JP2013072829A - Electrochemical element - Google Patents

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Naoki Chikugo
直樹 筑後
Toshinori Kato
利典 加藤
Takashi Yamashita
山下  隆
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Kuraray Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrochemical element suitable for a sensor capable of emitting an electric signal with high signal intensity.SOLUTION: There is provided an electrochemical element comprising: a polymer electrolyte layer consisting of a block copolymer (Z) having a polymer block (A) composed of a structural unit derived from an aromatic vinyl compound and a polymer block (B) composed of a structural unit derived from an olefinic unsaturated compound, in which the polymer block (A) has a functional group represented by the following general formula (1); and two electrodes joined respectively to both surfaces of the polymer electrolyte layer. (In the formula (1), Rto Reach independently represent a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms or an alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms.)

Description

本発明は、特にセンサに好適な電気化学素子に関する。   The present invention relates to an electrochemical element particularly suitable for a sensor.

作用部の変形と電気信号とを相互に変換できる電気化学素子は種々の用途開発が進められている。例えば、イオン伝導性基を有し、芳香族ビニル化合物に由来する構造単位を主とする重合体ブロックと、該重合体ブロックと非相容である重合体ブロックを含有するブロック共重合体を主成分とする成形体からなる作用部と、該作用部に接合した2つの電極とからなる電気化学素子は、アクチュエータとして有用なことが知られている(特許文献1参照)。   Electrochemical elements that can convert the deformation of the action part and the electrical signal into each other are being developed for various applications. For example, a block copolymer containing a polymer block mainly having a structural unit derived from an aromatic vinyl compound having an ion conductive group and a polymer block that is incompatible with the polymer block is mainly used. It is known that an electrochemical element composed of an action part composed of a molded body as a component and two electrodes joined to the action part is useful as an actuator (see Patent Document 1).

特開2007―336790号JP 2007-336790 A

近年注目されている電気化学素子の用途としてセンサが挙げられる。かかるセンサは、作用部の変形によって高い信号強度の電気信号を発信することが求められるが、従来の電気化学素子では、センサとして実用性のある信号強度の発信は困難であった。
しかして、本発明の目的は、高い信号強度の電気信号を発信できるセンサに好適な電気化学素子を提供することである。
A sensor is mentioned as an application of an electrochemical element which has attracted attention in recent years. Such a sensor is required to transmit an electric signal having a high signal intensity due to deformation of the action part, but it has been difficult to transmit a signal intensity that is practical as a sensor in a conventional electrochemical element.
Accordingly, an object of the present invention is to provide an electrochemical element suitable for a sensor capable of transmitting an electric signal having a high signal intensity.

本発明によれば、上記目的は、芳香族ビニル化合物に由来する構造単位からなる重合体ブロック(A)及びオレフィン性不飽和化合物に由来する構造単位からなる重合体ブロック(B)を含有し、かつ、前記重合体ブロック(A)が下記一般式(1)

Figure 2013072829
(式中、R〜Rはそれぞれ独立して水素原子、炭素数1〜4のアルキル基または炭素数1〜4のアルコキシ基を表す。)
で示される官能基(以下官能基(1)と称する)を有するブロック共重合体(Z)を含有する高分子電解質層と、該高分子電解質層の両面にそれぞれ接合した2つの電極を備える電気化学素子を提供することによって、達成される。 According to the present invention, the object includes a polymer block (A) composed of a structural unit derived from an aromatic vinyl compound and a polymer block (B) composed of a structural unit derived from an olefinically unsaturated compound, And the said polymer block (A) is following General formula (1)
Figure 2013072829
(Wherein, R 1 to R 3 are each independently a hydrogen atom, an alkyl group or an alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms having 1 to 4 carbon atoms.)
A polymer electrolyte layer containing a block copolymer (Z) having a functional group represented by (hereinafter referred to as functional group (1)) and two electrodes joined to both sides of the polymer electrolyte layer, respectively. This is achieved by providing a chemical element.

本発明によれば、上記したブロック共重合体(Z)を含有する高分子電解質層を作用部とするセンサとして用いた場合に、高い信号強度の電気信号を発信することができる電気化学素子を提供できる。
本発明の電気化学素子をセンサとして用いた場合、作用部となる高分子電解質層の変形によって、官能基(1)に由来するイミダゾリウムカチオンが移動することに伴い、高い電気信号を発信すると考えている。
According to the present invention, there is provided an electrochemical element capable of transmitting an electric signal having a high signal intensity when used as a sensor having a polymer electrolyte layer containing the block copolymer (Z) as an action part. Can be provided.
When the electrochemical element of the present invention is used as a sensor, it is considered that a high electrical signal is transmitted as the imidazolium cation derived from the functional group (1) moves due to deformation of the polymer electrolyte layer serving as an action part. ing.

本発明の電気化学素子が備える高分子電解質層に含有されるブロック共重合体(Z)は、官能基(1)を含まない芳香族ビニル化合物に由来する構造単位からなる重合体ブロック(A)及びオレフィン性不飽和化合物に由来する構造単位からなる重合体ブロック(B)を含有するブロック共重合体(Z)を得たのち、公知の方法で重合体ブロック(A)に官能基(1)を導入することで得られる。 The block copolymer (Z) contained in the polymer electrolyte layer provided in the electrochemical device of the present invention is a polymer block (A 0 ) comprising a structural unit derived from an aromatic vinyl compound not containing the functional group (1). ) And a block copolymer (Z 0 ) containing a polymer block (B) composed of a structural unit derived from an olefinically unsaturated compound, and then a functional group is added to the polymer block (A 0 ) by a known method. It is obtained by introducing (1).

上記ブロック共重合体(Z)が含有する重合体ブロック(A)を構成する芳香族ビニル化合物としては、例えばスチレン、2−メチルスチレン、3−メチルスチレン、4−メチルスチレン、2−メトキシスチレン、3−メトキシスチレン、4−メトキシスチレン、ビニルナフタレン、ビニルアントラセン、ビニルフェナントレン、ビニルビフェニル、α−メチルスチレン、α−エチルスチレン、α−プロピルスチレン、α−ブチルスチレン、α−ペンチルスチレン、α−ヘキシルスチレン、α−ヘプチルスチレン、α−オクチルスチレン、α−イソプロピルスチレン、α−tert−ブチルスチレン、α−イソブチルスチレン、α−tert−ペンチルスチレン、α−ネオペンチルスチレン、1,1−ジフェニルエチレン、1−メチル−1−ナフチルエチレン、1−メチル−1−ビフェニリルエチレン、4,α−ジメチルスチレンが挙げられる。中でも、経済性、重合の容易性及び官能基(1)導入の容易性の観点から、スチレン及びα−メチルスチレンが好ましく、耐ラジカル性の観点からα−メチルスチレンがより好ましい。これらの芳香族ビニル化合物は、単独で用いても、複数種を併用してもよい。複数種の芳香族ビニル化合物を併用する場合、かかる複数種の芳香族ビニル化合物はランダムに共重合して重合体ブロック(A)を構成していることが好ましい。 Examples of the aromatic vinyl compound constituting the polymer block (A 0 ) contained in the block copolymer (Z 0 ) include styrene, 2-methylstyrene, 3-methylstyrene, 4-methylstyrene, and 2-methoxy. Styrene, 3-methoxystyrene, 4-methoxystyrene, vinylnaphthalene, vinylanthracene, vinylphenanthrene, vinylbiphenyl, α-methylstyrene, α-ethylstyrene, α-propylstyrene, α-butylstyrene, α-pentylstyrene, α -Hexyl styrene, α-heptyl styrene, α-octyl styrene, α-isopropyl styrene, α-tert-butyl styrene, α-isobutyl styrene, α-tert-pentyl styrene, α-neopentyl styrene, 1,1-diphenylethylene 1-methyl-1-na Chiruechiren, 1-methyl-1-biphenylyl ethylene, 4, include α- dimethylstyrene. Of these, styrene and α-methylstyrene are preferable from the viewpoint of economy, ease of polymerization, and ease of introduction of the functional group (1), and α-methylstyrene is more preferable from the viewpoint of radical resistance. These aromatic vinyl compounds may be used alone or in combination of two or more. When a plurality of types of aromatic vinyl compounds are used in combination, the plurality of types of aromatic vinyl compounds are preferably copolymerized randomly to form a polymer block (A 0 ).

重合体ブロック(A)は、本発明の効果を損わない範囲で、芳香族ビニル化合物に由来する構造単位以外に、1種もしくは複数種の他の構造単位を含んでいてもよい。かかる他の構造単位を与える単量体としては、例えば、エチレン、プロピレン、1−ブテン、2−ブテン、イソブテン、1−ペンテン、2−ペンテン、1−ヘキセン、2−ヘキセン、4−メチル−1−ペンテン、1−ヘプテン、2−ヘプテン、1−オクテン、2−オクテン等の炭素数2〜8のアルケン;ブタジエン、1,3−ペンタジエン、イソプレン、1,3−ヘキサジエン、2,4−ヘキサジエン、2,3−ジメチル−1,3−ブタジエン、2−エチル−1,3−ブタジエン、1,3−ヘプタジエン、2,4−ヘプタジエン、3,5−ヘプタジエン等の炭素数4〜8の共役アルカジエン;(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸ブチル、(メタ)アクリル酸オクチル、(メタ)アクリル酸ベンジル等の(メタ)アクリル酸エステル;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、ピバリン酸ビニル等のビニルエステル;メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、イソブチルビニルエーテル等のビニルエーテル;が挙げられる。これら単量体を用いる場合、上記芳香族ビニル化合物とランダムに共重合して重合体ブロック(A)を構成していることが好ましい。 The polymer block (A 0 ) may contain one or a plurality of other structural units in addition to the structural unit derived from the aromatic vinyl compound as long as the effects of the present invention are not impaired. Examples of the monomer that gives such other structural unit include ethylene, propylene, 1-butene, 2-butene, isobutene, 1-pentene, 2-pentene, 1-hexene, 2-hexene, and 4-methyl-1. -Alkenes having 2 to 8 carbon atoms such as pentene, 1-heptene, 2-heptene, 1-octene, 2-octene; butadiene, 1,3-pentadiene, isoprene, 1,3-hexadiene, 2,4-hexadiene, Conjugated alkadienes having 4 to 8 carbon atoms such as 2,3-dimethyl-1,3-butadiene, 2-ethyl-1,3-butadiene, 1,3-heptadiene, 2,4-heptadiene, 3,5-heptadiene; Methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, butyl (meth) acrylate, octyl (meth) acrylate, benzyl (meth) acrylate, etc. (Meth) acrylic acid esters; vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl butyrate, vinyl esters of vinyl pivalate and the like; methyl vinyl ether, ethyl vinyl ether, such as isobutyl vinyl ether; and the like. When these monomers are used, it is preferable that the polymer block (A 0 ) is constituted by random copolymerization with the aromatic vinyl compound.

重合体ブロック(A)を構成する構造単位のうち、芳香族ビニル化合物に由来する構造単位の含有率は60モル%以上が好ましく、75モル%以上がより好ましく、90モル%以上がさらに好ましい。 Among the structural units constituting the polymer block (A 0 ), the content of the structural unit derived from the aromatic vinyl compound is preferably 60 mol% or more, more preferably 75 mol% or more, and even more preferably 90 mol% or more. .

重合体ブロック(A)の分子量は、標準ポリスチレン換算の数平均分子量として1,000〜1,000,000の範囲が好ましく、10,000〜100,000の範囲がより好ましい。 The molecular weight of the polymer block (A 0 ) is preferably in the range of 1,000 to 1,000,000, more preferably in the range of 10,000 to 100,000 as the number average molecular weight in terms of standard polystyrene.

