JP2017122195A - スルホン化クロス共重合体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
(1)配位重合工程とこれに続くアニオン重合工程からなる重合工程により得られるクロス共重合体がスルホン化されたスルホン化クロス共重合体の製造方法であり、配位重合工程として、シングルサイト配位重合触媒を用いてオレフィンモノマー、芳香族ビニル化合物モノマー及び芳香族ポリエンの共重合を行って、オレフィン−芳香族ビニル化合物−芳香族ポリエン共重合体を合成し、次にアニオン重合工程として、オレフィン−芳香族ビニル化合物−芳香族ポリエン共重合体と芳香族ビニル化合物モノマーの共存下、アニオン重合開始剤を用いて重合することにより得られるクロス共重合体がスルホン化されたスルホン化クロス共重合体の製造方法であり、かつ、アニオン重合工程によって得られたクロス鎖がスルホン化されたスルホン化クロス共重合体の製造方法であり、クロス共重合体の芳香族ビニル化合物をスルホン化した際のスルホン化率が50mol%以上90mol%以下であるスルホン化クロス共重合体の製造方法。
(2)オレフィン−芳香族ビニル化合物−芳香族ポリエン共重合体中、芳香族ビニル化合物含量が5mol%以上30mol%以下、芳香族ポリエン含量が0.01mol%以上3mol%以下、残部がオレフィン含量である(1)記載のスルホン化クロス共重合体の製造方法。
(3)芳香族ビニル化合物のスルホン化率が66mol%以上90mol%以下である請求項(1)又は(2)に記載のスルホン化クロス共重合体の製造方法。
(4)芳香族ビニル化合物の側鎖スルホン化率が50mol%以上である(1)〜(3)の何れか1項に記載のスルホン化クロス共重合体の製造方法。
(5)配位重合工程で得られるオレフィン−芳香族ビニル化合物−芳香族ポリエン共重合体の質量割合がアニオン重合工程を経て最終的に得られるクロス共重合体質量に対して40質量%以上90質量%以下である(1)〜(4)の何れか1項に記載のスルホン化クロス共重合体の製造方法。
(6)イオン交換容量が1.0meq/g以上5.5meq/g以下である(1)〜(5)の何れか1項に記載のスルホン化クロス共重合体の製造方法。
(7)(1)〜(6)の何れか1項に記載のスルホン化クロス共重合体の製造方法により得られたスルホン化クロス共重合体を含むフィルム。
(8)架橋された(7)記載のフィルム。
(9)厚みが1μm以上1mm以下である(7)又は(8)記載のフィルム。
(10)80℃、相対湿度80%において、イオン伝導率が10mS/cm以上である(7)〜(9)の何れか1項に記載のフィルム。
(11)(1)〜(6)の何れか1項に記載のスルホン化クロス共重合体の製造方法により得られたスルホン化クロス共重合体を含む触媒層バインダー。
(12)用途が燃料電池用である(11)に記載の触媒層バインダー。
クロス共重合体は、主鎖であるオレフィン−芳香族ビニル化合物−芳香族ポリエン共重合体に、芳香族ビニル化合物モノマーから構成されるポリマー鎖たるクロス鎖が、主鎖の芳香族ポリエンユニット(主鎖芳香族ポリエンユニットということもある)を介し結合している構造(クロス共重合構造又はSegregated star copolymer構造)を含むと考えられる。クロス共重合体の構造やクロス共重合体の含まれる割合は任意であるが、本発明のクロス共重合体は本発明の製造方法により得られる共重合体と規定される。
カラム:TSK−GEL MultiporeHXL−M φ7.8×300mm(東ソ−社製)を2本直列に繋いで用いた。
カラム温度:40℃
溶媒:THF
送液流量:1.0ml/min.
