JP2008239963A - Process for producing polymer molded product - Google Patents

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有理子 岡田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide, in view of a background of the conventional art, a process for producing a polymer molded product industrially-advantageous, inexpensive, and excellent in mechanical characteristics and dimensional stability; and a polymer electrolyte part, a membrane electrode composite, and a polymer electrolyte type fuel cell capable of realizing high output, high energy capacity, and long-term durability. <P>SOLUTION: The process for producing a polymer molded product comprises a step of removing at least a part of protective groups contained in the formed molded product. As a constituting unit containing the protective groups, a polymer material containing the constituting unit expressed by general formula (P1) and/or general formula (P2) is molded, and then, the formed molded product is brought into contact with a deprotective treatment solution. The deprotective treatment solution contains at least one deprotective accelerating agent selected from the group consisting of alcohols, alkyl ketones, alkyl aldehydes, and alkyl orthoesters. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、工業的に有利かつ安価で、機械特性および寸法安定性に優れた高分子成型体の製造方法、ならびに高出力、高エネルギー容量および長期耐久性を達成することができる実用性に優れた高分子電解質部品、膜電極複合体および高分子電解質型燃料電池に関するものである。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is an industrially advantageous and inexpensive method for producing a polymer molded body having excellent mechanical properties and dimensional stability, and excellent practicality capable of achieving high output, high energy capacity, and long-term durability. The present invention relates to a polymer electrolyte component, a membrane electrode assembly, and a polymer electrolyte fuel cell.

芳香族ポリエーテルケトンや芳香族ポリエーテルエーテルケトンなどの芳香族ポリケトンは、熱可塑性樹脂中最高レベルの耐熱性(連続使用温度)、耐熱変形性を有し、難燃性が優れると同時に燃焼時の発煙や腐食性ガスの発生が極めて少ないという従来にない特性を備えた結晶性樹脂である。また、機械特性、耐熱水性、耐放射線性、耐薬品性も非常に優れている。これらの性質は主として、融点が高いことと結晶性が高いことに起因する。   Aromatic polyketones such as aromatic polyetherketone and aromatic polyetheretherketone have the highest level of heat resistance (continuous use temperature) and heat distortion resistance among thermoplastic resins, and are excellent in flame retardancy and at the time of combustion. It is a crystalline resin with an unprecedented characteristic that it generates very little smoke and corrosive gas. In addition, it has excellent mechanical properties, hot water resistance, radiation resistance, and chemical resistance. These properties are mainly due to the high melting point and high crystallinity.

しかしながら、芳香族ポリケトンの高い結晶化度は、ポリマーの重合や加工の妨げとなり、芳香族ポリケトンを製造するのに好ましい温度、例えば250℃以下の温度において典型的な有機溶媒に不溶性であり、芳香族ポリケトンの分子量を高くすることが困難であった。また、高分子量の芳香族ポリケトンが得られたとしても、高い融点と溶剤不溶性から加工方法が限定され、幅広い用途に展開することができなかった。   However, the high crystallinity of the aromatic polyketone hinders the polymerization and processing of the polymer and is insoluble in typical organic solvents at temperatures preferred for producing the aromatic polyketone, such as temperatures below 250 ° C. It was difficult to increase the molecular weight of the group polyketone. Moreover, even if a high molecular weight aromatic polyketone was obtained, the processing method was limited due to its high melting point and solvent insolubility, and it could not be used in a wide range of applications.

このような欠点を解決するために、まず高分子量の非晶性重合体としてポリケタールケトンを合成し、その後、ケタール基の脱保護により高分子量の結晶性の芳香族ポリエーテルケトンを製造する方法が報告されている(例えば、特許文献1、特許文献2、非特許文献1参照)。   In order to solve such drawbacks, a method of first synthesizing a polyketal ketone as a high molecular weight amorphous polymer and then producing a high molecular weight crystalline aromatic polyether ketone by deprotection of the ketal group Have been reported (for example, see Patent Document 1, Patent Document 2, and Non-Patent Document 1).

特許文献2及び非特許文献1には、ケタール基脱保護の製造方法として、塩酸または硫酸のような酸触媒の存在下に、160℃以上の加圧条件でポリマー粉末を反応させる方法が提案されている。しかし、この方法では転化率を高め、定量的に脱保護させるためには高温かつ加圧が必要であり、工業的に有利とは言えない。さらに、当該文献においては、ポリマー粉末の処理についてのみの記載しかなく、成型後に脱保護させるといった高分子成型体の製造方法としての着想はなかった。   Patent Document 2 and Non-Patent Document 1 propose a method for reacting polymer powder under pressure conditions of 160 ° C. or higher in the presence of an acid catalyst such as hydrochloric acid or sulfuric acid as a production method for ketal group deprotection. ing. However, this method requires high temperature and pressure in order to increase the conversion rate and quantitatively deprotect, which is not industrially advantageous. Furthermore, in the said literature, only the process of the polymer powder was described, and there was no idea as a method for producing a polymer molded body in which deprotection was performed after molding.

さらに、特許文献3にはイオン性基を含有する高分子電解質成型体の製造方法が提案され、脱保護条件としては95℃、6Nの塩酸水溶液での24h処理が記載されている。しかしながら、高温高濃度の酸性水溶液での処理は工業的に有利な方法ではなかった。
特公平02−14334号公報 特公平02−1844号公報 特開2006−261103号公報 「マクロモレキュールズ」(Macromolecules), 1987, vol. 20, p.1204.
Further, Patent Document 3 proposes a method for producing a molded polymer electrolyte containing an ionic group, and the deprotection conditions include treatment at 95 ° C. and 6N aqueous hydrochloric acid for 24 hours. However, treatment with high temperature and high concentration acidic aqueous solution has not been an industrially advantageous method.
Japanese Patent Publication No. 02-14334 Japanese Patent Publication No. 02-1844 JP 2006-261103 A “Macromolecules”, 1987, vol. 20, p.1204.

本発明は、かかる従来技術の背景に鑑み、工業的に有利かつ安価で、機械特性および寸法安定性に優れた高分子成型体の製造方法、ならびに高出力、高エネルギー容量および長期耐久性を達成することができる実用性に優れた高分子電解質部品、膜電極複合体ならびに高分子電解質型燃料電池を提供することにある。   In view of the background of such prior art, the present invention achieves an industrially advantageous and inexpensive method for producing a polymer molded body having excellent mechanical properties and dimensional stability, as well as high output, high energy capacity, and long-term durability. It is an object of the present invention to provide a polymer electrolyte part, a membrane electrode assembly, and a polymer electrolyte fuel cell that are excellent in practical use.

本発明は、上記課題を解決するために次のような手段を採用するものである。すなわち、本発明の高分子成型体の製造方法は、保護基を含む構成単位として、下記一般式(P1)および/または(P2)で表される構成単位を含有する高分子材料を成型する工程の後、脱保護処理溶液に接触させる工程を有する該保護基の少なくとも一部を脱保護せしめる高分子成型体の製造方法であって、脱保護処理溶液がアルコール類、アルキルケトン類、アルキルアルデヒド類、アルキルオルトエステル類から選ばれた少なくとも1種の脱保護促進剤を含むことを特徴とするものである。   The present invention employs the following means in order to solve the above problems. That is, the method for producing a polymer molded body of the present invention includes a step of molding a polymer material containing a structural unit represented by the following general formula (P1) and / or (P2) as a structural unit containing a protecting group. And a method of producing a polymer molded body having a step of contacting the deprotection solution with at least a part of the protecting group, wherein the deprotection solution is an alcohol, an alkyl ketone, an alkyl aldehyde. And at least one deprotection accelerator selected from alkyl orthoesters.

Figure 2008239963
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(一般式(P1)および(P2)において、A〜Aは任意の2価の有機基、RおよびRはHおよびアルキル基から選ばれた少なくとも1種の基、Rは任意のアルキレン基、EはOまたはSを表し、それぞれが2種類以上の基を表しても良い。一般式(P1)および(P2)で表される構成単位は任意に置換されていてもよい。)
本発明の高分子電解質部品、膜電極複合体および高分子電解質型燃料電池は、かかる高分子成型体の製造方法を用いることを特徴とするものである。
(In the general formulas (P1) and (P2), A 1 to A 4 are any divalent organic group, R 1 and R 2 are at least one group selected from H and an alkyl group, and R 3 is any And E represents O or S, each of which may represent two or more groups, and the structural units represented by the general formulas (P1) and (P2) may be optionally substituted. )
The polymer electrolyte component, membrane electrode assembly, and polymer electrolyte fuel cell of the present invention are characterized by using such a method for producing a polymer molded body.

本発明によれば、工業的に有利かつ安価で、機械特性および寸法安定性に優れた高分子成型体の製造方法、ならびに高出力、高エネルギー容量および長期耐久性を達成することができる実用性に優れた高分子電解質部品、膜電極複合体、高分子電解質型燃料電池を提供することができる。   INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, a method for producing a polymer molded body that is industrially advantageous and inexpensive, excellent in mechanical properties and dimensional stability, and practicality capable of achieving high output, high energy capacity, and long-term durability. It is possible to provide a polymer electrolyte component, a membrane electrode assembly, and a polymer electrolyte fuel cell excellent in the above.

以下、本発明について詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail.

本発明は、前記課題、つまり、工業的に有利かつ安価で、機械特性および寸法安定性に優れた高分子成型体の製造方法について鋭意検討し、保護基を含む構成単位として、下記一般式(P1)および/または(P2)で表される構成単位を含有する高分子材料を成型する工程の後、脱保護処理溶液に接触させる工程を有する該保護基の少なくとも一部を脱保護せしめる高分子成型体の製造方法であって、脱保護処理溶液がアルコール類、アルキルケトン類、アルキルアルデヒド類、アルキルオルトエステル類から選ばれた少なくとも1種の脱保護促進剤を含むことで、かかる課題を一挙に解決することを究明したものである。   The present invention has been intensively studied on the above-mentioned problem, that is, a method for producing a polymer molded body that is industrially advantageous and inexpensive, and has excellent mechanical properties and dimensional stability. As a structural unit containing a protecting group, the following general formula ( A polymer that deprotects at least a part of the protecting group after the step of molding the polymer material containing the structural unit represented by P1) and / or (P2) and then contacting the deprotection solution A method for producing a molded article, wherein the deprotection treatment solution contains at least one deprotection accelerator selected from alcohols, alkyl ketones, alkyl aldehydes, and alkyl orthoesters. It was clarified to solve the problem.

Figure 2008239963
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(一般式(P1)および(P2)において、A〜Aは任意の2価の有機基、RおよびRはHおよびアルキル基から選ばれた少なくとも1種の基、Rは任意のアルキレン基、EはOまたはSを表し、それぞれが2種類以上の基を表しても良い。一般式(P1)および(P2)で表される構成単位は任意に置換されていてもよい。)
本発明の高分子成型体としては、膜類(フィルムおよびフィルム状のものを含む)の他、板状、繊維状、中空糸状、粒子状、塊状、微多孔状、コーティング類、発泡体類など、使用用途によって様々な形態をとりうる。ポリマ−の設計自由度の向上および機械特性や耐溶剤性等の各種特性の向上が図れることから、幅広い用途に適応可能である。特に、高分子成型体がイオン性基を含有する高分子電解質成型体であるとき、さらには高分子成型体が膜類であるときに好適である。以下、高分子膜の場合において説明する。
(In the general formulas (P1) and (P2), A 1 to A 4 are any divalent organic group, R 1 and R 2 are at least one group selected from H and an alkyl group, and R 3 is any And E represents O or S, each of which may represent two or more groups, and the structural units represented by the general formulas (P1) and (P2) may be optionally substituted. )
Examples of the polymer molded body of the present invention include films (including films and films), plates, fibers, hollow fibers, particles, lumps, micropores, coatings, foams, and the like. It can take various forms depending on the intended use. The polymer can be applied to a wide range of applications because it can improve the design freedom of the polymer and various properties such as mechanical properties and solvent resistance. In particular, it is suitable when the polymer molded body is a polymer electrolyte molded body containing an ionic group, and when the polymer molded body is a membrane. Hereinafter, the case of a polymer film will be described.

芳香族ポリエーテルケトン(PEK)系ポリマーはそのパッキングの良さおよび極めて強い分子間凝集力から結晶性を示し、一般的な溶剤に全く溶解しない性質がある。これに対し、本発明によって得られる高分子成型体は、ポリマー中に保護基を含有させることにより、特にこれまで製膜が困難なものが多かったPEKポリマー等の結晶性ポリマーの結晶性を低減させることで溶解性を付与し、製膜に使用できるようにしたものである。さらに、膜等に成形された後には、該ポリマーの分子鎖のパッキングを良くし、分子間凝集力や再び結晶性を付与させるために保護基の少なくとも一部を脱保護せしめ、耐熱水性や耐熱メタノール性などの耐溶剤性と寸法安定性、引張強伸度、引裂強度や耐疲労性等の機械特性、メタノールや水素などの燃料遮断性を大幅に向上させた高分子膜を得るものであるが、本発明の製造工程を経た場合に、特に本発明によって得られる高分子膜は製膜性(加工性)に加え、製造コストならびに寸法安定性、機械特性、耐溶剤性を両立できるという特徴を有する。また、高分子電解質膜として使用した場合には、前記特徴に加えて、プロトン伝導性、燃料遮断性、膨潤収縮に対する長期耐久性を両立することができる。   Aromatic polyetherketone (PEK) -based polymers exhibit crystallinity because of their good packing and extremely strong intermolecular cohesive strength, and have the property of not dissolving in general solvents at all. In contrast, the polymer molding obtained by the present invention reduces the crystallinity of a crystalline polymer such as a PEK polymer, which has been difficult to form in the past, by including a protective group in the polymer. By adding the solubility, it is possible to use it for film formation. Furthermore, after being formed into a film or the like, the molecular chain of the polymer is improved in packing, and at least a part of the protective group is deprotected in order to impart intermolecular cohesive force and crystallinity again. It provides a polymer membrane with significantly improved solvent resistance such as methanol and dimensional stability, tensile strength and elongation, mechanical properties such as tear strength and fatigue resistance, and fuel barrier properties such as methanol and hydrogen. However, when the production process of the present invention is performed, in particular, the polymer film obtained by the present invention is compatible with the production cost, dimensional stability, mechanical properties, and solvent resistance in addition to the film formability (workability). Have Further, when used as a polymer electrolyte membrane, in addition to the above characteristics, it is possible to achieve both proton conductivity, fuel barrier properties, and long-term durability against swelling and shrinkage.

本発明において、保護基とは後の段階で除去することを前提に、一時的に導入される置換基であり、反応性の高い官能基を保護し、その後の反応に対して不活性とするものであり、反応後に脱保護して元の官能基に戻すことのできるものである。すなわち、保護される官能基と対となるものであり、例えばt−ブチル基を水酸基の保護基として用いる場合があるが、同じt−ブチル基がアルキレン鎖に導入されている場合は、これを保護基とは呼ばない。保護基を導入する反応を保護(反応)、除去する反応を脱保護(反応)と呼称される。本発明において、保護基を導入する段階としてはモノマー段階からでもオリゴマー段階からでもポリマー段階でもよく、適宜選択することが可能である。   In the present invention, a protecting group is a substituent that is temporarily introduced on the assumption that it will be removed at a later stage, protecting a highly reactive functional group and making it inert to the subsequent reaction. It can be deprotected after the reaction and returned to the original functional group. That is, it is a pair with a functional group to be protected. For example, a t-butyl group may be used as a protective group for a hydroxyl group, but when the same t-butyl group is introduced into an alkylene chain, It is not called a protecting group. The reaction for introducing a protecting group is called protection (reaction), and the reaction for removal is called deprotection (reaction). In the present invention, the stage for introducing a protecting group may be selected from a monomer stage, an oligomer stage, or a polymer stage, and can be appropriately selected.

本発明に使用する保護反応としては、反応性や安定性の点で、ケトン部位をアセタールまたはケタール部位で保護/脱保護する方法、ケトン部位をアセタールまたはケタール部位のヘテロ原子類似体、例えばチオアセタールやチオケタール、で保護/脱保護する方法であり、保護基を含む構成単位としては、前記一般式(P1)および(P2)から選ばれる少なくとも1種を含有するものである。   The protection reaction used in the present invention includes a method of protecting / deprotecting a ketone moiety with an acetal or ketal moiety in terms of reactivity and stability, a heteroatom analog of the ketone moiety with an acetal or ketal moiety, such as thioacetal. And a structural unit containing a protecting group contains at least one selected from the above general formulas (P1) and (P2).

なかでも、化合物の臭いや反応性、安定性等の点で、前記一般式(P1)および(P2)において、EがOである、すなわち、ケトン部位をアセタールまたはケタール部位で保護/脱保護する方法がより好ましい。さらに、本発明において、一般式(P1)中のRおよびRとしては、安定性の点でアルキル基であることがより好ましく、さらに好ましくは炭素数1〜6のアルキル基、最も好ましく炭素数1〜3のアルキル基である。また、一般式(P2)中のRとしては、安定性の点で炭素数1〜7のアルキレン基であることがより好ましく、最も好ましくは炭素数1〜4のアルキレン基である。Rの具体例としては、−CHCH−、−CH(CH )CH −、−CH(CH)CH(CH)−、−C(CH3 )CH −、−C(CH CH(CH)−、−C(CHO(CH−、−CHCHCH −、−CHC(CHCH−等があげられるが、これらに限定されるものではない。 Among them, in the general formulas (P1) and (P2), E is O in terms of the odor, reactivity, stability, etc. of the compound, that is, the ketone moiety is protected / deprotected with an acetal or ketal moiety. The method is more preferred. Furthermore, in the present invention, R 1 and R 2 in the general formula (P1) are more preferably an alkyl group from the viewpoint of stability, more preferably an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, most preferably carbon. It is a C 1-3 alkyl group. Moreover, as R < 3 > in general formula (P2), it is more preferable that it is a C1-C7 alkylene group from a stability point, Most preferably, it is a C1-C4 alkylene group. Specific examples of R 3 include —CH 2 CH 2 —, —CH (CH 3 ) CH 2 —, —CH (CH 3 ) CH (CH 3 ) —, —C (CH 3 ) 2 CH 2 —, —C. (CH 3) 2 CH (CH 3) -, - C (CH 3) 2 O (CH 3) 2 -, - CH 2 CH 2 CH 2 -, - CH 2 C (CH 3) 2 CH 2 - and the like However, it is not limited to these.

