下であるものが特に好ましい。
強度としては例えば引っ張り強度が10MPa以上であることが好ましく、20MPa以上であるものが特に好ましい。
耐久性については煮沸水中で一定温度での経時前後で、重量、イオン交換容量、酸素拡散係数の変化率が20%以下であることが好ましく、10%以下であることが特に好ましい。さらに過酸化水素中における経時前後でも同様に変化率が20%以下であることが好ましく、10%以下であることが特に好ましい。また水中で一定温度での体積膨潤率は、50%以下であることが好ましく、30%以下であることが特に好ましい。
本発明の固体電解質は安定した吸水率および含水率を持つものが好ましい。また、アルコール類、水およびこれらの混合溶媒に対し、溶解度は実質的に無視できる程度であることが好ましい。また上記溶媒に浸漬した時の重量減少、形態変化も実質的に無視できる程度であることが好ましい。
膜状に形成した場合のイオン伝導方向は表面から裏面の方向が、それ以外の方向に対し高い方が好ましい。
本発明の固体電解質の耐熱温度は、100℃以上であることが好ましく、150℃以上がさらに好ましく、200℃以上が特に好ましい。耐熱温度は例えば1℃/分の速度で温度が高くなるように加熱したときの重量減少5%に達した時間として定義できる。この重量減少は、水分等の蒸発分を除いて計算される。
As the characteristics of the solid electrolyte of the present invention, those having the following performances are preferred.
For example, the ionic conductivity is preferably 0.005 S / cm, particularly preferably 0.01 S / cm or more at 25 ° C. and 95% relative humidity.
The oxygen permeability coefficient is preferably 4 × 10 −7 cm 2 / s or less, and particularly preferably 2 × 10 −7 cm 2 / s or less.
For example, the tensile strength is preferably 10 MPa or more, particularly preferably 20 MPa or more.
With respect to durability, the rate of change in weight, ion exchange capacity, and oxygen diffusion coefficient is preferably 20% or less, particularly preferably 10% or less, before and after aging at a constant temperature in boiling water. Further, the rate of change is preferably 20% or less, and particularly preferably 10% or less, before and after aging in hydrogen peroxide. Further, the volume swelling rate at a constant temperature in water is preferably 50% or less, and particularly preferably 30% or less.
The solid electrolyte of the present invention preferably has a stable water absorption and water content. Moreover, it is preferable that the solubility is substantially negligible with respect to alcohols, water, and mixed solvents thereof. Moreover, it is preferable that the weight reduction and the shape change when immersed in the solvent are substantially negligible.
When formed into a film, the ion conduction direction is preferably such that the direction from the front surface to the back surface is higher than the other directions.
The heat resistant temperature of the solid electrolyte of the present invention is preferably 100 ° C. or higher, more preferably 150 ° C. or higher, and particularly preferably 200 ° C. or higher. The heat-resistant temperature can be defined as the time when the weight loss reaches 5% when the temperature is increased at a rate of 1 ° C./minute, for example. This weight loss is calculated excluding evaporation such as moisture.

燃料電池
本発明の固体電解質は、燃料電池の固体電解質膜(プロトン伝導膜)として用いるほか、触媒膜(触媒層)の構成材料として用いることができる。特に、膜/電極接合体(Membrane and Electrode Assembly)(以下「MEA」という)の触媒膜および/または固体電解質膜に用いることが好ましい。
図1は本発明の膜/電極接合体の断面概略図の一例を示したものである。MEA10は、膜状の固体電解質11と、それを挟んで対向するアノード電極12およびカソード電極13からなるガス拡散電極を備える。
アノード電極12とカソード電極13は、導電層12a、13aと触媒層12b、13bからなる。
Fuel Cell The solid electrolyte of the present invention can be used as a constituent material of a catalyst membrane (catalyst layer) as well as a solid electrolyte membrane (proton conductive membrane) of a fuel cell. In particular, it is preferably used for a catalyst membrane and / or a solid electrolyte membrane of a membrane / electrode assembly (hereinafter referred to as “MEA”).
FIG. 1 shows an example of a schematic cross-sectional view of the membrane / electrode assembly of the present invention. The MEA 10 includes a membrane-like solid electrolyte 11 and a gas diffusion electrode composed of an anode electrode 12 and a cathode electrode 13 that are opposed to each other with the membrane electrolyte 11 interposed therebetween.
The anode electrode 12 and the cathode electrode 13 are composed of conductive layers 12a and 13a and catalyst layers 12b and 13b.

触媒層12b、13bは、触媒金属を担持した導電材が含まれる。ここで、触媒金属としては、水素の酸化反応および酸素の還元反応を促進する金属であればいずれのものでもよく、例えば、白金、金、銀、パラジウム、イリジウム、ロジウム、ルテニウム、鉄、コバルト、ニッケル、クロム、タングステン、マンガン、バナジウム、あるいはそれらの合金が挙げられる。このような触媒の中で、特に白金が多くの場合用いられる。
触媒金属の粒子サイズは、好ましくは、2〜10nmの範囲であり、粒子サイズが小さい程単位質量当りの表面積が大きくなるので活性が高まり有利な傾向にあるが、小さすぎると凝集させずに分散させることが難しくい傾向にある。
The catalyst layers 12b and 13b include a conductive material carrying a catalyst metal. Here, the catalyst metal may be any metal that promotes the oxidation reaction of hydrogen and the reduction reaction of oxygen, for example, platinum, gold, silver, palladium, iridium, rhodium, ruthenium, iron, cobalt, Nickel, chromium, tungsten, manganese, vanadium, or an alloy thereof can be used. Of these catalysts, platinum is often used.
The particle size of the catalyst metal is preferably in the range of 2 to 10 nm. The smaller the particle size, the greater the surface area per unit mass, and the more active the activity tends to be. It tends to be difficult.

また、水素−酸素系燃料電池における活性分極はアノード極(水素極)に比べ、カソード極(空気極)が大きい。これは、アノード極に比べ、カソード極の反応(酸素の還元)が遅いためである。酸素極の活性向上を目的として、Pt−Cr、Pt−Ni、Pt−Co、Pt−Cu、Pt−Feなどのさまざまな白金基二元金属を用いることができる。アノード燃料にメタノール水溶液を用いる直接メタノール燃料電池においては、メタノールの酸化過程で生じるCOによる触媒被毒を抑制することが重要である。この目的のために、触媒金属として、Pt−Ru、Pt−Fe、Pt−Ni、Pt−Co、Pt−Moなどの白金基二元金属、Pt−Ru−Mo、Pt−Ru−W、Pt−Ru−Co、Pt−Ru−Fe、Pt−Ru−Ni、Pt−Ru−Cu、Pt−Ru−Sn、Pt−Ru−Auなどの白金基三元金属を用いることもできる。   Further, the active polarization in the hydrogen-oxygen fuel cell is larger in the cathode electrode (air electrode) than in the anode electrode (hydrogen electrode). This is because the cathode electrode reaction (oxygen reduction) is slower than the anode electrode. For the purpose of improving the activity of the oxygen electrode, various platinum-based binary metals such as Pt—Cr, Pt—Ni, Pt—Co, Pt—Cu, and Pt—Fe can be used. In a direct methanol fuel cell using an aqueous methanol solution as an anode fuel, it is important to suppress catalyst poisoning due to CO that occurs during the oxidation process of methanol. For this purpose, platinum-based binary metals such as Pt—Ru, Pt—Fe, Pt—Ni, Pt—Co, and Pt—Mo, Pt—Ru—Mo, Pt—Ru—W, Pt are used as catalyst metals. Platinum-based ternary metals such as —Ru—Co, Pt—Ru—Fe, Pt—Ru—Ni, Pt—Ru—Cu, Pt—Ru—Sn, and Pt—Ru—Au can also be used.

触媒金属を担持させる導電材としては、電子導伝性物質であれば特に定めるものではないが、例えば各種金属や炭素材料などが挙げられる。炭素材料としては、カーボンブラック、活性炭、黒鉛等が挙げられるが、カーボン粒子が好ましく、アセチレンブラック、Vulcan XC−72、ケチェンブラック、カーボンナノホーン(CNH)、カーボンナノチューブ(CNT)がより好ましく、これらを単独あるいは混合して使用できる。また、特表2005−510828号公報、特開2004−22346号公報、国際公開WO2004/017446号パンフレット、特開2005−190724号公報、特表2005−527687号公報等に記載のイオン官能基を導入した炭素材を用いることもできる。   The conductive material for supporting the catalyst metal is not particularly defined as long as it is an electron conductive substance, and examples thereof include various metals and carbon materials. Examples of the carbon material include carbon black, activated carbon, graphite and the like, but carbon particles are preferable, and acetylene black, Vulcan XC-72, ketjen black, carbon nanohorn (CNH), and carbon nanotube (CNT) are more preferable. Can be used alone or in combination. Also, ion functional groups described in JP-T 2005-510828, JP-A 2004-22346, WO 2004/017446, JP-A 2005-190724, JP-A 2005-527687, etc. are introduced. Carbon materials that have been used can also be used.

触媒膜のバインダーとしては、プロトン供与基を持った固体(プロトン伝導材)であれば制限はないが、固体電解質に用いられる酸残基を有する高分子化合物(例えばナフィオンに代表されるパーフルオロカーボンスルホン酸、側鎖リン酸基ポリ(メタ)アクリレート、スルホン化ポリエーテルエーテルケトン、スルホン化ポリベンズイミダゾールなどの耐熱性芳香族高分子のスルホン化物など)が好ましく用いられる。また、撥水性を有する化合物、好ましくは含フッ素樹脂、特に耐熱性、耐酸化性の優れたものがより好ましく、例えばポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、およびテトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体等を、上記プロトン供与基を持った固体に混合して用いてもよい。さらに接着性の観点から、本発明の固体電解質を触媒膜に用いると、固体電解質と同種の材料となるため、固体電解質と触媒膜との電気化学的密着性が高まりより有利である。   The binder of the catalyst membrane is not limited as long as it is a solid (proton conductive material) having a proton donating group, but is a polymer compound having an acid residue used for a solid electrolyte (for example, perfluorocarbon sulfone represented by Nafion). Acid, side chain phosphate group poly (meth) acrylate, sulfonated polyetheretherketone, sulfonated products of heat-resistant aromatic polymers such as sulfonated polybenzimidazole, etc.) are preferably used. Further, a compound having water repellency, preferably a fluorine-containing resin, particularly those having excellent heat resistance and oxidation resistance, such as polytetrafluoroethylene, tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer, and tetrafluoro An ethylene-hexafluoropropylene copolymer or the like may be used by mixing with the solid having the proton donating group. Furthermore, from the viewpoint of adhesiveness, when the solid electrolyte of the present invention is used for a catalyst membrane, it becomes a material of the same kind as the solid electrolyte, so that the electrochemical adhesion between the solid electrolyte and the catalyst membrane is increased, which is more advantageous.

触媒金属の使用量は、0.03〜10mg/cm2の範囲が電池出力と経済性の観点から適している。触媒金属を担持する導電材の量は、触媒金属の質量に対して、1〜10倍が適している。プロトン伝導材料(バインダー)の量は、触媒金属担持導電材の質量に対して、0.1〜0.7倍が適している。 The amount of catalytic metal used is suitably in the range of 0.03 to 10 mg / cm 2 from the viewpoint of battery output and economy. The amount of the conductive material supporting the catalyst metal is suitably 1 to 10 times the mass of the catalyst metal. The amount of the proton conductive material (binder) is suitably 0.1 to 0.7 times the mass of the catalyst metal-supported conductive material.

導電層は、電子導伝性物質であれば特に定めるものではなく、例えば炭素材料などが挙げられるが、原料ガスを効率的に触媒層に輸送させるため、多孔質性のカーボン不織布あるいはカーボンペーパーなどの多孔質導電シートが好ましい。 The conductive layer is not particularly defined as long as it is an electron conductive substance, and examples thereof include a carbon material. For example, a porous carbon non-woven fabric or carbon paper is used to efficiently transport a source gas to the catalyst layer. The porous conductive sheet is preferable.

電解質膜と電極接合法についても特に制限はなく、公知の方法を用いることができる。例えば、
触媒層12b、13bを固体電解質11に密着させるために、導電層12a、13aに触媒層12b、13bを塗設したものを、固体電解質11にホットプレス法(好ましくは120〜130℃、2〜100 kg/cm2)で圧着するか、適当な支持体に触媒層12b、13bを塗設したものを、固体電解質11に転写しながら圧着した後、導電層12a、13aで挟み込む方法等を一般的に用いる。
There are no particular limitations on the electrolyte membrane and the electrode bonding method, and a known method can be used. For example,
In order to adhere the catalyst layers 12b and 13b to the solid electrolyte 11, the conductive layers 12a and 13a coated with the catalyst layers 12b and 13b are applied to the solid electrolyte 11 by a hot press method (preferably 120 to 130 ° C., 2 to 100 kg / cm 2 ) or a method in which an appropriate support coated with catalyst layers 12b and 13b is bonded to a solid electrolyte 11 while being transferred and then sandwiched between conductive layers 12a and 13a. Use it.

触媒膜の機能は、(1)燃料を触媒金属に輸送すること、(2)燃料の酸化(アノード極)、還元(カソード極)反応の場を提供すること、(3)酸化還元により生じた電子を集電材に伝達すること、(4)反応により生じたプロトンを固体電解質に輸送すること、である。(1)のために触媒膜は、液体および気体燃料が奥まで透過できる多孔質性であることが必要である。(2)は上記で述べた触媒金属が、(3)は同じく上記で述べた導電材が担う。(4)の機能を果たすために、触媒膜にバインダーとしてプロトン伝導材料を混在させる。   The function of the catalyst membrane was caused by (1) transporting fuel to the catalyst metal, (2) providing a field for fuel oxidation (anode electrode) and reduction (cathode electrode) reaction, and (3) redox. (4) transporting protons generated by the reaction to the solid electrolyte. For (1), the catalyst membrane needs to be porous so that liquid and gaseous fuel can permeate deeply. (2) is the catalyst metal described above, and (3) is the conductive material described above. In order to fulfill the function (4), a proton conductive material is mixed in the catalyst membrane as a binder.

MEAの作製には、次の4つの方法が好ましい。
(1)プロトン伝導材料塗布法:活性金属担持カーボン、プロトン伝導材料、溶媒を基本要素とする触媒ペースト(インク)を固体電解質膜の両側に直接塗布し、多孔質導電シートを(熱)圧着して5層構成のMEAを作製する。
(2)多孔質導電シート塗布法:触媒ペーストを多孔質導電シート表面に塗布し、触媒膜を形成させた後、固体電解質と圧着し、5層構成のMEAを作製する。
The following four methods are preferable for the production of MEA.
(1) Proton conductive material coating method: A catalyst paste (ink) based on active metal-supported carbon, proton conductive material, and solvent is directly applied to both sides of the solid electrolyte membrane, and a porous conductive sheet is (thermally) pressed. A 5-layer MEA is manufactured.
(2) Porous conductive sheet coating method: After applying a catalyst paste to the surface of the porous conductive sheet to form a catalyst film, it is pressure-bonded to a solid electrolyte to produce a MEA having a five-layer structure.