本製造方法の配位重合工程においては、シングルサイト配位重合触媒が用いられる。好ましくは、下記の一般式(1)又は(2)で表される遷移金属化合物と助触媒から構成されるシングルサイト配位重合触媒を用いる。
YはA、Bと結合を有し、他に置換基として水素若しくは炭素数1〜15の炭化水素基(1〜3個の窒素、酸素、硫黄、燐、珪素原子を含んでも良い)を有するメチレン基である。置換基は互いに異なっていても同一でも良い。又、Yは環状構造を有していても良い。
Xは、水素、水酸基、ハロゲン、炭素数1〜20の炭化水素基、炭素数1〜20のアルコキシ基、炭素数1〜4の炭化水素置換基を有するシリル基、又は、炭素数1〜20の炭化水素置換基を有するアミド基である。Xが複数の場合、X同士は結合を有しても良い。
nは、1又は2の整数である。
Mはジルコニウム、ハフニウム、又はチタンである。
好ましくは、A、Bは非置換若しくは置換ベンゾインデニル基、非置換若しくは置換インデニル基から選ばれる基である。
M’はジルコニウム、ハフニウム、又はチタンである。
X’は、水素、ハロゲン、炭素数1〜15のアルキル基、炭素数6〜10のアリール基、炭素数8〜12のアルキルアリール基、炭素数1〜4の炭化水素置換基を有するシリル基、炭素数1〜10のアルコキシ基、又は、炭素数1〜6のアルキル置換基を有するジアルキルアミド基である。
nは、1又は2の整数である。
重合時の圧力は、工業的に好ましくは0.1気圧以上100気圧以下であり、より好ましくは1気圧以上30気圧以下であり、最も好ましくは1気圧以上10気圧以下である。
本発明の製造方法のクロス化工程では、配位重合工程で得られたオレフィン−芳香族ビニル化合物−芳香族ポリエン共重合体と芳香族ビニル化合物モノマーの共存下、アニオン重合開始剤を用いてアニオン重合を行う。芳香族ビニル化合物モノマーは、スルホン化が可能であり、かつ、アニオン重合性を有すれば良い。
重合時の圧力は、工業的に好ましくは0.1気圧以上100気圧以下であり、より好ましくは1気圧以上30気圧であり、最も好ましくは1気圧以上10気圧である。
本発明のクロス共重合体の芳香族ビニル化合物のスルホン化率は50mol%以上90mol%以下である。スルホン化率が50mol%未満だと、十分なイオン伝導パスができず、電解質膜としての性能が低下する。好ましくは66mol%以上、より好ましくは70mol%以上90mol%以下のスルホン化率である。スルホン化率が90mol%を超えると耐水性が低下するおそれがある。
本発明のスルホン化クロス共重合体を用いたフィルムの厚みは1μm以上1mm以下である。燃料電池用電解質膜用途に必要な性能、膜強度、ハンドリング性等の観点から、その膜厚は10μm以上500μm以下が好ましい。膜厚が10μm未満だと、膜の機械的強度やガスの遮断性が不充分となる場合がある。膜厚が500μmを超えると、膜抵抗が大きくなり、充分なイオン伝導性が発現しないため、電池の発電特性が低くなる傾向がある。該膜厚は20μm以上250μm以下がより好ましい。
本発明のスルホン化クロス共重合体及びそのスルホン化クロス共重合体を含むフィルムは、電子線、γ線、イオンビーム等の各種エネルギー線等の公知の方法を用いて架橋することができる。クロス共重合体は、低線量で十分な架橋度が得られ、スルホン化クロス共重合体を成膜後に架橋でき、水への溶解性等が抑制できる点で、好ましい。ここで用いられるエネルギー線としては、粒子線、電磁波、及び、これらの組み合わせが挙げられる。粒子線としては、電子線(EB)、α線等が挙げられる。電磁波としては、紫外線(UV)、可視光線、赤外線、γ線、X線等が挙げられる。これらの中では、連続的に照射できる電子線(EB)が好ましい。
本発明の触媒層バインダーは、前記のスルホン化クロス共重合体、及び/又は 前記のスルホン化クロス共重合体に上記の添加剤を配合した組成物を、燃料電池の触媒層を作製する際に用いるものである。
クロス共重合体中の全スチレン含量の決定は、スルホン化する前であり、かつ、クロス化工程終了後のクロス共重合体について行った。共重合体中のスチレン含量の決定は、1H−NMRで行い、機器は日本電子社製α−500及びBRUCKER社製AC−250を用いた。重1,1,2,2−テトラクロロエタンに溶解し、測定は、80〜100℃で行った。TMSを基準としてフェニル基プロトン由来のピーク(6.5〜7.3ppm)とアルキレン基由来のプロトンピーク(0.8〜3ppm)の面積強度を比較し、全スチレン含量の決定を行った。
