JP4135728B2 - Sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound and method for producing the same, resin composition containing sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound, polymer electrolyte membrane, electrolyte membrane / electrode composite, fuel cell, and adhesive - Google Patents

Sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound and method for producing the same, resin composition containing sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound, polymer electrolyte membrane, electrolyte membrane / electrode composite, fuel cell, and adhesive Download PDF

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Description

本発明は、高分子電解質膜、および電解質膜/電極複合体の接着剤として有用な、スルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物およびその製造方法、これを含有する樹脂組成物、高分子電解質膜、電解質膜/電極複合体、燃料電池および接着剤に関する。   The present invention relates to a polymer electrolyte membrane, and a polyarylene ether-based compound containing a sulfonic acid group useful as an adhesive for an electrolyte membrane / electrode composite, a production method thereof, a resin composition containing the same, a polymer electrolyte membrane, The present invention relates to an electrolyte membrane / electrode composite, a fuel cell, and an adhesive.

液体電解質のかわりに高分子固体電解質をイオン伝導体として用いる電気化学的装置の例として、水電解槽や燃料電池を挙げることができる。これらに用いられる高分子電解質膜や膜/電極複合体の接着用樹脂としては、カチオン交換膜としての良好なプロトン導電率を有し、かつ化学的、熱的、電気化学的および力学的に十分安定であるものが要求される。このため、長期にわたり使用できるものとしては、主に米デュポン社製の「ナフィオン(登録商標)」を代表例とするパーフルオロカーボンスルホン酸膜が使用されてきた。しかしながら、パーフルオロカーボンスルホン酸膜を100℃以上の条件で運転しようとすると、膜の含水率が急激に落ちるほか、膜の軟化も顕著となる。また、メタノールを燃料とする燃料電池においては、膜内のメタノール透過による発電性能の低下がおこり、十分な燃料電池性能を発揮することはできない。さらに、水素を燃料として80℃付近で運転する燃料電池においても、膜のコストが高すぎることが燃料電池技術確立の障害として指摘されている。パーフルオロカーボンスルホン酸樹脂を上記接着用樹脂として使用する場合にも同様の問題が指摘されている。   As an example of an electrochemical device using a polymer solid electrolyte as an ionic conductor instead of a liquid electrolyte, a water electrolysis tank and a fuel cell can be mentioned. The polymer electrolyte membrane and membrane / electrode composite resin used in these materials have good proton conductivity as a cation exchange membrane and are chemically, thermally, electrochemically and mechanically sufficient. What is stable is required. For this reason, perfluorocarbon sulfonic acid membranes, typically “Nafion (registered trademark)” manufactured by DuPont, have been used as long-term usable products. However, if the perfluorocarbon sulfonic acid membrane is to be operated at a temperature of 100 ° C. or higher, the moisture content of the membrane is drastically lowered and the membrane is also softened. Further, in a fuel cell using methanol as a fuel, power generation performance is reduced due to methanol permeation in the membrane, and sufficient fuel cell performance cannot be exhibited. Furthermore, it is pointed out as an obstacle to the establishment of fuel cell technology that the cost of the membrane is too high even in a fuel cell that operates near 80 ° C. using hydrogen as fuel. The same problem has been pointed out when perfluorocarbon sulfonic acid resin is used as the adhesive resin.

