JP2011040370A - Polymer electrolyte material, and manufacturing method of polymer electrolyte membrane - Google Patents

Polymer electrolyte material, and manufacturing method of polymer electrolyte membrane Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing a polymer electrolyte material having excellent proton conductivity under a low humidification condition which enables a solid polymer fuel cell to have a long term power generation durability when the solid polymer fuel cell employs this polymer electrolyte material, and to provide a method of manufacturing polymer electrolyte membrane using this polymer electrolyte material. <P>SOLUTION: In the manufacturing method of the polymer electrolyte material wherein at least two kinds of polymer A and polymer B of different ionic group densities are blended, at least the polymer A is aromatic polyether ketone having hydrolyzable group, and they are blended so that, when ionic group density of polymer A is denoted by X, ionic group density of polymer B is denoted by Y and ionic group density after blending is denoted by Z, X is 1.5 mmol/g or less, Y is X+0.5 mmol/g or more, and Z is X+0.2 mmol/g or more. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、高分子電解質型燃料電池において、低加湿条件下においても優れたプロトン伝導性を有し、なおかつ優れた機械強度、燃料遮断性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材料および高分子電解質膜に関するものである。   The present invention is a polymer electrolyte fuel cell that has excellent proton conductivity even under low humidification conditions, and is excellent in practicality that can achieve excellent mechanical strength, fuel cutoff and long-term durability. The present invention relates to a polymer electrolyte material and a polymer electrolyte membrane.

燃料電池は、水素、メタノールなどの燃料を電気化学的に酸化することによって、電気エネルギーを取り出す一種の発電装置であり、近年、クリーンなエネルギー供給源として注目されている。なかでも高分子電解質型燃料電池は、標準的な作動温度が100℃前後と低く、かつ、エネルギー密度が高いことから、比較的小規模の分散型発電施設、自動車や船舶など移動体の発電装置として幅広い応用が期待されている。また、小型移動機器、携帯機器の電源としても注目されており、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの二次電池に替わり、携帯電話やパソコンなどへの搭載が期待されている。   BACKGROUND ART A fuel cell is a kind of power generation device that extracts electrical energy by electrochemically oxidizing a fuel such as hydrogen or methanol, and has recently attracted attention as a clean energy supply source. In particular, the polymer electrolyte fuel cell has a low standard operating temperature of around 100 ° C. and a high energy density, so that it is a relatively small-scale distributed power generation facility, a mobile power generator such as an automobile or a ship. As a wide range of applications are expected. It is also attracting attention as a power source for small mobile devices and portable devices, and is expected to be installed in mobile phones and personal computers in place of secondary batteries such as nickel metal hydride batteries and lithium ion batteries.

燃料電池は通常、発電を担う反応の起こるアノードとカソードの電極と、アノードとカソード間のプロトン伝導体となる高分子電解質膜とが、膜電極複合体(以降、MEAと略称することがある。)を構成し、このMEAがセパレータによって挟まれたセルをユニットとして構成されている。高分子電解質膜は高分子電解質材料を主として構成される。高分子電解質材料は電極触媒層のバインダー等にも用いられる。   In a fuel cell, an anode electrode and a cathode electrode in which a reaction responsible for power generation occurs, and a polymer electrolyte membrane serving as a proton conductor between the anode and the cathode are sometimes referred to as a membrane electrode assembly (hereinafter, abbreviated as MEA). ) And a cell in which this MEA is sandwiched between separators is configured as a unit. The polymer electrolyte membrane is mainly composed of a polymer electrolyte material. The polymer electrolyte material is also used as a binder for the electrode catalyst layer.

高分子電解質材料としては、耐熱性、化学的安定性の点から芳香族ポリエーテルケトンや芳香族ポリエーテルスルホンについて特に活発に検討がなされてきた。   As polymer electrolyte materials, aromatic polyether ketones and aromatic polyether sulfones have been particularly actively studied from the viewpoints of heat resistance and chemical stability.

芳香族ポリエーテルケトン(以降、PEKと略称することがある。)(ビクトレックス PEEK−HT(ビクトレックス製)等が挙げられる)のスルホン化物(例えば、特許文献1および2)においては、その高い結晶性ゆえに、低いスルホン酸基密度の組成を有するポリマーは、結晶が残存することにより溶剤に不溶で加工性不良となる問題、逆に加工性を高めるためにスルホン酸基密度を増加させると、ポリマーは結晶性でなくなることにより水中で著しく膨潤し、作成した膜の燃料クロスオーバーが大きいだけでなく、作成した膜の強度が不十分であった。   In a sulfonated product (for example, Patent Documents 1 and 2) of an aromatic polyether ketone (hereinafter, sometimes abbreviated as PEK) (including Victrex PEEK-HT (manufactured by Victrex)), it is high. Because of the crystallinity, a polymer having a low sulfonic acid group density composition is insoluble in a solvent due to the remaining crystals, resulting in poor processability. Conversely, if the sulfonic acid group density is increased to improve processability, Since the polymer was not crystalline, it swelled remarkably in water, and not only the fuel crossover of the prepared membrane was large, but also the strength of the prepared membrane was insufficient.

ここで、芳香族ポリエーテルケトンとポリスルホンおよび親水性ポリマーのブレンドからなる高分子電解質膜が報告されている(特許文献3)。しかし、イオン性基密度が充分にコントロールできておらず、機械強度、物理的耐久性が満足できるものではなかった。   Here, a polymer electrolyte membrane made of a blend of aromatic polyetherketone, polysulfone and a hydrophilic polymer has been reported (Patent Document 3). However, the ionic group density was not sufficiently controlled, and the mechanical strength and physical durability were not satisfactory.

このように、従来技術による高分子電解質材料は経済性、加工性、プロトン伝導性、燃料クロスオーバー、機械強度、ひいては長期耐久性を向上する手段としては不十分であり、産業上有用な燃料電池用高分子電解質材料とはなり得ていなかった。   As described above, the polymer electrolyte material according to the prior art is insufficient as a means for improving economy, workability, proton conductivity, fuel crossover, mechanical strength, and long-term durability, and is an industrially useful fuel cell. It could not be a polymer electrolyte material for use.

特開平6−93114号公報JP-A-6-93114 特表2004−528683号公報Japanese translation of PCT publication No. 2004-528683 特開平8−20716号公報JP-A-8-20716

本発明は、かかる従来技術の背景に鑑み、低加湿条件下において優れたプロトン伝導性を有し、固体高分子型燃料電池としたときに、長期発電耐久性を達成することができる高分子電解質材料および高分子電解質膜の製造方法を提供せんとするものである。   In light of the background of the prior art, the present invention provides a polymer electrolyte that has excellent proton conductivity under low humidification conditions and can achieve long-term power generation durability when a solid polymer fuel cell is obtained. It is intended to provide a material and a method for producing a polymer electrolyte membrane.

本発明は、かかる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、本発明の高分子電解質材料および高分子電解質膜の製造方法は、以下のとおりである。   The present invention employs the following means in order to solve such problems. That is, the method for producing the polymer electrolyte material and the polymer electrolyte membrane of the present invention is as follows.

