JP2017010785A - Polymer electrolyte membrane, membrane electrode assembly, and solid polymer fuel cell - Google Patents

Polymer electrolyte membrane, membrane electrode assembly, and solid polymer fuel cell Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a polymer electrolyte membrane having excellent mechanical strength and high chemical durability, a membrane electrode assembly, and a solid polymer fuel cell.SOLUTION: The polymer electrolyte membrane according to the present invention includes a chain polyfluoroolefin microporous membrane (A) and a polymer electrolyte (B) impregnated into the chain polyfluoroolefin microporous membrane (A). A structure of a specific formula (1) or a specific formula (2) is contained in the skeleton of the chain polyfluoroolefin microporous membrane (A). The ratio of C-H bonds in the chain polyfluoroolefin microporous membrane (A) is 0.01% or more and less than 30%. The membrane electrode assembly according to the present invention includes the polymer electrolyte membrane. The solid polymer fuel cell according to the present invention includes the membrane electrode assembly.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、高分子電解質膜、膜電極接合体、及び固体高分子形燃料電池に関する。   The present invention relates to a polymer electrolyte membrane, a membrane electrode assembly, and a polymer electrolyte fuel cell.

燃料電池は、電池内で、水素、メタノール等を電気化学的に酸化することにより、燃料の化学エネルギーを、直接、電気エネルギーに変換して取り出すものであり、クリーンな電気エネルギー供給源として注目されている。特に、固体高分子電解質形燃料電池は、他と比較して低温で作動することから、自動車代替動力源、家庭用コジェネレーションシステム、携帯用発電機等として期待されている。   A fuel cell is one that converts the chemical energy of fuel directly into electrical energy by electrochemically oxidizing hydrogen, methanol, etc. in the battery, and is attracting attention as a clean electrical energy supply source. ing. In particular, solid polymer electrolyte fuel cells are expected to be used as alternative power sources for automobiles, household cogeneration systems, portable generators, and the like because they operate at a lower temperature than others.

このような固体高分子電解質形燃料電池は、電極触媒層とガス拡散層とが積層されたガス拡散電極がプロトン交換膜の両面に接合された膜電極接合体を少なくとも備えている。ここでいうプロトン交換膜は、高分子鎖中にスルホン酸基、リン酸基、カルボン酸基等の酸性基を有し、プロトンを選択的に透過する性質を有する組成物からなる膜である。このようなプロトン交換膜に使用される組成物としては、化学的安定性の高いナフィオン(登録商標、デュポン社製)に代表されるパーフルオロ系プロトン組成物を用いたプロトン交換膜が好適に用いられる。   Such a solid polymer electrolyte fuel cell includes at least a membrane electrode assembly in which a gas diffusion electrode in which an electrode catalyst layer and a gas diffusion layer are laminated is bonded to both surfaces of a proton exchange membrane. The proton exchange membrane here is a membrane made of a composition having acidic groups such as a sulfonic acid group, a phosphoric acid group, and a carboxylic acid group in a polymer chain and a property of selectively transmitting protons. As a composition used for such a proton exchange membrane, a proton exchange membrane using a perfluoro proton composition typified by Nafion (registered trademark, manufactured by DuPont) having high chemical stability is preferably used. It is done.

燃料電池の運転時においては、アノード側のガス拡散電極に燃料(例えば、水素)、カソード側のガス拡散電極に酸化剤(例えば、酸素や空気)がそれぞれ供給され、両電極間が外部回路で接続されることにより、燃料電池の作動が実現される。具体的には、水素を燃料とした場合、アノード触媒上で水素が酸化されてプロトンが生じる。このプロトンは、アノード触媒層内のプロトン伝導性ポリマーを通った後、プロトン交換膜内を移動し、カソード触媒層内のプロトン伝導性ポリマーを通ってカソード触媒上に達する。一方、水素の酸化によりプロトンと同時に生じた電子は、外部回路を通ってカソード側ガス拡散電極に到達する。カソード触媒上では、上記プロトンと酸化剤中の酸素とが反応して水素が生成される。そして、このとき電気エネルギーが取り出される。   During operation of the fuel cell, fuel (for example, hydrogen) is supplied to the gas diffusion electrode on the anode side, and oxidant (for example, oxygen or air) is supplied to the gas diffusion electrode on the cathode side. By being connected, the operation of the fuel cell is realized. Specifically, when hydrogen is used as fuel, hydrogen is oxidized on the anode catalyst to generate protons. After passing through the proton conductive polymer in the anode catalyst layer, the protons move in the proton exchange membrane and reach the cathode catalyst through the proton conductive polymer in the cathode catalyst layer. On the other hand, electrons generated simultaneously with protons by oxidation of hydrogen reach the cathode side gas diffusion electrode through an external circuit. On the cathode catalyst, the protons react with oxygen in the oxidant to generate hydrogen. At this time, electric energy is extracted.

この際、プロトン交換膜は、ガスバリア隔壁としての役割も果たす必要がある。プロトン交換膜のガス透過率が高いと、アノード側水素のカソード側へのリーク及びカソード側酸素のアノード側へのリーク、すなわち、クロスリークが発生する。クロスリークが発生すると、いわゆるケミカルショートの状態となって良好な電圧が取り出せなくなるほか、アノード側水素とカソード側酸素が反応して過酸化水素が発生する。この過酸化水素は電池に供給される加湿ガスの供給配管等に含まれる微量な金属(Fe、Cr、Ni等のイオン)によって分解され、ヒドロキシラジカルや過酸化ラジカルが生成する。これらのラジカルによりプロトン交換膜の劣化が促進されるという問題が生じる。   At this time, the proton exchange membrane must also serve as a gas barrier partition. When the gas permeability of the proton exchange membrane is high, leakage of anode-side hydrogen to the cathode and leakage of cathode-side oxygen to the anode, that is, cross-leakage occurs. When a cross leak occurs, a so-called chemical short circuit occurs and a good voltage cannot be taken out, and hydrogen on the anode side reacts with oxygen on the cathode side. This hydrogen peroxide is decomposed by a trace amount of metal (ions such as Fe, Cr, Ni, etc.) contained in the supply pipe of the humidified gas supplied to the battery to generate hydroxy radicals and peroxide radicals. These radicals cause a problem that the deterioration of the proton exchange membrane is promoted.

一方で、電池の内部抵抗を小さくし、出力をより高くするという観点から、電解質であるプロトン交換膜の薄膜化が検討されている。しかし、プロトン交換膜を薄膜化するとガスバリア隔壁としての効果が低下するため、クロスリークの問題はより深刻なものとなる。さらに、プロトン交換膜を薄膜化することで、膜自体の機械的強度が低下するため、膜電極接合体の作製やセル組み立て時の膜の取扱い性が困難になったり、カソード側で発生した水を含んで寸法変化することにより膜が破れたりするという物理的な問題がある。
そこで、このような問題を解決するために、従来は特許文献1のように延伸膨張ポリテトラフルオロエチレン膜に電解質を充填したポリマー電解質燃料電池用複合膜が提案されている。しかしポリテトラフルオロエチレン膜はコストが高く、燃料電池用複合膜のコストを上げてしまう問題がある。さらに燃料電池車では、運転中のアクセルワークによる負荷変動により、電解質膜が膨潤、収縮を繰り返す。この膨潤、収縮により電解質膜の寸法が変化し破膜してしまう問題に対して、ポリテトラフルオロエチレン膜よりも強固に寸法変化を抑える補強材が望まれている。
On the other hand, from the viewpoint of reducing the internal resistance of the battery and increasing the output, it has been studied to reduce the thickness of the proton exchange membrane that is an electrolyte. However, if the proton exchange membrane is thinned, the effect as a gas barrier partition is reduced, and the problem of cross leak becomes more serious. Furthermore, since the mechanical strength of the membrane itself is reduced by reducing the thickness of the proton exchange membrane, it becomes difficult to handle the membrane during fabrication of the membrane electrode assembly and cell assembly, and water generated on the cathode side. There is a physical problem that the film is torn by changing the dimensions including.
In order to solve such problems, conventionally, a composite membrane for a polymer electrolyte fuel cell in which an expanded polytetrafluoroethylene membrane is filled with an electrolyte as in Patent Document 1 has been proposed. However, the cost of the polytetrafluoroethylene membrane is high, and there is a problem that the cost of the composite membrane for fuel cells is increased. Furthermore, in a fuel cell vehicle, the electrolyte membrane repeatedly swells and contracts due to load fluctuations caused by the accelerator work during operation. In response to the problem that the electrolyte membrane changes in size due to swelling and shrinkage, a reinforcing material that suppresses the dimensional change more strongly than the polytetrafluoroethylene membrane is desired.

そこで、下記のとおり、ポリテトラフルオロエチレン以外の高分子化合物からなる微多孔膜に、電解質を充填することで電解質膜を得る方法が提案されている。   Therefore, as described below, a method for obtaining an electrolyte membrane by filling a microporous membrane made of a polymer compound other than polytetrafluoroethylene with an electrolyte has been proposed.

例えば、特許文献2では、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィンからなる多孔性薄膜の空孔にイオン交換樹脂を充填して電解質膜を得る技術が記載されている。ポリオレフィンを多孔性薄膜に用いることで、ポリテトラフルオロエチレンよりも低コストで電解質膜を得ることが可能となる。   For example, Patent Document 2 describes a technique for obtaining an electrolyte membrane by filling a hole in a porous thin film made of polyolefin such as polyethylene and polypropylene with an ion exchange resin. By using polyolefin for the porous thin film, an electrolyte membrane can be obtained at a lower cost than polytetrafluoroethylene.

特許文献3では、超高分子量ポリエチレンと4−メチル−1−ペンテンの共重合物からなり、透気度が高く、機械的特性、耐熱性に優れた微多孔膜が提案されている。   Patent Document 3 proposes a microporous membrane made of a copolymer of ultrahigh molecular weight polyethylene and 4-methyl-1-pentene, having high air permeability, excellent mechanical properties and heat resistance.

特許文献4では、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体からなる多孔質体に電解質材料を含浸し、ハンドリング性、耐久性、出力特性、及び含水時の寸法安定性に優れた固体高分子形燃料電池用電解質膜が提案されている。   Patent Document 4 discloses a polymer electrolyte fuel cell in which a porous body made of an ethylene-tetrafluoroethylene copolymer is impregnated with an electrolyte material and has excellent handling properties, durability, output characteristics, and dimensional stability when containing water. Electrolyte membranes have been proposed.

特許第4402625号明細書Japanese Patent No. 4402625 特公昭64−22932号公報Japanese Patent Publication No. 64-22932 特開2011−184671号公報JP 2011-184671 A 特許第4857560号明細書Japanese Patent No. 4857560

しかしながら、上記特許文献2から3に記載された電解質膜は、微多孔膜が炭化水素系の材料であるため、十分な化学耐久性が得られない。また、特許文献4に記載された電解質膜では、高分子構造中に炭素−フッ素結合が存在するものの、炭素−水素結合が最も少なくなる高分子組成でも、エチレンとテトラフルオロエチレンのモル比が70/30であることから、燃料電池の運転中に発生する活性化ラジカルに対する耐性が低く、十分な化学耐久性が得られないという問題がある。また耐熱性が低く、電解質を含浸させて高分子電解質膜を作製する際、加熱工程で微多孔が収縮もしくは埋没してしまい、電気特性を著しく低下させるという問題を生じる。   However, the electrolyte membranes described in Patent Documents 2 to 3 do not have sufficient chemical durability because the microporous membrane is a hydrocarbon-based material. In the electrolyte membrane described in Patent Document 4, although the carbon-fluorine bond is present in the polymer structure, the molar ratio of ethylene to tetrafluoroethylene is 70 even in the polymer composition in which the carbon-hydrogen bond is minimized. Therefore, there is a problem that resistance to activated radicals generated during operation of the fuel cell is low and sufficient chemical durability cannot be obtained. In addition, since the heat resistance is low and the polymer electrolyte membrane is impregnated with the electrolyte, the micropores are contracted or buried in the heating process, which causes a problem that the electrical characteristics are remarkably deteriorated.

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、機械的強度に優れ、化学耐久性の高い高分子電解質膜、膜電極接合体、及び固体高分子形燃料電池を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a polymer electrolyte membrane, a membrane electrode assembly, and a solid polymer fuel cell having excellent mechanical strength and high chemical durability. To do.

本発明者らは、上記課題を解決する為に鋭意検討した結果、炭素−水素結合の一部がフッ素化した鎖状ポリフルオロオレフィン製微多孔膜であって、当該鎖状ポリフルオロオレフィン製微多孔膜を電解質と複合化することで上記課題を解決できることを見出し、本発明をするに至った。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the inventors of the present invention are a microporous membrane made of a chain polyfluoroolefin in which a part of the carbon-hydrogen bond is fluorinated, It has been found that the above-mentioned problems can be solved by compositing a porous membrane with an electrolyte, and the present invention has been accomplished.

すなわち本発明は、以下のとおりである。
〔1〕
鎖状ポリフルオロオレフィン製微多孔膜(A)と、
前記鎖状ポリフルオロオレフィン製微多孔膜(A)に含浸される高分子電解質(B)と、
を有し、
前記鎖状ポリフルオロオレフィン製微多孔膜(A)の骨格中に下記式(1)又は下記式(2)の構造が含まれ、
前記鎖状ポリフルオロオレフィン製微多孔膜(A)中における、下記式(3)で表されるC−H結合の割合が、0.01%以上30%未満である、高分子電解質膜。
−CX12CX3(CX456)− (1)
(X1からX3は、各々独立して、水素又はフッ素原子を表す。X4からX6は、各々独立して、水素、フッ素原子又は炭素数1〜5のアルキル基を表す。ここで、X1からX3がいずれもフッ素の場合、前記鎖状ポリフルオロオレフィン製微多孔膜(A)は、X4からX6の少なくとも1つが水素であるCX456部位を構造中に1つ以上含有する、又はX4からX6の少なくとも1つが炭素−水素結合を少なくとも1つ含有する炭素数1〜5のアルキル基であるCX456部位を構造中に1つ以上含有する。また、X1とX2のいずれか1つが水素の場合、前記鎖状ポリフルオロオレフィン製微多孔膜(A)は、X3からX6の少なくとも1つが水素であるCX3(CX456)部位を構造中に1つ以上含有する、又はX3からX6の少なくとも1つが炭素−水素結合を少なくとも1つ含有する炭素数1〜5のアルキル基であるCX3(CX456)部位を構造中に1つ以上含有する。)
−CX12CX34− (2)
(X1からX4は水素又はフッ素原子を表す。)
C−H結合の割合=(前記鎖状ポリフルオロオレフィン製微多孔膜(A)中のC−H結合)/{(前記鎖状ポリフルオロオレフィン製微多孔膜(A)中のC−F結合)+(前記鎖状ポリフルオロオレフィン製微多孔膜(A)中のC−H結合)}×100(%) (3)
〔2〕
〔1〕に記載の高分子電解質膜を有する、膜電極接合体。
〔3〕
〔2〕に記載の膜電極接合体を有する、固体高分子型燃料電池。
That is, the present invention is as follows.
[1]
A microporous membrane (A) made of chain polyfluoroolefin;
A polymer electrolyte (B) impregnated in the chain polyfluoroolefin microporous membrane (A);
Have
The structure of the following formula (1) or the following formula (2) is included in the skeleton of the chain polyfluoroolefin microporous membrane (A),
The polymer electrolyte membrane in which the proportion of C—H bonds represented by the following formula (3) in the chain polyfluoroolefin microporous membrane (A) is 0.01% or more and less than 30%.
-CX 1 X 2 CX 3 (CX 4 X 5 X 6 )-(1)
(X 1 to X 3 each independently represents a hydrogen atom or a fluorine atom. X 4 to X 6 each independently represents a hydrogen atom, a fluorine atom, or an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms. When X 1 to X 3 are all fluorine, the chain polyfluoroolefin microporous membrane (A) has a CX 4 X 5 X 6 site in which at least one of X 4 to X 6 is hydrogen. One or more CX 4 X 5 X 6 sites in the structure, which is an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, wherein at least one of X 4 to X 6 contains at least one carbon-hydrogen bond When any one of X 1 and X 2 is hydrogen, the chain polyfluoroolefin microporous membrane (A) is CX 3 (wherein at least one of X 3 to X 6 is hydrogen. containing one or more structures in CX 4 X 5 X 6) site, or less from X 3 of X 6 Kutomo One Carbon - containing one or more CX 3 is an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms containing at least one hydrogen bond to (CX 4 X 5 X 6) sites in the structure).
-CX 1 X 2 CX 3 X 4 - (2)
(X 1 to X 4 represent hydrogen or a fluorine atom.)
Ratio of C—H bond = (C—H bond in the chain polyfluoroolefin microporous membrane (A)) / {(C—F bond in the chain polyfluoroolefin microporous membrane (A)) ) + (CH bond in the chain polyfluoroolefin microporous membrane (A))} × 100 (%) (3)
[2]
A membrane electrode assembly comprising the polymer electrolyte membrane according to [1].
[3]
A polymer electrolyte fuel cell comprising the membrane electrode assembly according to [2].

本発明によれば、機械的強度に優れ、化学耐久性の高い高分子電解質膜、膜電極接合体、及び固体高分子形燃料電池を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a polymer electrolyte membrane, a membrane electrode assembly, and a solid polymer fuel cell that have excellent mechanical strength and high chemical durability.

以下、本発明を実施するための形態(以下、「本実施形態」という。)について詳細について詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, a mode for carrying out the present invention (hereinafter referred to as “the present embodiment”) will be described in detail. In addition, this invention is not limited to the following embodiment, It can implement by changing variously within the range of the summary.

本実施形態の高分子電解質膜は、鎖状ポリフルオロオレフィン製微多孔膜(A)と、前記鎖状ポリフルオロオレフィン製微多孔膜(A)に含浸される高分子電解質(B)と、を有し、前記鎖状ポリフルオロオレフィン製微多孔膜(A)の骨格中に下記式(1)又は下記式(2)の構造が含まれ、前記鎖状ポリフルオロオレフィン製微多孔膜(A)中における下記式(3)で表されるC−H結合の割合が、0.01%以上30%未満である。
−CX12CX3(CX456)− (1)
(X1からX3は、各々独立して、水素又はフッ素原子を表す。X4からX6は、各々独立して、水素、フッ素原子又は炭素数1〜5のアルキル基を表す。ここで、X1からX3がいずれもフッ素の場合、前記鎖状ポリフルオロオレフィン製微多孔膜(A)は、X4からX6の少なくとも1つが水素であるCX456部位を構造中に1つ以上含有する、又はX4からX6の少なくとも1つが炭素−水素結合を少なくとも1つ含有する炭素数1〜5のアルキル基であるCX456部位を構造中に1つ以上含有する。また、X1とX2のいずれか1つが水素の場合、前記鎖状ポリフルオロオレフィン製微多孔膜(A)は、X3からX6の少なくとも1つが水素であるCX3(CX456)部位を構造中に1つ以上含有する、又はX3からX6の少なくとも1つが炭素−水素結合を少なくとも1つ含有する炭素数1〜5のアルキル基であるCX3(CX456)部位を構造中に1つ以上含有する。)
−CX12CX34− (2)
(X1からX4は水素又はフッ素原子を表す。)
C−H結合の割合=(前記鎖状ポリフルオロオレフィン製微多孔膜(A)中のC−H結合)/{(前記鎖状ポリフルオロオレフィン製微多孔膜(A)中のC−F結合)+(前記鎖状ポリフルオロオレフィン製微多孔膜(A)中のC−H結合)}×100(%) (3)
このように構成されているため、本実施形態の高分子電解質膜は、寸法安定性、化学耐久性のバランスが良好であり、優れた電池性能を発揮することができる。
The polymer electrolyte membrane of this embodiment comprises a chain polyfluoroolefin microporous membrane (A) and a polymer electrolyte (B) impregnated in the chain polyfluoroolefin microporous membrane (A). And the structure of the following formula (1) or the following formula (2) is included in the skeleton of the chain polyfluoroolefin microporous membrane (A), and the chain polyfluoroolefin microporous membrane (A) The ratio of the C—H bond represented by the following formula (3) is 0.01% or more and less than 30%.
-CX 1 X 2 CX 3 (CX 4 X 5 X 6 )-(1)
(X 1 to X 3 each independently represents a hydrogen atom or a fluorine atom. X 4 to X 6 each independently represents a hydrogen atom, a fluorine atom, or an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms. When X 1 to X 3 are all fluorine, the chain polyfluoroolefin microporous membrane (A) has a CX 4 X 5 X 6 site in which at least one of X 4 to X 6 is hydrogen. One or more CX 4 X 5 X 6 sites in the structure, which is an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, wherein at least one of X 4 to X 6 contains at least one carbon-hydrogen bond When any one of X 1 and X 2 is hydrogen, the chain polyfluoroolefin microporous membrane (A) is CX 3 (wherein at least one of X 3 to X 6 is hydrogen. containing one or more structures in CX 4 X 5 X 6) site, or less from X 3 of X 6 Kutomo One Carbon - containing one or more CX 3 is an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms containing at least one hydrogen bond to (CX 4 X 5 X 6) sites in the structure).
-CX 1 X 2 CX 3 X 4 - (2)
(X 1 to X 4 represent hydrogen or a fluorine atom.)
Ratio of C—H bond = (C—H bond in the chain polyfluoroolefin microporous membrane (A)) / {(C—F bond in the chain polyfluoroolefin microporous membrane (A)) ) + (CH bond in the chain polyfluoroolefin microporous membrane (A))} × 100 (%) (3)
Since it is comprised in this way, the polymer electrolyte membrane of this embodiment has the favorable balance of dimensional stability and chemical durability, and can exhibit the outstanding battery performance.

〔鎖状ポリフルオロオレフィン製微多孔膜(A)〕
本実施形態における鎖状ポリフルオロオレフィン製微多孔膜(A)は、高分子化合物を含む微多孔膜であって、該微多孔膜の炭素−水素結合の一部がフッ素化されているものということができる。なお、鎖状ポリフルオロオレフィン製微多孔膜(A)は、直鎖状の高分子化合物を含むものであってもよく、分岐状の高分子化合物を含むものであってもよい。上記のように炭素−フッ素結合を形成させることで、燃料電池の運転中に発生する活性化ラジカルに対する耐久性が向上する。さらに、上記式(1)又は式(2)に記載のように、構造中にC−H結合を特定の範囲で有することで、加熱工程において、当該C−H結合部位が他の部分と融着することができ、良好な化学耐久性を確保しつつ優れた機械強度を得ることができる。さらに、本実施形態における鎖状ポリフルオロオレフィン製微多孔膜(A)は、電解質の含浸性にも優れている。上記のとおり、微多孔膜(A)は、電解質の含浸性、電解質との密着性、機械的強度のバランスに優れるものである。
[Microporous membrane made of chain polyfluoroolefin (A)]
The microporous membrane (A) made of chain polyfluoroolefin in the present embodiment is a microporous membrane containing a polymer compound, and a part of carbon-hydrogen bonds of the microporous membrane is fluorinated. be able to. The chain polyfluoroolefin-made microporous membrane (A) may include a linear polymer compound or a branched polymer compound. By forming a carbon-fluorine bond as described above, durability against activated radicals generated during operation of the fuel cell is improved. Furthermore, as described in the above formula (1) or formula (2), by having a C—H bond in a specific range in the structure, the C—H bond site is fused with other parts in the heating step. It can be worn, and excellent mechanical strength can be obtained while ensuring good chemical durability. Furthermore, the microporous membrane (A) made of chain polyfluoroolefin in this embodiment is also excellent in electrolyte impregnation properties. As described above, the microporous membrane (A) is excellent in the balance between the impregnation property of the electrolyte, the adhesion with the electrolyte, and the mechanical strength.

本実施形態における鎖状ポリフルオロオレフィン製微多孔膜(A)は、高分子化合物を含む微多孔膜(A’)を前駆体として得ることができる。微多孔膜(A’)としては、以下に限定されないが、例えば、ポリオレフィン樹脂、ビニル重合樹脂、縮重合樹脂、天然高分子等を含む微多孔膜が挙げられる。これらは単独で用いてもよく、2種類以上組み合わせて用いてもよい。また、ポリオレフィン樹脂を構成するモノマーとビニル重合樹脂を構成するモノマーを共重合させる等、異素材同士のモノマーを組み合わせることで微多孔膜を形成させることもできる。   The microporous membrane (A) made of chain polyfluoroolefin in the present embodiment can be obtained using a microporous membrane (A ′) containing a polymer compound as a precursor. Examples of the microporous membrane (A ′) include, but are not limited to, microporous membranes containing a polyolefin resin, a vinyl polymerization resin, a condensation polymerization resin, a natural polymer, and the like. These may be used alone or in combination of two or more. Moreover, a microporous film can also be formed by combining monomers of different materials, such as copolymerizing a monomer constituting a polyolefin resin and a monomer constituting a vinyl polymerization resin.

ポリオレフィン樹脂としては、特に限定されないが、プロピレン又はエチレンを主な単量体成分として含有する重合体が好ましい。このポリオレフィン樹脂は上記の主な単量体成分のみからなるものであってもよいが、それ以外にも、ブテン、ペンテン、ヘキセン、シクロヘキセン、4−メチル−1−ペンテン等の単量体成分を含有していてもよい。   The polyolefin resin is not particularly limited, but a polymer containing propylene or ethylene as a main monomer component is preferable. This polyolefin resin may be composed of only the main monomer components described above, but in addition, monomer components such as butene, pentene, hexene, cyclohexene, 4-methyl-1-pentene, etc. may be used. You may contain.

本実施形態に係るポリオレフィン樹脂の具体例としては、以下に限定されないが、超高分子量ポリエチレン(UHMWPE)、高密度ポリエチレン(HDPE)、中密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン(LDPE)、チーグラー系マルチサイト触媒を用いて得られる直鎖状低密度ポリエチレン及び超低密度ポリエチレン等のポリエチレン、ポリプロピレン、ポリヘキサジエン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、シングルサイト触媒を用いて得られるエチレン系重合体、プロピレンと共重合可能な他の単量体との共重合体(プロピレン−エチレン共重合体、プロピレン−エチレン−α−オレフィン共重合体等)、ノルボルネン−エチレン共重合体等やこれらの混合物が挙げられる。上記の中でも微多孔膜の成形性の観点から、ポリエチレンとの共重合体が好ましく、フッ素化によって得られる微多孔膜の機械物性の観点から、より好ましくは超高分子量ポリエチレンとの共重合体や高密度ポリエチレンとの共重合体、更に好ましくは超高分子量ポリエチレンとの共重合体である。微多孔膜の成形性及び物性(機械強度、空隙率、膜厚)の観点からは、超高分子量ポリエチレンとの共重合体が特に好ましい。また、耐熱性、フッ素化によって得られる微多孔膜の機械物性の観点からは、ポリプロピレンとの共重合体が好ましい。   Specific examples of the polyolefin resin according to this embodiment include, but are not limited to, ultrahigh molecular weight polyethylene (UHMWPE), high density polyethylene (HDPE), medium density polyethylene, low density polyethylene (LDPE), and Ziegler multisite catalyst. Copolymer such as linear low-density polyethylene and ultra-low-density polyethylene obtained by using polypropylene, polypropylene, polyhexadiene, ethylene-vinyl acetate copolymer, ethylene polymer obtained using a single site catalyst, and copolymerization with propylene Copolymers with other possible monomers (propylene-ethylene copolymers, propylene-ethylene-α-olefin copolymers, etc.), norbornene-ethylene copolymers, and mixtures thereof are mentioned. Among them, a copolymer with polyethylene is preferable from the viewpoint of moldability of the microporous film, and a copolymer with ultrahigh molecular weight polyethylene is more preferable from the viewpoint of mechanical properties of the microporous film obtained by fluorination. A copolymer with high density polyethylene, more preferably a copolymer with ultrahigh molecular weight polyethylene. From the viewpoint of moldability and physical properties (mechanical strength, porosity, film thickness) of the microporous membrane, a copolymer with ultrahigh molecular weight polyethylene is particularly preferable. Further, from the viewpoint of heat resistance and mechanical properties of the microporous membrane obtained by fluorination, a copolymer with polypropylene is preferred.

ビニル重合樹脂としては、特に限定されないが、アクリル酸エステル、酢酸ビニル等を主な単量体成分として含有する重合体が好ましい。このビニル重合体樹脂は上記の主な単量体成分のみからなるものであってもよいが、それ以外にも、ポリオレフィンやビニル基と重合可能な化合物との共重合体であってもよい。   Although it does not specifically limit as vinyl polymerization resin, The polymer which contains acrylic acid ester, vinyl acetate, etc. as main monomer components is preferable. The vinyl polymer resin may be composed of only the main monomer components described above, but may be a copolymer of a polyolefin or a vinyl group and a polymerizable compound.