このような欠点を克服するため、非フッ素系芳香族環含有ポリマーにスルホン酸基を導入した高分子電解質膜が種々検討されている。ポリマー骨格としては、耐熱性や化学的安定性を考慮すると、ポリアリーレンエーテルケトン類やポリアリーレンエーテルスルホン類等の、ポリアリーレンエーテル化合物を有望な構造としてとらえることができ、ポリアリーレンエーテルスルホンをスルホン化したもの(たとえば、非特許文献1参照)、ポリエーテルエーテルケトンをスルホン化したもの(たとえば、特許文献1参照)等が報告されている。これらは、ポリマーにスルホン化剤を反応させてスルホン酸基を導入するものである。一方、スルホン化されたモノマーを用いた重合により直接スルホン化ポリマーを得る方法も報告されている(たとえば、特許文献2〜4参照)。しかし、これらの芳香族炭化水素系膜においても、さらに優れたプロトン伝導性を示すものが求められている。また、電解質膜/電極複合体作製時の接着用樹脂として使用する際には、高分子電解質膜との接合性のより強いものが求められている。
特開平6−93114号公報 米国特許出願公開第2002/0091225号明細書 国際公開第2003/095509号明細書 国際公開第2004/033534号明細書 ジャーナル・オブ・メンブラン・サイエンス(Journal of Membrane Science)(オランダ)1993年、83巻、P.211−220
In order to overcome such drawbacks, various polymer electrolyte membranes in which a sulfonic acid group is introduced into a non-fluorinated aromatic ring-containing polymer have been studied. As the polymer skeleton, polyarylene ether compounds such as polyarylene ether ketones and polyarylene ether sulfones can be considered as promising structures in consideration of heat resistance and chemical stability. (For example, see Non-Patent Document 1), sulfonated polyether ether ketone (for example, see Patent Document 1), and the like have been reported. In these, a sulfonic acid group is introduced by reacting a polymer with a sulfonating agent. On the other hand, a method for directly obtaining a sulfonated polymer by polymerization using a sulfonated monomer has also been reported (see, for example, Patent Documents 2 to 4). However, these aromatic hydrocarbon-based membranes are also required to have even better proton conductivity. In addition, when used as an adhesive resin in the production of an electrolyte membrane / electrode complex, a resin having stronger bonding properties with a polymer electrolyte membrane is required.
JP-A-6-93114 US Patent Application Publication No. 2002/0091225 International Publication No. 2003/095509 Specification International Publication No. 2004/033534 Specification Journal of Membrane Science (Netherlands) 1993, 83, p. 211-220

本発明の目的は、優れたイオン伝導性、耐熱性、加工性および寸法安定性を有し、高分子電解質膜、および電解質膜/電極接合体の接着用樹脂として有用な高分子材料を得ることにある。   An object of the present invention is to obtain a polymer material having excellent ion conductivity, heat resistance, processability and dimensional stability, and useful as a polymer electrolyte membrane and a resin for bonding an electrolyte membrane / electrode assembly. It is in.

本発明は、分子鎖内に下記の一般式(1)、   In the present invention, the following general formula (1),

Figure 0004135728
Figure 0004135728

(ただし、Xは水素または1価のカチオン種、Yはスルホン基またはケトン基、nは2以上の任意の整数を示す。)
で示される構成成分を含有するスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物に関する。
(However, X is hydrogen or a monovalent cation species, Y is a sulfone group or a ketone group, and n is an arbitrary integer of 2 or more.)
It relates to a sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound containing a constituent represented by

本発明のスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物は、下記の一般式(2)、   The sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound of the present invention has the following general formula (2),

Figure 0004135728
Figure 0004135728

(ただし、nは2以上の任意の整数を示す。)
で示される構成成分をさらに含有することが好ましい。
(However, n represents an arbitrary integer of 2 or more.)
It is preferable to contain further the structural component shown by these.

本発明のスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物におけるスルホン酸基含有量は、0.3〜5.0meq/gの範囲内であることが好ましい。   The sulfonic acid group content in the sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound of the present invention is preferably in the range of 0.3 to 5.0 meq / g.

本発明のスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物は、下記の一般式(3)、   The sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound of the present invention has the following general formula (3),

Figure 0004135728
Figure 0004135728

(ただし、は0以上の任意の整数を示す。)
で表される末端ジヒドロキシ化合物であって、の異なる複数の成分からなり、かつ、平均組成が1<≦10の範囲にあるものをモノマー成分の一部として使用することにより得られることが好ましい。
(However, o represents an arbitrary integer of 0 or more.)
A terminal dihydroxy compound represented by the formula (1), comprising a plurality of components having different o and having an average composition in the range of 1 < o ≦ 10 as a part of the monomer component preferable.

