JP2012084295A - Polymer electrolyte and ionic material having polymerizable group - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide: a polymer electrolyte membrane having a main chain that allows a polymer electrolyte to be formed in a film with reduced thickness and excellent in hydrolysis and radical resistance; and an ionic material having a polymerizable group constituting the polymer electrolyte.SOLUTION: A polymer electrolyte includes a polymer unit represented by the chemical general formula (1). In the formula, Aand Arepresent an alkyl group, Brepresents an electron-attracting group, Brepresents an electron-donating group, Y represents a proton acid group selected from among a sulfonic acid group, a phosphonic acid group, a hydroxyl group and a carboxyl group, and n represents an integer of 10 to 10,000.

Description

本発明は、高分子電解質および高分子電解質を構成するポリマー化可能な基を有するイオン性材料に関する。具体的には、燃料電池、特に、固体高分子形燃料電池に用いられる高分子電解質に関する。   The present invention relates to a polyelectrolyte and an ionic material having a polymerizable group constituting the polyelectrolyte. Specifically, the present invention relates to a polymer electrolyte used in a fuel cell, particularly a solid polymer fuel cell.

固体高分子形燃料電池(以下「PEFC」ということがある。)は、環境負荷ガスの放出を削減できる動力源として、燃料電池自動車、定置用コジェネレーション、携帯電話の電源として研究開発が進められている。PEFCでは、電池内でプロトンの伝導が起こることによって発電反応が進行する。PEFCにおけるプロトン伝導には、水の存在は必須であり、それゆえ、PEFCの発電反応を進行させるためには、加湿器が必要となる。車両などに燃料電池を適用する場合、車載性の観点から、加湿器は小さいことが望まれるため、低加湿下でもプロトン伝導が良好に行われる電解質が求められている。ナフィオン(登録商標、デュポン社製)、アシプレックス(登録商標、旭化成社製)に代表わされるフッ素系樹脂電解質は、低加湿下におけるプロトン伝導性に優れており、PEFCにおいて汎用されている材料である。   The polymer electrolyte fuel cell (hereinafter referred to as “PEFC”) is being researched and developed as a power source that can reduce the release of environmentally hazardous gases as a power source for fuel cell vehicles, stationary cogeneration, and mobile phones. ing. In PEFC, a power generation reaction proceeds by proton conduction in the battery. The presence of water is essential for proton conduction in the PEFC, and therefore a humidifier is required to advance the power generation reaction of the PEFC. When a fuel cell is applied to a vehicle or the like, since a humidifier is desired to be small from the viewpoint of in-vehicle performance, there is a demand for an electrolyte that performs proton conduction well even under low humidification. Fluorine resin electrolytes typified by Nafion (registered trademark, manufactured by DuPont) and Aciplex (registered trademark, manufactured by Asahi Kasei) are excellent in proton conductivity under low humidification and are widely used in PEFC It is.

しかしながら、フッ素系樹脂電解質は、フッ素からなる高分子材料であるため、リサイクル性という面で問題を有する。燃料電池自動車の普及を考えた場合、リサイクルできるかどうかという問題は重要であり、リサイクルができない材料の環境への負荷は無視することができない。さらに、フッ素系樹脂電解質を単独で電解質膜として適用した場合、耐久性の点で問題がある。したがって、フッ素系樹脂電解質の代替材料の必要性が高まってきている。   However, since the fluororesin electrolyte is a polymer material made of fluorine, it has a problem in terms of recyclability. Considering the widespread use of fuel cell vehicles, the question of whether or not it can be recycled is important, and the environmental impact of materials that cannot be recycled cannot be ignored. Furthermore, when a fluorine-based resin electrolyte is applied alone as an electrolyte membrane, there is a problem in terms of durability. Therefore, the need for an alternative material for the fluororesin electrolyte is increasing.

代替材料として、炭化水素系電解質の開発が近年行われてきている。炭化水素系材料は、一般的にフッ素系樹脂電解質よりも耐久性に優れ、フッ素系樹脂電解質の代替として期待される。   As an alternative material, hydrocarbon electrolytes have been developed in recent years. Hydrocarbon materials are generally more durable than fluororesin electrolytes and are expected to replace fluororesin electrolytes.

炭化水素系電解質を用いて、低加湿で高いプロトン伝導性を有するためには、例えば、特許文献1では、液晶骨格を有する材料を用いて、スルホン酸基のネットワークを形成させ、低加湿で高いプロトン伝導性を発現させることが報告されている。   In order to have high proton conductivity with low humidification using a hydrocarbon electrolyte, for example, in Patent Document 1, a material having a liquid crystal skeleton is used to form a network of sulfonic acid groups, and high with low humidification. It has been reported that proton conductivity is developed.

特開2003−55337号公報JP 2003-55337 A

しかしながら、特許文献1に記載のスルホン酸型液晶モノマー材料を高分子量化したスルホン化液晶ポリマー材料は、主鎖がメタクリル基またはアクリル骨格のため、薄膜化による性能向上が望みにくく、また、エステル結合を有するため、加水分解による分解反応が進行しやすい。   However, the sulfonated liquid crystal polymer material obtained by increasing the molecular weight of the sulfonic acid type liquid crystal monomer material described in Patent Document 1 has a main chain of methacrylic group or an acrylic skeleton, so that it is difficult to improve the performance by thinning the film. Therefore, the decomposition reaction by hydrolysis tends to proceed.

本発明の目的は、上記問題を解決するものであって、薄膜化可能な主鎖を有し、加水分解やラジカル耐性に優れた高分子電解質膜およびその高分子電解質を構成するポリマー化可能な基を有するイオン性材料を提供することである。   An object of the present invention is to solve the above-described problem, and has a main chain capable of being thinned, and is excellent in hydrolysis and radical resistance, and can be polymerized to constitute the polymer electrolyte. It is to provide an ionic material having a group.

本発明は、上記目的を達成するべく鋭意研究を行った結果、主鎖をフェニレン骨格に変更し、耐加水分解性を向上させるため、エステル部位を除去し、かつラジカル耐性を向上させるため、電子求引性基を導入した高分子電解質膜材料に着目した。   As a result of diligent research to achieve the above object, the present invention changes the main chain to a phenylene skeleton, improves hydrolysis resistance, removes ester sites, and improves radical resistance. We paid attention to polymer electrolyte membrane materials into which attractive groups were introduced.

本発明の請求項1に記載の高分子電解質は、下記化学一般式(1)で表わされる高分子単位を有することを特徴とするものである。   The polymer electrolyte according to claim 1 of the present invention has a polymer unit represented by the following chemical general formula (1).

Figure 2012084295
Figure 2012084295

ただし、式中の、AおよびAはアルキル基、Bは電子求引性基、Bは電子供与性基、Yはスルホン酸基、ホスホン酸基、ヒドロキシル基、カルボキシル基から選択されるプロトン酸基をそれぞれ示す。nは10〜10000の整数である。 In the formula, A 1 and A 2 are alkyl groups, B 1 is an electron withdrawing group, B 2 is an electron donating group, Y is selected from a sulfonic acid group, a phosphonic acid group, a hydroxyl group, and a carboxyl group. Each represents a protonic acid group. n is an integer of 10 to 10,000.

本発明の請求項2に記載の高分子電解質は、請求項1に記載の高分子電解質において、AおよびAが−(CH−であることを特徴とするものである。ただし、mは1以上の整数である。 The polymer electrolyte according to claim 2 of the present invention is characterized in that in the polymer electrolyte according to claim 1, A 1 and A 2 are — (CH 2 ) m —. However, m is an integer greater than or equal to 1.