本実施形態に係るビニル重合樹脂の具体例としては、以下に限定されないが、例えば、ポリアクリル酸メチル、ポリアクリル酸エチル、ポリ酢酸ビニル、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、酢酸ビニル−エチレン−塩化ビニル三元共重合体等が挙げられる。   Specific examples of the vinyl polymer resin according to the present embodiment are not limited to the following, but include, for example, polymethyl acrylate, polyethyl acrylate, polyvinyl acetate, ethylene-vinyl acetate copolymer, ethylene-vinyl alcohol copolymer. And a vinyl acetate-ethylene-vinyl chloride terpolymer.

縮重合樹脂としては、以下に限定されないが、例えば、ポリエステル、エポキシ樹脂、ポリウレタン、ポリアミド、ポリイミド及びこれらの共重合体等が挙げられる。   Examples of the condensation polymerization resin include, but are not limited to, polyester, epoxy resin, polyurethane, polyamide, polyimide, and copolymers thereof.

ポリエステルとは、エステル結合を有する化合物であり、多価カルボン酸と多価アルコールを縮重合して得られる。具体例としては、以下に限定されないが、ポリエチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等が挙げられる。   Polyester is a compound having an ester bond and is obtained by polycondensation of a polyvalent carboxylic acid and a polyhydric alcohol. Specific examples include, but are not limited to, polyethylene terephthalate, polytrimethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyethylene naphthalate, and the like.

エポキシ樹脂とは、エポキシ基を有する樹脂であり、該エポキシ基で架橋ネットワーク化させ、硬化させることで得られる。本実施形態に係るエポキシ樹脂は、以下に限定されないが、例えば、脂肪族グリシジルエーテル型エポキシ樹脂、脂肪族グリシジルエステル型エポキシ樹脂、脂環族グリシジルエーテル型エポキシ樹脂、脂環族グリシジルエステル型エポキシ樹脂などの非芳香族エポキシ樹脂が挙げられる。これらは1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。   The epoxy resin is a resin having an epoxy group, and is obtained by forming a crosslinked network with the epoxy group and curing it. Although the epoxy resin which concerns on this embodiment is not limited to the following, for example, an aliphatic glycidyl ether type epoxy resin, an aliphatic glycidyl ester type epoxy resin, an alicyclic glycidyl ether type epoxy resin, an alicyclic glycidyl ester type epoxy resin And non-aromatic epoxy resins. These may be used alone or in combination of two or more.

これらのうち、耐薬品性や膜強度を確保するため、さらには多孔シートとする上で均一な三次元網目状骨格と均一な空孔を形成する観点から、脂環族グリシジルエーテル型エポキシ樹脂、及び脂環族グリシジルエステル型エポキシ樹脂からなる群より選択される少なくとも1種の脂環族エポキシ樹脂を用いることが好ましい。特に、エポキシ当量が6000以下で、融点が170℃以下である脂環族グリシジルエーテル型エポキシ樹脂、及び脂環族グリシジルエステル型エポキシ樹脂からなる群より選択される少なくとも1種の脂環族エポキシ樹脂を用いることが好ましい。   Among these, in order to ensure chemical resistance and film strength, further, from the viewpoint of forming a uniform three-dimensional network skeleton and uniform pores on the porous sheet, an alicyclic glycidyl ether type epoxy resin, And at least one alicyclic epoxy resin selected from the group consisting of alicyclic glycidyl ester type epoxy resins. In particular, at least one alicyclic epoxy resin selected from the group consisting of an alicyclic glycidyl ether type epoxy resin having an epoxy equivalent of 6000 or less and a melting point of 170 ° C. or less, and an alicyclic glycidyl ester type epoxy resin. Is preferably used.

ポリウレタンは、多価アルコールと多価イソシアネートの重縮合物である。本実施形態に用いられるポリウレタンは、例えば、特開昭58−52329号公報に記載されているように、多価アルコールとして、ポリテトラメチレンオキシドグリコール、ポリエチレンアジペートグリコール、ポリカプロラクトングリコールを、多価イソシアネートとして、ジフェニルメタン−4,4′−ジインシアネート、4.4’−ジアミノジフェニルメタンをそれぞれ1種以上、重縮合することによって得られる。   Polyurethane is a polycondensate of polyhydric alcohol and polyvalent isocyanate. The polyurethane used in this embodiment is, for example, polytetramethylene oxide glycol, polyethylene adipate glycol, or polycaprolactone glycol as a polyhydric alcohol, as described in JP-A-58-52329. Can be obtained by polycondensation of at least one of diphenylmethane-4,4′-diinocyanate and 4.4′-diaminodiphenylmethane.

ポリアミド樹脂としては、例えばナイロン6、ナイロン66、ナイロン46、ナイロン610、ナイロン12、ポリメタキシレンアジパミド等のように、アミド結合を有する化合物であり、ジカルボン酸とジアミンを縮重合して得られる。   The polyamide resin is a compound having an amide bond such as nylon 6, nylon 66, nylon 46, nylon 610, nylon 12, polymetaxylene adipamide, and is obtained by condensation polymerization of dicarboxylic acid and diamine. It is done.

本実施形態に用いられるポリアミドは、例えば、特開平9−134739号公報に記載されているように、フッ素化した後の微多孔膜の機械物性向上の観点から芳香族環を有するポリアミドが好ましく、実質的に次の化学構造構成単位(A−1)〜(A−3)からなる群より選択された単位を主構成単位とし、その組み合わせにより形成されるポリアミド樹脂であることがより好ましい。
−NH−Ar1 −NH− (A−1)
−CO−Ar2 −CO− (A−2)
−CO−Ar3 −NH− (A−3)
The polyamide used in the present embodiment is preferably a polyamide having an aromatic ring from the viewpoint of improving the mechanical properties of the microporous membrane after fluorination, as described in, for example, JP-A-9-13439. It is more preferable that the polyamide resin is formed by combining a unit selected from the group consisting of the following chemical structural structural units (A-1) to (A-3) substantially as a main structural unit.
—NH—Ar 1 —NH— (A-1)
-CO-Ar 2 -CO- (A- 2)
—CO—Ar 3 —NH— (A-3)

ここでAr1 、Ar2 、Ar3 は、芳香環構造又は複数の芳香環が連結された構造を有する二価基を表す。また、Ar1 、Ar2 、Ar3 中の炭素数は6〜20の範囲とすることができ、好ましくは6〜15の範囲であり、より好ましくは6〜12の範囲であり、さらに好ましくは6である。Ar1 、Ar2 、Ar3は同一でも異なっていてもよく、これらの代表例としては下記式(A−4)〜(A−7)で表される二価基が挙げられる。 Here, Ar 1 , Ar 2 and Ar 3 represent a divalent group having an aromatic ring structure or a structure in which a plurality of aromatic rings are linked. Further, the number of carbon atoms in Ar 1 , Ar 2 , and Ar 3 can be in the range of 6 to 20, preferably in the range of 6 to 15, more preferably in the range of 6 to 12, and still more preferably. 6. Ar 1 , Ar 2 and Ar 3 may be the same or different, and typical examples thereof include divalent groups represented by the following formulas (A-4) to (A-7).

Figure 2017010785
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Figure 2017010785
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Figure 2017010785
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Figure 2017010785
(上記式において、Xは、−O−、−CH2 −、−SO2 −、−S−、−CO−、−C(CH32 −、−C(CF32 −等の二価の連結基である。)
Figure 2017010785
(In the above formula, X represents two such as —O—, —CH 2 —, —SO 2 —, —S—, —CO—, —C (CH 3 ) 2 —, —C (CF 3 ) 2 —, etc. Valent linking group.)

また式(A−7)の例として下記式(A−8)〜(A−9)で表される二価基が挙げられる。   Examples of the formula (A-7) include divalent groups represented by the following formulas (A-8) to (A-9).

Figure 2017010785
(上記式において、Xは、前述の定義と同様である。)
Figure 2017010785
(In the above formula, X is as defined above.)

Figure 2017010785
(上記式において、Xは、前述の定義と同様である。)
Figure 2017010785
(In the above formula, X is as defined above.)

また、これらの芳香環上の水素の一部が、塩素原子やフッ素原子等のハロゲン原子、ニトロ基、低級アルキル基、低級アルコキシ基等で置換されているものもAr1 、Ar2 、Ar3に含まれる。また、本実施形態の作用効果を阻害しない範囲で、本実施形態における重合体は、構成単位としてメチレン単位、ピリジレン単位やエステル、ウレタン、尿素、エーテル、チオエーテルなどの単位が共重合されたものであってもよい。 Also, Ar 1 , Ar 2 , Ar 3 in which a part of hydrogen on these aromatic rings is substituted with a halogen atom such as a chlorine atom or a fluorine atom, a nitro group, a lower alkyl group, a lower alkoxy group or the like. include. In addition, the polymer in the present embodiment is a copolymer obtained by copolymerizing methylene units, pyridylene units, units such as esters, urethane, urea, ethers, thioethers, etc. There may be.

ポリイミドは酸二無水物とジアミンとからなり、種々の酸二無水物及びジアミンからなるポリイミド樹脂を用いることができる。本実施形態に用いられるポリイミドとしては、例えば、特開2014−132057号公報に記載されているように、下記式(A−10)の構造を有する繰返し単位を有するポリアミド酸のホモポリマー若しくはコポリマー、又は部分イミド化したポリアミド酸のホモポリマー若しくはコポリマーであるポリイミド前駆体から加熱工程を得て得られるものが挙げられる。   The polyimide is composed of an acid dianhydride and a diamine, and polyimide resins composed of various acid dianhydrides and diamines can be used. As the polyimide used in the present embodiment, for example, as described in JP 2014-132057 A, a polyamic acid homopolymer or copolymer having a repeating unit having the structure of the following formula (A-10), Or what is obtained by obtaining a heating process from the polyimide precursor which is a homopolymer or copolymer of the polyamic acid partially imidized is mentioned.

Figure 2017010785
Figure 2017010785

式(A−10)において、Rは4価の芳香族残基から選ばれる基を示し、好ましくは下記式(A−11)に示す構造式から選ばれる基である。   In the formula (A-10), R represents a group selected from tetravalent aromatic residues, and preferably a group selected from the structural formula shown in the following formula (A-11).

Figure 2017010785
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また、式(A−10)において、R’は1〜4個の炭素6員環を有する2価の芳香族残基を示す。R’としては次の式(A−12)に示す構造から選ばれる基が例示される。   In the formula (A-10), R ′ represents a divalent aromatic residue having 1 to 4 carbon 6-membered rings. R ′ is exemplified by a group selected from the structures represented by the following formula (A-12).

Figure 2017010785
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本実施形態における天然高分子としては、タンパク質、核酸、脂質、多糖類(セルロース、デンプンなど)、天然ゴムが含まれ、セルロース、天然ゴム等を好ましく用いることができる。また、これらの天然高分子を原料に、種々の官能基を導入した高分子化合物も用いることが可能である。   The natural polymer in the present embodiment includes proteins, nucleic acids, lipids, polysaccharides (cellulose, starch, etc.) and natural rubber, and cellulose, natural rubber and the like can be preferably used. In addition, polymer compounds into which various functional groups are introduced using these natural polymers as raw materials can also be used.

本実施形態に用いられるセルロース樹脂としては、以下に限定されないが、例えば、セルロース(パルプ、コットンリンター、再生セルロースなど)のほか、セルローストリアセテート、セルロースジアセテート、セルロースアセテートブチレート、セルロースアセテートプロピオネート等のセルロースアシレート等が挙げられる。   The cellulose resin used in the present embodiment is not limited to the following. For example, in addition to cellulose (pulp, cotton linter, regenerated cellulose, etc.), cellulose triacetate, cellulose diacetate, cellulose acetate butyrate, cellulose acetate propionate And cellulose acylate.

また本実施形態に用いられるセルロース樹脂を含む微多孔膜としては、例えば、特開2008−274525号公報に記載があるように、ナノファイバー化したセルロース化合物とすることができる。   Moreover, as a microporous film containing the cellulose resin used for this embodiment, it can be set as the nanofiber-ized cellulose compound as it describes in Unexamined-Japanese-Patent No. 2008-274525, for example.

本実施形態における微多孔膜(A’)は、以下に限定されないが、例えば、特開平3−64334号公報、特開平9−216964号公報、特開平11−130899公報、特許庁作成の平成16年度標準技術集有機高分子多孔質体等に記載の方法によって得ることができる。なお、このような基材としての微多孔膜(A’)は、市販品を用いることもでき、以下に限定されないが、例えば、旭化成「ハイポア」、宇部興産「ユーポア」、東燃タピルス「セテラ」、日東電工「エクセポール」、三井化学「ハイレット」等を用いることができる。   The microporous membrane (A ′) in the present embodiment is not limited to the following, but for example, JP-A-3-64334, JP-A-9-216964, JP-A-11-130899, Heisei 16 prepared by the Japan Patent Office. It can be obtained by the method described in the annual standard technology collection organic polymer porous body. The microporous membrane (A ′) as such a base material can be a commercially available product, and is not limited to the following. For example, Asahi Kasei “Hypore”, Ube Industries “Eupor”, Tonen Tapils “Cetella” Nitto Denko “Exepor”, Mitsui Chemicals “Hilet”, etc. can be used.

また、本実施形態における鎖状ポリフルオロオレフィン製微多孔膜(A)は、必要に応じて、ステアリン酸カリウムやステアリン酸亜鉛等の金属石鹸類、紫外線吸収剤、光安定剤、帯電防止剤、防曇剤、着色顔料等の公知の添加剤を、本実施形態の効果を損なわない範囲で含有してもよい。   In addition, the microporous membrane made of chain polyfluoroolefin in this embodiment (A), if necessary, metal soaps such as potassium stearate and zinc stearate, ultraviolet absorbers, light stabilizers, antistatic agents, You may contain well-known additives, such as an antifogging agent and a color pigment, in the range which does not impair the effect of this embodiment.

本実施形態における鎖状ポリフルオロオレフィン製微多孔膜(A)は、その空孔率が50%〜95%であると好ましく、60%〜95%であるとより好ましく、70%〜95%であると更に好ましく、80%〜95%であるとより更に好ましい。空孔率が50%〜95%の範囲にあることにより、微多孔膜と高分子電解質を複合化して得られる高分子電解質膜のイオン導電性の向上と、強度の向上及び寸法変化の抑制の効果がより顕著となる傾向にある。ここで、微多孔膜の空孔率は、水銀圧入法により水銀ポロシメータ(例えば、島津製作所製、商品名:オートポアIV 9520、初期圧約20kPa)によって測定される値をいう。   The chain polyfluoroolefin microporous membrane (A) in this embodiment preferably has a porosity of 50% to 95%, more preferably 60% to 95%, and 70% to 95%. More preferably, it is more preferably 80% to 95%. When the porosity is in the range of 50% to 95%, the ion conductivity of the polymer electrolyte membrane obtained by combining the microporous membrane and the polymer electrolyte is improved, the strength is improved, and the dimensional change is suppressed. The effect tends to become more prominent. Here, the porosity of the microporous membrane refers to a value measured by a mercury porosimeter (for example, manufactured by Shimadzu Corporation, trade name: Autopore IV 9520, initial pressure of about 20 kPa) by a mercury intrusion method.

本実施形態における鎖状ポリフルオロオレフィン製微多孔膜(A)は、その膜厚が0.1μm〜50μmであると好ましく、0.5μm〜30μmであるとより好ましく、1.0μm〜20μmであると更に好ましく、2.0μm〜20μmであると特に好ましい。膜厚が0.1μm〜50μmの範囲にあることにより、高分子電解質を微多孔膜中に高充填し易くなるとともに、高分子電解質膜の寸法変化がより一層抑制される傾向にある。ここで、鎖状ポリフルオロオレフィン製微多孔膜(A)の膜厚は、その膜を50%RHの恒温恒湿の室内で十分に静置した後、公知の膜厚計(例えば、株式会社東洋精機製作所社製、商品名「B−1」)を用いて測定される値をいう。   The chain polyfluoroolefin-made microporous membrane (A) in this embodiment preferably has a thickness of 0.1 μm to 50 μm, more preferably 0.5 μm to 30 μm, and 1.0 μm to 20 μm. And more preferably 2.0 μm to 20 μm. When the film thickness is in the range of 0.1 μm to 50 μm, it becomes easy to highly fill the polymer electrolyte into the microporous membrane, and the dimensional change of the polymer electrolyte membrane tends to be further suppressed. Here, the film thickness of the chain polyfluoroolefin microporous film (A) is determined by well-known film thickness gauges (for example, inc. The value measured using the Toyo Seiki Seisakusho make, brand name "B-1").

本実施形態における鎖状ポリフルオロオレフィン製微多孔膜(A)は、その空孔(空隙)の孔径が0.03μm〜10μmであると好ましく、0.1μm〜10μmであるとより好ましく、0.3μm〜5μmであると更に好ましく、0.4μm〜3μmであると特に好ましい。孔径が0.03μm〜10μmの範囲にあることにより、高分子電解質が微多孔膜の空隙に充填し易く、且つ、抜け出し難いという効果が奏される傾向にある。ここで、微多孔膜の空孔の孔径はメディアン径(体積)を示し、水銀圧入法により水銀ポロシメータ(例えば、島津製作所製、商品名:オートポアIV 9520)を用いて測定される値をいう。   In the microporous membrane (A) made of chain polyfluoroolefin in the present embodiment, the pore diameter of the pores (voids) is preferably 0.03 μm to 10 μm, more preferably 0.1 μm to 10 μm, and More preferably, it is 3 μm to 5 μm, and particularly preferably 0.4 μm to 3 μm. When the pore diameter is in the range of 0.03 μm to 10 μm, the polymer electrolyte tends to fill the voids of the microporous membrane and has an effect of being difficult to escape. Here, the pore diameter of the pores of the microporous film indicates the median diameter (volume), and is a value measured by a mercury porosimeter (for example, trade name: Autopore IV 9520 manufactured by Shimadzu Corporation) by a mercury intrusion method.

〔高分子微多孔膜のフッ素化〕
本実施形態における微多孔膜(A’)は、高分子電解質の微多孔膜への含浸性、高分子電解質と微多孔膜との密着性、燃料電池の運転中に発生する活性化ラジカルへの耐久性を付与する目的から、重合体分子中に官能基を導入し、さらに分子中の炭素−水素結合を炭素−フッ素結合に変換することが好ましい。なお、本明細書において、「フッ素化」とは、微多孔膜が少なくとも1つの炭素−フッ素結合をもつように処理することをいう。ここで、上記「フッ素化」は微多孔膜中の全ての炭素−水素結合を炭素−フッ素結合に変換する趣旨ではなく、後述するとおり、本実施形態における鎖状ポリフルオロオレフィン製微多孔膜(A)は、特定量の炭素−水素結合をその構造中に含むものである。種々の微多孔膜(A’)に官能基を導入し、炭素−フッ素結合を形成させることにより、フッ素化前の構造を保ちつつ、前記の含浸性、密着性、活性化ラジカルへの耐久性の高い微多孔膜を得ることが可能となる。
[Fluorination of polymer microporous membrane]
The microporous membrane (A ′) in the present embodiment is capable of impregnating the polymer electrolyte into the microporous membrane, adhesion between the polymer electrolyte and the microporous membrane, and activating radicals generated during operation of the fuel cell. For the purpose of imparting durability, it is preferable to introduce a functional group into the polymer molecule and further convert the carbon-hydrogen bond in the molecule to a carbon-fluorine bond. In the present specification, “fluorination” means that the microporous membrane is treated so as to have at least one carbon-fluorine bond. Here, the above “fluorination” is not intended to convert all carbon-hydrogen bonds in the microporous membrane into carbon-fluorine bonds, but as described later, the microporous membrane made of chain polyfluoroolefin in this embodiment ( A) contains a specific amount of carbon-hydrogen bonds in its structure. By introducing functional groups into various microporous membranes (A ′) and forming carbon-fluorine bonds, the impregnation, adhesion and durability to activated radicals are maintained while maintaining the structure before fluorination. It becomes possible to obtain a highly porous microporous film.

微多孔膜(A’)のフッ素化の方法としては、以下に限定されないが、例えば、特開2004−143622号公報に記載があるように、フッ素ガスあるいはフッ素ガスを不活性ガス(例えば、窒素、アルゴン、ヘリウム、炭酸ガス等)で希釈した混合ガスを被処理物に接触させることにより施すことができる。   The method of fluorination of the microporous membrane (A ′) is not limited to the following, but for example, as described in JP-A-2004-143622, fluorine gas or fluorine gas is converted into an inert gas (for example, nitrogen , Argon, helium, carbon dioxide gas, etc.) can be applied by bringing the mixed gas into contact with the object to be processed.

また微多孔膜(A’)をフッ素化しつつ官能基を導入する方法としては、以下に限定されないが、例えば、特開2000−355633号公報及び特開2010−150460号公報に記載があるように、フッ素ガスと酸素原子及び/又は硫黄原子を含有する反応性ガスとを含む混合ガスと接触させることにより施すことができる。本手法により、例えば、スルホン酸基のようなプロトン伝導性基を導入することで、鎖状ポリフルオロオレフィン製微多孔膜(A)自体により良好なプロトン伝導性を付与することが可能となる。   Further, the method for introducing the functional group while fluorinating the microporous membrane (A ′) is not limited to the following, but for example, as described in JP-A Nos. 2000-355633 and 2010-150460. It can be applied by bringing it into contact with a mixed gas containing fluorine gas and a reactive gas containing oxygen atoms and / or sulfur atoms. With this technique, for example, by introducing a proton conductive group such as a sulfonic acid group, good proton conductivity can be imparted to the microporous membrane (A) itself made of a chain polyfluoroolefin.

本実施形態における鎖状ポリフルオロオレフィン製微多孔膜(A)のフッ素化率については、フーリエ変換赤外吸収スペクトル(FT−IR)法や核磁気共鳴(NMR)法によって算出することができる。   The fluorination rate of the chain polyfluoroolefin microporous membrane (A) in the present embodiment can be calculated by a Fourier transform infrared absorption spectrum (FT-IR) method or a nuclear magnetic resonance (NMR) method.

例えばFT−IRを用いたフッ素化率の測定については、特許第5168903号に記載の方法により算出することができる。すなわち、FT−IRにより3100cm-1から2800cm-1までの範囲で計測される主にC−H結合に由来する吸収面積SCH及び、2700cm-1から2000cm-1までの範囲で計測される主にC−F結合に由来するピークの吸収面積SCFを算出する。次に下記式(3−1)によりC−F基残存率(フッ素化率)を算出する。
フッ素化率=SCF / (SCH+SCF) × 100 (%) ・・・(3−1)
For example, the measurement of the fluorination rate using FT-IR can be calculated by the method described in Japanese Patent No. 5168903. That is, the absorption area S CH and derived from predominantly CH bonds measured by the range of the FT-IR from 3100 cm -1 to 2800 cm -1, mainly to be measured in the range from 2700 cm -1 to 2000 cm -1 calculating the absorption area S CF of peak derived from a CF bond to. Next, the C—F group residual ratio (fluorination ratio) is calculated by the following formula (3-1).
Fluorination rate = S CF / (S CH + S CF ) × 100 (%) (3-1)

上記のように得られる鎖状ポリフルオロオレフィン製微多孔膜(A)のフッ素化率は、50.00%以上99.99%以下が好ましく、70.00%以上99.99%以下がより好ましく、85.00%以上99.99%以下がさらに好ましい。フッ素化率が50.00%以上である場合、燃料電池の運転中に発生しうる活性化ラジカルに起因する分解を抑制できる傾向にあり、高分子電解質膜の耐久性が向上する傾向にある。またフッ素化率が99.99%以下である場合、加熱工程におけるC−H結合の融着効果を十分に確保でき、より良好な機械強度が得られる傾向にある。   The fluorination rate of the chain polyfluoroolefin microporous membrane (A) obtained as described above is preferably 50.00% or more and 99.99% or less, more preferably 70.00% or more and 99.99% or less. 85.00% to 99.99% is more preferable. When the fluorination rate is 50.00% or more, there is a tendency that decomposition caused by activated radicals that can occur during operation of the fuel cell can be suppressed, and the durability of the polymer electrolyte membrane tends to be improved. Moreover, when the fluorination rate is 99.99% or less, it is possible to sufficiently secure the C—H bond fusion effect in the heating step and to obtain better mechanical strength.

鎖状ポリフルオロオレフィン製微多孔膜(A)中におけるC−H結合の割合については、フッ素化率と同様にFT−IRを用いて算出することができる。すなわち、FT−IRにより3100cm-1から2800cm-1までの範囲で計測される主にC−H結合に由来する吸収面積SCH及び、2700cm-1から2000cm-1までの範囲で計測される主にC−F結合に由来するピークの吸収面積SCFを算出する。次に下記式(3)によりC−H基残存率を算出する。
C−H結合の割合=(前記鎖状ポリフルオロオレフィン製微多孔膜(A)中のC−H結合)/{(前記鎖状ポリフルオロオレフィン製微多孔膜(A)中のC−F結合)+(前記鎖状ポリフルオロオレフィン製微多孔膜(A)中のC−H結合)}×100(%) (3)
The proportion of C—H bonds in the microporous membrane (A) made of chain polyfluoroolefin can be calculated using FT-IR similarly to the fluorination rate. That is, the absorption area S CH and derived from predominantly CH bonds measured by the range of the FT-IR from 3100 cm -1 to 2800 cm -1, mainly to be measured in the range from 2700 cm -1 to 2000 cm -1 calculating the absorption area S CF of peak derived from a CF bond to. Next, the C—H group residual ratio is calculated by the following formula (3).
Ratio of C—H bond = (C—H bond in the chain polyfluoroolefin microporous membrane (A)) / {(C—F bond in the chain polyfluoroolefin microporous membrane (A)) ) + (CH bond in the chain polyfluoroolefin microporous membrane (A))} × 100 (%) (3)

上記のように得られる鎖状ポリフルオロオレフィン製微多孔膜(A)中におけるC−H結合の割合は、機械特性の向上と化学耐久性の維持の観点から、0.01%以上30%未満であり、好ましくは0.01%以上10%未満であり、より好ましくは0.01%以上5%未満である。   The proportion of C—H bonds in the chain polyfluoroolefin microporous membrane (A) obtained as described above is 0.01% or more and less than 30% from the viewpoint of improving mechanical properties and maintaining chemical durability. And preferably 0.01% or more and less than 10%, more preferably 0.01% or more and less than 5%.

〔高分子電解質(B)〕
本実施形態における高分子電解質(B)は、分子内にイオン交換基を有していれば、構造は特に限定されないが、高分子電解質(B)のイオン交換容量は、0.5〜3.0ミリ当量/gが好ましく、0.65〜2.0ミリ当量/gがより好ましく、0.8〜1.5ミリ当量/gがさらに好ましい。イオン交換当量が3.0ミリ当量/g以下であることにより、高分子電解質膜として利用した際に、燃料電池運転中の高温高加湿下における高分子電解質膜の膨潤がより低減される傾向にある。このように膨潤が低減されることにより、高分子電解質膜の強度の低下や、しわが発生して電極から剥離したりするなどの問題、さらには、ガス遮断性が低下する問題を低減できる傾向にある。また、イオン交換容量が0.5ミリ当量/g以上であることにより、得られた高分子電解質膜を備えた燃料電池の発電能力がより向上する傾向にある。
[Polymer electrolyte (B)]
The structure of the polymer electrolyte (B) in the present embodiment is not particularly limited as long as it has an ion exchange group in the molecule, but the ion exchange capacity of the polymer electrolyte (B) is 0.5-3. 0 meq / g is preferred, 0.65 to 2.0 meq / g is more preferred, and 0.8 to 1.5 meq / g is even more preferred. When the ion exchange equivalent is 3.0 meq / g or less, when used as a polymer electrolyte membrane, swelling of the polymer electrolyte membrane under high temperature and high humidity during fuel cell operation tends to be further reduced. is there. By reducing the swelling in this way, there is a tendency to reduce the problems such as a decrease in the strength of the polymer electrolyte membrane, wrinkles and peeling from the electrode, and further a problem that the gas barrier property is lowered. It is in. Further, when the ion exchange capacity is 0.5 meq / g or more, the power generation capacity of the fuel cell including the obtained polymer electrolyte membrane tends to be further improved.

高分子電解質(B)は、分子内にイオン交換基を有していれば、構造は特に限定されないが、例えば、イオン交換基を有するパーフルオロカーボン高分子化合物、又は、分子内に芳香環を有する、一部がフッ素化された炭化水素系高分子化合物にイオン交換基を導入した化合物などが好ましい。このなかでも、化学的安定性の観点から、イオン交換基を有するパーフルオロカーボン高分子化合物がより好ましい。   The structure of the polymer electrolyte (B) is not particularly limited as long as it has an ion exchange group in the molecule. For example, the polymer electrolyte (B) has a perfluorocarbon polymer compound having an ion exchange group or an aromatic ring in the molecule. A compound in which an ion exchange group is introduced into a partially fluorinated hydrocarbon polymer compound is preferable. Among these, a perfluorocarbon polymer compound having an ion exchange group is more preferable from the viewpoint of chemical stability.