(3)Decal法:触媒ペーストをPTFE上に塗布し、触媒膜を形成させた後、固体電解質膜に触媒膜のみを転写させ3層のMEAを形成させ、多孔質導電シートを圧着し、5層構成のMEAを作製する。
(4)触媒後担持法:白金未担持カーボン材料をプロトン伝導材料とともに混合したインクを固体電解質膜、多孔質導電シートあるいはPTFE上に塗布・製膜した後、白金イオンを当該固体電解質に含浸させ、白金粒子を膜中で還元析出させて触媒膜を形成させる。触媒膜を形成させた後は、上記(1)〜(3)の方法にてMEAを作製する。
(3) Decal method: After applying a catalyst paste on PTFE to form a catalyst film, only the catalyst film is transferred to the solid electrolyte film to form a three-layer MEA, and a porous conductive sheet is pressure-bonded. A MEA having a layer structure is manufactured.
(4) Post-catalyst support method: After coating and forming a solid electrolyte membrane, a porous conductive sheet or PTFE with an ink in which a platinum non-support carbon material is mixed with a proton conductive material, the solid electrolyte is impregnated with the solid electrolyte. Then, platinum particles are reduced and deposited in the film to form a catalyst film. After forming the catalyst film, the MEA is produced by the above methods (1) to (3).

図2は燃料電池構造の一例を示す。燃料電池はMEA10と、MEA10を挟持する一対のセパレータ21、22と、セパレータ21、22に取り付けられた集電材17およびパッキン14とを有する。アノード極側のセパレータ21にはアノード極側開口部15が設けられ、カソード極側のセパレータ22にはカソード極側開口16設けられている。アノード極側開口部15からは、水素、アルコール類(メタノール等)等のガス燃料またはアルコール水溶液等の液体燃料が供給され、カソード極側開口部16からは、酸素ガス、空気等の酸化剤ガスが供給される。
ここで、セパレータは、電子伝導性が高くガス不透過性のものであり、公知の材料を用いることができるが、具体的には、炭素材料や金属材料から構成されたセパレータを採用できる。
また、集電材は、カーボンペーパーやカーボンファイバー等を用いることができる。
FIG. 2 shows an example of a fuel cell structure. The fuel cell includes an MEA 10, a pair of separators 21 and 22 that sandwich the MEA 10, and a current collector 17 and a packing 14 attached to the separators 21 and 22. An anode pole side opening 15 is provided in the anode pole side separator 21, and a cathode pole side opening 16 is provided in the cathode pole side separator 22. Gas fuel such as hydrogen and alcohols (such as methanol) or liquid fuel such as an alcohol aqueous solution is supplied from the anode electrode side opening 15, and oxidant gas such as oxygen gas and air is supplied from the cathode electrode side opening 16. Is supplied.
Here, the separator has a high electron conductivity and is impermeable to gas, and a known material can be used. Specifically, a separator made of a carbon material or a metal material can be used.
In addition, as the current collector, carbon paper, carbon fiber, or the like can be used.

本発明の固体電解質を用いた燃料電池の燃料として用いることのできるのは、アノード燃料としては、水素、アルコール類(メタノール、イソプロパノール、エチレングリコールなど)、エーテル類(ジメチルエーテル、ジメトキシメタン、トリメトキシメタンなど)、ギ酸、水素化ホウ素錯体、アスコルビン酸などが挙げられる。カソード燃料としては、酸素(大気中の酸素も含む)、過酸化水素などが挙げられる。   The anode fuel that can be used as the fuel for the fuel cell using the solid electrolyte of the present invention is hydrogen, alcohols (methanol, isopropanol, ethylene glycol, etc.), ethers (dimethyl ether, dimethoxymethane, trimethoxymethane). Etc.), formic acid, borohydride complexes, ascorbic acid and the like. Examples of the cathode fuel include oxygen (including oxygen in the atmosphere) and hydrogen peroxide.

上記アノード燃料およびカソード燃料を、それぞれの触媒膜に供給する方法には、(1)ポンプ等の補機を用いて強制循環させる方法(アクティブ型)と、(2)補機を用いない方法(例えば、液体の場合には毛管現象や自然落下により、気体の場合には大気に触媒膜を晒し供給するパッシブ型)の2通りがあり、これらを組み合わせることも可能である。高出力が得られるアクティブ型が好ましい。   The method for supplying the anode fuel and the cathode fuel to the respective catalyst membranes includes (1) a method of forced circulation using an auxiliary device such as a pump (active type), and (2) a method not using an auxiliary device ( For example, in the case of a liquid, there are two types, that is, a capillary type or a natural fall, and in the case of a gas, a passive type in which the catalyst film is exposed and supplied to the atmosphere, and these can be combined. An active type capable of obtaining high output is preferable.

燃料電池の単セル電圧は一般的に1V以下であるので、負荷の必要電圧に合わせて、単セルを直列スタッキングして用いる。スタッキングの方法としては、単セルを平面上に並べる「平面スタッキング」および、単セルを、両側に燃料流路の形成されたセパレーターを介して積み重ねる「バイポーラースタッキング」が用いられる。前者は、カソード極(空気極)が表面に出るため、空気を取り入れ易く、薄型にできることから小型燃料電池に適している。この他にも、MEMS技術を応用し、シリコンウェハー上に微細加工を施し、スタッキングする方法も提案されている。   Since the single cell voltage of the fuel cell is generally 1 V or less, the single cells are used by stacking in series according to the required voltage of the load. As the stacking method, “planar stacking” in which the single cells are arranged on a plane and “bipolar stacking” in which the single cells are stacked via separators having fuel flow paths formed on both sides are used. The former is suitable for a small fuel cell because the cathode electrode (air electrode) comes out on the surface, so that air can be easily taken in and can be made thin. In addition to this, a method of applying MEMS technology, performing fine processing on a silicon wafer, and stacking has been proposed.

燃料電池は、自動車用、家庭用、携帯機器用など様々な利用が考えられているが、特に、直接メタノール型燃料電池は、小型、軽量化が可能であり充電が不要である利点を活かし、様々な携帯機器やポータブル機器用エネルギー源としての利用が期待されている。例えば、好ましく適用できる携帯機器としては、携帯電話、モバイルノートパソコン、電子スチルカメラ、PDA、ビデオカメラ、携帯ゲーム機、モバイルサーバー、ウエラブルパソコン、モバイルディスプレイなどが挙げられる。好ましく適用できるポータブル機器としては、ポータブル発電機、野外照明機器、懐中電灯、電動(アシスト)自転車などが挙げられる。また、産業用や家庭用などのロボットあるいはその他の玩具の電源としても好ましく用いることができる。さらには、これらの機器に搭載された2次電池の充電用電源としても有用である。   Fuel cells are considered for various uses such as for automobiles, homes, and portable devices.In particular, direct methanol fuel cells are advantageous in that they can be reduced in size and weight and do not require charging. It is expected to be used as an energy source for various portable devices and portable devices. For example, mobile devices that can be preferably applied include mobile phones, mobile laptop computers, electronic still cameras, PDAs, video cameras, portable game machines, mobile servers, wearable personal computers, mobile displays, and the like. Examples of portable devices that can be preferably applied include portable generators, outdoor lighting devices, flashlights, and electric (assist) bicycles. Moreover, it can be preferably used as a power source for industrial or household robots or other toys. Furthermore, it is also useful as a power source for charging secondary batteries mounted on these devices.

以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り、適宜、変更することができる。従って、本発明の範囲は以下に示す具体例に限定されるものではない。   The present invention will be described more specifically with reference to the following examples. The materials, amounts used, ratios, processing details, processing procedures, and the like shown in the following examples can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention. Therefore, the scope of the present invention is not limited to the specific examples shown below.

実施例1 固体電解質の作製
[固体電解質M−1の作製]
スキーム3に従って行った。すなわち、公知の方法に従い、9.1gの炭酸カリウム、120mLのN−メチル−2−ピロリドン、25mLのトルエンに、10.0gのビスフェノールAと8.4gの4,4'−ジクロロジフェニルスルホン、7.2gの3,3'−ジスルホ−4,4'−ジクロロジフェニルスルホン二ナトリウム塩とを加え、窒素気流下200℃の油浴中で24時間攪拌した。反応液を濾別し、大過剰のアセトニトリル中に注ぐと沈殿が得られた。上澄みを除去して沈殿をアセトニトリルで洗浄後、減圧乾燥し、スルホ基を有するポリスルホンp−1を16.2g得た。1H−NMR(DMSO−d6溶媒)測定の結果、δ1.7ppmに主鎖ポリスルホンのメチル基に基づくシグナル、δ6.8〜8.4ppmに主鎖の芳香環に基づくシグナルが確認された。
次に10.0gのp−1、30mLのN,N−ジメチルホルムアミド、100mLの塩化チオニルを加え、窒素気流下攪拌しながら12時間還流した。その後、減圧して未反応の塩化チオニルを留去し、得られた生成物をアセトニトリルで洗浄し、塩化スルホニルを有するポリスルホンp−2を8.7g得た。
次に、3.0gのp−2に、780mgの塩化銅(I)、2.46gの2,2'−ビピリジン、5
0mLのN−メチル−2−ピロリドン、3.90gの3−(3−スルホプロピルオキシ)スチレンリチウム塩(K−18)を加え、窒素気流下、160℃の油浴中で26時間攪拌した。その後、1.3gのハイドロキノンを加えて更に3時間攪拌した。反応液を室温まで冷却後、大量のアセトニトリル中に注ぐと沈殿を生じた。上澄みを除去して沈殿をアセトニトリルで洗浄後、N−メチル−2−ピロリドンに溶解した。この溶液を大量の水中に注ぐと沈殿を生じ、上澄みを除去して沈殿を水で洗浄し、減圧乾燥することで固体電解質M−1を3.6g得た。1H−NMR(DMSO−d6溶媒)測定の結果、δ4.0ppm、δ2.4−2.6ppm、δ2.0ppmに側鎖のプロピレン基に基づくシグナルが観測された。また、δ1.7ppmの主鎖に基づくシグナルの積分値と、δ4.0ppmの側鎖に基づくシグナルの積分値との比から、側鎖ポリスチレンの繰り返し単位数(x1およびx2)は、平均3.7であることがわかった。

Figure 2006344587
Example 1 Preparation of solid electrolyte
[Preparation of solid electrolyte M-1]
Performed according to Scheme 3. That is, according to a known method, 9.1 g of potassium carbonate, 120 mL of N-methyl-2-pyrrolidone, 25 mL of toluene, 10.0 g of bisphenol A and 8.4 g of 4,4′-dichlorodiphenylsulfone, 7 2 g of 3,3′-disulfo-4,4′-dichlorodiphenylsulfone disodium salt was added and stirred in an oil bath at 200 ° C. for 24 hours under a nitrogen stream. The reaction solution was filtered off and poured into a large excess of acetonitrile to obtain a precipitate. The supernatant was removed and the precipitate was washed with acetonitrile and then dried under reduced pressure to obtain 16.2 g of polysulfone p-1 having a sulfo group. As a result of 1 H-NMR (DMSO-d 6 solvent) measurement, a signal based on the methyl group of the main chain polysulfone was observed at δ1.7 ppm, and a signal based on the aromatic ring of the main chain was observed at δ6.8 to 8.4 ppm.
Next, 10.0 g of p-1, 30 mL of N, N-dimethylformamide and 100 mL of thionyl chloride were added, and the mixture was refluxed for 12 hours with stirring under a nitrogen stream. Thereafter, the pressure was reduced to remove unreacted thionyl chloride, and the resulting product was washed with acetonitrile to obtain 8.7 g of polysulfone p-2 having sulfonyl chloride.
Next, 3.0 g of p-2 was added to 780 mg of copper (I) chloride, 2.46 g of 2,2′-bipyridine, 5
0 mL of N-methyl-2-pyrrolidone, 3.90 g of 3- (3-sulfopropyloxy) styrene lithium salt (K-18) was added, and the mixture was stirred in a 160 ° C. oil bath for 26 hours under a nitrogen stream. Thereafter, 1.3 g of hydroquinone was added and the mixture was further stirred for 3 hours. The reaction solution was cooled to room temperature and then poured into a large amount of acetonitrile, resulting in precipitation. The supernatant was removed and the precipitate was washed with acetonitrile and then dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone. When this solution was poured into a large amount of water, precipitation occurred, the supernatant was removed, the precipitate was washed with water, and dried under reduced pressure to obtain 3.6 g of solid electrolyte M-1. As a result of 1 H-NMR (DMSO-d 6 solvent) measurement, signals based on propylene groups in the side chain were observed at δ4.0 ppm, δ2.4-2.6 ppm, and δ2.0 ppm. Further, from the ratio of the integral value of the signal based on the main chain of δ 1.7 ppm and the integral value of the signal based on the side chain of δ 4.0 ppm, the number of repeating units (x 1 and x 2 ) of the side chain polystyrene is It was found to be 3.7.
Figure 2006344587

