JP2010055945A - Manufacturing method of ionically dissociative functional polymer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、イオン解離性機能高分子の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing an ion dissociative functional polymer.
固体高分子電解質型燃料電池等に用いられるプロトン伝導体としては、ナフィオン(Nafion(商品名)、DuPont社製、パーフルオロスルホン酸樹脂)が最も広く使用されている。 As a proton conductor used for a solid polymer electrolyte fuel cell or the like, Nafion (Nafion (trade name), manufactured by DuPont, perfluorosulfonic acid resin) is most widely used.
ナフィオンの分子構造は、本質的に特性が異なる二つのサブ構造体、すなわち(1)疎水性の分子骨格をなす、パーフルオロ化された1本鎖の主鎖と、(2)親水性のスルホン酸基を含み、プロトン供与サイトとして機能する、パーフルオロ化された側鎖とからなる。この構造は、不飽和結合を含まずパーフルオロ化された構造であるため、熱的・化学的に安定であるが、乾燥雰囲気下や高温下では、プロトン伝導性を発現するために必要な、樹脂内部に吸蔵された水を失い、プロトン伝導度が低下しやすい。 Nafion's molecular structure consists of two substructures with essentially different properties: (1) a perfluorinated single-stranded main chain that forms a hydrophobic molecular skeleton, and (2) a hydrophilic sulfone. It consists of perfluorinated side chains that contain acid groups and function as proton donating sites. Since this structure is a perfluorinated structure that does not contain unsaturated bonds, it is thermally and chemically stable, but it is necessary for developing proton conductivity in dry and high temperatures. The water stored in the resin is lost, and the proton conductivity tends to decrease.
一方、フラーレン等のカーボンクラスターに硫酸水素エステル基(−OSO3H)また
はスルホン酸基(−SO3H)のようなプロトン解離性の基を導入したカーボンクラスタ
ー誘導体を主成分とする材料が、固体構造内でプロトン伝導できることが知られている(例えば、特許文献1参照)。また、プロトン解離性の基を、スペーサー基を介してフラーレンに導入したカーボンクラスター誘導体も知られている(例えば、特許文献2参照)。
On the other hand, a material mainly composed of a carbon cluster derivative in which a proton dissociable group such as a hydrogen sulfate ester group (—OSO 3 H) or a sulfonic acid group (—SO 3 H) is introduced into a carbon cluster such as fullerene, It is known that proton conduction is possible within a solid structure (see, for example, Patent Document 1). A carbon cluster derivative in which a proton dissociable group is introduced into fullerene via a spacer group is also known (see, for example, Patent Document 2).
特許文献1および2には、フラーレン等のカーボンクラスターへ官能基を導入することにより、プロトン等のイオンを伝導させる材料とすることができることが記載されているが、上記材料の有するプロトン伝導機能を燃料電池等の電気化学装置へ応用する際には、その電気化学装置で求められる条件下で、上記材料が化学的、熱的に安定であることが求められる。 Patent Documents 1 and 2 describe that by introducing a functional group into a carbon cluster such as fullerene, a material that conducts ions such as protons can be obtained. When applied to an electrochemical device such as a fuel cell, the material is required to be chemically and thermally stable under conditions required for the electrochemical device.
化学的、熱的に安定なプロトン伝導性フラーレン誘導体として、特許文献2には、フラーレンに、少なくとも一部がフッ素化されたスペーサー基を介してイオン解離性基が結合したイオン解離性機能分子が、連結分子由来の連結鎖を介して結合した構造を有するイオン解離性機能高分子が開示されている。該イオン解離性機能高分子は、化学的、熱的に安定であり、また水不溶性を有しており、固体高分子電解質型燃料電池等に用いられるプロトン伝導体として有用であった。
前記特許文献2に記載のイオン解離性機能高分子は、上述のように化学的、熱的に安定であり、また水不溶性を有しており、固体高分子電解質型燃料電池等に用いられるプロトン伝導体として有用であるが、その製造条件についての検討は未だ充分ではなかった。 The ion-dissociative functional polymer described in Patent Document 2 is chemically and thermally stable as described above, has water insolubility, and is a proton used in a solid polymer electrolyte fuel cell or the like. Although it is useful as a conductor, its production conditions have not yet been fully examined.
本発明は、従来よりも温和な条件で行う、イオン解離性機能高分子の製造方法を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the manufacturing method of an ion dissociative functional polymer performed on conditions milder than before.
上記課題を解決するために、本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、特定の溶媒を用いる
ことにより、フラーレンに、少なくとも一部がフッ素化されたスペーサー基を介してイオン解離性基の前駆体基が結合してなるイオン解離性機能分子前駆体と、連結分子とを反応させ、連結分子由来の連結鎖を介して前記イオン解離性機能分子前駆体が結合してなる反応生成物を得る工程(1)の反応条件を、従来よりも温和な条件で行うことができることを見出し、本発明を完成させた。
In order to solve the above problems, the present inventors have conducted intensive studies, and as a result, by using a specific solvent, the precursor of an ion-dissociable group can be introduced into fullerene via a spacer group at least partially fluorinated. An ion dissociable functional molecule precursor formed by bonding body groups is reacted with a linking molecule to obtain a reaction product obtained by binding the ion dissociable functional molecule precursor via a linking molecule-derived linking chain. The present inventors have found that the reaction conditions in step (1) can be performed under milder conditions than in the past, and the present invention has been completed.
すなわち本発明のイオン解離性機能高分子の製造方法は、ハロゲン化芳香族化合物およびパーフルオロ脂肪族化合物からなる群から選択される少なくとも1種を含む、沸点が160℃以上の溶媒中で、フラーレンに、少なくとも一部がフッ素化されたスペーサー基を介してイオン解離性基の前駆体基が結合してなるイオン解離性機能分子前駆体と、
連結分子とを反応させ、連結分子由来の連結鎖を介して前記イオン解離性機能分子前駆体が結合してなる反応生成物を得る工程(1)を有することを特徴とする。
That is, the method for producing an ion dissociative functional polymer of the present invention comprises a fullerene in a solvent having a boiling point of 160 ° C. or higher, containing at least one selected from the group consisting of a halogenated aromatic compound and a perfluoroaliphatic compound. In addition, an ion dissociable functional molecule precursor formed by bonding a precursor group of an ion dissociable group through a spacer group at least partially fluorinated,
It comprises a step (1) of reacting a linking molecule to obtain a reaction product obtained by binding the ion dissociative functional molecule precursor through a linking molecule-derived linking chain.
前記ハロゲン化芳香族化合物が、トリクロロベンゼン、o−ジブロモベンゼン、m−ジブロモベンゼン、o−ジクロロベンゼン、m−ジクロロベンゼン、1−クロロナフタレンからなる群から選択される少なくとも1種のハロゲン化芳香族化合物であり、前記パーフルオロ脂肪族化合物が、パーフルオロトリアルキルアミンおよび炭素数12〜30のパーフルオロアルカンからなる群から選択される少なくとも1種のパーフルオロ脂肪族化合物であることが好ましい。また、前記パーフルオロトリアルキルアミンが、パーフルオロトリペンチルアミンおよびパーフルオロトリブチルアミンからなる群から選択させる少なくとも1種のパーフルオロトリアルキルアミンであることが好ましい。 The halogenated aromatic compound is at least one halogenated aromatic selected from the group consisting of trichlorobenzene, o-dibromobenzene, m-dibromobenzene, o-dichlorobenzene, m-dichlorobenzene, and 1-chloronaphthalene. Preferably, the perfluoroaliphatic compound is at least one perfluoroaliphatic compound selected from the group consisting of perfluorotrialkylamines and C12-30 perfluoroalkanes. The perfluorotrialkylamine is preferably at least one perfluorotrialkylamine selected from the group consisting of perfluorotripentylamine and perfluorotributylamine.
