JP2007112906A - Polymer electrolyte composition containing aromatic hydrocarbon-based resin and cage-like silsesquioxane - Google Patents

Polymer electrolyte composition containing aromatic hydrocarbon-based resin and cage-like silsesquioxane Download PDF

Info

Publication number
JP2007112906A
JP2007112906A JP2005306084A JP2005306084A JP2007112906A JP 2007112906 A JP2007112906 A JP 2007112906A JP 2005306084 A JP2005306084 A JP 2005306084A JP 2005306084 A JP2005306084 A JP 2005306084A JP 2007112906 A JP2007112906 A JP 2007112906A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
group
polymer
polymer electrolyte
electrolyte composition
proton exchange
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2005306084A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5014612B2 (en
Inventor
Hiroshi Murata
博 村田
Masanori Ikeda
池田  正紀
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Asahi Kasei Chemicals Corp
Original Assignee
Asahi Kasei Chemicals Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Asahi Kasei Chemicals Corp filed Critical Asahi Kasei Chemicals Corp
Priority to JP2005306084A priority Critical patent/JP5014612B2/en
Publication of JP2007112906A publication Critical patent/JP2007112906A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5014612B2 publication Critical patent/JP5014612B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a proton exchange membrane which has high durability even under high temperature low humidity conditions [for example, operation temperature of 100°C, 50°C humidification (corresponding to a humidity of 12 RH)]. <P>SOLUTION: This polymer electrolyte composition comprises an ion exchange group-having polymer (A), polyphenylene sulfide resin (B), polyphenylene ether (C), and a cage-like silsesquioxane or cage-like silsesquioxane partial cleavage structure (D), and a proton exchange membrane comprises the polymer electrolyte composition. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、高分子電解質組成物及びそれからなる固体高分子型燃料電池用のプロトン交換膜に関するものである。   The present invention relates to a polymer electrolyte composition and a proton exchange membrane for a polymer electrolyte fuel cell comprising the same.

燃料電池は、電池内で、水素、メタノール等を電気化学的に酸化することにより、燃料の化学エネルギーを、直接、電気エネルギーに変換して取り出すものであり、クリーンな電気エネルギー供給源として注目されている。特に、固体高分子形燃料電池は、他と比較して低温で作動することから、自動車代替動力源、家庭用コジェネレーションシステム、携帯用発電機等として期待されている。
このような固体高分子形燃料電池は、電極触媒層とガス拡散層とが積層されたガス拡散電極がプロトン交換膜の両面に接合された膜電極接合体を少なくとも備えている。ここでいうプロトン交換膜は、高分子鎖中にスルホン酸基、カルボン酸基等の強酸性基を有し、プロトンを選択的に透過する性質を有する材料である。このようなプロトン交換膜としては、化学的安定性の高いナフィオン(登録商標、デュポン社製)に代表されるパーフルオロ系プロトン交換膜が好適に用いられる。
A fuel cell is one that converts the chemical energy of fuel directly into electrical energy by electrochemically oxidizing hydrogen, methanol, etc. in the battery, and is attracting attention as a clean electrical energy supply source. ing. In particular, polymer electrolyte fuel cells are expected to be used as alternative power sources for automobiles, home cogeneration systems, portable generators, and the like because they operate at a lower temperature than others.
Such a polymer electrolyte fuel cell includes at least a membrane electrode assembly in which a gas diffusion electrode in which an electrode catalyst layer and a gas diffusion layer are laminated is bonded to both surfaces of a proton exchange membrane. The proton exchange membrane here is a material having a strong acidic group such as a sulfonic acid group and a carboxylic acid group in the polymer chain and a property of selectively transmitting protons. As such a proton exchange membrane, a perfluoro proton exchange membrane represented by Nafion (registered trademark, manufactured by DuPont) having high chemical stability is preferably used.

燃料電池の運転時においては、アノード側のガス拡散電極に燃料(例えば、水素)、カソード側のガス拡散電極に酸化剤(例えば、酸素や空気)をそれぞれ供給し、両電極間を外部回路で接続することにより作動する。具体的には、水素を燃料とした場合、アノード触媒上で水素が酸化されてプロトンが生じ、このプロトンがアノード触媒層内のプロトン伝導性ポリマーを通った後、プロトン交換膜内を移動し、カソード触媒層内のプロトン伝導性ポリマーを通ってカソード触媒上に達する。一方、水素の酸化によりプロトンと同時に生じた電子は、外部回路を通ってカソード側ガス拡散電極に到達し、カソード触媒上にて上記プロトンと酸化剤中の酸素と反応して水が生成され、このとき電気エネルギーを取り出すことができる。   During operation of the fuel cell, fuel (for example, hydrogen) is supplied to the gas diffusion electrode on the anode side, and an oxidant (for example, oxygen or air) is supplied to the gas diffusion electrode on the cathode side. Operates by connecting. Specifically, when hydrogen is used as a fuel, hydrogen is oxidized on the anode catalyst to generate protons, and after passing through the proton conductive polymer in the anode catalyst layer, the protons move in the proton exchange membrane, It reaches the cathode catalyst through the proton conducting polymer in the cathode catalyst layer. On the other hand, electrons generated simultaneously with protons by oxidation of hydrogen reach the cathode side gas diffusion electrode through an external circuit, and react with the protons and oxygen in the oxidant on the cathode catalyst to generate water, At this time, electric energy can be taken out.

この際、プロトン交換膜は、ガスバリアとしての役割も果たす必要があり、プロトン交換膜のガス透過率が高いと、アノード側水素のカソード側へのリークおよびカソード側酸素のアノード側へのリーク、すなわち、クロスリークが発生して、いわゆるケミカルショートの状態となって良好な電圧を取り出せなくなる。
このような固体高分子型燃料電池は、高出力特性を得るために80℃近辺で運転するのが通常である。しかしながら、自動車用途として用いる場合には、夏場の自動車走行を想定して、高温低加湿条件下(運転温度100℃付近で、50℃加湿(湿度12RH%に相当))でも燃料電池を運転できることが望まれている。ところが、従来のパーフルオロ系プロトン交換膜を用いて高温低加湿条件下で燃料電池を長時間運転すると、プロトン交換膜にピンホールが生じ、クロスリークが発生するという問題があり、十分な耐久性が得られていない。
At this time, the proton exchange membrane also needs to play a role as a gas barrier. When the gas permeability of the proton exchange membrane is high, leakage of anode-side hydrogen to the cathode side and leakage of cathode-side oxygen to the anode side, that is, A cross leak occurs, so that a so-called chemical short circuit occurs and a good voltage cannot be taken out.
Such a polymer electrolyte fuel cell is usually operated near 80 ° C. in order to obtain high output characteristics. However, when used for automobiles, the fuel cell can be operated even under high-temperature and low-humidification conditions (operating temperature near 100 ° C., 50 ° C. humidification (corresponding to a humidity of 12 RH%)) assuming that the vehicle is driven in summer. It is desired. However, when a fuel cell is operated for a long time under a high temperature and low humidity condition using a conventional perfluoro proton exchange membrane, there is a problem that pinholes are generated in the proton exchange membrane, and cross leaks occur. Is not obtained.

パーフルオロ系プロトン交換膜の耐久性を向上させる方法として、フィブリル状のポリテトラフルオロエチレン(PTFE)を用いた補強(特許文献1,2)、延伸処理したPTFE多孔膜を用いた補強(特許文献3)、無機粒子を添加した補強(特許文献4,5,6)、芳香族環含有樹脂からなる多孔質体を用いた補強(特許文献7、8)による検討が開示されている。しかしながら、これらの方法では、上記問題を解決するに充分な耐久性を得ることは達成されていない。
特開昭53−149881号公報 特公昭63−61337号公報 特開平8−162132号公報 特開平6−111827号公報 特開平9−219206号公報 米国特許第5523181号明細書 特開2001−514431号公報 特開2003−297393号公報
As methods for improving the durability of perfluoro proton exchange membranes, reinforcement using fibrillar polytetrafluoroethylene (PTFE) (Patent Documents 1 and 2) and reinforcement using a stretched PTFE porous membrane (Patent Documents) 3) Reinforcement using inorganic particles (Patent Documents 4, 5, and 6) and studies using a porous body made of an aromatic ring-containing resin (Patent Documents 7 and 8) are disclosed. However, in these methods, it has not been achieved to obtain a durability sufficient to solve the above problems.
JP-A-53-149981 Japanese Examined Patent Publication No. 63-61337 JP-A-8-162132 JP-A-6-1111827 JP-A-9-219206 US Pat. No. 5,523,181 JP 2001-514431 A JP 2003-297393 A

本発明の目的は、高温低加湿条件下(例えば、運転温度100℃で、50℃加湿(湿度12RH%に相当))でも高耐久性を有する高分子電解質組成物およびこの高分子電解質組成物からなるプロトン交換膜を提供することである。   An object of the present invention is to provide a polymer electrolyte composition having high durability even under high-temperature and low-humidity conditions (for example, at an operating temperature of 100 ° C. and 50 ° C. humidification (corresponding to a humidity of 12 RH%)), and the polymer electrolyte composition. It is providing the proton exchange membrane which becomes.

本発明者等は、前記課題を解決するため鋭意検討した結果、
イオン交換基を有する高分子化合物(A)と、ポリフェニレンスルフィド樹脂(B)と、ポリフェニレンエーテル樹脂(C)と、籠状シルセスキオキサンまたは籠状シルセスキオキサンの部分開裂構造体(D)とからなる高分子電解質組成物が高い酸化安定性を示し、さらにその高分子電解質組成物からなるプロトン交換膜が高温低加湿下でも非常に良好な高耐久性を有し、かつ力学物性も向上することを見出した。
As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors,
Polymer compound (A) having an ion exchange group, polyphenylene sulfide resin (B), polyphenylene ether resin (C), and caged silsesquioxane or partially cleaved structure of caged silsesquioxane (D) The polymer electrolyte composition consisting of the above shows high oxidation stability, and the proton exchange membrane made of the polymer electrolyte composition has very good high durability even under high temperature and low humidity, and improved mechanical properties I found out.

すなわち、本発明は以下のとおりである。
[1]イオン交換基を有する高分子化合物(A)と、ポリフェニレンスルフィド樹脂(B)と、ポリフェニレンエーテル樹脂(C)と、籠状シルセスキオキサンまたは籠状シルセスキオキサンの部分開裂構造体(D)からなる高分子電解質組成物。
[2]イオン交換基を有する高分子化合物(A)と、ポリフェニレンスルフィド樹脂(B)と、ポリフェニレンエーテル樹脂(C)と、籠状シルセスキオキサンまたは籠状シルセスキオキサンの部分開裂構造体(D)と、エポキシ基含有化合物(E)とからなる高分子電解質組成物。
[3]エポキシ基含有化合物(E)がエポキシ基を有する不飽和モノマーの単独重合体または共重合体(F)である[2]に記載の高分子電解組成物。
That is, the present invention is as follows.
[1] Polymer compound (A) having an ion exchange group, polyphenylene sulfide resin (B), polyphenylene ether resin (C), and cage-shaped silsesquioxane or partially-cleaved structure of cage-shaped silsesquioxane A polymer electrolyte composition comprising (D).
[2] Polymer compound (A) having an ion exchange group, polyphenylene sulfide resin (B), polyphenylene ether resin (C), and cage-shaped silsesquioxane or partially-cleaved structure of cage-shaped silsesquioxane A polymer electrolyte composition comprising (D) and an epoxy group-containing compound (E).
[3] The polymer electrolyte composition according to [2], wherein the epoxy group-containing compound (E) is a homopolymer or copolymer (F) of an unsaturated monomer having an epoxy group.

[4]エポキシ基含有化合物(E)がエポキシ樹脂(G)である[2]に記載の高分子電解組成物。
[5][2]に記載の高分子電解質組成物であって、該高分子電解質組成物中のポリフェニレンエーテル樹脂(C)とエポキシ樹脂(G)が反応してなるエポキシ変性ポリフェニレンエーテル(H)を少なくとも含有している高分子電解質組成物。
[6]イオン交換基を有する高分子化合物(A)が、イオン交換基を有するパーフルオロカーボン高分子化合物である[1]または[2]に記載の高分子電解質組成物。
[4] The polymer electrolyte composition according to [2], wherein the epoxy group-containing compound (E) is an epoxy resin (G).
[5] The polymer electrolyte composition according to [2], wherein the polyphenylene ether resin (C) and the epoxy resin (G) in the polymer electrolyte composition are reacted with each other. A polymer electrolyte composition containing at least
[6] The polymer electrolyte composition according to [1] or [2], wherein the polymer compound (A) having an ion exchange group is a perfluorocarbon polymer compound having an ion exchange group.

[7]イオン交換基を有するパーフルオロカーボン高分子化合物が、下記一般式(1)で表される構造単位を有することを特徴とする[6]に記載の高分子電解質組成物。
-[CF2CX1X2]a-[CF2-CF(-O-(CF2-CF(CF2X3))b-Oc-(CFR1)d-(CFR2)e-(CF2)f-X4)]g- (1)(式中、X,XおよびXはそれぞれ独立にハロゲン元素または炭素数1以上3以下のパーフルオロアルキル基、0≦a<1、0<g≦1、a+g=1、bは0以上8以下の整数、cは、0または1であり、d、eおよびfはそれぞれ独立に0以上6以下の整数(ただし、d+e+fは0に等しくない)、RおよびRはそれぞれ独立にハロゲン元素、炭素数1以上10以下のパーフルオロアルキル基またはフルオロクロロアルキル基であり、Xは、COOZ、SOZ、PO、POHZ(Zは水素原子、アルカリ金属原子、アルカリ土類金属原子、アミン類(NH、NHR、NH、NHR、NR(Rはアルキル基、又はアレーン基))
[7] The polymer electrolyte composition as described in [6], wherein the perfluorocarbon polymer compound having an ion exchange group has a structural unit represented by the following general formula (1).
-[CF 2 CX 1 X 2 ] a- [CF 2 -CF (-O- (CF 2 -CF (CF 2 X 3 )) b -O c- (CFR 1 ) d- (CFR 2 ) e- ( CF 2 ) f -X 4 )] g- (1) (wherein X 1 , X 2 and X 3 are each independently a halogen element or a perfluoroalkyl group having 1 to 3 carbon atoms, 0 ≦ a <1 , 0 <g ≦ 1, a + g = 1, b is an integer of 0 or more and 8 or less, c is 0 or 1, and d, e and f are each independently an integer of 0 or more and 6 or less (where d + e + f is 0) R 1 and R 2 are each independently a halogen element, a perfluoroalkyl group or a fluorochloroalkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and X 4 is COOZ, SO 3 Z, PO 3 Z 2. , PO 3 HZ (Z is a hydrogen atom, an alkali metal atom, an alkaline earth metal atom, an amine (NH 4 , NH 3 R, NH 2 R 2 , NHR 3 , NR 4 (R is Alkyl group or arene group))

[8]前記[1]〜[7]のいずれか一項に記載の高分子電解質組成物からなるプロトン交換膜。
[9]前記[8]に記載のプロトン交換膜を有する膜電極接合体。
[10]前記[9]に記載の膜電極接合体を有する固体高分子型燃料電池。
[8] A proton exchange membrane comprising the polymer electrolyte composition according to any one of [1] to [7].
[9] A membrane electrode assembly having the proton exchange membrane according to [8].
[10] A polymer electrolyte fuel cell having the membrane electrode assembly according to [9].

本発明の高分子電解質組成物からなるプロトン交換膜は、運転温度100℃で、50℃加湿(湿度12RH%に相当)において、燃料電池運転を長期間行ってもクロスリークが発生せず、優れた耐久性を示すことから、高温低加湿条件下(例えば、運転温度100℃で、50℃加湿(湿度12RH%に相当))でも高耐久性を有するプロトン交換膜を得ることが可能となった。
本発明により得られるプロトン交換膜は、ダイレクトメタノール型燃料電池を含めた各種燃料電池、水電解、ハロゲン化水素酸電解、食塩電解、酸素濃縮器、湿度センサー、ガスセンサー等に用いることも可能である。
The proton exchange membrane comprising the polymer electrolyte composition of the present invention is excellent in that no cross leak occurs even when the fuel cell is operated for a long period of time at an operating temperature of 100 ° C. and humidified at 50 ° C. (equivalent to a humidity of 12 RH%). Because of its high durability, it has become possible to obtain a proton exchange membrane having high durability even under high temperature and low humidification conditions (for example, at an operating temperature of 100 ° C. and 50 ° C. humidification (equivalent to a humidity of 12 RH%)). .
The proton exchange membrane obtained by the present invention can also be used in various fuel cells including direct methanol fuel cells, water electrolysis, hydrohalic acid electrolysis, salt electrolysis, oxygen concentrators, humidity sensors, gas sensors, etc. is there.

以下に、本発明について詳細に説明する。
本発明に用いられるイオン交換基を有する高分子化合物(A)としては、特に限定はしないが、イオン交換基を有するパーフルオロカーボン高分子化合物や、分子内に芳香環を有する炭化水素系高分子化合物にイオン交換基を導入したものなどが好ましい。
分子内に芳香環を有する炭化水素系高分子化合物としては、具体的には、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンエーテル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルスルホン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリチオエーテルエーテルスルホン、ポリチオエーテルケトン、ポリチオエーテルエーテルケトン、ポリベンゾイミダゾール、ポリベンゾオキサゾール、ポリオキサジアゾール、ポリベンゾオキサジノン、ポリキシリレン、ポリフェニレン、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリン、ポリアセン、ポリシアノゲン、ポリナフチリジン、ポリフェニレンスルフィドスルホン、ポリフェニレンスルホン、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリエステルイミド、ポリアミドイミド、ポリアリレート、芳香族ポリアミド、ポリスチレン、ポリエステル、ポリカーボネートなどが挙げられるが、耐熱性や耐酸化性、耐加水分解性の観点からポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンエーテル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルスルホン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリチオエーテルエーテルスルホン、ポリチオエーテルケトン、ポリチオエーテルエーテルケトン、ポリベンゾイミダゾール、ポリベンゾオキサゾール、ポリオキサジアゾール、ポリベンゾオキサジノン、ポリキシリレン、ポリフェニレン、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリン、ポリアセン、ポリシアノゲン、ポリナフチリジン、ポリフェニレンスルフィドスルホン、ポリフェニレンスルホン、ポリイミド、ポリエーテルイミドが好ましい。これらに導入するイオン交換基は、好ましくはスルホン酸基、スルホンイミド基、スルホンアミド基、カルボン酸基、リン酸基などが挙げられ、特にスルホン酸基が好ましい。
The present invention is described in detail below.
The polymer compound (A) having an ion exchange group used in the present invention is not particularly limited, but is a perfluorocarbon polymer compound having an ion exchange group or a hydrocarbon polymer compound having an aromatic ring in the molecule. Those obtained by introducing an ion exchange group into are preferable.
Specific examples of the hydrocarbon polymer compound having an aromatic ring in the molecule include polyphenylene sulfide, polyphenylene ether, polysulfone, polyether sulfone, polyether ether sulfone, polyether ketone, polyether ether ketone, and polythioether ether. Sulfone, polythioetherketone, polythioetheretherketone, polybenzimidazole, polybenzoxazole, polyoxadiazole, polybenzoxazinone, polyxylylene, polyphenylene, polythiophene, polypyrrole, polyaniline, polyacene, polycyanogen, polynaphthyridine, polyphenylene sulfide sulfone, Polyphenylenesulfone, polyimide, polyetherimide, polyesterimide, polyamideimide, polyester Examples include arylates, aromatic polyamides, polystyrenes, polyesters and polycarbonates. From the viewpoint of heat resistance, oxidation resistance and hydrolysis resistance, polyphenylene sulfide, polyphenylene ether, polysulfone, polyethersulfone, polyetherethersulfone, polyether Ketone, polyetheretherketone, polythioetherethersulfone, polythioetherketone, polythioetheretherketone, polybenzimidazole, polybenzoxazole, polyoxadiazole, polybenzoxazinone, polyxylylene, polyphenylene, polythiophene, polypyrrole, polyaniline, polyacene , Polycyanogen, polynaphthyridine, polyphenylene sulfide sulfone, polyphenylene sulfone, poly Imides, polyetherimides are preferred. Examples of the ion exchange group to be introduced into these include a sulfonic acid group, a sulfonimide group, a sulfonamide group, a carboxylic acid group, and a phosphoric acid group, and a sulfonic acid group is particularly preferable.

本発明に用いられるイオン交換基を有する高分子化合物(A)としては、イオン交換基を有するパーフルオロカーボン高分子化合物が特に好適である。
イオン交換基を有するパーフルオロカーボン高分子化合物としては、パーフルオロカーボンのスルホン酸ポリマーをはじめカルボン酸ポリマー、スルホンイミドポリマー、スルホンアミドポリマー、リン酸ポリマー、もしくはこれらのアミン塩、金属塩等が好適に用いられ、具体例として一般式(1)で表される重合体が挙げられる。
-[CF2CX1X2]a-[CF2-CF(-O-(CF2-CF(CF2X3))b-Oc-(CFR1)d-(CFR2)e-(CF2)f-X4)]g- (1)
(式中、X,XおよびXはそれぞれ独立にハロゲン元素または炭素数1以上3以下のパーフルオロアルキル基、0≦a<1、0<g≦1、a+g=1、bは0以上8以下の整数、cは、0または1であり、d、eおよびfはそれぞれ独立に0以上6以下の整数(ただし、d+e+fは0に等しくない)、RおよびRはそれぞれ独立にハロゲン元素、炭素数1以上10以下のパーフルオロアルキル基またはフルオロクロロアルキル基であり、Xは、COOZ、SOZ、PO、POHZ(Zは水素原子、アルカリ金属原子、アルカリ土類金属原子、アミン類(NH、NHR、NH、NHR、NR(Rはアルキル基、又はアレーン基))
As the polymer compound (A) having an ion exchange group used in the present invention, a perfluorocarbon polymer compound having an ion exchange group is particularly suitable.
As the perfluorocarbon polymer compound having an ion exchange group, a sulfonic acid polymer of perfluorocarbon, a carboxylic acid polymer, a sulfonimide polymer, a sulfonamide polymer, a phosphoric acid polymer, or an amine salt or a metal salt thereof is preferably used. Specific examples include a polymer represented by the general formula (1).
-[CF 2 CX 1 X 2 ] a- [CF 2 -CF (-O- (CF 2 -CF (CF 2 X 3 )) b -O c- (CFR 1 ) d- (CFR 2 ) e- ( CF 2 ) f -X 4 )] g- (1)
(Wherein X 1 , X 2 and X 3 are each independently a halogen element or a perfluoroalkyl group having 1 to 3 carbon atoms, 0 ≦ a <1, 0 <g ≦ 1, a + g = 1, b is 0 An integer of 8 or less, c is 0 or 1, d, e and f are each independently an integer of 0 or more and 6 or less (where d + e + f is not equal to 0), and R 1 and R 2 are each independently A halogen element, a perfluoroalkyl group or a fluorochloroalkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and X 4 is COOZ, SO 3 Z, PO 3 Z 2 , PO 3 HZ (Z is a hydrogen atom, an alkali metal atom, Alkaline earth metal atoms, amines (NH 4 , NH 3 R, NH 2 R 2 , NHR 3 , NR 4 (R is an alkyl group or arene group))

中でも、一般式(2)或いは(3)で表されるパーフルオロカーボンスルホン酸ポリマーもしくはその金属塩が特に好ましい。
-[CF2CF2]a-[CF2-CF(-O-CF2-CF(CF3))b-O-(CF2)c-SO3X]]d- (2)
(式中、0≦a<1、0≦d<1、a+d=1、bは1以上8以下の整数、cは0以上10以下の整数、Xは水素原子またはアルカリ金属原子)
-[CF2CF2]e-[CF2-CF(-O-(CF2)f-SO3Y)]g- (3)
(式中、0≦e<1、0≦g<1、e+g=1、fは0以上10以下の整数、Yは水素原子またはアルカリ金属原子)
Among these, a perfluorocarbon sulfonic acid polymer represented by the general formula (2) or (3) or a metal salt thereof is particularly preferable.
-[CF 2 CF 2 ] a- [CF 2 -CF (-O-CF 2 -CF (CF 3 )) b -O- (CF 2 ) c -SO 3 X]] d- (2)
(Wherein 0 ≦ a <1, 0 ≦ d <1, a + d = 1, b is an integer of 1 to 8, c is an integer of 0 to 10, and X is a hydrogen atom or an alkali metal atom)
-[CF 2 CF 2 ] e- [CF 2 -CF (-O- (CF 2 ) f -SO 3 Y)] g- (3)
(Wherein 0 ≦ e <1, 0 ≦ g <1, e + g = 1, f is an integer of 0 to 10 and Y is a hydrogen atom or an alkali metal atom)