主鎖スチレン含量の決定は、スルホン化する前であり、かつ、配位重合工程終了後、クロス化工程開始前のオレフィン−芳香族ビニル化合物−芳香族ポリエン共重合体について行った。主鎖スチレン含量は、配位重合工程で得られる、主鎖たるオレフィン−芳香族ビニル化合物−芳香族ポリエン共重合体中に含有する、スチレンの含量をいう。主鎖スチレン含量の決定は、以下の通りである。配位重合工程終了後、クロス化工程開始前の重合液をサンプリングし、1H−NMRを用い、機器は日本電子社製α−500及びBRUCKER社製AC−250を用いた。重1,1,2,2−テトラクロロエタンに溶解し、測定は、80〜100℃で行った。TMSを基準としてフェニル基プロトン由来のピーク(6.5〜7.3ppm)とアルキレン基由来のプロトンピーク(0.8〜3ppm)の面積強度を比較し、主鎖スチレン含量の決定を行った。
主鎖芳香族ポリエン含量の決定は、スルホン化する前であり、かつ、配位重合工程終了後、クロス化工程開始前のオレフィン−芳香族ビニル化合物−芳香族ポリエン共重合体について行った。主鎖芳香族ポリエン含量は、配位重合工程で得られる、主鎖たるオレフィン−芳香族ビニル化合物−芳香族ポリエン共重合体中に含有する、芳香族ポリエン(ジビニルベンゼン)の含量をいう。主鎖芳香族ポリエン含量の決定は、以下の通りである。配位重合工程終了後、クロス化工程開始前の重合液をサンプリングし、1H−NMRを用い、機器は日本電子社製α−500及びBRUCKER社製AC−250を用いた。重1,1,2,2−テトラクロロエタンに溶解し、測定は、80〜100℃で行った。TMSを基準としてフェニル基プロトン由来のピーク(6.5〜7.3ppm)とアルキレン基由来のプロトンピーク(0.8〜3ppm)とポリエン由来のピーク(5.1〜5.3ppm)の面積強度を比較し、主鎖芳香族ポリエン含量の決定を行った。
オレフィン−芳香族ビニル化合物−芳香族ポリエン共重合体の質量割合の決定は、スルホン化する前であり、かつ、クロス化工程終了後のクロス共重合体について行った。オレフィン−芳香族ビニル化合物−芳香族ポリエン共重合体の質量割合は、アニオン重合工程(クロス化工程)を経て最終的に得られるクロス共重合体中に含有する、オレフィン−芳香族ビニル化合物−芳香族ポリエン共重合体の質量割合をいう。オレフィン−芳香族ビニル化合物−芳香族ポリエン共重合体の質量割合の決定は、以下の通りである。1H−NMRを用い、機器は日本電子社製α−500及びBRUCKER社製AC−250を用いた。重1,1,2,2−テトラクロロエタンに溶解し、測定は、80〜100℃で行った。TMSを基準として、オレフィン−芳香族ビニル化合物−芳香族ポリエン共重合体に含まれる、フェニル基プロトン由来のピーク(6.5〜7.3ppm)、オレフィン−芳香族ビニル化合物−芳香族ポリエン共重合体に含まれる、アルキレン基由来のプロトンピーク(0.8〜3ppm)、クロス鎖に含まれる、フェニル基プロトン由来のピーク(6.4〜6.8ppm)の面積強度を比較し、オレフィン−芳香族ビニル化合物−芳香族ポリエン共重合体の質量割合の決定を行った。
スルホン化する前であり、かつ、配位重合工程終了後、クロス化工程開始前のオレフィン−芳香族ビニル化合物−芳香族ポリエン共重合体について行った。配位重合工程で得られるオレフィン−芳香族ビニル化合物−芳香族ポリエン共重合体について、分子量測定を行った。詳細は、以下の通りである。配位重合工程終了後、クロス化工程開始前の重合液をサンプリングし、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)を用いて標準ポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)を求めた。測定は以下の条件で行った。
カラム:TSK−GEL MultiporeHXL−M φ7.8×300mm(東ソ−社製)を2本直列に繋いで用いた。
カラム温度:40℃
溶媒:THF
送液流量:1.0ml/min.
スルホン化する前であり、かつ、クロス化工程終了後のクロス共重合体について行った。クロス鎖部分については、クロス化されなかったスチレンのホモポリマーの分子量から推定した。詳細は、以下の通りである。ポリマーの溶解度の差を利用した溶媒分別法により、クロス共重合体とクロス化されなかったスチレンのホモポリマーを分別し、スチレンのホモポリマーを回収した。詳細は、以下の通りである。クロス共重合体をトルエンに溶解させた後にアセトンを添加し、クロス共重合体だけを析出させた。クロス共重合体をろ過により除去した後に、濾過した液からアセトンを一部除去した。その後、メタノールを添加してスチレンのホモポリマーを析出させ、スチレンのホモポリマーを濾過により回収した。スチレンのホモポリマーについて、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)を用いて標準ポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)を求め、クロス鎖部分の重量平均分子量と分子量分布とした。測定は以下の条件で行った。
カラム:TSK−GEL MultiporeHXL−M φ7.8×300mm(東ソ−社製)を2本直列に繋いで用いた。
カラム温度:40℃
溶媒:THF
送液流量:1.0ml/min.
