JP2008138104A - Aromatic hydrocarbon-based ion exchange membrane and method for producing the same - Google Patents

Aromatic hydrocarbon-based ion exchange membrane and method for producing the same Download PDF

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孝介 佐々井
Hiroko Yabuki
寛子 矢吹
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佳充 坂口
Kota Kitamura
幸太 北村
Hiroki Yamaguchi
裕樹 山口
Masahiro Yamashita
全広 山下
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ion exchange membrane which is improved in the bondability to a catalyst electrode, i.e., a problem in a conventional hydrocarbon-based solid polyelectrolyte membrane. <P>SOLUTION: Provided are an aromatic hydrocarbon-based ion exchange membrane characterized in that the difference between the surface orientation degree on one surface of the aromatic hydrocarbon-based ion exchange membrane and that on the other surface is 0.8 or smaller and a method for producing the aromatic hydrocarbon-based ion exchange membrane comprising casting an ionic-group-containing aromatic hydrocarbon polymer solvent solution onto a support, starting the evaporation of the solvent at a temperature lower than the boiling point of the solvent by at least 100°C, removing the solvent at a temperature lower than the boiling point of the solvent by at least 70°C to form a self-supporting membrane of the ionic-group-containing aromatic hydrocarbon-based polymer, and bringing the obtained membrane into contact with an acidic solution to convert its ionic groups into acidic groups. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、高分子固体電解質膜に関し、さらに詳しくは芳香族炭化水素系イオン交換膜及びその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a polymer solid electrolyte membrane, and more particularly to an aromatic hydrocarbon ion exchange membrane and a method for producing the same.

高分子固体電解質をイオン伝導体として用いる電気化学的装置の例として、水電解槽や燃料電池を挙げることができる。これらに用いられる高分子膜は、カチオン交換膜として高いイオン伝導率を有すると共に化学的、熱的、電気化学的及び力学的に安定であることが要求されるが、これまで、主にパーフルオロカーボンスルホン酸膜が使用されてきた。しかしながら、現在、固体高分子形燃料電池分野においては、フッ素を含むため廃棄時の環境汚染や、発電時に発生するフッ酸が燃料電池のシステムを腐食するなど燃料電池の実用化に向けた障害として指摘されている。また、メタノール水溶液を用いる燃料電池においても、メタノール膨潤性が大きく耐久性で問題があり、実用化の障害となっている。   Examples of electrochemical devices that use polymer solid electrolytes as ion conductors include water electrolyzers and fuel cells. The polymer membranes used for these are required to have high ionic conductivity as a cation exchange membrane and to be chemically, thermally, electrochemically and mechanically stable. Sulfonic acid membranes have been used. However, at present, in the polymer electrolyte fuel cell field, since it contains fluorine, environmental pollution at the time of disposal, and hydrofluoric acid generated during power generation corrodes the fuel cell system. It has been pointed out. In addition, a fuel cell using an aqueous methanol solution has a problem of durability due to its large methanol swellability, which is an obstacle to practical use.

一方、パーフルオロカーボンスルホン酸膜に代わる電解質膜として、ポリエーテルエーテルケトンやポリエーテルスルホン、ポリスルホンなどのポリマーにスルホン酸基などイオン性基を導入した、いわゆる炭化水素系高分子固体電解質が近年盛んに検討されている。しかしながら、炭化水素系高分子固体電解質は一般に、パーフルオロカーボンスルホン酸膜と比べて、弾性率が高いため燃料電池として発電するために必要な触媒電極の接合がしにくいと言う問題点があった。     On the other hand, as electrolyte membranes that replace perfluorocarbon sulfonic acid membranes, so-called hydrocarbon polymer solid electrolytes in which ionic groups such as sulfonic acid groups are introduced into polymers such as polyetheretherketone, polyethersulfone, and polysulfone have recently become popular. It is being considered. However, since the hydrocarbon-based polymer solid electrolyte generally has a higher elastic modulus than the perfluorocarbon sulfonic acid membrane, there is a problem that it is difficult to join the catalyst electrodes necessary for power generation as a fuel cell.

高分子固体電解質膜のイオン伝導性に関しては、膜中でイオン伝導性成分が形成するチャネル構造が極めて重要であると考えられている。非特許文献1では、プロトン伝導膜中に分散している水素イオンが拡散可能な部位(イオン伝導部位)のパーコレーションによってイオン伝導が説明されているが、チャネルを通してイオンが伝導するという視点からは、膜中におけるイオン伝導部位の空間配置が重要になる。このような観点から、低加湿時の高分子固体電解質膜のイオン伝導性を向上させる方法として、高分子固体電解質膜のスルホン酸基濃度を増加させ、イオン伝導部の空間配置を多くすること及び膜厚を薄くすることによる抵抗の低減が考えられる。しかしながら、スルホン酸基濃度の著しい増加は、電解質膜の機械的強度や引裂強さを低下させたり、取扱いの際に寸法変化を起こしたり、長期運転において電解質膜がクリープしやすくなり耐久性を低下させる等の問題が生じる。一方膜厚の低減は、電解質膜の機械的強度及び引裂強さを低下させたり、さらに膜をガス拡散電極と接合させる場合等の加工性・取扱い性を低下させる等の問題が生じる。     With respect to the ionic conductivity of the polymer solid electrolyte membrane, the channel structure formed by the ion conductive component in the membrane is considered to be extremely important. In Non-Patent Document 1, ion conduction is described by percolation of a portion where ion dispersed in proton conductive membrane can diffuse (ion conduction portion). From the viewpoint that ions conduct through a channel, The spatial arrangement of ion conduction sites in the membrane is important. From such a viewpoint, as a method for improving the ionic conductivity of the polymer solid electrolyte membrane at the time of low humidification, increasing the sulfonic acid group concentration of the polymer solid electrolyte membrane and increasing the spatial arrangement of the ion conducting portion; It is conceivable to reduce the resistance by reducing the film thickness. However, a significant increase in the concentration of sulfonic acid groups reduces the mechanical strength and tear strength of the electrolyte membrane, causes dimensional changes during handling, and makes the electrolyte membrane creep easily during long-term operation, reducing durability. Problems occur. On the other hand, the reduction of the film thickness causes problems such as lowering the mechanical strength and tear strength of the electrolyte membrane, and further lowering workability and handleability when the membrane is joined to the gas diffusion electrode.

高分子固体電解質膜の耐久性を向上させる方法として、ポリマー自体の耐熱性・化学的安定性の向上・補強膜を用いた寸法安定性の向上・触媒電極との接合性の向上等、様々な検討が多くなされている。この中で、パーフルオロカーボンスルホン酸を含有した高分子電解質膜或いは、提案されている複合高分子固体電解質、例えば、延伸多孔ポリテトラフルオロエチレン膜の空隙部にイオン交換樹脂であるパーフルオロカーボンスルホン酸ポリマーを含浸し、一体化した複合高分子固体電解質膜(例えば、特許文献1参照)が、パーフルオロカーボンスルホン酸ポリマーの膜内に補強材としてフィブリル化されたポリテトラフルオロエチレンが分散された複合高分子固体電解質膜(例えば、特許文献2参照)が、それぞれ記載されている。さらには、炭化水素系高分子固体電解質と触媒電極との界面に、パーフルオロカーボンスルホン酸樹脂を塗布し、接合性を向上させた高分子固体電解質膜も提案されている。しかしながら、元素としてフッ素を含んでいることには変わりなく、廃棄時の環境汚染や、発電時に発生するフッ酸の問題は、依然として解決されていない。     There are various methods to improve the durability of polymer solid electrolyte membranes, such as improving the heat resistance and chemical stability of the polymer itself, improving the dimensional stability using a reinforcing membrane, and improving the bondability with the catalyst electrode. Many studies have been made. Among them, a polymer electrolyte membrane containing perfluorocarbon sulfonic acid or a proposed composite polymer solid electrolyte, for example, a perfluorocarbon sulfonic acid polymer which is an ion exchange resin in a void portion of an expanded porous polytetrafluoroethylene membrane. Composite polymer solid electrolyte membrane (see, for example, Patent Document 1) impregnated with polytetrafluoroethylene dispersed as a reinforcing material in a perfluorocarbon sulfonic acid polymer membrane Solid electrolyte membranes (for example, see Patent Document 2) are described respectively. Furthermore, a polymer solid electrolyte membrane in which perfluorocarbon sulfonic acid resin is applied to the interface between the hydrocarbon-based polymer solid electrolyte and the catalyst electrode to improve the bonding property has also been proposed. However, it still contains fluorine as an element, and the problems of environmental pollution during disposal and hydrofluoric acid generated during power generation have not been solved.

一方、高分子固体電解質を炭化水素系の補強材で補強したものとして、ポリベンゾオキサゾール多孔膜と高分子固体電解質を複合化した高分子固体電解質膜(例えば、特許文献3参照)が記載されている。しかしながら、これらの方法で作成された複合膜は、実際に燃料電池で発電を繰り返すと、補強材である多孔膜と高分子固体電解質の水やメタノール中での膨潤性が異なるため、界面が剥離したことにより起こったと推定される水素ガスやメタノールの透過量の経時的な増加があるため、耐久性は不十分である。     On the other hand, as a polymer solid electrolyte reinforced with a hydrocarbon-based reinforcing material, a polymer solid electrolyte membrane (for example, see Patent Document 3) in which a polybenzoxazole porous membrane and a polymer solid electrolyte are combined is described. Yes. However, the composite membranes prepared by these methods are peeled off at the interface because the swelling properties of the porous membrane, which is a reinforcing material, and the solid polymer electrolyte in water and methanol differ when the power generation is actually repeated in the fuel cell. Durability is insufficient because there is an increase in the permeation amount of hydrogen gas and methanol estimated to have occurred.