本発明の請求項3に記載の高分子電解質は、請求項1または2に記載の高分子電解質において、Bがカルボニル基、Bがエーテル基であることを特徴とするものである。 The polymer electrolyte according to claim 3 of the present invention is characterized in that in the polymer electrolyte according to claim 1 or 2, B 1 is a carbonyl group and B 2 is an ether group.

本発明の請求項4に記載の高分子電解質は、請求項2または3に記載の高分子電解質において、Aのmが3または4であることを特徴とするものである。 Polymer electrolyte according to claim 4 of the present invention is a polymer electrolyte according to claim 2 or 3, characterized in that m of A 1 is 3 or 4.

本発明の請求項5に記載の高分子電解質は、請求項1から4のいずれか一項に記載の高分子電解質において、Yがスルホン酸基またはホスホン酸基であることを特徴とするものである。   The polymer electrolyte according to claim 5 of the present invention is characterized in that in the polymer electrolyte according to any one of claims 1 to 4, Y is a sulfonic acid group or a phosphonic acid group. is there.

本発明の請求項6に記載の高分子電解質は、請求項1から5のいずれか一項に記載の高分子電解質において、高分子電解質のイオン交換容量が2.1meq/g以上2.4meq/g以下であることを特徴とするものである。   The polymer electrolyte according to claim 6 of the present invention is the polymer electrolyte according to any one of claims 1 to 5, wherein the ion exchange capacity of the polymer electrolyte is 2.1 meq / g to 2.4 meq / g. g or less.

本発明の請求項7に記載の高分子電解質膜は、請求項1から6のいずれか一項に記載の高分子電解質からなることを特徴とするものである。   A polymer electrolyte membrane according to a seventh aspect of the present invention comprises the polymer electrolyte according to any one of the first to sixth aspects.

本発明の請求項8に記載の固体高分子形燃料電池は、請求項1から6のいずれか一項に記載の高分子電解質を用いることを特徴とするものである。   A solid polymer fuel cell according to an eighth aspect of the present invention is characterized by using the polymer electrolyte according to any one of the first to sixth aspects.

本発明の請求項9に記載のポリマー化可能な基を有するイオン性材料は、下記化学一般式(2)で表わされることを特徴とするものである。   The ionic material having a polymerisable group according to claim 9 of the present invention is represented by the following chemical general formula (2).

Figure 2012084295
Figure 2012084295

ただし、式中の、AおよびAはアルキル基、Bは電子求引性基、Bは電子供与性基、Yはスルホン酸基、ホスホン酸基、ヒドロキシル基、カルボキシル基から選択されるプロトン酸基をそれぞれ示す。X、Xはそれぞれ独立して塩素原子、臭素原子、またはヨウ素原子のいずれかを示す。 In the formula, A 1 and A 2 are alkyl groups, B 1 is an electron withdrawing group, B 2 is an electron donating group, Y is selected from a sulfonic acid group, a phosphonic acid group, a hydroxyl group, and a carboxyl group. Each represents a protonic acid group. X 1 and X 2 each independently represent a chlorine atom, a bromine atom, or an iodine atom.

本発明の高分子電解質によれば、主鎖をアクリル基またはメタクリル骨格からフェニレン骨格に変更することで、高分子が剛直な骨格となり、高分子電解質を薄膜化させることができ、さらに、薄膜化した高分子電解質を燃料電池に用いた場合、発電性能を向上させることができる。また、本発明の高分子電解質は、エステル部分がないため、耐加水分解性を向上させることができる。また、本発明の高分子電解質は、電子求引性基を有するため、ラジカル安定性を向上させることができる。   According to the polymer electrolyte of the present invention, by changing the main chain from an acrylic group or a methacryl skeleton to a phenylene skeleton, the polymer becomes a rigid skeleton, and the polymer electrolyte can be thinned. When the polymer electrolyte is used for a fuel cell, power generation performance can be improved. Moreover, since the polymer electrolyte of the present invention does not have an ester moiety, hydrolysis resistance can be improved. Moreover, since the polymer electrolyte of the present invention has an electron withdrawing group, radical stability can be improved.

以下に、本発明の高分子電解質について説明する。なお、本発明は、以下に記載する各実施の形態に限定されうるものではなく、当業者の知識に基づいて設計の変更等の変形を加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうるものである。   Hereinafter, the polymer electrolyte of the present invention will be described. Note that the present invention is not limited to the embodiments described below, and modifications such as design changes can be made based on the knowledge of those skilled in the art, and such modifications are added. The embodiments may be included in the scope of the present invention.

本発明の高分子電解質は、下記化学一般式(2)で表わされるポリマー化可能な基を有するイオン性材料(以下「モノマー」ということがある。)を重合させることによって得られる。   The polymer electrolyte of the present invention can be obtained by polymerizing an ionic material (hereinafter sometimes referred to as “monomer”) having a polymerizable group represented by the following chemical general formula (2).

Figure 2012084295
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[モノマーについて]
上記化学一般式(2)中、AおよびAはアルキル基、Bは電子求引性基、Bは電子供与性基、Yはスルホン酸基、ホスホン酸基、ヒドロキシル基、カルボキシル基から選択されるプロトン酸基をそれぞれ示す。X、Xはそれぞれ独立して塩素原子、臭素原子、またはヨウ素原子のいずれかである。XおよびXは同一の原子であっても、異なる原子でもよいが、同一の原子であることが好ましい。
ここで、ポリマー化可能な基とは、具体的には、XまたはXを含む基のことをいう。また、イオン性材料とは、Yで表わされるプロトン酸基を有する材料のことをいう。
[About monomer]
In the chemical general formula (2), A 1 and A 2 are alkyl groups, B 1 is an electron withdrawing group, B 2 is an electron donating group, Y is a sulfonic acid group, a phosphonic acid group, a hydroxyl group, and a carboxyl group. Each of the protonic acid groups selected from X 1 and X 2 are each independently a chlorine atom, a bromine atom or an iodine atom. X 1 and X 2 may be the same atom or different atoms, but are preferably the same atom.
Here, the group which can be polymerized specifically refers to a group containing X 1 or X 2 . The ionic material means a material having a protonic acid group represented by Y.

上記化学一般式(2)中、AおよびAで表わされるアルキル基は、−(CH−(mは1以上の整数である。)であることが好ましく、mが3または4であることが特に好ましい。mが3または4であることによって、その高分子電解質からなる高分子電解質膜の柔軟性を維持しつつ、酸価の高い高分子電解質膜を得ることができる。 In the chemical general formula (2), the alkyl group represented by A 1 and A 2 is preferably — (CH 2 ) m — (m is an integer of 1 or more), and m is 3 or 4 It is particularly preferred that When m is 3 or 4, a polymer electrolyte membrane having a high acid value can be obtained while maintaining the flexibility of the polymer electrolyte membrane comprising the polymer electrolyte.

上記化学一般式(2)中、Bは電子求引性基であることが好ましい。Bが電子求引性基であることによって、ラジカル安定性を向上させることができる。電子求引性基としては、スルホ基、ニトロ基、シアノ基、カルボニル基などが挙げられるが、特に、Bがカルボニル基である場合、上記化学一般式(2)のモノマーを容易に合成でき、よりラジカル安定性を向上させることができる。 In the chemical general formula (2), B 1 is preferably an electron withdrawing group. When B 1 is an electron withdrawing group, radical stability can be improved. Examples of the electron withdrawing group include a sulfo group, a nitro group, a cyano group, and a carbonyl group. In particular, when B 1 is a carbonyl group, the monomer of the above general formula (2) can be easily synthesized. , Radical stability can be further improved.