前記反応における反応温度が160〜300℃であることが好ましい。
前記反応において、イオン解離性機能分子前駆体1.0当量に対して、連結分子1.0〜5.0当量を用いることが好ましい。
It is preferable that the reaction temperature in the said reaction is 160-300 degreeC.
In the reaction, it is preferable to use 1.0 to 5.0 equivalents of a linking molecule with respect to 1.0 equivalent of an ion dissociative functional molecule precursor.
前記イオン解離性基の前駆体基が、−SO2F、−SO2Cl、−COF、−COClからなる群から選択される少なくとも1種の基であることが好ましい。
前記連結鎖が、下記一般式(1)で表わされる鎖であることが好ましい。
The precursor group of the ion dissociable group is preferably at least one group selected from the group consisting of —SO 2 F, —SO 2 Cl, —COF, and —COCl.
The connecting chain is preferably a chain represented by the following general formula (1).
−(CF2)n− ・・・(1)
(上記一般式(1)において、nは5〜10の整数である。)
前記スペーサー基が、下記一般式(2)で表わされる構造を有することが好ましく、下記一般式(3)で表わされる基であるこがより好ましい。
- (CF 2) n- ··· ( 1)
(In the general formula (1), n is an integer of 5 to 10.)
The spacer group preferably has a structure represented by the following general formula (2), and more preferably a group represented by the following general formula (3).
−(CF2)m− ・・・(2)
(上記一般式(2)において、mは1〜10の整数である。)
−(CF2)m−O−(CF2)m− ・・・(3)
(上記一般式(3)において、mはそれぞれ独立に1〜10の整数である。)
前記工程(1)をラジカル開始剤存在下で行ってもよい。
-(CF 2 ) m- (2)
(In the general formula (2), m is an integer of 1 to 10.)
- (CF 2) m-O- (CF 2) m- ··· (3)
(In the above general formula (3), m is each independently an integer of 1 to 10.)
The step (1) may be performed in the presence of a radical initiator.
前記ラジカル開始剤の使用量は連結分子1.0当量に対して、0.1当量を超えて10当量以下であることが好ましい。 The amount of the radical initiator used is preferably more than 0.1 equivalent and 10 equivalents or less with respect to 1.0 equivalent of the linking molecule.
本発明のイオン解離性機能高分子の製造方法は、工程(1)を従来よりも温和な条件、すなわち常圧下または僅かな加圧下かつ、連結分子の使用量を低減した条件で行うことができるため、工業プロセス上優位にイオン解離性機能高分子を製造することができる。 In the method for producing an ion-dissociative functional polymer of the present invention, the step (1) can be performed under milder conditions than in the prior art, that is, under normal pressure or slightly increased pressure, and with a reduced amount of linking molecules used. Therefore, an ion dissociative functional polymer can be produced with an advantage in industrial processes.
次に本発明について具体的に説明する。
本発明のイオン解離性機能高分子の製造方法は、ハロゲン化芳香族化合物およびパーフルオロ脂肪族化合物からなる群から選択される少なくとも1種を含む、沸点が160℃以上の溶媒中で、フラーレンに、少なくとも一部がフッ素化されたスペーサー基を介してイオン解離性基の前駆体基が結合してなるイオン解離性機能分子前駆体と、連結分子とを反応させ、連結分子由来の連結鎖を介して前記イオン解離性機能分子前駆体が結合してなる反応生成物を得る工程(1)を有することを特徴とする。
Next, the present invention will be specifically described.
The method for producing an ionically dissociative functional polymer of the present invention includes a method for producing fullerene in a solvent having a boiling point of 160 ° C. or higher, including at least one selected from the group consisting of a halogenated aromatic compound and a perfluoroaliphatic compound. , Reacting a linking molecule with an ion dissociative functional molecule precursor formed by bonding a precursor group of an ionic dissociable group via a spacer group that is at least partially fluorinated, And having a step (1) of obtaining a reaction product obtained by bonding the ion dissociative functional molecule precursor.
本発明のイオン解離機能性高分子の製造方法は、上記工程(1)において、ハロゲン化芳香族化合物およびパーフルオロ脂肪族化合物からなる群から選択される少なくとも1種を含む、沸点が160℃以上の溶媒を用いることを特徴とする。該溶媒は沸点が160℃以上であるため、イオン解離性機能分子前駆体と、連結分子とを反応させる際に、常圧下で行うことができる。 The method for producing an ion dissociation functional polymer of the present invention includes at least one selected from the group consisting of a halogenated aromatic compound and a perfluoroaliphatic compound in the step (1), and has a boiling point of 160 ° C. or higher. The solvent is used. Since the solvent has a boiling point of 160 ° C. or higher, the reaction can be performed under normal pressure when the ion dissociative functional molecule precursor and the linking molecule are reacted.
すなわち、一般にイオン解離性機能分子前駆体と、連結分子とを反応させる際には、通常160〜300℃の高温下で行われるが、従来の方法では、C6F6およびCS2の混合
溶媒中でイオン解離性機能分子前駆体と、連結分子とを反応させていた。しかしながら、CS2の沸点は46℃であり、前記混合溶媒は約50℃で沸騰するため、従来の方法では
オートクレーブ等を用いて、加圧下で反応を行う必要があった。また、従来の方法においては、連結分子を多量に用いる必要があった(例えばイオン解離性機能分子前駆体1当量あたり、24当量)が、上記工程(1)においては、連結分子の使用量を低減することができる(例えばイオン解離性機能分子前駆体1当量あたり、1.0〜5.0当量)。
That is, when an ion dissociative functional molecule precursor is generally reacted with a linking molecule, the reaction is usually performed at a high temperature of 160 to 300 ° C. In the conventional method, a mixed solvent of C 6 F 6 and CS 2 is used. Among them, an ion dissociative functional molecule precursor was reacted with a linking molecule. However, since CS 2 has a boiling point of 46 ° C. and the mixed solvent boils at about 50 ° C., it has been necessary to carry out the reaction under pressure using an autoclave or the like in the conventional method. Further, in the conventional method, it is necessary to use a large amount of linking molecules (for example, 24 equivalents per equivalent of the ion dissociative functional molecule precursor). (For example, 1.0 to 5.0 equivalents per equivalent of ion dissociable functional molecule precursor).
〔沸点が160℃以上の溶媒〕
本発明のイオン解離性機能高分子の製造方法の工程(1)は、前述のようにハロゲン化芳香族化合物およびパーフルオロ脂肪族化合物からなる群から選択される少なくとも1種を含む、沸点が160℃以上の溶媒中で行う。
[Solvent having a boiling point of 160 ° C. or higher]
Step (1) of the method for producing an ion dissociative functional polymer of the present invention includes at least one selected from the group consisting of a halogenated aromatic compound and a perfluoroaliphatic compound as described above, and has a boiling point of 160. Perform in a solvent at or above
なお、本発明において、ハロゲン化芳香族化合物およびパーフルオロ脂肪族化合物からなる群から選択される少なくとも1種を含む、沸点が160℃以上の溶媒を単に溶媒とも記す。 In the present invention, a solvent having a boiling point of 160 ° C. or higher and containing at least one selected from the group consisting of a halogenated aromatic compound and a perfluoroaliphatic compound is also simply referred to as a solvent.
上記溶媒を用いることにより、常圧または、僅かな加圧下で、フラーレンに、少なくとも一部がフッ素化されたスペーサー基を介してイオン解離性基の前駆体基が結合してなるイオン解離性機能分子前駆体と、連結分子とを反応させることができる。 By using the above solvent, an ion dissociation function in which a precursor group of an ion dissociable group is bonded to fullerene through a spacer group at least partially fluorinated under normal pressure or slight pressure. A molecular precursor and a linking molecule can be reacted.