ここで、分子内に芳香環を有する、一部がフッ素化された炭化水素系高分子化合物としては、特に限定されないが、例えば、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンエーテル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルスルホン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリチオエーテルエーテルスルホン、ポリチオエーテルケトン、ポリチオエーテルエーテルケトン、ポリベンゾイミダゾール、ポリベンゾオキサゾール、ポリオキサジアゾール、ポリベンゾオキサジノン、ポリキシリレン、ポリフェニレン、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリン、ポリアセン、ポリシアノゲン、ポリナフチリジン、ポリフェニレンスルフィドスルホン、ポリフェニレンスルホン、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリエステルイミド、ポリアミドイミド、ポリアリレート、芳香族ポリアミド、ポリスチレン、ポリエステル、ポリカーボネート等の分子中の一部がフッ素化された高分子化合物が挙げられる。   Here, the partially fluorinated hydrocarbon polymer compound having an aromatic ring in the molecule is not particularly limited. For example, polyphenylene sulfide, polyphenylene ether, polysulfone, polyether sulfone, polyether ether sulfone. , Polyetherketone, polyetheretherketone, polythioetherethersulfone, polythioetherketone, polythioetheretherketone, polybenzimidazole, polybenzoxazole, polyoxadiazole, polybenzoxazinone, polyxylylene, polyphenylene, polythiophene, polypyrrole, Polyaniline, polyacene, polycyanogen, polynaphthyridine, polyphenylene sulfide sulfone, polyphenylene sulfone, polyimide, polyether De, polyesterimide, polyamideimide, polyarylate, aromatic polyamide, polystyrene, polyester, a portion in the molecule of the polycarbonate, and the like are fluorinated polymer compound.

この中でも、分子内に芳香環を有する、一部がフッ素化された炭化水素系高分子化合物としては、特に限定されないが、耐熱性や耐酸化性、耐加水分解性の観点から、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンエーテル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルスルホン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリチオエーテルエーテルスルホン、ポリチオエーテルケトン、ポリチオエーテルエーテルケトン、ポリベンゾイミダゾール、ポリベンゾオキサゾール、ポリオキサジアゾール、ポリベンゾオキサジノン、ポリキシリレン、ポリフェニレン、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリン、ポリアセン、ポリシアノゲン、ポリナフチリジン、ポリフェニレンスルフィドスルホン、ポリフェニレンスルホン、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリエステルイミドの分子中の一部がフッ素化された高分子化合物が好ましい。   Among these, the partially fluorinated hydrocarbon polymer compound having an aromatic ring in the molecule is not particularly limited, but from the viewpoint of heat resistance, oxidation resistance, and hydrolysis resistance, polyphenylene sulfide, Polyphenylene ether, polysulfone, polyethersulfone, polyetherethersulfone, polyetherketone, polyetheretherketone, polythioetherethersulfone, polythioetherketone, polythioetheretherketone, polybenzimidazole, polybenzoxazole, polyoxadiazole, Polybenzoxazinone, polyxylylene, polyphenylene, polythiophene, polypyrrole, polyaniline, polyacene, polycyanogen, polynaphthyridine, polyphenylene sulfide sulfone, polyphenyle Sulfone, a polyimide, polyether imide, a polymer compound in which a part of the molecule has been fluorinated polyester imide are preferable.

なお、これらに導入するイオン交換基としては、特に限定されないが、例えば、スルホン酸基、スルホンイミド基、スルホンアミド基、カルボン酸基、リン酸基等が好ましい。このなかでも、特にスルホン酸基が好ましい。   In addition, although it does not specifically limit as an ion exchange group introduce | transduced into these, For example, a sulfonic acid group, a sulfonimide group, a sulfonamide group, a carboxylic acid group, a phosphoric acid group etc. are preferable. Among these, a sulfonic acid group is particularly preferable.

また、イオン交換基を有するパーフルオロカーボン高分子化合物としては、特に限定されないが、例えば、パーフルオロカーボンスルホン酸樹脂、パーフルオロカーボンカルボン酸樹脂、パーフルオロカーボンスルホンイミド樹脂、パーフルオロカーボンスルホンアミド樹脂、パーフルオロカーボンリン酸樹脂、又はこれら樹脂のアミン塩、金属塩等が挙げられる。   Further, the perfluorocarbon polymer compound having an ion exchange group is not particularly limited. For example, perfluorocarbon sulfonic acid resin, perfluorocarbon carboxylic acid resin, perfluorocarbon sulfonimide resin, perfluorocarbon sulfonamide resin, perfluorocarbon phosphoric acid. Examples of the resin include amine salts and metal salts of these resins.

パーフルオロカーボン高分子化合物としては、特に限定されないが、より具体的には、下記式(4)で表される重合体が挙げられる。
−[CF2CX12a−[CF2−CF(−O−(CF2−CF(CF23))b−Oc−(CFR1d−(CFR2e−(CF2f−X4)]g− (4)
(式(4)中、X1、X2及びX3は、互いに独立して、ハロゲン元素又は炭素数1以上3以下のパーフルオロアルキル基である。a及びgは、0≦a<1、0<g≦1、a+g=1である。bは0以上8以下の整数である。cは0又は1である。d及びeは、互いに独立して、0以上6以下の整数である。fは、0以上10以下の整数である。ただし、d+e+fは0に等しくない。R1及びR2は、互いに独立して、ハロゲン元素、炭素数1以上10以下のパーフルオロアルキル基又はフルオロクロロアルキル基である。X4はCOOZ、SO3Z、PO32又はPO3HZである。ここで、Zは水素原子、アルカリ金属原子、アルカリ土類金属原子又はアミン類(NH4、NH33、NH234、NHR345、NR3456)である。またR3、R4、R5及びR6はアルキル基又はアリール基である。)
Although it does not specifically limit as a perfluorocarbon high molecular compound, More specifically, the polymer represented by following formula (4) is mentioned.
- [CF 2 CX 1 X 2 ] a - [CF 2 -CF (-O- (CF 2 -CF (CF 2 X 3)) b -O c - (CFR 1) d - (CFR 2) e - ( CF 2 ) f −X 4 )] g − (4)
(In formula (4), X 1 , X 2 and X 3 are each independently a halogen element or a perfluoroalkyl group having 1 to 3 carbon atoms. A and g are 0 ≦ a <1, 0 <g ≦ 1, a + g = 1, b is an integer of 0 or more and 8 or less, c is 0 or 1. d and e are integers of 0 or more and 6 or less, independently of each other. f is an integer of 0 or more and 10 or less, provided that d + e + f is not equal to 0. R 1 and R 2 are each independently a halogen element, a perfluoroalkyl group having 1 to 10 carbon atoms, or fluorochloro X 4 is COOZ, SO 3 Z, PO 3 Z 2 or PO 3 HZ, where Z is a hydrogen atom, an alkali metal atom, an alkaline earth metal atom or an amine (NH 4 , NH 3 R 3 , NH 2 R 3 R 4 , NHR 3 R 4 R 5 , NR 3 R 4 R 5 R 6 ), and R 3 , R 4 , R 5 and R 6 are alkyl groups or aryl groups.

中でも、下記式(5)又は式(6)で表されるパーフルオロカーボンスルホン酸樹脂もしくはその金属塩が好ましい。
−[CF2CF2a−[CF2−CF(−O−(CF2−CF(CF3))b−O−(CF2c−SO3X)]d− (5)
(式(5)中、a及びdは、0≦a<1、0≦d<1、a+d=1である。bは1以上8以下の整数である。cは0以上10以下の整数である。Xは水素原子又はアルカリ金属原子である。)
−[CF2CF2e−[CF2−CF(−O−(CF2f−SO3Y)]g− (6)
(式(6)中、e及びgは、0≦e<1、0≦g<1、e+g=1である。fは0以上10以下の整数である。Yは水素原子又はアルカリ金属原子である。)
Among these, a perfluorocarbon sulfonic acid resin represented by the following formula (5) or formula (6) or a metal salt thereof is preferable.
- [CF 2 CF 2] a - [CF 2 -CF (-O- (CF 2 -CF (CF 3)) b -O- (CF 2) c -SO 3 X)] d - (5)
(In Formula (5), a and d are 0 ≦ a <1, 0 ≦ d <1, and a + d = 1. B is an integer of 1 to 8. c is an integer of 0 to 10. X is a hydrogen atom or an alkali metal atom.)
- [CF 2 CF 2] e - [CF 2 -CF (-O- (CF 2) f -SO 3 Y)] g - (6)
(In Formula (6), e and g are 0 ≦ e <1, 0 ≦ g <1, and e + g = 1. F is an integer of 0 to 10. Y is a hydrogen atom or an alkali metal atom. is there.)

本実施形態におけるイオン交換基を有するパーフルオロカーボン高分子化合物は、特に限定されないが、例えば、下記式(7)に示される前駆体ポリマーを重合した後、アルカリ加水分解、酸処理等を行って製造することができる。
−[CF2CX12a−[CF2−CF(−O−(CF2−CF(CF23))b−Oc−(CFR1d−(CFR2e−(CF2f−X5)]g− (7)
(式(7)中、X1、X2及びX3は、互いに独立して、ハロゲン元素又は炭素数1以上3以下のパーフルオロアルキル基である。a及びgは0≦a<1,0<g≦1,a+g=1である。bは0以上8以下の整数である。cは0又は1である。d及びeは、互いに独立して、0以上6以下の整数である。fは、0以上10以下の整数である。ただし、d+e+fは0に等しくない。R1及びR2は互いに独立して、ハロゲン元素、炭素数1以上10以下のパーフルオロアルキル基又はフルオロクロロアルキル基である。X5はCOOR7、COR8又はSO28である。ここで、R7は炭素数1〜3のアルキル基である。R8はハロゲン元素である。)
The perfluorocarbon polymer compound having an ion exchange group in the present embodiment is not particularly limited. For example, it is produced by polymerizing a precursor polymer represented by the following formula (7) and then performing alkali hydrolysis, acid treatment, and the like. can do.
- [CF 2 CX 1 X 2 ] a - [CF 2 -CF (-O- (CF 2 -CF (CF 2 X 3)) b -O c - (CFR 1) d - (CFR 2) e - ( CF 2) f -X 5)] g - (7)
(In the formula (7), X 1 , X 2 and X 3 are each independently a halogen element or a perfluoroalkyl group having 1 to 3 carbon atoms. A and g are 0 ≦ a <1,0. <G ≦ 1, a + g = 1, b is an integer of 0 to 8, c is 0 or 1. d and e are integers of 0 to 6 independently of each other, f Is an integer from 0 to 10. However, d + e + f is not equal to 0. R 1 and R 2 are each independently a halogen element, a perfluoroalkyl group or a fluorochloroalkyl group having 1 to 10 carbon atoms. X 5 is COOR 7 , COR 8 or SO 2 R 8 , where R 7 is an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, and R 8 is a halogen element.

上記前駆体ポリマーは、特に限定されないが、例えば、フッ化オレフィン化合物とフッ化ビニル化合物とを共重合させることにより製造することができる。   Although the said precursor polymer is not specifically limited, For example, it can manufacture by copolymerizing a fluorinated olefin compound and a vinyl fluoride compound.

ここで、フッ化オレフィン化合物としては、特に限定されないが、例えば、下記式(8)で表される化合物等が挙げられる。
CF2=CFZ (8)
(式(8)中、Zは、H、Cl、F、炭素数1〜3のパーフルオロアルキル基、又は酸素を含んでいてもよい環状パーフルオロアルキル基を示す。)
Here, although it does not specifically limit as a fluorinated olefin compound, For example, the compound etc. which are represented by following formula (8) are mentioned.
CF 2 = CFZ (8)
(In the formula (8), Z represents H, Cl, F, a perfluoroalkyl group having 1 to 3 carbon atoms, or a cyclic perfluoroalkyl group that may contain oxygen.)

また、フッ化ビニル化合物としては、特に限定されないが、例えば、下記式(9)〜(16)で表される化合物等が挙げられる。
CF2=CFO(CF2z−SO2F (9)
CF2=CFOCF2CF(CF3)O(CF2z−SO2F (10)
CF2=CF(CF2z−SO2F (11)
CF2=CF(OCF2CF(CF3))z−(CF2z-1−SO2F (12)
CF2=CFO(CF2z−CO2R (13)
CF2=CFOCF2CF(CF3)O(CF2z−CO2R (14)
CF2=CF(CF2z−CO2R (15)
CF2=CF(OCF2CF(CF3))z−(CF22−CO2R (16)
(式(9)〜(16)中、Zは1〜8の整数を示し、Rは炭素数1〜3のアルキル基を表す。)
Moreover, it does not specifically limit as a vinyl fluoride compound, For example, the compound etc. which are represented by following formula (9)-(16) are mentioned.
CF 2 = CFO (CF 2) z -SO 2 F (9)
CF 2 = CFOCF 2 CF (CF 3) O (CF 2) z -SO 2 F (10)
CF 2 = CF (CF 2) z -SO 2 F (11)
CF 2 = CF (OCF 2 CF (CF 3)) z - (CF 2) z-1 -SO 2 F (12)
CF 2 = CFO (CF 2) z -CO 2 R (13)
CF 2 = CFOCF 2 CF (CF 3) O (CF 2) z -CO 2 R (14)
CF 2 = CF (CF 2) z -CO 2 R (15)
CF 2 = CF (OCF 2 CF (CF 3)) z - (CF 2) 2 -CO 2 R (16)
(In formulas (9) to (16), Z represents an integer of 1 to 8, and R represents an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms.)

フッ化オレフィン化合物とフッ化ビニル化合物との共重合方法としては、特に限定されないが、例えば、以下のような方法(i)〜(v)を挙げることができる。   Although it does not specifically limit as a copolymerization method of a fluorinated olefin compound and a vinyl fluoride compound, For example, the following methods (i)-(v) can be mentioned.

(i)溶液重合:
含フッ素炭化水素などの重合溶媒を使用し、この重合溶媒に充填溶解した状態でフッ化ビニル化合物とフッ化オレフィンのガスとを反応させて重合を行う方法。上記含フッ素炭化水素としては、特に限定されないが、例えば、トリクロロトリフルオロエタン、1,1,1,2,3,4,4,5,5,5−デカフロロペンタンなど、「フロン」と総称される化合物群を好適に使用することができる。
(I) Solution polymerization:
A method in which a polymerization solvent such as a fluorinated hydrocarbon is used, and polymerization is performed by reacting a vinyl fluoride compound and a fluorinated olefin gas in a state where the polymerization solvent is filled and dissolved. Although it does not specifically limit as said fluorine-containing hydrocarbon, For example, trichlorotrifluoroethane, 1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-decafluoropentane etc. are named generically as "Freon". The compound group which can be used can be used conveniently.

(ii)塊状重合:
含フッ素炭化水素などの溶媒を使用せず、フッ化ビニル化合物そのものを重合溶剤として用いてフッ化オレフィン化合物とフッ化ビニル化合物との重合を行う方法。
(Ii) Bulk polymerization:
A method of polymerizing a fluorinated olefin compound and a vinyl fluoride compound using a vinyl fluoride compound itself as a polymerization solvent without using a solvent such as a fluorinated hydrocarbon.

(iii)乳化重合:
界面活性剤の水溶液を重合溶媒として用い、この重合溶媒に充填溶解した状態でフッ化ビニル化合物とフッ化オレフィンガスとを反応させて重合を行う方法。
(Iii) Emulsion polymerization:
A method in which an aqueous solution of a surfactant is used as a polymerization solvent, and polymerization is carried out by reacting a vinyl fluoride compound and a fluorinated olefin gas in a state of being charged and dissolved in the polymerization solvent.

(iv)ミニエマルジョン重合、マイクロエマルジョン重合:
界面活性剤及びアルコールなどの助乳化剤の水溶液を用い、この水溶液に充填乳化した状態でフッ化ビニル化合物とフッ化オレフィンのガスとを反応させて重合を行う方法。
(Iv) Mini emulsion polymerization, micro emulsion polymerization:
A method in which an aqueous solution of a surfactant and an auxiliary emulsifier such as alcohol is used, and polymerization is performed by reacting a vinyl fluoride compound and a fluorinated olefin gas in a state where the aqueous solution is filled and emulsified.

(v)懸濁重合:
懸濁安定剤の水溶液を用い、この水溶液に充填懸濁した状態でフッ化ビニル化合物とフッ化オレフィンのガスとを反応させて重合を行う方法。
(V) Suspension polymerization:
A method in which an aqueous solution of a suspension stabilizer is used and polymerization is carried out by reacting a vinyl fluoride compound and a fluorinated olefin gas in a state of being filled and suspended in the aqueous solution.

本実施形態においては、前駆体ポリマーの重合度の指標としてメルトマスフローレート(以下「MFR」と略称する)を使用することができる。本実施形態において、前駆体ポリマーのMFRは、0.01g/10分以上が好ましく、0.1g/10分以上がより好ましく、0.3g/10分以上がさらに好ましい。MFRの上限は限定されないが、100g/10分以下が好ましく、10g/10分以下がより好ましい。MFRを0.01g/10分以上100g/10分以下とすることにより、高分子電解質の成膜等の成型加工性がより優れる傾向にある。なお、MFRは、JIS K−7210に基づき、270℃、荷重2.16kgf、オリフィス内径2.09mmで測定することができる。   In the present embodiment, melt mass flow rate (hereinafter abbreviated as “MFR”) can be used as an index of the polymerization degree of the precursor polymer. In the present embodiment, the MFR of the precursor polymer is preferably 0.01 g / 10 min or more, more preferably 0.1 g / 10 min or more, and further preferably 0.3 g / 10 min or more. Although the upper limit of MFR is not limited, 100 g / 10min or less is preferable and 10 g / 10min or less is more preferable. By setting the MFR to 0.01 g / 10 min or more and 100 g / 10 min or less, molding processability such as film formation of a polymer electrolyte tends to be more excellent. MFR can be measured at 270 ° C., a load of 2.16 kgf, and an orifice inner diameter of 2.09 mm based on JIS K-7210.

以上のようにして作製された前駆体ポリマーは、塩基性反応液体中で加水分解処理され、温水などで十分に水洗され、酸処理される。この酸処理によってパーフルオロカーボンスルホン酸樹脂前駆体はプロトン化され、SO3H体となる。 The precursor polymer produced as described above is hydrolyzed in a basic reaction liquid, sufficiently washed with warm water and acid-treated. By this acid treatment, the perfluorocarbon sulfonic acid resin precursor is protonated to form an SO 3 H form.

前記SO3H体は、加圧、加熱、撹拌の条件下、アルコールや水等の溶媒中に分散され、高分子電解質組成物となる。なお、本実施形態における高分子電解質組成物は、上記の高分子電解質(B)を含むものである。本実施形態の高分子電解質膜を構成する上で、鎖状ポリフルオロオレフィン製微多孔膜(A)に高分子電解質(B)を含浸させる際、本実施形態における高分子電解質組成物を用いることができる。 The SO 3 H body is dispersed in a solvent such as alcohol or water under the conditions of pressurization, heating, and stirring to form a polymer electrolyte composition. In addition, the polymer electrolyte composition in this embodiment contains said polymer electrolyte (B). In constituting the polymer electrolyte membrane of the present embodiment, when the polymer electrolyte (B) is impregnated into the microporous membrane (A) made of chain polyfluoroolefin, the polymer electrolyte composition of the present embodiment is used. Can do.

〔金属イオン捕捉能を有する化合物(C)〕
本実施形態において、高分子電解質組成物は、金属イオン捕捉能を有する化合物(C)を含むものとすることができる。「金属イオン捕捉能」とは、過酸化水素の分解を促進する金属イオンを不活性化する作用をいう。ここで、過酸化水素の分解を促進する金属イオンとは、特に限定されないが、例えば、Fe、Cr、Ni等が挙げられる。このような金属イオン捕捉能を有する化合物(C)としては、特に限定されないが、例えば、リン酸化合物、ケイ酸化合物、及びカルボキシル基を有する化合物を有する化合物からなる群より選ばれる少なくとも1つが好ましい。
[Compound having metal ion scavenging ability (C)]
In the present embodiment, the polymer electrolyte composition may include a compound (C) having a metal ion scavenging ability. “Metal ion scavenging ability” refers to an action of inactivating metal ions that promote the decomposition of hydrogen peroxide. Here, the metal ion that promotes decomposition of hydrogen peroxide is not particularly limited, and examples thereof include Fe, Cr, Ni, and the like. The compound (C) having such a metal ion scavenging ability is not particularly limited, but for example, at least one selected from the group consisting of a phosphoric acid compound, a silicic acid compound, and a compound having a carboxyl group is preferable. .

(リン酸化合物)
上記リン酸化合物としては、特に限定されないが、例えば、下記の化合物が挙げられる。なお、リン酸化合物にはリン酸化合物の塩も含まれるものとする。
(Phosphate compound)
Although it does not specifically limit as said phosphate compound, For example, the following compound is mentioned. The phosphoric acid compound includes a salt of the phosphoric acid compound.

(1) リン酸エステル類
リン酸エステル類としては、特に限定されないが、例えば、リン酸エステル、ホスホン酸エステル、ホスフィン酸エステル、亜リン酸エステルなどのエステル類が挙げられる。より具体的には、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル、リン酸トリブチル、リン酸トリオクチル、リン酸リボフラビン、リン脂質(レチシン等)、デンプンリン酸エステル、リン酸ビタミンC、フィチン酸(IP6:イノシトール六リン酸)、4−アミノベンジルホスホン酸ジメチル、4−アミノベンジルホスホン酸ジエチル、4−アミノベンジルホスホン酸ジプロピル、2−アミノメチルホスホン酸ジメチル、2−アミノメチルホスホン酸ジエチル、2−アミノメチルホスホン酸ジプロピル、フタルイミドメチルホスホン酸ジメチル、フタルイミドメチルホスホン酸ジエチル、フタルイミドメチルホスホン酸ジプロピル、1−ヒドロキシメタン−1、1−ジホスホン酸ジメチル、1−ヒドロキシエタン−1、1−ジホスホン酸ジエチル、1−ヒドロキシプロパン−1、1−ジホスホン酸ジプロピルなどがある。これらのエステル類は、加水分解によってFeイオン等と難溶性塩を形成するか、あるいは、キレート能力を有するアニオンを生成する。このなかでも、フィチン酸、及びフィチン酸塩が好ましい。フィチン酸及びその塩は、食品添加物として許容されており、これらを含む高分子電解質組成物は、毒性及び環境負荷の観点から好ましい。
(1) Phosphate esters The phosphate esters are not particularly limited, and examples thereof include esters such as phosphate esters, phosphonate esters, phosphinate esters, and phosphite esters. More specifically, trimethyl phosphate, triethyl phosphate, tributyl phosphate, trioctyl phosphate, riboflavin phosphate, phospholipid (such as reticin), starch phosphate ester, vitamin C phosphate, phytic acid (IP6: inositol six Phosphoric acid), dimethyl 4-aminobenzylphosphonate, diethyl 4-aminobenzylphosphonate, dipropyl 4-aminobenzylphosphonate, dimethyl 2-aminomethylphosphonate, diethyl 2-aminomethylphosphonate, dipropyl 2-aminomethylphosphonate, phthalimide Dimethyl methylphosphonate, diethyl phthalimidomethylphosphonate, dipropyl phthalimidomethylphosphonate, 1-hydroxymethane-1, dimethyl 1-diphosphonate, 1-hydroxyethane-1, 1-diphosphonate diethyl, -, and the like dipropyl-hydroxy-1,1-diphosphonic acid. These esters form a sparingly soluble salt with Fe ions or the like by hydrolysis, or generate an anion having a chelating ability. Of these, phytic acid and phytate are preferable. Phytic acid and its salts are acceptable as food additives, and polymer electrolyte compositions containing these are preferred from the viewpoints of toxicity and environmental burden.

(2)リン酸基を持つ化合物
リン酸基を持つ化合物としては、特に限定されないが、例えば、オルソリン酸、ホスホン酸、ホスフィン酸、ピロリン酸、メタリン酸、トリポリリン酸、ヘキサメタリン酸、ポリリン酸などのリン酸基を持つ化合物又はこれらの塩が挙げられる。リン酸基(例えば、オルソリン酸イオンPO4 3-、ピロリン酸イオンP27 4-)は、Feイオン等と難溶性の塩又はキレートを形成するため、フェントン活性を低下させる観点から好ましい。
(2) Compound having a phosphoric acid group The compound having a phosphoric acid group is not particularly limited, and examples thereof include orthophosphoric acid, phosphonic acid, phosphinic acid, pyrophosphoric acid, metaphosphoric acid, tripolyphosphoric acid, hexametaphosphoric acid, and polyphosphoric acid. A compound having a phosphate group or a salt thereof may be mentioned. Phosphoric acid groups (for example, orthophosphate ion PO 4 3− , pyrophosphate ion P 2 O 7 4− ) form a sparingly soluble salt or chelate with Fe ions and the like, and thus are preferable from the viewpoint of reducing Fenton activity.

また、ホスホン酸イオンPO 3-、ホスフィン酸イオンPO 3-や、リン酸の重合体であるポリリン酸イオンは、Feイオンに配位し、可溶性のキレートを生成して、フリーのFeイオンの濃度(活量)を低下させるため好ましい。この観点から、リン酸基を持つ化合物のなかでも、ピロリン酸、ピロリン酸塩が好ましい。 In addition, phosphonate ion PO 3 3− , phosphinate ion PO 2 3−, and polyphosphate ion, which is a polymer of phosphoric acid, are coordinated to Fe ions to form soluble chelates, and free Fe ions This is preferable because it reduces the concentration (activity). From this viewpoint, among the compounds having a phosphate group, pyrophosphate and pyrophosphate are preferable.

上記の官能基を持つ具体的な化合物としては、特に限定されないが、例えば、アデノシン一リン酸、アデノシン二リン酸、アデノシン三リン酸、グアノシン一リン酸、グアノシン二リン酸、グアノシン三リン酸、4−アミノベンジルホスホン酸、ジメチル−4−アミノメチルホスホン酸、2−アミノメチルホスホン酸、ニトリロトリス(メチレンホスホン酸)、フタルイミドメチルホスホン酸、4−アミノ−1−ヒドロキシブタン−1,1−ジホスホン酸、N,N,N’,N’−エチレンジアミンテトラキス(メチレンホスホン酸)等のホスホン酸及びこれらの化合物の塩が挙げられる。   Specific compounds having the above functional groups are not particularly limited, and examples thereof include adenosine monophosphate, adenosine diphosphate, adenosine triphosphate, guanosine monophosphate, guanosine diphosphate, guanosine triphosphate, 4-aminobenzylphosphonic acid, dimethyl-4-aminomethylphosphonic acid, 2-aminomethylphosphonic acid, nitrilotris (methylenephosphonic acid), phthalimidomethylphosphonic acid, 4-amino-1-hydroxybutane-1,1-diphosphonic acid, N , N, N ', N'-ethylenediaminetetrakis (methylenephosphonic acid) and the like, and salts of these compounds.

(3) リン酸化物
リン酸化物としては、特に限定されないが、例えば、P25などが挙げられる。これらは、加水分解により、PO4 3-、P27 2-を生ずる。これらの中でも、食品添加物として許容されているPO4 3-イオン、P27 4-イオンを発生しうるリン酸化物を用いることが、高分子電解質組成物の毒性及び環境負荷の観点から好ましい。
(3) The phosphorus oxides phosphorus oxide is not particularly limited, examples thereof include P 2 O 5. These yield PO 4 3− and P 2 O 7 2− by hydrolysis. Among these, the use of phosphorous oxides capable of generating PO 4 3- ion and P 2 O 7 4 - ion which are permitted as food additives is used from the viewpoint of toxicity and environmental load of the polymer electrolyte composition. preferable.

(ケイ酸化合物)
上記ケイ酸化合物としては、特に限定されないが、例えば、ケイ酸、若しくは、これを含むヘテロポリ酸(例えば、ケイモリブデン酸、ケイタングステン酸)、又は、これらの塩、ゼオライト(ケイ酸アルミニウムナトリウム、アルミノケイ酸塩)が挙げられる。このなかでも、ケイ酸塩が好ましい。Feイオンは、ケイ酸イオン又はケイ素を含むヘテロポリ酸イオンと沈殿又はキレートを生成しフェントン反応をおこし難くなる。またゼオライト中ではFeイオンはゼオライトに含まれている金属(例えばナトリウム、カリウム)とイオン交換されることでゼオライト中に取り込まれ、フェントン反応を起こし難くなる傾向にある。
(Silicic acid compound)
The silicic acid compound is not particularly limited. For example, silicic acid or a heteropoly acid containing the silicic acid (for example, silicomolybdic acid or silicotungstic acid) or a salt thereof, zeolite (sodium aluminum silicate, aluminosilicate) Acid salt). Among these, silicate is preferable. Fe ions generate precipitates or chelates with silicate ions or heteropolyacid ions containing silicon, making it difficult for the Fenton reaction to occur. In addition, in the zeolite, Fe ions are exchanged with metals (for example, sodium and potassium) contained in the zeolite to be taken into the zeolite and tend not to cause the Fenton reaction.