スルホン化クロス共重合体のスルホン化率の決定は1H−NMRで行い、機器は日本電子社製α−500及びBRUCKER社製AC−250を用いた。重DMSOにスルホン化クロス共重合体を1質量%の濃度で溶解させ、測定は100℃で行った。TMSを基準としてスルホン化フェニル基プロトン由来のピーク(7.3〜7.8ppm)とスルホン化前のフェニル基プロトン由来のピーク(6.5〜7.3ppm)の面積強度を比較し、スルホン化率の決定を行った(全スルホン化率の場合)。側鎖スルホン化率は、TMSを基準としてスルホン化フェニル基プロトン由来のショルダーピーク(7.3〜7.45ppm)とスルホン化前のフェニル基プロトン由来のピーク(6.5〜7.3ppm)の面積強度を比較することにより決定した。
スルホン化クロス共重合体を10質量%の濃度でジメチルスルホキシドに溶解させ、マイクロメーター付きフィルムアプリケーター(テスター産業社製)のギャップを500μmに設定し、ガラス板上にクロス共重合体キャストフィルムを作成した。その後、送風乾燥機120℃で30分間乾燥させた。得られたフィルムは40μm〜80μmであった。
岩崎電気EB装置TYPE:CB250/15/180Lを用い、加速電圧200kVで所定の照射線量(kGy)の照射を1回実施した。
スルホン化クロス共重合体フィルム100mgを1Mの硫酸水溶液に24時間浸漬させ、フィルムを取り出し、表面を蒸留水で洗浄した。表面の水分を拭き取り、飽和食塩水に24時間浸漬させた。0.1MのNaOH水溶液を用い、使用した蒸留水のpHを終点として、滴定し算出した。
スルホン化クロス共重合体フィルムを5mm×20mmに切り出し、膜導電率測定セルBT110型(東陽テクニカ製)の白金電極に挟み込み、80℃、相対湿度80%の恒温槽にセットした。恒温槽が80℃、相対湿度80%になってから30分間恒温槽中で静置し、直流法(ソラトロンSI1260型(東陽テクニカ製))により膜抵抗を算出し、イオン伝導率を算出した。
スルホン化クロス共重合体フィルムを20mm×20mmに10枚切り出し、室温で蒸留水に浸漬させた。5分後フィルムの状態を観察し、以下の通りに評価した。
形状を保持した枚数が9枚以上 ○
形状を保持した枚数が3枚以上8枚以下 △
形状を保持した枚数が2枚以下 ×
以下の実施例1〜6及び比較例1〜6では、触媒(遷移金属化合物)として、rac−ジメチルメチレンビス(4,5−ベンゾ−1−インデニル)ジルコニウムジクロライド(化3)を用いた。
(合成例1)
触媒としてrac−ジメチルメチレンビス(4,5−ベンゾ−1−インデニル)ジルコニウムジクロライドを用い、以下のように実施した。
容量50L、攪拌機及び加熱冷却用ジャケット付のオートクレーブを用いて重合を行った。シクロヘキサン17.1kg、スチレン4.3kg及び新日鐵化学社製ジビニルベンゼン(メタ、パラ混合品、純度81質量%、ジビニルベンゼン分として64mmol)を仕込み、内温60℃に調整し攪拌(220rpm)した。乾燥窒素ガスを10L/分の流量で約30分、液中にバブリングして系内及び重合液の水分をパージした。次いで、トリイソブチルアルミニウム50mmol、メチルアルモキサン(ファインケム社製、MMAO−3A/トルエン溶液)をAl基準で100mmolを加え、直ちにエチレンで系内をパージした。十分にパージした後、内温を85℃に昇温してエチレンを導入し、圧力0.58MPa(4.8kg/cm2G)で安定した後に、オートクレーブ上に設置した触媒タンクから、rac−ジメチルメチレンビス(4,5−ベンゾ−1−インデニル)ジルコニウムジクロライドを100μmol、トリイソブチルアルミニウム1mmolを溶かしたトルエン溶液約50mlをオートクレーブ中に加えた。更に、流量制御弁を介しエチレンを補給し、内温を90℃、圧力を0.58MPaに維持しながら重合を行った。エチレンの流速、積算量から重合進行状況をモニタ−した。エチレンの積算量が2.87kgに達した後、エチレンの供給を停止し、放圧すると共に内温を70℃まで冷却した(以上配位重合工程)。分析用重合液を数十ml採取した。スチレンを0.9kg添加した後、n−ブチルリチウム175mmolを触媒タンクから窒素ガスに同伴させて重合缶内に導入した(以上クロス化工程)。直ちにアニオン重合が開始し、内温は70℃から一時80℃まで上昇した。そのまま30分間温度を70℃に維持し攪拌を継続し重合を続けた。約百mlのメタノールを重合缶に加え、アニオン重合を停止した。
