JP4127816B2 - Moisture sensitive element - Google Patents

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Description

この発明は、湿度センサに用いるのに適した感湿素子に関するものである。   The present invention relates to a humidity sensitive element suitable for use in a humidity sensor.

従来より、湿度センサ等のセンサ素子に於いては、有機ポリマーがセンサ膜として使用されている(例えば、特許文献1、特許文献2等)。特に、ポリアクリル系、ポリビニル系の骨格を持つイオン導電性高分子が多く使われている。   Conventionally, in a sensor element such as a humidity sensor, an organic polymer is used as a sensor film (for example, Patent Document 1, Patent Document 2, etc.). In particular, many ion conductive polymers having a polyacrylic or polyvinyl skeleton are used.

しかしながら、例えば従来のセンサ素子は、耐熱性や耐水性が劣るという問題点を抱えている。従って、従来のセンサ素子を設計する場合、耐熱性や耐水性の問題を考慮しなければならないという問題を抱えていた。
特開昭59−171844号公報 特開平2−253148号公報
However, for example, conventional sensor elements have a problem that heat resistance and water resistance are poor. Therefore, when designing a conventional sensor element, the problem of heat resistance and water resistance must be taken into account.
JP 59-171844 A JP-A-2-253148

そこで、本発明の目的は、耐熱性や耐水性の問題のない感湿素子を提供することである。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a moisture sensitive element that does not have a problem of heat resistance or water resistance.

本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、下記一般式(1)〜(4)で示される構造を有するスルホン化芳香族ポリイミドを用いた感湿素子が、耐熱性及び耐水性に優れていることを見い出し、本発明を完成するに到ったものである。   As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have found that a moisture sensitive element using a sulfonated aromatic polyimide having a structure represented by the following general formulas (1) to (4) is heat resistant. In addition, the present inventors have found that the water resistance is excellent and have completed the present invention.

即ち、本発明の感湿素子は、支持基板上に形成された複数の電極と、該電極に接して形成されたセンサ膜としてのポリイミド膜を有する感湿素子であって、前記ポリイミド膜が、一般式(1)〜(4)で表される構造単位を有するものであることを特徴とする。   That is, the moisture sensitive element of the present invention is a moisture sensitive element having a plurality of electrodes formed on a support substrate and a polyimide film as a sensor film formed in contact with the electrodes, wherein the polyimide film is It has the structural unit represented by General formula (1)-(4), It is characterized by the above-mentioned.

即ち、本発明の感湿素子は、支持基板上に形成された複数の電極と、該電極に接して形成されたセンサ膜としてのポリイミド膜を有する感湿素子であって、前記ポリイミド膜が、下記の一般式(1)で表される構造単位を有するものであることを特徴とする。   That is, the moisture sensitive element of the present invention is a moisture sensitive element having a plurality of electrodes formed on a support substrate and a polyimide film as a sensor film formed in contact with the electrodes, wherein the polyimide film is It has the structural unit represented by following General formula (1), It is characterized by the above-mentioned.

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ここで、Ar1は、少なくとも1つ以上の芳香環を有する4価の基を示し、Ar2は、下記の一般式化2に示す基であり、 Here, Ar 1 represents a tetravalent group having at least one aromatic ring, Ar 2 is a group represented by the following general formula 2,

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上記に於いて、D1は、直接結合、O、CH2、C(CH32、C(CF32及びSから選択される基を表し、Xは水素原子、アルカリ金属、アンモニウム又は第4級アミンを表す。 In the above, D 1 represents a group selected from a direct bond, O, CH 2 , C (CH 3 ) 2 , C (CF 3 ) 2 and S, and X represents a hydrogen atom, an alkali metal, ammonium or Represents a quaternary amine.

また、本発明の感湿素子は、支持基板上に形成された複数の電極と、該電極に接して形成されたセンサ膜としてのポリイミド膜を有する感湿素子であって、前記ポリイミド膜が、下記の一般式(2)で表される構造単位を有するものであることを特徴とする。   Further, the moisture sensitive element of the present invention is a moisture sensitive element having a plurality of electrodes formed on a support substrate and a polyimide film as a sensor film formed in contact with the electrodes, the polyimide film being It has a structural unit represented by the following general formula (2).

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ここで、Ar3は、少なくとも1つ以上の芳香環を有する4価の基を示し、Ar4は、下記の一般式化4に示す基であり、 Here, Ar 3 represents a tetravalent group having at least one aromatic ring, Ar 4 is a group represented by the following general formula 4;

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上記に於いて、D2およびD3は、O、CH2、C(CH32、C(CF32及びSから選択される基をそれぞれ表し、Ar5は、下記の式で表される基から選択されるものを有する基であり、 In the above, D 2 and D 3 each represent a group selected from O, CH 2 , C (CH 3 ) 2 , C (CF 3 ) 2 and S, and Ar 5 is represented by the following formula: A group having one selected from:

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上記に於いて、D4は、直接結合、O、CH2、C(CH32、C(CF32、O=S=O、S及びC=Oから選択される基を表し、Xは、水素原子、アルカリ金属、アンモニウム又は第4級アミンを表し、nは、0〜2の整数を表す。 In the above, D 4 represents a group selected from a direct bond, O, CH 2 , C (CH 3 ) 2 , C (CF 3 ) 2 , O═S═O, S and C═O, X represents a hydrogen atom, an alkali metal, ammonium, or a quaternary amine, and n represents an integer of 0 to 2.

更に、本発明の感湿素子は、支持基板上に形成された複数の電極と、該電極に接して形成されたセンサ膜としてのポリイミド膜を有する感湿素子であって、前記ポリイミド膜が、下記の一般式(3)で表される構造単位を有するものであることを特徴とする。   Furthermore, the moisture sensitive element of the present invention is a moisture sensitive element having a plurality of electrodes formed on a support substrate and a polyimide film as a sensor film formed in contact with the electrodes, wherein the polyimide film comprises: It has a structural unit represented by the following general formula (3).

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上記に於いて、mは1〜2の整数であり、nは1〜6の整数であり、kは1〜2の整数であり、Xは水素原子、アルカリ金属、アンモニウム又は第4級アミンを表す。   In the above, m is an integer of 1 to 2, n is an integer of 1 to 6, k is an integer of 1 to 2, and X is a hydrogen atom, an alkali metal, ammonium or a quaternary amine. To express.

一般式(1)で表される構造単位を有する前記ポリイミド膜を備えた感湿素子では、前記ポリイミド膜は、一般式(4)で示される構造単位を更に包含し、前記一般式(1)で示される構造単位が、10〜100重量%であることが好ましい。   In the moisture sensitive element including the polyimide film having the structural unit represented by the general formula (1), the polyimide film further includes a structural unit represented by the general formula (4), and the general formula (1) Is preferably 10 to 100% by weight.

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ここで、Ar6は、少なくとも1つ以上の芳香環を有する4価の基を示し、Ar7は、少なくとも1つ以上の芳香環を有する2価の基で、置換基としてスルホン酸基を有することのないものを示す。 Here, Ar 6 represents a tetravalent group having at least one or more aromatic rings, Ar 7 is a divalent group having at least one or more aromatic rings, and has a sulfonic acid group as a substituent. Indicates something that never happens.

一般式(2)で表される構造単位を有する前記ポリイミド膜を備えた感湿素子では、前記ポリイミド膜が、一般式(4)で示される構造単位を更に包含し、前記一般式(2)で示される構造単位が、10〜100重量%であることが好ましい。   In the moisture sensitive element including the polyimide film having the structural unit represented by the general formula (2), the polyimide film further includes a structural unit represented by the general formula (4), and the general formula (2) Is preferably 10 to 100% by weight.

一般式(3)で表される構造単位を有する前記ポリイミド膜を備えた感湿素子では、前記ポリイミド膜が、一般式(4)で示される構造単位を更に包含し、前記一般式(3)で示される構造単位が、10〜100重量%であることが好ましい。   In the moisture sensitive element including the polyimide film having the structural unit represented by the general formula (3), the polyimide film further includes a structural unit represented by the general formula (4), and the general formula (3) Is preferably 10 to 100% by weight.

本発明の感湿素子は、スルホン化芳香族ポリイミド膜をセンサ膜として備えているので、高い耐熱性と高い耐水性を有している。従って、本発明の感湿素子を用いれば、高温・高湿度、結露雰囲気の環境下でも性能を発揮し、各種高温・高湿制御センサとして応用することができる。   Since the moisture sensitive element of the present invention includes a sulfonated aromatic polyimide film as a sensor film, it has high heat resistance and high water resistance. Therefore, if the humidity sensitive element of the present invention is used, the performance is exhibited even in an environment of high temperature / high humidity and condensation, and it can be applied as various high temperature / high humidity control sensors.

以下、本発明の実施の形態について説明する。本発明の感湿素子は以下示す構造を有する。図1は本実施例に使用した櫛形電極を有する基板の平面図である。本実施例の感湿素子は、抵抗検出型の感湿素子であり、支持基板10上に形成された第1の櫛状電極11及び第2の櫛状電極12を有している。第1の櫛状電極11は1〜50本の第1の電極部21を有し、第2の櫛状電極12は1〜50本の第2の電極部22を有し、1〜50本の第1の電極部21と1〜50本の第2の電極部22とは、交互に並行して形成されている。第1の櫛状電極11及び第2の櫛状電極12の付け根の部分には導体13,13がそれぞれ形成され、更に第1の櫛状電極11の付け根の部分と導体13との接続部及び第2の櫛状電極12の付け根の部分と導体13との接続部を覆って、ガラスからなる絶縁体14が形成されている。2つの導体13,13には、ピン電極17,17がそれぞれ接続されている。そして、第1の電極部21と第2の電極部22とを覆って、支持基板10上に感湿膜である一般式(1)〜(4)で表されるスルホン化芳香族ポリイミド膜15が形成されている。   Embodiments of the present invention will be described below. The humidity sensitive element of the present invention has the following structure. FIG. 1 is a plan view of a substrate having comb-shaped electrodes used in this example. The moisture sensitive element of the present embodiment is a resistance detection type moisture sensitive element, and includes a first comb electrode 11 and a second comb electrode 12 formed on a support substrate 10. The first comb-shaped electrode 11 has 1 to 50 first electrode portions 21, and the second comb-shaped electrode 12 has 1 to 50 second electrode portions 22, and 1 to 50 first electrode portions 21. The first electrode portions 21 and 1 to 50 second electrode portions 22 are alternately formed in parallel. Conductors 13 and 13 are respectively formed at the bases of the first comb-shaped electrode 11 and the second comb-shaped electrode 12, and a connection portion between the base of the first comb-shaped electrode 11 and the conductor 13, and An insulator 14 made of glass is formed so as to cover the connection portion between the base portion of the second comb-shaped electrode 12 and the conductor 13. Pin electrodes 17 and 17 are connected to the two conductors 13 and 13, respectively. The sulfonated aromatic polyimide film 15 represented by the general formulas (1) to (4), which is a moisture-sensitive film, covers the first electrode part 21 and the second electrode part 22 and is a moisture-sensitive film. Is formed.

