JP2013047309A - Anion exchange resin, electrolyte layer for fuel cell, binder for forming electrode catalyst layer, cell electrode catalyst layer and fuel cell - Google Patents

Anion exchange resin, electrolyte layer for fuel cell, binder for forming electrode catalyst layer, cell electrode catalyst layer and fuel cell Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrolyte layer for a fuel cell excellent in durability; a binder for forming an electrode catalyst layer; an anion exchange resin producible of the cell electrode catalyst layer; an electrolyte layer for a fuel cell formed from the anion exchange resin; a binder for forming the electrode catalyst layer; and a fuel cell electrode catalyst layer, further a fuel cell equipped with the electrolyte layer for a fuel cell or cell electrode catalyst layer.SOLUTION: This anion exchange resin is obtained by bonding a hydrophobic unit in which a divalent hydrophobic group comprising a plurality of aromatic rings mutually bonded through a divalent saturated hydrocarbon group, and a divalent bonding group comprising a single aromatic ring or a plurality of aromatic rings mutually bonded through a carbon-carbon bond are repeated through an ether bond; and a hydrophilic unit in which a divalent hydrophilic group where aromatic rings having a plurality of aromatic rings mutually bonded through a divalent saturated hydrocarbon group and aromatic rings having an anion exchange group in the saturated hydrocarbon group are bonded through a carbon-carbon bond; and the bonding group are repeated through an ether bond; are bonded together through an ether bond.

Description

本発明は、陰イオン交換樹脂、燃料電池用電解質層、電極触媒層形成用バインダー、電池電極触媒層および燃料電池に関する。   The present invention relates to an anion exchange resin, an electrolyte layer for a fuel cell, a binder for forming an electrode catalyst layer, a battery electrode catalyst layer, and a fuel cell.

現在まで、燃料電池としては、アルカリ形(AFC)、固体高分子形(PEFC)、リン酸形(PAFC)、溶融炭酸塩形(MCFC)、固体電解質形(SOFC)などの各種のものが知られている。なかでも、固体高分子形燃料電池は、比較的低温で運転できることから、例えば、自動車用途などの、各種用途での使用が検討されている。   To date, various types of fuel cells such as alkaline type (AFC), solid polymer type (PEFC), phosphoric acid type (PAFC), molten carbonate type (MCFC), and solid electrolyte type (SOFC) are known. It has been. Among these, since the polymer electrolyte fuel cell can be operated at a relatively low temperature, use in various applications such as an automobile application has been studied.

このような固体高分子形燃料電池としては、例えば、アニオン交換膜からなる電解質層と、電解質層を挟んで対向配置される燃料側電極および酸素側電極とを備え、酸素側電極に、触媒が担持されるとともに酸素を含む気体および水が供給され、また、燃料側電極に触媒が担持されるとともにヒドラジン類などの燃料が供給される燃料電池が、提案されている(例えば、特許文献1参照。)。   Such a polymer electrolyte fuel cell includes, for example, an electrolyte layer made of an anion exchange membrane, and a fuel side electrode and an oxygen side electrode that are arranged to face each other with the electrolyte layer interposed therebetween. There has been proposed a fuel cell in which a gas containing oxygen and water are supplied and a catalyst is supported on a fuel side electrode and a fuel such as hydrazine is supplied (see, for example, Patent Document 1). .)

また、このような燃料電池に用いられる電解質層を形成する電解質としては、例えば、下記式(25)で表される高分子のフルオレニル基に、超強酸基が導入されてなる構造を有する、芳香族高分子電解質が、提案されている(例えば、特許文献2参照。)。   In addition, as an electrolyte forming an electrolyte layer used in such a fuel cell, for example, an aromatic compound having a structure in which a super strong acid group is introduced into a polymer fluorenyl group represented by the following formula (25): Group polymer electrolytes have been proposed (see, for example, Patent Document 2).

Figure 2013047309
(式中、n、mは高分子中の割合を示し、0≦n≦100、0≦m≦100、n+m=100である。フルオレニル基を構成するベンゼン環、主鎖を構成するベンゼン環は置換されていてもよい。)
このような電解質を用いれば、電解質層の耐久性、具体的には、高温下における機械強度を向上させることができ、さらには、高温低湿におけるプロトン伝導性の向上を図ることもできる。
Figure 2013047309
(In the formula, n and m represent proportions in the polymer, and 0 ≦ n ≦ 100, 0 ≦ m ≦ 100, and n + m = 100. The benzene ring constituting the fluorenyl group and the benzene ring constituting the main chain are May be substituted.)
By using such an electrolyte, durability of the electrolyte layer, specifically, mechanical strength at high temperature can be improved, and further, proton conductivity at high temperature and low humidity can be improved.

特開2006−244960号公報JP 2006-244960 A 特開2010−229352号公報JP 2010-229352 A

しかるに、特許文献2に記載の電解質において、上記芳香族高分子電解質は、上記式(25)に示されるように、スルホニル基、カルボニル基などを含有するため、耐久性に劣る。例えば、スルホニル基は、耐ヒドラジン性、耐アルカリ性に劣り、また、カルボニル基は、ヒドラジン類と反応する場合がある。また、例えば、芳香族高分子電解質がイミド基などを含有する場合にも、やはり、耐久性に劣る場合がある。   However, in the electrolyte described in Patent Document 2, since the aromatic polymer electrolyte contains a sulfonyl group, a carbonyl group, and the like as shown in the above formula (25), it is inferior in durability. For example, a sulfonyl group is inferior in hydrazine resistance and alkali resistance, and a carbonyl group may react with hydrazines. For example, when the aromatic polymer electrolyte contains an imide group, the durability may be inferior.

そのため、このような基を含有する電解質から電解質層を形成し、その電解質層を、特許文献1に記載の燃料電池、具体的には、燃料としてヒドラジン類(アルカリ性燃料)が供給される燃料電池に用いると、その電解質層がヒドラジン類によって分解される場合がある。   Therefore, an electrolyte layer is formed from an electrolyte containing such a group, and the electrolyte layer is used as the fuel cell described in Patent Document 1, specifically, a fuel cell to which hydrazines (alkaline fuel) are supplied as fuel. In some cases, the electrolyte layer may be decomposed by hydrazines.

そこで、燃料電池における電解質としては、さらなる耐久性の向上が、要求されている。   Therefore, further improvement in durability is required as an electrolyte in a fuel cell.

また、燃料電池において、燃料側電極および/または酸素側電極に触媒を担持させる場合には、バインダー樹脂が用いられる。このバインダー樹脂は、触媒によって発生したイオンの通り道として利用されるため、電解質樹脂である必要がある。そして、このようなバインダー樹脂としても、耐久性が要求される。   In the fuel cell, when the catalyst is supported on the fuel side electrode and / or the oxygen side electrode, a binder resin is used. Since this binder resin is used as a path for ions generated by the catalyst, it needs to be an electrolyte resin. And durability is requested | required also as such binder resin.

本発明の目的は、耐久性に優れる燃料電池用電解質層、電極触媒層形成用バインダー、電池電極触媒層を製造できる陰イオン交換樹脂、その陰イオン交換樹脂から形成される燃料電池用電解質層および電極触媒層形成用バインダー、その電極触媒層形成用バインダーから形成される電池電極触媒層、さらには、その燃料電池用電解質層または電池電極触媒層を備える燃料電池を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a fuel cell electrolyte layer having excellent durability, an electrode catalyst layer-forming binder, an anion exchange resin capable of producing a battery electrode catalyst layer, a fuel cell electrolyte layer formed from the anion exchange resin, and An object of the present invention is to provide an electrode catalyst layer-forming binder, a battery electrode catalyst layer formed from the electrode catalyst layer-forming binder, and a fuel cell comprising the fuel cell electrolyte layer or battery electrode catalyst layer.

上記目的を達成するために、本発明の陰イオン交換樹脂は、2価の飽和炭化水素基を介して互いに結合する複数の芳香環からなる2価の疎水性基と、単数の芳香環からなる、または、炭素−炭素結合を介して互いに結合する複数の芳香環からなる2価の結合性基と、2価の飽和炭化水素基を介して互いに結合する複数の芳香環を有し、前記飽和炭化水素基に陰イオン交換基を有する芳香環が炭素−炭素結合を介して結合されている2価の親水性基とからなり、前記疎水性基および前記結合性基がエーテル結合を介して繰り返される疎水ユニットと、前記親水性基および前記結合性基がエーテル結合を介して繰り返される親水ユニットとを有し、前記疎水ユニットと前記親水ユニットとがエーテル結合を介して結合されていることを特徴としている。   In order to achieve the above object, the anion exchange resin of the present invention comprises a divalent hydrophobic group comprising a plurality of aromatic rings bonded to each other via a divalent saturated hydrocarbon group, and a single aromatic ring. Or a divalent linking group composed of a plurality of aromatic rings bonded to each other via a carbon-carbon bond and a plurality of aromatic rings bonded to each other via a divalent saturated hydrocarbon group, the saturated An aromatic ring having an anion exchange group on a hydrocarbon group is composed of a divalent hydrophilic group bonded via a carbon-carbon bond, and the hydrophobic group and the binding group are repeated via an ether bond. A hydrophobic unit and a hydrophilic unit in which the hydrophilic group and the binding group are repeated through an ether bond, and the hydrophobic unit and the hydrophilic unit are bonded through an ether bond. As That.

また、本発明の陰イオン交換樹脂では、前記疎水性基が、下記式(1)で示される、ハロゲン原子で置換されていてもよいビスフェノール残基であることが好適である。   In the anion exchange resin of the present invention, the hydrophobic group is preferably a bisphenol residue which is represented by the following formula (1) and may be substituted with a halogen atom.

Figure 2013047309
(式中、Rは、ハロゲン原子で置換されていてもよい−CH−または−C(CH−を示し、Xは、互いに同一または相異なって、ハロゲン原子を示し、aおよびbは、互いに同一または相異なって、0〜4の整数を示す。)
また、本発明の陰イオン交換樹脂では、前記結合性基が、下記式(2)で示される、ハロゲン原子で置換されていてもよいビフェニレン基であることが好適である。
Figure 2013047309
(In the formula, R represents —CH 2 — or —C (CH 3 ) 2 — which may be substituted with a halogen atom, X represents the same or different from each other, and represents a halogen atom; Are the same or different from each other and represent an integer of 0 to 4.)
In the anion exchange resin of the present invention, the binding group is preferably a biphenylene group represented by the following formula (2), which may be substituted with a halogen atom.

Figure 2013047309
(式中、Xは、互いに同一または相異なって、ハロゲン原子を示し、cおよびdは、互いに同一または相異なって、0〜4の整数を示す。)
また、本発明の陰イオン交換樹脂では、前記親水性基が、下記式(3)で示される、前記陰イオン交換基で置換されているビスフェノールフルオレン残基であることが好適である。
Figure 2013047309
(In the formula, X is the same or different from each other and represents a halogen atom, and c and d are the same or different from each other and represent an integer of 0 to 4.)
In the anion exchange resin of the present invention, it is preferable that the hydrophilic group is a bisphenolfluorene residue substituted with the anion exchange group represented by the following formula (3).

Figure 2013047309
(式中、Aは、互いに同一または相異なって、陰イオン交換基を示し、eおよびfは、互いに同一または相異なって、0〜4の整数を示すとともに、eおよびfの少なくとも一方が、1以上を示す。)
また、本発明の燃料電池用電解質層は、上記の陰イオン交換樹脂を含むことを特徴としている。
Figure 2013047309
Wherein A is the same or different from each other and represents an anion exchange group, e and f are the same or different from each other and represent an integer of 0 to 4, and at least one of e and f is 1 or more.)
In addition, an electrolyte layer for a fuel cell according to the present invention includes the above anion exchange resin.

また、本発明の電極触媒層形成用バインダーは、上記の陰イオン交換樹脂を含むことを特徴としている。   Moreover, the binder for electrode catalyst layer formation of this invention is characterized by including said anion exchange resin.

また、本発明の電池電極触媒層は、上記の燃料電池電極触媒層形成用バインダーを含むことを特徴としている。   The battery electrode catalyst layer of the present invention is characterized by including the above-mentioned binder for forming a fuel cell electrode catalyst layer.

また、本発明の燃料電池は、電解質層と、前記電解質層を挟んで対向配置され、燃料が供給される燃料側電極、および、酸素が供給される酸素側電極とを備える燃料電池において、前記電解質層が、上記の燃料電池用電解質層であり、前記燃料が、含水素液体燃料であることを特徴としている。   Further, the fuel cell of the present invention is a fuel cell comprising an electrolyte layer, a fuel-side electrode that is disposed to face the electrolyte layer, to which fuel is supplied, and an oxygen-side electrode to which oxygen is supplied. The electrolyte layer is the fuel cell electrolyte layer described above, and the fuel is a hydrogen-containing liquid fuel.

また、本発明の燃料電池では、前記含水素液体燃料が、ヒドラジン類であることが好適である。   In the fuel cell of the present invention, it is preferable that the hydrogen-containing liquid fuel is hydrazines.

また、本発明の燃料電池は、電解質層と、前記電解質層を挟んで対向配置され、燃料が供給される燃料側電極、および、酸素が供給される酸素側電極とを備える燃料電池において、前記燃料側電極および/または前記酸素側電極が、触媒層を含み、前記触媒層が、上記の燃料電池電極触媒層であり、前記燃料が、含水素液体燃料であることを特徴としている。   Further, the fuel cell of the present invention is a fuel cell comprising an electrolyte layer, a fuel-side electrode that is disposed to face the electrolyte layer, to which fuel is supplied, and an oxygen-side electrode to which oxygen is supplied. The fuel-side electrode and / or the oxygen-side electrode includes a catalyst layer, the catalyst layer is the fuel cell electrode catalyst layer, and the fuel is a hydrogen-containing liquid fuel.

また、本発明の燃料電池では、前記含水素液体燃料が、ヒドラジン類であることが好適である。   In the fuel cell of the present invention, it is preferable that the hydrogen-containing liquid fuel is hydrazines.

本発明の陰イオン交換樹脂は、2価の飽和炭化水素基を介して互いに結合する複数の芳香環からなる2価の疎水性基と、単数の芳香環からなる、または、炭素−炭素結合を介して互いに結合する複数の芳香環からなる2価の結合性基と、2価の飽和炭化水素基を介して互いに結合する複数の芳香環を有し、その飽和炭化水素基に陰イオン交換基を有する芳香環が炭素−炭素結合を介して結合されている2価の親水性基とからなり、疎水性基および結合性基がエーテル結合を介して繰り返される疎水ユニットと、親水性基および結合性基がエーテル結合を介して繰り返される親水ユニットとを有し、疎水ユニットと親水ユニットとがエーテル結合を介して結合されている。つまり、本発明の陰イオン交換樹脂には、スルホニル基、カルボニル基、イミド基などが含有されておらず、そのため、耐アルカリ性などの耐久性に優れる。   The anion exchange resin of the present invention comprises a divalent hydrophobic group consisting of a plurality of aromatic rings bonded to each other via a divalent saturated hydrocarbon group, a single aromatic ring, or a carbon-carbon bond. Having a divalent linking group composed of a plurality of aromatic rings bonded to each other via a divalent saturated hydrocarbon group and having a plurality of aromatic rings bonded to each other via a divalent saturated hydrocarbon group A hydrophobic unit comprising an aromatic ring having a divalent hydrophilic group bonded via a carbon-carbon bond, wherein the hydrophobic group and the binding group are repeated via an ether bond, and the hydrophilic group and the bond The hydrophobic group and the hydrophilic unit are bonded to each other through the ether bond. That is, the anion exchange resin of the present invention does not contain a sulfonyl group, a carbonyl group, an imide group or the like, and therefore has excellent durability such as alkali resistance.

そのため、このような陰イオン交換樹脂を用いて得られる本発明の燃料電池用電解質層および電極触媒層形成用バインダー、また、その電極触媒層形成用バインダーを用いて得られる電池電極触媒層は、耐久性に優れる。   Therefore, the fuel cell electrolyte layer and electrode catalyst layer forming binder of the present invention obtained using such an anion exchange resin, and the battery electrode catalyst layer obtained using the electrode catalyst layer forming binder, Excellent durability.

その結果、そのような燃料電池用電解質層を備える燃料電池、および、電池電極触媒層を備える燃料電池は、耐久性に優れる。   As a result, the fuel cell including such an electrolyte layer for a fuel cell and the fuel cell including the cell electrode catalyst layer are excellent in durability.

本発明の燃料電池の一実施形態を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows one Embodiment of the fuel cell of this invention. 実施例2の燃料電池の評価結果を示す。The evaluation result of the fuel cell of Example 2 is shown. 比較例2の燃料電池の評価結果を示す。The evaluation result of the fuel cell of the comparative example 2 is shown.

本発明の陰イオン交換樹脂は、2価の疎水性基と、2価の結合性基と、2価の親水性基とからなる。   The anion exchange resin of the present invention comprises a divalent hydrophobic group, a divalent binding group, and a divalent hydrophilic group.

本発明の陰イオン交換樹脂において、2価の疎水性基は、2価の飽和炭化水素基を介して互いに結合する複数(2つ以上、好ましくは、2つ)の芳香環からなる。   In the anion exchange resin of the present invention, the divalent hydrophobic group is composed of a plurality (two or more, preferably two) aromatic rings bonded to each other via a divalent saturated hydrocarbon group.

2価の飽和炭化水素基としては、例えば、メチレン(−CH−)、エチレン、プロピレン、イソプロピレン(−C(CH−)、ブチレン、イソブチレン、sec−ブチレン、ペンチレン(ペンテン)、イソペンチレン、sec−ペンチレン、ヘキシレン(ヘキサメチレン)、3−メチルペンテン、ヘプチレン、オクチレン、2−エチルヘキシレン、ノニレン、デシレン、イソデシレン、ドデシレン、テトラデシレン、ヘキサデシレン、オクタデシレンなどの、炭素数1〜20の2価の飽和炭化水素基が挙げられる。 Examples of the divalent saturated hydrocarbon group include methylene (—CH 2 —), ethylene, propylene, isopropylene (—C (CH 3 ) 2 —), butylene, isobutylene, sec-butylene, pentylene (pentene), 2 having 1 to 20 carbon atoms, such as isopentylene, sec-pentylene, hexylene (hexamethylene), 3-methylpentene, heptylene, octylene, 2-ethylhexylene, nonylene, decylene, isodecylene, dodecylene, tetradecylene, hexadecylene, octadecylene, etc. Valent saturated hydrocarbon group.