本発明に使用する少なくとも保護基を含有する高分子成型体としては、前記一般式(P1)または(P2)構成単位のなかでも、耐加水分解性などの安定性の点から少なくとも前記一般式(P2)を有するものがより好ましく用いられる。さらに、前記一般式(P2)のRとしては炭素数1〜7のアルキレン基、すなわち、Cn12n1(n1は1〜7の整数)で表される基であることが好ましく、安定性、合成の容易さの点から−CHCH−、−CH(CH )CH −、または−CHCHCH−から選ばれた少なくとも1種であることが最も好ましい。 As the polymer molded body containing at least a protecting group used in the present invention, among the structural units of the general formula (P1) or (P2), at least the general formula (from the viewpoint of stability such as hydrolysis resistance). Those having P2) are more preferably used. Furthermore, R 3 in the general formula (P2) is preferably an alkylene group having 1 to 7 carbon atoms, that is, a group represented by C n1 H 2n1 (n1 is an integer of 1 to 7). From the viewpoint of ease of synthesis, it is most preferably at least one selected from —CH 2 CH 2 —, —CH (CH 3 ) CH 2 —, or —CH 2 CH 2 CH 2 —.

前記一般式(P1)および(P2)中のA〜Aとして好ましい有機基は、フェニレン基、ナフチレン基、またはビフェニレン基である。これらは任意に置換されていてもよい。本発明の芳香族ポリエーテル系重合体としては、溶解性および原料入手の容易さから、前記一般式(P2)中のAおよびAが共にフェニレン基である、すなわち下記一般式(P3)で表される構成単位を含有することがより好ましく、最も好ましくはAおよびAが共にp−フェニレン基である。 Preferred organic groups as A 1 to A 4 in the general formulas (P1) and (P2) are a phenylene group, a naphthylene group, or a biphenylene group. These may be optionally substituted. As the aromatic polyether polymer of the present invention, A 3 and A 4 in the general formula (P2) are both phenylene groups from the viewpoint of solubility and availability of raw materials, that is, the following general formula (P3) it is more preferable to contain in a structural unit represented by, most preferably a 3 and a 4 are both p- phenylene.

Figure 2008239963
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(一般式(P3)において、n1は1〜7の整数である。一般式(P3)で表される構成単位は任意に置換されていてもよい。)
本発明の高分子成型体の製造方法は、下記一般式(P1)および/または(P2)で表される構成単位を含有する高分子成型体を、脱保護促進剤を含む脱保護処理溶液と反応させることにより、マイルドな条件下でも反応が均一に進行し、反応時間が短く高い転化率が得られる。本発明の製造方法であれば、高分子成型体といった固体状態のポリマーであってもマイルドな条件下で高転化率を達成することが可能である。
(In General Formula (P3), n1 is an integer of 1 to 7. The structural unit represented by General Formula (P3) may be optionally substituted.)
The method for producing a polymer molded body of the present invention comprises a polymer molded body containing a structural unit represented by the following general formula (P1) and / or (P2), a deprotection treatment solution containing a deprotection accelerator, By carrying out the reaction, the reaction proceeds uniformly even under mild conditions, and a high conversion can be obtained with a short reaction time. If it is a manufacturing method of this invention, even if it is a polymer of a solid state, such as a polymer molding, it is possible to achieve a high conversion rate under mild conditions.

また、本発明の高分子成型体の製造方法は、転化に要する反応時間が短く、低温で反応できることから製造コスト低減が可能である。また、酸処理の低温低濃度化により、95℃以上での高温処理が必要であった従来技術では困難であったロール to ロールの連続生産による大幅な製造コスト低減が可能となる。さらに、高温高濃度の塩酸使用による生産設備の腐食を防ぎ、開放系での処理が可能となることから、設備の簡素化による製造コスト低減も可能となる。   Further, the method for producing a polymer molded body of the present invention can reduce the production cost because the reaction time required for conversion is short and the reaction can be performed at a low temperature. In addition, due to the low-temperature and low-concentration acid treatment, the manufacturing cost can be greatly reduced by continuous roll-to-roll production, which was difficult with the prior art that required high-temperature treatment at 95 ° C. or higher. Furthermore, corrosion of production equipment due to the use of high-temperature and high-concentration hydrochloric acid is prevented, and processing in an open system is possible, so that manufacturing costs can be reduced by simplifying equipment.

本発明において使用する脱保護促進剤としては、反応性の点からアルコール類、アルキルケトン類、アルキルアルデヒド類、アルキルオルトエステル類から選ばれた少なくとも1種であることが必要である。   The deprotection accelerator used in the present invention needs to be at least one selected from alcohols, alkyl ketones, alkyl aldehydes, and alkyl orthoesters from the viewpoint of reactivity.

本発明で使用する高分子材料が下記一般式(P2)で表される構成単位を有する場合には、アルコール類やアルキルオルトエステル類と反応させることで環状ケタールから非環状ケタールに変換できるので、転化率を高めたり、条件を緩和することが可能である。また、アルキルケトン類やアルキルアルデヒド類と反応させることで、アルキルケトン類やアルキルアルデヒド類側への保護基交換を起こすことができるので、転化率を高めたり、条件を緩和することが可能である。   When the polymer material used in the present invention has a structural unit represented by the following general formula (P2), it can be converted from a cyclic ketal to an acyclic ketal by reacting with an alcohol or an alkyl orthoester. It is possible to increase the conversion rate or relax the conditions. In addition, by reacting with alkyl ketones and alkyl aldehydes, it is possible to exchange protecting groups on the alkyl ketones and alkyl aldehydes side, so it is possible to increase the conversion rate and relax the conditions. .

また、本発明で使用する高分子材料が下記一般式(P1)で表される構成単位を有する場合においても同様にアルコール類、アルキルケトン類、アルキルアルデヒド類、アルキルオルトエステル類から選ばれた少なくとも1種を使用することで転化率を高めたり、条件を緩和することが可能である。なかでも、転化率の点でアルキルオルトエステル類がより好ましい。   In the case where the polymer material used in the present invention has a structural unit represented by the following general formula (P1), at least selected from alcohols, alkyl ketones, alkyl aldehydes, and alkyl orthoesters. By using one kind, it is possible to increase the conversion rate or relax the conditions. Of these, alkyl orthoesters are more preferable in terms of conversion.

アルキルオルトエステル類の具体例としては、オルトギ酸トリメチル、オルトギ酸トリエチル、オルト酢酸トリメチル、オルト酢酸トリエチル、オルトけい酸テトラメチル、オルトけい酸テトラエチル、2,2−ジメトキシプロパン、2,2−ジメチル−1,3−ジオキソランなどが挙げられる。転化率とコストの点で、より好ましくはオルトギ酸トリメチル、オルトギ酸トリエチル、オルト酢酸トリメチル、オルト酢酸トリエチルであり、最も好ましくはオルトギ酸トリメチルである。   Specific examples of alkyl orthoesters include trimethyl orthoformate, triethyl orthoformate, trimethyl orthoacetate, triethyl orthoacetate, tetramethyl orthosilicate, tetraethyl orthosilicate, 2,2-dimethoxypropane, 2,2-dimethyl- 1,3-dioxolane and the like can be mentioned. In terms of conversion rate and cost, trimethyl orthoformate, triethyl orthoformate, trimethyl orthoacetate and triethyl orthoacetate are more preferred, and trimethyl orthoformate is most preferred.

また、アルコール類の具体例としては、メタノール、エタノール、n-プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、n-ブチルアルコール、t-ブチルアルコール、n-ペンチルアルコール、2−メチルー1−ブタノール、3−ペンタノール、n-ヘキシルアルコールなどの炭素数1〜6のアルコールが挙げられ、転化率とコストと親水性の点で、より好ましくはメタノール、エタノール、イソプロピルアルコールである。   Specific examples of alcohols include methanol, ethanol, n-propyl alcohol, isopropyl alcohol, n-butyl alcohol, t-butyl alcohol, n-pentyl alcohol, 2-methyl-1-butanol, 3-pentanol, n -C1-C6 alcohols, such as hexyl alcohol, are mentioned, More preferably, they are methanol, ethanol, and isopropyl alcohol at a conversion rate, cost, and a hydrophilic point.

アルキルケトン類の具体例としては、アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、ジプロピルケトンなどの炭素数1〜6のアルキルケトン類が挙げられ、転化率とコストと親水性の点で低級であるアセトンがより好ましい。   Specific examples of the alkyl ketones include alkyl ketones having 1 to 6 carbon atoms such as acetone, methyl ethyl ketone, diethyl ketone, dipropyl ketone and the like, and acetone which is lower in terms of conversion rate, cost, and hydrophilicity is more preferable. preferable.

アルキルアルデヒド類の具体例としては、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒドなどの炭素数1〜6のアルキルアルデヒドが挙げられる。また、これら脱保護促進剤としては上記から選ばれる2種類以上を共に使用してもよい。   Specific examples of the alkyl aldehydes include alkyl aldehydes having 1 to 6 carbon atoms such as formaldehyde, acetaldehyde, propionaldehyde and the like. Moreover, as these deprotection promoters, two or more selected from the above may be used together.

本発明において使用する脱保護処理溶液に含まれる脱保護促進剤の含有量としては、転化率およびコストの点で、脱保護処理溶液全体に対して、0.1wt%以上、50wt%以下であることがより好ましく、さらに好ましくは1wt%以上、40wt%以下、最も好ましくは3wt%以上、35wt%以下である。含有量が0.1wt%未満の場合には、反応時間が長くなり、高い転化率が得られない場合がある。また、50wt%を越える場合にも、コストが上がったり、副反応が生じたり、反応時間が長くなったり、高い転化率が得られない場合がある。   The content of the deprotection accelerator contained in the deprotection treatment solution used in the present invention is 0.1 wt% or more and 50 wt% or less with respect to the whole deprotection treatment solution in terms of conversion rate and cost. More preferably, it is more preferably 1 wt% or more and 40 wt% or less, and most preferably 3 wt% or more and 35 wt% or less. When the content is less than 0.1 wt%, the reaction time becomes long and a high conversion rate may not be obtained. In addition, when it exceeds 50 wt%, the cost may increase, side reactions may occur, the reaction time may be long, or a high conversion rate may not be obtained.

本発明において使用する脱保護処理溶液としては、反応時間短縮や転化率の点で、さらに酸触媒として強酸を含有することがより好ましい。使用する強酸の具体例としては、塩酸、硫酸、p−トルエンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、キシレンスルホン酸、メタンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、トリフルオロ酢酸などが挙げられる。なかでも転化率とコストの点で、塩酸、硫酸、p−トルエンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸がさらに好ましい。なかでも工業的な観点から硫酸が最も好ましい。また、強酸は上記から選ばれる2種類以上を共に使用してもよい。   The deprotection treatment solution used in the present invention more preferably contains a strong acid as an acid catalyst in terms of shortening the reaction time and conversion rate. Specific examples of the strong acid used include hydrochloric acid, sulfuric acid, p-toluenesulfonic acid, benzenesulfonic acid, xylenesulfonic acid, methanesulfonic acid, trifluoromethanesulfonic acid, trifluoroacetic acid and the like. Of these, hydrochloric acid, sulfuric acid, p-toluenesulfonic acid, and benzenesulfonic acid are more preferable in terms of conversion rate and cost. Of these, sulfuric acid is most preferable from an industrial viewpoint. Two or more strong acids selected from the above may be used together.

なお、本発明において使用する脱保護処理溶液としては、アルキルオルトエステル類を含む溶液と強酸を含有する水溶液を使用する場合、これらを混合して使用してもよいが、アルキルオルトエステル類の加水分解を考慮し、まずアルキルオルトエステル類で処理した後、強酸を含有する水溶液で処理することも好適である。   As the deprotection treatment solution used in the present invention, when a solution containing an alkyl orthoester and an aqueous solution containing a strong acid are used, these may be used in combination. In consideration of decomposition, it is also preferable to treat with an alkyl orthoester and then with an aqueous solution containing a strong acid.

本発明において使用する脱保護処理溶液の処理温度としては、製造コストや転化率の点で0℃以上、80℃以下がより好ましく、さらに好ましくは20℃以上、40℃以下である。処理温度が0℃未満あるいは80℃を越える場合には、製造コストが高くなり好ましくない。   The treatment temperature of the deprotection solution used in the present invention is more preferably 0 ° C. or higher and 80 ° C. or lower, more preferably 20 ° C. or higher and 40 ° C. or lower in terms of production cost and conversion rate. When the treatment temperature is less than 0 ° C. or exceeds 80 ° C., the production cost increases, which is not preferable.

次に、本発明に使用する高分子材料について説明する。本発明に使用する少なくとも保護基を含有する高分子材料は、機械強度や化学的安定性などの点から、炭化水素系ポリマーの中でも主鎖に芳香環を有するポリマーがさらに好ましい。主鎖構造は、芳香環を有するものであれば特に限定されるものではないが、例えばエンジニアリングプラスチックとして使用されるような十分な機械強度を有するものが好ましい。また、本発明は結晶性を示す高分子膜を作製する場合に特に好適である。   Next, the polymer material used in the present invention will be described. The polymer material containing at least a protecting group used in the present invention is more preferably a polymer having an aromatic ring in the main chain among hydrocarbon polymers from the viewpoint of mechanical strength and chemical stability. The main chain structure is not particularly limited as long as it has an aromatic ring, but preferably has a sufficient mechanical strength to be used, for example, as an engineering plastic. Further, the present invention is particularly suitable for producing a polymer film exhibiting crystallinity.

本発明に使用する主鎖に芳香環を有するポリマーの具体例としては、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、ポリアリーレンエーテル系ポリマー、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、ポリアリーレンケトン、ポリエーテルケトン、ポリアリーレンホスフィンホキシド、ポリエーテルホスフィンホキシド、ポリベンズオキサゾール、ポリベンズチアゾール、ポリベンズイミダゾール、ポリアミド、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリイミドスルホン等の構成成分の少なくとも1種を含むポリマーが挙げられる。なお、ここでいうポリスルホン、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を限定するものではない。   Specific examples of the polymer having an aromatic ring in the main chain used in the present invention include polysulfone, polyethersulfone, polyphenylene oxide, polyarylene ether-based polymer, polyphenylene sulfide, polyphenylene sulfide sulfone, polyparaphenylene, polyarylene-based polymer, At least one of components such as polyarylene ketone, polyether ketone, polyarylene phosphine oxide, polyether phosphine oxide, polybenzoxazole, polybenzthiazole, polybenzimidazole, polyamide, polyimide, polyetherimide, polyimidesulfone, etc. The polymer containing is mentioned. Polysulfone, polyethersulfone, polyetherketone, and the like referred to here are generic names for polymers having a sulfone bond, an ether bond, and a ketone bond in the molecular chain thereof. Polyetherketoneketone, polyetheretherketone, It includes polyether ether ketone ketone, polyether ketone ether ketone ketone, polyether ketone sulfone and the like, and does not limit the specific polymer structure.

前記主鎖に芳香環を有するポリマーのなかでも、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、ポリアリーレンエーテル系ポリマー、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、ポリアリーレンケトン、ポリエーテルケトン、ポリアリーレンホスフィンホキシド、ポリエーテルホスフィンホキシド等のポリマーが、機械強度、加工性および耐加水分解性の面からより好ましい。   Among the polymers having an aromatic ring in the main chain, polysulfone, polyethersulfone, polyphenylene oxide, polyarylene ether-based polymer, polyphenylene sulfide, polyphenylene sulfide sulfone, polyarylene ketone, polyether ketone, polyarylene phosphine oxide, poly A polymer such as ether phosphine oxide is more preferable from the viewpoint of mechanical strength, processability and hydrolysis resistance.

具体的には下記一般式(T1)で示される繰返し単位を有する主鎖に芳香族を含有するポリマーが挙げられる。   Specifically, a polymer containing an aromatic group in the main chain having a repeating unit represented by the following general formula (T1) can be given.

Figure 2008239963
Figure 2008239963

(ここで、Z、Zは芳香環を含む有機基を表し、それぞれが2種類以上の基を表しても良い。ZおよびZの少なくとも1種のうち、少なくとも一部はイオン性基を含有する。Yは電子吸引性基を表す。YはOまたはSを表す。aおよびbはそれぞれ独立に0または正の整数を表し、ただしaとbは同時に0ではない。)
かかる一般式(T1)で示される繰返し単位を有する主鎖に芳香族を含有するポリマーの中でも、一般式(T1−1)〜一般式(T1−6)で示される繰返し単位を有するポリマーは耐加水分解性、機械強度および製造コストの点でより好ましい。なかでも、機械強度や製造コストの面から、YがOである芳香族ポリエーテル系重合体がさらに好ましく、最も好ましくは一般式(T1−3)で示される繰返し単位を有するもの、すなわち、芳香族ポリエーテルケトン系重合体が最も好ましい。
(Here, Z 1 and Z 2 each represent an organic group containing an aromatic ring, and each may represent two or more groups. At least one of Z 1 and Z 2 is ionic.) Y 1 represents an electron-withdrawing group, Y 2 represents O or S. a and b each independently represent 0 or a positive integer, provided that a and b are not 0 at the same time.)
Among the polymers containing aromatic groups in the main chain having the repeating unit represented by the general formula (T1), the polymers having the repeating units represented by the general formula (T1-1) to the general formula (T1-6) are resistant to It is more preferable in terms of hydrolyzability, mechanical strength and production cost. Among them, from the viewpoint of mechanical strength and production cost, an aromatic polyether polymer in which Y 2 is O is more preferable, and most preferably has a repeating unit represented by the general formula (T1-3), that is, Aromatic polyether ketone polymers are most preferred.