上記ケイ酸化合物としては、特に限定されないが、例えば、後述するように高分子電解質(B)のプロトン伝導基とイオン結合を作る官能基を有する化合物が好ましい。具体例としては、以下に限定されないが、N−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−トリエトキシシリル−N−(1,3−ジメチル−ブチリデン)プロピルアミン、N−フェニル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−ウレイドプロピルトリエトキシシラン等が挙げられる。これらの化合物は、アミノ基やウレア基が高分子電解質のプロトン伝導基とイオン結合を形成し固定化され、さらにアルコキシ基が加水分解されることでケイ酸を生じる。ケイ酸イオンによりFeイオンは沈殿又はキレートを生成しフェントン反応をおこし難くなる傾向にある。   Although it does not specifically limit as said silicic acid compound, For example, the compound which has a functional group which makes an ionic bond with the proton conductive group of a polymer electrolyte (B) so that it may mention later is preferable. Specific examples include, but are not limited to, N-2- (aminoethyl) -3-aminopropylmethyldimethoxysilane, N-2- (aminoethyl) -3-aminopropyltrimethoxysilane, N-2- ( Aminoethyl) -3-aminopropyltriethoxysilane, 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, 3-triethoxysilyl-N- (1,3-dimethyl-butylidene) propylamine, N- Examples include phenyl-3-aminopropyltrimethoxysilane and 3-ureidopropyltriethoxysilane. In these compounds, amino groups and urea groups form an ionic bond with the proton conducting group of the polymer electrolyte to be immobilized, and the alkoxy group is hydrolyzed to generate silicic acid. The silicate ions tend to cause Fe ions to form precipitates or chelates and make the Fenton reaction difficult.

(カルボキシル基を有する化合物)
上記カルボキシル基を有する化合物としては、特に限定されないが、例えば、以下の化合物が挙げられる。なお、カルボキシル基を有する化合物にはカルボキシル基を有する化合物の塩も含まれるものとする。
(Compound having a carboxyl group)
Although it does not specifically limit as a compound which has the said carboxyl group, For example, the following compounds are mentioned. In addition, the salt of the compound which has a carboxyl group is also contained in the compound which has a carboxyl group.

(1) アミノカルボン酸
アミノカルボン酸としては、特に限定されないが、例えば、EDTA(エチレンジアミン四酢酸)、DTPA(ジエチレントリアミン五酢酸)、TTHA(トリエチレンテトラアミン六酢酸)、HIDA(ヒドロキシエチルイミノ二酢酸)等のアミノカルボン酸又はこれらの塩が挙げられる。アミノカルボン酸は、キレート化剤として用いることができる。
(1) Aminocarboxylic acid Although it does not specifically limit as aminocarboxylic acid, For example, EDTA (ethylenediaminetetraacetic acid), DTPA (diethylenetriaminepentaacetic acid), TTHA (triethylenetetraaminehexaacetic acid), HIDA (hydroxyethyliminodiacetic acid) ) And the like or salts thereof. Aminocarboxylic acids can be used as chelating agents.

(2) COO-イオンを有する化合物
COO-イオンを有する化合物としては、特に限定されないが、例えば、シュウ酸(無水シュウ酸、シュウ酸二水和物)、没食子酸、又はこれらの塩が挙げられる。アニオンとしてのCOO-イオン(特に、(COO-2のシュウ酸イオン)は、Feと難溶性の塩を形成しやすく、好ましいアニオンである。これらのアニオンがFeと難溶性の塩を形成することによって、フェントン反応が抑制される傾向にある。上記した中でも、食品添加物として許容されている没食子酸イオンは、毒性及び環境負荷の観点からより好ましい。
(2) COO - compound COO having ion - Examples of the compound having an ion is not particularly limited, for example, oxalic acid (oxalic anhydride, oxalic acid dihydrate), gallate, or salts thereof . COO ion as an anion (especially, oxalate ion of (COO ) 2 ) is a preferable anion because it easily forms a sparingly soluble salt with Fe. When these anions form a sparingly soluble salt with Fe, the Fenton reaction tends to be suppressed. Among the above, gallic acid ions allowed as food additives are more preferable from the viewpoints of toxicity and environmental burden.

(3) カルボン酸エステル化合物
カルボン酸エステル化合物としては、特に限定されないが、例えば、シュウ酸エステル(例えば、シュウ酸ジメチル、シュウ酸ジエチル、シュウ酸ジプロピルなど)等が挙げられる。カルボン酸エステル化合物は、加水分解によってFeイオンと難溶性塩を形成するか、あるいは、キレート能力を有するアニオンを生成する。
(3) Carboxylic acid ester compound Although it does not specifically limit as a carboxylic acid ester compound, For example, oxalic acid ester (For example, dimethyl oxalate, diethyl oxalate, dipropyl oxalate etc.) etc. are mentioned. Carboxylic acid ester compounds form a sparingly soluble salt with Fe ions by hydrolysis, or generate an anion having a chelating ability.

(4) 高分子カルボン酸
高分子カルボン酸としては、特に限定されないが、例えば、フミン酸、タンニン酸などの高分子カルボン酸又はその塩が挙げられる。高分子カルボン酸もFeと難溶性の塩を形成する。
(4) Polymeric carboxylic acid Although it does not specifically limit as polymeric carboxylic acid, For example, polymeric carboxylic acids, such as humic acid and tannic acid, or its salt is mentioned. Polymeric carboxylic acids also form sparingly soluble salts with Fe.

(5) パーフルオロカルボン酸
パーフルオロカルボン酸としては、特に限定されないが、例えば、パーフルオロカルボン酸又はその塩、パーフルオロカーボンカルボン酸化合物が挙げられる。パーフルオロカルボン酸もFeと難溶性の塩を形成する。また、フッ素化合物であることから、電池運転で発生したラジカルへの耐性も高く、長時間にわたり良好な電池性能を発現できる。
(5) Perfluorocarboxylic acid Although it does not specifically limit as perfluorocarboxylic acid, For example, perfluorocarboxylic acid or its salt, a perfluorocarbon carboxylic acid compound is mentioned. Perfluorocarboxylic acid also forms a sparingly soluble salt with Fe. Moreover, since it is a fluorine compound, it is highly resistant to radicals generated during battery operation, and can exhibit good battery performance over a long period of time.

中でも、下記式(16)又は(17)で表されるパーフルオロカーボンカルボン酸樹脂もしくはその金属塩が特に好ましい。
−[CF2CF2a−[CF2−CF(−O−(CF2−CF(CF3))b−O−(CF2c−CO2X)]d− (16)
(式(16)中、a及びdは、0≦a<1、0≦d<1、a+d=1である。bは1以上8以下の整数である。cは0以上10以下の整数である。Xは水素原子又はアルカリ金属原子である。)
−[CF2CF2e−[CF2−CF(−O−(CF2f−CO2Y)]g− (17)
(式(17)中、e及びgは、0≦e<1、0≦g<1、e+g=1である。fは0以上10以下の整数である。Yは水素原子又はアルカリ金属原子である。)
Among these, a perfluorocarbon carboxylic acid resin represented by the following formula (16) or (17) or a metal salt thereof is particularly preferable.
- [CF 2 CF 2] a - [CF 2 -CF (-O- (CF 2 -CF (CF 3)) b -O- (CF 2) c -CO 2 X)] d - (16)
(In formula (16), a and d are 0 ≦ a <1, 0 ≦ d <1, and a + d = 1. B is an integer of 1 to 8. c is an integer of 0 to 10. X is a hydrogen atom or an alkali metal atom.)
- [CF 2 CF 2] e - [CF 2 -CF (-O- (CF 2) f -CO 2 Y)] g - (17)
(In the formula (17), e and g are 0 ≦ e <1, 0 ≦ g <1, and e + g = 1. F is an integer of 0 to 10. Y is a hydrogen atom or an alkali metal atom. is there.)

(イオン結合を形成する官能基)
上記化合物(C)としては、高分子電解質(B)とイオン結合を形成する官能基を有する化合物が好ましい。化合物(C)が高分子電解質(B)のプロトン伝導基とイオン結合を作ることで、化合物(C)を高分子電解質中に固定化でき、これらの溶出が防止される傾向にある。
(Functional groups that form ionic bonds)
The compound (C) is preferably a compound having a functional group that forms an ionic bond with the polymer electrolyte (B). When the compound (C) forms an ionic bond with the proton conductive group of the polymer electrolyte (B), the compound (C) can be immobilized in the polymer electrolyte, and the elution thereof tends to be prevented.

高分子電解質(B)のプロトン伝導基とイオン結合を形成する官能基としては、特に限定されないが、例えば、窒素原子を有する官能基が好ましい。窒素元素を有する官能基としては、特に限定されないが、具体的には、アミノ基、イミド基、ウレア基、ウレタン基、アミド基、イミダゾール基、ジアゾール基、トリアゾール基、チアゾール基、トリアジン基、ウレア基等が挙げられる。このなかでもアミノ基が好ましい。なお、プロトン伝導基は、特に限定されないが、例えば、スルホン酸やリン酸といった酸性基である。窒素原子を有する官能基は塩基性を示す傾向にあるため、窒素原子を有する官能基を有することにより、プロトン伝導基と良好にイオン結合を形成する傾向にある。   Although it does not specifically limit as a functional group which forms an ionic bond with the proton conductive group of a polymer electrolyte (B), For example, the functional group which has a nitrogen atom is preferable. The functional group having a nitrogen element is not particularly limited, and specific examples include amino groups, imide groups, urea groups, urethane groups, amide groups, imidazole groups, diazole groups, triazole groups, thiazole groups, triazine groups, ureas. Groups and the like. Of these, an amino group is preferable. The proton conductive group is not particularly limited, but is an acidic group such as sulfonic acid or phosphoric acid. Since the functional group having a nitrogen atom tends to be basic, the functional group having a nitrogen atom tends to form an ionic bond well with the proton conducting group.

化合物(C)の含有量は、高分子電解質(B)と化合物(C)の合計100質量%に対して、好ましくは0.001〜50.000質量%であり、より好ましくは0.005〜20.000質量%、さらに好ましくは0.010〜10.000質量%、よりさらに好ましくは0.100〜5.000質量%、さらにより好ましくは0.100〜2.000質量%である。化合物(C)の含有量が上記の範囲(0.001〜50.000質量%)であることにより、良好なプロトン伝導度を維持したまま、金属イオンを効果的に捕捉し、高耐久性を有する高分子電解質膜、電極触媒層を得ることができる傾向にある。   The content of the compound (C) is preferably 0.001 to 50000 mass%, more preferably 0.005 to 100 mass% of the total of the polymer electrolyte (B) and the compound (C). It is 20.000 mass%, More preferably, it is 0.010-10.000 mass%, More preferably, it is 0.100-5.000 mass%, More preferably, it is 0.100-2.000 mass%. When the content of the compound (C) is in the above range (0.001 to 50.000% by mass), metal ions are effectively captured while maintaining good proton conductivity, and high durability is achieved. It tends to be possible to obtain a polymer electrolyte membrane and an electrode catalyst layer.

〔溶媒〕
本実施形態に用いられる高分子電解質組成物は溶媒を含んでもよい。用いられる溶媒としては、特に限定されないが、例えば、水、有機溶媒、液状の樹脂モノマー、液状の樹脂オリゴマーのうち少なくとも1種以上を含有したものが挙げられる。
〔solvent〕
The polymer electrolyte composition used in the present embodiment may contain a solvent. Although it does not specifically limit as a solvent used, For example, what contained at least 1 or more types in water, an organic solvent, a liquid resin monomer, and a liquid resin oligomer is mentioned.

上記の有機溶媒としては、特に限定されないが、例えば、メタノール、エタノール、2−プロパノール、ブタノール、オクタノール等のアルコール類;酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、γ−ブチロラクトン等のエステル類;ジエチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル(メチルセロソルブ)、エチレングリコールモノエチルエーテル(エチルセロソルブ)、エチレングリコールモノブチルエーテル(ブチルセロソルブ)、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル等のエーテル類;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、アセチルアセトン、シクロヘキサノン等のケトン類、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン等の芳香族炭化水素;ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアセトアミド、N−メチルピロリドン等のアミド類が好適に用いられる。なお、これらの溶媒は、1種単独で用いても又は2種以上を併用してもよい。   Although it does not specifically limit as said organic solvent, For example, alcohols, such as methanol, ethanol, 2-propanol, butanol, octanol; Ethyl acetate, butyl acetate, ethyl lactate, propylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol monoethyl ether Esters such as acetate and γ-butyrolactone; diethyl ether, ethylene glycol monomethyl ether (methyl cellosolve), ethylene glycol monoethyl ether (ethyl cellosolve), ethylene glycol monobutyl ether (butyl cellosolve), diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, etc. Ethers; acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, acetyl acetone, Ketones such as Rohekisanon, benzene, toluene, xylene, ethylbenzene and the like; dimethylformamide, N, N- dimethyl acetoacetamide, amides such as N- methyl pyrrolidone is preferably used. In addition, these solvents may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together.

溶媒の含有量は、高分子電解質組成物100質量%に対して、50質量%〜98質量%が好ましく、60質量%〜95質量%がより好ましい。溶媒の含有量が50質量%〜98質量%であることにより、沈殿物のない各種材料が均一に分散した高分子電解質組成物を得ることが可能となる傾向にある。   50 mass%-98 mass% are preferable with respect to 100 mass% of polymer electrolyte compositions, and, as for content of a solvent, 60 mass%-95 mass% are more preferable. When the content of the solvent is 50% by mass to 98% by mass, a polymer electrolyte composition in which various materials without precipitates are uniformly dispersed tends to be obtained.

〔ラジカル捕捉剤(D)〕
本実施形態に係る高分子電解質組成物は、ラジカル捕捉剤(D)をさらに含有することができる。本実施形態に用いられる高分子電解質組成物は、上述したように、ラジカル種の発生を効率よく抑制できる。これに加え、ラジカル捕捉剤(D)を含むことにより、万が一ラジカル種が発生した場合にも、ラジカル捕捉剤(D)で、捕捉することができる。
[Radical scavenger (D)]
The polymer electrolyte composition according to the present embodiment can further contain a radical scavenger (D). As described above, the polymer electrolyte composition used in the present embodiment can efficiently suppress the generation of radical species. In addition to this, by including the radical scavenger (D), even if a radical species is generated, it can be captured by the radical scavenger (D).

本実施形態に用いることのできるラジカル捕捉剤(D)としては、特に限定されないが、具体的には、公知の酸化防止剤で提唱されているメカニズムを可能にする官能基を有する化合物が挙げられる。このような官能基としては、特に限定されないが、例えば、ラジカル連鎖禁止機能を有する官能基、ラジカルを分解させる機能を有する官能基、連鎖開始を阻害する機能を有する官能基が挙げられる。ラジカル連鎖禁止機能を有する官能基としては、特に限定されないが、例えば、フェノール水酸基、1級アミン、2級アミン等を挙げることができる。また、ラジカルを分解させる機能を有する官能基としては、特に限定されないが、例えば、硫黄、リン等を含有するメルカプト基、チオエーテル基、ジサリファイド基、フォスファイト基等を挙げることができる。さらに、連鎖開始を阻害する機能を有する官能基としては、特に限定されないが、例えば、ヒドラジン、アミドなどを挙げることができる(「酸化防止剤ハンドブック」(大成社刊1978))。   Although it does not specifically limit as a radical scavenger (D) which can be used for this embodiment, Specifically, the compound which has a functional group which enables the mechanism proposed by well-known antioxidant is mentioned. . Such a functional group is not particularly limited, and examples thereof include a functional group having a radical chain inhibiting function, a functional group having a function of decomposing radicals, and a functional group having a function of inhibiting chain initiation. Although it does not specifically limit as a functional group which has a radical chain prohibition function, For example, a phenol hydroxyl group, a primary amine, a secondary amine etc. can be mentioned. In addition, the functional group having a function of decomposing radicals is not particularly limited, and examples thereof include a mercapto group containing sulfur, phosphorus and the like, a thioether group, a disulphide group, and a phosphite group. Furthermore, the functional group having a function of inhibiting chain initiation is not particularly limited, and examples thereof include hydrazine, amide and the like (“Antioxidant Handbook” (published by Taiseisha 1978)).

また、ラジカル捕捉剤(D)としては、原子がラジカルにより引き抜かれやすい、例えば、3級炭素に結合した水素、あるいは、炭素―ハロゲン結合などを構造中に有する化合物も挙げられる。   Further, examples of the radical scavenger (D) include compounds in which atoms are easily extracted by radicals, for example, hydrogen having a tertiary carbon bond or a carbon-halogen bond in the structure.

また、本実施形態に用いることのできるラジカル捕捉剤(D)は、高分子電解質(B)とイオン結合を作る官能基を有することも可能である。このようなラジカル捕捉剤(D)としては、特に限定されないが、例えば、同一分子内に1級アミン、2級アミンのうち何れかのアミンを少なくとも有する化合物(D−1)及び/又は同一分子内に3級アミンを有し、かつ、硫黄、リン、ヒドラジン、アミド、フェノール水酸基、1級アミン、2級アミン、3級炭素に結合した水素、及び炭素に結合したハロゲンからなる群より選択される少なくとも1種以上を有する化合物(D−2)が挙げられる。   In addition, the radical scavenger (D) that can be used in the present embodiment can also have a functional group that forms an ionic bond with the polymer electrolyte (B). Such a radical scavenger (D) is not particularly limited. For example, the compound (D-1) having at least one of a primary amine and a secondary amine in the same molecule (D-1) and / or the same molecule Selected from the group consisting of sulfur, phosphorus, hydrazine, amide, phenolic hydroxyl group, primary amine, secondary amine, hydrogen bonded to tertiary carbon, and halogen bonded to carbon. And a compound (D-2) having at least one of the above.

ここで、化合物(D−1)及び化合物(D−2)における、高分子電解質(B)とイオン結合を作る官能基としては、特に限定されないが、例えば、高分子電解質(B)中のイオン交換基がスルホン酸基の場合は、塩基性官能基を示し、具体的には1級アミン、2級アミン、3級アミン等の窒素含有官能基が挙げられる。従って、1級アミン、2級アミンであれば、高分子電解質(B)のイオン交換基と相互作用を有し、かつ、ラジカル捕捉機能をも有することとなる(化合物(D−1)に相当)。一方、高分子電解質(B)のイオン交換基と相互作用を有する部分が3級アミンである場合には、高分子電解質(B)とイオン結合を作る官能基としては、ラジカル捕捉機能を有する部分として別に同一分子内に有する、フェノール水酸基、1、2級アミン等が挙げられる(化合物(D−2)に相当)。   Here, the functional group that forms an ionic bond with the polymer electrolyte (B) in the compound (D-1) and the compound (D-2) is not particularly limited. For example, ions in the polymer electrolyte (B) When the exchange group is a sulfonic acid group, it represents a basic functional group, and specifically includes nitrogen-containing functional groups such as primary amine, secondary amine, and tertiary amine. Therefore, if it is a primary amine or a secondary amine, it will interact with the ion exchange group of the polymer electrolyte (B) and also have a radical scavenging function (corresponding to the compound (D-1)). ). On the other hand, when the part that interacts with the ion exchange group of the polymer electrolyte (B) is a tertiary amine, the functional group that forms an ionic bond with the polymer electrolyte (B) is a part that has a radical scavenging function. In addition, there may be mentioned, for example, a phenolic hydroxyl group, a primary, secondary amine, etc. (corresponding to compound (D-2)) in the same molecule.

本実施形態に用いることができる化合物(D−1)及び化合物(D−2)をより具体的に例示すると以下のようになる。   More specific examples of the compound (D-1) and the compound (D-2) that can be used in the present embodiment are as follows.

化合物(D−1)としては、特に限定されないが、例えば、ポリアニリンのような上記の官能基で一部置換された芳香族化合物、ポリベンゾイミダゾール、ポリベンゾオキサゾール、ポリベンゾチアゾール、ポリベンゾオキサジアゾール、フェニル化ポリキノキサリン、フェニル化ポリキノリン等の不飽和の複素環化合物を挙げることができる。   Although it does not specifically limit as a compound (D-1), For example, the aromatic compound partially substituted by said functional group like polyaniline, polybenzimidazole, polybenzoxazole, polybenzothiazole, polybenzoxazi Examples thereof include unsaturated heterocyclic compounds such as azole, phenylated polyquinoxaline, and phenylated polyquinoline.

化合物(D−2)としては、特に限定されないが、例えば、側鎖にスルホン酸と酸塩基結合を有する3級窒素複素環を有し、主鎖にラジカルで引き抜かれやすいベンジル位の水素を有する化合物として、ポリビニルピリジン、ポリビニルカルバゾール、芳香族環に2級アミン、あるいは、3級アミンを含む基が導入されたポリスチレン等を挙げることができる。   Although it does not specifically limit as a compound (D-2), For example, it has the tertiary nitrogen heterocyclic ring which has a sulfonic acid and an acid-base bond in a side chain, and has benzylic hydrogen which is easy to be extracted with a radical in a main chain. Examples of the compound include polyvinyl pyridine, polyvinyl carbazole, polystyrene in which an aromatic ring is introduced with a secondary amine or a group containing a tertiary amine.

尚、化合物(D−1)及び化合物(D−2)は、イオン交換基を有する高分子物質と相互作用を有するユニットと、ラジカル捕捉機能を有するユニットとの共重合体であってもよい。高分子固体電解質と相互作用を有する部分を有することにより、高分子電解質への相溶性がより向上する傾向にある。また、ラジカル捕捉機能を有することにより、化学的耐久性がより向上する傾向にある。   The compound (D-1) and the compound (D-2) may be a copolymer of a unit having an interaction with a polymer substance having an ion exchange group and a unit having a radical scavenging function. By having a portion having an interaction with the polymer solid electrolyte, the compatibility with the polymer electrolyte tends to be further improved. Moreover, there exists a tendency for chemical durability to improve more by having a radical capture | acquisition function.

本実施形態の高分子電解質膜における化合物(D−1)及び化合物(D−2)の含有量は、高分子電解質(B)と化合物(D−1)及び化合物(D−2)の合計100質量%に対して、好ましくは0.001〜50.000質量%であり、より好ましくは0.005〜20.000質量%であり、さらに好ましくは0.010〜10.000質量%であり、よりさらに好ましくは0.100〜5.000質量%であり、さらにより好ましくは0.100〜3.000質量%である。   Content of the compound (D-1) and the compound (D-2) in the polymer electrolyte membrane of this embodiment is 100 in total of the polymer electrolyte (B), the compound (D-1), and the compound (D-2). Preferably it is 0.001-50000 mass% with respect to mass%, More preferably, it is 0.005-20.000 mass%, More preferably, it is 0.010-10.000 mass%, Still more preferably, it is 0.100-5.000 mass%, More preferably, it is 0.100-3.00 mass%.

本実施形態では化合物(D−1)及び化合物(D−2)全体の含有量を上記の範囲(0.001〜50.000質量%)に設定することにより、良好なプロトン伝導度を維持したまま、より高耐久性を有する高分子電解質膜を得ることができる傾向にある。   In this embodiment, favorable proton conductivity was maintained by setting the total content of the compound (D-1) and the compound (D-2) in the above range (0.001 to 50.000 mass%). The polymer electrolyte membrane having higher durability tends to be obtained.

〔添加剤〕
本実施形態に用いられる高分子電解質組成物には、高分子電解質(B)、化合物(C)、ラジカル捕捉剤(D)の他に下記に示す添加剤を配合することができる。下記に記載した添加剤は単独で配合することもできるし、2種以上を配合することもできる。
〔Additive〕
In addition to the polymer electrolyte (B), the compound (C), and the radical scavenger (D), the following additives can be blended in the polymer electrolyte composition used in the present embodiment. The additives described below can be blended alone or in combination of two or more.

(金属酸化物(E))
金属酸化物(E)としては、特に限定されないが、例えば、過酸化水素分解能を有し、かつ一次粒子径が1nm〜50nmである金属酸化物が挙げられる。ここで上記の金属酸化物(E)の「一次粒子径」とは、溶媒中の金属酸化物(E)の含有量が1質量%となるように分散液を調整し、動的光散乱粒度分布計(大塚電子製)を用いて測定される平均粒子径をいう。また、上記「過酸化水素分解能」とは、金属酸化物(E)が過酸化水素と接触した際に、水と酸素に分解することをいう。
(Metal oxide (E))
Although it does not specifically limit as a metal oxide (E), For example, the metal oxide which has hydrogen peroxide resolution and a primary particle diameter is 1 nm-50 nm is mentioned. Here, the “primary particle size” of the metal oxide (E) means that the dispersion is adjusted so that the content of the metal oxide (E) in the solvent is 1% by mass, and the dynamic light scattering particle size is adjusted. It means the average particle diameter measured using a distribution meter (manufactured by Otsuka Electronics). The term “hydrogen peroxide resolution” means that the metal oxide (E) decomposes into water and oxygen when it comes into contact with hydrogen peroxide.

過酸化水素分解能を有する金属酸化物としては、特に限定されないが、例えば、ジルコニア(ZrO2)、チタニア(TiO2)、シリカ(SiO2)、アルミナ(Al2O3)、酸化鉄(Fe23,FeO,Fe34),酸化銅(CuO、Cu2O)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化イットリウム(Y23)、酸化ニオブ(Nb2O5)、酸化モリブデン(MoO3)、酸化インジウム(In23,In2O)、酸化スズ(SnO2)、酸化タンタル(Ta25)、酸化タングステン(WO3、W25)、酸化鉛(PbO,PbO2)、酸化ビスマス(Bi23)、酸化セリウム(CeO2、Ce23)、酸化アンチモン(Sb23、Sb25)、酸化ゲルマニウム(GeO2,GeO)、酸化ランタン(La23)、酸化ルテニウム(RuO2)等が挙げられる。これら金属酸化物は、単独で用いても、混合物を用いてもよいし、例えば、スズ添加酸化インジウム(ITO)、アンチモン添加酸化スズ(ATO)、酸化アルミニウム亜鉛(ZnO・Al23)等に挙げられる複合酸化物を用いてもよい。 The metal oxides having a hydrogen peroxide resolution is not particularly limited, for example, zirconia (ZrO 2), titania (TiO 2), silica (SiO 2), alumina (Al 2 O3), iron oxide (Fe 2 O 3, FeO, Fe 3 O 4 ), copper oxide (CuO, Cu 2 O), zinc oxide (ZnO), yttrium oxide (Y 2 O 3), niobium oxide (Nb 2 O5), molybdenum oxide (MoO 3), Indium oxide (In 2 O 3 , In 2 O), tin oxide (SnO 2 ), tantalum oxide (Ta 2 O 5 ), tungsten oxide (WO 3 , W 2 O 5 ), lead oxide (PbO, PbO 2 ), Bismuth oxide (Bi 2 O 3 ), cerium oxide (CeO 2 , Ce 2 O 3 ), antimony oxide (Sb 2 O 3 , Sb 2 O 5 ), germanium oxide (GeO 2 , GeO), lanthanum oxide (La 2 O) 3), Ruthenium (RuO 2), and the like. These metal oxides may be used alone or as a mixture. For example, tin-added indium oxide (ITO), antimony-added tin oxide (ATO), aluminum zinc oxide (ZnO.Al 2 O 3 ), etc. The composite oxides listed in (1) may be used.

本実施形態に用いられる金属酸化物(E)は、燃料電池の運転時における(熱や酸・アルカリ等による)金属酸化物のイオン化による溶出性を防止し、過酸化水素分解能を持続させる観点から、ジルコニア(ZrO2)、チタニア(TiO2)、酸化イットリウム(Y23)が好ましい。本実施形態に用いられる金属酸化物(E)は、分散性の観点より、少なくとも1つ以上の反応性官能基を有する表面修飾剤により表面が修飾されていることが好ましい。 The metal oxide (E) used in the present embodiment prevents elution due to ionization of the metal oxide (due to heat, acid, alkali, etc.) during operation of the fuel cell, and maintains the hydrogen peroxide resolution. Zirconia (ZrO 2 ), titania (TiO 2 ), and yttrium oxide (Y 2 O 3 ) are preferable. The metal oxide (E) used in the present embodiment is preferably modified on the surface with a surface modifier having at least one reactive functional group from the viewpoint of dispersibility.

金属酸化物(E)の表面修飾剤としては、1つ以上の反応性官能基を有することが好ましい。この反応性官能基としては、特に限定されないが、例えば、炭素−炭素二重結合又はケイ素−水素結合を有することが好ましく、アルコキシル基、ヒドロキシル基、ビニル基、スチリル基、アクリル基、メタクリル基、アクリロイル基、エポキシ基の群から選択される1種又は2種以上の反応性官能基であることが好ましい。本実施形態において特に好ましいのは、炭素−炭素二重結合又はケイ素−水素結合を有するもののうち、シランカップリング剤、変性シリコーン、界面活性剤の群から選択された1種又は2種以上である。   The surface modifier of the metal oxide (E) preferably has one or more reactive functional groups. Although it does not specifically limit as this reactive functional group, For example, it is preferable to have a carbon-carbon double bond or a silicon-hydrogen bond, and an alkoxyl group, a hydroxyl group, a vinyl group, a styryl group, an acryl group, a methacryl group, One or more reactive functional groups selected from the group of acryloyl group and epoxy group are preferred. Particularly preferred in this embodiment is one or more selected from the group consisting of a silane coupling agent, a modified silicone, and a surfactant among those having a carbon-carbon double bond or silicon-hydrogen bond. .