重合体ブロック(B)を構成するオレフィン性不飽和化合物としては、エチレン、プロピレン、1−ブテン、2−ブテン、イソブテン、1−ペンテン、2−ペンテン、1−ヘキセン、2−ヘキセン、4−メチル−1−ペンテン、1−ヘプテン、2−ヘプテン、1−オクテン、2−オクテン等の炭素数2〜8のアルケン;ブタジエン、1,3−ペンタジエン、イソプレン、1,3−ヘキサジエン、2,4−ヘキサジエン、2,3−ジメチル−1,3−ブタジエン、2−エチル−1,3−ブタジエン、1,3−ヘプタジエン、2,4−ヘプタジエン、3,5−ヘプタジエン等の炭素数4〜8の共役アルカジエン;(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸ブチル、(メタ)アクリル酸オクチル、(メタ)アクリル酸ベンジル等の(メタ)アクリル酸エステル;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、ピバリン酸ビニル等のビニルエステル;メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、イソブチルビニルエーテル等のビニルエーテル;が挙げられる。これらオレフィン性不飽和化合物は単独で用いても、複数種を併用してもよい。複数種のオレフィン性不飽和化合物を併用する場合、かかる複数種のオレフィン性不飽和化合物はランダムに共重合して重合体ブロック(B)を構成していることが好ましい。また、オレフィン性不飽和化合物として共役アルカジエンを用いる場合、1,2−結合に基づく構造単位と1,4−結合に基づく構造単位との比率に特に制限はない。   Examples of the olefinically unsaturated compound constituting the polymer block (B) include ethylene, propylene, 1-butene, 2-butene, isobutene, 1-pentene, 2-pentene, 1-hexene, 2-hexene and 4-methyl. C2-C8 alkenes such as -1-pentene, 1-heptene, 2-heptene, 1-octene, 2-octene; butadiene, 1,3-pentadiene, isoprene, 1,3-hexadiene, 2,4- Conjugation with 4 to 8 carbon atoms such as hexadiene, 2,3-dimethyl-1,3-butadiene, 2-ethyl-1,3-butadiene, 1,3-heptadiene, 2,4-heptadiene, 3,5-heptadiene, etc. Alkadienes; methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, butyl (meth) acrylate, octyl (meth) acrylate, (meth) acrylic (Meth) acrylic acid esters of the acids such as benzyl; vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl butyrate, vinyl esters of vinyl pivalate and the like; methyl vinyl ether, ethyl vinyl ether, such as isobutyl vinyl ether; and the like. These olefinically unsaturated compounds may be used alone or in combination of two or more. When a plurality of types of olefinically unsaturated compounds are used in combination, the plurality of types of olefinically unsaturated compounds are preferably copolymerized randomly to form the polymer block (B). Moreover, when using a conjugated alkadiene as an olefinically unsaturated compound, there is no restriction | limiting in particular in the ratio of the structural unit based on a 1, 2- bond and the structural unit based on a 1, 4- bond.

重合体ブロック(B)は、本発明の効果を損わない範囲で、オレフィン性不飽和化合物に由来する構造単位以外に、1種もしくは複数種の他の構造単位を含んでいてもよい。かかる他の構造単位を与える単量体としては、例えば、スチレン、α−メチルスチレン、ビニルナフタレン等の芳香族ビニル化合物が挙げられる。これら単量体とオレフィン性不飽和化合物はランダムに共重合して、重合体ブロック(B)を構成していることが好ましい。   The polymer block (B) may contain one or more kinds of other structural units in addition to the structural unit derived from the olefinically unsaturated compound as long as the effects of the present invention are not impaired. Examples of the monomer that gives such other structural unit include aromatic vinyl compounds such as styrene, α-methylstyrene, and vinylnaphthalene. These monomers and olefinically unsaturated compounds are preferably copolymerized randomly to constitute the polymer block (B).

重合体ブロック(B)を構成する構造単位のうち、オレフィン性不飽和化合物に由来する構造単位の含有率は、60質量%以上であることが好ましく、75質量%以上であることがより好ましく、90質量%以上であることがさらに好ましい。   Of the structural units constituting the polymer block (B), the content of the structural unit derived from the olefinically unsaturated compound is preferably 60% by mass or more, more preferably 75% by mass or more, More preferably, it is 90 mass% or more.

重合体ブロック(B)は非晶性であることが好ましい。ここで重合体ブロック(B)が非晶性であるとは、粘弾性測定において重合体ブロック(B)に由来する融点が観測されないことを指す。また、高分子電解質層の変形のしやすさという観点から、重合体ブロック(B)の軟化温度は40℃以下であることが好ましく、20℃以下であることがより好ましく、0℃以下であることがさらに好ましい。   The polymer block (B) is preferably amorphous. Here, the polymer block (B) being amorphous means that the melting point derived from the polymer block (B) is not observed in the viscoelasticity measurement. From the viewpoint of ease of deformation of the polymer electrolyte layer, the softening temperature of the polymer block (B) is preferably 40 ° C. or lower, more preferably 20 ° C. or lower, and 0 ° C. or lower. More preferably.

上記オレフィン性不飽和化合物が共役アルカジエンである場合のように、重合後、主鎖または側鎖が炭素−炭素二重結合を有している場合、かかる炭素−炭素二重結合は水素添加(以下「水添」と称する)してもよい。本発明の電気化学素子の耐劣化性を向上させる観点から、かかる炭素−炭素二重結合の水添率は30モル%以上が好ましく、50モル%以上がより好ましく、70モル%以上がさらに好ましく、90モル%以上が特に好ましい。炭素−炭素二重結合の水添率は、例えば、ヨウ素価測定法、H−NMR測定等によって算出できる。 When the main chain or the side chain has a carbon-carbon double bond after polymerization, as in the case where the olefinically unsaturated compound is a conjugated alkadiene, the carbon-carbon double bond is hydrogenated (hereinafter referred to as “the hydrogenated”). (Referred to as “hydrogenation”). From the viewpoint of improving the deterioration resistance of the electrochemical device of the present invention, the hydrogenation rate of the carbon-carbon double bond is preferably 30 mol% or more, more preferably 50 mol% or more, and even more preferably 70 mol% or more. 90 mol% or more is particularly preferable. The hydrogenation rate of the carbon-carbon double bond can be calculated by, for example, an iodine number measurement method, 1 H-NMR measurement or the like.

ブロック共重合体(Z)の柔軟性や伸びの観点から、重合体ブロック(B)を構成する構造単位が、炭素数2〜8のアルケン単位、炭素数4〜8の共役アルカジエン単位、及び炭素−炭素二重結合の一部もしくは全部が水添された炭素数4〜8の共役アルカジエン単位よりなる群から選ばれることが好ましく、経済性及び重合の容易性の観点から、炭素数4〜8の共役アルカジエン単位又は炭素−炭素二重結合の一部もしくは全部が水添された炭素数4〜8の共役アルカジエン単位から選ばれることがより好ましい。   From the viewpoint of flexibility and elongation of the block copolymer (Z), the structural unit constituting the polymer block (B) is an alkene unit having 2 to 8 carbon atoms, a conjugated alkadiene unit having 4 to 8 carbon atoms, and carbon. -It is preferably selected from the group consisting of conjugated alkadiene units having 4 to 8 carbon atoms in which some or all of the carbon double bonds are hydrogenated, and from the viewpoint of economy and ease of polymerization, the number of carbon atoms is 4 to 8 It is more preferable that the conjugated alkadiene unit or a conjugated alkadiene unit having 4 to 8 carbon atoms in which part or all of the carbon-carbon double bond is hydrogenated is selected.

重合体ブロック(B)の分子量は、標準ポリスチレン換算の数平均分子量として1,000〜1,000,000の範囲が好ましく、10,000〜100,000の範囲がより好ましい。   The molecular weight of the polymer block (B) is preferably in the range of 1,000 to 1,000,000, more preferably in the range of 10,000 to 100,000 as the number average molecular weight in terms of standard polystyrene.

重合体ブロック(A)と重合体ブロック(B)との質量比は90:10〜10:90の範囲であることが好ましく、80:20〜15:85の範囲であることがより好ましく、50:50〜20:80の範囲であることがさらに好ましい。かかる質量比において、重合体ブロック(A)の比率が90質量%より高いと、ブロック共重合体(Z)を含有する高分子電解質層の形状保持性が低下する傾向にあり、重合体ブロック(A)の比率が10質量%より低いと、重合体ブロック(A)から誘導される重合体ブロック(A)が連続相を形成し難くなり、イオン伝導性が低下する傾向にある。 The mass ratio of the polymer block (A 0 ) and the polymer block (B) is preferably in the range of 90:10 to 10:90, more preferably in the range of 80:20 to 15:85, More preferably, it is in the range of 50:50 to 20:80. In such a mass ratio, when the ratio of the polymer block (A 0 ) is higher than 90% by mass, the shape-retaining property of the polymer electrolyte layer containing the block copolymer (Z) tends to decrease, and the polymer block When the ratio of (A 0 ) is lower than 10% by mass, the polymer block (A) derived from the polymer block (A 0 ) hardly forms a continuous phase, and the ionic conductivity tends to be reduced.

ブロック共重合体(Z)の構造としては、重合体ブロック(A)をA、重合体ブロック(B)をBで表したとき、A−B型ジブロック共重合体、A−B−A型トリブロック共重合体、B−A−B型トリブロック共重合体、A−B−A−B型テトラブロック共重合体、A−B−A−B−A型ペンタブロック共重合体、B−A−B−A−B型ペンタブロック共重合体、(A−B)X型星形ブロック共重合体(nは2以上の整数、Xはカップリング剤残基を表す)が挙げられる。これらは単独で用いても、複数種を併用してもよい。また各重合体ブロックは、グラフト結合をしていてもよく、製造上の観点から重合体ブロック(B)が少なくとも主鎖を形成することが好ましい。上記した中でもA−B−A型トリブロック共重合体であることが好ましい。 As the structure of the block copolymer (Z), when the polymer block (A) is represented by A and the polymer block (B) is represented by B, an AB type diblock copolymer, an ABA type Triblock copolymer, BAB type triblock copolymer, ABAB type tetrablock copolymer, ABABA type pentablock copolymer, B- A-B-A-B type pentablock copolymer, (AB) n X-type star block copolymer (n represents an integer of 2 or more, X represents a coupling agent residue). These may be used alone or in combination. Each polymer block may be graft-bonded, and it is preferable that the polymer block (B) forms at least a main chain from the viewpoint of production. Among the above, an ABA type triblock copolymer is preferable.

ブロック共重合体(Z)は、重合体ブロック(A)および重合体ブロック(B)に加え、イオン伝導性基を有さない芳香族ビニル化合物に由来する構造単位からなる重合体ブロック(C)をさらに含有してもよい。   The block copolymer (Z) is a polymer block (C) comprising a structural unit derived from an aromatic vinyl compound having no ion conductive group in addition to the polymer block (A) and the polymer block (B). May further be contained.

重合体ブロック(C)をさらに含有する場合のブロック共重合体(Z)の構造としては、重合体ブロック(C)をCで表すと、A−B−C型トリブロック共重合体、A−B−C−A型テトラブロック共重合体、A−B−A−C型テトラブロック共重合体、B−A−B−C型テトラブロック共重合体、A−B−C−B型テトラブロック共重合体、C−A−B−A−C型ペンタブロック共重合体、C−B−A−B−C型ペンタブロック共重合体等が挙げられる。   As the structure of the block copolymer (Z) in the case of further containing the polymer block (C), when the polymer block (C) is represented by C, an ABC type triblock copolymer, A- B-C-A type tetrablock copolymer, A-B-A-C type tetrablock copolymer, B-A-B-C type tetrablock copolymer, A-B-C-B type tetrablock copolymer Examples thereof include a copolymer, a C-A-B-A-C type pentablock copolymer, a C-B-A-B-C type pentablock copolymer, and the like.

重合体ブロック(C)を構成する芳香族ビニル化合物としては、4−メチルスチレン、4−tert−ブチルスチレン、4,α−ジメチルスチレン等が好ましい。またブロック共重合体(Z)の重合体ブロック(A)に官能基(1)を導入する際、重合体ブロック(C)への官能基(1)の導入を抑制する観点から、4−tert−ブチルスチレンがより好ましい。かかる芳香族ビニル化合物は単独で用いても、複数種を併用してもよい。複数種の芳香族ビニル化合物を併用して重合体ブロック(C)を構成する場合、かかる複数種の芳香族ビニル化合物はランダムに共重合して重合体ブロック(C)を構成していることが好ましい。 As the aromatic vinyl compound constituting the polymer block (C), 4-methylstyrene, 4-tert-butylstyrene, 4, α-dimethylstyrene and the like are preferable. From the viewpoint of suppressing the introduction of the functional group (1) into the polymer block (C) when the functional group (1) is introduced into the polymer block (A 0 ) of the block copolymer (Z 0 ), 4 -Tert-butylstyrene is more preferred. Such aromatic vinyl compounds may be used alone or in combination of two or more. When the polymer block (C) is formed by using a plurality of types of aromatic vinyl compounds in combination, the plurality of types of aromatic vinyl compounds may be copolymerized randomly to form the polymer block (C). preferable.