少なくとも2種類のイオン性基密度の異なるポリマーAおよびポリマーBをブレンドする高分子電解質材料の製造方法であって、少なくともポリマーAが加水分解性基を有する芳香族ポリエーテルケトンであり、ポリマーAのイオン性基密度をX、ポリマーBのイオン性基密度をY、ブレンド後のイオン性基密度をZとした時、Xは1.5mmol/g以下、YはX+0.5mmol/g以上、ZはX+0.2mmol/g以上となるようにブレンドすることを特徴とする芳香族ポリエーテルケトン高分子電解質材料の製造方法   A method for producing a polyelectrolyte material comprising blending at least two types of polymers A and B having different ionic group densities, wherein at least polymer A is an aromatic polyetherketone having a hydrolyzable group, When the ionic group density is X, the ionic group density of polymer B is Y, and the ionic group density after blending is Z, X is 1.5 mmol / g or less, Y is X + 0.5 mmol / g or more, Z is A method for producing an aromatic polyetherketone polymer electrolyte material, wherein blending is performed so that X + 0.2 mmol / g or more

本発明によれば、固体高分子型燃料電池において、低加湿条件下において優れたプロトン伝導性を有し、長期発電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材料、ならびにそれを用いた高性能な高分子電解質膜を提供することができる。   According to the present invention, in a polymer electrolyte fuel cell, a polymer electrolyte material having excellent proton conductivity under low humidification conditions and capable of achieving long-term power generation durability, as well as it A high-performance polymer electrolyte membrane using can be provided.

高温低加湿発電評価、乾湿サイクル数による耐久性評価の結果Results of high-temperature low-humidification power generation evaluation and durability evaluation based on the number of wet and dry cycles

以下、まず本発明について詳細に説明する。本発明は、前記課題、つまり経済性、加工性に優れた産業上有用な高分子電解質ポリマーの製造方法について、鋭意検討し、少なくとも2種類以上のイオン性基密度の異なるポリマーをブレンドすることにより、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。   Hereinafter, the present invention will be described in detail first. The present invention has been intensively studied on the above-mentioned problem, that is, a method for producing an industrially useful polyelectrolyte polymer excellent in economic efficiency and processability, and blending at least two polymers having different ionic group densities. , It has been clarified that such problems can be solved all at once.

従来のスルホン化芳香族ポリエーテルケトン、スルホン化芳香族ポリエーテルスルホンを高分子電解質材料として用いた場合には、プロトン伝導性を高めるためにイオン性基の含有量を増加すると膜が膨潤し、メタノールなどの燃料クロスオーバーが大きいという問題、ポリマー分子鎖の凝集力が低いために膜の機械強度や高次構造の安定性が不十分という問題があった。これに対し、本発明の高分子電解質材料の製造方法は少なくともイオン交換容量の異なるポリマーを二種類以上ブレンドすることにより、耐久性の低下を抑えながら、低加湿時の発電性能を改善できることを見出した。   When conventional sulfonated aromatic polyether ketone or sulfonated aromatic polyethersulfone is used as a polymer electrolyte material, the membrane swells when the content of ionic groups is increased to increase proton conductivity, There was a problem that the fuel crossover of methanol or the like was large, and a problem that the mechanical strength of the membrane and the stability of the higher order structure were insufficient due to the low cohesion of the polymer molecular chains. On the other hand, the method for producing a polymer electrolyte material of the present invention has found that power generation performance at low humidification can be improved while blending at least two kinds of polymers having different ion exchange capacities while suppressing a decrease in durability. It was.

本発明に使用されるポリマーは少なくともイオン性基密度の異なるポリマーAとポリマーBを含むものであり、3種類以上のポリマーを含むものであってもよい。   The polymer used in the present invention includes at least polymer A and polymer B having different ionic group densities, and may include three or more types of polymers.

本発明が活用できるイオン性基の量は例えばスルホン酸基とした場合、スルホン酸基密度(mmol/g)の値として示すことができる。ここで、イオン性基密度とは、乾燥した高分子電解質材料1グラムあたりに導入されたイオン性基のモル数であり、値が大きいほどイオン性基の量が多いことを示す。イオン性基密度は、元素分析、中和滴定、キャピラリー電気泳動法により求めることが可能である。   The amount of ionic groups that can be utilized in the present invention can be expressed as a value of sulfonic acid group density (mmol / g), for example, in the case of sulfonic acid groups. Here, the ionic group density is the number of moles of ionic groups introduced per gram of the dried polymer electrolyte material, and the larger the value, the greater the amount of ionic groups. The ionic group density can be determined by elemental analysis, neutralization titration, or capillary electrophoresis.

本発明のイオン性基を有する電解質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。   The electrolyte having an ionic group of the present invention contains other components, for example, an inactive polymer or an organic or inorganic compound having no conductivity or ionic conductivity, as long as the object of the present invention is not impaired. It doesn't matter.

本発明の電解質膜の製造方法に使用するポリマー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や、高分子反応でイオン性基を導入する方法があげられる。   The method for introducing an ionic group into the polymer used in the method for producing an electrolyte membrane of the present invention includes a method of polymerizing using a monomer having an ionic group and a method of introducing an ionic group by a polymer reaction. can give.

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い。同様に、加水分解性基を導入する方法は、繰り返し単位中に加水分解性基を有したモノマーを用いて重合すればよい。   As a polymerization method using a monomer having an ionic group, a monomer having an ionic group in a repeating unit may be used. Similarly, the method for introducing a hydrolyzable group may be carried out using a monomer having a hydrolyzable group in the repeating unit.

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したり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。   The method for introducing an ionic group by a polymer reaction will be described with an example. As a method for sulfonating an aromatic polymer, that is, a method for introducing a sulfonic acid group, for example, JP-A-2-16126 or A method described in JP-A-2-208322 is known. Specifically, for example, sulfonation by reacting an aromatic polymer 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. Can do. 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.

また、イオン性基は例えばスルホン酸基を例に挙げると−SO3H型でも−SO3M型(Mは金属)でもよいが、溶媒の一部を除去して、基材上に膜状物を得る工程を含む本発明の場合は−SO3M型(Mは金属)が好ましい。溶媒乾燥時に熱安定性の点と、製造設備のコスト低減が可能となる。前記の金属Mはスルホン酸と塩を形成しうるものであればよいが、価格および環境負荷の点からはLi、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、Ba、Ti、V、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Mo、Wなどが好ましく、これらの中でもLi、Na、K、Ca、Sr、Baがより好ましく、Li、Na、Kがさらに好ましい。 Further, for example, the ionic group may be -SO 3 H type or -SO 3 M type (M is a metal) when a sulfonic acid group is taken as an example, but a part of the solvent is removed to form a film on the substrate. In the case of the present invention including a step of obtaining a product, the —SO 3 M type (M is a metal) is preferred. The point of heat stability at the time of solvent drying and the cost reduction of manufacturing equipment are attained. The metal M may be any salt as long as it can form a salt with sulfonic acid, but Li, Na, K, Rb, Cs, Mg, Ca, Sr, Ba, Ti, V, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Zr, Mo, W, and the like are preferable. Among these, Li, Na, K, Ca, Sr, and Ba are more preferable, and Li, Na, and K are more preferable.

本発明の電解質膜の製造方法が適用できるポリマーAのイオン性基密度Xは、機械強度、長期耐久性の点から1.5mmol/g以下である必要がある。また、ポリマーBのイオン性基密度Yはプロトン伝導性および低加湿時の発電性能の点からX+0.5mmol/gである必要があり、好ましくは2.1mmol/g以上がよい。さらに、ブレンド後のポリマーのイオン性基密度ZはX+0.2mmol/gとすることで、プロトン伝導性および低加湿時の発電性能を維持することができる。   The ionic group density X of the polymer A to which the method for producing an electrolyte membrane of the present invention can be applied needs to be 1.5 mmol / g or less from the viewpoint of mechanical strength and long-term durability. In addition, the ionic group density Y of the polymer B needs to be X + 0.5 mmol / g, preferably 2.1 mmol / g or more, from the viewpoint of proton conductivity and power generation performance at low humidification. Further, by setting the ionic group density Z of the polymer after blending to X + 0.2 mmol / g, proton conductivity and power generation performance at low humidification can be maintained.