[固体電解質M−2の作製]
スキーム4に従って行った。すなわち、公知の方法に従い、9.1gの炭酸カリウム、100mLのN−メチル−2−ピロリドン、20mLのトルエンに、10.0gのビスフェノールAと12.58gの4,4'−ジクロロジフェニルスルホンとを加え、窒素気流下200℃の油浴中で24時間攪拌した。反応液を濾別し、大過剰のアセトニトリル中に注ぐと沈殿が得られた。上澄みを除去して沈殿をアセトニトリルで洗浄後、減圧乾燥し、ポリスルホンp−3を16.1g得た。1H−NMR(DMSO−d6溶媒)測定の結果、δ1.7ppmに主鎖ポリスルホンのメチル基に基づくシグナル、δ6.8〜8.1ppmに主鎖の芳香環に基づくシグナルが確認された。
次に、3.0gのp−3を60mLのクロロスルホン酸のジクロロメタン溶液に溶解し、室温で12時間攪拌した。反応液を減圧して留去し、減圧乾燥することで塩化スルホニルを有するポリスルホンp−4を3.4g得た。1H−NMR(DMSO−d6溶媒)測定より塩化スルホニル部位は、ポリスルホンの繰り返し単位1つあたりに0.7個存在することを確認した。
次に、2.0gのp−4に、543mgの塩化銅(I)、1.71gの2,2'−ビピリジン、30
mLのN−メチル−2−ピロリドン、2.38gの3−(3−スルホプロピルオキシ)スチレンリチウム塩(K−18)を加え、窒素気流下、160℃の油浴中で24時間攪拌した。その後、905mgのハイドロキノンを加えて更に3時間攪拌した。反応液を室温まで冷却後、大量のアセトニトリル中に注ぐと沈殿を生じた。上澄みを除去して沈殿をアセトニトリルで洗浄後、N−メチル−2−ピロリドンに溶解した。この溶液を大量の水中に注ぐと沈殿を生じ、上澄みを除去して沈殿を水で洗浄し、減圧乾燥することで固体電解質M−2を3.53g得た。1H−NMR(DMSO−d6溶媒)測定の結果、δ4.0ppm、δ2.4−2.6ppm、δ2.0ppmに側鎖のプロピレン基に基づくシグナルが観測された。また、δ1.7ppmの主鎖に基づくシグナルの積分値と、δ4.0ppmの側鎖に基づくシグナルの積分値との比から、側鎖ポリスチレンの繰り返し単位数(y1およびy2)は、平均2.8であることがわかった。
[Preparation of solid electrolyte M-2]
Performed according to Scheme 4. That is, according to a known method, 10.0 g of bisphenol A and 12.58 g of 4,4′-dichlorodiphenyl sulfone are added to 9.1 g of potassium carbonate, 100 mL of N-methyl-2-pyrrolidone, and 20 mL of toluene. In addition, the mixture was stirred in an oil bath at 200 ° C. for 24 hours under a nitrogen stream. The reaction solution was filtered off and poured into a large excess of acetonitrile to obtain a precipitate. The supernatant was removed, and the precipitate was washed with acetonitrile and then dried under reduced pressure to obtain 16.1 g of polysulfone p-3. As a result of 1 H-NMR (DMSO-d 6 solvent) measurement, a signal based on the methyl group of the main chain polysulfone was observed at δ 1.7 ppm, and a signal based on the aromatic ring of the main chain was observed at δ 6.8 to 8.1 ppm.
Next, 3.0 g of p-3 was dissolved in 60 mL of a dichloromethane solution of chlorosulfonic acid and stirred at room temperature for 12 hours. The reaction solution was distilled off under reduced pressure, and dried under reduced pressure to obtain 3.4 g of polysulfone p-4 having sulfonyl chloride. From 1 H-NMR (DMSO-d 6 solvent) measurement, it was confirmed that 0.7 sulfonyl chloride sites existed per repeating unit of polysulfone.
Next, to 2.0 g of p-4, 543 mg of copper (I) chloride, 1.71 g of 2,2′-bipyridine, 30
mL of N-methyl-2-pyrrolidone, 2.38 g of 3- (3-sulfopropyloxy) styrene lithium salt (K-18) was added, and the mixture was stirred in an oil bath at 160 ° C. for 24 hours under a nitrogen stream. Then, 905 mg of hydroquinone was added and further stirred for 3 hours. The reaction solution was cooled to room temperature and then poured into a large amount of acetonitrile, resulting in precipitation. The supernatant was removed and the precipitate was washed with acetonitrile and then dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone. When this solution was poured into a large amount of water, precipitation occurred, the supernatant was removed, the precipitate was washed with water, and dried under reduced pressure to obtain 3.53 g of a solid electrolyte M-2. As a result of 1 H-NMR (DMSO-d 6 solvent) measurement, signals based on propylene groups in the side chain were observed at δ4.0 ppm, δ2.4-2.6 ppm, and δ2.0 ppm. Further, from the ratio of the integral value of the signal based on the main chain of δ 1.7 ppm and the integral value of the signal based on the side chain of δ 4.0 ppm, the number of repeating units (y 1 and y 2 ) of the side chain polystyrene is It was found to be 2.8.

Figure 2006344587
Figure 2006344587

[固体電解質M−3の作製]
スキーム5に従って反応を行った。すなわち、5.0gの前記ポリマーp−3、75μLの塩化スズ、7.3mLのクロロメチルメチルエーテル、50mLの1,1,2,2−テトラクロロエタンを加え、窒素気流下110℃で6時間攪拌した。反応液を大量のエタノール中に注ぐと沈殿が得られた。上澄み液を除いて沈殿をエタノールで洗浄し、減圧乾燥することでクロロメチル基を導入したポリスルホンp−5が4.8g得られた。1H−NMR(DMSO−d6溶媒)測定の結果、δ4.6ppmにクロロメチル基に基づくシグナルが確認され、積分強度の比から、クロロメチル部位は、ポリスルホンの繰り返し単位1つあたりに1.2個存在することを確認した。
次に、2.0gのp−5に、946mgの塩化銅(I)、2.99gの2,2'−ビピリジン
、30mLのN−メチル−2−ピロリドン、11.9gの4−(3−スルホプロピルオキシ)スチレンリチウム塩(K−1)を加え、窒素気流下、140℃の油浴中で28時間攪拌した。反応液を室温まで冷却後、大量のアセトニトリル中に注ぐと沈殿を生じた。上澄みを除去して沈殿をアセトニトリルで洗浄後、N−メチル−2−ピロリドンに溶解した。この溶液を大量の水中に注ぐと固体が析出し、遠心沈降により上澄みを除去して沈殿を水で洗浄し、減圧乾燥することで固体電解質M−3を2.2g得た。1H−NMR(DMSO−d6溶媒)測定の結果、δ6.1ppmに側鎖のビニレン基に基づくシグナル、δ4.0ppm、δ2.4−2.6ppm、δ2.0ppmに側鎖のプロピレン基に基づくシグナルが観測された。また、δ6.1ppmのシグナルの積分値と、δ4.0ppmのシグナルの積分値との比から、側鎖ポリスチレンの繰り返し単位数(y1およびy2)は、平均1.3であることがわかった。
[Preparation of solid electrolyte M-3]
The reaction was performed according to Scheme 5. That is, 5.0 g of the polymer p-3, 75 μL of tin chloride, 7.3 mL of chloromethyl methyl ether, 50 mL of 1,1,2,2-tetrachloroethane were added, and the mixture was stirred at 110 ° C. for 6 hours under a nitrogen stream. did. When the reaction solution was poured into a large amount of ethanol, a precipitate was obtained. The supernatant was removed, the precipitate was washed with ethanol, and dried under reduced pressure to obtain 4.8 g of polysulfone p-5 introduced with a chloromethyl group. As a result of 1 H-NMR (DMSO-d 6 solvent) measurement, a signal based on the chloromethyl group was confirmed at δ4.6 ppm, and from the ratio of the integrated intensity, the chloromethyl moiety was found to be 1. per polysulfone repeating unit. It was confirmed that two were present.
Next, 2.0 g of p-5 was added to 946 mg of copper (I) chloride, 2.99 g of 2,2′-bipyridine, 30 mL of N-methyl-2-pyrrolidone, 11.9 g of 4- (3- Sulfopropyloxy) styrene lithium salt (K-1) was added, and the mixture was stirred in a 140 ° C. oil bath for 28 hours under a nitrogen stream. The reaction solution was cooled to room temperature and then poured into a large amount of acetonitrile, resulting in precipitation. The supernatant was removed and the precipitate was washed with acetonitrile and then dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone. When this solution was poured into a large amount of water, a solid was precipitated, the supernatant was removed by centrifugal sedimentation, the precipitate was washed with water, and dried under reduced pressure to obtain 2.2 g of a solid electrolyte M-3. As a result of 1 H-NMR (DMSO-d 6 solvent) measurement, a signal based on a vinylene group in a side chain at δ6.1 ppm, a propylene group in a side chain at δ4.0 ppm, δ2.4-2.6 ppm, and δ2.0 ppm Based signal was observed. Further, from the ratio of the integral value of the signal at δ6.1 ppm and the integral value of the signal at δ4.0 ppm, the number of repeating units (y 1 and y 2 ) of the side chain polystyrene is found to be 1.3 on average. It was.

Figure 2006344587
Figure 2006344587

[固体電解質M−4の作製]
スキーム6に従って反応を行った。すなわち、5.0gの前記ポリマーp−3、45μLの塩化スズ、3.8mLのクロロメチルメチルエーテル、50mLの1,1,2,2−テトラクロロエタンを加え、窒素気流下110℃で8時間攪拌した。反応液を大量のエタノール中に注ぐと沈殿が得られた。上澄み液を除いて沈殿をエタノールで洗浄し、減圧乾燥することでクロロメチル基を導入したポリスルホンp−6が4.9g得られた。1H−NMR(DMSO−d6溶媒)測定の結果、δ4.6ppmにクロロメチル基に基づくシグナルが確認され、積分強度の比から、クロロメチル部位は、ポリスルホンの繰り返し単位1つあたりに0.5個存在することを確認した。
次に、2.0gのp−6に、424mgの塩化銅(I)、1.34gの2,2'−ビピリジン
、50mLのN−メチル−2−ピロリドン、520mgの3−(3−トリメチルシリルプロピルオキシ)スチレン(L−24)を加え、窒素気流下、140℃の油浴中で攪拌した。NMRでL−24の反応による消失を確認後、続けて3.19gの3−(3−スルホプロピルオキシ)スチレンリチウム塩(K−18)を添加してさらに24時間反応した。その後、710mgのハイドロキノンを加えて更に3時間攪拌した。反応液を室温まで冷却後、大量のアセトニトリル中に注ぐと沈殿を生じた。上澄みを除去して沈殿をアセトニトリルで洗浄後、N−メチル−2−ピロリドンに溶解した。この溶液を大量の水中に注ぐと固体が析出し、遠心沈降により上澄みを除去して沈殿を水で洗浄し、減圧乾燥することで固体電解質M−4を4.2g得た。1H−NMR(DMSO−d6溶媒)測定の結果、δ4.0ppm、δ1.8ppm、δ0.6ppm、δ0.0ppmに、側鎖のトリメチルシリルプロピル基に基づくシグナル、δ4.0ppm、δ2.4−2.6ppm、δ2.0ppmに側鎖のスルホプロピル基に基づくシグナルが観測された。δ4.0ppmのシグナルの積分値と、δ0.0ppmのシグナルの積分値から、スキーム(6)中のy1とy3の比、またはy2とy4の比が1:5.6であることがわかった。また、δ8.1−6.6ppmの芳香環に基づくシグナルの積分値と、δ4.0ppmの側鎖に基づくシグナルの積分値との比から、側鎖ポリスチレンの繰り返し単位数(y1+y3およびy2+y4)は、平均6.3であることがわかった。
[Preparation of solid electrolyte M-4]
The reaction was performed according to Scheme 6. That is, 5.0 g of the polymer p-3, 45 μL of tin chloride, 3.8 mL of chloromethyl methyl ether, 50 mL of 1,1,2,2-tetrachloroethane were added, and the mixture was stirred at 110 ° C. for 8 hours in a nitrogen stream. did. When the reaction solution was poured into a large amount of ethanol, a precipitate was obtained. The supernatant was removed, the precipitate was washed with ethanol, and dried under reduced pressure to obtain 4.9 g of polysulfone p-6 introduced with a chloromethyl group. As a result of 1 H-NMR (DMSO-d 6 solvent) measurement, a signal based on a chloromethyl group was confirmed at δ4.6 ppm, and from the ratio of the integrated intensity, the chloromethyl moiety was 0. 0 per polysulfone repeating unit. It was confirmed that 5 existed.
Next, 2.0 g of p-6 was added to 424 mg of copper (I) chloride, 1.34 g of 2,2′-bipyridine, 50 mL of N-methyl-2-pyrrolidone, 520 mg of 3- (3-trimethylsilylpropyl). Oxy) styrene (L-24) was added and stirred in a 140 ° C. oil bath under a nitrogen stream. After confirming disappearance due to the reaction of L-24 by NMR, 3.19 g of 3- (3-sulfopropyloxy) styrene lithium salt (K-18) was subsequently added and reacted for another 24 hours. Thereafter, 710 mg of hydroquinone was added and the mixture was further stirred for 3 hours. The reaction solution was cooled to room temperature and then poured into a large amount of acetonitrile, resulting in precipitation. The supernatant was removed and the precipitate was washed with acetonitrile and then dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone. When this solution was poured into a large amount of water, a solid was precipitated, the supernatant was removed by centrifugal sedimentation, the precipitate was washed with water, and dried under reduced pressure to obtain 4.2 g of a solid electrolyte M-4. As a result of 1 H-NMR (DMSO-d 6 solvent) measurement, δ 4.0 ppm, δ 1.8 ppm, δ 0.6 ppm, δ 0.0 ppm, a signal based on a trimethylsilylpropyl group in a side chain, δ 4.0 ppm, δ 2.4- Signals based on the sulfopropyl group in the side chain were observed at 2.6 ppm and δ 2.0 ppm. From the integral value of the signal of δ4.0 ppm and the integral value of the signal of δ0.0 ppm, the ratio of y 1 and y 3 or the ratio of y 2 and y 4 in the scheme (6) is 1: 5.6. I understood it. Further, from the ratio of the integral value of the signal based on the aromatic ring of δ8.1-6.6 ppm and the integral value of the signal based on the side chain of δ4.0 ppm, the number of repeating units of the side chain polystyrene (y 1 + y 3 and y 2 + y 4 ) was found to average 6.3.

Figure 2006344587
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[固体電解質M−5の作製]
スキーム7に従って反応を行った。すなわち、2.0gのp−6に、424mgの塩化銅(I
)、1.34gの2,2'−ビピリジン、55mLのN−メチル−2−ピロリドン、5.34gの3−(1,1,2,2−テトラフルオロ−3−スルホエチルオキシ)スチレンリチウム塩(K−27)を加え、窒素気流下、140℃の油浴中で16時間攪拌した。その後、720mgのハイドロキノンを加えて更に3時間攪拌した。反応液を室温まで冷却後、大量のアセトニトリル中に注ぐと沈殿を生じた。上澄みを除去して沈殿をアセトニトリルで洗浄後、N−メチル−2−ピロリドンに溶解した。この溶液を大量の水中に注ぐと固体が析出し、遠心沈降により上澄みを除去して沈殿を水で洗浄し、減圧乾燥することで固体電解質M−5を4.6g得た。
[Preparation of solid electrolyte M-5]
The reaction was performed according to Scheme 7. That is, to 2.0 g of p-6, 424 mg of copper chloride (I
), 1.34 g of 2,2′-bipyridine, 55 mL of N-methyl-2-pyrrolidone, 5.34 g of 3- (1,1,2,2-tetrafluoro-3-sulfoethyloxy) styrene lithium salt (K-27) was added, and the mixture was stirred for 16 hours in an oil bath at 140 ° C. under a nitrogen stream. Thereafter, 720 mg of hydroquinone was added and the mixture was further stirred for 3 hours. The reaction solution was cooled to room temperature and then poured into a large amount of acetonitrile, resulting in precipitation. The supernatant was removed and the precipitate was washed with acetonitrile and then dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone. When this solution was poured into a large amount of water, a solid was precipitated, the supernatant was removed by centrifugal sedimentation, the precipitate was washed with water, and dried under reduced pressure to obtain 4.6 g of solid electrolyte M-5.

