JP2006512428A - イオン伝導性ブロックコポリマー - Google Patents

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Abstract

本発明は、燃料電池に使用されるポリマー電解質膜を形成させるのに有用なイオン伝導性コポリマーに関する。

Description

本発明は、燃料電池に使用されるポリマー電解質膜を形成するのに有用なイオン伝導性ポリマーに関する。
燃料電池は、主としてその非汚染特性に起因して、携帯用電子装置、電気自動車およびその他の用途に対する前途有望な電源として開発されている。種々の燃料電池のうちで、ポリマー電解質膜に基づく燃料電池テクノロジー、例えば、直接メタノール燃料電池（ＤＭＦＣｓ）は多大の注目を集めているが、これは該燃料電池の高い出力密度と高いエネルギー変換効率に基づくものである。ポリマー電解質膜に基づく燃料電池の核心部は、いわゆる「膜電極アセンブリー」（ＭＥＡ）であり、該アセンブリーは、プロトン伝導性ポリマー電解質膜（ＰＥＭ）、ＰＥＭの対置表面上に配設されて触媒被覆膜（ＣＣＭ）を形成する触媒、および触媒層と電気的に接触するように配設される一対の電極（即ち、アノードとカソード）を具備する。
ＤＭＦＣｓ用プロトン伝導性膜は既知であり、この種の膜としては「ナフィオン（Nafion）」（登録商標）［Ｅ.Ｉ.デュポン・デ・ネムール・アンド・カンパニー社製］およびドウ・ケミカルズ社から市販されている類似製品が例示される。しかしながら、これらのペルフルオロ化炭化水素スルホネートアイオノマー製品は、高温燃料電池に使用する場合には重大な制限がある。ナフィオンは、燃料電池の作動温度が８０℃を越えると伝導性を失う。さらに、ナフィオンは非常に高いメタノールのクロスオーバー速度（crossover rate）を示し、このためＤＭＦＣｓにおける適用が妨げられる。
バラード・パワー・システム社へ譲渡された米国特許第５７７３４８０号明細書には、α,β,β−トリフルオロスチレンを原料とする部分的にフッ素化されたプロトン伝導性膜が記載されている。この膜の１つの欠点は、α,β,β−トリフルオロスチレンモノマーの複雑な合成法に起因して膜の製造コストが高くなるだけでなく、ポリ（α,β,β−トリフルオロスチレン）のスルホン化能が低いことである。この膜の別の欠点は、非常に脆いために、支持マトリックス中へ組み込まなければならないことである。
ケルレスらによる米国特許第６３００３８１号および同第６１９４４７４号各明細書には、プロトン伝導性膜用の酸−塩基二成分ポリマーブレンド系が記載されている。この場合、スルホン化ポリ（エーテルスルホン）はポリ（エーテルスルホン）の後スルホン化によって調製される。
Ｍ．ウエダは、スルホン化モノマーを使用してスルホン化ポリ（エーテルスルホンポリマー）を調製する方法を開示している［ジャーナル・オブ・ポリマー・サイエンス、第３１巻（１９９３年）、第８５３頁］。
マクグラスらは、この方法を使用してスルホン化ポリスルホンポリマーを調製している（米国特許出願２００２／００９１２２５Ａ１）。
燃料電池の作動に適した良好な膜を得るためには、膜の種々の特性のバランスを保つことが必要である。このような特性には、プロトン伝導性、メタノール耐性、化学的安定性、メタノールのクロスオーバー、ＤＭＦＣｓの速い始動および電池性能の耐久性等が含まれる。さらに、この種の膜にとっては、燃料電池の作動温度範囲にわたって寸法安定性が維持されることも重要である。ＤＭＦＣｓにおいては、メタノール酸化によって、電池の温度を上昇させるのに十分な熱が発生する。膜がかなり膨潤すると、該膜はメタノールのクロスオーバーを増大させる。従って、膜はメタノールのクロスオーバーを阻止する機能を徐々に失い、その結果、電池の性能は低下する。膜の寸法の変化は、膜−電極アセンブリー（ＭＥＡ）の結合性に応力をもたらす。この結果、膜の過度の膨潤後に電極からの膜の剥離が発生することがしばしばある。従って、広い温度範囲にわたって寸法安定性を維持することおよび膜の過度の膨潤を回避することはＤＭＦＣへの適用にとっては重要である。
本発明は、当該分野における上記の問題点を解決するためになされたものである。
本発明の１つの観点においては、燃料電池において有用な膜電極アセンブリー（ＭＥＡｓ）、触媒被覆膜（ＣＣＭｓ）およびポリマー電解質膜（ＰＥＭｓ）の製造に使用することができるイオン伝導性コポリマー組成物が提供される。
イオン伝導性ブロックコポリマーは、相互に直接的もしくは間接的に共有結合された非イオン性ポリマーおよびイオン性ポリマーを含有する。非イオン性ポリマーおよびイオン性ポリマーの少なくとも一方は、イオン伝導性コポリマー中にブロックポリマーを含有する。好ましくは、イオン性ポリマーと非イオン性ポリマーの両方がブロックポリマーである。非イオン性ポリマーは少なくとも２種の非イオン性コモノマーを含有する。イオン性ポリマーは２種のコモノマーを含有し、少なくとも一方のコモノマーはイオン伝導性基（例えば、スルホン酸基）を含有する。好ましい態様においては、イオン性モノマーと非イオン性モノマーは別々に反応させることによって、イオン性ブロックおよび／または非イオン性ブロックを形成させ、これらのブロックをその後で化合させてもよい。
イオン伝導性ブロックコポリマーの成分を多様に変化させることによって、種々のイオン伝導性ブロックコポリマーを形成させることができる。これらの異なるイオン性および非イオン性ポリマーを混合して適切に化合させることによって、本発明によるイオン伝導性ブロックコポリマーを形成させることができる。例えば、イオン伝導性コポリマー中のブロックのサイズ、分子の全長、剛性および親和性を調整することにより、イオン伝導性ポリマーおよび該ポリマーから製造される膜に関するイオンチャネルのサイズ分布および親和性並びに燃料クロスオーバー、安定性、溶解性および機械的特性を制御することが可能である。
さらに、イオン伝導性ポリマーの種々の非イオン性ブロックおよびイオン性ブロックの間に付加的でランダムなイオン性ポリマーおよび／または非イオン性ポリマーを散在させてもよい。
本発明は、イオン性ポリマーと非イオン性ポリマーを含有するイオン伝導性ブロックコポリマーを提供する。この場合、該ポリマーの一方もしくは両方は該コポリマー中ではブロック状である。本発明は、イオン伝導性ブロックコポリマーのイオン性ポリマーと非イオン性ポリマーの間に共有結合によって散在する鎖長および／または組成がランダムなポリマーも提供する。この種のポリマー材料の１つの用途は、直接的メタノール燃料電池（ＤＭＦＣｓ）等に使用してもよいポリマー電解質膜（ＰＥＭｓ）、触媒被覆膜（ＣＣＭｓ）および膜電解質アセンブリー（ＭＥＡｓ）の製造原料である。
好ましい態様においては、イオン伝導性ブロックコポリマーは、（ｉ）２種の非イオン性コモノマーから調製されるモノマーを含有する非イオン性ブロック、および（ii）２種のコモノマー（少なくとも一方のコモノマーはイオン伝導性基を有する）から調製されるイオン性モノマーを含有するイオン性ブロックを含有する。一般に、イオン伝導性ポリマーは芳香族残基を有する。イオン伝導性ポリマーは、コポリマー組成物中をＨ＋のようなイオンの輸送を促進する基を付加的に保有する。
１つの態様においては、イオン伝導性ブロックコポリマーは次式で表示することができる （1） ［(ＡＢ)ｎ(ＣＤ)ｏ］ｊ
ＡＢは２種の異なる非イオン性コモノマーＡとＢから調製される非イオン性モノマーを示す。ＡＢは別のＡＢと化合して非イオン性ポリマー（ＡＢ)ｎを形成する。ＣＤは２種の異なるコモノマーＣとＤから調製されるイオン性モノマーを示す（この場合、少なくとも一方のコモノマーは、以下において詳述するようなイオン伝導性基を有する）。ＣＤは別のＣＤと化合してイオン性ポリマー（ＣＤ)ｏを形成する。（ＡＢ)ｎポリマーおよび（ＣＤ)ｏポリマーの少なくとも一方（好ましくは両方）はブロックである。これらのイオン性ポリマーと非イオン性ポリマーを適当な割合で化合させることによってイオン伝導性ブロックコポリマーを形成させる。これらの単位はｊ−１回化合させてもよい。
上記の式において、ｎは０〜１００、より好ましくは１〜１００の整数を示し、ｏは１〜１００の数を示す。より好ましくは、ｎとｏの各々は相互に独立して１〜５０、より好ましくは５〜５０、就中、２〜１２の整数を示す。ｊは１〜２００、より好ましくは５０〜１５０、就中、１００〜１２０の整数を示す。ｏ／(ｎ＋ｏ)の比は０．００１〜１、より好ましくは０．１５〜０．７、就中、０．２０〜０．５０である。
例えば、ｎ＝４、ｏ＝１およびｊ＝２のときには、ポリマーは次の構造式で表される：
（ＡＢＡＢＡＢＡＢ)(ＣＤ）−（ＡＢＡＢＡＢＡＢ)(ＣＤ）
ＡＢを含む領域は非イオン性領域（ブロック）であり、ＣＤを含む領域はイオン性領域（ブロック）である。
一般に、非イオン性ポリマー（ＡＢ)ｎは、化学的に反応性のあるＡとＢの前駆体を、（ＡＢ)ｎが形成される条件下で化合させることによって形成される。しかしながら、一部の態様においては、非イオン性領域内に異なるＡおよび／またはＢを存在させるのが望ましい。非イオン性ポリマーは（ＡａＢｂ)ｎで表示してもよい。この場合、ａおよびｂは異なるＡおよびＢの数をそれぞれ示し、相互に独立して１〜ｎの数を示す［ｎは（ＡａＢｂ)単位の数を示す］。この態様においては、異なるＡおよび／またはＢの前駆体を化合させることによって、ポリマーブロック中の予め決められた位置にこれらを存在させてもよく、および／または異なるＡおよび／またはＢを（ＡａＢｂ)ｎ中にランダムに分布させてもよい。例えば、ｎ＝３でａ＝２のときは、所定のポリマー中のＡ１の量はＡ２の量の２倍であり、Ａ２の位置は第３番目であるので、非イオン性ブロックはＡ１ＢＡ１ＢＡ２Ｂで表示される混合物となる。
（ＣＤ)ｏを含有するイオン性ポリマーも同一もしくは異なるＣおよび／またはＤを有していてもよく、これらの各々はイオン性ポリマー中においては予め決められた位置またはランダムな位置に存在する。イオン性領域を示す式は（ＣｃＤｄ)ｏで表される。この場合、ｃおよびｄは異なるＣおよびＤの数をそれぞれ示し、１〜０の範囲にある［ｏは（ＣｃＤｄ)単位の数を示す］。
さらに、イオン伝導性コポリマーは次式によって表すことができる：
（２） ［（ＡａＢｂ)ｎ(ＡｇＢｈ)ｍ(ＣｃＤｄ)ｏ(ＣｅＤｆ)ｐ］ｊ
この式において、（ＡａＢｂ)ｎおよび（ＣｃＤｄ)ｏ並びにＡ、Ｂ、ＣおよびＤは前記と同意義であり、（ＡｇＢｈ)ｍおよび（ＣｅＤｆ)ｐは特定の鎖長および／または組成においてランダムに存在するポリマーを示す。このランダムポリマーの場合、ｍおよびｐは０〜２００、より好ましくは１〜２０の数を示し、それぞれ（ＡｇＢｈ)単位および（ＣｅＤｆ)単位の長さを規定する。ｇおよびｈは０〜ｍの数を示し、ｅおよびｆは０〜ｐの数を示す。ｍが１〜ｍの間のランダムな数を示し、および／またはｐが１〜ｐの間のランダムな数を示す場合には、イオン伝導性組成物は、鎖長の異なる非イオン性および／またはイオン性のランダムポリマー成分を含有する。
例えば、非イオン性領域において、ａ＝２、ｂ＝１、ｎ＝３、ｍ＝４であり、Ａ１とＡ２が（ＡａＢｂ)ｎ−（ＡｇＢｈ)ｍ中の予め決められた位置に存在する場合には、混合コポリマーは次式によって表すことができる：
（Ａ１ＢＡ１ＢＡ２Ｂ)(ＡＢ）
（Ａ１ＢＡ１ＢＡ２Ｂ)(ＡＢＡＢ）
（Ａ１ＢＡ１ＢＡ２Ｂ)(ＡＢＡＢＡＢ）
（Ａ１ＢＡ１ＢＡ２Ｂ)(ＡＢＡＢＡＢＡＢ）
同様に、ｃ＝２、ｏ＝２、ｐ＝３であり、Ｃ１とＣ２が（ＣｃＤｄ)ｏ−（ＣｅＤｆ)ｐ中の予め決められた位置に存在する場合には、コポリマーの混合物は次式によって表すことができる：
（Ｃ１ＤＣ１ＤＣ２Ｄ)(ＣＤ）
（Ｃ１ＤＣ１ＤＣ２Ｄ)(ＣＤＣＤ）
（Ｃ１ＤＣ１ＤＣ２Ｄ)(ＣＤＣＤＣＤ）
従って、イオン性および／または非イオン性のブロックポリマーを、異なる尾長を有するポリマーと組み合わせることによって、異なるイオン伝導性部分ブロックコポリマーの混合物を調製することができる。あるいは、ランダムポリマーの成分の尾長を、異なる分子間においてランダムにすることができ、また、特定のコポリマー中においてランダムにすることができる。
Ａ、Ｂ、Ｃおよび／またはＤのうちの１つよりも多くのモノマーがランダムポリマー中に存在する場合、ランダムポリマーの特定の部分が変化するか、またはランダムポリマーの全長にわたって交互にランダム分布するときには、この種の異なるモノマーは予め決められた位置に存在させることができる。例えば、ｇ＝２、ｈ＝１およびｎ＝３のときには、式（２）において非イオン性ブロックおよび／またはイオン性ブロックの間に介在するランダムポリマーは次式で表すことができる：