本発明に使用されるポリマーAについて説明する。ポリマーAは、機械強度、物理的耐久性および化学的安定性などの点から、加水分解性基を有する芳香族ポリエーテルケトンである必要がある。本発明の電解質膜の製造方法では、加水分解性基を含有するポリマーを前駆体として使用するが、本発明中の加水分解性基とは、加水分解性基が導入されていない場合に溶媒に溶解困難なポリマーに導入し、後の工程で加水分解によって除去することを前提に、溶液製膜や濾過が容易に実施できるように一時的に導入する可溶性付与を目的とした置換基である。なお、本発明において、芳香族ポリエーテルケトンとは、加水分解性基を有する前駆体も含まれる。   The polymer A used in the present invention will be described. The polymer A needs to be an aromatic polyether ketone having a hydrolyzable group from the viewpoints of mechanical strength, physical durability and chemical stability. In the method for producing an electrolyte membrane of the present invention, a polymer containing a hydrolyzable group is used as a precursor. The hydrolyzable group in the present invention is a solvent when no hydrolyzable group is introduced. It is a substituent for the purpose of imparting solubility that is temporarily introduced so that solution casting or filtration can be easily performed on the assumption that it is introduced into a polymer that is difficult to dissolve and then removed by hydrolysis in a later step. In the present invention, the aromatic polyether ketone includes a precursor having a hydrolyzable group.

加水分解性基は反応性や収率、加水分解性基含有状態の安定性、製造コスト等を考慮して適宜選択することが可能である。また、重合反応において加水分解性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が、生産性の観点からモノマー段階で導入するのが好ましい。   The hydrolyzable group can be appropriately selected in consideration of reactivity, yield, stability of the hydrolyzable group-containing state, production cost, and the like. In addition, the stage for introducing the hydrolyzable group in the polymerization reaction may be selected from the monomer stage, the oligomer stage, or the polymer stage, and can be selected as appropriate. From the viewpoint of productivity, it is introduced at the monomer stage. It is preferable to do this.

加水分解性基の活用例は、最終的にはケトンとなる部位をアセタールまたはケタール部位に変形し加水分解性基とし、溶液製膜後にこの部位を加水分解しケトン部位に変化させる方法を挙げることができる。また、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とする方法が挙げられる。また、スルホン酸を可溶性エステル誘導体とする方法や、芳香環に可溶性基としてt−ブチル基を導入し、酸で脱t−ブチル化する方法等も同様な思想で用いることが可能であるが、後述の結晶能を付与する観点から、最終的にはケトンとなる部位をケタール部位に変形し加水分解性基とすることが好ましい。   Examples of utilizing hydrolyzable groups include a method in which the site that eventually becomes a ketone is transformed into an acetal or ketal site to form a hydrolyzable group, and this site is hydrolyzed and converted to a ketone site after film formation in solution. Can do. Moreover, the method which makes a ketone site | part a hetero atom analog of acetal or a ketal site | part, for example, thioacetal and thioketal, is mentioned. Further, a method of making a sulfonic acid a soluble ester derivative, a method of introducing a t-butyl group as a soluble group into an aromatic ring, and det-butylating with an acid can be used in the same manner. From the viewpoint of imparting the crystal ability described later, it is preferable that the site that eventually becomes a ketone is transformed into a ketal site to form a hydrolyzable group.

加水分解性基は、一般的な溶剤に対する溶解性を向上させ、結晶性を低減する観点から、立体障害が大きいという点で脂肪族基、特に環状部分を含む脂肪族基が好ましく用いられる。   As the hydrolyzable group, an aliphatic group, particularly an aliphatic group containing a cyclic moiety is preferably used from the viewpoint of improving the solubility in a general solvent and reducing crystallinity, from the viewpoint of large steric hindrance.

加水分解性基を導入する官能基の位置としては、ポリマーの主鎖であることがより好ましい。主鎖に導入することで加水分解性基導入時と加水分解後に安定な基に変化させた後の状態の差が大きく、ポリマー鎖のパッキングが強くなり、溶媒可溶性から不溶性に変化し、機械的強度や耐水性が強くなる傾向にある。ここで、ポリマーの主鎖に存在する官能基とは、その官能基を削除した場合にポリマー鎖が切れてしまう官能基と定義する。例えば、芳香族ポリエーテルケトンのケトン基を削除するとベンゼン環とベンゼン環が切れてしまうことを意味するものである。   The position of the functional group for introducing the hydrolyzable group is more preferably the main chain of the polymer. When introduced into the main chain, the difference in state after introduction of hydrolyzable groups and after changing to stable groups after hydrolysis is large, the packing of the polymer chains becomes stronger, the solvent changes from soluble to insoluble, mechanical Strength and water resistance tend to increase. Here, the functional group present in the main chain of the polymer is defined as a functional group that breaks the polymer chain when the functional group is deleted. For example, this means that if the ketone group of the aromatic polyether ketone is deleted, the benzene ring and the benzene ring are broken.

本発明の電解質膜の製造方法において、加水分解性基を含む構成単位として、より好ましくは下記一般式(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。   In the method for producing an electrolyte membrane of the present invention, the structural unit containing a hydrolyzable group preferably contains at least one selected from the following general formulas (P1) and (P2).

Figure 2011040370
Figure 2011040370

(式(P1)および(P2)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を表し、それぞれが2種類以上の基を表しても良い。式(P1)および(P2)で表される基は任意に置換されていてもよい。)
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、ケトン部位をケタール部位とする方法が最も好ましい。
(In the formulas (P1) and (P2), 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, and R 3 is any An alkylene group, E represents O or S, each of which may represent two or more groups, and the groups represented by formulas (P1) and (P2) may be optionally substituted.)
Of these, the method in which E is O in the general formulas (P1) and (P2), that is, the ketone moiety is a ketal moiety, is most preferable in terms of the odor, reactivity, stability, and the like of the compound.

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。 R 1 and R 2 in formula (P1) are more preferably an alkyl group from the viewpoint of stability, more preferably an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and most preferably an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms. It is a 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.

前記一般式(P1)または(P2)構成単位のなかでも、工程中の耐加水分解性などの安定性、溶媒への溶解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。 Among the structural units of the general formula (P1) or (P2), those having at least the general formula (P2) are more preferably used from the viewpoint of stability such as hydrolysis resistance during the process and solubility in a solvent. It is done. 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Ar〜Ar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。本発明では、溶解性および原料入手の容易さから、前記一般式(P2)中のArおよびArが共にフェニレン基であることがより好ましく、最も好ましくはArおよびArが共にp−フェニレン基である。 A preferable organic group as Ar 1 to Ar 4 in the general formulas (P1) and (P2) is a phenylene group, a naphthylene group, or a biphenylene group. These may be optionally substituted. In the present invention, it is more preferable that Ar 3 and Ar 4 in the general formula (P2) are both phenylene groups, and most preferably, both Ar 3 and Ar 4 are p- A phenylene group.

本発明において、ケトン部位をケタール等の加水分解性基する方法としては、ケトン基を有する前駆体化合物を、酸触媒存在下で1官能および/または2官能アルコールと反応させる方法が挙げられる。例えば、ケトン前駆体の4,4’−ジヒドロキシベンゾフェノンと1官能および/または2官能アルコール、脂肪族又は芳香族炭化水素などの溶媒中で臭化水素などの酸触媒の存在下で反応させることによって製造できる。アルコールは炭素数1〜20の脂肪族アルコールである。   In the present invention, examples of a method for hydrolyzing a ketone moiety such as a ketal include a method in which a precursor compound having a ketone group is reacted with a monofunctional and / or bifunctional alcohol in the presence of an acid catalyst. For example, by reacting the ketone precursor 4,4′-dihydroxybenzophenone in a solvent such as monofunctional and / or difunctional alcohols, aliphatic or aromatic hydrocarbons in the presence of an acid catalyst such as hydrogen bromide. Can be manufactured. The alcohol is an aliphatic alcohol having 1 to 20 carbon atoms.