Figure 2006344587
Figure 2006344587

[固体電解質M−6の作製]
スキーム8に従って反応を行った。前記ポリマーp−3の合成中、12.58gの4,4'−ジクロロジフェニルスルホンを9.56gの4,4'−ジフルオロベンゾフェノンに置き換えた他は同様にしてポリマーp−7を15.1g得た。1H−NMR(DMSO−d6溶媒)測定の結果、δ1.7ppmに主鎖のメチル基に基づくシグナル、δ6.8〜8.1ppmに主鎖の芳香環に基づくシグナルが確認された。
次に、10.0gのポリマーp−7を用い、前記ポリマーp−6の合成法と同様にして、クロロメチル基を導入したポリマーp−8が9.8g得られた。1H−NMR(DMSO−d6溶媒)測定の結果、δ4.6ppmにクロロメチル基に基づくシグナルが確認され、積分強度の比から、クロロメチル部位は、ポリマーの繰り返し単位1つあたりに1.1個存在することを確認した。
次に、2.0gのp−8に、946mgの塩化銅(I)、2.99gの2,2'−ビピリジン、5
5mLのN−メチル−2−ピロリドン、11.8gの4−(3−スルホプロピルオキシ)スチレンリチウム塩(K−1)を加え、窒素気流下、140℃の油浴中で26時間攪拌した。反応液を室温まで冷却後、大量のアセトニトリル中に注ぐと沈殿を生じた。上澄みを除去して沈殿をアセトニトリルで洗浄後、N−メチル−2−ピロリドンに溶解した。この溶液を大量の水中に注ぐと固体が析出し、遠心沈降により上澄みを除去して沈殿を水で洗浄し、減圧乾燥することで固体電解質M−6を1.9g得た。1H−NMR(DMSO−d6溶媒)測定の結果、δ6.1ppmに側鎖のビニレン基に基づくシグナル、δ4.0ppm、δ2.4−2.6ppm、δ2.0ppmに側鎖のプロピレン基に基づくシグナルが観測された。また、δ6.1ppmのシグナルの積分値と、δ4.0ppmのシグナルの積分値との比から、側鎖ポリスチレンの繰り返し単位数(y1およびy2)は、平均1.1であることがわかった。
[Preparation of solid electrolyte M-6]
The reaction was performed according to Scheme 8. 15.1 g of polymer p-7 was obtained in the same manner except that 12.58 g of 4,4′-dichlorodiphenylsulfone was replaced with 9.56 g of 4,4′-difluorobenzophenone during the synthesis of polymer p-3. It was. As a result of 1 H-NMR (DMSO-d 6 solvent) measurement, a signal based on the methyl group of the main chain was confirmed at δ1.7 ppm, and a signal based on the aromatic ring of the main chain was observed at δ6.8 to 8.1 ppm.
Next, 9.8 g of a polymer p-8 into which a chloromethyl group was introduced was obtained using 10.0 g of the polymer p-7 in the same manner as in the synthesis method of the polymer p-6. As a result of 1 H-NMR (DMSO-d 6 solvent) measurement, a signal based on a chloromethyl group was confirmed at δ4.6 ppm, and from the ratio of the integrated intensity, the chloromethyl moiety was 1. It was confirmed that there was one.
Next, 2.0 g of p-8 was added to 946 mg of copper (I) chloride, 2.99 g of 2,2′-bipyridine, 5
5 mL of N-methyl-2-pyrrolidone and 11.8 g of 4- (3-sulfopropyloxy) styrene lithium salt (K-1) were added, and the mixture was stirred in an oil bath at 140 ° C. for 26 hours under a nitrogen stream. The reaction solution was cooled to room temperature and then poured into a large amount of acetonitrile, resulting in precipitation. The supernatant was removed and the precipitate was washed with acetonitrile and then dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone. When this solution was poured into a large amount of water, a solid was precipitated, the supernatant was removed by centrifugal sedimentation, the precipitate was washed with water, and dried under reduced pressure to obtain 1.9 g of a solid electrolyte M-6. As a result of 1 H-NMR (DMSO-d 6 solvent) measurement, a signal based on a vinylene group in a side chain at δ6.1 ppm, a propylene group in a side chain at δ4.0 ppm, δ2.4-2.6 ppm, and δ2.0 ppm Based signal was observed. Further, from the ratio of the integral value of the signal at δ6.1 ppm and the integral value of the signal at δ4.0 ppm, the number of repeating units (y 1 and y 2 ) of the side chain polystyrene is found to be 1.1 on average. It was.

Figure 2006344587
Figure 2006344587

[固体電解質M−7の作製]
スキーム9に従って反応を行った。すなわち、市販のポリエーテルスルホン(住友化学社製、PES−5200P)12gを、100mLのクロロスルホン酸のジクロロメタン溶液に溶解し、室温で6時間攪拌した。反応液を減圧して留去し、減圧乾燥することで塩化スルホニルを有するポリスルホンp−9を12.9g得た。1H−NMR(DMSO−d6溶媒)測定より、導入された塩化スルホニル基量は、ポリエーテルスルホンの繰り返し単位1つあたり0.2個存在することを確認した。
次に、2.0gのp−9に、313mgの塩化銅(I)、990mgの2,2'−ビピリジン、4
5mLのN−メチル−2−ピロリドン、1.96gの3−(3−スルホプロピルオキシ)スチレンリチウム塩(K−18)を加え、窒素気流下、160℃の油浴中で25時間攪拌した。その後、522mgのハイドロキノンを加えて更に3時間攪拌した。反応液を室温まで冷却後、大量のアセトニトリル中に注ぐと沈殿を生じた。上澄みを除去して沈殿をアセトニトリルで洗浄後、N−メチル−2−ピロリドンに溶解した。この溶液を大量の水中に注ぐと沈殿を生じ、上澄みを除去して沈殿を水で洗浄し、減圧乾燥することで固体電解質M−7を3.1g得た。1H−NMR(DMSO−d6溶媒)測定の結果、δ4.0ppm、δ2.4−2.6ppm、δ2.0ppmに側鎖のプロピレン基に基づくシグナルが観測された。また、主鎖の芳香環に基づくシグナルの積分値と、δ4.0ppmの側鎖に基づくシグナルの積分値との比から、側鎖ポリスチレンの繰り返し単位数(y1およびy2)は、平均4.7であることがわかった。
[Preparation of solid electrolyte M-7]
The reaction was performed according to Scheme 9. That is, 12 g of commercially available polyethersulfone (manufactured by Sumitomo Chemical Co., PES-5200P) was dissolved in 100 mL of a dichloromethane solution of chlorosulfonic acid and stirred at room temperature for 6 hours. The reaction solution was distilled off under reduced pressure, and dried under reduced pressure to obtain 12.9 g of polysulfone p-9 having sulfonyl chloride. From the 1 H-NMR (DMSO-d 6 solvent) measurement, it was confirmed that the amount of introduced sulfonyl chloride groups was 0.2 per one repeating unit of polyethersulfone.
Next, 2.0 g of p-9 was added to 313 mg of copper (I) chloride, 990 mg of 2,2′-bipyridine, 4
5 mL of N-methyl-2-pyrrolidone, 1.96 g of 3- (3-sulfopropyloxy) styrene lithium salt (K-18) was added, and the mixture was stirred in an oil bath at 160 ° C. for 25 hours under a nitrogen stream. Thereafter, 522 mg of hydroquinone was added and the mixture was further stirred for 3 hours. The reaction solution was cooled to room temperature and then poured into a large amount of acetonitrile, resulting in precipitation. The supernatant was removed and the precipitate was washed with acetonitrile and then dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone. When this solution was poured into a large amount of water, precipitation occurred, the supernatant was removed, the precipitate was washed with water, and dried under reduced pressure to obtain 3.1 g of a solid electrolyte M-7. As a result of 1 H-NMR (DMSO-d 6 solvent) measurement, signals based on propylene groups in the side chain were observed at δ4.0 ppm, δ2.4-2.6 ppm, and δ2.0 ppm. Further, from the ratio of the integral value of the signal based on the aromatic ring of the main chain and the integral value of the signal based on the side chain of δ 4.0 ppm, the number of repeating units (y 1 and y 2 ) of the side chain polystyrene is 4 on average. .7.

Figure 2006344587
Figure 2006344587

[固体電解質M−8の作製]
スキーム10に従って反応を行った。すなわち、6.0gの前記ポリマーp−3を、無水THF(400ml)に溶かし、完全に脱気した後、N2ガスを流した状態で−40℃まで冷却した。その後10M n−ブチルリチウムを加え、−40℃のまま約20分間反応させリチウム化を行った。
その後、この溶液をスターラーで攪拌しながら、サルフリルクロライド(10ml)をゆっくり加え、約3時間攪拌した。その後、沈殿をろ過し、イソプロパノールで2回洗浄し、50℃、真空中で完全に乾燥させ、塩化スルホニルを有するポリスルホン(4.1g)を得た。1H−NMR(DMSO−d6溶媒)測定より塩化スルホニル部位は、ポリスルホンの繰り返し単位1つあたりに1.1個存在することを確認した。
次に、得られた塩化スルホニルを有するポリスルホン(1.3g)を、N−メチル−2−ピロリドン(100ml)に溶解し、その後、塩化鉄(II)(1.3g)、2,2'−ビピリジン(3g)、N−メチル−2−ピロリドン、3−(3−スルホプロピルオキシ)スチレンリチウム塩(K−1)(3.5g)を加え、窒素気流下、140℃の油浴中で28時間攪拌した。反応液を室温まで冷却後、大量のアセトニトリル中に注ぐと沈殿を生じた。上澄みを除去して沈殿をアセトニトリルで洗浄後、N−メチル−2−ピロリドンに溶解した。この溶液を大量の水中に注ぐと固体が析出し、遠心沈降により上澄みを除去して沈殿を水で洗浄し、減圧乾燥することで固体電解質M−8(1.0g)を得た。1H−NMR(DMSO−d6溶媒)測定の結果、δ4.0ppm、δ2.4−2.6ppm、δ2.0ppmに側鎖のプロピレン基に基づくシグナルが観測された。また、δ1.7ppmの主鎖に基づくシグナルの積分値と、δ4.0ppmの側鎖に基づくシグナルの積分値との比から、側鎖ポリスチレンの繰り返し単位数(y1およびy2)は、平均2.5であることがわかった。
[Preparation of solid electrolyte M-8]
The reaction was performed according to Scheme 10. That is, 6.0 g of the polymer p-3 was dissolved in anhydrous THF (400 ml), completely degassed, and then cooled to −40 ° C. in a state of flowing N 2 gas. Thereafter, 10M n-butyllithium was added, and lithiation was carried out by reacting for about 20 minutes at -40 ° C.
Then, while stirring this solution with a stirrer, sulfuryl chloride (10 ml) was slowly added and stirred for about 3 hours. Thereafter, the precipitate was filtered, washed twice with isopropanol, and completely dried in vacuo at 50 ° C. to obtain polysulfone (4.1 g) having sulfonyl chloride. From 1 H-NMR (DMSO-d 6 solvent) measurement, it was confirmed that 1.1 sulfonyl chloride sites were present per repeating unit of polysulfone.
Next, the obtained polysulfone having sulfonyl chloride (1.3 g) was dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone (100 ml), and then iron (II) chloride (1.3 g), 2,2′-bipyridine ( 3 g), N-methyl-2-pyrrolidone and 3- (3-sulfopropyloxy) styrene lithium salt (K-1) (3.5 g) were added, and the mixture was stirred in an oil bath at 140 ° C. for 28 hours under a nitrogen stream. . The reaction solution was cooled to room temperature and then poured into a large amount of acetonitrile, resulting in precipitation. The supernatant was removed and the precipitate was washed with acetonitrile and then dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone. When this solution was poured into a large amount of water, a solid was precipitated, the supernatant was removed by centrifugal sedimentation, the precipitate was washed with water, and dried under reduced pressure to obtain a solid electrolyte M-8 (1.0 g). As a result of 1 H-NMR (DMSO-d 6 solvent) measurement, signals based on side chain propylene groups were observed at δ 4.0 ppm, δ 2.4-2.6 ppm, and δ 2.0 ppm. Further, from the ratio of the integral value of the signal based on the main chain of δ 1.7 ppm and the integral value of the signal based on the side chain of δ 4.0 ppm, the number of repeating units (y 1 and y 2 ) of the side chain polystyrene is It was found to be 2.5.

スキーム(10)

Figure 2006344587
Scheme (10)
Figure 2006344587

[固体電解質M−9の作製]
スキーム11に従って反応を行った。すなわち、5.0gの前記ポリマーp−3、75μLの塩化スズ、7.3mLのクロロメチルメチルエーテル、50mLの1,1,2,2−テトラクロロエタンを加え、窒素気流下110℃で6時間攪拌した。反応液を大量のエタノール中に注ぐと沈殿が得られた。上澄み液を除いて沈殿をエタノールで洗浄し、減圧乾燥することでクロロメチル基を導入したポリスルホンが4.8g得られた。
1H−NMR(DMSO−d6溶媒)測定の結果、δ4.6ppmにクロロメチル基に基づくシグナルが確認され、積分強度の比から、クロロメチル部位はポリスルホンの繰り返し単位1つあたりに1.2個存在することを確認した。
次に、得られたクロロメチル化ポリスルホン(1.2g)を、N−メチル−2−ピロリドン(100ml)に溶解し、その後、ベンゾフェノン(BP)(1.7g)、4−(3−スルホプロピルオキシ)スチレンリチウム塩(3.5g)を加え、窒素気流下、60℃に加熱し、長波長紫外線を4時間照射した。照射後、反応液を室温まで冷却後、大量のアセトニトリル中に注ぐと沈殿を生じた。上澄みを除去して沈殿をアセトニトリルで洗浄後、N−メチル−2−ピロリドンに溶解した。この溶液を大量の水中に注ぐと固体が析出し、遠心沈降により上澄みを除去して沈殿を水で洗浄し、減圧乾燥することで固体電解質M−9(1.2g)を得た。
1H−NMR(DMSO−d6溶媒)測定の結果、δ6.1ppmに側鎖のビニレン基に基づくシグナル、δ4.0ppm、δ2.4−2.6ppm、δ2.0ppmに側鎖のプロピレン基に基づくシグナルが観測された。また、δ6.1ppmのシグナルの積分値と、δ4.0ppmのシグナルの積分値との比から、側鎖ポリスチレンの繰り返し単位数(y1およびy2)は、平均2.2であることがわかった。
[Preparation of solid electrolyte M-9]
The reaction was performed according to Scheme 11. That is, 5.0 g of the polymer p-3, 75 μL of tin chloride, 7.3 mL of chloromethyl methyl ether, 50 mL of 1,1,2,2-tetrachloroethane were added, and the mixture was stirred at 110 ° C. for 6 hours under a nitrogen stream. did. When the reaction solution was poured into a large amount of ethanol, a precipitate was obtained. The supernatant was removed, the precipitate was washed with ethanol, and dried under reduced pressure to obtain 4.8 g of polysulfone having a chloromethyl group introduced.
As a result of 1 H-NMR (DMSO-d 6 solvent) measurement, a signal based on the chloromethyl group was confirmed at δ4.6 ppm, and from the ratio of the integrated intensity, the chloromethyl moiety was 1.2 per polysulfone repeating unit. It was confirmed that there were pieces.
Next, the obtained chloromethylated polysulfone (1.2 g) was dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone (100 ml), and then benzophenone (BP) (1.7 g), 4- (3-sulfopropyloxy) Styrene lithium salt (3.5 g) was added, heated to 60 ° C. under a nitrogen stream, and irradiated with long-wave ultraviolet light for 4 hours. After irradiation, the reaction solution was cooled to room temperature and then poured into a large amount of acetonitrile, resulting in precipitation. The supernatant was removed and the precipitate was washed with acetonitrile and then dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone. When this solution was poured into a large amount of water, a solid was precipitated, the supernatant was removed by centrifugal sedimentation, the precipitate was washed with water, and dried under reduced pressure to obtain a solid electrolyte M-9 (1.2 g).
As a result of 1 H-NMR (DMSO-d 6 solvent) measurement, a signal based on the vinylene group in the side chain at δ6.1 ppm, a propylene group at the side chain at δ4.0 ppm, δ2.4-2.6 ppm, and δ2.0 ppm. Based signal was observed. Further, from the ratio of the integral value of the signal at δ6.1 ppm and the integral value of the signal at δ4.0 ppm, it is found that the number of repeating units (y 1 and y 2 ) of the side chain polystyrene is 2.2 on average. It was.