また、多孔性基材中に浸透させたモノマーからイオン伝導性を有するポリマーを重合した電解質膜もある(例えば特許文献4参照)。しかしながら、この方法では、空隙内をポリマーで完全に充填することが困難で、充填部位と未充填部位の寸法変化が異なり、欠陥等が形成されるため水素ガスリークやメタノール透過を十分抑止できない、さらに未充填部位で、プロトンの伝導が欠落するなどの問題がある。     There is also an electrolyte membrane obtained by polymerizing a polymer having ion conductivity from a monomer permeated into a porous substrate (see, for example, Patent Document 4). However, in this method, it is difficult to completely fill the void with the polymer, the dimensional change between the filled portion and the unfilled portion is different, and defects etc. are formed, so hydrogen gas leak and methanol permeation cannot be sufficiently suppressed. There are problems such as lack of proton conduction at unfilled sites.

Edmondson,C.A:AD Report 2000,18Edmondson, C.I. A: AD Report 2000, 18 特開平8−162132号公報JP-A-8-162132 特開2001−35508号公報JP 2001-35508 A 国際公開第WO00/22684号パンフレットInternational Publication No. WO00 / 22684 Pamphlet 特開2002−83612号公報JP 2002-83612 A

本発明の目的は、芳香族炭化水素系高分子固体電解質膜の課題であった触媒電極との接合性の不足を改善し、燃料電池用としての耐久性の不足を解決する芳香族炭化水素系イオン交換膜及びその製造方法を提供しようとすることである。   An object of the present invention is to improve the lack of bondability with a catalyst electrode, which has been a problem of aromatic hydrocarbon polymer solid electrolyte membranes, and to solve the lack of durability for fuel cells An object is to provide an ion exchange membrane and a method for producing the same.

本発明者らは上記課題を解決するため、鋭意研究した結果、触媒電極との接合性が悪い膜は、カールが発生し、かつ芳香族炭化水素系イオン交換膜表面の表及び裏の面配向度に違いがあることを見出し、この面配向度差を制御することによって上記目的を達成できることを見出したのである。   As a result of diligent research to solve the above problems, the inventors of the present invention have found that a membrane having poor adhesion to the catalyst electrode is curled and has surface orientation on the front and back surfaces of the aromatic hydrocarbon ion exchange membrane surface. It was found that there was a difference in the degree, and that the above object could be achieved by controlling the difference in the degree of orientation of the plane.

すなわち本発明は、以下の通りである。

1.芳香族炭化水素系イオン交換膜の一方の表面の表面面配向度と他方の表面の表面面配向度との差が、0.8以下であることを特徴とする芳香族炭化水素系イオン交換膜。


2.表面面配向度が高い方の表面の表面面配向度が2.0以下である、上記1記載の芳香族炭化水素系イオン交換膜。

3.カール度が5%以下である上記1又は2に記載の芳香族炭化水素系イオン交換膜。

4.芳香族炭化水素系イオン交換膜が、イオン性基含有芳香族炭化水素系ポリマーを有し、イオン交換容量が0.3〜3.5meq/gである上記1〜3のいずれかに記載の芳香族炭化水素系イオン交換膜。
5.イオン性基含有芳香族炭化水素系ポリマーが、一般式(1)及び一般式(2)で示される構成単位を含むポリアリーレンエーテル系化合物である上記1に記載の芳香族炭化水素系イオン交換膜。

Figure 2008138104
(ただし、Arは2価の芳香族基、Yはスルホン基またはケトン基、XはH及び/または1価のカチオン種、Zはエーテル結合、チオエーテル結合及びアルキレン基から選ばれる少なくとも1種である。)
Figure 2008138104
(ただし、Ar’は2価の芳香族基、Z’はエーテル結合チオエーテル結合及び2価の脂肪族基から選ばれる少なくとも1種である。)
6.イオン性基含有芳香族炭化水素系ポリマーを溶媒に溶かした溶液を、支持体上に流延した後、前記溶媒の沸点より100℃以上低い温度で溶媒の蒸発除去を開始し、次いで溶媒の沸点より100〜70℃低い温度で溶媒の蒸発除去を行いイオン性基含有芳香族炭化水素系ポリマーの自己支持性膜とした後、得られた自己支持性膜のイオン性基を酸性液に接触させて酸型に変換することを特徴とする上記1に記載の芳香族炭化水素系イオン交換膜の製造方法。。 That is, the present invention is as follows.

1. The difference between the degree of orientation of the surface of one surface of the aromatic hydrocarbon ion exchange membrane and the degree of orientation of the surface of the other surface is 0.8 or less. .


2. 2. The aromatic hydrocarbon ion exchange membrane according to 1 above, wherein the surface orientation degree of the surface having the higher surface orientation degree is 2.0 or less.

3. 3. The aromatic hydrocarbon ion exchange membrane according to the above 1 or 2, having a curl degree of 5% or less.

4). The fragrance according to any one of the above 1 to 3, wherein the aromatic hydrocarbon ion exchange membrane has an ionic group-containing aromatic hydrocarbon polymer and has an ion exchange capacity of 0.3 to 3.5 meq / g. Group hydrocarbon ion exchange membrane.
5. 2. The aromatic hydrocarbon ion exchange membrane according to 1 above, wherein the ionic group-containing aromatic hydrocarbon polymer is a polyarylene ether compound containing structural units represented by general formula (1) and general formula (2). .
Figure 2008138104
(However, Ar is a divalent aromatic group, Y is a sulfone group or ketone group, X is H and / or a monovalent cationic species, Z is at least one selected from an ether bond, a thioether bond and an alkylene group. .)
Figure 2008138104
(However, Ar ′ is a divalent aromatic group, and Z ′ is at least one selected from an ether-linked thioether bond and a divalent aliphatic group.)
6). After casting a solution in which an ionic group-containing aromatic hydrocarbon polymer is dissolved in a solvent, the solvent is evaporated and removed at a temperature 100 ° C. or more lower than the boiling point of the solvent, and then the boiling point of the solvent After evaporating and removing the solvent at a temperature lower than 100 to 70 ° C. to obtain a self-supporting membrane of an ionic group-containing aromatic hydrocarbon polymer, the ionic groups of the obtained self-supporting membrane are brought into contact with an acidic liquid. 2. The method for producing an aromatic hydrocarbon-based ion exchange membrane as described in 1 above, which is converted to an acid form. .

イオン交換膜の表裏の表面面配向度差を0.8以下とすることで、膜のカール度を5%以下に制御することができる。その結果、触媒電極との接合性が向上させることができ、耐久性に優れた芳香族炭化水素系イオン交換膜が提供できる。     The curl degree of the membrane can be controlled to 5% or less by setting the difference in the degree of orientation of the surface surface between the front and back surfaces of the ion exchange membrane to 0.8 or less. As a result, the bondability with the catalyst electrode can be improved, and an aromatic hydrocarbon ion exchange membrane having excellent durability can be provided.

以下、本発明を詳細に説明する。なお、本発明において、重量とは、質量を意味する。
まず、本発明における芳香族炭化水素系のイオン性基含有ポリマーについて述べる。
本発明における芳香族炭化水素系のイオン性基含有ポリマーは、ポリマー主鎖に芳香族あるいは芳香環とエーテル結合、スルホン結合、イミド結合、エステル結合、アミド結合、ウレタン結合、スルフィド結合、カーボネート結合及びケトン結合から選択される少なくとも1種以上の結合基を有する構造を持つ非フッ素系のイオン伝導性ポリマーであり、例えば、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンスルフィドスルホン、ポリパラフェニレン、ポリアリーレン系ポリマー、ポリフェニルキノキサリン、ポリアリールケトン、ポリエーテルケトン、ポリベンズオキサゾール、ポリベンズチアゾール、ポリイミド等の構成成分の少なくとも1種を含むポリマーに、スルホン酸基、ホスホン酸基、カルボキシル基、及びそれらの誘導体の少なくとも1種が導入されているポリマーが挙げられる。
なお、スルホン酸基、ホスホン酸基、カルボシキル基などの官能基をポリマーに含むことで、ポリマーのイオン伝導性が発現される。この中で特に有効に作用する官能基は、スルホン酸基である。また、ここでいうポリスルホン、ポエーテルスルホン、ポリエーテルケトン等は、その分子鎖にスルホン結合、エーテル結合、ケトン結合を有しているポリマーの総称であり、ポリエーテルケトンケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトンケトン、ポリエーテルケトンエーテルケトンケトン、ポリエーテルケトンスルホンなどを含むとともに、特定のポリマー構造に限定するものではない。
Hereinafter, the present invention will be described in detail. In the present invention, the weight means mass.
First, the aromatic hydrocarbon-based ionic group-containing polymer in the present invention will be described.
The aromatic hydrocarbon type ionic group-containing polymer in the present invention has an aromatic or aromatic ring and ether bond, sulfone bond, imide bond, ester bond, amide bond, urethane bond, sulfide bond, carbonate bond, and polymer main chain. A non-fluorine ion conductive polymer having a structure having at least one linking group selected from ketone bonds, such as polysulfone, polyethersulfone, polyphenylene oxide, polyphenylene sulfide, polyphenylene sulfide sulfone, polyparaphenylene , A polyarylene polymer, polyphenylquinoxaline, polyaryl ketone, polyether ketone, polybenzoxazole, polybenzthiazole, a polymer containing at least one component such as polyimide, Acid group, a phosphonic acid group, a carboxyl group, and at least one of those derivatives is a polymer which has been introduced.
In addition, the ionic conductivity of a polymer is expressed by including functional groups, such as a sulfonic acid group, a phosphonic acid group, and a carboxyl group, in a polymer. Among these, a functional group that acts particularly effectively is a sulfonic acid group. Polysulfone, polyethersulfone, polyetherketone, etc. as used herein are generic names for polymers having a sulfone bond, an ether bond, and a ketone bond in their molecular chains. Polyetherketoneketone, polyetheretherketone, It includes polyether ether ketone ketone, polyether ketone ether ketone ketone, polyether ketone sulfone and the like, and is not limited to a specific polymer structure.