重合体ブロック(C)は、本発明の効果を損わない範囲で、上記芳香族ビニル化合物に由来する構造単位以外に、1種もしくは複数種の他の単量体の由来する構造単位を含んでいてもよい。かかる他の単量体としては、例えば、エチレン、プロピレン、1−ブテン、2−ブテン、イソブテン、1−ペンテン、2−ペンテン、1−ヘキセン、2−ヘキセン、4−メチル−1−ペンテン、1−ヘプテン、2−ヘプテン、1−オクテン、2−オクテン等の炭素数2〜8のアルケン;1,3−ブタジエン、1,3−ペンタジエン、イソプレン、1,3−ヘキサジエン、2,4−ヘキサジエン、2,3−ジメチル−1,3−ブタジエン、2−エチル−1,3−ブタジエン、1,3−ヘプタジエン、2,4−ヘプタジエン、3,5−ヘプタジエン等の炭素数4〜8の共役アルカジエン;(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸ブチル、(メタ)アクリル酸オクチル、(メタ)アクリル酸ベンジル等の(メタ)アクリル酸エステル;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、ピバリン酸ビニル等のビニルエステル;メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、イソブチルビニルエーテル等のビニルエーテル;が挙げられる。これら単量体を用いる場合、上記芳香族ビニル化合物とランダムに共重合して重合体ブロック(C)を構成していることが好ましい。   The polymer block (C) includes a structural unit derived from one or more other monomers in addition to the structural unit derived from the aromatic vinyl compound as long as the effects of the present invention are not impaired. You may go out. Examples of such other monomers include ethylene, propylene, 1-butene, 2-butene, isobutene, 1-pentene, 2-pentene, 1-hexene, 2-hexene, 4-methyl-1-pentene, 1 -Alkene having 2 to 8 carbon atoms such as heptene, 2-heptene, 1-octene, 2-octene; 1,3-butadiene, 1,3-pentadiene, isoprene, 1,3-hexadiene, 2,4-hexadiene, Conjugated alkadienes having 4 to 8 carbon atoms such as 2,3-dimethyl-1,3-butadiene, 2-ethyl-1,3-butadiene, 1,3-heptadiene, 2,4-heptadiene, 3,5-heptadiene; Such as methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, butyl (meth) acrylate, octyl (meth) acrylate, benzyl (meth) acrylate (meth) Acrylate; vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl butyrate, vinyl esters of vinyl pivalate and the like; methyl vinyl ether, ethyl vinyl ether, such as isobutyl vinyl ether; and the like. When these monomers are used, it is preferable that the polymer block (C) is constituted by random copolymerization with the aromatic vinyl compound.

重合体ブロック(C)を構成する構造単位のうち、芳香族ビニル化合物に由来する構造単位の含有率は、60質量%以上が好ましく、75質量%以上がより好ましく、90質量%以上がさらに好ましい。   Among the structural units constituting the polymer block (C), the content of the structural unit derived from the aromatic vinyl compound is preferably 60% by mass or more, more preferably 75% by mass or more, and further preferably 90% by mass or more. .

また、重合体ブロック(C)は、本発明の効果を損わない範囲であれば公知の方法で架橋してもよい。架橋することにより、高分子電解質層の力学強度が高まる傾向にある。   The polymer block (C) may be crosslinked by a known method as long as the effects of the present invention are not impaired. By crosslinking, the mechanical strength of the polymer electrolyte layer tends to increase.

重合体ブロック(C)の分子量は、標準ポリスチレン換算の数平均分子量として1,000〜1,000,000の範囲が好ましく、10,000〜100,000の範囲がより好ましい。   The molecular weight of the polymer block (C) is preferably in the range of 1,000 to 1,000,000, more preferably in the range of 10,000 to 100,000 as the number average molecular weight in terms of standard polystyrene.

ブロック共重合体(Z)が重合体ブロック(C)を含有する場合、重合体ブロック(C)の含有率は40質量%以下が好ましく、35質量%以下がより好ましく、30質量%以下がさらに好ましい。   When the block copolymer (Z) contains the polymer block (C), the content of the polymer block (C) is preferably 40% by mass or less, more preferably 35% by mass or less, and further preferably 30% by mass or less. preferable.

ブロック共重合体(Z)の数平均分子量は、標準ポリスチレン換算の数平均分子量として10,000〜2,000,000の範囲が好ましく、15,000〜1,000,000の範囲がより好ましく、20,000〜500,000の範囲がさらに好ましい。 The number average molecular weight of the block copolymer (Z 0 ) is preferably in the range of 10,000 to 2,000,000, more preferably in the range of 15,000 to 1,000,000 as the number average molecular weight in terms of standard polystyrene. The range of 20,000 to 500,000 is more preferable.

重合体ブロック(A)は下記一般式(1)で示される官能基(1)を有する。   The polymer block (A) has a functional group (1) represented by the following general formula (1).

Figure 2013072829
(式中、R〜Rはそれぞれ独立して水素原子、炭素数1〜4のアルキル基または炭素数1〜4のアルコキシ基を表す。)
Figure 2013072829
(Wherein, R 1 to R 3 are each independently a hydrogen atom, an alkyl group or an alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms having 1 to 4 carbon atoms.)

〜Rが表す炭素数1〜4のアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、イソプロピル基が挙げられ、炭素数1〜4のアルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、イソプロポキシ基が挙げられる。 Examples of the alkyl group having 1 to 4 carbon atoms represented by R 1 to R 3 include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, and an isopropyl group. Examples of the alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms include a methoxy group, An ethoxy group, a propoxy group, a butoxy group, and an isopropoxy group are mentioned.

重合体ブロック(A)を構成する芳香族ビニル化合物に由来する構造単位に対する官能基(1)の含有率は25〜100mol%の範囲が好ましく、30〜90mol%の範囲がより好ましく、40〜80mol%の範囲であることがさらに好ましい。かかる含有率が25mol%を下回ると電気化学素子としての性能が不十分となる傾向があり、100mol%を超えると製造が困難となる傾向がある。   The content of the functional group (1) with respect to the structural unit derived from the aromatic vinyl compound constituting the polymer block (A) is preferably in the range of 25 to 100 mol%, more preferably in the range of 30 to 90 mol%, and 40 to 80 mol. More preferably, it is in the range of%. If the content is less than 25 mol%, the performance as an electrochemical element tends to be insufficient, and if it exceeds 100 mol%, the production tends to be difficult.

ブロック共重合体(Z)は、イオン伝導性基として官能基(1)のみを有することが好ましい。官能基(1)は、導入の容易性およびセンサ性能の観点から、ブロック共重合体(Z)の重合体ブロック(A)を構成する芳香族ビニル化合物に由来する構造単位の芳香環上に導入することが好ましい。 The block copolymer (Z) preferably has only the functional group (1) as an ion conductive group. From the viewpoint of ease of introduction and sensor performance, the functional group (1) is on the aromatic ring of the structural unit derived from the aromatic vinyl compound constituting the polymer block (A 0 ) of the block copolymer (Z 0 ). It is preferable to introduce into.

ブロック共重合体(Z)が含有する重合体ブロック(B)は、重合体ブロック(A)と非相容であることが好ましい。重合体ブロック(A)と重合体ブロック(B)とが非相容であることにより、ブロック共重合体(Z)はミクロ相分離構造を形成し、重合体ブロック(A)の形成する相はイオンチャンネルとして官能基(1)が有するイミダゾリウムカチオンの移動経路となる。また、重合体ブロック(B)が柔軟性を有する場合、高分子電解質層に弾力性、柔軟性を付与できる。なお、重合体ブロック(B)は官能基(1)を実質的に有さないことが極めて望ましい。また、ブロック共重合体(Z)がミクロ相分離構造を形成していることは、ブロック共重合体(Z)から後述する方法で調製した高分子電解質層を測定試料とし、ルテニウム等の遷移金属で染色した後に電子顕微鏡で観察することにより、確認できる。   The polymer block (B) contained in the block copolymer (Z) is preferably incompatible with the polymer block (A). Since the polymer block (A) and the polymer block (B) are incompatible, the block copolymer (Z) forms a microphase separation structure, and the phase formed by the polymer block (A) is It becomes a migration path of the imidazolium cation possessed by the functional group (1) as an ion channel. Moreover, when a polymer block (B) has a softness | flexibility, elasticity and a softness | flexibility can be provided to a polymer electrolyte layer. It is highly desirable that the polymer block (B) has substantially no functional group (1). In addition, the block copolymer (Z) forms a microphase-separated structure because the polymer electrolyte layer prepared from the block copolymer (Z) by the method described later is used as a measurement sample, and a transition metal such as ruthenium. This can be confirmed by observing with an electron microscope after dyeing.

ブロック共重合体(Z)は、ラジカル重合法、アニオン重合法、カチオン重合法、配位重合法などの各種重合方法で製造できる。分子量、分子量分布などの制御が容易である点から、リビングラジカル重合法、リビングアニオン重合法、リビングカチオン重合法が好ましく、リビングアニオン重合がより好ましい。 The block copolymer (Z 0 ) can be produced by various polymerization methods such as a radical polymerization method, an anionic polymerization method, a cationic polymerization method, and a coordination polymerization method. The living radical polymerization method, the living anion polymerization method, and the living cation polymerization method are preferable, and the living anion polymerization method is more preferable from the viewpoint of easy control of molecular weight, molecular weight distribution, and the like.

ブロック共重合体(Z)が、ポリ(α−メチルスチレン)からなる重合体ブロック(A)、及び共役アルカジエンからなる重合体ブロック(B)を含有する場合、製造及び分子構造設計の容易性の観点からリビングアニオン重合法が好ましく、例えば、
[1]テトラヒドロフラン溶媒中でジアニオン型重合開始剤を用いて共役アルカジエンを重合した後に、−78℃の温度条件下においてα−メチルスチレンを重合させA−B−A型ブロック共重合体を得る方法(Macromolecules, (1969), 2(5), 453−458).;
[2]α−メチルスチレンをアニオン重合開始剤を用いて重合を行った後に、共役アルカジエンを重合させ、その後テトラクロロシラン等のカップリング剤によりカップリング反応を行い、(A−B)X型星形ブロック共重合体を得る方法(Kautsch.Gummi, Kunstst. , (1984),37(5), 377−399;Polym. Bull. , (1984), 12, 71−77).;および
[3]非極性溶媒中、有機リチウム化合物を開始剤として用い、0.1〜10質量%の濃度の極性化合物の存在下、−30〜30℃にて、5〜50質量%の濃度のα−メチルスチレンを重合させ、得られるリビングポリマーに共役アルカジエンを重合させた後、カップリング剤を添加して、A−B−A型トリブロック共重合体を得る方法;が挙げられ、経済性の観点から上記[3]の方法がより好ましい。
Block copolymer (Z 0) is poly (alpha-methylstyrene) comprising a polymer block (A 0), and when it contains a polymer block comprising a conjugated alkadiene (B), ease of manufacture and molecular structure design Living anionic polymerization method is preferable from the viewpoint of properties, for example,
[1] A method of obtaining an ABA type block copolymer by polymerizing conjugated alkadiene using a dianionic polymerization initiator in a tetrahydrofuran solvent and then polymerizing α-methylstyrene under a temperature condition of −78 ° C. (Macromolecules, (1969), 2 (5), 453-458). ;
[2] After α-methylstyrene is polymerized using an anionic polymerization initiator, conjugated alkadiene is polymerized, and then a coupling reaction is performed with a coupling agent such as tetrachlorosilane, and (AB) n X type A method for obtaining a star block copolymer (Kautsch. Gummi, Kunstst., (1984), 37 (5), 377-399; Polym. Bull., (1984), 12, 71-77). And [3] In a nonpolar solvent, an organolithium compound is used as an initiator, and in the presence of a polar compound having a concentration of 0.1 to 10% by mass, at a concentration of 5 to 50% by mass at −30 to 30 ° C. And a method of polymerizing conjugated alkadiene to the resulting living polymer and then adding a coupling agent to obtain an ABA type triblock copolymer. From the viewpoint of property, the method [3] is more preferable.

また、上記[1]〜[3]の方法において、別の芳香族ビニル化合物を添加し、ブロック共重合体(Z)に重合体ブロック(C)を導入してもよい。 Further, in the method of the above-mentioned [1] to [3], adding another aromatic vinyl compound may be introduced polymer block (C) in the block copolymer (Z 0).

重合体ブロック(B)が炭素−炭素二重結合を有している場合には、重合体ブロック(A)への官能基(1)の選択的導入の容易さ及び高分子電解質層の耐劣化性の向上等の観点から、その一部又は全てを水添するのが好ましい。 When the polymer block (B) has a carbon-carbon double bond, the ease of selective introduction of the functional group (1) into the polymer block (A 0 ) and the resistance of the polymer electrolyte layer From the standpoint of improving the deterioration, etc., it is preferable to hydrogenate part or all of it.

水添の方法としては、例えば、有機溶媒にブロック共重合体(Z)を溶解し、触媒の存在下、水素を反応させる方法が挙げられる。有機溶媒としては、シクロヘキサン、トルエン、ベンゼンなどの炭化水素;テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン等のエーテル;が挙げられる。 Examples of the hydrogenation method include a method in which a block copolymer (Z 0 ) is dissolved in an organic solvent and hydrogen is reacted in the presence of a catalyst. Examples of the organic solvent include hydrocarbons such as cyclohexane, toluene, and benzene; ethers such as tetrahydrofuran and 1,4-dioxane.