シランカップリング剤としては、特に限定されないが、例えば、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリクロルシラン、ビニルトフェノキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリクロルシラン、3−グリシドキシプロピルトリフェノキシシラン、p−スチリルトリメトキシシラン、p−スチリルトリエトキシシラン、p−スチリルトリクロルシシラン、p−スチリルトリフェノキシシラン、3−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−アクリロキシプロピルトリエトキシシラン、3−アクリロキシプロピルトリクロルシラン、3−アクリロキシプロピルトリフェノキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリクロルシラン、3−メタクリロキシプロピルトリフェノキシシラン、アリルトリメトキシシラン、アリルトリエトキシシラン、アリルトリクロルシシラン、アリルトリフェノキシシラン、ビニルエチルジメトキシシラン、ビニルエチルジエトキシシラン、ビニルエチルジクロルシラン、ビニルエチルジフェノキシシラン、3−グリシドキシプロピルエチルジメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリエチルジエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルエチルジクロルシラン、3−グリシドキシプロピルエチルジフェノキシシラン、p−スチリルエチルジメトキシシラン、p−スチリルエチルジエトキシシラン、p−スチリルトリエチルジクロルシシラン、p−スチリルエチルジフェノキシシラン、3−アクリロキシプロピルエチルジメトキシシラン、3−アクリロキシプロピルエチルジエトキシシラン、3−アクリロキシプロピルエチルジクロルシラン、3−アクリロキシプロピルエチルジフェノキシシラン、3−メタクリロキシプロピルエチルジメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルエチルジエトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルエチルジクロルシラン、3−メタクリロキシプロピルエチルジフェノキシシラン、アリルエチルジメトキシシラン、アリルエチルジエトキシシラン、アリルエチルジクロルシシラン、アリルエチルジフェノキシシラン、ビニルジエチルメトキシシラン、ビニルジエチルエトキシシラン、ビニルジエチルクロルシラン、ビニルジエチルフェノキシシラン、3−グリシドキシプロピルジエチルメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルジエチルエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルジエチルクロルシラン、3−グリシドキシプロピルジエチルフェノキシシラン、p−スチリルジエチルメトキシシラン、p−スチリルジエチルエトキシシラン、p−スチリルジエチルクロルシシラン、p−スチリルジエチルフェノキシシラン、3−アクリロキシプロピルジエチルメトキシシラン、3−アクリロキシプロピルジエチルエトキシシラン、3−アクリロキシプロピルジエチルクロルシラン、3−アクリロキシプロピルジエチルフェノキシシラン、3−メタクリロキシプロピルジエチルメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルジエチルエトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルジエチルクロルシラン、3−メタクリロキシプロピルジエチルフェノキシシラン、アリルジエチルメトキシシラン、アリルジエチルエトキシシラン、アリルジエチルクロルシシラン、アリルジエチルフェノキシシラン等も挙げられる。   The silane coupling agent is not particularly limited. For example, vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, vinyltrichlorosilane, vinyltophenoxysilane, 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropyltri Ethoxysilane, 3-glycidoxypropyltrichlorosilane, 3-glycidoxypropyltriphenoxysilane, p-styryltrimethoxysilane, p-styryltriethoxysilane, p-styryltrichlorosilane, p-styryltriphenoxysilane, 3-acryloxypropyltrimethoxysilane, 3-acryloxypropyltriethoxysilane, 3-acryloxypropyltrichlorosilane, 3-acryloxypropyltriphenoxysilane, 3-methacryloxypropiyl Trimethoxysilane, 3-methacryloxypropyltriethoxysilane, 3-methacryloxypropyltrichlorosilane, 3-methacryloxypropyltriphenoxysilane, allyltrimethoxysilane, allyltriethoxysilane, allyltrichlorosilane, allyltriphenoxysilane, Vinylethyldimethoxysilane, vinylethyldiethoxysilane, vinylethyldichlorosilane, vinylethyldiphenoxysilane, 3-glycidoxypropylethyldimethoxysilane, 3-glycidoxypropyltriethyldiethoxysilane, 3-glycidoxypropyl Ethyldichlorosilane, 3-glycidoxypropylethyldiphenoxysilane, p-styrylethyldimethoxysilane, p-styrylethyldiethoxysilane, p-styryl Liethyldichlorosilane, p-styrylethyldiphenoxysilane, 3-acryloxypropylethyldimethoxysilane, 3-acryloxypropylethyldiethoxysilane, 3-acryloxypropylethyldichlorosilane, 3-acryloxypropylethyldi Phenoxysilane, 3-methacryloxypropylethyldimethoxysilane, 3-methacryloxypropylethyldiethoxysilane, 3-methacryloxypropylethyldichlorosilane, 3-methacryloxypropylethyldiphenoxysilane, allylethyldimethoxysilane, allylethyldi Ethoxysilane, allylethyldichlorosilane, allylethyldiphenoxysilane, vinyldiethylmethoxysilane, vinyldiethylethoxysilane, vinyldiethylchlorosilane, Vinyldiethylphenoxysilane, 3-glycidoxypropyldiethylmethoxysilane, 3-glycidoxypropyldiethylethoxysilane, 3-glycidoxypropyldiethylchlorosilane, 3-glycidoxypropyldiethylphenoxysilane, p-styryldiethylmethoxy Silane, p-styryldiethylethoxysilane, p-styryldiethylchlorosilane, p-styryldiethylphenoxysilane, 3-acryloxypropyldiethylmethoxysilane, 3-acryloxypropyldiethylethoxysilane, 3-acryloxypropyldiethylchlorosilane 3-acryloxypropyldiethylphenoxysilane, 3-methacryloxypropyldiethylmethoxysilane, 3-methacryloxypropyldiethylethoxysilane, 3- Taku Lilo propyl diethyl dichlorosilane, 3-methacryloxypropyl diethyl phenoxy silane, allyl diethyl silane, allyl diethyl silane, allyl diethyl chloro silane, may also be mentioned allyl diethyl phenoxy silane.

変性シリコーンとしては、特に限定されないが、例えば、エポキシ変性シリコーン、エポキシ・ポリエーテル変性シリコーン、メタクリル変性シリコーン、フェノール変性シリコーン、メチルスチリル変性シリコーン、アクリル変性シリコーン、アルコキシ変性シリコーン、メチルハイドロジェンシリコーン等が挙げられる。   The modified silicone is not particularly limited, and examples thereof include epoxy-modified silicone, epoxy-polyether-modified silicone, methacryl-modified silicone, phenol-modified silicone, methylstyryl-modified silicone, acrylic-modified silicone, alkoxy-modified silicone, and methylhydrogen silicone. Can be mentioned.

界面活性剤としては、特に限定されないが、例えば、非イオン系界面活性剤が好適に用いられる。非イオン系界面活性剤としては、特に限定されないが、例えば、アクリル酸、クロトン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸等の不飽和脂肪酸等が挙げられる。   Although it does not specifically limit as surfactant, For example, a nonionic surfactant is used suitably. The nonionic surfactant is not particularly limited, and examples thereof include unsaturated fatty acids such as acrylic acid, crotonic acid, oleic acid, linoleic acid, and linolenic acid.

上記の表面修飾剤を用いて金属酸化物(E)の表面を修飾する方法としては、例えば、湿式法、乾式法等が挙げられる。   Examples of the method for modifying the surface of the metal oxide (E) using the surface modifier include a wet method and a dry method.

湿式法とは、表面修飾剤と金属酸化物(E)を溶媒に投入し混合することにより、金属酸化物(E)の表面を修飾する方法である。   The wet method is a method of modifying the surface of the metal oxide (E) by adding a surface modifier and the metal oxide (E) to a solvent and mixing them.

乾式法とは、表面修飾剤と乾燥した金属酸化物(E)をミキサー等の乾式混合機に投入し混合することにより、金属酸化物(E)の表面を修飾する方法である。   The dry method is a method of modifying the surface of the metal oxide (E) by putting the surface modifier and the dried metal oxide (E) into a dry mixer such as a mixer and mixing them.

この表面が修飾された金属酸化物(E)の修飾部分の質量比は、高分子電解質(B)との混合性の観点から、金属酸化物(E)全体量100質量%に対して、5質量%〜200質量%であることが好ましく、より好ましくは10質量%〜100質量%、さらに好ましくは20質量%〜100質量%である。   The mass ratio of the modified portion of the metal oxide (E) whose surface has been modified is 5 with respect to 100% by mass of the total amount of the metal oxide (E) from the viewpoint of the mixing property with the polymer electrolyte (B). It is preferable that they are mass%-200 mass%, More preferably, they are 10 mass%-100 mass%, More preferably, they are 20 mass%-100 mass%.

本実施形態に用いられる金属酸化物(E)の一次粒子径は、過酸化水素分解能及び分散性のバランスから1nm〜50nmの範囲が好ましい。金属酸化物(E)の一次粒子径が50nm以下であることにより、高分子電解質組成物中での金属酸化物(E)の分散性が向上する傾向にある。また、金属酸化物(E)の一次粒子径が1nm以上であることにより、結晶性が向上し良好な過酸化水素分解能を有する傾向にある。したがって、金属酸化物(E)の一次粒子径のより好ましい範囲は1nm〜30nmであり、さらに好ましくは2nm〜20nmである。   The primary particle diameter of the metal oxide (E) used in the present embodiment is preferably in the range of 1 nm to 50 nm from the balance of hydrogen peroxide resolution and dispersibility. When the primary particle diameter of the metal oxide (E) is 50 nm or less, the dispersibility of the metal oxide (E) in the polymer electrolyte composition tends to be improved. Further, when the primary particle diameter of the metal oxide (E) is 1 nm or more, the crystallinity is improved and the hydrogen peroxide tends to have a good resolution. Therefore, the more preferable range of the primary particle diameter of the metal oxide (E) is 1 nm to 30 nm, and more preferably 2 nm to 20 nm.

高分子電解質(B)と金属酸化物(E)の質量比(B/E)は、耐久性と伝導性のバランスの観点から、(B/E)=50/50〜99.99/0.01が好ましく、(B/E)=70/30〜99.99/0.01がより好ましく、(B/E)=80/20〜99.9/0.1がさらに好ましく、(B/E)=95/5〜99.5/0.5がよりさらに好ましい。   The mass ratio (B / E) of the polymer electrolyte (B) to the metal oxide (E) is (B / E) = 50/50 to 99.99 / 0.00 from the viewpoint of the balance between durability and conductivity. 01 is preferable, (B / E) = 70/30 to 99.99 / 0.01 is more preferable, (B / E) = 80/20 to 99.9 / 0.1 is more preferable, and (B / E) ) = 95/5 to 99.5 / 0.5 is even more preferable.

また金属酸化物(E)を混合、分散させる場合には、凝集を抑制する観点から、溶媒に分散させて用いることが好ましい。   In addition, when mixing and dispersing the metal oxide (E), it is preferable to use it dispersed in a solvent from the viewpoint of suppressing aggregation.

分散液中の金属酸化物(E)の含有量は、1質量%〜70質量%が好ましく、より好ましくは1質量%〜50質量%、さらに好ましくは5質量%〜30質量%である。分散液中の金属酸化物(E)の含有量を1質量%〜70質量%とすることにより、金属酸化物(E)が溶媒中でゲルや沈殿を生じることなく、良好な分散状態を維持することができる傾向にある。   The content of the metal oxide (E) in the dispersion is preferably 1% by mass to 70% by mass, more preferably 1% by mass to 50% by mass, and still more preferably 5% by mass to 30% by mass. By setting the content of the metal oxide (E) in the dispersion to 1% by mass to 70% by mass, the metal oxide (E) maintains a good dispersion state without causing gel or precipitation in the solvent. Tend to be able to.

(チオエーテル化合物(F))
チオエーテル化合物(F)としては、特に限定されず−(R−S)n−(ここで、Sはイオウ原子であり、Rは炭化水素基であり、nは1以上の整数である。)の化学構造を含む化合物であって、例えば、ジメチルチオエーテル、ジエチルチオエーテル、ジプロピルチオエーテル、メチルエチルチオエーテル、メチルブチルチオエーテルのようなジアルキルチオエーテル;テトラヒドロチオフェン、テトラヒドロアピランのような環状チオエーテル;メチルフェニルスルフィド、エチルフェニルスルフィド、ジフェニルスルフィド、ジベンジルスルフィドのような芳香族チオエーテル等が挙げられる。これらは単量体で用いてもよいし、例えばポリフェニレンスルフィド(PPS)のような重合体で用いてもよい。
(Thioether compound (F))
The thioether compound (F) is not particularly limited, and is — (R—S) n — (wherein S is a sulfur atom, R is a hydrocarbon group, and n is an integer of 1 or more). A compound containing a chemical structure, for example, a dialkyl thioether such as dimethylthioether, diethylthioether, dipropylthioether, methylethylthioether, methylbutylthioether; a cyclic thioether such as tetrahydrothiophene, tetrahydroapiran; Aromatic thioethers such as ethyl phenyl sulfide, diphenyl sulfide and dibenzyl sulfide are exemplified. These may be used as a monomer or may be used as a polymer such as polyphenylene sulfide (PPS).

チオエーテル化合物(F)は、耐久性の観点からn≧10の重合体(オリゴマー、ポリマー)であることが好ましく、n≧1,000の重合体であることがより好ましい。特に好ましいチオエーテル化合物(F)は、ポリフェニレンスルフィド(PPS)である。   The thioether compound (F) is preferably a polymer (oligomer or polymer) of n ≧ 10 from the viewpoint of durability, and more preferably a polymer of n ≧ 1,000. A particularly preferred thioether compound (F) is polyphenylene sulfide (PPS).

ここでポリフェニレンスルフィドについて説明する。本実施形態において用いられるポリフェニレンスルフィドは、パラフェニレンスルフィド骨格を好ましくは70モル%以上、より好ましくは90モル%以上有するポリフェニレンスルフィドである。   Here, polyphenylene sulfide will be described. The polyphenylene sulfide used in the present embodiment is a polyphenylene sulfide having a paraphenylene sulfide skeleton of preferably 70 mol% or more, more preferably 90 mol% or more.

上記ポリフェニレンスルフィドの製造方法は、特に限定されないが、例えば、ハロゲン置換芳香族化合物(p−ジクロルベンゼン等)を硫黄と炭酸ソーダの存在下で重合させる方法、極性溶媒中でハロゲン置換芳香族化合物を硫化ナトリウムあるいは硫化水素ナトリウムと水酸化ナトリウムの存在下で重合させる方法、又は極性溶媒中でハロゲン置換芳香族化合物を硫化水素と水酸化ナトリウムあるいはナトリウムアミノアルカノエートの存在下で重合させる方法、p−クロルチオフェノールの自己縮合等が挙げられる。中でもN−メチルピロリドン、ジメチルアセトアミド等のアミド系溶媒やスルホラン等のスルホン系溶媒中で硫化ナトリウムとp−ジクロルベンゼンを反応させる方法が好ましい。   The method for producing the polyphenylene sulfide is not particularly limited. For example, a method in which a halogen-substituted aromatic compound (p-dichlorobenzene or the like) is polymerized in the presence of sulfur and sodium carbonate, a halogen-substituted aromatic compound in a polar solvent. Polymerizing in the presence of sodium sulfide or sodium hydrogen sulfide and sodium hydroxide, or polymerizing a halogen-substituted aromatic compound in the presence of hydrogen sulfide and sodium hydroxide or sodium aminoalkanoate in a polar solvent, p. -Self-condensation of chlorothiophenol and the like. Among them, a method of reacting sodium sulfide and p-dichlorobenzene in an amide solvent such as N-methylpyrrolidone or dimethylacetamide or a sulfone solvent such as sulfolane is preferable.

また、ポリフェニレンスルフィドの有する−SX基(ここで、Sはイオウ原子であり、Xはアルカリ金属又は水素原子である。)の含有量は、通常10μmol/g以上10,000μmol/g以下であり、好ましくは15μmol/g以上10,000μmol/g以下であり、より好ましくは20μmol/g以上10,000μmol/g以下である。   In addition, the content of -SX group (herein, S is a sulfur atom and X is an alkali metal or a hydrogen atom) possessed by polyphenylene sulfide is usually 10 μmol / g or more and 10,000 μmol / g or less, Preferably they are 15 micromol / g or more and 10,000 micromol / g or less, More preferably, they are 20 micromol / g or more and 10,000 micromol / g or less.

−SX基濃度が上記範囲にあることにより、反応活性点が増加する傾向にある。−SX基濃度が上記範囲を満たすポリフェニレンスルフィドを用いることで、本実施形態に用いる高分子電解質(B)との混和性が向上することにより分散性が向上し、高温低加湿条件下でより高い耐久性が得られる傾向にある。   When the -SX group concentration is in the above range, the reactive site tends to increase. By using polyphenylene sulfide satisfying the above-mentioned range for the -SX group concentration, the dispersibility is improved by improving the miscibility with the polymer electrolyte (B) used in the present embodiment, which is higher under high temperature and low humidification conditions. Durability tends to be obtained.

また、チオエーテル化合物(F)としては、末端に酸性官能基を導入したものも好適に用いることができる。導入する酸性官能基としては、特に限定されないが、例えば、スルホン酸基、リン酸基、カルボン酸基、マレイン酸基,無水マレイン酸基,フマル酸基,イタコン酸基,アクリル酸基,メタクリル酸基が好ましい。このなかでもスルホン酸基がより好ましい。   Moreover, as the thioether compound (F), those having an acidic functional group introduced at the terminal can be suitably used. The acidic functional group to be introduced is not particularly limited. For example, sulfonic acid group, phosphoric acid group, carboxylic acid group, maleic acid group, maleic anhydride group, fumaric acid group, itaconic acid group, acrylic acid group, methacrylic acid Groups are preferred. Among these, a sulfonic acid group is more preferable.

なお、酸性官能基の導入方法は特に限定されず、一般的な方法を用いて実施される。例えば、スルホン酸基の導入については、無水硫酸、発煙硫酸などのスルホン化剤を用いて公知の条件で実施することができる。このような導入方法は、特に限定されないが、例えば、K.Hu, T.Xu, W.Yang, Y.Fu, Journal of Applied Polymer Science, Vol.91,や、 E.Montoneri, Journal of Polymer Science: Part A: Polymer Chemistry, Vol.27, 3043−3051(1989)に記載の条件で実施できる。   In addition, the introduction method of an acidic functional group is not specifically limited, It implements using a general method. For example, the introduction of the sulfonic acid group can be carried out under known conditions using a sulfonating agent such as sulfuric anhydride or fuming sulfuric acid. Such an introduction method is not particularly limited. Hu, T .; Xu, W .; Yang, Y. et al. Fu, Journal of Applied Polymer Science, Vol. 91, E.E. Montoneri, Journal of Polymer Science: Part A: Polymer Chemistry, Vol. 27, 3043-3051 (1989).

また、導入した酸性官能基を金属塩又はアミン塩に置換したものも好適に用いられる。金属塩としては、特に限定されないが、例えば、ナトリウム塩、カリウム塩等のアルカリ金属塩、カルシウム塩等のアルカリ土類金属塩が好ましい。   Moreover, what substituted the introduce | transduced acidic functional group with the metal salt or amine salt is used suitably. Although it does not specifically limit as a metal salt, For example, alkaline-earth metal salts, such as alkali metal salts, such as sodium salt and potassium salt, and calcium salt, are preferable.

さらに、チオエーテル化合物(F)を粉末状で用いる場合、チオエーテル化合物(F)の平均粒子径は、高分子電解質(B)中の分散性が向上することで高寿命化等の効果を良好に実現させる観点から、0.01〜2.0μmであることが好ましく、0.01〜1.0μmがより好ましく、0.01〜0.5μmがさらに好ましく、0.01〜0.1μmがよりさらに好ましい。   Furthermore, when the thioether compound (F) is used in powder form, the average particle size of the thioether compound (F) realizes an effect such as a longer life by improving the dispersibility in the polymer electrolyte (B). From the viewpoint of making it, 0.01 to 2.0 μm is preferable, 0.01 to 1.0 μm is more preferable, 0.01 to 0.5 μm is more preferable, and 0.01 to 0.1 μm is still more preferable .

チオエーテル化合物(F)を高分子電解質(B)中に微分散させる方法としては、特に限定されないが、例えば、高分子電解質(B)等との溶融混練時に高せん断を与えて粉砕及び微分散させる方法、高分子電解質溶液を得た後、その溶液を濾過し粗大チオエーテル化合物(F)粒子を除去し、濾過後の溶液を用いる方法、等が挙げられる。   The method for finely dispersing the thioether compound (F) in the polymer electrolyte (B) is not particularly limited. For example, the thioether compound (F) is pulverized and finely dispersed by applying high shear during melt kneading with the polymer electrolyte (B) or the like. Examples thereof include a method, a method of obtaining a polymer electrolyte solution, filtering the solution to remove coarse thioether compound (F) particles, and using the solution after filtration.

溶融混練を行う場合に好適に用いられるポリフェニレンスルフィドの溶融粘度(フローテスターを用いて、300℃、荷重196N、L/D(L:オリフィス長、D:オリフィス内径)=10/1で6分間保持した値)は、成形加工性の観点から、好ましくは1〜10,000ポイズであり、より好ましくは100〜10,000ポイズである。   Melt viscosity of polyphenylene sulfide suitably used for melt kneading (using a flow tester, 300 ° C., load 196 N, L / D (L: orifice length, D: orifice inner diameter) = 10/1, hold for 6 minutes Is preferably 1 to 10,000 poise, more preferably 100 to 10,000 poise from the viewpoint of moldability.

高分子電解質(B)とチオエーテル化合物(F)の質量比(B/F)は、(B/F)=60/40〜99.99/0.01であることが好ましく、(B/F)=70/30〜99.95/0.05がより好ましく、(B/F)=80/20〜99.9/0.1がさらに好ましく、(B/F)=90/10〜99.5/0.5がよりさらに好ましい。高分子電解質(B)の質量比を60以上とすることにより、良好なイオン伝導性が実現でき、良好な電池特性が実現できる傾向にある。一方、チオエーテル化合物(F)の質量比を40以下とすることにより、高温低加湿条件での電池運転における耐久性がより向上する傾向にある。   The mass ratio (B / F) of the polymer electrolyte (B) to the thioether compound (F) is preferably (B / F) = 60/40 to 99.99 / 0.01, (B / F) = 70/30 to 99.95 / 0.05 is more preferable, (B / F) = 80/20 to 99.9 / 0.1 is more preferable, and (B / F) = 90/10 to 99.5 /0.5 is even more preferable. By setting the mass ratio of the polymer electrolyte (B) to 60 or more, good ion conductivity can be realized, and good battery characteristics tend to be realized. On the other hand, by setting the mass ratio of the thioether compound (F) to 40 or less, durability in battery operation under high temperature and low humidity conditions tends to be further improved.

また、チオエーテル化合物(F)は、本実施形態に係るラジカル捕捉剤(D)と併せて配合することにより、高温低加湿の条件下でも極めて高い耐久性を示すことが可能となる傾向にある。   Moreover, the thioether compound (F) tends to be able to exhibit extremely high durability even under conditions of high temperature and low humidity by blending with the radical scavenger (D) according to the present embodiment.

ここでラジカル捕捉剤(D)とチオエーテル化合物(F)の質量比(D/F)は、(D/F)=1/99〜99/1が好ましく、(D/F)=5/95〜95/5がより好ましく、(D/F)=10/90〜90/10がさらに好ましく、(D/F)=20/80〜80/20がよりさらに好ましい。質量比(D/F)が上記範囲内であることにより、化学的安定性と耐久性(分散性)のバランスにより優れる傾向にある。   Here, the mass ratio (D / F) of the radical scavenger (D) to the thioether compound (F) is preferably (D / F) = 1/99 to 99/1, and (D / F) = 5/95 to 95/5 is more preferable, (D / F) = 10/90 to 90/10 is more preferable, and (D / F) = 20/80 to 80/20 is still more preferable. When the mass ratio (D / F) is within the above range, the balance between chemical stability and durability (dispersibility) tends to be excellent.

さらに、ラジカル捕捉剤(D)とチオエーテル化合物(F)の合計質量が高分子電解質膜中に占める含有量は、0.01〜50質量%が好ましく、0.05〜45質量%がより好ましく、0.1〜40質量%がさらに好ましく、0.2〜35質量%がよりさらに好ましく、0.3〜30質量%がさらにより好ましい。含有量が上記範囲内であることにより、イオン伝導性と耐久性(分散性)のバランスにより優れる傾向にある。   Furthermore, the content of the total mass of the radical scavenger (D) and the thioether compound (F) in the polymer electrolyte membrane is preferably 0.01 to 50 mass%, more preferably 0.05 to 45 mass%, 0.1-40 mass% is further more preferable, 0.2-35 mass% is further more preferable, and 0.3-30 mass% is still more preferable. When the content is in the above range, the balance between ion conductivity and durability (dispersibility) tends to be excellent.

また、本実施形態に用いられる高分子電解質組成物は、高分子電解質溶液、高分子電解質膜、及び高分子電解質バインダー等の形態で使用することができる。   The polymer electrolyte composition used in the present embodiment can be used in the form of a polymer electrolyte solution, a polymer electrolyte membrane, a polymer electrolyte binder, and the like.

〔高分子電解質溶液〕
本実施形態に用いられる高分子電解質組成物は、その組成物を構成する各成分をそれぞれ同時に又は別々に溶解又は分散した後、混合することにより、高分子電解質溶液として用いてもよい。さらに、高分子電解質溶液は、そのまま、あるいは濾過、濃縮等の工程を経た後、単独あるいは他の電解質溶液と混合して、高分子電解質膜や電極バインダー等の材料として用いることができる。
[Polymer electrolyte solution]
The polymer electrolyte composition used in the present embodiment may be used as a polymer electrolyte solution by dissolving or dispersing the components constituting the composition simultaneously or separately and then mixing them. Furthermore, the polymer electrolyte solution can be used as a material such as a polymer electrolyte membrane or an electrode binder as it is or after being subjected to steps such as filtration and concentration, and then alone or mixed with another electrolyte solution.

高分子電解質溶液の製造方法について説明する。高分子電解質溶液の製造方法としては、特に限定されないが、例えば、まず、高分子電解質前駆体からなる成形物を塩基性反応液体中に浸漬し、加水分解する。この加水分解処理により、上記高分子電解質前駆体は高分子電解質(B)に変換される。次に、加水分解処理された上記成形物を温水などで十分に水洗し、その後、酸処理を行う。   A method for producing the polymer electrolyte solution will be described. The method for producing the polymer electrolyte solution is not particularly limited. For example, first, a molded product made of the polymer electrolyte precursor is immersed in a basic reaction liquid and hydrolyzed. By this hydrolysis treatment, the polymer electrolyte precursor is converted into a polymer electrolyte (B). Next, the hydrolyzed molded product is sufficiently washed with warm water or the like, and then acid-treated.

酸処理に使用する酸は、特に限定されないが、例えば、塩酸、硫酸、硝酸等の鉱酸類やシュウ酸、酢酸、ギ酸、トリフルオロ酢酸等の有機酸類が好ましい。この酸処理によって高分子電解質前駆体はプロトン化され、SO3H体となる。上記のように酸処理された上記成形物(プロトン化された高分子電解質を含む成形物)は、上記高分子電解質(B)を溶解又は懸濁させ得る溶媒(樹脂との親和性が良好な溶媒)に溶解又は懸濁される。このような溶媒としては、特に限定されないが、例えば、水;エタノール、メタノール、n−プロパノール、イソプロピルアルコール、ブタノール、グリセリンなどのプロトン性有機溶媒;N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドンなどの非プロトン性溶媒等が挙げられる。これらは1種を単独で、又は2種以上を併用することができる。特に、1種の溶媒を用いる場合、水単独が好ましい。また、2種類以上を併用する場合、水とプロトン性有機溶媒との混合溶媒が好ましい。 The acid used for the acid treatment is not particularly limited, but for example, mineral acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid and nitric acid, and organic acids such as oxalic acid, acetic acid, formic acid and trifluoroacetic acid are preferable. By this acid treatment, the polymer electrolyte precursor is protonated and becomes SO 3 H form. The above-mentioned molded product (molded product containing a protonated polymer electrolyte) treated with an acid as described above has a good solvent (resin affinity) that can dissolve or suspend the polymer electrolyte (B). Or dissolved in a solvent). Examples of such a solvent include, but are not limited to, water; protic organic solvents such as ethanol, methanol, n-propanol, isopropyl alcohol, butanol, glycerin; N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide And aprotic solvents such as N-methylpyrrolidone. These can be used alone or in combination of two or more. In particular, when one solvent is used, water alone is preferable. Moreover, when using 2 or more types together, the mixed solvent of water and a protic organic solvent is preferable.