2価の飽和炭化水素基として、好ましくは、炭素数1〜3の2価の飽和炭化水素基、具体的には、メチレン(−CH−)、エチレン、プロピレン、イソプロピレン(−C(CH−)が挙げられ、より好ましくは、メチレン(−CH−)、イソプロピレン(−C(CH−)が挙げられ、とりわけ好ましくは、イソプロピレン(−C(CH−)が挙げられる。 The divalent saturated hydrocarbon group is preferably a divalent saturated hydrocarbon group having 1 to 3 carbon atoms, specifically methylene (—CH 2 —), ethylene, propylene, isopropylene (—C (CH 3) 2 -) and the like, more preferably methylene (-CH 2 -), isopropylene (-C (CH 3) 2 -) and the like, especially preferably isopropylene (-C (CH 3) 2- ).

また、2価の飽和炭化水素基は、例えば、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素などのハロゲン原子に置換されていてもよい。ハロゲン原子として、好ましくは、フッ素が挙げられる。   The divalent saturated hydrocarbon group may be substituted with a halogen atom such as fluorine, chlorine, bromine or iodine. As the halogen atom, preferably, fluorine is used.

2価の飽和炭化水素基がハロゲン原子に置換される場合において、ハロゲン原子の置換数および置換位置は、目的および用途に応じて、適宜設定される。   When the divalent saturated hydrocarbon group is substituted with a halogen atom, the number of substitutions and the substitution position of the halogen atom are appropriately set according to the purpose and application.

ハロゲン原子に置換された2価の飽和炭化水素基として、より具体的には、例えば、ハロゲン原子で置換されたメチレン(例えば、フルオロメチレン、ジフルオロメチレン、クロロメチレン、ジクロロメチレン、ブロモメチレン、ジブロモメチレン、ヨードメチレン、ヨードメチレンなど)、ハロゲン原子で置換されたイソプロピレン(例えば、フルオロイソプロピレン、ジフルオロイソプロピレン、トリフルオロイソプロピレン、テトラフルオロイソプロピレン、ペンタフルオロイソプロピレン、ヘキサフルオロイソプロピレン、クロロイソプロピレン、ジクロロイソプロピレン、トリクロロイソプロピレン、テトラクロロイソプロピレン、ペンタクロロイソプロピレン、ヘキサクロロイソプロピレン、ブロモイソプロピレン、ジブロモイソプロピレン、トリブロモイソプロピレン、テトラブロモイソプロピレン、ペンタブロモイソプロピレン、ヘキサブロモイソプロピレン、ヨードイソプロピレン、ジヨードイソプロピレン、トリヨードイソプロピレン、テトラヨードイソプロピレン、ペンタヨードイソプロピレン、ヘキサヨードイソプロピレンなど)などが挙げられる。   More specific examples of the divalent saturated hydrocarbon group substituted with a halogen atom include, for example, methylene substituted with a halogen atom (eg, fluoromethylene, difluoromethylene, chloromethylene, dichloromethylene, bromomethylene, dibromomethylene). , Iodomethylene, iodomethylene, etc.), isopropylene substituted with a halogen atom (eg, fluoroisopropylene, difluoroisopropylene, trifluoroisopropylene, tetrafluoroisopropylene, pentafluoroisopropylene, hexafluoroisopropylene, chloroisopropylene) Propylene, dichloroisopropylene, trichloroisopropylene, tetrachloroisopropylene, pentachloroisopropylene, hexachloroisopropylene, bromoisopropylene, dibromo Propylene, tribromoisopropylene, tetrabromoisopropylene, pentabromoisopropylene, hexabromoisopropylene, iodoisopropylene, diiodoisopropylene, triiodoisopropylene, tetraiodoisopropylene, pentaiodoisopropylene, hexaiodoisopropylene Etc.).

ハロゲン原子で置換された2価の飽和炭化水素基として、好ましくは、ハロゲン原子で置換されたイソプロピレン、より好ましくは、ヘキサフルオロイソプロピレンが挙げられる。   The divalent saturated hydrocarbon group substituted with a halogen atom is preferably isopropylene substituted with a halogen atom, and more preferably hexafluoroisopropylene.

芳香環としては、例えば、ベンゼン環、ナフタレン環、インデン環、アズレン環、フルオレン環、アントラセン環、フェナントレン環などの、炭素数6〜14の単環または多環芳香族炭化水素が挙げられる。   Examples of the aromatic ring include monocyclic or polycyclic aromatic hydrocarbons having 6 to 14 carbon atoms such as a benzene ring, naphthalene ring, indene ring, azulene ring, fluorene ring, anthracene ring, and phenanthrene ring.

芳香環として、好ましくは、炭素数6〜14の単環芳香族炭化水素が挙げられ、より好ましくは、ベンゼン環が挙げられる。   As an aromatic ring, Preferably, C6-C14 monocyclic aromatic hydrocarbon is mentioned, More preferably, a benzene ring is mentioned.

また、芳香環は、必要により、ハロゲン原子に置換されていてもよい。   In addition, the aromatic ring may be substituted with a halogen atom as necessary.

なお、芳香環がハロゲン原子に置換される場合において、ハロゲン原子の置換数および置換位置は、目的および用途に応じて、適宜設定される。   When the aromatic ring is substituted with a halogen atom, the number of substitutions and the substitution position of the halogen atom are appropriately set according to the purpose and application.

ハロゲン原子に置換された芳香環として、より具体的には、例えば、1〜4つのハロゲン原子で置換されたベンゼン環(例えば、1〜4つのフッ素で置換されたベンゼン環、1〜4つの塩素で置換されたベンゼン環、1〜4つの臭素で置換されたベンゼン環、1〜4つのヨウ素で置換されたベンゼン環など)などが挙げられる。   More specifically, examples of the aromatic ring substituted with a halogen atom include a benzene ring substituted with 1 to 4 halogen atoms (for example, a benzene ring substituted with 1 to 4 fluorine atoms, and 1 to 4 chlorine atoms). Benzene ring substituted with 1 to 4 bromine, benzene ring substituted with 1 to 4 iodine, and the like.

このような疎水性基として、好ましくは、下記式(1)で示される、ハロゲン原子で置換されていてもよいビスフェノール残基(メチレン(−CH−)またはイソプロピレン(−C(CH−)を介して互いに結合する2つのベンゼン環からなる2価の疎水性基)が挙げられる。 Such a hydrophobic group is preferably a bisphenol residue (methylene (—CH 2 —) or isopropylene (—C (CH 3 )) optionally substituted with a halogen atom represented by the following formula (1). 2 ), a divalent hydrophobic group composed of two benzene rings bonded to each other via.

Figure 2013047309
(式中、Rは、ハロゲン原子で置換されていてもよい−CH−または−C(CH−を示し、Xは、互いに同一または相異なって、ハロゲン原子を示し、aおよびbは、互いに同一または相異なって、0〜4の整数を示す。)
上記式(1)において、Rは、ハロゲン原子で置換されていてもよいメチレン(−CH−)またはイソプロピレン(−C(CH−)を示し、好ましくは、ハロゲン原子で置換されていてもよいイソプロピレン(−C(CH−)を示す。
Figure 2013047309
(In the formula, R represents —CH 2 — or —C (CH 3 ) 2 — which may be substituted with a halogen atom, X represents the same or different from each other, and represents a halogen atom; Are the same or different from each other and represent an integer of 0 to 4.)
In the above formula (1), R represents methylene (—CH 2 —) or isopropylene (—C (CH 3 ) 2 —) optionally substituted with a halogen atom, preferably substituted with a halogen atom. Isopropylene (—C (CH 3 ) 2 —) that may be present is shown.

上記式(1)において、Xは、互いに同一または相異なって、上記したハロゲン原子を示す。   In the above formula (1), Xs are the same or different from each other and represent the above-described halogen atom.

上記式(1)において、aおよびbは、互いに同一または相異なって、0〜4の整数を示し、好ましくは、0〜2を示し、さらに好ましくは、aおよびbが、ともに0を示す。   In the above formula (1), a and b are the same or different and each represents an integer of 0 to 4, preferably 0 to 2, and more preferably a and b both represent 0.

このような疎水性基として、とりわけ好ましくは、下記式(4)で示されるビスフェノール残基(ビスフェノールA残基)が挙げられる。   As such a hydrophobic group, a bisphenol residue (bisphenol A residue) represented by the following formula (4) is particularly preferable.

Figure 2013047309
本発明の陰イオン交換樹脂において、結合性基は、単数の芳香環からなる、または、炭素−炭素結合を介して互いに結合する複数(2つ以上、好ましくは、2つ)の芳香環からなる。
Figure 2013047309
In the anion exchange resin of the present invention, the binding group is composed of a single aromatic ring or a plurality of (two or more, preferably two) aromatic rings that are bonded to each other via a carbon-carbon bond. .

芳香環としては、例えば、上記した芳香環が挙げられ、好ましくは、炭素数6〜14の単環芳香族炭化水素が挙げられ、より好ましくは、ベンゼン環が挙げられる。   As an aromatic ring, the above-mentioned aromatic ring is mentioned, for example, Preferably, a C6-C14 monocyclic aromatic hydrocarbon is mentioned, More preferably, a benzene ring is mentioned.

また、芳香環は、必要により、ハロゲン原子や、シアノ基などの置換基に置換されていてもよい。   Moreover, the aromatic ring may be substituted with a substituent such as a halogen atom or a cyano group, if necessary.

なお、芳香環がハロゲン原子やシアノ基などの置換基に置換される場合において、置換基の置換数および置換位置は、目的および用途に応じて、適宜設定される。   When the aromatic ring is substituted with a substituent such as a halogen atom or a cyano group, the number of substitutions and the substitution position of the substituent are appropriately set according to the purpose and application.

このような結合性基として、好ましくは、下記式(2)で示される、ハロゲン原子で置換されていてもよいビフェニレン基、下記式(2’)で示される、ハロゲン原子で置換されていてもよいo−、m−またはp−フェニレン基、下記式(2’’)で示される、シアノ基で置換されていてもよいo−、m−またはp−フェニレン基が挙げられる。   As such a binding group, a biphenylene group which may be substituted with a halogen atom, represented by the following formula (2), or a halogen atom which is represented by the following formula (2 ′) Good o-, m-, or p-phenylene groups, and o-, m-, or p-phenylene groups that are optionally substituted with a cyano group, represented by the following formula (2 ″) are mentioned.

Figure 2013047309
(式中、Xは、互いに同一または相異なって、ハロゲン原子を示し、cおよびdは、互いに同一または相異なって、0〜4の整数を示す。)
Figure 2013047309
(In the formula, X is the same or different from each other and represents a halogen atom, and c and d are the same or different from each other and represent an integer of 0 to 4.)

Figure 2013047309
(式中、Xは、ハロゲン原子を示し、c’は、0〜4の整数を示す。)
Figure 2013047309
(In the formula, X represents a halogen atom, and c ′ represents an integer of 0 to 4.)

Figure 2013047309
(式中、c’’は、0〜4の整数を示す。)
上記式(2)において、Xは、互いに同一または相異なって、上記したハロゲン原子を示す。
Figure 2013047309
(In the formula, c ″ represents an integer of 0 to 4.)
In the above formula (2), Xs are the same or different from each other and represent the halogen atom described above.

上記式(2)において、cおよびdは、互いに同一または相異なって、0〜4の整数を示し、耐ラジカル性の観点から、好ましくは、cおよびdの少なくとも一方が1〜4を示し、とりわけ好ましくは、cおよびdがともに4を示す。   In the above formula (2), c and d are the same or different and each represents an integer of 0 to 4, and from the viewpoint of radical resistance, preferably, at least one of c and d represents 1 to 4, Particularly preferably, c and d both represent 4.

上記式(2’)において、Xは、上記したハロゲン原子を示し、また、c’は、0〜4の整数を示し、好ましくは、4を示す。   In the above formula (2 '), X represents the above-described halogen atom, and c' represents an integer of 0 to 4, preferably 4.

上記式(2’’)において、c’’は、0〜4の整数を示し、好ましくは、1を示す。   In the above formula (2 ″), c ″ represents an integer of 0 to 4, preferably 1.

このような結合性基として、とりわけ好ましくは、下記式(5)で示されるビフェニレン基(各ベンゼン環に4つのフッ素が置換されたビフェニレン基)、下記式(5’)で示される、パーフルオロp−フェニレン基(ベンゼン環に4つのフッ素が置換されたp−フェニレン基)、下記式(5’’)で示される、2−シアノ−1,3−フェニレン基(ベンゼン環に1つのシアノ基が置換されたm−フェニレン基)が挙げられる。   As such a binding group, particularly preferably, a biphenylene group represented by the following formula (5) (a biphenylene group in which four fluorines are substituted on each benzene ring), a perfluoro group represented by the following formula (5 ′): p-phenylene group (p-phenylene group in which four fluorine atoms are substituted on the benzene ring), 2-cyano-1,3-phenylene group (one cyano group in the benzene ring) represented by the following formula (5 ″) M-phenylene group in which is substituted.

Figure 2013047309
Figure 2013047309

Figure 2013047309
Figure 2013047309

Figure 2013047309
陰イオン交換樹脂において、親水性基は、2価の飽和炭化水素基を介して互いに結合する複数の芳香環を有しており、また、2価の飽和炭化水素基に、陰イオン交換基を有する芳香環が炭素−炭素結合を介して結合されている。
Figure 2013047309
In the anion exchange resin, the hydrophilic group has a plurality of aromatic rings bonded to each other via a divalent saturated hydrocarbon group, and an anion exchange group is added to the divalent saturated hydrocarbon group. The aromatic ring it has is connected through a carbon-carbon bond.

親水性基において、2価の飽和炭化水素基としては、上記したハロゲン原子に置換されていてもよい2価の飽和炭化水素基が挙げられ、好ましくは、ハロゲン原子に置換されていてもよいメチレン(−CH−)が挙げられ、より好ましくは、ハロゲン原子に置換されていないメチレン(−CH−)が挙げられる。 In the hydrophilic group, examples of the divalent saturated hydrocarbon group include the divalent saturated hydrocarbon group which may be substituted with the above-described halogen atom, preferably methylene which may be substituted with a halogen atom. (-CH 2 -) and the like, more preferably methylene which is not substituted with a halogen atom - include (-CH 2).

また、その2価の飽和炭化水素基を介して互いに結合する複数(2つ以上、好ましくは、2つ)の芳香環としては、例えば、上記した芳香環が挙げられ、好ましくは、ベンゼン環が挙げられる。   In addition, examples of the plural (two or more, preferably two) aromatic rings bonded to each other via the divalent saturated hydrocarbon group include the aromatic rings described above. Preferably, the benzene ring is Can be mentioned.

陰イオン交換基は、親水性基において側鎖に導入され、具体的には、特に制限されず、四級アンモニウム基、三級アミノ基、二級アミノ基、一級アミノ基、ホスフィン、ホスファゼン、三級スルホニウム基、四級ボロニウム基、四級ホスホニウム基など、公知の陰イオン交換基をいずれも採用することができる。陰イオン伝導性の観点から、好ましくは、四級アンモニウム塩が挙げられる。   The anion exchange group is introduced into the side chain in the hydrophilic group, and is not particularly limited, and is a quaternary ammonium group, tertiary amino group, secondary amino group, primary amino group, phosphine, phosphazene, three Any known anion exchange group such as a quaternary sulfonium group, a quaternary boronium group, or a quaternary phosphonium group can be employed. From the viewpoint of anion conductivity, preferably, a quaternary ammonium salt is used.

また、このような陰イオン交換基を有する芳香環としては、上記した芳香環が挙げられ、好ましくは、ベンゼン環が挙げられる。   Moreover, as an aromatic ring which has such an anion exchange group, the above-mentioned aromatic ring is mentioned, Preferably, a benzene ring is mentioned.

また、2価の飽和炭化水素基に結合する芳香環の数は、1つまたは2つであって、好ましくは、2つである。   The number of aromatic rings bonded to the divalent saturated hydrocarbon group is one or two, and preferably two.

なお、2価の飽和炭化水素基に対して、1つの芳香環が結合する場合には、その飽和炭化水素基は、3価になり、また、2つの芳香環が結合する場合には、その飽和炭化水素基は、4価(炭素数が1の場合には、炭素原子)になる。   In addition, when one aromatic ring is bonded to a divalent saturated hydrocarbon group, the saturated hydrocarbon group is trivalent, and when two aromatic rings are bonded, The saturated hydrocarbon group is tetravalent (a carbon atom when the number of carbon atoms is 1).

2価の飽和炭化水素基に対して2つの芳香環が結合する場合には、陰イオン交換基は、それら芳香環の少なくとも一方に置換されていればよく、また、両方に置換されていてもよい。   In the case where two aromatic rings are bonded to a divalent saturated hydrocarbon group, the anion exchange group may be substituted on at least one of the aromatic rings, and may be substituted on both. Good.

また、2価の飽和炭化水素基に対して2つの芳香環が結合する場合には、それら芳香環は、例えば、炭素−炭素結合を介して結合していてもよい。   Moreover, when two aromatic rings couple | bond with respect to a bivalent saturated hydrocarbon group, these aromatic rings may couple | bond together through the carbon-carbon bond, for example.

このような親水性基として、好ましくは、下記式(3)で示される、陰イオン交換基で置換されているビスフェノールフルオレン残基が挙げられる。   As such a hydrophilic group, Preferably, the bisphenol fluorene residue substituted by the anion exchange group shown by following formula (3) is mentioned.

Figure 2013047309
(式中、Aは、互いに同一または相異なって、陰イオン交換基を示し、eおよびfは、互いに同一または相異なって、0〜4の整数を示すとともに、eおよびfの少なくとも一方が、1以上を示す。)
上記式(3)中、Aは、互いに同一または相異なって、上記した陰イオン交換基を示し、好ましくは、上記した四級アンモニウム基を示す。
Figure 2013047309
Wherein A is the same or different from each other and represents an anion exchange group, e and f are the same or different from each other and represent an integer of 0 to 4, and at least one of e and f is 1 or more.)
In the above formula (3), A is the same or different from each other and represents the anion exchange group described above, preferably the quaternary ammonium group described above.

上記式(3)中、eおよびfは、互いに同一または相異なって、0〜4の整数を示すとともに、eおよびfの少なくとも一方が、1以上を示す。   In the above formula (3), e and f are the same or different from each other and represent an integer of 0 to 4, and at least one of e and f represents 1 or more.