ここで、一般式(1)を構成する化2で表される基、及び一般式(2)を構成する化4で表される基は、下記の化8及び化9にそれぞれ示される構造からなる芳香族ジアミンにより導入される。これらの芳香族ジアミンの合成には、その構造に応じて合成方法を適用できる。化8で示される構造からなる芳香族ジアミンは、原料ジアミンを硫酸塩としたのち、細田、「理論製造 染料化学」、技報社発行、東京、1957年などに記載の方法でスルホン化することによって合成することができる。この時、用いられる原料ジアミンは、芳香環が直接結合、O、CH2、C(CH32、C(CF32、Sを挟んで結合しているものであり、具体的には、ベンジジン、3,4’−オキシジアニリン、4,4’−オキシジアニリン、3,3’−ジアミノジフェニルメタン、3,4’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、3,3’−ジメチル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、3,3’−ジエチル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、3,3’,5,5’−テトラメチル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、3,3’,5,5’−テトラエチル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、2,2−ビス(3−アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス(3−アミノフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−アミノフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン、4,4’−ジアミノジフェニルスルフィドなどを挙げることができる。 Here, the group represented by the chemical formula 2 constituting the general formula (1) and the group represented by the chemical formula 4 constituting the general formula (2) are derived from the structures shown in the following chemical formula 8 and chemical formula 9, respectively. Is introduced by an aromatic diamine. For the synthesis of these aromatic diamines, a synthesis method can be applied depending on the structure. An aromatic diamine having a structure represented by Chemical Formula 8 is converted to a sulfate by using the raw material diamine as a sulfate, and then sulfonated by the method described in Hosoda, “Theoretical Manufacturing Dye Chemistry”, published by Gihosha, Tokyo, 1957, etc. Can be synthesized. At this time, the raw material diamine used is one in which the aromatic ring is directly bonded, and O, CH 2 , C (CH 3 ) 2 , C (CF 3 ) 2 , and S are sandwiched therebetween. , Benzidine, 3,4'-oxydianiline, 4,4'-oxydianiline, 3,3'-diaminodiphenylmethane, 3,4'-diaminodiphenylmethane, 4,4'-diaminodiphenylmethane, 3,3'- Dimethyl-4,4′-diaminodiphenylmethane, 3,3′-diethyl-4,4′-diaminodiphenylmethane, 3,3 ′, 5,5′-tetramethyl-4,4′-diaminodiphenylmethane, 3,3 ′ , 5,5′-tetraethyl-4,4′-diaminodiphenylmethane, 2,2-bis (3-aminophenyl) hexafluoropropane, 2,2-bis (3-aminophenyl) propane, 2,2-bis ( - aminophenyl) propane, 2,2-bis (4-aminophenyl) hexafluoropropane, 4,4'-like diaminodiphenyl sulfide may be mentioned.

前述の化9中のAr5が化5の上側に示す構造、すなわち、アミノ基に結合していない芳香環が電子吸引基と結合している構造であってD4が直接結合、O、CH2、C(CH32、S、又はC(CF32であるスルホン酸基含有芳香族ジアミンの場合、例えば、(1)原料ジアミンを濃硫酸または発煙硫酸中で、細田、「理論製造 染料化学」、技報社発行、東京、1957年などに記載の方法でスルホン化する方法、(2)二価フェノールを濃硫酸または発煙硫酸中で、細田、「理論製造 染料化学」、技報社発行、東京、1957年などに記載の方法でスルホン化後、特開平9−241225号公報などに記載の方法でニトロ基を有する芳香族ハライドと反応させてジニトロ化合物を合成し、その後、該ジニトロ化合物のニトロ基を還元することによってジアミン化合物とする方法、などによって合成することができる。 Ar 5 in Chemical Formula 9 is a structure shown above Chemical Formula 5 , that is, a structure in which an aromatic ring not bonded to an amino group is bonded to an electron withdrawing group, and D 4 is a direct bond, O, CH In the case of a sulfonic acid group-containing aromatic diamine that is 2 , C (CH 3 ) 2 , S, or C (CF 3 ) 2 , for example, (1) Raw material diamine in concentrated sulfuric acid or fuming sulfuric acid, “Manufacturing dye chemistry”, published by Gihosha, Tokyo, 1957, the method of sulfonation, (2) dihydric phenol in concentrated sulfuric acid or fuming sulfuric acid, Hosoda, “Theoretical manufacturing dye chemistry”, Gihosha After the sulfonation by a method described in Tokyo, 1957, etc., a dinitro compound is synthesized by reacting with an aromatic halide having a nitro group by a method described in JP-A-9-241225. Return nitro group of compound How to diamine compounds by, it can be synthesized by such.

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前述の(1)の方法において原料として用いられるジアミンとしては、アミノ基の結合していない芳香環が電子吸引基と結合していないものであり、例えば、1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、4,4’−ビス(4−アミノフェノキシ)ビフェニル、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン、α,α’−ビス(4−アミノフェニル)−1,4−ジイソプロピルベンゼン、1,5−ビス(4−アミノフェノキシ)ナフタレンなどを挙げることができる。   The diamine used as a raw material in the above method (1) is one in which an aromatic ring to which no amino group is bonded is not bonded to an electron withdrawing group. For example, 1,3-bis (4-aminophenoxy) ) Benzene, 1,4-bis (4-aminophenoxy) benzene, 4,4′-bis (4-aminophenoxy) biphenyl, 2,2-bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl] propane, 2, 2-bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl] hexafluoropropane, α, α′-bis (4-aminophenyl) -1,4-diisopropylbenzene, 1,5-bis (4-aminophenoxy) naphthalene And so on.

前述の(2)の方法において原料として用いることのできる二価フェノールとしては、芳香環が電子吸引基と結合していないものであり、例えば、ハイドロキノン、レゾルシノール、4,4’−ビフェノール、2,2’−ビフェノール、ビス(4−ヒドロキシフェニル)エーテル、ビス(2−ヒドロキシフェニル)エーテル、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(3−メチル−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)メタン、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、1,3−ビス(4−ヒドロキシフェノキシ)ベンゼン、1,4−ビス(3−ヒドロキシフェノキシ)ベンゼン、ビス(2−ヒドロキシ−5−メチルフェニル)メタン、1,5−ジヒドロキシナフタレンなどを挙げることができる。また、ニトロ基を有する芳香族ハライドとしては、2−クロロニトロベンゼン、3−クロロニトロベンゼン、4−クロロニトロベンゼン、2−フルオロニトロベンゼン、3−フルオロニトロベンゼン、4−フルオロニトロベンゼン、5−フロロ−2−ニトロトルエンなどを挙げることができる。   Examples of the dihydric phenol that can be used as a raw material in the above-described method (2) are those in which an aromatic ring is not bonded to an electron withdrawing group. For example, hydroquinone, resorcinol, 4,4′-biphenol, 2, 2′-biphenol, bis (4-hydroxyphenyl) ether, bis (2-hydroxyphenyl) ether, 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) propane, 2,2-bis (3-methyl-4-hydroxyphenyl) ) Propane, 2,2-bis (3,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl) propane, bis (4-hydroxyphenyl) methane, 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) hexafluoropropane, 1,3- Bis (4-hydroxyphenoxy) benzene, 1,4-bis (3-hydroxyphenoxy) benzene, Scan (2-hydroxy-5-methylphenyl) methane, 1,5-dihydroxynaphthalene and the like. Examples of the aromatic halide having a nitro group include 2-chloronitrobenzene, 3-chloronitrobenzene, 4-chloronitrobenzene, 2-fluoronitrobenzene, 3-fluoronitrobenzene, 4-fluoronitrobenzene, and 5-fluoro-2-nitrotoluene. Can be mentioned.

前述の化9中のAr5が化5の上側に示す構造、すなわち、アミノ基に結合していない芳香環が電子吸引基と結合していない構造であってD4がO=S=O又はC=Oであるスルホン酸基含有芳香族ジアミンの場合、例えば、(3)二価フェノールを発煙硫酸中で、細田、「理論製造 染料化学」、技報社発行、東京、1957年などに記載の方法でスルホン化後、特開平9−241225号公報などに記載の方法でニトロ基を有する芳香族ハライドと反応させてジニトロ化合物を合成し、その後、該ジニトロ化合物のニトロ基を還元することによってジアミン化合物とする方法などによって合成することができる。 Ar 5 in the chemical formula 9 is a structure shown on the upper side of chemical formula 5, that is, a structure in which an aromatic ring not bonded to an amino group is not bonded to an electron withdrawing group, and D 4 is O═S═O or In the case of a sulfonic acid group-containing aromatic diamine in which C═O, for example, (3) dihydric phenol in fuming sulfuric acid, as described in Hosoda, “Theoretical Manufacturing, Dye Chemistry”, published by Gihosha, Tokyo, 1957, etc. After sulfonation by the method, a dinitro compound is synthesized by reacting with an aromatic halide having a nitro group by a method described in JP-A-9-241225 and the like, and then the nitro group of the dinitro compound is reduced. It can be synthesized by a method of forming a compound.

前述の(3)方法において原料として用いることのできる二価フェノールとしては、芳香環が電子吸引基と結合しているものであり、例えば、ビス(4−ヒドロキシフェニル)スルホン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)ケトンなどを挙げることができ、ニトロ基を有する芳香族ハライドとしては、前述と同様のものを挙げることができる。   Examples of the dihydric phenol that can be used as a raw material in the above method (3) are those in which an aromatic ring is bonded to an electron withdrawing group, and examples thereof include bis (4-hydroxyphenyl) sulfone and bis (4-hydroxy). Phenyl) ketone and the like, and examples of the aromatic halide having a nitro group include those described above.

前述の化9中のAr5が化5の下側に示す構造、すなわち、アミノ基の結合していないフルオレン環骨格を有するスルホン酸基含有芳香族ジアミンの場合、例えば、(4)原料ジアミンを濃硫酸中で硫酸塩とし、その後、細田、「理論製造 染料化学」、技報社発行、東京、1957年などに記載の方法で発煙硫酸を用いてスルホン化することにより合成することができる。この時、用いられる原料ジアミンとして、9,9−ビス(4−アミノフェニル)フルオレン、9,9−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]フルオレンを挙げることができる。 In the case of a sulfonic acid group-containing aromatic diamine having a structure in which Ar 5 in Chemical Formula 9 is shown below Chemical Formula 5 , that is, a fluorene ring skeleton to which an amino group is not bonded, for example, (4) It can be synthesized by converting to sulfate in concentrated sulfuric acid, and then sulfonating with fuming sulfuric acid by the method described in Hosoda, “Theoretical Manufacturing Dye Chemistry”, published by Gihosha, Tokyo, 1957, and the like. In this case, examples of the raw material diamine used include 9,9-bis (4-aminophenyl) fluorene and 9,9-bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl] fluorene.