上記化学一般式(2)中、Bは電子供与性基であることが好ましい。電子供与性基としては、特に、エーテル基が好ましい。Bがエーテル基であることにより、上記化学一般式(2)のモノマーを容易に合成でき、その高分子電解質からなる高分子電解質膜を柔軟にすることができる。 In the chemical general formula (2), B 2 is preferably an electron donating group. As the electron donating group, an ether group is particularly preferable. When B 2 is an ether group, the monomer of the chemical general formula (2) can be easily synthesized, and the polymer electrolyte membrane made of the polymer electrolyte can be made flexible.

[モノマーの製造方法について]
上記化学一般式(2)のモノマーの製造方法は特に限定されないが、例えば、Aが−(CH−、Bがカルボニル基、Bがエーテル基であり、Aが(−CH−、Yがスルホン酸基である場合、以下のようにして合成することができる。なお、A、B、B、A、Yが上記構成でない場合であっても、以下のような合成方法および公知の合成方法を組み合わせることによって、上記化学一般式(2)のモノマーを製造することができる。
まず、下記化学一般式(3)で表わされる化合物(A)を準備する。
[Manufacturing method of monomer]
The chemical formula (2) the production method of the monomers is not particularly limited, for example, A 1 is - (CH 2) 4 -, B 1 is a carbonyl group, B 2 is an ether group, A 2 is (- When CH 2 ) 3 — and Y are sulfonic acid groups, they can be synthesized as follows. Even if A 1 , B 1 , B 2 , A 2 , Y is not the above-described configuration, the monomer of the above general formula (2) can be obtained by combining the following synthesis method and a known synthesis method. Can be manufactured.
First, a compound (A) represented by the following chemical general formula (3) is prepared.

Figure 2012084295
Figure 2012084295

ここで、X、Xはそれぞれ塩素原子、臭素原子またはヨウ素原子のいずれかである。反応効率の点から、1,4−ジクロロベンゼンであることが好ましい。 Here, X 1 and X 2 are each a chlorine atom, a bromine atom or an iodine atom. From the viewpoint of reaction efficiency, 1,4-dichlorobenzene is preferable.

次に、上記化合物(A)と、下記化学一般式(4)で表わされる化合物(B)とを反応させることによって、下記化学一般式(5)で表わされる化合物(C)を得ることができる。   Next, the compound (C) represented by the following chemical general formula (5) can be obtained by reacting the compound (A) with the compound (B) represented by the following chemical general formula (4). .

Figure 2012084295
Figure 2012084295

ここで、Xは、塩素原子、臭素原子またはヨウ素原子のいずれかである。反応効率の点から、塩素原子であることが好ましい。 Here, X 1 is any one of a chlorine atom, a bromine atom and an iodine atom. From the viewpoint of reaction efficiency, a chlorine atom is preferable.

Figure 2012084295
Figure 2012084295

この際の反応条件は、特に限定されるものではないが、反応温度が好ましくは25℃以上80℃以下、より好ましくは40℃以上70℃以下、反応時間が好ましくは8時間以上48時間以下、より好ましくは16時間以上32時間以下で反応が行われる。
反応の際の圧力は、特に限定されるものではないが、加圧下、常圧(大気圧)下、または減圧下いずれかでよく、場合により適宜設定すればよいが、常圧下であることが好ましい。
また、反応を行う雰囲気は特に限定されるものではないが、アルゴンガスや窒素ガス等の不活性ガス雰囲気で行うことが好ましい。
The reaction conditions at this time are not particularly limited, but the reaction temperature is preferably 25 ° C. or more and 80 ° C. or less, more preferably 40 ° C. or more and 70 ° C. or less, the reaction time is preferably 8 hours or more and 48 hours or less, More preferably, the reaction is performed for 16 hours or more and 32 hours or less.
The pressure during the reaction is not particularly limited, and may be either under pressure, under normal pressure (atmospheric pressure), or under reduced pressure, and may be appropriately set depending on circumstances, but may be under normal pressure. preferable.
The atmosphere in which the reaction is performed is not particularly limited, but it is preferably performed in an inert gas atmosphere such as argon gas or nitrogen gas.

上記化合物(B)は、化合物(A)100モル%に対して、50モル%以上100モル%以下であることが好ましく、80モル%以上100モル%以下であることが好ましい。   The compound (B) is preferably 50 mol% or more and 100 mol% or less, and more preferably 80 mol% or more and 100 mol% or less with respect to 100 mol% of the compound (A).

また、この際用いられる触媒としては、ルイス酸触媒であれば良く、ルイス酸触媒の例としては、無水塩化アルミニウムが挙げられる。
触媒は、化合物(A)100モル%に対して、100モル%以上200モル%以下であることが好ましく、100モル%以上150モル%以下であることがより好ましい。
The catalyst used at this time may be a Lewis acid catalyst, and an example of the Lewis acid catalyst is anhydrous aluminum chloride.
The catalyst is preferably 100 mol% or more and 200 mol% or less, and more preferably 100 mol% or more and 150 mol% or less, relative to 100 mol% of the compound (A).

次に、上記化合物(C)と塩化チオニルとを反応させることによって、下記化学一般式(6)で表わされる化合物(D)を得ることができる。   Next, the compound (D) represented by the following chemical general formula (6) can be obtained by reacting the compound (C) with thionyl chloride.

Figure 2012084295
Figure 2012084295

この際の反応条件は、特に限定されるものではないが、反応温度は好ましくは、25℃以上80℃以下、より好ましくは、40℃以上60℃以下、反応時間は好ましくは、1時間以上10時間以下、より好ましくは2時間以上5時間以下で反応が行われる。
反応は、反応効率の観点から、窒素雰囲気で行うことが望ましい。
上記反応で用いられる反応溶媒としては、良溶媒であることが望ましく。例えば、テトラヒドロフラン、シクロヘキサノン、ジメチルスルホキシド、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン、γ−ブチロラクトン、N,N−ジメチルイミダゾリノンなどが挙げられる。
The reaction conditions at this time are not particularly limited, but the reaction temperature is preferably 25 ° C. or higher and 80 ° C. or lower, more preferably 40 ° C. or higher and 60 ° C. or lower, and the reaction time is preferably 1 hour or longer and 10 ° C. The reaction is performed for a time or less, more preferably 2 hours or more and 5 hours or less.
The reaction is desirably performed in a nitrogen atmosphere from the viewpoint of reaction efficiency.
The reaction solvent used in the above reaction is preferably a good solvent. Examples thereof include tetrahydrofuran, cyclohexanone, dimethyl sulfoxide, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone, γ-butyrolactone, N, N-dimethylimidazolinone and the like.

次に、下記化学式(7)で表わされる化合物(E)とプロパンスルトンを反応させることにより、下記化学式(8)で表わされる化合物(F)を得ることができる。   Next, the compound (F) represented by the following chemical formula (8) can be obtained by reacting the compound (E) represented by the following chemical formula (7) with propane sultone.

Figure 2012084295
Figure 2012084295

Figure 2012084295
Figure 2012084295

この際の反応条件は、特に限定されるものではないが、反応温度は好ましくは、25℃以上80℃以下が好ましい。反応時間は好ましくは、10時間以上48時間以下で行われる。
また、反応を行う雰囲気は、大気雰囲気下でも窒素雰囲気下でも問題ない。
この際用いられる反応溶媒としては、良溶媒であることが望ましく、より好ましくは、アルコール系溶媒であることが望ましい。例えば、エタノール、メタノール、プロパノール、1−ブタノールが挙げられる。
この際用いられる塩基としては、強塩基であることが望ましく、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどが挙げられる。
The reaction conditions at this time are not particularly limited, but the reaction temperature is preferably 25 ° C. or higher and 80 ° C. or lower. The reaction time is preferably 10 hours to 48 hours.
Moreover, there is no problem whether the atmosphere in which the reaction is performed is an air atmosphere or a nitrogen atmosphere.
The reaction solvent used at this time is preferably a good solvent, more preferably an alcohol solvent. Examples include ethanol, methanol, propanol, and 1-butanol.
The base used at this time is preferably a strong base, and examples thereof include sodium hydroxide and potassium hydroxide.