なお、上記式(3)において、eおよび/またはfが、1〜3の範囲である場合には、陰イオン交換基の置換位置は、目的および用途に応じて、適宜設定される。   In addition, in the said Formula (3), when e and / or f are the range of 1-3, the substitution position of an anion exchange group is suitably set according to the objective and use.

このような親水性基として、とりわけ好ましくは、下記式(6)で示されるビスフェノールフルオレン残基が挙げられる。   As such a hydrophilic group, a bisphenolfluorene residue represented by the following formula (6) is particularly preferable.

Figure 2013047309
(式中、A’およびA’’は、少なくとも一方が、CH(CHOHを示し、他方が、CH(CHOHまたは水素原子を示す。)
そして、この陰イオン交換樹脂では、上記した疎水性基および上記した結合性基がエーテル結合を介して繰り返される疎水ユニットと、上記した親水性基および上記した結合性基がエーテル結合を介して繰り返される親水ユニットとを有している。
Figure 2013047309
(In the formula, at least one of A ′ and A ″ represents CH 2 N + (CH 3 ) 3 OH , and the other represents CH 2 N + (CH 3 ) 3 OH or a hydrogen atom. )
In this anion exchange resin, the hydrophobic unit and the binding group described above are repeated via an ether bond, and the hydrophilic group and the binding group described above are repeated via an ether bond. And a hydrophilic unit.

なお、疎水ユニットにおける結合性基と、親水ユニットにおける結合性基とは、互いに同一または相異なっていてもよい。また、ユニットとは一般に用いられるブロック共重合体のブロックに相当する。   The binding group in the hydrophobic unit and the binding group in the hydrophilic unit may be the same or different from each other. The unit corresponds to a block of a generally used block copolymer.

疎水ユニットとして、好ましくは、上記式(1)で示されるハロゲン原子で置換されていてもよいビスフェノール残基(疎水性基)と、上記式(2)で示されるとハロゲン原子で置換されていてもよいビフェニレン基(結合性基)とが、エーテル結合を介して繰り返されて形成されるユニットが挙げられる。   The hydrophobic unit is preferably a bisphenol residue (hydrophobic group) optionally substituted with a halogen atom represented by the above formula (1) and a halogen atom substituted by the above formula (2). Examples thereof include a unit formed by repeating a good biphenylene group (bonding group) through an ether bond.

このような疎水ユニットは、例えば、下記式(7)で示される。   Such a hydrophobic unit is represented by, for example, the following formula (7).

Figure 2013047309
(式中、Xは、互いに同一または相異なって、ハロゲン原子を示し、aおよびbは、上記式(1)のaおよびbと同意義を示し、cおよびdは、上記式(2)のcおよびdと同意義を示し、nは、1〜200の数値を示す。)
上記式(7)において、nは、陰イオン交換樹脂における疎水ユニットの繰り返し単位数であって、例えば、1〜200、好ましくは、4〜50を示す。
Figure 2013047309
(Wherein X is the same or different from each other and represents a halogen atom, a and b are the same as a and b in the above formula (1), and c and d are those in the above formula (2). The same meaning as c and d is shown, and n is a numerical value of 1 to 200.)
In said Formula (7), n is the number of repeating units of the hydrophobic unit in an anion exchange resin, Comprising: For example, 1-200, Preferably it shows 4-50.

このような疎水ユニットとして、とりわけ好ましくは、上記式(4)で示されるビスフェノール残基(ビスフェノールA残基)と、上記式(5)で示されるビフェニレン基(各ベンゼン環に4つのフッ素が置換されたビフェニレン基)とが、エーテル結合を介して繰り返されて形成されるユニットが挙げられる。   As such a hydrophobic unit, particularly preferably, a bisphenol residue (bisphenol A residue) represented by the above formula (4) and a biphenylene group represented by the above formula (5) (four fluorines are substituted on each benzene ring) And a unit formed by repeating a biphenylene group) via an ether bond.

このような疎水ユニットは、例えば、下記式(8)で示される。   Such a hydrophobic unit is represented by, for example, the following formula (8).

Figure 2013047309
(式中、nは、上記式(7)のnと同意義を示す。)
また、親水ユニットとして、好ましくは、上記式(3)で示される陰イオン交換基で置換されているビスフェノールフルオレン残基(親水性基)と、上記式(2)で示されるとハロゲン原子で置換されていてもよいビフェニレン基(結合性基)とが、エーテル結合を介して繰り返されて形成されるユニットが挙げられる。
Figure 2013047309
(In the formula, n has the same meaning as n in the above formula (7).)
Moreover, as a hydrophilic unit, Preferably, it replaces with the bisphenol fluorene residue (hydrophilic group) substituted by the anion exchange group shown by the said Formula (3), and a halogen atom when shown by the said Formula (2). And a unit formed by repeating a biphenylene group (bonding group) which may be formed via an ether bond.

このような親水ユニットは、例えば、下記式(9)で示される。   Such a hydrophilic unit is represented by, for example, the following formula (9).

Figure 2013047309
(式中、Xは、互いに同一または相異なって、ハロゲン原子を示し、Aは、上記式(3)のAと同意義を示し、cおよびdは、上記式(2)のcおよびdと同意義を示し、eおよびfは、上記式(3)のeおよびfと同意義を示し、mは、1〜200の数値を示す。)
上記式(9)において、mは、陰イオン交換樹脂における親水ユニットの繰り返し単位数であって、例えば、1〜200、好ましくは、4〜50を示す。
Figure 2013047309
Wherein X is the same as or different from each other and represents a halogen atom, A is the same as A in the above formula (3), and c and d are the same as c and d in the above formula (2). The same meaning is shown, e and f are the same meaning as e and f in the above formula (3), and m is a numerical value of 1 to 200.)
In said formula (9), m is the repeating unit number of the hydrophilic unit in anion exchange resin, Comprising: For example, 1-200, Preferably it shows 4-50.

このような親水ユニットとして、とりわけ好ましくは、上記式(6)で示されるビスフェノールフルオレン残基と、上記式(5)で示されるビフェニレン基(各ベンゼン環に4つのフッ素が置換されたビフェニレン基)とが、エーテル結合を介して繰り返されて形成されるユニットが挙げられる。   As such a hydrophilic unit, particularly preferably, a bisphenolfluorene residue represented by the above formula (6) and a biphenylene group represented by the above formula (5) (biphenylene group in which four fluorines are substituted on each benzene ring). And a unit formed by repeating an ether bond.

このような親水ユニットは、例えば、下記式(10)で示される。   Such a hydrophilic unit is represented by, for example, the following formula (10).

Figure 2013047309
(式中、A’およびA’’は、上記式(6)のA’およびA’’と同意義を示し、mは、上記式(9)のmと同意義を示す。)
そして、この陰イオン交換樹脂では、上記した疎水ユニットと、上記した親水ユニットとが、エーテル結合を介して結合されている。
Figure 2013047309
(In the formula, A ′ and A ″ have the same meaning as A ′ and A ″ in the above formula (6), and m has the same meaning as m in the above formula (9).)
And in this anion exchange resin, the above-mentioned hydrophobic unit and the above-mentioned hydrophilic unit are couple | bonded through the ether bond.

陰イオン交換樹脂として、好ましくは、下記式(11)で示されるように、上記式(7)で示される疎水ユニットと、上記式(9)で示される親水ユニットとがエーテル結合を介して結合された陰イオン交換樹脂が挙げられる。   As the anion exchange resin, preferably, as shown by the following formula (11), the hydrophobic unit represented by the above formula (7) and the hydrophilic unit represented by the above formula (9) are bonded via an ether bond. Anion exchange resin made.

Figure 2013047309
(式中、Rは、上記式(1)のRと同意義を示し、Xは、互いに同一または相異なって、ハロゲン原子を示し、Aは、上記式(3)のAと同意義を示し、aおよびbは、上記式(1)のaおよびbと同意義を示し、cおよびdは、上記式(2)のcおよびdと同意義を示し、eおよびfは、上記式(3)のeおよびfと同意義を示し、nは、上記式(7)のnと同意義を示し、mは、上記式(9)のmと同意義を示し、lは、1〜100の数値を示す。)
上記式(11)において、lは、エーテル結合により結合された疎水ユニットおよび親水ユニットからなるユニットの繰り返し単位数であって、例えば、1〜100、好ましくは、1〜80、より好ましくは、1〜50、さらに好ましくは、1〜20、とりわけ好ましくは、1〜5を示す。
Figure 2013047309
Wherein R represents the same meaning as R in the above formula (1), X represents the same or different from each other, represents a halogen atom, and A represents the same meaning as A in the above formula (3). , A and b are the same as a and b in the above formula (1), c and d are the same as c and d in the above formula (2), and e and f are the same as those in the above formula (3). ) Have the same meaning as e and f, n has the same meaning as n in the above formula (7), m has the same meaning as m in the above formula (9), and l is 1-100. Indicates a numerical value.)
In the above formula (11), l is the number of repeating units of a unit composed of a hydrophobic unit and a hydrophilic unit bonded by an ether bond, and is, for example, 1 to 100, preferably 1 to 80, more preferably 1 -50, more preferably 1-20, particularly preferably 1-5.

なお、lとしては、陰イオン交換樹脂の数平均分子量が、10〜300kDa、好ましくは、30〜150kDaとなるように、調整される。   In addition, as l, it adjusts so that the number average molecular weight of an anion exchange resin may be 10-300 kDa, Preferably, it is 30-150 kDa.

このような陰イオン交換樹脂として、とりわけ好ましくは、下記式(12)で示されるように、上記式(8)で示される疎水ユニットと、上記式(10)で示される親水ユニットとがエーテル結合を介して結合された陰イオン交換樹脂が挙げられる。   As such an anion exchange resin, particularly preferably, as shown by the following formula (12), a hydrophobic unit represented by the above formula (8) and a hydrophilic unit represented by the above formula (10) are ether-bonded. And anion exchange resins bonded via the.

Figure 2013047309
(式中、式中、A’およびA’’は、上記式(6)のA’およびA’’と同意義を示し、nは、上記式(7)のnと同意義を示し、mは、上記式(9)のmと同意義を示し、lは、上記式(11)のlと同意義を示す。)
また、このような陰イオン交換樹脂の数平均分子量は、上記したように、例えば、10〜300kDa、好ましくは、30〜150kDaである。
Figure 2013047309
(In the formula, A ′ and A ″ are the same as A ′ and A ″ in the above formula (6), n is the same as n in the above formula (7), m Represents the same meaning as m in the above formula (9), and l represents the same meaning as l in the above formula (11).
Moreover, the number average molecular weight of such an anion exchange resin is, for example, 10 to 300 kDa, preferably 30 to 150 kDa, as described above.

陰イオン交換樹脂を製造する方法としては、特に制限されず、公知の方法を採用することができる。好ましくは、重縮合反応による方法が、採用される。   It does not restrict | limit especially as a method of manufacturing an anion exchange resin, A well-known method is employable. Preferably, a method using a polycondensation reaction is employed.

この方法により陰イオン交換樹脂を製造する場合には、例えば、まず、疎水ユニットを形成するための第1オリゴマーと、親水ユニットを形成するための第2オリゴマーとを、それぞれ重縮合反応により製造し、その後、それらを重縮合反応させた後、得られる陰イオン交換樹脂前駆体ポリマーに、陰イオン交換基を導入する。   In the case of producing an anion exchange resin by this method, for example, first, a first oligomer for forming a hydrophobic unit and a second oligomer for forming a hydrophilic unit are each produced by a polycondensation reaction. Then, after performing a polycondensation reaction on them, an anion exchange group is introduced into the resulting anion exchange resin precursor polymer.

重縮合反応については、従来公知の一般的な方法(「新高分子実験学3 高分子の合成法・反応(2)縮合系高分子の合成」p.7−57、p.399−401、(1996)共立出版株式会社)、(J.Am.Chem.Soc.,129,,3879−3887(2007)),(Eur.Polym.J.,44,4054−4062(2008))を採用することができる。好ましくは、ジハロゲン化化合物とジオール化合物とを反応させる方法が採用される。   As for the polycondensation reaction, a conventionally known general method (“New Polymer Experiment 3 Polymer Synthesis Method / Reaction (2) Synthesis of Condensation Polymer” p.7-57, p.399-401, ( (1996) Kyoritsu Publishing Co., Ltd.), (J. Am. Chem. Soc., 129, 3879-3887 (2007)), (Eur. Polym. J., 44, 4054-4062 (2008)). Can do. Preferably, a method of reacting a dihalogenated compound and a diol compound is employed.

第1オリゴマーを製造するには、まず、疎水性基を形成するためのジオール化合物またはジハロゲン化化合物と、結合性基を形成するためのジハロゲン化化合物(疎水性基を形成するためのジオール化合物が用いられる場合)、または、結合性基を形成するためのジオール化合物(疎水性基を形成するためのジハロゲン化化合物が用いられる場合)とを重縮合反応させる。   In order to produce the first oligomer, first, a diol compound or dihalogenated compound for forming a hydrophobic group and a dihalogenated compound for forming a binding group (a diol compound for forming a hydrophobic group A polycondensation reaction with a diol compound for forming a binding group (when a dihalogenated compound for forming a hydrophobic group is used).

疎水性基を形成するためのジオール化合物としては、例えば、上記した2価の飽和炭化水素基を介して互いに結合する複数(好ましくは、2つ)の上記した芳香環と、その芳香環に結合された2つの水酸基とを含有する化合物が挙げられる。   Examples of the diol compound for forming a hydrophobic group include a plurality of (preferably two) aromatic rings that are bonded to each other via the above-described divalent saturated hydrocarbon group and bonded to the aromatic ring. And a compound containing the two hydroxyl groups formed.

疎水性基を形成するためのジオール化合物として、好ましくは、上記式(1)に対応する、下記式(13)で示される化合物が挙げられる。   Preferred examples of the diol compound for forming a hydrophobic group include compounds represented by the following formula (13) corresponding to the above formula (1).

Figure 2013047309
(式中、Rは、上記式(1)のRと同意義を示し、Xは、上記式(1)のXと同意義を示し、aおよびbは、上記式(1)のaおよびbと同意義を示す。)
また、疎水性基を形成するためのジオール化合物として、とりわけ好ましくは、上記式(4)に対応する、下記式(14)で示される化合物(2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン)が挙げられる。
Figure 2013047309
(Wherein R represents the same meaning as R in formula (1), X represents the same meaning as X in formula (1), and a and b represent a and b in formula (1). It shows the same meaning as
The diol compound for forming a hydrophobic group is particularly preferably a compound (2,2-bis (4-hydroxyphenyl) hexafluoro represented by the following formula (14) corresponding to the above formula (4). Propane).

Figure 2013047309
一方、疎水性基を形成するためのジハロゲン化化合物としては、例えば、上記した2価の飽和炭化水素基を介して互いに結合する複数(好ましくは、2つ)の上記した芳香環と、その芳香環に結合された2つの上記したハロゲン原子とを含有する化合物が挙げられる。
Figure 2013047309
On the other hand, examples of the dihalogenated compound for forming a hydrophobic group include a plurality of (preferably two) aromatic rings bonded to each other via the above-described divalent saturated hydrocarbon group, and the aromatic group. And compounds containing two of the above-described halogen atoms bonded to the ring.

疎水性基を形成するためのジハロゲン化化合物として、好ましくは、上記式(1)に対応する、下記式(13’)で示される化合物が挙げられる。   Preferred examples of the dihalogenated compound for forming a hydrophobic group include compounds represented by the following formula (13 ′) corresponding to the above formula (1).

Figure 2013047309
(式中、Rは、上記式(1)のRと同意義を示し、Xは、上記式(1)のXと同意義を示し、aおよびbは、上記式(1)のaおよびbと同意義を示す。)
結合性基を形成するためのジハロゲン化化合物としては、例えば、単数、または、炭素−炭素結合を介して互いに結合する複数(好ましくは、2つ)の上記した芳香環と、その芳香環に結合された2つの上記したハロゲン原子とを含有する化合物が挙げられる。
Figure 2013047309
(Wherein R represents the same meaning as R in formula (1), X represents the same meaning as X in formula (1), and a and b represent a and b in formula (1). It shows the same meaning as
Examples of the dihalogenated compound for forming a bonding group include, for example, one or a plurality (preferably two) of the aromatic rings bonded to each other via a carbon-carbon bond, and bonded to the aromatic ring. And the above-mentioned compounds containing the above-mentioned two halogen atoms.

結合性基を形成するためのジハロゲン化化合物として、好ましくは、上記式(2)に対応する、下記式(15)で示される化合物が挙げられる。   Preferred examples of the dihalogenated compound for forming a binding group include compounds represented by the following formula (15) corresponding to the above formula (2).

Figure 2013047309
(式中、Xは、上記式(2)のXと同意義を示し、cおよびdは、上記式(2)のcおよびdと同意義を示す。)
また、結合性基を形成するためのジハロゲン化化合物として、とりわけ好ましくは、上記式(5)に対応する、下記式(16)で示される化合物(デカフルオロビフェニル)が挙げられる。
Figure 2013047309
(In the formula, X has the same meaning as X in the formula (2), and c and d have the same meaning as c and d in the formula (2).)
Moreover, as a dihalogenated compound for forming a bonding group, a compound (decafluorobiphenyl) represented by the following formula (16) corresponding to the above formula (5) is particularly preferable.

Figure 2013047309
一方、結合性基を形成するためのジオール化合物としては、例えば、単数、または、炭素−炭素結合を介して互いに結合する複数(好ましくは、2つ)の上記した芳香環と、その芳香環に結合された2つの水酸基とを含有する化合物が挙げられる。
Figure 2013047309
On the other hand, as a diol compound for forming a bonding group, for example, a single or a plurality of (preferably two) aromatic rings bonded to each other via a carbon-carbon bond, and the aromatic ring Examples thereof include compounds containing two bonded hydroxyl groups.

結合性基を形成するためのジオール化合物として、好ましくは、上記式(2)に対応する、下記式(15’)で示される化合物が挙げられる。   Preferred examples of the diol compound for forming a binding group include compounds represented by the following formula (15 ′) corresponding to the above formula (2).