本発明で用いられる芳香族ジアミンのアルカリ金属塩は、アルカリ金属の水酸化物、炭酸塩、炭酸水素塩及びハロゲンとの塩と反応させることにより容易に合成でき、該反応はスルホン化芳香族ジアミンの合成中、合成後、あるいは後述するポリイミドの合成後のいずれで行っても良い。アルカリ金属としては、リチウム、カリウム、ナトリウム、セシウムなどを挙げることができる。   The alkali metal salt of the aromatic diamine used in the present invention can be easily synthesized by reacting with an alkali metal hydroxide, carbonate, hydrogencarbonate and halogen salt, and the reaction is sulfonated aromatic diamine. The synthesis may be performed either during synthesis, after synthesis, or after synthesis of polyimide described later. Examples of the alkali metal include lithium, potassium, sodium, cesium and the like.

本発明におけるスルホン化芳香族ポリイミドの合成に用いられる芳香族テトラカルボン酸成分としては、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸、2,3’,3,4’−ビフェニルテトラカルボン酸、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸、3,3’,4,4’−ジフェニルエーテルテトラカルボン酸、ビス( 3,4−ジカルボキシフェニル) メタン、2,2−ビス( 3,4−ジカルボキシフェニル) プロパン、ピロメリット酸、1,4,5,8−ナフタレンテトラカルボン酸、3,4,9,10−ペリレンテトラカルボン酸またはそれらの酸二無水物やエステル化物を挙げることができる。これらのなかで、1,4,5,8−ナフタレンテトラカルボン酸またはそれらの酸二無水物やエステル化物が耐久性の点から好ましい。   Examples of the aromatic tetracarboxylic acid component used for the synthesis of the sulfonated aromatic polyimide in the present invention include 3,3 ′, 4,4′-biphenyltetracarboxylic acid and 2,3 ′, 3,4′-biphenyltetracarboxylic acid. Acid, 3,3 ′, 4,4′-benzophenone tetracarboxylic acid, 3,3 ′, 4,4′-diphenyl ether tetracarboxylic acid, bis (3,4-dicarboxyphenyl) methane, 2,2-bis ( 3,4-dicarboxyphenyl) propane, pyromellitic acid, 1,4,5,8-naphthalenetetracarboxylic acid, 3,4,9,10-perylenetetracarboxylic acid or their acid dianhydrides and esterified products Can be mentioned. Among these, 1,4,5,8-naphthalenetetracarboxylic acid or acid dianhydride or esterified product thereof is preferable from the viewpoint of durability.

本発明におけるスルホン化芳香族ポリイミドの合成は特に限定されなく、特開平6−87957号公報、特開平10−168188号公報、特開平8−333451号公報、特開平8−333452号公報、特開平8−333453号公報、特表2000−510511号公報などに記載の公知の方法で合成することができる。   The synthesis of the sulfonated aromatic polyimide in the present invention is not particularly limited. JP-A-6-87957, JP-A-10-168188, JP-A-8-333451, JP-A-8-333452, JP It can be synthesized by known methods described in, for example, 8-333453 and JP 2000-510511.

本発明に於けるスルホン化芳香族ポリイミドは、ジアミン成分として、下記化10で示される構造からなるω−スルホアルコキシ基含有芳香族ジアミンを用いて合成することができる。   The sulfonated aromatic polyimide in the present invention can be synthesized using an ω-sulfoalkoxy group-containing aromatic diamine having a structure represented by the following chemical formula 10 as a diamine component.

Figure 0004127816
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前記化10で示される構造からなるω−スルホアルコキシ基含有芳香族族ジアミンは、例えば、(5)水酸基を有する芳香族ジニトロ化合物とハロゲン化アルキルスルホン酸アルカリ金属とを反応させ、ω−スルホアルコキシ基を有する芳香族ジニトロ化合物を合成後、ニトロ基を還元してω−スルホアルコキシ基含有芳香族ジアミンを得る方法、(6)水酸基を有する芳香族モノニトロ化合物とハロゲン化アルキルスルホン酸アルカリ金属塩とを反応させ、ω−スルホアルコキシ基を有する芳香族モノニトロ化合物を合成し、アゾカップリング反応に続き、還元、転位反応を行うことによって、ω−スルホアルコキシ基含有芳香族ジアミンを得る方法など、その構造に応じた合成法で調整することができる。   The ω-sulfoalkoxy group-containing aromatic diamine having the structure represented by the chemical formula 10 includes, for example, (5) reacting an aromatic dinitro compound having a hydroxyl group with an alkali metal halide alkyl sulfonate to obtain ω-sulfoalkoxy. A method of obtaining an ω-sulfoalkoxy group-containing aromatic diamine by synthesizing an aromatic dinitro compound having a group, and (6) an aromatic mononitro compound having a hydroxyl group and an alkali metal halide alkyl halide, In which an aromatic mononitro compound having an ω-sulfoalkoxy group is synthesized, followed by an azo coupling reaction followed by a reduction or rearrangement reaction to obtain an ω-sulfoalkoxy group-containing aromatic diamine. It can be adjusted by a synthesis method according to the structure.

前記ω−スルホアルコキシ基含有芳香族ジアミンの合成法(5)で、水酸基を有する芳香族ジニトロ化合物とハロゲン化アルキルスルホン酸アルカリ金属塩との反応は、水酸基を有する芳香族ジニトロ化合物のアルカリ金属塩とハロゲン化アルキルスルホン酸アルカリ金属塩をN,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシドなどの極性溶媒中で、50〜140℃で1〜80時間反応することによって合成できる。   In the synthesis method (5) of the ω-sulfoalkoxy group-containing aromatic diamine, the reaction between the aromatic dinitro compound having a hydroxyl group and the alkali metal halide alkyl halide is an alkali metal salt of an aromatic dinitro compound having a hydroxyl group. And a halogenated alkylsulfonic acid alkali metal salt in a polar solvent such as N, N-dimethylformamide, dimethylacetamide, dimethyl sulfoxide, and the like, can be synthesized at 50 to 140 ° C. for 1 to 80 hours.

前記水酸基を有する芳香族ジニトロ化合物は、少なくとも1つ以上の芳香環を有し、且つ、芳香環に直接結合した2個のニトロ基と少なくとも1つ以上の水酸基を有するものであり、例えば、2,4−ジニトロフェノール、2,5−ジニトロフェノール、4,6−ジニトロレゾルシノール、3,5−ジニトロカテコール、2,5−ジニトロヒドロキノン、4,4’−ジヒドロキシ−(3,3’−ジニトロ)ビフェニル、2,2’−ジヒドロキシ−(5,5’−ジニトロ)ビフェニルなどを好適に挙げることができる。   The aromatic dinitro compound having a hydroxyl group has at least one aromatic ring, and has two nitro groups directly bonded to the aromatic ring and at least one hydroxyl group. , 4-dinitrophenol, 2,5-dinitrophenol, 4,6-dinitroresorcinol, 3,5-dinitrocatechol, 2,5-dinitrohydroquinone, 4,4'-dihydroxy- (3,3'-dinitro) biphenyl 2,2′-dihydroxy- (5,5′-dinitro) biphenyl and the like can be preferably mentioned.

前記水酸基を有する芳香族ジニトロ化合物のアルカリ金属塩は、前記極性溶媒中で、水酸基を有する芳香族ジニトロ化合物と炭酸カリウム又は炭酸ナトリウム等とを、共沸溶媒としてトルエン、ベンゼン、キシレンなどを用いて共沸によって生成水を除去しながら、100〜160℃で0.5〜5時間反応することによって合成できる。   The alkali metal salt of an aromatic dinitro compound having a hydroxyl group is obtained by using, in the polar solvent, an aromatic dinitro compound having a hydroxyl group and potassium carbonate or sodium carbonate, etc., using toluene, benzene, xylene or the like as an azeotropic solvent. It can synthesize | combine by reacting at 100-160 degreeC for 0.5 to 5 hours, removing produced water by azeotropy.

また、前記ハロゲン化アルキルスルホン酸アルカリ金属塩は、末端にスルホン酸アルカリ金属塩を有するハロゲン化アルキル化合物であり、例えば、2−ブロモエタンスルホン酸、3−ブロモプロパンスルホン酸、4−ブロモブタンスルホン酸、などのカリウム、ナトリウム、リチウム塩を好適に挙げることができる。   The alkali metal sulfonic acid alkali metal salt is a halogenated alkyl compound having a sulfonic acid alkali metal salt at the terminal, such as 2-bromoethanesulfonic acid, 3-bromopropanesulfonic acid, 4-bromobutanesulfone. Preferred examples include potassium, sodium, and lithium salts such as acids.

前記ω−スルホアルコキシ基含有芳香族ジアミンの合成法(5)で、ω−スルホアルコキシ基を有する芳香族ジニトロ化合物のニトロ基の還元は、日本化学会編、新実験化学講座15,酸化と還元II、丸善、1975年(p.22,433−435)などに記載されているような公知の方法を用いることができ、例えば、Pd/Cを用い水素添加することで達成される。   In the synthesis method (5) of the ω-sulfoalkoxy group-containing aromatic diamine, the reduction of the nitro group of the aromatic dinitro compound having the ω-sulfoalkoxy group is edited by the Chemical Society of Japan, New Experimental Chemistry Course 15, Oxidation and Reduction. II, Maruzen, 1975 (p.22, 433-435), and the like can be used. For example, this can be achieved by hydrogenation using Pd / C.

前記ω−スルホアルコキシ基含有芳香族ジアミンの合成法(6)で用いられる水酸基を有する芳香族モノニトロ化合物は、少なくとも1つ以上の水酸基を有する芳香族モノニトロ化合物であり、例えば、m−ニトロフェノール、o−ニトロフェノールなどを好適に挙げることができる。   The aromatic mononitro compound having a hydroxyl group used in the synthesis method (6) of the ω-sulfoalkoxy group-containing aromatic diamine is an aromatic mononitro compound having at least one hydroxyl group, such as m-nitrophenol, Preferred examples include o-nitrophenol.

前記ω−スルホアルコキシ基含有芳香族ジアミンの合成法(6)において、ω−スルホアルコキシ基を有する芳香族モノニトロ化合物は、水酸基を有する芳香族モノニトロ化合物とハロゲン化アルキルスルホン酸アルカリ金属塩とを、前記ω−スルホアルコキシ基含有芳香族ジアミンの合成法(5)で述べた方法と同様に反応させて合成できる。   In the synthesis method (6) of the ω-sulfoalkoxy group-containing aromatic diamine, the aromatic mononitro compound having a ω-sulfoalkoxy group comprises an aromatic mononitro compound having a hydroxyl group and an alkali metal halide alkyl sulfonate. The ω-sulfoalkoxy group-containing aromatic diamine can be synthesized by reacting in the same manner as described in the method (5).