本発明のイオン交換基を有するパーフルオロカーボン高分子化合物は、例えば、一般式(4)に示される前駆体ポリマーを重合した後、アルカリ加水分解、酸処理等を行って製造することができる。
-[CF2CX1X2]a-[CF2-CF(-O-(CF2-CF(CF2X3))b-Oc-(CFR1)d-(CFR2)e-(CF2)f-X5)]g- (4)
(式中、X、XおよびXは、それぞれ独立に、ハロゲン元素または炭素数1以上3以下のパーフルオロアルキル基、0≦a<1、0<g≦1、a+g=1、bは、0以上8以下の整数、cは、0または1、d、eおよびfは、それぞれ独立に、0以上6以下の整数(但し、d+e+fは、0に等しくない)、RおよびRは、それぞれ独立に、ハロゲン元素、炭素数1以上10以下のパーフルオロアルキル基またはフルオロクロロアルキル基、Xは、COOR,CORまたはSO(Rは、炭素数1〜3の炭化水素系アルキル基、Rは、ハロゲン元素))
The perfluorocarbon polymer compound having an ion exchange group of the present invention can be produced, for example, by polymerizing a precursor polymer represented by the general formula (4) and then performing alkali hydrolysis, acid treatment, and the like.
-[CF 2 CX 1 X 2 ] a- [CF 2 -CF (-O- (CF 2 -CF (CF 2 X 3 )) b -O c- (CFR 1 ) d- (CFR 2 ) e- ( CF 2 ) f -X 5 )] g- (4)
(Wherein X 1 , X 2 and X 3 are each independently a halogen element or a perfluoroalkyl group having 1 to 3 carbon atoms, 0 ≦ a <1, 0 <g ≦ 1, a + g = 1, b Is an integer of 0 to 8, c is 0 or 1, d, e and f are each independently an integer of 0 to 6 (where d + e + f is not equal to 0), R 1 and R 2 Are each independently a halogen element, a perfluoroalkyl group or fluorochloroalkyl group having 1 to 10 carbon atoms, X 5 is COOR 3 , COR 4 or SO 2 R 4 (R 3 is a carbon number of 1 to 3) Hydrocarbon alkyl group, R 4 is a halogen element))

本発明に用いることが可能な前駆体ポリマーは、フッ化オレフィン化合物とフッ化ビニル化合物とを共重合させることにより製造される。
具体的なフッ化オレフィン化合物としては、CF=CF,CF=CFCl,CF=CCl等が挙げられる。
又、具体的なフッ化ビニル化合物としては、
CF=CFO(CF−SOF,CF=CFOCFCF(CF)O(CF−SOF,CF=CF(CF−SOF,CF=CF(OCFCF(CF))−(CFz−1−SOF,CF=CFO(CF−COR,CF2=CFOCFCF(CF)O(CF−COR,CF=CF(CF−COR,CF=CF(OCFCF(CF))−(CF−COR(Zは1〜8の整数、Rは炭素数1〜3の炭化水素系アルキル基を表す)等が挙げられる。
The precursor polymer that can be used in the present invention is produced by copolymerizing a fluorinated olefin compound and a vinyl fluoride compound.
Specific examples of the fluorinated olefin compound include CF 2 = CF 2 , CF 2 = CFCl, CF 2 = CCl 2 and the like.
Moreover, as a specific vinyl fluoride compound,
CF 2 = CFO (CF 2) z -SO 2 F, CF 2 = CFOCF 2 CF (CF 3) O (CF 2) z -SO 2 F, CF 2 = CF (CF 2) z -SO 2 F, CF 2 = CF (OCF 2 CF ( CF 3)) z - (CF 2) z-1 -SO 2 F, CF 2 = CFO (CF 2) z -CO 2 R, CF2 = CFOCF 2 CF (CF 3) O (CF 2) z -CO 2 R , CF 2 = CF (CF 2) z -CO 2 R, CF 2 = CF (OCF 2 CF (CF 3)) z - (CF 2) 2 -CO 2 R (Z Is an integer of 1 to 8, and R represents a hydrocarbon alkyl group having 1 to 3 carbon atoms).

前駆体ポリマーの重合方法としては、フッ化ビニル化合物をフロン等の溶媒に溶解した後、フッ化オレフィン化合物のガスと反応させ重合する溶液重合法、フロン等の溶媒を使用せずに重合する塊状重合法、フッ化ビニル化合物を界面活性剤とともに水中に仕込んで乳化させた後、フッ化オレフィン化合物のガスと反応させ重合する乳化重合法等の一般的な重合方法が挙げられる。
尚、本発明では、フッ化ビニル化合物、フッ化オレフィン化合物に加え、ヘキサフルオロプロピレン、クロロトリフルオロエチレン等のパーフルオロオレフィン、パーフルオロアルキルビニルエーテル等の第3成分を含む共重合体であってもよい。
本発明に用いることが可能な前駆体ポリマーの、JIS K−7210に基づいた270℃、荷重21.2N、オリフィス内径2.09mmで測定されるメルトインデックスMI(g/10分)は、0.001以上1000以下が好ましく、より好ましくは0.01以上100以下、最も好ましくは0.1以上10以下である。
As a polymerization method of the precursor polymer, a solution polymerization method in which a vinyl fluoride compound is dissolved in a solvent such as chlorofluorocarbon and then reacted with a gas of a fluorinated olefin compound to perform polymerization, or a block shape in which polymerization is performed without using a solvent such as chlorofluorocarbon General polymerization methods such as a polymerization method, an emulsion polymerization method in which a vinyl fluoride compound is mixed with a surfactant in water and emulsified, and then reacted with a gas of a fluorinated olefin compound for polymerization.
In the present invention, in addition to a vinyl fluoride compound and a fluorinated olefin compound, a copolymer containing a third component such as a perfluoroolefin such as hexafluoropropylene or chlorotrifluoroethylene or a perfluoroalkyl vinyl ether may be used. Good.
The melt index MI (g / 10 min) of the precursor polymer that can be used in the present invention, measured at 270 ° C., load 21.2 N, orifice inner diameter 2.09 mm based on JIS K-7210 is 0.00. 001 or more and 1000 or less are preferable, more preferably 0.01 or more and 100 or less, and most preferably 0.1 or more and 10 or less.

本発明に用いることが可能な前駆体ポリマーは、次に、塩基性反応液体に浸漬させてアルカリ加水分解処理を行う。反応液体は、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム等のアルカリ金属またはアルカリ土類金属の水酸化物の水溶液が好ましい。アルカリ金属またはアルカリ土類金属の水酸化物の含有率は、10重量%以上30重量%以下であることが好ましい。上記反応液体は、ジメチルスルホキシド、メタノール等の膨潤性有機化合物を含有するのが好ましい。膨潤性有機化合物の含有率としては、1重量%以上30重量%以下であることが好ましい。
前駆体ポリマーをアルカリ加水分解処理した後、さらに必要に応じて塩酸等で酸処理を行うことにより、イオン交換基を有するパーフルオロカーボン高分子化合物が製造される。
Next, the precursor polymer that can be used in the present invention is immersed in a basic reaction liquid and subjected to an alkali hydrolysis treatment. The reaction liquid is preferably an aqueous solution of an alkali metal or alkaline earth metal hydroxide such as potassium hydroxide or sodium hydroxide. The content of alkali metal or alkaline earth metal hydroxide is preferably 10% by weight or more and 30% by weight or less. The reaction liquid preferably contains a swellable organic compound such as dimethyl sulfoxide or methanol. The content of the swellable organic compound is preferably 1% by weight or more and 30% by weight or less.
After the precursor polymer is subjected to an alkali hydrolysis treatment, and further subjected to an acid treatment with hydrochloric acid or the like as necessary, a perfluorocarbon polymer compound having an ion exchange group is produced.

次に、本発明のポリフェニレンスルフィド樹脂(B)(以下PPSと略記することもある)は、所謂ポリフェニレンスルフィド樹脂であれば特に限定されないが、好ましくはパラフェニレンスルフィド骨格が70モル%以上、さらに好ましくは90モル%以上からなるポリフェニレンスルフィド樹脂である。   Next, the polyphenylene sulfide resin (B) of the present invention (hereinafter sometimes abbreviated as PPS) is not particularly limited as long as it is a so-called polyphenylene sulfide resin, but preferably has a paraphenylene sulfide skeleton of 70 mol% or more, more preferably. Is a polyphenylene sulfide resin comprising 90 mol% or more.

PPSの製造方法は、特に限定するものではなく、通常、ハロゲン置換芳香族化合物、例えばp−ジクロルベンゼンを硫黄と炭酸ソーダの存在下で重合させる方法、極性溶媒中でp−ジクロルベンゼンを硫化ナトリウムあるいは硫化水素ナトリウムと水酸化ナトリウムの存在下で重合させる方法、または極性溶媒中でp−ジクロルベンゼンを硫化水素と水酸化ナトリウムあるいはナトリウムアミノアルカノエートの存在下で重合させる方法、p−クロルチオフェノールの自己縮合等が挙げられる。これらの中でもN−メチルピロリドン、ジメチルアセトアミド等のアミド系溶媒やスルホラン等のスルホン系溶媒中で硫化ナトリウムとp−ジクロルベンゼンを反応させる方法が適当である。具体的には、米国特許第2513188号明細書、特公昭44−27671号公報、特公昭45−3368号公報、特公昭52−12240号公報、特開昭61−225217号公報、米国特許第3274165号明細書、英国特許第1160660号明細書、特公昭46−27255号公報、ベルギー特許第29437号明細書、特開平5−222196号公報等に記載された方法やこれら特許等に例示された先行技術の方法で得ることが出来る。   The production method of PPS is not particularly limited. Usually, a halogen-substituted aromatic compound such as p-dichlorobenzene is polymerized in the presence of sulfur and sodium carbonate, and p-dichlorobenzene is polymerized in a polar solvent. A method of polymerizing in the presence of sodium sulfide or sodium hydrogen sulfide and sodium hydroxide, or a method of polymerizing p-dichlorobenzene in the presence of hydrogen sulfide and sodium hydroxide or sodium aminoalkanoate in a polar solvent, p- Examples include self-condensation of chlorothiophenol. Among these, a method in which sodium sulfide and p-dichlorobenzene are reacted in an amide solvent such as N-methylpyrrolidone or dimethylacetamide or a sulfone solvent such as sulfolane is suitable. Specifically, US Pat. No. 2,513,188, Japanese Patent Publication No. 44-27671, Japanese Patent Publication No. 45-3368, Japanese Patent Publication No. 52-12240, Japanese Patent Publication No. 61-225217, US Pat. No. 3,274,165. No. 1, British Patent No. 1160660, Japanese Patent Publication No. Sho 46-27255, Belgian Patent No. 29437, Japanese Patent Laid-Open No. 5-222196, etc. It can be obtained by technical methods.

本発明に用いられるポリフェニレンスルフィド樹脂(B)は、塩化メチレンによるオリゴマー抽出量が0.001重量%以上0.9重量%以下であり、かつ−SX基(Sはイオウ原子、Xはアルカリ金属または水素原子である)が10μmol/g以上10,000μmol/g以下であるポリフェニレンスルフィド樹脂が好ましい。
塩化メチレンによるオリゴマー抽出量に関しては、0.001重量%以上0.8重量%以下がさらに好ましく、0.001重量%以上0.7重量%以下が特に好ましい。塩化メチレンによるオリゴマー抽出量が上記範囲にあるということは、PPS中におけるオリゴマー(約10〜30量体)の量が少ないことを意味する。上記オリゴマー抽出量が上記範囲を超えると製膜時にブリードアウトが発生しやすくなるので好ましくない。
The polyphenylene sulfide resin (B) used in the present invention has an oligomer extraction amount of 0.001 wt% or more and 0.9 wt% or less with methylene chloride, and a —SX group (S is a sulfur atom, X is an alkali metal or A polyphenylene sulfide resin having a hydrogen atom of 10 μmol / g or more and 10,000 μmol / g or less is preferable.
The amount of oligomer extracted with methylene chloride is more preferably 0.001 wt% or more and 0.8 wt% or less, and particularly preferably 0.001 wt% or more and 0.7 wt% or less. That the amount of oligomer extracted with methylene chloride is in the above range means that the amount of oligomer (about 10 to 30 mer) in PPS is small. If the amount of oligomer extraction exceeds the above range, bleeding out tends to occur during film formation, which is not preferable.

ここで、塩化メチレンによるオリゴマー抽出量の測定は以下の方法により行うことができる。すなわち、PPS粉末5gを塩化メチレン80mlに加え、4時間ソクスレー抽出を実施した後、室温まで冷却し、抽出後の塩化メチレン溶液を秤量瓶に移す。更に、上記の抽出に使用した容器を塩化メチレン合計60mlを用いて、3回に分けて洗浄し、該洗浄液を上記秤量瓶中に回収する。次に、約80℃に加熱して、該秤量瓶中の塩化メチレンを蒸発させて除去し、残渣を秤量し、この残渣量よりPPS中に存在するオリゴマー量の割合を求めることができる。   Here, the amount of oligomer extracted with methylene chloride can be measured by the following method. That is, 5 g of PPS powder is added to 80 ml of methylene chloride, Soxhlet extraction is performed for 4 hours, and then cooled to room temperature, and the methylene chloride solution after extraction is transferred to a weighing bottle. Further, the container used for the above extraction is washed in three portions with a total of 60 ml of methylene chloride, and the washing liquid is collected in the weighing bottle. Next, the methylene chloride in the weighing bottle is evaporated and removed by heating to about 80 ° C., the residue is weighed, and the ratio of the amount of oligomer present in the PPS can be determined from the amount of the residue.

また、−SX基(Sはイオウ原子、Xはアルカリ金属または水素原子である)の含有量に関しては、15μmol/g以上10,000μmol/g以下がさらに好ましく、20μmol/g以上10,000μmol/g以下が特に好ましい。−SX基濃度が上記範囲にあるということは、ポリフェニレンスルフィド樹脂の反応活性点が多いことを意味する。−SX基濃度が上記範囲を満たすポリフェニレンスルフィド樹脂(B)を用いることで、本発明の高分子電解質組成物においてイオン交換基を有する高分子化合物(A)とポリフェニレンスルフィド樹脂との混和性が向上し、イオン交換基を有する高分子化合物(A)中へのポリフェニレンスルフィド樹脂(B)の分散性が向上すると考えられる。   The content of the —SX group (S is a sulfur atom, X is an alkali metal or hydrogen atom) is more preferably 15 μmol / g or more and 10,000 μmol / g or less, more preferably 20 μmol / g or more and 10,000 μmol / g. The following are particularly preferred: The fact that the -SX group concentration is in the above range means that there are many reaction active sites of the polyphenylene sulfide resin. -By using the polyphenylene sulfide resin (B) in which the SX group concentration satisfies the above range, the miscibility between the polymer compound (A) having an ion exchange group and the polyphenylene sulfide resin is improved in the polymer electrolyte composition of the present invention. It is considered that the dispersibility of the polyphenylene sulfide resin (B) in the polymer compound (A) having an ion exchange group is improved.

ここで、−SX基の定量は以下の方法により行うことができる。すなわち、PPS粉末を予め120℃で4時間乾燥した後、この乾燥PPS粉末20gをN−メチル−2−ピロリドン150gに加えて粉末凝集塊がなくなるように室温で30分間激しく撹拌混合しスラリー状態にする。得られたスラリーを濾過した後、毎回約80℃の温水1リットルを用いて7回洗浄を繰り返す。得た濾過ケーキを純水200g中に再度スラリー化した後、1Nの塩酸を加えて該スラリーのPHを4.5に調整する。次に、25℃で30分間撹拌して、濾過した後、約80℃の温水1リットルを用いて6回洗浄を繰り返す。得られた濾過ケーキを純水200g中に再度スラリー化し、次いで、1Nの水酸化ナトリウムにより滴定し、消費した水酸化ナトリウム量よりPPS中に存在する−SX基の量を求める。   Here, quantification of the -SX group can be performed by the following method. That is, after the PPS powder was previously dried at 120 ° C. for 4 hours, 20 g of this dried PPS powder was added to 150 g of N-methyl-2-pyrrolidone, and vigorously stirred and mixed at room temperature for 30 minutes so as to eliminate the powder aggregate. To do. After the obtained slurry is filtered, washing is repeated 7 times using 1 liter of warm water of about 80 ° C. each time. The obtained filter cake is slurried again in 200 g of pure water, and 1N hydrochloric acid is added to adjust the pH of the slurry to 4.5. Next, after stirring at 25 ° C. for 30 minutes and filtering, washing is repeated 6 times using 1 liter of hot water at about 80 ° C. The obtained filter cake is slurried again in 200 g of pure water, then titrated with 1N sodium hydroxide, and the amount of -SX groups present in the PPS is determined from the amount of sodium hydroxide consumed.

なお、塩化メチレンによるオリゴマー抽出量が0.001重量%以上0.9重量%以下であり、かつ−SX基が10μmol/g以上10,000μmol/g以下であるPPSの具体的な製造方法としては、特開平8−253587号公報の実施例1および2に記載された製造方法(段落番号0041〜0044)や特開平11−106656号公報の合成例1および2に記載された製造方法(段落番号0046〜0048)等が挙げられる。
さらに、本発明で用いるPPSは320℃における溶融粘度(フローテスターを用いて、300℃、荷重196N、L/D(L:オリフィス長、D:オリフィス内径)=10/1で6分間保持した値)は、好ましくは1〜10,000ポイズであることが好ましく、100〜10,000ポイズであることがさらに好ましい。
As a specific method for producing PPS, the amount of oligomer extracted with methylene chloride is 0.001 wt% or more and 0.9 wt% or less, and the —SX group is 10 μmol / g or more and 10,000 μmol / g or less. The production methods described in Examples 1 and 2 (paragraph numbers 0041 to 0044) of JP-A-8-255357 and the production methods (paragraph numbers) described in synthesis examples 1 and 2 of JP-A-11-106656 0046 to 0048).
Further, the PPS used in the present invention has a melt viscosity at 320 ° C. (using a flow tester, 300 ° C., load 196 N, L / D (L: orifice length, D: orifice inner diameter) = 10/1 and held for 6 minutes. ) Is preferably 1 to 10,000 poise, and more preferably 100 to 10,000 poise.

また、本発明では、ポリフェニレンスルフィド樹脂(B)として、ポリフェニレンスルフィド樹脂に酸性官能基や反応性官能基を導入したものも好適に用いることが出来る。このような官能基を導入することで、本発明の高分子電解質組成物においてイオン交換基を有する高分子化合物(A)とポリフェニレンスルフィド樹脂(B)との混和性が向上し、イオン交換基を有する高分子化合物(A)中へのポリフェニレンスルフィド樹脂(B)の分散性が向上すると考えられる。また、特に酸性官能基を導入した場合、本発明の高分子電解質組成物からなるプロトン交換膜において、プロトン伝導度に関与する官能基が増加することを意味し、高いプロトン伝導度が発現できるので好ましい。導入する酸性官能基としては、例えば、スルホン酸基、リン酸基、スルホンイミド基、カルボン酸基、マレイン酸基,無水マレイン酸基,フマル酸基,イタコン酸基,アクリル酸基およびメタクリル酸基が好ましく、強酸性基であるスルホン酸基、リン酸基がさらに好ましく、スルホン酸基が最も好ましい。導入する反応性官能基としてはエポキシ基、オキサゾニル基、アミノ基、イソシアネート基およびカルボジイミド基などが好ましく、エポキシ基が特に好ましい。さらに、上記各種官能基を2種以上導入してもよい。   Moreover, in this invention, what introduce | transduced the acidic functional group and the reactive functional group into polyphenylene sulfide resin can be used suitably as polyphenylene sulfide resin (B). By introducing such a functional group, the miscibility between the polymer compound (A) having an ion exchange group and the polyphenylene sulfide resin (B) in the polymer electrolyte composition of the present invention is improved, and the ion exchange group is reduced. It is considered that the dispersibility of the polyphenylene sulfide resin (B) in the polymer compound (A) is improved. In particular, when an acidic functional group is introduced, the proton exchange membrane comprising the polymer electrolyte composition of the present invention means that the functional group involved in proton conductivity increases, and high proton conductivity can be expressed. preferable. Examples of acidic functional groups to be introduced include sulfonic acid groups, phosphoric acid groups, sulfonimide groups, carboxylic acid groups, maleic acid groups, maleic anhydride groups, fumaric acid groups, itaconic acid groups, acrylic acid groups, and methacrylic acid groups. Are preferred, sulfonic acid groups and phosphoric acid groups which are strongly acidic groups are more preferred, and sulfonic acid groups are most preferred. As the reactive functional group to be introduced, an epoxy group, an oxazonyl group, an amino group, an isocyanate group, a carbodiimide group and the like are preferable, and an epoxy group is particularly preferable. Further, two or more of the above various functional groups may be introduced.

酸性官能基や反応性官能基の導入方法は特に限定されず、一般的な方法を用いて実施される。例えばスルホン酸基の導入については、無水硫酸、発煙硫酸などのスルホン化剤を用いて公知の条件で実施することが出来る。例えば、K.Hu, T.Xu, W.Yang, Y.Fu, Journal of Applied Polymer Science, Vol.91,や、 E.Montoneri, Journal of Polymer Science: Part A: Polymer Chemistry, Vol.27, 3043−3051(1989)に記載の条件で実施できる。
また、導入した酸性官能基を金属塩またはアミン塩に置換したものも好適に用いられる。金属塩としてはナトリウム塩、カリウム塩等のアルカリ金属塩、カルシウム塩等のアルカリ土類金属塩が好ましい。
The method for introducing an acidic functional group or a reactive functional group is not particularly limited, and a general method is used. For example, introduction of a sulfonic acid group can be carried out under known conditions using a sulfonating agent such as sulfuric anhydride or fuming sulfuric acid. For example, K.K. Hu, T .; Xu, W .; Yang, Y. et al. Fu, Journal of Applied Polymer Science, Vol. 91, E.E. Montoneri, Journal of Polymer Science: Part A: Polymer Chemistry, Vol. 27, 3043-3051 (1989).
Further, those in which the introduced acidic functional group is substituted with a metal salt or an amine salt are also preferably used. The metal salt is preferably an alkali metal salt such as sodium salt or potassium salt, or an alkaline earth metal salt such as calcium salt.

本発明で用いられるポリフェニレンエーテル樹脂(以下、単にPPEと略記することもある。)(C)は、所謂ポリフェニレンエーテル樹脂であれば特に限定されないが、下記一般式(5)であらわされる構造単位を70モル%以上、好ましくは90モル%以上含有するフェノール単独重合体または共重合体が好ましい。   The polyphenylene ether resin (hereinafter sometimes simply referred to as PPE) (C) used in the present invention is not particularly limited as long as it is a so-called polyphenylene ether resin, but a structural unit represented by the following general formula (5) is used. A phenol homopolymer or copolymer containing 70 mol% or more, preferably 90 mol% or more is preferred.

Figure 2007112906
Figure 2007112906

ここで、R1、R2、R3およびR4はそれぞれ、水素、ハロゲン、炭素数が1〜7の直鎖または分岐鎖状低級アルキル基、フェニル基、ハロアルキル基、アミノアルキル基、炭化水素オキシ基または少なくとも2個の炭素原子がハロゲン原子と酸素原子とを隔てているハロ炭化水素オキシ基からなる群から選択されるものであり、互いに同一でも異なっていてもよい。   Here, R1, R2, R3 and R4 are each hydrogen, halogen, a linear or branched lower alkyl group having 1 to 7 carbon atoms, a phenyl group, a haloalkyl group, an aminoalkyl group, a hydrocarbonoxy group, or at least The two carbon atoms are selected from the group consisting of a halohydrocarbonoxy group separating a halogen atom and an oxygen atom, and may be the same or different from each other.