Figure 2008239963
Figure 2008239963

(ここで、Z、Zは芳香環を含む有機基を表し、それぞれが2種類以上の基を表しても良い。ZおよびZの少なくとも1種のうち、少なくとも一部はイオン性基を含有する。aおよびbはそれぞれ独立に0または正の整数を表し、ただしaとbは同時に0ではない。)
として好ましい有機基は、フェニレン基およびナフチレン基である。これらは置換されていてもよい。
(Here, Z 1 and Z 2 each represent an organic group containing an aromatic ring, and each may represent two or more groups. At least one of Z 1 and Z 2 is ionic.) A and b each independently represents 0 or a positive integer, provided that a and b are not 0 at the same time.)
Preferred organic groups as Z 1 are a phenylene group and a naphthylene group. These may be substituted.

一般式(T1−4)におけるRで示される有機基の好ましい例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、ノルボルニル基、ビニル基、アリル基、ベンジル基、フェニル基、ナフチル基、フェニルフェニル基などである。工業的な入手の容易さの点ではRとして最も好ましいのはフェニル基である。 Preferred examples of the organic group represented by R p in the general formula (T1-4) include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, a cyclopentyl group, a cyclohexyl group, a norbornyl group, a vinyl group, an allyl group, and a benzyl group. A phenyl group, a naphthyl group, a phenylphenyl group, and the like. From the viewpoint of industrial availability, the most preferable R p is a phenyl group.

本発明において、芳香族ポリエーテル系重合体とは、主として芳香環から構成される重合体において、芳香環ユニットが連結する様式としてエーテル結合が含まれているものをいう。エーテル結合以外に、直接結合、ケトン、スルホン、スルフィド、各種アルキレン、イミド、アミド、エステル、ウレタン等、芳香族系ポリマーの形成に一般的に使用される結合様式が存在していても良い。エーテル結合は主構成成分の繰り返し単位あたり1個以上あることが好ましい。芳香環は炭化水素系芳香環だけでなく、ヘテロ環などを含んでいても良い。また、芳香環ユニットと共に一部脂肪族系ユニットがポリマーを構成していてもかまわない。芳香族ユニットは、アルキル基、アルコキシ基、芳香族基、アリロキシ基等の炭化水素系基、ハロゲン基、ニトロ基、シアノ基、アミノ基、ハロゲン化アルキル基、カルボキシル基、ホスホン酸基、水酸基等、任意の置換基を有していても良い。   In the present invention, the aromatic polyether-based polymer refers to a polymer mainly composed of an aromatic ring and containing an ether bond as a mode in which the aromatic ring units are connected. In addition to the ether bond, there may be a bond mode generally used for forming an aromatic polymer such as a direct bond, ketone, sulfone, sulfide, various alkylenes, imides, amides, esters, and urethanes. The ether bond is preferably at least one per repeating unit of the main constituent component. The aromatic ring may include not only a hydrocarbon aromatic ring but also a hetero ring. Further, a part of the aliphatic units may constitute a polymer together with the aromatic ring unit. Aromatic units include hydrocarbon groups such as alkyl groups, alkoxy groups, aromatic groups, allyloxy groups, halogen groups, nitro groups, cyano groups, amino groups, halogenated alkyl groups, carboxyl groups, phosphonic acid groups, hydroxyl groups, etc. And may have an arbitrary substituent.

芳香族ポリエーテル系重合体が直接結合等のエーテル結合以外の結合様式を含む場合においても、加工性向上の点から、導入される保護基の位置としては芳香族エーテル系重合体部分であることがより好ましい。   Even when the aromatic polyether polymer contains a bonding mode other than an ether bond such as a direct bond, the position of the protective group to be introduced is the aromatic ether polymer part from the viewpoint of improving processability. Is more preferable.

本発明の高分子成型体の製造方法は、高分子材料が保護基とともにイオン性基を含有する場合、すなわち高分子電解質材料の場合に特に好適である。すなたち、イオン性基を含有する高分子電解質材料は、通常、熱可塑性がないか、あるいは、耐熱性が低いため、保護基を脱保護した後に、成型することは困難である。本発明の高分子成型体の製造方法であれば、保護基を含有する状態で成型を行い、成型後に保護基を脱保護し、不溶不融な高分子成型体とすることができる。   The method for producing a polymer molded body of the present invention is particularly suitable when the polymer material contains an ionic group together with a protective group, that is, a polymer electrolyte material. In general, a polymer electrolyte material containing an ionic group is usually not thermoplastic or has low heat resistance, so that it is difficult to mold after deprotecting the protective group. If it is the manufacturing method of the polymeric molded object of this invention, it shape | molds in the state containing a protective group, A protective group is deprotected after shaping | molding, It can be set as an insoluble and infusible polymeric molded object.

ポリマー中のイオン性基はブロック共重合で導入しても、ランダム共重合で導入しても構わない。用いるポリマーの化学構造や結晶性の高さによって適宜選択することができる。燃料遮断性や低含水率が必要である場合にはランダム共重合がより好ましく、プロトン伝導性や高含水率が必要である場合にはブロック共重合がより好ましく用いられる。   The ionic group in the polymer may be introduced by block copolymerization or random copolymerization. It can be appropriately selected depending on the chemical structure of the polymer used and the high crystallinity. Random copolymerization is more preferable when fuel barrier properties and low water content are required, and block copolymerization is more preferably used when proton conductivity and high water content are required.

本発明に使用されるイオン性基は、負電荷を有する原子団であれば特に限定されるものではないが、プロトン交換能を有するものが好ましい。このような官能基としては、スルホン酸基、スルホンイミド基、硫酸基、ホスホン酸基、リン酸基、カルボン酸基が好ましく用いられる。ここで、スルホン酸基は下記一般式(f1)で表される基、スルホンイミド基は下記一般式(f2)で表される基[一般式中Rは任意の原子団を表す。]、硫酸基は下記一般式(f3)で表される基、ホスホン酸基は下記一般式(f4)で表される基、リン酸基は下記一般式(f5)または(f6)で表される基、カルボン酸基は下記一般式(f7)で表される基を意味する。   The ionic group used in the present invention is not particularly limited as long as it is a negatively charged atomic group, but is preferably one having proton exchange ability. As such a functional group, a sulfonic acid group, a sulfonimide group, a sulfuric acid group, a phosphonic acid group, a phosphoric acid group, and a carboxylic acid group are preferably used. Here, the sulfonic acid group is a group represented by the following general formula (f1), the sulfonimide group is a group represented by the following general formula (f2) [in the general formula, R represents an arbitrary atomic group. The sulfuric acid group is represented by the following general formula (f3), the phosphonic acid group is represented by the following general formula (f4), and the phosphoric acid group is represented by the following general formula (f5) or (f6). And the carboxylic acid group means a group represented by the following general formula (f7).

Figure 2008239963
Figure 2008239963

かかるイオン性基は前記官能基(f1)〜(f7)が塩となっている場合を含むものとする。前記塩を形成するカチオンとしては、任意の金属カチオン、NR (Rは任意の有機基)等を例として挙げることができる。金属カチオンの場合、その価数等特に限定されるものではなく、使用することができる。好ましい金属イオンの具体例を挙げるとすれば、Li、Na、K、Rh、Mg、Ca、Sr、Ti、Al、Fe、Pt、Rh、Ru、Ir、Pd等が挙げられる。中でも、高分子電解質膜としては、安価で、溶解性に悪影響を与えず、容易にプロトン置換可能なNa、Kがより好ましく使用される。 Such ionic groups include cases where the functional groups (f1) to (f7) are salts. Examples of the cation forming the salt include an arbitrary metal cation, NR 4 + (R is an arbitrary organic group), and the like. In the case of a metal cation, the valence and the like are not particularly limited and can be used. Specific examples of preferable metal ions include Li, Na, K, Rh, Mg, Ca, Sr, Ti, Al, Fe, Pt, Rh, Ru, Ir, and Pd. Among these, Na and K, which are inexpensive and do not adversely affect the solubility and can be easily proton-substituted, are more preferably used as the polymer electrolyte membrane.

これらのイオン性基は前記高分子電解質膜中に2種類以上含むことができ、組み合わせることにより好ましくなる場合がある。組み合わせはポリマーの構造などにより適宜決められる。中でも、高プロトン伝導度の点から少なくともスルホン酸基、スルホンイミド基、硫酸基を有することがより好ましく、耐加水分解性の点から少なくともスルホン酸基を有することが最も好ましい。   Two or more kinds of these ionic groups can be contained in the polymer electrolyte membrane, and may be preferable by combining them. The combination is appropriately determined depending on the structure of the polymer. Among them, it is more preferable to have at least a sulfonic acid group, a sulfonimide group, and a sulfuric acid group from the viewpoint of high proton conductivity, and most preferable to have at least a sulfonic acid group from the viewpoint of hydrolysis resistance.

高分子電解質膜中のスルホン酸基の量は、スルホン酸基密度(mmol/g)の値として示すことができる。本発明における高分子電解質膜のスルホン酸基密度は、プロトン伝導性、燃料クロスオーバーおよび機械強度の点から0.1〜5.0mmol/gであることが好ましく、さらに好ましくは、0.5〜2.5mmol/g、燃料クロスオーバーの点から最も好ましくは0.8〜2.0mmol/gである。スルホン酸基密度が、0.1mmol/gより低いと、プロトン伝導性が低いため十分な発電特性が得られないことがあり、5.0mmol/gより高いと燃料電池用電解質膜として使用する際に、十分な耐水性および含水時の機械的強度が得られないことがある。   The amount of sulfonic acid groups in the polymer electrolyte membrane can be expressed as a value of sulfonic acid group density (mmol / g). The sulfonic acid group density of the polymer electrolyte membrane in the present invention is preferably 0.1 to 5.0 mmol / g, more preferably 0.5 to 5.0 in terms of proton conductivity, fuel crossover and mechanical strength. 2.5 mmol / g, most preferably 0.8 to 2.0 mmol / g from the point of fuel crossover. When the sulfonic acid group density is lower than 0.1 mmol / g, sufficient proton generation characteristics may not be obtained due to low proton conductivity. When the sulfonic acid group density is higher than 5.0 mmol / g, it may be used as an electrolyte membrane for a fuel cell. In addition, sufficient water resistance and mechanical strength when containing water may not be obtained.

ここで、スルホン酸基密度とは、乾燥した高分子電解質膜1グラムあたりに導入されたスルホン酸基のモル数であり、値が大きいほどスルホン酸基の量が多いことを示す。スルホン酸基密度は、元素分析、中和滴定により求めることが可能である。これらの中でも測定の容易さから、元素分析法を用い、S/C比から算出することが好ましいが、スルホン酸基以外の硫黄源を含む場合などは、中和滴定法によりイオン交換容量を求めることもできる。本発明の高分子電解質材料は、後述するようにイオン性基を有するポリマーとそれ以外の成分からなる複合体である態様を含むが、その場合もスルホン酸基密度は複合体の全体量を基準として求めるものとする。   Here, the sulfonic acid group density is the number of moles of sulfonic acid groups introduced per gram of the dried polymer electrolyte membrane, and the larger the value, the greater the amount of sulfonic acid groups. The sulfonic acid group density can be determined by elemental analysis or neutralization titration. Among these, it is preferable to calculate from the S / C ratio using an elemental analysis method for ease of measurement. However, when a sulfur source other than a sulfonic acid group is included, the ion exchange capacity is obtained by a neutralization titration method. You can also The polyelectrolyte material of the present invention includes an embodiment in which the polymer electrolyte material has a complex composed of a polymer having an ionic group and other components, as will be described later. In this case, the sulfonic acid group density is based on the total amount of the complex. Suppose that

中和滴定の手順は下記のとおりである。測定は3回以上行ってその平均をとるものとする。
(1) 試料をミルにより粉砕し、粒径を揃えるため、目50メッシュの網ふるいにかけ、ふるいを通過したものを測定試料とする。
(2) サンプル管(蓋付き)を精密天秤で秤量する。
(3) 前記(1)の試料 約0.1gをサンプル管に入れ、40℃で16時間、真空乾燥する。
(4) 試料入りのサンプル管を秤量し、試料の乾燥重量を求める。
(5) 塩化ナトリウムを30重量%メタノール水溶液に溶かし、飽和食塩溶液を調製する。
(6) 試料に前記(5)の飽和食塩溶液を25mL加え、24時間撹拌してイオン交換する。
(7) 生じた塩酸を0.02mol/L水酸化ナトリウム水溶液で滴定する。指示薬として市販の滴定用フェノールフタレイン溶液(0.1体積%)を2滴加え、薄い赤紫色になった点を終点とする。
(8) スルホン酸基密度は下記の式により求める。
The procedure for neutralization titration is as follows. The measurement shall be performed three times or more and the average shall be taken.
(1) The sample is pulverized by a mill, and in order to make the particle diameter uniform, the sample is passed through a 50-mesh mesh sieve and the sample passed through the sieve is used as the measurement sample.
(2) Weigh the sample tube (with lid) with a precision balance.
(3) About 0.1 g of the sample of (1) is put into a sample tube and vacuum dried at 40 ° C. for 16 hours.
(4) Weigh the sample tube with the sample and determine the dry weight of the sample.
(5) Dissolve sodium chloride in a 30 wt% aqueous methanol solution to prepare a saturated saline solution.
(6) Add 25 mL of the saturated salt solution of (5) above to the sample and stir for 24 hours for ion exchange.
(7) Titrate the resulting hydrochloric acid with 0.02 mol / L aqueous sodium hydroxide. Two drops of a commercially available titration phenolphthalein solution (0.1% by volume) as an indicator are added, and the point at which light reddish purple is obtained is the end point.
(8) The sulfonic acid group density is determined by the following formula.

スルホン酸基密度(mmol/g)=
〔水酸化ナトリウム水溶液の濃度(mmol/ml)×滴下量(ml)〕/試料の乾燥重量(g)
本発明に使用されるイオン性基を有するポリマーには本発明の目的を阻害しない範囲において、他の成分、例えば導電性若しくはイオン伝導性を有さない不活性なポリマーや有機あるいは無機の化合物、が含有されていても構わない。
Sulfonic acid group density (mmol / g) =
[Concentration of sodium hydroxide aqueous solution (mmol / ml) × Drip amount (ml)] / Dry weight of sample (g)
The polymer having an ionic group used in the present invention is not limited to the purpose of the present invention, and other components such as an inert polymer or an organic or inorganic compound having no conductivity or ionic conductivity, May be contained.

芳香族ポリエーテル系重合体に対してイオン性基を導入する方法は、イオン性基を有するモノマーを用いて重合する方法と、高分子反応でイオン性基を導入する方法が挙げられる。   Examples of a method for introducing an ionic group into an aromatic polyether polymer include a method of polymerizing using a monomer having an ionic group and a method of introducing an ionic group by a polymer reaction.

イオン性基を有するモノマーを用いて重合する方法としては、繰り返し単位中にイオン性基を有したモノマーを用いれば良く、必要により適当な保護基を導入して重合後脱保護基を行えばよい。かかる方法は例えば ジャーナル オブ メンブレン サイエンス(Journal of Membrane Science), 197, 2002, p.231-242 に記載がある。   As a method of polymerizing using a monomer having an ionic group, a monomer having an ionic group in a repeating unit may be used, and if necessary, an appropriate protecting group may be introduced to perform a deprotecting group after polymerization. . Such a method is described, for example, in Journal of Membrane Science, 197, 2002, p.231-242.

高分子反応でイオン性基を導入する方法について例を挙げて説明すると、芳香族系高分子へのホスホン酸基の導入は、例えばポリマー プレプリンツ(Polymer Preprints), 51, 2002, p.750等に記載の方法によって可能である。芳香族系高分子へのリン酸基の導入は、例えばヒドロキシル基を有する芳香族系高分子のリン酸エステル化によって可能である。芳香族系高分子へのカルボン酸基の導入は、例えばアルキル基やヒドロキシアルキル基を有する芳香族系高分子を酸化することによって可能である。芳香族系高分子への硫酸基の導入は、例えばヒドロキシル基を有する芳香族系高分子の硫酸エステル化によって可能である。   The method of introducing an ionic group in a polymer reaction will be described with an example. For example, introduction of a phosphonic acid group into an aromatic polymer is described in Polymer Preprints, 51, 2002, p.750, etc. This is possible by the method described. Introduction of a phosphate group into an aromatic polymer can be achieved by, for example, phosphoric esterification of an aromatic polymer having a hydroxyl group. Introduction of a carboxylic acid group into an aromatic polymer can be performed by oxidizing an aromatic polymer having an alkyl group or a hydroxyalkyl group, for example. Introduction of a sulfate group into an aromatic polymer can be achieved by, for example, sulfate esterification of an aromatic polymer having a hydroxyl group.