この合成法(6)で、アゾカップリング反応及びそれに続く転位反応は、日本化学会編、新実験化学講座15,酸化と還元II、丸善、1975年(p.23,24,67,68)及び第4版実験化学講座20、有機合成II、丸善、1992年、p.302などに記載されているような公知の方法を用いることができ、例えば、Zn/NaOH/メタノール−水中で加熱してアゾベンゼンとし、次いで、Zn/エタノール−アンモニア中で加熱してヒドラゾベンゼンにし、濃塩酸中で加熱してベンジジン転移して達成される。   In this synthesis method (6), the azo coupling reaction and subsequent rearrangement reaction are described in the Chemical Society of Japan, New Experimental Chemistry Course 15, Oxidation and Reduction II, Maruzen, 1975 (p.23, 24, 67, 68). 4th edition, Experimental Chemistry Course 20, Organic Synthesis II, Maruzen, 1992, p. 302, etc. can be used. For example, heating in Zn / NaOH / methanol-water to azobenzene, then heating in Zn / ethanol-ammonia to hydrazobenzene. This is achieved by heating in concentrated hydrochloric acid to effect benzidine transition.

本発明のアルコキシスルホン化芳香族ポリイミドの合成に用いられる前記化10で示される構造からなるω−スルホアルコキシ基含有芳香族ジアミンとしては、特に限定されるものではないが、具体的には、3−(2,4−ジアミノフェノキシ)プロパンスルホン酸、4−(2,4−ジアミノフェノキシ)ブタンスルホン酸、3−(2,5−ジアミノフェノキシ)プロパンスルホン酸、4−(2,5−ジアミノフェノキシ)ブタンスルホン酸、1,2−ビス(3−スルホプロポキシ)3,5−ジアミノベンゼン、1,2−ビス(4−スルホブトキシ)3,5−ジアミノベンゼン、1,5−ビス(3−スルホプロポキシ)2,4−ジアミノベンゼン、1,5−ビス(4−スルホブトキシ)2,4−ジアミノベンゼン、1,4−ビス(3−スルホプロポキシ)2,5−ジアミノベンゼン、1,4−ビス(4−スルホブトキシ)2,5−ジアミノベンゼン、4,4’−ビス(3−スルホプロポキシ)3,3’−ジアミノビフェニル、2,2’−ビス(3−スルホプロポキシ)5,5’−ジアミノビフェニル、2,2'−ビス(3−スルホプロポキシ)ベンジジン、2,2'−ビス(4−スルホブトキシ)ベンジジン、3,3'−ビス(3−スルホプロポキシ)ベンジジン、3,3'−ビス(4−スルホブトキシ)ベンジジンを好適にあげることができ、特に、2,2'−ビス(3−スルホプロポキシ)ベンジジン及び2,2'−ビス(4−スルホブトキシ)ベンジジンが、得られたアルコキシスルホン化ポリイミドのプロトン伝導性、耐水性などから、好適である。   The ω-sulfoalkoxy group-containing aromatic diamine having the structure represented by Chemical Formula 10 used for the synthesis of the alkoxysulfonated aromatic polyimide of the present invention is not particularly limited. -(2,4-diaminophenoxy) propanesulfonic acid, 4- (2,4-diaminophenoxy) butanesulfonic acid, 3- (2,5-diaminophenoxy) propanesulfonic acid, 4- (2,5-diaminophenoxy) ) Butanesulfonic acid, 1,2-bis (3-sulfopropoxy) 3,5-diaminobenzene, 1,2-bis (4-sulfobutoxy) 3,5-diaminobenzene, 1,5-bis (3-sulfo) Propoxy) 2,4-diaminobenzene, 1,5-bis (4-sulfobutoxy) 2,4-diaminobenzene, 1,4-bis (3-sulfo) (Ropoxy) 2,5-diaminobenzene, 1,4-bis (4-sulfobutoxy) 2,5-diaminobenzene, 4,4′-bis (3-sulfopropoxy) 3,3′-diaminobiphenyl, 2,2 '-Bis (3-sulfopropoxy) 5,5'-diaminobiphenyl, 2,2'-bis (3-sulfopropoxy) benzidine, 2,2'-bis (4-sulfobutoxy) benzidine, 3,3'- Bis (3-sulfopropoxy) benzidine and 3,3′-bis (4-sulfobutoxy) benzidine can be preferably mentioned, and in particular, 2,2′-bis (3-sulfopropoxy) benzidine and 2,2 ′ -Bis (4-sulfobutoxy) benzidine is preferred because of the proton conductivity and water resistance of the resulting alkoxysulfonated polyimide.

本発明のスルホン化芳香族ポリイミドの合成に用いられる芳香族テトラカルボン酸成分としては、特に限定されるものではないが、例えば、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸、2,3’,3,4’−ビフェニルテトラカルボン酸、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸、3,3’,4,4’−ジフェニルエーテルテトラカルボン酸、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)メタン、2,2−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)プロパン、ピロメリット酸、1,4,5,8−ナフタレンテトラカルボン酸、3,4,9,10−ペリレンテトラカルボン酸、4,4’−(ヘキサフルオロイソプロピリデン)ジフタル酸、m−(ターフェニル)3,4,3”,4”−テトラカルボン酸又はそれらの酸二無水物やエステル化物を挙げることができる。   The aromatic tetracarboxylic acid component used for the synthesis of the sulfonated aromatic polyimide of the present invention is not particularly limited, and examples thereof include 3,3 ′, 4,4′-biphenyltetracarboxylic acid, 3 ', 3,4'-biphenyltetracarboxylic acid, 3,3', 4,4'-benzophenone tetracarboxylic acid, 3,3 ', 4,4'-diphenyl ether tetracarboxylic acid, bis (3,4-di Carboxyphenyl) methane, 2,2-bis (3,4-dicarboxyphenyl) propane, pyromellitic acid, 1,4,5,8-naphthalenetetracarboxylic acid, 3,4,9,10-perylenetetracarboxylic acid 4,4 ′-(hexafluoroisopropylidene) diphthalic acid, m- (terphenyl) 3,4,3 ″, 4 ″ -tetracarboxylic acid or their acid dianhydrides Mention may be made of the ester product.

本発明のアルコキシスルホン化芳香族ポリイミドの合成に用いられる芳香族テトラカルボン酸成分としては、1,4,5,8−ナフタレンテトラカルボン酸又はそれらの酸二無水物やエステル化物が、得られたアルコキシスルホン化ポリイミドの耐水性から、特に好適である。   As the aromatic tetracarboxylic acid component used for the synthesis of the alkoxysulfonated aromatic polyimide of the present invention, 1,4,5,8-naphthalenetetracarboxylic acid or acid dianhydride or esterified product thereof was obtained. The water resistance of the alkoxysulfonated polyimide is particularly suitable.

本発明に於けるスルホン化芳香族ポリイミドは、ジアミン成分として前記化8〜化10で示される構造からなる芳香族ジアミン成分と共に、置換基としてスルホ基を有しないジアミン成分を併用しても構わない。   In the sulfonated aromatic polyimide in the present invention, a diamine component having no sulfo group as a substituent may be used in combination with the aromatic diamine component having the structure represented by the chemical formulas 8 to 10 as the diamine component. .

すなわち、本発明のスルホン化芳香族ポリイミドは、前記一般式(1)〜(3)で示される構造単位と共に、下記化7の一般式(4)で示される構造単位を含んで構成されたものであっても構わない。   That is, the sulfonated aromatic polyimide of the present invention includes a structural unit represented by the following general formula (4) and a structural unit represented by the following general formula (1) to (3). It does not matter.

ここで、Ar6は少なくとも1つ以上の芳香環を有する4価の基であり、Ar7は少なくとも1つ以上の芳香環を有する2価の基であって置換基としてスルホ基を有しないものである。 Here, Ar 6 is a tetravalent group having at least one or more aromatic rings, and Ar 7 is a divalent group having at least one or more aromatic rings and does not have a sulfo group as a substituent. It is.

本発明のスルホン化芳香族ポリイミドは、一般式(1)〜(3)で示される構造単位がそれぞれ全重量に対して1〜100重量%、好ましくは10〜100重量%、更に50〜100重量%、特に70〜100重量%である。   In the sulfonated aromatic polyimide of the present invention, the structural units represented by the general formulas (1) to (3) are each 1 to 100% by weight, preferably 10 to 100% by weight, and further 50 to 100% by weight based on the total weight. %, In particular 70 to 100% by weight.

本発明のスルホン化芳香族ポリイミドにおいて、一般式(1)〜(3)で示される構造単位が全重量に対して1重量%未満になると、イオン交換容量やプロトン伝導性などの特徴を発現し難くなるので好ましくない。また、一般式(4)で示される構造単位を含む共重合スルホン化芳香族ポリイミドの構造は、ランダム共重合及び/又はブロック共重合体である。   In the sulfonated aromatic polyimide of the present invention, when the structural unit represented by the general formulas (1) to (3) is less than 1% by weight with respect to the total weight, characteristics such as ion exchange capacity and proton conductivity are exhibited. Since it becomes difficult, it is not preferable. The structure of the copolymerized sulfonated aromatic polyimide containing the structural unit represented by the general formula (4) is a random copolymer and / or a block copolymer.

前記一般式(4)で示される構造単位を形成する芳香族テトラカルボン酸成分は、前述の一般式(1)〜(3)の構造単位を形成する芳香族テトラカルボン酸と同様の芳香族テトラカルボン酸を好適に用いることができる。また、前記一般式(4)で示される構造単位を形成する芳香族ジアミンは、置換基としてスルホ基を有しない芳香族ジアミンであって、例えば、パラフェニレンジアミン、メタフェニレンジアミン、4,4’−オキシジアニリン、3,4’−オキシジアニリン、9,9−ビス(4−アミノフェニル)フルオレン、3,3’−ビス(3−アミノフェニル)スルホン、4,4’−ビス(3―アミノフェノキシ)ジフェニルスルホン、2,2’−トリフルオロメチルベンジジンなどを好適に挙げることができる。   The aromatic tetracarboxylic acid component forming the structural unit represented by the general formula (4) is the same aromatic tetracarboxylic acid as the aromatic tetracarboxylic acid forming the structural units of the general formulas (1) to (3). Carboxylic acid can be preferably used. The aromatic diamine forming the structural unit represented by the general formula (4) is an aromatic diamine having no sulfo group as a substituent, and examples thereof include paraphenylene diamine, metaphenylene diamine, and 4,4 ′. -Oxydianiline, 3,4'-oxydianiline, 9,9-bis (4-aminophenyl) fluorene, 3,3'-bis (3-aminophenyl) sulfone, 4,4'-bis (3- Aminophenoxy) diphenylsulfone, 2,2′-trifluoromethylbenzidine and the like can be preferably mentioned.

本発明のアルコキシスルホン化芳香族ポリイミドは、前記芳香族テトラカルボン酸成分と前記芳香族ジアミン成分とを用いて、従来公知の記載の方法によって容易に行うことができる。   The alkoxysulfonated aromatic polyimide of the present invention can be easily performed by a conventionally known method using the aromatic tetracarboxylic acid component and the aromatic diamine component.