本発明の電解質膜の製造方法に適用するモノマーのうち加水分解性基を有することが好ましい例としては、芳香族ジヒドロキシ化合物としてそれぞれ下記一般式(P1−1)および(P2−1)で表される化合物が挙げられ、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。加水分解性基を有するモノマーは前記一般式(P1)および(P2)で表される構成単位が芳香族ジヒドロキシ化合物、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、モノマーの反応性を考慮して芳香族ジヒドロキシ化合物由来とする方がより好ましい。   Preferred examples of the monomer applied to the method for producing an electrolyte membrane of the present invention having a hydrolyzable group are represented by the following general formulas (P1-1) and (P2-1) as aromatic dihydroxy compounds, respectively. And can be synthesized by an aromatic nucleophilic substitution reaction with an aromatic active dihalide compound. The monomer having a hydrolyzable group may be derived from either the aromatic dihydroxy compound or the aromatic active dihalide compound as the structural unit represented by the general formulas (P1) and (P2). Thus, it is more preferable to derive from an aromatic dihydroxy compound.

Figure 2011040370
Figure 2011040370

(一般式(P1−1)および(P2−1)において、Ar1〜Ar4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。)
次に、本発明に使用されるポリマーBについて説明する。本発明に電解質膜の製造法に適用できるポリマーBは、機械強度、物理的耐久性および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好ましい。すなわち、主鎖に芳香環を有するポリマーであって、イオン性基を有するものがより好ましい。さらには、加水分解性基を有するものがよりいっそう好ましい。本発明のイオン性基とは、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。かかるイオン性基は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、NR4+(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、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。
(In the general formula (P1-1) and (P2-1), AR1 to AR4 any divalent arylene group, at least one of the radicals R 1 and R 2 selected from H and alkyl radicals, R 3 Represents an arbitrary alkylene group, E represents O or S. The compounds represented by the general formula (P1-1) and the general formula (P2-1) may be optionally substituted.
Next, the polymer B used in the present invention will be described. The polymer B applicable to the method for producing an electrolyte membrane in the present invention is preferably a polymer having an aromatic ring in the main chain among hydrocarbon polymers from the viewpoint of mechanical strength, physical durability and chemical stability. That is, a polymer having an aromatic ring in the main chain and having an ionic group is more preferable. Furthermore, what has a hydrolysable group is still more preferable. The ionic group of the present invention is not particularly limited as long as it is an atomic group having a negative charge, but preferably has a 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. Such an ionic group includes a case where it is a salt. 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.

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、物理的耐久性を有するものが好ましい。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。   The main chain structure is not particularly limited as long as it has an aromatic ring, but a main chain structure having sufficient mechanical strength and physical durability, for example, used as an engineering plastic is preferable. Specific examples of the polymer having an aromatic ring in the main chain include polysulfone, polyethersulfone, polyphenylene oxide, polyarylene ether polymer, polyphenylene sulfide, polyphenylene sulfide sulfone, polyparaphenylene, polyarylene polymer, polyarylene ketone, poly Examples include polymers containing at least one component such as ether ketone, polyarylene phosphine hydroxide, polyether phosphine oxide, polybenzoxazole, polybenzthiazole, polybenzimidazole, polyamide, polyimide, polyetherimide, polyimidesulfone and the like. It is done.

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。   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、ポリエーテルケトン、ポリエーテルケトンスルホン等のポリマーが、機械強度、物理的耐久性、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, polymers such as polyether ketone and polyether ketone sulfone are more preferable from the viewpoints of mechanical strength, physical durability, processability and hydrolysis resistance.

本発明の重合に使用する良溶媒としては、電解質ポリマーにとって良溶媒であり、重合時に電解質ポリマーの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。より好適な具体例としては、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などを挙げることができるが、これらに限定されることはない。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。   The good solvent used in the polymerization of the present invention is not particularly limited as long as it is a good solvent for the electrolyte polymer and can increase the molecular weight of the electrolyte polymer during polymerization. More preferred specific examples include N, N-dimethylacetamide, N, N-dimethylformamide, N-methyl-2-pyrrolidone, dimethyl sulfoxide, sulfolane, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, hexamethylphosphontri Examples include, but are not limited to, aprotic polar solvents such as amides. These organic solvents may be used alone or as a mixture of two or more.

本発明において、少なくとも二種類以上のポリマーをブレンドする方法としては、各々のポリマーを良溶媒で希釈し均になった状態で、各々の溶液混合するものである。   In the present invention, as a method of blending at least two kinds of polymers, the respective solutions are mixed in a state in which each polymer is diluted with a good solvent and made uniform.

また、ポリマー溶液を塗工する基材としては通常公知の材料が使用できるが、ステンレスなどの金属からなるエンドレスベルトまたはドラム、ポリエチレンフタレート、ポリイミドおよびポリスルホンなどのポリマーからなるフィルム、硝子板、剥離紙などが挙げられる。金属などは表面に鏡面処理を施したり、ポリマーフィルムなどは塗工面にコロナ処理を施したり、剥離処理をしたり、ロール状に連続塗工する場合は塗工面の裏に剥離処理を施し、巻き取った後に電解質膜と塗工基材の裏側が接着したりするのを防止することもできる。フィルム基材の場合、厚みは特に限定がないが、25μm〜200μm程度がハンドリングの観点から好ましい。   In addition, as a base material on which the polymer solution is applied, generally known materials can be used, but endless belts or drums made of metal such as stainless steel, films made of polymers such as polyethylene phthalate, polyimide and polysulfone, glass plates, release papers. Etc. For metal, etc., the surface is mirror-finished, for polymer films, etc., the coated surface is corona-treated, peeled off, and when continuously coated in roll form, the back of the coated surface is peeled off and wound. It is also possible to prevent the electrolyte membrane and the back side of the coated base material from adhering after removal. In the case of a film substrate, the thickness is not particularly limited, but is preferably about 25 μm to 200 μm from the viewpoint of handling.

本発明のポリマーを膜状に加工する方法としては、ポリマー溶液をナイフコート、ダイレクトロールコート、グラビアコート、スプレーコート、刷毛塗り、ディップコート、ダイコート、バキュームダイコート、カーテンコート、フローコート、スピンコート、リバースコート、スクリーン印刷などで基材上に流延塗工する手法が適用できる。生産性の観点から基材の両面に流延塗工してもよい。   As a method of processing the polymer of the present invention into a film, the polymer solution is knife coat, direct roll coat, gravure coat, spray coat, brush coat, dip coat, die coat, vacuum die coat, curtain coat, flow coat, spin coat, A technique of cast coating on a substrate by reverse coating, screen printing or the like can be applied. From the viewpoint of productivity, it may be cast on both sides of the substrate.

基板上に塗工されたポリマー溶液の溶媒の除去方法は、基材の加熱、熱風、赤外線ヒーター、電磁誘導加熱などの加熱蒸発工程が設備的な汎用性、生産性の観点から好ましい。また、溶媒の一部を加熱蒸発後、ポリマーが溶解しない溶媒に接触させる湿式凝固法等の公知の方法も選択できる。また、膜状に加工する際、電解質膜中に溶剤や可塑剤等が残存していてもハンドリングができる程度の自立膜になっておれば差し支えない。   As a method for removing the solvent of the polymer solution coated on the substrate, a heating evaporation step such as heating of the base material, hot air, infrared heater, electromagnetic induction heating or the like is preferable from the viewpoint of facility versatility and productivity. A known method such as a wet coagulation method in which a part of the solvent is heated and evaporated and then contacted with a solvent in which the polymer does not dissolve can be selected. Further, when processing into a film shape, even if a solvent, a plasticizer, or the like remains in the electrolyte membrane, it may be a self-supporting membrane that can be handled.