本願発明のモノマーは、上記化合物(D)と上記化合物(F)とを反応させることにより、得ることができる。具体的には、上記化学一般式(2)において、Aが−(CH−、Bがカルボニル基、Bがエーテル基であり、Aが(−CH−、Yがスルホン酸基であるモノマーが得られる。 The monomer of this invention can be obtained by making the said compound (D) and the said compound (F) react. Specifically, in the chemical general formula (2), A 1 is — (CH 2 ) 4 —, B 1 is a carbonyl group, B 2 is an ether group, and A 2 is (—CH 2 ) 3 —, A monomer in which Y is a sulfonic acid group is obtained.

この際の反応条件は、特に限定されるものではないが、反応温度が好ましくは25℃以上80℃以下、より好ましくは40℃以上70℃以下、反応時間が好ましくは8時間以上48時間以下、より好ましくは16時間以上32時間以下で反応が行われる。
反応の際の圧力は、特に限定されるものではないが、加圧下、常圧(大気圧)下、または減圧下いずれかでよく、場合により適宜設定すればよいが、常圧下であることが好ましい。
また、反応を行う雰囲気は特に限定されるものではないが、アルゴンガスや窒素ガス等の不活性ガス雰囲気で行うことが好ましい。
The reaction conditions at this time are not particularly limited, but the reaction temperature is preferably 25 ° C. or more and 80 ° C. or less, more preferably 40 ° C. or more and 70 ° C. or less, the reaction time is preferably 8 hours or more and 48 hours or less, More preferably, the reaction is performed for 16 hours or more and 32 hours or less.
The pressure during the reaction is not particularly limited, and may be either under pressure, under normal pressure (atmospheric pressure), or under reduced pressure, and may be appropriately set depending on circumstances, but may be under normal pressure. preferable.
The atmosphere in which the reaction is performed is not particularly limited, but it is preferably performed in an inert gas atmosphere such as argon gas or nitrogen gas.

上記化合物(D)は、上記化合物(F)100モル%に対して、50モル%以上100モル%以下であることが好ましく、80モル%以上100モル%以下であることが好ましい。   The compound (D) is preferably 50 mol% or more and 100 mol% or less, and more preferably 80 mol% or more and 100 mol% or less with respect to 100 mol% of the compound (F).

また、この際用いられる触媒としては、ルイス酸触媒であれば良く、ルイス酸触媒の例としては、無水塩化アルミニウムが挙げられる。触媒は、上記化合物(D)100モル%に対して、100モル%以上200モル%以下であることが好ましく、100モル%以上150モル%以下であることがより好ましい。   The catalyst used at this time may be a Lewis acid catalyst, and an example of the Lewis acid catalyst is anhydrous aluminum chloride. The catalyst is preferably 100 mol% or more and 200 mol% or less, and more preferably 100 mol% or more and 150 mol% or less, relative to 100 mol% of the compound (D).

[高分子電解質の製造方法について]
本願発明のモノマーの重合は、特に限定されるものではないが、特定の触媒の存在下に反応させることが好ましい。この際使用される触媒は、遷移金属化合物を含む触媒系であり、この触媒系としては、配位子成分、配位子が配位された遷移金属錯体、および還元剤を必須成分とし、さらに、重合速度を上げるために塩を添加してもよい。
[Polymer electrolyte production method]
The polymerization of the monomer of the present invention is not particularly limited, but it is preferable to react in the presence of a specific catalyst. The catalyst used in this case is a catalyst system containing a transition metal compound. The catalyst system includes a ligand component, a transition metal complex coordinated with the ligand, and a reducing agent as essential components. A salt may be added to increase the polymerization rate.

配位子成分としては、トリフェニルホスフィン、2,2’−ビピリジン、1,5−シクロオクタジエン、または1,3−ビス(ジフェニルホスフィノ)プロパンなどが挙げられる。これらのうち、トリフェニルホスフィン、2,2’−ビピリジンが好ましい。上記配位子成分である化合物は、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。配位子成分は、上記モノマー100モル%に対して、1モル%以上100モル%以下であることが好ましく、1モル%以上20モル%以下であることがより好ましい。   Examples of the ligand component include triphenylphosphine, 2,2′-bipyridine, 1,5-cyclooctadiene, 1,3-bis (diphenylphosphino) propane, and the like. Of these, triphenylphosphine and 2,2'-bipyridine are preferred. The compound which is the said ligand component may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together. The ligand component is preferably 1 mol% or more and 100 mol% or less, and more preferably 1 mol% or more and 20 mol% or less with respect to 100 mol% of the monomer.

配位子が配位された遷移金属錯体としては、例えば、塩化ニッケルビス(トリフェニルホスフィン)、臭化ニッケルビス(トリフェニルホスフィン)、ヨウ化ニッケルビス(トリフェニルホスフィン)、硝酸ニッケルビス(トリフェニルホスフィン)、塩化ニッケル(2,2−ビピリジン)、臭化ニッケル(2,2−ビピリジン)、ビス(1,5−シクロオクタジエン)ニッケル、テトラキス(トリフェニルホスフィン)ニッケル、テトラキス(トリフェニルホスファイト)ニッケル、またはテトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウムなどが挙げられる。これらのうち、塩化ニッケルビス(トリフェニルホスフィン)、塩化ニッケル(2,2−ビピリジン)が好ましい。遷移金属錯体は、上記モノマー100モル%に対して、1モル%以上100モル%以下であることが好ましく、1モル%以上20モル%以下であることがより好ましい。   Examples of transition metal complexes in which a ligand is coordinated include nickel chloride bis (triphenylphosphine), nickel bromide bis (triphenylphosphine), nickel iodide bis (triphenylphosphine), and nickel nitrate bis (tri Phenylphosphine), nickel chloride (2,2-bipyridine), nickel bromide (2,2-bipyridine), bis (1,5-cyclooctadiene) nickel, tetrakis (triphenylphosphine) nickel, tetrakis (triphenylphos) Phyto) nickel or tetrakis (triphenylphosphine) palladium. Of these, nickel chloride bis (triphenylphosphine) and nickel chloride (2,2-bipyridine) are preferred. The transition metal complex is preferably 1 mol% or more and 100 mol% or less, and more preferably 1 mol% or more and 20 mol% or less with respect to 100 mol% of the monomer.

上記触媒系に使用することができる還元剤としては、例えば、鉄、亜鉛、マンガン、アルミニウム、マグネシウム、ナトリウム、またはカルシウムなどが挙げられる。これらのうち、亜鉛、マグネシウム、マンガンが好ましい。これらの還元剤は、有機酸などの酸に接触させることにより、より活性化して用いることができる。還元剤は、上記モノマー100モル%に対して、1モル%以上100モル%以下であること好ましく、10モル%以上30モル%以下であることが好ましい。   Examples of the reducing agent that can be used in the catalyst system include iron, zinc, manganese, aluminum, magnesium, sodium, and calcium. Of these, zinc, magnesium and manganese are preferred. These reducing agents can be used after being more activated by bringing them into contact with an acid such as an organic acid. The reducing agent is preferably 1 mol% or more and 100 mol% or less, and preferably 10 mol% or more and 30 mol% or less with respect to 100 mol% of the monomer.