具体的には、例えば、極性溶媒中で、前記ジアミンと前記芳香族テトラカルボン酸二無水物、3級アミノ化合物、共沸溶媒としてトルエン又はキシレンなどを添加し、140〜220℃に加熱し生成した水を共沸溶媒と共に除去しながら0.5〜100時間縮重合反応させることによって容易に達成できる。この時用いられる3級アミノ化合物としては、例えば、トリメチルアミン、トリエチルアミンなどを挙げることができ、また、必要ならば、安息香酸、イソキノリンなどを触媒として添加しても良い。芳香族ジアミンのアミノ基と芳香族テトラカルボン酸二無水物の酸二無水物基に対するモル比は、0.95〜1.05の範囲が好ましく、この範囲よりアミノ基が少なくても多くても、ポリイミドの分子量が低くなって得られる膜の強度が低下することから好ましくない。上記の縮重合法によりアミン塩型のスルホン化ポリイミドが得られるが、これを塩酸水溶液などに浸漬しイオン交換することによりプロトン型のスルホン化ポリイミドが容易に得られる。また、アミン塩型又はプロトン型のスルホン化ポリイミドをアルカリ金属塩、アンモニウム塩水溶液などに浸漬しイオン交換することによりアルカリ金属塩、アンモニウム塩型のスルホン化ポリイミドが容易に得られる。   Specifically, for example, in a polar solvent, the diamine and the aromatic tetracarboxylic dianhydride, a tertiary amino compound, toluene or xylene as an azeotropic solvent is added, and heated to 140 to 220 ° C. It can be easily achieved by performing the condensation polymerization reaction for 0.5 to 100 hours while removing the water together with the azeotropic solvent. Examples of the tertiary amino compound used at this time include trimethylamine and triethylamine. If necessary, benzoic acid, isoquinoline and the like may be added as a catalyst. The molar ratio of the amino group of the aromatic diamine and the aromatic tetracarboxylic dianhydride to the acid dianhydride group is preferably in the range of 0.95 to 1.05. This is not preferable because the strength of the resulting film is lowered when the molecular weight of the polyimide is lowered. An amine salt-type sulfonated polyimide can be obtained by the above condensation polymerization method, and a proton-type sulfonated polyimide can be easily obtained by immersing this in an aqueous hydrochloric acid solution and performing ion exchange. Further, by immersing an amine salt type or proton type sulfonated polyimide in an alkali metal salt or ammonium salt aqueous solution and performing ion exchange, an alkali metal salt or ammonium salt type sulfonated polyimide can be easily obtained.

本発明の実施例及び比較例について、以下に説明する。なお、各実施例及び比較例に示す感湿素子は、上述の図1に於ける2つのピン電極17,17の間の抵抗が所定値になるように、第1の電極部21と第2の電極部22の本数とその間の距離とを設定したものである。   Examples of the present invention and comparative examples will be described below. In addition, the moisture sensitive element shown in each Example and Comparative Example has the first electrode portion 21 and the second electrode so that the resistance between the two pin electrodes 17 and 17 in FIG. The number of electrode portions 22 and the distance between them are set.

(実施例1)
<BDSA、NTDA>
BDSA(2,2’−ベンジジンジスルホン酸)及びNTDA(ナフタレン−1,4,5,8−テトラカルボン酸二無水物)は、東京化成工業株式会社性のものを東京化成販売株式会社から購入したものを使用した。
(Example 1)
<BDSA, NTDA>
BDSA (2,2′-benzidine disulfonic acid) and NTDA (naphthalene-1,4,5,8-tetracarboxylic dianhydride) were purchased from Tokyo Chemical Industry Co., Ltd. I used something.

<NTDA−BDSAポリイミドの合成>
酸無水物として昇華精製したNTDA、スルホン酸基含有ジアミンとして熱水還流精製したBDSAを用いた。
<Synthesis of NTDA-BDSA polyimide>
NTDA purified by sublimation as an acid anhydride and BDSA purified by refluxing with hot water as a sulfonic acid group-containing diamine were used.

まず、BDSAを120℃で6時間以上真空乾燥して水分を除去した。m−クレゾールに、乾燥させたBDSAと、NTDAと、トリエチルアミンと、安息香酸とを、モル比でBDSA:NTDA:トリエチルアミン:安息香酸=1:1:2:1.5となるように加えて溶解させ、80℃で4時間加熱した後、更に180℃で20時間加熱して、溶液熱イミド化を行った。反応溶液を室温まで冷却した後、アセトンに沈殿させて洗浄し、これを80℃で20時間真空乾燥させることにより、化11に示す構造単位を有するNTDA−BDSAトリエチルアミン塩を得た。   First, BDSA was vacuum-dried at 120 ° C. for 6 hours or more to remove moisture. In m-cresol, dried BDSA, NTDA, triethylamine, and benzoic acid are added and dissolved in a molar ratio of BDSA: NTDA: triethylamine: benzoic acid = 1: 1: 2: 1.5. After heating at 80 ° C. for 4 hours, the solution was further heated at 180 ° C. for 20 hours to effect solution thermal imidization. The reaction solution was cooled to room temperature, washed by precipitation in acetone, and vacuum-dried at 80 ° C. for 20 hours to obtain an NTDA-BDSA triethylamine salt having the structural unit shown in Chemical formula 11.

Figure 0004127816
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<感湿素子の作製>
得られたNTDA−BDSAトリエチルアミン塩をジメチルスルホンオキサイド(DMSO)に溶解した。この溶液を、図1に示す櫛形電極を有する基板に塗布し、これを80℃で10時間真空乾燥させて、本実施例の感湿素子を得た。
<Production of moisture-sensitive element>
The obtained NTDA-BDSA triethylamine salt was dissolved in dimethyl sulfone oxide (DMSO). This solution was applied to a substrate having a comb-shaped electrode shown in FIG. 1, and this was vacuum-dried at 80 ° C. for 10 hours to obtain a moisture sensitive element of this example.

本実施例の感湿素子(トリエチルアミン型)について、後述する耐水性試験及び耐高温試験を行い、その結果を図2及び図10にそれぞれ示した。   The moisture-sensitive element (triethylamine type) of this example was subjected to a water resistance test and a high temperature resistance test described later, and the results are shown in FIGS. 2 and 10, respectively.

(実施例2)
<4,4’−オキシジアニリン−2,2’−ジスルホン酸(ODADS)の合成>
20gの4,4’−オキシジアニリンを17mlの95%硫酸に溶解後、溶液を0℃まで冷却し、35mlの発煙硫酸(SO3,60%)を滴下した。80℃で1時間撹拌後、室温まで冷却し、氷水に投入して析出した固体を濾別した。NaOH水溶液に溶解させた後、塩酸水溶液を加え、析出した固体を、濾別、水洗、乾燥し、生成物を得た。得られた生成物は、H−NMRから、化12の構造を有する4,4’−オキシジアニリン酸であることが確認された。
(Example 2)
<Synthesis of 4,4′-oxydianiline-2,2′-disulfonic acid (ODADS)>
After dissolving 20 g of 4,4′-oxydianiline in 17 ml of 95% sulfuric acid, the solution was cooled to 0 ° C. and 35 ml of fuming sulfuric acid (SO 3 , 60%) was added dropwise. After stirring at 80 ° C. for 1 hour, the mixture was cooled to room temperature, poured into ice water, and the precipitated solid was separated by filtration. After dissolving in an aqueous NaOH solution, an aqueous hydrochloric acid solution was added, and the precipitated solid was separated by filtration, washed with water and dried to obtain a product. The obtained product was confirmed to be 4,4′-oxydianilic acid having the structure of Chemical Formula 12 by H-NMR.

Figure 0004127816
Figure 0004127816

<NTDA−ODADSポリイミドの合成>
酸無水物として昇華精製したNTDA、スルホン酸基含有ジアミンとしてODADSを用いた。まず、ODADSを120℃で6時間以上真空乾燥して水分を除去した。m−クレゾールに乾燥させたODADSと、NTDAと、トリエチルアミンと、安息香酸とを、ODADS:NTDA:トリエチルアミン:安息香酸=1:1:2:1.5となるように加えて溶解させ、80℃で4時間加熱した後、更に180℃で20時間加熱して、溶液熱イミド化を行った。反応溶液を室温まで冷却した後、アセトンに沈殿させて洗浄し、これを80℃で20時間真空乾燥させることにより、化13に示す構造単位を有するNTDA−ODADSトリエチルアミン塩を得た。
<Synthesis of NTDA-ODADS polyimide>
NTDA purified by sublimation as an acid anhydride and ODADS as a sulfonic acid group-containing diamine were used. First, ODADS was vacuum-dried at 120 ° C. for 6 hours or more to remove moisture. ODADS dried in m-cresol, NTDA, triethylamine, and benzoic acid were added and dissolved so that ODADS: NTDA: triethylamine: benzoic acid = 1: 1: 2: 1.5, and 80 ° C. And then heated at 180 ° C. for 20 hours to effect solution thermal imidization. The reaction solution was cooled to room temperature, precipitated and washed in acetone, and vacuum-dried at 80 ° C. for 20 hours to obtain an NTDA-ODADS triethylamine salt having the structural unit shown in Chemical formula 13.

Figure 0004127816
Figure 0004127816

<感湿素子の作製>
得られたNTDA−ODADSトリエチルアミン塩をDMSOに溶解した。この溶液を、図1に示す櫛形電極を有する基板に塗布し、これを80℃で10時間で真空乾燥させて、本実施例の感湿素子を得た。
<Production of moisture-sensitive element>
The obtained NTDA-ODADS triethylamine salt was dissolved in DMSO. This solution was applied to a substrate having a comb-shaped electrode shown in FIG. 1, and this was vacuum-dried at 80 ° C. for 10 hours to obtain a moisture sensitive element of this example.

本実施例の感湿素子(トリエチルアミン型)について、後述する耐水性試験及び耐高温試験を行い、その結果を図3及び図11にそれぞれ示した。   The moisture-sensitive element (triethylamine type) of this example was subjected to a water resistance test and a high temperature resistance test, which will be described later, and the results are shown in FIGS. 3 and 11, respectively.

(実施例3)
<3−(3’−ニトロフェノキシ)プロパンスルホン酸ナトリウムの合成>
以下の手順で下記化14の3−(3’−ニトロフェノキシ)プロパンスルホン酸ナトリウム塩を合成した。
(Example 3)
<Synthesis of 3- (3′-nitrophenoxy) propane sulfonic acid sodium salt>
In the following procedure, 3- (3′-nitrophenoxy) propanesulfonic acid sodium salt of the following chemical formula 14 was synthesized.