上記官能基を含有するポリマーのうち、特に芳香環上にスルホン酸基を持つポリマーは、上記例のような骨格を持つポリマーに対して適当なスルホン化剤を反応させることにより得ることができる。このようなスルホン化剤としては、例えば、芳香族系炭化水素系ポリマーにスルホン酸基を導入する例として報告されている、濃硫酸や発煙硫酸を使用するもの(例えば、Solid State Ionics,106,P.219(1998))、クロル硫酸を使用するもの(例えば、J.Polym.Sci.,Polym.Chem.,22,P.295(1984))、無水硫酸錯体を使用するもの(例えば、J.Polym.Sci.,Polym.Chem.,22,P.721(1984)、J.Polym.Sci.,Polym.Chem.,23,P.1231(1985))等が有効である。本発明のイオン性基含有ポリマー、特にイオン伝導性がスルホン酸基であるポリマーを得るためには、これらの試薬を用い、それぞれのポリマーに応じた反応条件を選定することにより実施することができる。また、特許第2884189号に記載のスルホン化剤等を用いることも可能である。     Among the polymers containing the functional group, a polymer having a sulfonic acid group on the aromatic ring can be obtained by reacting a polymer having a skeleton as in the above example with an appropriate sulfonating agent. Examples of such sulfonating agents include those using concentrated sulfuric acid or fuming sulfuric acid that have been reported as examples of introducing sulfonic acid groups into aromatic hydrocarbon polymers (for example, Solid State Ionics, 106, P.219 (1998)), those using chlorosulfuric acid (for example, J. Polym. Sci., Polym. Chem., 22, P.295 (1984)), those using anhydrous sulfuric acid complex (for example, J Polym. Sci., Polym. Chem., 22, P. 721 (1984), J. Polym. Sci., Polym. Chem., 23, P. 1231 (1985)) and the like are effective. In order to obtain the ionic group-containing polymer of the present invention, in particular, a polymer whose ion conductivity is a sulfonic acid group, it can be carried out by using these reagents and selecting reaction conditions according to each polymer. . Moreover, it is also possible to use the sulfonating agent described in Japanese Patent No. 2884189.

また、上記芳香族炭化水素系イオン性基含有ポリマーは、重合に用いるモノマーの中の少なくとも1種に酸性基を含むモノマーを用いて合成することもできる。例えば、芳香族ジアミンと芳香族テトラカルボン酸二無水物から合成されるポリイミドにおいては、芳香族ジアミンの少なくとも1種にスルホン酸基やホスホン酸基を含有するジアミンを用いて酸性基含有ポリイミドとすることが出来る。芳香族ジアミンジオールと芳香族ジカルボン酸から合成されるポリベンズオキサゾール、芳香族ジアミンジチオールと芳香族ジカルボン酸から合成されるポリベンズチアゾールの場合は、芳香族ジカルボン酸の少なくとも1種にスルホン酸基含有ジカルボン酸やホスホン酸基含有ジカルボン酸を使用することにより酸性基含有ポリベンズオキサゾール、ポリベンズチアゾールとすることが出来る。芳香族ジハライドと芳香族ジオールから合成されるポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルケトンなどは、モノマーの少なくとも1種にスルホン酸基含有芳香族ジハライドやスルホン酸基含有芳香族ジオールを用いることで合成することが出来る。この際、スルホン酸基含有ジオールを用いるよりも、スルホン酸基含有ジハライドを用いる方が、重合度が高くなりやすいとともに、得られた酸性基含有ポリマーの熱安定性が高くなるので好ましい。   The aromatic hydrocarbon ionic group-containing polymer can also be synthesized using a monomer containing an acidic group in at least one of the monomers used for polymerization. For example, in a polyimide synthesized from an aromatic diamine and an aromatic tetracarboxylic dianhydride, an acidic group-containing polyimide is obtained by using a diamine containing a sulfonic acid group or a phosphonic acid group as at least one of the aromatic diamines. I can do it. In the case of polybenzoxazole synthesized from aromatic diamine diol and aromatic dicarboxylic acid, and polybenzthiazole synthesized from aromatic diamine dithiol and aromatic dicarboxylic acid, at least one kind of aromatic dicarboxylic acid contains sulfonic acid group By using dicarboxylic acid or phosphonic acid group-containing dicarboxylic acid, an acidic group-containing polybenzoxazole or polybenzthiazole can be obtained. Polysulfone, polyethersulfone, polyetherketone, etc. synthesized from aromatic dihalide and aromatic diol are synthesized by using sulfonic acid group-containing aromatic dihalide or sulfonic acid group-containing aromatic diol as at least one monomer. I can do it. At this time, it is preferable to use a sulfonic acid group-containing dihalide rather than a sulfonic acid group-containing diol because the degree of polymerization tends to be high and the thermal stability of the obtained acidic group-containing polymer is high.

本発明における芳香族炭化水素系イオン性基含有ポリマーは、スルホン酸基含有ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンスルフィドスルホン、ポリエーテルケトン系ポリマーなどのポリアリーレンエーテル系化合物、ポリアリーレン系化合物であることがより好ましい。     The aromatic hydrocarbon-based ionic group-containing polymer in the present invention includes polyarylene ether compounds such as sulfonic acid group-containing polysulfone, polyethersulfone, polyphenylene oxide, polyphenylene sulfide, polyphenylene sulfide sulfone, polyether ketone-based polymer, and polyarylene. It is more preferable that it is a system compound.

さらに、これらの下記一般式(1)及び一般式(2)で示される構成単位を含むポリマーが好ましい。

Figure 2008138104
一般式(1)中、Arは2価の芳香族基、Yはスルホン基またはケトン基、XはH及び/または1価のカチオン種、Zは2価の脂肪族基、エーテル結合、チオエーテル結合など芳香環をつなぐ各種結合様式より選択されるが、エーテル結合または/及びチオエーテル結合(OまたはS)が好ましく、その中でもエーテル結合がより好ましい。 Furthermore, the polymer containing the structural unit shown by these following general formula (1) and general formula (2) is preferable.

Figure 2008138104
In general formula (1), Ar is a divalent aromatic group, Y is a sulfone group or a ketone group, X is H and / or a monovalent cation species, Z is a divalent aliphatic group, an ether bond, a thioether bond Are selected from various bond modes for connecting aromatic rings, such as ether bond and / or thioether bond (O or S), and ether bond is more preferable.

Figure 2008138104

一般式(2)中、Ar’は2価の芳香族基、Z’は2価の脂肪族基、エーテル結合、チオエーテル結合など芳香環をつなぐ各種結合様式より選択されるが、エーテル結合または/及びチオエーテル結合(OまたはS)が好ましく、その中でもエーテル結合がより好ましい。
Figure 2008138104

In general formula (2), Ar ′ is a divalent aromatic group, Z ′ is selected from various bond modes connecting aromatic rings such as a divalent aliphatic group, an ether bond, and a thioether bond. And a thioether bond (O or S) is preferable, and an ether bond is more preferable among them.

さらに、一般式(3)とともに一般式(4)で示される構成単位を含むことがより好ましい。   Furthermore, it is more preferable that the structural unit shown by General formula (4) is included with General formula (3).


Figure 2008138104
ただし、Arは2価の芳香族基、Yはスルホン基またはケトン基、XはHまたは1価のカチオン種を示す。
Figure 2008138104
Here, Ar represents a divalent aromatic group, Y represents a sulfone group or a ketone group, and X represents H or a monovalent cation species.

Figure 2008138104
ただし、Ar’は2価の芳香族基を示す。
Figure 2008138104
However, Ar ′ represents a divalent aromatic group.

上記一般式(4)で示される構成単位は、下記一般式(5)で示される構成単位であることが好ましい。   The structural unit represented by the general formula (4) is preferably a structural unit represented by the following general formula (5).


Figure 2008138104
ただし、Ar’は2価の芳香族基を示す。
Figure 2008138104
However, Ar ′ represents a divalent aromatic group.

なお、一般式(1)〜(5)における芳香族基としては、ベンゼン環、ピリジン環などの芳香環や、ナフタレン環、アントラセン環などの縮合多環芳香族基や、芳香族環が直接結合した基や、少なくとも2つの芳香環がエーテル基、チオエーテル基で連結されている基や、芳香族環が脂肪族基、スルフィド基、パーフルオロアルキル基などで複数連結した基や、芳香環がスルホン基、カルボニル基、スルホニル基などの電子吸引性基で連結した基から選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。
また、一般式(1)及び(2)における脂肪族基としては、−C(CH−基、−C(CF−基、−CH−基、シクロヘキシル基から選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。
In addition, as aromatic groups in general formulas (1) to (5), aromatic rings such as benzene rings and pyridine rings, condensed polycyclic aromatic groups such as naphthalene rings and anthracene rings, and aromatic rings are directly bonded. A group in which at least two aromatic rings are linked by an ether group or a thioether group, a group in which a plurality of aromatic rings are linked by an aliphatic group, a sulfide group, a perfluoroalkyl group, or the like; It is preferably at least one selected from groups linked by an electron-withdrawing group such as a group, a carbonyl group, and a sulfonyl group.
In addition, the aliphatic group in the general formulas (1) and (2) is at least selected from a —C (CH 3 ) 2 — group, a —C (CF 3 ) 2 — group, a —CH 2 — group, and a cyclohexyl group. One type is preferable.

また、上記のスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物においては上記一般式で示される以外の構成単位が含まれていてもかまわない。このとき、上記一般式で示される以外の構成単位は50重量%以下であることが好ましい。50重量%以下とすることにより、スルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物の特性を活かした組成物とすることができる。   The sulfonic acid group-containing polyarylene ether-based compound may contain a structural unit other than that represented by the general formula. At this time, it is preferable that the structural units other than those represented by the general formula are 50% by weight or less. By setting the content to 50% by weight or less, a composition utilizing the characteristics of the sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound can be obtained.