Figure 2013047309
(式中、Xは、上記式(2)のXと同意義を示し、cおよびdは、上記式(2)のcおよびdと同意義を示す。)
重縮合反応において、これら疎水性基を形成するためのジオール化合物またはジハロゲン化化合物と、結合性基を形成するためのジハロゲン化化合物またはジオール化合物との配合量は、得られる第1オリゴマーにおける繰り返し単位数が、上記式(11)におけるnになるように調整される。
Figure 2013047309
(In the formula, X has the same meaning as X in the formula (2), and c and d have the same meaning as c and d in the formula (2).)
In the polycondensation reaction, the blending amount of the diol compound or dihalogenated compound for forming these hydrophobic groups and the dihalogenated compound or diol compound for forming the binding group is the repeating unit in the obtained first oligomer. The number is adjusted to be n in the above equation (11).

このような第1オリゴマーは、ジハロゲン化化合物またはジオール化合物として形成され、好ましくは、後述する第2オリゴマーと重縮合反応させるため、ジハロゲン化化合物として形成される。   Such a first oligomer is formed as a dihalogenated compound or a diol compound, and is preferably formed as a dihalogenated compound in order to cause a polycondensation reaction with a second oligomer described later.

第1オリゴマーをジハロゲン化化合物として形成する場合には、ジオール化合物(好ましくは、疎水性基を形成するためのジオール化合物)と、ジハロゲン化化合物(好ましくは、結合性基を形成するためのジハロゲン化化合物)との配合比は、ジハロゲン化化合物が過剰となるように調整される。具体的には、ジオール化合物1モルに対して、ジハロゲン化化合物が、上記式(7)におけるnとの関係において、好ましくは、(n+1)/nモル以上である。   When the first oligomer is formed as a dihalogenated compound, a diol compound (preferably a diol compound for forming a hydrophobic group) and a dihalogenated compound (preferably dihalogenated to form a binding group) The compounding ratio with the compound) is adjusted so that the dihalogenated compound becomes excessive. Specifically, the dihalogenated compound is preferably (n + 1) / n mol or more in relation to n in the above formula (7) with respect to 1 mol of the diol compound.

一方、第1オリゴマーをジオール化合物として形成する場合には、ジオール化合物(好ましくは、疎水性基を形成するためのジオール化合物)と、ジハロゲン化化合物(好ましくは、結合性基を形成するためのジハロゲン化化合物)との配合比は、ジオール化合物が過剰となるように調整される。具体的には、ジハロゲン化化合物1モルに対して、ジオール化合物が、上記式(7)におけるnとの関係において、好ましくは、(n+1)/nモル以上である。   On the other hand, when forming the first oligomer as a diol compound, a diol compound (preferably a diol compound for forming a hydrophobic group) and a dihalogenated compound (preferably a dihalogen for forming a binding group). Compounding compound) is adjusted so that the diol compound becomes excessive. Specifically, the diol compound is preferably (n + 1) / n mol or more in relation to n in the above formula (7) with respect to 1 mol of the dihalogenated compound.

そして、この方法では、これら疎水性基を形成するためのジオール化合物またはジハロゲン化化合物と、結合性基を形成するためのジハロゲン化化合物またはジオール化合物とを、有機溶媒中で重縮合反応させる。   In this method, the diol compound or dihalogenated compound for forming these hydrophobic groups and the dihalogenated compound or diol compound for forming the binding group are subjected to a polycondensation reaction in an organic solvent.

有機溶媒としては、例えば、極性非プロトン性溶媒が挙げられる。   Examples of the organic solvent include polar aprotic solvents.

極性非プロトン性溶媒としては、例えば、ジメチルスルホキシド、スルホラン、ピリジン、N−メチルピロリドン、N−シクロヘキシルピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド(DMAc)などが挙げられる。   Examples of the polar aprotic solvent include dimethyl sulfoxide, sulfolane, pyridine, N-methylpyrrolidone, N-cyclohexylpyrrolidone, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide (DMAc) and the like.

これら極性非プロトン性溶媒は、単独使用または2種類以上併用することができる。   These polar aprotic solvents can be used alone or in combination of two or more.

極性非プロトン性溶媒として、好ましくは、N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシドが挙げられる。   Preferred polar aprotic solvents include N, N-dimethylacetamide and dimethyl sulfoxide.

また、有機溶媒としては、さらに、その他の溶媒を併用することができる。   Further, as the organic solvent, other solvents can be used in combination.

その他の溶媒としては、特に制限されず、公知の非極性溶媒(例えば、脂肪族炭化水素類、ハロゲン化脂肪族炭化水素(例えば、クロロホルムなど)、脂環式炭化水素類(例えば、シクロヘキサンなど)、芳香族炭化水素類)や、公知の極性非プロトン性溶媒(例えば、トルエン、キシレン、クロロベンゼンまたはo−ジクロロベンゼンなど)などが挙げられる。   Other solvents are not particularly limited and are known nonpolar solvents (for example, aliphatic hydrocarbons, halogenated aliphatic hydrocarbons (for example, chloroform)), alicyclic hydrocarbons (for example, cyclohexane). Aromatic hydrocarbons) and known polar aprotic solvents (for example, toluene, xylene, chlorobenzene or o-dichlorobenzene).

なお、極性非プロトン性溶媒とその他の溶媒とを併用する場合において、それらの配合割合は、目的および用途に応じて、適宜設定される。   In addition, when using together a polar aprotic solvent and another solvent, those compounding ratios are suitably set according to the objective and the use.

また、疎水性基を形成するためのジオール化合物またはジハロゲン化化合物、および、結合性基を形成するためのジハロゲン化化合物またはジオール化合物に対する、有機溶媒の配合割合は、目的および用途に応じて、適宜設定される。   The mixing ratio of the organic solvent to the diol compound or dihalogen compound for forming the hydrophobic group and the dihalogen compound or diol compound for forming the binding group is appropriately determined according to the purpose and application. Is set.

また、重縮合反応では、塩基性化合物を配合することができる。   Moreover, a basic compound can be mix | blended in a polycondensation reaction.

塩基性化合物としては、例えば、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウム、炭酸セシウム、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、などの炭酸塩、例えば、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどの金属水酸化物、例えば、リン酸ナトリウム、リン酸水素ナトリウム、リン酸二水素ナトリウム、リン酸カリウム、リン酸水素カリウム、リン酸二水素カリウムなどのリン酸塩などが挙げられる。   Examples of the basic compound include lithium carbonate, sodium carbonate, sodium hydrogen carbonate, potassium carbonate, potassium hydrogen carbonate, cesium carbonate, magnesium carbonate, calcium carbonate, and the like carbonates such as lithium hydroxide, sodium hydroxide, water Examples thereof include metal hydroxides such as potassium oxide, for example, phosphates such as sodium phosphate, sodium hydrogen phosphate, sodium dihydrogen phosphate, potassium phosphate, potassium hydrogen phosphate, potassium dihydrogen phosphate, and the like.

これら塩基性化合物は、単独使用または2種類以上併用することができる。   These basic compounds can be used alone or in combination of two or more.

塩基性化合物として、好ましくは、金属水酸化物、より好ましくは、炭酸カリウムが挙げられる。   The basic compound is preferably a metal hydroxide, more preferably potassium carbonate.

なお、塩基性化合物の配合量は、例えば、炭酸塩触媒の場合、反応混合物中に存在する水酸基と等モル以上、好ましくは1.2倍モル以上である。   In addition, the compounding quantity of a basic compound is equimolar or more with respect to the hydroxyl group which exists in a reaction mixture, for example in the case of a carbonate catalyst, Preferably it is 1.2 times mole or more.

重縮合反応における反応温度は、例えば、50〜300℃、好ましくは、50〜200℃であり、反応時間は、例えば、1〜20時間、好ましくは、2〜5時間である。   The reaction temperature in the polycondensation reaction is, for example, 50 to 300 ° C., preferably 50 to 200 ° C., and the reaction time is, for example, 1 to 20 hours, preferably 2 to 5 hours.

このような第1オリゴマーは、好ましくは、上記したように、上記式(13)で示されるジオール化合物と、上記式(15)で示されるジハロゲン化化合物との反応により、ジハロゲン化化合物またはジオール化合物、好ましくは、ジハロゲン化化合物として得られる。   Such a first oligomer is preferably a dihalogenated compound or a diol compound by a reaction between the diol compound represented by the above formula (13) and the dihalogenated compound represented by the above formula (15) as described above. Preferably, it is obtained as a dihalogenated compound.

このようなジハロゲン化化合物は、具体的には、下記式(17)で示される。   Such a dihalogenated compound is specifically represented by the following formula (17).

Figure 2013047309
(式中、Rは、上記式(1)のRと同意義を示し、Xは、互いに同一または相異なって、ハロゲン原子を示し、aおよびbは、上記式(1)のaおよびbと同意義を示し、cおよびdは、上記式(2)のcおよびdと同意義を示し、nは、上記式(7)のnと同意義を示す。)
また、第1オリゴマーは、とりわけ好ましくは、上記式(14)で示されるジオール化合物と、上記式(16)で示されるジハロゲン化化合物との反応により、ジハロゲン化化合物またはジオール化合物、好ましくは、ジハロゲン化化合物として得られる。
Figure 2013047309
(Wherein R represents the same meaning as R in the above formula (1), X represents the same or different from each other, represents a halogen atom, and a and b represent the same as a and b in the above formula (1), respectively. (C and d have the same meaning as c and d in the above formula (2), and n has the same meaning as n in the above formula (7).)
In addition, the first oligomer is particularly preferably a dihalogen compound or a diol compound, preferably a dihalogen by reaction of the diol compound represented by the above formula (14) with the dihalogen compound represented by the above formula (16). As a compound.

このようなジハロゲン化化合物は、具体的には、下記式(18)で示される。   Such a dihalogenated compound is specifically represented by the following formula (18).

Figure 2013047309
(式中、nは、上記式(7)のnと同意義を示す。)
また、例えば、第1オリゴマーは、上記したように、上記式(13’)で示されるジハロゲン化化合物と、上記式(15’)で示されるジオール化合物との反応により、ジオール化合物またはジハロゲン化化合物、好ましくは、ジオール化合物として得ることもできる。
Figure 2013047309
(In the formula, n has the same meaning as n in the above formula (7).)
In addition, for example, as described above, the first oligomer is obtained by reacting the dihalogenated compound represented by the above formula (13 ′) with the diol compound represented by the above formula (15 ′). Preferably, it can also be obtained as a diol compound.

このようなジオール化合物は、具体的には、下記式(17’)で示される。   Such a diol compound is specifically represented by the following formula (17 ′).

Figure 2013047309
(式中、Rは、上記式(1)のRと同意義を示し、Xは、互いに同一または相異なって、ハロゲン原子を示し、aおよびbは、上記式(1)のaおよびbと同意義を示し、cおよびdは、上記式(2)のcおよびdと同意義を示し、nは、上記式(7)のnと同意義を示す。)
第2オリゴマーを製造するには、まず、親水性基を形成するためのジオール化合物またはジハロゲン化化合物と、結合性基を形成するための上記したジハロゲン化化合物(親水性基を形成するためのジオール化合物が用いられる場合)、または、結合性基を形成するための上記したジオール化合物(親水性基を形成するためのジハロゲン化化合物が用いられる場合)とを重縮合反応させる。
Figure 2013047309
(Wherein R represents the same meaning as R in the above formula (1), X represents the same or different from each other, represents a halogen atom, and a and b represent the same as a and b in the above formula (1), respectively. (C and d have the same meaning as c and d in the above formula (2), and n has the same meaning as n in the above formula (7).)
In order to produce the second oligomer, first, a diol compound or dihalogenated compound for forming a hydrophilic group and the above-described dihalogenated compound for forming a binding group (diol for forming a hydrophilic group). When a compound is used) or the above-described diol compound for forming a binding group (when a dihalogenated compound for forming a hydrophilic group is used) is subjected to a polycondensation reaction.

親水性基を形成するためのジオール化合物としては、例えば、上記した2価の飽和炭化水素基を介して互いに結合する複数(好ましくは、2つ)の芳香環を有し、その2価の飽和炭化水素基に陰イオン交換基を有する上記した芳香環が炭素−炭素結合を介して結合されており、かつ、2つの水酸基を有する化合物が挙げられる。   Examples of the diol compound for forming the hydrophilic group include a plurality of (preferably two) aromatic rings bonded to each other via the above-described divalent saturated hydrocarbon group, and the divalent saturation thereof. Examples include compounds in which the above-described aromatic ring having an anion exchange group on a hydrocarbon group is bonded via a carbon-carbon bond, and which has two hydroxyl groups.

このような親水性基を形成するためのジオール化合物として、好ましくは、上記式(3)に対応する、下記式(19)で示される化合物(ビスフェノールフルオレン)が挙げられる。   As the diol compound for forming such a hydrophilic group, a compound (bisphenolfluorene) represented by the following formula (19) corresponding to the above formula (3) is preferably exemplified.

Figure 2013047309
一方、親水性基を形成するためのジハロゲン化化合物としては、例えば、上記した2価の飽和炭化水素基を介して互いに結合する複数(好ましくは、2つ)の芳香環を有し、その2価の飽和炭化水素基に陰イオン交換基を有する上記した芳香環が炭素−炭素結合を介して結合されており、かつ、2つの上記したハロゲン原子を有する化合物が挙げられる。
Figure 2013047309
On the other hand, the dihalogenated compound for forming the hydrophilic group has, for example, a plurality of (preferably two) aromatic rings that are bonded to each other via the above-described divalent saturated hydrocarbon group. Examples include compounds in which the above-described aromatic ring having an anion exchange group is bonded to a valent saturated hydrocarbon group via a carbon-carbon bond, and the above-described two halogen atoms are included.

このような親水性基を形成するためのジハロゲン化化合物として、好ましくは、上記式(3)に対応する、下記式(19’)で示される化合物(ビスハロゲノフェニルフルオレン)が挙げられる。   Preferred examples of the dihalogenated compound for forming such a hydrophilic group include a compound (bishalogenophenylfluorene) represented by the following formula (19 ′) corresponding to the above formula (3).

Figure 2013047309
(式中、Xは、互いに同一または相異なって、ハロゲン原子を示す。)
重縮合反応において、これら親水性基を形成するためのジオール化合物またはジハロゲン化化合物と、結合性基を形成するための上記したジハロゲン化化合物または上記したジオール化合物との配合量は、得られる第2オリゴマーにおける繰り返し単位数が、上記式(11)におけるmになるように調整される。
Figure 2013047309
(In formula, X is mutually the same or different, and shows a halogen atom.)
In the polycondensation reaction, the blending amount of the diol compound or dihalogenated compound for forming these hydrophilic groups and the above dihalogenated compound or the above diol compound for forming the binding group is obtained as the second obtained. The number of repeating units in the oligomer is adjusted so as to be m in the above formula (11).

また、第2オリゴマーは、ジハロゲン化化合物またはジオール化合物として形成され、好ましくは、上記したようにジハロゲン化化合物として形成された第1オリゴマーと重縮合反応させるため、好ましくは、ジオール化合物として形成される。   Further, the second oligomer is formed as a dihalogenated compound or a diol compound, and is preferably formed as a diol compound in order to cause a polycondensation reaction with the first oligomer formed as a dihalogenated compound as described above. .

第2オリゴマーをジオール化合物として形成する場合には、ジオール化合物(好ましくは、親水性基を形成するためのジオール化合物)と、ジハロゲン化化合物(好ましくは、結合性基を形成するためのジハロゲン化化合物)との配合比は、ジオール化合物が過剰となるように調整される。具体的には、ジハロゲン化化合物1モルに対して、ジオール化合物が、上記式(9)におけるmとの関係において、好ましくは、(m+1)/mモル以上である。   When forming the second oligomer as a diol compound, a diol compound (preferably a diol compound for forming a hydrophilic group) and a dihalogenated compound (preferably a dihalogenated compound for forming a binding group) ) Is adjusted so that the diol compound becomes excessive. Specifically, the diol compound is preferably (m + 1) / mmol or more in relation to m in the above formula (9) with respect to 1 mol of the dihalogenated compound.

一方、第2オリゴマーをジハロゲン化化合物として形成する場合には、ジオール化合物(好ましくは、親水性基を形成するためのジオール化合物)と、ジハロゲン化化合物(好ましくは、結合性基を形成するためのジハロゲン化化合物)との配合比は、ジハロゲン化化合物が過剰となるように調整される。具体的には、ジオール化合物1モルに対して、ジハロゲン化化合物が、上記式(9)におけるmとの関係において、好ましくは、(m+1)/mモル以上である。   On the other hand, when forming the second oligomer as a dihalogenated compound, a diol compound (preferably a diol compound for forming a hydrophilic group) and a dihalogenated compound (preferably for forming a binding group). The mixing ratio with the dihalogenated compound is adjusted so that the dihalogenated compound becomes excessive. Specifically, the dihalogenated compound is preferably (m + 1) / mmol or more in relation to m in the above formula (9) with respect to 1 mol of the diol compound.

そして、この方法では、これら親水性基を形成するためのジオール化合物またはジハロゲン化化合物と、結合性基を形成するためのジハロゲン化化合物またはジオール化合物とを、上記した有機溶媒中で重縮合反応させる。   In this method, the diol compound or dihalogenated compound for forming the hydrophilic group and the dihalogenated compound or diol compound for forming the binding group are subjected to a polycondensation reaction in the organic solvent described above. .

なお、親水性基を形成するためのジオール化合物またはジハロゲン化化合物、および、結合性基を形成するためのジハロゲン化化合物またはジオール化合物に対する、有機溶媒の配合割合は、目的および用途に応じて、適宜設定される。   The mixing ratio of the organic solvent to the diol compound or dihalogenated compound for forming the hydrophilic group and the dihalogenated compound or diol compound for forming the binding group is appropriately determined depending on the purpose and application. Is set.

また、重縮合反応では、上記した塩基性化合物を、上記した割合で配合することができる。   In the polycondensation reaction, the basic compound described above can be blended in the above-described ratio.

重縮合反応における反応温度は、例えば、50〜300℃、好ましくは、50〜150℃であり、反応時間は、例えば、1〜20時間、好ましくは、2〜5時間である。   The reaction temperature in the polycondensation reaction is, for example, 50 to 300 ° C., preferably 50 to 150 ° C., and the reaction time is, for example, 1 to 20 hours, preferably 2 to 5 hours.

このような第2オリゴマーは、好ましくは、上記したように、上記式(19)で示されるジオール化合物と、上記式(15)で示されるジハロゲン化化合物との反応により、ジオール化合物またはジハロゲン化化合物、好ましくは、ジオール化合物として得られる。   Such a second oligomer is preferably obtained by reacting the diol compound represented by the above formula (19) with the dihalogenated compound represented by the above formula (15) as described above. Preferably, it is obtained as a diol compound.