Figure 0004127816
Figure 0004127816

完全に乾燥させた100mlの4つ口フラスコに、m−ニトロフェノール13.9g(100ミリモル)とDMF120mlとを加え、窒素雰囲気下で撹拌した。m−ニトロフェノールが溶解した後、炭酸カリウム20g(150ミリモル)とトルエン20mlとを加えた。この反応混合物を室温で30分間撹拌した後、加熱・還流を2時間行った。反応混合物を再び室温まで冷却し、3−ブロモプロパンスルホン酸ナトリウム22.5g(100ミリモル)を一度に加えて110℃まで再加熱し、この温度で24時間保持した。次に室温まで冷却した後、暗橙色の反応液を濾過し、濾別された沈殿物をアセトンで洗浄した後、40℃で10時間真空乾燥させた。得られた固形物にDMSO300ml加え、この混合物を室温で30分間撹拌し、不溶解の無機塩を濾過して除いた。更に、濾液から溶媒(DMSO)を減圧下で留去し、得られた固形物をメタノールから再結晶することにより精製し、24gの化14の3−(3’−ニトロフェノキシ)プロパンスルホン酸ナトリウム塩を得た。収率は86%であった。   To a completely dried 100 ml four-necked flask, 13.9 g (100 mmol) of m-nitrophenol and 120 ml of DMF were added and stirred under a nitrogen atmosphere. After m-nitrophenol was dissolved, 20 g (150 mmol) of potassium carbonate and 20 ml of toluene were added. The reaction mixture was stirred at room temperature for 30 minutes, and then heated and refluxed for 2 hours. The reaction mixture was cooled again to room temperature, 22.5 g (100 mmol) of sodium 3-bromopropanesulfonate was added in one portion and reheated to 110 ° C. and held at this temperature for 24 hours. Next, after cooling to room temperature, the dark orange reaction liquid was filtered, and the precipitate separated by filtration was washed with acetone and then vacuum-dried at 40 ° C. for 10 hours. To the obtained solid, 300 ml of DMSO was added, the mixture was stirred at room temperature for 30 minutes, and insoluble inorganic salts were removed by filtration. Further, the solvent (DMSO) was distilled off from the filtrate under reduced pressure, and the resulting solid was purified by recrystallization from methanol to obtain 24 g of sodium 3- (3′-nitrophenoxy) propanesulfonate of Chemical formula 14 Salt was obtained. The yield was 86%.

この生成物について、H−NMRを測定した。その結果、7.82ppm(d)、7.69ppm(s)、7.60−7.55(t)及び7.44−7.37(m)が観測され、フェニル環のHに基づくシグナルとして帰属された。また、4.22−4.18ppm(t)はエーテル結合に隣接するCH2のプロトンに、2.62−2.56ppm(t)はスルホン基に隣接するCH2のプロトンに、2.09−1.99ppm(m)は中間のCH2のプロトンにそれぞれ帰属された。その帰属と積分強度比から、生成物は化14の構造を有することが確認された。 About this product, H-NMR was measured. As a result, 7.82 ppm (d), 7.69 ppm (s), 7.60-7.55 (t), and 7.44-7.37 (m) were observed as signals based on H of the phenyl ring. Assigned. Also, 4.22-4.18 ppm (t) is the CH 2 proton adjacent to the ether bond, 2.62-2.56 ppm (t) is the CH 2 proton adjacent to the sulfone group, 2.09- 1.99 ppm (m) was assigned to each intermediate CH 2 proton. From the assignment and integral intensity ratio, it was confirmed that the product had the structure of

<3,3’−ビス(3−スルホプロポキシ)アゾベンゼン二ナトリウム塩の合成>
以下の手順で下記化15の3,3’−ビス(3−スルホプロポキシ)アゾベンゼン二ナトリウム塩を合成した。
<Synthesis of 3,3′-bis (3-sulfopropoxy) azobenzene disodium salt>
In the following procedure, 3,3′-bis (3-sulfopropoxy) azobenzene disodium salt represented by the following chemical formula 15 was synthesized.

Figure 0004127816
Figure 0004127816

完全に乾燥させた4つ口フラスコに、3,3’−ビス(3−ニトロフェノキシ)プロパンスルホン酸ナトリウム5.7g(20ミリモル)と水15mlとメタノール15mlとを加え、窒素を流しながら亜鉛粉4.6gを加えた。混合物を撹拌しながら90℃まで加熱し、次に、水10mlに溶解した水酸化ナトリウム5gをフラスコ内に滴下した。この反応混合液を90℃で3時間撹拌した後、室温まで冷却し、濾過した濾液を減圧下で留去し、得られた固形物をエタノールで洗浄し、これを60℃で20時間真空乾燥させ、オレンジ色の生成物4.4gを得た。収率は88%であった。   To a completely dried four-necked flask, 5.7 g (20 mmol) of sodium 3,3′-bis (3-nitrophenoxy) propane sulfonate, 15 ml of water and 15 ml of methanol were added, and zinc powder was added while flowing nitrogen. 4.6 g was added. The mixture was heated to 90 ° C. with stirring, and then 5 g of sodium hydroxide dissolved in 10 ml of water was dropped into the flask. The reaction mixture was stirred at 90 ° C. for 3 hours, then cooled to room temperature, the filtered filtrate was distilled off under reduced pressure, and the resulting solid was washed with ethanol, which was vacuum-dried at 60 ° C. for 20 hours. 4.4 g of an orange product was obtained. The yield was 88%.

この生成物についてH−NMRを測定した。その結果、7.51ppm(m)、7.4ppm(s)、7.15ppm(split)が観測され、フェニル環のHに基づくシグナルとして帰属された。プロポキシ基のプロトンのシグナルは、前記と同様に帰属された。その帰属と積分強度比から、生成物は化15の化学構造を有することが確認された。   H-NMR was measured for this product. As a result, 7.51 ppm (m), 7.4 ppm (s), and 7.15 ppm (split) were observed and assigned as signals based on H of the phenyl ring. The signal of the proton of the propoxy group was assigned as described above. From the assignment and integral intensity ratio, it was confirmed that the product had a chemical structure of

<3,3’−ビス(3−スルホプロポキシ)ヒドラゾベンゼン二ナトリウム塩の合成>
以下の手順で下記化16の3,3’−ビス(3−スルホプロポキシ)ヒドラゾベンゼン二ナトリウム塩を合成した。
<Synthesis of 3,3′-bis (3-sulfopropoxy) hydrazobenzene disodium salt>
According to the following procedure, 3,3′-bis (3-sulfopropoxy) hydrazobenzene disodium salt represented by the following chemical formula 16 was synthesized.

Figure 0004127816
Figure 0004127816

完全に乾燥させた100mlの4つ口フラスコに、3,3’−ビス(3−スルホプロポキシ)アゾベンゼン二ナトリウム1.5g(3.0ミリモル)と水15mlと酢酸1.5mlとを窒素雰囲気にて撹拌しながら加えた。次に、反応混合物を90℃まで加熱し、亜鉛粉1.5gをすばやく加え、反応混合液を更に1時間この温度で撹拌した。室温まで冷却した後、反応混合物を濾過し、濾液から溶媒を減圧下で留去した。得られた固形物をエタノールで洗浄した後、真空乾燥させて灰白色の固体生成物1.32gを得た。収率は87%であった。   In a completely dried 100 ml four-necked flask, 1.5 g (3.0 mmol) of 3,3′-bis (3-sulfopropoxy) azobenzene disodium, 15 ml of water and 1.5 ml of acetic acid were placed in a nitrogen atmosphere. And added with stirring. The reaction mixture was then heated to 90 ° C., 1.5 g of zinc powder was quickly added and the reaction mixture was stirred for an additional hour at this temperature. After cooling to room temperature, the reaction mixture was filtered and the solvent was removed from the filtrate under reduced pressure. The obtained solid was washed with ethanol and then vacuum-dried to obtain 1.32 g of an off-white solid product. The yield was 87%.

この生成物について、H−NMRを測定した。その結果、7.25−7.15ppm(t)、6.77−6.62ppm(m)が観測され、フェニル環のHに基づくシグナルとして帰属された。プロポキシ基のプロトンのシグナルは、前記と同様に帰属された。その帰属と積分強度比から、生成物は化16の化学構造を有することが確認された。   About this product, H-NMR was measured. As a result, 7.25-7.15 ppm (t) and 6.77-6.62 ppm (m) were observed and assigned as signals based on H of the phenyl ring. The signal of the proton of the propoxy group was assigned as described above. From the assignment and integral intensity ratio, it was confirmed that the product had a chemical structure of

<2,2’−ビス(3−スルホプロポキシ)ベンジジン(BSPB)の合成>
以下の手順で下記化17の2,2’−ビス(3−スルホプロポキシ)ベンジジンを合成した。
<Synthesis of 2,2′-bis (3-sulfopropoxy) benzidine (BSPB)>
2,2′-bis (3-sulfopropoxy) benzidine represented by the following chemical formula 17 was synthesized by the following procedure.

Figure 0004127816
Figure 0004127816

完全に乾燥させた100mlの4つ口フラスコに、3,3’−ビス(3−スルホプロポキシ)ヒドラゾベンゼン二ナトリウム1.0gと水5mlと濃塩酸5mlとを窒素気流下で撹拌しながら加えた。混合物を100℃で2時間加熱した後、室温まで冷却した。生成した沈殿を濾過し、真空乾燥することにより、化18に示す白色のBSPB0.5g(収率60%)を得た。   To a completely dried 100 ml four-necked flask, 1.0 g of disodium 3,3′-bis (3-sulfopropoxy) hydrazobenzene, 5 ml of water and 5 ml of concentrated hydrochloric acid are added with stirring under a nitrogen stream. It was. The mixture was heated at 100 ° C. for 2 hours and then cooled to room temperature. The produced precipitate was filtered and vacuum-dried to obtain 0.5 g (yield 60%) of white BSPB shown in Chemical formula 18.

この生成物について、トリエチルアミンの存在下でH−NMRを測定した。その結果、6.77−6.71ppm(d)、6.2ppm(s)が観測され、フェニル環のHに基づくシグナルとして帰属された。4.91ppm(br)は2つのアミノ基のプロトンに帰属された。また、3.9−3.8ppm(t)はエーテル結合に隣接するCH2のプロトンに、2.52−2.45ppm(t)はスルホン基に隣接するCH2のプロトンに、1.93−1.79ppm(m)は中間のCH2のプロトンにそれぞれ帰属された。その帰属と積分強度から、生成物は化17の化学構造を有することが確認された。 This product was subjected to H-NMR measurement in the presence of triethylamine. As a result, 6.77-6.71 ppm (d) and 6.2 ppm (s) were observed and assigned as signals based on H of the phenyl ring. 4.91 ppm (br) was assigned to two amino group protons. Also, 3.9-3.8 ppm (t) is the CH 2 proton adjacent to the ether bond, and 2.52-2.45 ppm (t) is the CH 2 proton adjacent to the sulfone group. 1.79 ppm (m) was assigned to each intermediate CH 2 proton. From the assignment and integral intensity, it was confirmed that the product had a chemical structure of

<NTDA−BSPBポリイミドの合成>
酸無水物として昇華精製したNTDA、スルホン酸基含有ジアミンとして2,2’−ビス(3−スルホプロポキシ)ベンジジン(BSPB)を用いてNTDA−BSPBポリイミドを合成した。まず、m−クレゾール中に、BSPBと、NTDAと、トリエチルアミンと、安息香酸とを、BSPB:NTDA:トリエチルアミン:安息香酸=1:1:2:1.5となるように加えて溶解させ、80℃で4時間加熱した後、更に180℃で20時間加熱して、溶液熱イミド化を行った。反応溶液を室温まで冷却した後、アセトンに再沈殿させて洗浄し、これを60℃で20時間真空乾燥させることにより、化18に示す構造単位を有するNTDA−BSPBポリイミドトリエチルアミン塩を得た。
<Synthesis of NTDA-BSPB polyimide>
NTDA-BSPB polyimide was synthesized using NTDA purified by sublimation as an acid anhydride and 2,2′-bis (3-sulfopropoxy) benzidine (BSPB) as a diamine containing sulfonic acid group. First, BSPB, NTDA, triethylamine, and benzoic acid are added and dissolved in m-cresol so that BSPB: NTDA: triethylamine: benzoic acid = 1: 1: 2: 1.5. After heating at 4 ° C. for 4 hours, the solution was further heated at 180 ° C. for 20 hours to effect solution thermal imidization. The reaction solution was cooled to room temperature, washed by reprecipitation in acetone, and vacuum-dried at 60 ° C. for 20 hours to obtain an NTDA-BSPB polyimide triethylamine salt having the structural unit shown in Chemical formula 18.