また、上記触媒系において使用することのできる塩としては、フッ化ナトリウム、塩化ナトリウム、臭化ナトリウム、ヨウ化ナトリウム、硫酸ナトリウムなどのナトリウム化合物;フッ化カリウム、塩化カリウム、臭化カリウム、ヨウ化カリウム、硫酸カリウムなどのカリウム化合物;フッ化テトラエチルアンモニウム、塩化テトラエチルアンモニウム、臭化テトラエチルアンモニウム、ヨウ化テトラエチルアンモニウム、硫酸テトラエチルアンモニウムなどのアンモニウム化合物が挙げられる。これらのうち、臭化ナトリウム、ヨウ化ナトリウム、臭化カリウム、臭化テトラエチルアンモニウム、ヨウ化テトラエチルアンモニウムが好ましい。塩は、上記モノマー100モル%に対して、1モル%以上100モル%以下であることが好ましく、10モル%以上30モル%以下であることが好ましい。   Examples of salts that can be used in the above catalyst system include sodium compounds such as sodium fluoride, sodium chloride, sodium bromide, sodium iodide, sodium sulfate; potassium fluoride, potassium chloride, potassium bromide, iodide. Examples include potassium compounds such as potassium and potassium sulfate; ammonium compounds such as tetraethylammonium fluoride, tetraethylammonium chloride, tetraethylammonium bromide, tetraethylammonium iodide, and tetraethylammonium sulfate. Of these, sodium bromide, sodium iodide, potassium bromide, tetraethylammonium bromide, and tetraethylammonium iodide are preferred. The salt is preferably 1 mol% or more and 100 mol% or less, and preferably 10 mol% or more and 30 mol% or less with respect to 100 mol% of the monomer.

また、上記重合の際に用いられる溶媒としては、例えば、テトラヒドロフラン、シクロヘキサノン、ジメチルスルホキシド、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン、γ−ブチロラクトン、N,N−ジメチルイミダゾリジノンなどが挙げられる。これらのうち、テトラヒドロフラン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン、N,N’−ジメチルイミダゾリジノンが好ましい。これらの重合溶媒は、十分に乾燥してから用いることが好ましい。   Examples of the solvent used in the polymerization include tetrahydrofuran, cyclohexanone, dimethyl sulfoxide, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone, γ-butyrolactone, N, N-dimethylimidazolidinone and the like can be mentioned. Of these, tetrahydrofuran, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone, and N, N'-dimethylimidazolidinone are preferred. These polymerization solvents are preferably used after sufficiently dried.

重合の際の重合温度および重合時間は、特に限定されるものではなく、分子量、重合の濃度等によって適宜設定すればよい。例えば、重量平均分子量が10万以上50万以下の重合体を得ることを目的とする場合、反応効率の点から、重合温度が好ましくは25℃以上80℃以下、より好ましくは40℃以上70℃以下、重合時間が好ましくは8時間以上40時間以下、より好ましくは16時間以上32時間以下で重合が行われる。
重合の際の重合圧力は、特に限定されず、加圧下、常圧(大気)下、減圧下のいずれかでよく、場合により適宜設定すればよいが、常圧下であることが好ましい。
The polymerization temperature and polymerization time during the polymerization are not particularly limited, and may be set as appropriate depending on the molecular weight, the concentration of polymerization, and the like. For example, when it is intended to obtain a polymer having a weight average molecular weight of 100,000 to 500,000, the polymerization temperature is preferably 25 ° C. or more and 80 ° C. or less, more preferably 40 ° C. or more and 70 ° C. Hereinafter, the polymerization is performed in a polymerization time of preferably 8 hours to 40 hours, more preferably 16 hours to 32 hours.
The polymerization pressure at the time of polymerization is not particularly limited, and may be any of under pressure, normal pressure (atmosphere), and reduced pressure, and may be appropriately set depending on circumstances, but is preferably under normal pressure.

本願発明のモノマーの重合度、すなわち上記化学一般式(1)におけるnは、10〜10000であることが好ましく、より好ましくは、1000〜10000である。上記範囲であることにより、高分子電解質を溶媒に容易に溶解させることができ、成膜性を良効にすることができる。   The degree of polymerization of the monomer of the present invention, that is, n in the chemical general formula (1) is preferably 10 to 10,000, and more preferably 1000 to 10,000. By being in the above range, the polymer electrolyte can be easily dissolved in the solvent, and the film forming property can be improved.

[高分子電解質膜の製造方法について]
このようにして得られた高分子電解質を用いて高分子電解質膜を製造する方法としては、特に限定されないが、例えば、本発明のポリフェニレン系電解質を溶媒に溶解して溶液とした後、キャスティングにより、基材上に塗布し、フィルム状に形成する方法や、所定のギャップに制御されたアプリケータを用いて塗工、成膜する方法、ダイコータを用いて成膜する方法等が挙げられる。
[Production method of polymer electrolyte membrane]
A method for producing a polymer electrolyte membrane using the polymer electrolyte thus obtained is not particularly limited. For example, the polyphenylene electrolyte of the present invention is dissolved in a solvent to form a solution, and then cast by casting. Examples thereof include a method of coating on a substrate and forming it into a film, a method of applying and forming a film using an applicator controlled to a predetermined gap, and a method of forming a film using a die coater.

成膜にあたっては、溶液の粘度を10mPa・s以上10000mPa・s以下とすることが好ましく、10mPa・s以上1000mPa・s以下とすることがより好ましい。上記範囲内であると、溶媒の残留量が少なく、また溶液を乾燥する際に多量の気泡が発生する確率が低いことと、レべリング効果により厚みのむらが低減できるため、安定したプロトン伝導性が確保される。   In film formation, the viscosity of the solution is preferably 10 mPa · s or more and 10,000 mPa · s or less, and more preferably 10 mPa · s or more and 1000 mPa · s or less. Within the above range, the residual amount of the solvent is small, the probability that a large amount of bubbles are generated when the solution is dried is low, and the unevenness of the thickness can be reduced by the leveling effect, so that stable proton conductivity is achieved. Is secured.

この際の高分子電解質の濃度は、分子量にもよるが、通常、2.5質量%以上50質量%以下、好ましくは7質量%以上25質量%以下である。上記範囲内であれば、成膜性に優れる。   The concentration of the polymer electrolyte in this case is usually 2.5% by mass or more and 50% by mass or less, preferably 7% by mass or more and 25% by mass or less, although it depends on the molecular weight. Within the above range, the film formability is excellent.

また、この際に用いられる溶媒としては、例えば、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、γ−ブチルラクトン、N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、ジメチル尿素、ジメチルイミダゾリジノンなどの非プロトン系極性溶媒、メタノール、エタノール、プロピルアルコール、isо−プロピルアルコール、sec−ブチルアルコール、tert−ブチルアルコールなどのアルコール系溶媒およびアセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノンなどのケトン系溶媒などが挙げられる。これらの溶媒は、単独で用いてもよく、あるいは2種以上混合させてもよい。またこれらの溶媒に水を添加したものを用いてもよい。   Examples of the solvent used in this case include N-methyl-2-pyrrolidone, N, N-dimethylformamide, γ-butyllactone, N, N-dimethylacetamide, dimethyl sulfoxide, dimethylurea, dimethylimidazolidinone. And aprotic polar solvents such as methanol, ethanol, propyl alcohol, isopropyl alcohol, sec-butyl alcohol, tert-butyl alcohol and the like, and ketone solvents such as acetone, methyl ethyl ketone and cyclohexanone. These solvents may be used alone or in combination of two or more. Moreover, you may use what added water to these solvents.

粘度を調整した高分子電解質溶液は、例えば、基材にキャストされる。キャストする基材としては、金属材料、ガラス、セラミックス、プラスチックなどが挙げられる。基材の形状は特に限定されるものではない。   The polymer electrolyte solution whose viscosity is adjusted is cast onto a substrate, for example. Examples of the base material to be cast include metal materials, glass, ceramics, and plastics. The shape of the substrate is not particularly limited.