また水添に用いる触媒(水添触媒)としては、ニッケル系チーグラー触媒、コバルト系チーグラー触媒などのチーグラー触媒、チタノセン触媒などのメタロセン触媒などを挙げることができる。
水添を行う際の温度は0〜100℃の範囲が好ましく、20〜90℃の範囲がより好ましい。水添を行う際の水素圧は10〜10000kPaの範囲が好ましく、500〜3000kPaの範囲がより好ましい。
Examples of the hydrogenation catalyst (hydrogenation catalyst) include Ziegler catalysts such as nickel-based Ziegler catalysts and cobalt-based Ziegler catalysts, and metallocene catalysts such as titanocene catalysts.
The temperature at the time of hydrogenation is preferably in the range of 0 to 100 ° C, more preferably in the range of 20 to 90 ° C. The hydrogen pressure at the time of hydrogenation is preferably in the range of 10 to 10000 kPa, more preferably in the range of 500 to 3000 kPa.

ブロック共重合体(Z)の製造方法は、まず、ハロゲン化炭化水素に溶解させたブロック共重合体(Z)にスルホン化剤を反応させて重合体ブロック(A)の芳香環にスルホン酸基を導入する(以下、スルホン酸基を導入した重合体ブロック(A)を重合体ブロック(A)と称する)。ハロゲン化炭化水素としてはクロロホルム、ジクロロメタンが挙げられ、溶解性の観点からジクロロメタンが好ましい。また、スルホン化剤としては濃硫酸、アセチルサルフェートが挙げられ、アセチルサルフェートが好ましい。なお。アセチルサルフェートは例えば無水酢酸と濃硫酸とを反応させることで容易に調製できる。 The block copolymer (Z) is produced by first reacting a block copolymer (Z 0 ) dissolved in a halogenated hydrocarbon with a sulfonating agent to form a sulfone on the aromatic ring of the polymer block (A 0 ). An acid group is introduced (hereinafter, a polymer block (A 0 ) having a sulfonic acid group introduced is referred to as a polymer block (A 1 )). Examples of the halogenated hydrocarbon include chloroform and dichloromethane, and dichloromethane is preferred from the viewpoint of solubility. Examples of the sulfonating agent include concentrated sulfuric acid and acetyl sulfate, and acetyl sulfate is preferred. Note that. Acetyl sulfate can be easily prepared, for example, by reacting acetic anhydride and concentrated sulfuric acid.

得られるスルホン酸基を導入したブロック共重合体(Z)(以下、ブロック共重合体(Z)と称する)において、スルホン酸基の含有率は、該ブロック共重合体(Z)1gに対して0.30mmol以上であることが好ましく、0.40mmol以上であることがより好ましい。なお、スルホン酸基の含有率は、滴定法を用いて算出することができる。 In the block copolymer (Z 0 ) into which the resulting sulfonic acid group was introduced (hereinafter referred to as block copolymer (Z 1 )), the content of the sulfonic acid group was 1 g of the block copolymer (Z 1 ). Is preferably 0.30 mmol or more, and more preferably 0.40 mmol or more. The content of the sulfonic acid group can be calculated using a titration method.

次に、得られたブロック共重合体(Z)をカチオン交換処理して、重合体ブロック(A)が有するスルホン酸基を官能基(1)に変換する。具体的には、ブロック共重合体(Z)をカチオン交換処理用溶液中に浸漬させることにより、重合体ブロック(A)の有するスルホン基が官能基(1)に変換された、すなわち重合体ブロック(A)が重合体ブロック(A)に変換されたブロック共重合体(Z)が得られる。カチオン交換処理における処理温度、処理時間、用いるカチオン交換処理用溶液のカチオン源の濃度は、適宜調節することができ、特に制限はない。カチオン交換処理用溶液としては、3−エチル-1−メチルイミダゾリウムアセテート水溶液、3−エチル-1,2−ジメチルイミダゾリウムアセテート水溶液等が挙げられ、電気化学素子の性能を高める観点から3−エチル-1−メチルイミダゾリウムアセテート水溶液が好ましい。なお、上記カチオン交換処理は、ブロック共重合体(Z)を用いて高分子電解質層を作成し、必要に応じてさらに電極を接合した後に行うのが、製造上の観点から好ましい。 Next, the obtained block copolymer (Z 1 ) is subjected to cation exchange treatment to convert the sulfonic acid group of the polymer block (A 1 ) into the functional group (1). Specifically, by immersing the block copolymer (Z 1) to cation exchange treatment solution, sulfone group of the polymer block (A 1) is converted to a functional group (1), i.e. Weight A block copolymer (Z) in which the combined block (A 1 ) is converted into the polymer block (A) is obtained. The treatment temperature and treatment time in the cation exchange treatment, and the concentration of the cation source in the cation exchange treatment solution to be used can be appropriately adjusted and are not particularly limited. Examples of the cation exchange solution include 3-ethyl-1-methylimidazolium acetate aqueous solution and 3-ethyl-1,2-dimethylimidazolium acetate aqueous solution. From the viewpoint of enhancing the performance of the electrochemical device, 3-ethyl An aqueous solution of -1-methylimidazolium acetate is preferred. The above cation exchange process creates a polymer electrolyte layer with the block copolymer (Z 1), carried out after the bonding of the further electrodes as required, from the viewpoint of production.

本発明の電気化学素子が備える高分子電解質層はブロック共重合体(Z)のみからなることが好ましいが、本発明の効果を損わない限り、任意成分として他の樹脂、軟化剤、水、有機溶媒、各種添加剤を含有してもよい。   The polymer electrolyte layer provided in the electrochemical device of the present invention is preferably composed only of the block copolymer (Z), but as long as the effects of the present invention are not impaired, other resins, softeners, water, You may contain an organic solvent and various additives.

高分子電解質層が含有してもよい他の樹脂の例としては、例えば、プロピレン単独重合体、エチレン−プロピレンランダム共重合体、エチレン−プロピレンブロック共重合体、プロピレン−(1−ブテン)共重合体、プロピレン−エチレン−(1−ブテン)共重合体、プロピレン−(4−メチル−1−ペンテン)共重合体、高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレンなどのエチレン単独重合体、エチレン−(1−ブテン)共重合体、エチレン−(1−ヘキセン)共重合体、エチレン−(1−ヘプテン)共重合体、エチレン−(1−オクテン)共重合体、エチレン−(4−メチル−1−ペンテン)共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−ビニルアルコール共重合体、エチレン−アクリル酸共重合体、エチレン−アクリル酸エステル共重合体、エチレン−メタクリル酸共重合体、エチレン−メタクリル酸エステル共重合体などのポリオレフィン系樹脂;ポリオキシメチレン、ポリフェニレンエーテル系樹脂等のポリエーテル系樹脂;ポリアミド6、ポリアミド6,6、ポリアミド6,10、ポリアミド11、ポリアミド12、ポリアミド6,12、ポリヘキサメチレンジアミンテレフタルアミド、ポリヘキサメチレンジアミンイソフタルアミド、キシレン基含有ポリアミド等のポリアミド系樹脂;ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリナフタレンテレフタレート等のポリエステル系樹脂;ポリスチレン、ポリα−メチルスチレン、ポリp−メチルスチレン、アクリロニトリル−スチレン樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂などのスチレン系樹脂;ポリカーボネート系樹脂;天然ゴム、合成イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、スチレン−イソプレンゴム、クロロプレンゴム、アクリルゴム、ブチルゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、エピクロロヒドリンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴムなどのゴム;ポリウレタン系エラストマー、ポリアミド系エラストマー、ポリエステル系エラストマー、スチレン系エラストマー、オレフィン系エラストマー等のエラストマー;を挙げることができる。   Examples of other resins that the polymer electrolyte layer may contain include, for example, propylene homopolymer, ethylene-propylene random copolymer, ethylene-propylene block copolymer, propylene- (1-butene) copolymer Copolymers, propylene-ethylene- (1-butene) copolymers, propylene- (4-methyl-1-pentene) copolymers, ethylene homopolymers such as high-density polyethylene and low-density polyethylene, ethylene- (1-butene) ) Copolymer, ethylene- (1-hexene) copolymer, ethylene- (1-heptene) copolymer, ethylene- (1-octene) copolymer, ethylene- (4-methyl-1-pentene) copolymer Polymer, ethylene-vinyl acetate copolymer, ethylene-vinyl alcohol copolymer, ethylene-acrylic acid copolymer, ethylene-acrylic acid ester Polyolefin resins such as copolymers, ethylene-methacrylic acid copolymers, ethylene-methacrylic acid ester copolymers; polyether resins such as polyoxymethylene and polyphenylene ether resins; polyamide 6, polyamide 6,6, polyamide Polyamide resins such as 6,10, polyamide 11, polyamide 12, polyamide 6,12, polyhexamethylenediamine terephthalamide, polyhexamethylenediamine isophthalamide, xylene group-containing polyamide; polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polynaphthalene terephthalate, etc. Polyester resin: polystyrene, poly α-methyl styrene, poly p-methyl styrene, acrylonitrile-styrene resin, acrylonitrile-butadiene-styrene resin, etc. Styrene resin; polycarbonate resin; natural rubber, synthetic isoprene rubber, butadiene rubber, styrene-butadiene rubber, styrene-isoprene rubber, chloroprene rubber, acrylic rubber, butyl rubber, acrylonitrile-butadiene rubber, epichlorohydrin rubber, silicone rubber, Examples thereof include rubbers such as fluorine rubber; elastomers such as polyurethane elastomers, polyamide elastomers, polyester elastomers, styrene elastomers, and olefin elastomers.

高分子電解質層が含有してもよい軟化剤としては、例えば、パラフィン系、ナフテン系、アロマ系プロセスオイル等の石油系軟化剤、流動パラフィン、植物油系軟化剤が挙げられる。   Examples of the softener that may be contained in the polymer electrolyte layer include petroleum softeners such as paraffinic, naphthenic, and aroma-based process oils, liquid paraffin, and vegetable oil-based softeners.

高分子電解質層が含んでもよい有機溶媒としては、例えば、ヘキサン、シクロヘキサン等の脂肪族炭化水素;ベンゼン、トルエン、キシレン、イソプロピルベンゼン、ジイソプロピルベンゼン等の芳香族炭化水素;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン;酢酸エチル、酢酸ブチル、酪酸エチル、乳酸エチル等のエステル;メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、2−メチル−1−プロパノール、1−ヘキサノール、1−オクタノール等のアルコール;エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等のアルキレンカーボネート;エチレングリコール、プロピレングリコール等のアルキレングリコール;アセトニトリル、プロピオニトリル等のニトリル;ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン等のエーテル;ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド、N−メチルピロリドン等のアミド;ジメチルスルホキシド等のジアルキルスルホキシド;を挙げることができ、これらの中ではアルキレンカーボネート、アルキレングリコール、ニトリルが好ましく、重合体ブロック(A)との親和性の観点からエチレンカーボネート及びプロピレンカーボネートがより好ましい。これら有機溶媒は複数種含まれていてもよい。   Examples of the organic solvent that may be included in the polymer electrolyte layer include aliphatic hydrocarbons such as hexane and cyclohexane; aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, xylene, isopropylbenzene, and diisopropylbenzene; acetone, methyl ethyl ketone, and methyl isobutyl ketone. Ketones such as cyclohexanone; esters such as ethyl acetate, butyl acetate, ethyl butyrate, and ethyl lactate; methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-methyl-1-propanol, 1-hexanol, 1 -Alcohol such as octanol; alkylene carbonate such as ethylene carbonate and propylene carbonate; alkylene glycol such as ethylene glycol and propylene glycol; nitric acid such as acetonitrile and propionitrile Yl; ethers such as diethyl ether, tetrahydrofuran, 1,4-dioxane; amides such as dimethylacetamide, dimethylformamide, N-methylpyrrolidone; dialkyl sulfoxides such as dimethyl sulfoxide; among these, alkylene carbonate, Alkylene glycol and nitrile are preferable, and ethylene carbonate and propylene carbonate are more preferable from the viewpoint of affinity with the polymer block (A). A plurality of these organic solvents may be contained.