このPPEの具体的な例としては、例えばポリ(2,6-ジメチル-1,4-フェニレンエーテル)、ポリ(2-メチル-6-エチル-1,4-フェニレンエーテル)、ポリ(2-メチル-6-フェニル-1,4-フェニレンエーテル)、ポリ(2,6-ジクロロ-1,4-フェニレンエーテル)等が挙げられ、さらに2,6-ジメチルフェノールと他の1価フェノール類(例えば、2,3,6-トリメチルフェノールや2-メチル-6-ブチルフェノール)、2,6−ジメチルフェノールと2価のフェノール類(例えば、3,3’,5,5’−テトラメチルビスフェノールA)との共重合体等が挙げられる。これらの中でもポリ(2,6-ジメチル-1,4-フェニレンエーテル)、2,6-ジメチルフェノールと2,3,6-トリメチルフェノールとの共重合体、2,6−ジメチルフェノールと3,3’,5,5’−テトラメチルビスフェノールAとの共重合体が好ましい。   Specific examples of the PPE include poly (2,6-dimethyl-1,4-phenylene ether), poly (2-methyl-6-ethyl-1,4-phenylene ether), and poly (2-methyl). -6-phenyl-1,4-phenylene ether), poly (2,6-dichloro-1,4-phenylene ether) and the like, and 2,6-dimethylphenol and other monohydric phenols (for example, 2,3,6-trimethylphenol and 2-methyl-6-butylphenol), 2,6-dimethylphenol and divalent phenols (for example, 3,3 ′, 5,5′-tetramethylbisphenol A) A copolymer etc. are mentioned. Among these, poly (2,6-dimethyl-1,4-phenylene ether), a copolymer of 2,6-dimethylphenol and 2,3,6-trimethylphenol, 2,6-dimethylphenol and 3,3 A copolymer with ', 5,5'-tetramethylbisphenol A is preferred.

本発明で用いられるポリフェニレンエーテル樹脂(C)は分子鎖末端にフェノール性水酸基を有していることが好ましく、その位置は片末端であっても両末端であってもよい。
本発明で用いられるポリフェニレンエーテル樹脂(C)の還元粘度(0.5g/dl,クロロホルム溶液,30℃測定)は0.05〜2.0dl/gの範囲であることが好ましく、0.10〜0.8dl/gの範囲であることがさらに好ましい。
The polyphenylene ether resin (C) used in the present invention preferably has a phenolic hydroxyl group at the molecular chain end, and the position may be one end or both ends.
The reduced viscosity (0.5 g / dl, chloroform solution, measured at 30 ° C.) of the polyphenylene ether resin (C) used in the present invention is preferably in the range of 0.05 to 2.0 dl / g. More preferably, it is in the range of 0.8 dl / g.

本発明で用いられるポリフェニレンエーテル樹脂(C)は、その製造方法については特に限定されず、例えば、米国特許第3306874号明細書に記載されているような、第一銅塩とアミンのコンプレックスを触媒として用い、例えば2,6-キシレノールを酸化重合することにより容易に製造できる。そのほかにも米国特許第3306875号明細書、同第3257357号明細書、同第3257358号明細書、特公昭52-17880号公報、特開昭50-51197号公報および特開昭63-152628号公報等に記載された方法で容易に製造できる。   The production method of the polyphenylene ether resin (C) used in the present invention is not particularly limited. For example, as described in US Pat. No. 3,306,874, a complex of cuprous salt and amine is used as a catalyst. For example, it can be easily produced by oxidative polymerization of 2,6-xylenol. In addition, U.S. Pat. Nos. 3,306,875, 3,257,357, 3,257,358, JP-B-52-17880, JP-A-50-51197, and JP-A-63-152628 are disclosed. Can be easily produced by the method described in the above.

また、本発明では、ポリフェニレンエーテル樹脂(C)として、ポリフェニレンエーテル樹脂に酸性官能基や反応性官能基を導入したものも好適に用いることが出来る。このような官能基を導入することで、本発明の高分子電解質組成物においてイオン交換基を有する高分子化合物(A)とポリフェニレンエーテル樹脂(C)との混和性が向上し、イオン交換基を有する高分子化合物(A)中へのポリフェニレンエーテル樹脂(C)の分散性が向上すると考えられる。また、特に酸性官能基を導入した場合、本発明の高分子電解質からなるプロトン交換膜においてプロトン伝導度に関与する官能基が増加することを意味し、高いプロトン伝導度が発現できるので好ましい。導入する酸性官能基としては、例えば、スルホン酸基、リン酸基、スルホンイミド基、カルボン酸基、マレイン酸基、無水マレイン酸基、フマル酸基、イタコン酸基、アクリル酸基およびメタクリル酸基が好ましく、強酸基であるスルホン酸基およびリン酸基がさらに好ましく、スルホン酸基が最も好ましい。導入する反応性官能基としては、エポキシ基、オキサゾニル基、アミノ基、イソシアネート基およびカルボジイミド基などが好ましく、エポキシ基が特に好ましい。さらに、上記各種官能基を2種以上導入してもよい。   Moreover, in this invention, what introduce | transduced the acidic functional group and the reactive functional group into polyphenylene ether resin can be used suitably as polyphenylene ether resin (C). By introducing such a functional group, the miscibility between the polymer compound (A) having an ion exchange group and the polyphenylene ether resin (C) in the polymer electrolyte composition of the present invention is improved, and the ion exchange group is reduced. It is considered that the dispersibility of the polyphenylene ether resin (C) in the polymer compound (A) is improved. In particular, when an acidic functional group is introduced, it means that the functional group involved in proton conductivity is increased in the proton exchange membrane made of the polymer electrolyte of the present invention, and it is preferable because high proton conductivity can be expressed. Examples of acidic functional groups to be introduced include sulfonic acid groups, phosphoric acid groups, sulfonimide groups, carboxylic acid groups, maleic acid groups, maleic anhydride groups, fumaric acid groups, itaconic acid groups, acrylic acid groups, and methacrylic acid groups. Are preferred, sulfonic acid groups and phosphoric acid groups which are strong acid groups are more preferred, and sulfonic acid groups are most preferred. As the reactive functional group to be introduced, an epoxy group, an oxazonyl group, an amino group, an isocyanate group, a carbodiimide group, and the like are preferable, and an epoxy group is particularly preferable. Further, two or more of the above various functional groups may be introduced.

酸性官能基や反応性官能基の導入方法は特に限定されず、一般的な方法を用いて導入できる。例えばスルホン酸基の導入については、無水硫酸、発煙硫酸などのスルホン化剤を用いて公知の条件で実施することが出来る。例えば、C.Wang,Y.Huang,G.Cong,Polymer Journal,Vol.27,No.2,173−178(1995)およびJ.Schauer,W.Albrecht, T.Weigel,Journal of Applied Polymer Science,Vol.73,161−167(1999)に記載の条件で実施できる。
また、導入した酸性官能基を金属塩またはアミン塩に置換したものも好適に用いられる。金属塩としてはナトリウム塩、カリウム塩等のアルカリ金属塩、カルシウム塩等のアルカリ土類金属塩が好ましい。
The method for introducing an acidic functional group or a reactive functional group is not particularly limited, and can be introduced using a general method. For example, introduction of a sulfonic acid group can be carried out under known conditions using a sulfonating agent such as sulfuric anhydride or fuming sulfuric acid. For example, C.I. Wang, Y .; Huang, G .; Cong, Polymer Journal, Vol. 27, no. 2, 173-178 (1995) and J. Am. Schauer, W. et al. Albrecht, T .; Weigel, Journal of Applied Polymer Science, Vol. 73, 161-167 (1999).
Further, those in which the introduced acidic functional group is substituted with a metal salt or an amine salt are also preferably used. The metal salt is preferably an alkali metal salt such as sodium salt or potassium salt, or an alkaline earth metal salt such as calcium salt.

次に、本発明に用いられる籠状シルセスキオキサンまたは籠状シルセスキオキサンの部分開裂構造体(D)について説明する。
シリカがSiOで表されるのに対し、シルセスキオキサンは[R’SiO3/2]で表される化合物である。シルセスキオキサンは通常はR’SiX(R’=水素原子、有機基、シロキシ基、X=ハロゲン原子、アルコキシ基)型化合物の加水分解−重縮合で合成されるポリシロキサンであり、分子配列の形状として、代表的には無定形構造、ラダー状構造、籠状(完全縮合ケージ状)構造あるいはその部分開裂構造体(籠状構造からケイ素原子が一原子欠けた構造や籠状構造の一部ケイ素−酸素結合が切断された構造)等が知られている。
Next, the caged silsesquioxane or the partially cleaved structure (D) of caged silsesquioxane used in the present invention will be described.
Silsesquioxane is a compound represented by [R′SiO 3/2 ] while silica is represented by SiO 2 . Silsesquioxane is a polysiloxane usually synthesized by hydrolysis-polycondensation of R′SiX 3 (R ′ = hydrogen atom, organic group, siloxy group, X = halogen atom, alkoxy group) type compound. The shape of the array is typically an amorphous structure, a ladder structure, a cage-like (fully condensed cage-like) structure or a partially cleaved structure (a structure in which one silicon atom is missing from the cage-like structure or a cage-like structure) A structure in which the silicon-oxygen bond is partially broken) is known.

本発明に使用される籠状シルセスキオキサンの具体的構造の例としては、例えば、下記の一般式(a)で表される籠状シルセスキオキサンが挙げられる。又、本発明に使用される籠状シルセスキオキサンの部分開裂構造体の具体的構造の例としては、例えば、下記の一般式(b)で表される籠状シルセスキオキサンの部分開裂構造体が挙げられる。しかしながら、本発明に使用される籠状シルセスキオキサンあるいはその部分開裂構造体の構造は、これらの構造に限定されるものではない。
[RSiO3/2 (a)
(RSiO3/2(RXSiO) (b)
一般式(a)、(b)において、Rは水素原子、炭素原子数1から6のアルコキシル基、アリールオキシ基、炭素原子数1から20の置換又は非置換の炭化水素基又はケイ素原子数1から10のケイ素原子含有基から選ばれ、Rは全て同一でも複数の基で構成されていても良い。
As an example of the specific structure of the cage-shaped silsesquioxane used for this invention, the cage-shaped silsesquioxane represented by the following general formula (a) is mentioned, for example. Examples of the specific structure of the cage-shaped silsesquioxane partial cleavage structure used in the present invention include, for example, partial cleavage of cage-shaped silsesquioxane represented by the following general formula (b): Examples include structures. However, the structure of the cage silsesquioxane or the partial cleavage structure thereof used in the present invention is not limited to these structures.
[RSiO 3/2 ] n (A)
(RSiO 3/2 ) l (RXSiO) k (b)
In the general formulas (a) and (b), R is a hydrogen atom, an alkoxyl group having 1 to 6 carbon atoms, an aryloxy group, a substituted or unsubstituted hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, or 1 silicon atom. To 10 silicon atom-containing groups, and each R may be the same or a plurality of groups.

本発明で用いられる一般式(a)で表される籠状シルセスキオキサンの例としては[RSiO3/2の化学式で表されるタイプ(下記一般式(6))、[RSiO3/2の化学式で表されるタイプ(下記一般式(7))、[RSiO3/210の化学式で表されるタイプ(例えば下記一般式(8))、[RSiO3/212の化学式で表されるタイプ(例えば下記一般式(9))、[RSiO3/214の化学式で表されるタイプ(例えば下記一般式(10))が挙げられる。 Examples of the cage silsesquioxane represented by the general formula (a) used in the present invention include a type represented by a chemical formula of [RSiO 3/2 ] 6 (the following general formula (6)), [RSiO 3 / 2 ] type represented by the chemical formula of 8 (the following general formula (7)), [RSiO 3/2 ] a type represented by the chemical formula of 10 (for example, the following general formula (8)), [RSiO 3/2 ] Examples include a type represented by a chemical formula of 12 (for example, the following general formula (9)), and a type represented by a chemical formula of [RSiO 3/2 ] 14 (for example, the following general formula (10)).

Figure 2007112906
Figure 2007112906

Figure 2007112906
Figure 2007112906

Figure 2007112906
Figure 2007112906

Figure 2007112906
Figure 2007112906

Figure 2007112906
Figure 2007112906

本発明の一般式(a)[RSiO3/2で表される籠状シルセスキオキサンにおけるnの値としては、6から14の整数であり、好ましくは8,10あるいは12であり、より好ましくは、8、10または8,10の混合物あるいは8,10,12の混合物であり、特に好ましくは8又は10である。
また、本発明では、籠状シルセスキオキサンの一部のケイ素−酸素結合が部分開裂した構造か、又は、籠状シルセスキオキサンの一部が脱離した構造、あるいはそれらから誘導される、一般式(b)[RSiO3/2(RXSiO)(lは2から12の整数であり、kは2又は3である。)で表される籠状シルセスキオキサンの部分開裂構造体を用いることもできる。
The value of n in the cage silsesquioxane represented by the general formula (a) [RSiO 3/2 ] n of the present invention is an integer of 6 to 14, preferably 8, 10, or 12. More preferably, it is a mixture of 8, 10 or 8,10 or a mixture of 8, 10, 12 and particularly preferably 8 or 10.
In the present invention, a structure in which a part of the silicon-oxygen bond of the cage silsesquioxane is partially cleaved, a structure in which a part of the cage silsesquioxane is eliminated, or a derivative thereof is derived. Partial cleavage of the cage silsesquioxane represented by the general formula (b) [RSiO 3/2 ] l (RXSiO) k (l is an integer of 2 to 12, k is 2 or 3) Structures can also be used.

一般式(b)においてXはOR(Rは水素原子、アルキル基、第4級アンモニウムラジカル)、ハロゲン原子及び上記Rで定義された基の中から選ばれる基であり、複数のXは同じでも異なっていても良い。又(RXSiO)中の複数のXが互いに連結して連結構造を形成しても良い。ここで、lは2から12の整数、好ましくは4から10の整数、特に好ましくは4、6又は8である。kは2又は3である。
(RXSiO)中の2個又は3個のXは、同一分子中の他のXと互いに連結して各種の連結構造を形成しても良い。その、連結構造の具体例を以下に説明する。
一般式(b)の同一分子中の2個のXは一般式(11)で示される分子内連結構造を形成しても良い。さらに、それぞれ異なった分子中に存在する2個のXが互いに連結して、上記一般式(11)で表される連結構造により複核構造を形成しても良い。
In the general formula (b), X is a group selected from OR 1 (R 1 is a hydrogen atom, an alkyl group, a quaternary ammonium radical), a halogen atom, and a group defined by the above R, It can be the same or different. A plurality of X in (RXSiO) k may be connected to each other to form a connection structure. Here, l is an integer of 2 to 12, preferably an integer of 4 to 10, particularly preferably 4, 6 or 8. k is 2 or 3.
(RXSiO) 2 or 3 Xs in k may be linked to each other X in the same molecule to form various linked structures. A specific example of the connection structure will be described below.
Two Xs in the same molecule of the general formula (b) may form an intramolecular linkage structure represented by the general formula (11). Further, two Xs present in different molecules may be connected to each other to form a multinuclear structure by the connection structure represented by the general formula (11).

Figure 2007112906
Figure 2007112906

Y及びZはXと同じ基の群の中から選ばれ、YとZは同じでも異なっていても良い。
一般式(11)で示される連結構造の例としては、例えば、以下の2価基構造が挙げられる。
Y and Z are selected from the same group of groups as X, and Y and Z may be the same or different.
Examples of the connection structure represented by the general formula (11) include the following divalent group structures.

Figure 2007112906
Figure 2007112906

又、一般式(b)において、同一分子内の2個のXが連結して連結構造をとる場合、連結構造は、一般式(12)で表される連結構造であっても構わない。一般式(12)のQは一般式(a)及び一般式(b)におけるRの中の炭素数1から20の置換又は非置換の炭化水素基又は水素原子である(例えばMat.Res.Soc.Symp.Prac,1999,576,111参照)。   In the general formula (b), when two Xs in the same molecule are linked to form a linked structure, the linked structure may be a linked structure represented by the general formula (12). Q in the general formula (12) is a substituted or unsubstituted hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms or a hydrogen atom in R in the general formula (a) and the general formula (b) (for example, Mat. Res. Soc .Sym.Prac, 1999, 576, 111).

Figure 2007112906
Figure 2007112906

さらに、一般式(b)の中の2個又は3個のXが連結して、ケイ素原子以外の他の金属原子を含む連結構造を形成してもよい。この場合の、他の金属原子を含む連結構造の例としては、例えば、[Si―O―金属原子]型の結合を含む連結構造や、あるいは、有機金属型連結構造等が挙げられる。他の金属原子を含む連結構造を有する一般式(b)の化合物の具体例としては、例えば、一般式(a)を構成する(RSiO3/2のSi中で、1個がSiの代わりに他の金属原子又は有機金属基に置換された構造が挙げられる。又、一般式(b)の2個のXがケイ素原子以外の他の金属原子を含む基に置き換わっていても構わない。 Further, two or three Xs in the general formula (b) may be linked to form a linked structure containing a metal atom other than a silicon atom. In this case, examples of the connection structure including other metal atoms include a connection structure including a [Si—O-metal atom] type bond, or an organometallic connection structure. As a specific example of the compound of the general formula (b) having a linked structure containing other metal atoms, for example, one of Si in (RSiO 3/2 ) n constituting the general formula (a) is Si. Instead, a structure substituted with another metal atom or an organometallic group is exemplified. Further, two Xs in the general formula (b) may be replaced with a group containing a metal atom other than a silicon atom.

これらの場合の、他の金属原子、あるいは、有機金属型連結構造中の金属原子の例としてはAl、Ti、Zr、V、Ta、Cr、Mo、W、Re、Ru、Pt、Sn、Sb、Ga、Tl等が挙げられる。またこれらの金属原子が入ることによって籠状シルセスキオキサン及び/又はその部分開裂構造体が複核構造をとっていても構わない。(例えばFeherらのPolyhedron,1995,14,3239やOrganometallics,1995,14,3920参照)   Examples of other metal atoms in these cases, or metal atoms in the organometallic connection structure include Al, Ti, Zr, V, Ta, Cr, Mo, W, Re, Ru, Pt, Sn, and Sb. , Ga, Tl and the like. Further, when these metal atoms enter, the cage silsesquioxane and / or the partially cleaved structure thereof may have a binuclear structure. (See, for example, Feher et al., Polyhedron, 1995, 14, 3239 and Organometallics, 1995, 14, 3920)

一般式(b)で表される化合物における上記の各種の連結構造のうちでは、一般式(11)で表される連結構造が、合成が容易であり好ましい。
本発明で使用される一般式(b)で表される化合物の例としては、例えば一般式(7)の一部が脱離した構造であるトリシラノール体あるいは、それからから合成される(RSiO3/2(RXSiO)の化学式で表されるタイプ(例えば、下記一般式(13))、一般式(13)あるいは(RSiO3/2(RXSiO)の化学式の化合物の中の3個のXのうち2個のXが一般式(11)で示される連結構造を形成するタイプ(例えば、下記一般式(14))、一般式(7)の一部が開裂したジシラノール体から誘導される(RSiO3/2(RXSiO)の化学式で表されるタイプ(例えば、下記一般式(15)及び(16))、一般式(15)あるいは(RSiO3/2(RXSiO)の化学式の化合物の中の2個のXが一般式(11)で示される連結構造を形成するタイプ(例えば、下記一般式(17))等が挙げられる。一般式(13)から(17)中の同一ケイ素原子に結合しているRとXあるいはYとZはお互いの位置を交換したものでもよい。さらに、それぞれ異なった分子中に存在する2個のXが互いに連結して、上記一般式(11)で代表される各種の連結構造により複核構造を形成しても良い。
Among the above-mentioned various connecting structures in the compound represented by the general formula (b), the connecting structure represented by the general formula (11) is preferable because it is easy to synthesize.
Examples of the compound represented by the general formula (b) used in the present invention include, for example, a trisilanol body having a structure in which a part of the general formula (7) is eliminated, or synthesized from the trisilanol body (RSiO 3 / 2 ) 4 (RXSiO) 3 in the type represented by the chemical formula (for example, the following general formula (13)), the general formula (13), or (RSiO 3/2 ) 4 (RXSiO) 3 Of the three Xs, two Xs form a linked structure represented by the general formula (11) (for example, the following general formula (14)), from a disilanol body in which a part of the general formula (7) is cleaved The type represented by the chemical formula of (RSiO 3/2 ) 6 (RXSiO) 2 derived (for example, the following general formulas (15) and (16)), the general formula (15) or (RSiO 3/2 ) 6 ( RXSiO) of 2 of the formula Type to form a connection structure in which two X in the compound is represented by the general formula (11) (e.g., the following general formula (17)) and the like. R and X or Y and Z bonded to the same silicon atom in the general formulas (13) to (17) may be exchanged in position. Further, two Xs present in different molecules may be connected to each other to form a multinuclear structure by various connecting structures represented by the general formula (11).

また、一般式(b)の中の2個又は3個のXが連結して、ケイ素原子以外の他の金属原子を含む連結構造を形成した化合物の具体例としては、例えば、一般式(13)で示される化合物の3個のXがTi原子を含む連結構造を形成する(RSiO3/2(RXSiO)の化学式で表される化合物(例えば、下記一般式(13−Ti))が挙げられる。
これらの各種の籠状シルセスキオキサンあるいはその部分開裂構造体は、それぞれ単独で用いてもいいし、複数の混合物として用いても良い。
Specific examples of the compound in which two or three Xs in the general formula (b) are linked to form a linked structure containing a metal atom other than a silicon atom include, for example, the general formula (13) ), A compound represented by the chemical formula (RSiO 3/2 ) 4 (RXSiO) 3 (for example, the following general formula (13-Ti)) Is mentioned.
These various cage-like silsesquioxanes or their partially cleaved structures may be used alone or as a mixture thereof.

Figure 2007112906
Figure 2007112906

Figure 2007112906
Figure 2007112906

Figure 2007112906
Figure 2007112906

Figure 2007112906
Figure 2007112906

Figure 2007112906
Figure 2007112906

Figure 2007112906
Figure 2007112906

本発明に使用される一般式(a)及び/又は一般式(b)で表される化合物におけるRの種類としては水素原子、炭素原子数1から6のアルコキシル基、アリールオキシ基、炭素原子数1から20の置換又は非置換の炭化水素基、またはケイ素原子数1から10のケイ素原子含有基が挙げられる。   The type of R in the compound represented by the general formula (a) and / or the general formula (b) used in the present invention is a hydrogen atom, an alkoxyl group having 1 to 6 carbon atoms, an aryloxy group, or the number of carbon atoms. Examples thereof include a substituted or unsubstituted hydrocarbon group having 1 to 20 or a silicon atom-containing group having 1 to 10 silicon atoms.

炭素原子数1から6のアルコキシル基の例としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、n−プロピルオキシ基、i−プロピルオキシ基、n−ブチルオキシ基、t−ブチルオキシ基、n−ヘキシルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基等が挙げられる。アリールオキシ基の例としては、フェノキシ基、2,6−ジメチルフェノキシ基等が挙げられる。一般式(a)又は一般式(b)の化合物の1分子中のアルコキシル基及びアリールオキシ基の数は合計で好ましくは3以下、より好ましくは1以下である。   Examples of the alkoxyl group having 1 to 6 carbon atoms include, for example, methoxy group, ethoxy group, n-propyloxy group, i-propyloxy group, n-butyloxy group, t-butyloxy group, n-hexyloxy group, Examples include a cyclohexyloxy group. Examples of the aryloxy group include a phenoxy group and a 2,6-dimethylphenoxy group. The number of alkoxyl groups and aryloxy groups in one molecule of the compound of general formula (a) or general formula (b) is preferably 3 or less, more preferably 1 or less in total.