基材上に形成された塗膜は、好ましくは25℃以上140℃以下、0.1時間以上24時間以下で加熱され、本発明の高分子電解質膜が形成される。   The coating film formed on the substrate is preferably heated at 25 ° C. or higher and 140 ° C. or lower and 0.1 hour or longer and 24 hours or shorter to form the polymer electrolyte membrane of the present invention.

[固体高分子形燃料電池について]
固体高分子形燃料電池は、一般に、高分子電解質膜と、高分子電解質膜の両面に設けた空気極側電極触媒層および燃料極側触媒層とからなる膜電極接合体と、空気極側電極触媒層および燃料極側電極触媒層と対向して配置された空気極側ガス拡散層および燃料極側ガス拡散層と、これらを挟持したセパレータとから構成される。
[About polymer electrolyte fuel cells]
A polymer electrolyte fuel cell generally includes a polymer electrolyte membrane, a membrane electrode assembly comprising an air electrode side electrode catalyst layer and a fuel electrode side catalyst layer provided on both sides of the polymer electrolyte membrane, and an air electrode side electrode. The air electrode side gas diffusion layer and the fuel electrode side gas diffusion layer disposed to face the catalyst layer and the fuel electrode side electrode catalyst layer, and a separator sandwiching them.

本発明の高分子電解質は、薄膜化しても十分な機械強度を有し、耐加水分解性およびラジカル安定性を向上させることができることから、上記固体高分子形燃料電池を構成する高分子電解質膜の材料として用いることができる。また、導電性物質および触媒物質とともに、空気極側電極触媒層または燃料極側電極触媒層を形成することもできる。   The polymer electrolyte of the present invention has sufficient mechanical strength even when it is thinned, and can improve hydrolysis resistance and radical stability. Therefore, the polymer electrolyte membrane constituting the solid polymer fuel cell is used. It can be used as a material. Moreover, an air electrode side electrode catalyst layer or a fuel electrode side electrode catalyst layer can be formed together with the conductive material and the catalyst material.

以下、本発明を実施例および比較例により詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example demonstrate this invention in detail, this invention is not limited to these.

[実施例]
<化合物(C−1)の合成>
1,4−ジクロロベンゼンを14.7g(0.1mol)、5−クロロバレリアン酸を13.7g(0.1mol)、および塩化アルミニウム15.6g(0.11mol)を加え、窒素雰囲気下、1時間撹拌を行った。この反応溶液の有機成分を抽出により回収し、シクロへキサンを用いて再結晶を行った。乾燥後、下記化学式(9)で表わされる化合物(C−1)を得た。
[Example]
<Synthesis of Compound (C-1)>
Add 14.7 g (0.1 mol) of 1,4-dichlorobenzene, 13.7 g (0.1 mol) of 5-chlorovaleric acid, and 15.6 g (0.11 mol) of aluminum chloride. Stir for hours. The organic component of the reaction solution was recovered by extraction and recrystallized using cyclohexane. After drying, a compound (C-1) represented by the following chemical formula (9) was obtained.

Figure 2012084295
Figure 2012084295

<化合物(D−1)の合成>
窒素雰囲気下において、得られた化合物(C−1)50g(0.2mol)、塩化チオニル118.9g(1mol)およびジメチルホルムアミド5mlを加え、45℃で4時間加熱撹拌することにより、下記化学式(10)で表わされる化合物(D−1)を得た。
<Synthesis of Compound (D-1)>
Under a nitrogen atmosphere, 50 g (0.2 mol) of the obtained compound (C-1), 118.9 g (1 mol) of thionyl chloride and 5 ml of dimethylformamide were added, and the mixture was heated and stirred at 45 ° C. for 4 hours to obtain the following chemical formula ( The compound (D-1) represented by 10) was obtained.

Figure 2012084295
Figure 2012084295

<化合物(F)の合成>
窒素雰囲気下、4−フェニルフェノール(上記化学式(7)で表わされる化合物(E))50g(0.29mol)、プロパンスルトンを141g(1.16mol)および水酸化ナトリウム20g(0.5mol)、メタノールを200ml加え、48時間撹拌した。
その後、ジエチルエーテルで再沈殿させ、ろ過した。ろ過物を塩酸にて洗いこみ、上記化学式(8)で表わされる化合物(F)を得た。
<Synthesis of Compound (F)>
Under a nitrogen atmosphere, 50 g (0.29 mol) of 4-phenylphenol (compound (E) represented by the above chemical formula (7)), 141 g (1.16 mol) of propane sultone, 20 g (0.5 mol) of sodium hydroxide, methanol Was added and stirred for 48 hours.
Then, it reprecipitated with diethyl ether and filtered. The filtrate was washed with hydrochloric acid to obtain the compound (F) represented by the above chemical formula (8).

<モノマーの合成>
窒素雰囲気下、化合物(D−1)を10g(0.038mol)、化合物(F)を11g(0.038mol)、塩化アルミニウムを5.56g(0.042mol)、30mlのジメチルホルムアミドを加え、60℃で1時間撹拌させて、下記化学式(11)で表わされる実施例のモノマーを得た。
<Synthesis of monomer>
Under a nitrogen atmosphere, 10 g (0.038 mol) of the compound (D-1), 11 g (0.038 mol) of the compound (F), 5.56 g (0.042 mol) of aluminum chloride, and 30 ml of dimethylformamide were added. The mixture was stirred at 1 ° C. for 1 hour to obtain a monomer of an example represented by the following chemical formula (11).

Figure 2012084295
Figure 2012084295

<高分子電解質の合成>
窒素雰囲気下、実施例のモノマーを7.60g(14.58mol)、トリフェニルホスフィン1.493g(5.692mmol)、ヨウ化ナトリウム0.293g(1.953mmol)、亜鉛1.281g(19.59mmol)、ビス(トリフェニルホスフィン)ニッケル(II)ジクロリド0.311g(0.475mmol)を加え、溶媒として、20mlのジメチルホルムアミドを加え、60℃で24時間撹拌して、下記化学式(12)で表わされる実施例の高分子電解質を得た。
<Synthesis of polymer electrolyte>
Under a nitrogen atmosphere, 7.60 g (14.58 mol) of the monomer of the example, 1.493 g (5.692 mmol) of triphenylphosphine, 0.293 g (1.953 mmol) of sodium iodide, and 1.281 g (19.59 mmol) of zinc. ), 0.311 g (0.475 mmol) of bis (triphenylphosphine) nickel (II) dichloride, 20 ml of dimethylformamide as a solvent, and stirring at 60 ° C. for 24 hours, are represented by the following chemical formula (12). In this way, a polymer electrolyte of an example was obtained.

Figure 2012084295
Figure 2012084295

[比較例]
<9−ブロモ−1−デセンの合成>
500mlの三角フラスコにベンゼン100ml及びピリジン1.0gを加え、9−デセン−1−オール25g(0.16mol)を溶解した。次に三臭化リン43.2g(0.16mol)を溶解させたベンゼン溶液100mlを氷冷下でゆっくりと滴下した後、室温で18時間撹拌した。その後、反応液を氷水中に注ぎ、ジエチルエーテル300mlで抽出した。ここで得たエーテル−ベンゼン混合液は無水硫酸ナトリウムで一晩脱水した。求引ろ過により硫酸ナトリウムを除き、エーテル−ベンゼンを減圧除去し、残渣を減圧蒸留して目的物9−ブロモ−1−デセンを得た。
[Comparative example]
<Synthesis of 9-bromo-1-decene>
To a 500 ml Erlenmeyer flask, 100 ml of benzene and 1.0 g of pyridine were added to dissolve 25 g (0.16 mol) of 9-decene-1-ol. Next, 100 ml of a benzene solution in which 43.2 g (0.16 mol) of phosphorus tribromide was dissolved was slowly added dropwise under ice cooling, followed by stirring at room temperature for 18 hours. Thereafter, the reaction solution was poured into ice water and extracted with 300 ml of diethyl ether. The ether-benzene mixed solution obtained here was dehydrated overnight with anhydrous sodium sulfate. Sodium sulfate was removed by suction filtration, ether-benzene was removed under reduced pressure, and the residue was distilled under reduced pressure to obtain the desired product 9-bromo-1-decene.