溶解又は懸濁する方法は、特に限定されないが、例えば、上記溶媒中にそのまま溶解又は分散させることが好ましく、大気圧下又はオートクレーブ等で密閉加圧した条件のもとで、0〜250℃の温度範囲で溶解又は分散させることがより好ましい。特に、溶媒としてプロトン性有機溶媒を用いる場合、水とプロトン性有機溶媒の混合比は、溶解方法、溶解条件、高分子電解質の種類、総固形分濃度、溶解温度、攪拌速度等に応じて適宜選択できる。水に対するプロトン性有機溶媒の質量の比率は、水1に対してプロトン性有機溶媒0.1〜10が好ましく、より好ましくは水1に対してプロトン有機溶媒0.1〜5である。   Although the method of dissolving or suspending is not particularly limited, for example, it is preferable to dissolve or disperse as it is in the above-mentioned solvent, and it is 0 to 250 ° C. under the condition of being sealed and pressurized under an atmospheric pressure or an autoclave. It is more preferable to dissolve or disperse in the temperature range. In particular, when a protic organic solvent is used as the solvent, the mixing ratio of water and the protic organic solvent is appropriately determined according to the dissolution method, dissolution conditions, type of polymer electrolyte, total solid content concentration, dissolution temperature, stirring speed, and the like. You can choose. The ratio of the mass of the protic organic solvent to water is preferably from 0.1 to 10 protic organic solvents relative to water 1, and more preferably from 0.1 to 5 protic organic solvents relative to water 1.

なお、高分子電解質(B)の溶解・懸濁液としては、特に限定されないが、例えば、乳濁液(液体中に液体粒子がコロイド粒子あるいはそれより粗大な粒子として分散して乳状をなすもの)、懸濁液(液体中に固体粒子がコロイド粒子あるいは顕微鏡で見える程度の粒子として分散したもの)、コロイド状液体(巨大分子が分散した状態)、ミセル状液体(多数の小分子が分子間力で会合してできた親液コロイド分散系)等の1種又は2種以上が含まれる。   The dissolution / suspension of the polymer electrolyte (B) is not particularly limited. For example, an emulsion (a liquid emulsion in which liquid particles are dispersed as colloidal particles or coarser particles in a liquid is formed. ), Suspensions (solid particles dispersed in a liquid as colloidal particles or microscopic particles), colloidal liquids (macromolecules dispersed), micellar liquids (many small molecules are intermolecular) 1 type or 2 types or more, such as a lyophilic colloidal dispersion system formed by force association.

また、高分子電解質溶液は、成形方法や用途に応じて、濃縮したり、濾過したりすることが可能である。濃縮の方法としては、特に限定されないが、例えば、加熱し、溶媒を蒸発させる方法や、減圧濃縮する方法等がある。高分子電解質溶液を塗工用溶液として使用する場合、高分子電解質溶液の固形分率は、0.5〜50質量%が好ましい。固形分率が0.5質量%以上であることにより、粘度上昇が抑制され、取り扱い性に優れる傾向にある。また、固形分率が50質量%以下であることにより、生産性が向上する傾向にある。   The polymer electrolyte solution can be concentrated or filtered according to the molding method and application. The concentration method is not particularly limited, and examples thereof include a method of evaporating the solvent by heating and a method of concentrating under reduced pressure. When the polymer electrolyte solution is used as a coating solution, the solid content ratio of the polymer electrolyte solution is preferably 0.5 to 50% by mass. When the solid content is 0.5% by mass or more, an increase in viscosity is suppressed and the handling property tends to be excellent. Moreover, it exists in the tendency for productivity to improve because a solid content rate is 50 mass% or less.

濾過の方法としては、特に限定されないが、例えば、フィルターを用いて、加圧濾過する方法が代表的に挙げられる。フィルターについては、90%捕集粒子径が粒子の平均粒子径の10倍〜100倍の濾材を使用することが好ましい。この濾材としては紙製、金属製等が挙げられる。特に濾材が紙の場合は、90%捕集粒子径が粒子の平均粒子径の10〜50倍であることが好ましい。金属製フィルターを用いる場合は、90%捕集粒子径が粒子の平均粒子径の50〜100倍であることが好ましい。当該90%捕集粒子径を平均粒径の10倍以上に設定することにより、送液するときに必要な圧力が高くなりすぎることを抑制したり、フィルターが短期間で閉塞してしまうことを抑制し得る傾向にある。一方、平均粒径の100倍以下に設定することにより、フィルムで異物の原因となるような粒子の凝集物や樹脂の未溶解物を良好に除去できる傾向にある。   Although it does not specifically limit as a filtration method, For example, the method of carrying out pressure filtration using a filter is mentioned typically. As for the filter, it is preferable to use a filter medium whose 90% collection particle diameter is 10 to 100 times the average particle diameter of the particles. Examples of the filter medium include paper and metal. In particular, when the filter medium is paper, the 90% collection particle size is preferably 10 to 50 times the average particle size of the particles. When using a metal filter, it is preferable that the 90% collection particle diameter is 50 to 100 times the average particle diameter of the particles. By setting the 90% collection particle size to 10 times or more of the average particle size, it is possible to prevent the pressure required for liquid feeding from becoming too high, or that the filter is blocked in a short period of time. It tends to be suppressed. On the other hand, by setting it to 100 times or less of the average particle diameter, there is a tendency that agglomerates of particles and undissolved resin that can cause foreign matters in the film can be removed satisfactorily.

〔高分子電解質膜〕
本実施形態に用いられる高分子電解質膜は、上述した鎖状ポリフルオロオレフィン製微多孔膜(A)と、高分子電解質(B)とを有するものであり、当該高分子電解質膜を製造する上で、上記高分子電解質組成物を用いることができる。すなわち、本実施形態の高分子電解質膜は、上記高分子電解質組成物を含むものとすることができる。なお、高分子電解質膜の膜厚は、特に限定されないが、1μm以上500μm以下であることが好ましく、より好ましくは2μm以上100μm以下、さらに好ましくは5μm以上50μm以下である。膜厚が1μm以上であることにより、水素と酸素の直接反応のような不都合を低減し得る観点から好ましく、さらに燃料電池製造時の取り扱い時や燃料電池運転中に差圧・歪み等が生じても、膜の損傷等が発生しにくい傾向にあるため好ましい。一方、膜厚が500μm以下であることにより、イオン透過性が向上し、固体高分子電解質膜としての性能が向上する傾向にある。
[Polymer electrolyte membrane]
The polymer electrolyte membrane used in the present embodiment has the above-described chain polyfluoroolefin microporous membrane (A) and the polymer electrolyte (B), and is used for producing the polymer electrolyte membrane. Thus, the polymer electrolyte composition can be used. That is, the polymer electrolyte membrane of the present embodiment can include the polymer electrolyte composition. The thickness of the polymer electrolyte membrane is not particularly limited, but is preferably 1 μm or more and 500 μm or less, more preferably 2 μm or more and 100 μm or less, and further preferably 5 μm or more and 50 μm or less. The film thickness of 1 μm or more is preferable from the viewpoint of reducing inconveniences such as a direct reaction between hydrogen and oxygen, and further causes differential pressure, distortion, etc. during handling of the fuel cell or during operation of the fuel cell. However, it is preferable because the film is less likely to be damaged. On the other hand, when the film thickness is 500 μm or less, the ion permeability is improved and the performance as a solid polymer electrolyte membrane tends to be improved.

次に、本実施形態の高分子電解質膜の製造方法について説明する。本実施形態の高分子電解質膜は、例えば、微多孔膜(A)の微細な空孔にフッ素系高分子電解質組成物を充填することで得ることができる。   Next, the manufacturing method of the polymer electrolyte membrane of this embodiment is demonstrated. The polymer electrolyte membrane of this embodiment can be obtained, for example, by filling the fine pores of the microporous membrane (A) with a fluorine-based polymer electrolyte composition.

微多孔膜(A)の空孔にフッ素系高分子電解質組成物を充填する方法としては、特に限定されないが、例えば、前述の高分子電解質溶液を微多孔膜(A)に塗工する方法や、高分子電解質溶液に微多孔膜(A)を含浸させた後、乾燥する方法等が挙げられる。例えば、移動している又は静置されている細長いキャスティング基材(シート)上に高分子電解質溶液の被膜を形成し、その溶液上に細長い微多孔膜(A)を接触させ、複合構造体を作製する。この複合構造体を熱風循環槽中等で乾燥させる。次に乾燥させた複合構造体の上に高分子電解質溶液の被膜をさらに形成させ、高分子電解質膜とする方法が挙げられる。高分子電解質溶液と微多孔膜(A)の接触は、乾燥状態で行われても、未乾燥状態または湿潤状態で行われてもよい。また、接触させる場合に、ゴムローラーで圧着させたり、微多孔膜(A)のテンションをコントロールしながら行ってもよい。さらに、高分子電解質を含むシートを押し出し成形やキャスト成形等で予め成形しておき、このシートを微多孔膜と重ねて熱プレスすることにより充填してもよい。   The method of filling the pores of the microporous membrane (A) with the fluorine-based polymer electrolyte composition is not particularly limited. For example, a method of applying the polymer electrolyte solution to the microporous membrane (A), And a method of drying the polymer electrolyte solution after impregnating the microporous membrane (A). For example, a film of a polyelectrolyte solution is formed on an elongated casting substrate (sheet) that is moving or stationary, and an elongated microporous membrane (A) is brought into contact with the solution to form a composite structure. Make it. The composite structure is dried in a hot air circulation tank. Next, there is a method in which a polymer electrolyte solution film is further formed on the dried composite structure to form a polymer electrolyte membrane. The contact between the polymer electrolyte solution and the microporous membrane (A) may be performed in a dry state, or may be performed in an undried state or a wet state. Moreover, when making it contact, you may make it press-fit with a rubber roller, controlling the tension | tensile_strength of a microporous film (A). Further, a sheet containing a polymer electrolyte may be preliminarily formed by extrusion molding, cast molding, or the like, and this sheet may be filled by hot pressing with a microporous film.

さらに、高分子電解質膜の伝導性や機械的強度を向上する目的で、このようにして作製された高分子電解質膜の少なくとも一方の主面上に、高分子電解質を含む層を1層以上積層してもよい。また、本実施形態の高分子電解質膜においては、架橋剤や紫外線、電子線、放射線等を用いて、そこに含まれる化合物同士を架橋してもよい。   Further, for the purpose of improving the conductivity and mechanical strength of the polymer electrolyte membrane, one or more layers containing the polymer electrolyte are laminated on at least one main surface of the polymer electrolyte membrane thus produced. May be. Moreover, in the polymer electrolyte membrane of this embodiment, you may bridge | crosslink the compounds contained there using a crosslinking agent, an ultraviolet-ray, an electron beam, a radiation.

本実施形態の高分子電解質膜は、上述のように製造された後、さらに熱処理が施されることが好ましい。この熱処理により高分子電解質膜中の結晶物部分と高分子固体電解質部分とがより強固に接着される傾向にあり、その結果、機械的強度がより安定化される傾向にある。この熱処理の温度は、好ましくは100℃〜230℃、より好ましくは110℃〜230℃、更に好ましくは120℃〜200℃である。熱処理の温度を上記範囲に調整することで、結晶物部分と高分子固体電解質部分との密着力がより向上する傾向にある。また、高分子電解質膜の含水率や機械的強度を維持する観点からも、上記温度範囲は好適である。熱処理の時間は、熱処理温度にもよるが、より高い耐久性を有する高分子電解質膜を得る観点から、好ましくは5分間〜3時間、より好ましくは10分間〜2時間である。   The polymer electrolyte membrane of the present embodiment is preferably subjected to a heat treatment after being manufactured as described above. By this heat treatment, the crystal part in the polymer electrolyte membrane and the polymer solid electrolyte part tend to be more strongly bonded, and as a result, the mechanical strength tends to be further stabilized. The temperature of this heat treatment is preferably 100 ° C to 230 ° C, more preferably 110 ° C to 230 ° C, and still more preferably 120 ° C to 200 ° C. By adjusting the temperature of the heat treatment to the above range, the adhesion between the crystal part and the polymer solid electrolyte part tends to be further improved. Moreover, the said temperature range is suitable also from a viewpoint of maintaining the moisture content and mechanical strength of a polymer electrolyte membrane. Although depending on the heat treatment temperature, the heat treatment time is preferably 5 minutes to 3 hours, more preferably 10 minutes to 2 hours from the viewpoint of obtaining a polymer electrolyte membrane having higher durability.

〔電極触媒層〕
本実施形態に用いられる電極触媒層は、上記高分子電解質組成物を含むものとすることができる。より詳細には、上記電極触媒層は、上記高分子電解質組成物と、必要に応じて触媒金属の微粒子とこれを担持した導電剤とから構成されるものとすることができる。また、必要に応じて撥水剤を含むこともできる。電極に使用される触媒としては、特に限定されず、水素の酸化反応及び酸素の還元反応を促進する金属であればよく、例えば、白金、金、銀、パラジウム、イリジウム、ロジウム、ルテニウム、鉄、コバルト、ニッケル、クロム、タングステン、マンガン、バナジウム、及びこれらの合金等が挙げられる。この中では、主として白金が用いられる。
(Electrocatalyst layer)
The electrode catalyst layer used in the present embodiment can contain the polymer electrolyte composition. More specifically, the electrode catalyst layer may be composed of the polymer electrolyte composition, if necessary, fine particles of a catalytic metal, and a conductive agent carrying the catalyst metal. Moreover, a water repellent can also be included as needed. The catalyst used for the electrode is not particularly limited as long as it is a metal that promotes the oxidation reaction of hydrogen and the reduction reaction of oxygen. For example, platinum, gold, silver, palladium, iridium, rhodium, ruthenium, iron, Examples thereof include cobalt, nickel, chromium, tungsten, manganese, vanadium, and alloys thereof. Among these, platinum is mainly used.

〔膜電極接合体〕
本実施形態の膜電極接合体は、本実施形態の高分子電解質膜を有する。より詳細には、本実施形態の膜電極接合体は、上記高分子電解質膜及び上記電極触媒層を有する。本実施形態に係る高分子電解質膜は、膜電極接合体、及び固体高分子形燃料電池の構成部材として使用することができる。高分子電解質膜の両面にアノードとカソードの2種類の電極触媒層が接合したユニットは、膜電極接合体(以下「MEA」と略称することがある)と呼ばれる。電極触媒層のさらに外側に一対のガス拡散層を対向するように接合したものについても、MEAと呼ばれる場合がある。
[Membrane electrode assembly]
The membrane electrode assembly of this embodiment has the polymer electrolyte membrane of this embodiment. More specifically, the membrane electrode assembly of the present embodiment includes the polymer electrolyte membrane and the electrode catalyst layer. The polymer electrolyte membrane according to the present embodiment can be used as a constituent member of a membrane electrode assembly and a polymer electrolyte fuel cell. A unit in which two types of electrode catalyst layers, an anode and a cathode, are bonded to both surfaces of a polymer electrolyte membrane is called a membrane electrode assembly (hereinafter sometimes abbreviated as “MEA”). A material in which a pair of gas diffusion layers are bonded to the outer side of the electrode catalyst layer so as to face each other is sometimes referred to as MEA.

MEAの製造方法としては、特に限定されないが、例えば、次のような方法が行われる。まず、電極用バインダーイオン交換樹脂をアルコールと水の混合溶液に溶解したものに、電極物質となる白金担持カーボンを分散させてペースト状にする。これをPTFEシートに一定量塗布して乾燥させる。次に、PTFEシートの塗布面を向かい合わせにして、その間に高分子電解質膜を挟み込み、100℃〜200℃で熱プレスにより転写接合してMEAを得ることができる。電極用バインダーは一般にイオン交換樹脂を溶媒(アルコールや水等)に溶解したものが使用されるが、燃料電池運転時の耐久性の観点から、本実施形態に係る高分子電解質組成物を使用することが好ましい。   Although it does not specifically limit as a manufacturing method of MEA, For example, the following methods are performed. First, platinum-supported carbon as an electrode material is dispersed in a solution obtained by dissolving an electrode binder ion exchange resin in a mixed solution of alcohol and water to form a paste. A certain amount of this is applied to a PTFE sheet and dried. Next, the application surface of the PTFE sheet is faced to each other, and a polymer electrolyte membrane is sandwiched therebetween, and transfer joining is performed by hot pressing at 100 ° C. to 200 ° C. to obtain an MEA. In general, a binder for an electrode is prepared by dissolving an ion exchange resin in a solvent (alcohol, water, etc.). From the viewpoint of durability during operation of the fuel cell, the polymer electrolyte composition according to this embodiment is used. It is preferable.

〔固体高分子形燃料電池〕
本実施形態の固体高分子形燃料電池は、本実施形態の膜電極接合体(MEA)を有する。上記で得られたMEA、場合によってはさらに一対のガス拡散電極が対向した構造のMEAは、さらにバイポーラプレートやバッキングプレート等の一般的な固体高分子形燃料電池に用いられる構成成分と組み合わされて、固体高分子形燃料電池を構成することができる。
[Solid polymer fuel cell]
The polymer electrolyte fuel cell of this embodiment has the membrane electrode assembly (MEA) of this embodiment. The MEA obtained as described above, and in some cases, the MEA having a structure in which a pair of gas diffusion electrodes are opposed to each other are further combined with components used in general polymer electrolyte fuel cells such as bipolar plates and backing plates. A solid polymer fuel cell can be constructed.

バイポーラプレートとは、その表面に燃料や酸化剤等のガスを流すための溝を形成させたグラファイトと樹脂との複合材料、又は金属製のプレート等を意味する。バイポーラプレートは、電子を外部負荷回路へ伝達する機能の他、燃料や酸化剤を電極触媒近傍に供給する流路としての機能を持っている。こうしたバイポーラプレートの間にMEAを挿入して複数積み重ねることにより、燃料電池が製造される。   The bipolar plate means a composite material of graphite and resin having a groove for flowing a gas such as fuel or oxidant on its surface, or a metal plate. In addition to the function of transmitting electrons to an external load circuit, the bipolar plate has a function of a flow path for supplying fuel and oxidant to the vicinity of the electrode catalyst. A fuel cell is manufactured by inserting and stacking a plurality of MEAs between such bipolar plates.

以下、実施例によりさらに具体的に説明するが、本実施形態はこれらの実施例のみに限定されるものではない。実施例等における各種物性の測定方法及び評価方法は次のとおりである。   Hereinafter, although an example explains still more concretely, this embodiment is not limited only to these examples. Measurement methods and evaluation methods for various physical properties in Examples and the like are as follows.

(C−H結合の割合)
製造例1〜8でフッ素化を行った後の微多孔膜を対象とし、フーリエ変換赤外分光光度計(製品名:FT/IR−460plus 日本分光社製)を用いて3100cm-1から2800cm-1までの範囲で計測される主にC−H結合に由来する吸収面積SCH及び2700cm-1から2000cm-1までの範囲で計測される主にC−F結合に由来するピークの吸収面積SCFをそれぞれ算出した。さらに、下式によりC−H結合の割合(C−H基残存率)を算出した。
C−H基残存率=SCH / (SCH+SCF) × 100(%)
(C—H bond ratio)
Targeting the microporous membrane after fluorination in Production Examples 1 to 8, using a Fourier transform infrared spectrophotometer (product name: FT / IR-460 plus manufactured by JASCO Corporation), 3100 cm −1 to 2800 cm absorption area S of peaks derived from the absorption area S CH and 2700 cm -1 derived from predominantly CH bond as measured in the range up to 1 primarily in C-F bonds measured by a range of up to 2000 cm -1 CF was calculated respectively. Furthermore, the ratio of C—H bonds (C—H group residual ratio) was calculated by the following formula.
C—H group residual ratio = S CH / (S CH + S CF ) × 100 (%)

(1)微多孔膜のフッ素化処理
室温の条件下、微多孔膜をフッ素ガス5vol%と窒素ガス95vol%からなる混合ガスに30分間暴露することによりフッ素化を行った。
(1) Fluorination treatment of microporous membrane Fluorination was performed by exposing the microporous membrane to a mixed gas composed of 5 vol% of fluorine gas and 95 vol% of nitrogen gas for 30 minutes at room temperature.

(2)フェントン試験
微多孔膜を空気下、200℃、2時間の条件で前処理を行った。次いで鉄イオンが2ppm、過酸化水素が1%の水溶液を調製し、80℃に加温したところに前処理後の高分子電解質膜を1時間、浸漬した。その後、イオンクロマトグラフにより試験後の液に含まれるフッ素イオンを測定した。なお、フッ素イオン量(フッ素溶出量)が少ないほど耐久性の高い高分子電解質膜、電極触媒層等を与える高分子電解質組成物となるものと評価した。すなわち、フッ素イオンが検出された微多孔膜は×、検出されなかった微多孔膜は○と評価した。また、フッ素化していない微多孔膜については、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)測定を行い、未処理の微多孔膜と上述の前処理を行った後の微多孔膜とで分子量の比較を行い、分子量低下がなかったものを○とし、分子量低下がみられたものを×とした。
(2) Fenton test The microporous membrane was pretreated in air at 200 ° C for 2 hours. Next, an aqueous solution containing 2 ppm of iron ions and 1% of hydrogen peroxide was prepared, and the polymer electrolyte membrane after pretreatment was immersed for 1 hour in a place heated to 80 ° C. Then, the fluorine ion contained in the liquid after a test was measured with the ion chromatograph. In addition, it evaluated that it became a polymer electrolyte composition which gives a highly durable polymer electrolyte membrane, an electrode catalyst layer, etc., so that there are few amounts of fluorine ions (fluorine elution amount). That is, the microporous film in which fluorine ions were detected was evaluated as x, and the microporous film in which fluorine ions were not detected was evaluated as ◯. For non-fluorinated microporous membranes, gel permeation chromatography (GPC) measurement is performed, and the molecular weight is compared between the untreated microporous membrane and the microporous membrane after the above pretreatment. The case where there was no molecular weight reduction was marked with ◯, and the case where molecular weight reduction was observed was marked with x.

(製造例1)
ポリエチレン製微多孔膜(DSM Solutech社製、グレード:Solupor 3P07A 空孔率83%)について、(1)に記載の手法によりフッ素化した。なお、上記空孔率は、水銀圧入法により、水銀ポロシメーター(オートポアIV 9520、初期圧約20kPa、島津製作所社製)を用いて測定した値を採用した(以下同様)。次いで当該微多孔膜について、(2)に記載のフェントン試験を実施した。結果を表1に示す。
(Production Example 1)
A polyethylene microporous membrane (manufactured by DSM Solutech, grade: Solupor 3P07A porosity 83%) was fluorinated by the method described in (1). In addition, the said porosity employ | adopted the value measured using the mercury porosimeter (Autopore IV9520, the initial pressure of about 20 kPa, Shimadzu Corporation Corp.) by the mercury intrusion method (hereinafter the same). Subsequently, the Fenton test described in (2) was performed on the microporous membrane. The results are shown in Table 1.

(製造例2)
(ポリプロピレン製微多孔膜の調製)
密度0.90、粘度平均分子量30万のポリプロピレン(PP)樹脂を口径25mm、L/D=48の二軸押出機にフィーダーを介して投入した。220℃、200rpmの条件で混練し、押出機先端に設置した共押出可能なリップ厚3mmのTダイから押出した後、ただちに25℃に冷却し、キャストロールで引き取り、膜厚20mmの前駆体フィルムを得た。この前駆体フィルムを40℃で1.5倍に一軸延伸した後、この延伸フィルムをさらに120℃で2.0倍に一軸延伸し、さらに130℃で熱固定を行うことで、空孔率が85%のポリプロピレン製微多孔膜を得た。
このポリプロピレン製微多孔膜について、(1)に記載の手法によりフッ素化した。次いで当該微多孔膜について、(2)に記載のフェントン試験を実施した。結果を表1に示す。
(Production Example 2)
(Preparation of polypropylene microporous membrane)
A polypropylene (PP) resin having a density of 0.90 and a viscosity average molecular weight of 300,000 was charged into a twin screw extruder having a diameter of 25 mm and L / D = 48 via a feeder. Kneaded under the conditions of 220 ° C and 200rpm, extruded from a co-extrudable lip 3mm thick T-die installed at the tip of the extruder, immediately cooled to 25 ° C, taken up with a cast roll, and a precursor film with a thickness of 20mm Got. After this precursor film was uniaxially stretched 1.5 times at 40 ° C., this stretched film was further uniaxially stretched 2.0 times at 120 ° C. and further heat-set at 130 ° C. An 85% polypropylene microporous membrane was obtained.
This polypropylene microporous membrane was fluorinated by the method described in (1). Subsequently, the Fenton test described in (2) was performed on the microporous membrane. The results are shown in Table 1.

(製造例3)
(エチレン−プロピレン製微多孔膜の調製)
密度0.88、粘度平均分子量40万のエチレン−プロピレン共重合体樹脂を口径25mm、L/D=48の二軸押出機にフィーダーを介して投入した。220℃、200rpmの条件で混練し、押出機先端に設置した共押出可能なリップ厚3mmのTダイから押出した後、ただちに25℃に冷却し、キャストロールで引き取り、膜厚20mmの前駆体フィルムを得た。この前駆体フィルムを40℃で1.5倍に一軸延伸した後、この延伸フィルムをさらに120℃で2.0倍に一軸延伸し、さらに130℃で熱固定を行うことで、空孔率が82%のエチレン−プロピレン製微多孔膜を得た。
このエチレン−プロピレン製微多孔膜について、(1)に記載の手法によりフッ素化した。次いで当該微多孔膜について、(2)に記載のフェントン試験を実施した。結果を表1に示す。
(Production Example 3)
(Preparation of ethylene-propylene microporous membrane)
An ethylene-propylene copolymer resin having a density of 0.88 and a viscosity average molecular weight of 400,000 was charged into a twin screw extruder having a diameter of 25 mm and L / D = 48 via a feeder. Kneaded under the conditions of 220 ° C and 200rpm, extruded from a co-extrudable lip 3mm thick T-die installed at the tip of the extruder, immediately cooled to 25 ° C, taken up with a cast roll, and a precursor film with a thickness of 20mm Got. After this precursor film was uniaxially stretched 1.5 times at 40 ° C., this stretched film was further uniaxially stretched 2.0 times at 120 ° C. and further heat-set at 130 ° C. An 82% ethylene-propylene microporous membrane was obtained.
This ethylene-propylene microporous membrane was fluorinated by the method described in (1). Subsequently, the Fenton test described in (2) was performed on the microporous membrane. The results are shown in Table 1.

(製造例4)
(ポリ−4−メチル−1−ペンテン製微多孔膜の調製)
密度0.83、融点240℃(カタログ値)のポリ(4−メチル−1−ペンテン)樹脂(DX845、三井化学株式会社製)55重量部、テトラ−n−オクチルピロメリテート(ピロメックスP N−08 、花王株式会社製)45重量部、テトラキス−[メチレン−3 −(3’,5‘−ジ−t−ブチル−4’−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]メタン0.5重量部を混合し組成物を調整した。次に該組成物をラボプラストミル(株式会社東洋精機製作所製) を用いて、温度270 ℃ 、回転数50rpmにて、混練トルク安定後に10分間溶融混練し混練物を得た。さらに該混練物を270℃ に温調した圧縮成型機を用いてシート状に成型し、続いて冷却圧縮成型機にて室温まで冷却し、厚み0 .15mmの成型体を得た。
(Production Example 4)
(Preparation of poly-4-methyl-1-pentene microporous membrane)
Poly (4-methyl-1-pentene) resin (DX845, manufactured by Mitsui Chemicals, Inc.) having a density of 0.83 and a melting point of 240 ° C. (catalog value) 55 parts by weight, tetra-n-octyl pyromellitate (Piromex P N- 08, manufactured by Kao Corporation), and 45 parts by weight of tetrakis- [methylene-3- (3 ′, 5′-di-t-butyl-4′-hydroxyphenyl) propionate] methane 0.5 parts by weight are mixed. Adjusted. Next, the composition was melt-kneaded for 10 minutes after stabilization of the kneading torque at a temperature of 270 ° C. and a rotation speed of 50 rpm using a Laboplast mill (manufactured by Toyo Seiki Seisakusho Co., Ltd.) to obtain a kneaded product. Further, the kneaded product was molded into a sheet using a compression molding machine adjusted to 270 ° C., and then cooled to room temperature with a cooling compression molding machine. A 15 mm molded body was obtained.

得られた成型体を金枠に四方を固定した状態で、2−ブタノンを用いてテトラ−n−オクチルピロメリテートを抽出した。さらに2−ブタノンをエタノールに置換した後、室温でエタノールを揮発除去して、多孔質成形体を得た。
続いて試験2軸延伸機(株式会社東洋精機製作所製)を用いて、延伸温度180℃、延伸速度20%/秒にて、延伸倍率3×3倍の同時2軸延伸を行った。最後に得られた微多孔膜を金枠に固定し、170℃に温度調節した熱風オーブンにて5分間熱処理を行うことでポリ−4−メチル−1−ペンテン製微多孔膜微多孔膜を得た。
Tetra-n-octyl pyromellitate was extracted using 2-butanone in a state where the obtained molded body was fixed on all sides to a metal frame. Furthermore, after 2-butanone was replaced with ethanol, ethanol was volatilized and removed at room temperature to obtain a porous molded body.
Subsequently, simultaneous biaxial stretching at a stretching ratio of 3 × 3 was performed at a stretching temperature of 180 ° C. and a stretching speed of 20% / second using a test biaxial stretching machine (manufactured by Toyo Seiki Seisakusho Co., Ltd.). Finally, the obtained microporous membrane was fixed to a metal frame, and heat-treated for 5 minutes in a hot air oven adjusted to 170 ° C. to obtain a microporous membrane made of poly-4-methyl-1-pentene. It was.