Ａ１ＢＡ１ＢＡ２Ｂ
Ａ１ＢＡ２ＢＡ１Ｂ
Ａ２ＢＡ１ＢＡ１Ｂ
さらに、該ポリマーはランダムポリマーの長さの変化を伴う異なるモノマーの両方の位置においてランダムであってもよい。
式（２）におけるイオン伝導性基の分布は次式（７）単独またはこれらと次式（８）との組合せで表示することができる：
（７） （Ｓｘ１Ｃｃ−Ｓｙ１Ｄｄ）ｏ
（８） （Ｓｘ２ＣｅＳｙ２Ｄｆ）ｐ
式中、ＳはＣｃ、Ｄｄ、Ｃｅおよび／またはＤｆに共有結合したイオン伝導性基を示し、Ｘ１はＳを含むＣｃの百分率を示し、Ｘ２はＳを含むＣｅの百分率を示し、Ｙ１はＳを含むＤｄの百分率を示し、Ｙ２はＳを含むＤｆの百分率を示す。この場合、Ｘ＝Ｘ１＋Ｘ２およびＹ＝Ｙ１＋Ｙ２であり、Ｘ＋ＹはＳを含むＣ＋Ｄ単位の全百分率であり、Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１およびＹ２の少なくとも１つは０よりも大きい値を示す。
製造時には、イオン性および／または非イオン性のブロック並びに随意にランダムなイオン性および／または非イオン性のポリマーは共有結合することによって、少なくともイオン性および／または非イオン性のブロックを有するブロックコポリマーを形成する。このポリマーは、それ自身が（ｊ−１）回結合してもよい。異なるイオン伝導性ブロックコポリマーを使用するときには、これらのコポリマーはランダムなパターンもしくは予め決められたパターンあるいは両方のパターンで結合してもよい。
開示されたイオン性および非イオン性のブロックおよびランダムポリマーの調製により、イオン伝導性ブロックコポリマーの配合物に可撓性が付与される。選択された成分ポリマーの混合物を所定の割合で組み合わせることによって多様な物理的特性と化学的特性を有するコポリマーが得られる。
さらに、組成は、組成物を構成する種々のポリマーの製造法に応じて幾分改変してもよい。例えば、Ａの前駆体がＢの前駆体に対して過剰に使用される場合には、付加的なＡがポリマー中に存在する。同様に、Ｂの前駆体が過剰に使用される場合には、付加的なＢが同じポリマー中に存在する。また同様に、イオン性ポリマーは、組成物の製造法に応じて付加的なＤおよび／またはＣを有することができる。最後に、イオン性成分と非イオン性成分との接合部においては、過剰のＡと過剰のＢが存在していてもよい。しかしながら、これらの成分をほぼモル当量で使用するときには、組成は付加的なモノマーによってではなく、主として共有結合によって適当に維持される。
従って、本発明は、次の組合せ式によって規定することができる：
（９）｛-［-L1-(AaBb)n-L1-(AeBf)m］1-z-L2-［-(Sx1Cc-Sy1Dd)o-L3-(Sx2Cg-Sy2Dh)p-L3-］z}j
式中、-［-(AaBb)n-(AeBf)m］1-z-は非イオン性の疎水性領域を含み、-［-(Sx1Cc-Sy1Dd)o-(Sx2Cg-Sy2Dh)p-］zはイオン性の親水性領域を含み（これらの符号の意義は前記の通りである）、Ｌ１は結合あるいは付加的なＡおよび／またはＢを示し、Ｌ２は結合あるいは付加的なＡおよび／またはＤを示し、また、Ｌ３は結合あるいは付加的なＣおよび／またはＤを示す。
ＡおよびＣはいずれかの疎水性残基であってもよいが、これらは芳香族基もしくは置換芳香族基を含むのが好ましい。この場合の置換は１もしくは複数の電子求引性基（最も好ましくはフッ素原子）によっておこなわれるのが好ましい。
特に好ましいＡとＣの残基はフェニル、ナフチル、テルフェニル、アリール、ニトリル、置換アリールニトリルおよびオルガノポリシロキサン−Ａｒ１−Ｒ１−Ａｒ２−である。この場合、Ｒ１は−Ｃ(Ｏ)−、−Ｓ(Ｏ)２−、−Ｐ(Ｏ)(Ｃ６Ｈ５)−、−Ｃ(Ｏ)−Ａｒ３−Ｃ(Ｏ)−または−Ｃ(Ｏ)−Ａｒ４−Ｓ(Ｏ)２−を示し、Ａｒ１、Ａｒ２、Ａｒ３およびＡｒ４は芳香族基または置換芳香族基を示す。このような置換は１もしくは複数の電子求引性基（最も好ましくはＦ）によっておこなわれるのが好ましい。
ＢおよびＤも芳香族基または置換芳香族基を含むのが好ましい。この場合の置換は１もしくは複数の電子求引性基（最も好ましくはＦ）によっておこなわれるのが好ましい。特に好ましいＢおよびＤは、−Ｏ−Ａｒ５−Ｒ２−Ａｒ６−Ｏ−である。この場合、Ａｒ５およびＡｒ６は芳香族基または置換芳香族基を示し、Ｒ２は単結合、ＣｎＨ２ｎ−２で表される脂環式基または下記のいずれかの式によって表される基を示す：
Figure 2006512428
好ましい態様は次式で表されるものである：
（10）［(［Ar1-R1-Ar2-O-Ar5-R2-Ar6-O］n)1-Z)(［Sx1-Ar1-R1-SY1-OSY5-Ar5-R2-SY2-Ar6-O]o)z］
式中、各々の成分は前記と同意義である。非イオン性およびイオン性ポリマー中に異なる成分Ａｒ１、Ｒ１、Ａｒ２、Ａｒ５、Ｒ２および／またはＡｒ６が存在する場合、異なる成分はイオン性ポリマーと非イオン性ポリマーの少なくとも一方（好ましくは両方）の内部における異なる成分の分布は、異なる成分が予め決められた位置に分布されてコポリマー中に１もしくは複数のブロックが形成されるようにする。
イオン伝導性ブロックコポリマーの一般的な調製法は以下の通りである。この方法には、第１コモノマーに第２コモノマーを化合させる工程が含まれる。第１コモノマーは少なくとも２つの脱離基を有しているべきであり、また、第２コモノマーは少なくとも２つの置換基を有しているべきである。１つの観点においては、第２コモノマーを第１コモノマーに対してモル過剰で使用することによって、末端に置換基を有する第１コポリマーを形成させる。
少なくとも２つの脱離基を有しているべきである第３コモノマーおよび少なくとも２つの置換基を有しているべきである第４コモノマーを次いで化合させる。好ましくは、第４コモノマーに対してモル過剰の第３コモノマーを使用することによって、末端に脱離基を有する第２コポリマーを形成させる。
第１コポリマーを第２コポリマーに化合させるか、または第２コポリマーを第１コポリマーに化合させることによってブロックコポリマーを形成させる。第１コモノマーと第３コモノマーのうちの少なくとも一方はイオン伝導性基（例えば、スルホネート基）を含む。
「脱離基」という用語は、一般的には別のモノマー中に存在する求核性部分によって置換されることができる官能性部分を意味する。脱離基は当該分野においては周知であり、ハロゲン化物（塩化物、フッ化物、ヨウ化物、臭化物）、トシルおよびメシル等が例示される。特定の態様においては、モノマーは少なくとも２つの脱離基を有しており、これらの脱離基は、これらが結合する芳香族モノマーに関して相互に「パラ」の関係にある。
「置換基」という用語は、一般的には求核試薬として作用することによって適当なモノマーの脱離基と置換する官能性部分を意味する。従って、置換基が結合したモノマーは、脱離基が結合したモノマーと結合する（一般的には共有結合する）。このような置換例としては、芳香族モノマーのフッ化物基が芳香族モノマーに結合したフェノキシドイオンまたはアルコキシドイオンによって置換される反応が例示される。
非イオン性ブロックおよびイオン性ブロックの合成例を次式（11）および（12）に示す。この場合、Ｘは脱離基を示し、ＯＨは置換基を示す。
Figure 2006512428
コモノマーＩは２つの置換基（−ＯＨ）を含んでおり、コモノマーIIは２つの脱離基（Ｘ）を含む。コモノマーＩとコモノマーIIとの間の反応生成物は非イオン性ポリマーIIIである。
別の反応容器内において、２つの置換基を有するモノマーIVおよび２つの脱離基を有するモノマーＶを化合させることによって、イオン性ポリマーVIが得られる［上記の式（12）参照］。
いずれの場合も、非イオン性ポリマーとイオン性ポリマーの鎖長は反応条件（例えば、反応時間、反応温度および反応成分の濃度）によって調整される。
非イオン性ポリマーIIIおよびイオン性ポリマーVIを反応容器内において化合させることによってイオン伝導性コポリマーVIIが得られる［次式（13）参照］。このコポリマーは（ｊ−１）回化合させることができる。
Figure 2006512428
特に好ましい態様においては、Ｒ１は−(ＣＯ)−を示し、Ｒ２はシクロヘキシジルを示し、ＳはＳＯ３を示す。その態様によるコポリマーは次式VIIIによって表される：
Figure 2006512428
 式中、ｎ＝２〜２０、ｏ＝２〜２０およびｊ＝１〜２００であり、また、４つのスルホン化サイトはＳＯ３基を有していてもよく、あるいは有していなくてもよいが、全スルホン化度は１０〜８０％である。
別の好ましい態様においては、Ｒ１は−(ＣＯ)−を示し、Ｒ２はビスを示し、ＳはＳＯ３を示す。この態様によるコポリマーは次式VIIIによって表される：
Figure 2006512428
 式中、ｎ＝２〜２０、ｍ＝２〜２０およびｊ＝１〜１００であり、４つのスルホン化サイトはＳＯ３基を有していてもよく、あるいは有していなくてもよいが、全スルホン化度は１０〜８０％である。
ポリマー膜は、イオン伝導性コポリマーの溶液流延によって製造してもよい。あるいは、ポリマー膜は、酸性ポリマーと塩基性ポリマーのブレンドであるイオン伝導性ポリマーの溶液流延によって製造してもよい。
燃料電池用膜へ注型する場合には、膜厚が好ましくは０．１〜１０ミル、より好ましくは１〜６ミル、最も好ましくは１．５〜２．５ミルになるようにする。また、該膜はポリマー支持体上を被覆することができる。
ここで使用するように、プロトンのフラックス（flux）が約０．００５Ｓ／ｃｍよりも大きいとき、より好ましくは０．０１Ｓ／ｃｍよりも大きいとき、最も好ましくは０．０２Ｓ／ｃｍのときには、膜はプロトンを透過させる。
ここで使用するように、所定の厚さを有する膜を横断するメタノールの輸送が、同じ厚さを有するナフィオン膜を横断するメタノールの移動よりも劣るならば、膜はメタノールを実質上透過させない。好ましい態様においては、メタノールの透過度は、ナフィオン膜の場合に比べて５０％小さく、より好ましくは７５％小さく、最も好ましくは８０％よりも大きな割合で小さい。
イオン伝導性コポリマーから膜（ＰＥＭ）を形成させた後、該膜は触媒被覆膜（ＣＣＭ）を製造するのに使用してもよい。ここで使用するように、ＣＣＭはＰＥＭを含有しており、ＰＥＭの少なくとも一方の側（好ましくは両側）は、部分的もしくは全面的に触媒層によって被覆される。触媒は、触媒とアイオノマーから構成される層であるのが好ましい。好ましい触媒はＰｔおよびＰｔ−Ｒｕである。好ましいアイオノマーにはナフィオンおよびその他のイオン伝導性ポリマーが含まれる。
一般に、アノード触媒とカソード触媒は、十分に確立された標準的な技法によって膜上へ塗布される。直接メタノール燃料電池に対しては、アノード側には白金／ルテニウム触媒が一般に使用され、カソード側には白金触媒が使用され、またカソード側には白金が適用される。水素／空気または水素／酸素燃料電池に対しては、アノード側には一般に白金または白金／ルテニウムが使用され、カソード側には白金が使用される。触媒は、所望により、カーボン上に担持されていてもよい。触媒は、最初は少量の水に分散させる（水１ｇ中に触媒約１００ｍｇ）。この分散液に、水／アルコールを溶媒とする５％アイオノマー溶液（０．２５〜０．７５ｇ）を添加する。得られる分散液はポリマー膜上へ直接的に塗布してもよい。あるいは、イソプロパノール（１〜３ｇ）を添加した分散液を膜上へ直接的に噴霧してもよい。触媒は、次の公知文献に記載のようにして転写法によって膜上へ塗布してもよい：エレクトロキミカ・アクタ、第４０巻、第２９７頁（１９９５年）。
ＣＣＭはＭＥＡの製造に使用される。ここで使用するように、ＭＥＡは、本発明によるＣＣＭから製造されるイオン伝導性ポリマー膜に、ＣＣＭの触媒層と電気的に接触するように配置されたアノード電極とカソード電極を組合せたものを示す。
電極と触媒層との電気的接触は、ＣＣＭと電流が供給される負荷を含む電気回路を該電極が完成することができるならば、直接的におこなってもよく、あるいは間接的におこなってもよい。特に、第１触媒は、水素または有機燃料の酸化を促進するように、ＰＥＭのアノード側と電気触媒的に連絡する。一般に、このような酸化によって、プロトン、エレクトロン、二酸化炭素および水が生成する。膜は水素分子およびメタノールのような有機燃料並びに二酸化炭素を実質上透過させないので、このような成分は膜のアノード側に保持される。電気触媒反応によって生成するエレクトロンはカソードから負荷へ伝達され、次いでアノードへ伝達される。この直接的なエレクトロンの流れのバランスは、当量数のプロトンが膜を通過してアノードコンパートメントへ移動することである。該コンパートメントにおいては、移動したプロトンの存在下での酸素の還元がおこなわれ、水が生成する。１つの態様においては、空気が酸素源となる。別の態様においては、酸素に富む空気が使用される。