ハロゲン化芳香族化合物としては、沸点が160℃以上であれば特に限定はないが、通常は、トリクロロベンゼン、o−ジブロモベンゼン、m−ジブロモベンゼン、o−ジクロロベンゼン、m−ジクロロベンゼン、1−クロロナフタレンからなる群から選択される少なくとも1種のハロゲン化芳香族化合物が用いられる。 The halogenated aromatic compound is not particularly limited as long as it has a boiling point of 160 ° C. or higher. Usually, trichlorobenzene, o-dibromobenzene, m-dibromobenzene, o-dichlorobenzene, m-dichlorobenzene, 1- At least one halogenated aromatic compound selected from the group consisting of chloronaphthalene is used.
トリクロロベンゼンとしては、1,3,5−トリクロロベンゼン、1,2,3−トリクロロベンゼン、1,2,4−トリクロロベンゼンのいずれを用いてもよいが、価格や入手性の点で、1,2,4−トリクロロベンゼンが好ましい。 As trichlorobenzene, any of 1,3,5-trichlorobenzene, 1,2,3-trichlorobenzene, and 1,2,4-trichlorobenzene may be used, but in terms of price and availability, 1, 2,4-trichlorobenzene is preferred.
また、パーフルオロ脂肪族化合物としては、沸点が160℃以上であれば特に限定はないが、通常は、パーフルオロトリアルキルアミンおよび炭素数12〜30のパーフルオロアルカンからなる群から選択される少なくとも1種のパーフルオロ脂肪族化合物が用いられる。 Further, the perfluoroaliphatic compound is not particularly limited as long as the boiling point is 160 ° C. or higher, but is usually at least selected from the group consisting of perfluorotrialkylamines and perfluoroalkanes having 12 to 30 carbon atoms. One perfluoroaliphatic compound is used.
パーフルオロトリアルキルアミンとしては、例えばパーフルオロトリペンチルアミン、パーフルオロトリブチルアミン等が用いられ、炭素数12〜30のパーフルオロアルカンとしては、パーフルオロペンタデカン等が用いられる。 As the perfluorotrialkylamine, for example, perfluorotripentylamine, perfluorotributylamine and the like are used, and as the perfluoroalkane having 12 to 30 carbon atoms, perfluoropentadecane and the like are used.
前記溶媒としては、パーフルオロトリペンチルアミン、1,2,4−トリクロロベンゼンが好ましい。
なお、前記溶媒としては、ハロゲン化芳香族化合物およびパーフルオロ脂肪族化合物以外の成分を含む混合溶媒であってもよいが、溶媒の沸点は160℃以上である。
As the solvent, perfluorotripentylamine and 1,2,4-trichlorobenzene are preferable.
The solvent may be a mixed solvent containing components other than the halogenated aromatic compound and the perfluoroaliphatic compound, but the boiling point of the solvent is 160 ° C. or higher.
〔イオン解離性機能分子前駆体〕
本発明のイオン解離性機能高分子の製造方法の工程(1)では、フラーレンに、少なくとも一部がフッ素化されたスペーサー基を介してイオン解離性基の前駆体基が結合してなるイオン解離性機能分子前駆体を用いる。
[Ion dissociative functional molecular precursor]
In step (1) of the method for producing an ion dissociative functional polymer of the present invention, ion dissociation in which a precursor group of an ion dissociable group is bonded to fullerene via a spacer group at least partially fluorinated. Sexual functional molecule precursor is used.
なお、本発明において、フラーレンに、少なくとも一部がフッ素化されたスペーサー基を介してイオン解離性基の前駆体基が結合してなるイオン解離性機能分子前駆体を単に、イオン解離性機能分子前駆体とも記す。 In the present invention, an ion dissociative functional molecule precursor obtained by binding a precursor group of an ion dissociable group to a fullerene via a spacer group at least partially fluorinated is simply an ion dissociable functional molecule. Also referred to as precursor.
前記フラーレンの炭素数としては特に限定はなく、C36、C60、C70、C76、C78、C82、C84、C90、C96、C266等、従来公知のフラーレンを用いることができる。なお、
フラーレンは炭素数の異なる混合物であってもよい。前記フラーレンとしては、入手容易なC60やC70またはその混合物を用いることが好ましい。
The number of carbon atoms of the fullerene is not particularly limited, and a conventionally known fullerene such as C 36 , C 60 , C 70 , C 76 , C 78 , C 82 , C 84 , C 90 , C 96 , C 266, etc. should be used. Can do. In addition,
Fullerenes may be a mixture having different carbon numbers. As the fullerene, it is preferable to use a readily available C 60 or C 70 or mixtures thereof.
また、前記フラーレンとして、ハロゲン原子、炭化水素基、フッ化炭化水素基、エーテル基、エステル基、アミド基、ケトン基等の官能基が付加されたフラーレンであってもよい。 The fullerene may be a fullerene to which a functional group such as a halogen atom, a hydrocarbon group, a fluorinated hydrocarbon group, an ether group, an ester group, an amide group, or a ketone group is added.
前記スペーサー基としては特に限定はないが熱的、化学的安定性の観点から、通常はフッ素原子を有する有機基が用いられる。
スペーサー基としては、下記(2)式で表わされる構造を有する基であることが好ましい。
The spacer group is not particularly limited, but an organic group having a fluorine atom is usually used from the viewpoint of thermal and chemical stability.
The spacer group is preferably a group having a structure represented by the following formula (2).
−(CF2)m− ・・・(2)
(上記一般式(2)において、mは1〜10の整数である。)
また、スペーサー基としては、エーテル構造を含む有機基が好ましく、具体的には下記一般式(3)で表わされる基であることが好ましい。
-(CF 2 ) m- (2)
(In the general formula (2), m is an integer of 1 to 10.)
Moreover, as a spacer group, the organic group containing an ether structure is preferable, and specifically, it is preferable that it is group represented by following General formula (3).
−(CF2)m−O−(CF2)m− ・・・(3)
(上記一般式(3)において、mはそれぞれ独立に1〜10の整数である。)
イオン解離性基の前駆体基としては、加水分解等の処理によりイオン解離性基に変換できる基であれば特に限定はない。イオン解離性基の前駆体基は、通常は−SO2F、−S
O2Cl、−COF、−COClからなる群から選択される少なくとも1種の基であり、
−SO2F、−COFからなる群から選択される少なくとも1種の基であることが好まし
い。
- (CF 2) m-O- (CF 2) m- ··· (3)
(In the above general formula (3), m is each independently an integer of 1 to 10.)
The precursor group of the ion dissociable group is not particularly limited as long as it can be converted into an ion dissociable group by a treatment such as hydrolysis. Precursor groups of the ionic dissociative group is usually -SO 2 F, -S
At least one group selected from the group consisting of O 2 Cl, —COF, —COCl,
It is preferably at least one group selected from the group consisting of —SO 2 F and —COF.
前記イオン解離性機能分子前駆体は、フラーレンに、スペーサー基を介してイオン解離性基の前駆体基が結合してなる。スペーサー基をRf、イオン解離性基の前駆体基をYで表すと、イオン解離性機能分子前駆体はフラーレンに−Rf−Yが結合した構造である。フラーレンに結合する−Rf−Yの数としては、特に限定はないが、通常はフラーレン1分子あたり平均3〜10であり、好ましくは5〜8である。 The ion dissociative functional molecule precursor is formed by binding a precursor group of an ion dissociable group to fullerene via a spacer group. When the spacer group is represented by Rf and the precursor group of the ion dissociable group is represented by Y, the ion dissociative functional molecule precursor has a structure in which -Rf-Y is bonded to fullerene. The number of —Rf—Y bonded to the fullerene is not particularly limited, but is usually 3 to 10 on average per molecule of fullerene, and preferably 5 to 8.