本発明における芳香族炭化水素系のイオン性基含有ポリマーのイオン性基としては、スルホン酸基、ホスホン酸基、リン酸基のいずれか1種以上の基を含有することが重要である。ポリマーへのイオン性基の導入は公知の方法を用いることができ、例えばスルホン酸基、ホスホン酸基、リン酸基を有するモノマーからポリマーを重合しても良いし、ポリマーを重合した後、イオン性基を公知の方法で導入しても良い。    It is important that the ionic group of the aromatic hydrocarbon-based ionic group-containing polymer in the present invention contains at least one group selected from a sulfonic acid group, a phosphonic acid group, and a phosphoric acid group. A known method can be used for introducing an ionic group into the polymer. For example, the polymer may be polymerized from a monomer having a sulfonic acid group, a phosphonic acid group, or a phosphoric acid group. The sex group may be introduced by a known method.

本発明における芳香族炭化水素系のイオン性基含有ポリマーの分子量は特に限定されるものではないが、濃度が0.5g/dlのNMP溶液での対数粘度が0.1〜3.0であることが好ましい。0.1よりも小さいと、イオン交換膜としたときに、膜が脆くなりやすくなる。対数粘度は0.3以上であることがより好ましい。さらに好ましくは0.5以上である。一方、対数粘度が3.0を超えると、ポリマー溶解が困難になるなど、加工性での問題が出てくる。対数粘度は2.0以下であることがより好ましい。     The molecular weight of the aromatic hydrocarbon-based polymer in the present invention is not particularly limited, but the logarithmic viscosity in an NMP solution having a concentration of 0.5 g / dl is 0.1 to 3.0. It is preferable. If it is less than 0.1, the membrane tends to become brittle when an ion exchange membrane is formed. The logarithmic viscosity is more preferably 0.3 or more. More preferably, it is 0.5 or more. On the other hand, when the logarithmic viscosity is more than 3.0, there are problems in processability such as difficulty in dissolving the polymer. The logarithmic viscosity is more preferably 2.0 or less.

本発明の芳香族炭化水素系イオン交換膜は、膜表面の一方の面と他方の面、すなわち、膜の表と裏との表面面配向度の差が、0.8以下であり、好ましくは、0.6以下、より好ましくは0.4以下である。イオン交換膜の表面において、膜の表裏の表面面配向度差が0.8を超えると、膜内に内在する応力の表裏差(歪)が大きいため、膜がカールしやすくなり、膜のカール度が5%を超えてしまうことになる。その結果、膜と触媒電極との接合性が悪くなり、発電時の界面抵抗が大きくなると考えられる。
本発明においては、当該表裏面配向度差を0.8以下に制御することにより、芳香族炭化水素系イオン交換膜のカール度を5%以下にすることができるのみならず、膜と触媒電極とを接合した接合体は、燃料電池に用いて発電時の熱変形安定性及び膨潤変形安定性を大幅に向上させることができる。
In the aromatic hydrocarbon ion exchange membrane of the present invention, the difference in the degree of orientation of the surface between one surface and the other surface of the membrane surface, that is, the front and back surfaces of the membrane is 0.8 or less, preferably 0.6 or less, more preferably 0.4 or less. On the surface of the ion exchange membrane, if the surface orientation difference between the front and back surfaces of the membrane exceeds 0.8, the difference between the front and back of the stress (strain) in the membrane is large, so the membrane tends to curl and the membrane curls. The degree will exceed 5%. As a result, it is considered that the bondability between the membrane and the catalyst electrode deteriorates and the interface resistance during power generation increases.
In the present invention, the degree of curl of the aromatic hydrocarbon ion exchange membrane can be reduced to 5% or less by controlling the difference in degree of orientation between the front and back surfaces to 0.8 or less. Can be used in a fuel cell to greatly improve thermal deformation stability and swelling deformation stability during power generation.

本発明において、表面面配向度とは、膜表面から3μm程度の深さまでの芳香環面の膜面に対する配向度合を意味する。具体的には、FT−IR(測定装置:VARIAN社製、FTS−60A/896等)によりダイアモンド結晶を内部反射エレメントに用いた偏光ATR測定を、一回反射ATRアタッチメントをgolden gate Mkll(SPECAC社製)、入射角を45°、分解能を4cm−1、積算回数128回の条件で膜表面について測定を行った場合の1490cm−1及び1456cm−1における各方向の吸収係数(Kx,Ky及びKz)によって定義される配向ファクター(Kx+Ky)/(2×Kz)に基づくものである(但し、KxはMD方向、KyはTD方向、Kzは厚み方向の吸収係数をそれぞれ示す。) In the present invention, the degree of orientation of the surface plane means the degree of orientation with respect to the membrane surface of the aromatic ring surface up to a depth of about 3 μm from the membrane surface. Specifically, polarization ATR measurement using a diamond crystal as an internal reflection element by FT-IR (measurement apparatus: manufactured by VARIAN, FTS-60A / 896, etc.), and once-reflection ATR attachment are set to golden gate Mkll (SPECAC). Ltd.), the absorption coefficient in each direction in 1490Cm -1 and 1456cm -1 when the film surface was measured under conditions of 45 ° angle of incidence, 4 cm -1 resolution, 128 cumulative (Kx, Ky and Kz ) Defined by the orientation factor (Kx + Ky) / (2 × Kz) (where Kx is the MD direction, Ky is the TD direction, and Kz is the absorption coefficient in the thickness direction).

膜の一方の面の表面面配向度と他方の面の表面面配向度の差とは、本発明の芳香族炭化水素系イオン交換膜の表裏のそれぞれについて表面面配向度を測定し、その差の絶対値で表されるものである。     The difference between the degree of orientation of the surface of one surface of the membrane and the degree of orientation of the surface of the other surface is determined by measuring the degree of orientation of the surface of each surface of the aromatic hydrocarbon ion exchange membrane of the present invention. It is represented by the absolute value of.

表面面配向度が高い方の面の表面面配向度は、好ましくは2.0以下であり、より好ましくは1.5以下である。更に好ましくは、1.0以下である。表面面配向度が高い方の面の表面面配向度が2.0より大きくなると、膜表面の表面面配向度の差を所定の範囲に制御しにくくなるとともに、熱や湿度による変形を受け易くなる。     The surface orientation degree of the surface having the higher surface orientation degree is preferably 2.0 or less, more preferably 1.5 or less. More preferably, it is 1.0 or less. If the surface orientation degree of the higher surface orientation degree is larger than 2.0, it becomes difficult to control the difference in surface orientation degree of the film surface within a predetermined range, and it is easy to be deformed by heat and humidity. Become.

表面面配向度が高い方の面の表面面配向度の下限値は特に限定されないが、膜の平面性の観点からは、好ましくは0.2以上であり、より好ましくは0.3以上であり、さらに好ましくは0.4以上である。     The lower limit value of the surface plane orientation degree of the surface having the higher surface plane orientation degree is not particularly limited, but is preferably 0.2 or more, more preferably 0.3 or more, from the viewpoint of the flatness of the film. More preferably, it is 0.4 or more.

本発明において、膜のカール度とは、所定の処理を行った後の膜の面方向に対する厚み方向への変形度合を意味し、具体的には、図1に示すように50mm×50mmの試験片を100℃で10分間熱風処理した後に、平面上に試験片を静置し、4隅の平面からの距離(h1、h2、h3、h4:単位mm)の平均値をカール量(mm)とし、試験片の各頂点から中心までの距離(35.36mm)に対するカール量の百分率(%)であらわされる値である。具体的には、次式によって算出される。
カール量(mm)=(h1+h2+h3+h4)/4
カール度(%)=100×(カール量)/35.36
In the present invention, the curl degree of the film means the degree of deformation in the thickness direction with respect to the surface direction of the film after performing a predetermined treatment, and specifically, a test of 50 mm × 50 mm as shown in FIG. After the piece was treated with hot air at 100 ° C. for 10 minutes, the test piece was allowed to stand on a flat surface, and the average value of distances from the flat surfaces at four corners (h1, h2, h3, h4: unit mm) was the curl amount (mm) And a value expressed as a percentage (%) of the curl amount with respect to the distance (35.36 mm) from each vertex to the center of the test piece. Specifically, it is calculated by the following formula.
Curling amount (mm) = (h1 + h2 + h3 + h4) / 4
Curling degree (%) = 100 × (curl amount) /35.36

本発明の芳香族炭化水素系イオン交換膜の製造方法は、イオン性基含有芳香族炭化水素系ポリマーを溶媒に溶かした溶液を、支持体上に流延した後、溶媒の沸点より100℃以上低い温度で溶媒の蒸発除去する工程、次いで溶媒の沸点より100〜70℃低い温度で溶媒の蒸発除去しイオン性基含有芳香族炭化水素系ポリマーの自己支持性膜を得る工程、次いで得られた自己支持性膜を酸性液に接触させてイオン性基を酸型に変換する工程を含むことを特徴とする。     In the method for producing an aromatic hydrocarbon ion exchange membrane of the present invention, a solution obtained by dissolving an ionic group-containing aromatic hydrocarbon polymer in a solvent is cast on a support, and then 100 ° C. or more from the boiling point of the solvent. The step of evaporating and removing the solvent at a low temperature, and then the step of obtaining the self-supporting membrane of the ionic group-containing aromatic hydrocarbon polymer by evaporating and removing the solvent at a temperature lower than the boiling point of the solvent by 100 to 70 ° C. The method includes a step of bringing a self-supporting membrane into contact with an acidic liquid to convert an ionic group into an acid form.