重合液を抜き出した後、重合液に対して約同体積のメタノールを添加し、クロス共重合体を析出させ、ろ過することによって固形分を回収した。その後、60℃で24時間真空乾燥を行い、クロス共重合体(合成物1)を得た。
触媒としてrac−ジメチルメチレンビス(4,5−ベンゾ−1−インデニル)ジルコニウムジクロライドを用い、以下のように実施した。
容量50L、攪拌機及び加熱冷却用ジャケット付のオートクレーブを用いて重合を行った。シクロヘキサン17.1kg、スチレン2.97kg及び新日鐵化学社製ジビニルベンゼン(メタ、パラ混合品、純度81質量%、ジビニルベンゼン分として128mmol)を仕込み、内温60℃に調整し攪拌(220rpm)した。乾燥窒素ガスを10L/分の流量で約30分、液中にバブリングして系内及び重合液の水分をパージした。次いで、トリイソブチルアルミニウム50mmol、メチルアルモキサン(ファインケム社製、MMAO−3A/トルエン溶液)をAl基準で100mmolを加え、直ちにエチレンで系内をパージした。十分にパージした後、内温を85℃に昇温してエチレンを導入し、圧力0.58MPa(4.8kg/cm2G)で安定した後に、オートクレーブ上に設置した触媒タンクから、rac−ジメチルメチレンビス(4,5−ベンゾ−1−インデニル)ジルコニウムジクロライドを100μmol、トリイソブチルアルミニウム1mmolを溶かしたトルエン溶液約50mlをオートクレーブ中に加えた。更に、流量制御弁を介しエチレンを補給し、内温を90℃、圧力を0.58MPaに維持しながら重合を行った。エチレンの流速、積算量から重合進行状況をモニタ−した。エチレンの積算量が2.05kgに達した後、エチレンの供給を停止し、放圧すると共に内温を70℃まで冷却した(以上配位重合工程)。分析用重合液を数十ml採取した。スチレンを1.1kg添加した後、n−ブチルリチウム160mmolを触媒タンクから窒素ガスに同伴させて重合缶内に導入した(以上クロス化工程)。直ちにアニオン重合が開始し、内温は70℃から一時80℃まで上昇した。そのまま30分間温度を70℃に維持し攪拌を継続し重合を続けた。約百mlのメタノールを重合缶に加え、アニオン重合を停止した。
重合液を抜き出した後、重合液に対して約同体積のメタノールを添加し、クロス共重合体を析出させ、ろ過することによって固形分を回収した。その後、60℃で24時間真空乾燥を行い、クロス共重合体(合成物2)を得た。
スルホン化剤として0℃に冷却しながらDCE(1,2−ジクロロエタン)140gに無水酢酸を74g添加し、10分間撹拌した。続いて0℃に冷却、撹拌しつつ濃硫酸を47g添加した。20分後、室温まで温め、20分以上撹拌したものを用いた。合成例1のクロス共重合体50gをDCE1kgに溶解させ、30分間窒素バブリングを行った。クロス共重合体溶液が50℃になるように設定し、窒素パージを行いながら前述のスルホン化剤を滴下し、60分間反応させた。反応溶液に420mLのn−プロパノール溶液を添加し、液温が30℃になるまで放冷した。2層の液体をエバレートすることにより、DCE層を溜去し、n−プロパノール1層になったところ、分画分子量が3500の透析膜に入れ、透析膜の外液のpHが5.5になるまで蒸留水を入れ替えた。その後凍結乾燥を行うことでスルホン化クロス共重合体を得た。得られたスルホン化クロス共重合体の評価は表1に記載した。
スルホン化剤として0℃に冷却しながらDCE140gに無水酢酸を74g添加し、10分間撹拌した。続いて0℃に冷却、撹拌しつつ濃硫酸を47g添加した。20分後、室温まで温め、20分以上撹拌したものを用いた。合成例1のクロス共重合体50gをDCE1kgに溶解させ、30分間窒素バブリングを行った。クロス共重合体溶液が50℃になるように設定し、窒素パージを行いながら前述のスルホン化剤を滴下し、90分間反応させた。反応溶液に420mLのn−プロパノール溶液を添加し、液温が30℃になるまで放冷した。2層の液体をエバレートすることにより、DCE層を溜去し、n−プロパノール1層になったところ、分画分子量が3500の透析膜に入れ、透析膜の外液のpHが5.5になるまで蒸留水を入れ替えた。その後凍結乾燥を行うことでスルホン化クロス共重合体を得た。得られたスルホン化クロス共重合体の評価は表1に記載した。