なお、電解質膜前駆体の膜厚としては特に制限がないが、通常3〜200μm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3μmより厚い方が好ましく、膜抵抗の低減つまり発電性能の向上のためには200μmより薄い方が好ましい。膜厚のより好ましい範囲は5〜100μm、さらに好ましい範囲は8〜50μmである。この膜厚は、塗工方法により種々の方法で制御できる。例えば、コンマコーターやダイレクトコーターで塗工する場合は、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、スリットダイコートでは吐出圧や口金のクリアランス、口金と基材のギャップなどで制御することができる。   In addition, although there is no restriction | limiting in particular as a film thickness of an electrolyte membrane precursor, Usually, the thing of 3-200 micrometers is used suitably. A thickness of more than 3 μm is preferable to obtain a membrane strength that can withstand practical use, and a thickness of less than 200 μm is preferable to reduce membrane resistance, that is, to improve power generation performance. A more preferable range of the film thickness is 5 to 100 μm, and a more preferable range is 8 to 50 μm. This film thickness can be controlled by various methods depending on the coating method. For example, when coating with a comma coater or direct coater, it can be controlled by the solution concentration or the coating thickness on the substrate, and by slit die coating, it is controlled by the discharge pressure, the clearance of the die, the gap between the die and the base material, etc. be able to.

さらに前記膜状物を前駆体とし、酸性水溶液と接触させて電解質膜とする工程が必須である。イオン性基が金属塩の場合にはプロトン交換する目的と同時に、加水分解性基の加水分解も同じに達成できるため、生産効率の向上が可能である。酸性水溶液は反応促進のために加熱してもよい。酸性水溶液は硫酸、塩酸、硝酸、酢酸など特に限定されず、温度、濃度等は適宜実験的に選択可能である。生産性の観点から80℃以下の30重量%以下の硫酸水溶液を使用することが好ましい。   Furthermore, the process which uses the said film-like substance as a precursor and makes it contact with acidic aqueous solution to make an electrolyte membrane is essential. When the ionic group is a metal salt, the hydrolysis efficiency of the hydrolyzable group can be achieved at the same time as the purpose of proton exchange, so that the production efficiency can be improved. The acidic aqueous solution may be heated to accelerate the reaction. The acidic aqueous solution is not particularly limited, such as sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid, and acetic acid, and the temperature, concentration, and the like can be appropriately selected experimentally. From the viewpoint of productivity, it is preferable to use a 30% by weight or less sulfuric acid aqueous solution of 80 ° C. or less.

また、前の工程で微細な塩や残存モノマーが残存した場合、塩の部分が基点となり電解質膜の耐久性が低下する傾向にあるので、この工程により、膜中の水溶性の不純物、残存モノマー、溶媒なども除去可能である。   In addition, if fine salt or residual monomer remains in the previous step, the salt portion tends to be the starting point and the durability of the electrolyte membrane tends to decrease. Solvents and the like can also be removed.

また、酸性水溶液と接触させる前にあらかじめ水や電解質膜が冒されない溶剤等で洗浄することも有効であり、1,4,7,10,13,17-ヘキサオキサシクロオクタデカンなどを使用した場合は、事前に前駆体膜から抽出することでリサイクルが容易となる。   It is also effective to wash with water or a solvent that does not affect the electrolyte membrane before contacting with an acidic aqueous solution. When using 1,4,7,10,13,17-hexaoxacyclooctadecane, etc. Recycling is facilitated by extracting from the precursor film in advance.

また、酸性水溶液と接触させて電解質膜とした後、水洗して表面に酸性水溶液が残らないようにすることが好ましく、さらに保存のために乾燥してもよいし、水に浸漬させた状態で保存してもよい。   In addition, it is preferable that the electrolyte membrane is brought into contact with an acidic aqueous solution and then washed with water so that the acidic aqueous solution does not remain on the surface. Further, it may be dried for storage or immersed in water. May be saved.

また、酸性水溶液と接触させる方法としては特に制限がないが、塗工基材から膜状物を剥離した状態で接触させてもよいし、基材ごと膜状物を接触させてもよい。また、任意のサイズにカットして枚葉で酸性水溶液と接触させてもよいし、ロール状で連続的に酸性水溶液と接触させてもよい。   Moreover, there is no restriction | limiting in particular as a method of making it contact with acidic aqueous solution, You may make it contact in the state which peeled the film-like material from the coating base material, and you may make a film-like material contact the whole base material. Further, it may be cut into an arbitrary size and contacted with the acidic aqueous solution in a single sheet, or may be continuously contacted with the acidic aqueous solution in a roll shape.

本発明によって得られる高分子電解質成型体および高分子電解質材料を使用した高分子電解質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。   The use of the polymer electrolyte molded body and the polymer electrolyte fuel cell using the polymer electrolyte material obtained by 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。     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.

(1)スルホン酸基密度
検体となる膜の試料を25℃の純水に24時間浸漬し、40℃で24時間真空乾燥した後、元素分析により測定した。炭素、水素、窒素の分析は全自動元素分析装置varioEL、硫黄の分析はフラスコ燃焼法・酢酸バリウム滴定、フッ素の分析はフラスコ燃焼・イオンクロマトグラフ法で実施した。ポリマーの組成比から単位グラムあたりのスルホン酸基密度(mmol/g)を算出した。
(1) Density of sulfonic acid group A sample of a membrane serving as a specimen was immersed in pure water at 25 ° C. for 24 hours, vacuum-dried at 40 ° C. for 24 hours, and then measured by elemental analysis. Carbon, hydrogen, and nitrogen were analyzed by a fully automatic elemental analyzer varioEL, sulfur was analyzed by a flask combustion method / barium acetate titration, and fluorine was analyzed by a flask combustion / ion chromatograph method. The sulfonic acid group density per unit gram (mmol / g) was calculated from the composition ratio of the polymer.

(2)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、サンプル濃度0.1wt%、流量0.2mL/min、温度40℃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。
(2) 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 device 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. N-methyl-2 -Measured with a pyrrolidone solvent (N-methyl-2-pyrrolidone solvent containing 10 mmol / L lithium bromide) at a sample concentration of 0.1 wt%, a flow rate of 0.2 mL / min, and a temperature of 40 ° C. The weight average molecular weight was determined.

(3)乾湿サイクル試験
膜の乾燥湿潤サイクルを実際の発電状態で起こし機械的な耐久性および化学的な耐久性の総合的な指標とした。サイクル回数が大きいほど機械的および化学的耐久性が優れている。
(3) Dry and wet cycle test The dry and wet cycle of the membrane was caused in an actual power generation state, and used as a comprehensive index of mechanical durability and chemical durability. The greater the number of cycles, the better the mechanical and chemical durability.