膜電極アセンブリーは一般に燃料電池をアノードコンパートメントとカソードコンパートメントに分割するのに使用される。この種の燃料電池系においては、水素ガスまたはメタノールのような有機燃料はアノードコンパートメントに加えられ、一方、酸素もしくは周囲空気のようなオキシダントはカソードコンパートメントに導入される。燃料電池の特定の用途に応じて相当数の電池を組合せることによって適当な電圧と電力出力を達成することができる。このような用途には、住宅用、工業用および商業用の電力システムまたは自動車におけるような移動力に使用するための電力源が含まれる。本発明が特に適用できる他の用途には次に例示するような携帯用電子機器類における燃料電池に含まれる：セル電話およびその他の遠距離通信用機器、消費者用のビデオとオーディオ機器、ラップトップコンピューター、ノートブックコンピューター、パーソナルデジタル補助機器および他の計算装置並びにＧＰＳ装置等。さらに、このような燃料電池は、高出力な用途（例えば、工業用および住宅用下水道施設）に供するために設置して電圧と電流容量を高めるのに使用してもよく、あるいは、乗物に移動力を供給するのに使用してもよい。この種の燃料電池構造体には、次の米国特許の明細書に開示されているものが含まれる：6,416,895、6,413,664、6,106,964、5,840,438、5,773,160、5,750,281、5,547,776、5,527,363、5,521,018、5,514,487、5,482,680、5,432,021、5,382,478、5,300,370、5,252,410および5,230,966。
このようなＣＣＭおよびＭＥＭは、例えば、次の米国特許の明細書に開示されているような燃料電池において一般に有用であり、これらの明細書の開示内容は本明細書の一部を成すものである：5,945,231、5,773,162、5,992,008、5,723,229、6,057,051、5,976,725、5,789,093、4,612,261、4,407,905、4,629,664、4,562,123、4,789,917、4,446,210、4,390,603、6,110,613、6,020,083、5,480,735、4,851,377、4,420,544、5,759,712、5,807,412、5,670,266、5,916,699、5,693,434、5,688,613および5,688,614。
本発明によるＣＣＭおよびＭＥＡは、当該分野において既知の水素燃料電池において使用してもよい。
本発明によるイオン伝導性ポリマー膜はバッテリーのセパレーターとしても使用することができる。特に好ましいバッテリーはリチウムイオンバッテリーである。
以下の実施例は、本明細書に記載した種々のタイプの反応とポリマーを例証するものである。
実施例１（ＪＣ５８−４２）：
オリゴマー１：ＤＰ＝４
このオリゴマーは次の配合処方によって合成した：４,４’−ジフルオロベンゾホン（ＢｉｓＫ)(３４．９１ｇ；０．１６ｍｏｌ）、９，９−ビス（４−ヒドロキシフェニル）フルオレン（４２．０５ｇ；０．１２ｍｏｌ）および無水炭酸カリウム（２５．８７ｇ；０．１８７ｍｏｌ）。反応溶媒としてはＤＭＳＯ（２２０ｍｌ）とトルエン（１１０ｍｌ）との混合液を使用した。
ブロックポリマーは次の配合処方によって合成した：４,４’−ジフルオロベンゾホン（ＢｉｓＫ)(７．７５ｇ；０．０３５５ｍｏｌ）、３,３’−ジスルホン化−４,４’−ジフルオロベンゾホン（ＳＢｉｓＫ)(１５．００ｇ；０．０３５５ｍｏｌ）、オリゴマー１（２０．９０ｇ）、ＢｉｓＺ（２１．４７ｇ；０．０８ｍｏｌ）および無水炭酸カリウム（１４．３７ｇ；０．１０ｍｏｌ）。反応溶媒としてはＤＭＳＯ（２５０ｍｌ）とトルエン（１２５ｍｌ）との混合液を使用した。このポリマーの内部粘度はＤＭＡｃ溶液（０．２５ｇ／ｄｌ）中において０．４９ｄｌ／ｇであった。８Ｍ−ＭｅＯＨ（８０℃）中に１日浸漬した後の膨潤度は５２％であり、８Ｍ−ＭｅＯＨ中でのクロスオーバーは０．０１６ｍｇ・ｍｉｌ／ｃｃ・ｍｉｎ・ｃｍ２（非沸騰状態）であり、また伝導度は０．０１３Ｓ／ｃｍ（非沸騰状態）および０．０３４Ｓ／ｃｍ（沸騰状態）であった。
実施例２（ＪＣ５８−７３）：
このブロックコポリマーは実施例１に記載のようにして、次の配合処方に従って合成した：４,４’−ジフルオロベンゾホン（ＢｉｓＫ)(５．７２ｇ；０．０２６ｍｏｌ）、３,３’−ジスルホン化−４,４’−ジフルオロベンゾホン（ＳＢｉｓＫ)(１７．０４ｇ；０．０４０ｍｏｌ）、オリゴマー１（１９．５９ｇ）、ＢｉｓＺ（２０．１２ｇ；０．０７５ｍｏｌ）、および無水炭酸カリウム（１３．４７ｇ；０．０９７ｍｏｌ）。反応溶媒としては、ＤＭＳＯ（２５０ｍｌ）とトルエン（１２５ｍｌ）との混合溶剤を使用した。
このポリマーの内部粘度は、ＤＭＡｃ溶液（０．２５ｇ／ｄｌ）中において、０．７２ｄｌ／ｇであった。
実施例３（ＪＣ５８−８５）：
このブロックコポリマーは実施例１に記載のようにして、次の配合処方に従って合成した：４,４’−ジフルオロベンゾフェノン（ＢｉｓＫ)(４．６８ｇ；０．０２１ｍｏｌ）、３,３’−ジスルホン化−４,４’−ジフルオロベンゾフェノン（ＳＢｉｓＫ)(１９．０６ｇ；０．０４５ｍｏｌ）、オリゴマー１（１９．５９ｇ）、９，９−ビス（４−ヒドロキシフェニル）フルオリン（２６．２８ｇ；０．０７５ｍｏｌ）、および無水炭酸カリウム（１３．４７ｇ；０．０９７ｍｏｌ）。反応溶媒としては、ＤＭＳＯ（２５０ｍｌ）とトルエン（１２５ｍｌ）との混合溶剤を使用した。
実施例４（ＪＣ５８−８６）：
このブロックコポリマーは実施例１に記載のようにして、次の配合処方に従って合成した：４,４’−ジフルオロベンゾホン（ＢｉｓＫ)(４．６８ｇ；０．０２１ｍｏｌ）、３,３’−ジスルホン化−４,４−ジフルオロベンゾホン（ＳＢｉｓＫ)(１９．０６ｇ；０．０４０ｍｏｌ）、オリゴマー１（１９．５９ｇ）、ビスフェノール（１３．９６ｇ；０．０７５ｍｏｌ）、および無水炭酸カリウム（１３．４７ｇ；０．０７５ｍｏｌ）。反応溶媒としては、ＤＭＳＯ（２５０ｍｌ）とトルエン（１２５ｍｌ）との混合溶剤を使用した。
実施例５（ＪＣ５８−８９）：
このブロックコポリマーは実施例１に記載のようにして、次の配合処方に従って合成した：４,４’−ジフルオロベンゾホン（ＢｉｓＫ)(４．６８ｇ；０．０２１ｍｏｌ）、３,３’−ジスルホン化−４,４’−ジフルオロベンゾホン（ＳＢｉｓＫ)(１９．０６ｇ；０．０４０ｍｏｌ）、オリゴマー１（１９．５９ｇ）、１,５−ジヒドロキシナフタレン（１２．０１ｇ；０．０７５ｍｏｌ）、および無水炭酸カリウム（１３．４７ｇ；０．０９７ｍｏｌ）。反応溶媒としては、ＤＭＳＯ（２５０ｍｌ）とトルエン（１２５ｍｌ）との混合溶剤を使用した。
実施例６（ＪＣ５８−６９）：
この実施例においては、非イオン性領域中にＢｉｓＫ−Ｏブロックを含み、イオン性領域中にはＳＢｉｓＫ−Ｚを含み、非イオン性領域が１１％を占め、ＢｉｓＫ−Ｏブロックのサイズが６であるブロックコポリマーについて説明する。
オリゴマー２：ＤＰ＝６
このオリゴマーは、オリゴマー１の合成法に準拠し、次の配合処方に従って合成した：４,４’−ジフルオロベンゾホン（ＢｉｓＫ)(６５．４６ｇ；０．３０ｍｏｌ）、４，４’−ジヒドロキシジフェニルエーテル（Ｏ)(５０．５５ｇ；０．２５ｍｏｌ）、および無水炭酸カリウム（４４．９２ｇ；０．３２５ｍｏｌ）。反応溶媒としては、ＤＭＳＯ（５４０ｍｌ）とトルエン（２７０ｍｌ）との混合溶剤を使用した。
このブロックコポリマーは実施例１に記載のようにして、次の配合処方に従って合成した：４,４’−ジフルオロベンゾホン（ＢｉｓＫ)(６．５１ｇ；０．０３０ｍｏｌ）、３,３’−ジスルホン化−４,４−ジフルオロベンゾホン（ＳＢｉｓＫ)(１７．４０ｇ；０．０４１ｍｏｌ）、オリゴマー２（２２．４０ｇ）、ＢｉｓＺ（２１．４７ｇ；０．０８ｍｏｌ）、および無水炭酸カリウム（１４．３７ｇ；０．１０ｍｏｌ）。反応溶媒としては、ＤＭＳＯ（２５０ｍｌ）とトルエン（１２５ｍｌ）との混合溶剤を使用した。
以下の実施例７〜１３においては、非イオン性領域中には同じＢｉｓＫ−Ｚを含むが、イオン性領域中においては、異なる連鎖易動度と化学的親和性を有する種々のアリールフェノール基ブロックを有するｓＢｉｓＫを含むブロックコポリマー系について説明する（非イオン性ブロックのサイズ：８、ブロックの濃度：１１％）。
実施例７：イオン性領域がｓＢｉｓＫ−Ｚ単位から成る系（ＪＣ５８−４５）
オリゴマー３：ＤＰ＝８
このオリゴマーは、オリゴマー１の合成法に準拠し、次の配合処方に従って合成した：４,４’−ジフルオロベンゾホン（ＢｉｓＫ)(６５．４６ｇ；０．３０ｍｏｌ）、ＢｉｓＺ（７０．４４ｇ；０．２６２ｍｏｌ）、および無水炭酸カリウム（１７．９７ｇ；０．１３ｍｏｌ）。反応溶媒としては、ＤＭＳＯ（５４０ｍｌ）とトルエン（２７０ｍｌ）との混合溶剤を使用した。
このブロックコポリマーは実施例１に記載のようにして、次の配合処方に従って合成した：４,４’−ジフルオロベンゾホン（ＢｉｓＫ)(４．５７ｇ；０．０２１ｍｏｌ）、３,３’−ジスルホン化−４,４’−ジフルオロベンゾホン（ＳＢｉｓＫ)(１７．４１ｇ；０．０４１ｍｏｌ）、オリゴマー３（２９．７２ｇ）、ＢｉｓＺ（１８．７８ｇ；０．０７ｍｏｌ）、および無水炭酸カリウム（１２．５７ｇ；０．０９１ｍｏｌ）。反応溶媒としては、ＤＭＳＯ（２７０ｍｌ）とトルエン（１３５ｍｌ）との混合溶剤を使用した。
このポリマーの内部粘度は、ＤＭＡｃ溶液（０．２５ｇ／ｄｌ）中において、０．６２ｄｌ／ｇであった。
実施例８：イオン性領域がｓＢｉｓＫ−ＦＬ単位から成る系（ＪＣ５８−４４）
このブロックコポリマーは実施例１に記載のようにして、次の配合処方に従って合成した：４,４’−ジフルオロベンゾホン（ＢｉｓＫ)(３．９１ｇ；０．０１７９ｍｏｌ）、３,３’−ジスルホン化−４,４’−ジフルオロベンゾホン（ＳＢｉｓＫ)(１４．９２ｇ；０．０６ｍｏｌ）、オリゴマー３（２５．２７ｇ）、９，９−ビス（４−ヒドロキシフェニル）フルオレン（２１．０２ｇ；０．０７ｍｏｌ）、および無水炭酸カリウム（１０．７８ｇ；０．０７８ｍｏｌ）。反応溶媒としては、ＤＭＳＯ（２５０ｍｌ）とトルエン（１２５ｍｌ）との混合溶剤を使用した。
このポリマーの内部粘度は、ＤＭＡｃ溶液（０．２５ｇ／ｄｌ）中において、０．８４ｄｌ／ｇであった。
実施例９：イオン性領域がｓＢｉｓＫ−ＡＦ単位から成る系（ＪＣ５８−６６）
このブロックコポリマーは実施例１に記載のようにして、次の配合処方に従って合成した：４,４’−ジフルオロベンゾホン（ＢｉｓＫ)(３．９１ｇ；０．０１７９ｍｏｌ）、３,３’−ジスルホン化−４,４’−ジフルオロベンゾホン（ＳＢｉｓＫ)(１４．９２ｇ；０．０３５ｍｏｌ）、オリゴマー３（２５．４７ｇ）、４,４’−（ヘキサフルオロイソプロピリデン）−ジフェノール（２０．１７ｇ；０．０６ｍｏｌ）、および無水炭酸カリウム（１０．７８ｇ；０．０７８ｍｏｌ）。反応溶媒としては、ＤＭＳＯ（２５０ｍｌ）とトルエン（１２５ｍｌ）との混合溶剤を使用した。
このポリマーの内部粘度は、ＤＭＡｃ溶液（０．２５ｇ／ｄｌ）中において、０．４７ｄｌ／ｇであった。
実施例１０：イオン性領域がｓＢｉｓＫ−Ｂ単位から成る系（ＪＣ５８−６１）
このブロックコポリマーは実施例１に記載のようにして、次の配合処方に従って合成した：４,４’−ジフルオロベンゾホン（ＢｉｓＫ)(４．５７ｇ；０．０２１ｍｏｌ）、３,３’−ジスルホン化−４,４’−ジフルオロベンゾホン（ＳＢｉｓＫ)(１７．４１ｇ；０．０４１ｍｏｌ）、オリゴマー３（２９．７２ｇ）、４,４’−ジヒドロキシビフェニル（１３．０３ｇ；０．０７ｍｏｌ）、および無水炭酸カリウム（１２．５７ｇ；０．０９１ｍｏｌ）。反応溶媒としては、ＤＭＳＯ（２５０ｍｌ）とトルエン（１２５ｍｌ）との混合溶剤を使用した。
このポリマーの内部粘度は、ＤＭＡｃ溶液（０．２５ｇ／ｄｌ）中において、１．０１ｄｌ／ｇであった。
実施例１１：イオン性領域がｓＢｉｓＫ−Ｏ単位から成る系（ＪＣ５８−６０）