本発明に用いるイオン解離性機能分子前駆体は、通常フラーレンに前記−Rf−Y構造を有する分子を結合させることにより得られる。前記−Rf−Y構造を有する分子としては、分子の末端にヨウ素原子を有するI−Rf−Yで表される分子等が用いられる。 The ion dissociative functional molecule precursor used in the present invention is usually obtained by binding a molecule having the -Rf-Y structure to fullerene. As the molecule having the -Rf-Y structure, a molecule represented by I-Rf-Y having an iodine atom at the end of the molecule is used.
本発明に用いるイオン解離性機能分子前駆体の製造方法としては、特に限定は無く、例えば特開2003−303513号公報、特開2006−131517号公報、特開2007−22996号公報等に記載された従来公知の製法で得ることができる。 The method for producing the ion dissociative functional molecule precursor used in the present invention is not particularly limited, and is described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2003-303513, 2006-131517, and 2007-22996. In addition, it can be obtained by a conventionally known production method.
イオン解離性機能分子前駆体の製造方法の一例を前記−Rf−Yが、-CF2-CF2-O-CF2-CF2-SO2Fである場合を例にして示す。まず、1,2,4−トリクロロベンゼ
ン中、200℃程度の加熱下で、フラーレンおよびI-CF2-CF2-O-CF2-CF2-SO2Fを反応させる。該反応では、加熱によりI-CF2-CF2-O-CF2-CF2-SO2Fのヨウ素原子側の端部でヨウ素原子とラジカル(・CF2-CF2-O-CF2-CF2-SO2F)に分解し、該ラジカルがフラーレンに導入される。前記反応で得られた反応混合物を精製することによりフラーレンに-CF2-CF2-O-CF2-CF2-SO2F結合してなるイオン解
離性機能分子前駆体を得ることができる。
Wherein an example of a method of manufacturing the ion-dissociative functional compound precursor -Rf-Y indicates to the case of -CF 2 -CF 2 -O-CF 2 -CF 2 -SO 2 F as an example. First, fullerene and I—CF 2 —CF 2 —O—CF 2 —CF 2 —SO 2 F are reacted in 1,2,4-trichlorobenzene under heating at about 200 ° C. In the reaction, an iodine atom and a radical (• CF 2 —CF 2 —O—CF 2 — are formed at the end of the iodine atom side of I—CF 2 —CF 2 —O—CF 2 —CF 2 —SO 2 F by heating. It decomposes into CF 2 —SO 2 F) and the radical is introduced into fullerene. By purifying the reaction mixture obtained by the above reaction, an ion dissociative functional molecule precursor formed by bonding —CF 2 —CF 2 —O—CF 2 —CF 2 —SO 2 F to fullerene can be obtained.
〔連結分子〕
本発明のイオン解離性機能高分子の製造方法の工程(1)では、連結分子を用いる。
連結分子としては、前記イオン解離性機能分子前駆体と反応し、連結分子由来の連結鎖を介してイオン解離性機能分子前駆体が結合してなる反応生成物を得ることができれば特に限定はないが、通常は前記連結鎖として、アルキル基、アリール基、−(CF2)n−
(nは5〜10の整数である。)で表されるフッ化アルキル基、エーテル基、エステル基、アミド基およびケトン基からなる郡から選択される少なくとも1種の基を有する。
[Linked molecule]
In step (1) of the method for producing an ion dissociative functional polymer of the present invention, a linking molecule is used.
The linking molecule is not particularly limited as long as it can react with the ionic dissociative functional molecule precursor and obtain a reaction product obtained by binding the ionic dissociative functional molecule precursor via a linking molecule-derived linking chain. but usually as the linking chain, alkyl group, aryl group, - (CF 2) n-
(N is an integer of 5 to 10) and has at least one group selected from the group consisting of a fluorinated alkyl group, an ether group, an ester group, an amide group and a ketone group.
前記連結鎖の具体例としては、下記一般式(1)で表わされる鎖が挙げられる。
−(CF2)n− ・・・(1)
(上記一般式(1)において、nは5〜10の整数である。)
本発明に用いる連結分子は、上記連結鎖を有する化合物であり、例えばX−R−Xで表される化合物(XはCl、BrまたはIであり、Rは連結鎖である)が用いられる。
Specific examples of the connecting chain include a chain represented by the following general formula (1).
- (CF 2) n- ··· ( 1)
(In the general formula (1), n is an integer of 5 to 10.)
The linking molecule used in the present invention is a compound having the above linking chain, for example, a compound represented by X—R—X (X is Cl, Br or I, and R is a linking chain).
本発明において、連結分子として前記X−R−Xで表される化合物を用いた場合には、工程(1)において、Xが脱離し、Rの端部が前記イオン解離性機能分子前駆体のフラーレン由来の構造に結合する。Rの端部が異なるフラーレン由来の構造に結合することにより、高分子量の反応生成物を得ることができる。すなわち、工程(1)において得られる反応性生物は、イオン解離性機能分子前駆体の複数のフラーレン由来の構造が、連結鎖を介して結合している。 In the present invention, when the compound represented by X—R—X is used as the linking molecule, in the step (1), X is eliminated and the end of R is the ion dissociable functional molecule precursor. Bonds to fullerene derived structures. A high molecular weight reaction product can be obtained by bonding the end of R to a structure derived from different fullerenes. That is, in the reactive organism obtained in the step (1), a plurality of fullerene-derived structures of the ion dissociative functional molecule precursor are bonded via a linking chain.
前記X−R−Xで表される化合物としては、X−(CF2)n−Xで表される化合物(
但し、nは5〜10の整数である。)が好ましい。
〔工程(1)〕
本発明のイオン解離性機能高分子の製造方法が有する工程(1)は、前記溶媒中で、前記イオン解離性機能分子前駆体と、前記連結分子とを反応させ、連結分子由来の連結鎖を介して前記イオン解離性機能分子前駆体が結合してなる反応生成物を得る工程である。
As the compound represented by X—R—X, a compound represented by X— (CF 2 ) n—X (
However, n is an integer of 5-10. ) Is preferred.
[Step (1)]
In the step (1) of the method for producing an ion dissociative functional polymer of the present invention, the ion dissociative functional molecule precursor and the linking molecule are reacted in the solvent to form a linking molecule-derived linking chain. In this step, a reaction product obtained by bonding the ion dissociative functional molecule precursor is obtained.
なお、本発明において、連結分子由来の連結鎖を介して前記イオン解離性機能分子前駆体が結合してなる反応生成物を単に反応生成物とも記す。
工程(1)の反応条件としては特に限定は無いが、通常は温度160〜300℃で行われる。工程(1)の溶媒として、前記溶媒を用いることにより、従来よりも温和な条件で
反応生成物を得ることができる。すなわち、C6F6およびCS2の混合溶媒中でイオン解
離性機能分子前駆体と、連結分子とを反応させる場合には、前述のようにオートクレーブ等を用いて、加圧下で反応を行う必要があったが、本発明の工程(1)においては、前記沸点が160以上の溶媒を用いることにより、例えば、常圧下または、10kPa以下の僅かな加圧下で反応を行うことができる。
In the present invention, a reaction product obtained by bonding the ion dissociative functional molecule precursor via a linking molecule-derived linking chain is also simply referred to as a reaction product.
Although there is no limitation in particular as reaction conditions of a process (1), Usually, it carries out at the temperature of 160-300 degreeC. By using the solvent as the solvent in step (1), the reaction product can be obtained under milder conditions than before. That is, when an ion dissociative functional molecule precursor and a linking molecule are reacted in a mixed solvent of C 6 F 6 and CS 2 , it is necessary to perform the reaction under pressure using an autoclave or the like as described above. However, in step (1) of the present invention, by using a solvent having a boiling point of 160 or more, for example, the reaction can be carried out under normal pressure or slightly increased pressure of 10 kPa or less.
