JP2017119269A - イオン交換膜 - Google Patents
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-
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Abstract
Description
第2の繰り返し単位は、
ここで、R+は、
A-は、F-、Cl-、Br-、I-、OH-、HCO3 -、HSO4 -、SbF6 -、BF4 -、H2PO4 -、H2PO3 -、またはH2PO2 -であってもよく、
Xは、
R1は、それぞれ独立してC1-8アルキル基であってもよく、ならびに
R2およびR3は、それぞれ独立して水素またはC1-8アルキル基であってもよい。さらに、架橋剤としては、少なくとも2つのマレイミド基を有する化合物が挙げられる。
ここで、R+は、
A-は、F-、Cl-、Br-、I-、OH-、HCO3 -、HSO4 -、SbF6 -、BF4 -、H2PO4 -、H2PO3 -、またはH2PO2 -であってもよく、
Xは、
R2およびR3は、それぞれ独立して水素、またはC1-8アルキル基(例えばメチル、エチル、プロピル、イソプロピル、n−ブチル、sec−ブチル、イソブチル、tert−ブチル、ペンチル、ヘキシル、シクロヘキシル、シクロペンチル、ヘプチル、もしくはオクチルなど)であってもよい。
であってもよい。
A-は、F-、Cl-、Br-、I-、OH-、HCO3 -、HSO4 -、SbF6 -、BF4 -、H2PO4 -、H2PO3 -、またはH2PO2 -であってもよく、
Xは、
であってもよく、ならびに、
R2およびR3は、それぞれ独立して水素またはC1-8アルキル基であってもよい)
であり得る。
であってもよい)
であり得る。例えば、架橋剤は、
ここで、Zは、
であってもよい。
で表される化合物であり得る。
A-は、F-、Cl-、Br-、I-、OH-、HCO3 -、HSO4 -、SbF6 -、BF4 -、H2PO4 -、H2PO3 -、またはH2PO2 -であってもよく、
Xは、
R1は、それぞれ独立してC1-8アルキル基であってもよく、ならびに
R2およびR3は、それぞれ独立して水素またはC1-8アルキル基であってもよい)
であり得る。また、重合反応のあいだに、触媒(例えば第1世代または第2世代のグラブス触媒など)がさらに用いられてもよい。
A-は、F-、Cl-、Br-、I-、OH-、HCO3 -、HSO4 -、SbF6 -、BF4 -、H2PO4 -、H2PO3 -、またはH2PO2 -であってもよく、
Xは、
であってもよく、ならびに
R2およびR3は、それぞれ独立して水素、またはC1-8アルキル基、例えばメチル、エチル、プロピル、イソプロピル、n−ブチル、sec−ブチル、イソブチル、tert−ブチル、ペンチル、ヘキシル、シクロヘキシル、シクロペンチル、ヘプチル、もしくはオクチルなどであってもよい)
であり得る。
製造例1
ジシクロペンタジエン10mL(0.074mmol)および1−アリルイミダゾール20.15mL(0.186mmol)が高圧反応器に加えられた。180℃で8時間撹拌後、反応物は、分画(fractionation)およびカラムクロマトグラフィー(溶離液として酢酸エチル(EA)およびヘキサン(9:1)を使用して)により精製され、化合物(I)(無色透明の粘性の液体)が得られた。前記反応の合成経路は次のとおりである。
ジメチルホルムアミド(DMF)15mLが反応瓶に加えられた。次いで、水素化ナトリウム(NaH)1.7g(0.00427mol)が0℃で反応瓶に添加された。次いで、5−ノルボルネン−2−メタノール2.122g(0.0171mol)が0℃で反応瓶に添加された。撹拌後に、1−メチル−2−(クロロメチル)イミダゾール2g(0.0154mol)が反応瓶に添加された。12時間の撹拌後、水が反応を停止させるために反応瓶に加えられ、そしてその後、反応物がジクロロメタンを用いて抽出された。濃縮後、反応物は分画により精製されて、化合物(3)が得られた。上記反応の合成経路は次のとおりである。
製造例3
ジシクロペンタジエン13.4mL(0.1mmol)および1−オクテン36mL(0.23mmol)が高圧反応器に加えられた。240℃で12時間撹拌後、反応物は黄色懸濁物質を除去するために中性アルミナを用いてろ過された。次いで、反応物は分画により精製されて、化合物(5)(無色透明の粘性液体)が得られた。上記反応の合成経路は次のとおりである。
製造例4
2.73gの以下の物質:
0.37gの以下の物質:
実施例1