<4−(9−デセニルオキシフェニル)フェノールの合成>
水酸化ナトリウム3.40g(0.08mol)を100mlのエタノールに溶解させた。この溶液を4,4’−ビフェノール14.9g(0.08mol)を溶解させた100mlエタノールに少量ずつ加え、エタノールを減圧除去した。残渣を150mlジメチルホルムアミドに窒素気流下で加温して溶解させた(A液)。上記で調整した9−ブロモ−1−デセン15.8g(0.072mol)、フェノチアジン0.1gを30mlのDMFに溶解させた(B液)。窒素雰囲気下でよく撹拌しながら、A液にB液を30分程度かけて加え、40℃で24時間反応させた。反応終了後、反応液を冷却し、300mlの10%冷却塩酸で洗浄した後、300mlのエーテルで抽出し、次いで100ml冷蒸留水で洗浄した。エーテル層は無水硫酸ナトリウムで一晩脱水する。残渣に300mlのヘキサンを加え、ろ過により沈殿物を得る。次いで200mlベンゼンを加え、ベンゼン可溶部分をベンゼンを用いたカラムクロマトグラフィーで精製して4−(9−デセニルオキシフェニル)フェノールを得た。
<Synthesis of 4- (9-decenyloxyphenyl) phenol>
3.40 g (0.08 mol) of sodium hydroxide was dissolved in 100 ml of ethanol. This solution was added little by little to 100 ml ethanol in which 14.9 g (0.08 mol) of 4,4′-biphenol was dissolved, and ethanol was removed under reduced pressure. The residue was dissolved in 150 ml dimethylformamide by heating under a nitrogen stream (solution A). 15.8 g (0.072 mol) of 9-bromo-1-decene prepared above and 0.1 g of phenothiazine were dissolved in 30 ml of DMF (liquid B). Liquid B was added to liquid A over about 30 minutes while stirring well in a nitrogen atmosphere, and reacted at 40 ° C. for 24 hours. After completion of the reaction, the reaction solution was cooled, washed with 300 ml of 10% cold hydrochloric acid, extracted with 300 ml of ether, and then washed with 100 ml of cold distilled water. The ether layer is dehydrated with anhydrous sodium sulfate overnight. 300 ml of hexane is added to the residue, and a precipitate is obtained by filtration. Subsequently, 200 ml of benzene was added, and the benzene-soluble part was purified by column chromatography using benzene to obtain 4- (9-decenyloxyphenyl) phenol.

<3−[6−(9−デセニルオキシ)ビフェニルオキシ]プロピルスルホン酸の合成>
ジメチルホルムアミド30ml中に重合禁止剤フェノチアジン0.05gを溶解させた。そこへ、1,8−ジアザビシクロ[5,4,0]−7−ウンデンセン(DBU)1.22g(0.008mol)と4−(9−デセニルオキシフェニル)フェノール0.65g(0.002mol)、3−ブロモプロパンスルホン酸ナトリウム1.8g(0.008mol)を溶解させ、窒素雰囲気下、50℃で48時間撹拌した。反応終了後、溶媒を濃縮しジエチルエーテルを加え、ろ過することにより沈殿を得た。次に、沈殿を蒸留水でよく洗浄した。次に、洗浄後の沈殿を6mol/LのHCl中で24時間撹拌後、遠心分離機により沈殿を得て、この沈殿をジエチルエーテルで洗浄後、乾燥して、比較例のモノマーである3−[6−(9−デセニルオキシ)ビフェニルオキシ]プロピルスルホン酸を得た。
<Synthesis of 3- [6- (9-decenyloxy) biphenyloxy] propylsulfonic acid>
In 30 ml of dimethylformamide, 0.05 g of a polymerization inhibitor phenothiazine was dissolved. There, 1,8-diazabicyclo [5,4,0] -7-undencene (DBU) 1.22 g (0.008 mol) and 4- (9-decenyloxyphenyl) phenol 0.65 g (0.002 mol) ), 1.8 g (0.008 mol) of sodium 3-bromopropanesulfonate was dissolved and stirred at 50 ° C. for 48 hours under a nitrogen atmosphere. After completion of the reaction, the solvent was concentrated, diethyl ether was added and filtered to obtain a precipitate. Next, the precipitate was washed well with distilled water. Next, after the washed precipitate was stirred in 6 mol / L HCl for 24 hours, the precipitate was obtained by a centrifuge, and this precipitate was washed with diethyl ether and dried to obtain a monomer of Comparative Example 3- [6- (9-decenyloxy) biphenyloxy] propylsulfonic acid was obtained.

<3−[6−(9−デセニルオキシ)ビフェニルオキシ]プロピルスルホン酸の高分子量化>
窒素雰囲気下、3−[6−(9−デセニルオキシ)ビフェニルオキシ]プロプルスルホン酸を488mg(1mmol)、開始剤であるAIBNを6.6mg(0.04mmol)加え、ジメチルスルホキシドを4.8ml加えた。その後、60℃で60時間熱重合して高分子量化させた。その後、アセトンで再沈殿させ、比較例の高分子電解質である3−[6−(9−デセニルオキシ)ビフェニルオキシ]プロピルスルホン酸ポリマーを得た。
<Molecularization of 3- [6- (9-decenyloxy) biphenyloxy] propylsulfonic acid>
Under a nitrogen atmosphere, 488 mg (1 mmol) of 3- [6- (9-decenyloxy) biphenyloxy] propylsulfonic acid, 6.6 mg (0.04 mmol) of AIBN as an initiator, and 4.8 ml of dimethyl sulfoxide were added. It was. Then, it polymerized by heat polymerization at 60 ° C. for 60 hours. Then, it reprecipitated with acetone and obtained 3- [6- (9-decenyloxy) biphenyloxy] propylsulfonic acid polymer which is a polymer electrolyte of a comparative example.

[高分子電解質の成膜]
実施例および比較例の高分子電解質をジメチルスルホキシドに溶解させ、ガラスにキャストし、45℃で12時間、80℃で12時間、80℃で1時間真空乾燥させることで、実施例および比較例の高分子電解質膜を得た。
[Polymer electrolyte deposition]
The polymer electrolytes of Examples and Comparative Examples were dissolved in dimethyl sulfoxide, cast into glass, and vacuum-dried at 45 ° C. for 12 hours, 80 ° C. for 12 hours, and 80 ° C. for 1 hour. A polymer electrolyte membrane was obtained.

[評価]
<薄膜化>
実施例の高分子電解質膜は、比較例の高分子電解質膜に比較して、薄膜化しても膜電極接合体が作製できる機械強度を有していた。
[Evaluation]
<Thinning>
The polymer electrolyte membrane of the example had a mechanical strength that can produce a membrane electrode assembly even if it was made thinner than the polymer electrolyte membrane of the comparative example.