炭素数1から20までの炭化水素基の例としてはメチル、エチル、n―プロピル、i-プロピル、ブチル(n−ブチル、i−ブチル、t−ブチル、sec-ブチル)、ペンチル(n―ペンチル、i−ペンチル、ネオペンチル、シクロペンチル等)、ヘキシル(n−ヘキシル、i−ヘキシル、シクロヘキシル等)、ヘプチル(n−ヘプチル、i−ヘプチル等)、オクチル(n−オクチル、i−オクチル、t―オクチル等)、ノニル(n−ノニル、i−ノニル等)、デシル(n−デシル、i−デシル等)、ウンデシル(n−ウンデシル、i−ウンデシル等)、ドデシル(n−ドデシル、i−ドデシル等)等の非環式又は環式の脂肪族炭化水素基、ビニル、プロペニル、ブテニル、ペンテニル、ヘキセニル、シクロヘキセニル、シクロヘキセニルエチル、ノルボルネニルエチル、ヘプテニル、オクテニル、ノネニル、デセニル、ウンデセニル、ドデセニル、スチレニル等の非環式及び環式アルケニル基、ベンジル、フェネチル、2−メチルベンジル、3−メチルベンジル、4−メチルベンジル等のアラルキル基、PhCH=CH−基のようなアラアルケニル基、フェニル基、トリル基あるいはキシリル基のようなアリール基、4−アミノフェニル基、4−ヒドロキシフェニル基、4−メトキシフェニル基、4−ビニルフェニル基のような置換アリール基等が挙げられる。   Examples of the hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms include methyl, ethyl, n-propyl, i-propyl, butyl (n-butyl, i-butyl, t-butyl, sec-butyl), pentyl (n-pentyl). , I-pentyl, neopentyl, cyclopentyl, etc.), hexyl (n-hexyl, i-hexyl, cyclohexyl, etc.), heptyl (n-heptyl, i-heptyl, etc.), octyl (n-octyl, i-octyl, t-octyl) Etc.), nonyl (n-nonyl, i-nonyl etc.), decyl (n-decyl, i-decyl etc.), undecyl (n-undecyl, i-undecyl etc.), dodecyl (n-dodecyl, i-dodecyl etc.) Acyclic or cyclic aliphatic hydrocarbon groups such as vinyl, propenyl, butenyl, pentenyl, hexenyl, cyclohexenyl, cyclohexenyleth Acyclic and cyclic alkenyl groups such as norbornenylethyl, heptenyl, octenyl, nonenyl, decenyl, undecenyl, dodecenyl, styryl, benzyl, phenethyl, 2-methylbenzyl, 3-methylbenzyl, 4-methylbenzyl, etc. Aralkyl group, Aralkenyl group such as PhCH = CH- group, aryl group such as phenyl group, tolyl group or xylyl group, 4-aminophenyl group, 4-hydroxyphenyl group, 4-methoxyphenyl group, 4-vinyl Examples thereof include a substituted aryl group such as a phenyl group.

これらの炭化水素基の中でも、特に炭素数2から20の脂肪族炭化水素基、炭素数2から20のアルケニル基の数が、全R、X、Y、Zにしめる割合が大きい場合には特に良好な成形時の溶融流動性が得られる。またRが脂肪族炭化水素基及び/又はアルケニル基の場合には、成形時の溶融流動性、難燃性及び操作性のバランスがいいものとして、R中の炭素数は通常20以下、好ましくは16以下、より好ましくは12以下である。   Among these hydrocarbon groups, particularly when the number of aliphatic hydrocarbon groups having 2 to 20 carbon atoms and alkenyl groups having 2 to 20 carbon atoms is large enough to be all R, X, Y, and Z, it is particularly good. Melt fluidity during molding is obtained. When R is an aliphatic hydrocarbon group and / or alkenyl group, the number of carbons in R is usually 20 or less, preferably as a good balance of melt fluidity, flame retardancy and operability during molding. 16 or less, more preferably 12 or less.

又、本発明に使用されるRとしてはこれらの各種の炭化水素基の水素原子又は主査骨格の一部がエーテル結合、エステル基(結合)、水酸基、カルボニル基、カルボン酸無水物結合、チオール基、チオエーテル結合、スルホン基、アルデヒド基、エポキシ基、アミノ基、アミド基(結合)、ウレア基(結合)、イソシアネート基、シアノ基等の極性基(極性結合)あるいはフッ素原子、塩素原子、臭素原子等のハロゲン原子等から選ばれる置換基で部分置換されたものでも良い。   In addition, as R used in the present invention, hydrogen atoms of these various hydrocarbon groups or a part of the main skeleton are ether bonds, ester groups (bonds), hydroxyl groups, carbonyl groups, carboxylic acid anhydride bonds, thiol groups. , Thioether bonds, sulfone groups, aldehyde groups, epoxy groups, amino groups, amide groups (bonds), urea groups (bonds), isocyanate groups, cyano groups and other polar groups (polar bonds), fluorine atoms, chlorine atoms, bromine atoms It may be partially substituted with a substituent selected from halogen atoms and the like.

一般式(a)及び(b)におけるR中の置換又は非置換の炭化水素基中の置換基も含めた全炭素原子数としては、通常は20以下のものが使用されるが、成型時の溶融流動性、難燃性及び操作性のバランスがよいものとしては、好ましくは16以下、特に好ましくは12以下のものが使用される。
Rとして採用されるケイ素原子数1〜10のケイ素原子含有基としては、広範な構造のものが採用されるが、例えば下記一般式(18)、あるいは一般式(19)の構造の基が挙げられる。当該ケイ素原子含有基中のケイ素原子数としては、通常1〜10の範囲であるが、好ましくは1〜6の範囲、より好ましくは1〜3の範囲である。ケイ素原子の数が大きくなりすぎると籠状シルセスキオキサン化合物は粘ちょうな液体となりやすく、ハンドリングや精製が困難になる傾向がある。
In general formulas (a) and (b), the total number of carbon atoms including the substituents in the substituted or unsubstituted hydrocarbon group in R is usually 20 or less. A material having a good balance of melt fluidity, flame retardancy and operability is preferably 16 or less, particularly preferably 12 or less.
As the silicon atom-containing group having 1 to 10 silicon atoms adopted as R, those having a wide range of structures are adopted, and examples thereof include groups having the following general formula (18) or general formula (19). It is done. The number of silicon atoms in the silicon atom-containing group is usually in the range of 1 to 10, preferably 1 to 6, and more preferably 1 to 3. When the number of silicon atoms becomes too large, the cage silsesquioxane compound tends to be a viscous liquid and tends to be difficult to handle and purify.

Figure 2007112906
Figure 2007112906

一般式(18)中のnは、通常は1〜10の範囲の整数であるが、好ましくは1〜6の範囲の整数、より好ましくは1〜3の範囲の整数である。また、一般式(18)中の置換基R及びRは、水素原子、ヒドロキシル基、アルコキシ基、塩素原子、又は炭素数1〜10、好ましくは炭素数1〜6のアルコキシ基以外の有機基である。 N in the general formula (18) is usually an integer in the range of 1 to 10, preferably an integer in the range of 1 to 6, more preferably an integer in the range of 1 to 3. In addition, the substituents R 6 and R 7 in the general formula (18) are organic atoms other than a hydrogen atom, a hydroxyl group, an alkoxy group, a chlorine atom, or an alkoxy group having 1 to 10 carbon atoms, preferably 1 to 6 carbon atoms. It is a group.

当該アルコキシ基の例としてはメトキシ基、エトキシ基、ブトキシ基等が挙げられる。
当該炭素数1〜10のアルコキシ基以外の有機基の例としては、各種の置換又は非置換の炭化水素基が挙げられ、その具体例としては、例えばメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、シクロヘキシル基等の脂肪族炭化水素基、ビニル基、プロペニル基等の不飽和炭化水素結合含有基、フェニル基、ベンジル基やフェネチル基のような芳香族炭化水素基あるいはCFCHCH−等の含フッ素アルキル基、アミノアルキル基等の極性基置換アルキル基等が挙げられる。
Examples of the alkoxy group include a methoxy group, an ethoxy group, and a butoxy group.
Examples of the organic group other than the alkoxy group having 1 to 10 carbon atoms include various substituted or unsubstituted hydrocarbon groups, and specific examples thereof include, for example, a methyl group, an ethyl group, a propyl group, and a butyl group. An aliphatic hydrocarbon group such as a cyclohexyl group, an unsaturated hydrocarbon bond-containing group such as a vinyl group or a propenyl group, an aromatic hydrocarbon group such as a phenyl group, a benzyl group or a phenethyl group, or CF 3 CH 2 CH 2 — And a polar group-substituted alkyl group such as an aminoalkyl group.

一般式(18)中のRは水素原子又は炭素数1から20、好ましくは炭素数1から12、より好ましくは炭素数1から8の有機基である。当該有機基の例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、シクロペンチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、2−シクロヘキシル−エチル基、オクチル基、ドデシル基等の脂肪族炭化水素基;ビニル基、エチニル基、アリル基、2−シクロヘキセニル−エチル基等の不飽和炭化水素結合含有基;フェニル基、ベンジル基やフェネチル基のような芳香族炭化水素基;3,3,3−トリフルオロ−n−プロピル基等の含フッ素アルキル基やCFCFCFOCHCHCH−基のような含フッ素エーテル基のようなフッ素原子含有基;アミノプロピル基、アミノエチルアミノプロピル基、アミノエチルアミノフェネチル基、アクリロキシプロピル基、シアノプロピル等の極性置換基による部分置換炭化水素基が挙げられる。なお、一般式(18)において、同一のケイ素原子に2個以上の水素原子が同時に連結することはない。 R 8 in the general formula (18) is a hydrogen atom or an organic group having 1 to 20 carbon atoms, preferably 1 to 12 carbon atoms, more preferably 1 to 8 carbon atoms. Examples of the organic group include aliphatic hydrocarbons such as methyl group, ethyl group, propyl group, butyl group, pentyl group, cyclopentyl group, hexyl group, cyclohexyl group, 2-cyclohexyl-ethyl group, octyl group, and dodecyl group. Groups; groups containing unsaturated hydrocarbon bonds such as vinyl, ethynyl, allyl, 2-cyclohexenyl-ethyl; aromatic hydrocarbon groups such as phenyl, benzyl, and phenethyl; A fluorine atom-containing group such as a fluorine-containing alkyl group such as trifluoro-n-propyl group or a fluorine-containing ether group such as CF 3 CF 2 CF 2 OCH 2 CH 2 CH 2 ; Partially substituted carbon with polar substituents such as aminopropyl, aminoethylaminophenethyl, acryloxypropyl, cyanopropyl A hydrogen fluoride group is mentioned. In the general formula (18), two or more hydrogen atoms are not simultaneously connected to the same silicon atom.

一般式(18)で表されるケイ素原子含有基の具体的例としては、例えばトリメチルシロキシ基(MeSi―)、ジメチルフェニルシロキシ基(MePhSiO―)、ジフェニルメチルシロキシ基、フェネチルジメチルシロキシ基、ジメチル−n−ヘキシルシロキシ基、ジメチルシクロヘキシルシロキシ基、ジメチルオクチルシロキシ基、(CHSiO[Si(CHO]−(k=1から9)、2−フェニル−2,4,4,4−テトラメチルジシロキシ基(OSiPhMeOSiMe)、4,4−ジフェニル−2,2,4−トリメチルジシロキシ(OSiMeOSiMePh)、2,4−ジフェニル−2,4,4−トリメチルジシロキシ(OSiPhMeOSiPhMe)、ビニルジメチルシロキシ基、3−グリシジルプロピルジメチルシロキシ基、3−アミノプロピルジメチルシロキシ基(HNCHCHCHMeSiO−)、HNCHCHCHMe(HO)SiO−、3−(2−アミノエチルアミノ)プロピルジメチルシロキシ基(HNCHCHNHCHCHCHMeSiO−)、HNCHCHNHCHCHCHMe(HO)SiO−等が挙げられる。 Specific examples of the silicon atom-containing group represented by the general formula (18) include, for example, trimethylsiloxy group (Me 3 Si—), dimethylphenylsiloxy group (Me 2 PhSiO—), diphenylmethylsiloxy group, phenethyldimethylsiloxy. Group, dimethyl-n-hexylsiloxy group, dimethylcyclohexylsiloxy group, dimethyloctylsiloxy group, (CH 3 ) 3 SiO [Si (CH 3 ) 2 O] k- (k = 1 to 9), 2-phenyl-2 , 4,4,4-tetramethyldisiloxy group (OSiPhMeOSiMe 3 ), 4,4-diphenyl-2,2,4-trimethyldisiloxy (OSiMe 2 OSiMePh 2 ), 2,4-diphenyl-2,4,4 - trimethyl di siloxy (OSiPhMeOSiPhMe 2), vinyldimethylsiloxy , 3-glycidylpropyl dimethylsiloxy group, 3-aminopropyl dimethylsiloxy group (H 2 NCH 2 CH 2 CH 2 Me 2 SiO -), H 2 NCH 2 CH 2 CH 2 Me (HO) SiO-, 3- (2 - aminoethylamino) propyl dimethylsiloxy group (H 2 NCH 2 CH 2 NHCH 2 CH 2 CH 2 Me 2 SiO -), H 2 NCH 2 CH 2 NHCH 2 CH 2 CH 2 Me (HO) SiO- , and the like .

Figure 2007112906
Figure 2007112906

一般式(19)において、Raは炭素数1〜10の2価の炭化水素基であり、炭素数としては、好ましくは2〜6の範囲であり、特に好ましくは2または3である。Raの具体例としては、例えば、−CHCH−、−CHCHCH−、−(CH2)−(m=4〜10)等のアルキレン基があげられる。
一般式(19)におけるR,R,Rの定義は、それぞれ一般式(13)中のR,R,Rと同じである。また、R,R10の定義は、R,Rと同じである。n’ は、0または1〜9の範囲の整数であるが、好ましくは0または1〜5の範囲の整数、特に好ましくは0、1または2である。
In General formula (19), Ra is a C1-C10 bivalent hydrocarbon group, As carbon number, Preferably it is the range of 2-6, Most preferably, it is 2 or 3. Specific examples of Ra include alkylene groups such as —CH 2 CH 2 —, —CH 2 CH 2 CH 2 —, and — (CH 2 ) m — (m = 4 to 10).
Definition of R 6, R 7, R 8 in the general formula (19) is the same as R 6, R 7, R 8 in the general formula (13), respectively. The definitions of R 9 and R 10 are the same as R 6 and R 7 . n ′ is 0 or an integer in the range of 1 to 9, preferably 0 or an integer in the range of 1 to 5, particularly preferably 0, 1 or 2.

本発明には一般式(a)及び/又は一般式(b)で代表される広範な構造の籠状シルセスキオキサン及び/又はその部分開裂構造体が使用される。一般式(a)及び一般式(b)において一分子中の複数のR、X、Y及びZはそれぞれ同じでも異なっていても良い。
本発明者らは、ポリフェニレンエーテル樹脂(C)に特定の籠状シルセスキオキサンおよびその部分開裂構造体を混合することにより、当該樹脂組成物の溶融流動性が飛躍的に向上することを既に見出している(WO2002/059208)。
In the present invention, a wide range of caged silsesquioxanes represented by the general formula (a) and / or the general formula (b) and / or partially cleaved structures thereof are used. In general formula (a) and general formula (b), a plurality of R, X, Y and Z in one molecule may be the same or different.
The present inventors have already shown that the melt fluidity of the resin composition is remarkably improved by mixing the specific cage silsesquioxane and the partially cleaved structure thereof with the polyphenylene ether resin (C). (WO2002 / 059208).

イオン交換基を有する高分子化合物(A)、ポリフェニレンスルフィド樹脂(B)およびポリフェニレンエーテル樹脂(C)を含有する高分子電解質組成物が籠状シルセスキオキサンおよびその部分開裂構造体(D)を含有することで、高分子電解質組成物中におけるポリフェニレンエーテル樹脂の溶融流動性が向上して粒子分散性が向上し、その結果、高分子電解質組成物およびこの組成物からなるプロトン交換膜のさらなる耐久性向上が実現される。   A polymer electrolyte composition containing a polymer compound (A) having an ion exchange group, a polyphenylene sulfide resin (B), and a polyphenylene ether resin (C) has a cage silsesquioxane and a partially cleaved structure (D) thereof. By containing, the melt fluidity of the polyphenylene ether resin in the polymer electrolyte composition is improved and the particle dispersibility is improved. As a result, the polymer electrolyte composition and the proton exchange membrane made of this composition are further durable. Improvement is realized.

なお、本発明では、ポリフェニレンエーテル樹脂(C)と籠状シルセスキオキサンおよびその部分開裂構造体(D)とをあらかじめ混合させてから、イオン交換基を有する高分子化合物(A)とポリフェニレンスルフィド樹脂(B)とに添加、混合して、本発明の組成物とすることが好ましい。もちろん、イオン交換基を有する高分子化合物(A)、ポリフェニレンスルフィド樹脂(B)、ポリフェニレンエーテル樹脂(C)、籠状シルセスキオキサンおよびその部分開裂構造体(D)を同時に混合、あるいは任意の順序にて逐次混合して本発明の組成物としても同等の効果を得ることができる。   In the present invention, the polyphenylene ether resin (C) is mixed with the cage silsesquioxane and its partially cleaved structure (D) in advance, and then the polymer compound (A) having an ion exchange group and the polyphenylene sulfide are mixed. The composition of the present invention is preferably added to and mixed with the resin (B). Of course, the polymer compound (A) having an ion exchange group, the polyphenylene sulfide resin (B), the polyphenylene ether resin (C), the cage silsesquioxane and the partial cleavage structure (D) thereof are mixed at the same time, or any The same effect can be obtained by sequentially mixing in order as the composition of the present invention.

本発明の籠状シルセスキオキサンは例えばBrownらのJ.Am.Chem.Soc.1965,87,4313や、FeherらのJ.Am.Chem.Soc.1989,111,1741あるいはOrganometallics 1991,10,2526などの方法で合成することができる。例えばシクロヘキシルトリエトキシシランを水/メチルイソブチルケトン中で触媒にテトラメチルアンモニウムヒドロキサイドを加えて反応させることにより結晶として得られる。また一般式(13)(X=OH)、一般式(15)(X=OH)、一般式(16)(X=OH)で表されるトリシラノール体及びジシラノール体は完全縮合型の籠状シルセスキオキサンを製造する際に同時に生成するか、一度完全縮合型の籠状シルセスキオキサンからトリフルオロ酸やテトラエチルアンモニウムヒドロキサイドによって部分切断することでも合成できる(FeherらのChem.Commun.,1998,1279参照)。また、さらに、一般式(13)(X=OH)の化合物は、RSiT(T=Clまたはアルコキシル基)型化合物から、直接合成することも出来る。 The cage silsesquioxanes of the present invention are described, for example, in Brown et al. Am. Chem. Soc. 1965, 87, 4313, and Feher et al. Am. Chem. Soc. 1989, 111, 1741 or Organometallics 1991, 10, 2526. For example, it can be obtained as crystals by reacting cyclohexyltriethoxysilane in water / methyl isobutyl ketone with addition of tetramethylammonium hydroxide as a catalyst. Further, the trisilanol body and the disilanol body represented by the general formula (13) (X = OH), the general formula (15) (X = OH), and the general formula (16) (X = OH) are in a completely condensed cage shape. It can be synthesized simultaneously with the production of silsesquioxane, or can be synthesized by partially cleaving once from a fully condensed cage silsesquioxane with trifluoroacid or tetraethylammonium hydroxide (Feher et al., Chem. Commun. , 1998, 1279). Furthermore, the compound of the general formula (13) (X = OH) can also be directly synthesized from the RSiT 3 (T = Cl or alkoxyl group) type compound.

一般式(7)で8個のRのうち、1個のRのみ異なった置換基R´を導入する方法としては一般式(13)(X=OH)で表されるトリシラノール化合物とR´SiCl、R´Si(OMe)、R´Si(OEt)等を反応させて合成する方法が挙げられる。そのような合成法の具体例としては、例えば一般式(13)(R=シクロヘキシル基、X=OH)で表される籠状シルセスキオキサンの部分開裂構造体を上記の方法で合成した後、テトラヒドロフラン溶液中で、HSiCl1当量と一般式(13)(R=シクロヘキシル、X=OH)で表される籠状シルセスキオキサンの部分開裂構造体1当量の混合物に、3当量のトリエチルアミンを加えることによって合成することができる(例えばBrownらのJ.Am.Chem.Soc.1965,87,4313参照)。 Among the eight Rs in the general formula (7), a method of introducing a substituent R ′ that differs only by one R is a trisilanol compound represented by the general formula (13) (X═OH) and R ′. Examples include a method of reacting SiCl 3 , R′Si (OMe) 3 , R′Si (OEt) 3 and the like to synthesize. As a specific example of such a synthesis method, for example, a partially cleaved silsesquioxane structure represented by the general formula (13) (R = cyclohexyl group, X = OH) is synthesized by the above method. In a tetrahydrofuran solution, 3 equivalents of triethylamine were added to a mixture of 1 equivalent of HSiCl 3 and 1 equivalent of a partially cleaved structure of caged silsesquioxane represented by the general formula (13) (R = cyclohexyl, X═OH). (See, for example, Brown et al., J. Am. Chem. Soc. 1965, 87, 4313).

一般式(B)で示される籠状シルセスキオキサンの部分開裂構造体で、Xとしてケイ素原子含有基を導入する方法の具体例としては、例えば一般式(13)(R=シクロヘキシル基、X=OH)で示される籠状シルセスキオキサンの部分開裂構造体1当量対して、テトラヒドロフラン中で、3当量のトリエチルアミンと3当量のトリメチルクロロシランを加えることによって、XとしてMeSiO―基を導入した化合物を製造する方法が挙げられる(例えばJ.Am.Chem.Soc.1989,111,1741参照)。 Specific examples of the method for introducing a silicon atom-containing group as X in the partially cleaved silsesquioxane structure represented by the general formula (B) include, for example, the general formula (13) (R = cyclohexyl group, X Me 3 SiO— group is introduced as X by adding 3 equivalents of triethylamine and 3 equivalents of trimethylchlorosilane in tetrahydrofuran to 1 equivalent of a partially cleaved silsesquioxane structure represented by = OH) (For example, refer to J. Am. Chem. Soc. 1989, 111, 1741).

本発明の籠状シルセスキオキサンの構造解析は、X線構造解析(LarssonらのAlkiv Kemi 16,209(1960))で行うことができるが、簡易的には赤外吸収スペクトルやNMRを用いて同定を行うことができる(例えばVogtらのInorga.Chem.2,189(1963)参照)。
本発明に用いられる籠状シルセスキオキサンあるいは籠状シルセスキオキサンの部分開裂構造体はそれぞれ単独で用いても良いし、2種類以上の混合物として用いても良い。また更に籠状シルセスキオキサン及び籠状シルセスキオキサンの部分開裂構造体を混合して使用しても良い。
The structural analysis of the cage silsesquioxane of the present invention can be performed by X-ray structural analysis (Larson et al., Alkiv Kemi 16,209 (1960)), but simply using an infrared absorption spectrum or NMR. (See, for example, Vogt et al., Inorga. Chem. 2, 189 (1963)).
The cage silsesquioxane or the partially cleaved structure of cage silsesquioxane used in the present invention may be used alone or as a mixture of two or more. Further, a cage-shaped silsesquioxane and a partially-cleavage structure of cage-shaped silsesquioxane may be mixed and used.

また、本発明に用いられる籠状シルセスキオキサン、籠状シルセスキオキサンの部分開裂構造体、又はその混合物はそれ以外の他の構造の有機ケイ素系化合物と組み合わせで使用しても良い。この場合の他の構造の有機ケイ素系化合物の例としては、例えば、ポリジメチルシリコーン、ポリジメチル/メチルフェニルシリコーン、アミノ基や水酸基等の極性置換基を含有した置換シリコーン化合物、無定形ポリメチルシルセスキオキサン、各種ラダー型シルセスキオキサン等が挙げられる。その場合の混合物の組成比の制限は特にないが、通常は上記混合物における籠状シルセスキオキサンあるいは/およびその部分開裂構造体の割合は、好ましくは10重量%以上で使用され、より好ましくは30重量%以上で使用され、特に好ましくは50重量%以上で使用される。   Moreover, you may use the cage | basket silsesquioxane used for this invention, the partial cleavage structure of cage | basket silsesquioxane, or its mixture in combination with the organosilicon compound of another structure. Examples of organosilicon compounds having other structures in this case include, for example, polydimethyl silicone, polydimethyl / methylphenyl silicone, substituted silicone compounds containing polar substituents such as amino groups and hydroxyl groups, and amorphous polymethylsil Examples thereof include sesquioxane and various ladder-type silsesquioxanes. In that case, the composition ratio of the mixture is not particularly limited, but usually the ratio of the cage silsesquioxane or / and the partially cleaved structure in the mixture is preferably 10% by weight or more, and more preferably It is used at 30% by weight or more, particularly preferably at 50% by weight or more.

本発明に使用される一般式(a)、(b)及び(6)から(17)で表される籠状シルセスキオキサンあるいは籠状シルセスキオキサンの部分開裂構造体の替わりに、籠を形成していない無定形なポリシルセスキオキサンをポリフェニレンエーテル系樹脂組成物の添加剤として用いた場合は、溶融流動性向上や難燃性向上の効果が小さい。   Instead of the cage silsesquioxane represented by the general formulas (a), (b) and (6) to (17) used in the present invention, or a partially cleaved structure of cage silsesquioxane, When an amorphous polysilsesquioxane that does not form a polymer is used as an additive for a polyphenylene ether-based resin composition, the effects of improving melt fluidity and flame retardancy are small.