また、工程(1)に用いる連結分子の量は、通常イオン解離性機能分子前駆体1.0当量に対して、1.0〜5.0当量であり、好ましくは1.1〜3.0当量である。
また、溶媒の使用量は、特に限定はないが、通常は重量比でイオン解離性機能分子前駆体の1〜10倍量である。
Moreover, the quantity of the connection molecule | numerator used for a process (1) is 1.0-5.0 equivalent with respect to 1.0 equivalent of an ion dissociative functional molecule precursor normally, Preferably it is 1.1-3.0. Is equivalent.
Moreover, the usage-amount of a solvent does not have limitation in particular, Usually, it is 1-10 times amount of an ion dissociative functional molecule precursor by weight ratio.
また、工程(1)は、その反応時間を低減するためにラジカル開始剤存在下で行っても良い。
ラジカル開始剤としては、過酸化ベンゾイル、過酸化ラウロイル、過酸化カリウム、クメンヒドロペルオキシド、t−ブチルヒドロパーオキシド、ジクロミルパーオキシド、ジ−t−ブチルパーオキシド等の有機過酸化物が好ましく、ジ−t−ブチルパーオキシドがより好ましい。
Further, step (1) may be performed in the presence of a radical initiator in order to reduce the reaction time.
The radical initiator is preferably an organic peroxide such as benzoyl peroxide, lauroyl peroxide, potassium peroxide, cumene hydroperoxide, t-butyl hydroperoxide, dichromyl peroxide, di-t-butyl peroxide, Di-t-butyl peroxide is more preferred.
前記ラジカル開始剤の使用量は、特に限定はないが、通常は連結分子1.0当量に対して、0.1当量を超えて10当量以下であり、1〜5等量が好ましい。
工程(1)の反応時間としては、特に限定はないが、ラジカル開始剤存在下で行った場合には通常は0.5〜3日間であり、ラジカル開始剤非存在下で行った場合には通常は3〜10日間である。
Although the usage-amount of the said radical initiator does not have limitation in particular, Usually, it exceeds 0.1 equivalent and is 10 equivalent or less with respect to 1.0 equivalent of connecting molecules, and 1-5 equivalent is preferable.
The reaction time in step (1) is not particularly limited, but is usually 0.5 to 3 days when performed in the presence of a radical initiator, and when performed in the absence of a radical initiator. Usually 3 to 10 days.
〔その他の工程〕
本発明のイオン解離性機能高分子の製造方法においては、上記工程(1)で得られる連結分子由来の連結鎖を介して前記イオン解離性機能分子前駆体が結合してなる反応生成物が有する、イオン解離性基の前駆体基を、イオン解離性基に変換することにより、イオン解離性機能高分子を得る工程を有する。
[Other processes]
In the method for producing an ion dissociative functional polymer of the present invention, the reaction product obtained by binding the ion dissociative functional molecule precursor via the connecting chain derived from the connecting molecule obtained in the step (1) has. The step of obtaining an ion dissociative functional polymer by converting a precursor group of an ion dissociable group into an ion dissociable group is included.
すなわち、本発明の製造方法で得られる、イオン解離性機能高分子は、フラーレンに、少なくとも一部がフッ素化されたスペーサー基を介してイオン解離性基が結合しており、複数のフラーレンが連結鎖を介して結合している。 That is, in the ion dissociable functional polymer obtained by the production method of the present invention, an ion dissociable group is bonded to fullerene via a spacer group that is at least partially fluorinated, and a plurality of fullerenes are linked. It is connected through a chain.
本発明のイオン解離性機能高分子の有するイオン解離性基としては、特に限定はないが、例えばスルホン酸基(−SO2OH)、カルボキシル基(−COOH)、スルホンアミ
ド基(−SO2−NH2)、カルボキサミド基(−CO−NH2)からなる群から選択され
る少なくとも1種の基が挙げられる。
The ion dissociable group possessed by the ion dissociative functional polymer of the present invention is not particularly limited. For example, a sulfonic acid group (—SO 2 OH), a carboxyl group (—COOH), a sulfonamide group (—SO 2 —). NH 2), at least one group selected from the group consisting of carboxamide group (-CO-NH 2).
上記イオン解離性基は、イオンとしてプロトンを放出するプロトン解離性基であるが、本発明のイオン解離性機能高分子の有するイオン解離性基としては、上記イオン解離性基の水素原子がアルカリ金属原子で置換された基であってもよい。アルカリ金属原子としては、リチウム原子、ナトリウム原子、カリウム原子、ルビジウム原子、セシウム原子が挙げられる。 The ion dissociable group is a proton dissociable group that releases protons as ions, and the ion dissociable group of the ion dissociable functional polymer of the present invention includes an alkali metal in which the hydrogen atom of the ion dissociable group is an alkali metal. It may be a group substituted with an atom. Examples of the alkali metal atom include a lithium atom, a sodium atom, a potassium atom, a rubidium atom, and a cesium atom.
前記イオン解離性基の前駆体基をイオン解離性基に変換する方法としては、特に限定されないが、例えば、イオン解離性基の前駆体基が−SO2F基であり、イオン解離性基が
スルホン酸基(−SO2OH)である場合には、前記反応生成物を、C6F6やTHF(テ
トラヒドロフラン)中で、水および水酸化ナトリウムと反応させ加水分解し、−SO2F
基を、−SO3Na基に変換する。ついで、−SO2F基を、−SO3Na基に変換した反
応混合物をHCl、H2SO4、HClO4、HNO3等の強酸と反応させることにより−SO3Na基を、スルホン酸基(−SO2OH)に変換し、イオン解離性機能高分子とすることができる。
The method for converting the precursor group of the ion dissociable group into an ion dissociable group is not particularly limited. For example, the precursor group of the ion dissociable group is a —SO 2 F group, and the ion dissociable group is when a sulfonic acid group (-SO 2 OH) is the reaction product in C 6 F 6 and THF (tetrahydrofuran) was hydrolyzed and reacted with water and sodium hydroxide, -SO 2 F
The group is converted to -SO 3 Na groups. Subsequently, the reaction mixture obtained by converting the —SO 2 F group into —SO 3 Na group is reacted with a strong acid such as HCl, H 2 SO 4 , HClO 4 , HNO 3 to convert the —SO 3 Na group into a sulfonic acid group. It can be converted to (—SO 2 OH) to obtain an ion dissociative functional polymer.
本発明のイオン解離性機能高分子の製造方法により得られるイオン解離性機能高分子は、熱的、化学的安定性にすぐれており、イオンを好適に放出することができる。イオン解離性基が、プロトン解離性基である場合には、本発明のイオン解離性機能高分子は、プロトン伝導度に優れる。具体的には、イオン解離性機能高分子の温度19℃、相対湿度70%の雰囲気中に1日以上おいた条件で測定したプロトン伝導度が通常は、1.0×10-2S/cm以上である。 The ion dissociative functional polymer obtained by the method for producing an ion dissociative functional polymer of the present invention is excellent in thermal and chemical stability, and can suitably release ions. When the ion dissociable group is a proton dissociable group, the ion dissociable functional polymer of the present invention is excellent in proton conductivity. Specifically, the proton conductivity measured in an atmosphere of an ion dissociative functional polymer at a temperature of 19 ° C. and a relative humidity of 70% for 1 day or longer is usually 1.0 × 10 −2 S / cm. That's it.