スルホン化剤として0℃に冷却しながらDCE140gに無水酢酸を74g添加し、10分間撹拌した。続いて0℃に冷却、撹拌しつつ濃硫酸を47g添加した。20分後、室温まで温め、20分以上撹拌したものを用いた。合成例1のクロス共重合体50gをDCE1kgに溶解させ、30分間窒素バブリングを行った。クロス共重合体溶液が50℃になるように設定し、窒素パージを行いながら前述のスルホン化剤を滴下し、120分間反応させた。反応溶液に420mLのn−プロパノール溶液を添加し、液温が30℃になるまで放冷した。2層の液体をエバレートすることにより、DCE層を溜去し、n−プロパノール1層になったところ、分画分子量が3500の透析膜に入れ、透析膜の外液のpHが5.5になるまで蒸留水を入れ替えた。その後凍結乾燥を行うことでスルホン化クロス共重合体を得た。得られたスルホン化クロス共重合体の評価は表1に記載した。
スルホン化剤として0℃に冷却しながらDCE140gに無水酢酸を74g添加し、10分間撹拌した。続いて0℃に冷却、撹拌しつつ濃硫酸を47g添加した。20分後、室温まで温め、20分以上撹拌したものを用いた。合成例1のクロス共重合体50gをDCE1kgに溶解させ、30分間窒素バブリングを行った。クロス共重合体溶液が50℃になるように設定し、窒素パージを行いながら前述のスルホン化剤を滴下し、180分間反応させた。反応溶液に420mLのn−プロパノール溶液を添加し、液温が30℃になるまで放冷した。2層の液体をエバレートすることにより、DCE層を溜去し、n−プロパノール1層になったところ、分画分子量が3500の透析膜に入れ、透析膜の外液のpHが5.5になるまで蒸留水を入れ替えた。その後凍結乾燥を行うことでスルホン化クロス共重合体を得た。フィルム化後、電子線により架橋を行った。得られたスルホン化クロス共重合体の評価は表1に記載した。
スルホン化剤として0℃に冷却しながらDCE140gに無水酢酸を74g添加し、10分間撹拌した。続いて0℃に冷却、撹拌しつつ濃硫酸を47g添加した。20分後、室温まで温め、20分以上撹拌したものを用いた。合成例2のクロス共重合体50gをDCE1kgに溶解させ、30分間窒素バブリングを行った。クロス共重合体溶液が50℃になるように設定し、窒素パージを行いながら前述のスルホン化剤を滴下し、60分間反応させた。反応溶液に420mLのn−プロパノール溶液を添加し、液温が30℃になるまで放冷した。2層の液体をエバレートすることにより、DCE層を溜去し、n−プロパノール1層になったところ、分画分子量が3500の透析膜に入れ、透析膜の外液のpHが5.5になるまで蒸留水を入れ替えた。その後凍結乾燥を行うことでスルホン化クロス共重合体を得た。得られたスルホン化クロス共重合体の評価は表1に記載した。
スルホン化剤として0℃に冷却しながらDCE140gに無水酢酸を74g添加し、10分間撹拌した。続いて0℃に冷却、撹拌しつつ濃硫酸を47g添加した。20分後、室温まで温め、20分以上撹拌したものを用いた。合成例2のクロス共重合体50gをDCE1kgに溶解させ、30分間窒素バブリングを行った。クロス共重合体溶液が50℃になるように設定し、窒素パージを行いながら前述のスルホン化剤を滴下し、90分間反応させた。反応溶液に420mLのn−プロパノール溶液を添加し、液温が30℃になるまで放冷した。2層の液体をエバレートすることにより、DCE層を溜去し、n−プロパノール1層になったところ、分画分子量が3500の透析膜に入れ、透析膜の外液のpHが5.5になるまで蒸留水を入れ替えた。その後凍結乾燥を行うことでスルホン化クロス共重合体を得た。得られたスルホン化クロス共重合体の評価は表1に記載した。