このポリ−4−メチル−1−ペンテン製微多孔膜について、(1)に記載の手法によりフッ素化した。次いで当該微多孔膜について、(2)に記載のフェントン試験を実施した。結果を表1に示す。   This poly-4-methyl-1-pentene microporous membrane was fluorinated by the method described in (1). Subsequently, the Fenton test described in (2) was performed on the microporous membrane. The results are shown in Table 1.

(比較製造例1)
フッ素化しない以外は製造例1と同様にして、(2)に記載のフェントン試験を実施した。結果を表1に示す。
(Comparative Production Example 1)
The Fenton test described in (2) was performed in the same manner as in Production Example 1 except that fluorination was not performed. The results are shown in Table 1.

(比較製造例2)
フッ素化しない以外は製造例2と同様にして、(2)に記載のフェントン試験を実施した。結果を表1に示す。
(Comparative Production Example 2)
The Fenton test described in (2) was carried out in the same manner as in Production Example 2 except that fluorination was not performed. The results are shown in Table 1.

(比較製造例3)
フッ素化しない以外は製造例3と同様にして、(2)に記載のフェントン試験を実施した。結果を表1に示す。
(Comparative Production Example 3)
The Fenton test described in (2) was carried out in the same manner as in Production Example 3 except that fluorination was not performed. The results are shown in Table 1.

(比較製造例4)
フッ素化しない以外は製造例4と同様にして、(2)に記載のフェントン試験を実施した。結果を表1に示す。
(Comparative Production Example 4)
The Fenton test described in (2) was carried out in the same manner as in Production Example 4 except that fluorination was not performed. The results are shown in Table 1.

(参考製造例1)
微多孔膜としてポリテトラフルオロエチレン(PTFE)膜(Donaldson社製、グレード:#1326 空孔率71%)について、(1)に記載の手法によりフッ素化した。次いで当該微多孔膜について、(2)に記載のフェントン試験を実施した。結果を表1に示す。
(Reference Production Example 1)
A polytetrafluoroethylene (PTFE) film (manufactured by Donaldson, grade: # 1326 porosity 71%) as a microporous film was fluorinated by the method described in (1). Subsequently, the Fenton test described in (2) was performed on the microporous membrane. The results are shown in Table 1.

Figure 2017010785
Figure 2017010785

(3)密着性
高分子電解質膜を5cm×5cmの断片に切断し試験片とした。次いで、前記試験片の片面に両面テープ(NW−K15 ニチバン製)を万遍なく貼り付け、ガラス基板の上に固定した。次いで、セロテープ(登録商標)(CT−15 ニチバン製)を、高分子電解質膜の対角線の一本を通るように張り付け、勢いよく剥がした。この時、補強材と高分子電解質の界面で完全に剥がれた場合×、一部が剥がれた場合△、剥がれなかった場合○とした。
(3) Adhesiveness The polymer electrolyte membrane was cut into 5 cm × 5 cm pieces to obtain test pieces. Next, a double-sided tape (NW-K15 manufactured by Nichiban Co., Ltd.) was uniformly applied to one side of the test piece and fixed on the glass substrate. Next, cellotape (registered trademark) (CT-15 manufactured by Nichiban Co., Ltd.) was attached so as to pass through one diagonal line of the polymer electrolyte membrane, and peeled off vigorously. At this time, it was rated as x when completely peeled off at the interface between the reinforcing material and the polymer electrolyte, Δ when partially peeled, and ○ when not peeled off.

(4)寸法変化測定
後述するとおりに調製された高分子電解質膜の80℃水中における寸法変化比(平面方向/膜厚方向)を、以下のようにして測定した。
(4) Dimensional Change Measurement A dimensional change ratio (planar direction / film thickness direction) in 80 ° C. water of a polymer electrolyte membrane prepared as described below was measured as follows.

膜サンプルとして、高分子電解質膜を4cm×3cmの矩形膜に切り出し、恒温恒湿の室内(23℃、50%RH)に1時間以上放置した後、その乾燥状態の矩形膜サンプルの平面方向の各寸法を測定した。   As a membrane sample, a polymer electrolyte membrane was cut into a 4 cm × 3 cm rectangular membrane, left in a constant temperature and humidity room (23 ° C., 50% RH) for 1 hour or longer, and then the dried rectangular membrane sample in the planar direction. Each dimension was measured.

次に、上記寸法を測定した矩形膜サンプルを80℃の熱水中で1時間煮沸し、電解質膜の水分による質量変化が5%以下の湿潤状態になるように充分に水を吸収させた。この際、熱水中から膜を取り出し、表面の水分を充分に除去した状態で、電子天秤で質量変化量が5%以下となったことを確認した。この水を吸収して膨張した湿潤状態の膜サンプルを熱水中から取り出し、平面方向及び膜厚方向の各寸法を測定した。乾燥状態での平面方向における各寸法を基準として、その乾燥状態での各寸法から湿潤状態での平面方向及び膜厚方向における各寸法の増分の平均を取って、寸法変化量(%)とした。   Next, the rectangular membrane sample whose dimensions were measured was boiled in hot water at 80 ° C. for 1 hour, and water was sufficiently absorbed so that the mass change due to moisture in the electrolyte membrane was 5% or less. At this time, the film was taken out from the hot water, and it was confirmed that the amount of mass change was 5% or less with an electronic balance in a state where water on the surface was sufficiently removed. The wet membrane sample which absorbed this water and expanded was taken out from the hot water, and each dimension in the plane direction and the film thickness direction was measured. Taking each dimension in the plane direction in the dry state as a reference, taking the average of each dimension increment in the plane direction and the film thickness direction in the wet state from each dimension in the dry state was taken as the dimensional change amount (%). .

次に寸法変化比(平面方向/膜厚方向)を下記式により計算した。
(寸法変化比(平面方向/膜厚方向))=平面方向の寸法変化量(%)÷ 膜厚方向の寸法変化量(%)
A:寸法変化につきましては具体的数値を記載するのみとし、○、×の判定はしないこととしました。
Next, the dimensional change ratio (plane direction / film thickness direction) was calculated by the following formula.
(Dimensional change ratio (plane direction / film thickness direction)) = dimensional change in plane direction (%) ÷ dimensional change in film thickness direction (%)
A: For dimensional changes, only specific numerical values are listed, and ○ and × are not judged.

(5)耐久性試験:OCV試験
高温低加湿条件下における高分子電解質膜の化学耐久性を加速的に評価するため、以下のような手順でOCVによる加速試験を実施した。尚、「OCV」とは、開回路電圧(Open Circuit Voltage)を意味する。
(5) Durability test: OCV test In order to evaluate the chemical durability of the polymer electrolyte membrane under high-temperature and low-humidification conditions in an accelerated manner, an accelerated test using OCV was performed according to the following procedure. Note that “OCV” means an open circuit voltage.

(5)−1 電極触媒インクの調製
20質量%のパーフルオロスルホン酸ポリマー溶液(SS700C/20、旭化成イーマテリアルズ社製、当量質量(EW):740)、電極触媒(TEC10E40E、田中貴金属販売社製、白金担持量36.7wt%)を白金/パーフルオロスルホン酸ポリマーが1/1.15(質量)となるように配合し、次いで、固形分(電極触媒とパーフルオロスルホン酸ポリマーの和)が11wt%となるようにエタノールを加え、ホモジナイザー(アズワン社製)により回転数が3,000rpmで10分間、撹拌することで電極触媒インクを得た。
(5) -1 Preparation of Electrocatalyst Ink 20% by mass perfluorosulfonic acid polymer solution (SS700C / 20, manufactured by Asahi Kasei E-materials, equivalent mass (EW): 740), electrode catalyst (TEC10E40E, Tanaka Kikinzoku Co., Ltd.) Made of platinum, 36.7 wt% of platinum supported) so that the platinum / perfluorosulfonic acid polymer becomes 1 / 1.15 (mass), and then the solid content (the sum of the electrode catalyst and the perfluorosulfonic acid polymer) Ethanol was added so as to be 11 wt%, and an electrode catalyst ink was obtained by stirring for 10 minutes at 3,000 rpm with a homogenizer (manufactured by ASONE).

(5)−2 MEAの作製
自動スクリーン印刷機(製品名:LS−150、ニューロング精密工業株式会社製)を用い、高分子電解質膜の両面に前記電極触媒インクを、白金量がアノード側0.2mg/cm2、カソード側0.3mg/cm2となるように塗布し、140℃、5分の条件で乾燥・固化させることでMEAを得た。
(5) -2 Production of MEA Using an automatic screen printing machine (product name: LS-150, manufactured by Neurong Seimitsu Kogyo Co., Ltd.), the electrocatalyst ink was placed on both sides of the polymer electrolyte membrane, and the amount of platinum was 0 on the anode side. .2mg / cm 2, was applied to the cathode side 0.3mg / cm 2, 140 ℃, to obtain a MEA by drying and solidifying at 5 minutes condition.

(5)−3 燃料電池単セルの作製
前記MEAの両極にガス拡散層(製品名:GDL35BC、MFCテクノロジー社製)を重ね、次いでガスケット、バイポーラプレート、バッキングプレートを重ねることで燃料電池単セルを得た。
(5) -3 Fabrication of a fuel cell unit cell A gas diffusion layer (product name: GDL35BC, manufactured by MFC Technology) is stacked on both poles of the MEA, and then a gasket, bipolar plate, and backing plate are stacked to form a fuel cell unit cell. Obtained.

(5)−4 OCV試験
前記燃料電池単セルを評価装置(東陽テクニカ製燃料電池評価システム890CL)にセットして、OCVによる耐久性試験を実施した。
(5) -4 OCV Test The fuel cell single cell was set in an evaluation apparatus (Fuel Cell Evaluation System 890CL manufactured by Toyo Technica), and a durability test by OCV was performed.

OCV試験条件は、セル温度95℃、加湿ボトル50℃(相対湿度25%RH)とし、アノード側に水素ガス、カソード側に空気ガスを、それぞれ50cc/minとなるよう供給する条件とした。また、アノード側とカソード側の両方を無加圧(大気圧)とした。   The OCV test conditions were such that the cell temperature was 95 ° C., the humidification bottle was 50 ° C. (relative humidity 25% RH), and hydrogen gas was supplied to the anode side and air gas was supplied to the cathode side at 50 cc / min. Further, no pressure was applied (atmospheric pressure) on both the anode side and the cathode side.

(5)−5 劣化判定
試験開始から50時間毎に水素のリーク量を、マイクロガスクロマトグラフ(VARIAN社製 CP−4900)を用いて測定した。水素のリーク量が1000ppm以上となった時点で破膜と判断し試験を中止した。
(5) -5 Degradation Determination The amount of hydrogen leak was measured every 50 hours from the start of the test using a micro gas chromatograph (CP-4900 manufactured by VARIAN). When the amount of hydrogen leaked was 1000 ppm or more, the film was judged to be broken, and the test was stopped.

上記OCV試験で、破膜時間が250時間を越えた場合を○とし、250時間以下であった場合を×として判定した。   In the OCV test, the case where the film breaking time exceeded 250 hours was evaluated as ◯, and the case where the film breaking time was 250 hours or less was determined as ×.

〔実施例1〕
(高分子電解質組成物の調製)
高分子電解質(B)の前駆体である、テトラフルオロエチレン及びCF2=CFO(CF22−SO2Fから得られたパーフルオロスルホン酸樹脂前駆体(加水分解・酸処理後のEW:740)ペレットを、水酸化カリウム(15質量%)とメチルアルコール(50質量%)を溶解した水溶液中に、80℃で20時間接触させて、加水分解処理を行った。その後、60℃水中に5時間浸漬した。次に60℃の2N塩酸水溶液に1時間浸漬させる処理を、毎回新しい塩酸水溶液を用いて5回繰り返した後、イオン交換水で水洗、乾燥した。これにより、スルホン酸基(SO3H)を有する高分子電解質(B)のペレットを得た。
[Example 1]
(Preparation of polymer electrolyte composition)
Perfluorosulfonic acid resin precursor obtained from tetrafluoroethylene and CF 2 ═CFO (CF 2 ) 2 —SO 2 F, which are precursors of the polymer electrolyte (B) (EW after hydrolysis and acid treatment: 740) The pellet was brought into contact with an aqueous solution in which potassium hydroxide (15% by mass) and methyl alcohol (50% by mass) were dissolved at 80 ° C. for 20 hours for hydrolysis treatment. Then, it was immersed in 60 degreeC water for 5 hours. Next, the treatment of immersing in a 2N hydrochloric acid aqueous solution at 60 ° C. for 1 hour was repeated 5 times each time using a new aqueous hydrochloric acid solution, then washed with ion-exchanged water and dried. Thereby, a pellet of the polymer electrolyte (B) having a sulfonic acid group (SO 3 H) was obtained.

このペレットをエタノール水溶液(水:エタノール=66.7:33.3(質量比))と共に5Lオートクレーブ中に入れて密閉し、撹拌翼で攪拌しながら160℃まで昇温して5時間保持した。その後、オートクレーブを自然冷却して、5質量%の均一なパーフルオロスルホン酸樹脂溶液−1を調製した。   The pellet was placed in a 5 L autoclave together with an aqueous ethanol solution (water: ethanol = 66.7: 33.3 (mass ratio)), sealed, heated to 160 ° C. with stirring with a stirring blade, and held for 5 hours. Thereafter, the autoclave was naturally cooled to prepare 5% by mass of a uniform perfluorosulfonic acid resin solution-1.

次に、この溶液1200gを2Lのナスフラスコに移し、湯浴を80℃に設定したロータリーエバポレータ―(BUCHI社製 Rotavapor R−200)に設置し、固形分濃度が20質量%になるように減圧濃縮し、パーフルオロスルホン酸樹脂溶液−2を調製した。   Next, 1200 g of this solution was transferred to a 2 L eggplant flask and placed on a rotary evaporator (Rotavapor R-200 manufactured by BUCHI) with a hot water bath set to 80 ° C., and the pressure was reduced so that the solid content concentration was 20% by mass. Concentrated to prepare perfluorosulfonic acid resin solution-2.

(高分子電解質膜の作製)
上記で得られたパーフルオロスルホン酸樹脂溶液−2を、塗工機(東洋精機社製 )を用いてカプトン200H(製品名 東レデュポン株式会社製)上にWet厚さが185μmとなるように塗工した。塗工表面が乾燥する前に、微多孔膜として製造例1に記載のフッ素化されたポリエチレン製微多孔膜を重ね、80℃で30分、次いで120℃で30分の条件で乾燥させた。乾燥させた後、微多孔膜側に、Wet厚さが185μmとなるように高分子電解質溶液−2を塗工し、80℃で30分、次いで120℃で30分の条件で乾燥させた。得られた複合膜を水洗し、170℃で20分の条件でさらに乾燥させることで高分子電解質膜を得た。
(Production of polymer electrolyte membrane)
Using the coating machine (manufactured by Toyo Seiki Co., Ltd.), the perfluorosulfonic acid resin solution-2 obtained above is coated on Kapton 200H (product name: manufactured by Toray DuPont Co., Ltd.) so that the wet thickness is 185 μm. Worked. Before the coated surface was dried, the fluorinated polyethylene microporous membrane described in Production Example 1 was overlaid as a microporous membrane and dried at 80 ° C. for 30 minutes and then at 120 ° C. for 30 minutes. After drying, the polymer electrolyte solution-2 was applied to the microporous membrane side so that the wet thickness was 185 μm, and dried at 80 ° C. for 30 minutes and then at 120 ° C. for 30 minutes. The obtained composite membrane was washed with water and further dried at 170 ° C. for 20 minutes to obtain a polymer electrolyte membrane.

この高分子電解質膜を用い、上記(3)含浸性の観察、(4)寸法変化、及び上記(5)耐久性試験を実施したところ良好な結果を得た。結果を表2に示す。   Using this polymer electrolyte membrane, the above (3) observation of impregnation, (4) dimensional change, and (5) durability test were carried out, and good results were obtained. The results are shown in Table 2.

〔実施例2〕
微多孔膜として製造例2に記載のフッ素化されたポリプロピレン製微多孔膜を用いる以外は、実施例1と同様にして高分子電解質膜を得た。
[Example 2]
A polymer electrolyte membrane was obtained in the same manner as in Example 1 except that the fluorinated polypropylene microporous membrane described in Production Example 2 was used as the microporous membrane.

この高分子電解質膜を用い、上記(3)含浸性の観察、(4)寸法変化、及び上記(5)耐久性試験を実施したところ良好な結果を得た。結果を表2に示す。   Using this polymer electrolyte membrane, the above (3) observation of impregnation, (4) dimensional change, and (5) durability test were carried out, and good results were obtained. The results are shown in Table 2.

〔実施例3〕
微多孔膜として製造例3に記載のフッ素化されたエチレン−プロピレン製微多孔膜を用いる以外は、実施例1と同様にして高分子電解質膜を得た。
Example 3
A polymer electrolyte membrane was obtained in the same manner as in Example 1 except that the fluorinated ethylene-propylene microporous membrane described in Production Example 3 was used as the microporous membrane.

この高分子電解質膜を用い、上記(3)含浸性の観察、(4)寸法変化、及び上記(5)耐久性試験を実施したところ良好な結果を得た。結果を表2に示す。
〔実施例4〕
微多孔膜として製造例4に記載のフッ素化されたポリ−4−メチル−1−ペンテン製微多孔膜を用いる以外は、実施例1と同様にして高分子電解質膜を得た。
Using this polymer electrolyte membrane, the above (3) observation of impregnation, (4) dimensional change, and (5) durability test were carried out, and good results were obtained. The results are shown in Table 2.
Example 4
A polymer electrolyte membrane was obtained in the same manner as in Example 1 except that the fluorinated poly-4-methyl-1-pentene microporous membrane described in Production Example 4 was used as the microporous membrane.

この高分子電解質膜を用い、上記(3)含浸性の観察、(4)寸法変化、及び上記(5)耐久性試験を実施したところ良好な結果を得た。結果を表2に示す。   Using this polymer electrolyte membrane, the above (3) observation of impregnation, (4) dimensional change, and (5) durability test were carried out, and good results were obtained. The results are shown in Table 2.

〔比較例1〕
微多孔膜として比較製造例1に記載のポリエチレン製微多孔膜を使用する以外は、実施例1と同様にして高分子電解質膜を得た。
[Comparative Example 1]
A polymer electrolyte membrane was obtained in the same manner as in Example 1 except that the polyethylene microporous membrane described in Comparative Production Example 1 was used as the microporous membrane.

この高分子電解質膜を用い、上記(3)含浸性の観察、上記(4)寸法変化、及び上記(5)耐久性試験を実施したところ補強材と高分子電解質の間に空隙が見られ、寸法変化、耐久性共に基準を満たさなかった。結果を表2に示す。   Using this polymer electrolyte membrane, when the above (3) observation of impregnation, (4) dimensional change, and (5) durability test were performed, voids were seen between the reinforcing material and the polymer electrolyte, Neither dimensional change nor durability met the standards. The results are shown in Table 2.

〔比較例2〕
微多孔膜として比較製造例2に記載のポリプロピレン製微多孔膜を使用する以外は、実施例1と同様にして高分子電解質膜を得た。
[Comparative Example 2]
A polymer electrolyte membrane was obtained in the same manner as in Example 1 except that the polypropylene microporous membrane described in Comparative Production Example 2 was used as the microporous membrane.

この高分子電解質膜を用い、上記(3)含浸性の観察、上記(4)寸法変化、及び上記(5)耐久性試験を実施したところ補強材と高分子電解質の間に空隙が見られ、寸法変化、耐久性共に基準を満たさなかった。結果を表2に示す。   Using this polymer electrolyte membrane, when the above (3) observation of impregnation, (4) dimensional change, and (5) durability test were performed, voids were seen between the reinforcing material and the polymer electrolyte, Neither dimensional change nor durability met the standards. The results are shown in Table 2.

〔比較例3〕
微多孔膜として比較製造例3に記載のエチレン−プロピレン製微多孔膜を使用する以外は、実施例1と同様にして高分子電解質膜を得た。
[Comparative Example 3]
A polymer electrolyte membrane was obtained in the same manner as in Example 1 except that the ethylene-propylene microporous membrane described in Comparative Production Example 3 was used as the microporous membrane.

この高分子電解質膜を用い、上記(3)含浸性の観察、上記(4)寸法変化、及び上記(5)耐久性試験を実施したところ補強材と高分子電解質の間に空隙が見られ、寸法変化、耐久性共に基準を満たさなかった。結果を表2に示す。   Using this polymer electrolyte membrane, when the above (3) observation of impregnation, (4) dimensional change, and (5) durability test were performed, voids were seen between the reinforcing material and the polymer electrolyte, Neither dimensional change nor durability met the standards. The results are shown in Table 2.

〔比較例4〕
微多孔膜として比較製造例4に記載のポリ−4−メチル−1−ペンテン製微多孔膜を使用する以外は、実施例1と同様にして高分子電解質膜を得た。
[Comparative Example 4]
A polymer electrolyte membrane was obtained in the same manner as in Example 1 except that the microporous membrane made of poly-4-methyl-1-pentene described in Comparative Production Example 4 was used as the microporous membrane.

この高分子電解質膜を用い、上記(3)含浸性の観察、上記(4)寸法変化、及び上記(5)耐久性試験を実施したところ補強材と高分子電解質の間に空隙が見られ、寸法変化、耐久性共に基準を満たさなかった。結果を表2に示す。   Using this polymer electrolyte membrane, when the above (3) observation of impregnation, (4) dimensional change, and (5) durability test were performed, voids were seen between the reinforcing material and the polymer electrolyte, Neither dimensional change nor durability met the standards. The results are shown in Table 2.

〔参考例1〕
微多孔膜としてポリテトラフルオロエチレン(PTFE)膜(Donaldson社製、グレード:#1326 空孔率71%)を用いる以外は、実施例1と同様にして高分子電解質膜を得た。
[Reference Example 1]
A polymer electrolyte membrane was obtained in the same manner as in Example 1, except that a polytetrafluoroethylene (PTFE) membrane (Donaldson, grade: # 1326 porosity 71%) was used as the microporous membrane.

この高分子電解質膜を用い、上記(3)含浸性の観察、上記(4)寸法変化、及び上記(5)耐久性試験を実施したところ補強材と高分子電解質の間に空隙が見られ、寸法変化、耐久性共に基準を満たさなかった。結果を表2に示す。   Using this polymer electrolyte membrane, when the above (3) observation of impregnation, (4) dimensional change, and (5) durability test were performed, voids were seen between the reinforcing material and the polymer electrolyte, Neither dimensional change nor durability met the standards. The results are shown in Table 2.

Figure 2017010785
Figure 2017010785

(6)官能基を含有するフッ素系微多孔膜の調製
室温の条件下、微多孔膜をフッ素ガス3vol%、酸素ガス5vol%、二酸化硫黄ガス5vol%、窒素ガス87vol%からなる混合ガスに10分間暴露することによりフッ素化を行った。フッ素化後の微多孔膜の残存C−H基率については、上述と同様にFTIRを用いて測定を行い、算出した。
(6) Preparation of fluorinated microporous membrane containing functional groups The microporous membrane was mixed with a mixed gas consisting of 3 vol% fluorine gas, 5 vol% oxygen gas, 5 vol% sulfur dioxide gas, and 87 vol% nitrogen gas under room temperature conditions. Fluorination was performed by exposure for 1 minute. The residual C—H group ratio of the microporous membrane after fluorination was calculated by performing measurement using FTIR in the same manner as described above.

(7)フェントン試験
後述するとおりに調製された微多孔膜を空気下、200℃、2時間の条件で前処理を行った。次いで鉄イオンが2ppm、過酸化水素が1%の水溶液を調製し、80℃に加温したところに前処理後の高分子電解質膜を1時間、浸漬した。その後、イオンクロマトグラフにより試験後の液に含まれるフッ素イオンを測定した。なお、フッ素イオン量(フッ素溶出量)が少ないほど耐久性の高い高分子電解質膜、電極触媒層等を与える高分子電解質組成物となる。
(7) Fenton test A microporous membrane prepared as described below was pretreated in air at 200 ° C for 2 hours. Next, an aqueous solution containing 2 ppm of iron ions and 1% of hydrogen peroxide was prepared, and the polymer electrolyte membrane after pretreatment was immersed for 1 hour in a place heated to 80 ° C. Then, the fluorine ion contained in the liquid after a test was measured with the ion chromatograph. In addition, it becomes a polymer electrolyte composition which gives a highly durable polymer electrolyte membrane, an electrode catalyst layer, etc., so that there are few amounts of fluorine ions (fluorine elution amount).

(8)EW測定
官能基を含有するフッ素系微多孔膜を20mm角で切り出し蒸留水に1時間以上浸漬させた。次いで該フッ素系微多孔膜を飽和NaCl水溶液に撹拌しながら30分以上浸漬させた。次いで、自動滴定装置(製品名:AUT−701型 東亜DKK社製)を用いて滴定した。滴定後、該フッ素系微多孔膜を160℃で乾燥させ、重量を測定した。得られた滴定結果より次式を用いてEWを求めた。
EW=(W/M)−22
(上記式中、「W」は官能基を導入した微多孔膜(A)の質量(mg)を表し、「M」は中和に要した水酸化ナトリウムの物質量(mmol)を表す。)
(8) EW measurement A fluorine-based microporous membrane containing a functional group was cut out at 20 mm square and immersed in distilled water for 1 hour or more. Next, the fluorine-based microporous membrane was immersed in a saturated NaCl aqueous solution for 30 minutes or more with stirring. Next, titration was performed using an automatic titrator (product name: AUT-701 type, manufactured by Toa DKK). After titration, the fluorinated microporous membrane was dried at 160 ° C. and the weight was measured. EW was determined from the obtained titration result using the following formula.
EW = (W / M) −22
(In the above formula, “W” represents the mass (mg) of the microporous membrane (A) introduced with a functional group, and “M” represents the amount of sodium hydroxide (mmol) required for neutralization).

〔製造例5〕
製造例1で使用したポリエチレン製微多孔膜について、前記(6)に記載の手法によりスルホン酸基含有フッ素系微多孔膜を調製した。次いで当該微多孔膜について、(7)に記載の手法によりフェントン試験を、(8)に記載の手法によりEW測定を実施した。結果を表3に示す。
[Production Example 5]
For the polyethylene microporous membrane used in Production Example 1, a sulfonic acid group-containing fluorine-based microporous membrane was prepared by the method described in (6) above. Next, the microporous membrane was subjected to the Fenton test by the method described in (7) and the EW measurement by the method described in (8). The results are shown in Table 3.

〔製造例6〕
製造例2で調製したポリプロピレン製微多孔膜について、前記(6)に記載の手法によりスルホン酸基含有フッ素系微多孔膜を調製した。次いで当該微多孔膜について、(7)に記載の手法によりフェントン試験を、(8)に記載の手法によりEW測定を実施した。結果を表3に示す。
[Production Example 6]
For the polypropylene microporous membrane prepared in Production Example 2, a sulfonic acid group-containing fluorine-based microporous membrane was prepared by the method described in (6) above. Next, the microporous membrane was subjected to the Fenton test by the method described in (7) and the EW measurement by the method described in (8). The results are shown in Table 3.

〔製造例7〕
製造例3で調製したエチレン−プロピレン製微多孔膜について、前記(6)に記載の手法によりスルホン酸基含有フッ素系微多孔膜を調製した。次いで当該微多孔膜について、前記(7)に記載の手法によりフェントン試験を、(8)に記載の手法によりEW測定を実施した。結果を表3に示す。
[Production Example 7]
For the ethylene-propylene microporous membrane prepared in Production Example 3, a sulfonic acid group-containing fluorine-based microporous membrane was prepared by the method described in (6) above. Next, the microporous membrane was subjected to a Fenton test by the method described in (7) and EW measurement was performed by the method described in (8). The results are shown in Table 3.

〔製造例8〕
製造例4で調製したポリ−4−メチル−1−ペンテン製微多孔膜について、前記(6)に記載の手法によりスルホン酸基含有フッ素系微多孔膜を調製した。次いで当該微多孔膜について、前記(7)に記載の手法によりフェントン試験を、(8)に記載の手法によりEW測定を実施した。結果を表3に示す。
[Production Example 8]
For the poly-4-methyl-1-pentene microporous membrane prepared in Production Example 4, a sulfonic acid group-containing fluorine-based microporous membrane was prepared by the method described in (6) above. Next, the microporous membrane was subjected to a Fenton test by the method described in (7) and EW measurement was performed by the method described in (8). The results are shown in Table 3.