このようなジオール化合物は、具体的には、下記式(20)で示される。   Such a diol compound is specifically represented by the following formula (20).

Figure 2013047309
(式中、Xは、互いに同一または相異なって、ハロゲン原子を示し、cおよびdは、上記式(2)のcおよびdと同意義を示し、mは、上記式(9)のmと同意義を示す。)
また、第2オリゴマーは、とりわけ好ましくは、上記式(19)で示されるジオール化合物と、上記式(16)で示されるジハロゲン化化合物との反応により、ジオール化合物またはジハロゲン化化合物、好ましくは、ジオール化合物として得られ、具体的には、下記式(21)で示される。
Figure 2013047309
(Wherein X is the same as or different from each other and represents a halogen atom, c and d are the same as c and d in the above formula (2), and m is the same as m in the above formula (9)). It shows the same significance.)
The second oligomer is particularly preferably a diol compound or a dihalogenated compound, preferably a diol, by a reaction between the diol compound represented by the above formula (19) and the dihalogenated compound represented by the above formula (16). It is obtained as a compound, and specifically represented by the following formula (21).

Figure 2013047309
(式中、mは、上記式(9)のmと同意義を示す。)
また、例えば、第2オリゴマーは、上記したように、上記式(19’)で示されるジハロゲン化化合物と、上記式(15’)で示されるジオール化合物との反応により、ジハロゲン化化合物またはジオール化合物、好ましくは、ジハロゲン化化合物として得ることもできる。
Figure 2013047309
(In the formula, m has the same meaning as m in the above formula (9).)
In addition, for example, as described above, the second oligomer is obtained by reacting the dihalogenated compound represented by the above formula (19 ′) with the diol compound represented by the above formula (15 ′). Preferably, it can also be obtained as a dihalogenated compound.

このようなジハロゲン化化合物は、具体的には、下記式(20’)で示される。   Such a dihalogenated compound is specifically represented by the following formula (20 ').

Figure 2013047309
(式中、Xは、互いに同一または相異なって、ハロゲン原子を示し、cおよびdは、上記式(2)のcおよびdと同意義を示し、mは、上記式(9)のmと同意義を示す。)
そして、この方法では、上記により得られた第1オリゴマー(上記式(17)、上記式(18)で示されるジハロゲン化化合物、または、上記式(17’)で示されるジオール化合物)と、上記により得られた第2オリゴマー(上記式(20)、上記式(21)で示されるジオール化合物、または、上記式(20’)で示されるジハロゲン化化合物)とを、例えば、上記した有機溶媒中で重縮合反応させる。
Figure 2013047309
(Wherein X is the same as or different from each other and represents a halogen atom, c and d are the same as c and d in the above formula (2), and m is the same as m in the above formula (9)). It shows the same significance.)
In this method, the first oligomer obtained above (the dihalogenated compound represented by the above formula (17), the above formula (18), or the diol compound represented by the above formula (17 ′)), and the above The second oligomer obtained by the above (the diol compound represented by the above formula (20), the above formula (21), or the dihalogenated compound represented by the above formula (20 ′)), for example, in the above organic solvent And polycondensation reaction.

好ましくは、第1オリゴマーとして、上記式(17)、上記式(18)で示されるジハロゲン化化合物を用いるとともに、第2オリゴマーとして、上記式(20)、上記式(21)で示されるジオール化合物を用いる。   Preferably, a dihalogenated compound represented by the above formula (17) or the above formula (18) is used as the first oligomer, and a diol compound represented by the above formula (20) or the above formula (21) is used as the second oligomer. Is used.

なお、第1オリゴマーおよび第2オリゴマーに対する、有機溶媒の配合割合は、目的および用途に応じて、適宜設定される。   In addition, the mixture ratio of the organic solvent with respect to the 1st oligomer and the 2nd oligomer is suitably set according to the objective and the use.

また、重縮合反応では、上記した塩基性化合物を、上記した割合で配合することができる。   In the polycondensation reaction, the basic compound described above can be blended in the above-described ratio.

重縮合反応における反応温度は、例えば、50〜300℃、好ましくは、50〜100℃であり、反応時間は、例えば、1〜20時間、好ましくは、2〜5時間である。   The reaction temperature in the polycondensation reaction is, for example, 50 to 300 ° C., preferably 50 to 100 ° C., and the reaction time is, for example, 1 to 20 hours, preferably 2 to 5 hours.

これにより、陰イオン交換樹脂前駆体ポリマー、好ましくは、下記式(22)で示される陰イオン交換樹脂前駆体ポリマーが得られる。   Thereby, the anion exchange resin precursor polymer, Preferably, the anion exchange resin precursor polymer shown by following formula (22) is obtained.

Figure 2013047309
(式中、Rは、上記式(1)のRと同意義を示し、Xは、互いに同一または相異なって、ハロゲン原子を示し、aおよびbは、上記式(1)のaおよびbと同意義を示し、cおよびdは、上記式(2)のcおよびdと同意義を示し、nは、上記式(7)のnと同意義を示し、mは、上記式(9)のmと同意義を示し、lは、上記式(11)のlと同意義を示す。)
また、陰イオン交換樹脂前駆体ポリマーとして、とりわけ好ましくは、下記式(23)で示される陰イオン交換樹脂前駆体ポリマーが得られる。
Figure 2013047309
(Wherein R represents the same meaning as R in the above formula (1), X represents the same or different from each other, represents a halogen atom, and a and b represent the same as a and b in the above formula (1), respectively. C and d are the same as c and d in the above formula (2), n is the same as n in the above formula (7), and m is the same as in the above formula (9). m represents the same meaning, and l represents the same meaning as l in the formula (11).
As the anion exchange resin precursor polymer, an anion exchange resin precursor polymer represented by the following formula (23) is particularly preferably obtained.

Figure 2013047309
(式中、式中、nは、上記式(7)のnと同意義を示し、mは、上記式(9)のmと同意義を示し、lは、上記式(11)のlと同意義を示す。)
次いで、この方法では、陰イオン交換樹脂前駆体ポリマーに、陰イオン交換基を導入する。
Figure 2013047309
(In the formula, n represents the same meaning as n in the formula (7), m represents the same meaning as m in the formula (9), and l represents the same as the l in the formula (11). It shows the same significance.)
Next, in this method, an anion exchange group is introduced into the anion exchange resin precursor polymer.

陰イオン交換基を導入する方法としては、特に制限されず、公知の方法を採用することができる。   The method for introducing an anion exchange group is not particularly limited, and a known method can be adopted.

例えば、クロロメチル化反応により、陰イオン交換樹脂前駆体ポリマーをクロロメチル化した後、そのクロロメチル化された陰イオン交換樹脂前駆体ポリマーを、四級化反応(例えば、アンモニウム化反応)させることにより、陰イオン交換基を導入する。   For example, after an anion exchange resin precursor polymer is chloromethylated by a chloromethylation reaction, the chloromethylated anion exchange resin precursor polymer is quaternized (for example, an ammonium reaction). To introduce an anion exchange group.

クロロメチル化反応としては、特に制限されず、例えば、陰イオン交換樹脂前駆体ポリマーを、例えば、テトラクロロエタンなどの溶媒に溶解させ、塩化鉄、塩化亜鉛などのルイス酸を触媒として、クロロメチルメチルエーテル中に浸漬処理する方法など、公知の方法を採用することができる。   The chloromethylation reaction is not particularly limited. For example, an anion exchange resin precursor polymer is dissolved in a solvent such as tetrachloroethane, and a Lewis acid such as iron chloride or zinc chloride is used as a catalyst to prepare chloromethylmethyl. A known method such as a method of immersing in ether can be employed.

クロロメチル化反応における反応温度は、例えば、20〜60℃、好ましくは、35〜50℃であり、反応時間は、例えば、24〜168時間、好ましくは、36〜72時間である。   The reaction temperature in the chloromethylation reaction is, for example, 20 to 60 ° C., preferably 35 to 50 ° C., and the reaction time is, for example, 24 to 168 hours, preferably 36 to 72 hours.

これにより、クロロメチル化された陰イオン交換樹脂前駆体ポリマーを得ることができる。   Thereby, a chloromethylated anion exchange resin precursor polymer can be obtained.

四級化反応では、クロロメチル化された陰イオン交換樹脂前駆体ポリマーを、必要により公知の方法で製膜し、例えば、アミン、ホスフィン、ホスファゼン、三級スルホニウム塩、四級ボロニウム塩などを、適宜の割合で添加し、クロロメチル基の塩素原子をそれらで置換することにより、陰イオン交換基を導入する。   In the quaternization reaction, a chloromethylated anion exchange resin precursor polymer is formed into a film by a known method if necessary. For example, amine, phosphine, phosphazene, tertiary sulfonium salt, quaternary boronium salt, etc. An anion exchange group is introduced by adding at an appropriate ratio and substituting the chlorine atom of the chloromethyl group with them.

アミンとしては、例えば、ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジアリルアミン、ジn−プロピルアミン、ジn−ブチルアミン、ジn−ペンチルアミンなどの2級アミン、例えば、トリメチルアミン、N,N−ジメチルエタノールアミン、トリエチルアミン、トリアリルアミン、トリn−プロピルアミン、トリn−ブチルアミン、トリn−ペンチルアミン、トリn−ヘキシルアミンなどの3級アミン、例えば、ピリジン、キノリン、イミダゾールなどの環状アミン、例えば、グアニジンなどが挙げられる。   Examples of the amine include secondary amines such as dimethylamine, diethylamine, diallylamine, di-n-propylamine, di-n-butylamine, and di-n-pentylamine, such as trimethylamine, N, N-dimethylethanolamine, triethylamine, triethylamine, and the like. Examples include tertiary amines such as allylamine, tri-n-propylamine, tri-n-butylamine, tri-n-pentylamine, and tri-n-hexylamine, for example, cyclic amines such as pyridine, quinoline, and imidazole, for example, guanidine.

これらアミンは、単独使用または2種類以上併用することができる。   These amines can be used alone or in combination of two or more.

四級化反応における反応温度は、例えば、15〜40℃、好ましくは、20〜30℃であり、反応時間は、例えば、24〜72時間、好ましくは、48〜72時間である。   The reaction temperature in the quaternization reaction is, for example, 15 to 40 ° C., preferably 20 to 30 ° C., and the reaction time is, for example, 24 to 72 hours, preferably 48 to 72 hours.

なお、この方法では、陰イオン交換樹脂前駆体ポリマーを製膜することなく、例えば、溶液状態において、四級化反応させることもできる。   In this method, the quaternization reaction can be performed, for example, in a solution state without forming the anion exchange resin precursor polymer.

また、この方法では、必要により、上記の触媒などを、公知の方法により除去する。   In this method, if necessary, the above-mentioned catalyst and the like are removed by a known method.

これにより、上記陰イオン交換樹脂前駆体ポリマーに、陰イオン交換基が導入され、陰イオン交換樹脂、好ましくは、上記式(11)で示される陰イオン交換樹脂、とりわけ好ましくは、上記式(12)で示される陰イオン交換樹脂が得られる。   Thereby, an anion exchange group is introduced into the anion exchange resin precursor polymer, and the anion exchange resin, preferably the anion exchange resin represented by the above formula (11), particularly preferably the above formula (12). ) Is obtained.

また、陰イオン交換樹脂のイオン交換基容量は、例えば、0.5〜2.3meq./g、好ましくは、0.6〜1.2meq./gである。   The ion exchange group capacity of the anion exchange resin is, for example, 0.5 to 2.3 meq. / G, preferably 0.6 to 1.2 meq. / G.

なお、イオン交換基容量は、下記式(24)により求めることができる。
[イオン交換基容量(meq./g)]=イオン交換基導入量×m×1000/(第1オリゴマーの分子量×n+第2オリゴマーの分子量×m+イオン交換基の分子量×m)―(24)
(式中、nは、上記式(7)のnと同意義を示し、mは、上記式(9)のmと同意義を示す。)
なお、イオン交換基導入量とは、単位親水性基あたりのクロロメチル基の数と定義される。
The ion exchange group capacity can be obtained by the following formula (24).
[Ion exchange group capacity (meq./g)]=ion exchange group introduction amount × m × 1000 / (molecular weight of first oligomer × n + molecular weight of second oligomer × m + molecular weight of ion exchange group × m) − (24)
(In the formula, n has the same meaning as n in the formula (7), and m has the same meaning as m in the formula (9).)
The ion exchange group introduction amount is defined as the number of chloromethyl groups per unit hydrophilic group.

そして、このような陰イオン交換樹脂は、2価の飽和炭化水素基を介して互いに結合する複数(好ましくは、2つ)の芳香環からなる2価の疎水性基と、単数の芳香環からなる、または、炭素−炭素結合を介して互いに結合する複数(好ましくは、2つ)の芳香環からなる2価の結合性基と、2価の飽和炭化水素基を介して互いに結合する複数(好ましくは、2つ)の芳香環を有し、その飽和炭化水素基に陰イオン交換基を有する芳香環が炭素−炭素結合を介して結合されている2価の親水性基とからなり、疎水性基および結合性基がエーテル結合を介して繰り返される疎水ユニットと、親水性基および結合性基がエーテル結合を介して繰り返される親水ユニットとを有し、疎水ユニットと親水ユニットとがエーテル結合を介して結合されている。つまり、この陰イオン交換樹脂には、スルホニル基、カルボニル基、イミド基などが含有されておらず、そのため、耐アルカリ性などの耐久性に優れる。   Such an anion exchange resin includes a divalent hydrophobic group composed of a plurality of (preferably two) aromatic rings bonded to each other via a divalent saturated hydrocarbon group, and a single aromatic ring. Or a plurality of (preferably two) divalent linking groups composed of aromatic rings bonded to each other through a carbon-carbon bond and a plurality of (bonded to each other through a divalent saturated hydrocarbon group Preferably, it is composed of a divalent hydrophilic group having 2) aromatic rings and an aromatic ring having an anion exchange group attached to the saturated hydrocarbon group via a carbon-carbon bond, Having a hydrophobic unit in which a functional group and a binding group are repeated through an ether bond, and a hydrophilic unit in which a hydrophilic group and a binding group are repeated through an ether bond. The hydrophobic unit and the hydrophilic unit have an ether bond. Coupled through That. That is, this anion exchange resin does not contain a sulfonyl group, a carbonyl group, an imide group or the like, and therefore has excellent durability such as alkali resistance.

そして、本発明は、このような陰イオン交換樹脂を用いて得られる燃料電池用電解質層(燃料電池用電解質膜)、さらには、その燃料電池用電解質層を電解質層として備える燃料電池を、含んでいる。   The present invention further includes a fuel cell electrolyte layer (fuel cell electrolyte membrane) obtained by using such an anion exchange resin, and further includes a fuel cell comprising the fuel cell electrolyte layer as an electrolyte layer. It is out.

図1は、本発明の燃料電池の一実施形態を示す概略構成図である。図1において、この燃料電池1は、燃料電池セルSを備えており、燃料電池セルSは、燃料側電極2、酸素側電極3および電解質層4を備え、燃料側電極2および酸素側電極3が、それらの間に電解質層4を挟んだ状態で、対向配置されている。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of a fuel cell of the present invention. In FIG. 1, the fuel cell 1 includes a fuel cell S, and the fuel cell S includes a fuel side electrode 2, an oxygen side electrode 3, and an electrolyte layer 4, and the fuel side electrode 2 and the oxygen side electrode 3. However, they are opposed to each other with the electrolyte layer 4 sandwiched therebetween.

電解質層4としては、上記した陰イオン交換樹脂を用いることができる(すなわち、電解質層4は、上記した陰イオン交換樹脂を含んでいる。)
なお、電解質層4としては、例えば、多孔質基材などの公知の補強材により補強することができ、さらには、例えば、分子配向などを制御するための二軸延伸処理や、結晶化度や残存応力を制御するための熱処理などの各種処理することができる。また、電解質層4には、その機械強度を上げるために、公知のフィラーを添加することができ、電解質層4と、ガラス不織布などの補強剤とをプレスにより複合化させることもできる。
As the electrolyte layer 4, the above-described anion exchange resin can be used (that is, the electrolyte layer 4 includes the above-described anion exchange resin).
The electrolyte layer 4 can be reinforced with, for example, a known reinforcing material such as a porous substrate, and further, for example, biaxial stretching treatment for controlling molecular orientation or the like, Various treatments such as heat treatment for controlling the residual stress can be performed. In addition, a known filler can be added to the electrolyte layer 4 in order to increase its mechanical strength, and the electrolyte layer 4 and a reinforcing agent such as a glass nonwoven fabric can be combined by pressing.

また、電解質層4において、通常用いられる各種添加剤、例えば、相溶性を向上させるための相溶化剤、例えば、樹脂劣化を防止するための酸化防止剤、例えば、フィルムとしての成型加工における取扱性を向上するための帯電防止剤や滑剤などを、電解質層4としての加工や性能に影響を及ぼさない範囲で、適宜含有させることができる。   Further, in the electrolyte layer 4, various commonly used additives, for example, compatibilizers for improving compatibility, for example, antioxidants for preventing resin deterioration, for example, handling properties in molding as a film An antistatic agent, a lubricant, and the like for improving the viscosity can be appropriately contained within a range that does not affect the processing and performance of the electrolyte layer 4.

電解質層4の厚さは、特に制限されず、目的および用途に応じて、適宜設定される。   The thickness of the electrolyte layer 4 is not particularly limited, and is appropriately set according to the purpose and application.

電解質層4の厚みは、例えば、1.2〜350μm、好ましくは、5〜200μmである。   The thickness of the electrolyte layer 4 is, for example, 1.2 to 350 μm, preferably 5 to 200 μm.

燃料側電極2は、電解質層4の一方の面に対向接触されている。この燃料側電極2は、例えば、多孔質担体に触媒が担持されている触媒層(電池電極触媒層)を含んでいる。   The fuel side electrode 2 is in opposed contact with one surface of the electrolyte layer 4. The fuel side electrode 2 includes, for example, a catalyst layer (battery electrode catalyst layer) in which a catalyst is supported on a porous carrier.

多孔質担体としては、特に限定されず、カーボンなどの、撥水性担体が挙げられる。   The porous carrier is not particularly limited and includes a water-repellent carrier such as carbon.