具体的には、電解質膜を10cm角に切り取り、該膜を挟むように5cm角のBASF社製燃料電池用ガス拡散電極“ELAT(登録商標)LT120ENSI”(5g/mPt)2枚を配置し、150℃、5MPaで5分間プレスして膜電極複合体を作製した。該膜電極複合体を英和(株)製 JARI標準セル“Ex−1”(電極面積25cm)にセットし発電評価用モジュールとし、下記の条件で起動と停止繰り返し、起動時の電圧が0.2V未満または停止時の開回路電圧が0.8V未満になる回数を評価した。
・電子負荷装置;菊水電子工業社製 電子負荷装置“PLZ664WA”
・セル温度;常時80℃
・ガス加湿条件;アノード、カソードとも50%RH
・起動時供給ガス;アノードは水素、カソード空気
・起動時負荷電流;1A/cm
・起動時ガス利用率;アノードは量論の70%、カソードは量論の40%
・起動時間;3分間
・停止時供給ガス流量;アノード水素は0.25L/min、カソード空気は1L/min
・停止時間;3分間
・起動と停止の切り替え時;アノードに乾燥窒素、カソードに乾燥空気を1L/minで1分間供給し電解質膜を乾燥させた。
Specifically, the electrolyte membrane is cut into a 10 cm square, and two 5 cm square BASF fuel cell gas diffusion electrodes “ELAT (registered trademark) LT120ENSI” (5 g / m 2 Pt) are arranged so as to sandwich the membrane. And it pressed at 150 degreeC and 5 Mpa for 5 minutes, and produced the membrane electrode composite_body | complex. The membrane electrode assembly is set in a JARI standard cell “Ex-1” (electrode area 25 cm 2 ) manufactured by Eiwa Co., Ltd., and is used as a power generation evaluation module. The start-up and stop are repeated under the following conditions. The number of times that the open circuit voltage at the time of stoppage of less than 2V or less than 0.8V was evaluated.
-Electronic load device: Kikusui Electronics Co., Ltd. electronic load device "PLZ664WA"
・ Cell temperature: Always 80 ℃
・ Gas humidification condition: 50% RH for both anode and cathode
・ Start-up supply gas; anode is hydrogen, cathode air ・ Start-up load current: 1 A / cm 2
・ Gas utilization rate at startup; anode is 70% of stoichiometry, cathode is 40% of stoichiometry
・ Start-up time: 3 minutes ・ Stop supply gas flow rate: 0.25 L / min for anode hydrogen, 1 L / min for cathode air
-Stop time: 3 minutes-When switching between start and stop: Dry nitrogen was supplied to the anode and dry air was supplied to the cathode at 1 L / min for 1 minute to dry the electrolyte membrane.

(4)高温低加湿発電評価
上記(6)と同様に発電評価用モジュールとし、下記条件で発電評価を行ない、電圧が0.1V以下になるまで0A/cmから1.2A/cmまで電流を掃引した。本発明では電流密度1A/cm時の電圧を比較した。
・電子負荷装置;菊水電子工業社製 電子負荷装置“PLZ664WA”
・セル温度;常時80℃
・ガス加湿条件;アノード、カソードとも30%RH
・ガス利用率;アノードは量論の70%、カソードは量論の40%
合成例1
下記一般式(G1)で表されるイオン性基を有するジソジウム 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。
(4) High-temperature low-humidity power generation evaluation As in (6) above, a power generation evaluation module is used, and power generation evaluation is performed under the following conditions. From 0 A / cm 2 to 1.2 A / cm 2 until the voltage becomes 0.1 V or less The current was swept. In the present invention, voltages at a current density of 1 A / cm 2 were compared.
-Electronic load device: Kikusui Electronics Co., Ltd. electronic load device "PLZ664WA"
・ Cell temperature: Always 80 ℃
-Gas humidification conditions: 30% RH for both anode and cathode
・ Gas utilization: 70% of stoichiometry for anode, 40% of stoichiometry for cathode
Synthesis example 1
Disodium 3,3′-disulfonate-4,4′-difluorobenzophenone having an ionic group represented by the following general formula (G1) was synthesized.

Figure 2011040370
Figure 2011040370

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(G1)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 (G1). 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2
下記一般式(G2)で表される加水分解性基を有する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 2
2,2-bis (4-hydroxyphenyl) -1,3-dioxolane having a hydrolyzable group represented by the following general formula (G2) was synthesized.

Figure 2011040370
Figure 2011040370

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。   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 S0ポリマーの合成
下記一般式(G3)で表されるS0ポリマーを合成した。
Synthesis Example 3 Synthesis of S0 Polymer An S0 polymer represented by the following general formula (G3) was synthesized.

Figure 2011040370
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炭酸カリウム6.91g、前記合成例2で得た加水分解性基を有する2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−1,3−ジオキソラン10.3g、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、210℃で重合を行った。重量平均分子量は、25万であった。   6.91 g of potassium carbonate, 10.3 g of 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) -1,3-dioxolane having a hydrolyzable group obtained in Synthesis Example 2 above, 8.73 g of 4,4′-difluorobenzophenone Was used for polymerization at 210 ° C. in N-methylpyrrolidone (NMP). The weight average molecular weight was 250,000.

合成例4 S30ポリマーの合成
下記一般式(G4)で表されるS30ポリマーを合成した。
Synthesis Example 4 Synthesis of S30 Polymer An S30 polymer represented by the following general formula (G4) was synthesized.

Figure 2011040370
Figure 2011040370

炭酸カリウム6.91g、前記合成例1で得たイオン性基を有するジソジウム 3,3’−ジスルホネート−4,4’−ジフルオロベンゾフェノン5.47g、前記合成例2で得た加水分解性基を有する2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−1,3−ジオキソラン10.3g、4,4’−ジフルオロベンゾフェノン6.11gを用いて、N−メチルピロリドン(NMP)中、210℃で重合を行った。重量平均分子量は、30万であった。   6.91 g of potassium carbonate, 5.47 g of disodium 3,3′-disulfonate-4,4′-difluorobenzophenone having an ionic group obtained in Synthesis Example 1, and the hydrolyzable group obtained in Synthesis Example 2 Polymerization was carried out at 210 ° C. in N-methylpyrrolidone (NMP) using 10.3 g of 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) -1,3-dioxolane having 6.11 g of 4,4′-difluorobenzophenone. went. The weight average molecular weight was 300,000.

合成例5 S40ポリマーの合成
下記一般式(G5)で表されるS40ポリマーを合成した。
Synthesis Example 5 Synthesis of S40 Polymer An S40 polymer represented by the following general formula (G5) was synthesized.

Figure 2011040370
Figure 2011040370

炭酸カリウム6.91g、前記合成例1で得たイオン性基を有するジソジウム 3,3’−ジスルホネート−4,4’−ジフルオロベンゾフェノン7.30g、前記合成例2で得た加水分解性基を有する2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−1,3−ジオキソラン10.3g、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、210℃で重合を行った。重量平均分子量は、32万であった。   6.91 g of potassium carbonate, 7.30 g of disodium 3,3′-disulfonate-4,4′-difluorobenzophenone having the ionic group obtained in Synthesis Example 1, and the hydrolyzable group obtained in Synthesis Example 2 Polymerization was carried out at 210 ° C. in N-methylpyrrolidone (NMP) using 10.3 g of 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) -1,3-dioxolane and 5.24 g of 4,4′-difluorobenzophenone. went. The weight average molecular weight was 320,000.

合成例6 S50ポリマーの合成
下記一般式(G6)で表されるS50ポリマーを合成した。
Synthesis Example 6 Synthesis of S50 Polymer An S50 polymer represented by the following general formula (G6) was synthesized.