スキーム(11)

Figure 2006344587
Scheme (11)
Figure 2006344587

[固体電解質M−10の作製]
スキーム12に従って反応を行った。すなわち、5.0gの前記ポリマーp−3、75μLの塩化スズ、20.3mLのブロモメチルオクチルエーテル、50mLの1,1,2,2−テトラクロロエタンを加え、窒素気流下110℃で6時間攪拌した。反応液を大量のエタノール中に注ぐと沈殿が得られた。上澄み液を除いて沈殿をエタノールで洗浄し、減圧乾燥することでブロモメチル基を導入したポリスルホンが4.8g得られた。1H−NMR(DMSO−d6溶媒)測定の結果、ブロモメチル部位は、ポリスルホンの繰り返し単位1つあたりに1.0個存在することを確認した。
次に、得られたブロモメチル化ポリスルホン(1.2g)を、N−メチル−2−ピロリドン(100ml)に溶解し、その後、ベンゾフェノン(BP)(1.7g)、3−(3−スルホプロピルオキシ)スチレンリチウム塩(1.8g)および3−(3−トリメチルシリルプロピルオキシ)スチレン(1.8g)を加え、窒素気流下、60℃に加熱し、長波長紫外線を4時間照射した。照射後、反応液を室温まで冷却後、大量のアセトニトリル中に注ぐと沈殿を生じた。上澄みを除去して沈殿をアセトニトリルで洗浄後、N−メチル−2−ピロリドンに溶解した。この溶液を大量の水中に注ぐと固体が析出し、遠心沈降により上澄みを除去して沈殿を水で洗浄し、減圧乾燥することで固体電解質M−10(1.3g)を得た。1H−NMR(DMSO−d6溶媒)測定の結果、δ4.0ppm、δ1.8ppm、δ0.6ppm、δ0.0ppmに、側鎖のトリメチルシリルプロピル基に基づくシグナル、δ4.0ppm、δ2.4−2.6ppm、δ2.0ppmに側鎖のスルホプロピル基に基づくシグナルが観測された。δ4.0ppmのシグナルの積分値と、δ0.0ppmのシグナルの積分値から、スキーム(12)中のy1とy3の比、またはy2とy4の比が1:3.7であることがわかった。また、δ8.1−6.6ppmの芳香環に基づくシグナルの積分値と、δ4.0ppmの側鎖に基づくシグナルの積分値との比から、側鎖ポリスチレンの繰り返し単位数(y1+y3およびy2+y4)は、平均4.6であることがわかった。
[Preparation of solid electrolyte M-10]
The reaction was performed according to Scheme 12. That is, 5.0 g of the polymer p-3, 75 μL of tin chloride, 20.3 mL of bromomethyloctyl ether, 50 mL of 1,1,2,2-tetrachloroethane were added, and the mixture was stirred at 110 ° C. for 6 hours under a nitrogen stream. did. When the reaction solution was poured into a large amount of ethanol, a precipitate was obtained. The supernatant was removed, the precipitate was washed with ethanol, and dried under reduced pressure to obtain 4.8 g of polysulfone having a bromomethyl group introduced. As a result of 1 H-NMR (DMSO-d 6 solvent) measurement, it was confirmed that 1.0 bromomethyl moiety was present per repeating unit of polysulfone.
Next, the obtained bromomethylated polysulfone (1.2 g) was dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone (100 ml), and then benzophenone (BP) (1.7 g), 3- (3-sulfopropyloxy) styrene. Lithium salt (1.8 g) and 3- (3-trimethylsilylpropyloxy) styrene (1.8 g) were added, heated to 60 ° C. under a nitrogen stream, and irradiated with long-wave ultraviolet light for 4 hours. After irradiation, the reaction solution was cooled to room temperature and then poured into a large amount of acetonitrile, resulting in precipitation. The supernatant was removed and the precipitate was washed with acetonitrile and then dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone. When this solution was poured into a large amount of water, a solid was precipitated, the supernatant was removed by centrifugal sedimentation, the precipitate was washed with water, and dried under reduced pressure to obtain a solid electrolyte M-10 (1.3 g). As a result of 1 H-NMR (DMSO-d 6 solvent) measurement, δ 4.0 ppm, δ 1.8 ppm, δ 0.6 ppm, δ 0.0 ppm, a signal based on a trimethylsilylpropyl group in the side chain, δ 4.0 ppm, δ 2.4- Signals based on the sulfopropyl group in the side chain were observed at 2.6 ppm and δ 2.0 ppm. From the integral value of the signal of δ4.0 ppm and the integral value of the signal of δ0.0 ppm, the ratio of y 1 and y 3 or the ratio of y 2 and y 4 in the scheme (12) is 1: 3.7. I understood it. Further, from the ratio of the integral value of the signal based on the aromatic ring of δ8.1-6.6 ppm and the integral value of the signal based on the side chain of δ4.0 ppm, the number of repeating units of the side chain polystyrene (y 1 + y 3 and It was found that y 2 + y 4 ) averaged 4.6.

スキーム(12)

Figure 2006344587
Scheme (12)
Figure 2006344587

[固体電解質M−11の作製]
スキーム13に従って反応を行った。すなわち、5.0gの前記ポリマーp−3、75μLの塩化スズ、21.4mLのイオドメチルメチルエーテル、50mLの1,1,2,2−テトラクロロエタンを加え、窒素気流下80℃で6時間攪拌した。反応液を大量のエタノール中に注ぐと沈殿が得られた。上澄み液を除いて沈殿をエタノールで洗浄し、減圧乾燥することでイオドメチル基を導入したポリスルホンが4.8g得られた。1H−NMR(DMSO−d6溶媒)測定の結果、イオドメチル部位は、ポリスルホンの繰り返し単位1つあたりに1.3個存在することを確認した。
次に、得られたイオドメチル化ポリスルホン(1.2g)を、N−メチル−2−ピロリドン(100ml)に溶解し、その後、ベンゾフェノン(BP)(1.7g)、スチレンモノマー(2.2g)を加え、窒素置換下、40℃に加熱し、長波長紫外線を4時間照射した。照射後、反応液を室温まで冷却後、大量のアセトニトリル中に注ぐと沈殿を生じた。上澄みを除去して沈殿をアセトニトリルで洗浄後、N−メチル−2−ピロリドンに溶解した。この溶液を大量の水中に注ぐと固体が析出し、遠心沈降により上澄みを除去して沈殿を水で洗浄し、減圧乾燥することでスチレンモノマーが導入されたポリスルホンを合成した。1H−NMR(DMSO−d6溶媒)測定より、δ6.1ppmに側鎖のビニレン基に基づくシグナルが観測された。
次に、上記で得られたスチレンモノマーが導入されたポリスルホン(4.7g)を、脱水クロロホルム(300ml)に溶解し、完全に溶解後アイスバス中で約0℃まで冷やした。その後冷やした状態を保ちながら、プロパンスルトン(7.0g)および塩化アルミニウム(III)(7.5g)を
加え、ゆっくり60℃まで加熱し、60℃で6時間反応させた。反応後、室温まで冷やした後、水200mlを加え洗浄し、さらに水200mlを加え洗浄した。その後ろ過を行いクロロホルム層を取り出し、減圧乾燥し、アルキレンスルホン酸基が導入された固体電解質M−11(3.8g)を得た。1H−NMR(DMSO−d6溶媒)測定の結果、δ6.1ppmに側鎖のビニレン基に基づくシグナル、δ4.0ppm、δ2.4−2.6ppm、δ2.0ppmに側鎖のプロピレン基に基づくシグナルが観測された。また、δ6.1ppmのシグナルの積分値と、δ4.0ppmのシグナルの積分値との比から、側鎖ポリスチレンの繰り返し単位数(y1およびy2)は、平均2.2であることがわかった。
[Preparation of solid electrolyte M-11]
The reaction was performed according to Scheme 13. That is, 5.0 g of the polymer p-3, 75 μL of tin chloride, 21.4 mL of iodomethyl methyl ether, 50 mL of 1,1,2,2-tetrachloroethane were added, and the mixture was heated at 80 ° C. for 6 hours under a nitrogen stream. Stir. When the reaction solution was poured into a large amount of ethanol, a precipitate was obtained. The supernatant was removed, the precipitate was washed with ethanol, and dried under reduced pressure to obtain 4.8 g of polysulfone having an iodomethyl group introduced. As a result of 1 H-NMR (DMSO-d 6 solvent) measurement, it was confirmed that 1.3 iodomethyl sites were present per repeating unit of polysulfone.
Next, the obtained iodomethylated polysulfone (1.2 g) was dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone (100 ml), and then benzophenone (BP) (1.7 g) and styrene monomer (2.2 g) were added. In addition, it was heated to 40 ° C. under nitrogen substitution and irradiated with long-wavelength ultraviolet light for 4 hours. After irradiation, the reaction solution was cooled to room temperature and then poured into a large amount of acetonitrile, resulting in precipitation. The supernatant was removed and the precipitate was washed with acetonitrile and then dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone. When this solution was poured into a large amount of water, a solid was precipitated, the supernatant was removed by centrifugal sedimentation, the precipitate was washed with water, and dried under reduced pressure to synthesize polysulfone into which a styrene monomer was introduced. From 1 H-NMR (DMSO-d 6 solvent) measurement, a signal based on the vinylene group of the side chain was observed at δ6.1 ppm.
Next, the polysulfone (4.7 g) introduced with the styrene monomer obtained above was dissolved in dehydrated chloroform (300 ml), completely dissolved, and then cooled to about 0 ° C. in an ice bath. Thereafter, while maintaining the cooled state, propane sultone (7.0 g) and aluminum (III) chloride (7.5 g) were added, and the mixture was slowly heated to 60 ° C. and reacted at 60 ° C. for 6 hours. After the reaction, the mixture was cooled to room temperature, washed with 200 ml of water, and further washed with 200 ml of water. Thereafter, filtration was performed, and the chloroform layer was taken out and dried under reduced pressure to obtain a solid electrolyte M-11 (3.8 g) into which an alkylenesulfonic acid group was introduced. As a result of 1 H-NMR (DMSO-d 6 solvent) measurement, a signal based on the vinylene group in the side chain at δ6.1 ppm, a propylene group at the side chain at δ4.0 ppm, δ2.4-2.6 ppm, and δ2.0 ppm. Based signal was observed. Further, from the ratio of the integral value of the signal at δ6.1 ppm and the integral value of the signal at δ4.0 ppm, it is found that the number of repeating units (y 1 and y 2 ) of the side chain polystyrene is 2.2 on average. It was.

スキーム(13)

Figure 2006344587
Scheme (13)
Figure 2006344587

[固体電解質M−12の作製]
固体電解質M−9の場合と同様にクロロメチル化ポリスルホンを合成した。
次に、得られたクロロメチル化ポリスルホン(1.2g)を、N−メチル−2−ピロリドン(100ml)に溶解し、その後、塩化鉄(II)(1.3g)、2,2’−ビピリジン(3g)、N−メチル−2−ピロリドン、スチレンモノマー(2.2g)を加え、窒素気流下、140℃の油浴中で26時間攪拌した。反応液を室温まで冷却後、大量のアセトニトリル中に注ぐと沈殿を生じた。上澄みを除去して沈殿をアセトニトリルで洗浄後、N−メチル−2−ピロリドンに溶解した。この溶液を大量の水中に注ぐと固体が析出し、遠心沈降により上澄みを除去して沈殿を水で洗浄し、減圧乾燥することでスチレンモノマーが導入されたポリスルホンを合成した。1H−NMR(DMSO−d6溶媒)測定より、δ6.1ppmに側鎖のビニレン基に基づくシグナルが観測された。
次に、上記で得られたスチレンモノマーが導入されたポリスルホン(4.7g)を、脱水クロロホルム(300ml)に溶解し、完全に溶解後アイスバス中で約0℃まで冷やした。その後冷やした状態を保ちながら、プロパンスルトン(7.0g)および塩化アルミニウム(III)(7.5g)を加え、ゆっくり60℃まで加熱し、60℃で6時間反応させた。反応後、室温まで冷やした後、水200mlを加え洗浄し、さらに水200mlを加え洗浄した。その後ろ過を行いクロロホルム層を取り出し、減圧乾燥し、アルキレンスルホン酸基が導入された固体電解質M−12(4.1g)を得た。1H−NMR(DMSO−d6溶媒)測定の結果、δ6.1ppmに側鎖のビニレン基に基づくシグナル、δ4.0ppm、δ2.4−2.6ppm、δ2.0ppmに側鎖のプロピレン基に基づくシグナルが観測された。また、δ6.1ppmのシグナルの積分値と、δ4.0ppmのシグナルの積分値との比から、側鎖ポリスチレンの繰り返し単位数(y1およびy2)は、平均2.9であることがわかった。
[Preparation of solid electrolyte M-12]
Chloromethylated polysulfone was synthesized as in the case of the solid electrolyte M-9.
Next, the obtained chloromethylated polysulfone (1.2 g) was dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone (100 ml), and then iron (II) chloride (1.3 g), 2,2′-bipyridine. (3 g), N-methyl-2-pyrrolidone, and styrene monomer (2.2 g) were added, and the mixture was stirred in an oil bath at 140 ° C. for 26 hours under a nitrogen stream. The reaction solution was cooled to room temperature and then poured into a large amount of acetonitrile, resulting in precipitation. The supernatant was removed and the precipitate was washed with acetonitrile and then dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone. When this solution was poured into a large amount of water, a solid was precipitated, the supernatant was removed by centrifugal sedimentation, the precipitate was washed with water, and dried under reduced pressure to synthesize polysulfone into which a styrene monomer was introduced. From 1 H-NMR (DMSO-d 6 solvent) measurement, a signal based on the vinylene group of the side chain was observed at δ6.1 ppm.
Next, the polysulfone (4.7 g) introduced with the styrene monomer obtained above was dissolved in dehydrated chloroform (300 ml), completely dissolved, and then cooled to about 0 ° C. in an ice bath. Then, while maintaining the cooled state, propane sultone (7.0 g) and aluminum (III) chloride (7.5 g) were added, and the mixture was slowly heated to 60 ° C. and reacted at 60 ° C. for 6 hours. After the reaction, the mixture was cooled to room temperature, washed with 200 ml of water, and further washed with 200 ml of water. Thereafter, filtration was performed, and the chloroform layer was taken out and dried under reduced pressure to obtain a solid electrolyte M-12 (4.1 g) into which an alkylene sulfonic acid group was introduced. As a result of 1 H-NMR (DMSO-d 6 solvent) measurement, a signal based on the vinylene group in the side chain at δ6.1 ppm, a propylene group at the side chain at δ4.0 ppm, δ2.4-2.6 ppm, and δ2.0 ppm. Based signal was observed. Further, from the ratio of the integral value of the signal of δ6.1 ppm and the integral value of the signal of δ4.0 ppm, it is found that the number of repeating units (y 1 and y 2 ) of the side chain polystyrene is 2.9 on average. It was.