触媒としては、特に制限されず、例えば、白金族元素(Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt)、鉄族元素(Fe、Co、Ni)などの周期表第8〜10(IUPAC Periodic Table of the Elements(version date 19 February 2010)に従う。以下同じ。)族元素や、例えば、Cu、Ag、Auなどの周期表第11族元素など、さらにはこれらの組み合わせなどが挙げられ、好ましくは、Pt(白金)が挙げられる。   The catalyst is not particularly limited, and examples thereof include periodic table elements 8 to 10 (IUPAC Periodic Table) of platinum group elements (Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt), iron group elements (Fe, Co, Ni), and the like. of the Elements (version date 19 February 2010). The same shall apply hereinafter.) Group elements, Group 11 elements of the periodic table such as Cu, Ag, Au, and the like, and combinations thereof, preferably, Pt (platinum) is mentioned.

燃料側電極2は、例えば、上記多孔質単体および触媒を、公知の電解質溶液(例えば、側鎖に4級アンモニウム基を有するフッ素系樹脂を上記の有機溶媒に溶かしたもの(電極触媒層形成用バインダー))に分散させ、電極インクを調製する。次いで、必要により、電極インクの粘度を、アルコール類などの適量の有機溶媒を配合することにより調整し、その後、電極インクを、公知の方法(例えば、スプレー法、ダイコーター法など)により電解質層4の一方面に塗布し、所定の温度で乾燥させることにより、薄膜状の電極膜として電解質層4の一方面に接合される。   For example, the fuel-side electrode 2 is obtained by dissolving the porous simple substance and the catalyst in a known electrolyte solution (for example, a fluorine resin having a quaternary ammonium group in the side chain in the organic solvent (for electrode catalyst layer formation). The electrode ink is prepared by dispersing in a binder)). Then, if necessary, the viscosity of the electrode ink is adjusted by blending an appropriate amount of an organic solvent such as alcohols, and then the electrode ink is prepared by a known method (for example, spray method, die coater method, etc.) as an electrolyte layer. 4 is applied to one surface of the electrode 4 and dried at a predetermined temperature, whereby the electrode layer is bonded to the one surface of the electrolyte layer 4 as a thin film electrode film.

燃料側電極2における触媒の担持量は、特に限定されないが、例えば、0.1〜10.0mg/cm、好ましくは、0.5〜5.0mg/cmである。 Amount of catalyst supported in the fuel-side electrode 2 is not particularly limited, for example, 0.1 to 10.0 mg / cm 2, preferably from 0.5 to 5.0 / cm 2.

燃料側電極2では、後述するように、供給される燃料と、電解質層4を通過した水酸化物イオン(OH)とを反応させて、電子(e)および水(HO)を生成させる。なお、例えば、燃料が水素(H)である場合には、電子(e)および水(HO)のみを生成させ、燃料がヒドラジン(NHNH)である場合には、電子(e)、水(HO)および窒素(N)を生成させる。 In the fuel side electrode 2, as will be described later, the supplied fuel and the hydroxide ions (OH ) that have passed through the electrolyte layer 4 are reacted to generate electrons (e ) and water (H 2 O). Generate. For example, when the fuel is hydrogen (H 2 ), only electrons (e ) and water (H 2 O) are generated, and when the fuel is hydrazine (NH 2 NH 2 ), electrons are generated. (E ), water (H 2 O) and nitrogen (N 2 ) are produced.

酸素側電極3は、電解質層4の他方の面に対向接触されている。この酸素側電極3は、例えば、多孔質担体に触媒が担持されている触媒層(電池電極触媒層)を含んでいる。   The oxygen side electrode 3 is in opposed contact with the other surface of the electrolyte layer 4. The oxygen side electrode 3 includes, for example, a catalyst layer (battery electrode catalyst layer) in which a catalyst is supported on a porous carrier.

酸素側電極3は、例えば、上記多孔質単体および触媒を、公知の電解質溶液(例えば、側鎖に4級アンモニウム基を有するフッ素系樹脂を上記の有機溶媒に溶かしたもの(電極触媒層形成用バインダー))に分散させ、電極インクを調製する。次いで、必要により、電極インクの粘度を、アルコール類などの適量の有機溶媒を配合することにより調整し、その後、電極インクを、公知の方法(例えば、スプレー法、ダイコーター法など)により電解質層4の他方面に塗布し、所定の温度で乾燥させることにより、薄膜状の電極膜として電解質層4の他方面に接合される。   The oxygen-side electrode 3 includes, for example, the above porous simple substance and a catalyst prepared by dissolving a known electrolyte solution (for example, a fluorine-based resin having a quaternary ammonium group in the side chain in the above organic solvent (for electrode catalyst layer formation). The electrode ink is prepared by dispersing in a binder)). Then, if necessary, the viscosity of the electrode ink is adjusted by blending an appropriate amount of an organic solvent such as alcohols, and then the electrode ink is prepared by a known method (for example, spray method, die coater method, etc.) as an electrolyte layer. 4 is applied to the other surface of the electrode 4 and dried at a predetermined temperature to be bonded to the other surface of the electrolyte layer 4 as a thin electrode film.

これにより、電解質層4、燃料側電極2および酸素側電極3は、電解質層4の一方面に薄膜状の燃料側電極2が接合され、電解質層4の他方面に薄膜状の酸素側電極3が接合されてなる膜・電極接合体を形成している。   Thus, the electrolyte layer 4, the fuel side electrode 2, and the oxygen side electrode 3 are joined to the thin film fuel side electrode 2 on one surface of the electrolyte layer 4, and the thin film oxygen side electrode 3 on the other surface of the electrolyte layer 4. A membrane / electrode assembly is formed by bonding.

酸素側電極3における触媒の担持量は、特に限定されないが、例えば、0.1〜10.0mg/cm、好ましくは、0.5〜5.0mg/cmである。 Amount of catalyst supported in the oxygen-side electrode 3 is not particularly limited, for example, 0.1 to 10.0 mg / cm 2, preferably from 0.5 to 5.0 / cm 2.

酸素側電極3では、後述するように、供給される酸素(O)と、電解質層4を通過した水(HO)と、外部回路13を通過した電子(e)とを反応させて、水酸化物イオン(OH)を生成させる。 In the oxygen side electrode 3, as will be described later, oxygen (O 2 ) supplied, water (H 2 O) that has passed through the electrolyte layer 4, and electrons (e ) that have passed through the external circuit 13 are reacted. Thus, hydroxide ions (OH ) are generated.

燃料電池セルSは、さらに、燃料供給部材5および酸素供給部材6を備えている。燃料供給部材5は、ガス不透過性の導電性部材からなり、その一方の面が、燃料側電極2に対向接触されている。そして、この燃料供給部材5には、燃料側電極2の全体に燃料を接触させるための燃料側流路7が、一方の面から凹む葛折状の溝として形成されている。なお、この燃料側流路7には、その上流側端部および下流側端部に、燃料供給部材5を貫通する供給口8および排出口9がそれぞれ連続して形成されている。   The fuel cell S further includes a fuel supply member 5 and an oxygen supply member 6. The fuel supply member 5 is made of a gas-impermeable conductive member, and one surface thereof is in opposed contact with the fuel-side electrode 2. The fuel supply member 5 is formed with a fuel-side flow path 7 for bringing fuel into contact with the entire fuel-side electrode 2 as a distorted groove recessed from one surface. The fuel-side flow path 7 is formed with a supply port 8 and a discharge port 9 passing through the fuel supply member 5 at the upstream end and the downstream end, respectively.

また、酸素供給部材6も、燃料供給部材5と同様に、ガス不透過性の導電性部材からなり、その一方の面が、酸素側電極3に対向接触されている。そして、この酸素供給部材6にも、酸素側電極3の全体に酸素(空気)を接触させるための酸素側流路10が、一方の面から凹む葛折状の溝として形成されている。なお、この酸素側流路10にも、その上流側端部および下流側端部に、酸素供給部材6を貫通する供給口11および排出口12がそれぞれ連続して形成されている。   Similarly to the fuel supply member 5, the oxygen supply member 6 is made of a gas-impermeable conductive member, and one surface thereof is opposed to the oxygen side electrode 3. The oxygen supply member 6 is also formed with an oxygen-side flow channel 10 for contacting oxygen (air) with the entire oxygen-side electrode 3 as a distorted groove recessed from one surface. The oxygen-side flow path 10 also has a supply port 11 and a discharge port 12 that pass through the oxygen supply member 6 continuously formed at the upstream end portion and the downstream end portion thereof.

この燃料電池1は、実際には、上記した燃料電池セルSが、複数積層されるスタック構造として形成される。そのため、燃料供給部材5および酸素供給部材6は、実際には、両面に燃料側流路7および酸素側流路10が形成されるセパレータとして構成される。   The fuel cell 1 is actually formed as a stack structure in which a plurality of the fuel cells S described above are stacked. Therefore, the fuel supply member 5 and the oxygen supply member 6 are actually configured as separators in which the fuel side flow path 7 and the oxygen side flow path 10 are formed on both surfaces.

なお、図示しないが、この燃料電池1には、導電性材料によって形成される集電板が備えられており、集電板に備えられた端子から燃料電池1で発生した起電力を外部に取り出すことができるように構成されている。   Although not shown, the fuel cell 1 is provided with a current collector plate formed of a conductive material, and an electromotive force generated in the fuel cell 1 is taken out from a terminal provided on the current collector plate. It is configured to be able to.

また、図1においては、この燃料電池セルSの燃料供給部材5と酸素供給部材6とを外部回路13によって接続し、その外部回路13に電圧計14を介在させて、発生する電圧を計測するようにしている。   In FIG. 1, the fuel supply member 5 and the oxygen supply member 6 of the fuel cell S are connected by an external circuit 13, and a voltage meter 14 is interposed in the external circuit 13 to measure the generated voltage. I am doing so.

この燃料電池1においては、燃料が、改質などを経由することなく直接に、または、改質などを経由した上で、燃料側電極2に供給される。   In the fuel cell 1, the fuel is supplied to the fuel side electrode 2 directly without going through reforming or the like or after going through reforming or the like.

燃料としては、含水素液体燃料が挙げられる。   An example of the fuel is a hydrogen-containing liquid fuel.

含水素液体燃料は、分子中に水素原子を含有する液体燃料であって、例えば、アルコール類、ヒドラジン類などが挙げられ、好ましくは、ヒドラジン類が挙げられる。   The hydrogen-containing liquid fuel is a liquid fuel containing hydrogen atoms in the molecule, and examples thereof include alcohols and hydrazines, and preferably hydrazines.

ヒドラジン類として、具体的には、例えば、ヒドラジン(NHNH)、水加ヒドラジン(NHNH・HO)、炭酸ヒドラジン((NHNHCO)、塩酸ヒドラジン(NHNH・HCl)、硫酸ヒドラジン(NHNH・HSO)、モノメチルヒドラジン(CHNHNH)、ジメチルヒドラジン((CHNNH、CHNHNHCH)、カルボンヒドラジド((NHNHCO)などが挙げられる。上記例示の燃料は、単独または2種類以上組み合わせて用いることができる。 Specific examples of hydrazines include hydrazine (NH 2 NH 2 ), hydrated hydrazine (NH 2 NH 2 .H 2 O), hydrazine carbonate ((NH 2 NH 2 ) 2 CO 2 ), hydrazine hydrochloride ( NH 2 NH 2 · HCl), hydrazine sulfate (NH 2 NH 2 · H 2 SO 4), monomethyl hydrazine (CH 3 NHNH 2), dimethylhydrazine ((CH 3) 2 NNH 2 , CH 3 NHNHCH 3), a carboxylic hydrazide ((NHNH 2 ) 2 CO) and the like. The fuels illustrated above can be used alone or in combination of two or more.

上記した燃料化合物のうち、炭素を含まない化合物、すなわち、ヒドラジン、水加ヒドラジン、硫酸ヒドラジンなどは、COおよびCOの生成がなく、触媒の被毒が生じないことから、耐久性の向上を図ることができ、実質的なゼロエミッションを実現することができる。 Among the above fuel compounds, compounds that do not contain carbon, that is, hydrazine, hydrated hydrazine, hydrazine sulfate, etc., do not generate CO and CO 2 , and do not cause catalyst poisoning. Can be achieved, and substantially zero emission can be realized.

また、上記例示の燃料としては、上記の燃料化合物をそのまま用いてもよいが、上記例示の燃料化合物を、例えば、水および/またはアルコール(例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノールなどの低級アルコールなど)などの溶液として用いることができる。この場合、溶液中の燃料化合物の濃度は、燃料化合物の種類によっても異なるが、例えば、1〜90質量%、好ましくは、1〜30質量%である。   Further, as the above exemplified fuel, the above fuel compound may be used as it is. However, the above exemplified fuel compound may be water and / or alcohol (for example, lower alcohol such as methanol, ethanol, propanol, isopropanol, etc.) ) And the like. In this case, the concentration of the fuel compound in the solution varies depending on the type of the fuel compound, but is, for example, 1 to 90% by mass, preferably 1 to 30% by mass.

さらに、燃料は、上記した燃料化合物をガス(例えば、蒸気)として用いることができる。   Further, as the fuel, the above-described fuel compound can be used as a gas (for example, vapor).

そして、酸素供給部材6の酸素側流路10に酸素(空気)を供給しつつ、燃料供給部材5の燃料側流路7に上記した燃料を供給すれば、酸素側電極3においては、次に述べるように、燃料側電極2で発生し、外部回路13を介して移動する電子(e)と、燃料側電極2で発生する水(HO)と、酸素(O)とが反応して、水酸化物イオン(OH)を生成する。生成した水酸化物イオン(OH)は、アニオン交換膜からなる電解質層4を、酸素側電極3から燃料側電極2へ移動する。そして、燃料側電極2においては、電解質層4を通過した水酸化物イオン(OH)と、燃料とが反応して、電子(e)と水(HO)とが生成する。生成した電子(e)は、燃料供給部材5から外部回路13を介して酸素供給部材6に移動され、酸素側電極3へ供給される。また、生成した水(HO)は、電解質層4を燃料側電極2から酸素側電極3へ移動する。このような燃料側電極2および酸素側電極3における電気化学的反応によって、起電力が生じ、発電が行われる。 Then, if the above-described fuel is supplied to the fuel-side channel 7 of the fuel supply member 5 while supplying oxygen (air) to the oxygen-side channel 10 of the oxygen supply member 6, As described, electrons (e ) generated at the fuel side electrode 2 and moving via the external circuit 13 react with water (H 2 O) and oxygen (O 2 ) generated at the fuel side electrode 2. Thus, hydroxide ions (OH ) are generated. The generated hydroxide ions (OH ) move from the oxygen side electrode 3 to the fuel side electrode 2 through the electrolyte layer 4 made of an anion exchange membrane. In the fuel side electrode 2, the hydroxide ions (OH ) that have passed through the electrolyte layer 4 react with the fuel to generate electrons (e ) and water (H 2 O). The generated electrons (e ) are moved from the fuel supply member 5 to the oxygen supply member 6 via the external circuit 13 and supplied to the oxygen side electrode 3. The generated water (H 2 O) moves the electrolyte layer 4 from the fuel side electrode 2 to the oxygen side electrode 3. An electromotive force is generated by such an electrochemical reaction in the fuel side electrode 2 and the oxygen side electrode 3, and power generation is performed.

なお、この燃料電池1の運転条件は、特に限定されないが、例えば、燃料側電極2側の加圧が200kPa以下、好ましくは、100kPa以下であり、酸素側電極3側の加圧が200kPa以下、好ましくは、100kPa以下であり、燃料電池セルSの温度が0〜120℃、好ましくは、20〜80℃として設定される。   The operating conditions of the fuel cell 1 are not particularly limited. For example, the pressure on the fuel side electrode 2 side is 200 kPa or less, preferably 100 kPa or less, and the pressure on the oxygen side electrode 3 side is 200 kPa or less. Preferably, it is 100 kPa or less, and the temperature of the fuel cell S is set to 0 to 120 ° C., preferably 20 to 80 ° C.

そして、このような燃料電池1においては、電解質層4に、上記の耐久性に優れる陰イオン交換樹脂を含む燃料電池用電解質層が、用いられている。   And in such a fuel cell 1, the electrolyte layer for fuel cells containing the anion exchange resin which is excellent in said durability for the electrolyte layer 4 is used.

そのため、本発明の陰イオン交換樹脂を用いて得られる本発明の燃料電池用電解質層、および、そのような燃料電池用電解質層を備える燃料電池は、耐久性に優れる。   Therefore, the fuel cell electrolyte layer of the present invention obtained by using the anion exchange resin of the present invention, and the fuel cell including such a fuel cell electrolyte layer are excellent in durability.

また、本発明は、上記した陰イオン交換樹脂を含む電極触媒層形成用バインダー、その燃料電池電極触媒層形成用バインダーを含む電池電極触媒層、さらには、その電池電極触媒層を備える燃料電池を含んでいる。   The present invention also provides an electrode catalyst layer-forming binder containing the anion exchange resin described above, a battery electrode catalyst layer containing the fuel cell electrode catalyst layer-forming binder, and a fuel cell comprising the battery electrode catalyst layer. Contains.

すなわち、燃料電池1では、上記した燃料側電極2および/または酸素側電極3の形成時において、陰イオン交換樹脂を電極触媒層形成用バインダーに含有させることができる。   That is, in the fuel cell 1, an anion exchange resin can be contained in the electrode catalyst layer forming binder when the fuel side electrode 2 and / or the oxygen side electrode 3 are formed.

陰イオン交換樹脂を電極触媒層形成用バインダーに含有させる方法として、具体的には、例えば、陰イオン交換樹脂を細断し、上記した有機溶媒に溶解させることにより、電極触媒層形成用バインダーを調製する。   As a method for incorporating the anion exchange resin into the binder for forming an electrode catalyst layer, specifically, for example, the anion exchange resin is shredded and dissolved in the organic solvent described above to obtain the binder for forming an electrode catalyst layer. Prepare.

電極触媒層形成用バインダーにおいて、陰イオン交換樹脂の含有割合は、電極触媒層形成用バインダー100質量部に対して、例えば、2〜10質量部、好ましくは、2〜5質量部である。   In the electrode catalyst layer forming binder, the content ratio of the anion exchange resin is, for example, 2 to 10 parts by mass, or preferably 2 to 5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the electrode catalyst layer forming binder.