高分子電解質層が含んでもよいその他の各種添加剤としては、例えば、フェノール系安定剤、イオン系安定剤、リン系安定剤、光安定剤、帯電防止剤、離型剤、難燃剤、発泡剤、顔料、染料、増白剤、カーボン繊維、タルク、炭酸カルシウム、シリカ、ガラス繊維、マイカ、カオリン、酸化チタン、カーボンブラック等を挙げることができ、これらは単独で用いても、複数種を併用してもよい。   Examples of other various additives that may be included in the polymer electrolyte layer include, for example, phenol stabilizers, ionic stabilizers, phosphorus stabilizers, light stabilizers, antistatic agents, mold release agents, flame retardants, and foaming agents. , Pigments, dyes, brighteners, carbon fibers, talc, calcium carbonate, silica, glass fibers, mica, kaolin, titanium oxide, carbon black, etc., which can be used alone or in combination. May be.

高分子電解質層におけるブロック共重合体(Z)の含有率は、イオン伝導性の観点や電気化学素子の性能の観点から、60質量%以上であるのが好ましく、70質量%以上であるのがより好ましく、80質量%以上であるのがさらに好ましく、90質量%以上であるのがより一層好ましい。   The content of the block copolymer (Z) in the polymer electrolyte layer is preferably 60% by mass or more, and preferably 70% by mass or more from the viewpoint of ion conductivity and the performance of the electrochemical element. More preferably, it is more preferably 80% by mass or more, and still more preferably 90% by mass or more.

高分子電解質層の作製方法に特に限定はない。例えば、ブロック共重合体(Z)および必要に応じて上記任意成分を適当な溶媒と混合して調製したブロック共重合体(Z)の溶液または懸濁液をガラス等の板状体の上に注型したり、コーターやアプリケーター等を用いて塗布したりスクリーン印刷機等を用いて印刷したりしたのち、溶媒を除去することで高分子電解質層を得ることができる。
溶媒としては、ジクロロメタン等のハロゲン化炭化水素;トルエン、キシレン、ベンゼン、イソプロピルベンゼン、ジイソプロピルベンゼン等の芳香族炭化水素;ヘキサン、ヘプタン、シクロヘキサン等の脂肪族炭化水素、テトラヒドロフラン等のエーテル;メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、2−メチル−1−プロパノール、1−ヘキサノール等のアルコール;あるいはこれらの混合溶媒が挙げられ、芳香族炭化水素とアルコールの混合溶媒が好ましい。
溶媒の使用量に特に制限はないが、ブロック共重合体(Z)の20倍以下であることが好ましい。溶媒を除去する条件は、ブロック共重合体(Z)が分解しない条件であれば特に制限はない。例えば、60〜140℃の範囲で熱風乾燥する方法;10〜30℃の範囲で常圧下にて乾燥した後、さらに60〜140℃(特に80〜120℃)の範囲で熱風乾燥する方法;10〜30℃の範囲で常圧下にて乾燥した後、さらに25〜40℃の範囲で減圧下にて乾燥する方法;10〜30℃の範囲で常圧下にて乾燥した後、さらに60〜140℃(特に80〜120℃)の範囲で常圧下にて乾燥する方法;等が挙げられる。
製膜性の観点から、10〜30℃の範囲で常圧下にて乾燥させた後、さらに80〜120℃で常圧下にて乾燥する方法が好ましい。
There is no particular limitation on the method for producing the polymer electrolyte layer. For example, a solution or suspension of the block copolymer (Z) and, if necessary, the block copolymer (Z) prepared by mixing the above optional components with an appropriate solvent is placed on a plate-like body such as glass. After casting, coating using a coater or applicator or printing using a screen printer or the like, the polymer electrolyte layer can be obtained by removing the solvent.
Solvents include halogenated hydrocarbons such as dichloromethane; aromatic hydrocarbons such as toluene, xylene, benzene, isopropylbenzene, and diisopropylbenzene; aliphatic hydrocarbons such as hexane, heptane, and cyclohexane; ethers such as tetrahydrofuran; methanol, ethanol , 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-methyl-1-propanol, 1-hexanol and other alcohols; or a mixed solvent thereof, and a mixed solvent of an aromatic hydrocarbon and an alcohol is preferable.
Although there is no restriction | limiting in particular in the usage-amount of a solvent, It is preferable that it is 20 times or less of a block copolymer (Z). The conditions for removing the solvent are not particularly limited as long as the block copolymer (Z) is not decomposed. For example, a method of drying with hot air in the range of 60 to 140 ° C .; a method of drying under normal pressure in the range of 10 to 30 ° C., and further drying with hot air in the range of 60 to 140 ° C. (especially 80 to 120 ° C.); 10 After drying under normal pressure in the range of -30 ° C, and further drying under reduced pressure in the range of 25-40 ° C; after drying under normal pressure in the range of 10-30 ° C, further 60-140 ° C (Especially, a method of drying under normal pressure in the range of 80 to 120 ° C.).
From the viewpoint of film forming property, a method of drying under normal pressure in the range of 10 to 30 ° C. and then drying at 80 to 120 ° C. under normal pressure is preferable.

また、ブロック共重合体(Z)を圧縮成形、ロール成形、押出成形、射出成形等によって成形し、高分子電解質層としてもよい。   The block copolymer (Z) may be molded by compression molding, roll molding, extrusion molding, injection molding, or the like to form a polymer electrolyte layer.

ブロック共重合体(Z)からなる高分子電解質層の別の調製方法として、ブロック共重合体(Z)を、上記したブロック共重合体(Z)から高分子電解質層を調製する方法と同様にしてブロック共重合体(Z)からなる層を形成したのち、上記した方法でカチオン交換処理することでスルホン酸基を官能基(1)に変換し、ブロック共重合体(Z)とする方法が挙げられる。 As another method for preparing the polymer electrolyte layer comprising the block copolymer (Z), the block copolymer (Z 1 ) is prepared in the same manner as the method for preparing the polymer electrolyte layer from the block copolymer (Z) described above. After forming a layer composed of the block copolymer (Z 1 ), the sulfonic acid group is converted to the functional group (1) by cation exchange treatment by the above-described method to obtain the block copolymer (Z). A method is mentioned.

本発明の電気化学素子は、ブロック共重合体(Z)からなる高分子電解質層と、該高分子電解質層の両面にそれぞれ接合した2つの電極とからなる。かかる電極としては、金属薄膜;導電体が分散した樹脂の成形体;などを用いることができる。
このうち導電体が分散した樹脂の成形体において、樹脂としてエラストマーを用いて電極とした場合、電極が柔軟になり、高分子電解質層の変形による電極の剥離や破壊が抑制できることから、センサ用途に好ましい。またセンサ用途において、かかるエラストマーが高分子電解質であると、センサの作用部に変形を与えた際に信号強度の経時変化が少なく信号強度の値が安定することから、より好ましい。また、かかる高分子電解質が、イオン伝導性基を有する芳香族ビニル化合物に由来する構造単位からなる重合体ブロック及びオレフィン性不飽和化合物に由来する構造単位からなる重合体ブロックを含有するブロック共重合体からなる熱可塑性エラストマーである場合、高分子電解質層との接合性の観点からさらに好ましい。また、かかるブロック共重合体は、本発明の電気化学素子が備える高分子電解質層をなすブロック共重合体(Z)であってもよい。
電極となる成形体に分散させる導電体としては、金、銀、銅、白金、アルミニウム、ニッケル等の金属;酸化ルテニウム(RuO)、酸化チタン(TiO)、酸化スズ(SnO)、二酸化イリジウム(IrO)、酸化タンタル(Ta)、インジウム−スズ複合酸化物(ITO)等の金属酸化物;硫化亜鉛(ZnS)などの金属硫化物;カーボンブラック、カーボンナノチューブ等の導電性カーボン;ポリアセチレン、ポリピロール、ポリチオフェン等の導電性高分子;を挙げられる。取扱いの容易性の観点からは導電性カーボンが好ましく、これらは単独で用いても、複数種を併用してもよい。
The electrochemical device of the present invention comprises a polymer electrolyte layer made of a block copolymer (Z) and two electrodes respectively bonded to both surfaces of the polymer electrolyte layer. As such an electrode, a metal thin film; a resin molded body in which a conductor is dispersed; and the like can be used.
Of these, in the molded resin body in which the conductor is dispersed, when an electrode is used using an elastomer as the resin, the electrode becomes flexible and can be prevented from peeling or breaking due to deformation of the polymer electrolyte layer. preferable. In the sensor application, it is more preferable that the elastomer is a polymer electrolyte because the signal strength value is less likely to change with time when the working portion of the sensor is deformed and the signal strength value is stable. In addition, the polymer electrolyte includes a block copolymer containing a polymer block composed of a structural unit derived from an aromatic vinyl compound having an ion conductive group and a polymer block composed of a structural unit derived from an olefinically unsaturated compound. In the case of a thermoplastic elastomer composed of a coalescence, it is more preferable from the viewpoint of bondability with the polymer electrolyte layer. Such a block copolymer may be a block copolymer (Z) that forms a polymer electrolyte layer provided in the electrochemical device of the present invention.
Examples of the conductor dispersed in the molded body to be an electrode include metals such as gold, silver, copper, platinum, aluminum, and nickel; ruthenium oxide (RuO 2 ), titanium oxide (TiO 2 ), tin oxide (SnO 2 ), and dioxide dioxide. Metal oxides such as iridium (IrO 2 ), tantalum oxide (Ta 2 O 5 ), indium-tin composite oxide (ITO); metal sulfides such as zinc sulfide (ZnS); conductivity such as carbon black and carbon nanotubes And carbon; conductive polymers such as polyacetylene, polypyrrole, and polythiophene. From the viewpoint of ease of handling, conductive carbon is preferable, and these may be used alone or in combination of two or more.

前記電極となる成形体の成形方法は、導電体を分散させる点を除けば、高分子電解質層の調製方法と同様である。   The method for forming the molded body to be the electrode is the same as the method for preparing the polymer electrolyte layer, except that the conductor is dispersed.

高分子電解質層の両面に2つの電極を接合する方法としては、例えば、金属類の真空蒸着法、スパッタリング法や電気メッキ、化学メッキ法などで接合する方法や、電極材料を含むインキを塗布する方法、別途作製した電極を圧着、溶着する方法等が挙げられ、中でも加工性および汎用性の観点から、電極材料を含むインキを塗布する方法が好ましい。   As a method of joining two electrodes to both surfaces of the polymer electrolyte layer, for example, a method of joining by vacuum deposition method of metals, sputtering method, electroplating, chemical plating method, etc., or ink containing electrode material is applied. Examples thereof include a method and a method of pressure-bonding and welding a separately prepared electrode. Among these, from the viewpoint of workability and versatility, a method of applying an ink containing an electrode material is preferable.

また、高分子電解質層の片面のみに電極を接合して接合体としたのち、かかる接合体2枚を高分子電解質層同士で貼り合わせることにより、2層からなる高分子電解質層の両面に2つの電極をそれぞれ接合してもよい。かかる2層の高分子電解質層の材料および厚さは同じであっても異なっていてもよい。2枚の接合体を貼り合わせる方法は熱圧着が好ましい。   Moreover, after joining an electrode only to one side of a polymer electrolyte layer to make a joined body, two such joined bodies are bonded together by polymer electrolyte layers, so that two on both sides of the polymer electrolyte layer composed of two layers. Two electrodes may be joined to each other. The material and thickness of the two polymer electrolyte layers may be the same or different. The method of bonding the two bonded bodies is preferably thermocompression bonding.

本発明の電気化学素子の形状については特に制限はなく、例えば、膜、フィルム、シート、板、繊維、ロッド、立方体、直方体、球状、ラグビーボール状などが挙げられ、これらは使用目的に応じて適宜選択すればよい。   The shape of the electrochemical device of the present invention is not particularly limited, and examples thereof include membranes, films, sheets, plates, fibers, rods, cubes, cuboids, spheres, rugby balls, and the like, depending on the purpose of use. What is necessary is just to select suitably.

上記のような方法で得られた本発明の電気化学素子は、例えば、圧力、力、変位等を検知するセンサやキャパシタとして利用することができ、特にセンサとして利用する場合に、高い信号強度を示す。   The electrochemical element of the present invention obtained by the method as described above can be used as, for example, a sensor or a capacitor for detecting pressure, force, displacement, etc., and particularly when used as a sensor, it has a high signal strength. Show.

以下、参考例、比較例及び実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらにより何ら限定されるものではない。また、以下の参考例、実施例及び比較例において用いた測定機器、測定方法及び使用材料を以下に示す。   Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference examples, comparative examples, and examples, but the present invention is not limited thereto. In addition, measuring instruments, measuring methods, and materials used in the following Reference Examples, Examples and Comparative Examples are shown below.