スキーム(14)

Figure 2006344587
Scheme (14)
Figure 2006344587

[固体電解質M−13の作製]
固体電解質M11の場合と同様にイオドメチル化ポリスルホンを合成した。
次に、得られたイオドメチル化ポリスルホン(1.2g)を、N−メチル−2−ピロリドン(100ml)に溶解し、その後、ベンゾイルパーオキサイド(BPO)(1.7g)、N−メチル−2−ピロリドン、4−(3−スルホプロピルオキシ)スチレンリチウム塩(3.5g)を加え、窒素気流下、120℃の油浴中で8時間攪拌した。その後、反応液を室温まで冷却後、大量のアセトニトリル中に注ぐと沈殿を生じた。上澄みを除去して沈殿をアセトニトリルで洗浄後、N−メチル−2−ピロリドンに溶解した。この溶液を大量の水中に注ぐと固体が析出し、遠心沈降により上澄みを除去して沈殿を水で洗浄し、減圧乾燥することで固体電解質M−13(1.1g)を得た。1H−NMR(DMSO−d6溶媒)測定の結果、δ6.1ppmに側鎖のビニレン基に基づくシグナル、δ4.0ppm、δ2.4−2.6ppm、δ2.0ppmに側鎖のプロピレン基に基づくシグナルが観測された。また、δ6.1ppmのシグナルの積分値と、δ4.0ppmのシグナルの積分値との比から、側鎖ポリスチレンの繰り返し単位数(y1およびy2)は、平均3.3であることがわかった。
[Preparation of solid electrolyte M-13]
Iodomethylated polysulfone was synthesized as in the case of the solid electrolyte M11.
Next, the obtained iodomethylated polysulfone (1.2 g) was dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone (100 ml), and then benzoyl peroxide (BPO) (1.7 g), N-methyl-2- Pyrrolidone and 4- (3-sulfopropyloxy) styrene lithium salt (3.5 g) were added, and the mixture was stirred in a 120 ° C. oil bath for 8 hours under a nitrogen stream. Thereafter, the reaction solution was cooled to room temperature and then poured into a large amount of acetonitrile, resulting in precipitation. The supernatant was removed and the precipitate was washed with acetonitrile and then dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone. When this solution was poured into a large amount of water, a solid was precipitated, the supernatant was removed by centrifugal sedimentation, the precipitate was washed with water, and dried under reduced pressure to obtain a solid electrolyte M-13 (1.1 g). As a result of 1 H-NMR (DMSO-d 6 solvent) measurement, a signal based on the vinylene group in the side chain at δ6.1 ppm, a propylene group at the side chain at δ4.0 ppm, δ2.4-2.6 ppm, and δ2.0 ppm. Based signal was observed. Further, from the ratio of the integral value of the signal of δ6.1 ppm and the integral value of the signal of δ4.0 ppm, it is found that the number of repeating units (y 1 and y 2 ) of the side chain polystyrene is 3.3 on average. It was.

スキーム(15)

Figure 2006344587
Scheme (15)
Figure 2006344587

[固体電解質M−14の作製]
固体電解質M−11の場合と同様にイオドメチル化ポリスルホンを合成した。
次に、得られたイオドメチル化ポリスルホン(1.2g)を、N−メチル−2−ピロリドン(100ml)に溶解し、その後、2,2−アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)(1.5g)、N−メチル−2−ピロリドン、スチレンモノマー(2.2g)を加え、窒素気流下、120℃の油浴中で8時間攪拌した。反応液を室温まで冷却後、大量のアセトニトリル中に注ぐと沈殿を生じた。上澄みを除去して沈殿をアセトニトリルで洗浄後、N−メチル−2−ピロリドンに溶解した。この溶液を大量の水中に注ぐと固体が析出し、遠心沈降により上澄みを除去して沈殿を水で洗浄し、減圧乾燥することでスチレンモノマーが導入されたポリスルホンを合成した。1H−NMR(DMSO−d6溶媒)測定より、δ6.1ppmに側鎖のビニレン基に基づくシグナルが観測された。
次に、上記で得られたスチレンモノマーが導入されたポリスルホン(4.7g)を、脱水クロロホルム(300ml)に溶解し、完全に溶解後アイスバス中で約0℃まで冷やした。その後冷やした状態を保ちながら、プロパンスルトン(7.0g)および塩化アルミニウム(III)(7.5g)を
加え、ゆっくり60℃まで加熱し、60℃で6時間反応させた。反応後、室温まで冷やした後、水200mlを加え洗浄し、さらに水200mlを加え洗浄した。その後ろ過を行いクロロホルム層を取り出し、減圧乾燥し、アルキレンスルホン酸基が導入された固体電解質M−14(3.9g)を得た。1H−NMR(DMSO−d6溶媒)測定の結果、δ6.1ppmに側鎖のビニレン基に基づくシグナル、δ4.0ppm、δ2.4−2.6ppm、δ2.0ppmに側鎖のプロピレン基に基づくシグナルが観測された。また、δ6.1ppmのシグナルの積分値と、δ4.0ppmのシグナルの積分値との比から、側鎖ポリスチレンの繰り返し単位数(y1およびy2)は、平均2.6であることがわかった。
[Preparation of solid electrolyte M-14]
Iodomethylated polysulfone was synthesized in the same manner as in the case of the solid electrolyte M-11.
Next, the obtained iodomethylated polysulfone (1.2 g) was dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone (100 ml), and then 2,2-azobisisobutyronitrile (AIBN) (1.5 g) N-methyl-2-pyrrolidone and styrene monomer (2.2 g) were added, and the mixture was stirred for 8 hours in an oil bath at 120 ° C. under a nitrogen stream. The reaction solution was cooled to room temperature and then poured into a large amount of acetonitrile, resulting in precipitation. The supernatant was removed and the precipitate was washed with acetonitrile and then dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone. When this solution was poured into a large amount of water, a solid was precipitated, the supernatant was removed by centrifugal sedimentation, the precipitate was washed with water, and dried under reduced pressure to synthesize polysulfone into which a styrene monomer was introduced. From 1 H-NMR (DMSO-d 6 solvent) measurement, a signal based on the vinylene group of the side chain was observed at δ6.1 ppm.
Next, the polysulfone (4.7 g) introduced with the styrene monomer obtained above was dissolved in dehydrated chloroform (300 ml), completely dissolved, and then cooled to about 0 ° C. in an ice bath. Thereafter, while maintaining the cooled state, propane sultone (7.0 g) and aluminum (III) chloride (7.5 g) were added, and the mixture was slowly heated to 60 ° C. and reacted at 60 ° C. for 6 hours. After the reaction, the mixture was cooled to room temperature, washed with 200 ml of water, and further washed with 200 ml of water. Thereafter, filtration was performed, and the chloroform layer was taken out and dried under reduced pressure to obtain a solid electrolyte M-14 (3.9 g) into which an alkylene sulfonic acid group was introduced. As a result of 1 H-NMR (DMSO-d 6 solvent) measurement, a signal based on the vinylene group in the side chain at δ6.1 ppm, a propylene group at the side chain at δ4.0 ppm, δ2.4-2.6 ppm, and δ2.0 ppm. Based signal was observed. Further, from the ratio of the integral value of the signal at δ6.1 ppm and the integral value of the signal at δ4.0 ppm, it is found that the number of repeating units (y 1 and y 2 ) of the side chain polystyrene is 2.6 on average. It was.

Figure 2006344587
Figure 2006344587

[固体電解質M−15の作製]
固体電解質M−10の場合と同様にブロモメチル化ポリスルホンを合成した。
次に、得られたブロモメチル化ポリスルホン(1.2g)を、N−メチル−2−ピロリドン(100ml)に溶解し、その後、ハイドロサルファイトナトリウム(Na224) (1.3g)、N−メチル−2−ピロリドン、4−(3−スルホプロピルオキシ)スチレンリチウム塩(3.5g)を加え、窒素気流下、60℃の油浴中で8時間攪拌した。その後、反応液を室温まで冷却後、大量のアセトニトリル中に注ぐと沈殿を生じた。上澄みを除去して沈殿をアセトニトリルで洗浄後、N−メチル−2−ピロリドンに溶解した。この溶液を大量の水中に注ぐと固体が析出し、遠心沈降により上澄みを除去して沈殿を水で洗浄し、減圧乾燥することで固体電解質M−15(1.0g)を得た。1H−NMR(DMSO−d6溶媒)測定の結果、δ6.1ppmに側鎖のビニレン基に基づくシグナル、δ4.0ppm、δ2.4−2.6ppm、δ2.0ppmに側鎖のプロピレン基に基づくシグナルが観測された。また、δ6.1ppmのシグナルの積分値と、δ4.0ppmのシグナルの積分値との比から、側鎖ポリスチレンの繰り返し単位数(y1およびy2)は、平均2.1であることがわかった。
[Preparation of solid electrolyte M-15]
Bromomethylated polysulfone was synthesized in the same manner as in the case of the solid electrolyte M-10.
Next, the obtained bromomethylated polysulfone (1.2 g) was dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone (100 ml), and then sodium hydrosulfite (Na 2 S 2 O 4 ) (1.3 g), N-methyl-2-pyrrolidone and 4- (3-sulfopropyloxy) styrene lithium salt (3.5 g) were added, and the mixture was stirred in an oil bath at 60 ° C. for 8 hours under a nitrogen stream. Thereafter, the reaction solution was cooled to room temperature and then poured into a large amount of acetonitrile, resulting in precipitation. The supernatant was removed and the precipitate was washed with acetonitrile and then dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone. When this solution was poured into a large amount of water, a solid was precipitated, the supernatant was removed by centrifugal sedimentation, the precipitate was washed with water, and dried under reduced pressure to obtain a solid electrolyte M-15 (1.0 g). As a result of 1 H-NMR (DMSO-d 6 solvent) measurement, a signal based on the vinylene group in the side chain at δ6.1 ppm, a propylene group at the side chain at δ4.0 ppm, δ2.4-2.6 ppm, and δ2.0 ppm. Based signal was observed. Further, from the ratio of the integral value of the signal at δ6.1 ppm and the integral value of the signal at δ4.0 ppm, it is found that the number of repeating units (y 1 and y 2 ) of the side chain polystyrene is 2.1 on average. It was.

Figure 2006344587
Figure 2006344587

[固体電解質M−16の作製]
固体電解質M−8の場合と同様に塩化スルホニルを有するポリスルホンを合成した。
次に、得られた塩化スルホニルを有するポリスルホン(1.3g)を、N−メチル−2−ピロリドン(100ml)に溶解し、その後、ハイドロサルファイトナトリウム(Na224) (1.3g)、N−メチル−2−ピロリドン、3−(3−スルホプロピルオキシ)スチレンリチウム塩(3.5g)を加え、窒素気流下、60℃の油浴中で8時間攪拌した。その後、反応液を室温まで冷却後、大量のアセトニトリル中に注ぐと沈殿を生じた。上澄みを除去して沈殿をアセトニトリルで洗浄後、N−メチル−2−ピロリドンに溶解した。この溶液を大量の水中に注ぐと固体が析出し、遠心沈降により上澄みを除去して沈殿を水で洗浄し、減圧乾燥することで固体電解質M−16(1.2g)を得た。1H−NMR(DMSO−d6溶媒)測定の結果、δ6.1ppmに側鎖のビニレン基に基づくシグナル、δ4.0ppm、δ2.4−2.6ppm、δ2.0ppmに側鎖のプロピレン基に基づくシグナルが観測された。また、δ6.1ppmのシグナルの積分値と、δ4.0ppmのシグナルの積分値との比から、側鎖ポリスチレンの繰り返し単位数(y1およびy2)は、平均4.1であることがわかった。
[Preparation of solid electrolyte M-16]
A polysulfone having a sulfonyl chloride was synthesized as in the case of the solid electrolyte M-8.
Next, the obtained polysulfone having sulfonyl chloride (1.3 g) was dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone (100 ml), and then sodium hydrosulfite (Na 2 S 2 O 4 ) (1.3 g ), N-methyl-2-pyrrolidone and 3- (3-sulfopropyloxy) styrene lithium salt (3.5 g) were added, and the mixture was stirred in an oil bath at 60 ° C. for 8 hours under a nitrogen stream. Thereafter, the reaction solution was cooled to room temperature and then poured into a large amount of acetonitrile, resulting in precipitation. The supernatant was removed and the precipitate was washed with acetonitrile and then dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone. When this solution was poured into a large amount of water, a solid was precipitated, the supernatant was removed by centrifugal sedimentation, the precipitate was washed with water, and dried under reduced pressure to obtain a solid electrolyte M-16 (1.2 g). As a result of 1 H-NMR (DMSO-d 6 solvent) measurement, a signal based on a vinylene group in a side chain at δ6.1 ppm, a propylene group in a side chain at δ4.0 ppm, δ2.4-2.6 ppm, and δ2.0 ppm Based signal was observed. Further, from the ratio of the integral value of the signal at δ6.1 ppm and the integral value of the signal at δ4.0 ppm, it is found that the number of repeating units (y 1 and y 2 ) of the side chain polystyrene is 4.1 on average. It was.