<フェントン試験>
60℃、3%過酸化水素水溶液、4ppmFe2+中に、実施例および比較例の高分子電解質膜を浸漬させた。その結果、実施例の高分子電解質膜の方が、耐久性を有していることを確認した。
<Fenton test>
The polymer electrolyte membranes of Examples and Comparative Examples were immersed in 60 ° C., 3% hydrogen peroxide aqueous solution, and 4 ppm Fe 2+ . As a result, it was confirmed that the polymer electrolyte membrane of the example had durability.

本発明は、電気自動車、燃料電池自動車などの自動車、ノートパソコン、携帯電話、携帯情報端末などのモバイル機器、家庭用発電装置などの発電源として用いられる固体高分子形燃料電池を構成する高分子電解質膜などに利用できる。   The present invention relates to a polymer constituting a polymer electrolyte fuel cell used as a power generation source for automobiles such as electric vehicles and fuel cell vehicles, mobile devices such as notebook computers, mobile phones and personal digital assistants, and household power generators. It can be used for electrolyte membranes.

Claims (9)

下記化学一般式(1)で表わされる高分子単位を有することを特徴とする高分子電解質。
Figure 2012084295

ただし、式中の、AおよびAはアルキル基、Bは電子求引性基、Bは電子供与性基、Yはスルホン酸基、ホスホン酸基、ヒドロキシル基、カルボキシル基から選択されるプロトン酸基をそれぞれ示す。nは10〜10000の整数である。
A polymer electrolyte comprising a polymer unit represented by the following chemical general formula (1):
Figure 2012084295

In the formula, A 1 and A 2 are alkyl groups, B 1 is an electron withdrawing group, B 2 is an electron donating group, Y is selected from a sulfonic acid group, a phosphonic acid group, a hydroxyl group, and a carboxyl group. Each represents a protonic acid group. n is an integer of 10 to 10,000.
前記AおよびAが−(CH−であることを特徴とする請求項1に記載の高分子電解質。ただし、mは1以上の整数である。 The polymer electrolyte according to claim 1, wherein the A 1 and A 2 are — (CH 2 ) m —. However, m is an integer greater than or equal to 1. 前記Bがカルボニル基、前記Bがエーテル基であることを特徴とする請求項1または2に記載の高分子電解質。 3. The polymer electrolyte according to claim 1, wherein B 1 is a carbonyl group, and B 2 is an ether group. 前記Aのmが3または4であることを特徴とする請求項2または3に記載の高分子電解質。 4. The polymer electrolyte according to claim 2, wherein m of A 1 is 3 or 4. 5. 前記Yがスルホン酸基またはホスホン酸基であることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の高分子電解質。   The polymer electrolyte according to any one of claims 1 to 4, wherein Y is a sulfonic acid group or a phosphonic acid group. 前記高分子電解質のイオン交換容量が2.1meq/g以上2.4meq/g以下であることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の高分子電解質。   6. The polymer electrolyte according to claim 1, wherein an ion exchange capacity of the polymer electrolyte is 2.1 meq / g or more and 2.4 meq / g or less. 請求項1から6のいずれか一項に記載の高分子電解質からなることを特徴とする高分子電解質膜。   A polymer electrolyte membrane comprising the polymer electrolyte according to any one of claims 1 to 6. 請求項1から6のいずれか一項に記載の高分子電解質を用いることを特徴とする固体高分子形燃料電池。   A polymer electrolyte according to any one of claims 1 to 6, wherein the polymer electrolyte fuel cell is used. 下記化学一般式(2)で表わされることを特徴とするポリマー化可能な基を有するイオン性材料。
Figure 2012084295

ただし、式中の、AおよびAはアルキル基、Bは電子求引性基、Bは電子供与性基、Yはスルホン酸基、ホスホン酸基、ヒドロキシル基、カルボキシル基から選択されるプロトン酸基をそれぞれ示す。X、Xはそれぞれ独立して塩素原子、臭素原子、またはヨウ素原子のいずれかを示す。
An ionic material having a group capable of being polymerized, which is represented by the following chemical general formula (2).
Figure 2012084295

In the formula, A 1 and A 2 are alkyl groups, B 1 is an electron withdrawing group, B 2 is an electron donating group, Y is selected from a sulfonic acid group, a phosphonic acid group, a hydroxyl group, and a carboxyl group. Each represents a protonic acid group. X 1 and X 2 each independently represent a chlorine atom, a bromine atom, or an iodine atom.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013067761A (en) * 2011-09-26 2013-04-18 Toppan Printing Co Ltd Polymer electrolyte, and polymer electrolyte membrane and solid polymer fuel cell using the same
JP2013067762A (en) * 2011-09-26 2013-04-18 Toppan Printing Co Ltd Polymer electrolyte, and polymer electrolyte membrane and solid polymer fuel cell using the same
JP2013181129A (en) * 2012-03-02 2013-09-12 Toppan Printing Co Ltd Polyelectrolyte, polyelectrolyte membrane, polymer electrolyte fuel cell, and ionic material having polymerizable group
JP2016138079A (en) * 2015-01-29 2016-08-04 Tdk株式会社 Ion conductive solid electrolyte

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003055337A (en) * 2001-05-18 2003-02-26 Nippon Chem Ind Co Ltd Sulfonic acid-type liquid crystal material having polymerizable group, method for producing the same, proton transporting material and proton transporting method using molecular arrangement in liquid crystal state
JP2005149810A (en) * 2003-11-12 2005-06-09 Jsr Corp Polymer electrolyte, its production method, and proton conducting membrane
JP2005320523A (en) * 2004-04-06 2005-11-17 Sumitomo Chemical Co Ltd Polyarylene polymer and its use
JP2005534787A (en) * 2002-08-06 2005-11-17 コミツサリア タ レネルジー アトミーク POLYPHENYLENE TYPE POLYMER, METHOD FOR PREPARING THE SAME, MEMBRANE, AND FUEL CELL DEVICE INCLUDING THE MEMBRANE
JP2009211942A (en) * 2008-03-04 2009-09-17 Univ Of Yamanashi Proton transport material, its manufacturing material, ion exchanger using it, membrane-electrode assembly, and fuel cell

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003055337A (en) * 2001-05-18 2003-02-26 Nippon Chem Ind Co Ltd Sulfonic acid-type liquid crystal material having polymerizable group, method for producing the same, proton transporting material and proton transporting method using molecular arrangement in liquid crystal state
JP2005534787A (en) * 2002-08-06 2005-11-17 コミツサリア タ レネルジー アトミーク POLYPHENYLENE TYPE POLYMER, METHOD FOR PREPARING THE SAME, MEMBRANE, AND FUEL CELL DEVICE INCLUDING THE MEMBRANE
JP2005149810A (en) * 2003-11-12 2005-06-09 Jsr Corp Polymer electrolyte, its production method, and proton conducting membrane
JP2005320523A (en) * 2004-04-06 2005-11-17 Sumitomo Chemical Co Ltd Polyarylene polymer and its use
JP2009211942A (en) * 2008-03-04 2009-09-17 Univ Of Yamanashi Proton transport material, its manufacturing material, ion exchanger using it, membrane-electrode assembly, and fuel cell

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013067761A (en) * 2011-09-26 2013-04-18 Toppan Printing Co Ltd Polymer electrolyte, and polymer electrolyte membrane and solid polymer fuel cell using the same
JP2013067762A (en) * 2011-09-26 2013-04-18 Toppan Printing Co Ltd Polymer electrolyte, and polymer electrolyte membrane and solid polymer fuel cell using the same
JP2013181129A (en) * 2012-03-02 2013-09-12 Toppan Printing Co Ltd Polyelectrolyte, polyelectrolyte membrane, polymer electrolyte fuel cell, and ionic material having polymerizable group
JP2016138079A (en) * 2015-01-29 2016-08-04 Tdk株式会社 Ion conductive solid electrolyte

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