このブロックコポリマーは実施例１に記載のようにして、次の配合処方に従って合成した：４,４’−ジフルオロベンゾホン（ＢｉｓＫ)(４．５７ｇ；０．０２１ｍｏｌ）、３,３’−ジスルホン化−４,４’−ジフルオロベンゾホン（ＳＢｉｓＫ)(１７．４１ｇ；０．０４１ｍｏｌ）、オリゴマー３（２９．７２ｇ）、４,４’−ジヒドロキシジフェニルエーテル（１４．１５ｇ；０．０７ｍｏｌ）、および無水炭酸カリウム（１２．５７ｇ；０．０９１ｍｏｌ）。反応溶媒としては、ＤＭＳＯ（２５０ｍｌ）とトルエン（１２５ｍｌ）との混合溶剤を使用した。
このポリマーの内部粘度は、ＤＭＡｃ溶液（０．２５ｇ／ｄｌ）中において、０．９４ｄｌ／ｇであった。
実施例１２：ＪＣ５８−７６
このブロックコポリマーは実施例１に記載のようにして、次の配合処方に従って合成した：４,４’−ジフルオロベンゾホン（ＢｉｓＫ)(１．２９８ｇ；０．００５９ｍｏｌ）、３,３’−ジスルホン化−４,４’−ジフルオロベンゾホン（ＳＢｉｓＫ)(２３．７３６ｇ；０．０５６ｍｏｌ）、オリゴマー３（２９．７２ｇ）、４,４’−ジヒドロキシジフェニル（１３．０３ｇ；０．０７ｍｏｌ）、および無水炭酸カリウム（１２．５７ｇ；０．０９１ｍｏｌ）。反応溶媒としては、ＤＭＳＯ（２５０ｍｌ）とトルエン（１２５ｍｌ）との混合溶剤を使用した。
このポリマーの内部粘度は、ＤＭＡｃ溶液（０．２５ｇ／ｄｌ）中において、１．３５ｄｌ／ｇであった。
実施例１３：ＪＣ５８−７４
このブロックコポリマーは実施例１に記載のようにして、次の配合処方に従って合成した：４,４’−ジフルオロベンゾホン（ＢｉｓＫ)(３．９１ｇ；０．０１８ｍｏｌ）、３,３’−ジスルホン化−４,４’−ジフルオロベンゾホン（ＳＢｉｓＫ)(１４．９２ｇ；０．０３５ｍｏｌ）、オリゴマー３（２５．４７ｇ）、１,５−ジヒドロキシナフタレン（９．６１ｇ；０．０６０ｍｏｌ）、および無水炭酸カリウム（１０．７１ｇ；０．０７８ｍｏｌ）。反応溶媒としては、ＤＭＳＯ（２０６ｍｌ）とトルエン（１０３ｍｌ）との混合溶剤を使用した。
このポリマーの内部粘度は、ＤＭＡｃ溶液（０．２５ｇ／ｄｌ）中において、１．１０ｄｌ／ｇであった。
Figure 2006512428
実施例１４
この実施例においては、非イオン性領域にＢｉｓＫ−Ｚブロックを含み、イオン性領域に２単位よりも多い多成分を含むブロックコポリマー系を、多成分系のランダムコポリマーとの比較において説明する。
ＪＣ５８−５０
このブロックコポリマーは実施例１に記載のようにして、次の配合処方に従って合成した：４,４’−ジフルオロベンゾホン（ＢｉｓＫ)(３．９１ｇ；０．０１７９ｍｏｌ）、３,３’−ジスルホン化−４,４’−ジフルオロベンゾホン（ＳＢｉｓＫ)(１４．９２ｇ；０．０３５ｍｏｌ）、オリゴマー３（２５．２７ｇ）、ＢｉｓＺ（８．０５ｇ；０．０３５ｍｏｌ）、９，９−ビス（４−ヒドロキシフェニル）フルオレン（１０．５１ｇ；０．０３５ｍｏｌ）、および無水炭酸カリウム（１０．７８ｇ；０．０７８ｍｏｌ）。反応溶媒としては、ＤＭＳＯ（２５０ｍｌ）とトルエン（１２５ｍｌ）との混合溶剤を使用した。
このポリマーの内部粘度は、ＤＭＡｃ溶液（０．２５ｇ／ｄｌ）中において、１．０２ｄｌ／ｇであった。また、８Ｍ−ＭｅＯＨ（８０℃）中に１日浸漬した後の膨潤度は６３％であり、８Ｍ−ＭｅＯＨ中でのクロスオーバーは０．０３６ｍｇ・ｍｉｌ／ｃｃ・ｍｉｎ・ｃｍ２（非沸騰状態）および０．０３８ｍｇ・ｍｉｌ／ｃｃ・ｍｉｎ・ｃｍ２（沸騰状態）であり、また伝導度は０．０２６Ｓ／ｃｍ（非沸騰状態）および０．０４７Ｓ／ｃｍ（沸騰状態）であった。
実施例１５
オリゴマー１（ＦＬ４）：ＤＰ＝４
機械的撹拌機、温度計、窒素導入口に接続されたプローブ、およびディーン−スタークトラップ／コンデンサーを備えた３つ口丸底フラスコ内において、４,４’−ジフルオロベンゾホン（ＢｉｓＫ)(３４．９１ｇ；０．１６ｍｏｌ）、９，９−ビス（４−ヒドロキシフェニル）フルオレン（４２．０５ｇ；０．１２ｍｏｌ）、および無水炭酸カリウム（２５．８７ｇ；０．１８７ｍｏｌ）を、ＤＭＳＯ（２２０ｍｌ）とトルエン（１１０ｍｌ）との混合溶剤へ溶解させた。反応混合物を、遅い窒素気流下においてゆっくりと撹拌した。反応混合物を約８５℃で１時間加熱し、次いで約１２０℃で１時間加熱した後、反応温度を上昇させ、約１３５℃で３時間加熱し、最後に約１７０℃で２時間加熱した。撹拌を続行しながら反応溶液を約７０℃まで冷却した後、冷却したメタノール（１リットル）中へ激しく撹拌しながら滴下した。沈殿物を濾取し、これを脱イオン水で４回洗浄した後、８０℃で一夜乾燥させ、さらに真空下において８０℃で２日間乾燥させた。
Ｂ１ｋＦＬ４ＦＬ／４５（ＪＣ５８−８５）
このブロックコポリマーは実施例１に記載のようにして、次の配合処方に従って合成した：４,４’−ジフルオロベンゾホン（ＢｉｓＫ)(４．６８ｇ）、３,３’−ジスルホン化−４,４’−ジフルオロベンゾホン（ＳＢｉｓＫ)(１９．０６ｇ）、オリゴマー１（１９．５９ｇ）、９，９−ビス（４−ヒドロキシフェニル）フルオレン（２６．２８ｇ）、および無水炭酸カリウム（１３．４８ｇ）。反応溶媒としては、ＤＭＳＯ（２４０ｍｌ）とトルエン（１２０ｍｌ）との混合溶剤を使用した。
このポリマーの内部粘度は、ＤＭＡｃ溶液（０．２５ｇ／ｄｌ）中において、１．００ｄｌ／ｇであった。
Ｂ１ｋＦＬ４Ｂ／４５（ＪＣ５８−８６）
このブロックコポリマーは実施例１に記載のようにして、次の配合処方に従って合成した：４,４’−ジフルオロベンゾホン（ＢｉｓＫ)(４．６８ｇ）、３,３’−ジスルホン化−４,４’−ジフルオロベンゾホン（ＳＢｉｓＫ)(１９．０６ｇ）、オリゴマー１（１９．５９ｇ）、４,４’−ビフェノール（１３．９７ｇ）、および無水炭酸カリウム（１３．４８ｇ）。反応溶媒としては、ＤＭＳＯ（２４０ｍｌ）とトルエン（１２０ｍｌ）との混合溶剤を使用した。
このポリマーの内部粘度は、ＤＭＡｃ溶液（０．２５ｇ／ｄｌ）中において、１．８９ｄｌ／ｇであった。
Ｂ１ｋＦＬ４ＮＡＰ／４５（ＪＣ５８−８９）
このブロックコポリマーは実施例１に記載のようにして、次の配合処方に従って合成した：４,４’−ジフルオロベンゾホン（ＢｉｓＫ)(４．６８ｇ）、３,３’−ジスルホン化−４,４’−ジフルオロベンゾホン（ＳＢｉｓＫ)(１９．０６ｇ）、オリゴマー１（１９．５９ｇ）、２,７−ジヒドロキシナフタレン（１２．０１ｇ）、および無水炭酸カリウム（１３．４８ｇ）。反応溶媒としては、ＤＭＳＯ（２４０ｍｌ）とトルエン（１２０ｍｌ）との混合溶剤を使用した。
このポリマーの内部粘度は、ＤＭＡｃ溶液（０．２５ｇ／ｄｌ）中において、１．００ｄｌ／ｇであった。
実施例１６
オリゴマー２（Ａ８）：ＤＰ＝６
このオリゴマーは、オリゴマー１の合成法に準拠し、次の配合処方に従って合成した：４,４’−ジフルオロベンゾホン（ＢｉｓＫ)(８７．２８ｇ）、４，４’−（１,４−フェニレンジイソプロピリデン）ビスフェノール（７９．９０ｇ）、および無水炭酸カリウム（６２．８８ｇ）。反応溶媒としては、ＤＭＳＯ（５６０ｍｌ）とトルエン（２８０ｍｌ）との混合溶剤を使用した。
Ｂ１ｋＡ８ＦＬ／３３（ＪＣ５８−９３）
このブロックコポリマーは実施例１に記載のようにして、次の配合処方に従って合成した：４,４’−ジフルオロベンゾホン（ＢｉｓＫ)(１．９４ｇ）、３,３’−ジスルホン化−４,４’−ジフルオロベンゾホン（ＳＢｉｓＫ)(７．５０ｇ）、オリゴマー２（１１．６６ｇ）、９，９−ビス（４−ヒドロキシフェニル）フルオレン（１０．５１ｇ）、および無水炭酸カリウム（５．３９ｇ）。反応溶媒としては、ＤＭＳＯ（１２０ｍｌ）とトルエン（６０ｍｌ）との混合溶剤を使用した。
このポリマーの内部粘度は、ＤＭＡｃ溶液（０．２５ｇ／ｄｌ）中において、０．８４ｄｌ／ｇであった。
Ｂ１ｋＡ８Ｂ／３３（ＪＣ５８−９４）
このブロックコポリマーは実施例１に記載のようにして、次の配合処方に従って合成した：４,４’−ジフルオロベンゾホン（ＢｉｓＫ)(１．９４ｇ）、３,３’−ジスルホン化−４,４’−ジフルオロベンゾホン（ＳＢｉｓＫ)(７．５０ｇ）、オリゴマー２（１１．６６ｇ）、１,１−ビス（４−ヒドロキシフェニル）シクロヘキサン（８．０５ｇ）、および無水炭酸カリウム（５．３９ｇ）。反応溶媒としては、ＤＭＳＯ（１２０ｍｌ）とトルエン（６０ｍｌ）との混合溶剤を使用した。
このポリマーの内部粘度は、ＤＭＡｃ溶液（０．２５ｇ／ｄｌ）中において、０．６４ｄｌ／ｇであった。
Ｂ１ｋＡ８ＦＬ／４５（ＪＣ５８−９７）
このブロックコポリマーは実施例１に記載のようにして、次の配合処方に従って合成した：４,４’−ジフルオロベンゾホン（ＢｉｓＫ)(０．６４ｇ）、３,３’−ジスルホン化−４,４’−ジフルオロベンゾホン（ＳＢｉｓＫ)(１１．８８ｇ）、オリゴマー２（１３．６０ｇ）、９，９−ビス（４−ヒドロキシフェニル）フルオレン（１２．２６ｇ）、および無水炭酸カリウム（６．２９ｇ）。反応溶媒としては、ＤＭＳＯ（１５０ｍｌ）とトルエン（７５ｍｌ）との混合溶剤を使用した。
このポリマーの内部粘度は、ＤＭＡｃ溶液（０．２５ｇ／ｄｌ）中において、０．６８ｄｌ／ｇであった。
Ｂ１ｋＡ８Ａ／３３（ＪＣ５８−１０８）
このブロックコポリマーは実施例１に記載のようにして、次の配合処方に従って合成した：４,４’−ジフルオロベンゾホン（ＢｉｓＫ)(１．９４ｇ）、３,３’−ジスルホン化−４,４’−ジフルオロベンゾホン（ＳＢｉｓＫ)(７．５０ｇ）、オリゴマー２（１１．６６ｇ）、４，４’−（１,４−フェニレンジイソプロピリデン）ビスフェノール（６．８５ｇ）、および無水炭酸カリウム（５．３９ｇ）。反応溶媒としては、ＤＭＳＯ（１２０ｍｌ）とトルエン（６０ｍｌ）との混合溶剤を使用した。
このポリマーの内部粘度は、ＤＭＡｃ溶液（０．２５ｇ／ｄｌ）中において、０．９７ｄｌ／ｇであった。
実施例１７
Ｂ１ｋＡ８ＮＡＰ／３３（ＪＣ５８−１０６）
このブロックコポリマーは実施例１に記載のようにして、次の配合処方に従って合成した：４,４’−ジフルオロベンゾホン（ＢｉｓＫ)(２．４２ｇ）、３,３’−ジスルホン化−４,４’−ジフルオロベンゾホン（ＳＢｉｓＫ)(９．３７ｇ）、オリゴマー２（１４．５７ｇ）、２,７−ジヒドロキシナフタレン（６．００ｇ）、および無水炭酸カリウム（６．７４ｇ）。反応溶媒としては、ＤＭＳＯ（１２０ｍｌ）とトルエン（６０ｍｌ）との混合溶剤を使用した。
このポリマーの内部粘度は、ＤＭＡｃ溶液（０．２５ｇ／ｄｌ）中において、０．９７ｄｌ／ｇであった。
オリゴマー３（ＡＦ８）：ＤＰ＝８
このオリゴマーは、オリゴマー１の合成法に準拠し、次の配合処方に従って合成した：４,４’−ジフルオロベンゾホン（ＢｉｓＫ)(８７．２８ｇ）、４，４’−（ヘキサフルオロイソプロピリデン）ジフェノール（１１７．６９ｇ）、および無水炭酸カリウム（６２．８８ｇ）。反応溶媒としては、ＤＭＳＯ（５６０ｍｌ）とトルエン（２８０ｍｌ）との混合溶剤を使用した。
Ｂ１ｋＡＦ８Ｚ／３３（ＪＣ５８−１１３）
このブロックコポリマーは実施例１に記載のようにして、次の配合処方に従って合成した：４,４’−ジフルオロベンゾホン（ＢｉｓＫ)(３．８８ｇ）、３,３’−ジスルホン化−４,４’−ジフルオロベンゾホン（ＳＢｉｓＫ)(１５．００ｇ）、オリゴマー３（２９．１２ｇ）、１,１−ビス（４−ヒドロキシフェニル）シクロヘキサン（１６．１０ｇ）、および無水炭酸カリウム（１０．７８ｇ）。反応溶媒としては、ＤＭＳＯ（２４０ｍｌ）とトルエン（１２０ｍｌ）との混合溶剤を使用した。
このポリマーの内部粘度は、ＤＭＡｃ溶液（０．２５ｇ／ｄｌ）中において、０．７２ｄｌ／ｇであった。
Ｂ１ｋＡＦ８ＦＬ／３３（ＪＣ５８−１１４）
このブロックコポリマーは実施例１に記載のようにして、次の配合処方に従って合成した：４,４’−ジフルオロベンゾホン（ＢｉｓＫ)(３．５５ｇ）、３,３’−ジスルホン化−４,４’−ジフルオロベンゾホン（ＳＢｉｓＫ)(１３．７５ｇ）、オリゴマー３（２６．７０ｇ）、９，９−ビス（４−ヒドロキシフェニル）フルオレン（１９．２７ｇ）、および無水炭酸カリウム（９．８８ｇ）。反応溶媒としては、ＤＭＳＯ（２４０ｍｌ）とトルエン（１２０ｍｌ）との混合溶剤を使用した。
このポリマーの内部粘度は、ＤＭＡｃ溶液（０．２５ｇ／ｄｌ）中において、０．５０ｄｌ／ｇであった。
Ｂ１ｋＡＦ８Ｂ／３３（ＪＣ５８−１１５）
このブロックコポリマーは実施例１に記載のようにして、次の配合処方に従って合成した：４,４’−ジフルオロベンゾホン（ＢｉｓＫ)(４．２０ｇ）、３,３’−ジスルホン化−４,４’−ジフルオロベンゾホン（ＳＢｉｓＫ)(１６．２５ｇ）、オリゴマー３（３１．５５ｇ）、４,４’−ビフェノール（１２．１０ｇ）、および無水炭酸カリウム（１１．６８ｇ）。反応溶媒としては、ＤＭＳＯ（２４０ｍｌ）とトルエン（１２０ｍｌ）との混合溶剤を使用した。
このポリマーの内部粘度は、ＤＭＡｃ溶液（０．２５ｇ／ｄｌ）中において、１．２９ｄｌ／ｇであった。