化合物(2)3.08g(9.74mmol)および化合物(5)0.19g(1.08mmol)が、化合物(2)と化合物(5)とのモル比約9:1で窒素雰囲気下反応瓶に加えられた。次いで、ジクロロメタン30mLが反応瓶に添加された。次いで、グラブス溶液(9.2mg、ジクロロメタン6mL中に溶解)が30℃で反応瓶中にゆっくり添加された。4時間撹拌後、得られた反応物がエチルエーテル250mL中にゆっくり添加された。約30分の撹拌および濃縮後、反応物はアセトン100mLで洗浄され、そしてその後固体が収集された。乾燥後、ポリマー(1)(以下の:
化合物(2)と化合物(5)とのモル比を約8:2としたことを除き、実施例1と同じ方法で、実施例2が行なわれて、ポリマー(2)が得られた(ここで、以下の:
実施例3が、化合物(2)と化合物(5)とのモル比を約7:3としたことを除き、実施例1と同じ方法で行なわれて、ポリマー(3)が得られた(ここで、以下の:
実施例4が、化合物(2)と化合物(5)とのモル比を約4:6としたことを除き、実施例1と同じ方法で行なわれて、ポリマー(4)が得られた(ここで、以下の:
実施例5が、化合物(2)と化合物(5)とのモル比を約2:8としたことを除き、実施例1と同じ方法で行なわれて、ポリマー(5)が得られた(ここで、以下の:
化合物(4)3.53g(9.74mmol)および化合物(5)0.19g(1.08mmol)が、化合物(4)と化合物(5)とのモル比約9:1で窒素雰囲気下反応瓶に加えられた。次いで、ジクロロメタン30mLが反応瓶に添加された。次いで、グラブス溶液(9.2mg、ジクロロメタン6mL中に溶解)が30℃で反応瓶中にゆっくり添加された。4時間撹拌後、得られた反応物がエチルエーテル250mL中にゆっくり添加された。約30分の撹拌および濃縮後、反応物はアセトン100mLで洗浄され、そしてその後固体が収集された。乾燥後、ポリマー(6)(以下の:
実施例7が、化合物(4)と化合物(5)とのモル比を約6:4としたことを除き、実施例6と同じ方法で行なわれて、ポリマー(7)が得られた(ここで、以下の:
実施例8が、化合物(4)と化合物(5)とのモル比を約3:7としたことを除き、実施例6と同じ方法で行なわれて、ポリマー(8)が得られた(ここで、以下の:
化合物(2)3.08g(9.74mmol)、化合物(5)0.19g(1.08mmol)およびジシクロペンタジエン12mg(0.097mmol)が、化合物(2)と化合物(5)とジシクロペンタジエンとのモル比約9:1:0.09で窒素雰囲気下反応瓶に加えられた。次いで、ジクロロメタン30mLが反応瓶に添加された。次いで、グラブス溶液(9.2mg、ジクロロメタン6mL中に溶解)が30℃で反応瓶中にゆっくり添加された。4時間撹拌後、得られた反応物がエチルエーテル250mL中にゆっくり添加された。約30分の撹拌および濃縮後、反応物はアセトン100mLで洗浄され、そしてその後固体が収集された。乾燥後、ポリマー(9)(以下の:
実施例10
100重量部のポリマー(1)(実施例1で製造されたもの)が反応瓶に加えられ、そして667重量部のジメチルアセトアミド(DMAc)中に溶解された。次いで、10重量部の高分子架橋剤(1)(製造例4で製造されたもの)が反応瓶中に添加された。次いで、反応物が、高速ホモジナイザー(high speed homogenizer)を用いて混合および分散され、そしてその後消泡されて、溶液が得られた。次いで、得られた溶液がスピンコーティングによりガラス基板上に塗布されて、コーティングが形成された。次いで、コーティングが、大部分の溶媒を除去するために40〜150℃で焼成された。次いで、残存溶媒を除去するために、コーティングは120〜200℃で1〜6時間焼成された。次いで、コーティング中に溶媒が残存していないことを確実にするために、コーティングは水酸化カリウム水溶液に中に室温で1.5時間浸漬され、続いて脱イオン水中に室温で1.5時間浸漬された。乾燥後、陰イオン交換膜(1)が得られた。次いで、得られた陰イオン交換膜(1)のイオン伝導率(ionic conductivity)が測定された。結果は表1に示されている。
実施例11〜14が、ポリマー(1)をポリマー(2)〜(5)にそれぞれ置き換えたことを除き、実施例10と同じ方法でそれぞれ行なわれて、陰イオン交換膜(2)〜(5)が得られた。次いで、各陰イオン交換膜(2)〜(5)のイオン伝導率がそれぞれ測定された。その結果が表1に示されている。さらに、ASTM D882−02にしたがって、陰イオン交換膜(3)の降伏応力(yield stress)および破断応力(break stress)が測定された。結果が表2に示されている。