Figure 0004127816
Figure 0004127816

<感湿素子の作製>
得られたNTDA−BSPBポリイミドトリエチルアミン塩をDMSOでに溶解した。この希釈溶液を、図1に示す櫛形電極を有する基板に塗布し、これを80℃で10時間で真空乾燥させて、本実施例の感湿素子を得た。
<Production of moisture-sensitive element>
The obtained NTDA-BSPB polyimide triethylamine salt was dissolved in DMSO. This diluted solution was applied to a substrate having a comb-shaped electrode shown in FIG. 1, and this was vacuum-dried at 80 ° C. for 10 hours to obtain a moisture sensitive element of this example.

本実施例の感湿素子(トリエチルアミン型)について、後述する耐水性試験、耐高温試験及び高温高湿試験を行い、その結果を図4、図12及び図18にそれぞれ示した。   The moisture-sensitive element (triethylamine type) of this example was subjected to a water resistance test, a high temperature resistance test and a high temperature and high humidity test described later, and the results are shown in FIGS. 4, 12 and 18.

実施例1−3においては、スルホン化ポリイミドはトリエチルアミン塩型で電極に塗布されて用いられたが、以下のようにプロトン型、アンモニウム型、ナトリウム型などで用いることができる。   In Example 1-3, the sulfonated polyimide was applied to the electrode in the form of triethylamine salt, but it can be used in the proton type, ammonium type, sodium type, etc. as follows.

(実施例4)
実施例2で合成したファイバー状のNTDA−ODADSトリエチルアミン塩を1Nの塩酸水溶液に1日、または、飽和塩化アンモニウム水溶液に2日間浸漬して、それぞれプロトン型およびアンモニウム塩型にイオン交換した。このファイバー状のポリイミドを水洗乾燥後、DMSOに溶解させ、溶液を図1に示す櫛形電極を有する基板に塗布し、80℃10時間乾燥してプロトン型およびアンモニウム型のNTDA−ODADS感湿素子を得た。ナトリウム型のNTDA−ODADSは適当な溶媒がないためトリエチルアミン塩型のポリイミドをDMSO溶液から感湿素子を作成した後、飽和塩化ナトリウム水溶液に2日間浸漬してイオン交換し、ナトリウム塩型のNTDA−ODADS感湿素子を得た。
Example 4
The fiber-like NTDA-ODADS triethylamine salt synthesized in Example 2 was immersed in a 1N hydrochloric acid aqueous solution for 1 day or in a saturated aqueous ammonium chloride solution for 2 days, and ion-exchanged into a proton type and an ammonium salt type, respectively. This fiber-like polyimide is washed with water and dried, then dissolved in DMSO, the solution is applied to a substrate having a comb-shaped electrode shown in FIG. 1, and dried at 80 ° C. for 10 hours to obtain proton type and ammonium type NTDA-ODADS moisture sensitive elements. Obtained. Since sodium type NTDA-ODADS does not have an appropriate solvent, a triethylamine salt type polyimide is made from a DMSO solution, and then dipped in a saturated aqueous solution of sodium chloride for 2 days for ion exchange. An ODADS moisture sensitive element was obtained.

同様の製法によりガラス板上にキャストしてフィルムを作りそれぞれのフィルムのイオン伝導度を測定した。その結果を図20に示す。同図から分かるように、トリエチルアミン塩に比べイオン伝導度が向上しており、感湿膜として好ましいことが分かる。   The film was cast on a glass plate by the same production method, and the ionic conductivity of each film was measured. The result is shown in FIG. As can be seen from the figure, the ionic conductivity is improved as compared with the triethylamine salt, which is preferable as a moisture sensitive film.

本実施例のプロトン型、アンモニウム型及びナトリウム塩型の感湿素子のそれぞれについて、後述する耐水性試験を行い、その結果を図5〜図7にそれぞれ示した。また、本実施例のプロトン型、アンモニウム型及びナトリウム塩型の感湿素子のそれぞれについて、後述する耐高温試験を行い、その結果を図13〜図15にそれぞれ示した。   Each of the proton type, ammonium type and sodium salt type moisture sensitive elements of this example was subjected to a water resistance test described later, and the results are shown in FIGS. Moreover, the high temperature resistance test mentioned later was done about each of the proton type, ammonium type, and sodium salt type moisture sensitive element of a present Example, and the result was shown in FIGS. 13-15, respectively.

(実施例5)
実施例3で合成したNTDA−BSPBトリエチルアミン塩を、実施例3と同様に、DMSOに溶かしその溶液を図1に示す櫛形電極を有する基板に塗布し、80℃10時間乾燥して感湿素子を得た。これを1N塩酸水溶液に1日浸漬してイオン交換し、プロトン型のNTDA−BSPB感湿素子を得た。
(Example 5)
As in Example 3, the NTDA-BSPB triethylamine salt synthesized in Example 3 was dissolved in DMSO, and the solution was applied to a substrate having a comb-shaped electrode shown in FIG. Obtained. This was immersed in a 1N aqueous hydrochloric acid solution for 1 day for ion exchange to obtain a proton type NTDA-BSPB moisture sensitive element.

本実施例の感湿素子(プロトン型)について、後述する耐水性試験及び耐高温試験を行い、その結果を図8及び図16にそれぞれ示した。   The moisture sensitive element (proton type) of this example was subjected to a water resistance test and a high temperature resistance test, which will be described later, and the results are shown in FIGS. 8 and 16, respectively.

(比較例)
グリシジルメタクリレートをトリエチルアミン塩酸塩により四級アンモニウム化した高分子をアルコールに溶解し、図1に示す櫛形電極を有する基板に塗布し、165℃で2時間乾燥を行い、比較例の感湿素子を得た。
(Comparative example)
A polymer obtained by quaternizing ammonium glycidyl methacrylate with triethylamine hydrochloride is dissolved in alcohol, applied to a substrate having a comb-shaped electrode shown in FIG. 1, and dried at 165 ° C. for 2 hours to obtain a humidity sensitive element of a comparative example. It was.

この比較例の感湿素子について、後述する耐水性試験、耐高温試験及び高温高湿試験を行い、その結果を図9、図17及び図19にそれぞれ示した。   The moisture-sensitive element of this comparative example was subjected to a water resistance test, a high temperature resistance test, and a high temperature high humidity test described later, and the results are shown in FIGS. 9, 17 and 19, respectively.

(耐水性試験)
実施例1〜5及び比較例の感湿素子について、耐湿性試験を行い、その結果を図2〜図9に示した。試験は、抵抗値の相対湿度依存性の測定を、初期と、感湿素子を25℃の水に24時間浸漬した後とで比較することにより行った。抵抗値の測定は、Agilent製LCRメーター4263Bを使用した。標準湿度発生器は神栄株式会社製SRH−01を用いた。
(Water resistance test)
A humidity resistance test was performed on the moisture sensitive elements of Examples 1 to 5 and the comparative example, and the results are shown in FIGS. The test was performed by measuring the relative humidity dependence of the resistance value between the initial stage and after the moisture-sensitive element was immersed in water at 25 ° C. for 24 hours. The resistance value was measured using an Agilent LCR meter 4263B. As the standard humidity generator, SRH-01 manufactured by Shinei Co., Ltd. was used.

図2〜図9の結果から明らかなように、スルホン化芳香族ポリイミド膜をセンサ膜として備えた実施例1〜5の感湿素子は、水中への浸漬の前後で殆ど変化せず、高い耐水性を有していることが分かる。これに対して、比較例の感湿素子では、水中への浸漬後の抵抗値が増大し、耐水性が低いことが分かる。   As is apparent from the results of FIGS. 2 to 9, the moisture sensitive elements of Examples 1 to 5 provided with a sulfonated aromatic polyimide film as a sensor film hardly change before and after immersion in water, and have high water resistance. It turns out that it has sex. In contrast, in the humidity sensitive element of the comparative example, it can be seen that the resistance value after immersion in water increases and the water resistance is low.

(耐高温試験)
実施例1〜5及び比較例の感湿素子について、耐高温試験を行い、その結果を図10〜図17に示した。試験は、抵抗値の相対湿度依存性の測定を、初期と、感湿素子を165℃の高温槽に100時間放置した後とで比較することにより行った。抵抗値の測定は、Agilent製LCRメーター4263Bを使用した。標準湿度発生器は神栄株式会社製SRH−01を用いた。
(High temperature resistance test)
About the humidity sensitive element of Examples 1-5 and a comparative example, the high temperature-proof test was done and the result was shown in FIGS. The test was performed by measuring the relative humidity dependence of the resistance value by comparing the initial value with that after leaving the humidity sensitive element in a high temperature bath at 165 ° C. for 100 hours. The resistance value was measured using an Agilent LCR meter 4263B. As the standard humidity generator, SRH-01 manufactured by Shinei Co., Ltd. was used.

図10〜図17の結果から明らかなように、スルホン化芳香族ポリイミド膜をセンサ膜として備えた実施例1〜5の感湿素子は、試験前後で殆ど変化せず、高い耐熱性を有していることが分かる。これに対して、比較例の感湿素子では、試験後の抵抗値が増大し、耐熱性が低いことが分かる。   As is apparent from the results of FIGS. 10 to 17, the moisture sensitive elements of Examples 1 to 5 having a sulfonated aromatic polyimide film as a sensor film hardly change before and after the test and have high heat resistance. I understand that On the other hand, in the humidity sensitive element of the comparative example, it can be seen that the resistance value after the test increases and the heat resistance is low.