芳香族系高分子をスルホン化する方法、すなわちスルホン酸基を導入する方法としては、たとえば特開平2−16126号公報あるいは特開平2−208322号公報等に記載の方法が公知である。具体的には、例えば、芳香族系高分子をクロロホルム等の溶媒中でクロロスルホン酸のようなスルホン化剤と反応させたり、濃硫酸や発煙硫酸中で反応することによりスルホン化することができる。スルホン化剤には芳香族系高分子をスルホン化するものであれば特に制限はなく、上記以外にも三酸化硫黄等を使用することができる。この方法により芳香族系高分子をスルホン化する場合には、スルホン化の度合いはスルホン化剤の使用量、反応温度および反応時間により、容易に制御できる。芳香族系高分子へのスルホンイミド基の導入は、例えばスルホン酸基とスルホンアミド基を反応させる方法によって可能である。   As a method for sulfonating an aromatic polymer, that is, a method for introducing a sulfonic acid group, for example, a method described in JP-A-2-16126 or JP-A-2-208322 is known. Specifically, for example, an aromatic polymer can be sulfonated by reacting with a sulfonating agent such as chlorosulfonic acid in a solvent such as chloroform, or by reacting in concentrated sulfuric acid or fuming sulfuric acid. . The sulfonating agent is not particularly limited as long as it sulfonates an aromatic polymer, and sulfur trioxide or the like can be used in addition to the above. When the aromatic polymer is sulfonated by this method, the degree of sulfonation can be easily controlled by the amount of the sulfonating agent used, the reaction temperature and the reaction time. Introduction of a sulfonimide group into an aromatic polymer can be achieved, for example, by a method of reacting a sulfonic acid group and a sulfonamide group.

本発明に使用する芳香族ポリエーテル系重合体の合成方法については、実質的に十分な高分子量化が可能な方法であれば特に限定されるものではないが、例えば芳香族活性ジハライド化合物と2価フェノール化合物の芳香族求核置換反応、またはハロゲン化芳香族フェノール化合物の芳香族求核置換反応を利用して合成することができる。   The method for synthesizing the aromatic polyether polymer used in the present invention is not particularly limited as long as it is a method capable of substantially increasing the molecular weight. For example, the aromatic active dihalide compound and 2 It can be synthesized using an aromatic nucleophilic substitution reaction of a polyhydric phenol compound or an aromatic nucleophilic substitution reaction of a halogenated aromatic phenol compound.

具体的には、例えば前記一般式(P1)および(P2)で表される構成単位を含有する芳香族ポリエーテル系重合体は、2価フェノール化合物としてそれぞれ下記一般式(P1−1)および(P2−1)で表される化合物を使用し、芳香族活性ジハライド化合物との芳香族求核置換反応により合成することが可能である。前記一般式(P1)および(P2)で表される構成単位が2価フェノール化合物、芳香族活性ジハライド化合物のどちら側由来でも構わないが、モノマーの反応性の反応性を考慮して2価フェノール化合物由来とする方がより好ましい。   Specifically, for example, aromatic polyether polymers containing the structural units represented by the general formulas (P1) and (P2) are represented by the following general formulas (P1-1) and ( It is possible to synthesize by an aromatic nucleophilic substitution reaction with an aromatic active dihalide compound using the compound represented by P2-1). The structural units represented by the general formulas (P1) and (P2) may be derived from either the divalent phenol compound or the aromatic active dihalide compound, but the divalent phenol is considered in consideration of the reactivity of the monomer. More preferably derived from a compound.

Figure 2008239963
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(一般式(P1−1)および(P2−1)において、Ar〜Arは任意の2価のアリーレン基、RおよびRはHおよびアルキル基から選ばれた少なくとも1種の基、Rは任意のアルキレン基、EはOまたはSを表す。一般式(P1−1)および一般式(P2−1)で表される化合物は任意に置換されていてもよい。)
本発明に使用する、特に好ましい2価フェノール化合物の具体例としては、下記一般式(r1)〜(r10)で表される化合物、並びにこれらの2価フェノール化合物由来の誘導体が挙げることができる。
(In the general formulas (P1-1) and (P2-1), Ar 1 to Ar 4 are any divalent arylene group, R 1 and R 2 are at least one group selected from H and an alkyl group, R 3 represents an arbitrary alkylene group, and E represents O or S. The compounds represented by the general formula (P1-1) and the general formula (P2-1) may be optionally substituted.
Specific examples of particularly preferred dihydric phenol compounds used in the present invention include compounds represented by the following general formulas (r1) to (r10), and derivatives derived from these dihydric phenol compounds.

Figure 2008239963
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これら2価フェノール化合物のなかでも、安定性の点から一般式(r4)〜(r10)で表される化合物がより好ましく、さらに好ましくは一般式(r4)、(r5)および(r9)で表される化合物、最も好ましくは一般式(r4)で表される化合物である。   Among these dihydric phenol compounds, the compounds represented by the general formulas (r4) to (r10) are more preferable from the viewpoint of stability, and more preferably the compounds represented by the general formulas (r4), (r5), and (r9). The compound represented by the general formula (r4) is most preferred.

本発明によって得られる高分子成型体中に含有する保護基の量が多い場合には、溶剤溶解性があるため核磁気共鳴スペクトル(NMR)が保護基の定量に好適である。しかしながら、保護基の量がごく少量で溶剤不溶性である場合には、NMRで正確に定量することは困難な場合がある。そうした場合には、昇温熱脱離−質量分析法(TPD−MS)による発生ガス分析、あるいは熱分解ガスクロマトグラフ、熱分解GC−MSが好適な定量方法となる。   When the amount of the protecting group contained in the polymer molded product obtained by the present invention is large, since it has solvent solubility, nuclear magnetic resonance spectrum (NMR) is suitable for quantification of the protecting group. However, if the amount of protecting group is very small and insoluble in the solvent, it may be difficult to accurately quantify by NMR. In such a case, the generated gas analysis by temperature-programmed thermal desorption-mass spectrometry (TPD-MS), pyrolysis gas chromatograph, or pyrolysis GC-MS is a suitable quantitative method.

例えば、本発明によって得られる高分子成型体が、前記一般式(P2)を構成単位として含有し、Rが−CHCH−である場合においては、昇温熱脱離−質量分析法(TPD−MS)による発生ガス分析によって少なくともCOガスおよび/またはCガスが検出される。 For example, when the polymer molding obtained by the present invention contains the general formula (P2) as a structural unit and R 3 is —CH 2 CH 2 —, the temperature-programmed thermal desorption-mass spectrometry method ( At least C 2 H 4 O gas and / or C 4 H 8 O 2 gas is detected by the evolved gas analysis by TPD-MS).

本発明によって得られる高分子成型体の発生気体量において、CO発生気体量とC発生気体量の合計が、高分子成型体の乾燥重量に対して20重量%以下であることがより好ましい。成型用高分子材料としては、溶剤可溶性の点から1重量%以上、20重量%以下であることがより好ましい。一方、本発明で得られた高分子成型体として、機械特性を必要とする場合には、1重量%以下であることがさらに好ましく、さらに好ましくは0.3重量%以下、最も好ましくは0.1重量%以下である。 In the amount of gas generated in the polymer molded body obtained by the present invention, the total amount of C 2 H 4 O generated gas and C 4 H 8 O 2 generated gas is 20% by weight with respect to the dry weight of the polymer molded body. The following is more preferable. The polymer material for molding is more preferably 1% by weight or more and 20% by weight or less from the viewpoint of solvent solubility. On the other hand, when the polymer molded product obtained in the present invention requires mechanical properties, it is more preferably 1% by weight or less, further preferably 0.3% by weight or less, most preferably 0.8%. 1% by weight or less.

かかる本発明の高分子電解質材料のTPD−MS法によるケタール基の含有量定量は、次の方法で行う。すなわち、検体となる高分子電解質材料を実施例に記載の条件にて加熱時発生気体分析を行う。   The quantitative determination of the ketal group content by the TPD-MS method of the polymer electrolyte material of the present invention is performed by the following method. That is, the generated gas analysis at the time of heating is performed on the polymer electrolyte material as a specimen under the conditions described in the examples.

前記芳香族活性ジハライド化合物としては、2価フェノール化合物との芳香族求核置換反応により高分子量化が可能なものであれば、特に限定される物ではない。芳香族活性ジハライド化合物のより好適な具体例としては、4,4’−ジクロロジフェニルスルホン、4,4’−ジフルオロジフェニルスルホン、4,4’−ジクロロジフェニルケトン、4,4’−ジフルオロジフェニルケトン、4,4’−ジクロロジフェニルフェニルホスフィンオキシド、4,4’−ジフルオロジフェニルフェニルホスフィンオキシド、2,6−ジクロロベンゾニトリル、2,6−ジフルオロベンゾニトリル、等を挙げることができる。中でも4,4’−ジクロロジフェニルケトン、4,4’−ジフルオロジフェニルケトンが結晶性付与、機械強度、耐熱メタノール性、燃料クロスオーバー抑制効果の点からより好ましく、重合活性の点から4,4’−ジフルオロジフェニルケトンが最も好ましい。これら芳香族活性ジハライド化合物は、単独で使用することができるが、複数の芳香族活性ジハライド化合物を併用することも可能である。   The aromatic active dihalide compound is not particularly limited as long as it can have a high molecular weight by an aromatic nucleophilic substitution reaction with a dihydric phenol compound. More preferable specific examples of the aromatic active dihalide compound include 4,4′-dichlorodiphenyl sulfone, 4,4′-difluorodiphenyl sulfone, 4,4′-dichlorodiphenyl ketone, 4,4′-difluorodiphenyl ketone, 4,4′-dichlorodiphenylphenylphosphine oxide, 4,4′-difluorodiphenylphenylphosphine oxide, 2,6-dichlorobenzonitrile, 2,6-difluorobenzonitrile and the like can be mentioned. Among these, 4,4′-dichlorodiphenyl ketone and 4,4′-difluorodiphenyl ketone are more preferable in terms of imparting crystallinity, mechanical strength, heat-resistant methanol property, and fuel crossover suppressing effect, and 4,4 ′ from the viewpoint of polymerization activity. -Difluorodiphenyl ketone is most preferred. These aromatic active dihalide compounds can be used alone, but a plurality of aromatic active dihalide compounds can also be used in combination.

本発明に使用される芳香族ポリエーテル系重合体としては、下記一般式(P5)で表される構成単位を有するもので例示されるイオン性基を有するモノマーも好ましく併用される。芳香族活性ジハライド化合物にイオン酸基を導入した化合物をモノマーとして用いることは、イオン性基の量を精密制御が可能な点から好ましい。イオン性基としてスルホン酸基を有するモノマーの例としては、3,3’−ジスルホネート−4,4’−ジクロロジフェニルスルホン、3,3’−ジスルホネート−4,4’−ジフルオロジフェニルスルホン、3,3’−ジスルホネート−4,4’−ジクロロジフェニルケトン、3,3’−ジスルホネート−4,4’−ジフルオロジフェニルケトン、3,3’−ジスルホネート−4,4’−ジクロロジフェニルフェニルホスフィンオキシド、3,3’−ジスルホネート−4,4’−ジフルオロジフェニルフェニルホスフィンオキシド、等を挙げることができる。   As the aromatic polyether polymer used in the present invention, monomers having an ionic group exemplified by those having a structural unit represented by the following general formula (P5) are also preferably used. It is preferable to use a compound in which an ionic acid group is introduced into an aromatic active dihalide compound as a monomer because the amount of the ionic group can be precisely controlled. Examples of monomers having sulfonic acid groups as ionic groups include 3,3′-disulfonate-4,4′-dichlorodiphenylsulfone, 3,3′-disulfonate-4,4′-difluorodiphenylsulfone, 3 3,3′-disulfonate-4,4′-dichlorodiphenyl ketone, 3,3′-disulfonate-4,4′-difluorodiphenyl ketone, 3,3′-disulfonate-4,4′-dichlorodiphenylphenylphosphine And oxide, 3,3′-disulfonate-4,4′-difluorodiphenylphenylphosphine oxide, and the like.

プロトン伝導度および耐加水分解性の点からイオン性基としてはスルホン酸基が最も好ましいが、本発明に使用されるイオン性基を有するモノマーは他のイオン性基を有していても構わない。なかでも耐熱メタノール性、燃料クロスオーバー抑制効果の点から3,3’−ジスルホネート−4,4’−ジクロロジフェニルケトン、3,3’−ジスルホネート−4,4’−ジフルオロジフェニルケトンがより好ましく、重合活性の点から3,3’−ジスルホネート−4,4’−ジフルオロジフェニルケトンが最も好ましい。   In terms of proton conductivity and hydrolysis resistance, a sulfonic acid group is most preferable as an ionic group, but the monomer having an ionic group used in the present invention may have another ionic group. . Among these, 3,3′-disulfonate-4,4′-dichlorodiphenyl ketone and 3,3′-disulfonate-4,4′-difluorodiphenyl ketone are more preferable from the viewpoint of heat resistance methanol resistance and fuel crossover suppression effect. From the viewpoint of polymerization activity, 3,3′-disulfonate-4,4′-difluorodiphenyl ketone is most preferred.

Figure 2008239963
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(一般式(P5)中、MおよびMは水素、金属カチオン、アンモニウムカチオン、a1およびa2は1〜4の整数を表す。一般式(P5)で表される構成単位はさらに任意に置換されていてもよい。)
芳香族活性ジハライド化合物と2価フェノール化合物の芳香族求核置換反応により、芳香族ポリエーテル系重合体を得る場合には、前記2価フェノール化合物として少なくとも前記一般式(P1−1)および/または(P2−1)で表されるものを使用することが必要であるが、他の2価フェノール化合物を併用することも可能である。共重合させる2価フェノール化合物のとしては、芳香族求核置換反応による芳香族ポリエーテル系重合体の重合に用いることができる各種2価フェノール化合物を使用することができ、特に限定されるものではない。また、これらの芳香族ジヒドロキシ化合物にスルホン酸基が導入されたものをモノマーとして用いることもできる。
(In General Formula (P5), M 1 and M 2 represent hydrogen, a metal cation, an ammonium cation, and a 1 and a 2 each represent an integer of 1 to 4. The structural unit represented by General Formula (P5) is further optionally substituted. May be.)
When an aromatic polyether polymer is obtained by an aromatic nucleophilic substitution reaction of an aromatic active dihalide compound and a divalent phenol compound, at least the general formula (P1-1) and / or the divalent phenol compound is obtained. Although it is necessary to use what is represented by (P2-1), it is also possible to use other dihydric phenol compounds together. As the dihydric phenol compound to be copolymerized, various dihydric phenol compounds that can be used for the polymerization of an aromatic polyether polymer by an aromatic nucleophilic substitution reaction can be used. Absent. Moreover, what introduce | transduced the sulfonic acid group into these aromatic dihydroxy compounds can also be used as a monomer.

本発明において、前記一般式(P1−1)および/または(P2−1)で表される2価フェノール化合物とともに併用される2価フェノール化合物は、特に限定されるものではなく、加工性、結晶性、燃料遮断性、機械強度等を考慮して適宜選択することが可能である。   In the present invention, the dihydric phenol compound used in combination with the dihydric phenol compound represented by the general formula (P1-1) and / or (P2-1) is not particularly limited, and processability, crystal Can be selected as appropriate in consideration of properties, fuel cutoff, mechanical strength, and the like.

併用される2価フェノールの好適な具体例としては、結晶性を向上できる基という観点から、下記一般式(X−1)〜(X−6)で表される2価フェノール化合物が挙げられる。結晶性の向上により、得られる高分子成型体は、機械特性、耐溶剤性、燃料遮断性、長期耐久性等に優れた性能を発揮できるので好ましく使用できる。   Preferable specific examples of the dihydric phenol used in combination include divalent phenol compounds represented by the following general formulas (X-1) to (X-6) from the viewpoint of a group capable of improving crystallinity. Due to the improvement in crystallinity, the resulting polymer molded body can be preferably used because it can exhibit performances excellent in mechanical properties, solvent resistance, fuel blocking properties, long-term durability, and the like.

Figure 2008239963
Figure 2008239963

(一般式(X−1)〜(X−6)で表される基は、任意に置換されていてもよいが、イオン性基は含まない。)
芳香族求核置換反応による重合は、上記モノマー混合物を塩基性化合物の存在下で反応させることで重合体を得ることができる。重合反応は、0〜350℃の温度範囲で行うことができるが、50〜250℃の温度であることが好ましい。0℃より低い場合には、十分に反応が進まない傾向にあり、350℃より高い場合には、ポリマーの分解も起こり始める傾向がある。
(The groups represented by the general formulas (X-1) to (X-6) may be optionally substituted, but do not include an ionic group.)
In the polymerization by the aromatic nucleophilic substitution reaction, a polymer can be obtained by reacting the monomer mixture in the presence of a basic compound. The polymerization reaction can be carried out in the temperature range of 0 to 350 ° C, but is preferably 50 to 250 ° C. When the temperature is lower than 0 ° C., the reaction does not proceed sufficiently, and when the temperature is higher than 350 ° C., the polymer tends to be decomposed.

かかる重合反応は、無溶媒下で行うこともできるが、溶媒中で行うことが好ましい。溶媒としては、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、ジフェニルスルホン、スルホラン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノンなどを使用することができるが、これらに限定されることはなく、芳香族求核置換反応において安定な溶媒として使用することができるものであればよい。これらの有機溶媒は、単独でも2種以上の混合物として使用されても良い。   Such a polymerization reaction can be carried out in the absence of a solvent, but is preferably carried out in a solvent. Use N-methyl-2-pyrrolidone, N, N-dimethylacetamide, N, N-dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, diphenylsulfone, sulfolane, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone as the solvent. However, it is not limited to these, and any solvent that can be used as a stable solvent in the aromatic nucleophilic substitution reaction may be used. These organic solvents may be used alone or as a mixture of two or more.