Figure 2006344587
Figure 2006344587

[固体電解質M−17の作製]
固体電解質M−10の場合と同様にブロモメチル化ポリスルホンを合成した。
次に、上で得られたブロモメチル化ポリスルホン(1.2g)を、N−メチル−2−ピロリドン(100ml)に溶解し、その後、2,2,6,6−テトラメチルピペリジノオキシ・フリーラジカル(TEMPO)(1.6g)、臭化第一銅(CuBr)(1.6g)、2,2’−ビピリジン(3g)、N−メチル−2−ピロリドン、4−(3−スルホプロピルオキシ)スチレンリチウム塩(3.5g)を加え、窒素気流下、120℃の油浴中で8時間攪拌した。その後、反応液を室温まで冷却後、大量のアセトニトリル中に注ぐと沈殿を生じた。上澄みを除去して沈殿をアセトニトリルで洗浄後、N−メチル−2−ピロリドンに溶解した。この溶液を大量の水中に注ぐと固体が析出し、遠心沈降により上澄みを除去して沈殿を水で洗浄し、減圧乾燥することで固体電解質M−17(1.3g)を得た。1H−NMR(DMSO−d6溶媒)測定の結果、δ6.1ppmに側鎖のビニレン基に基づくシグナル、δ4.0ppm、δ2.4−2.6ppm、δ2.0ppmに側鎖のプロピレン基に基づくシグナルが観測された。また、δ6.1ppmのシグナルの積分値と、δ4.0ppmのシグナルの積分値との比から、側鎖ポリスチレンの繰り返し単位数(y1およびy2)は、平均3.4であることがわかった。
[Preparation of solid electrolyte M-17]
Bromomethylated polysulfone was synthesized in the same manner as in the case of the solid electrolyte M-10.
Next, the bromomethylated polysulfone obtained above (1.2 g) was dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone (100 ml) and then 2,2,6,6-tetramethylpiperidinooxy free Radical (TEMPO) (1.6 g), cuprous bromide (CuBr) (1.6 g), 2,2′-bipyridine (3 g), N-methyl-2-pyrrolidone, 4- (3-sulfopropyloxy) ) Styrene lithium salt (3.5 g) was added, and the mixture was stirred in a 120 ° C. oil bath for 8 hours under a nitrogen stream. Thereafter, the reaction solution was cooled to room temperature and then poured into a large amount of acetonitrile, resulting in precipitation. The supernatant was removed and the precipitate was washed with acetonitrile and then dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone. When this solution was poured into a large amount of water, a solid was precipitated, the supernatant was removed by centrifugal sedimentation, the precipitate was washed with water, and dried under reduced pressure to obtain a solid electrolyte M-17 (1.3 g). As a result of 1 H-NMR (DMSO-d 6 solvent) measurement, a signal based on a vinylene group in a side chain at δ6.1 ppm, a propylene group in a side chain at δ4.0 ppm, δ2.4-2.6 ppm, and δ2.0 ppm Based signal was observed. Further, from the ratio of the integral value of the signal at δ6.1 ppm and the integral value of the signal at δ4.0 ppm, it is found that the number of repeating units (y 1 and y 2 ) of the side chain polystyrene is 3.4 on average. It was.

Figure 2006344587
Figure 2006344587

(実施例2) 固体電解質膜の作製およびイオン伝導度測定
実施例3にて得られたポリマー約5gをDMF40mlに溶解させドープ液を調整した。このドープ液をガラス板上に流し、バーコーターを用いて引き延ばした。その後、65℃にて15時間乾燥させたのち、ガラス版から膜を剥がし、1mol/lのHClに一晩浸漬させ塩交換を行い、イオン交換水にて洗浄後、一晩風乾し、固体電解質膜を得た。
得られた膜のイオン伝導度を、Journal of the Electrochemical Society 143巻4号1254−1259頁(1996年)に従って測定した。上記固体電解質膜を長さ2cm、幅1cmに切り抜き、Journal of Membrane Science 219巻123−136頁(2003年)記載の伝導度セルに挟み込み、インピーダンスアナライザーとしてソーラトロン製1480型および1255B型を組み合わせて恒温、恒湿下あるいは恒温水中で交流インピーダンス法により測定を行なった。下記式に従いイオン伝導度を求めた。イオン伝導度の測定結果を表1に示す。尚、表1におけるイオン伝導度は、25℃、相対湿度95%で測定した。
(Example 2) Production of solid electrolyte membrane and measurement of ionic conductivity About 5 g of the polymer obtained in Example 3 was dissolved in 40 ml of DMF to prepare a dope solution. This dope solution was poured onto a glass plate and stretched using a bar coater. Then, after drying at 65 ° C. for 15 hours, the film is peeled off from the glass plate, immersed in 1 mol / l HCl overnight to perform salt exchange, washed with ion-exchanged water, air-dried overnight, and solid electrolyte. A membrane was obtained.
The ionic conductivity of the obtained membrane was measured according to Journal of the Electrochemical Society 143, No. 4, 1254-1259 (1996). The solid electrolyte membrane is cut out to a length of 2 cm and a width of 1 cm, and sandwiched in a conductivity cell described in Journal of Membrane Science, Vol. 219, pages 123-136 (2003). The measurement was performed by the AC impedance method under constant humidity or constant temperature water. Ionic conductivity was determined according to the following formula. Table 1 shows the measurement results of ionic conductivity. The ionic conductivity in Table 1 was measured at 25 ° C. and relative humidity 95%.

Figure 2006344587
Figure 2006344587

Figure 2006344587
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本発明の固体電解質膜ではイオン伝導度が高いことが認められた。このような、固体電解質膜は、例えば、燃料電池のプロトン伝導膜として、好ましく利用できる。   It was confirmed that the solid electrolyte membrane of the present invention has high ionic conductivity. Such a solid electrolyte membrane can be preferably used as, for example, a proton conductive membrane of a fuel cell.

(実施例3) MEAの作製
[作製方法1]
前記実施例3の固体電解質を用い、燃料電池を作製した。白金担持カーボンブラック(商品名:TEC10E50E、田中貴金属社製)2gと、バインダーとしてのナフィオン溶液(5%アルコール水溶液)15gを混合し、超音波分散器で30分間分散させた。得られた分散物をカーボンペーパー(厚さ350μm)上に塗設し、乾燥した後、直径9mmの円形に打ち抜き、電極を作製した。
固体電解質膜としては前記実施例2の固体電解質膜を用い、該電解質膜の両面に上記で得られた電極を塗布面が固体電解質膜に接するように張り合わせ、ホットプレスにより熱圧着し、MEAを作製した。
Example 3 Fabrication of MEA
[Production Method 1]
A fuel cell was fabricated using the solid electrolyte of Example 3. 2 g of platinum-supported carbon black (trade name: TEC10E50E, manufactured by Tanaka Kikinzoku Co., Ltd.) and 15 g of Nafion solution (5% alcohol aqueous solution) as a binder were mixed and dispersed with an ultrasonic disperser for 30 minutes. The obtained dispersion was coated on carbon paper (thickness 350 μm), dried, and then punched out into a circle with a diameter of 9 mm to produce an electrode.
The solid electrolyte membrane of Example 2 was used as the solid electrolyte membrane, the electrodes obtained above were bonded to both sides of the electrolyte membrane so that the coated surface was in contact with the solid electrolyte membrane, and thermocompression bonded by hot pressing, and the MEA was Produced.

[作製方法2]
前記実施例1の固体電解質を用い、燃料電池を作製した。白金担持カーボンブラック(商品名:TEC10E50E、田中貴金属社製)2gと、バインダーとして前記実施例1の固体電解質溶液(5%溶液)15gを混合し、超音波分散器で30分間分散させた。得られた分散物をカーボンペーパー(厚さ350μm)上に塗設し、乾燥した後、直径9mmの円形に打ち抜き、電極を作製した。
固体電解質膜としてはナフィオン117膜を用い、ナフィオン117膜の両面に上記で得られた電極を塗布面がナフィオン117膜に接するように張り合わせ、ホットプレスにより熱圧着し、MEAを作製した。
[Production Method 2]
A fuel cell was produced using the solid electrolyte of Example 1. 2 g of platinum-supported carbon black (trade name: TEC10E50E, manufactured by Tanaka Kikinzoku Co., Ltd.) and 15 g of the solid electrolyte solution (5% solution) of Example 1 as a binder were mixed and dispersed with an ultrasonic disperser for 30 minutes. The obtained dispersion was coated on carbon paper (thickness 350 μm), dried, and then punched out into a circle with a diameter of 9 mm to produce an electrode.
A Nafion 117 membrane was used as the solid electrolyte membrane, and the electrodes obtained above were bonded to both sides of the Nafion 117 membrane so that the coated surface was in contact with the Nafion 117 membrane, and thermocompression bonded by hot pressing to produce an MEA.

[作製方法3]
前記実施例1の固体電解質を用い、燃料電池を作製した。白金担持カーボンブラック(商品名:TEC10E50E、田中貴金属社製)2gと、バインダーとして前記実施例1の固体電解質溶液(5%溶液)15gを混合し、超音波分散器で30分間分散させた。得られた分散物をカーボンペーパー(厚さ350μm)上に塗設し、乾燥した後、直径9mmの円形に打ち抜き、電極を作製した。
固体電解質膜としては前記実施例2の固体電解質膜を用い、該電解質膜の両面に上記で得られた電極を塗布面が該固体電解質膜に接するように張り合わせ、ホットプレスにより熱圧着し、MEAを作製した。なお、バインダーとして用いる固体電解質と、固体電解質膜として用いる固体電解質とでは、同種類の電解質を用いてもよいし、異種の電解質を組み合わせて用いてもよい。
[Production Method 3]
A fuel cell was produced using the solid electrolyte of Example 1. 2 g of platinum-supported carbon black (trade name: TEC10E50E, manufactured by Tanaka Kikinzoku Co., Ltd.) and 15 g of the solid electrolyte solution (5% solution) of Example 1 as a binder were mixed and dispersed with an ultrasonic disperser for 30 minutes. The obtained dispersion was coated on carbon paper (thickness 350 μm), dried, and then punched out into a circle with a diameter of 9 mm to produce an electrode.
The solid electrolyte membrane of Example 2 was used as the solid electrolyte membrane, the electrodes obtained above were bonded to both surfaces of the electrolyte membrane so that the coated surface was in contact with the solid electrolyte membrane, and thermocompression bonded by hot pressing, and the MEA Was made. The solid electrolyte used as the binder and the solid electrolyte used as the solid electrolyte membrane may be the same type of electrolyte or a combination of different types of electrolytes.

比較例 MEAの作製
[作製方法4]
固体電解質としてナフィオン117、バインダーとしてナフィオン溶液を用いた他は、作製方法1と同様にしてMEAを作製した。
Comparative Example Fabrication of MEA
[Production Method 4]
An MEA was produced in the same manner as in Production Method 1, except that Nafion 117 was used as the solid electrolyte and a Nafion solution was used as the binder.

(実施例4) 燃料電池評価
実施例5で得られたMEAを図2に示す燃料電池にセットし、アノード側開口部15に水素ガスをフローした。この時カソード側開口部16は大気をフローした。アノード電極12とカソード電極13間に、ポテンシオスタットを接続し400mVにおける電流値を記録した。結果を表2に示した。
Example 4 Evaluation of Fuel Cell The MEA obtained in Example 5 was set in the fuel cell shown in FIG. 2, and hydrogen gas was allowed to flow through the anode side opening 15. At this time, the cathode side opening 16 flowed air. A potentiostat was connected between the anode electrode 12 and the cathode electrode 13, and the current value at 400 mV was recorded. The results are shown in Table 2.

Figure 2006344587
Figure 2006344587

本発明の固体電解質は、高いイオン伝導度を有し、固体電解質膜として用いても、または触媒膜のバインダーとして用いても、高い出力が得られることが認められた。特に酸素透過性の高い置換基を有する本発明の固体電解質をバインダーとして用いた場合には、高い出力が得られた。また、固体電解質膜・バインダーのいずれとも、本発明のポリマー主鎖と同一の主鎖を有する固体電解質を採用することにより、より効果的であることが認められた。   The solid electrolyte of the present invention has high ionic conductivity, and it has been confirmed that high output can be obtained even when used as a solid electrolyte membrane or as a binder for a catalyst membrane. In particular, when the solid electrolyte of the present invention having a substituent having high oxygen permeability was used as a binder, high output was obtained. In addition, it was confirmed that both the solid electrolyte membrane and the binder are more effective by adopting a solid electrolyte having the same main chain as the polymer main chain of the present invention.

従来のプロトン伝導膜の相分離構造の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the phase-separation structure of the conventional proton conductive membrane. 本発明のプロトン伝導膜の相分離構造の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the phase-separation structure of the proton conducting membrane of this invention. 本発明の膜/電極接合体の構造の一例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows an example of the structure of the membrane / electrode assembly of this invention. 本発明の燃料電池の構造の一例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows an example of the structure of the fuel cell of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10・・・膜/電極接合体(MEA)
11・・・固体電解質
12・・・アノード電極
12a・・・アノード極導電層
12b・・・アノード極触媒層
13・・・カソード電極
13a・・・カソード極導電層
13b・・・カソード極触媒層
14・・・パッキン
15・・・アノード極側開口部
16・・・カソード極側開口部
17・・・集電材
21,22・・・セパレータ
10 ... Membrane / electrode assembly (MEA)
11 ... Solid electrolyte
12 ... Anode electrode
12a ... Anode electrode conductive layer
12b ... Anode electrode catalyst layer
13 ... Cathode electrode
13a ... Cathode electrode conductive layer
13b ... Cathode electrode catalyst layer
14 ... Packing
15 ... Anode pole side opening
16 ... Cathode pole side opening
17 ... current collector
21,22 ... Separator

Claims (25)