(高温高湿試験)
実施例3で合成したNTDA−BSPBトリエチルアミン塩をDMSOに溶かし、その溶液をガラス板上に流延して、80℃10時間乾燥させて、フィルムを得た。これを1Nの塩酸水溶液に1日浸漬してイオン交換して、プロトン型のNTDA−BSPBフィルムを得た。このフィルムを80℃の熱水に所定時間浸漬した後、60℃及び80℃水中で伝導度を測定した。
(High temperature and high humidity test)
The NTDA-BSPB triethylamine salt synthesized in Example 3 was dissolved in DMSO, and the solution was cast on a glass plate and dried at 80 ° C. for 10 hours to obtain a film. This was immersed in a 1N aqueous hydrochloric acid solution for 1 day for ion exchange to obtain a proton-type NTDA-BSPB film. The film was immersed in hot water at 80 ° C. for a predetermined time, and the conductivity was measured in 60 ° C. and 80 ° C. water.

比較例としてグリシジルメタクリレートをトリエチルアミン塩酸塩により四級アンモニウム化した高分子をアルコールに溶解し、その溶液をガラス板上に流延して、80℃10時間乾燥させて、65℃で2時間乾燥を行い、比較例の感湿素子を得た。このフィルムを80℃及び60℃の熱水に所定時間浸漬した後、それぞれ60℃及び80℃水中で伝導度を測定した。   As a comparative example, a polymer obtained by quaternizing ammonium glycidyl methacrylate with triethylamine hydrochloride is dissolved in alcohol, the solution is cast on a glass plate, dried at 80 ° C. for 10 hours, and dried at 65 ° C. for 2 hours. The humidity sensitive element of the comparative example was obtained. After immersing this film in hot water at 80 ° C. and 60 ° C. for a predetermined time, the conductivity was measured in water at 60 ° C. and 80 ° C., respectively.

その結果を図18と図19に示す。実施例3のフィルムを処理したものは200時間以上80℃の熱水に浸漬してもフィルムの伝導度は変わらず、高温での耐高温高湿性に優れていることが解る。それに対し比較例のフィルムは伝導度が急激に下がっており耐高温高湿性が低いことが解る。   The results are shown in FIGS. It can be seen that the film obtained by treating the film of Example 3 does not change the conductivity of the film even when immersed in hot water at 80 ° C. for 200 hours or more and is excellent in high-temperature and high-humidity resistance at high temperatures. On the other hand, it can be seen that the film of the comparative example has a sharp decrease in conductivity and low resistance to high temperature and high humidity.

本発明の櫛形電極を有する感湿素子の構造の一例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of the structure of the moisture sensitive element which has a comb-shaped electrode of this invention. 実施例1の感湿素子について耐湿性試験を行った結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having done the moisture resistance test about the moisture sensitive element of Example 1. FIG. 実施例2の感湿素子について耐湿性試験を行った結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having done the moisture resistance test about the moisture sensitive element of Example 2. FIG. 実施例3の感湿素子について耐湿性試験を行った結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having done the moisture resistance test about the moisture sensitive element of Example 3. FIG. 実施例4のプロトン型の感湿素子について耐湿性試験を行った結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having done the moisture resistance test about the proton-type moisture sensitive element of Example 4. FIG. 実施例4のアンモニウム型の感湿素子について耐湿性試験を行った結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having done the moisture resistance test about the ammonium type moisture sensitive element of Example 4. FIG. 実施例4のナトリウム塩型の感湿素子について耐湿性試験を行った結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having done the moisture resistance test about the sodium salt type moisture sensitive element of Example 4. FIG. 実施例5の感湿素子について耐湿性試験を行った結果を示す図であるIt is a figure which shows the result of having done the moisture resistance test about the moisture sensitive element of Example 5. FIG. 比較例の感湿素子について耐湿性試験を行った結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having done the moisture resistance test about the moisture sensitive element of the comparative example. 実施例1の感湿素子について耐高温試験を行った結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having done the high temperature resistance test about the moisture sensitive element of Example 1. FIG. 実施例2の感湿素子につい耐高温試験を行った結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having done the high temperature resistance test about the moisture sensitive element of Example 2. FIG. 実施例3の感湿素子につい耐高温試験を行った結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having done the high temperature-proof test about the moisture sensitive element of Example 3. FIG. 実施例4のプロトン型の感湿素子について耐高温試験を行った結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having done the high temperature resistance test about the proton-type moisture sensitive element of Example 4. FIG. 実施例4のアンモニウム型の感湿素子について耐高温試験を行った結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having done the high temperature resistance test about the ammonium type moisture sensitive element of Example 4. FIG. 実施例4のナトリウム塩型の感湿素子について耐高温試験を行った結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having done the high temperature resistance test about the sodium salt type moisture sensitive element of Example 4. FIG. 実施例5の感湿素子について耐高温試験を行った結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having done the high temperature resistance test about the moisture sensitive element of Example 5. FIG. 比較例の感湿素子について耐高温試験を行行った結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having performed the high temperature-proof test about the moisture sensitive element of the comparative example. 実施例3のプロトン型の感湿素子につい高温高湿試験を行った結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having done the high temperature, high humidity test about the proton type moisture sensitive element of Example 3. FIG. 比較例の感湿素子について高温高湿試験を行った結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having performed the high temperature, high humidity test about the humidity sensitive element of the comparative example. 実施例4のプロトン型、アンモニウム型及びナトリウム塩型のキャストフィルムのイオン伝導度を測定した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having measured the ionic conductivity of the cast film of the proton type, ammonium type, and sodium salt type of Example 4. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

10 支持基板
11 第1の櫛状電極
12 第2の櫛状電極
13 導体
14 絶縁体
17 ピン電極
21 第1の電極部
22 第2の電極部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Support substrate 11 1st comb electrode 12 2nd comb electrode 13 Conductor 14 Insulator 17 Pin electrode 21 1st electrode part 22 2nd electrode part

Claims (6)

支持基板上に形成された複数の電極と、該電極に接して形成されたセンサ膜としてのポリイミド膜を有する感湿素子であって、
前記ポリイミド膜が、下記の一般式(1)で表される構造単位を有するものであることを特徴とする感湿素子。
Figure 0004127816
(ここで、Ar1は、少なくとも1つ以上の芳香環を有する4価の基を示し、Ar2は、下記の一般式化2に示す基であり、
Figure 0004127816
上記に於いて、D1は、直接結合、O、CH2、C(CH32、C(CF32及びSから選択される基を表し、Xは水素原子、アルカリ金属、アンモニウム又は第4級アミンを表す。)
A moisture sensitive element having a plurality of electrodes formed on a support substrate and a polyimide film as a sensor film formed in contact with the electrodes,
The said polyimide film has a structural unit represented by following General formula (1), The moisture sensitive element characterized by the above-mentioned.
Figure 0004127816
(Here, Ar 1 represents a tetravalent group having at least one aromatic ring, Ar 2 is a group represented by the following general formula 2;
Figure 0004127816
In the above, D 1 represents a group selected from a direct bond, O, CH 2 , C (CH 3 ) 2 , C (CF 3 ) 2 and S, and X represents a hydrogen atom, an alkali metal, ammonium or Represents a quaternary amine. )
支持基板上に形成された複数の電極と、該電極に接して形成されたセンサ膜としてのポリイミド膜を有する感湿素子であって、
前記ポリイミド膜が、下記の一般式(2)で表される構造単位を有するものであることを特徴とする感湿素子。
Figure 0004127816
(ここで、Ar3は、少なくとも1つ以上の芳香環を有する4価の基を示し、Ar4は、下記の一般式化4に示す基であり、
Figure 0004127816
上記に於いて、D2およびD3は、O、CH2、C(CH32、C(CF32及びSから選択される基をそれぞれ表し、Ar5は、下記の式で表される基から選択されるものを有する基であり、
Figure 0004127816
上記に於いて、D4は、直接結合、O、CH2、C(CH32、C(CF32、O=S=O、S及びC=Oから選択される基を表し、Xは、水素原子、アルカリ金属、アンモニウム又は第4級アミンを表し、nは、0〜2の整数を表す。)
A moisture sensitive element having a plurality of electrodes formed on a support substrate and a polyimide film as a sensor film formed in contact with the electrodes,
The humidity sensitive element, wherein the polyimide film has a structural unit represented by the following general formula (2).
Figure 0004127816
(Here, Ar 3 represents a tetravalent group having at least one aromatic ring, Ar 4 is a group represented by the following general formula 4;
Figure 0004127816
In the above, D 2 and D 3 each represent a group selected from O, CH 2 , C (CH 3 ) 2 , C (CF 3 ) 2 and S, and Ar 5 is represented by the following formula: A group having one selected from:
Figure 0004127816
In the above, D 4 represents a group selected from a direct bond, O, CH 2 , C (CH 3 ) 2 , C (CF 3 ) 2 , O═S═O, S and C═O, X represents a hydrogen atom, an alkali metal, ammonium, or a quaternary amine, and n represents an integer of 0 to 2. )
支持基板上に形成された複数の電極と、該電極に接して形成されたセンサ膜としてのポリイミド膜を有する感湿素子であって、
前記ポリイミド膜が、下記の一般式(3)で表される構造単位を有するものであることを特徴とする感湿素子。
Figure 0004127816
(上記に於いて、mは1〜2の整数であり、nは1〜6の整数であり、kは1〜2の整数であり、Xは水素原子、アルカリ金属、アンモニウム又は第4級アミンを表す。)
A moisture sensitive element having a plurality of electrodes formed on a support substrate and a polyimide film as a sensor film formed in contact with the electrodes,
The moisture sensitive element, wherein the polyimide film has a structural unit represented by the following general formula (3).
Figure 0004127816
(In the above, m is an integer of 1 to 2, n is an integer of 1 to 6, k is an integer of 1 to 2, and X is a hydrogen atom, an alkali metal, ammonium or a quaternary amine. Represents.)
前記ポリイミド膜が、一般式(4)で示される構造単位を更に包含し、前記一般式(1)で示される構造単位が、10〜100重量%であることを特徴とする請求項1記載の感湿素子。
Figure 0004127816
(ここで、Ar6は、少なくとも1つ以上の芳香環を有する4価の基を示し、Ar7は、少なくとも1つ以上の芳香環を有する2価の基で、置換基としてスルホン酸基を有することのないものを示す。)
The polyimide film further includes a structural unit represented by the general formula (4), and the structural unit represented by the general formula (1) is 10 to 100% by weight. Humidity sensitive element.
Figure 0004127816
(Wherein Ar 6 represents a tetravalent group having at least one or more aromatic rings, Ar 7 is a divalent group having at least one or more aromatic rings, and a sulfonic acid group as a substituent. (Indicates what you do not have.)
前記ポリイミド膜が、一般式(4)で示される構造単位を更に包含し、前記一般式(2)で示される構造単位が、10〜100重量%であることを特徴とする請求項2記載の感湿素子。   The polyimide film further includes a structural unit represented by the general formula (4), and the structural unit represented by the general formula (2) is 10 to 100% by weight. Humidity sensitive element. 前記ポリイミド膜が、一般式(4)で示される構造単位を更に包含し、前記一般式(3)で示される構造単位が、10〜100重量%であることを特徴とする請求項3記載の感湿素子。
The polyimide film further includes a structural unit represented by the general formula (4), and the structural unit represented by the general formula (3) is 10 to 100% by weight. Humidity sensitive element.
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