Ｂ１ｋＡＦ８ＡＦ／３３（ＪＣ５８−１４０）
このブロックコポリマーは実施例１に記載のようにして、次の配合処方に従って合成した：４,４’−ジフルオロベンゾホン（ＢｉｓＫ)(３．５５ｇ）、３,３’−ジスルホン化−４,４’−ジフルオロベンゾホン（ＳＢｉｓＫ)(１３．７５ｇ）、オリゴマー３（２６．７０ｇ）、４，４’−（ヘキサフルオロイソプロピリデン）ジフェノール（１８．４９ｇ）、および無水炭酸カリウム（９．８８ｇ）。反応溶媒としては、ＤＭＳＯ（２４０ｍｌ）とトルエン（１２０ｍｌ）との混合溶剤を使用した。
このポリマーの内部粘度は、ＤＭＡｃ溶液（０．２５ｇ／ｄｌ）中において、０．５４ｄｌ／ｇであった。
Ｂ１ｋＡＦ８ＮＡＰ／３３（ＪＣ５８−１１６）
このブロックコポリマーは実施例１に記載のようにして、次の配合処方に従って合成した：４,４’−ジフルオロベンゾホン（ＢｉｓＫ)(４．２０ｇ）、３,３’−ジスルホン化−４,４’−ジフルオロベンゾホン（ＳＢｉｓＫ)(１６．２５ｇ）、オリゴマー３（３１．５５ｇ）、２,７−ジヒドロキシナフタレン（１０．４１ｇ）、および無水炭酸カリウム（１１．６８ｇ）。反応溶媒としては、ＤＭＳＯ（２４０ｍｌ）とトルエン（１２０ｍｌ）との混合溶剤を使用した。
このポリマーの内部粘度は、ＤＭＡｃ溶液（０．２５ｇ／ｄｌ）中において、１．０８ｄｌ／ｇであった。
実施例１８
フェノキシド末端基を有するオリゴマーの合成
この実施例においては、繰返し単位数もしくは重合度（ＤＰ）が１０であるフェノキシド末端基を有するオリゴマーの一般的合成法について説明する。この場合、ＤＰは式ＤＰ＝１（１−ｐ）から計算する（式中、ｐは第１成分が１のときの第２成分のモル分率を示す）。
機械的撹拌機、温度計、窒素導入口およびディーン−スタークトラップ／コンデンサーを備えた３つ口丸底フラスコ（５００ｍｌ）内において、ビスフェノールＡ（９．１２８ｇ）、４,４’−ジフルオロベンゾフェノン（７．８５５２ｇ）および無水炭酸カリウム（７．２ｇ）を、ＤＭＳＯとトルエンとの混合溶剤に溶解させた（固形分：約２０％）。混合物を撹拌下でトルエンの還流温度まで加熱し、１５０℃の温度で４時間保持した後、温度を１７５〜１８０℃まで高め、この温度で６時間保持した。反応混合物をアセトンもしくはメタノールの添加によって沈殿させることによって粗生成物を得た。この粗生成物は熱水を用いて４回洗浄した。
フッ素末端基を有するオリゴマーの合成
繰返し単位数が１０であるフッ素末端基を有するオリゴマーの一般的合成法について説明する。
機械的撹拌機、温度計、窒素導入口およびディーン−スタークトラップ／コンデンサーを備えた３つ口丸底フラスコ（５００ｍｌ）内において、ビスフェノールＡ（８．２１５２ｇ）、スルホン化４,４’−ジフルオロベンゾフェノン（５．６７３２ｇ）、４,４’−ジフルオロベンゾフェノン（５．６７３２ｇ）および無水炭酸カリウム（７．２ｇ）を、ＤＭＳＯとトルエンとの混合溶剤に溶解させた（固形分：約２０％）。混合物を撹拌下でトルエンの還流温度まで加熱し、１５０℃の温度で４時間保持した後、温度を１７５〜１８０℃まで高め、この温度で６時間保持した。反応混合物をアセトンもしくはメタノールの添加によって沈殿させることによって粗生成物を得た。この粗生成物は熱水を用いて４回洗浄した。
規則的ブロックコポリマーの合成
フッ素を末端基とするオリゴマーの調製が完結したとき、反応溶液を１２０℃まで冷却させた後、フェノキシド末端オリゴマーを保有する反応フラスコ内へ窒素雰囲気下で直接的に導入した。フェノキシド末端基とフッ素末端基が等モル比になるようにするために、フェノキシド末端オリゴマーの反応フラスコをＤＭＳＯ（２０ｍｌ）で３回洗浄し、次いで反応溶液と一緒にして反応フラスコ内へ導入した。温度を再び１７５〜１８０℃まで高め、この温度を６時間維持した。反応混合物を濾過処理に付し、アセトンもしくはメタノールによって固体を沈殿させることによって粗生成物を得た。この粗生成物は熱水で４回洗浄した。
伝導度は０．０４６Ｓ／ｃｍであり、８Ｍメタノール中での膨潤度は８８％（面積）であり、また、８Ｍメタノール中でのクロスオーバーは８．３×１０−７ｃｍ２／ｓｅｃであった。
実施例１９
非スルホン化疎水性セグメントを有する部分的ブロックポリマーの合成：
フッ素末端基を有するオリゴマーの調製（セグメントサイズ＝４）
機械的撹拌機、温度計、窒素導入口およびディーン−スタークトラップ／コンデンサーを備えた３つ口丸底フラスコ（５００ｍｌ）内において、ＢｉｓＺ（８０．５０８ｇ）、ＢｉｓＫ（８７．２８ｇ）および無水炭酸カリウム（５４ｇ）を、ＤＭＳＯとトルエンとの混合溶剤に溶解させた（固形分：約２０％）。混合物を撹拌下でトルエンの還流温度まで加熱し、１４０℃の温度で４時間保持した後、温度を１７５℃まで高め、この温度で４時間保持した。メタノールの添加によってオリゴマーを沈殿させることによって粗生成物を得た。この粗生成物は熱水を用いて４回洗浄した後、８０℃のオーブンで１日乾燥させ、さらに真空オーブン内において７５℃で２日間乾燥させた。
重合
機械的撹拌機、温度計、窒素導入口およびディーン−スタークトラップ／コンデンサーを備えた３つ口丸底フラスコ（５００ｍｌ）内において、ＢｉｓＺ（１３．４１８ｇ）、ＢｉｓＫ（４．８８７８ｇ）、Ｓ−ＢｉｓＫ（９．２８８４ｇ）、オリゴマー（１１．２１１２ｇ）および無水炭酸カリウム（９．０ｇ）を、ＤＭＳＯとトルエンとの混合溶剤に溶解させた（固形分：約２０％）。混合物を撹拌下でトルエンの還流温度まで加熱し、１４０℃の温度で６時間保持した後、温度を１７３〜１７５℃まで高め、この温度で４〜４．５時間保持した。反応混合物をアセトンもしくはメタノールの添加によって沈殿させることによって粗生成物を得た。
生成物の伝導度は０．０１５Ｓ／ｃｍであり、８Ｍメタノール溶液中での膨潤度は５１％（面積）であり、また、８Ｍメタノール中でのクロスオーバーは３．５×１０−７ｃｍ２／ｓｅｃであった。
実施例２０
ＢＰＥ−３（ＢＬＫＺ４Ｚ−２８）
非スルホン化疎水性セグメントを有する部分ブロックポリマーの合成：
フッ素末端基を有するオリゴマー（ＢｉｓＺ／ＢｉｓＫ）の調製（セグメントサイズｎ＝４）
機械的撹拌機、温度計、窒素導入口およびディーン−スタークトラップ／コンデンサーを備えた３つ口丸底フラスコ（５００ｍｌ）内において、ＢｉｓＺ（８０．５０８ｇ）、ＢｉｓＫ（８７．２８ｇ）および無水炭酸カリウム（５４ｇ）を、ＤＭＳＯとトルエンとの混合溶剤に溶解させた（固形分：約２０％）。混合物を撹拌下でトルエンの還流温度まで加熱し、１４０℃の温度で４時間保持した後、温度を１７５℃まで高め、この温度で４時間保持した。反応混合物をメタノールの添加によってオリゴマーを沈殿させることによって粗生成物を得た。この粗生成物は熱水を用いて４回洗浄した後、８０℃のオーブン内で１日乾燥させ、次いで真空オーブン内において７５℃で２日間乾燥させた。
重合
機械的撹拌機、温度計、窒素導入口およびディーン−スタークトラップ／コンデンサーを備えた３つ口丸底フラスコ（５００ｍｌ）内において、ＢｉｓＺ（５．２３６８ｇ）、Ｓ−ＢｉｓＫ（８．４４４４ｇ）、オリゴマー［１２．０１１２ｇ；ｎ＝４；フッ素末端基を有する組成（ＢｉｓＺ／ＢｉｓＫ）］および無水炭酸カリウム（９．０ｇ）を、ＤＭＳＯとトルエンとの混合溶剤に溶解させた（固形分：約２０％）。混合物を撹拌下でトルエンの還流温度まで加熱し、１４０℃の温度で６時間保持した後、温度を１７３〜１７５℃まで高め、この温度で４〜４．５時間保持した。反応混合物をメタノールの添加によって沈殿させることによって粗生成物を得た。
生成物の伝導度は０．０１４Ｓ／ｃｍ［０．０３８Ｓ／ｃｍ（沸騰状）］であり、８Ｍメタノール中での膨潤度は６０％（面積）であり、また、８Ｍメタノール中でのクロスオーバーは０．０１９ｍｇ／ｍｉｎ・ｍｌ・ｍｌｓであった。
実施例２１
ＢＰＥ−５（ＢＬＫＺ４Ｚ−３３）
重合
機械的撹拌機、温度計、窒素導入口およびディーン−スタークトラップ／コンデンサーを備えた３つ口丸底フラスコ（５００ｍｌ）内において、ＢｉｓＺ（１３．４１８ｇ）、Ｓ−ＢｉｓＫ（９．２８８４ｇ）、オリゴマー［１１．２１１２ｇ；ｎ＝４；フッ素末端基を有する組成（ＢｉｓＺ／ＢｉｓＫ）］および無水炭酸カリウム（９．０ｇ）を、ＤＭＳＯとトルエンとの混合溶剤に溶解させた（固形分：約２０％）。混合物を撹拌下でトルエンの還流温度まで加熱し、１４０℃の温度で６時間保持した後、温度を１７３〜１７５℃まで高め、この温度で４〜４．５時間保持した。反応混合物をメタノールの添加によって沈殿させることによって粗生成物を得た。
生成物の伝導度は０．０１４６Ｓ／ｃｍ［０．０３７８Ｓ／ｃｍ（沸騰状）］であり、８Ｍメタノール中での膨潤度は５１％（面積）であり、また、８Ｍメタノール中でのクロスオーバーは０．０２２ｍｇ／ｍｉｎ・ｍｌ・ｍｌｓであった。
実施例２２
ＢＰＥ−１（ＢＬＫＺ６Ｚ−３０）
非スルホン化疎水性セグメントを有する部分ブロックポリマーの合成：
フッ素末端基を有するオリゴマーの調製（セグメントサイズｎ＝６）
機械的撹拌機、温度計、窒素導入口およびディーン−スタークトラップ／コンデンサーを備えた３つ口丸底フラスコ（５００ｍｌ）内において、ＢｉｓＺ（８９．４５３３ｇ）、４,４’−ジフルオロベンゾホン（ＢｉｓＫ；８７．２８ｇ）および無水炭酸カリウム（５４ｇ）を、ＤＭＳＯとトルエンとの混合溶剤に溶解させた（固形分：約２０％）。混合物を撹拌下でトルエンの還流温度まで加熱し、１４０℃の温度で４時間保持した後、温度を１７５℃まで高め、この温度で４時間保持した。反応混合物をメタノールの添加によって沈殿させることによって粗生成物を得た。この粗生成物は熱水を用いて４回洗浄し、次いで８０℃のオーブン内で１日乾燥させた後、７５℃の真空オーブン内で２日間乾燥させた。
重合
機械的撹拌機、温度計、窒素導入口およびディーン−スタークトラップ／コンデンサーを備えた３つ口丸底フラスコ（５００ｍｌ）内において、ＢｉｓＺ（１３．４１８ｇ）、ＢｉｓＫ（４．８８７８ｇ）、３,３’−ジスルホン化−４,４’−ジフルオロベンゾホン（Ｓ−ＢｉｓＫ；８．４４４ｇ）、オリゴマー［９．９５３ｇ；ｎ＝６；フッ素末端基を有する組成（ＢｉｓＺ／ＢｉｓＫ）］および無水炭酸カリウム（９．０ｇ）を、ＤＭＳＯとトルエンとの混合溶剤に溶解させた（固形分：約２０％）。混合物を撹拌下でトルエンの還流温度まで加熱し、１４０℃の温度で６時間保持した後、温度を１７３〜１７５℃まで高め、この温度で４〜４．５時間保持した。反応混合物をメタノールの添加によって沈殿させることによって粗生成物を得た。
実施例２３
ＢＬＫＺ４Ｂ−３０
機械的撹拌機、温度計、窒素導入口およびディーン−スタークトラップ／コンデンサーを備えた３つ口丸底フラスコ（５００ｍｌ）内において、４,４’−ビスフェノール（９．３１０５ｇ）、ＢｉｓＫ（４．８８７８ｇ）、Ｓ−ＢｉｓＫ（９．２８８４ｇ）、オリゴマー［１１．２１１２ｇ；ｎ＝４；フッ素末端基を有する組成（ＢｉｓＺ／ＢｉｓＫ）］および無水炭酸カリウム（９．０ｇ）を、ＤＭＳＯとトルエンとの混合溶剤に溶解させた（固形分：約２０％）。混合物を撹拌下でトルエンの還流温度まで加熱し、１４０℃の温度で６時間保持した後、温度を１７３〜１７５℃まで高め、この温度で４〜４．５時間保持した。反応混合物をメタノールの添加によって沈殿させることによって粗生成物を得た。
生成物の伝導度は０．０１２Ｓ／ｃｍ［０．０２１１Ｓ／ｃｍ（沸騰状）］であり、８Ｍメタノール中での膨潤度は２１％（面積）であった。
実施例２４
ＢＬＫＺ４Ｂ−３４
機械的撹拌機、温度計、窒素導入口およびディーン−スタークトラップ／コンデンサーを備えた３つ口丸底フラスコ（５００ｍｌ）内において、４,４’−ビスフェノール（８．３７９４ｇ）、ＢｉｓＫ（１．２４４４ｇ）、Ｓ−ＢｉｓＫ（１２．９７９４ｇ）、オリゴマー［１８．００ｇ；ｎ＝４；フッ素末端基を有する組成（ＢｉｓＺ／ＢｉｓＫ）］および無水炭酸カリウム（９．０ｇ）を、ＤＭＳＯとトルエンとの混合溶剤に溶解させた（固形分：約２０％）。混合物を撹拌下でトルエンの還流温度まで加熱し、１４０℃の温度で６時間保持した後、温度を１７３〜１７５℃まで高め、この温度で４〜４．５時間保持した。反応混合物をメタノールの添加によって沈殿させることによって粗生成物を得た。
生成物の伝導度は０．０４２７Ｓ／ｃｍ［０．０７８Ｓ／ｃｍ（沸騰状）］であり、８Ｍメタノール中での膨潤度は６１％（面積）であり、また、８Ｍメタノール中でのクロスオーバーは０．０５２ｍｇ／ｍｉｎ・ｍｌ・ｍｌｓであった。
実施例２５
ＢＬＫＺ４Ｂ−３６