[1]ブロック共重合体(Z)のα−メチルスチレン含有率(質量%)、重合体ブロック(B)の水添率及びブロック共重合体(Z)中のα−メチルスチレンに由来する構造単位に対するスルホン酸基の含有率(mol%)
日本電子社製核磁気共鳴装置(JNM−LA 400)を用いて、重クロロホルム単独、又は重テトラヒドロフランと重メタノールとの混合物(質量比 80:20)を溶媒として測定したH−NMRスペクトルから算出した。
[1] Derived from α-methylstyrene content (% by mass) of block copolymer (Z 0 ), hydrogenation rate of polymer block (B) and α-methylstyrene in block copolymer (Z 1 ) Of sulfonic acid group to the structural unit (mol%)
Using a nuclear magnetic resonance apparatus (JNM-LA 400) manufactured by JEOL Ltd., calculated from a 1 H-NMR spectrum measured using deuterated chloroform alone or a mixture of deuterated tetrahydrofuran and deuterated methanol (mass ratio 80:20) as a solvent. did.

[2]数平均分子量の測定
下記の条件でゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)を測定し、標準ポリスチレン換算して求めた。
機器:東ソー社製ゲルパーミエーションクロマトグラフ(HLC−8020)
カラム:東ソー社製TSK−GEL SuperMultiporeHZ−M 4.6mm(ID)×15.0cm(L)を直列に連結
ガードカラム: TSKguardcolumn SuperMP(HZ)−M 4.6mm(ID)×2.0cm(L)
溶離液:テトラヒドロフラン、流量 1.0ml/分
検量線:標準ポリスチレンを用いて作成
検出方法 : 示差屈折率(RI)
[2] Measurement of number average molecular weight Gel permeation chromatography (GPC) was measured under the following conditions, and calculated in terms of standard polystyrene.
Equipment: Gel permeation chromatograph (HLC-8020) manufactured by Tosoh Corporation
Column: TSK-GEL SuperMultipore HZ-M 4.6 mm (ID) x 15.0 cm (L) connected in series by Tosoh Guard column: TSK guard column SuperMP (HZ) -M 4.6 mm (ID) x 2.0 cm (L) )
Eluent: Tetrahydrofuran, flow rate 1.0 ml / min Calibration curve: prepared using standard polystyrene Detection method: Differential refractive index (RI)

[3]ブロック共重合体(Z)のスルホン酸基の含有率
ブロック共重合体(Z)P(g)を秤量し、100質量倍のテトラヒドロフランに完全に溶解させた。かかる溶液に過剰量の飽和塩化ナトリウム水溶液を加えた後、フェノールフタレイン溶液を数滴加えた。0.01MのNaOH標準水溶液を用いて滴定し、滴定に要したNaOH標準水溶液の量Q(ml)から、次式よりスルホン酸基の含有率(ブロック共重合体(Z)1gあたりのスルホン酸基のモル数)を求めた。
スルホン酸基の含有率:f(mmol/g)=0.01Q/P
[3] the block copolymer (Z 1) content block copolymer sulfonic acid group (Z 1) Weigh P (g), it was completely dissolved in 100 times by mass of tetrahydrofuran. To this solution was added an excess amount of saturated aqueous sodium chloride solution, and then a few drops of phenolphthalein solution were added. Titrate with 0.01 M NaOH standard aqueous solution, and from the amount Q (ml) of NaOH standard aqueous solution required for titration, the content of sulfonic acid groups (sulfone per 1 g of block copolymer (Z 1 )) from the following formula: The number of moles of acid groups was determined.
Content of sulfonic acid group: f (mmol / g) = 0.01 Q / P

[4]ブロック共重合体(Z−1)〜(Z−3)およびブロック共重合体(Y−1)〜(Y−5)中のスルホン酸基の残存率の測定
密閉できるガラス容器中に、実施例1〜3及び比較例3〜7で作製した接合体を入れ、過剰量の塩化ナトリウム水溶液を加えた後、フェノールフタレイン溶液を数滴加えた。0.01MのNaOH標準水溶液を用いて滴定し、滴定に要したNaOH標準水溶液の量R(ml)から、次式よりカチオン交換処理後のブロック共重合体((Z−1)〜(Z−3)、(Y−1)〜(Y−5))中のスルホン酸基の残存率(ブロック共重合体1gあたりのスルホン酸基のモル数)を求めた。
スルホン酸基の残存率(mmol/g)=0.01R/S
Sは、カチオン交換処理後の接合体に含まれるカチオン交換処理後のブロック共重合体の質量であり、高分子電解質層の体積からブロック共重合体の比重を1g/cmと見積もって算出した。
[4] Measurement of residual ratio of sulfonic acid groups in block copolymers (Z-1) to (Z-3) and block copolymers (Y-1) to (Y-5) In a glass container that can be sealed The joined bodies prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 3 to 7 were put in, an excessive amount of an aqueous sodium chloride solution was added, and then a few drops of a phenolphthalein solution were added. Titrate with 0.01 M NaOH standard aqueous solution, and from the amount R (ml) of NaOH standard aqueous solution required for the titration, block copolymers ((Z-1) to (Z- 3) The residual ratio of sulfonic acid groups in (Y-1) to (Y-5)) (number of moles of sulfonic acid groups per 1 g of block copolymer) was determined.
Residual rate of sulfonic acid group (mmol / g) = 0.01 R / S
S is the mass of the block copolymer after the cation exchange treatment contained in the joined body after the cation exchange treatment, and was calculated by estimating the specific gravity of the block copolymer as 1 g / cm 3 from the volume of the polymer electrolyte layer. .

[5]センサの信号強度の測定
実施例1〜3及び比較例1〜7で作製したセンサを恒温恒湿器(エスペック社製、小型環境試験器、SH−221)内で80℃、50%R.H.で15時間調湿した。
測定は、センサを板バネに挟んで固定し、ステージコントローラ(シグマ光機(株)製、SHOT−202)で動作制御した小型アクチュエータ(シグマ光機(株)製 、ステッピングモータ駆動小型アクチュエータ、SGSP−13ACT−BO)で1mmの曲げ変形を加えて20 秒間変形を保持し、このとき発生した電圧を電圧計にてモニターして評価し、変形中に示した電圧の最大値を測定したセンサの信号強度とした。なお、曲げ変形における変位量は、レーザー変位計((株)キーエンス製、CCDレーザー変位計、LK−G3000)で測定した。
[5] Measurement of signal strength of sensor The sensors produced in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 7 were kept at 80 ° C. and 50% in a thermo-hygrostat (manufactured by Espec Corp., small environmental tester, SH-221). R. H. For 15 hours.
Measurement is performed by fixing a sensor between leaf springs and controlling the operation with a stage controller (manufactured by Sigma Koki Co., Ltd., SHOT-202) (manufactured by Sigma Koki Co., Ltd., stepping motor drive small actuator, SGSP) -13ACT-BO), 1 mm bending deformation was applied and the deformation was maintained for 20 seconds. The voltage generated at this time was evaluated by monitoring with a voltmeter, and the maximum value of the voltage indicated during deformation was measured. Signal strength was taken. In addition, the displacement amount in bending deformation was measured with a laser displacement meter (manufactured by Keyence Corporation, CCD laser displacement meter, LK-G3000).

[参考例1:ブロック共重合体(Z−1)の製造]
既報(WO02/40611号)と同様の方法で、α−メチルスチレン重合体ブロック(重合体ブロック(A))とブタジエン重合体ブロック(重合体ブロック(B))とが(A)−(B)−(A)の順に結合したトリブロック共重合体を合成した。
かかるトリブロック共重合体をシクロヘキサンに溶解させ、耐圧容器に仕込んで窒素置換した後、ニッケル系チーグラー触媒存在下、水素圧981kPa、80℃で水添反応に供し、ブロック共重合体(Z)であるブロック共重合体(Z−1)を得た。得られたブロック共重合体(Z−1)の数平均分子量(標準ポリスチレン換算)は127,700、重合体ブロック(B)の水添率は98.9%、α−メチルスチレン重合体ブロックの含有率は40質量%であった。
[Reference Example 1: Production of block copolymer (Z 0 -1)]
An α-methylstyrene polymer block (polymer block (A 0 )) and a butadiene polymer block (polymer block (B)) are converted into (A 0 )-() in the same manner as previously reported (WO 02/40611). A triblock copolymer bonded in the order of B)-(A 0 ) was synthesized.
The triblock copolymer was dissolved in cyclohexane, charged into a pressure vessel and purged with nitrogen, and then subjected to a hydrogenation reaction at a hydrogen pressure of 981 kPa and 80 ° C. in the presence of a nickel-based Ziegler catalyst to produce a block copolymer (Z 0 ). As a result, a block copolymer (Z 0 -1) was obtained. The number average molecular weight (standard polystyrene conversion) of the obtained block copolymer (Z 0 -1) is 127,700, the hydrogenation rate of the polymer block (B) is 98.9%, and the α-methylstyrene polymer block The content of was 40% by mass.

[参考例2:ブロック共重合体(Z−1)の製造]
参考例1で得られたブロック共重合体(Z−1)55gを、攪拌機を備えた3L反応容器中に入れて、2Pa、30℃で1時間乾燥し、ついで窒素で系内を置換した後、ジクロロメタン3Lを加え、35℃にて2時間攪拌して溶解させた。溶解後、ジクロロメタン155ml中、0℃にて無水酢酸34.7mlと硫酸77.5mlとを反応させて得られたスルホン化剤(アセチルサルフェート)を、5分間かけて滴下した。35℃にて7時間攪拌後、反応溶液を蒸留水10L中に攪拌しながら注ぎ、固形物を析出させた。析出した固形物を蒸留水で30分間洗浄し、ついでろ別した。この洗浄及びろ別を洗浄水のpHに変化がなくなるまで繰り返し、最後にろ集した固形物を2Pa、30℃で12時間乾燥してブロック共重合体(Z)であるブロック共重合体(Z−1)を得た。得られたブロック共重合体(Z−1)のα−メチルスチレンに由来する構造単位に対するスルホン酸基の含有率はH−NMRスペクトルから50.0mol%であった。また、かかるブロック共重合体(Z−1)中のスルホン酸基の含有率を測定したところ1.42mmol/gであった。
[Reference Example 2: Production of block copolymer (Z 1 -1)]
55 g of the block copolymer (Z 0 -1) obtained in Reference Example 1 was placed in a 3 L reaction vessel equipped with a stirrer and dried at 2 Pa and 30 ° C. for 1 hour, and then the system was replaced with nitrogen. Thereafter, 3 L of dichloromethane was added and dissolved by stirring at 35 ° C. for 2 hours. After dissolution, a sulfonating agent (acetyl sulfate) obtained by reacting 34.7 ml of acetic anhydride and 77.5 ml of sulfuric acid at 0 ° C. in 155 ml of dichloromethane was added dropwise over 5 minutes. After stirring at 35 ° C. for 7 hours, the reaction solution was poured into 10 L of distilled water while stirring to precipitate a solid. The precipitated solid was washed with distilled water for 30 minutes and then filtered off. This washing and filtration are repeated until there is no change in the pH of the washing water, and the solid matter collected by filtration at the end is dried at 2 Pa and 30 ° C. for 12 hours to form a block copolymer (Z 1 ) block copolymer (Z 1 ). Z 1 -1) was obtained. The content of the sulfonic acid group with respect to the structural unit derived from α-methylstyrene of the obtained block copolymer (Z 1 -1) was 50.0 mol% from the 1 H-NMR spectrum. Was also 1.42 mmol / g was measured according block copolymer (Z 1 -1) content of sulfonic acid groups in the.

[参考例3:ブロック共重合体(Z−2)の製造]
既報(特開2007−336790号)と同様の方法で、α−メチルスチレン重合体ブロック(重合体ブロック(A))とブタジエン重合体ブロック(重合体ブロック(B))とが(A)−(B)−(A)の順に結合したトリブロック共重合体を合成した。
かかるトリブロック共重合体を参考例1と同様の方法で水添反応に供し、ブロック共重合体(Z)であるブロック共重合体(Z−2)を得た。得られたブロック共重合体(Z−2)の数平均分子量(標準ポリスチレン換算)は78,000、重合体ブロック(B)の水添率は99.7%、α−メチルスチレン重合体ブロックの含有率は28質量%であった。
[Reference Example 3: Production of block copolymer (Z 0 -2)]
An α-methylstyrene polymer block (polymer block (A 0 )) and a butadiene polymer block (polymer block (B)) are (A 0 ) in the same manner as previously reported (Japanese Patent Laid-Open No. 2007-336790). A triblock copolymer bonded in the order of-(B)-(A 0 ) was synthesized.
Subjected to hydrogenation reaction such triblock copolymer in the same manner as in Reference Example 1 to give a block copolymer (Z 0) is a block copolymer (Z 0 -2). The number average molecular weight (standard polystyrene conversion) of the obtained block copolymer (Z 0 -2) is 78,000, the hydrogenation rate of the polymer block (B) is 99.7%, and the α-methylstyrene polymer block The content of was 28% by mass.