本発明の高分子電解質組成物は、上述した、イオン交換基を有する高分子化合物(A)、ポリフェニレンスルフィド樹脂(B)、ポリフェニレンエーテル樹脂(C)と籠状シルセスキオキサンまたは籠状シルセスキオキサンの部分開裂構造体(D)からなる組成物である。このような本発明の高分子電解質組成物およびこの組成物からなるプロトン交換膜は、イオン交換基を有する高分子化合物(A)単独の場合と比べても、ポリフェニレンスルフィド樹脂(B)、ポリフェニレンエーテル樹脂(C)、籠状シルセスキオキサンまたは籠状シルセスキオキサンの部分開裂構造体(D)を、それぞれ単独にイオン交換基を有する高分子化合物(A)に含有させた場合に比べても、その耐久性が著しく向上する。さらに驚くべきことに、本発明の高分子電解質組成物は、イオン交換基を有する高分子化合物(A)に本発明で用いた樹脂を含めた多くの樹脂を本発明以外の様々な組み合わせで含有させた場合と比べても、その耐久性が著しく向上する。   The polymer electrolyte composition of the present invention includes the above-described polymer compound (A) having an ion exchange group, polyphenylene sulfide resin (B), polyphenylene ether resin (C), and cage silsesquioxane or cage silsesquioxane. It is a composition which consists of a partial cleavage structure (D) of oxane. Such a polyelectrolyte composition of the present invention and a proton exchange membrane comprising the composition include a polyphenylene sulfide resin (B), a polyphenylene ether, as compared with the polymer compound (A) having an ion exchange group alone. Compared to the case where the resin (C), the cage silsesquioxane or the partially cleaved structure (D) of the cage silsesquioxane is contained in the polymer compound (A) having an ion exchange group, respectively. However, its durability is remarkably improved. Surprisingly, the polymer electrolyte composition of the present invention contains many resins including the resin used in the present invention in the polymer compound (A) having an ion exchange group in various combinations other than the present invention. The durability is remarkably improved as compared with the case of making them.

次に、本発明の高分子電解質組成物中のイオン交換基を有する高分子化合物(A)、ポリフェニレンスルフィド樹脂(B)、ポリフェニレンエーテル樹脂(C)、籠状シルセスキオキサンまたは籠状シルセスキオキサンの部分開裂構造体(D)の組成比について説明する。
本発明の高分子電解質組成物は、上記した、ポリフェニレンスルフィド樹脂(B)とポリフェニレンエーテル樹脂(C)との重量比がB/C=1/99〜99/1であることが好ましい。さらに好ましくは、B/C=20/80〜95/5、最も好ましくはB/C=30/70〜90/10の重量比である。
Next, the polymer compound (A) having an ion exchange group, polyphenylene sulfide resin (B), polyphenylene ether resin (C), cage silsesquioxane or cage silsesquioxane in the polymer electrolyte composition of the present invention. The composition ratio of the partial cleavage structure (D) of oxane will be described.
In the polymer electrolyte composition of the present invention, the weight ratio of the polyphenylene sulfide resin (B) to the polyphenylene ether resin (C) is preferably B / C = 1/99 to 99/1. More preferably, the weight ratio is B / C = 20/80 to 95/5, and most preferably B / C = 30/70 to 90/10.

また、ポリフェニレンスルフィド樹脂(B)、ポリフェニレンエーテル樹脂(C)とイオン交換基を有する高分子化合物(A)との重量比((B+C)/A)は99/1〜0.01/99.99であることが好ましい。プロトン導電性と耐久性のバランスから、(B+C)/Aは90/10〜0.05/99.95がより好ましく、70/30〜0.1/99.9がさらに好ましく、50/50〜1/99が特に好ましく、30/70〜5/95が最も好ましい。   Moreover, the weight ratio ((B + C) / A) of the polyphenylene sulfide resin (B), the polyphenylene ether resin (C) and the polymer compound (A) having an ion exchange group is 99/1 to 0.01 / 99.99. It is preferable that From the balance between proton conductivity and durability, (B + C) / A is more preferably 90/10 to 0.05 / 99.95, further preferably 70/30 to 0.1 / 99.9, and 50/50 to 1/99 is particularly preferable, and 30/70 to 5/95 is most preferable.

また、ポリフェニレンエーテル樹脂(C)と籠状シルセスキオキサンまたは籠状シルセスキオキサンの部分開裂構造体(D)との重量比(C/D)は、99.9/0.1〜10/90であることが好ましい。より好ましくは99.9/0.1〜50/50、さらに好ましくは99.5/0.5〜70/30、特に好ましくは99/1〜85/15の重量比である。籠状シルセスキオキサンまたは籠状シルセスキオキサンの部分開裂構造体(D)の重量比が上記範囲より少ない場合は溶融流動性向上に対する効果が小さくなる傾向があり、また上記範囲より多い場合には機械的強度などの物性が下がる傾向があるため好ましくはない。   The weight ratio (C / D) of the polyphenylene ether resin (C) to the cage silsesquioxane or the partially cleaved structure (D) of cage silsesquioxane is 99.9 / 0.1 to 10 / 90 is preferable. The weight ratio is more preferably 99.9 / 0.1 to 50/50, further preferably 99.5 / 0.5 to 70/30, and particularly preferably 99/1 to 85/15. When the weight ratio of the cage silsesquioxane or the partially cleaved structure (D) of the cage silsesquioxane is less than the above range, the effect of improving the melt fluidity tends to be small, and when the weight ratio is more than the above range Is not preferred because the physical properties such as mechanical strength tend to decrease.

本発明の高分子電解質組成物は、さらにエポキシ基含有化合物(E)を含有することが好ましい。イオン交換基を有する高分子化合物(A)、ポリフェニレンスルフィド樹脂(B)、ポリフェニレンエーテル樹脂(C)および籠状シルセスキオキサンまたは籠状シルセスキオキサンの部分開裂構造体(D)を含有する高分子電解質組成物が、エポキシ基含有化合物(E)を含有することで、高分子電解質組成物中の粒子分散性が向上し、その結果、高分子電解質組成物およびこの組成物からなるプロトン交換膜のさらなる耐久性向上が実現される。   The polymer electrolyte composition of the present invention preferably further contains an epoxy group-containing compound (E). Contains a polymer compound (A) having an ion exchange group, a polyphenylene sulfide resin (B), a polyphenylene ether resin (C) and a cage silsesquioxane or a partially cleaved structure (D) of cage silsesquioxane. When the polymer electrolyte composition contains the epoxy group-containing compound (E), the particle dispersibility in the polymer electrolyte composition is improved. As a result, the polymer electrolyte composition and proton exchange comprising the composition are exchanged. A further improvement in the durability of the membrane is realized.

本発明で用いられるエポキシ基含有化合物(E)は、エポキシ基を有する化合物であれば特に限定されず、例えば、エポキシ基を含有する低分子化合物、エポキシ基を有する不飽和モノマーの単独重合体または共重合体(F)、およびエポキシ樹脂(G)などが挙げられる。高分子化合物の方が高温での取り扱いが容易なことから、エポキシ基を有する不飽和モノマーの単独重合体または共重合体(F)およびエポキシ樹脂(G)が好ましい。   The epoxy group-containing compound (E) used in the present invention is not particularly limited as long as it is a compound having an epoxy group. For example, a low molecular compound containing an epoxy group, a homopolymer of an unsaturated monomer having an epoxy group, or A copolymer (F), an epoxy resin (G), etc. are mentioned. Since the polymer compound is easier to handle at high temperature, a homopolymer or copolymer (F) of an unsaturated monomer having an epoxy group and an epoxy resin (G) are preferred.

上記のエポキシ基を含有する低分子化合物としては、200℃で固体か液体であるものが好ましく、具体的には、1,2−エポキシ−3−フェノキシプロパン、N−(2,3−エポキシプロピル)フタルイミド、3,4−エポキシテトラヒドロチオフェン−1,1−ジオキサイド、グリシジル4−ノニルフェニルエーテル、グリシジルトシレート、グリシジルトリチルエーテルなどが挙げられる。   The low molecular weight compound containing an epoxy group is preferably a solid or liquid at 200 ° C., specifically, 1,2-epoxy-3-phenoxypropane, N- (2,3-epoxypropyl). ) Phthalimide, 3,4-epoxytetrahydrothiophene-1,1-dioxide, glycidyl 4-nonylphenyl ether, glycidyl tosylate, glycidyl trityl ether, and the like.

本発明で用いられるエポキシ基を有する不飽和モノマーの単独重合体または共重合体(F)を構成するエポキシ基を有する不飽和モノマーとしては、エポキシ基を有する不飽和モノマーであれば別に制限されず、例えば、グリシジルメタアクリレート、グリシジルアクリレート、ビニルグリシジルエーテル、ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートのグリシジルエーテル、ポリアルキレングリコール(メタ)アクリレートのグリシジルエーテル、グリシジルイタコネート等が挙げられる。これらの中でもグリシジルメタアクリレートが好ましい。   The unsaturated monomer having an epoxy group constituting the homopolymer or copolymer (F) of the unsaturated monomer having an epoxy group used in the present invention is not limited as long as it is an unsaturated monomer having an epoxy group. Examples thereof include glycidyl methacrylate, glycidyl acrylate, vinyl glycidyl ether, glycidyl ether of hydroxyalkyl (meth) acrylate, glycidyl ether of polyalkylene glycol (meth) acrylate, glycidyl itaconate and the like. Among these, glycidyl methacrylate is preferable.

エポキシ基を有する不飽和モノマーの共重合体の場合、上記エポキシ基を有する不飽和モノマーと共重合する他の不飽和モノマーとしては、スチレン等のビニル芳香族化合物、アクリロニトリル等のシアン化ビニルモノマー、酢酸ビニル、(メタ)アクリル酸エステル等が好ましい。これら共重合可能な不飽和モノマーを共重合して得られる共重合体の例として、例えば、スチレン-グリシジルメタクリレート共重合体、スチレン-グリシジルメタクリレート-メチルメタクリレート共重合体、スチレン-グリシジルメタクリレート-アクリロニトリル共重合体等が挙げられる。   In the case of a copolymer of an unsaturated monomer having an epoxy group, other unsaturated monomers copolymerized with the unsaturated monomer having an epoxy group include vinyl aromatic compounds such as styrene, vinyl cyanide monomers such as acrylonitrile, Vinyl acetate, (meth) acrylic acid ester and the like are preferable. Examples of copolymers obtained by copolymerizing these copolymerizable unsaturated monomers include, for example, styrene-glycidyl methacrylate copolymer, styrene-glycidyl methacrylate-methyl methacrylate copolymer, styrene-glycidyl methacrylate-acrylonitrile copolymer. A polymer etc. are mentioned.

本発明で用いられるエポキシ樹脂(G)は、例えば、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールS型エポキシ樹脂、ヒンダトイン型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂およびフェノールノボラック型エポキシ樹脂が挙げられる。これらから選ばれる1種または2種以上を混合して用いることもできる。その中でもクレゾールノボラック型エポキシ樹脂およびビスフェノールA型エポキシ樹脂が好ましく、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂が特に好ましい。   The epoxy resin (G) used in the present invention is, for example, a cresol novolac type epoxy resin, a bisphenol A type epoxy resin, a bisphenol F type epoxy resin, a bisphenol S type epoxy resin, a hindered-in type epoxy resin, a biphenyl type epoxy resin, or an alicyclic ring. And epoxy epoxy resin, triphenylmethane type epoxy resin and phenol novolac type epoxy resin. One or more selected from these may be used in combination. Among them, cresol novolac type epoxy resins and bisphenol A type epoxy resins are preferable, and cresol novolac type epoxy resins are particularly preferable.

本発明では、ポリフェニレンエーテル樹脂(C)とエポキシ樹脂(G)をあらかじめ混合、反応させて添加することができる。即ち、ポリフェニレンエーテル樹脂(C)として、ポリフェニレンエーテル樹脂とエポキシ樹脂とが反応して得られたエポキシ変性ポリフェニレンエーテル樹脂(H)を用いることができる。勿論、(A)成分および(B)成分と共にポリフェニレンエーテル樹脂(C)とエポキシ樹脂(G)を混合して本発明の組成物とした後に、後述するような条件下でポリフェニレンエーテル樹脂(C)とエポキシ樹脂(G)とを反応させてもよい。
ポリフェニレンエーテル樹脂(C)としてエポキシ変性ポリフェニレンエーテル樹脂(H)を用いることにより、得られた高分子電解質組成物の分散性が向上し、その結果、高分子電解質組成物およびこの組成物からなるプロトン交換膜の耐久性はさらに向上する。
In the present invention, the polyphenylene ether resin (C) and the epoxy resin (G) can be added by mixing and reacting in advance. That is, an epoxy-modified polyphenylene ether resin (H) obtained by reacting a polyphenylene ether resin and an epoxy resin can be used as the polyphenylene ether resin (C). Of course, after the polyphenylene ether resin (C) and the epoxy resin (G) are mixed together with the components (A) and (B) to obtain the composition of the present invention, the polyphenylene ether resin (C) is used under the conditions described later. And the epoxy resin (G) may be reacted.
By using the epoxy-modified polyphenylene ether resin (H) as the polyphenylene ether resin (C), the dispersibility of the obtained polymer electrolyte composition is improved, and as a result, the polymer electrolyte composition and protons comprising this composition are improved. The durability of the exchange membrane is further improved.

エポキシ変性ポリフェニレンエーテル樹脂(H)の製造方法は、反応温度が100〜250℃であることが好ましい。より好ましくは120〜195℃、さらに好ましくは140〜190℃の範囲である。また反応時間は3時間未満が好ましく、より好ましくは2時間以内、特に好ましくは40分以内である。
エポキシ変性ポリフェニレンエーテル樹脂(H)の製造に用いる反応器は、ポリフェニレンエーテル樹脂とエポキシ樹脂を均一に混合、攪拌または混練できるものが好ましく、粘度が高い場合は二軸押出機、ニーダー等の混練機を用いることができる。その製造方法は連続反応プロセス、バッチ反応プロセス、セミバッチ反応プロセスのいずれのプロセス形態を用いることができる。
In the method for producing the epoxy-modified polyphenylene ether resin (H), the reaction temperature is preferably 100 to 250 ° C. More preferably, it is 120-195 degreeC, More preferably, it is the range of 140-190 degreeC. The reaction time is preferably less than 3 hours, more preferably within 2 hours, particularly preferably within 40 minutes.
The reactor used for the production of the epoxy-modified polyphenylene ether resin (H) is preferably one that can uniformly mix, stir or knead the polyphenylene ether resin and the epoxy resin. If the viscosity is high, a kneader such as a twin screw extruder or kneader Can be used. The manufacturing method can use any process form of a continuous reaction process, a batch reaction process, and a semi-batch reaction process.

エポキシ変性ポリフェニレンエーテル樹脂(H)の製造方法では、反応速度の向上や副反応抑制、反応組成物の構造制御の観点から、反応系に塩基性化合物を添加することができる。塩基性化合物の具体例としては、リチウム、ナトリウム、カリウム、ナトリウムメチラート、ナトリウムエチラート、トリエチルアミンやトリブチルアミン等の3級アミン、イミダゾール、ナトリウムフェノキシド、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム等が挙げられる。これらの中でもナトリウムメチラート、トリエチルアミン、トリブチルアミン、水酸化ナトリウム等が好ましい。上記塩基性化合物の他にも4級アンモニウム塩も触媒として用いることができる。   In the method for producing the epoxy-modified polyphenylene ether resin (H), a basic compound can be added to the reaction system from the viewpoint of improving the reaction rate, suppressing side reactions, and controlling the structure of the reaction composition. Specific examples of basic compounds include lithium, sodium, potassium, sodium methylate, sodium ethylate, tertiary amines such as triethylamine and tributylamine, imidazole, sodium phenoxide, lithium hydroxide, sodium hydroxide, potassium hydroxide, Examples include potassium carbonate and sodium carbonate. Among these, sodium methylate, triethylamine, tributylamine, sodium hydroxide and the like are preferable. In addition to the above basic compounds, quaternary ammonium salts can also be used as catalysts.

なお、本発明では(A)〜(H)の各成分は、いずれも2種類以上の化合物で構成されていてもよい。例えば、ポリフェニレンスルフィド樹脂(B)として、ポリフェニレンスルフィドとスルホン化したポリフェニレンスルフィドの混合物を用いる例などが挙げられる。また、ポリフェニレンエーテル樹脂(C)として、ポリフェニレンエーテル樹脂(C)として、ポリ(2,6-ジメチル-1,4-フェニレンエーテル)とポリ(2-メチル-6-エチル-1,4-フェニレンエーテル)との混合物を用いる例や、ポリ(2,6-ジメチル-1,4-フェニレンエーテル)とスルホン酸基を導入したポリ(2,6-ジメチル-1,4-フェニレンエーテル)の混合物を用いる例などが挙げられる。   In the present invention, each of the components (A) to (H) may be composed of two or more kinds of compounds. For example, the polyphenylene sulfide resin (B) includes an example using a mixture of polyphenylene sulfide and sulfonated polyphenylene sulfide. Also, as polyphenylene ether resin (C), polyphenylene ether resin (C), poly (2,6-dimethyl-1,4-phenylene ether) and poly (2-methyl-6-ethyl-1,4-phenylene ether) ) Or a mixture of poly (2,6-dimethyl-1,4-phenylene ether) and poly (2,6-dimethyl-1,4-phenylene ether) into which a sulfonic acid group is introduced is used. Examples are given.

本発明の高分子電解質組成物については、必要に応じて酸化防止剤や老化防止剤、重金属不活性化剤、難燃剤等の各種添加剤を添加することができる。本発明の高分子電解質組成物と添加剤との重量比(電解質組成物/添加剤)は80/20〜99.999/0.001であることが好ましく、より好ましくは90/10〜99.99/0.01、さらに好ましくは95/5〜99.9/0.1である。   About the polymer electrolyte composition of this invention, various additives, such as antioxidant, antioxidant, a heavy metal deactivator, a flame retardant, can be added as needed. The weight ratio of the polymer electrolyte composition of the present invention to the additive (electrolyte composition / additive) is preferably 80/20 to 99.999 / 0.001, more preferably 90/10 to 99.99. 99 / 0.01, more preferably 95/5 to 99.9 / 0.1.

次に、本発明の高分子電解質組成物の作製方法について説明する。前述の成分(A)〜(H)の中から選ばれた成分を混合して本発明の高分子電解質組成物を得るわけであるが、その方法は特に限定されず、一般的な高分子組成物の混合方法が好適に適用できる。   Next, a method for producing the polymer electrolyte composition of the present invention will be described. The polymer electrolyte composition of the present invention is obtained by mixing the components selected from the aforementioned components (A) to (H), but the method is not particularly limited, and a general polymer composition The mixing method of the product can be suitably applied.

例えば、イオン交換基を有する高分子化合物(A)またはその前駆体ポリマーと、(B)〜(H)成分から選ばれた成分を熱溶融して、混練押出機、ラボプラストミル、混練ロール、バンバリーミキサー等で混練する方法が挙げられる。また、あらかじめ(B)〜(H)成分から選ばれた成分を熱溶融して、混練押出機、ラボプラストミル、混練ロール、バンバリーミキサー等で混練して混合物を得てから、この混合物とイオン交換基を有する高分子化合物(A)またはその前駆体ポリマーとを同様に混練して最終的な高分子電解質組成物を得ることも出来る。混練の組み合わせや順番は任意に行なうことが出来る。なお、イオン交換基を有する高分子化合物(A)の代わりにその前駆体ポリマーを用いた場合は、混練後にアルカリ加水分解処理および酸処理を行ってイオン交換基を有する形態に変換することで本発明の高分子電解質組成物を得ることができる。   For example, a polymer compound (A) having an ion exchange group or a precursor polymer thereof, and components selected from the components (B) to (H) are thermally melted, and a kneading extruder, a lab plast mill, a kneading roll, The method of kneading with a Banbury mixer etc. is mentioned. In addition, the components selected from the components (B) to (H) are heat-melted in advance and kneaded with a kneading extruder, a lab plast mill, a kneading roll, a Banbury mixer or the like to obtain a mixture. The polymer compound (A) having an exchange group or a precursor polymer thereof can be similarly kneaded to obtain a final polymer electrolyte composition. The combination and order of kneading can be performed arbitrarily. In addition, when the precursor polymer is used in place of the polymer compound (A) having an ion exchange group, it is converted into a form having an ion exchange group by performing an alkali hydrolysis treatment and an acid treatment after kneading. The polymer electrolyte composition of the invention can be obtained.

この時の混練の方法は、ブラベンダー、ニーダー、バンバリーミキサーおよび押出機などの従来公知の技術によって達成される。特に押出機を用いると、得られた高分子電解質組成物において、イオン交換基を有する高分子化合物(A)中に他の成分を微分散させることが容易にできるので好ましい。   The kneading method at this time is achieved by a conventionally known technique such as a Brabender, a kneader, a Banbury mixer, and an extruder. In particular, it is preferable to use an extruder because the obtained polymer electrolyte composition can easily finely disperse other components in the polymer compound (A) having an ion exchange group.

本発明で用いられる高分子電解質組成物を工業的に容易に得る方法として最も好ましい実施態様としては、上記した各成分を溶融混練するための押出機が、ニーディングブロックをスクリューの任意の位置に組み込むことが可能な二軸以上の多軸押出機であり、用いるスクリューの全ニーディングブロック部分を実質的に(L/D)≧1.5、さらに好ましくは(L/D)≧5(ここで、Lはニーディングブロックの合計長さ、Dはニーディングブロックの最大外径を表す)に組み込み、かつ、(π・D・N/h)≧50〔ここで、π=3.14、D=メタリングゾーンに相当するスクリュー外径、N=スクリュー回転数(回転/秒)、h=メタリングゾーンの溝深さ〕を満たす。これらの押出機は、原料の流れ方向に対し上流側に第一原料供給口、これより下流に第二原料供給口を有し、必要に応じて、第二原料供給口より下流にさらに1つ以上の原料供給口を設けてもよく、さらに必要に応じて、これら原料供給口の間に真空ベント口を設けてもよい。   As a most preferred embodiment as a method for industrially easily obtaining the polymer electrolyte composition used in the present invention, an extruder for melting and kneading each of the above-mentioned components has a kneading block at an arbitrary position of a screw. It is a multi-screw extruder having two or more screws that can be incorporated, and the entire kneading block portion of the screw used is substantially (L / D) ≧ 1.5, more preferably (L / D) ≧ 5 (here L is the total length of the kneading block, D is the maximum outside diameter of the kneading block), and (π · D · N / h) ≧ 50 (where π = 3.14, D = screw outer diameter corresponding to the metering zone, N = screw rotation speed (rotation / second), h = groove depth of the metering zone]. These extruders have a first raw material supply port on the upstream side with respect to the flow direction of the raw material, a second raw material supply port on the downstream side, and if necessary, one more downstream on the downstream side of the second raw material supply port. The above raw material supply ports may be provided, and a vacuum vent port may be provided between these raw material supply ports as necessary.

また、イオン交換基を有する高分子化合物(A)またはその前駆体ポリマーの溶液と、(B)〜(H)成分の各溶液を混合して溶液を作成した後に、溶媒を除去する方法も挙げられる。この場合も、イオン交換基を有する高分子化合物(A)の溶液の代わりにその前駆体ポリマーの溶液を用いた場合は、溶媒を除去した後、アルカリ加水分解処理および酸処理を行ってイオン交換基を有する形態に変換することで本発明の高分子電解質組成物を得ることが出来る。   In addition, a method of removing the solvent after preparing a solution by mixing a solution of the polymer compound (A) having an ion exchange group or a precursor polymer thereof with each solution of the components (B) to (H) is also mentioned. It is done. Also in this case, when the precursor polymer solution was used in place of the polymer compound (A) solution having an ion exchange group, the solvent was removed, and then ion exchange was performed by alkali hydrolysis treatment and acid treatment. The polymer electrolyte composition of the present invention can be obtained by converting to a form having a group.

上記のような方法で本発明の高分子電解質組成物を得ることが出来るが、本発明ではイオン交換基を有する高分子化合物(A)中に、他の成分が微分散している構造を少なくとも有することにより、高寿命化等の本発明の効果が得られる。つまり、イオン交換基を有する高分子化合物(A)中に、他の成分からなる粒子が円換算平均粒子径で0.0001μm以上1μm以下、好ましくは0.0001μm以上0.8μm以下、さらに好ましくは0.0001μm以上0.5μm以下、特に好ましくは0.0001μm以上0.3μm以下で分散している構造を有することが好適である。組成物の全ての領域で上記範囲を満たすことは必ずしも必要ではなく、組成物全領域の50〜100%が上記範囲を満たしていればよい。   The polymer electrolyte composition of the present invention can be obtained by the method as described above. In the present invention, at least a structure in which other components are finely dispersed in the polymer compound (A) having an ion exchange group is used. By having it, the effects of the present invention such as a longer life can be obtained. That is, in the polymer compound (A) having an ion exchange group, the particles composed of other components have a circular average particle diameter of 0.0001 μm to 1 μm, preferably 0.0001 μm to 0.8 μm, more preferably It is preferable to have a structure in which it is dispersed in a range of 0.0001 μm to 0.5 μm, particularly preferably 0.0001 μm to 0.3 μm. It is not always necessary to satisfy the above range in all regions of the composition, as long as 50 to 100% of the entire region of the composition satisfies the above range.