本発明のイオン解離性機能高分子は、燃料電池に用いるプロトン伝導体、イオン交換樹脂等の様々な用途に用いることができる。
特にイオン解離性基がプロトン解離性基である場合には燃料電池に用いるプロトン伝導体として用いることができる。
The ion dissociative functional polymer of the present invention can be used for various applications such as proton conductors and ion exchange resins used in fuel cells.
In particular, when the ion dissociable group is a proton dissociable group, it can be used as a proton conductor used in a fuel cell.
次に本発明について実施例を示してさらに詳細に説明するが、本発明はこれらによって限定されるものではない。
〔イオン解離性機能分子前駆体の製造〕
イオン解離性機能分子前駆体を以下の方法で製造した。
EXAMPLES Next, although an Example is shown and this invention is demonstrated further in detail, this invention is not limited by these.
[Production of ion-dissociable functional molecule precursor]
An ion dissociative functional molecule precursor was produced by the following method.
滴下ロート、コンデンサー(冷却器)、温度計および攪拌機を装着した500mlのガラス製3つ口フラスコに、窒素気流雰囲気下で、フラーレン(フロンティアカーボン株式会社製nanom mix ST(C60約60%、C70約25%))3.0gを加え、次いで1,2,4−トリクロロベンゼン300mlを加えた。 Dropping funnel, a condenser (cooler), glass three-necked flask 500ml equipped with a thermometer and a stirrer, under nitrogen atmosphere, fullerene (manufactured by Frontier Carbon Corporation nanom mix ST (C 60 to about 60%, C 70 about 25%))) 3.0 g was added followed by 300 ml of 1,2,4-trichlorobenzene.
前記フラーレンおよび1,2,4−トリクロロベンゼンを加えた3つ口フラスコを攪拌しながら、温度を200℃に保持して、スペーサー基およびイオン解離性基の前駆体基を有する分子としてI-CF2-CF2-O-CF2-CF2-SO2Fを42.6g(フラーレンの物
質量の24倍の物質量;フラーレン1当量に対して24当量)を約1日かけて滴下ロートから滴下した。滴下終了後、攪拌しながら200℃にて6日間反応させた。
While stirring the three-necked flask to which the fullerene and 1,2,4-trichlorobenzene were added, the temperature was maintained at 200 ° C., and I-CF was used as a molecule having a spacer group and a precursor group of an ion dissociable group. 22.6 g of 2 -CF 2 -O-CF 2 -CF 2 -SO 2 F (24 times the amount of the fullerene material; 24 equivalents to 1 equivalent of fullerene) was added from the dropping funnel over about 1 day. It was dripped. After completion of dropping, the mixture was reacted at 200 ° C. for 6 days with stirring.
反応終了後、3つ口フラスコから反応混合物を取り出し、反応混合物から1,2,4−トリクロロベンゼンを減圧留去し、その残渣を150℃で終夜真空乾燥した。乾燥後の残渣にヘキサン200mlを加え、30分加熱還流させた。冷却後、デカンテーションにてヘキサン層を除き、残渣を真空乾燥し、暗茶色の粉末であるイオン解離性機能分子前駆体9.20gを得た。 After completion of the reaction, the reaction mixture was taken out from the three-necked flask, 1,2,4-trichlorobenzene was distilled off from the reaction mixture under reduced pressure, and the residue was vacuum-dried at 150 ° C. overnight. To the residue after drying, 200 ml of hexane was added and heated to reflux for 30 minutes. After cooling, the hexane layer was removed by decantation, and the residue was vacuum-dried to obtain 9.20 g of an ion dissociable functional molecule precursor that was a dark brown powder.
上記の反応では、前記前駆体原料分子は、ヨウ素原子側の端部でヨウ素原子とラジカル(・CF2-CF2-O-CF2-CF2-SO2F)に熱分解し、この結果生じたラジカルが、ヨウ素原子と結合していた不対電子によってフラーレン分子に付加する。 In the above reaction, the precursor raw material molecule is thermally decomposed into iodine atoms and radicals (.CF 2 —CF 2 —O—CF 2 —CF 2 —SO 2 F) at the end on the iodine atom side. As a result, The generated radical is added to the fullerene molecule by an unpaired electron bonded to the iodine atom.
なお、イオン解離性機能分子前駆体の19F−NMRを測定したところ、イオン解離性機能分子前駆体が、スペーサー基(−CF2-CF2-O-CF2-CF2−)を介して前駆体基(−SO2F)がフラーレンに付加した化合物(フラーレン)n-(CF2-CF2-O-CF2-C
F2-SO2F)m(nは主として60であり、mは6〜10程度の整数。)であることが示
された。
In addition, when 19 F-NMR of the ion dissociative functional molecule precursor was measured, the ion dissociative functional molecule precursor was detected via a spacer group (—CF 2 —CF 2 —O—CF 2 —CF 2 —). compound precursor groups (-SO 2 F) is added to (fullerenes) n - (CF 2 -CF 2 -O-CF 2 -C
F 2 —SO 2 F) m (n is mainly 60 and m is an integer of about 6 to 10).
また、イオン解離性機能分子前駆体の元素分析を行った結果、フッ素含量は42質量%
、硫黄含量は8.1質量%であった。これより、イオン解離性機能分子前駆体においてフラーレンをC60とすると1分子に導入された、前駆体基とスペーサー基とからなる前駆体含有スペーサー基(−CF2-CF2-O-CF2-CF2-SO2F)の平均導入個数は、7と求められた。
As a result of elemental analysis of the ion dissociative functional molecule precursor, the fluorine content was 42% by mass.
The sulfur content was 8.1% by mass. From this, when the fullerene is C 60 in the ion dissociative functional molecule precursor, a precursor-containing spacer group (—CF 2 —CF 2 —O—CF 2 ) composed of a precursor group and a spacer group is introduced into one molecule. The average introduced number of —CF 2 —SO 2 F) was determined to be 7.
フラーレンをC60とした際のイオン解離性機能分子前駆体の構造を、下記一般式(4)で表す。 The structure of the ion dissociable functional molecule precursor when fullerene is C 60 is represented by the following general formula (4).
〔実施例1〕
(工程(1))
攪拌器を取り付けたガラス製200ml四つ口フラスコに、上記イオン解離性機能分子前駆体10.0g(3.55mmol)を加え、連結分子としてIC8F16Iを3.67
g(5.61mmol)および1,2,4−トリクロロベンゼンを20ml(室温で29g)加え、窒素気流雰囲気下、200℃のオイルバスで7日間加熱・攪拌しつづけた。このとき、次第にフラスコ内にヨウ素結晶が析出していった。また、時折反応液をサンプリングして19F−NMRを測定し、連結分子由来の−59ppmのピークが小さくなっていく様子を確認した。その積分値は、反応開始から3日目には反応開始時に比べておよそ3分の2であり、7日目には10分の1以下であり、反応が順調に進行していた。
[Example 1]
(Process (1))
10.0 g (3.55 mmol) of the above ion dissociative functional molecule precursor is added to a glass 200 ml four-necked flask equipped with a stirrer, and IC 8 F 16 I as a connecting molecule is 3.67.
20 g (29 g at room temperature) of g (5.61 mmol) and 1,2,4-trichlorobenzene were added, and the mixture was continuously heated and stirred in a 200 ° C. oil bath for 7 days under a nitrogen stream. At this time, iodine crystals gradually precipitated in the flask. Moreover, the reaction solution was sampled occasionally and 19 F-NMR was measured, and it was confirmed that the peak at −59 ppm derived from the linking molecule was getting smaller. The integrated value was about two-thirds compared to that at the start of the reaction on the third day from the start of the reaction, and less than one-tenth on the seventh day, and the reaction proceeded smoothly.