溶媒を除去する工程において溶媒の除去は、例えば加熱、減圧乾燥、ポリマーを溶解する溶媒と混和できるポリマー非溶媒への浸漬などによって可能であるが、加熱または減圧乾燥で除去することが膜の均一性が得られやすい点で好ましい。より好ましくは、ポリマー溶媒の分解や変質及び塗膜の品位低下を避けるため、減圧下又は常圧下でできるだけ低い温度で初期乾燥を施し、徐々に高温側へシフトするような温度パターンで乾燥することが重要である。このために、溶媒の沸点より100℃以上低い温度で溶媒の蒸発を開始させつつ、最終的には、溶媒の沸点より100〜70℃低い温度で溶媒を除去する。
初期乾燥を溶媒の沸点より100℃以上低い温度で行うことにより、支持体に接触した表面の分子の面方向への配向が抑制されるとともに、膜の支持体側から膜の表面側への(厚み方向への)溶媒の移動がゆっくりであるため、分子の厚み方向への配向も抑制され、かつ膜の表面の塗工時の配向やひずみも緩和されるものと考えられる。
一方、高温で急激に乾燥すると、支持体に接触した表面の分子の面方向への配向が促進されるとともに、膜の支持体側から膜の表面側への(厚み方向への)溶媒の移動が速く、分子の厚み方向への配向も発生し、かつ膜の表面の塗工時の配向やひずみも緩和されず、膜中にひずみが保存されてしまうと考えられる。
In the step of removing the solvent, the solvent can be removed, for example, by heating, drying under reduced pressure, or dipping in a polymer non-solvent that is miscible with the solvent that dissolves the polymer. It is preferable in that it can be easily obtained. More preferably, in order to avoid decomposition and deterioration of the polymer solvent and deterioration of the quality of the coating film, initial drying is performed at the lowest possible temperature under reduced pressure or normal pressure, and drying is performed with a temperature pattern that gradually shifts to a higher temperature side. is important. For this purpose, the solvent is finally removed at a temperature 100 to 70 ° C. lower than the boiling point of the solvent while starting to evaporate the solvent at a temperature lower than the boiling point of the solvent by 100 ° C. or more.
By performing initial drying at a temperature lower than the boiling point of the solvent by 100 ° C. or more, the orientation of molecules on the surface in contact with the support in the plane direction is suppressed, and the thickness from the support side of the membrane to the surface side of the membrane (thickness) It is considered that since the movement of the solvent (in the direction) is slow, the alignment in the thickness direction of the molecules is suppressed, and the orientation and strain during coating of the film surface are also reduced.
On the other hand, rapid drying at a high temperature promotes the orientation of molecules on the surface in contact with the support in the plane direction, and the movement of the solvent from the support side of the film to the surface side of the film (in the thickness direction) It is considered that the alignment in the thickness direction of the molecules occurs quickly, and the orientation and strain at the time of coating on the surface of the film are not relaxed, and the strain is stored in the film.

イオン性基を酸型に変換する工程においては、膜中のイオン性基は金属塩になっているものを含んでいても良いが、適当な酸性溶液、例えば、硫酸、塩酸等を用いて、加熱下或いは非加熱下で酸処理することで、フリーの酸性基に変換することができる。また酸性基に変換する場合、過剰量の酸で処理することが一般的であるので、ポリマーが過剰な酸を含む可能性がある。そのため、酸性基に変換した後、水洗を繰り返すなどして、過剰な酸成分は除去することが望ましい。この際、洗浄に用いる水に塩が含まれていると酸性基が金属塩に再度変換される可能性があるので、少なくとも、イオン交換水のようなイオン除去処理を行った水を使用することが望ましい。また、イオン交換膜のイオン伝導性は、1.0×10−2S/cm以上であることが好ましい。イオン伝導性が1.0×10−2S/cm以上である場合には、そのイオン交換膜を用いた燃料電池において良好な出力が得られる傾向にあり、1.0×10−2S/cm未満である場合には燃料電池の出力低下が起こる傾向にある。 In the step of converting the ionic group into the acid form, the ionic group in the film may contain a metal salt, but using a suitable acidic solution, for example, sulfuric acid, hydrochloric acid, etc. It can convert into a free acidic group by acid treatment under heating or non-heating. Moreover, when converting into an acidic group, since it is common to process with an excess amount of acid, a polymer may contain an excess acid. Therefore, it is desirable to remove excess acid component by repeating washing with water after conversion to an acidic group. At this time, if the water used for washing contains a salt, the acidic group may be converted back to a metal salt, so use at least water that has been subjected to ion removal treatment, such as ion-exchanged water. Is desirable. Moreover, it is preferable that the ion conductivity of an ion exchange membrane is 1.0 * 10 <-2 > S / cm or more. When ion conductivity is 1.0 × 10 -2 S / cm or higher, tend to better output is obtained in the fuel cell using the ion-exchange membrane, 1.0 × 10 -2 S / When it is less than cm, the output of the fuel cell tends to decrease.

本発明におけるイオン性基含有芳香族炭化水素系ポリマーを溶解させる溶媒としては、溶解性や取扱い性、コストの面などからN−メチル−2−ピロリドン(沸点:202℃)、N、N−ジメチルアセトアミド(沸点:165℃)、N,N−ジメチルホルムアミド(沸点:153℃)、ジメチルスルホキシド(沸点:189℃)、テトラメチルウレア、ジメチルイミダゾリジノン、ヘキサメチルホスホンアミドなどの有機極性溶媒が望ましい。これらの溶媒は、可能な範囲で複数を混合して使用してもよい。溶液中のポリマー濃度は0.1〜50重量%の範囲であることが好ましい。溶液中のポリマー濃度が0.1重量%未満であると良好な成形物を得るのが困難となる傾向にあり、50重量%を超えると加工性が悪化する傾向にある。     As a solvent for dissolving the ionic group-containing aromatic hydrocarbon polymer in the present invention, N-methyl-2-pyrrolidone (boiling point: 202 ° C.), N, N-dimethyl is considered from the viewpoint of solubility, handleability and cost. Organic polar solvents such as acetamide (boiling point: 165 ° C.), N, N-dimethylformamide (boiling point: 153 ° C.), dimethyl sulfoxide (boiling point: 189 ° C.), tetramethylurea, dimethylimidazolidinone, hexamethylphosphonamide and the like are desirable. A plurality of these solvents may be used as a mixture within a possible range. The polymer concentration in the solution is preferably in the range of 0.1 to 50% by weight. If the polymer concentration in the solution is less than 0.1% by weight, it tends to be difficult to obtain a good molded product, and if it exceeds 50% by weight, the processability tends to deteriorate.

イオン性基含有芳香族炭化水素系ポリマー溶媒溶液からキャストする方法としては、例えば、コンマコーター、リップコーター、ブレードコーター、バーコーター、ロールコーター、ナイフコーター等の公知の手法を用いることができる。支持体としては、ステンレスなどの金属からなるエンドレスベルトやドラム、ポリエチレンテレフタレートなどの樹脂からなるフィルム、ガラスなどを用いることができるがこれらに限定されるものではない。これらの支持体は、例えば、金属からなる支持体の表面の鏡面処理、樹脂フィルムの表面のコロナ処理等、支持体表面が改質されていてもよい。ポリマー溶媒溶液の粘度が高い場合には、基板や溶液を加熱して高温でキャストするとポリマー溶媒溶液の粘度が低下して容易にキャストすることができる。   As a method for casting from an ionic group-containing aromatic hydrocarbon polymer solvent solution, known methods such as a comma coater, a lip coater, a blade coater, a bar coater, a roll coater, and a knife coater can be used. As the support, an endless belt or drum made of a metal such as stainless steel, a film made of a resin such as polyethylene terephthalate, glass, or the like can be used, but is not limited thereto. The surface of the support may be modified by, for example, mirror-treating the surface of the support made of metal or corona treatment of the surface of the resin film. When the viscosity of the polymer solvent solution is high, when the substrate or the solution is heated and cast at a high temperature, the viscosity of the polymer solvent solution is lowered and can be easily cast.

キャストする際のポリマー溶媒溶液の厚みは特に制限されないが、10〜1500μmであることが好ましい。薄すぎると膜としての形態を保てなくなり、厚すぎると不均一な膜ができやすい傾向にある。より好ましくは50〜500μmである。ポリマー溶媒溶液の厚みが10μmよりも薄いとイオン交換膜としての形態を保てなくなる傾向にあり、1500μmよりも厚いと不均一なイオン交換膜ができやすくなる傾向にある。ポリマー溶媒溶液のキャスト厚を制御する方法は、公知の方法を用いることができるが、例えば、アプリケーター、ドクターブレード等を用いて、一定の厚みにしたり、ガラスシャーレなどを用いてキャスト面積を一定にして溶液の量や濃度で厚みを制御することができる。
また、キャストしたポリマー溶媒溶液から膜を得る方法も公知の方法を用いることができる。キャストしたポリマー溶媒溶液は、前記したように、乾燥温度、乾燥条件などを調整して、溶媒の除去速度を調整することでより均一な膜を得ることができる。例えば、加熱する場合には、最初の段階では低温にして蒸発速度を下げたりすることができる。また、水などの非溶媒に浸漬する場合には、溶液を空気中や不活性ガス中に適当な時間放置しておくなどしてポリマーの凝固速度を調整することができる。
The thickness of the polymer solvent solution at the time of casting is not particularly limited, but is preferably 10 to 1500 μm. If it is too thin, the shape of the film cannot be maintained, and if it is too thick, a non-uniform film tends to be easily formed. More preferably, it is 50-500 micrometers. If the thickness of the polymer solvent solution is less than 10 μm, the form as an ion exchange membrane tends to be not maintained, and if it is greater than 1500 μm, a non-uniform ion exchange membrane tends to be easily formed. As a method for controlling the cast thickness of the polymer solvent solution, a known method can be used. For example, the cast area can be made constant by using an applicator, a doctor blade or the like, or by using a glass petri dish or the like. The thickness can be controlled by the amount and concentration of the solution.
Also, a known method can be used to obtain a film from the cast polymer solvent solution. As described above, the cast polymer solvent solution can obtain a more uniform film by adjusting the drying temperature, drying conditions, etc., and adjusting the solvent removal rate. For example, in the case of heating, the evaporation rate can be lowered by lowering the temperature in the first stage. In addition, when immersed in a non-solvent such as water, the solidification rate of the polymer can be adjusted by leaving the solution in air or an inert gas for an appropriate time.