また、(A)成分が他の成分からなる分散粒子の内部に入り込んでいる構造を有してもかまわない。ただし、このときも分散粒子の粒子径は円換算平均粒子径で0.0001μm以上1μm以下、好ましくは0.0001μm以上0.8μm以下、さらに好ましくは0.0001μm以上0.5μm以下、特に好ましくは0.0001μm以上0.3μm以下であることが高寿命化の観点から好適である。
そして、後述するプロトン交換膜中でも上記のような微分散構造を少なくとも有することが好適である。
Moreover, you may have a structure where (A) component has penetrated the inside of the dispersion particle which consists of another component. However, also at this time, the particle diameter of the dispersed particles is 0.0001 μm or more and 1 μm or less, preferably 0.0001 μm or more and 0.8 μm or less, more preferably 0.0001 μm or more and 0.5 μm or less, particularly preferably in terms of a circle-converted average particle diameter The thickness is preferably 0.0001 μm or more and 0.3 μm or less from the viewpoint of extending the life.
And it is suitable to have at least the fine dispersion structure as described above even in the proton exchange membrane described later.

このような微分散構造は、材料の組成、加工時の各種条件等によりコントロールすることができる。より具体的には、材料の組成では各成分の組み合わせと量比、相溶化剤の使用、溶媒使用時には溶媒の種類等が挙げられる。また、加工時の各種条件としては温度条件、攪拌・混練条件が挙げられ、特に押出加工時にはスクリューデザイン、スクリュー回転数の影響が大きい。   Such a finely dispersed structure can be controlled by the composition of the material, various conditions during processing, and the like. More specifically, the composition of the material includes the combination and amount ratio of each component, the use of a compatibilizing agent, and the type of solvent when using the solvent. Various conditions during processing include temperature conditions and stirring / kneading conditions, and the influence of screw design and screw rotation speed is particularly large during extrusion processing.

なお、本発明における円換算平均粒子径は以下のように定義する。本発明の高分子電解質組成物またはプロトン交換膜から薄切片を作製し、常法により四酸化ルテニウム等の染色剤で染色し、透過型電子顕微鏡で観察し、染色されている相の平均粒子径をとり、この値をもって粒子径とする。このときの平均粒子径は、薄切片の任意の20×20μmの視野を直接、あるいはネガより写真に焼き付けた後、画像解析装置に読み込み、これから計算される各粒子の円換算径(面積を同じくする円の直径)の数平均値とする。ただし、写真から画像解析装置に入力する際に染色境界が不明瞭な場合には写真のトレースを行い、この図を用いて画像解析装置に入力を行う。   In addition, the circle conversion average particle diameter in this invention is defined as follows. A thin slice is prepared from the polymer electrolyte composition or proton exchange membrane of the present invention, dyed with a dye such as ruthenium tetroxide by a conventional method, observed with a transmission electron microscope, and the average particle diameter of the dyed phase And take this value as the particle size. The average particle diameter at this time is the circle-converted diameter (the same area for each particle) calculated from this, after reading an arbitrary 20 × 20 μm field of view of a thin slice directly or after printing it on a photo from a negative, and reading it into an image analyzer. Number average value). However, if the staining boundary is unclear when inputting from the photograph to the image analysis apparatus, the photograph is traced and input to the image analysis apparatus using this figure.

次に、本発明の高分子電解質組成物からなるプロトン交換膜の作製方法について説明する。本発明の高分子電解質組成物は、製膜してプロトン交換膜として用いることが出来る。製膜手段は特に限定されず、一般的な高分子組成物の製膜方法が好適に適用できる。例えば、カレンダー成形、プレス成形、Tダイ成形およびインフレーション成形などの公知の製膜方法が挙げられる。これらの中でも、Tダイ成形およびインフレーション成形は本発明の高分子電解質組成物からプロトン交換膜を工業的に容易に得る方法として好ましい。特にインフレーション成形は、異方性の小さい膜を得るという観点からも好ましい。   Next, a method for producing a proton exchange membrane made of the polymer electrolyte composition of the present invention will be described. The polymer electrolyte composition of the present invention can be formed into a membrane and used as a proton exchange membrane. The film forming means is not particularly limited, and a general polymer composition film forming method can be suitably applied. For example, known film forming methods such as calendar molding, press molding, T-die molding, and inflation molding can be used. Among these, T-die molding and inflation molding are preferable as methods for easily industrially obtaining a proton exchange membrane from the polymer electrolyte composition of the present invention. Inflation molding is particularly preferable from the viewpoint of obtaining a film having small anisotropy.

また、本発明の高分子電解質組成物の前駆体、例えばイオン交換基を有する高分子化合物(A)の前駆体ポリマーと(B)〜(H)成分から選ばれた成分とからなる高分子組成物を、前述の製膜方法を用いて製膜した後に、適当な後処理、例えばアルカリ加水分解処理や酸処理を行ってイオン交換基を有する形態に変換することで、本発明の高分子電解質組成物からなるプロトン交換膜を得ることも出来る。   Further, a polymer composition comprising a precursor of the polymer electrolyte composition of the present invention, for example, a precursor polymer of a polymer compound (A) having an ion exchange group, and a component selected from the components (B) to (H). After the product is formed using the above-described film forming method, the polymer electrolyte of the present invention is converted into a form having an ion exchange group by performing an appropriate post-treatment such as alkali hydrolysis treatment or acid treatment. A proton exchange membrane comprising the composition can also be obtained.

また、(A)〜(H)成分の各溶液を混合して溶液を作成し、その溶液をキャストした後、溶媒を除去することによってもプロトン交換膜を得ることができる。キャスト方法としては、シャーレに流し込み製造する方法をはじめ、グラビアロールコータ−、ナチュラルロールコータ、リバースロールコータ、ナイフコータ−およびディップコータ−等の公知の塗工方法を用いることができる。キャスト法に用いる基材は、一般的なポリマーフィルム、金属箔、アルミナ、ケイ素等の基板、特開平8−162132号公報に記載のPTFE膜を延伸処理した多孔質膜、および特開昭53−149881号公報ならびに特公昭63−61337号公報に示されるフィブリル化繊維等を用いることができる。溶媒の除去の方法として、室温〜200℃での熱処理および減圧処理等の方法を用いることができる。また熱処理をする場合、段階的に昇温させ溶媒を除去することも可能である。   Alternatively, the proton exchange membrane can be obtained by mixing each solution of the components (A) to (H) to prepare a solution, casting the solution, and then removing the solvent. As a casting method, a known coating method such as a method of casting into a petri dish, a gravure roll coater, a natural roll coater, a reverse roll coater, a knife coater and a dip coater can be used. The base material used for the casting method is a general polymer film, a metal foil, a substrate made of alumina, silicon or the like, a porous film obtained by stretching a PTFE film described in JP-A-8-162132, and JP-A-53- The fibrillated fibers disclosed in Japanese Patent No. 149881 and Japanese Patent Publication No. 63-61337 can be used. As a method for removing the solvent, methods such as heat treatment at room temperature to 200 ° C. and reduced pressure treatment can be used. When heat treatment is performed, the solvent can be removed by raising the temperature stepwise.

また、例えばイオン交換基を有する高分子化合物(A)の溶液の代わりにその前駆体ポリマーの溶液を用いて、(B)〜(H)成分の各溶液を混合して溶液を作成し、その溶液をキャストした後、溶媒を除去してから、適当な後処理、例えばアルカリ加水分解処理や酸処理を行ってイオン交換基を有する形態に変換することで、本発明の高分子電解質組成物からなるプロトン交換膜を得ることも出来る。   Further, for example, instead of the solution of the polymer compound (A) having an ion exchange group, the solution of the precursor polymer is used, and the solutions of the components (B) to (H) are mixed to prepare a solution. After casting the solution, the solvent is removed, and then subjected to an appropriate post-treatment such as alkaline hydrolysis treatment or acid treatment to convert it into a form having an ion-exchange group, whereby the polymer electrolyte composition of the present invention is used. A proton exchange membrane can be obtained.

本発明のプロトン交換膜の製造において、上記記載の製法と併せて、横1軸延伸、同時2軸延伸または逐次2軸延伸を実施することによって延伸配向を付与することができる。このような延伸処理により、本発明のプロトン交換膜の力学物性を向上させることができるので好ましい。この延伸処理は、プロトン交換膜の状態で実施することができるし、あるいはプロトン交換基をナトリウム塩、カリウム塩およびカルシウム塩などの金属塩やアンモニウム塩等に置換した状態でも実施することができる。また、イオン交換基を有する高分子化合物(A)の前駆体ポリマーと(B)〜(H)成分から選ばれた成分とからなる高分子組成物を製膜した場合は、製膜直後の状態でも実施することができるし、当該膜を適当な後処理、例えばアルカリ加水分解処理や酸処理を行ってイオン交換基を有する形態に変換してから実施することもできる。   In the production of the proton exchange membrane of the present invention, stretch orientation can be imparted by carrying out transverse uniaxial stretching, simultaneous biaxial stretching or sequential biaxial stretching in combination with the above-described production method. Such stretching treatment is preferable because the mechanical properties of the proton exchange membrane of the present invention can be improved. This stretching treatment can be carried out in the state of a proton exchange membrane, or can be carried out in a state in which the proton exchange group is replaced with a metal salt such as sodium salt, potassium salt and calcium salt, ammonium salt or the like. When a polymer composition comprising a precursor polymer of the polymer compound (A) having an ion exchange group and a component selected from the components (B) to (H) is formed, the state immediately after the film formation However, it can also be carried out, and it can be carried out after the membrane is converted into a form having an ion exchange group by performing an appropriate post-treatment such as alkali hydrolysis treatment or acid treatment.

上記の延伸処理は、横(TD)方向に1.1〜6.0倍、縦(MD)方向に1.0〜6.0倍で実施することが好ましく、より好ましくは横方向に1.1〜3.0倍、縦方向に1.0〜3.0倍、さらに好ましくは横方向に1.1〜2.0倍、縦方向に1.0〜2.0倍である。面積延伸倍率としては1.1〜36倍が好ましい。   The stretching treatment is preferably carried out at a magnification of 1.1 to 6.0 in the transverse (TD) direction and 1.0 to 6.0 in the longitudinal (MD) direction, more preferably 1. 1 to 3.0 times, 1.0 to 3.0 times in the vertical direction, more preferably 1.1 to 2.0 times in the horizontal direction, and 1.0 to 2.0 times in the vertical direction. The area stretch ratio is preferably 1.1 to 36 times.

本発明のプロトン交換膜は、組成比が異なる少なくとも2種類以上のプロトン交換膜を積層した構造にすることができる。本発明の高分子電解質組成物からなるプロトン交換膜では、イオン交換基を有する高分子化合物(A)以外の樹脂の含有率が高いほど力学強度および乾湿寸法変化に優れ、イオン交換基を有する高分子化合物(A)含有率が高いほどプロトン伝導度などの電気特性が優れる。この特性を利用して、組成比が異なる2種類以上のプロトン交換膜を設計し、それらを組み合わせて積層することで、力学強度、乾湿寸法変化および電気特性の全てに優れたプロトン交換膜を単層膜の場合よりも容易に実現することができる。   The proton exchange membrane of the present invention can have a structure in which at least two types of proton exchange membranes having different composition ratios are laminated. In the proton exchange membrane comprising the polymer electrolyte composition of the present invention, the higher the content of the resin other than the polymer compound (A) having an ion exchange group, the better the mechanical strength and the wet / dry dimensional change, and the higher the content of the ion exchange group. The higher the molecular compound (A) content, the better the electrical properties such as proton conductivity. By utilizing these characteristics, two or more types of proton exchange membranes with different composition ratios are designed and combined to form a single layer of a proton exchange membrane that excels in mechanical strength, wet and dry dimensional changes, and electrical properties. This can be realized more easily than in the case of a layer film.

積層させる層数に制限はないが、層数が多くなると製造コストも増大するので2〜10層程度が好ましい。さらに好ましくは2〜7層であり、3〜5層が特に好ましい。各層の、イオン交換基を有する高分子化合物(A)、ポリフェニレンスルフィド樹脂(B)、ポリフェニレンエーテル樹脂(C)、籠状シルセスキオキサンまたは籠状シルセスキオキサンの部分開裂構造体(D)の組成比は前述の範囲内で任意に変化させることができる。また各層の厚さも特性を考慮して任意に変化させることができる。   Although the number of layers to be laminated is not limited, since the manufacturing cost increases as the number of layers increases, about 2 to 10 layers are preferable. More preferably, it is 2-7 layers, and 3-5 layers are especially preferable. A polymer compound (A) having an ion exchange group, a polyphenylene sulfide resin (B), a polyphenylene ether resin (C), a cage silsesquioxane or a cage silsesquioxane partial cleavage structure (D) of each layer The composition ratio can be arbitrarily changed within the above-mentioned range. Further, the thickness of each layer can be arbitrarily changed in consideration of characteristics.

例えば3層以上の多層構造のケースにおいて、内部層のイオン交換基を有する高分子化合物(A)の含有率を少なくともいずれか一方の表面層のそれよりも少なくして、内部層で乾湿寸法変化を抑えた場合、内部層の厚さは、全体厚みの5〜90%比が好ましく、さらに好ましくは7〜80%比、特に好ましくは10〜50%比である。また、表面層のイオン交換基を有する高分子化合物(A)の含有率を内部層のそれよりも少なくして、表面層で乾湿寸法変化を抑えた場合、表面層の総厚さは、全体厚みの5〜50%比が好ましく、さらに好ましくは7〜45%比、特に好ましくは10〜40%比である。   For example, in the case of a multilayer structure of three or more layers, the content ratio of the polymer compound (A) having an ion exchange group in the inner layer is made smaller than that of at least one of the surface layers, and the wet and dry dimensional changes in the inner layer When the thickness is suppressed, the thickness of the inner layer is preferably 5 to 90% of the total thickness, more preferably 7 to 80%, and particularly preferably 10 to 50%. In addition, when the content of the polymer compound (A) having an ion exchange group in the surface layer is made smaller than that in the inner layer and the change in the wet and dry dimensions is suppressed in the surface layer, the total thickness of the surface layer is A 5 to 50% ratio of the thickness is preferable, a 7 to 45% ratio is more preferable, and a 10 to 40% ratio is particularly preferable.

本発明のプロトン交換膜の製造において、上記記載の製法と併せて、無機材ないし有機材または有機無機ハイブリッド材からなる補強材料を添加することによる補強や、架橋による補強等を施すこともできる。補強材料は短繊維物質でもよいし、粒子状物質でもよいし、薄片状物質でもよい。また、多孔膜、メッシュおよび不織布などの連続した支持体でもよい。本発明のプロトン交換膜に補強材料の添加による補強を実施することで、力学強度および乾湿寸法変化を容易に向上させることができる。特に短繊維物質または上述の連続した支持体を補強材料に用いると補強効果が高い。
補強材料は、溶融混練時に同時に添加、混合してもよいし、製膜後の膜と積層してもよい。
In the production of the proton exchange membrane of the present invention, in addition to the above-described production method, reinforcement by adding a reinforcing material made of an inorganic material, an organic material, or an organic-inorganic hybrid material, reinforcement by crosslinking, and the like can be performed. The reinforcing material may be a short fiber material, a particulate material, or a flaky material. Further, a continuous support such as a porous film, a mesh, and a nonwoven fabric may be used. By carrying out the reinforcement by adding a reinforcing material to the proton exchange membrane of the present invention, the mechanical strength and the change in wet and dry dimensions can be easily improved. In particular, when a short fiber substance or the above-mentioned continuous support is used as a reinforcing material, the reinforcing effect is high.
The reinforcing material may be added and mixed at the same time during melt-kneading, or may be laminated with the film after film formation.

補強材料として用いる無機材は補強効果のあるものであれば特に限定されず、例えばガラス繊維、炭素繊維、セルロース繊維、カオリンクレー、カオリナイト、ハロイサイト、パイロフィライト、タルク、モンモリロナイト、セリサイト、マイカ、アメサイト、ベントナイト、アスベスト、ゼオライト、炭酸カルシウム、ケイ酸カルシウム、ケイ藻土、ケイ砂、鉄フェライト、水酸化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化マンガン、グラファイト、フラーレン、カーボンナノチューブ、およびカーボンナノホーン等が挙げられる。補強材として用いる有機材もまた補強効果のあるものであれば特に限定されず、例えばポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンエーテル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルスルホン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリチオエーテルスルホン、ポリチオエーテルエーテルスルホン、ポリチオエーテルケトン、ポリチオエーテルエーテルケトン、ポリベンゾイミダゾール、ポリベンゾオキサゾール、ポリオキサジアゾール、ポリベンゾオキサジノン、ポリキシリレン、ポリフェニレン、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリン、ポリアセン、ポリシアノゲン、ポリナフチリジン、ポリフェニレンスルフィドスルホン、ポリフェニレンスルホン、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリエステルイミド、ポリアミドイミド、ポリアミド、芳香族ポリアミド、ポリスチレン、アクリロニトリル−スチレン樹脂、ポリスチレン−水素添加されたポリブタジエン−ポリスチレンブロック共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂、ポリエステル、ポリアリレート、液晶ポリエステル、ポリカーボネート、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、メタクリル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ウレタン樹脂、セルロース、ポリケトン、ポリアセタール、ポリプロピレンおよびポリエチレンなどが挙げられる。有機無機ハイブリッド材もまた補強材として用いることができ、例えば、POSS(Polyhedral Oligomeric Silsesquioxanes)やシリコーンゴム等のシルセスキオキサン構造やシロキサン構造を有した有機ケイ素高分子化合物などが挙げられる。   The inorganic material used as the reinforcing material is not particularly limited as long as it has a reinforcing effect. For example, glass fiber, carbon fiber, cellulose fiber, kaolin clay, kaolinite, halloysite, pyrophyllite, talc, montmorillonite, sericite, mica Americite, bentonite, asbestos, zeolite, calcium carbonate, calcium silicate, diatomaceous earth, silica sand, iron ferrite, aluminum hydroxide, aluminum oxide, magnesium oxide, titanium oxide, zirconium oxide, manganese oxide, graphite, fullerene, Examples include carbon nanotubes and carbon nanohorns. The organic material used as the reinforcing material is not particularly limited as long as it has a reinforcing effect. For example, polyphenylene sulfide, polyphenylene ether, polysulfone, polyether sulfone, polyether ether sulfone, polyether ketone, polyether ether ketone, polythioether. Sulfone, polythioether ether sulfone, polythioether ketone, polythioether ether ketone, polybenzimidazole, polybenzoxazole, polyoxadiazole, polybenzoxazinone, polyxylylene, polyphenylene, polythiophene, polypyrrole, polyaniline, polyacene, polycyanogen, polynaphthyridine , Polyphenylene sulfide sulfone, polyphenylene sulfone, polyimide, polyetherimide, poly Esterimide, polyamideimide, polyamide, aromatic polyamide, polystyrene, acrylonitrile-styrene resin, polystyrene-hydrogenated polybutadiene-polystyrene block copolymer, acrylonitrile-butadiene-styrene resin, polyester, polyarylate, liquid crystal polyester, polycarbonate, Examples thereof include polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, methacrylic resin, epoxy resin, phenol resin, melamine resin, urethane resin, cellulose, polyketone, polyacetal, polypropylene, and polyethylene. An organic-inorganic hybrid material can also be used as a reinforcing material, and examples thereof include an organic silicon polymer compound having a silsesquioxane structure or a siloxane structure such as POSS (Polyhedral Oligomeric Silsesquioxanes) or silicone rubber.

また、本発明の高分子電解質組成物については、空気中あるいは酸素雰囲気下にて例えば160℃以上で加熱処理することによって力学物性を向上させることもできる。
本発明により製造されるプロトン交換膜の当量重量EW(プロトン交換基1当量あたりのプロトン交換膜の乾燥重量グラム数)には、250以上2000以下が好ましく、より好ましくは400以上1500以下、最も好ましくは500以上1200以下である。より低いEW、つまりプロトン交換容量の大きいプロトン伝導性ポリマーを用いることにより、高温低加湿条件下においても優れたプロトン伝導性を示し、燃料電池に用いた場合、運転時に高い出力を得ることができる。
Moreover, about the polymer electrolyte composition of this invention, a mechanical physical property can also be improved by heat-processing in 160 degreeC or more, for example in air or oxygen atmosphere.
The equivalent weight EW of the proton exchange membrane produced according to the present invention (dry weight gram of proton exchange membrane per equivalent of proton exchange group) is preferably 250 or more and 2000 or less, more preferably 400 or more and 1500 or less, most preferably. Is 500 or more and 1200 or less. By using a proton conductive polymer with a lower EW, that is, a large proton exchange capacity, it exhibits excellent proton conductivity even under high temperature and low humidity conditions, and when used in a fuel cell, a high output can be obtained during operation. .

本発明により製造されるプロトン交換膜の厚みは、1μm以上500μm以下であることが好ましく、より好ましくは2μm以上100μm以下、最も好ましくは5μm以上50μm以下である。
本発明により製造されるプロトン交換膜の乾湿寸法変化は、好ましくは0%以上100%以下、より好ましくは0%以上50%以下、最も好ましくは0%以上10%以下である。ここでいう乾湿寸法変化とは、25℃20RH%で1時間放置した時の寸法に対する80℃水中で1時間放置した時の寸法の変化の割合のことをいう。寸法とは、プロトン交換膜の縦方向または横方向の長さのことであり、共に上記範囲を満たすことが好ましい。
The thickness of the proton exchange membrane produced according to the present invention is preferably 1 μm or more and 500 μm or less, more preferably 2 μm or more and 100 μm or less, and most preferably 5 μm or more and 50 μm or less.
The change in wet and dry dimensions of the proton exchange membrane produced according to the present invention is preferably 0% to 100%, more preferably 0% to 50%, and most preferably 0% to 10%. The term “wet and dry dimensional change” as used herein refers to the ratio of the change in dimension when left in water at 80 ° C. for 1 hour with respect to the dimension when left at 25 ° C. and 20 RH% for 1 hour. The dimension is the length in the vertical direction or the horizontal direction of the proton exchange membrane, and both preferably satisfy the above range.

本発明のプロトン交換膜を用いて以下の如く燃料電池を組み立て、耐久性の評価を行なった。
(膜電極接合体)
本発明により得られるプロトン交換膜を固体高分子型燃料電池に用いる場合、アノードとカソード2種類の電極触媒層が接合した膜電極接合体(以下「MEA」と略称する)として使用される。電極触媒層のさらに外側に一対のガス拡散層を対向するように接合したものもMEAと呼ぶ。
電極触媒層は、触媒金属の微粒子とこれを担持した導電剤とから構成され、必要に応じて撥水剤が含まれる。電極に使用される触媒としては、水素の酸化反応および酸素による還元反応を促進する金属であれば良く、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、これらの合金等が挙げられ、その中では、主として白金が用いられる。
A fuel cell was assembled as follows using the proton exchange membrane of the present invention, and durability was evaluated.
(Membrane electrode assembly)
When the proton exchange membrane obtained by the present invention is used in a polymer electrolyte fuel cell, it is used as a membrane electrode assembly (hereinafter abbreviated as “MEA”) in which two types of electrode catalyst layers are joined to an anode and a cathode. A structure in which a pair of gas diffusion layers are bonded to the outer side of the electrode catalyst layer so as to face each other is also called MEA.
The electrode catalyst layer is composed of fine particles of a catalytic metal and a conductive agent supporting the catalyst metal, and a water repellent is included as necessary. The catalyst used for the electrode may be any metal that promotes the oxidation reaction of hydrogen and the reduction reaction by oxygen. Platinum, gold, silver, palladium, iridium, rhodium, ruthenium, iron, cobalt, nickel, chromium, tungsten , Manganese, vanadium, alloys thereof, etc., among which platinum is mainly used.