Figure 2011040370
Figure 2011040370

炭酸カリウム6.91g、前記合成例1で得たイオン性基を有するジソジウム 3,3’−ジスルホネート−4,4’−ジフルオロベンゾフェノン9.12g、前記合成例2で得た加水分解性基を有する2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−1,3−ジオキソラン10.3g、4,4’−ジフルオロベンゾフェノン4.36gを用いて、N−メチルピロリドン(NMP)中、210℃で重合を行った。重量平均分子量は、27万であった。   6.91 g of potassium carbonate, 9.12 g of disodium 3,3′-disulfonate-4,4′-difluorobenzophenone having the ionic group obtained in Synthesis Example 1, and the hydrolyzable group obtained in Synthesis Example 2 Polymerization at 210 ° C. in N-methylpyrrolidone (NMP) using 10.3 g of 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) -1,3-dioxolane and 4.36 g of 4,4′-difluorobenzophenone went. The weight average molecular weight was 270,000.

合成例7 S60ポリマーの合成
下記一般式(G7)で表されるS60ポリマーを合成した。
Synthesis Example 7 Synthesis of S60 Polymer An S60 polymer represented by the following general formula (G7) was synthesized.

Figure 2011040370
Figure 2011040370

炭酸カリウム6.91g、前記合成例1で得たイオン性基を有するジソジウム 3,3’−ジスルホネート−4,4’−ジフルオロベンゾフェノン11.0g、前記合成例2で得た加水分解性基を有する2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−1,3−ジオキソラン10.3g、4,4’−ジフルオロベンゾフェノン3.49gを用いて、N−メチルピロリドン(NMP)中、210℃で重合を行った。重量平均分子量は、28万であった。   6.91 g of potassium carbonate, 11.0 g of disodium 3,3′-disulfonate-4,4′-difluorobenzophenone having an ionic group obtained in Synthesis Example 1, and the hydrolyzable group obtained in Synthesis Example 2 Polymerization at 210 ° C. in N-methylpyrrolidone (NMP) using 10.3 g of 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) -1,3-dioxolane and 3.49 g of 4,4′-difluorobenzophenone went. The weight average molecular weight was 280,000.

合成例8 S100ポリマーの合成
下記一般式(G8)で表されるS100ポリマーを合成した。
Synthesis Example 8 Synthesis of S100 Polymer An S100 polymer represented by the following general formula (G8) was synthesized.

Figure 2011040370
Figure 2011040370

炭酸カリウム6.91g、前記合成例1で得たイオン性基を有するジソジウム 3,3’−ジスルホネート−4,4’−ジフルオロベンゾフェノン18.2g、及び前記合成例2で得た加水分解性基を有する2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−1,3−ジオキソラン10.3g、を用いて、N−メチルピロリドン(NMP)中、210℃で重合を行った。重量平均分子量は、29万であった。   6.91 g of potassium carbonate, 18.2 g of disodium 3,3′-disulfonate-4,4′-difluorobenzophenone having the ionic group obtained in Synthesis Example 1, and the hydrolyzable group obtained in Synthesis Example 2 Polymerization was performed at 210 ° C. in N-methylpyrrolidone (NMP) using 10.3 g of 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) -1,3-dioxolane having the following formula. The weight average molecular weight was 290,000.

比較例1 S0ポリマーのみの高分子電解質膜
合成例3に記載の方法で作成したS0ポリマーの重合原液をNMP90gで希釈し、希釈した重合原液を久保田製作所製インバーター・コンパクト高速冷却遠心機 型番6930 にアングルローターRA−800をセットし、25℃、30分間、遠心力20000Gで固液分離を行った。ケーキと上澄み液(塗液)がきれいに分離できたので、塗液Cとした。得られた塗液Cをガラス基板上に流延塗布し、高分子電解質膜を得た。さらに、100℃にて4h乾燥後、窒素下350℃で10分間熱処理することで、高分子電解質膜を得た。これを60℃で10%硫酸に1時間浸漬してプロトン置換した後に、大過剰量の純水に24時間浸漬して充分洗浄した。
Comparative Example 1 Polymer Electrolyte Membrane Only of S0 Polymer The polymerization stock solution of S0 polymer prepared by the method described in Synthesis Example 3 was diluted with 90 g of NMP, and the diluted polymerization stock solution was converted into an inverter / compact high-speed cooling centrifuge manufactured by Kubota Corporation Model No. 6930 An angle rotor RA-800 was set, and solid-liquid separation was performed at 25 ° C. for 30 minutes with a centrifugal force of 20000 G. Since the cake and supernatant liquid (coating liquid) could be separated cleanly, it was designated as coating liquid C. The obtained coating liquid C was cast on a glass substrate to obtain a polymer electrolyte membrane. Furthermore, after drying at 100 ° C. for 4 hours, heat treatment was performed at 350 ° C. for 10 minutes under nitrogen to obtain a polymer electrolyte membrane. This was immersed in 10% sulfuric acid at 60 ° C. for 1 hour for proton substitution, and then immersed in a large excess amount of pure water for 24 hours for sufficient washing.

得られた高分子電解質膜のイオン交換容量(イオン性基密度)、高温低加湿発電評価、乾湿サイクル数による耐久性評価の結果は表1に記載の通りである。高温低加湿発電評価および乾湿サイクル数による耐久性評価は行うことができなかった。   Table 1 shows the results of durability evaluation based on ion exchange capacity (ionic group density), high-temperature and low-humidity power generation evaluation, and the number of dry and wet cycles of the obtained polymer electrolyte membrane. The high temperature and low humidification power generation evaluation and the durability evaluation by the number of wet and dry cycles could not be performed.

比較例2〜6 S30、S40、S50、S60、S100ポリマーのみの高分子電解質膜
合成例4〜7に記載の方法で作成したポリマーの重合原液を用い、比較例1と同様にして高分子電解質膜を得た。 得られた高分子電解質膜のイオン交換容量(イオン性基密度)、高温低加湿発電評価、乾湿サイクル数による耐久性評価の結果は表1及び図1に記載の通りである。比較例2においては、高温低加湿発電評価および乾湿サイクル数による耐久性評価は行うことができなかった。
Comparative Examples 2-6 Polymer Electrolyte Membrane with S30, S40, S50, S60, S100 Polymers Only Polymer electrolytes were prepared in the same manner as in Comparative Example 1, using the polymer polymerization stock solutions prepared by the methods described in Synthesis Examples 4-7. A membrane was obtained. The results of the durability evaluation based on the ion exchange capacity (ionic group density), the high-temperature and low-humidity power generation evaluation, and the number of dry and wet cycles of the obtained polymer electrolyte membrane are as shown in Table 1 and FIG. In Comparative Example 2, the high temperature low humidification power generation evaluation and the durability evaluation by the number of dry and wet cycles could not be performed.

実施例1〜6、比較例7〜9 ポリマーをブレンドした高分子電解質膜
合成例3〜8に記載の方法で作成したポリマーの重合原液をそれぞれ比較例1に記載の方法に従い、塗液とした。この塗液を、種々の重量比で混合した。混合後の塗液をガラス基板上に流延塗布し、高分子電解質膜を得た。さらに、100℃にて4h乾燥後、窒素下350℃で10分間熱処理することで、高分子電解質膜を得た。これを60℃で10%硫酸に1時間浸漬してプロトン置換した後に、大過剰量の純水に24時間浸漬して充分洗浄した。
Examples 1-6, Comparative Examples 7-9 Polymer electrolyte membranes blended with polymers Polymerization stock solutions prepared by the methods described in Synthesis Examples 3-8 were used as coating solutions in accordance with the methods described in Comparative Example 1, respectively. . This coating solution was mixed at various weight ratios. The mixed coating solution was cast on a glass substrate to obtain a polymer electrolyte membrane. Furthermore, after drying at 100 ° C. for 4 hours, heat treatment was performed at 350 ° C. for 10 minutes under nitrogen to obtain a polymer electrolyte membrane. This was immersed in 10% sulfuric acid at 60 ° C. for 1 hour for proton substitution, and then immersed in a large excess amount of pure water for 24 hours for sufficient washing.