また、その燃料電池電極触媒層形成用バインダーを、上記した燃料側電極2および/または酸素側電極3の触媒層(電池電極触媒層)の形成に用いることにより、陰イオン交換樹脂を、触媒層(電池電極触媒層)に含有させることができ、これにより、陰イオン交換樹脂を含む触媒層(電池電極触媒層)を備える燃料電池1を得ることができる。   Moreover, the anion exchange resin is used as the catalyst layer by using the binder for forming the fuel cell electrode catalyst layer in the formation of the catalyst layer (cell electrode catalyst layer) of the fuel side electrode 2 and / or the oxygen side electrode 3 described above. (Battery electrode catalyst layer) can be contained, whereby a fuel cell 1 including a catalyst layer (battery electrode catalyst layer) containing an anion exchange resin can be obtained.

そして、このような燃料電池1においては、電池電極触媒層の形成において、上記の耐久性に優れる陰イオン交換樹脂を含む燃料電池電極触媒層形成用バインダーが、用いられている。   And in such a fuel cell 1, the binder for fuel cell electrode catalyst layer formation containing the said anion exchange resin excellent in durability is used in formation of a battery electrode catalyst layer.

そのため、本発明の陰イオン交換樹脂を用いて得られる本発明の電極触媒層形成用バインダー、また、その電極触媒層形成用バインダーを用いて得られる電池電極触媒層は、耐久性に優れる。   Therefore, the electrode catalyst layer-forming binder of the present invention obtained using the anion exchange resin of the present invention, and the battery electrode catalyst layer obtained using the electrode catalyst layer-forming binder are excellent in durability.

その結果、そのような電池電極触媒層を備える燃料電池は、耐久性に優れる。   As a result, a fuel cell provided with such a battery electrode catalyst layer is excellent in durability.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の実施形態は、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲で、適宜設計を変形することができる。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described, embodiment of this invention is not limited to this, A design can be suitably changed in the range which does not change the summary of this invention.

本発明の燃料電池の用途としては、例えば、自動車、船舶、航空機などにおける駆動用モータの電源や、携帯電話機などの通信端末における電源などが挙げられる。   Applications of the fuel cell of the present invention include, for example, power sources for driving motors in automobiles, ships, airplanes, etc., and power sources in communication terminals such as mobile phones.

次に、本発明を実施例および比較例に基づいて説明するが、本発明は下記の実施例によって限定されるものではない。   Next, although this invention is demonstrated based on an Example and a comparative example, this invention is not limited by the following Example.

実施例1
<第1オリゴマーの合成>
2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン(=ヘキサフルオロビスフェノール)2.5000g(分子量336.23、7.435mmol)、炭酸カリウム2.0502g(分子量138.21、14.87mmol)、ジメチルアセトアミド(以下、DMAc)15.24mL、および、トルエン5mLを、100mLの三口ナスフラスコに入れた。
Example 1
<Synthesis of first oligomer>
2,2-bis (4-hydroxyphenyl) hexafluoropropane (= hexafluorobisphenol) 2.5000 g (molecular weight 336.23, 7.435 mmol), potassium carbonate 2.0502 g (molecular weight 138.21, 14.87 mmol), 15.24 mL of dimethylacetamide (hereinafter referred to as DMAc) and 5 mL of toluene were placed in a 100 mL three-necked eggplant flask.

次いで、三口ナスフラスコに、強制撹拌機、トルエンを入れたディーンスタックトラップおよびNガスチューブを取り付け、オイルバスで160℃まで加熱し、撹拌することにより、上記化合物における末端水酸基と炭酸カリウムとの反応により生じる水を除去した。 Next, a three-necked eggplant flask was equipped with a forced stirrer, a Dean stack trap with toluene and an N 2 gas tube, heated to 160 ° C. in an oil bath, and stirred, whereby the terminal hydroxyl group and potassium carbonate in the above compound were mixed. Water generated by the reaction was removed.

次いで、オイルバスを80℃まで冷却し、デカフルオロビフェニル2.6084g(分子量334.1、7.807mmol)を入れ、撹拌し、2.5時間後にエンドキャップ剤のデカフルオロビフェニル0.2608g(0.7807mmol)を入れ、さらに0.5時間撹拌した。   Then, the oil bath was cooled to 80 ° C., and 2.6084 g (molecular weight 334.1, 7.807 mmol) of decafluorobiphenyl was added and stirred, and after 2.5 hours, 0.2608 g (0 7807 mmol) and stirred for another 0.5 hours.

次いで、オイルバスからナスフラスコを上げ、DMAcで希釈した後、得られた希釈液を、パスツールピペットを用いてスターラー上に置いたビーカー中の熱水中へ、細かな膜状で全体に分散するように滴下した。   Next, the eggplant flask is lifted from the oil bath, diluted with DMAc, and the resulting diluted solution is dispersed in the form of a fine film into hot water in a beaker placed on a stirrer using a Pasteur pipette. It was dripped so that.

次いで、メンブレンフィルターを用いて吸引ろ過し、熱メタノールで洗浄した。その後、メンブレンフィルターで吸引ろ過し、再度熱メタノールで洗浄した後、再度吸引ろ過し、50℃で真空乾燥させた。   Next, the solution was suction filtered using a membrane filter and washed with hot methanol. Thereafter, the solution was suction filtered with a membrane filter, washed again with hot methanol, suction filtered again, and vacuum dried at 50 ° C.

これにより、上記式(18)で示される第1オリゴマー(n=30)を得た。
<第2オリゴマーの合成>
9,9−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フルオレン(以下、BHF)2.9498g(分子量350.4、8.4184mmol)、デカフルオロビフェニル2.5000g(分子量334.1、7.483mmol)および炭酸カリウム2.9088g(分子量138.21、21.0459mmol)を秤量し、100mLの三口ナスフラスコに入れた。
This obtained the 1st oligomer (n = 30) shown by the said Formula (18).
<Synthesis of second oligomer>
9,9-bis (4-hydroxyphenyl) fluorene (hereinafter referred to as BHF) 2.9498 g (molecular weight 350.4, 8.4184 mmol), decafluorobiphenyl 2.5000 g (molecular weight 334.1, 7.483 mmol) and potassium carbonate 2.9088 g (molecular weight 138.21, 21.0459 mmol) was weighed and placed in a 100 mL three-necked eggplant flask.

次いで、三口ナスフラスコの壁面を洗浄しながら、DMAcを20mL入れ、三口ナスフラスコに、強制撹拌機、シクロヘキサンを入れたディーンスタックトラップ、冷却管およびNガスチューブを取り付け、シクロヘキサン2mLを加えた。 Next, 20 mL of DMAc was added while washing the wall surface of the three-necked eggplant flask, and a forced-stirrer, a Dean stack trap containing cyclohexane, a condenser tube and an N 2 gas tube were attached to the three-necked eggplant flask, and 2 mL of cyclohexane was added.

次いで、オイルバスを85℃に加熱し、オイル面とフラスコ内の液面が同じ高さになるようにして、撹拌を開始し、1.5時間後にエンドキャップ剤のBHF0.2812g(0.8418mmol)を入れ、さらに1時間撹拌した。   Next, the oil bath was heated to 85 ° C., and the stirring was started so that the oil level and the liquid level in the flask were the same level. After 1.5 hours, 0.2812 g (0.8418 mmol) of BHF as an end cap agent was used. ) And stirred for another hour.

その後、オイルバスからナスフラスコを上げ、DMAcで希釈した後、得られた希釈液を、パスツールピペットを用いてスターラー上に置いたビーカー中の熱水中へ、細かな膜状で全体に分散するように滴下した。   Then, lift the eggplant flask from the oil bath, dilute with DMAc, and then use the Pasteur pipette to disperse the diluted solution as a fine film into hot water in a beaker placed on a stirrer. It was dripped so that.

次いで、メンブレンフィルターを用いて吸引ろ過し、熱水で洗浄した。その後、メンブレンフィルターで吸引ろ過し、熱メタノールで洗浄した後、再度吸引ろ過し、50℃で真空乾燥させた。   Next, the solution was suction filtered using a membrane filter and washed with hot water. Thereafter, the solution was suction filtered with a membrane filter, washed with hot methanol, suction filtered again, and vacuum dried at 50 ° C.

これにより、上記式(20)で示される第2オリゴマー(m=8)を得た。
<陰イオン交換樹脂前駆体ポリマーの合成>
第1オリゴマー0.5000g([−F]=0.0528mmol)、第2オリゴマー0.1610g([−OH]=0.0528mmol)および炭酸カリウム0.0091g(分子量138.21、0.066mmol)を秤量し、100mLの三口ナスフラスコに入れた。
This obtained the 2nd oligomer (m = 8) shown by the said Formula (20).
<Synthesis of anion exchange resin precursor polymer>
0.5000 g ([-F] = 0.0528 mmol) of the first oligomer, 0.1610 g ([-OH] = 0.0528 mmol) of the second oligomer and 0.0091 g of potassium carbonate (molecular weight 138.21, 0.066 mmol). Weighed and placed in a 100 mL three-necked eggplant flask.

次いで、三口ナスフラスコにDMAc2mLを加え、強制撹拌機および冷却管を取り付け、オイルバスによって80℃まで加熱し、撹拌した。なお、撹拌子が回りにくくなったらDMAcを少量追加し、撹拌した。   Next, 2 mL of DMAc was added to the three-necked eggplant flask, a forced stirrer and a condenser tube were attached, and the mixture was heated to 80 ° C. with an oil bath and stirred. When the stirring bar became difficult to rotate, a small amount of DMAc was added and stirred.

2.5時間後、オイルバスからナスフラスコを上げ、DMAcで希釈した後、得られた希釈液を、パスツールピペットを用いてスターラー上に置いたビーカー中の熱水中へ、細かな膜状で全体に分散するように滴下した。   After 2.5 hours, lift the eggplant flask from the oil bath and dilute with DMAc. Then, dilute the obtained diluted solution into hot water in a beaker placed on a stirrer using a Pasteur pipette. The solution was added dropwise so as to be dispersed throughout.

次いで、メンブレンフィルターを用いて吸引ろ過した後、熱水で洗浄した。その後、メンブレンフィルターで吸引ろ過し、熱メタノールで洗浄した後、再度吸引ろ過し、50℃で真空乾燥した。   Then, after suction filtration using a membrane filter, the membrane was washed with hot water. Thereafter, the solution was suction filtered with a membrane filter, washed with hot methanol, suction filtered again, and vacuum dried at 50 ° C.

これにより、上記式(23)で示される陰イオン交換樹脂前駆体ポリマー(n=30、m8、l=1.06)を得た。
<陰イオン交換基導入>
(クロロメチル化反応)
陰イオン交換樹脂前駆体ポリマー1.0000g(第2オリゴマー換算0.362mmol)を秤量して反応容器に入れ、テトラクロロエタンの0.04574mol/L水溶液7.91mL(0.362mmol)に溶解させた。
This obtained the anion exchange resin precursor polymer (n = 30, m8, l = 1.06) shown by the said Formula (23).
<Introducing anion exchange groups>
(Chloromethylation reaction)
1.0000 g of an anion exchange resin precursor polymer (0.362 mmol in terms of second oligomer) was weighed and placed in a reaction vessel, and dissolved in 7.91 mL (0.362 mmol) of a 0.04574 mol / L aqueous solution of tetrachloroethane.

次いで、得られた溶液に塩化亜鉛の0.5mol/Lテトラヒドロフラン溶液0.724mL(0.362mmol)、および、陰イオン交換樹脂前駆体ポリマーの80倍モル(フルオレン基に対して)のクロロメチルメチルエーテル(分子量80.51、28.96mmol)を加え、50℃で撹拌した。   Next, 0.724 mL (0.362 mmol) of 0.5 mol / L tetrahydrofuran solution of zinc chloride and 80 times mol (based on fluorene group) of chloromethylmethyl anion exchange resin precursor polymer were added to the obtained solution. Ether (molecular weight 80.51, 28.96 mmol) was added, and the mixture was stirred at 50 ° C.

2日後、得られた混合液を、パスツールピペットを用いてメタノール中に滴下し、撹拌および洗浄した。その後、上澄みを捨て、メタノールを追加して更に洗浄し、メンブレンフィルターで吸引ろ過した後、50℃で真空乾燥させた。   Two days later, the obtained mixed solution was dropped into methanol using a Pasteur pipette, and stirred and washed. Thereafter, the supernatant was discarded, methanol was further added for further washing, suction filtration with a membrane filter, and vacuum drying at 50 ° C.

これにより、陰イオン交換樹脂前駆体ポリマーをクロロメチル化した。
(製膜)
クロロメチル化された陰イオン交換樹脂前駆体ポリマーをスクリュー管に入れ、DMAcに溶解させた。
Thereby, the anion exchange resin precursor polymer was chloromethylated.
(Film formation)
The chloromethylated anion exchange resin precursor polymer was placed in a screw tube and dissolved in DMAc.

なお、陰イオン交換樹脂前駆体ポリマーの量は、次式により算出した。
必要質量(g)=キャスト容器面積(cm)×膜厚(cm)×1.5(g/cm
次いで、桐山ロートおよび桐山ろ紙を用いて溶液をろ過した後、得られたろ液を容器に流し込み、45℃で乾燥させた。完全に乾燥したことを確認した後、容器に純水を流し込み、端からスパチュラで丁寧に剥がすことにより、クロロメチル化された陰イオン交換樹脂前駆体ポリマーの膜を得た。
(四級化反応)
クロロメチル化された陰イオン交換樹脂前駆体ポリマーの膜を、容器に入れ、トリメチルアミン水溶液(濃度30質量%)を、膜が浸るまで入れた。
The amount of the anion exchange resin precursor polymer was calculated by the following formula.
Required mass (g) = Cast container area (cm 2 ) × film thickness (cm) × 1.5 (g / cm 3 )
Next, after the solution was filtered using a Kiriyama funnel and Kiriyama filter paper, the obtained filtrate was poured into a container and dried at 45 ° C. After confirming that it was completely dried, pure water was poured into the container, and carefully peeled off with a spatula to obtain a chloromethylated anion exchange resin precursor polymer membrane.
(Quaternization reaction)
The chloromethylated anion exchange resin precursor polymer membrane was placed in a container, and an aqueous trimethylamine solution (concentration: 30% by mass) was placed until the membrane was immersed.

次いで、容器に蓋をして2日間室温で保管し、その後、膜を超純水で数回撹拌洗浄した後、乾燥させた。   Next, the container was covered and stored at room temperature for 2 days, and then the membrane was stirred and washed several times with ultrapure water and then dried.

次いで、水酸化カリウム水溶液(濃度1mol/L)中に膜を浸漬し、室温で2晩補完した後、超純水で数回撹拌洗浄した後、乾燥させた。   Next, the membrane was immersed in an aqueous potassium hydroxide solution (concentration: 1 mol / L), supplemented at room temperature for 2 nights, then stirred and washed several times with ultrapure water, and then dried.

これにより、陰イオン交換樹脂の膜を得た。
<溶液化>
陰イオン交換樹脂の膜を0.04g秤量して細かく刻み、5質量%になるように溶媒(DMF:クロロホルム=1:4)を加えた。なお、このとき、陰イオン交換樹脂を、先にDMFで溶解し、その後、クロロホルムで希釈した。
Thereby, an anion exchange resin membrane was obtained.
<Solution>
0.04 g of the anion exchange resin membrane was weighed and finely chopped, and a solvent (DMF: chloroform = 1: 4) was added so as to be 5% by mass. At this time, the anion exchange resin was first dissolved in DMF and then diluted with chloroform.

その後、撹拌して溶解させることにより、陰イオン交換樹脂の溶液を得た。   Then, the solution of the anion exchange resin was obtained by stirring and dissolving.

比較例1(陰イオン交換樹脂の製造)
<第1オリゴマーの合成>
ビス(4−フルオロフェニル)スルホン(以下、FPS)10.000g(分子量254.2、39.331mmol)、4,4’−ジヒドロキシベンゾフェノン(以下、DHBP)7.9300g(分子量214.2、37.018mmol)、および、炭酸カリウム13.589g(分子量138.21、98.328mmol)を秤量し、300mLの三口ナスフラスコに入れた。次いで、三口ナスフラスコの壁面を洗浄しながら、DMAcを160mL入れ、三口ナスフラスコに、強制撹拌機、40mLのトルエンを入れたディーンスタックトラップを取付けた。150℃に加熱し、3時間後にディーンスタックトラップを外し、170℃で3時間反応させた。次いで、エンドキャップ剤のFPS0.5000g(1.9666mmol)を入れ、さらに1時間撹拌した。次いで、パスツールピペットを用いてスターラー上に置いたビーカー中の熱水中へ、細かな膜状で全体に分散するように滴下した。次いで、メンブレンフィルターを用いて吸引ろ過し、熱水で洗浄した。その後、メンブレンフィルターで吸引ろ過し、熱メタノールで洗浄した後、再度吸引ろ過し、80℃で真空乾燥させた。これにより下記式(26)で示されるn=16のオリゴマーを得た。
Comparative Example 1 (Production of anion exchange resin)
<Synthesis of first oligomer>
Bis (4-fluorophenyl) sulfone (hereinafter referred to as FPS) 10.000 g (molecular weight 254.2, 39.331 mmol), 4,4′-dihydroxybenzophenone (hereinafter referred to as DHBP) 7.9300 g (molecular weight 214.2, 37. 018 mmol) and 13.589 g of potassium carbonate (molecular weights 138.21, 98.328 mmol) were weighed and placed in a 300 mL three-necked eggplant flask. Next, 160 ml of DMAc was added while washing the wall surface of the three-necked eggplant flask, and a forced-stirrer and a Dean stack trap containing 40 mL of toluene were attached to the three-necked eggplant flask. The mixture was heated to 150 ° C., and after 3 hours, the Dean stack trap was removed and reacted at 170 ° C. for 3 hours. Next, 0.5000 g (1.9666 mmol) of FPS as an end cap agent was added, and the mixture was further stirred for 1 hour. Subsequently, it was dripped so that it might disperse | distribute to the whole in the hot water in the beaker set | placed on the stirrer using the Pasteur pipette in the form of a fine film. Next, the solution was suction filtered using a membrane filter and washed with hot water. Thereafter, the solution was suction filtered with a membrane filter, washed with hot methanol, suction filtered again, and vacuum dried at 80 ° C. As a result, an oligomer of n = 16 represented by the following formula (26) was obtained.