オイルバスの温度を150℃にして、1,2,4−トリクロロベンゼンを減圧蒸留の形で留去し、さらに150℃で1時間減圧乾燥した。室温に戻した後、四つ口フラスコ内の残渣をクロロホルム20mlで1回、10mlで4回洗浄して、不溶物でろ別し、得られた固形物を室温で1晩減圧乾燥し、黒色固形物である反応生成物を得た。 The temperature of the oil bath was set to 150 ° C., and 1,2,4-trichlorobenzene was distilled off in the form of vacuum distillation, and further dried under reduced pressure at 150 ° C. for 1 hour. After returning to room temperature, the residue in the four-necked flask was washed once with 20 ml of chloroform and four times with 10 ml, filtered off with insoluble matter, and the resulting solid was dried under reduced pressure at room temperature overnight to give a black solid. Reaction product was obtained.
(加水分解工程)
工程(1)で得た黒色固形物である反応生成物を乳鉢で粉砕して、200mlのナスフラスコに移し、そこへTHF10mlと1規定NaOH水溶液50mlを加えて室温で30分間混ぜ合わせた。次いで、フラスコにコンデンサー(冷却器)を取り付け、80℃のオイルバスで1時間還流させた。次いでオイルバスの温度を100℃に設定してTHFを常圧蒸留により留去した後、室温まで放冷した。
(Hydrolysis step)
The reaction product, which was a black solid obtained in step (1), was pulverized in a mortar and transferred to a 200 ml eggplant flask, to which 10 ml of THF and 50 ml of 1N NaOH aqueous solution were added, and mixed at room temperature for 30 minutes. Next, a condenser (cooler) was attached to the flask and refluxed in an oil bath at 80 ° C. for 1 hour. Subsequently, the temperature of the oil bath was set to 100 ° C., and THF was distilled off by atmospheric distillation, and then allowed to cool to room temperature.
フラスコを氷水浴で冷やしながら、濃塩酸20mlを加え、この液体をHITACHI製冷却遠心機05PR−22(設定10℃、3000rpm×15min、以下同様)にかけて、沈殿物と上澄み液とに分離し、上澄み液を除去した。 While cooling the flask in an ice-water bath, 20 ml of concentrated hydrochloric acid was added, and this liquid was subjected to a HITACHI cooling centrifuge 05PR-22 (setting 10 ° C., 3000 rpm × 15 min, the same applies hereinafter) to separate the precipitate and the supernatant, and the supernatant The liquid was removed.
沈殿物に10%塩酸30mlを加えてよく混ぜ合わせた後、同様に遠心分離機にかけて、沈殿物と上澄み液とに分離し、上澄み液を除去した。
沈殿物に10%塩酸30mlを加えて、フラスコに移し、80℃のオイルバスで1時間加熱した後、氷水浴で充分に冷やした後、再び遠心分離機にかけて、沈殿物と上澄み液とに分離し、上澄み液を除去した。
After adding 30 ml of 10% hydrochloric acid to the precipitate and mixing well, it was similarly centrifuged to separate the precipitate and the supernatant, and the supernatant was removed.
Add 30 ml of 10% hydrochloric acid to the precipitate, transfer to a flask, heat in an oil bath at 80 ° C. for 1 hour, sufficiently cool in an ice-water bath, and then centrifuge again to separate the precipitate from the supernatant. The supernatant was removed.
沈殿物に10%塩酸30mlを加えてよく混ぜ合わせた後、同様に遠心分離機にかけて、沈殿物と上澄み液とに分離し、上澄み液を除去した。
沈殿物に水30mlを加えてよく混ぜ合わせた後、同様に遠心分離機にかけて、沈殿物と上澄み液とに分離し、上澄み液を除去した。
After adding 30 ml of 10% hydrochloric acid to the precipitate and mixing well, it was similarly centrifuged to separate the precipitate and the supernatant, and the supernatant was removed.
After adding 30 ml of water to the precipitate and mixing well, it was similarly centrifuged to separate the precipitate and the supernatant, and the supernatant was removed.
沈殿物に水を加えた後に遠心分離機にかける工程(以下、洗浄と記す)を合計5回繰り返した。
洗浄後の沈殿物をシャーレに移して、50℃の送風乾燥機内で2日間乾燥した。
After adding water to the precipitate, the step of centrifuging (hereinafter referred to as washing) was repeated a total of 5 times.
The washed precipitate was transferred to a petri dish and dried in a blow dryer at 50 ° C. for 2 days.
乾燥後の沈殿物を乳鉢で粉砕した後、さらに30℃設定のサンプルオーブン中で、1晩真空乾燥を行い、7.30gのイオン解離性機能高分子を得た。
なお、上記加水分解工程により、スルホニルフルオリド基−SO2Fは、スルホン酸基
(−SO2OH)に変換される。
After the dried precipitate was pulverized in a mortar, it was further vacuum-dried overnight in a sample oven set at 30 ° C. to obtain 7.30 g of an ion dissociative functional polymer.
Incidentally, the above hydrolysis step, the sulfonyl fluoride groups -SO 2 F are converted to sulfonic acid groups (-SO 2 OH).
〔実施例2〕
実施例1で用いた、1,2,4−トリクロロベンゼン20ml(室温で29g)をパーフルオロトリペンチルアミン(商品名Fluorinert FC−70)20ml(室温で38g)に変え、IC8F16Iの使用量を4.13g(6.31mmol)に変え、実
施例1で行った7日間の加熱・攪拌を8日間とした以外は、実施例1と同様に行い、7.27gのイオン解離性機能高分子を得た。
[Example 2]
The 20 ml of 1,2,4-trichlorobenzene (29 g at room temperature) used in Example 1 was changed to 20 ml of perfluorotripentylamine (trade name Fluorinert FC-70) (38 g at room temperature), and IC 8 F 16 I The amount used was changed to 4.13 g (6.31 mmol), and heating and stirring for 7 days in Example 1 were performed for 8 days. A polymer was obtained.
〔実施例3〕
(工程(1))
攪拌器を取り付けたガラス製200ml四つ口フラスコに、上記イオン解離性機能分子前駆体11.5g(4.09mmol)を加え、1,2,4−トリクロロベンゼン30ml(室温で44g)を加えて、窒素気流雰囲気下、200℃のオイルバスで加熱・攪拌した。そこへIC8F16Iを2.64g(4.04mmol)とジ−t−ブチルパーオキシ
ド(以下(t−BuO)2と表すことがある)を0.90g(6.16mmol)とを1,2,4−トリクロロベンゼン9.5gに溶解したものを8分割して1時間おきに加え終夜
攪拌した。
Example 3
(Process (1))
To a glass 200 ml four-necked flask equipped with a stirrer, 11.5 g (4.09 mmol) of the ion dissociable functional molecule precursor was added, and 30 ml of 1,2,4-trichlorobenzene (44 g at room temperature) was added. The mixture was heated and stirred in an oil bath at 200 ° C. in a nitrogen stream atmosphere. Thereto, 1.64 g (4.04 mmol) of IC 8 F 16 I and 0.90 g (6.16 mmol) of di-t-butyl peroxide (hereinafter sometimes referred to as (t-BuO) 2 ) and 1 , 2,4-trichlorobenzene dissolved in 9.5 g was added in 8 portions every 1 hour and stirred overnight.
翌日IC8F16Iを2.11g(3.23mmol)と(t−BuO)2を0.71g(4.86mmol)とを1,2,4−トリクロロベンゼン7.6gに溶解したものを8分割して1時間おきに加え終夜攪拌した。 On the next day, a solution prepared by dissolving 2.11 g (3.23 mmol) of IC 8 F 16 I and 0.71 g (4.86 mmol) of (t-BuO) 2 in 7.6 g of 1,2,4-trichlorobenzene was used. Divided and added every hour and stirred overnight.