機械的撹拌機、温度計、窒素導入口およびディーン−スタークトラップ／コンデンサーを備えた３つ口丸底フラスコ（５００ｍｌ）内において、４,４’−ビスフェノール（８．３７９４ｇ）、ＢｉｓＫ（１．１０３２ｇ）、Ｓ−ＢｉｓＫ（１３．６６２５ｇ）、オリゴマー［１５．１７７７ｇ；ｎ＝４；フッ素末端基を有する組成（ＢｉｓＺ／ＢｉｓＫ）］および無水炭酸カリウム（９．０ｇ）を、ＤＭＳＯとトルエンとの混合溶剤に溶解させた（固形分：約２０％）。混合物を撹拌下でトルエンの還流温度まで加熱し、１４０℃の温度で６時間保持した後、温度を１７３〜１７５℃まで高め、この温度で４〜４．５時間保持した。反応混合物をメタノールの添加によって沈殿させることによって粗生成物を得た。
生成物の伝導度は０．０６７Ｓ／ｃｍ［０．０９６Ｓ／ｃｍ（沸騰状）］であり、８Ｍメタノール中での膨潤度は７２％（面積）であり、また、８Ｍメタノール中でのクロスオーバーは０．０６ｍｇ／ｍｉｎ・ｍｌ・ｍｌｓであった。
実施例２６
ＢＬＫＺ４Ｂ−４０
機械的撹拌機、温度計、窒素導入口およびディーン−スタークトラップ／コンデンサーを備えた３つ口丸底フラスコ（５００ｍｌ）内において、４,４’−ビスフェノール（８．３７９４ｇ）、ＢｉｓＫ（０．３０７８ｇ）、Ｓ−ＢｉｓＫ（１５．０２８７ｇ）、オリゴマー［１６．０７１４ｇ；ｎ＝４；フッ素末端基を有する組成（ＢｉｓＺ／ＢｉｓＫ）］および無水炭酸カリウム（９．０ｇ）を、ＤＭＳＯとトルエンとの混合溶剤に溶解させた（固形分：約２０％）。混合物を撹拌下でトルエンの還流温度まで加熱し、１４０℃の温度で６時間保持した後、温度を１７３〜１７５℃まで高め、この温度で４〜４．５時間保持した。反応混合物をメタノールの添加によって沈殿させることによって粗生成物を得た。
生成物の伝導度は０．０７２Ｓ／ｃｍ［０．０９２２Ｓ／ｃｍ（沸騰状）］であり、８Ｍメタノール中での膨潤度は９８％（面積）であり、また、８Ｍメタノール中でのクロスオーバーは０．０６７ｍｇ／ｍｉｎ・ｍｌ・ｍｌｓであった。
実施例２７
ＢＬＫＺ４Ｆ−３０
機械的撹拌機、温度計、窒素導入口およびディーン−スタークトラップ／コンデンサーを備えた３つ口丸底フラスコ（５００ｍｌ）内において、４，４’−（ヘキサフルオロイソプロピリデン）−ジフェノール（６Ｆ；１６．８０６５ｇ）、ＢｉｓＫ（４．８８７８ｇ）、Ｓ−ＢｉｓＫ（９．２８８４ｇ）、オリゴマー［１１．２１１２ｇ；ｎ＝４；フッ素末端基を有する組成（ＢｉｓＺ／ＢｉｓＫ）］および無水炭酸カリウム（９．０ｇ）を、ＤＭＳＯとトルエンとの混合溶剤に溶解させた（固形分：約２０％）。混合物を撹拌下でトルエンの還流温度まで加熱し、１４０℃の温度で６時間保持した後、温度を１７３〜１７５℃まで高め、この温度で４〜４．５時間保持した。反応混合物をメタノールの添加によって沈殿させることによって粗生成物を得た。
生成物の伝導度は０．００７Ｓ／ｃｍ［０．０１２２Ｓ／ｃｍ（沸騰状）］であり、８Ｍメタノール中での膨潤度は２４％（面積）であり、また、８Ｍメタノール中でのクロスオーバーは０．０１６ｍｇ／ｍｉｎ・ｍｌ・ｍｌｓであった。
実施例２８
ＢＬＫＦ４Ｚ−３０
非スルホン化疎水性セグメントを有する部分ブロックポリマーの合成：
フッ素末端基を有するオリゴマー（６Ｆ／ＢｉｓＫ）の調製（セグメントサイズｎ＝４）
機械的撹拌機、温度計、窒素導入口およびディーン−スタークトラップ／コンデンサーを備えた３つ口丸底フラスコ（５００ｍｌ）内において、４，４’−（ヘキサフルオロイソプロピリデン）−ジフェノール（６Ｆ；１００．８３９ｇ）、ＢｉｓＫ（８７．２８ｇ）および無水炭酸カリウム（５４ｇ）を、ＤＭＳＯとトルエンとの混合溶剤に溶解させた（固形分：約２０％）。混合物を撹拌下でトルエンの還流温度まで加熱し、１４０℃の温度で４時間保持した後、温度を１７５℃まで高め、この温度で４時間保持した。反応混合物をアセトンもしくはメタノールの添加によって沈殿させることによって粗生成物を得た。この粗生成物は熱水を用いて４回洗浄し、８０℃のオーブン内で１日乾燥させた後、７５℃の真空オーブン内で２日間乾燥させた。
重合
機械的撹拌機、温度計、窒素導入口およびディーン−スタークトラップ／コンデンサーを備えた３つ口丸底フラスコ（５００ｍｌ）内において、ＢｉｓＺ（１３．４１８ｇ）、ＢｉｓＫ（４．８８７８ｇ）、Ｓ−ＢｉｓＫ（９．２８８４ｇ）、オリゴマー［１２．７３３３ｇ；ｎ＝４；フッ素末端基を有する組成（６Ｆ／ＢｉｓＫ）］および無水炭酸カリウム（９．０ｇ）を、ＤＭＳＯとトルエンとの混合溶剤に溶解させた（固形分：約２０％）。混合物を撹拌下でトルエンの還流温度まで加熱し、１４０℃の温度で６時間保持した後、温度を１７３〜１７５℃まで高め、この温度で４〜４．５時間保持した。反応混合物をメタノールの添加によって沈殿させることによって粗生成物を得た。
生成物の伝導度は０．０１１４Ｓ／ｃｍ［０．０３２１Ｓ／ｃｍ（沸騰状）］であり、８Ｍメタノール中での膨潤度は３８％（面積）であり、また、８Ｍメタノール中でのクロスオーバーは０．０１３ｍｇ／ｍｉｎ・ｍｌ・ｍｌｓであった。
実施例２９
ＢＬＫＦ４Ｐ−３０
機械的撹拌機、温度計、窒素導入口およびディーン−スタークトラップ／コンデンサーを備えた３つ口丸底フラスコ（５００ｍｌ）内において、４，４’−（１,４−フェニレンジイソプロピルジエン）ビスフェノール（１７．３０ｇ）、ＢｉｓＫ（４．８８７８ｇ）、Ｓ−ＢｉｓＫ（９．２８８４ｇ）、オリゴマー［１２．７３３ｇ；ｎ＝４；フッ素末端基を有する組成（６Ｆ／ＢｉｓＫ）］および無水炭酸カリウム（９．０ｇ）を、ＤＭＳＯとトルエンとの混合溶剤に溶解させた（固形分：約２０％）。混合物を撹拌下でトルエンの還流温度まで加熱し、１４０℃の温度で６時間保持した後、温度を１７３〜１７５℃まで高め、この温度で４〜４．５時間保持した。反応混合物をアセトンもしくはメタノールの添加によって沈殿させることによって粗生成物を得た。
生成物の伝導度は０．０１０２Ｓ／ｃｍ［０．０２１５Ｓ／ｃｍ（沸騰状）］であり、８Ｍメタノール中での膨潤度は３７％（面積）であった。
実施例３０
ＢＬＫＦ８Ｚ−３０
非スルホン化疎水性セグメントを有する部分ブロックポリマーの合成：
フッ素末端基を有するオリゴマー（６Ｆ／ＢｉｓＫ）の調製（セグメントサイズｎ＝８）
機械的撹拌機、温度計、窒素導入口およびディーン−スタークトラップ／コンデンサーを備えた３つ口丸底フラスコ（５００ｍｌ）内において、４，４’−（ヘキサフルオロイソプロピリデン）−ジフェノール（６Ｆ；１１７．６４５５ｇ）、ＢｉｓＫ（８７．２８ｇ）および無水炭酸カリウム（５４ｇ）を、ＤＭＳＯとトルエンとの混合溶剤に溶解させた（固形分：約２０％）。混合物を撹拌下でトルエンの還流温度まで加熱し、１４０℃の温度で４時間保持した後、温度を１７５℃まで高め、この温度で４時間保持した。反応混合物をメタノールの添加によって沈殿させることによって粗生成物を得た。この粗生成物は熱水を用いて４回洗浄し、次いで８０℃のオーブン内で１日乾燥させた後、７５℃の真空オーブン内で２日間乾燥させた。
重合
機械的撹拌機、温度計、窒素導入口およびディーン−スタークトラップ／コンデンサーを備えた３つ口丸底フラスコ（５００ｍｌ）内において、ＢｉｓＺ（１３．４１８ｇ）、ＢｉｓＫ（３．２７２９ｇ）、Ｓ−ＢｉｓＫ（１２．４１５１ｇ）、オリゴマー［２４．２４５４ｇ；ｎ＝８；フッ素末端基を有する組成（６Ｆ／ＢｉｓＫ）］および無水炭酸カリウム（９．０ｇ）を、ＤＭＳＯとトルエンとの混合溶剤に溶解させた（固形分：約２０％）。混合物を撹拌下でトルエンの還流温度まで加熱し、１４０℃の温度で６時間保持した後、温度を１７３〜１７５℃まで高め、この温度で４〜４．５時間保持した。反応混合物をメタノールの添加によって沈殿させることによって粗生成物を得た。
生成物の伝導度は０．０１１Ｓ／ｃｍ［０．０２１１Ｓ／ｃｍ（沸騰状）］であり、８Ｍメタノール中での膨潤度は３７％（面積）であり、また、８Ｍメタノール中でのクロスオーバーは０．０２３ｍｇ／ｍｉｎ・ｍｌ・ｍｌｓであった。
実施例３１
この実施例においては、種々のブロックサイズとスルホン化度について説明する。
オリゴマーの調製（ブロックサイズｎ＝４） 参照番号３７−１１９
機械的撹拌機、熱電対、加熱マントル、コントローラー、窒素導入口およびディーン−スタークトラップ／コンデンサーを備えた３つ口丸底フラスコ（２リットル）内において、ＢｉｓＺ（８０．５０８ｇ）、ＢｉｓＫ（８７．２８ｇ）および無水炭酸カリウム（７１．８６ｇ）を、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ)(７２０ｍｌ）とトルエン（３６０ｍｌ）との混合溶剤に溶解させた（固形分濃度：約２０％）。混合物をトルエンの還流温度まで撹拌下で加熱し、１４０℃の温度で４時間保持した後、温度を１７５℃まで高め、この温度で４時間保持した。反応混合物をメタノール（２リットル）中へ加えて沈殿させることによって粗生成物を得た。この粗生成物を熱脱イオン水で４回洗浄した。得られた生成物を８０℃で１日乾燥させた後、さらに真空下において７５℃で２日間乾燥させた。
重合 ＢＬＫＺ４／３３ 参照番号３７−１２３
機械的撹拌機、熱電対、加熱マントル、コントローラー、窒素導入口およびディーン−スタークトラップ／コンデンサーを備えた３つ口丸底フラスコ（５００ｍｌ）内において、ＢｉｓＺ（１３．４１８ｇ）、ＢｉｓＫ（４．８８７８ｇ）、Ｓ−ＢｉｓＫナトリウム塩（９．２９０２ｇ）、オリゴマー（ｎ＝４；参照番号３７−１１９)(１１．２１１２ｇ）および無水炭酸カリウム（１７．９ｇ）を、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ)(１８０ｍｌ）とトルエン（９０ｍｌ）との混合溶剤に溶解させた（固形分濃度：約２０％）。混合物をトルエンの還流温度まで撹拌下で加熱し、１４０℃の温度で６時間保持した後、温度を１７３〜１７５℃まで高め、この温度で４〜４．５時間保持した。反応混合物をメタノール（２リットル）中へ加えて沈殿させることによってポリマーを得た。このポリマーを脱イオン水で４回洗浄した。得られた生成物を８０℃で１日乾燥させた後、さらに真空下において７５℃で２日間乾燥させた。
乾燥試料（０．１２５０ｇ）の固有粘度をジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ)(２５ｍｌ）中において測定した。ナトリウム塩ポリマーの固有粘度は０．６７ｄｌ／ｇであった。ＧＰＣ分析に付すために、ポリマー（５０ｍｇ）を、０．１ＭのＬｉＢｒを含有するＤＭＡｃ（２０ｍｌ）に溶解させることによってサンプルを調製した。このサンプルは、ポリスチレン標準に基づいて約４６３５０のピーク分子量を示した。
重合 ＢＬＫＺ４／２５ 参照番号３７−１２４
機械的撹拌機、熱電対、加熱マントル、コントローラー、窒素導入口およびディーン−スタークトラップ／コンデンサーを備えた３つ口丸底フラスコ（５００ｍｌ）内において、ＢｉｓＺ（１３．４１８ｇ）、ＢｉｓＫ（６．０４４１ｇ）、Ｓ−ＢｉｓＫナトリウム塩（７．０５２１ｇ）、オリゴマー（ｎ＝４；参照番号３７−１１９)(１７．２４８０ｇ）および無水炭酸カリウム（１７．９ｇ）を、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ)(１８０ｍｌ）とトルエン（９０ｍｌ）との混合溶剤に溶解させた（固形分濃度：約２０％）。混合物をトルエンの還流温度まで撹拌下で加熱し、１４０℃の温度で６時間保持した後、温度を１７３〜１７５℃まで高め、この温度で４〜４．５時間保持した。反応混合物をメタノール（２リットル）中へ加えて沈殿させることによってポリマーを得た。このポリマーを脱イオン水で４回洗浄した。得られた生成物を８０℃で１日乾燥させた後、さらに真空下において７５℃で２日間乾燥させた。
乾燥試料（０．１２５０ｇ）の固有粘度をジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ)(２５ｍｌ）中において測定した。ナトリウム塩ポリマーの固有粘度は０．４９ｄｌ／ｇであった。
重合 ＢＬＫＺ４／４０ 参照番号３７−１２５
機械的撹拌機、熱電対、加熱マントル、コントローラー、窒素導入口およびディーン−スタークトラップ／コンデンサーを備えた３つ口丸底フラスコ（５００ｍｌ）内において、ＢｉｓＺ（１３．４１８ｇ）、ＢｉｓＫ（３．８６２１ｇ）、Ｓ−ＢｉｓＫナトリウム塩（１１．２７５０ｇ）、オリゴマー（ｎ＝４；参照番号３７−１１９）および無水炭酸カリウム（１７．９ｇ）を、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ)(１８０ｍｌ）とトルエン（９０ｍｌ）との混合溶剤に溶解させた（固形分濃度：約２０％）。混合物をトルエンの還流温度まで撹拌下で加熱し、１４０℃の温度で６時間保持した後、温度を１７３〜１７５℃まで高め、この温度で４〜４．５時間保持した。反応混合物をメタノール（２リットル）中へ加えて沈殿させることによってポリマーを得た。このポリマーを脱イオン水で４回洗浄した。得られた生成物を８０℃で１日乾燥させた後、さらに真空下において７５℃で２日間乾燥させた。