〔比較製造例5〕
フッ素化しない以外は製造例5と同様にして、前記(7)に記載の手法によりフェントン試験を実施した。結果を表3に示す。
[Comparative Production Example 5]
A Fenton test was performed by the method described in (7) in the same manner as in Production Example 5 except that fluorination was not performed. The results are shown in Table 3.

〔比較製造例6〕
フッ素化しない以外は製造例6と同様にして、前記(7)に記載の手法によりフェントン試験を実施した。結果を表3に示す。
[Comparative Production Example 6]
A Fenton test was performed by the method described in (7) in the same manner as in Production Example 6 except that fluorination was not performed. The results are shown in Table 3.

〔比較製造例7〕
フッ素化しない以外は製造例7と同様にして、前記(7)に記載の手法によりフェントン試験を実施した。結果を表3に示す。
[Comparative Production Example 7]
A Fenton test was carried out by the method described in (7) in the same manner as in Production Example 7 except that fluorination was not performed. The results are shown in Table 3.

〔比較製造例8〕
フッ素化しない以外は製造例8と同様にして、前記(7)に記載の手法によりフェントン試験を実施した。結果を表3に示す。
[Comparative Production Example 8]
A Fenton test was carried out by the method described in (7) in the same manner as in Production Example 8 except that fluorination was not performed. The results are shown in Table 3.

〔参考製造例2〕
微多孔膜としてポリテトラフルオロエチレン(PTFE)膜(Donaldson社製、グレード:#1326 空孔率71%)を用い、フッ素化を行わない以外は、製造例5と同様にして、前記(7)に記載の手法によりフェントン試験を実施した。結果を表3に示す。
[Reference Production Example 2]
(7) In the same manner as in Production Example 5, except that a polytetrafluoroethylene (PTFE) membrane (Donaldson, grade: # 1326 porosity 71%) was used as the microporous membrane, and fluorination was not performed. The Fenton test was carried out by the method described in 1. The results are shown in Table 3.

Figure 2017010785
Figure 2017010785

(8)高分子電解質の含浸性観察
後述するとおりに調製された高分子電解質膜を1cm×1cmの断片に切断し試験片とした。前記試験片の断面形態観察用を、SEM(日立製作所製、品番:S−4700、加速電圧:5kV、検出器:2次電子検出器、反射電子検出器)により実施した。倍率10,000倍で断面形態観察を行い、補強材と高分子電解質の間に空隙が見られた場合×、空隙が見られなかった場合○とした。
(8) Observation of impregnation of polymer electrolyte A polymer electrolyte membrane prepared as described later was cut into 1 cm × 1 cm pieces to obtain test pieces. The cross-sectional shape of the test piece was observed with an SEM (manufactured by Hitachi, product number: S-4700, acceleration voltage: 5 kV, detector: secondary electron detector, backscattered electron detector). The cross-sectional shape was observed at a magnification of 10,000 times. The case where a void was found between the reinforcing material and the polymer electrolyte was evaluated as x, and the case where no void was observed was marked as o.

(9)密着性
高分子電解質膜を5cm×5cmの断片に切断し試験片とした。次いで、前記試験片の片面に両面テープ(NW−K15 ニチバン製)を万遍なく貼り付け、ガラス基板の上に固定した。次いで、セロテープ(CT−15 ニチバン製)を、高分子電解質膜の対角線の一本を通るように張り付け、勢いよく剥がした。この時、補強材と高分子電解質の界面で完全に剥がれた場合×、一部が剥がれた場合△、剥がれなかった場合○とした。
(9) Adhesiveness The polymer electrolyte membrane was cut into 5 cm × 5 cm pieces to obtain test pieces. Next, a double-sided tape (NW-K15 manufactured by Nichiban Co., Ltd.) was uniformly applied to one side of the test piece and fixed on the glass substrate. Next, cellophane (CT-15 manufactured by Nichiban Co., Ltd.) was attached so as to pass through one diagonal line of the polymer electrolyte membrane, and peeled off vigorously. At this time, it was rated as x when completely peeled off at the interface between the reinforcing material and the polymer electrolyte, Δ when partially peeled, and ○ when not peeled off.

(10)寸法変化測定
後述するとおりに調製された高分子電解質膜の80℃水中における寸法変化比(平面方向/膜厚方向)を、以下のようにして測定した。
(10) Dimensional Change Measurement The dimensional change ratio (planar direction / film thickness direction) of the polymer electrolyte membrane prepared as described later in 80 ° C. water was measured as follows.

膜サンプルとして、高分子電解質膜を4cm×3cmの矩形膜に切り出し、恒温恒湿の室内(23℃、50%RH)に1時間以上放置した後、その乾燥状態の矩形膜サンプルの平面方向の各寸法を測定した。   As a membrane sample, a polymer electrolyte membrane was cut into a 4 cm × 3 cm rectangular membrane, left in a constant temperature and humidity room (23 ° C., 50% RH) for 1 hour or longer, and then the dried rectangular membrane sample in the planar direction. Each dimension was measured.

次に、上記寸法を測定した矩形膜サンプルを80℃の熱水中で1時間煮沸し、電解質膜の水分による質量変化が5%以下の湿潤状態になるように充分に水を吸収させた。この際、熱水中から膜を取り出し、表面の水分を充分に除去した状態で、電子天秤で質量変化量が5%以下となったことを確認した。この水を吸収して膨張した湿潤状態の膜サンプルを熱水中から取り出し、平面方向及び膜厚方向の各寸法を測定した。乾燥状態での平面方向における各寸法を基準として、その乾燥状態での各寸法から湿潤状態での平面方向及び膜厚方向における各寸法の増分の平均を取って、寸法変化量(%)とした。   Next, the rectangular membrane sample whose dimensions were measured was boiled in hot water at 80 ° C. for 1 hour, and water was sufficiently absorbed so that the mass change due to moisture in the electrolyte membrane was 5% or less. At this time, the film was taken out from the hot water, and it was confirmed that the amount of mass change was 5% or less with an electronic balance in a state where water on the surface was sufficiently removed. The wet membrane sample which absorbed this water and expanded was taken out from the hot water, and each dimension in the plane direction and the film thickness direction was measured. Taking each dimension in the plane direction in the dry state as a reference, taking the average of each dimension increment in the plane direction and the film thickness direction in the wet state from each dimension in the dry state was taken as the dimensional change amount (%). .

次に寸法変化比(平面方向/膜厚方向)を下記式により計算した。
(寸法変化比(平面方向/膜厚方向))=平面方向の寸法変化量(%)÷ 膜厚方向の寸法変化量(%)
Next, the dimensional change ratio (plane direction / film thickness direction) was calculated by the following formula.
(Dimensional change ratio (plane direction / film thickness direction)) = dimensional change in plane direction (%) ÷ dimensional change in film thickness direction (%)

(10)耐久性試験:OCV試験
高温低加湿条件下における高分子電解質膜の化学耐久性を加速的に評価するため、以下のような手順でOCVによる加速試験を実施した。尚、「OCV」とは、開回路電圧(Open Circuit Voltage)を意味する。
(10) Durability test: OCV test In order to evaluate the chemical durability of the polymer electrolyte membrane under high-temperature and low-humidification conditions in an accelerated manner, an accelerated test using OCV was performed according to the following procedure. Note that “OCV” means an open circuit voltage.

(10)−1 電極触媒インクの調製
20質量%のパーフルオロスルホン酸ポリマー溶液(SS700C/20、旭化成イーマテリアルズ社製、当量質量(EW):740)、電極触媒(TEC10E40E、田中貴金属販売社製、白金担持量36.7wt%)を白金/パーフルオロスルホン酸ポリマーが1/1.15(質量)となるように配合し、次いで、固形分(電極触媒とパーフルオロスルホン酸ポリマーの和)が11wt%となるようにエタノールを加え、ホモジナイザー(アズワン社製)により回転数が3,000rpmで10分間、撹拌することで電極触媒インクを得た。
(10) -1 Preparation of Electrocatalyst Ink 20% by mass perfluorosulfonic acid polymer solution (SS700C / 20, manufactured by Asahi Kasei E-materials, equivalent mass (EW): 740), electrode catalyst (TEC10E40E, Tanaka Kikinzoku Sales Co., Ltd.) Made of platinum, 36.7 wt% of platinum supported) so that the platinum / perfluorosulfonic acid polymer becomes 1 / 1.15 (mass), and then the solid content (the sum of the electrode catalyst and the perfluorosulfonic acid polymer) Ethanol was added so as to be 11 wt%, and an electrode catalyst ink was obtained by stirring for 10 minutes at 3,000 rpm with a homogenizer (manufactured by ASONE).

(10)−2 MEAの作製
自動スクリーン印刷機(製品名:LS−150、ニューロング精密工業株式会社製)を用い、高分子電解質膜の両面に前記電極触媒インクを、白金量がアノード側0.2mg/cm2、カソード側0.3mg/cm2となるように塗布し、140℃、5分の条件で乾燥・固化させることでMEAを得た。
(10) -2 Fabrication of MEA Using an automatic screen printer (product name: LS-150, manufactured by Neurong Seimitsu Kogyo Co., Ltd.), the electrocatalyst ink was placed on both sides of the polymer electrolyte membrane, and the amount of platinum was 0 on the anode side. .2mg / cm 2, was applied to the cathode side 0.3mg / cm 2, 140 ℃, to obtain a MEA by drying and solidifying at 5 minutes condition.

(10)−3 燃料電池単セルの作製
前記MEAの両極にガス拡散層(製品名:GDL35BC、MFCテクノロジー社製)を重ね、次いでガスケット、バイポーラプレート、バッキングプレートを重ねることで燃料電池単セルを得た。
(10) -3 Fabrication of a fuel cell single cell A gas diffusion layer (product name: GDL35BC, manufactured by MFC Technology) is stacked on both poles of the MEA, and then a gasket, bipolar plate, and backing plate are stacked to form a fuel cell single cell. Obtained.

(10)−4 OCV試験
前記燃料電池単セルを評価装置(東陽テクニカ製燃料電池評価システム890CL)にセットして、OCVによる耐久性試験を実施した。
(10) -4 OCV Test The fuel cell single cell was set in an evaluation apparatus (Fuel Cell Evaluation System 890CL manufactured by Toyo Technica), and a durability test by OCV was performed.

OCV試験条件は、セル温度95℃、加湿ボトル50℃(相対湿度25%RH)とし、アノード側に水素ガス、カソード側に空気ガスを、それぞれ50cc/minとなるよう供給する条件とした。また、アノード側とカソード側の両方を無加圧(大気圧)とした。   The OCV test conditions were such that the cell temperature was 95 ° C., the humidification bottle was 50 ° C. (relative humidity 25% RH), and hydrogen gas was supplied to the anode side and air gas was supplied to the cathode side at 50 cc / min. Further, no pressure was applied (atmospheric pressure) on both the anode side and the cathode side.

(10)−5 劣化判定
試験開始から50時間毎に水素のリーク量を、マイクロガスクロマトグラフ(VARIAN社製 CP−4900)を用いて測定した。水素のリーク量が1000ppm以上となった時点で破膜と判断し試験を中止した。
(10) -5 Degradation Determination The amount of hydrogen leakage was measured every 50 hours from the start of the test using a micro gas chromatograph (CP-4900 manufactured by VARIAN). When the amount of hydrogen leaked was 1000 ppm or more, the film was judged to be broken, and the test was stopped.

上記OCV試験で、破膜時間が250時間を越えた場合を○、250時間以下であった場合を×として判定した。   In the OCV test, the case where the film breaking time exceeded 250 hours was judged as ◯, and the case where it was 250 hours or less was judged as x.

(11)性能評価
前記(10)−1〜(10)−3の手法で得た燃料電池の単セルを用いて、性能試験を行った。
性能試験条件は、セル温度80℃、アノードの加湿ボトル60℃、カソードの加湿ボトルを無加湿とした。またアノード側に水素ガスを利用率が75%となるように流通し、カソード側には空気ガスを、空気ガス中に含まれる酸素ガスの利用率が55%となるように流通した。さらに、アノード側とカソード側の両方を無加圧(大気圧)とした。この条件下、0.25A/cm2でのセル電圧を測定した。
(11) Performance evaluation A performance test was performed using a single cell of the fuel cell obtained by the methods (10) -1 to (10) -3.
The performance test conditions were a cell temperature of 80 ° C., an anode humidification bottle of 60 ° C., and a cathode humidification bottle of no humidification. Further, hydrogen gas was circulated to the anode side so that the utilization rate was 75%, and air gas was circulated to the cathode side so that the utilization rate of oxygen gas contained in the air gas was 55%. Furthermore, no pressure (atmospheric pressure) was applied to both the anode side and the cathode side. Under this condition, the cell voltage at 0.25 A / cm 2 was measured.

〔実施例5〕
(高分子電解質組成物の調製)
高分子電解質(B)の前駆体である、テトラフルオロエチレン及びCF2=CFO(CF22−SO2Fから得られたパーフルオロスルホン酸樹脂前駆体(加水分解・酸処理後のEW:740)ペレットを、水酸化カリウム(15質量%)とメチルアルコール(50質量%)を溶解した水溶液中に、80℃で20時間接触させて、加水分解処理を行った。その後、60℃水中に5時間浸漬した。次に60℃の2N塩酸水溶液に1時間浸漬させる処理を、毎回新しい塩酸水溶液を用いて5回繰り返した後、イオン交換水で水洗、乾燥した。これにより、スルホン酸基(SO3H)を有する高分子電解質(B)のペレットを得た。
Example 5
(Preparation of polymer electrolyte composition)
Perfluorosulfonic acid resin precursor obtained from tetrafluoroethylene and CF 2 ═CFO (CF 2 ) 2 —SO 2 F, which are precursors of the polymer electrolyte (B) (EW after hydrolysis and acid treatment: 740) The pellet was brought into contact with an aqueous solution in which potassium hydroxide (15% by mass) and methyl alcohol (50% by mass) were dissolved at 80 ° C. for 20 hours for hydrolysis treatment. Then, it was immersed in 60 degreeC water for 5 hours. Next, the treatment of immersing in a 2N hydrochloric acid aqueous solution at 60 ° C. for 1 hour was repeated 5 times each time using a new aqueous hydrochloric acid solution, then washed with ion-exchanged water and dried. Thereby, a pellet of the polymer electrolyte (B) having a sulfonic acid group (SO 3 H) was obtained.

このペレットをエタノール水溶液(水:エタノール=66.7:33.3(質量比))と共に5Lオートクレーブ中に入れて密閉し、撹拌翼で攪拌しながら160℃まで昇温して5時間保持した。その後、オートクレーブを自然冷却して、5質量%の均一なパーフルオロスルホン酸樹脂溶液−1を調製した。   The pellet was placed in a 5 L autoclave together with an aqueous ethanol solution (water: ethanol = 66.7: 33.3 (mass ratio)), sealed, heated to 160 ° C. with stirring with a stirring blade, and held for 5 hours. Thereafter, the autoclave was naturally cooled to prepare 5% by mass of a uniform perfluorosulfonic acid resin solution-1.

次に、この溶液1200gを2Lのナスフラスコに移し、湯浴を80℃に設定したロータリーエバポレータ―(BUCHI社製 Rotavapor R−200)に設置し、固形分濃度が20質量%になるように減圧濃縮し、パーフルオロスルホン酸樹脂溶液−2を調製した。   Next, 1200 g of this solution was transferred to a 2 L eggplant flask and placed on a rotary evaporator (Rotavapor R-200 manufactured by BUCHI) with a hot water bath set to 80 ° C., and the pressure was reduced so that the solid content concentration was 20% by mass. Concentrated to prepare perfluorosulfonic acid resin solution-2.

(高分子電解質膜の作製)
上記で得られたパーフルオロスルホン酸樹脂溶液−2を、塗工機(株式会社東洋精機社製)を用いてカプトン200H(製品名 東レデュポン株式会社製)上にWet厚さが185μmとなるように塗工した。塗工表面が乾燥する前に、微多孔膜として製造例5に記載のスルホン酸基含有フッ素系ポリエチレン製微多孔膜を重ね、80℃で30分、次いで120℃で30分の条件で乾燥させた。乾燥させた後、微多孔膜側に、Wet厚さが185μmとなるように高分子電解質溶液−2を塗工し、80℃で30分、次いで120℃で30分の条件で乾燥させた。得られた複合膜を水洗し、170℃で20分の条件でさらに乾燥させることで高分子電解質膜を得た。
(Production of polymer electrolyte membrane)
Using a coating machine (manufactured by Toyo Seiki Co., Ltd.), the perfluorosulfonic acid resin solution-2 obtained as described above is made to have a Wet thickness of 185 μm on Kapton 200H (product name, manufactured by Toray DuPont Co., Ltd.). Coated. Before the coated surface is dried, the sulfonic acid group-containing fluoropolyethylene microporous membrane described in Production Example 5 is overlaid as a microporous membrane and dried at 80 ° C. for 30 minutes and then at 120 ° C. for 30 minutes. It was. After drying, the polymer electrolyte solution-2 was applied to the microporous membrane side so that the wet thickness was 185 μm, and dried at 80 ° C. for 30 minutes and then at 120 ° C. for 30 minutes. The obtained composite membrane was washed with water and further dried at 170 ° C. for 20 minutes to obtain a polymer electrolyte membrane.

この高分子電解質膜を用い、上記(8)に記載の手法で含浸性の観察を、上記(9)に記載の手法で寸法変化を、上記(10)に記載の手法で耐久性試験を、上記(11)に記載の手法で性能評価をそれぞれ実施したところ良好な結果を得た。結果を表4に示す。   Using this polymer electrolyte membrane, observation of impregnation by the method described in (8) above, dimensional change by the method described in (9) above, and durability test by the method described in (10) above, When the performance evaluation was performed by the method described in (11) above, good results were obtained. The results are shown in Table 4.

〔実施例6〕
微多孔膜として製造例6に記載のスルホン酸基含有フッ素系ポリプロピレン製微多孔膜を用いる以外は、実施例5と同様にして高分子電解質膜を得た。
Example 6
A polymer electrolyte membrane was obtained in the same manner as in Example 5 except that the sulfonic acid group-containing fluoropolypropylene microporous membrane described in Production Example 6 was used as the microporous membrane.

この高分子電解質膜を用い、上記(8)に記載の手法で含浸性の観察を、上記(9)に記載の手法で寸法変化を、上記(10)に記載の手法で耐久性試験を、上記(11)に記載の手法で性能評価をそれぞれ実施したところ良好な結果を得た。結果を表4に示す。   Using this polymer electrolyte membrane, observation of impregnation by the method described in (8) above, dimensional change by the method described in (9) above, and durability test by the method described in (10) above, When the performance evaluation was performed by the method described in (11) above, good results were obtained. The results are shown in Table 4.

〔実施例7〕
微多孔膜として製造例6に記載のスルホン酸基含有フッ素系エチレン−プロピレン製微多孔膜を用いる以外は、実施例5と同様にして高分子電解質膜を得た。
Example 7
A polymer electrolyte membrane was obtained in the same manner as in Example 5 except that the sulfonic acid group-containing fluoroethylene-propylene microporous membrane described in Production Example 6 was used as the microporous membrane.

この高分子電解質膜を用い、上記(8)に記載の手法で含浸性の観察を、上記(9)に記載の手法で寸法変化を、上記(10)に記載の手法で耐久性試験を、上記(11)に記載の手法で性能評価をそれぞれ実施したところ良好な結果を得た。結果を表4に示す。 Using this polymer electrolyte membrane, observation of impregnation by the method described in (8) above, dimensional change by the method described in (9) above, and durability test by the method described in (10) above, When the performance evaluation was performed by the method described in (11) above, good results were obtained. The results are shown in Table 4.

〔実施例8〕
微多孔膜として製造例8に記載のスルホン酸基含有フッ素系ポリ−4−メチル−1−ペンテン製微多孔膜を用いる以外は、実施例5と同様にして高分子電解質膜を得た。
Example 8
A polymer electrolyte membrane was obtained in the same manner as in Example 5 except that the sulfonic acid group-containing fluorine-based poly-4-methyl-1-pentene microporous membrane described in Production Example 8 was used as the microporous membrane.

この高分子電解質膜を用い、上記(8)に記載の手法で含浸性の観察を、上記(9)に記載の手法で寸法変化を、上記(10)に記載の手法で耐久性試験を、上記(11)に記載の手法で性能評価をそれぞれ実施したところ良好な結果を得た。結果を表4に示す。   Using this polymer electrolyte membrane, observation of impregnation by the method described in (8) above, dimensional change by the method described in (9) above, and durability test by the method described in (10) above, When the performance evaluation was performed by the method described in (11) above, good results were obtained. The results are shown in Table 4.

〔比較例5〕
微多孔膜として比較製造例1に記載のポリエチレン製微多孔膜を使用する以外は、実施例5と同様にして高分子電解質膜を得た。
[Comparative Example 5]
A polymer electrolyte membrane was obtained in the same manner as in Example 5 except that the polyethylene microporous membrane described in Comparative Production Example 1 was used as the microporous membrane.

この高分子電解質膜を用い、上記(9)に記載の手法で耐久性試験を、上記(10)に記載の手法で性能評価をそれぞれ実施した。結果を表4に示す。   Using this polymer electrolyte membrane, a durability test was performed by the method described in (9) above, and a performance evaluation was performed by the method described in (10) above. The results are shown in Table 4.

〔比較例6〕
微多孔膜として比較製造例2に記載のポリプロピレン製微多孔膜を使用する以外は、実施例6と同様にして高分子電解質膜を得た。
[Comparative Example 6]
A polymer electrolyte membrane was obtained in the same manner as in Example 6 except that the polypropylene microporous membrane described in Comparative Production Example 2 was used as the microporous membrane.

この高分子電解質膜を用い、上記(8)に記載の手法で含浸性の観察を、上記(9)に記載の手法で寸法変化を、上記(10)に記載の手法で耐久性試験を、上記(11)に記載の手法で性能評価をそれぞれ実施した。結果を表4に示す。   Using this polymer electrolyte membrane, observation of impregnation by the method described in (8) above, dimensional change by the method described in (9) above, and durability test by the method described in (10) above, The performance evaluation was performed by the method described in (11) above. The results are shown in Table 4.

〔比較例7〕
微多孔膜として比較製造例3に記載のエチレン−プロピレン製微多孔膜を使用する以外は、実施例7と同様にして高分子電解質膜を得た。
[Comparative Example 7]
A polymer electrolyte membrane was obtained in the same manner as in Example 7 except that the microporous membrane made of ethylene-propylene described in Comparative Production Example 3 was used as the microporous membrane.

この高分子電解質膜を用い、上記(8)に記載の手法で含浸性の観察を、上記(9)に記載の手法で寸法変化を、上記(10)に記載の手法で耐久性試験を、上記(11)に記載の手法で性能評価をそれぞれ実施した。結果を表4に示す。   Using this polymer electrolyte membrane, observation of impregnation by the method described in (8) above, dimensional change by the method described in (9) above, and durability test by the method described in (10) above, The performance evaluation was performed by the method described in (11) above. The results are shown in Table 4.

〔比較例8〕
微多孔膜として比較製造例4に記載のポリ−4−メチル−1−ペンテン製微多孔膜を使用する以外は、実施例8と同様にして高分子電解質膜を得た。
[Comparative Example 8]
A polymer electrolyte membrane was obtained in the same manner as in Example 8, except that the poly-4-methyl-1-pentene microporous membrane described in Comparative Production Example 4 was used as the microporous membrane.

この高分子電解質膜を用い、上記(8)に記載の手法で含浸性の観察を、上記(9)に記載の手法で寸法変化を、上記(10)に記載の手法で耐久性試験を、上記(11)に記載の手法で性能評価をそれぞれ実施した。結果を表4に示す。   Using this polymer electrolyte membrane, observation of impregnation by the method described in (8) above, dimensional change by the method described in (9) above, and durability test by the method described in (10) above, The performance evaluation was performed by the method described in (11) above. The results are shown in Table 4.

〔参考例2〕
微多孔膜としてポリテトラフルオロエチレン(PTFE)膜(Donaldson社製、グレード:#1326 空孔率71%)を用いる以外は、実施例5と同様にして高分子電解質膜を得た。
[Reference Example 2]
A polymer electrolyte membrane was obtained in the same manner as in Example 5 except that a polytetrafluoroethylene (PTFE) membrane (Donaldson, grade: # 1326 porosity 71%) was used as the microporous membrane.

この高分子電解質膜を用い、上記(8)に記載の手法で含浸性の観察を、上記(9)に記載の手法で寸法変化を、上記(10)に記載の手法で耐久性試験を、上記(11)に記載の手法で性能評価をそれぞれ実施した。結果を表4に示す。   Using this polymer electrolyte membrane, observation of impregnation by the method described in (8) above, dimensional change by the method described in (9) above, and durability test by the method described in (10) above, The performance evaluation was performed by the method described in (11) above. The results are shown in Table 4.

Figure 2017010785
Figure 2017010785

Claims (3)

鎖状ポリフルオロオレフィン製微多孔膜(A)と、
前記鎖状ポリフルオロオレフィン製微多孔膜(A)に含浸される高分子電解質(B)と、
を有し、
前記鎖状ポリフルオロオレフィン製微多孔膜(A)の骨格中に下記式(1)又は下記式(2)の構造が含まれ、
前記鎖状ポリフルオロオレフィン製微多孔膜(A)中における、下記式(3)で表されるC−H結合の割合が、0.01%以上30%未満である、高分子電解質膜。
−CX12CX3(CX456)− (1)
(X1からX3は、各々独立して、水素又はフッ素原子を表す。X4からX6は、各々独立して、水素、フッ素原子又は炭素数1〜5のアルキル基を表す。ここで、X1からX3がいずれもフッ素の場合、前記鎖状ポリフルオロオレフィン製微多孔膜(A)は、X4からX6の少なくとも1つが水素であるCX456部位を構造中に1つ以上含有する、又はX4からX6の少なくとも1つが炭素−水素結合を少なくとも1つ含有する炭素数1〜5のアルキル基であるCX456部位を構造中に1つ以上含有する。また、X1とX2のいずれか1つが水素の場合、前記鎖状ポリフルオロオレフィン製微多孔膜(A)は、X3からX6の少なくとも1つが水素であるCX3(CX456)部位を構造中に1つ以上含有する、又はX3からX6の少なくとも1つが炭素−水素結合を少なくとも1つ含有する炭素数1〜5のアルキル基であるCX3(CX456)部位を構造中に1つ以上含有する。)
−CX12CX34− (2)
(X1からX4は水素又はフッ素原子を表す。)
C−H結合の割合=(前記鎖状ポリフルオロオレフィン製微多孔膜(A)中のC−H結合)/{(前記鎖状ポリフルオロオレフィン製微多孔膜(A)中のC−F結合)+(前記鎖状ポリフルオロオレフィン製微多孔膜(A)中のC−H結合)}×100(%) (3)
A microporous membrane (A) made of chain polyfluoroolefin;
A polymer electrolyte (B) impregnated in the chain polyfluoroolefin microporous membrane (A);
Have
The structure of the following formula (1) or the following formula (2) is included in the skeleton of the chain polyfluoroolefin microporous membrane (A),
The polymer electrolyte membrane in which the proportion of C—H bonds represented by the following formula (3) in the chain polyfluoroolefin microporous membrane (A) is 0.01% or more and less than 30%.
-CX 1 X 2 CX 3 (CX 4 X 5 X 6 )-(1)
(X 1 to X 3 each independently represents a hydrogen atom or a fluorine atom. X 4 to X 6 each independently represents a hydrogen atom, a fluorine atom, or an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms. When X 1 to X 3 are all fluorine, the chain polyfluoroolefin microporous membrane (A) has a CX 4 X 5 X 6 site in which at least one of X 4 to X 6 is hydrogen. One or more CX 4 X 5 X 6 sites in the structure, which is an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, wherein at least one of X 4 to X 6 contains at least one carbon-hydrogen bond When any one of X 1 and X 2 is hydrogen, the chain polyfluoroolefin microporous membrane (A) is CX 3 (wherein at least one of X 3 to X 6 is hydrogen. containing one or more structures in CX 4 X 5 X 6) site, or less from X 3 of X 6 Kutomo One Carbon - containing one or more CX 3 is an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms containing at least one hydrogen bond to (CX 4 X 5 X 6) sites in the structure).
-CX 1 X 2 CX 3 X 4 - (2)
(X 1 to X 4 represent hydrogen or a fluorine atom.)
Ratio of C—H bond = (C—H bond in the chain polyfluoroolefin microporous membrane (A)) / {(C—F bond in the chain polyfluoroolefin microporous membrane (A)) ) + (CH bond in the chain polyfluoroolefin microporous membrane (A))} × 100 (%) (3)
請求項1に記載の高分子電解質膜を有する、膜電極接合体。   A membrane electrode assembly comprising the polymer electrolyte membrane according to claim 1. 請求項2に記載の膜電極接合体を有する、固体高分子型燃料電池。   A polymer electrolyte fuel cell comprising the membrane electrode assembly according to claim 2.
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