[参考例4:ブロック共重合体Z−2)の製造]
参考例3で得られた重合体(Z−2)55gを攪拌機を備えた3L反応容器中に入れて、2Pa、30℃で1時間乾燥し、ついで窒素で系内を置換した後、ジクロロメタン3Lを加え、35℃にて2時間攪拌して溶解させた。溶解後、ジクロロメタン56.1ml中、0℃にて無水酢酸28.1mlと硫酸12.6mlとを反応させて得られたスルホン化剤(アセチルサルフェート)を、5分間かけて滴下した。35℃にて7時間攪拌後、反応溶液を蒸留水10Lの中に攪拌しながら注ぎ、固形物を析出させた。析出した固形物を蒸留水で30分間洗浄し、ついでろ別した。この洗浄及びろ別を洗浄水のpHに変化がなくなるまで繰り返し、最後にろ集した固形物を2Pa、30℃で12時間乾燥してブロック共重合体(Z)であるブロック共重合体(Z−2)を得た。得られたブロック共重合体(Z−2)のα−メチルスチレンに由来する構造単位に対するスルホン酸基の含有率はH−NMRスペクトルから49.8mol%であった。また、かかるブロック共重合体(Z−2)中のスルホン酸基の含有率を測定したところ1.08mmol/gであった。
Reference Example 4: Production of a block copolymer Z 1 -2)]
55 g of the polymer (Z 0 -2) obtained in Reference Example 3 was placed in a 3 L reaction vessel equipped with a stirrer, dried at 2 Pa and 30 ° C. for 1 hour, and then the system was replaced with nitrogen. 3 L was added and dissolved by stirring at 35 ° C. for 2 hours. After dissolution, a sulfonating agent (acetyl sulfate) obtained by reacting 28.1 ml of acetic anhydride and 12.6 ml of sulfuric acid at 0 ° C. in 56.1 ml of dichloromethane was added dropwise over 5 minutes. After stirring at 35 ° C. for 7 hours, the reaction solution was poured into 10 L of distilled water while stirring to precipitate a solid. The precipitated solid was washed with distilled water for 30 minutes and then filtered off. This washing and filtration are repeated until there is no change in the pH of the washing water, and the solid matter collected by filtration at the end is dried at 2 Pa and 30 ° C. for 12 hours to form a block copolymer (Z 1 ) block copolymer (Z 1 ). Z 1-2 ) was obtained. The content of the sulfonic acid group with respect to the structural unit derived from α-methylstyrene of the obtained block copolymer (Z 1 -2) was 49.8 mol% from the 1 H-NMR spectrum. Was also 1.08 mmol / g was measured according block copolymer (Z 1 -2) content of sulfonic acid groups in the.

[比較例1]
[1]参考例2の方法で得られたブロック共重合体(Z−1)50gを、ジイソプロピルベンゼン/1−ヘキサノール混合溶媒(質量比8/2)200gに溶解させて、電解質溶液を調製した。一方、同様にして調製した電解質溶液250gにさらにケッチェンブラック4.4gを加えて、ホモジナイザーを用いて混合し、電極分散液を得た。
[2]市販の銀ペーストで集電極(厚み10μm)を設けた軟質フィルム(厚み200μm)の該集電極上に、スクリーン印刷機を用いて前記電極分散液を印刷し、その後80℃で乾燥する工程を繰り返し、膜厚100μmの層状の電極を形成した。
[3]上記[2]の操作で形成した電極上に、スクリーン印刷機を用いて前記電解質溶液を印刷した後、100℃で乾燥する工程を繰り返し、膜厚15μmの高分子電解質層を形成し、集電極/電極/高分子電解質層をこの順に接合した接合体を得た。
[4]上記[3]の操作で得た接合体2枚を、高分子電解質層同士が接するように重ね合わせ、100℃、0.5MPaで5分間圧着することでブロック共重合体(Z−1)を高分子電解質層として備える比較センサ1を得た。
[5]比較センサ1の2つの集電極にそれぞれリード線を繋ぎ、センサとしての評価を行った。
[Comparative Example 1]
[1] An electrolyte solution is prepared by dissolving 50 g of the block copolymer (Z 1 -1) obtained by the method of Reference Example 2 in 200 g of a diisopropylbenzene / 1-hexanol mixed solvent (mass ratio 8/2). did. On the other hand, 4.4 g of ketjen black was further added to 250 g of the electrolyte solution prepared in the same manner, and mixed using a homogenizer to obtain an electrode dispersion.
[2] The electrode dispersion liquid is printed using a screen printer on the collector electrode of a soft film (thickness: 200 μm) provided with a collector electrode (thickness: 10 μm) using a commercially available silver paste, and then dried at 80 ° C. The process was repeated to form a layered electrode having a thickness of 100 μm.
[3] After the electrolyte solution is printed on the electrode formed by the above operation [2] using a screen printer, the step of drying at 100 ° C. is repeated to form a polymer electrolyte layer having a thickness of 15 μm. Thus, a joined body was obtained in which the collector electrode / electrode / polymer electrolyte layer were joined in this order.
[4] The two bonded bodies obtained by the operation of [3] above are overlapped so that the polymer electrolyte layers are in contact with each other, and are pressure-bonded at 100 ° C. and 0.5 MPa for 5 minutes to form a block copolymer (Z 1 A comparative sensor 1 having -1) as a polymer electrolyte layer was obtained.
[5] The lead wires were connected to the two collector electrodes of the comparative sensor 1, respectively, and evaluation as a sensor was performed.

[実施例1]
[1]比較例1の[1]〜[3]と同様にして得られた接合体を、0.2Mに調製した3−エチル-1−メチルイミダゾリウムアセテート水溶液に室温で1時間浸漬して、該接合体が備える高分子電解質層におけるブロック共重合体(Z−1)中の、スルホン酸基のプロトンを3−エチル−1−メチルイミダゾリウムカチオンと交換した官能基(1)(以下、官能基(1−1)と称する)に変換した。
次いで、かかる接合体を、pHに変化がなくなるまで蒸留水で洗浄を行ったのち、12時間風乾し、官能基(1−1)を有するブロック共重合体(Z)(以下、「ブロック共重合体(Z−1)」と称する)を備える接合体を得た。
[2]上記[1]の操作で得られた接合体2枚を、高分子電解質層同士が接するように重ね合わせ、100℃で5分間、0.5MPaで圧着することで、ブロック共重合体(Z−1)を高分子電解質層として備える本発明の電気化学素子からなるセンサ1を得た。
[3]センサ1の2つの集電極にそれぞれリード線を繋ぎ、センサとしての評価を行った。
[4]別途上記[1]と同様に作製した接合体が備える高分子電解質層におけるブロック共重合体(Z−1)中の、カチオン交換されていないスルホン酸基の残存率を測定したところ検出されなかった。このことから、ブロック共重合体(Z−1)中のα−メチルスチレンに由来する構造単位に対するスルホン酸基の含有率(モル%)が、ブロック共重合体(Z−1)中のα−メチルスチレンに由来する構造単位に対する官能基(1−1)の含有率(モル%)に等しいと判断した。
[Example 1]
[1] The joined body obtained in the same manner as in [1] to [3] of Comparative Example 1 was immersed in a 3-ethyl-1-methylimidazolium acetate aqueous solution prepared at 0.2 M for 1 hour at room temperature. The functional group (1) in which the proton of the sulfonic acid group is exchanged with the 3-ethyl-1-methylimidazolium cation in the block copolymer (Z 1 -1) in the polymer electrolyte layer provided in the joined body (hereinafter referred to as “the functional group (1)”) And converted to a functional group (1-1)).
Next, the joined body was washed with distilled water until the pH no longer changed, and then air-dried for 12 hours. A joined body having a combination (referred to as “union (Z-1)”) was obtained.
[2] Two block assemblies obtained by the operation of [1] above are superposed so that the polymer electrolyte layers are in contact with each other, and pressure-bonded at 100 ° C. for 5 minutes at 0.5 MPa, thereby producing a block copolymer A sensor 1 comprising the electrochemical element of the present invention comprising (Z-1) as a polymer electrolyte layer was obtained.
[3] Lead wires were connected to the two collector electrodes of the sensor 1, respectively, and evaluation as a sensor was performed.
[4] Detected by measuring the residual ratio of sulfonic acid groups not subjected to cation exchange in the block copolymer (Z-1) in the polymer electrolyte layer provided in the joined body prepared in the same manner as in [1] above Was not. From this, the content (mol%) of the sulfonic acid group with respect to the structural unit derived from α-methylstyrene in the block copolymer (Z 1 -1) is α in the block copolymer (Z-1). -It was judged that it was equal to the content rate (mol%) of the functional group (1-1) with respect to the structural unit derived from methylstyrene.

[比較例2]
ブロック共重合体(Z−1)の代わりに、参考例4で得られたブロック共重合体(Z−2)50gを用いた以外は、比較例1と同様にして接合体を作製したのち、かかる接合体から比較センサ2を作製し、評価を行った。
[Comparative Example 2]
Instead of the block copolymer (Z 1 -1), except that the block copolymer obtained in Reference Example 4 (Z 1 -2) 50 g was used to prepare a conjugate in the same manner as in Comparative Example 1 Thereafter, the comparative sensor 2 was produced from the joined body and evaluated.

[実施例2]
[1]ブロック共重合体(Z−1)の代わりに、参考例4で得られたブロック共重合体(Z−2)50gを用いた以外は実施例1の[1]〜[3]と同様にして、官能基(1−1)を有するブロック共重合体(Z)(以下、「ブロック共重合体(Z−2)」と称する)を高分子電解質層として備える接合体を作製したのち、かかる接合体から本発明の電気化学素子からなるセンサ2を作製し、評価を行った。
[2]上記[1]と同様に別途作製した接合体を用いて、高分子電解質層におけるブロック共重合体(Z−2)中の、カチオン交換されていないスルホン酸基の残存率を測定したところ検出されなかった。このことから、ブロック共重合体(Z−2)中のα−メチルスチレンに由来する構造単位に対するスルホン酸基の含有率(モル%)が、ブロック共重合体(Z−2)中のα−メチルスチレンに由来する構造単位に対する官能基(1−1)の含有率(モル%)に等しいと判断した。
[Example 2]
[1] instead of the block copolymer (Z 1 -1), Reference Example 4 in the obtained block copolymer (Z 1 -2) [1] except using 50g of Examples 1 to [3 In the same manner as described above, a joined body comprising a block copolymer (Z) having a functional group (1-1) (hereinafter referred to as “block copolymer (Z-2)”) as a polymer electrolyte layer is prepared. Then, the sensor 2 which consists of the electrochemical element of this invention was produced from this joined body, and evaluation was performed.
[2] Using the joined body separately produced in the same manner as in the above [1], the residual ratio of sulfonic acid groups not subjected to cation exchange in the block copolymer (Z-2) in the polymer electrolyte layer was measured. However, it was not detected. From this, the content (mol%) of the sulfonic acid group with respect to the structural unit derived from α-methylstyrene in the block copolymer (Z 1 -2) is the α in the block copolymer (Z-2). -It was judged that it was equal to the content rate (mol%) of the functional group (1-1) with respect to the structural unit derived from methylstyrene.

[実施例3]
[1]3−エチル-1−メチルイミダゾリウムアセテート水溶液に代えて、0.2Mに調製した3−エチル-1,2−ジメチルイミダゾリウムアセテート水溶液を用いた以外は実施例2の[1]と同様にして、ブロック共重合体(Z−2)のスルホン酸基のプロトンを3−エチル−1,2−ジメチルイミダゾリウムカチオンに交換した官能基(1)(以下、「官能基(1−2)」と称する)を有するブロック共重合体(Z)(以下、「ブロック共重合体(Z−3)」と称する)を高分子電解質層として備える接合体を作製したのち、かかる接合体から本発明の電気化学素子からなるセンサ3を得て、評価を行った。
[2]上記[1]と同様に別途作製した接合体を用いて、高分子電解質層におけるブロック共重合体(Z−3)中のカチオン交換されていないスルホン酸基の残存率を測定したところ検出されなかった。このことから、ブロック共重合体(Z−2)中のα−メチルスチレンに由来する構造単位に対するスルホン酸基の含有率(モル%)が、ブロック共重合体(Z−3)中のα−メチルスチレンに由来する構造単位に対する官能基(1−2)の含有率(モル%)に等しいと判断した。
[Example 3]
[1] In place of [3-ethyl-1-methylimidazolium acetate aqueous solution], [1] of Example 2 except that 3-Methyl-1,2-dimethylimidazolium acetate aqueous solution prepared to 0.2 M was used Similarly, the functional group (1) (hereinafter referred to as “functional group (1−2) obtained by exchanging protons of the sulfonic acid group of the block copolymer (Z 1 -2) with 3-ethyl-1,2-dimethylimidazolium cation”. 2) ") is prepared as a polymer electrolyte layer, and then the joined body is prepared from the joined body having the block copolymer (Z) (hereinafter referred to as" block copolymer (Z-3) "). A sensor 3 comprising the electrochemical device of the present invention was obtained and evaluated.
[2] When the remaining rate of sulfonic acid groups not subjected to cation exchange in the block copolymer (Z-3) in the polymer electrolyte layer was measured using a joined body separately prepared in the same manner as in [1] above. Not detected. From this, the content rate (mol%) of the sulfonic acid group with respect to the structural unit derived from α-methylstyrene in the block copolymer (Z 1 -2) is the α in the block copolymer (Z-3). -It was judged that it was equal to the content rate (mol%) of the functional group (1-2) with respect to the structural unit derived from methylstyrene.