乾燥試料（０．１２５０ｇ）の固有粘度をジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ)(２５ｍｌ）中において測定した。ナトリウム塩ポリマーの固有粘度は０．６４３ｄｌ／ｇであった。
オリゴマーの調製（ブロックサイズｎ＝８） 参照番号３７−１５２
機械的撹拌機、熱電対、加熱マントル、コントローラー、窒素導入口およびディーン−スタークトラップ／コンデンサーを備えた３つ口丸底フラスコ（２リットル）内において、ＢｉｓＺ（７０．４４４５ｇ）、ＢｉｓＫ（６５．４６００ｇ）および無水炭酸カリウム（４７．１９１２ｇ）を、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ)(５４０ｍｌ）とトルエン（２７０ｍｌ）との混合溶剤に溶解させた（固形分濃度：約２０％）。混合物をトルエンの還流温度まで撹拌下で加熱し、１４０℃の温度で４時間保持した後、温度を１７５℃まで高め、この温度で４時間保持した。反応混合物をメタノール（２リットル）中へ加えて沈殿させることによって粗生成物を得た。この粗生成物を熱脱イオン水で４回洗浄した。得られた生成物を８０℃で１日乾燥させた後、さらに真空下において７５℃で２日間乾燥させた。
重合 ＢＬＫＺ８／３３ 参照番号３７−１３４
機械的撹拌機、熱電対、加熱マントル、コントローラー、窒素導入口およびディーン−スタークトラップ／コンデンサーを備えた３つ口丸底フラスコ（５００ｍｌ）内において、ＢｉｓＺ（１３．４１８０ｇ）、ＢｉｓＫ（３．２７２９ｇ）、Ｓ−ＢｉｓＫナトリウム塩（１２．４１５１ｇ）、オリゴマー（ｎ＝８)(２１．２２９９ｇ）および無水炭酸カリウム（１７．９ｇ）を、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ)(１８０ｍｌ）とトルエン（９０ｍｌ）との混合溶剤に溶解させた（固形分濃度：約２０％）。混合物をトルエンの還流温度まで撹拌下で加熱し、１４０℃の温度で６時間保持した後、温度を１７３〜１７５℃まで高め、この温度で４〜４．５時間保持した。反応混合物をメタノール（２リットル）中へ加えて沈殿させることによってポリマーを得た。このポリマーを脱イオン水で４回洗浄した。得られた生成物を８０℃で１日乾燥させた後、さらに真空下において７５℃で２日間乾燥させた。
乾燥試料（０．１２５０ｇ）の固有粘度をジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ)(２５ｍｌ）中において測定した。ナトリウム塩ポリマーの固有粘度は０．９０ｄｌ／ｇであった。
重合 ＢＬＫＺ８／２５ 参照番号３７−１３２
機械的撹拌機、熱電対、加熱マントル、コントローラー、窒素導入口およびディーン−スタークトラップ／コンデンサーを備えた３つ口丸底フラスコ（５００ｍｌ）内において、ＢｉｓＺ（１３．４１８０ｇ）、ＢｉｓＫ（４．８２２３ｇ）、Ｓ−ＢｉｓＫナトリウム塩（９．４１６９ｇ）、オリゴマー（ｎ＝８)(２１．２２９６ｇ）および無水炭酸カリウム（１７．９ｇ）を、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ)(１８０ｍｌ）とトルエン（９０ｍｌ）との混合溶剤に溶解させた（固形分濃度：約２０％）。混合物をトルエンの還流温度まで撹拌下で加熱し、１４０℃の温度で６時間保持した後、温度を１７３〜１７５℃まで高め、この温度で４〜４．５時間保持した。反応混合物をメタノール（２リットル）中へ加えて沈殿させることによってポリマーを得た。このポリマーを脱イオン水で４回洗浄した。得られた生成物を８０℃で１日乾燥させた後、さらに真空下において７５℃で２日間乾燥させた。
乾燥試料（０．１２５０ｇ）の固有粘度をジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ)(２５ｍｌ）中において測定した。ナトリウム塩ポリマーの固有粘度は０．９３５ｄｌ／ｇであった。ＧＰＣ分析に付すために、ポリマー（５０ｍｇ）を、０．１ＭのＬｉＢｒを含有するＤＭＡｃ（２０ｍｌ）に溶解させることによってサンプルを調製した。このサンプルは、ポリスチレン標準に基づいて約１０６０４０のピーク分子量を示した。
重合 ＢＬＫＺ８／４０ 参照番号３７−１２８
機械的撹拌機、熱電対、加熱マントル、コントローラー、窒素導入口およびディーン−スタークトラップ／コンデンサーを備えた３つ口丸底フラスコ（５００ｍｌ）内において、ＢｉｓＺ（１３．４１８０ｇ）、ＢｉｓＫ（１．８９８４ｇ）、Ｓ−ＢｉｓＫナトリウム塩（１５．０７５７ｇ）、オリゴマー（ｎ＝８)(２１．２２９６ｇ）および無水炭酸カリウム（１７．９ｇ）を、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ)(１８０ｍｌ）とトルエン（９０ｍｌ）との混合溶剤に溶解させた（固形分濃度：約２０％）。混合物をトルエンの還流温度まで撹拌下で加熱し、１４０℃の温度で６時間保持した後、温度を１７３〜１７５℃まで高め、この温度で４〜４．５時間保持した。反応混合物をメタノール（２リットル）中へ加えて沈殿させることによって粗生成物を得た。この粗生成物を脱イオン水で４回洗浄した。得られた生成物を８０℃で１日乾燥させた後、さらに真空下において７５℃で２日間乾燥させた。
乾燥試料（０．１２５０ｇ）の固有粘度をジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ)(２５ｍｌ）中において測定した。ナトリウム塩ポリマーの固有粘度は０．９９２ｄｌ／ｇであった。
オリゴマーの調製（ブロックサイズｎ＝２） 参照番号３７−１２１
機械的撹拌機、熱電対、加熱マントル、コントローラー、窒素導入口およびディーン−スタークトラップ／コンデンサーを備えた３つ口丸底フラスコ（２リットル）内において、ＢｉｓＺ（５３．６７２１ｇ）、ＢｉｓＫ（８７．２８００ｇ）および無水炭酸カリウム（７１．８６９２ｇ）を、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ)(７５０ｍｌ）とトルエン（３６０ｍｌ）との混合溶剤に溶解させた（固形分濃度：約２０％）。混合物をトルエンの還流温度まで撹拌下で加熱し、１４０℃の温度で４時間保持した後、温度を１７５℃まで高め、この温度で４時間保持した。反応混合物をメタノール（２リットル）中へ加えて沈殿させることによって粗生成物を得た。この粗生成物を熱脱イオン水で４回洗浄した。得られた生成物を８０℃で１日乾燥させた後、さらに真空下において７５℃で２日間乾燥させた。
重合 ＢＬＫＺ８２／３３ 参照番号３７−１４０
機械的撹拌機、熱電対、加熱マントル、コントローラー、窒素導入口およびディーン−スタークトラップ／コンデンサーを備えた３つ口丸底フラスコ（５００ｍｌ）内において、ＢｉｓＺ（２０．１２７０ｇ）、ＢｉｓＫ（８．５４２４ｇ）、Ｓ−ＢｉｓＫナトリウム塩（１１．５９１７ｇ）、オリゴマー（ｎ＝２)(６．２２１５ｇ）および無水炭酸カリウム（１７．９ｇ）を、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ)(１９０ｍｌ）とトルエン（１００ｍｌ）との混合溶剤に溶解させた（固形分濃度：約２０％）。混合物をトルエンの還流温度まで撹拌下で加熱し、１４０℃の温度で６時間保持した後、温度を１７３〜１７５℃まで高め、この温度で４〜４．５時間保持した。反応混合物をメタノール（２リットル）中へ加えて沈殿させることによってポリマーを得た。このポリマーを脱イオン水で４回洗浄した。得られた生成物を８０℃で１日乾燥させた後、さらに真空下において７５℃で２日間乾燥させた。
乾燥試料（０．１２５０ｇ）の固有粘度をジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ)(２５ｍｌ）中において測定した。ナトリウム塩ポリマーの固有粘度は０．４６６ｄｌ／ｇであった。
重合 ＢＬＫＺ２／２５ 参照番号３７−１３９
機械的撹拌機、熱電対、加熱マントル、コントローラー、窒素導入口およびディーン−スタークトラップ／コンデンサーを備えた３つ口丸底フラスコ（５００ｍｌ）内において、ＢｉｓＺ（２０．１２７０ｇ）、ＢｉｓＫ（９．９８２７ｇ）、Ｓ−ＢｉｓＫナトリウム塩（８．８０４６ｇ）、オリゴマー（ｎ＝２)(６．２２１４ｇ）および無水炭酸カリウム（２７．０６２９ｇ）を、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ)(１８０ｍｌ）とトルエン（９０ｍｌ）との混合溶剤に溶解させた（固形分濃度：約２０％）。混合物をトルエンの還流温度まで撹拌下で加熱し、１４０℃の温度で６時間保持した後、温度を１７３〜１７５℃まで高め、この温度で４〜４．５時間保持した。反応混合物をメタノール（２リットル）中へ加えて沈殿させることによって粗生成物を得た。この粗生成物を脱イオン水で４回洗浄した。得られた生成物を８０℃で１日乾燥させた後、さらに真空下において７５℃で２日間乾燥させた。
重合 ＢＬＫＺ２／４０ 参照番号３７−１３７
機械的撹拌機、熱電対、加熱マントル、コントローラー、窒素導入口およびディーン−スタークトラップ／コンデンサーを備えた３つ口丸底フラスコ（５００ｍｌ）内において、ＢｉｓＺ（２０．１２７０ｇ）、ＢｉｓＫ（７．２６６１ｇ）、Ｓ−ＢｉｓＫナトリウム塩（１４．０６２０ｇ）、オリゴマー（ｎ＝２)(６．２２１７ｇ）および無水炭酸カリウム（１３．４７５９ｇ）を、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ)(１８０ｍｌ）とトルエン（９０ｍｌ）との混合溶剤に溶解させた（固形分濃度：約２０％）。混合物をトルエンの還流温度まで撹拌下で加熱し、１４０℃の温度で６時間保持した後、温度を１７３〜１７５℃まで高め、この温度で４〜４．５時間保持した。反応混合物をメタノール（２リットル）中へ加えて沈殿させることによって粗生成物を得た。この粗生成物を脱イオン水で４回洗浄した。
オリゴマーの調製（ブロックサイズｎ＝１２） 参照番号３７−１２９
機械的撹拌機、熱電対、加熱マントル、コントローラー、窒素導入口およびディーン−スタークトラップ／コンデンサーを備えた３つ口丸底フラスコ（１リットル）内において、ＢｉｓＺ（７３．７９９０ｇ）、ＢｉｓＫ（６５．４６００ｇ）および無水炭酸カリウム（５３．９０１９ｇ）を、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ)(５４０ｍｌ）とトルエン（２７０ｍｌ）との混合溶剤に溶解させた（固形分濃度：約２０％）。混合物をトルエンの還流温度まで撹拌下で加熱し、１４０℃の温度で４時間保持した後、温度を１７５℃まで高め、この温度で４時間保持した。反応混合物をメタノール（２リットル）中へ加えて沈殿させることによって粗生成物を得た。この粗生成物を熱脱イオン水で４回洗浄した。得られた生成物を８０℃で１日乾燥させた後、さらに真空下において７５℃で２日間乾燥させた。
重合 ＢＬＫＺ１２／４０ 参照番号３７−１４３
機械的撹拌機、熱電対、加熱マントル、コントローラー、窒素導入口およびディーン−スタークトラップ／コンデンサーを備えた３つ口丸底フラスコ（５００ｍｌ）内において、ＢｉｓＺ（２０．１２７０ｇ）、Ｓ−ＢｉｓＫナトリウム塩（２８．１２４０ｇ）、オリゴマー（ｎ＝１２)(３１．２３１６ｇ）および無水炭酸カリウム（１３．５５８９ｇ）を、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ)(３００ｍｌ）とトルエン（１００ｍｌ）との混合溶剤に溶解させた（固形分濃度：約２０％）。混合物をトルエンの還流温度まで撹拌下で加熱し、１４０℃の温度で６時間保持した後、温度を１７３〜１７５℃まで高め、この温度で４〜４．５時間保持した。反応混合物をメタノール（２リットル）中へ加えて沈殿させることによってポリマーを得た。このポリマーを脱イオン水で４回洗浄した。
乾燥試料（０．１２５０ｇ）の固有粘度をジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ)(２５ｍｌ）中において測定した。ナトリウム塩ポリマーの固有粘度は０．４９０ｄｌ／ｇであった。