本発明の膜は、目的に応じて任意の膜厚にすることができるが、イオン伝導性の面からはできるだけ薄いことが好ましい。具体的には、5〜200μmであることが好ましく、5〜50μmであることがさらに好ましく、5〜20μmであることが最も好ましい。イオン交換膜の厚みが5μmより薄いとイオン交換膜の取扱いが困難となり燃料電池を作製した場合に短絡等が起こる傾向にあり、200μmよりも厚いとイオン伝導度の電気抵抗値が高くなり燃料電池の発電性能が低下する傾向にある。     The film of the present invention can have any film thickness depending on the purpose, but is preferably as thin as possible from the viewpoint of ion conductivity. Specifically, the thickness is preferably 5 to 200 μm, more preferably 5 to 50 μm, and most preferably 5 to 20 μm. If the thickness of the ion exchange membrane is less than 5 μm, the handling of the ion exchange membrane becomes difficult and a short circuit or the like tends to occur when a fuel cell is produced. If the thickness is greater than 200 μm, the electric resistance value of the ionic conductivity increases and the fuel cell increases. The power generation performance tends to decrease.

また、イオン性基含有芳香族炭化水素系ポリマー溶媒溶液のキャスト、乾燥、酸処理は、連続的に行うことも、それぞれ断続的に行うことも可能である。     The casting, drying, and acid treatment of the ionic group-containing aromatic hydrocarbon polymer solvent solution can be performed continuously or intermittently.

以下、本発明を、実施例を用いて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されることはない。なお、各種測定は次のように行った。     EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated concretely using an Example, this invention is not limited to these Examples. Various measurements were performed as follows.

<イオン交換膜の評価方法>
以下にイオン交換膜の評価方法を示す。なお評価するに際しては、特別な記載がない限り、厚みや重量を正確に測ることを目的とし、室温が20℃で湿度が30±5RH%にコントロールされた測定室内で評価を行った。なお測定に際してサンプルは、24時間以上、測定室内で静置したものを使用した。
<Ion exchange membrane evaluation method>
The ion exchange membrane evaluation method is shown below. In the evaluation, unless otherwise specified, the evaluation was performed in a measurement chamber in which the room temperature was 20 ° C. and the humidity was controlled to 30 ± 5 RH% for the purpose of accurately measuring the thickness and weight. In the measurement, a sample that was allowed to stand in a measurement chamber for 24 hours or more was used.

<表面面配向度>
表面面配向度は偏光ATRを用い、入射角45°、分解能4cm−1、積算回数128回で測定を行った。1490cm−1付近に現れるピーク(芳香環環振動)におけるMD方向の吸収係数(Kx)、TD方向の吸収係数(Ky)及び厚み方向の吸収係数(Kz)を芳香族炭化水素系イオン交換膜の表裏それぞれについて求め、次式により表面面配向度を算出した。
表面面配向度=(Kx+Ky)/(2×Kz)
<Surface orientation degree>
The degree of surface orientation was measured using polarized light ATR at an incident angle of 45 °, a resolution of 4 cm −1 , and an integration count of 128 times. The absorption coefficient (Kx) in the MD direction, the absorption coefficient (Ky) in the TD direction, and the absorption coefficient (Kz) in the thickness direction at the peak (aromatic ring vibration) appearing in the vicinity of 1490 cm −1 are measured for the aromatic hydrocarbon ion exchange membrane. Obtained for each of the front and back surfaces, the surface orientation degree was calculated by the following formula.
Surface orientation degree = (Kx + Ky) / (2 × Kz)

<表面面配向度の差>
また、本発明の芳香族炭化水素系イオン交換膜表裏の表面面配向度の差は次式に示すように、空気面側(A面)と支持体側(B面)との表面面配向度の差の絶対値により算出される。
表面面配向度の差=|A面の表面面配向度―B面の表面面配向度|
装置名;FT−IR(VARIAN社製、FTS−60A/896)
一回反射ATRアタッチメント;golden gate MKII(SPECAC社製)
IRE;ダイアモンド
入射角;45°
<Difference in surface orientation>
In addition, the difference in the degree of surface plane orientation between the front and back surfaces of the aromatic hydrocarbon ion exchange membrane of the present invention is the difference in the degree of surface plane orientation between the air side (A side) and the support side (B side) as shown in the following equation. Calculated by the absolute value of the difference.
Difference in degree of orientation of surface plane = | degree of orientation of surface plane of plane A−degree of orientation of surface plane of plane B |
Device name: FT-IR (Varian, FTS-60A / 896)
Single reflection ATR attachment; golden gate MKII (manufactured by SPECAC)
IRE; Diamond incident angle; 45 °

<カール度>
50mm×50mmの試験片をアルミナ・セラミック製の平板に設置し、100℃で10分間熱風処理した後の四隅のセラミック板からの距離(h、h、h、h:単位mm)の平均値をカール量(mm)とし、次式からカール度を算出した。なお、用いたセラミック板自体のカール量は、0.1mm以下である。
カール量(mm)=(h+h+h+h)/4
カール度(%)=100×(カール量mm)/35.36mm
<Curl degree>
The distance from the four corner ceramic plates after placing a 50 mm x 50 mm test piece on an alumina ceramic flat plate and treating with hot air at 100 ° C for 10 minutes (h 1 , h 2 , h 3 , h 4 : unit mm) Was the curl amount (mm), and the curl degree was calculated from the following equation. The curl amount of the used ceramic plate itself is 0.1 mm or less.
Curling amount (mm) = (h 1 + h 2 + h 3 + h 4 ) / 4
Curling degree (%) = 100 × (curling amount mm) /35.36 mm

<イオン交換膜の厚み>
イオン交換膜の厚みは、マイクロメーター(Mitutoyo DIGIMATIC MICROMETER 最小読取値:0.001mm)を用いて測定することにより求めた。測定は10箇所行い、その平均値を厚みとした。
<Ion exchange membrane thickness>
The thickness of the ion exchange membrane was determined by measurement using a micrometer (Mitutoyo DIGIMATIC MICROMETER minimum reading: 0.001 mm). Measurement was performed at 10 locations, and the average value was taken as the thickness.

<ポリマー対数粘度>
ポリマー粉末を0.5g/dlの濃度でN−メチル−2−ピロリドンに溶解し、30℃の恒温槽中でウベローデ型粘度計を用いて粘度測定を行い、対数粘度ln[ta/tb]/c)で評価した(taは試料溶液の落下秒数、tbは溶媒のみの落下秒数、cはポリマー濃度)。
<Polymer logarithmic viscosity>
The polymer powder was dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone at a concentration of 0.5 g / dl, the viscosity was measured using a Ubbelohde viscometer in a thermostatic bath at 30 ° C., and the logarithmic viscosity ln [ta / tb] / Evaluation was made in c) (ta is the number of seconds that the sample solution was dropped, tb was the number of seconds that the solvent was dropped, and c was the polymer concentration).

<イオン交換容量(酸型)>
イオン交換容量(IEC)としては、イオン交換膜に存在する酸型の官能基量を測定した。まずサンプル調整として、サンプル片(5cm×5cm)を80℃のオーブンで窒素気流下2時間乾燥し、さらにシリカゲルを充填したデシケーター中で30分間放置冷却した後、乾燥重量を測定した(Ws)。次いで、200mlの密閉型のガラス瓶に、200mlの1mol/l塩化ナトリウム−超純水溶液と秤量済みの前記サンプルを入れ、密閉したまま、室温で24時間攪拌した。次いで、溶液30mlを取り出し、10mMの水酸化ナトリウム水溶液(市販の標準溶液)で中和滴定し、滴定量(T)より下記式を用いて、IECを求めた。
IEC(meq/g)=10T/(30Ws)×0.2
(Tの単位:ml Wsの単位:g)
<Ion exchange capacity (acid type)>
As the ion exchange capacity (IEC), the amount of acid type functional groups present in the ion exchange membrane was measured. First, as sample preparation, a sample piece (5 cm × 5 cm) was dried in an oven at 80 ° C. under a nitrogen stream for 2 hours, and further allowed to cool in a desiccator filled with silica gel for 30 minutes, and then the dry weight was measured (Ws). Next, 200 ml of a 1 mol / l sodium chloride-ultra pure aqueous solution and the weighed sample were placed in a 200 ml sealed glass bottle and stirred at room temperature for 24 hours while being sealed. Next, 30 ml of the solution was taken out, neutralized with a 10 mM aqueous sodium hydroxide solution (commercial standard solution), and IEC was determined from the titration (T) using the following formula.
IEC (meq / g) = 10 T / (30 Ws) × 0.2
(Unit of T: ml Unit of Ws: g)

<イオン伝導性>
イオン伝導性σは次のようにして測定した。
自作測定用プローブ(ポリテトラフルロエチレン製)上で幅10mmの短冊状膜試料の表面に白金線(直径:0.2mm)を押しあて、80℃、相対湿度95%の恒温恒湿槽中に試料を保持し、白金線間の交流インピーダンスをSOLARTRON社1250FREQUENCY RESPONSE ANALYSERにより測定した。極間距離を10mmから40mmまで10mm間隔で変化させて測定し、極間距離とC−Cプロットから見積もられる抵抗測定値をプロットした直線の勾配Dr[Ω/cm]から下記の式により膜と白金線間の接触抵抗をキャンセルして算出した。
σ[S/cm]=1/(膜幅[cm]×膜厚[cm]×Dr)
<Ion conductivity>
The ion conductivity σ was measured as follows.
A platinum wire (diameter: 0.2 mm) is pressed against the surface of a strip-shaped film sample having a width of 10 mm on a self-made measurement probe (made of polytetrafluoroethylene) in a constant temperature and humidity chamber at 80 ° C. and a relative humidity of 95%. A sample was held on the substrate, and the AC impedance between the platinum wires was measured by SOLARTRON 1250 FREQUENCY RESPONSE ANALYSER. The distance between the electrodes is measured at 10 mm intervals from 10 mm to 40 mm, and the distance between the electrodes and the resistance measured value estimated from the C-C plot is plotted from the linear slope Dr [Ω / cm] according to the following formula. Calculation was made by canceling the contact resistance between the platinum wires.
σ [S / cm] = 1 / (film width [cm] × film thickness [cm] × Dr)