翌日(t−BuO)2を1.06g(7.26mmol)を1,2,4−トリクロロベン
ゼン2.1gに溶解したものを8分割して1時間おきに加え終夜攪拌した。
なお、攪拌はすべて200℃で行った。時折、反応液をサンプリングして19F−NMRを測定し、−59ppmのピークが小さくなっていく様子を確認した。
On the next day, 1.06 g (7.26 mmol) of (t-BuO) 2 dissolved in 2.1 g of 1,2,4-trichlorobenzene was divided into 8 portions and added every other hour and stirred overnight.
All stirring was performed at 200 ° C. Occasionally, the reaction solution was sampled and 19 F-NMR was measured, and it was confirmed that the peak at −59 ppm was reduced.
翌日(反応開始から3日後)にオイルバスの温度を150℃にして、1,2,4−トリクロロベンゼンを減圧蒸留の形で留去し、さらに150℃で1時間減圧乾燥を行った。室温に戻した後、フラスコ内の残渣をクロロホルム20mlで1回、10mlで4回洗浄して
不溶物をろ取し、得られた固形物を室温で1晩減圧乾燥し、黒色固形物である反応生成物を得た。
On the next day (3 days after the start of the reaction), the temperature of the oil bath was set to 150 ° C., and 1,2,4-trichlorobenzene was distilled off in the form of vacuum distillation, followed by vacuum drying at 150 ° C. for 1 hour. After returning to room temperature, the residue in the flask was washed once with 20 ml of chloroform and 4 times with 10 ml, and the insoluble matter was collected by filtration. The obtained solid was dried under reduced pressure at room temperature overnight to be a black solid. A reaction product was obtained.
(加水分解工程)
加水分解工程は実施例1と同様に行い、9.26gのイオン解離性機能高分子を得た。
〔比較例1〕
実施例1で用いた1,2,4−トリクロロベンゼンを、CS2/C6F6混合溶媒(CS2:C6F6(体積比=1:1)に変え、実施例1で行った200℃での加熱・攪拌を45℃(前記混合溶媒の還流温度)とした以外は実施例1と同様に行った。
(Hydrolysis step)
The hydrolysis step was performed in the same manner as in Example 1 to obtain 9.26 g of an ion dissociable functional polymer.
[Comparative Example 1]
The 1,2,4-trichlorobenzene used in Example 1 was changed to a CS 2 / C 6 F 6 mixed solvent (CS 2 : C 6 F 6 (volume ratio = 1: 1)), and the same procedure as in Example 1 was performed. The same procedure as in Example 1 was performed except that heating and stirring at 200 ° C. were changed to 45 ° C. (reflux temperature of the mixed solvent).
加熱・攪拌開始から3日の時点で、フラスコ内にヨウ素の析出がなく、19F−NMRでの変化もないため、反応が起きていないと判断し、反応を中止した。
〔イオン伝導度の測定〕
実施例1〜3で合成したイオン解離性機能高分子を室温下で12時間真空乾燥後、得られた粉末200mgを錠剤成型器で直径1.3cmの円形ペレット状になるようにプレス圧300MPaで加圧成型した。金メッキ電極で上記ペレットを密着できる状態で挟み込み、温度19℃、相対湿度70%の雰囲気中に3日以上置いた。
At 3 days after heating and stirring initiated, no precipitation of iodine into the flask, since there is no change in by 19 F-NMR, whereby the determined reaction does not occur, and stopped the reaction.
(Ion conductivity measurement)
The ion dissociative functional polymer synthesized in Examples 1 to 3 was vacuum-dried at room temperature for 12 hours, and then 200 mg of the obtained powder was formed into a circular pellet with a diameter of 1.3 cm with a tablet molding machine at a press pressure of 300 MPa. Press molded. The pellets were sandwiched between gold-plated electrodes in a state where they were in close contact, and placed in an atmosphere at a temperature of 19 ° C. and a relative humidity of 70% for 3 days or more.
このペレット電極接合体について、交流インピーダンスアナライザーを用いて周波数1MHz〜1Hz、印加電圧10mVでインピーダンス測定を行った。
測定終了後、ペレットの面積と厚みを測った。分析した測定データから、各イオン解離性機能高分子のプロトン伝導度を算出した。
The pellet electrode assembly was subjected to impedance measurement using an AC impedance analyzer at a frequency of 1 MHz to 1 Hz and an applied voltage of 10 mV.
After completion of the measurement, the area and thickness of the pellet were measured. The proton conductivity of each ion dissociative functional polymer was calculated from the analyzed measurement data.
Claims (11)
フラーレンに、少なくとも一部がフッ素化されたスペーサー基を介してイオン解離性基の前駆体基が結合してなるイオン解離性機能分子前駆体と、
連結分子とを反応させ、
連結分子由来の連結鎖を介して前記イオン解離性機能分子前駆体が結合してなる反応生成物を得る工程(1)を有することを特徴とするイオン解離性機能高分子の製造方法。 In a solvent having a boiling point of 160 ° C. or higher, including at least one selected from the group consisting of a halogenated aromatic compound and a perfluoroaliphatic compound,
An ion dissociable functional molecule precursor formed by binding a precursor group of an ion dissociable group to fullerene via a spacer group at least partially fluorinated;
React with linking molecules,
A method for producing an ion dissociative functional polymer, comprising a step (1) of obtaining a reaction product obtained by binding the ion dissociable functional molecule precursor through a connecting chain derived from a connecting molecule.
前記パーフルオロ脂肪族化合物が、パーフルオロトリアルキルアミンおよび炭素数12〜30のパーフルオロアルカンからなる群から選択される少なくとも1種のパーフルオロ脂肪族化合物であることを特徴とする請求項1に記載のイオン解離性機能高分子の製造方法。 The halogenated aromatic compound is at least one halogenated aromatic selected from the group consisting of trichlorobenzene, o-dibromobenzene, m-dibromobenzene, o-dichlorobenzene, m-dichlorobenzene, 1-chloronaphthalene. A compound,
The perfluoroaliphatic compound is at least one perfluoroaliphatic compound selected from the group consisting of perfluorotrialkylamines and perfluoroalkanes having 12 to 30 carbon atoms. The manufacturing method of the ion dissociation functional polymer of description.
アルキルアミンであることを特徴とする請求項2に記載のイオン解離性機能高分子の製造方法。 The ion dissociation function according to claim 2, wherein the perfluorotrialkylamine is at least one perfluorotrialkylamine selected from the group consisting of perfluorotripentylamine and perfluorotributylamine. Polymer production method.
−(CF2)n− ・・・(1)
(上記一般式(1)において、nは5〜10の整数である。) The method for producing an ion-dissociative functional polymer according to any one of claims 1 to 6, wherein the linking chain is a chain represented by the following general formula (1).
- (CF 2) n- ··· ( 1)
(In the general formula (1), n is an integer of 5 to 10.)
−(CF2)m− ・・・(2)
(上記一般式(2)において、mは1〜10の整数である。) The said spacer group has a structure represented by following General formula (2), The manufacturing method of the ion dissociative functional polymer in any one of Claims 1-7 characterized by the above-mentioned.
-(CF 2 ) m- (2)
(In the general formula (2), m is an integer of 1 to 10.)
−(CF2)m−O−(CF2)m− ・・・(3)
(上記一般式(3)において、mはそれぞれ独立に1〜10の整数である。) The method for producing an ion-dissociative functional polymer according to any one of claims 1 to 8, wherein the spacer group is a group represented by the following general formula (3).
- (CF 2) m-O- (CF 2) m- ··· (3)
(In the above general formula (3), m is each independently an integer of 1 to 10.)
かに記載のイオン解離性機能高分子の製造方法。 The method for producing an ion dissociative functional polymer according to any one of claims 1 to 9, wherein the step (1) is performed in the presence of a radical initiator.
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