重合 ＢＬＫＺ８／４０−５．６ 参照番号３７−１５６
機械的撹拌機、熱電対、加熱マントル、コントローラー、窒素導入口およびディーン−スタークトラップ／コンデンサーを備えた３つ口丸底フラスコ（５００ｍｌ）内において、ＢｉｓＺ（１６．１０１７ｇ）、ＢｉｓＫ（６．３３６６ｇ）、Ｓ−ＢｉｓＫナトリウム塩（１１．６５５２ｇ）、オリゴマー（ｎ＝８)(１２．７３７９ｇ）および無水炭酸カリウム（１０．７８４１ｇ）を、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ)(２００ｍｌ）とトルエン（１００ｍｌ）との混合溶剤に溶解させた（固形分濃度：約２０％）。混合物をトルエンの還流温度まで撹拌下で加熱し、１４０℃の温度で６時間保持した後、温度を１７３〜１７５℃まで高め、この温度で４〜４．５時間保持した。反応混合物をメタノール（２リットル）中へ加えて沈殿させることによってポリマーを得た。このポリマーを脱イオン水で４回洗浄した。該ポリマーはプロトン形態で０．６６ｄｌ／ｇの固有粘度を示した。
重合 ＢＬＫＺ８／３３−１６．８ 参照番号３７−１６０
機械的撹拌機、熱電対、加熱マントル、コントローラー、窒素導入口およびディーン−スタークトラップ／コンデンサーを備えた３つ口丸底フラスコ（５００ｍｌ）内において、ＢｉｓＺ（１３．４１８０ｇ）、Ｓ−ＢｉｓＫナトリウム塩（１７．５６７０ｇ）、オリゴマー（ｎ＝８)(３１．８４４４ｇ）および無水炭酸カリウム（８．９８３７ｇ）を、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ)(２５０ｍｌ）とトルエン（１２５ｍｌ）との混合溶剤に溶解させた（固形分濃度：約２０％）。混合物をトルエンの還流温度まで撹拌下で加熱し、１４０℃の温度で６時間保持した後、温度を１７３〜１７５℃まで高め、この温度で４〜４．５時間保持した。反応混合物をメタノール（２リットル）中へ加えて沈殿させることによってポリマーを得た。このポリマーを脱イオン水で４回洗浄した。該ポリマーはプロトン形態で０．８３ｄｌ／ｇの固有粘度を示した。
本明細書に引用された全ての文献（背景技術の部分で引用した文献も含む）の開示内容も本明細書の一部を成すものである。
また、本発明は、上記の好ましい態様に関連して説明したが、当業者であれば、本発明の技術的思想の範囲を逸脱することなく、上記の開示内容の形式と細目に関して適宜変更させることができる。

Claims (20)

  1. 次式で表される非イオン性領域とイオン性領域を含有するイオン伝導性ブロックコポリマー：｛−［−Ｌ１−(ＡａＢｂ)ｎ］１−ｚ−Ｌ２−［−(ＳｘＣｃ−ＳｙＤｄ)ｏ−］ｚＬ３｝ｊ
    式中の符号の意義は以下の通りである。
    （１）−［−(ＡａＢｂ)ｎ］１−ｚ−および−［−(ＳｘＣｃ−ＳｙＤｄ)ｏ−］ｚはそれぞれ非イオン性ポリマーおよびイオン性ポリマーを含有する。この場合、該非イオン性ポリマーおよびイオン性ポリマーの少なくとも一方が、該イオン伝導性ブロックコポリマー中にブロックを含有する。
    （２）ＡおよびＣは同一もしくは異なっていてもよく、フェニル、ナフチル、テルフェニル、アリールニトリル、置換アリールニトリルまたはオルガノポリシロキサン−Ａｒ１−Ｒ１−Ａｒ２−を示す［式中、Ｒ１は−Ｃ(Ｏ)−、−Ｓ(Ｏ)２−、−Ｐ(Ｏ)(Ｃ６Ｈ５)−、−Ｃ(Ｏ)−Ａｒ３−Ｃ(Ｏ)−または−Ｃ(Ｏ)−Ａｒ４−Ｓ(Ｏ)２−を示し（Ａｒ３およびＡｒ４は芳香族基または置換芳香族基を示す）、Ａｒ１およびＡｒ２は芳香族基または置換芳香族基を示す］。
    （３）ＢおよびＤは同一または異なっていてもよく、−Ｏ−Ａｒ５−Ｒ２−Ａｒ６−Ｏ−を示す。式中、Ａｒ５およびＡｒ６は芳香族基または置換芳香族基を示し、Ｒ２は単結合、ＣｎＨ２ｎ−２で表される脂環式基または下記のいずれかの式で表される基を示す：
    Figure 2006512428
     （４）Ｓは、複数個存在するときには同一もしくは異なっていてもよく、次の群から選択されるイオン伝導性基を示す：−ＳＯ３Ｈ、−ＣＯＯＨ、−ＰＯ３ＨおよびＳＯ２ＮＨ２ＳＯ２Ｒｆ（式中、Ｒｆは炭素原子数が１〜２０のポリフッ素化炭化水素を示す）。
    （５）ｎは１〜１００の整数を示し、ｏは１〜１００の整数を示す。
    （６）ａおよびｂは各々１〜ｎの整数を示す。この場合、ａおよびｂは非イオン性ポリマー（ＡａＢｂ）ｎ中に存在する異なるＡおよび異なるＢの数をそれぞれ示す。
    （７）ｃおよびｄは１〜ｏの整数を示す。この場合、ｃおよびｄはイオン性ポリマー（ＳｘＣｃ−ＳｙＤｄ）ｏ中に存在する異なるＣおよび異なるＤの数をそれぞれ示す。
    （８）ｘおよびｙはＳを含むＣおよびＤの百分率をそれぞれ示す。この場合、ｘおよびｙの少なくとも一方は０％よりも大きい。
    （９）ｚは（ｎ＋ｏ）でｏを割った値であって、０．００１〜１．０の数を示す。
    （10）ｊは１〜２００の整数を示す。
    （11）Ｌ１は結合または付加的なＢを示し、Ｌ２は結合または付加的なＡおよび／またはＤを示し、Ｌ３は単結または付加的なＤを示す。
  2. Ｓがイオン性ポリマー中にランダムに分布された請求項１記載のイオン伝導性ブロックコポリマー。
  3. Ｓがイオン性ポリマー中において予め決定された位置に存在する請求項１記載のイオン伝導性ブロックコポリマー。
  4. イオン性ポリマーおよび非イオン性ポリマーがイオン伝導性ブロックコポリマー中にブロックを含有する請求項１記載のイオン伝導性ブロックコポリマー。
  5. ｏが２〜２０であり、ＡおよびＣがＡｒ１−Ｃ(Ｏ)−Ａｒ２を示し、ＢおよびＤが同一もしくは異なるシクロヘキシジルもしくはフルオレニルを示し、ＳがＳＯ３Ｈを示し、ｘ＋ｙが２０〜４０％であり、ｚが０．２〜０．５であり、ｊが６０〜１５０の整数である請求項１記載のイオン伝導性ブロックコポリマー。
  6. 次式で表される非イオン性領域およびイオン性領域を含有するイオン伝導性ブロックコポリマー組成物：
    ｛-［-L1-(AaBb)n-L1-(AeBf)m］1-z-L2-［-(Sx1Cc-Sy1Dd)o-L3-(Sx2Cg-Sy2Dh)p-L3-］z}j
    式中の符号の意義は以下の通りである。
    （１）-［-(AaBb)n-(AeBf)m］1-z-および-［-(Sx1Cc-Sy1Dd)o-(Sx2Cg-Sy2Dh)p-］zはそれぞれ非イオン性ポリマーおよびイオン性ポリマーを含有する。この場合、(AaBb)nおよび(Sx1Cc-Sy1Dd)oの少なくとも一方は、イオン伝導性ブロックコポリマー中にブロックを含有するポリマーを示し、また、(AeBf)mおよび(Sx2Cg-Sy2Dh)pは一方もしくは両方の組成中のランダムなポリマーを示す。
    （２）ＡおよびＣは同一もしくは異なっていてもよく、フェニル、ナフチル、テルフェニル、アリールニトリル、置換アリールニトリルまたはオルガノポリシロキサン−Ａｒ１−Ｒ１−Ａｒ２−を示す［式中、Ｒ１は−Ｃ(Ｏ)−、−Ｓ(Ｏ)２−、−Ｐ(Ｏ)(Ｃ６Ｈ５)−、−Ｃ(Ｏ)−Ａｒ３−Ｃ(Ｏ)−または−Ｃ(Ｏ)−Ａｒ４−Ｓ(Ｏ)２−を示し（Ａｒ３およびＡｒ４は芳香族基または置換芳香族基を示す）、Ａｒ１およびＡｒ２は芳香族基または置換芳香族基を示す］。
    （３）ＢおよびＤは同一もしくは異なっていてもよく、−Ｏ−Ａｒ５−Ｒ２−Ａｒ６−Ｏ−を示す。式中、Ａｒ５およびＡｒ６は芳香族基または置換芳香族基を示し、Ｒ２は単結合、ＣｎＨ２ｎ−２で表される脂環式基または下記のいずれかの式で表される基を示す：
    Figure 2006512428
     （４）Ｓは、複数個存在するときには同一もしくは異なっていてもよく、Ｃおよび／またはＤに共有結合した酸性基もしくは塩基性基であって、−ＳＯ３Ｈ、−ＣＯＯＨ、−ＰＯ３ＨおよびＳＯ２ＮＨ２ＳＯ２Ｒｆから成る群から選択される基を示す（Ｒｆは炭素原子数が１〜２０のポリフッ素化脂肪族基を示す）。
    （５）ｎは１〜２００の整数を示し、ｍは１〜２００の整数を示す。
    （６）ａおよびｂは各々１〜ｎの整数を示す。この場合、ａおよびｂは非イオン性ポリマー（ＡａＢｂ）ｎ中に存在する異なるＡおよび異なるＢの数をそれぞれ示す。
    （７）ｃおよびｄは１〜ｏの整数を示す。この場合、ｃおよびｄは親水性ポリマー（ＳｘＣｃ−ＳｙＤｄ）ｏ中に存在する異なるＣおよび異なるＤの数をそれぞれ示す。
    （８）ｅおよびｆは０〜ｍの整数を示す。この場合、ｅおよびｆはイオン性ポリマー（ＡｅＢｆ）ｍ中に存在する異なるＣおよび異なるＤの数をそれぞれ示す。
    （９）ｇおよびｈは０〜ｐの整数を示す。この場合、ｇおよびｈはイオン性ポリマー（ＳｘＣｇ−ＳｙＤｈ）ｐ中に存在する異なるＣおよび異なるＤの数をそれぞれ示す。
    （10）Ｘ１およびＹ１は各々Ｓを含むＣｃおよびＤｄの百分率を示し、Ｘ２およびＹ２は好ましくは、Ｓを含むＣｇおよびＤｈの百分率を示す。この場合、Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１およびＹ２の少なくとも１つは０％よりも大きい。
    （11）ｚは（ｏ＋ｐ）を（ｍ＋ｎ＋ｏ＋ｐ）で割った値であって、０．００１〜１．０の数を示す。
    （12）ｊは１〜２００の整数を示す。
    （13）各々のＬ１は相互に独立して結合もしくは付加的なＡおよび／またはＢを示し、各々のＬ２は相互に独立して結合もしくは付加的なＡおよび／またはＤを示し、各々のＬ３は相互に独立して結合もしくは付加的なＣおよび／またはＤを示す。
    （14）ｍは０〜１００の数を示し、ｐは０〜１００の数を示す。
  7. （ＡａＢｂ）ｎおよび（Ｓｘ１Ｃｃ−Ｓｙ１Ｄｄ）oが、イオン伝導性ブロックコポリマー中にブロックを含有する請求項６記載のイオン伝導性ブロックコポリマー。
  8. イオン伝導性基Ｓがイオン性ポリマー中にランダムに分布された請求項６記載のイオン伝導性ブロックコポリマー。
  9. イオン伝導性基Ｓがイオン性ポリマー内の予め決められた位置に存在する請求項６記載のイオン伝導性ブロックコポリマー。
  10. ｍおよびｐがランダム数である請求項６記載のイオン伝導性ブロックコポリマー。
  11. ｏが２〜２０であり、ｎが２〜２０であり、ＡおよびＣがＡｒ１−Ｃ(Ｏ)−Ａｒ２であり、ＢおよびＤが下記の式で表される基を示し、ＳがＳＯ３Ｈであり、ｘ＋ｙが２０〜４０％であり、ｚが０．２〜０．５であり、ｊが６０〜１５０の整数である請求項６記載のイオン伝導性ブロックコポリマー：
    Figure 2006512428
  12. 請求項１または請求項６記載のイオン伝導性ブロックコポリマーを含有するポリマー電解質膜。
  13. 請求項１２記載のポリマー電解質膜を含有する触媒被覆膜であって、該膜の対置する表面の少なくとも一方の全部もしくは一部が触媒層を含有する該触媒被覆膜。
  14. 請求項１３記載の触媒被覆膜および触媒層と電気的に接触する電極を具備する膜電極アセンブリー（ＭＥＡ）。
  15. 請求項１４記載の膜電極アセンブリーを具備する燃料電池。
  16. 請求項１５記載の燃料電池を具備する電子的装置、システムまたはモーター。
  17. 下記の工程（１）〜（４）を含むポリマー電解質膜（ＰＥＭ）の製造方法：
    （１）少なくとも２つの脱離基を有する第１コモノマーおよび少なくとも２つの置換基を有する第２コモノマーを化合させることによって末端に置換基を有する第１コポリマーを形成させ（この場合、第１コモノマーに対して過剰の第２コモノマーを使用する）、
    （２）少なくとも２つの脱離基を有する第３コモノマーおよび少なくとも２つの置換基を有する第４コモノマーを化合させることによって末端に脱離基を有する第２コポリマーを形成させ（この場合、第４コモノマーに対して過剰の第３コモノマーを使用する）、
    （３）第１コポリマーを第２コポリマーと化合させることによって、ブロックコポリマーを形成させ（この場合、該コポリマーの一方はイオン性基を含有する）、次いで
    （４）該ブロックコポリマーからＰＥＭを製造する。
  18. 請求項１７記載の方法によって製造されるＰＥＭの少なくとも一方の表面を触媒層で被覆することを含む触媒被覆膜（ＣＣＭ）の製造方法。
  19. 請求項１７記載の方法によって製造されるＰＥＭ。
  20. 請求項１８記載の方法によって製造されるＣＣＭ。


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