芳香族求核置換反応による重合に用いる塩基性化合物としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム等があげられるが、芳香族ジオール類を活性なフェノキシド構造にしうるものであれば、これらに限定されず使用することができる。かかる塩基性化合物の存在下で反応させる芳香族求核置換反応においては、副生物として水が生成する場合がある。この際はトルエンなどを反応系に共存させて、共沸物として水を系外に除去することもできる。水を系外に除去する方法としては、モレキュラーシーブなどの吸水剤を使用することもできる。   Examples of the basic compound used for the polymerization by the aromatic nucleophilic substitution reaction include sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium carbonate, potassium carbonate, sodium hydrogen carbonate, potassium hydrogen carbonate and the like. Any material can be used as long as it can have a phenoxide structure. In the aromatic nucleophilic substitution reaction to be reacted in the presence of such a basic compound, water may be generated as a by-product. In this case, toluene or the like can coexist in the reaction system, and water can be removed from the system as an azeotrope. As a method for removing water out of the system, a water-absorbing agent such as molecular sieve can also be used.

かかる芳香族求核置換反応を溶媒中で行う場合、得られるポリマー濃度として5〜50重量%となるように、モノマーを仕込むことが好ましい。ポリマー濃度が、5重量%よりも少ない場合は、重合度が上がりにくい傾向があり、一方、50重量%よりも多い場合には、反応系の粘性が高くなりすぎ、反応物の後処理が困難になる傾向がある。重合反応終了後は、反応溶液より蒸発によって溶媒を除去し、必要に応じて残留物を洗浄することによって、所望のポリマーが得られる。また、反応溶液を、ポリマーの溶解度が低い溶媒中に加えることによって、ポリマーを固体として沈殿させ、沈殿物の濾取によりポリマーを得ることもできる。   When this aromatic nucleophilic substitution reaction is carried out in a solvent, it is preferable to charge the monomer so that the resulting polymer concentration is 5 to 50% by weight. When the polymer concentration is less than 5% by weight, the degree of polymerization tends to be difficult to increase. On the other hand, when the polymer concentration is more than 50% by weight, the reaction system becomes too viscous and post-treatment of the reaction product is difficult. Tend to be. After completion of the polymerization reaction, the solvent is removed from the reaction solution by evaporation, and the residue is washed as necessary to obtain the desired polymer. In addition, the polymer can be obtained by precipitating the polymer as a solid by adding the reaction solution in a solvent having low polymer solubility, and collecting the precipitate by filtration.

芳香族ポリケタール系重合体のGPC法による重量平均分子量は、好ましくは1万から100万、さらに好ましくは10万から60万である。かかる重量平均分子量が、1万未満では機械特性が不十分な場合があり、一方、100万を越えると加工性に劣る場合がある。   The weight average molecular weight of the aromatic polyketal polymer by GPC method is preferably 10,000 to 1,000,000, more preferably 100,000 to 600,000. If the weight average molecular weight is less than 10,000, the mechanical properties may be insufficient. On the other hand, if it exceeds 1,000,000, the processability may be inferior.

本発明で得られる高分子成型体は、燃料電池用の高分子電解質部品として特に好ましく使用することができる。本発明における高分子電解質部品とは、高分子電解質成型体および高分子電解質材料を含有する部品を意味する。本発明において、高分子電解質部品の形状としては、前述の高分子成型体と同様である。   The polymer molded body obtained by the present invention can be particularly preferably used as a polymer electrolyte part for a fuel cell. The polymer electrolyte component in the present invention means a component containing a polymer electrolyte molded body and a polymer electrolyte material. In the present invention, the shape of the polymer electrolyte component is the same as that of the aforementioned polymer molded body.

本発明によって得られる高分子成型体を燃料電池用として使用する際には、膜の状態および触媒層のバインダーに好適である。また、本発明によって得られる高分子成型体には、通常の高分子化合物に使用される可塑剤、安定剤あるいは離型剤等の添加剤を、本発明の目的に反しない範囲内で添加することができる。また、諸特性に悪影響をおよぼさない範囲内で、機械的強度、熱安定性、加工性などの向上を目的に、各種ポリマー、エラストマー、フィラー、微粒子、各種添加剤などを含有させてもよい。   When the polymer molded body obtained by the present invention is used for a fuel cell, it is suitable for a membrane state and a catalyst layer binder. In addition, an additive such as a plasticizer, a stabilizer or a mold release agent used in ordinary polymer compounds is added to the polymer molded body obtained by the present invention within a range not violating the purpose of the present invention. be able to. In addition, various polymers, elastomers, fillers, fine particles, various additives, etc. may be included for the purpose of improving mechanical strength, thermal stability, processability, etc. within the range that does not adversely affect various properties. Good.

本発明で使用する高分子電解質材料を膜に転化する方法に特に制限はないが、ケタール等の保護基を有する段階で、溶液状態より製膜する方法あるいは溶融状態より製膜する方法等が可能である。前者では、たとえば、該高分子電解質材料をN−メチル−2−ピロリドン等の溶媒に溶解し、その溶液をガラス板等の上に流延塗布し、溶媒を除去することにより製膜する方法が例示できる。   There is no particular limitation on the method of converting the polymer electrolyte material used in the present invention into a membrane, but a method of forming a film from a solution state or a method of forming a film from a molten state is possible at a stage having a protective group such as ketal. It is. In the former, for example, the polymer electrolyte material is dissolved in a solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone, the solution is cast on a glass plate or the like, and the solvent is removed to form a film. It can be illustrated.

製膜に用いる溶媒としては、高分子電解質材料を溶解し、その後に除去し得るものであればよく、例えば、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N−メチル−2−ピロリドン、ジメチルスルホキシド、スルホラン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、ヘキサメチルホスホントリアミド等の非プロトン性極性溶媒、γ−ブチロラクトン、酢酸ブチルなどのエステル系溶媒、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートなどのカーボネート系溶媒、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル等のアルキレングリコールモノアルキルエーテル、あるいはイソプロパノールなどのアルコール系溶媒、水およびこれらの混合物が好適に用いられるが、非プロトン性極性溶媒が最も溶解性が高く好ましい。   The solvent used for film formation is not particularly limited as long as the polymer electrolyte material can be dissolved and then removed. For example, N, N-dimethylacetamide, N, N-dimethylformamide, N-methyl-2-pyrrolidone , Aprotic polar solvents such as dimethyl sulfoxide, sulfolane, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, hexamethylphosphontriamide, ester solvents such as γ-butyrolactone and butyl acetate, carbonates such as ethylene carbonate and propylene carbonate Solvent, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, propylene glycol monomethyl ether, alkylene glycol monoalkyl ether such as propylene glycol monoethyl ether, or isopropanol Alcohol solvents, water and mixtures thereof is preferably used, is preferred for high highest solubility aprotic polar solvent.

本発明で使用する高分子電解質材料を膜へ転化する方法の具体例としては、該芳香族ポリエーテル系重合体から構成される膜を前記手法により作製後、ケタールで保護したケトン部位の少なくとも一部を脱保護せしめ、ケトン部位とするものである。この方法によれば、溶解性に乏しい低スルホン酸基量ポリマーの溶液製膜が可能となり、プロトン伝導性と燃料クロスオーバー抑制効果の両立、優れた耐溶剤性、機械特性、寸法安定性を達成可能となる。   As a specific example of the method for converting the polymer electrolyte material used in the present invention into a membrane, a membrane composed of the aromatic polyether polymer is prepared by the above-described method, and then at least one of the ketone sites protected with a ketal is used. The part is deprotected to form a ketone moiety. This method makes it possible to form a solution of a low sulfonic acid group polymer with poor solubility, achieving both proton conductivity and a fuel crossover suppression effect, excellent solvent resistance, mechanical properties, and dimensional stability. It becomes possible.

本発明の高分子電解質膜の膜厚としては、好ましくは1〜2000μmのものが好適に使用される。実用に耐える膜の強度を得るには1μmより厚い方がより好ましく、膜抵抗の低減つまり発電性能の向上のためには2000μmより薄い方が好ましい。かかる膜厚のさらに好ましい範囲は3〜500μm、特に好ましい範囲は5〜250μmである。かかる膜厚は、溶液濃度あるいは基板上への塗布厚により制御することができる。   The film thickness of the polymer electrolyte membrane of the present invention is preferably 1 to 2000 μm. A thickness of more than 1 μm is more preferable for obtaining the strength of a film that can withstand practical use, and a thickness of less than 2000 μm is preferable for reducing film resistance, that is, improving power generation performance. A more preferable range of the film thickness is 3 to 500 μm, and a particularly preferable range is 5 to 250 μm. The film thickness can be controlled by the solution concentration or the coating thickness on the substrate.

本発明で得られる高分子電解質成型体とは、本発明の高分子電解質材料を含有する成型体を意味する。本発明において、具体的な成型体の形状としては、膜類(フィルムおよびフィルム状のものを含む)の他、板状、繊維状、中空糸状、粒子状、塊状、微多孔状、コーティング類、発砲体類など、使用用途によって様々な形態をとりうる。ポリマ−の設計自由度の向上および機械特性や耐溶剤性等の各種特性の向上が図れることから、幅広い用途に適応可能である。特に高分子電解質成型体が膜類であるときに好適である。本発明の高分子電解質材料を燃料電池用として使用する際には、特に膜の状態および触媒層のバインダーに好適である。   The polymer electrolyte molded body obtained by the present invention means a molded body containing the polymer electrolyte material of the present invention. In the present invention, specific shapes of the molded body include, in addition to membranes (including films and films), plates, fibers, hollow fibers, particles, lumps, microporous, coatings, It can take various forms depending on the intended use, such as foams. The polymer can be applied to a wide range of applications because it can improve the design freedom of the polymer and various properties such as mechanical properties and solvent resistance. It is particularly suitable when the polymer electrolyte molded body is a membrane. When the polymer electrolyte material of the present invention is used for a fuel cell, it is particularly suitable for a membrane state and a catalyst layer binder.

本発明で使用する高分子電解質材料は、種々の用途に適用可能である。例えば、体外循環カラム、人工皮膚などの医療用途、ろ過用用途、イオン交換樹脂用途、各種構造材用途、電気化学用途に適用可能である。また、人工筋肉としても好適である。中でも種々の電気化学用途により好ましく利用できる。電気化学用途としては、例えば、燃料電池、レドックスフロー電池、水電解装置、クロロアルカリ電解装置等が挙げられるが、中でも燃料電池が最も好ましい。さらに燃料電池のなかでも固体高分子型燃料電池に好適であり、これには水素を燃料とするものとメタノールなどの有機化合物を燃料とするものがあり、炭素数1〜6の有機化合物およびこれらと水の混合物から選ばれた少なくとも1種を燃料とする直接型燃料電池に特に好ましく用いられる。炭素数1〜6の有機化合物としては、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコールなどの炭素数1〜3のアルコール、ジメチルエーテルが好ましく、メタノールが最も好ましく使用される。   The polymer electrolyte material used in the present invention can be applied to various uses. For example, it can be applied to medical applications such as extracorporeal circulation columns and artificial skin, applications for filtration, ion exchange resin applications, various structural materials, and electrochemical applications. It is also suitable as an artificial muscle. Among these, it can be preferably used for various electrochemical applications. Examples of the electrochemical application include a fuel cell, a redox flow battery, a water electrolysis device, a chloroalkali electrolysis device, and the like, among which the fuel cell is most preferable. Further, among fuel cells, it is suitable for a polymer electrolyte fuel cell, which includes those using hydrogen as a fuel and those using an organic compound such as methanol as a fuel. It is particularly preferably used for a direct fuel cell using at least one selected from a mixture of water and water as fuel. As the organic compound having 1 to 6 carbon atoms, alcohols having 1 to 3 carbon atoms such as methanol, ethanol and isopropyl alcohol, and dimethyl ether are preferable, and methanol is most preferably used.

また、本発明の膜電極複合体とは、本発明の高分子電解質材料を高分子電解質膜や触媒層に含有する膜電極複合体を意味する。さらに、膜電極複合体とは、高分子電解質膜と電極が複合化された部品である。   The membrane electrode composite of the present invention means a membrane electrode composite containing the polymer electrolyte material of the present invention in a polymer electrolyte membrane or a catalyst layer. Furthermore, the membrane electrode composite is a component in which a polymer electrolyte membrane and an electrode are combined.

かかる高分子電解質膜を燃料電池として用いる際の高分子電解質膜と電極の接合法については特に制限はなく、公知の方法(例えば、電気化学,1985, 53, p.269.記載の化学メッキ法、電気化学協会編(J. Electrochem. Soc.)、エレクトロケミカル サイエンス アンド テクノロジー (Electrochemical Science and Technology),1988, 135, 9, p.2209. 記載のガス拡散電極の熱プレス接合法など)を適用することが可能である。   There is no particular limitation on the method of joining the polymer electrolyte membrane and the electrode when using such a polymer electrolyte membrane as a fuel cell, and a known method (for example, a chemical plating method described in Electrochemistry, 1985, 53, p.269. , Applied Electrochemical Society (J. Electrochem. Soc.), Electrochemical Science and Technology, 1988, 135, 9, p.2209. Is possible.

燃料電池のなかでも固体高分子型燃料電池に好適であり、これには水素を燃料とするものとメタノールなどの有機化合物を燃料とするものがあり、炭素数1〜6の有機化合物およびこれらと水の混合物から選ばれた少なくとも1種を燃料とする直接型燃料電池に特に好ましく用いられる。炭素数1〜6の有機化合物としては、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコールなどの炭素数1〜3のアルコール、ジメチルエーテルが好ましく、メタノールが最も好ましく使用される。   Among the fuel cells, it is suitable for a polymer electrolyte fuel cell, and there are those using hydrogen as a fuel and those using an organic compound such as methanol as a fuel. It is particularly preferably used for a direct fuel cell using at least one selected from a mixture of water as fuel. As the organic compound having 1 to 6 carbon atoms, alcohols having 1 to 3 carbon atoms such as methanol, ethanol and isopropyl alcohol, and dimethyl ether are preferable, and methanol is most preferably used.

本発明の膜電極複合体を使用した燃料電池の燃料としては、酸素、水素およびメタン、エタン、プロパン、ブタン、メタノール、イソプロピルアルコール、アセトン、グリセリン、エチレングリコール、ギ酸、酢酸、ジメチルエーテル、ハイドロキノン、シクロヘキサンなどの炭素数1〜6の有機化合物およびこれらと水との混合物等が挙げられ、1種または2種以上の混合物でもよい。特に発電効率や電池全体のシステム簡素化の観点から水素、炭素数1〜6の有機化合物を含む燃料が好適に使用され、発電効率の点でとりわけ好ましいのは水素およびメタノール水溶液である。   Fuels for fuel cells using the membrane electrode assembly of the present invention include oxygen, hydrogen and methane, ethane, propane, butane, methanol, isopropyl alcohol, acetone, glycerin, ethylene glycol, formic acid, acetic acid, dimethyl ether, hydroquinone, cyclohexane Examples thereof include organic compounds having 1 to 6 carbon atoms and mixtures of these with water, and may be one kind or a mixture of two or more kinds. In particular, a fuel containing hydrogen and an organic compound having 1 to 6 carbon atoms is preferably used from the viewpoint of power generation efficiency and simplification of the entire battery system, and hydrogen and aqueous methanol are particularly preferable in terms of power generation efficiency.

メタノール水溶液を用いる場合、メタノールの濃度としては、使用する燃料電池のシステムによって適宜選択されるが、できる限り高濃度のほうが長時間駆動の観点から好ましい。例えば、送液ポンプや送風ファンなど発電に必要な媒体を膜電極複合体に送るシステムや、冷却ファン、燃料希釈システム、生成物回収システムなどの補機を有するアクティブ型燃料電池はメタノールの濃度30〜100%以上の燃料を燃料タンクや燃料カセットにより注入し、0.5〜20%程度に希釈して膜電極複合体に送ることが好ましく、補機が無いパッシブ型の燃料電池はメタノールの濃度が10〜100%の範囲の燃料が好ましい。   In the case of using an aqueous methanol solution, the concentration of methanol is appropriately selected depending on the fuel cell system to be used, but a concentration as high as possible is preferable from the viewpoint of long-time driving. For example, an active fuel cell having a system for sending a medium necessary for power generation, such as a liquid feed pump or a blower fan, to a membrane electrode assembly, or an auxiliary machine such as a cooling fan, a fuel dilution system, or a product recovery system has a methanol concentration of 30. It is preferable to inject ~ 100% or more of fuel with a fuel tank or fuel cassette, dilute it to about 0.5 to 20% and send it to the membrane electrode assembly. A passive fuel cell without auxiliary equipment has a methanol concentration Is preferable in the range of 10 to 100%.

さらに、本発明の固体高分子型燃料電池の用途としては、特に限定されないが、移動体の電力供給源が好ましいものである。特に、携帯電話、パソコン、PDA、テレビ、ラジオ、ミュージックプレーヤー、ゲーム機、ヘッドセット、DVDプレーヤーなどの携帯機器、産業用などの人型、動物型の各種ロボット、コードレス掃除機等の家電、玩具類、電動自転車、自動二輪、自動車、バス、トラックなどの車両や船舶、鉄道などの移動体の電力供給源、据え置き型の発電機など従来の一次電池、二次電池の代替、もしくはこれらとのハイブリット電源として好ましく用いられる。   Furthermore, the application of the polymer electrolyte fuel cell of the present invention is not particularly limited, but a power supply source for a mobile body is preferable. In particular, mobile devices such as mobile phones, personal computers, PDAs, televisions, radios, music players, game machines, headsets, DVD players, human-type and animal-type robots for industrial use, home appliances such as cordless vacuum cleaners, and toys , Electric bicycles, motorcycles, automobiles, buses, trucks and other vehicles and ships, power supplies for mobiles such as railways, stationary primary generators such as stationary generators, or alternatives to these It is preferably used as a hybrid power source.