<メタノール透過速度及びメタノール透過係数>
プロトン交換膜のメタノール透過速度及びメタノール透過係数は、以下の方法で測定した。
25℃に調整した5モルの濃度(5モル/リットル)のメタノール水溶液(メタノール水溶液の調整には、市販の試薬特級グレードのメタノールと超純水(18MΩ・cm)を使用)に24時間浸漬したプロトン交換膜をH型セルに挟み込み、セルの片側に100mlの5モルの濃度のメタノール水溶液を、他方のセルに100mlの超純水を注入し、25℃で両側のセルを撹拌しながら、プロトン交換膜を通って超純水中に拡散してくるメタノール量をガスクロマトグラフにより測定することで算出した(プロトン交換膜の面積は、2.0cm)。すなわち、超純水を入れたセルのメタノール濃度変化速度[Ct](mmol/L/s)より以下の式を用いて算出した。
メタノール透過速度[mmol/m/s]
=(Ct[mmol/L/s]× 0.1[L])/2×10−4[m
メタノール透過係数[mmol/m/s]
=メタノール透過速度[mmol/m/s]×膜厚[m]
<Methanol permeation rate and methanol permeation coefficient>
The methanol permeation rate and methanol permeation coefficient of the proton exchange membrane were measured by the following methods.
It was immersed for 24 hours in an aqueous methanol solution with a concentration of 5 mol (5 mol / liter) adjusted to 25 ° C. (The methanol aqueous solution was prepared using commercially available reagent-grade methanol and ultrapure water (18 MΩ · cm)). A proton exchange membrane is sandwiched between H-type cells, 100 ml of a 5 molar aqueous methanol solution is injected into one side of the cell, and 100 ml of ultrapure water is injected into the other cell. The amount of methanol diffusing into the ultrapure water through the exchange membrane was calculated by measuring with a gas chromatograph (the area of the proton exchange membrane was 2.0 cm 2 ). That is, it calculated using the following formula | equation from the methanol concentration change rate [Ct] (mmol / L / s) of the cell which put the ultrapure water.
Methanol permeation rate [mmol / m 2 / s]
= (Ct [mmol / L / s] × 0.1 [L]) / 2 × 10 −4 [m 2 ]
Methanol permeability coefficient [mmol / m / s]
= Methanol permeation rate [mmol / m 2 / s] × film thickness [m]

<発電特性>
Pt/Ru触媒担持カーボン(田中貴金属工業社 TEC61E54)に少量の超純水及びイソプロピルアルコールを加えて湿らせた後、デュポン社製20%ナフィオン(登録商標)溶液(品番:SE−20192)を、Pt/Ru触媒担持カーボンとナフィオンの重量比が2.5:1になるように加えた。次いで撹拌してアノード用触媒ペーストを調製した。この触媒ペーストを、ガス拡散層となるカーボンペーパー(東レ社製 TGPH−060)に白金の付着量が1.8mg/cmになるようにアプリケーターを用いて均一に塗布・乾燥して、アノード用電極触媒層付きカーボンペーパーを作製した。また、Pt触媒担持カーボン(田中貴金属工業社 TEC10V40E)に少量の超純水及びイソプロピルアルコールを加えて湿らせた後、デュポン社製20%ナフィオン(登録商標)溶液(品番:SE−20192)を、Pt触媒担持カーボンとナフィオンの重量比が2.5:1となるように加え、撹拌してカソード用触媒ペーストを調製した。この触媒ペーストを、撥水加工を施したカーボンペーパー(東レ社製 TGPH−060)に白金の付着量が1mg/cmとなるように塗布・乾燥して、カソード用電極触媒層付きカーボンペーパーを作製した。上記2種類の電極触媒層付きカーボンペーパーの間に、膜試料を、電極触媒層が膜試料に接するように挟み、ホットプレス法により加圧、加熱することにより、膜−電極接合体とした。
<Power generation characteristics>
After adding and dampening a small amount of ultrapure water and isopropyl alcohol to Pt / Ru catalyst-supporting carbon (Tanaka Kikinzoku Kogyo TEC61E54), a DuPont 20% Nafion (registered trademark) solution (product number: SE-20192) is used. The Pt / Ru catalyst-supported carbon and Nafion were added so that the weight ratio was 2.5: 1. Next, stirring was performed to prepare an anode catalyst paste. This catalyst paste is uniformly applied and dried using an applicator so that the amount of platinum deposited is 1.8 mg / cm 2 on carbon paper (TGPH-060 manufactured by Toray Industries, Inc.) serving as a gas diffusion layer. Carbon paper with an electrode catalyst layer was produced. Moreover, after adding a small amount of ultrapure water and isopropyl alcohol to a Pt catalyst-supporting carbon (Tanaka Kikinzoku Kogyo Co., Ltd. TEC10V40E) and moistening, a 20% Nafion (registered trademark) solution (product number: SE-20192) manufactured by DuPont, A cathode catalyst paste was prepared by adding the Pt catalyst-carrying carbon and Nafion at a weight ratio of 2.5: 1 and stirring. This catalyst paste was applied and dried on carbon paper (TGPH-060 manufactured by Toray Industries, Inc.) that had been subjected to water repellent treatment so that the amount of platinum deposited was 1 mg / cm 2. Produced. The membrane sample was sandwiched between the two types of carbon paper with the electrode catalyst layer so that the electrode catalyst layer was in contact with the membrane sample, and pressurized and heated by a hot press method to obtain a membrane-electrode assembly.

この接合体をElectrochem社製評価用燃料電池セルFC25−02SPに組み込み、燃料電池発電試験機(株式会社東陽テクニカ製)を用いて発電試験を行った。発電は、セル温度40℃で、アノード及びカソードにそれぞれ40℃に調整した高純度空気ガス(80ml/min)と、5モルの濃度のメタノール水溶液(1.5ml/min)とを供給しながら5時間発電することでエージングを行った。ついで開回路電圧(V)と、100mA/cmで定電流放電試験を行った時の電圧(V)と、電流遮断法により求まる抵抗(mΩ・cm)を調べることで初期性能を評価した。
また100mA/cmで300時間定電流連続放電試験を実施し、電流遮断法により抵抗値(mΩ・cm)の経時変化を調査した。触媒電極と電解質膜接合体における抵抗値が増加する場合、触媒電極と電解質膜の間の接合性が低下したことを示す。発電後の外観からも接合状態を確認し、電解質膜と触媒電極との剥離が見られなかった場合は「○」、剥離が起こった場合を「×」とした。
This joined body was incorporated into an evaluation fuel cell FC25-02SP manufactured by Electrochem, and a power generation test was performed using a fuel cell power generation tester (manufactured by Toyo Corporation). Power generation is performed while supplying a high-purity air gas (80 ml / min) adjusted to 40 ° C. and a 5 molar aqueous methanol solution (1.5 ml / min) at a cell temperature of 40 ° C. respectively. Aging was performed by generating electricity for hours. Next, the initial performance was evaluated by examining the open circuit voltage (V), the voltage (V) when the constant current discharge test was performed at 100 mA / cm 2 , and the resistance (mΩ · cm 2 ) determined by the current interruption method. .
In addition, a constant current continuous discharge test was conducted at 100 mA / cm 2 for 300 hours, and a change with time in resistance value (mΩ · cm 2 ) was investigated by a current interruption method. When the resistance value in the catalyst electrode and the electrolyte membrane assembly increases, it indicates that the connectivity between the catalyst electrode and the electrolyte membrane has decreased. The joining state was also confirmed from the appearance after power generation. When no peeling between the electrolyte membrane and the catalyst electrode was observed, “◯” was given, and when peeling occurred, “X” was given.