側鎖として酸残基を含む重合性モノマーがグラフト重合された重合物を有する高分子化合物(1)を含む、固体電解質。 A solid electrolyte comprising a polymer compound (1) having a polymer obtained by graft polymerization of a polymerizable monomer containing an acid residue as a side chain. 前記重合物の分子量が150以上である請求項1に記載の固体電解質。 The solid electrolyte according to claim 1, wherein the polymer has a molecular weight of 150 or more. 前記重合性モノマーが、ビニル基を有する、請求項1または2に記載の固体電解質。 The solid electrolyte according to claim 1, wherein the polymerizable monomer has a vinyl group. 前記高分子化合物(1)は、式(1)で表される繰り返し単位および/または式(4)で表される繰り返し単位を含む主鎖と、該主鎖に結合している、式(25)で表される側鎖を有するものである、請求項1〜3のいずれか1項に記載の固体電解質。
Figure 2006344587
Figure 2006344587
式(1)または式(4)中、R1およびR4は、それぞれ、式(5)〜(24)で表される構造単位であり、Xは、−C(R56)−、−O−、−S−、−CO−、−SO−または−SO2−、ならびにこれらの組み合わせからなる群より選ばれる構造単位を表し、R5およびR6は、それぞれ、水素原子、アルキル基、アルケニル基、アリール基またはハロゲン置換アルキル基を表す。
1〜S12は、それぞれ、水素原子または置換基を表す。
1は、−O−、−S−または−NR21−を表し、Q2は、−O−、−CR2223−、−CO−または−NR24−を表す。ここで、R21〜R24は、それぞれ、水素原子、アルキル基、アルケニル基、アリール基を表す。
式(25)中、B1は単結合または、連結基を表し、Dは重合性モノマーの重合物を含み、かつ、少なくとも1つの酸残基を有する原子団(X)を表す。
The polymer compound (1) has a main chain containing a repeating unit represented by the formula (1) and / or a repeating unit represented by the formula (4), and the formula (25) bonded to the main chain. The solid electrolyte of any one of Claims 1-3 which has a side chain represented by this.
Figure 2006344587
Figure 2006344587
In Formula (1) or Formula (4), R 1 and R 4 are structural units represented by Formulas (5) to (24), respectively, X is —C (R 5 R 6 ) —, Represents a structural unit selected from the group consisting of —O—, —S—, —CO—, —SO— or —SO 2 —, and combinations thereof, and R 5 and R 6 represent a hydrogen atom, an alkyl group, respectively. Represents an alkenyl group, an aryl group or a halogen-substituted alkyl group.
S 1 to S 12 each represents a hydrogen atom or a substituent.
Q 1 represents —O—, —S— or —NR 21 —, and Q 2 represents —O—, —CR 22 R 23 —, —CO— or —NR 24 —. Here, R < 21 > -R < 24 > represents a hydrogen atom, an alkyl group, an alkenyl group, and an aryl group, respectively.
In Formula (25), B 1 represents a single bond or a linking group, D represents an atomic group (X) containing a polymer of a polymerizable monomer and having at least one acid residue.
式(25)において、Dが少なくとも1つの酸素透過性の高い置換基を有している、請求項4に記載の固体電解質。 The solid electrolyte according to claim 4, wherein in formula (25), D has at least one oxygen-permeable substituent. 式(25)においてB1が、単結合、または、アルキレン基、ハロゲン置換アルキレン基、アルキル置換アルキレン基、アリーレン基、ハロゲン置換アリーレン基、アルキル置換アリーレン基、アルケニレン基、ハロゲン置換アルキニレン基、アルキル置換アルキニレン基、アルキニレン基、アミド基、エステル基、スルホアミド基、スルホン酸エステル基、ウレイド基、スルホニル基、スルフィニル基、チオエーテル基、エーテル基、カルボニル基、ヘテリレン基およびフェニレン基からなる群から選択される1または2以上を組み合わせて構成される炭素原子数0〜100以下の連結基である、請求項4または5に記載の固体電解質。 In Formula (25), B 1 is a single bond or an alkylene group, a halogen-substituted alkylene group, an alkyl-substituted alkylene group, an arylene group, a halogen-substituted arylene group, an alkyl-substituted arylene group, an alkenylene group, a halogen-substituted alkynylene group, or an alkyl-substituted group. Selected from the group consisting of alkynylene group, alkynylene group, amide group, ester group, sulfoamide group, sulfonic acid ester group, ureido group, sulfonyl group, sulfinyl group, thioether group, ether group, carbonyl group, heterylene group and phenylene group The solid electrolyte according to claim 4 or 5, which is a linking group having 0 to 100 carbon atoms and formed by combining 1 or 2 or more. 前記高分子化合物(1)は、式(26)で表される繰り返し単位および(27)で表される繰り返し単位を含む、請求項1〜6のいずれか1項に記載の固体電解質。
Figure 2006344587
(式(26)または(27)中、X1は単結合または−C(R56)−であり、X2およびX4は、それぞれ、−O−または−S−、ならびにこれらの組み合わせからなる基であり、X3は−CO−、−SO−、−SO2−、ならびにこれらの組み合わせからなる基であり、n1およびn2は、それぞれ、0または1であり、n1およびn2の和は1以上である。B1は単結合または、連結基を表し、Dは重合性モノマーの重合物を含み、かつ、少なくとも1つの酸残基を有する原子団(X)を表す。)
The said high molecular compound (1) is a solid electrolyte of any one of Claims 1-6 containing the repeating unit represented by the repeating unit represented by Formula (26), and (27).
Figure 2006344587
(In formula (26) or (27), X 1 is a single bond or —C (R 5 R 6 ) —, and X 2 and X 4 are —O— or —S—, and combinations thereof, respectively. X 3 is a group consisting of —CO—, —SO—, —SO 2 —, and combinations thereof, and n 1 and n 2 are each 0 or 1, and n 1 and The sum of n 2 is at least 1. B 1 represents a single bond or a linking group, D represents a polymer of a polymerizable monomer, and represents an atomic group (X) having at least one acid residue. .)
前記高分子化合物(1)は、式(28)で表される繰り返し単位および(29)で表される繰り返し単位を含む、請求項1〜7のいずれか1項に記載の固体電解質。
Figure 2006344587
(式(28)または(29)中、X1は単結合または−C(R56)−であり、X2およびX4は、それぞれ、−O−または−S−、ならびにこれらの組み合わせからなる基であり、X3は−CO−、−SO−、−SO2−、ならびにこれらの組み合わせからなる基であり、n3およびn4は、それぞれ、0または1であり、n3およびn4の和は1以上である。B1は単結合または、連結基を表し、Dは重合性モノマーの重合物を含み、かつ、少なくとも1つの酸残基を有する原子団(X)を表す。)
The said high molecular compound (1) is a solid electrolyte of any one of Claims 1-7 containing the repeating unit represented by the repeating unit represented by Formula (28), and (29).
Figure 2006344587
(In formula (28) or (29), X 1 is a single bond or —C (R 5 R 6 ) —, and X 2 and X 4 are —O— or —S—, and combinations thereof, respectively. X 3 is a group consisting of —CO—, —SO—, —SO 2 —, and combinations thereof, and n 3 and n 4 are each 0 or 1, and n 3 and The sum of n 4 is at least 1. B 1 represents a single bond or a linking group, D represents a polymer of a polymerizable monomer, and represents an atomic group (X) having at least one acid residue. .)
式(25)中のDが、式(30)で表される繰り返し単位を含み、かつ、式(30)が有する芳香環に、少なくとも、式(31)で表される基が結合している、請求項4〜8のいずれか1項に記載の固体電解質。
Figure 2006344587
(式(30)中、W11、W12およびW13はそれぞれ水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アリール基またはヘテロ環基を表す。式(31)中、B2は単結合または2〜6価の連結基を表し、A1は酸残基を表し、n5は1〜5の整数である。)
D in Formula (25) includes the repeating unit represented by Formula (30), and at least the group represented by Formula (31) is bonded to the aromatic ring of Formula (30). The solid electrolyte according to any one of claims 4 to 8.
Figure 2006344587
(In Formula (30), W 11 , W 12 and W 13 each represent a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group, an aryl group or a heterocyclic group. In Formula (31), B 2 is a single bond or 2-6. Represents a valent linking group, A 1 represents an acid residue, and n 5 is an integer of 1 to 5.)
式(25)中のDが、式(30)で表される繰り返し単位を含み、かつ、式(30)中の芳香環に、少なくとも、式(31)で表される基および式(32)で表される基が結合している、請求項4〜8のいずれか1項に記載の固体電解質。
Figure 2006344587
(式(30)中、W11、W12およびW13はそれぞれ水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アリール基またはヘテロ環基を表す。式(31)中、B2は単結合または2〜6価の連結基を表し、A1は酸残基を表し、n5は1〜5の整数である。式(32)中、E1は酸素透過性の高い置換基を表す。)
D in the formula (25) includes a repeating unit represented by the formula (30), and the aromatic ring in the formula (30) includes at least a group represented by the formula (31) and the formula (32). The solid electrolyte according to any one of claims 4 to 8, wherein a group represented by
Figure 2006344587
(In Formula (30), W 11 , W 12 and W 13 each represent a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group, an aryl group or a heterocyclic group. In Formula (31), B 2 is a single bond or 2-6. Represents a valent linking group, A 1 represents an acid residue, and n 5 represents an integer of 1 to 5. In formula (32), E 1 represents a substituent having high oxygen permeability.
膜状である、請求項1〜10のいずれか1項に記載の固体電解質。 The solid electrolyte according to any one of claims 1 to 10, which is in a film form. 固体電解質膜と、該固体電解質膜を介して両側に配置された一対の電極からなるガス拡散電極とを含む、膜/電極接合体であって、かつ、前記固体電解質膜および/または前記一対の電極が、請求項1〜10のいずれか1項に記載の固体電解質を含む、膜/電極接合体。 A membrane / electrode assembly comprising a solid electrolyte membrane and a gas diffusion electrode comprising a pair of electrodes disposed on both sides of the solid electrolyte membrane, and the solid electrolyte membrane and / or the pair of pairs The membrane / electrode assembly in which an electrode contains the solid electrolyte of any one of Claims 1-10. 請求項11に記載の固体電解質と該固体電解質を介して両側に配置された一対の電極からなるガス拡散電極とを含む、膜/電極接合体。 12. A membrane / electrode assembly comprising the solid electrolyte according to claim 11 and a gas diffusion electrode comprising a pair of electrodes disposed on both sides with the solid electrolyte interposed therebetween. 前記ガス拡散電極が、触媒金属を炭素材からなる導電材の表面にバインダーによって担時された電極である、請求項12または13に記載の膜/電極接合体。 The membrane / electrode assembly according to claim 12 or 13, wherein the gas diffusion electrode is an electrode in which a catalytic metal is supported on the surface of a conductive material made of a carbon material by a binder. 前記バインダーが、請求項1〜10のいずれか1項に記載の固体電解質を含む、請求項14に記載の膜/電極接合体。 The membrane / electrode assembly according to claim 14, wherein the binder comprises the solid electrolyte according to any one of claims 1 to 10. 請求項12〜15のいずれか1項に記載の膜/電極接合体を含む、燃料電池。 A fuel cell comprising the membrane / electrode assembly according to any one of claims 12 to 15. ガス拡散電極を挟むように設置されたガス不透過性の一対のセパレータをさらに有する、請求項16に記載の燃料電池。 The fuel cell according to claim 16, further comprising a pair of gas-impermeable separators disposed so as to sandwich the gas diffusion electrode. 膜/電極接合体とセパレータとの間に配置された一対の集電材をさらに有する、請求項17に記載の燃料電池。 The fuel cell according to claim 17, further comprising a pair of current collectors disposed between the membrane / electrode assembly and the separator. 高分子化合物の主鎖に酸残基を有する重合性モノマーをグラフト重合させることを含む、固体電解質の製造方法。 A method for producing a solid electrolyte, comprising graft polymerization of a polymerizable monomer having an acid residue on a main chain of a polymer compound. 高分子化合物の主鎖が、芳香環を含み、該芳香環にハロゲノメチル基を導入した後、重合性モノマーを反応させることを含む、請求項19に記載の固体電解質の製造方法。 The method for producing a solid electrolyte according to claim 19, wherein the main chain of the polymer compound includes an aromatic ring, and a polymerizable monomer is reacted after introducing a halogenomethyl group into the aromatic ring. 前記重合性モノマーが式(A)で表される化合物または式(B)で表される化合物である、請求項19または20に記載の固体電解質の製造方法。
式(A)
Figure 2006344587
(式(A)中、EおよびFは、それぞれ、単結合または2価の連結基を表し、Gはカルボン酸基、スルホン酸基またはリン酸基を表す。)
式(B)
Figure 2006344587
(式(B)中、m1は、0以上の整数であり、Gはカルボン酸基、スルホン酸基またはリン酸基を表す。)
The method for producing a solid electrolyte according to claim 19 or 20, wherein the polymerizable monomer is a compound represented by the formula (A) or a compound represented by the formula (B).
Formula (A)
Figure 2006344587
(In the formula (A), E and F each represent a single bond or a divalent linking group, and G represents a carboxylic acid group, a sulfonic acid group or a phosphoric acid group.)
Formula (B)
Figure 2006344587
(In formula (B), m1 is an integer of 0 or more, and G represents a carboxylic acid group, a sulfonic acid group, or a phosphoric acid group.)
前記重合性モノマーが式(33)で表される化合物で表される化合物である、請求項19または20に記載の固体電解質の製造方法。
Figure 2006344587
(式(33)中、W21、W22およびW23はそれぞれ水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アリール基またはヘテロ環基を表し、B3は単結合または2〜6価の連結基を表し、A2は酸残基を表し、n6は1〜5の整数を表し、n7は1〜5の整数を表す。)
The method for producing a solid electrolyte according to claim 19 or 20, wherein the polymerizable monomer is a compound represented by a compound represented by formula (33).
Figure 2006344587
(In formula (33), W 21 , W 22 and W 23 each represent a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group, an aryl group or a heterocyclic group, and B 3 represents a single bond or a divalent to hexavalent linking group. , a 2 represents an acid residue, n6 represents an integer of 1 to 5, n7 is an integer of 1-5.)
前記重合性モノマーが式(33)で表される化合物および式(34)で表される化合物である、請求項19または20に記載の固体電解質の製造方法。
Figure 2006344587
(式(33)および(34)中、W21、W22、W23、W24、W25およびW26はそれぞれ水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アリール基またはヘテロ環基を表し、B3は単結合または2〜6価の連結基を表し、A2は酸残基を表し、n6は1〜5の整数を表し、n7は1〜5の整数を表す。E2は酸素透過性の高い置換基を表し、n8は1〜5の整数を表す。)
The method for producing a solid electrolyte according to claim 19 or 20, wherein the polymerizable monomer is a compound represented by formula (33) and a compound represented by formula (34).
Figure 2006344587
(Expressed in the formula (33) and (34), W 21, W 22, W 23, W 24, W 25 and W 26 are each a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group, an aryl group or a heterocyclic group, B 3 Represents a single bond or a bivalent to hexavalent linking group, A 2 represents an acid residue, n6 represents an integer of 1 to 5, n7 represents an integer of 1 to 5. E 2 represents an oxygen-permeable substance. Represents a high substituent, and n8 represents an integer of 1 to 5.)
前記固体電解質が、請求項1〜11のいずれか1項に記載の固体電解質である、請求項19〜23のいずれか1項に記載の固体電解質の製造方法。 The method for producing a solid electrolyte according to any one of claims 19 to 23, wherein the solid electrolyte is the solid electrolyte according to any one of claims 1 to 11. 側鎖として酸残基を含む重合性モノマーがグラフト重合された重合物を有する高分子化合物。 A polymer compound having a polymer obtained by graft polymerization of a polymerizable monomer having an acid residue as a side chain.
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