Figure 2013047309
実施例2(燃料電池の製造)
<第2オリゴマーの合成>
BHF7.7524g(22.124mmol)、FPS5.000g(19.666mmol)および炭酸カリウム7.6444g(55.310mmol)を秤量し、300mLの三口ナスフラスコに入れた。次いで、三口ナスフラスコの壁面を洗浄しながら、DMAcを80mL入れ、三口ナスフラスコに、強制撹拌機、20mLのトルエンを入れたディーンスタックトラップを取付けた。140℃に加熱し、2時間撹拌した後、ディーンスタックトラップを外し、165℃で2時間反応させた。次いで、エンドキャップ剤のBHF0.3876g(1.1062mmol)を入れ、さらに1時間撹拌した。得られたポリマーは第1オリゴマーと同様の方法で精製した。これにより、下記式(27)で示されるm=11のオリゴマーを得た。
Figure 2013047309
Example 2 (Manufacture of fuel cell)
<Synthesis of second oligomer>
BHF 7.7524 g (22.124 mmol), FPS 5.000 g (19.666 mmol) and potassium carbonate 7.6444 g (55.310 mmol) were weighed and placed in a 300 mL three-necked eggplant flask. Next, 80 ml of DMAc was added while washing the wall surface of the three-necked eggplant flask, and a forced-stirrer and a Dean stack trap containing 20 mL of toluene were attached to the three-necked eggplant flask. After heating to 140 ° C. and stirring for 2 hours, the Dean stack trap was removed and the reaction was carried out at 165 ° C. for 2 hours. Next, 0.3876 g (1.1062 mmol) of BHF as an end cap agent was added, and the mixture was further stirred for 1 hour. The obtained polymer was purified in the same manner as the first oligomer. This obtained the oligomer of m = 11 shown by following formula (27).

Figure 2013047309
<陰イオン交換樹脂前駆体ポリマーの合成>
第1オリゴマー7.4300g([−F]=20.000mmol)、第2オリゴマー6.7817g([−OH]=20.000mmol)、炭酸カリウム3.4553g(25.000mmol)、炭酸カルシウム25.048g(分子量100.2、250.00mmol)、DMAc100mLおよびトルエン25mLを300mLの三口ナスフラスコに入れた。強制撹拌を取付け、オイルバスを145℃に加熱して、3時間後にディーンスタックトラップを取り外し、160℃で5時間反応させた。100mLのDMAcで希釈した後、パスツールピペットを用いてスターラー上に置いたビーカー中の熱水中へ滴下した。次いで、メンブレンフィルターを用いて吸引ろ過し、熱水で洗浄した。その後、メンブレンフィルターで吸引ろ過し、熱メタノールで洗浄した後、再度吸引ろ過し、80℃で真空乾燥させた。これにより、下記式(28)で示される陰イオン交換樹脂前駆体ポリマー(n=16、m=11)を得た。
Figure 2013047309
<Synthesis of anion exchange resin precursor polymer>
7.4300 g ([-F] = 20.000 mmol) of the first oligomer, 6.7817 g ([-OH] = 20.000 mmol) of the second oligomer, 3.4553 g (25.000 mmol) of potassium carbonate, 25.048 g of calcium carbonate (Molecular weight 100.2, 250.00 mmol), DMAc 100 mL, and toluene 25 mL were placed in a 300 mL three-necked eggplant flask. Forced agitation was installed, the oil bath was heated to 145 ° C., and after 3 hours, the Dean stack trap was removed and reacted at 160 ° C. for 5 hours. After diluting with 100 mL of DMAc, it was dropped into hot water in a beaker placed on a stirrer using a Pasteur pipette. Next, the solution was suction filtered using a membrane filter and washed with hot water. Thereafter, the solution was suction filtered with a membrane filter, washed with hot methanol, suction filtered again, and vacuum dried at 80 ° C. This obtained the anion exchange resin precursor polymer (n = 16, m = 11) shown by following formula (28).

Figure 2013047309
<陰イオン交換基導入>
(クロロメチル化反応)
陰イオン交換樹脂前駆体ポリマー1.0000g(第2オリゴマー換算1.0374mmol)を秤量して反応容器に入れ、テトラクロロエタン(以下、TCE)の0.05mol/L水溶液20mL(1.000mmol)を追加し、35℃で30分撹拌し、溶解させた。
Figure 2013047309
<Introducing anion exchange groups>
(Chloromethylation reaction)
1.0000 g of anion exchange resin precursor polymer (1.0374 mmol in terms of second oligomer) was weighed and placed in a reaction vessel, and 20 mL (1.000 mmol) of a 0.05 mol / L aqueous solution of tetrachloroethane (hereinafter TCE) was added. And stirred at 35 ° C. for 30 minutes to dissolve.

次いで、得られた溶液に塩化亜鉛0.1414g(1.0374mmol)の1.0mLのテトラヒドロフラン溶液、および、陰イオン交換樹脂前駆体ポリマー40倍モル(フルオレン基に対して)のクロロメチルメチルエーテル(分子量80.51、41.496mmol)を加え、35℃で120時間撹拌した。得られた混合液を、パスツールピペットを用いてメタノール中に滴下し、撹拌および洗浄した。その後、上澄みを捨て、メタノールを追加して更に洗浄し、メンブレンフィルターで吸引ろ過した後、50℃で真空乾燥させた。
(製膜)
クロロメチル化されたポリマー1.000gを25mLのTCEに溶解し、0.45μmのPTFEメンブレンフィルターでろ過した後、得られたろ液を容器に流し込み、60℃で乾燥させた。これにより50±5μmの膜を作製した。
(四級化反応)
クロロメチル化された陰イオン交換樹脂前駆体ポリマーの膜を、容器に入れ、トリメチルアミン水溶液(濃度30質量%)を、膜が浸るまで入れた。
Next, the resulting solution was added to a solution of 0.1414 g (1.0374 mmol) of zinc chloride in 1.0 mL of tetrahydrofuran and 40 times mol of anion exchange resin precursor polymer (based on the fluorene group) chloromethyl methyl ether (based on (Molecular weight 80.51, 41.696 mmol) was added, and the mixture was stirred at 35 ° C. for 120 hours. The obtained mixed solution was dropped into methanol using a Pasteur pipette and stirred and washed. Thereafter, the supernatant was discarded, methanol was further added for further washing, suction filtration with a membrane filter, and vacuum drying at 50 ° C.
(Film formation)
1.000 g of the chloromethylated polymer was dissolved in 25 mL of TCE, filtered through a 0.45 μm PTFE membrane filter, and then the obtained filtrate was poured into a container and dried at 60 ° C. Thereby, a film of 50 ± 5 μm was produced.
(Quaternization reaction)
The chloromethylated anion exchange resin precursor polymer membrane was placed in a container, and an aqueous trimethylamine solution (concentration: 30% by mass) was placed until the membrane was immersed.

次いで、容器に蓋をして2日間室温で保管し、その後、膜を超純水で数回撹拌洗浄した後、乾燥させた。   Next, the container was covered and stored at room temperature for 2 days, and then the membrane was stirred and washed several times with ultrapure water and then dried.

次いで、水酸化カリウム水溶液(濃度1mol/L)中に膜を浸漬し、室温で2晩補完した後、超純水で数回撹拌洗浄した後、乾燥させた。   Next, the membrane was immersed in an aqueous potassium hydroxide solution (concentration: 1 mol / L), supplemented at room temperature for 2 nights, then stirred and washed several times with ultrapure water, and then dried.

これにより、陰イオン交換樹脂の膜を得た。   Thereby, an anion exchange resin membrane was obtained.

実施例2(燃料電池の製造)
アニオン交換膜−電極接合体のセルユニットを作製し、そのセル発電特性を測定した。
Example 2 (Manufacture of fuel cell)
A cell unit of an anion exchange membrane-electrode assembly was prepared, and its cell power generation characteristics were measured.

アニオン交換膜−電極接合体の製造では、具体的には、まず、コバルト系触媒と実施例1で得られた陰イオン交換樹脂とを混合し、得られた混合物を、アルコール類などの有機溶媒に適宜分散させて、インクを調製した後、得られたインクを、実施例1において得られた陰イオン交換膜の一方側表面に直接塗布して、前記一方側表面にカソード側電極(Co系)を一体的に形成させた。   In the production of the anion exchange membrane-electrode assembly, specifically, first, the cobalt-based catalyst and the anion exchange resin obtained in Example 1 are mixed, and the resulting mixture is used as an organic solvent such as alcohols. After the ink was appropriately dispersed, the obtained ink was directly applied to one side surface of the anion exchange membrane obtained in Example 1, and the cathode side electrode (Co-based electrode) was applied to the one side surface. ) Were integrally formed.

次いで、ニッケル系触媒と上記の陰イオン交換樹脂とを混合し、得られた混合物を、アルコール類などの有機溶媒に適宜分散させて、インクを調製した後、得られたインクを、実施例1において得られた陰イオン交換膜の他方側表面に直接塗布して、前記他方側表面にアノード側電極(Ni系)を一体的に形成させた。   Next, the nickel-based catalyst and the anion exchange resin described above were mixed, and the resulting mixture was appropriately dispersed in an organic solvent such as alcohols to prepare an ink. The anode side electrode (Ni system) was integrally formed on the other side surface of the anion exchange membrane obtained in the above.

これにより、アニオン交換膜−電極接合体を作製した。   This produced the anion exchange membrane-electrode assembly.

得られたアニオン交換膜−電極接合体の両面に、ガス拡散層となる導電性多孔質体のカーボンシートを接合し、燃料電池の単セルユニットを作製した。   The carbon sheet of the electroconductive porous body used as a gas diffusion layer was joined to both surfaces of the obtained anion exchange membrane-electrode assembly, and the single cell unit of the fuel cell was produced.

比較例2(燃料電池の製造)
実施例2と同様の方法で、比較例1で得られた陰イオン交換膜を用いて、アニオン交換膜−電極接合体、および、燃料電池の単セルユニットを作製した。
Comparative Example 2 (Manufacture of fuel cell)
In the same manner as in Example 2, using the anion exchange membrane obtained in Comparative Example 1, an anion exchange membrane-electrode assembly and a single cell unit of a fuel cell were produced.

この際、触媒層形成用バインダーは市販されている炭化水素系アニオン交換樹脂溶液を使用した。   At this time, a commercially available hydrocarbon anion exchange resin solution was used as the binder for forming the catalyst layer.

評価
(陰イオン交換膜の耐燃料性評価)
実施例1および比較例1得られた陰イオン交換樹脂の膜を、2×3cmの大きさに切り出し、30mLの水加ヒドラジン(濃度10wt%)に80℃で500時間浸漬させた。
Evaluation (Fuel resistance evaluation of anion exchange membrane)
Example 1 and Comparative Example 1 The obtained anion exchange resin membrane was cut into a size of 2 × 3 cm and immersed in 30 mL of hydrazine hydrate (concentration: 10 wt%) at 80 ° C. for 500 hours.

この結果、膜形状を保持しており、実施例1の陰イオン交換樹脂の膜の重量保持率は100%であり、比較例1の陰イオン交換樹脂の膜の重量保持率は93%であった
(性能評価)
実施例2および比較例2で得られた燃料電池の単セルユニットの燃料極側に、水加ヒドラジン(濃度5質量%〜20質量%)と水酸化カリウム水溶液(濃度1mol/L)の混合溶液を2mL/minで、加湿した酸素を500mL/minで流し込み、80℃で運転した。この結果を、実施例2の燃料電池(単セルユニット)についての結果を図2に、比較例2の燃料電池(単セルユニット)についての結果を図3に示す。
As a result, the membrane shape was maintained, the weight retention of the anion exchange resin membrane of Example 1 was 100%, and the weight retention of the anion exchange resin membrane of Comparative Example 1 was 93%. (Performance evaluation)
A mixed solution of hydrazine hydrate (concentration 5 mass% to 20 mass%) and aqueous potassium hydroxide (concentration 1 mol / L) is formed on the fuel electrode side of the single cell unit of the fuel cell obtained in Example 2 and Comparative Example 2. Was fed at 2 mL / min and humidified oxygen at 500 mL / min and operated at 80 ° C. FIG. 2 shows the results of the fuel cell (single cell unit) of Example 2, and FIG. 3 shows the results of the fuel cell (single cell unit) of Comparative Example 2.

1 燃料電池
2 燃料側電極
3 酸素側電極
4 電解質層
S 燃料電池セル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell 2 Fuel side electrode 3 Oxygen side electrode 4 Electrolyte layer S Fuel cell

Claims (11)

2価の飽和炭化水素基を介して互いに結合する複数の芳香環からなる2価の疎水性基と、
単数の芳香環からなる、または、炭素−炭素結合を介して互いに結合する複数の芳香環からなる2価の結合性基と、
2価の飽和炭化水素基を介して互いに結合する複数の芳香環を有し、前記飽和炭化水素基に陰イオン交換基を有する芳香環が炭素−炭素結合を介して結合されている2価の親水性基と
からなり、
前記疎水性基および前記結合性基がエーテル結合を介して繰り返される疎水ユニットと、
前記親水性基および前記結合性基がエーテル結合を介して繰り返される親水ユニットとを有し、
前記疎水ユニットと前記親水ユニットとがエーテル結合を介して結合されていることを特徴とする、陰イオン交換樹脂。
A divalent hydrophobic group comprising a plurality of aromatic rings bonded to each other via a divalent saturated hydrocarbon group;
A divalent linking group consisting of a single aromatic ring or consisting of a plurality of aromatic rings bonded to each other via a carbon-carbon bond;
A divalent aromatic ring having a plurality of aromatic rings bonded to each other via a divalent saturated hydrocarbon group, and an aromatic ring having an anion exchange group bonded to the saturated hydrocarbon group via a carbon-carbon bond; Consisting of a hydrophilic group,
A hydrophobic unit in which the hydrophobic group and the binding group are repeated via an ether bond;
The hydrophilic group and the binding group have a hydrophilic unit repeated through an ether bond,
An anion exchange resin, wherein the hydrophobic unit and the hydrophilic unit are bonded through an ether bond.
前記疎水性基が、下記式(1)で示される、ハロゲン原子で置換されていてもよいビスフェノール残基であることを特徴とする、請求項1に記載の陰イオン交換樹脂。
Figure 2013047309
(式中、Rは、ハロゲン原子で置換されていてもよい−CH−または−C(CH−を示し、Xは、互いに同一または相異なって、ハロゲン原子を示し、aおよびbは、互いに同一または相異なって、0〜4の整数を示す。)
The anion exchange resin according to claim 1, wherein the hydrophobic group is a bisphenol residue optionally substituted with a halogen atom represented by the following formula (1).
Figure 2013047309
(In the formula, R represents —CH 2 — or —C (CH 3 ) 2 — which may be substituted with a halogen atom, X represents the same or different from each other, and represents a halogen atom; Are the same or different from each other and represent an integer of 0 to 4.)
前記結合性基が、下記式(2)で示される、ハロゲン原子で置換されていてもよいビフェニレン基であることを特徴とする、請求項1または2に記載の陰イオン交換樹脂。
Figure 2013047309
(式中、Xは、互いに同一または相異なって、ハロゲン原子を示し、cおよびdは、互いに同一または相異なって、0〜4の整数を示す。)
The anion exchange resin according to claim 1, wherein the binding group is a biphenylene group represented by the following formula (2), which may be substituted with a halogen atom.
Figure 2013047309
(In the formula, X is the same or different from each other and represents a halogen atom, and c and d are the same or different from each other and represent an integer of 0 to 4.)
前記親水性基が、下記式(3)で示される、前記陰イオン交換基で置換されているビスフェノールフルオレン残基であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載の陰イオン交換樹脂。
Figure 2013047309
(式中、Aは、互いに同一または相異なって、陰イオン交換基を示し、eおよびfは、互いに同一または相異なって、0〜4の整数を示すとともに、eおよびfの少なくとも一方が、1以上を示す。)
The hydrophilic group is a bisphenolfluorene residue substituted with the anion exchange group represented by the following formula (3), according to any one of claims 1 to 3. Anion exchange resin.
Figure 2013047309
Wherein A is the same or different from each other and represents an anion exchange group, e and f are the same or different from each other and represent an integer of 0 to 4, and at least one of e and f is 1 or more.)
請求項1〜4のいずれか一項に記載の陰イオン交換樹脂を含むことを特徴とする、燃料電池用電解質層。   An electrolyte layer for a fuel cell, comprising the anion exchange resin according to any one of claims 1 to 4. 請求項1〜4のいずれか一項に記載の陰イオン交換樹脂を含むことを特徴とする、電極触媒層形成用バインダー。   The binder for electrode catalyst layer formation characterized by including the anion exchange resin as described in any one of Claims 1-4. 請求項6に記載の燃料電池電極触媒層形成用バインダーを含むことを特徴とする、電池電極触媒層。   A battery electrode catalyst layer comprising the binder for forming a fuel cell electrode catalyst layer according to claim 6. 電解質層と、前記電解質層を挟んで対向配置され、燃料が供給される燃料側電極、および、酸素が供給される酸素側電極とを備える燃料電池において、
前記電解質層が、請求項5に記載の燃料電池用電解質層であり、
前記燃料が、含水素液体燃料であることを特徴とする、燃料電池。
In a fuel cell comprising an electrolyte layer, a fuel-side electrode that is disposed to face the electrolyte layer and is supplied with fuel, and an oxygen-side electrode that is supplied with oxygen,
The electrolyte layer is a fuel cell electrolyte layer according to claim 5,
A fuel cell, wherein the fuel is a hydrogen-containing liquid fuel.
前記含水素液体燃料が、ヒドラジン類であることを特徴とする、請求項8に記載の燃料電池。   The fuel cell according to claim 8, wherein the hydrogen-containing liquid fuel is hydrazines. 電解質層と、前記電解質層を挟んで対向配置され、燃料が供給される燃料側電極、および、酸素が供給される酸素側電極とを備える燃料電池において、
前記燃料側電極および/または前記酸素側電極が、触媒層を含み、
前記触媒層が、請求項7に記載の燃料電池電極触媒層であり、
前記燃料が、含水素液体燃料であることを特徴とする、燃料電池。
In a fuel cell comprising an electrolyte layer, a fuel-side electrode that is disposed to face the electrolyte layer and is supplied with fuel, and an oxygen-side electrode that is supplied with oxygen,
The fuel side electrode and / or the oxygen side electrode includes a catalyst layer;
The catalyst layer is a fuel cell electrode catalyst layer according to claim 7,
A fuel cell, wherein the fuel is a hydrogen-containing liquid fuel.
前記含水素液体燃料が、ヒドラジン類であることを特徴とする、請求項10に記載の燃料電池。
The fuel cell according to claim 10, wherein the hydrogen-containing liquid fuel is hydrazines.
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