以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、各物性の測定条件は次の通りである。また、本実施例中には化学構造式を挿入するが、該化学構造式は読み手の理解を助ける目的で挿入するものであり、ポリマーの重合成分の化学構造、正確な組成、並び方、スルホン酸基の位置、数、分子量などを必ずしも正確に表すわけではなく、これらに限定されるものでない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited to these. In addition, the measurement conditions of each physical property are as follows. Further, a chemical structural formula is inserted in this example, and the chemical structural formula is inserted for the purpose of helping the reader to understand. The chemical structure of the polymerization component of the polymer, the exact composition, the arrangement, the sulfonic acid The position, number, molecular weight, and the like of the group are not necessarily expressed accurately, and are not limited thereto.

(1)重量平均分子量
ポリマーの重量平均分子量をGPCにより測定した。紫外検出器と示差屈折計の一体型装置として東ソー製HLC−8022GPCを、またGPCカラムとして東ソー製TSK gel SuperHM−H(内径6.0mm、長さ15cm)2本を用い、N−メチル−2−ピロリドン溶媒(臭化リチウムを10mmol/L含有するN−メチル−2−ピロリドン溶媒)にて、流量0.2mL/minで測定し、標準ポリスチレン換算により重量平均分子量を求めた。
(1) Weight average molecular weight The weight average molecular weight of the polymer was measured by GPC. Tosoh's HLC-8022GPC is used as an integrated unit of an ultraviolet detector and a differential refractometer, and Tosoh's TSK gel SuperHM-H (inner diameter 6.0 mm, length 15 cm) is used as the GPC column. -Measured with a pyrrolidone solvent (N-methyl-2-pyrrolidone solvent containing 10 mmol / L of lithium bromide) at a flow rate of 0.2 mL / min, and the weight average molecular weight was determined in terms of standard polystyrene.

(2)核磁気共鳴スペクトル(NMR)
下記の測定条件で、H−NMRの測定を行い、構造確認および4,4’−ジヒドロキシベンゾフェノンと2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−1,3−ジオキソランの混合比の定量を行った。該混合比(mol%)は7.6ppm(4,4’−ジヒドロキシベンゾフェノン由来)と7.2ppm(2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−1,3−ジオキソラン由来)に認められるピークの積分値から算出した。
(2) Nuclear magnetic resonance spectrum (NMR)
Under the following measurement conditions, 1 H-NMR is measured to confirm the structure and to determine the mixing ratio of 4,4′-dihydroxybenzophenone and 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) -1,3-dioxolane. It was. The mixing ratio (mol%) is a peak observed at 7.6 ppm (derived from 4,4′-dihydroxybenzophenone) and 7.2 ppm (derived from 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) -1,3-dioxolane). Calculated from the integrated value.

装置 :日本電子社製EX−270
共鳴周波数 :270MHz(H−NMR)
測定温度 :室温
溶解溶媒 :DMSO−d6
内部基準物質:TMS(0ppm)
積算回数 :16回
また、下記の測定条件で、固体13C−CP/MASスペクトルの測定を行い、ケタール基の残存有無確認を行った。
Apparatus: EX-270 manufactured by JEOL Ltd.
Resonance frequency: 270 MHz ( 1 H-NMR)
Measurement temperature: room temperature Dissolving solvent: DMSO-d6
Internal reference material: TMS (0 ppm)
Accumulation count: 16 times Further, solid 13 C-CP / MAS spectrum was measured under the following measurement conditions, and the presence or absence of a ketal group was confirmed.

装置 :Chemagnetics社製CMX−300Infinity
測定温度 :室温
内部基準物質:Siゴム(1.56ppm)
測定核 :75.188829MHz
パルス幅 :90°パルス、4.5μsec
パルス繰り返し時間:ACQTM=0.03413sec、PD=9sec
スペクトル幅:30.003kHz
試料回転 :7kHz
コンタクトタイム:4msec
(3)ケタール基の残存量の分析(TPD−MS測定)
検体となる高分子電解質材料を以下の条件にて加熱時発生気体分析を行い、C2H4Oなど(m/z=29)および2-メチル-1,3-ジオキソラン(m/z=73)の和からケタール基の残存量(wt%)を定量した。
A.使用装置
TPD-MS装置
<主な仕様>
加熱部 : TRC製加熱装置(電気ヒーター式加熱炉,石英ガラス製反応管)
MS部 : 島津製作所製 GC/MS QP5050A
B.試験条件
加熱温度条件 : 室温〜550℃(昇温速度10℃/min)
雰囲気 : He流(50mL/min)(岩谷産業(株)製,純度99.995%)
C.試料
使用試料量 : 約1.5mg
前処理 : 80℃,180分間真空乾燥
D.標準品
タングステン酸ナトリウム2水和物(H2O標準試料):シグマアルドリッチ,特級 99%
1-ブテン(有機成分標準試料 ): GLサイエンス,7.92%/N2バランス
二酸化炭素 :GLサイエンス,99.9%
二酸化硫黄 : 住友精化,1.000%/N2バランス
フェノール : 和光純薬,特級 99.0%
2-メチル-1,3-ジオキソラン(C2H4Oなどおよび2-メチル-1,3-ジオキソラン標準試料): 東京化成工業,特級 98%
E.測定室温度(室温の範囲)
23±2℃
(4)ケタール基の残存量の分析(固体13C−DD/MASスペクトル)
装置 :Chemagnetics社製CMX−300Infinity
測定 :DD/MAS法、緩和時間モード
観測核:13
内部基準物質:Siゴム(1.56ppm)
観測周波数 :75.497791MHz、100.6248425MHz
パルス幅 :4.2μsec、3.3μsec
パルス繰り返し時間:PD:150s、10s
スペクトル幅:30.003kHz
試料回転 :9kHz、14kHz
測定温度:室温
(5)メタノール透過量
膜状の試料を25℃の純水に24時間浸漬した後、20℃において1モル%メタノール水溶液を用いて測定した。
Apparatus: CMX-300 Infinity manufactured by Chemagnetics
Measurement temperature: Room temperature Internal reference material: Si rubber (1.56ppm)
Measurement nucleus: 75.188829 MHz
Pulse width: 90 ° pulse, 4.5 μsec
Pulse repetition time: ACQTM = 0.03413sec, PD = 9sec
Spectrum width: 30.003 kHz
Sample rotation: 7 kHz
Contact time: 4msec
(3) Analysis of residual amount of ketal group (TPD-MS measurement)
The polymer electrolyte material as a specimen is analyzed for gas generated during heating under the following conditions, and C 2 H 4 O (m / z = 29) and 2-methyl-1,3-dioxolane (m / z = 73) ) To determine the remaining amount (wt%) of the ketal group.
A. Equipment used
TPD-MS equipment <Main specifications>
Heating unit: TRC heating device (electric heater type heating furnace, quartz glass reaction tube)
MS Department: Shimadzu GC / MS QP5050A
B. Test conditions Heating temperature conditions: Room temperature to 550 ° C (Temperature increase rate 10 ° C / min)
Atmosphere: He flow (50mL / min) (Iwatani Corp., purity 99.995%)
C. Sample Amount of sample used: about 1.5mg
Pretreatment: vacuum drying at 80 ° C. for 180 minutes Standard sodium tungstate dihydrate (H 2 O standard sample): Sigma Aldrich, special grade 99%
1-butene (organic component standard sample): GL science, 7.92% / N 2 balance Carbon dioxide: GL science, 99.9%
Sulfur dioxide: Sumitomo Seika, 1.000% / N 2 balance Phenol: Wako Pure Chemicals, special grade 99.0%
2-methyl-1,3-dioxolane (C 2 H 4 O, etc. and 2-methyl-1,3-dioxolane standard sample): Tokyo Chemical Industry, special grade 98%
E. Measurement room temperature (room temperature range)
23 ± 2 ℃
(4) Analysis of residual amount of ketal group (solid 13 C-DD / MAS spectrum)
Apparatus: CMX-300 Infinity manufactured by Chemagnetics
Measurement: DD / MAS method, relaxation time mode Observation nucleus: 13 C
Internal reference material: Si rubber (1.56ppm)
Observation frequency: 75.4977791 MHz, 10.0.6248425 MHz
Pulse width: 4.2 μsec, 3.3 μsec
Pulse repetition time: PD: 150 s, 10 s
Spectrum width: 30.003 kHz
Sample rotation: 9 kHz, 14 kHz
Measurement temperature: room temperature (5) Methanol permeation amount A membrane-shaped sample was immersed in pure water at 25 ° C. for 24 hours, and then measured at 20 ° C. using a 1 mol% aqueous methanol solution.

H型セル間にサンプル膜を挟み、一方のセルには純水(60mL)を入れ、他方のセルには1モル%メタノール水溶液(60mL)を入れた。セルの容量は各80mLであった。また、セル間の開口部面積は1.77cmであった。20℃において両方のセルを撹拌した。1時間、2時間および3時間経過時点で純水中に溶出したメタノール量を島津製作所製ガスクロマトグラフィ(GC−2010)で測定し定量した。グラフの傾きから単位時間あたりのメタノール透過量を求めた。 A sample membrane was sandwiched between the H-type cells, and pure water (60 mL) was placed in one cell, and 1 mol% aqueous methanol solution (60 mL) was placed in the other cell. The cell capacity was 80 mL each. Moreover, the opening area between cells was 1.77 cm < 2 >. Both cells were stirred at 20 ° C. The amount of methanol eluted in pure water at the time of 1 hour, 2 hours and 3 hours was measured and quantified with a gas chromatography (GC-2010) manufactured by Shimadzu Corporation. The methanol permeation amount per unit time was determined from the slope of the graph.

合成例1
下記一般式(G1)で表される2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−1,3−ジオキソランを合成した。
Synthesis example 1
2,2-bis (4-hydroxyphenyl) -1,3-dioxolane represented by the following general formula (G1) was synthesized.

Figure 2008239963
Figure 2008239963

モンモリロナイトクレイK10(750g)、4,4’−ジヒドロキシベンゾフェノン495gをエチレングリコール1200mL/オルトギ酸トリメチル500mL中、生成する副生成物を蒸留させながらバス温110℃で反応させた。8h後、オルトギ酸トリメチルを500mL追加し、合計16h反応させた。反応溶液に酢酸エチル1Lを追加し、濾過後、2%炭酸水素ナトリウム水溶液で4回抽出を行った。さらに、濃縮後、得られたスラリー状の化合物をジクロロエタンで洗浄することにより、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−1,3−ジオキサン/4,4’−ジヒドロキシベンゾフェノン混合物(=85.5/14.5mol%)を得た。   Montmorillonite clay K10 (750 g) and 4,4′-dihydroxybenzophenone (495 g) were reacted in ethylene glycol (1200 mL) / trimethyl orthoformate (500 mL) at a bath temperature of 110 ° C. while distilling the produced by-products. After 8 hours, 500 mL of trimethyl orthoformate was added and reacted for a total of 16 hours. 1 L of ethyl acetate was added to the reaction solution, and after filtration, extraction was performed 4 times with a 2% aqueous sodium hydrogen carbonate solution. Further, after the concentration, the resulting slurry compound was washed with dichloroethane, whereby a 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) -1,3-dioxane / 4,4′-dihydroxybenzophenone mixture (= 85. 5 / 14.5 mol%).

合成例2
前記一般式(G1)で表される2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−1,3−ジオキソランを合成した。
攪拌器、温度計及び留出管を備えた 500mlフラスコに、4,4′−ジヒドロキシベンゾフエノン49.5g、エチレングリコール134g、オルトギ酸トリメチル96.9g及びp−トルエンスルホン酸1水和物0.50gを仕込み溶解する。その後78〜82℃で2時間保温攪拌した。更に、内温を120℃まで徐々に昇温、ギ酸メチル、メタノール、オルトギ酸トリメチルの留出が完全に止まるまで加熱した。この反応液を室温まで冷却後、反応液を酢酸エチルで希釈し、有機層を5%炭酸カリウム水溶液100mlで洗浄し分液後、溶媒を留去した。残留物にジクロロメタン80mlを加え結晶を析出させ、濾過し、乾燥して2,2−ビス(4−ヒドロキシフエニル)−1,3−ジオキソラン52.0gを得た。この結晶をGC分析したところ99.8%の2,2−ビス(4−ヒドロキシフエニル)−1,3−ジオキソランと0.2%の4,4′−ジヒドロキシベンゾフエノンであった。
Synthesis example 2
2,2-bis (4-hydroxyphenyl) -1,3-dioxolane represented by the general formula (G1) was synthesized.
In a 500 ml flask equipped with a stirrer, thermometer and distillation tube, 49.5 g of 4,4′-dihydroxybenzophenone, 134 g of ethylene glycol, 96.9 g of trimethyl orthoformate and 0.50 g of p-toluenesulfonic acid monohydrate were added. Charge and dissolve. Thereafter, the mixture was stirred while maintaining at 78 to 82 ° C. for 2 hours. Further, the internal temperature was gradually raised to 120 ° C. and heated until the distillation of methyl formate, methanol, and trimethyl orthoformate completely stopped. After cooling this reaction liquid to room temperature, the reaction liquid was diluted with ethyl acetate, the organic layer was washed with 100 ml of 5% aqueous potassium carbonate solution and separated, and then the solvent was distilled off. Crystals were precipitated by adding 80 ml of dichloromethane to the residue, filtered and dried to obtain 52.0 g of 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) -1,3-dioxolane. GC analysis of the crystals revealed 99.8% 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) -1,3-dioxolane and 0.2% 4,4'-dihydroxybenzophenone.

合成例3
下記一般式(G2)で表されるジソジウム 3,3’−ジスルホネート−4,4’−ジフルオロベンゾフェノンを合成した。
Synthesis example 3
Disodium 3,3′-disulfonate-4,4′-difluorobenzophenone represented by the following general formula (G2) was synthesized.

Figure 2008239963
Figure 2008239963

4,4’−ジフルオロベンゾフェノン109.1g(アルドリッチ試薬)を発煙硫酸(50重量%SO)150mL(和光純薬試薬)中、100℃で10h反応させた。その後、多量の水中に少しずつ投入し、NaOHで中和した後、食塩200gを加え合成物を沈殿させた。得られた沈殿を濾別し、エタノール水溶液で再結晶し、上記一般式(G2)で示されるジソジウム 3,3’−ジスルホネート−4,4’−ジフルオロベンゾフェノンを得た。純度は99.3%であった。構造はH−NMRで確認した。不純物はキャピラリー電気泳動(有機物)およびイオンクロマトグラフィー(無機物)で定量分析を行った。 109.1 g (Aldrich reagent) of 4,4′-difluorobenzophenone was reacted at 150 ° C. for 10 hours in 150 mL of fuming sulfuric acid (50 wt% SO 3 ) (Wako Pure Chemicals reagent). Thereafter, the mixture was poured little by little into a large amount of water, neutralized with NaOH, and 200 g of sodium chloride was added to precipitate the composite. The resulting precipitate was filtered off and recrystallized with an aqueous ethanol solution to obtain disodium 3,3′-disulfonate-4,4′-difluorobenzophenone represented by the above general formula (G2). The purity was 99.3%. The structure was confirmed by 1 H-NMR. Impurities were quantitatively analyzed by capillary electrophoresis (organic matter) and ion chromatography (inorganic matter).

合成例4
下記一般式(G3)で表されるポリマーを合成した。
(一般式中、*はその位置で上一般式の右端と下一般式の左端とが結合していることを表す。)
Synthesis example 4
A polymer represented by the following general formula (G3) was synthesized.
(In the general formula, * represents that the right end of the upper general formula and the left end of the lower general formula are bonded at that position.)

Figure 2008239963
Figure 2008239963

炭酸カリウム6.91g、前記合成例1で得た2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−1,3−ジオキサン混合物10.23g、4,4’−ジフルオロベンゾフェノン6.11g、および前記合成例2で得たジソジウム 3,3’−ジスルホネート−4,4’−ジフルオロベンゾフェノン5.24gを用いて、N−メチルピロリドン(NMP)中、230℃で重合を行った。多量の水で再沈することで精製を行い、上記一般式(G3)で示される高分子電解質材料を得た。重量平均分子量は33万であった。得られた高分子電解質材料のTPD−MS測定によるケタール基由来物質の定量分析を行ったところ、250℃あたりにCOなどが4.65wt%、2-メチル-1,3-ジオキソランが2.91wt%と合計7.56wt%のケタール基由来物質が検出された。 6.91 g of potassium carbonate, 10.23 g of the 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) -1,3-dioxane mixture obtained in Synthesis Example 1, 6.11 g of 4,4′-difluorobenzophenone, and the above synthesis example Polymerization was performed at 230 ° C. in N-methylpyrrolidone (NMP) using 5.24 g of disodium 3,3′-disulfonate-4,4′-difluorobenzophenone obtained in 2. Purification was performed by re-precipitation with a large amount of water to obtain a polymer electrolyte material represented by the above general formula (G3). The weight average molecular weight was 330,000. The obtained polymer electrolyte material was subjected to quantitative analysis of the ketal group-derived substance by TPD-MS measurement. As a result, C 2 H 4 O and the like were found to be 4.65 wt% per 250 ° C., and 2-methyl-1,3-dioxolane. Of 2.91 wt%, a total of 7.56 wt% of ketal group-derived substances were detected.

得られた一般式(G3)の少なくとも保護基およびイオン性基を含有する高分子電解質材料を溶解させた25重量%N−メチルピロリドン(NMP)溶液をガラス基板上に流延塗布し、100℃にて4h乾燥後、窒素下300℃で10分間熱処理し、膜を得た。   A 25 wt% N-methylpyrrolidone (NMP) solution in which the obtained polymer electrolyte material containing at least a protecting group and an ionic group of the general formula (G3) was dissolved was cast-coated on a glass substrate, and 100 ° C. And dried for 4 hours at 300 ° C. for 10 minutes under nitrogen to obtain a film.

合成例5
前記一般式(G3)で表されるポリマーを合成した。
Synthesis example 5
A polymer represented by the general formula (G3) was synthesized.