実施例15が、使用する高分子架橋剤(1)の量を10重量部から7重量部に変更したことを除き、実施例12と同じ方法で行なわれて、陰イオン交換膜(6)が得られた。次いで、ASTM D882−02にしたがって、陰イオン交換膜(6)の降伏応力および破断応力が測定された。結果が表2に示されている。
実施例16が、使用する高分子架橋剤(1)の量を10重量部から20重量部に変更したことを除き、実施例12と同じ方法で行なわれて、陰イオン交換膜(7)が得られた。次いで、ASTM D882−02にしたがって、陰イオン交換膜(7)の降伏応力および破断応力が測定された。結果が表2に示されている。
実施例17が、使用する高分子架橋剤(1)の量を10重量部から25重量部に変更したことを除き、実施例12と同じ方法で行なわれて、陰イオン交換膜(8)が得られた。次いで、ASTM D882−02にしたがって、陰イオン交換膜(8)の降伏応力および破断応力が測定された。結果が表2に示されている。
100重量部のポリマー(6)(実施例6で製造されたもの)が反応瓶に加えられ、そして667重量部のジメチルアセトアミド(DMAc)中に溶解された。次いで、10重量部の高分子架橋剤(1)(製造例4で製造されたもの)が反応瓶中に添加された。次いで、反応物が、高速ホモジナイザーを用いて混合および分散され、そしてその後消泡され、溶液が得られた。次いで、得られた溶液がスピンコーティングによりガラス基板上に塗布されて、コーティングが形成された。次いで、コーティングが、大部分の溶媒を除去するために40〜150℃で焼成された。次いで、残存溶媒を除去するために、コーティングは120〜200℃で1〜6時間焼成された。次いで、コーティング中に溶媒が残存していないことを確実にするために、コーティングは水酸化カリウム水溶液中に室温で1.5時間浸漬され、続いて脱イオン水中に室温で1.5時間浸漬された。乾燥後、陰イオン交換膜(9)が得られた。次いで、得られた陰イオン交換膜(9)のイオン伝導率および寸法安定性が測定された。結果は表3に示されている。
実施例19および20が、ポリマー(6)をポリマー(7)または(8)にそれぞれ置き換えたことを除き、実施例18と同じ方法でそれぞれ行なわれて、陰イオン交換膜(10)および(11)が得られた。次いで、各陰イオン交換膜(10)および(11)のイオン伝導率および寸法安定性がそれぞれ測定された。結果が表3に示されている。
Claims (12)
- ポリマーと架橋剤との反応生成物を含むイオン交換膜であって、前記ポリマーが以下の:
ここで、R+は、
A-は、F-、Cl-、Br-、I-、OH-、HCO3 -、HSO4 -、SbF6 -、BF4 -、H2PO4 -、H2PO3 -、またはH2PO2 -であり、
Xは、以下:
であり、
R1は、それぞれ独立してC1-8アルキル基であり、ならびに
R2およびR3は、それぞれ独立して水素またはC1-8アルキル基であり、かつ
前記架橋剤は、少なくとも2つのイミド基を有する化合物であるイオン交換膜。 - 前記イミド基がマレイミド基である請求項1記載のイオン交換膜。
- R1が、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、n−ブチル、sec−ブチル、イソブチル、tert−ブチル、ペンチル、ヘキシル、シクロヘキシル、シクロペンチル、ヘプチル、またはオクチルである請求項1または2記載のイオン交換膜。
- R2およびR3が、それぞれ独立して、水素、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、n−ブチル、sec−ブチル、イソブチル、tert−ブチル、ペンチル、ヘキシル、シクロヘキシル、シクロペンチル、ヘプチル、またはオクチルである請求項1から3のいずれか1項に記載のイオン交換膜。
- 前記第3の繰り返し単位と前記第1の繰り返し単位および前記第2の繰り返し単位の合計との比が、0.1:100から5:100の間である請求項8記載のイオン交換膜。
- 前記第1の繰り返し単位と前記第2の繰り返し単位との比が、1:99から99:1の間である請求項1〜9のいずれか1項に記載のイオン交換膜。
- 前記架橋剤が、化合物(a)と化合物(b)との反応生成物であって、
前記化合物(a)は、以下:
式中、Y1は、単結合、−O−、−S−、−CH2−、または−NH−であり、R4は、それぞれ独立して水素またはC1-4アルキル基であり、n≧1であり、xは、1から12までの整数であり、ならびに、yおよびzは、それぞれ独立して1から5までの整数である)
であり、化合物(b)は、以下の式(I):
で示される構造を有する請求項1〜11のいずれか1項に記載のイオン交換膜。
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