得られた高分子電解質膜のブレンド混合比、イオン交換容量(イオン性基密度)、高温低加湿発電評価、乾湿サイクル数による耐久性評価の結果は表1及び図1に記載の通りである。比較例8,9においては、高温低加湿発電評価および乾湿サイクル数による耐久性評価は行うことができなかった。比較例7においては、高温低加湿発電評価は600mW/cm、乾湿サイクルによる耐久性評価は100回であり、実施例1〜6に比較して性能が著しく悪いものであった。 Table 1 and FIG. 1 show the results of durability evaluation based on the blend ratio, ion exchange capacity (ionic group density), high-temperature and low-humidity power generation evaluation, and the number of wet and dry cycles of the obtained polymer electrolyte membrane. In Comparative Examples 8 and 9, high temperature and low humidification power generation evaluation and durability evaluation by the number of dry and wet cycles could not be performed. In Comparative Example 7, the high-temperature and low-humidification power generation evaluation was 600 mW / cm 2 , and the durability evaluation by the dry / wet cycle was 100 times, and the performance was remarkably poor as compared with Examples 1-6.

比較例10 ポリスルホンとS100ポリマーのブレンド高分子電解質膜
合成例8に記載の方法で作成したS100ポリマーを比較例1に記載の方法に従い、塗液とした。別に、ポリスルホン(Aldrich)50gをNMP200gに溶解させて塗液Eとした。このポリスルホンのイオン性基密度は0mmol/gであった。イオンこの塗液DとEを、重量比5:5の割合で混合した。混合後の塗液をガラス基板上に流延塗布し、高分子電解質膜を得た。さらに、100℃にて4h乾燥後、窒素下350℃で10分間熱処理することで、高分子電解質膜を得た。これを60℃で10%硫酸に1時間浸漬してプロトン置換した後に、大過剰量の純水に24時間浸漬して充分洗浄した。
Comparative Example 10 Polysulfone and S100 Polymer Blend Polymer Electrolyte Membrane
The S100 polymer prepared by the method described in Synthesis Example 8 was used as a coating solution according to the method described in Comparative Example 1. Separately, 50 g of polysulfone (Aldrich) was dissolved in 200 g of NMP to obtain a coating solution E. The ionic group density of this polysulfone was 0 mmol / g. Ion The coating liquids D and E were mixed at a weight ratio of 5: 5. The mixed coating solution was cast on a glass substrate to obtain a polymer electrolyte membrane. Furthermore, after drying at 100 ° C. for 4 hours, heat treatment was performed at 350 ° C. for 10 minutes under nitrogen to obtain a polymer electrolyte membrane. This was immersed in 10% sulfuric acid at 60 ° C. for 1 hour for proton substitution, and then immersed in a large excess amount of pure water for 24 hours for sufficient washing.

得られた高分子電解質膜のブレンド混合比、高温低加湿発電評価、乾湿サイクル数による耐久性評価の結果は表2及び図1に記載の通りである。高温低加湿発電評価は520mW/cm、乾湿サイクルによる耐久性評価は50回であり、実施例1〜6に比較して性能が著しく悪いものであった。 The results of durability evaluation based on the blending ratio of the obtained polymer electrolyte membrane, evaluation of high-temperature and low-humidity power generation, and the number of dry and wet cycles are as shown in Table 2 and FIG. The high-temperature low-humidification power generation evaluation was 520 mW / cm 2 , and the durability evaluation by the dry / wet cycle was 50 times, and the performance was remarkably poor as compared with Examples 1-6.

Figure 2011040370
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本発明の電解質膜の製造方法は低加湿下での発電特性と耐久性のバランスの優れた電解質膜を高品位に低コストで製造でき、得られた電解質膜は種々の電気化学装置(例えば、燃料電池、水電解装置、クロロアルカリ電解装置等)に適用可能である。これら装置の中でも、燃料電池用に好適であり、特に水素やメタノール水溶液を燃料とする燃料電池に好適であり、携帯電話、パソコン、PDA、ビデオカメラ(カムコーダー)、デジタルカメラ、ハンディターミナル、RFIDリーダー、デジタルオーディオプレーヤー、各種ディスプレー類などの携帯機器、電動シェーバー、掃除機等の家電、電動工具、家庭用電力供給機、乗用車、バスおよびトラックなどの自動車、二輪車、電動アシスト付自転車、電動カート、電動車椅子や船舶および鉄道などの移動体、各種ロボット、サイボーグなどの電力供給源として好ましく用いられる。特に携帯用機器では、電力供給源だけではなく、携帯機器に搭載した二次電池の充電用にも使用され、さらには二次電池やキャパシタ、太陽電池と併用するハイブリッド型電力供給源としても好適に利用できる。   The method for producing an electrolyte membrane of the present invention can produce an electrolyte membrane excellent in the balance between power generation characteristics and durability under low humidification at a high quality and at low cost, and the obtained electrolyte membrane can be produced by various electrochemical devices (for example, The present invention can be applied to fuel cells, water electrolyzers, chloroalkali electrolyzers, and the like. Among these devices, it is suitable for a fuel cell, particularly suitable for a fuel cell using hydrogen or a methanol aqueous solution as a fuel, a mobile phone, a personal computer, a PDA, a video camera (camcorder), a digital camera, a handy terminal, an RFID reader. , Digital audio players, portable devices such as various displays, electric shavers, household appliances such as vacuum cleaners, electric tools, household power supply machines, cars such as passenger cars, buses and trucks, motorcycles, bicycles with electric assist, electric carts, It is preferably used as a power supply source for mobile bodies such as electric wheelchairs, ships and railways, various robots, and cyborgs. Especially in portable devices, it is used not only for power supply sources, but also for charging secondary batteries installed in portable devices, and also suitable as a hybrid power supply source used in combination with secondary batteries, capacitors, and solar cells. Available to:

Claims (2)

少なくとも2種類のイオン性基密度の異なるポリマーAおよびポリマーBをブレンドする高分子電解質材料の製造方法であって、少なくともポリマーAが加水分解性基を有する芳香族ポリエーテルケトンであり、ポリマーAのイオン性基密度をX、ポリマーBのイオン性基密度をY、ブレンド後のイオン性基密度をZとした時、Xは1.5mmol/g以下、YはX+0.5mmol/g以上、ZはX+0.2mmol/g以上となるようにブレンドすることを特徴とする芳香族ポリエーテルケトン高分子電解質材料の製造方法   A method for producing a polyelectrolyte material comprising blending at least two types of polymers A and B having different ionic group densities, wherein at least polymer A is an aromatic polyetherketone having a hydrolyzable group, When the ionic group density is X, the ionic group density of polymer B is Y, and the ionic group density after blending is Z, X is 1.5 mmol / g or less, Y is X + 0.5 mmol / g or more, Z is A method for producing an aromatic polyetherketone polymer electrolyte material, wherein blending is performed so that X + 0.2 mmol / g or more 請求項1に記載の高分子電解質材料の製造方法により製造された高分子電解質材料の溶液を基材上に流延塗工し、溶媒を加熱蒸発することにより膜状物とし、前記膜状物を酸性水溶液と接触させる工程を有することを特徴とする芳香族ポリエーテルケトン高分子電解質膜の製造方法   A solution of a polymer electrolyte material produced by the method for producing a polymer electrolyte material according to claim 1 is cast-coated on a base material, and the solvent is heated and evaporated to obtain a film-like material. A process for producing an aromatic polyetherketone polymer electrolyte membrane, comprising the step of bringing a polymer into contact with an acidic aqueous solution
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