<実施例1>
3,3’−ジスルホ−4,4’−ジクロロジフェニルスルホン2ナトリウム塩720.6g、2,6−ジクロロベンゾニトリル585.9g、4,4’−ビフェノール885.0g、炭酸カリウム754.8g、N−メチル−2−ピロリドン5475.5gを入れて、窒素雰囲気下にて150℃で1時間撹拌した後、反応温度を200℃に上昇させて系の粘性が十分上がるのを目安に反応を続けた(約8時間)。放冷の後、水中にストランド状に沈殿させた。
得られたポリマーは、水中で40時間洗浄した後、乾燥した。ポリマーの対数粘度は1.40を示した。得られたポリマーを、N−メチル−2−ピロリドン(沸点:202℃)を溶媒として用い、ポリマー濃度が26.0重量%となるように溶液を調整した。
調整した溶液をステンレスベルト上にスキージ/ベルト間のギャップが300μmになるよう温度25℃で流延し、4つの熱風式乾燥ゾーンにて、80℃×10分、80℃×10分、80℃×10分、80℃×10分間乾燥した。乾燥後に自己支持性となった膜を支持体より剥離させゲル状膜を得た。その後、イオン性基の金属塩をプロトンに置換するため、60℃で2モル(モル/リットル)の濃度の硫酸に20分間浸漬し、水洗後80℃で12時間乾燥し、厚み55μmのイオン交換膜を得た。得られたイオン交換膜の物性値を表1に示す。
<Example 1>
72,6 g of 3,3′-disulfo-4,4′-dichlorodiphenylsulfone disodium salt, 585.9 g of 2,6-dichlorobenzonitrile, 885.0 g of 4,4′-biphenol, 754.8 g of potassium carbonate, N -5475.5 g of methyl-2-pyrrolidone was added and stirred at 150 ° C for 1 hour under a nitrogen atmosphere, and then the reaction was continued with the reaction temperature raised to 200 ° C and the viscosity of the system sufficiently increased. (About 8 hours). After cooling, it was precipitated in strands in water.
The obtained polymer was washed in water for 40 hours and then dried. The logarithmic viscosity of the polymer was 1.40. N-methyl-2-pyrrolidone (boiling point: 202 ° C.) was used as a solvent for the obtained polymer, and the solution was adjusted so that the polymer concentration was 26.0% by weight.
The prepared solution was cast on a stainless steel belt at a temperature of 25 ° C. so that the squeegee / belt gap was 300 μm, and in four hot-air drying zones, 80 ° C. × 10 minutes, 80 ° C. × 10 minutes, 80 ° C. It was dried for 10 minutes at 80 ° C. for 10 minutes. The film that became self-supporting after drying was peeled off from the support to obtain a gel film. Thereafter, in order to replace the metal salt of the ionic group with protons, it is immersed in sulfuric acid having a concentration of 2 mol (mol / liter) at 60 ° C. for 20 minutes, washed with water, dried at 80 ° C. for 12 hours, and ion exchange with a thickness of 55 μm. A membrane was obtained. The physical property values of the obtained ion exchange membrane are shown in Table 1.

<実施例2、3、比較例1〜3>
実施例1と同様の溶液をステンレスベルト上に流延した後に、4つの熱風式乾燥ゾーンの温度×時間を表1に示した通りにした以外は、実施例1と同様にしてイオン交換膜を得た。
<Examples 2 and 3 and Comparative Examples 1 to 3>
An ion exchange membrane was prepared in the same manner as in Example 1 except that the same solution as in Example 1 was cast on a stainless steel belt and then the temperature x time of the four hot air drying zones was changed as shown in Table 1. Obtained.

<実施例4、比較例4>
実施例1と同様の溶液をステンレスベルト上にスキージ/ベルト間のギャップが600μmになるよう温度25℃で流延した後に、4つの熱風式乾燥ゾーンの温度×時間を表1に示した通りにした以外は、実施例1と同様にしてイオン交換膜を得た。
<Example 4, comparative example 4>
After casting the same solution as in Example 1 on a stainless steel belt at a temperature of 25 ° C. so that the squeegee / belt gap is 600 μm, the temperature x time of the four hot air drying zones is as shown in Table 1. Except that, an ion exchange membrane was obtained in the same manner as in Example 1.

実施例及び比較例で得られたイオン交換膜の製造条件と形態評価の結果を表1に、性能評価の結果を表2に示す。
これらの評価結果より、比較例では、初期の乾燥温度が120℃と高い状態からの乾燥となっており、その結果、表裏の面配向度の差が0.8以上となり、カール度も5%以上である。実施例、比較例共に単膜特性に顕著な違いは見られないが、触媒電極との接合後の発電特性では、明らかに比較例の乾燥条件で製造した膜は性能が劣っている。
したがって、本発明によれば、膜のカール度を5%未満とすることで触媒電極との接合性が改善され、膜と触媒電極との剥離による燃料電池の性能低下を回避できる優れたイオン交換膜が提供できることがわかる。
Table 1 shows the production conditions of the ion exchange membranes obtained in Examples and Comparative Examples and the results of form evaluation, and Table 2 shows the results of performance evaluation.
From these evaluation results, in the comparative example, the initial drying temperature is drying from a high state of 120 ° C. As a result, the difference in the degree of orientation between the front and back surfaces is 0.8 or more, and the curl degree is also 5%. That's it. Although there is no significant difference in the single membrane characteristics in both the examples and the comparative examples, the membrane produced under the drying conditions of the comparative example is clearly inferior in terms of the power generation characteristics after joining with the catalyst electrode.
Therefore, according to the present invention, by making the degree of curl of the membrane less than 5%, the bondability with the catalyst electrode is improved, and excellent ion exchange that can avoid the deterioration of the performance of the fuel cell due to the separation between the membrane and the catalyst electrode It can be seen that a membrane can be provided.

Figure 2008138104
Figure 2008138104


Figure 2008138104
Figure 2008138104

本発明の芳香族炭化水素系イオン交換膜は、触媒電極との接合性に優れ、この膜/触媒電極接合体を用いた燃料電池は、長時間の安定した発電特性を示し、燃料電池の用途に好適である。   The aromatic hydrocarbon ion exchange membrane of the present invention is excellent in bondability with a catalyst electrode, and a fuel cell using this membrane / catalyst electrode assembly exhibits stable power generation characteristics over a long period of time. It is suitable for.

芳香族炭化水素系イオン交換膜のカール度の測定方法を示した模式図である。(a)は模式上面図であり、(b)は熱風処理前の(a)におけるa−aで示される模式断面図であり、(c)は熱風処理後の(a)におけるa−aで示される模式断面図である。It is the schematic diagram which showed the measuring method of the curl degree of an aromatic hydrocarbon type | system | group ion exchange membrane. (A) is a schematic top view, (b) is a schematic cross-sectional view indicated by aa in (a) before hot air treatment, and (c) is aa in (a) after hot air treatment. It is a schematic cross section shown.

符号の説明Explanation of symbols

イ・・・芳香族炭化水素系イオン交換膜の試験片
ロ・・・アルミナ・セラミック板
1、2、3、4・・・試験片の四隅
・・・膜の1の位置でのアルミナ・セラミック板からの距離
・・・膜の4の位置でのアルミナ・セラミック板からの距離
A ... Test piece of aromatic hydrocarbon ion exchange membrane b ... Alumina / ceramic plate 1, 2, 3, 4 ... Four corners of test piece h 1 ... Alumina at position 1 of membrane・ Distance from the ceramic plate h 4・ ・ ・ Distance from the alumina ceramic plate at position 4 of the membrane

Claims (6)

芳香族炭化水素系イオン交換膜の一方の表面の表面面配向度と他方の表面の表面面配向度との差が、0.8以下であることを特徴とする芳香族炭化水素系イオン交換膜。   The difference between the degree of orientation of the surface of one surface of the aromatic hydrocarbon ion exchange membrane and the degree of orientation of the surface of the other surface is 0.8 or less. . 表面面配向度が高い方の表面の表面面配向度が2.0以下である請求項1記載の芳香族炭化水素系イオン交換膜。   2. The aromatic hydrocarbon ion exchange membrane according to claim 1, wherein the surface having a higher surface orientation degree has a surface orientation degree of 2.0 or less. カール度が5%以下である請求項1又は2に記載の芳香族炭化水素系イオン交換膜。   The aromatic hydrocarbon ion exchange membrane according to claim 1 or 2, having a curl degree of 5% or less. 芳香族炭化水素系イオン交換膜が、イオン性基含有芳香族炭化水素系ポリマーを有し、イオン交換容量が0.3〜3.5meq/gである請求項1〜3のいずれかに記載の芳香族炭化水素系イオン交換膜。   The aromatic hydrocarbon ion exchange membrane has an ionic group-containing aromatic hydrocarbon polymer, and has an ion exchange capacity of 0.3 to 3.5 meq / g. Aromatic hydrocarbon ion exchange membrane. イオン性基含有芳香族炭化水素系ポリマーが、一般式(1)及び一般式(2)で示される構成単位を含むポリアリーレンエーテル系化合物である芳香族炭化水素系イオン交換膜。
Figure 2008138104
(ただし、Arは2価の芳香族基、Yはスルホン基またはケトン基、XはH及び/または1価のカチオン種、Zは、エーテル結合、チオエーテル結合及び2価の脂肪族基から選ばれる少なくとも1種である。)
Figure 2008138104
(ただし、Ar’は2価の芳香族基、Z’は、エーテル結合、チオエーテル結合及び2価の脂肪族基から選ばれる少なくとも1種である。)
An aromatic hydrocarbon-based ion exchange membrane, wherein the ionic group-containing aromatic hydrocarbon-based polymer is a polyarylene ether-based compound including the structural units represented by the general formula (1) and the general formula (2).
Figure 2008138104
(However, Ar is a divalent aromatic group, Y is a sulfone group or a ketone group, X is H and / or a monovalent cation species, Z is selected from an ether bond, a thioether bond and a divalent aliphatic group. At least one).
Figure 2008138104
(However, Ar ′ is a divalent aromatic group, and Z ′ is at least one selected from an ether bond, a thioether bond, and a divalent aliphatic group.)
イオン性基含有芳香族炭化水素系ポリマーを溶媒に溶かした溶液を、支持体上に流延した後、前記溶媒の沸点より100℃以上低い温度で溶媒の蒸発除去を開始し、次いで溶媒の沸点より100〜70℃低い温度で溶媒の蒸発除去を行いイオン性基含有芳香族炭化水素系ポリマーの自己支持性膜とした後、得られた自己支持性膜のイオン性基を酸性液に接触させて酸型に変換することを特徴とする請求項1に記載の芳香族炭化水素系イオン交換膜の製造方法。   After casting a solution in which an ionic group-containing aromatic hydrocarbon polymer is dissolved in a solvent, the solvent is evaporated and removed at a temperature 100 ° C. or more lower than the boiling point of the solvent, and then the boiling point of the solvent After evaporating and removing the solvent at a temperature lower than 100 to 70 ° C. to obtain a self-supporting membrane of an ionic group-containing aromatic hydrocarbon polymer, the ionic groups of the obtained self-supporting membrane are brought into contact with an acidic liquid. The method for producing an aromatic hydrocarbon ion exchange membrane according to claim 1, wherein the method is converted to an acid form.
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