スルホン化剤として0℃に冷却しながらDCE140gに無水酢酸を74g添加し、10分間撹拌した。続いて0℃に冷却、撹拌しつつ濃硫酸を47g添加した。20分後、室温まで温め、20分以上撹拌したものを用いた。合成例1のクロス共重合体50gをDCE1kgに溶解させ、30分間窒素バブリングを行った。クロス共重合体溶液が50℃になるように設定し、窒素パージを行いながら前述のスルホン化剤を滴下し、40分間反応させた。反応溶液に420mLのn−プロパノール溶液を添加し、液温が30℃になるまで放冷した。2層の液体をエバレートすることにより、DCE層を溜去し、n−プロパノール1層になったところ、分画分子量が3500の透析膜に入れ、透析膜の外液のpHが5.5になるまで蒸留水を入れ替えた。その後凍結乾燥を行うことでスルホン化クロス共重合体を得た。得られたスルホン化クロス共重合体の評価は表1に記載した。
スルホン化剤として0℃に冷却しながらDCE140gに無水酢酸を74g添加し、10分間撹拌した。続いて0℃に冷却、撹拌しつつ濃硫酸を47g添加した。20分後、室温まで温め、20分以上撹拌したものを用いた。合成例1のクロス共重合体50gをDCE1kgに溶解させ、30分間窒素バブリングを行った。クロス共重合体溶液が50℃になるように設定し、窒素パージを行いながら前述のスルホン化剤を滴下し、15分間反応させた。反応溶液に420mLのn−プロパノール溶液を添加し、液温が30℃になるまで放冷した。2層の液体をエバレートすることにより、DCE層を溜去し、n−プロパノール1層になったところ、分画分子量が3500の透析膜に入れ、透析膜の外液のpHが5.5になるまで蒸留水を入れ替えた。その後凍結乾燥を行うことでスルホン化クロス共重合体を得た。得られたスルホン化クロス共重合体の評価は表1に記載した。
スルホン化剤として0℃に冷却しながらDCE30gに無水酢酸を18g添加し、10分間撹拌した。続いて0℃に冷却、撹拌しつつ濃硫酸を10g添加した。20分後、室温まで温め、20分以上撹拌したものを用いた。合成例1のクロス共重合体50gをDCE1kgに溶解させ、30分間窒素バブリングを行った。クロス共重合体溶液が50℃になるように設定し、窒素パージを行いながら前述のスルホン化剤を滴下し、120分間反応させた。反応溶液に420mLのn−プロパノール溶液を添加し、液温が30℃になるまで放冷した。2層の液体をエバレートすることにより、DCE層を溜去し、n−プロパノール1層になったところ、分画分子量が3500の透析膜に入れ、透析膜の外液のpHが5.5になるまで蒸留水を入れ替えた。その後凍結乾燥を行うことでスルホン化クロス共重合体を得た。得られたスルホン化クロス共重合体の評価は表1に記載した。
スルホン化剤として0℃に冷却しながらDCE140gに無水酢酸を74g添加し、10分間撹拌した。続いて0℃に冷却、撹拌しつつ濃硫酸を47g添加した。20分後、室温まで温め、20分以上撹拌したものを用いた。合成例2のクロス共重合体50gをDCE1kgに溶解させ、30分間窒素バブリングを行った。クロス共重合体溶液が50℃になるように設定し、窒素パージを行いながら前述のスルホン化剤を滴下し、30分間反応させた。反応溶液に420mLのn−プロパノール溶液を添加し、液温が30℃になるまで放冷した。2層の液体をエバレートすることにより、DCE層を溜去し、n−プロパノール1層になったところ、分画分子量が3500の透析膜に入れ、透析膜の外液のpHが5.5になるまで蒸留水を入れ替えた。その後凍結乾燥を行うことでスルホン化クロス共重合体を得た。得られたスルホン化クロス共重合体の評価は表1に記載した。
スルホン化剤として0℃に冷却しながらDCE140gに無水酢酸を74g添加し、10分間撹拌した。続いて0℃に冷却、撹拌しつつ濃硫酸を47g添加した。20分後、室温まで温め、20分以上撹拌したものを用いた。合成例1のクロス共重合体50gをDCE1kgに溶解させ、30分間窒素バブリングを行った。クロス共重合体溶液が50℃になるように設定し、窒素パージを行いながら前述のスルホン化剤を滴下し、240分間反応させた。反応溶液に420mLのn−プロパノール溶液を添加し、液温が30℃になるまで放冷した。2層の液体をエバレートすることにより、DCE層を溜去し、n−プロパノール1層になったところ、分画分子量が3500の透析膜に入れ、透析膜の外液のpHが5.5になるまで蒸留水を入れ替えた。その後凍結乾燥を行うことでスルホン化クロス共重合体を得た。得られたスルホン化クロス共重合体の評価は表1に記載した。