MEAの製造方法としては、例えば、次のような方法が行われる。まず、イオン交換樹脂をアルコールと水の混合溶液に溶解したものに、電極物質となる白金担持カーボンを分散させてペースト状にする。これをPTFEシートに一定量塗布して乾燥させる。次に、PTFEシートの塗布面を向かい合わせにして、その間に本発明のプロトン交換膜を挟み込み、100℃〜200℃で熱プレスにより転写接合してMEAを得ることができる。   As the MEA manufacturing method, for example, the following method is performed. First, a platinum-supported carbon serving as an electrode material is dispersed in a solution obtained by dissolving an ion exchange resin in a mixed solution of alcohol and water to form a paste. A certain amount of this is applied to a PTFE sheet and dried. Next, the application surface of the PTFE sheet faces each other, the proton exchange membrane of the present invention is sandwiched therebetween, and transfer bonding is performed by hot pressing at 100 ° C. to 200 ° C. to obtain an MEA.

(燃料電池)
上記で得られたMEA、場合によってはMEAを介して一対のガス拡散電極が対向した構造のものは、さらにバイポーラプレート、バッキングプレート等の一般的な固体高分子型燃料電池に用いる構成成分と組み合わせて固体高分子型燃料電池を構成する。
バイポーラプレートは、その表面に燃料や酸化剤等のガスを流すための溝を形成させたグラファイトまたは樹脂との複合材料、金属製のプレート等のことであり、電子を外部負荷回路へ伝達する他に、燃料や酸化剤を電極触媒近傍に供給する流路としての機能を持っている。こうしたバイポーラプレートの間にMEAを挿入して複数積み重ねることにより、燃料電池が製造される。
以上、本発明の燃料電池製造用の溶液から得られたプロトン交換膜の耐久性の評価方法について説明した。
(Fuel cell)
The MEA obtained above and, in some cases, a structure in which a pair of gas diffusion electrodes are opposed to each other via the MEA are further combined with components used for general solid polymer fuel cells such as bipolar plates and backing plates. Thus, a polymer electrolyte fuel cell is constructed.
Bipolar plates are graphite or resin composite materials, metal plates, etc. that have grooves on the surface for the flow of gas such as fuel and oxidant, and are used to transmit electrons to an external load circuit. In addition, it has a function as a flow path for supplying fuel and oxidant to the vicinity of the electrode catalyst. A fuel cell is manufactured by inserting and stacking a plurality of MEAs between such bipolar plates.
The method for evaluating the durability of the proton exchange membrane obtained from the solution for producing the fuel cell of the present invention has been described above.

以下、本発明を実施例により具体的に説明する。
尚、本発明に用いられる評価法および測定法は以下のとおりである。
(プロトン伝導度測定)
膜サンプルを湿潤状態にて切り出し、厚みTを測定する。これを、幅1cm、長さ5cmの膜長さ方向の伝導度を測定する2端子式の伝導度測定セルに装着する。このセルを80℃のイオン交換水中に入れ、交流インピーダンス法により、周波数10kHzにおける実数成分の抵抗値Rを測定し、以下の式からプロトン伝導度σを導出する。
σ=L/(R×T×W)
σ:プロトン伝導度(S/cm)
T:厚み(cm)
R:抵抗値(Ω)
L(=5):膜長(cm)
W(=1):膜幅(cm)
Hereinafter, the present invention will be specifically described by way of examples.
The evaluation method and measurement method used in the present invention are as follows.
(Proton conductivity measurement)
A membrane sample is cut out in a wet state and the thickness T is measured. This is mounted on a two-terminal conductivity measuring cell that measures the conductivity in the film length direction having a width of 1 cm and a length of 5 cm. This cell is placed in ion exchange water at 80 ° C., and the resistance value R of the real component at a frequency of 10 kHz is measured by the AC impedance method, and the proton conductivity σ is derived from the following equation.
σ = L / (R × T × W)
σ: proton conductivity (S / cm)
T: Thickness (cm)
R: Resistance value (Ω)
L (= 5): film length (cm)
W (= 1): film width (cm)

(燃料電池評価)
(1)燃料電池の製造
まず、台紙上に塗布したガス拡散電極2枚の間にプロトン交換膜を挟み込み、180℃、圧力10MPaでホットプレスすることにより、プロトン交換膜にガス拡散電極を転写接合させてMEAを製造する。
ガス拡散電極としては、田中貴金属工業(株)製白金担持触媒TEC10E40E(商品名、白金担持率40重量%)に、パーフルオロスルホン酸ポリマー溶液SS−700x/05(商品名、旭化成(株)製、EW:720、溶媒組成(重量比):エタノール/水=50/50)を12重量%に濃縮した溶液とエタノールを添加し、混合、攪拌してインク状にしたものをPTFEシート上に塗布した後、大気雰囲気中、150℃で乾燥・固定化したものを使用する。このガス拡散電極の白金担持量は0.4 mg/cm、ポリマー担持量は0.5mg/cmである。
(Fuel cell evaluation)
(1) Manufacture of fuel cell First, a proton exchange membrane is sandwiched between two gas diffusion electrodes coated on a mount and hot pressed at 180 ° C. and a pressure of 10 MPa to transfer and bond the gas diffusion electrode to the proton exchange membrane. To produce an MEA.
As a gas diffusion electrode, a platinum-supported catalyst TEC10E40E (trade name, platinum support ratio 40% by weight) manufactured by Tanaka Kikinzoku Kogyo Co., Ltd., and a perfluorosulfonic acid polymer solution SS-700x / 05 (trade name, manufactured by Asahi Kasei Co., Ltd.) , EW: 720, solvent composition (weight ratio): ethanol / water = 50/50) and a solution concentrated to 12% by weight and ethanol were added, mixed and stirred to form an ink on a PTFE sheet. After that, dry and fixed at 150 ° C. in an air atmosphere. This gas diffusion electrode has a platinum loading of 0.4 mg / cm 2 and a polymer loading of 0.5 mg / cm 2 .

このMEAの両側に撥水処理したカーボンペーパーまたはカーボンクロスを配置し、評価セルに組み込んで評価装置にセットする。燃料として水素ガス、酸化剤として空気ガスを用い、セル温度100℃、0.1MPaにて単セル特性試験を行う。ガス加湿には水バブリング方式を用い、水素ガス、空気ガスともに50℃で加湿してセルへ供給する。   Carbon paper or carbon cloth subjected to water repellent treatment is disposed on both sides of the MEA, and is incorporated into an evaluation cell and set in an evaluation apparatus. A single cell characteristic test is performed using hydrogen gas as a fuel and air gas as an oxidizing agent at a cell temperature of 100 ° C. and 0.1 MPa. A water bubbling method is used for gas humidification, and both hydrogen gas and air gas are humidified at 50 ° C. and supplied to the cell.

(2)フッ素溶出速度の測定
単セル特性試験中のアノード排ガスおよびカソード排ガスと共に排出される排水を、それぞれ所定時間捕捉回収した後、秤量する。メディトリアル(株)製ベンチトップ型pHイオンメーター920Aplus(商品名)に同フッ素複合電極9609BNionplus(商品名)を取り付け、アノード排水中およびカソード排水中のフッ素イオン濃度を測定し、以下の式からフッ素溶出速度Gを導出する。
G=(Wa×Fa+Wc×Fc)/(T×A)
G:フッ素溶出速度(μg/Hr/cm
Wa:捕捉回収したアノード排水の重量(g)
Fa:アノード排水中のフッ素イオン濃度(ppm)
Wc:捕捉回収したカソード排水の重量(g)
Fc:カソード排水中のフッ素イオン濃度(ppm)
T:排水を捕捉回収した時間(Hr)
A:MEAの電極面積(cm
(2) Measurement of fluorine elution rate The waste water discharged together with the anode exhaust gas and the cathode exhaust gas during the single cell characteristic test is respectively collected for a predetermined time, and then weighed. The fluorine composite electrode 9609BNionplus (trade name) is attached to a bench top type pH ion meter 920Aplus (trade name) manufactured by Meditrial Co., Ltd., and the fluorine ion concentration in the anode drainage and the cathode drainage is measured. The elution rate G is derived.
G = (Wa × Fa + Wc × Fc) / (T × A)
G: Fluorine elution rate (μg / Hr / cm 2 )
Wa: Weight of anode wastewater collected and collected (g)
Fa: Fluorine ion concentration (ppm) in anode drainage
Wc: Weight of cathode drainage collected and collected (g)
Fc: Fluorine ion concentration in the cathode drainage (ppm)
T: Time for collecting and collecting wastewater (Hr)
A: MEA electrode area (cm 2 )

(3)クロスリーク量の測定
単セル特性試験中のカソード排ガスの一部を、ジーエルサイエンス製マイクロガスクロマトグラフMicro GC CP−4900(商品名)に導入し、カソード排ガス中の水素ガス濃度を測定し、以下の式から水素ガス透過率を導出する。
L=(X×V×T)×(5−U/100)/(3×A×P)×10−8
L:水素ガス透過率(ml×cm/cm/sec/Pa)
X:カソード排ガス中の水素ガス濃度(ppm)
V:カソードガス流量(ml/min)
T:プロトン交換膜の膜厚(cm)
U:カソードガス利用率(%)
A:プロトン交換膜の水素透過面積(cm
P:カソード−アノード間の水素分圧差(Pa)
短セル特性試験中の水素ガス透過率が1.1×10−11 (ml×cm/cm/sec/Pa)以上になった時点をセル寿命とし、そこで試験を終了した。
(3) Measurement of cross leak amount Part of cathode exhaust gas during single cell characteristic test is introduced into GL Sciences' micro gas chromatograph Micro GC CP-4900 (trade name), and hydrogen gas concentration in cathode exhaust gas is measured. The hydrogen gas permeability is derived from the following equation.
L = (X × V × T) × (5-U / 100) / (3 × A × P) × 10 −8
L: Hydrogen gas permeability (ml × cm / cm 2 / sec / Pa)
X: Hydrogen gas concentration (ppm) in cathode exhaust gas
V: Cathode gas flow rate (ml / min)
T: thickness of proton exchange membrane (cm)
U: Cathode gas utilization rate (%)
A: Hydrogen permeation area of the proton exchange membrane (cm 2 )
P: Hydrogen partial pressure difference between the cathode and anode (Pa)
The time when the hydrogen gas permeability during the short cell characteristic test became 1.1 × 10 −11 (ml × cm / cm 2 / sec / Pa) or more was defined as the cell life, and the test was terminated there.

(4)引っ張り弾性率の測定
プロトン交換膜を幅5mm、長さ40〜50mmに切り出したものをサンプルとする。これを80℃水中に30分以上浸漬させてから、80℃恒温水槽付引っ張り試験機(島津製作所:商品名、AGS−1kNG)にサンプルをチャック間20mmとなるように素早くセットする。サンプルを恒温水槽に浸漬してから3分後に引っ張り速度10%/秒で引っ張り試験を行い、5%伸び時点での引っ張り強度から引っ張り弾性率(N/cm)を求める。
(4) Measurement of tensile elastic modulus A proton exchange membrane cut into a width of 5 mm and a length of 40 to 50 mm is used as a sample. After immersing this in 80 ° C. water for 30 minutes or more, the sample is quickly set in a tensile tester with an 80 ° C. constant temperature water bath (Shimadzu Corporation: trade name, AGS-1kNG) so that the distance between chucks is 20 mm. A tensile test is performed at a tensile rate of 10% / second 3 minutes after the sample is immersed in a constant temperature water bath, and the tensile elastic modulus (N / cm 2 ) is determined from the tensile strength at the time of 5% elongation.

[実施例1]
テトラフルオロエチレンとCF=CFO(CF−SOFとから得られた前駆体ポリマー(MI:3.0、アルカリ加水分解・酸処理後のEw:730)90重量部と、ポリフェニレンスルフィド(溶融粘度(フローテスターを用いて、300℃、荷重196N/cm、L/D(L:オリフィス長、D:オリフィス内径)=10/1で6分間保持した後測定した値。)が50Pa・s、塩化メチレンによる抽出量が0.7重量%、−SX基量が25μmol/g)7重量部と、ポリフェニレンエーテル(2,6−キシレノールを酸化重合して得た、還元粘度0.51、ガラス転移温度(Tg)が209℃)3重量部と、オクタイソブチルオクタシルセスキオキサン(一般式(7)において、R=イソブチル基であるもの)0.2重量部とを、温度280〜310℃、スクリュー回転数200rpmに設定した二軸押出機(商品名、ZSK−40;WERNER&PFLEIDERER社製、ドイツ国)を用い、押出機の第一原料供給口より供給して溶融混練した後、Tダイ押出機を用いて溶融押出して50μm厚のフィルムに成形した。このフィルムを、水酸化カリウム(15重量%)とジメチルスルホキシド(30重量%)を溶解した水溶液中に、60℃で4時間接触させて、アルカリ加水分解処理を行った。その後、60℃水中に4時間浸漬した。次に60℃の2N塩酸水溶液に3時間浸漬した後、イオン交換水で水洗、乾燥してプロトン交換膜(Ew:798)を得た。
[Example 1]
90 parts by weight of a precursor polymer (MI: 3.0, Ew after alkali hydrolysis and acid treatment: 730) obtained from tetrafluoroethylene and CF 2 ═CFO (CF 2 ) 2 —SO 2 F, and polyphenylene Sulfide (melt viscosity (measured using a flow tester at 300 ° C., load 196 N / cm 2 , L / D (L: orifice length, D: orifice inner diameter) = 10/1 after holding for 6 minutes)). 50 Pa · s, 7 parts by weight extracted with methylene chloride, 0.7 parts by weight, -SX group amount 25 μmol / g) and polyphenylene ether (2,6-xylenol obtained by oxidative polymerization, reduced viscosity 0. 51, 3 parts by weight of a glass transition temperature (Tg) of 209 ° C.) and octaisobutyl octasilsesquioxane (in the general formula (7), R = isobutyl group) 0 Using a twin screw extruder (trade name, ZSK-40; manufactured by WERNER & PFLEDERER, Germany) with 2 parts by weight set to a temperature of 280 to 310 ° C. and a screw rotation speed of 200 rpm, from the first raw material supply port of the extruder After supplying and melt-kneading, it was melt-extruded using a T-die extruder and formed into a film having a thickness of 50 μm. This film was contacted with an aqueous solution in which potassium hydroxide (15% by weight) and dimethyl sulfoxide (30% by weight) were dissolved at 60 ° C. for 4 hours to perform an alkali hydrolysis treatment. Then, it was immersed in 60 degreeC water for 4 hours. Next, it was immersed in a 2N hydrochloric acid aqueous solution at 60 ° C. for 3 hours, washed with ion-exchanged water and dried to obtain a proton exchange membrane (Ew: 798).

このプロトン交換膜のプロトン伝導度は0.23(S/cm)と高く、燃料電池評価を行ったところ、開始時から200時間までの排水中のフッ素溶出速度の平均値は0.017(μg/Hr/cm)と非常に低い値を示した。セル寿命は1000時間を越え、非常に優れた耐久性を示すことが判明した。
しかも、このプロトン交換膜の引っ張り弾性率は、テトラフルオロエチレンとCF=CFO(CF−SOFとから得られた前駆体ポリマーを単独で用いた比較例1のプロトン交換膜の約1.3倍、この膜の成分からオクタイソブチルオクタシルセスキオキサンを除いた組成である比較例2のプロトン交換膜の約1.3倍で、耐久性だけでなく、膜強度も向上していることが判明した。
The proton conductivity of this proton exchange membrane is as high as 0.23 (S / cm). When the fuel cell was evaluated, the average value of the fluorine elution rate in the waste water from the start to 200 hours was 0.017 (μg / Hr / cm 2 ) and a very low value. It has been found that the cell life exceeds 1000 hours and exhibits extremely excellent durability.
Moreover, the tensile elastic modulus of the proton exchange membrane is that of the proton exchange membrane of Comparative Example 1 using a precursor polymer obtained from tetrafluoroethylene and CF 2 ═CFO (CF 2 ) 2 —SO 2 F alone. About 1.3 times that of the proton exchange membrane of Comparative Example 2, which is a composition obtained by removing octaisobutyloctasilsesquioxane from the components of this membrane, it improves not only durability but also membrane strength. Turned out to be.

[実施例2]
ポリフェニレンエーテル(2,6−キシレノールを酸化重合して得た、還元粘度0.51、ガラス転移温度(Tg)が209℃)100重量部と、ヘプタイソブチルプロペニルオクタシルセスキオキサン5重量部とを、温度280℃、スクリュー回転数200rpmに設定した二軸押出機(商品名、ZSK−40;WERNER&PFLEIDERER社製、ドイツ国)を用い、押出機の第一原料供給口より供給して溶融混練し、ペレットを得た。
[Example 2]
100 parts by weight of polyphenylene ether (obtained by oxidative polymerization of 2,6-xylenol, reduced viscosity 0.51, glass transition temperature (Tg) 209 ° C.) and 5 parts by weight of heptaisobutylpropenyl octasilsesquioxane , Using a twin-screw extruder (trade name, ZSK-40; manufactured by WERNER & PFLIDEERER, Germany) set at a temperature of 280 ° C. and a screw rotation speed of 200 rpm, supplied from the first raw material supply port of the extruder, melt-kneaded, Pellets were obtained.

上記ペレット3重量部と、テトラフルオロエチレンとCF=CFO(CF−SOFとから得られた前駆体ポリマー(MI:3.0、アルカリ加水分解・酸処理後のEw:730)90重量部と、ポリフェニレンスルフィド(溶融粘度(フローテスターを用いて、300℃、荷重196N/cm、L/D(L:オリフィス長、D:オリフィス内径)=10/1で6分間保持した後測定した値。)が50Pa・s、塩化メチレンによる抽出量が0.7重量%、−SX基量が25μmol/g)7重量部とを、温度280〜310℃、スクリュー回転数200rpmに設定した二軸押出機(商品名、ZSK−40;WERNER&PFLEIDERER社製、ドイツ国)を用い、押出機の第一原料供給口より供給して溶融混練した後、Tダイ押出機を用いて溶融押出して50μm厚のフィルムに成形した。このフィルムを、水酸化カリウム(15重量%)とジメチルスルホキシド(30重量%)を溶解した水溶液中に、60℃で4時間接触させて、アルカリ加水分解処理を行った。その後、60℃水中に4時間浸漬した。次に60℃の2N塩酸水溶液に3時間浸漬した後、イオン交換水で水洗、乾燥してプロトン交換膜(Ew:798)を得た。 Precursor polymer obtained from 3 parts by weight of the above pellets, tetrafluoroethylene and CF 2 ═CFO (CF 2 ) 2 —SO 2 F (MI: 3.0, Ew after alkali hydrolysis / acid treatment: 730) ) 90 parts by weight and polyphenylene sulfide (melt viscosity (using a flow tester, 300 ° C., load 196 N / cm 2 , L / D (L: orifice length, D: orifice inner diameter)) held at 6/1 for 6 minutes. The value measured afterwards.) Was set to 50 Pa · s, the extraction amount by methylene chloride was 0.7% by weight, and the amount of —SX group was 25 μmol / g). Using a double-screw extruder (trade name, ZSK-40; manufactured by WERNER & PFLEIDERER, Germany), melted and kneaded from the first raw material supply port of the extruder After was molded into 50μm thick film was melt extruded using a T-die extruder. This film was contacted with an aqueous solution in which potassium hydroxide (15% by weight) and dimethyl sulfoxide (30% by weight) were dissolved at 60 ° C. for 4 hours to perform an alkali hydrolysis treatment. Then, it was immersed in 60 degreeC water for 4 hours. Next, it was immersed in a 2N hydrochloric acid aqueous solution at 60 ° C. for 3 hours, washed with ion-exchanged water and dried to obtain a proton exchange membrane (Ew: 798).

このプロトン交換膜のプロトン伝導度は0.23(S/cm)と高く、燃料電池評価を行ったところ、開始時から200時間までの排水中のフッ素溶出速度の平均値は0.015(μg/Hr/cm)と非常に低い値を示した。セル寿命は1000時間を越え、非常に優れた耐久性を示すことが判明した。
しかも、このプロトン交換膜の引っ張り弾性率は、テトラフルオロエチレンとCF=CFO(CF−SOFとから得られた前駆体ポリマーを単独で用いた比較例1のプロトン交換膜の約1.4倍、この膜の成分からヘプタイソブチルプロペニルオクタシルセスキオキサンを除いた組成である比較例2のプロトン交換膜の約1.4倍で、耐久性だけでなく、膜強度も向上していることが判明した。
The proton conductivity of this proton exchange membrane is as high as 0.23 (S / cm). When the fuel cell was evaluated, the average value of the fluorine elution rate in the waste water from the start to 200 hours was 0.015 (μg / Hr / cm 2 ) and a very low value. It has been found that the cell life exceeds 1000 hours and exhibits extremely excellent durability.
Moreover, the tensile elastic modulus of the proton exchange membrane is that of the proton exchange membrane of Comparative Example 1 using a precursor polymer obtained from tetrafluoroethylene and CF 2 ═CFO (CF 2 ) 2 —SO 2 F alone. About 1.4 times the proton exchange membrane of Comparative Example 2, which is a composition obtained by removing heptaisobutylpropenyl octasilsesquioxane from the components of this membrane, about 1.4 times the durability, as well as improving the membrane strength Turned out to be.

[実施例3]
実施例1で、オクタイソブチルオクタシルセスキオキサン(一般式(7)において、R=イソブチル基であるもの)0.2重量部のかわりにヘプタイソブチルエポキシプロピルオクタシルセスキオキサン0.1重量部を用いた以外は、実施例1と同様にしてプロトン交換膜(Ew:799)を得た。
このプロトン交換膜のプロトン伝導度は0.23(S/cm)と高く、燃料電池評価を行ったところ、開始時から200時間までの排水中のフッ素溶出速度の平均値は0.015(μg/Hr/cm)と非常に低い値を示した。セル寿命は1000時間を越え、非常に優れた耐久性を示すことが判明した。
[Example 3]
In Example 1, instead of 0.2 parts by weight of octaisobutyl octasilsesquioxane (in the general formula (7), R = isobutyl group) 0.1 parts by weight of heptaisobutyl epoxypropyl octasilsesquioxane A proton exchange membrane (Ew: 799) was obtained in the same manner as in Example 1 except that was used.
The proton conductivity of this proton exchange membrane is as high as 0.23 (S / cm). When the fuel cell was evaluated, the average value of the fluorine elution rate in the waste water from the start to 200 hours was 0.015 (μg / Hr / cm 2 ) and a very low value. It has been found that the cell life exceeds 1000 hours and exhibits extremely excellent durability.

しかも、このプロトン交換膜の引っ張り弾性率は、テトラフルオロエチレンとCF=CFO(CF−SOFとから得られた前駆体ポリマーを単独で用いた比較例1のプロトン交換膜の約1.3倍、この膜の成分からヘプタイソブチルエポキシプロピルオクタシルセスキオキサンを除いた組成である比較例2のプロトン交換膜の約1.3倍で、耐久性だけでなく、膜強度も向上していることが判明した。 Moreover, the tensile elastic modulus of the proton exchange membrane is that of the proton exchange membrane of Comparative Example 1 using a precursor polymer obtained from tetrafluoroethylene and CF 2 ═CFO (CF 2 ) 2 —SO 2 F alone. About 1.3 times the proton exchange membrane of Comparative Example 2, which is a composition obtained by removing heptaisobutylepoxypropyl octasilsesquioxane from the components of this membrane, not only durability but also membrane strength It turns out that it is improving.

[比較例1]
テトラフルオロエチレンとCF=CFO(CF−SOFとから得られた前駆体ポリマー(MI:3.0、アルカリ加水分解・酸処理後のEw:730)を単独で用いた以外は実施例1と同様にして、プロトン交換膜(EW:730, MI:3.0)を得た。
このプロトン交換膜のプロトン伝導度は0.23(S/cm)と高かった。このプロトン交換膜の燃料電池評価を行ったところ、開始時からセル寿命までの排水中のフッ素溶出速度の平均値が0.506(μg/Hr/cm)と非常に高く、しかもセル寿命は200時間未満で、十分な耐久性が得られなかった。
[Comparative Example 1]
A precursor polymer obtained from tetrafluoroethylene and CF 2 ═CFO (CF 2 ) 2 —SO 2 F (MI: 3.0, Ew after alkali hydrolysis / acid treatment: 730) was used alone. Produced a proton exchange membrane (EW: 730, MI: 3.0) in the same manner as in Example 1.
The proton conductivity of this proton exchange membrane was as high as 0.23 (S / cm). When this proton exchange membrane was evaluated for a fuel cell, the average value of the fluorine elution rate in the waste water from the start to the cell lifetime was as high as 0.506 (μg / Hr / cm 2 ), and the cell lifetime was In less than 200 hours, sufficient durability was not obtained.