炭酸カリウム6.91g、前記合成例2で得た2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−1,3−ジオキサン10.23g、4,4’−ジフルオロベンゾフェノン6.11g、および前記合成例2で得たジソジウム 3,3’−ジスルホネート−4,4’−ジフルオロベンゾフェノン5.17gを用いて、N−メチルピロリドン(NMP)中、230℃で重合を行った。多量の水で再沈することで精製を行い、上記一般式(G3)で示される高分子電解質材料を得た。重量平均分子量は40万であった。得られた高分子電解質材料のTPD−MS測定によるケタール基由来物質の定量分析を行ったところ、250℃あたりにCOなどが5.71wt%、2-メチル-1,3-ジオキソランが3.13wt%と合計8.84wt%のケタール基由来物質が検出された。 6.91 g of potassium carbonate, 10.23 g of 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) -1,3-dioxane obtained in Synthesis Example 2, 6.11 g of 4,4′-difluorobenzophenone, and Synthesis Example 2 Polymerization was carried out at 230 ° C. in N-methylpyrrolidone (NMP) using 5.17 g of disodium 3,3′-disulfonate-4,4′-difluorobenzophenone obtained in 1 above. Purification was performed by re-precipitation with a large amount of water to obtain a polymer electrolyte material represented by the above general formula (G3). The weight average molecular weight was 400,000. The obtained polymer electrolyte material was subjected to quantitative analysis of the ketal group-derived substance by TPD-MS measurement. As a result, 5.71 wt% of C 2 H 4 O, etc. per 250 ° C., 2-methyl-1,3-dioxolane Of 3.13 wt%, a total of 8.84 wt% of ketal group-derived substances were detected.

得られた一般式(G3)の少なくとも保護基およびイオン性基を含有する高分子電解質材料を溶解させた25重量%N−メチルピロリドン(NMP)溶液をガラス基板上に流延塗布し、100℃にて4h乾燥後、窒素下300℃で10分間熱処理し、膜を得た。   A 25 wt% N-methylpyrrolidone (NMP) solution in which the obtained polymer electrolyte material containing at least a protecting group and an ionic group of the general formula (G3) was dissolved was cast-coated on a glass substrate, and 100 ° C. And dried for 4 hours at 300 ° C. for 10 minutes under nitrogen to obtain a film.

合成例6
前記一般式(G4)で表されるポリマーを合成した。
(一般式中、*はその位置で上一般式の右端と下一般式の左端とが結合していることを表す。)
Synthesis Example 6
A polymer represented by the general formula (G4) was synthesized.
(In the general formula, * represents that the right end of the upper general formula and the left end of the lower general formula are bonded at that position.)

Figure 2008239963
Figure 2008239963

炭酸カリウム6.91g、前記合成例2で得た2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−1,3−ジオキサン10.23g、4,4’−ジフルオロベンゾフェノン5.24g、および前記合成例2で得たジソジウム 3,3’−ジスルホネート−4,4’−ジフルオロベンゾフェノン6.89gを用いて、N−メチルピロリドン(NMP)中、230℃で重合を行った。多量の水で再沈することで精製を行い、上記一般式(G3)で示される高分子電解質材料を得た。重量平均分子量は40万であった。得られた高分子電解質材料のTPD−MS測定によるケタール基由来物質の定量分析を行ったところ、250℃あたりにCOなどが4.64wt%、2-メチル-1,3-ジオキソランが3.85wt%と合計8.49wt%のケタール基由来物質が検出された。 6.91 g of potassium carbonate, 10.23 g of 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) -1,3-dioxane obtained in Synthesis Example 2, 5.24 g of 4,4′-difluorobenzophenone, and Synthesis Example 2 Polymerization was performed at 230 ° C. in N-methylpyrrolidone (NMP) using 6.89 g of disodium 3,3′-disulfonate-4,4′-difluorobenzophenone obtained in 1 above. Purification was performed by re-precipitation with a large amount of water to obtain a polymer electrolyte material represented by the above general formula (G3). The weight average molecular weight was 400,000. The obtained polymer electrolyte material was subjected to quantitative analysis of the ketal group-derived substance by TPD-MS measurement. As a result, 4.64 wt% of C 2 H 4 O, etc. Of 3.85 wt%, a total of 8.49 wt% of ketal group-derived substances were detected.

得られた一般式(G4)の少なくとも保護基およびイオン性基を含有する高分子電解質材料を溶解させた25重量%N−メチルピロリドン(NMP)溶液をガラス基板上に流延塗布し、100℃にて4h乾燥後、窒素下300℃で10分間熱処理し、膜を得た。   The obtained 25 wt% N-methylpyrrolidone (NMP) solution in which a polymer electrolyte material containing at least a protecting group and an ionic group of the general formula (G4) was dissolved was cast-coated on a glass substrate, and 100 ° C. And dried for 4 hours at 300 ° C. for 10 minutes under nitrogen to obtain a film.

合成例7
下記一般式(G5)で表されるポリマーを合成した。
Synthesis example 7
A polymer represented by the following general formula (G5) was synthesized.

Figure 2008239963
Figure 2008239963

炭酸カリウム6.91g、前記合成例1で得た2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−1,3−ジオキサン混合物10.23g、4,4’−ジフルオロベンゾフェノン8.73gを用いて、N−メチルピロリドン(NMP)中、230℃で重合を行った。多量の水で再沈することで精製を行い、上記一般式(G4)で示される高分子電解質材料を得た。重量平均分子量は20万であった。得られた高分子電解質材料のTPD−MS測定によるケタール基由来物質の定量分析を行ったところ、250℃あたりにCOなどが5.23wt%、2-メチル-1,3-ジオキソランが4.85wt%と合計10.08wt%のケタール基由来物質が検出された。 Using 6.91 g of potassium carbonate, 10.23 g of the 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) -1,3-dioxane mixture obtained in Synthesis Example 1, and 8.73 g of 4,4′-difluorobenzophenone, N Polymerization was carried out at 230 ° C. in methylpyrrolidone (NMP). Purification was performed by re-precipitation with a large amount of water to obtain a polymer electrolyte material represented by the above general formula (G4). The weight average molecular weight was 200,000. Quantitative analysis of the ketal group-derived substance by TPD-MS measurement of the obtained polymer electrolyte material was conducted. As a result, 5.23 wt% of C 2 H 4 O, etc. per 250 ° C., 2-methyl-1,3-dioxolane Of 4.85 wt% and a total of 10.08 wt% of ketal group-derived substances were detected.

得られた一般式(G5)の少なくとも保護基およびイオン性基を含有する高分子電解質材料を溶解させた25重量%N−メチルピロリドン(NMP)溶液をガラス基板上に流延塗布し、100℃にて4h乾燥後、窒素下300℃で10分間熱処理し、膜を得た。   The obtained 25 wt% N-methylpyrrolidone (NMP) solution in which a polymer electrolyte material containing at least a protecting group and an ionic group of the general formula (G5) was dissolved was cast-coated on a glass substrate, and 100 ° C. And dried for 4 hours at 300 ° C. for 10 minutes under nitrogen to obtain a film.

実施例1
合成例4で得た高分子成型体(G3)を40℃で1N塩酸にオルトギ酸トリメチルを10wt%含有させた水溶液(高分子成型体に対して重量比1000倍以上)に24時間浸漬してプロトン置換、脱保護反応した後に、大過剰量の純水に24時間浸漬して充分洗浄し、高分子成型体を得た。
Example 1
The polymer molded body (G3) obtained in Synthesis Example 4 was immersed in an aqueous solution containing 10 wt% of trimethyl orthoformate in 1N hydrochloric acid at 40 ° C. (weight ratio of 1000 times or more with respect to the polymer molded body) for 24 hours. After proton substitution and deprotection reaction, the polymer molded body was obtained by immersing in a large excess amount of pure water for 24 hours and thoroughly washing.

得られた高分子成型体はのTPD−MS測定によるケタール基由来物質の定量分析を行ったところ、250℃あたりにCOなどが0.67wt%、2-メチル-1,3-ジオキソランが0.03wt%と合計0.70wt%のケタール基由来物質が検出され、転化率90.7mol%であった。
得られた膜は膜厚30μm、面積当たりのプロトン伝導度Aは5.0S/cm、MCOは0.77μmol/min・cmであった。伝導度が高く、燃料遮断性に優れていた。100℃のNMPに浸漬しても溶解することはなく、耐溶剤性に優れていた。また、折り曲げても割れることはなく、非常に強靱な膜であった。
The obtained polymer molded body was subjected to quantitative analysis of the ketal group derived materials by TPD-MS measurement of, C 2 H 4 O such that 0.67Wt% per 250 ° C., 2-methyl-1,3 Ketal group-derived substances with a total of 0.70 wt% of dioxolane, 0.03 wt%, were detected, and the conversion was 90.7 mol%.
The obtained membrane had a thickness of 30 μm, proton conductivity A per area of 5.0 S / cm 2 , and MCO of 0.77 μmol / min · cm 2 . High conductivity and excellent fuel cutoff. Even when immersed in NMP at 100 ° C., it did not dissolve and was excellent in solvent resistance. Moreover, even if it was bent, it was not broken and was a very tough film.

実施例2
合成例5で得た高分子成型体(G3)を40℃で1N塩酸にオルトギ酸トリメチルを10wt%含有させた水溶液(高分子成型体に対して重量比1000倍以上)に24時間浸漬してプロトン置換、脱保護反応した後に、大過剰量の純水に24時間浸漬して充分洗浄し、高分子成型体を得た。
Example 2
The polymer molded body (G3) obtained in Synthesis Example 5 was immersed in an aqueous solution containing 10 wt% of trimethyl orthoformate in 1N hydrochloric acid at 40 ° C. (weight ratio of 1000 times or more with respect to the polymer molded body) for 24 hours. After proton substitution and deprotection reaction, the polymer molded body was obtained by immersing in a large excess amount of pure water for 24 hours and thoroughly washing.

得られた高分子成型体のTPD−MS測定によるケタール基由来物質の定量分析を行ったところ、250℃あたりにCOなどが0.83wt%、2-メチル-1,3-ジオキソランが0.04wt%と合計0.87wt%のケタール基由来物質が検出され転化率90.2mol%であった。 Quantitative analysis of the ketal group-derived substance by TPD-MS measurement of the obtained polymer molding was conducted. As a result, 0.83 wt% of C 2 H 4 O, etc. per 250 ° C., 2-methyl-1,3-dioxolane Of 0.04 wt% and a total of 0.87 wt% of ketal group-derived substances were detected, and the conversion was 90.2 mol%.

実施例3
合成例5で得た高分子成型体(G3)を60℃で1N塩酸にオルトギ酸トリメチルを10wt%含有させた水溶液(高分子成型体に対して重量比1000倍以上)に24時間浸漬してプロトン置換、脱保護反応した後に、大過剰量の純水に24時間浸漬して充分洗浄し、高分子成型体を得た。
Example 3
The polymer molded body (G3) obtained in Synthesis Example 5 was immersed in an aqueous solution containing 10 wt% of trimethyl orthoformate in 1N hydrochloric acid at 60 ° C. (weight ratio of 1000 times or more with respect to the polymer molded body) for 24 hours. After proton substitution and deprotection reaction, the polymer molded body was obtained by immersing in a large excess amount of pure water for 24 hours and thoroughly washing.

得られた高分子成型体のTPD−MS測定によるケタール基由来物質の定量分析を行ったところ、250℃あたりにCOなどが0.63wt%、2-メチル-1,3-ジオキソランが0.07wt%と合計0.70wt%のケタール基由来物質が検出され転化率92.1mol%であった。 Quantitative analysis of the ketal group-derived substance by TPD-MS measurement of the obtained polymer molding was conducted. As a result, 0.63 wt% of C 2 H 4 O and the like, and methyl 2-methyl-1,3-dioxolane per 250 ° C. Of 0.07 wt% and a total of 0.70 wt% of ketal group-derived substances were detected and the conversion was 92.1 mol%.

実施例4
合成例5で得た高分子成型体(G3)を40℃で1N塩酸にオルトギ酸トリメチルを30wt%含有させた水溶液(高分子成型体に対して重量比1000倍以上)に24時間浸漬してプロトン置換、脱保護反応した後に、大過剰量の純水に24時間浸漬して充分洗浄し、高分子成型体を得た。
Example 4
The polymer molded body (G3) obtained in Synthesis Example 5 was immersed in an aqueous solution containing 30 wt% trimethyl orthoformate in 1N hydrochloric acid at 40 ° C. (weight ratio of 1000 times or more with respect to the polymer molded body) for 24 hours. After proton substitution and deprotection reaction, the polymer molded body was obtained by immersing in a large excess amount of pure water for 24 hours and thoroughly washing.

得られた高分子成型体のTPD−MS測定によるケタール基由来物質の定量分析を行ったところ、250℃あたりにCOなどが0.34wt%、2-メチル-1,3-ジオキソランが0.04wt%と合計0.38wt%のケタール基由来物質が検出され転化率95.7mol%であった。 Quantitative analysis of the ketal group-derived substance by TPD-MS measurement of the obtained polymer molding was performed. As a result, 0.34 wt% of C 2 H 4 O, etc. However, 0.04 wt% and a total of 0.38 wt% of ketal group-derived substances were detected, and the conversion was 95.7 mol%.

実施例5
合成例5で得た高分子成型体(G3)を40℃で3N塩酸にオルトギ酸トリメチルを30wt%含有させた水溶液(高分子成型体に対して重量比1000倍以上)に24時間浸漬してプロトン置換、脱保護反応した後に、大過剰量の純水に24時間浸漬して充分洗浄し、高分子成型体を得た。
Example 5
The polymer molded body (G3) obtained in Synthesis Example 5 was immersed in an aqueous solution containing 30 wt% of trimethyl orthoformate in 3N hydrochloric acid (weight ratio of 1000 times or more with respect to the polymer molded body) at 40 ° C. for 24 hours. After proton substitution and deprotection reaction, the polymer molded body was obtained by immersing in a large excess amount of pure water for 24 hours and thoroughly washing.

得られた高分子成型体のTPD−MS測定によるケタール基由来物質の定量分析を行ったところ、ケタール基由来物質が検出されなかった。   When the obtained polymer molding was quantitatively analyzed for the ketal group-derived substance by TPD-MS measurement, the ketal group-derived substance was not detected.

実施例6
合成例5で得た高分子成型体(G3)を40℃で1N塩酸にアセトンを10wt%含有させた水溶液(高分子成型体に対して重量比1000倍以上)に24時間浸漬してプロトン置換、脱保護反応した後に、大過剰量の純水に24時間浸漬して充分洗浄し、高分子成型体を得た。
Example 6
The polymer molded body (G3) obtained in Synthesis Example 5 was immersed in an aqueous solution containing 10 wt% of acetone in 1N hydrochloric acid at 40 ° C. (weight ratio of 1000 times or more with respect to the polymer molded body) for 24 hours for proton substitution. After the deprotection reaction, it was immersed in a large excess amount of pure water for 24 hours and sufficiently washed to obtain a polymer molded body.

得られた高分子成型体のTPD−MS測定によるケタール基由来物質の定量分析を行ったところ、250℃あたりにCOなどが0.88wt%、2-メチル-1,3-ジオキソランが0.05wt%と合計0.93wt%のケタール基由来物質が検出され転化率89.5mol%であった。 Quantitative analysis of the ketal group-derived substance by TPD-MS measurement of the obtained polymer molding was performed. As a result, 0.88 wt% of C 2 H 4 O, etc. per 250 ° C., 2-methyl-1,3-dioxolane Was found to be a total of 0.93 wt% of ketal group-derived substances, and the conversion was 89.5 mol%.

実施例7
合成例5で得た高分子成型体(G3)を40℃で1N塩酸にアセトアルデヒドを10wt%含有させた水溶液(高分子成型体に対して重量比1000倍以上)に24時間浸漬してプロトン置換、脱保護反応した後に、大過剰量の純水に24時間浸漬して充分洗浄し、高分子成型体を得た。
Example 7
The polymer molding (G3) obtained in Synthesis Example 5 was immersed in an aqueous solution containing 10 wt% of acetaldehyde in 1N hydrochloric acid at 40 ° C. (weight ratio of 1000 times or more with respect to the polymer molding) for 24 hours to perform proton substitution. After the deprotection reaction, it was immersed in a large excess amount of pure water for 24 hours and sufficiently washed to obtain a polymer molded body.

得られた高分子成型体のTPD−MS測定によるケタール基由来物質の定量分析を行ったところ、250℃あたりにCOなどが0.95wt%、2-メチル-1,3-ジオキソランが0.07wt%と合計1.02wt%のケタール基由来物質が検出され転化率88.5mol%であった。 When the obtained polymer molding was quantitatively analyzed for the substance derived from the ketal group by TPD-MS measurement, 0.95 wt% of C 2 H 4 O, etc. per 250 ° C., 2-methyl-1,3-dioxolane Of 0.07 wt% and a total of 1.02 wt% of ketal group-derived substances were detected and the conversion was 88.5 mol%.

実施例8
合成例5で得た高分子成型体(G3)を40℃で1N塩酸にメタノールを10wt%含有させた水溶液(高分子成型体に対して重量比1000倍以上)に24時間浸漬してプロトン置換、脱保護反応した後に、大過剰量の純水に24時間浸漬して充分洗浄し、高分子成型体を得た。
Example 8
The polymer molded body (G3) obtained in Synthesis Example 5 is immersed in an aqueous solution containing 10 wt% of methanol in 1N hydrochloric acid at 40 ° C. (weight ratio of 1000 times or more with respect to the polymer molded body) for 24 hours to perform proton substitution After the deprotection reaction, it was immersed in a large excess amount of pure water for 24 hours and sufficiently washed to obtain a polymer molded body.