[比較例3]
[1]3−エチル-1−メチルイミダゾリウムアセテート水溶液に代えて、0.5Mに調製したアンモニア水を用いた以外は実施例2の[1]と同様にして、ブロック共重合体(Z−2)のスルホン酸基のプロトンをアンモニウムカチオンに交換した官能基(W−1)を有するブロック共重合体(Y−1)を高分子電解質層として備える接合体を作製したのち、かかる接合体から比較センサ3を得て、評価を行った。
[2]上記[1]と同様に別途作成した接合体を用いて、高分子電解質層におけるブロック共重合体(Y−1)中のカチオン交換されていないスルホン酸基の残存率を測定したところ検出されなかった。このことから、ブロック共重合体(Z−2)中のα−メチルスチレンに由来する構造単位に対するスルホン酸基の含有率(モル%)が、ブロック共重合体(Y−1)中のα−メチルスチレンに由来する構造単位に対する官能基(W−1)の含有率(モル%)に等しいと判断した。
[Comparative Example 3]
[1] A block copolymer (Z 1 ) was prepared in the same manner as in [1] of Example 2 except that ammonia water prepared to 0.5 M was used instead of the aqueous solution of 3-ethyl-1-methylimidazolium acetate. -2) After producing a joined body comprising a block copolymer (Y-1) having a functional group (W-1) obtained by exchanging protons of a sulfonic acid group for an ammonium cation, such a joined body The comparative sensor 3 was obtained from and evaluated.
[2] Using the joined body separately prepared in the same manner as in the above [1], the residual ratio of sulfonic acid groups not subjected to cation exchange in the block copolymer (Y-1) in the polymer electrolyte layer was measured. Not detected. From this, the content rate (mol%) of the sulfonic acid group with respect to the structural unit derived from α-methylstyrene in the block copolymer (Z 1 -2) is the α in the block copolymer (Y-1). -It judged that it was equal to the content rate (mol%) of the functional group (W-1) with respect to the structural unit derived from methylstyrene.

[比較例4]
[1]3−エチル-1−メチルイミダゾリウムアセテート水溶液に代えて、0.5Mに調製したテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液を用いた以外は実施例2の[1]と同様にして、ブロック共重合体(Z−2)のスルホン酸基のプロトンをテトラメチルアンモニウムカチオンに交換した官能基(W−2)を有するブロック共重合体(Y−2)を高分子電解質層として備える接合体を作製したのち、かかる接合体から比較センサ4を得て、評価を行った。
[2]上記[1]と同様に別途作成した接合体を用いて、高分子電解質層におけるブロック共重合体(Y−2)中のカチオン交換されていないスルホン酸基の残存率を測定したところ検出されなかった。このことから、ブロック共重合体(Z−2)中のα−メチルスチレンに由来する構造単位に対するスルホン酸基の含有率(モル%)が、ブロック共重合体(Y−2)中のα−メチルスチレンに由来する構造単位に対する官能基(W−2)の含有率(モル%)に等しいと判断した。
[Comparative Example 4]
[1] A block co-polymerization was carried out in the same manner as in [1] of Example 2, except that an aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide prepared to 0.5 M was used instead of the aqueous solution of 3-ethyl-1-methylimidazolium acetate. coalescing produce conjugates comprising (Z 1 -2) block copolymer having a proton functional groups that are replaced tetramethylammonium cation of the sulfonic acid group (W-2) of the (Y-2) as the polymer electrolyte layer After that, the comparative sensor 4 was obtained from the joined body and evaluated.
[2] Using a joined body separately prepared in the same manner as in the above [1], the residual ratio of sulfonic acid groups not subjected to cation exchange in the block copolymer (Y-2) in the polymer electrolyte layer was measured. Not detected. From this, the content rate (mol%) of the sulfonic acid group with respect to the structural unit derived from α-methylstyrene in the block copolymer (Z 1 -2) is the α in the block copolymer (Y-2). -It was judged that it was equal to the content rate (mol%) of the functional group (W-2) with respect to the structural unit derived from methylstyrene.

[比較例5]
[1]3−エチル-1−メチルイミダゾリウムアセテート水溶液に代えて、0.5Mに調製した塩化リチウム水溶液を用いた以外は実施例2の[1]と同様にして、ブロック共重合体(Z−2)のスルホン酸基のプロトンをリチウムカチオンに交換した官能基(W−3)を有するブロック共重合体(Y−3)を高分子電解質層として備える接合体を作製したのち、かかる接合体から比較センサ5を得て、評価を行った。
[2]上記[1]と同様に別途作成した接合体を用いて、高分子電解質層におけるブロック共重合体(Y−3)中のカチオン交換されていないスルホン酸基の残存率を測定したところ検出されなかった。このことから、重合体(Z−2)中のα−メチルスチレンに由来する構造単位に対するスルホン酸基の含有率(モル%)が、重合体(Y−3)中のα−メチルスチレンに由来する構造単位に対する官能基(W−3)の含有率(モル%)に等しいと判断した。
[Comparative Example 5]
[1] A block copolymer (Z) was prepared in the same manner as in [1] of Example 2 except that an aqueous solution of lithium chloride prepared to 0.5 M was used instead of the aqueous solution of 3-ethyl-1-methylimidazolium acetate. 1-2 ) After producing a joined body comprising a block copolymer (Y-3) having a functional group (W-3) obtained by exchanging protons of a sulfonic acid group for a lithium cation, such a joined body. The comparative sensor 5 was obtained from the body and evaluated.
[2] When the remaining rate of sulfonic acid groups not subjected to cation exchange in the block copolymer (Y-3) in the polymer electrolyte layer was measured using a joined body prepared separately as in [1] above. Not detected. From this, the content (mol%) of the sulfonic acid group with respect to the structural unit derived from α-methylstyrene in the polymer (Z 1 -2) is changed to α-methylstyrene in the polymer (Y-3). It was judged to be equal to the content (mol%) of the functional group (W-3) with respect to the derived structural unit.

[比較例6]
[1]3−エチル-1−メチルイミダゾリウムアセテート水溶液に代えて、0.5Mに調製した水酸化ナトリウム水溶液を用いた以外は、実施例2の[1]と同様にして、ブロック共重合体(Z−2)のスルホン酸基のプロトンをナトリウムカチオンに交換した官能基(W−4)を有するブロック共重合体(Y−4)を高分子電解質層として備える接合体を作製したのち、かかる接合体から比較センサ6を得て、評価を行った。
[2]上記[1]と同様に別途作成した接合体を用いて、高分子電解質層におけるブロック共重合体(Y−4)中のカチオン交換されていないスルホン酸基の残存率を測定したところ検出されなかった。このことから、ブロック共重合体(Z−2)中のα−メチルスチレンに由来する構造単位に対するスルホン酸基の含有率(モル%)が、ブロック共重合体(Y−4)中のα−メチルスチレンに由来する構造単位に対する官能基(W−4)の含有率(モル%)に等しいと判断した。
[Comparative Example 6]
[1] A block copolymer in the same manner as in [1] of Example 2, except that a sodium hydroxide aqueous solution prepared to 0.5 M was used instead of the aqueous solution of 3-ethyl-1-methylimidazolium acetate. After (Z 1 -2) block copolymer having a proton functional groups that are replaced sodium cations of the sulfonic acid group (W-4) of the (Y-4) was prepared conjugates comprising a polymer electrolyte layer, The comparative sensor 6 was obtained from the joined body and evaluated.
[2] When the remaining rate of sulfonic acid groups not subjected to cation exchange in the block copolymer (Y-4) in the polymer electrolyte layer was measured using a joined body prepared separately as in [1] above. Not detected. From this, the content rate (mol%) of the sulfonic acid group with respect to the structural unit derived from α-methylstyrene in the block copolymer (Z 1 -2) is the α in the block copolymer (Y-4). -It judged that it was equal to the content rate (mol%) of the functional group (W-4) with respect to the structural unit derived from methylstyrene.

[比較例7]
[1]3−エチル-1−メチルイミダゾリウムアセテート水溶液に代えて、0.5Mに調製した水酸化カリウム水溶液を用いた以外は、実施例2の[1]と同様にして、ブロック共重合体(Z−2)のスルホン酸基のプロトンをカリウムカチオンに交換した官能基(W−5)を有するブロック共重合体(Y−5)を高分子電解質層として備える接合体を作製したのち、かかる接合体から比較センサ7を得て、評価を行った。
[2]上記[1]と同様に別途作成した接合体を用いて、高分子電解質層におけるブロック共重合体(Y−5)中のカチオン交換されていないスルホン酸基の残存率を測定したところ検出されなかった。このことから、ブロック共重合体(Z−2)中のα−メチルスチレンに由来する構造単位に対するスルホン酸基の含有率(モル%)が、ブロック共重合体(Y−5)中のα−メチルスチレンに由来する構造単位に対する官能基(W−5)の含有率(モル%)に等しいと判断した。
[Comparative Example 7]
[1] A block copolymer in the same manner as in [1] of Example 2 except that a potassium hydroxide aqueous solution prepared to 0.5 M was used instead of the aqueous solution of 3-ethyl-1-methylimidazolium acetate. After (Z 1 -2) block copolymer having a functional group is replaced with potassium cations proton of the sulfonic acid group (W-5) of the (Y-5) was prepared conjugates comprising a polymer electrolyte layer, The comparative sensor 7 was obtained from the joined body and evaluated.
[2] When the remaining rate of sulfonic acid groups not subjected to cation exchange in the block copolymer (Y-5) in the polymer electrolyte layer was measured using a joined body separately prepared in the same manner as in [1] above. Not detected. From this, the content (mol%) of the sulfonic acid group with respect to the structural unit derived from α-methylstyrene in the block copolymer (Z 1 -2) is the α in the block copolymer (Y-5). -It was judged that it was equal to the content rate (mol%) of the functional group (W-5) with respect to the structural unit derived from methylstyrene.

実施例1から3および比較例1から8で得られたセンサの信号強度を表1に示す。   Table 1 shows the signal intensities of the sensors obtained in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 8.

Figure 2013072829
Figure 2013072829

表1から明らかなように、実施例1〜3のセンサは、比較例1〜7のセンサと比較して、高い信号強度を示す。   As is clear from Table 1, the sensors of Examples 1 to 3 exhibit higher signal strength than the sensors of Comparative Examples 1 to 7.

本発明の電気化学素子を用いたセンサは、高い信号強度の電気信号を発することができ、例えば変形センサとして好適に使用できる。   The sensor using the electrochemical element of the present invention can emit an electric signal having a high signal intensity, and can be suitably used as, for example, a deformation sensor.

Claims (1)

芳香族ビニル化合物に由来する構造単位からなる重合体ブロック(A)及びオレフィン性不飽和化合物に由来する構造単位からなる重合体ブロック(B)を含有し、かつ前記重合体ブロック(A)が下記一般式(1)
Figure 2013072829

(式中、R〜Rはそれぞれ独立して水素原子、炭素数1〜4のアルキル基または炭素数1〜4のアルコキシ基を表す。)
で示される官能基を有するブロック共重合体(Z)を含有する高分子電解質層と、該高分子電解質層の両面にそれぞれ接合した2つの電極を備える電気化学素子。
It contains a polymer block (A) composed of a structural unit derived from an aromatic vinyl compound and a polymer block (B) composed of a structural unit derived from an olefinically unsaturated compound, and the polymer block (A) is General formula (1)
Figure 2013072829

(Wherein, R 1 to R 3 are each independently a hydrogen atom, an alkyl group or an alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms having 1 to 4 carbon atoms.)
An electrochemical element comprising a polymer electrolyte layer containing a block copolymer (Z) having a functional group represented by formula (1) and two electrodes respectively bonded to both surfaces of the polymer electrolyte layer.
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