スルホン化剤として0℃に冷却しながらDCE140gに無水酢酸を74g添加し、10分間撹拌した。続いて0℃に冷却、撹拌しつつ濃硫酸を94g添加した。20分後、室温まで温め、20分以上撹拌したものを用いた。合成例2のクロス共重合体50gをDCE1kgに溶解させ、30分間窒素バブリングを行った。クロス共重合体溶液が50℃になるように設定し、窒素パージを行いながら前述のスルホン化剤を滴下し、300分間反応させた。反応溶液に420mLのn−プロパノール溶液を添加し、液温が30℃になるまで放冷した。2層の液体をエバレートすることにより、DCE層を溜去し、n−プロパノール1層になったところ、分画分子量が3500の透析膜に入れ、透析膜の外液のpHが5.5になるまで蒸留水を入れ替えた。その後凍結乾燥を行うことでスルホン化クロス共重合体を得た。得られたスルホン化クロス共重合体の評価は表1に記載した。
Claims (12)
- 配位重合工程とこれに続くアニオン重合工程からなる重合工程により得られるクロス共重合体がスルホン化されたスルホン化クロス共重合体の製造方法であり、配位重合工程として、シングルサイト配位重合触媒を用いてオレフィンモノマー、芳香族ビニル化合物モノマー及び芳香族ポリエンの共重合を行って、オレフィン−芳香族ビニル化合物−芳香族ポリエン共重合体を合成し、次にアニオン重合工程として、オレフィン−芳香族ビニル化合物−芳香族ポリエン共重合体と芳香族ビニル化合物モノマーの共存下、アニオン重合開始剤を用いて重合することにより得られるクロス共重合体がスルホン化されたスルホン化クロス共重合体の製造方法であり、かつ、アニオン重合工程によって得られたクロス鎖がスルホン化されたスルホン化クロス共重合体の製造方法であり、クロス共重合体の芳香族ビニル化合物をスルホン化した際のスルホン化率が50mol%以上90mol%以下であるスルホン化クロス共重合体の製造方法。
- オレフィン−芳香族ビニル化合物−芳香族ポリエン共重合体中、芳香族ビニル化合物含量が5mol%以上30mol%以下、芳香族ポリエン含量が0.01mol%以上3mol%以下、残部がオレフィン含量である請求項1記載のスルホン化クロス共重合体の製造方法。
- 芳香族ビニル化合物のスルホン化率が66mol%以上90mol%以下である請求項1又は請求項2に記載のスルホン化クロス共重合体の製造方法。
- 芳香族ビニル化合物の側鎖スルホン化率が50mol%以上である請求項1〜請求項3の何れか1項に記載のスルホン化クロス共重合体の製造方法。
- 配位重合工程で得られるオレフィン−芳香族ビニル化合物−芳香族ポリエン共重合体の質量割合がアニオン重合工程を経て最終的に得られるクロス共重合体質量に対して40質量%以上90質量%以下である請求項1〜請求項4の何れか1項に記載のスルホン化クロス共重合体の製造方法。
- イオン交換容量が1.0meq/g以上5.5meq/g以下である請求項1〜請求項5の何れか1項に記載のスルホン化クロス共重合体の製造方法。
- 請求項1〜請求項6の何れか1項に記載のスルホン化クロス共重合体の製造方法により得られたスルホン化クロス共重合体を含むフィルム。
- 架橋された請求項7記載のフィルム。
- 厚みが1μm以上1mm以下である請求項7又は請求項8記載のフィルム。
- 80℃、相対湿度80%において、イオン伝導率が10mS/cm以上である請求項7〜請求項9の何れか1項に記載のフィルム。
- 請求項1〜請求項6の何れか1項に記載のスルホン化クロス共重合体の製造方法により得られたスルホン化クロス共重合体を含む触媒層バインダー。
- 用途が燃料電池用である請求項11に記載の触媒層バインダー。
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