得られた高分子成型体のTPD−MS測定によるケタール基由来物質の定量分析を行ったところ、250℃あたりにCOなどが0.92wt%、2-メチル-1,3-ジオキソランが0.07wt%と合計0.99wt%のケタール基由来物質が検出され転化率88.8mol%であった。 Quantitative analysis of the ketal group-derived substance by TPD-MS measurement of the obtained polymer molding was conducted. As a result, 0.92 wt% of C 2 H 4 O, etc. per 250 ° C., 2-methyl-1,3-dioxolane Of 0.07 wt% and a total of 0.99 wt% of ketal group-derived substances were detected, and the conversion was 88.8 mol%.

実施例9
合成例6で得た高分子成型体(G4)を40℃で1N塩酸にオルトギ酸トリメチルを10wt%含有させた水溶液(高分子成型体に対して重量比1000倍以上)に24時間浸漬してプロトン置換、脱保護反応した後に、大過剰量の純水に24時間浸漬して充分洗浄し、高分子成型体を得た。
Example 9
The polymer molding (G4) obtained in Synthesis Example 6 was immersed in an aqueous solution containing 10 wt% trimethyl orthoformate in 1N hydrochloric acid at 40 ° C. (weight ratio of 1000 times or more with respect to the polymer molding) for 24 hours. After proton substitution and deprotection reaction, the polymer molded body was obtained by immersing in a large excess amount of pure water for 24 hours and thoroughly washing.

得られた高分子成型体のTPD−MS測定によるケタール基由来物質の定量分析を行ったところ、250℃あたりにCOなどが0.77wt%、2-メチル-1,3-ジオキソランが0.04wt%と合計0.81wt%のケタール基由来物質が検出され転化率90.5mol%であった。 Quantitative analysis of the ketal group-derived substance by TPD-MS measurement of the obtained polymer molding was performed. As a result, 0.77 wt% of C 2 H 4 O, etc. per 250 ° C., 2-methyl-1,3-dioxolane Of 0.04 wt% and a total of 0.81 wt% of ketal group-derived substances were detected, and the conversion was 90.5 mol%.

実施例10
合成例7で得た高分子成型体(G5)を40℃で1N塩酸にオルトギ酸トリメチルを10wt%含有させた水溶液(高分子成型体に対して重量比1000倍以上)に24時間浸漬してプロトン置換、脱保護反応した後に、大過剰量の純水に24時間浸漬して充分洗浄し、高分子成型体を得た。
Example 10
The polymer molded body (G5) obtained in Synthesis Example 7 was immersed in an aqueous solution containing 10 wt% trimethyl orthoformate in 1N hydrochloric acid at 40 ° C. (weight ratio of 1000 times or more with respect to the polymer molded body) for 24 hours. After proton substitution and deprotection reaction, the polymer molded body was obtained by immersing in a large excess amount of pure water for 24 hours and thoroughly washing.

得られた高分子成型体のTPD−MS測定によるケタール基由来物質の定量分析を行ったところ、250℃あたりにCOなどが0.90wt%、2-メチル-1,3-ジオキソランが0.07wt%と合計0.97wt%のケタール基由来物質が検出され転化率90.4mol%であった。 The obtained polymer molding was quantitatively analyzed for the substance derived from the ketal group by TPD-MS measurement. As a result, 0.90 wt% of C 2 H 4 O, etc. was obtained per 250 ° C., and 2-methyl-1,3-dioxolane. Of 0.07 wt% and a total of 0.97 wt% of ketal group-derived substances were detected, and the conversion was 90.4 mol%.

実施例11
合成例6で得た高分子成型体(G4)を40℃で1M硫酸にオルトギ酸トリメチルを10wt%含有させた水溶液(高分子成型体に対して重量比1000倍以上)に1時間浸漬してプロトン置換、脱保護反応した後に、大過剰量の純水に24時間浸漬して充分洗浄し、高分子成型体を得た。
Example 11
The polymer molded body (G4) obtained in Synthesis Example 6 was immersed in an aqueous solution containing 10 wt% of trimethyl orthoformate in 1 M sulfuric acid at 40 ° C. (weight ratio of 1000 times or more with respect to the polymer molded body) for 1 hour. After proton substitution and deprotection reaction, the polymer molded body was obtained by immersing in a large excess amount of pure water for 24 hours and thoroughly washing.

得られた高分子成型体の固体13C−DD/MASスペクトル測定によるケタール基由来物質の定量分析を行ったところ、65ppmあたりにケタール基のCのピークが7mol%検出され転化率93.0mol%であった。 When quantitative analysis of the ketal group-derived substance by solid 13 C-DD / MAS spectrum measurement of the obtained polymer molding was performed, 7 mol% of the C 2 H 4 peak of the ketal group was detected per 65 ppm, and the conversion rate was 93 It was 0.0 mol%.

実施例12
合成例6で得た高分子成型体(G4)を60℃で1M硫酸にオルトギ酸トリメチルを10wt%含有させた水溶液(高分子成型体に対して重量比1000倍以上)に1時間浸漬してプロトン置換、脱保護反応した後に、大過剰量の純水に24時間浸漬して充分洗浄し、高分子成型体を得た。
Example 12
The polymer molded body (G4) obtained in Synthesis Example 6 was immersed at 60 ° C. in an aqueous solution containing 10 wt% trimethyl orthoformate in 1 M sulfuric acid (weight ratio of 1000 times or more with respect to the polymer molded body) for 1 hour. After proton substitution and deprotection reaction, the polymer molded body was obtained by immersing in a large excess amount of pure water for 24 hours and thoroughly washing.

得られた高分子成型体の固体13C−DD/MASスペクトル測定によるケタール基由来物質の定量分析を行ったところ、65ppmあたりにケタール基のCのピークが5mol%検出され転化率95.0mol%であった。 When quantitative analysis of the ketal group-derived substance by solid 13 C-DD / MAS spectrum measurement of the obtained polymer molding was performed, 5 mol% of the C 2 H 4 peak of the ketal group was detected per 65 ppm, and the conversion rate was 95. It was 0.0 mol%.

実施例13
合成例6で得た高分子成型体(G4)を80℃で1M硫酸にオルトギ酸トリメチルを10wt%含有させた水溶液(高分子成型体に対して重量比1000倍以上)に24時間浸漬してプロトン置換、脱保護反応した後に、大過剰量の純水に1時間浸漬して充分洗浄し、高分子成型体を得た。
Example 13
The polymer molded body (G4) obtained in Synthesis Example 6 was immersed at 80 ° C. in an aqueous solution containing 10 wt% trimethyl orthoformate in 1 M sulfuric acid (weight ratio of 1000 times or more with respect to the polymer molded body) for 24 hours. After the proton substitution and deprotection reaction, the polymer molded body was obtained by immersing in a large excess of pure water for 1 hour and thoroughly washing.

得られた高分子成型体の固体13C−DD/MASスペクトル測定によるケタール基由来物質の定量分析を行ったところ、65ppmあたりにケタール基のCのピークが3mol%検出され転化率97.0mol%であった。 When quantitative analysis of the ketal group-derived substance by solid 13 C-DD / MAS spectrum measurement of the obtained polymer molding was performed, 3 mol% of the C 2 H 4 peak of the ketal group was detected per 65 ppm, and the conversion rate was 97. It was 0.0 mol%.

実施例14
合成例6で得た高分子成型体(G4)を60℃で3M硫酸にオルトギ酸トリメチルを10wt%含有させた水溶液(高分子成型体に対して重量比1000倍以上)に1時間浸漬してプロトン置換、脱保護反応した後に、大過剰量の純水に24時間浸漬して充分洗浄し、高分子成型体を得た。
Example 14
The polymer molded body (G4) obtained in Synthesis Example 6 was immersed in an aqueous solution containing 10 wt% of trimethyl orthoformate in 3M sulfuric acid at 60 ° C. (weight ratio of 1000 times or more with respect to the polymer molded body) for 1 hour. After proton substitution and deprotection reaction, the polymer molded body was obtained by immersing in a large excess amount of pure water for 24 hours and thoroughly washing.

得られた高分子成型体の固体13C−DD/MASスペクトル測定によるケタール基由来物質の定量分析を行ったところ、65ppmあたりにケタール基のCのピークが3mol%検出され転化率97.0mol%であった。 When quantitative analysis of the ketal group-derived substance by solid 13 C-DD / MAS spectrum measurement of the obtained polymer molding was performed, 3 mol% of the C 2 H 4 peak of the ketal group was detected per 65 ppm, and the conversion rate was 97. It was 0.0 mol%.

実施例15
合成例6で得た高分子成型体(G4)を60℃で3M硫酸にオルトギ酸トリメチルを30wt%含有させた水溶液(高分子成型体に対して重量比1000倍以上)に1時間浸漬してプロトン置換、脱保護反応した後に、大過剰量の純水に24時間浸漬して充分洗浄し、高分子成型体を得た。
Example 15
The polymer molded body (G4) obtained in Synthesis Example 6 was immersed at 60 ° C. for 1 hour in an aqueous solution containing 30 wt% of trimethyl orthoformate in 3M sulfuric acid (weight ratio of 1000 times or more with respect to the polymer molded body). After proton substitution and deprotection reaction, the polymer molded body was obtained by immersing in a large excess amount of pure water for 24 hours and thoroughly washing.

得られた高分子成型体の固体13C−DD/MASスペクトル測定によるケタール基由来物質の定量分析を行ったところ、65ppmあたりにケタール基のCのピークが2mol%検出され転化率98.0mol%であった。 When quantitative analysis of the substance derived from the ketal group by solid 13 C-DD / MAS spectrum measurement of the obtained polymer molded body was performed, 2 mol% of the C 2 H 4 peak of the ketal group was detected per 65 ppm, and the conversion rate was 98. It was 0.0 mol%.

比較例1
合成例5で得た高分子成型体(G3)を40℃で1N塩酸に24時間浸漬してプロトン置換、脱保護反応した後に、大過剰量の純水に24時間浸漬して充分洗浄し、高分子成型体を得た。
Comparative Example 1
After the polymer molded body (G3) obtained in Synthesis Example 5 was immersed in 1N hydrochloric acid at 40 ° C. for 24 hours to perform proton substitution and deprotection, it was immersed in a large excess amount of pure water for 24 hours and thoroughly washed. A polymer molding was obtained.

得られた高分子成型体は、固体13C−CP/MASスペクトルにおいて、脱保護前の膜で認められたケミカルシフト約65ppmと約110ppm(ケタール基由来)のピークが、脱保護後の高分子電解質膜のTPD−MS測定によるケタール基由来物質の定量分析を行ったところ、250℃あたりにCOなどが1.11wt%、2-メチル-1,3-ジオキソランが0.03wt%と合計1.14wt%のケタール基由来物質が検出され転化率87.1mol%であった。オルトギ酸トリメチルを添加した実施例4と比較して転化率が低く、残存するケタール基量が12.9%と約3倍多かった。 In the obtained polymer molded body, in the solid 13 C-CP / MAS spectrum, peaks of chemical shifts of about 65 ppm and about 110 ppm (derived from ketal group) recognized in the film before deprotection are obtained after deprotection. Quantitative analysis of the ketal group-derived material by TPD-MS measurement of the electrolyte membrane revealed that C 2 H 4 O and the like were 1.11 wt% and 2-methyl-1,3-dioxolane was 0.03 wt% per 250 ° C. A total of 1.14 wt% of ketal group-derived substances was detected, and the conversion was 87.1 mol%. Compared with Example 4 to which trimethyl orthoformate was added, the conversion rate was low, and the amount of the remaining ketal group was 12.9%, which was about 3 times higher.

比較例2
合成例5で得た高分子成型体(G3)を95℃で6N塩酸に24時間浸漬してプロトン置換、脱保護反応した後に、大過剰量の純水に24時間浸漬して充分洗浄し、高分子成型体を得た。
Comparative Example 2
The polymer molded body (G3) obtained in Synthesis Example 5 was immersed in 6N hydrochloric acid at 95 ° C. for 24 hours to perform proton substitution and deprotection, and then immersed in a large excess amount of pure water for 24 hours to be thoroughly washed. A polymer molding was obtained.

得られた高分子成型体のTPD−MS測定によるケタール基由来物質の定量分析を行ったところ、250℃あたりにCOなどが0.24wt%、2-メチル-1,3-ジオキソランが0.05wt%と合計0.29wt%のケタール基由来物質が検出され転化率96.7mol%であった。転化率は高いが、完全密閉系で行わないと反応容器等が腐食するため製造コスト低減は困難であった。 When the obtained polymer molding was quantitatively analyzed for the substance derived from the ketal group by TPD-MS measurement, 0.24 wt% of C 2 H 4 O, etc. per 250 ° C., 2-methyl-1,3-dioxolane Of 0.05 wt% and a total of 0.29 wt% of ketal group-derived substances were detected, and the conversion was 96.7 mol%. Although the conversion rate is high, it is difficult to reduce the production cost because the reaction vessel or the like is corroded unless it is completely sealed.

比較例3
合成例6で得た高分子成型体(G4)を60℃で1M硫酸に1時間浸漬してプロトン置換、脱保護反応した後に、大過剰量の純水に24時間浸漬して充分洗浄し、高分子成型体を得た。
Comparative Example 3
The polymer molded body (G4) obtained in Synthesis Example 6 was immersed in 1M sulfuric acid at 60 ° C. for 1 hour to perform proton substitution and deprotection reaction, and then immersed in a large excess amount of pure water for 24 hours to be thoroughly washed. A polymer molding was obtained.

得られた高分子成型体の固体13C−DD/MASスペクトル測定によるケタール基由来物質の定量分析を行ったところ、65ppmあたりにケタール基のCのピークが7mol%検出され転化率93.0mol%であった。 When quantitative analysis of the ketal group-derived substance by solid 13 C-DD / MAS spectrum measurement of the obtained polymer molding was performed, 7 mol% of the C 2 H 4 peak of the ketal group was detected per 65 ppm, and the conversion rate was 93 It was 0.0 mol%.

Claims (8)

保護基を含む構成単位として、下記一般式(P1)および/または(P2)で表される構成単位を含有する高分子材料を成型する工程の後、脱保護処理溶液に接触させる工程を有する該保護基の少なくとも一部を脱保護せしめる高分子成型体の製造方法であって、脱保護処理溶液がアルコール類、アルキルケトン類、アルキルアルデヒド類、アルキルオルトエステル類から選ばれた少なくとも1種の脱保護促進剤を含むことを特徴とする高分子成型体の製造方法。
Figure 2008239963
(一般式(P1)および(P2)において、A〜Aは任意の2価の有機基、RおよびRはHおよびアルキル基から選ばれた少なくとも1種の基、Rは任意のアルキレン基、EはOまたはSを表し、それぞれが2種類以上の基を表しても良い。一般式(P1)および(P2)で表される構成単位は任意に置換されていてもよい。)
As the structural unit containing a protecting group, after the step of molding a polymer material containing the structural unit represented by the following general formula (P1) and / or (P2), the step of contacting with a deprotection solution A method for producing a polymer molded body in which at least a part of a protecting group is deprotected, wherein the deprotection solution is at least one kind selected from alcohols, alkyl ketones, alkyl aldehydes, and alkyl orthoesters. A method for producing a polymer molded body comprising a protection accelerator.
Figure 2008239963
(In the general formulas (P1) and (P2), A 1 to A 4 are any divalent organic group, R 1 and R 2 are at least one group selected from H and an alkyl group, and R 3 is any And E represents O or S, each of which may represent two or more groups, and the structural units represented by the general formulas (P1) and (P2) may be optionally substituted. )
該保護基を含む構成単位として、下記一般式(P3)で表される構成単位を含有する請求項1に記載の高分子成型体の製造方法。
Figure 2008239963
(一般式(P3)中のn1は1〜7の整数である。一般式(P3)で表される構成単位は任意に置換されていてもよい。)
The manufacturing method of the polymer molded object of Claim 1 which contains the structural unit represented by the following general formula (P3) as a structural unit containing this protective group.
Figure 2008239963
(N1 in General Formula (P3) is an integer of 1 to 7. The structural unit represented by General Formula (P3) may be optionally substituted.)
脱保護処理溶液に含まれる脱保護促進剤の含有量が0.1wt%以上、50wt%以下である請求項1〜2のいずれかに記載の高分子成型体の製造方法。 The method for producing a polymer molded body according to claim 1, wherein the content of the deprotection accelerator contained in the deprotection treatment solution is 0.1 wt% or more and 50 wt% or less. 脱保護処理溶液がさらに強酸を含有する請求項1〜3のいずれかに記載の高分子成型体の製造方法。 The method for producing a polymer molded body according to any one of claims 1 to 3, wherein the deprotection solution further contains a strong acid. 脱保護処理溶液を0℃以上、80℃以下で接触せしめる請求項1〜4のいずれかに記載の高分子成型体の製造方法。 The method for producing a polymer molded body according to any one of claims 1 to 4, wherein the deprotection solution is brought into contact at 0 ° C or higher and 80 ° C or lower. 該高分子材料が芳香族ポリエーテルケトン系重合体である請求項1〜5のいずれかに記載の高分子成型体の製造方法。 The method for producing a polymer molded body according to any one of claims 1 to 5, wherein the polymer material is an aromatic polyether ketone polymer. 該高分子材料がイオン性基を含有する請求項1〜6のいずれかに記載の高分子成型体の製造方法。 The method for producing a polymer molded body according to any one of claims 1 to 6, wherein the polymer material contains an ionic group. 高分子成型体が燃料電池用の高分子電解質部品である請求項1〜7のいずれかに記載の高分子成型体の製造方法。 The method for producing a polymer molded body according to any one of claims 1 to 7, wherein the polymer molded body is a polymer electrolyte part for a fuel cell.
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