[比較例2]
実施例1の組成比を、テトラフルオロエチレンとCF=CFO(CF−SOFとから得られた前駆体ポリマー90重量部と、ポリフェニレンスルフィド7重量部と、ポリフェニレンエーテル3重量部と、オクタイソブチルオクタシルセスキオキサン0重量部とに変更した以外は実施例1と同様にしてプロトン交換膜(Ew:797)を得た。
このプロトン交換膜のプロトン伝導度は0.23(S/cm)と高く、燃料電池評価を行ったところ、開始時から200時間までの排水中のフッ素溶出速度の平均値は0.017(μg/Hr/cm)と非常に低い値を示した。セル寿命は1000時間を越え、非常に優れた耐久性を示すことが判明した。
[Comparative Example 2]
The composition ratio of Example 1 was changed to 90 parts by weight of a precursor polymer obtained from tetrafluoroethylene and CF 2 ═CFO (CF 2 ) 2 —SO 2 F, 7 parts by weight of polyphenylene sulfide, and 3 parts by weight of polyphenylene ether. A proton exchange membrane (Ew: 797) was obtained in the same manner as in Example 1 except that the content was changed to 0 parts by weight of octaisobutyloctasilsesquioxane.
The proton conductivity of this proton exchange membrane is as high as 0.23 (S / cm). When the fuel cell was evaluated, the average value of the fluorine elution rate in the waste water from the start to 200 hours was 0.017 (μg / Hr / cm 2 ) and a very low value. It has been found that the cell life exceeds 1000 hours and exhibits extremely excellent durability.

しかし、このプロトン交換膜の引っ張り弾性率は、テトラフルオロエチレンとCF=CFO(CF−SOFとから得られた前駆体ポリマーを単独で用いた比較例1のプロトン交換膜とほぼ同等で、耐久性は向上しているが、膜強度は向上していないことが判明した。 However, the tensile elastic modulus of this proton exchange membrane is that of the proton exchange membrane of Comparative Example 1 using a precursor polymer obtained from tetrafluoroethylene and CF 2 ═CFO (CF 2 ) 2 —SO 2 F alone. It was found that the durability was improved, but the film strength was not improved.

Figure 2007112906
Figure 2007112906

[実施例4]
ポリフェニレンエーテル(2,6−キシレノールを酸化重合して得た、還元粘度0.51、ガラス転移温度(Tg)が209℃)100重量部と、ヘプタイソブチル−3−(2−アミノエチルアミノ)プロピル−オクタシルセスキオキサン5重量部とを、温度280℃、スクリュー回転数200rpmに設定した二軸押出機(商品名、ZSK−40;WERNER&PFLEIDERER社製、ドイツ国)を用い、押出機の第一原料供給口より供給して溶融混練し、ペレットを得た。
[Example 4]
100 parts by weight of polyphenylene ether (obtained by oxidative polymerization of 2,6-xylenol, reduced viscosity 0.51, glass transition temperature (Tg) 209 ° C.) and heptaisobutyl-3- (2-aminoethylamino) propyl -Using a twin-screw extruder (trade name, ZSK-40; manufactured by WERNER & PFLEDERER, Germany) with 5 parts by weight of octasilsesquioxane set to a temperature of 280 ° C and a screw rotation speed of 200 rpm, the first of the extruder It was supplied from the raw material supply port and melt-kneaded to obtain pellets.

上記ペレット1重量部と、テトラフルオロエチレンとCF=CFO(CF−SOFとから得られた前駆体ポリマー(MI:3.0、アルカリ加水分解・酸処理後のEw:730)90重量部と、ポリフェニレンスルフィド(溶融粘度(フローテスターを用いて、300℃、荷重196N/cm、L/D(L:オリフィス長、D:オリフィス内径)=10/1で6分間保持した後測定した値。)が50Pa・s、塩化メチレンによる抽出量が0.7重量%、−SX基量が25μmol/g)7重量部と、エポキシ樹脂(大日本インキ化学工業(株)製クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、商品名、N−660)2重量部とを、温度280〜310℃、スクリュー回転数200rpmに設定した二軸押出機(商品名、ZSK−40;WERNER&PFLEIDERER社製、ドイツ国)を用い、押出機の第一原料供給口より供給して溶融混練した後、Tダイ押出機を用いて溶融押出して50μm厚のフィルムに成形した。このフィルムを、水酸化カリウム(15重量%)とジメチルスルホキシド(30重量%)を溶解した水溶液中に、60℃で4時間接触させて、アルカリ加水分解処理を行った。その後、60℃水中に4時間浸漬した。次に60℃の2N塩酸水溶液に3時間浸漬した後、イオン交換水で水洗、乾燥してプロトン交換膜(Ew:801)を得た。 Precursor polymer obtained from 1 part by weight of the above pellets, tetrafluoroethylene and CF 2 ═CFO (CF 2 ) 2 —SO 2 F (MI: 3.0, Ew after alkali hydrolysis / acid treatment: 730) ) 90 parts by weight and polyphenylene sulfide (melt viscosity (using a flow tester, 300 ° C., load 196 N / cm 2 , L / D (L: orifice length, D: orifice inner diameter)) held at 6/1 for 6 minutes. The value measured later) was 50 Pa · s, the amount extracted with methylene chloride was 0.7% by weight, the amount of —SX group was 25 μmol / g) and 7 parts by weight of epoxy resin (Dainippon Ink & Chemicals, Inc.) A twin-screw extruder (trade name, ZSK) in which 2 parts by weight of a novolac type epoxy resin, trade name, N-660) is set at a temperature of 280 to 310 ° C. and a screw rotation speed of 200 rpm. 40; WERNER & PFLEIDERER Co., using Germany), was melt-kneaded by supplying from the first raw material supply port of the extruder, and molded molten extruded into a 50μm thick film using a T-die extruder. This film was contacted with an aqueous solution in which potassium hydroxide (15% by weight) and dimethyl sulfoxide (30% by weight) were dissolved at 60 ° C. for 4 hours to perform an alkali hydrolysis treatment. Then, it was immersed in 60 degreeC water for 4 hours. Next, it was immersed in a 2N hydrochloric acid aqueous solution at 60 ° C. for 3 hours, washed with ion-exchanged water and dried to obtain a proton exchange membrane (Ew: 801).

このプロトン交換膜のプロトン伝導度は0.24(S/cm)と高く、燃料電池評価を行ったところ、開始時から200時間までの排水中のフッ素溶出速度の平均値は0.010(μg/Hr/cm)と非常に低い値を示した。セル寿命は1000時間を越え、非常に優れた耐久性を示すことが判明した。
しかも、このプロトン交換膜の引っ張り弾性率は、テトラフルオロエチレンとCF=CFO(CF−SOFとから得られた前駆体ポリマーを単独で用いた比較例1のプロトン交換膜の約1.6倍、この膜の成分からヘプタイソブチル−3−(2−アミノエチルアミノ)プロピル−オクタシルセスキオキサンを除いた組成である比較例3のプロトン交換膜の約1.2倍で、耐久性だけでなく、膜強度も向上していることが判明した。
The proton conductivity of this proton exchange membrane is as high as 0.24 (S / cm). When the fuel cell was evaluated, the average value of the fluorine elution rate in the waste water from the start to 200 hours was 0.010 (μg / Hr / cm 2 ) and a very low value. It has been found that the cell life exceeds 1000 hours and exhibits extremely excellent durability.
Moreover, the tensile elastic modulus of the proton exchange membrane is that of the proton exchange membrane of Comparative Example 1 using a precursor polymer obtained from tetrafluoroethylene and CF 2 ═CFO (CF 2 ) 2 —SO 2 F alone. About 1.6 times, about 1.2 times that of the proton exchange membrane of Comparative Example 3 having a composition obtained by removing heptaisobutyl-3- (2-aminoethylamino) propyl-octacylsesquioxane from the components of this membrane It was found that not only the durability but also the film strength was improved.

[比較例3]
実施例1の組成比を、テトラフルオロエチレンとCF=CFO(CF−SOFとから得られた前駆体ポリマー90重量部と、ポリフェニレンスルフィド7重量部と、ポリフェニレンエーテル1重量部と、エポキシ樹脂(大日本インキ化学工業(株)製クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、商品名、N−660)2重量部と、オクタイソブチルオクタシルセスキオキサン0重量部とに変更した以外は実施例1と同様にしてプロトン交換膜(Ew:802)を得た。
このプロトン交換膜のプロトン伝導度は0.24(S/cm)と高く、燃料電池評価を行ったところ、開始時から200時間までの排水中のフッ素溶出速度の平均値は0.010(μg/Hr/cm)と非常に低い値を示した。セル寿命は1000時間を越え、非常に優れた耐久性を示すことが判明した。
[Comparative Example 3]
The composition ratio of Example 1 was changed to 90 parts by weight of a precursor polymer obtained from tetrafluoroethylene and CF 2 ═CFO (CF 2 ) 2 —SO 2 F, 7 parts by weight of polyphenylene sulfide, and 1 part by weight of polyphenylene ether. And 2 parts by weight of epoxy resin (Cresol novolak type epoxy resin, trade name, N-660, manufactured by Dainippon Ink and Chemicals, Inc.) and 0 part by weight of octaisobutyl octasilsesquioxane. In the same manner as in Example 1, a proton exchange membrane (Ew: 802) was obtained.
The proton conductivity of this proton exchange membrane is as high as 0.24 (S / cm). When the fuel cell was evaluated, the average value of the fluorine elution rate in the waste water from the start to 200 hours was 0.010 (μg / Hr / cm 2 ) and a very low value. It has been found that the cell life exceeds 1000 hours and exhibits extremely excellent durability.

しかし、このプロトン交換膜の引っ張り弾性率は、実施例4のプロトン交換膜の約0.8倍程度で、テトラフルオロエチレンとCF=CFO(CF−SOFとから得られた前駆体ポリマーを単独で用いた比較例1のプロトン交換膜よりは向上しているものの、その程度が実施例4に比べ小さいことが判明した。 However, the tensile modulus of this proton exchange membrane was about 0.8 times that of the proton exchange membrane of Example 4, and was obtained from tetrafluoroethylene and CF 2 ═CFO (CF 2 ) 2 —SO 2 F. Although improved compared with the proton exchange membrane of Comparative Example 1 using the precursor polymer alone, it was found that the degree was smaller than that of Example 4.

Figure 2007112906
Figure 2007112906

本発明の高分子電解質組成物から得られるプロトン交換膜は、高温下でも高耐久性を有するプロトン交換膜であり、イオン交換膜および燃料電池の分野で好適に用いられる。本発明により得られるプロトン交換膜は、ダイレクトメタノール型燃料電池を含めた各種燃料電池、水電解、ハロゲン化水素酸電解、食塩電解、酸素濃縮器、湿度センサー、ガスセンサー等に用いることが可能である。   The proton exchange membrane obtained from the polymer electrolyte composition of the present invention is a proton exchange membrane having high durability even at high temperatures, and is suitably used in the fields of ion exchange membranes and fuel cells. The proton exchange membrane obtained by the present invention can be used in various fuel cells including direct methanol fuel cells, water electrolysis, hydrohalic acid electrolysis, salt electrolysis, oxygen concentrators, humidity sensors, gas sensors and the like. is there.

Claims (10)

イオン交換基を有する高分子化合物(A)と、ポリフェニレンスルフィド樹脂(B)と、ポリフェニレンエーテル樹脂(C)と、籠状シルセスキオキサンまたは籠状シルセスキオキサンの部分開裂構造体(D)とからなる高分子電解質組成物。   Polymer compound (A) having an ion exchange group, polyphenylene sulfide resin (B), polyphenylene ether resin (C), and caged silsesquioxane or partially cleaved structure of caged silsesquioxane (D) A polymer electrolyte composition comprising: イオン交換基を有する高分子化合物(A)と、ポリフェニレンスルフィド樹脂(B)と、ポリフェニレンエーテル樹脂(C)と、籠状シルセスキオキサンまたは籠状シルセスキオキサンの部分開裂構造体(D)とエポキシ基含有化合物(E)とからなる高分子電解質組成物。   Polymer compound (A) having an ion exchange group, polyphenylene sulfide resin (B), polyphenylene ether resin (C), and caged silsesquioxane or partially cleaved structure of caged silsesquioxane (D) And a polymer electrolyte composition comprising an epoxy group-containing compound (E). エポキシ基含有化合物(E)がエポキシ基を有する不飽和モノマーの単独重合体または共重合体(F)である請求項2に記載の高分子電解組成物。   The polymer electrolytic composition according to claim 2, wherein the epoxy group-containing compound (E) is a homopolymer or copolymer (F) of an unsaturated monomer having an epoxy group. エポキシ基含有化合物(E)がエポキシ樹脂(G)である請求項2に記載の高分子電解組成物。   The polymer electrolytic composition according to claim 2, wherein the epoxy group-containing compound (E) is an epoxy resin (G). 請求項2に記載の高分子電解質組成物であって、該高分子電解質組成物中のポリフェニレンエーテル樹脂(C)とエポキシ樹脂(G)が反応してなるエポキシ変性ポリフェニレンエーテル(H)を少なくとも含有している高分子電解質組成物。   3. The polymer electrolyte composition according to claim 2, comprising at least an epoxy-modified polyphenylene ether (H) formed by a reaction of the polyphenylene ether resin (C) and the epoxy resin (G) in the polymer electrolyte composition. A polymer electrolyte composition. イオン交換基を有する高分子化合物(A)が、イオン交換基を有するパーフルオロカーボン高分子化合物である請求項1または2に記載の高分子電解質組成物。   The polymer electrolyte composition according to claim 1 or 2, wherein the polymer compound (A) having an ion exchange group is a perfluorocarbon polymer compound having an ion exchange group. イオン交換基を有するパーフルオロカーボン高分子化合物が、下記一般式(1)で表される構造単位を有することを特徴とする請求項6に記載の高分子電解質組成物。
-[CF2CX1X2]a-[CF2-CF(-O-(CF2-CF(CF2X3))b-Oc-(CFR1)d-(CFR2)e-(CF2)f-X4)]g- (1)(式中、X,XおよびXはそれぞれ独立にハロゲン元素または炭素数1以上3以下のパーフルオロアルキル基、0≦a<1、0<g≦1、a+g=1、bは0以上8以下の整数、cは、0または1であり、d、eおよびfはそれぞれ独立に0以上6以下の整数(ただし、d+e+fは0に等しくない)、RおよびRはそれぞれ独立にハロゲン元素、炭素数1以上10以下のパーフルオロアルキル基またはフルオロクロロアルキル基であり、Xは、COOZ、SOZ、PO、POHZ(Zは水素原子、アルカリ金属原子、アルカリ土類金属原子、アミン類(NH、NHR、NH、NHR、NR(Rはアルキル基、又はアレーン基))
7. The polymer electrolyte composition according to claim 6, wherein the perfluorocarbon polymer compound having an ion exchange group has a structural unit represented by the following general formula (1).
-[CF 2 CX 1 X 2 ] a- [CF 2 -CF (-O- (CF 2 -CF (CF 2 X 3 )) b -O c- (CFR 1 ) d- (CFR 2 ) e- ( CF 2 ) f -X 4 )] g- (1) (wherein X 1 , X 2 and X 3 are each independently a halogen element or a perfluoroalkyl group having 1 to 3 carbon atoms, 0 ≦ a <1 , 0 <g ≦ 1, a + g = 1, b is an integer of 0 or more and 8 or less, c is 0 or 1, and d, e and f are each independently an integer of 0 or more and 6 or less (where d + e + f is 0) R 1 and R 2 are each independently a halogen element, a perfluoroalkyl group or a fluorochloroalkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and X 4 is COOZ, SO 3 Z, PO 3 Z 2. , PO 3 HZ (Z is a hydrogen atom, an alkali metal atom, an alkaline earth metal atom, an amine (NH 4 , NH 3 R, NH 2 R 2 , NHR 3 , NR 4 (R is Alkyl group or arene group))
請求項1〜7のいずれか一項に記載の高分子電解質組成物からなるプロトン交換膜。   A proton exchange membrane comprising the polymer electrolyte composition according to any one of claims 1 to 7. 請求項8に記載のプロトン交換膜を有する膜電極接合体。   A membrane electrode assembly comprising the proton exchange membrane according to claim 8. 請求項9に記載の膜電極接合体を有する固体高分子型燃料電池。   A polymer electrolyte fuel cell comprising the membrane electrode assembly according to claim 9.
JP2005306084A 2005-10-20 2005-10-20 Polymer electrolyte composition containing aromatic hydrocarbon resin and cage silsesquioxane Active JP5014612B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005306084A JP5014612B2 (en) 2005-10-20 2005-10-20 Polymer electrolyte composition containing aromatic hydrocarbon resin and cage silsesquioxane

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005306084A JP5014612B2 (en) 2005-10-20 2005-10-20 Polymer electrolyte composition containing aromatic hydrocarbon resin and cage silsesquioxane

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2007112906A true JP2007112906A (en) 2007-05-10
JP5014612B2 JP5014612B2 (en) 2012-08-29

Family

ID=38095391

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005306084A Active JP5014612B2 (en) 2005-10-20 2005-10-20 Polymer electrolyte composition containing aromatic hydrocarbon resin and cage silsesquioxane

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5014612B2 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009116446A1 (en) * 2008-03-19 2009-09-24 旭化成イーマテリアルズ株式会社 Polyelectrolyte and process for producing the polyelectrolyte
WO2015083544A1 (en) * 2013-12-02 2015-06-11 ソニー株式会社 Ion exchange membrane, polymer element, electronic device, camera module, and imaging device
JP2018525778A (en) * 2016-03-15 2018-09-06 ソガン ユニバーシティ リサーチ ファウンデーションSogang University Research Foundation Fluorine nanocomposite film containing polyhedral oligomeric silsesquioxane having proton donor and proton acceptor and method for producing the same
JP2018529792A (en) * 2016-03-15 2018-10-11 ソガン ユニバーシティ リサーチ ファウンデーションSogang University Research Foundation Hydrocarbon nanocomposite membrane containing polyhedral oligomeric silsesquioxane having proton donor and proton acceptor and method for producing the same
CN113517471A (en) * 2021-05-18 2021-10-19 中节能万润股份有限公司 Non-aqueous electrolyte of lithium ion battery and application thereof

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0362853A (en) * 1989-07-29 1991-03-18 Toagosei Chem Ind Co Ltd Polyphenylene sulfide-based resin composition
WO2002059208A1 (en) * 2001-01-24 2002-08-01 Asahi Kasei Kabushiki Kaisha Polyphenylene ether resin compositions containing silicon compounds
JP2003297393A (en) * 2002-03-29 2003-10-17 Asahi Glass Co Ltd Electrolyte membrane for solid high polymer fuel cell and membrane electrode junction body
JP2004161947A (en) * 2002-11-15 2004-06-10 Idemitsu Petrochem Co Ltd Polyarylene sulfide resin composition and optical parts
WO2005029624A1 (en) * 2003-09-17 2005-03-31 Asahi Kasei Kabushiki Kaisha Membrane-electrode assembly for solid polymer fuel cell

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0362853A (en) * 1989-07-29 1991-03-18 Toagosei Chem Ind Co Ltd Polyphenylene sulfide-based resin composition
WO2002059208A1 (en) * 2001-01-24 2002-08-01 Asahi Kasei Kabushiki Kaisha Polyphenylene ether resin compositions containing silicon compounds
JP2003297393A (en) * 2002-03-29 2003-10-17 Asahi Glass Co Ltd Electrolyte membrane for solid high polymer fuel cell and membrane electrode junction body
JP2004161947A (en) * 2002-11-15 2004-06-10 Idemitsu Petrochem Co Ltd Polyarylene sulfide resin composition and optical parts
WO2005029624A1 (en) * 2003-09-17 2005-03-31 Asahi Kasei Kabushiki Kaisha Membrane-electrode assembly for solid polymer fuel cell

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009116446A1 (en) * 2008-03-19 2009-09-24 旭化成イーマテリアルズ株式会社 Polyelectrolyte and process for producing the polyelectrolyte
JP5474762B2 (en) * 2008-03-19 2014-04-16 旭化成イーマテリアルズ株式会社 POLYMER ELECTROLYTE AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME
US8993682B2 (en) 2008-03-19 2015-03-31 Asahi Kasei E-Materials Corporation Polyelectrolyte and process for producing the polyelectrolyte
WO2015083544A1 (en) * 2013-12-02 2015-06-11 ソニー株式会社 Ion exchange membrane, polymer element, electronic device, camera module, and imaging device
CN105934467A (en) * 2013-12-02 2016-09-07 迪睿合株式会社 Ion exchange membrane, polymer element, electronic device, camera module, and imaging device
JPWO2015083544A1 (en) * 2013-12-02 2017-03-16 デクセリアルズ株式会社 Ion exchange membrane, polymer element, electronic device, camera module, and imaging device
US10351684B2 (en) 2013-12-02 2019-07-16 Dexerials Corporation Ion exchange membrane, polymer element, electronic apparatus, camera module, and imaging device
JP2018525778A (en) * 2016-03-15 2018-09-06 ソガン ユニバーシティ リサーチ ファウンデーションSogang University Research Foundation Fluorine nanocomposite film containing polyhedral oligomeric silsesquioxane having proton donor and proton acceptor and method for producing the same
JP2018529792A (en) * 2016-03-15 2018-10-11 ソガン ユニバーシティ リサーチ ファウンデーションSogang University Research Foundation Hydrocarbon nanocomposite membrane containing polyhedral oligomeric silsesquioxane having proton donor and proton acceptor and method for producing the same
CN113517471A (en) * 2021-05-18 2021-10-19 中节能万润股份有限公司 Non-aqueous electrolyte of lithium ion battery and application thereof

Also Published As

Publication number Publication date
JP5014612B2 (en) 2012-08-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7662498B2 (en) Polymer electrolyte composition containing aromatic hydrocarbon-based resin
JP4447007B2 (en) Polymer electrolyte composition containing aromatic hydrocarbon resin
US8304134B2 (en) Polymer electrolyte composition, polymer electrolyte membrane, membrane electrode assembly and solid polymer electrolyte-based fuel cell
Feng et al. High-performance semicrystalline poly (ether ketone)-based proton exchange membrane
JP4799123B2 (en) Polymer electrolyte composition containing aromatic hydrocarbon resin
Liu et al. Aromatic poly (ether ketone) s with pendant sulfonic acid phenyl groups prepared by a mild sulfonation method for proton exchange membranes
Wang et al. Property enhancement effects of side-chain-type naphthalene-based sulfonated poly (arylene ether ketone) on Nafion composite membranes for direct methanol fuel cells
JP7388192B2 (en) electrolyte membrane
JP2002289222A (en) Ion-conductive polymer, and polymer film and fuel cell using it
JP2006344578A (en) Solid electrolyte, electrode membrane assembly, and fuel cell
EP1619739B1 (en) Membrane-electrode structure for solid polymer fuel cell and solid polymer fuel cell
JP5014612B2 (en) Polymer electrolyte composition containing aromatic hydrocarbon resin and cage silsesquioxane
JP5279294B2 (en) Polymer electrolyte composition having high durability
Han et al. Mechanically robust and highly conductive semi-interpenetrating network anion exchange membranes for fuel cell applications
JP2007294436A (en) Solid electrolyte, membrane electrode junction, and fuel cell
JP2015122308A (en) High polymer electrolyte, film electrode assembly and solid polymer-type fuel cell
JP4578174B2 (en) Polymer electrolyte composition, proton exchange membrane, membrane electrode assembly, and solid polymer fuel cell
JP2008053084A (en) Fuel cell and membrane-electrode assembly therefor
JP2005158724A (en) Polymer electrolyte membrane
US9631105B2 (en) PPS electrode reinforcing material/crack mitigant
US20090317683A1 (en) Membrane electrode assembly for fuel cell and fuel cell
JP4139912B2 (en) POLYMER ELECTROLYTE COMPOSITION AND FUEL CELL
JP5059339B2 (en) Membrane-electrode structure for polymer electrolyte fuel cell
JP6819047B2 (en) Diphenylsulfone compounds for polymer electrolytes, polymer electrolytes, methods for producing polymer electrolytes, membrane electrode assemblies, and polymer electrolyte fuel cells.
JP4931540B2 (en) Proton exchange membrane

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20080722

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20090401

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20110225

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110315

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110513

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110802

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110926

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20120605

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20120606

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150615

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Ref document number: 5014612

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350