本発明のスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物においては、ガラス転移温度が130℃〜220℃の範囲内にあることが好ましい。   In the sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound of the present invention, the glass transition temperature is preferably in the range of 130 ° C to 220 ° C.

本発明はまた、上記のスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物を50質量%以上100質量%未満の範囲で含有する樹脂組成物に関する。 The present invention also relates to a resin composition containing the sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound in a range of 50% by mass to less than 100% by mass .

本発明はまた、上記のスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物を含有する高分子電解質膜に関する。   The present invention also relates to a polymer electrolyte membrane containing the sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound.

本発明はまた、上記の樹脂組成物を含有する高分子電解質膜に関する。
本発明はまた、上記の高分子電解質膜と電極とを含有する電解質膜/電極複合体に関する。
The present invention also relates to a polymer electrolyte membrane containing the above resin composition.
The present invention also relates to an electrolyte membrane / electrode composite containing the above polymer electrolyte membrane and an electrode.

本発明はまた、上記の電解質膜/電極複合体を含有する燃料電池に関する。
本発明の燃料電池は、好ましくはメタノールを燃料として使用することができる。
The present invention also relates to a fuel cell containing the above electrolyte membrane / electrode composite.
The fuel cell of the present invention can preferably use methanol as a fuel.

本発明はまた、上記のスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物を含有する接着剤に関する。   The present invention also relates to an adhesive containing the sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound.

本発明はさらに、上記のスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物を得るための製造方法であって、該スルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物が、下記の一般式()、 The present invention further provides a production method for obtaining the sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound, wherein the sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound is represented by the following general formula ( 4 ):

Figure 0004135728
Figure 0004135728

(ただし、nは2以上の任意の整数を示す。)
で示される化合物をモノマー成分の少なくとも1種として使用し、芳香族求核置換反応による重合で得られるスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物の製造方法に関する。
(However, n represents an arbitrary integer of 2 or more.)
The present invention relates to a method for producing a sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound obtained by polymerization by an aromatic nucleophilic substitution reaction using the compound represented by formula (1) as at least one monomer component.

本発明はさらに、上記のスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物を含有する高分子電解質膜の製造方法であって、該スルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物と溶剤とを含有する溶液を、キャスト厚が10〜1500μmの範囲となるようにキャストする工程と、キャストした溶液を乾燥させる工程とを含む、高分子電解質膜の製造方法に関する。   The present invention further relates to a method for producing a polymer electrolyte membrane containing the sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound, wherein a solution containing the sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound and a solvent is cast. The present invention relates to a method for producing a polymer electrolyte membrane, comprising a step of casting so as to have a thickness in the range of 10 to 1500 μm and a step of drying the cast solution.

本発明のスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物により、イオン伝導性、耐熱性、加工性および寸法安定性に優れた、燃料電池等に使用される高分子電解質として際立った性能を示す高分子材料を提供することができる。また、本発明のスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物は、高分子電解質膜と良好な接合性を示す電解質膜/電極接合体の接着用樹脂としても有用である。   The polymer material showing outstanding performance as a polymer electrolyte used in fuel cells, etc., excellent in ion conductivity, heat resistance, processability and dimensional stability by the sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound of the present invention Can be provided. The sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound of the present invention is also useful as an adhesive resin for an electrolyte membrane / electrode assembly exhibiting good bonding properties with a polymer electrolyte membrane.

本発明は、芳香環上にスルホン酸基を導入した特定のポリアリーレンエーテル系化合物に関し、イオン伝導性、耐熱性、加工性および寸法安定性に優れ、特にイオン伝導膜として有用な高分子電解質膜に関する。本発明のスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物は、分子鎖内に下記の一般式(1)で示される構造単位を含有する。   The present invention relates to a specific polyarylene ether compound in which a sulfonic acid group is introduced on an aromatic ring, and is excellent in ion conductivity, heat resistance, processability and dimensional stability, and particularly useful as an ion conductive membrane About. The sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound of the present invention contains a structural unit represented by the following general formula (1) in the molecular chain.

Figure 0004135728
Figure 0004135728

(ここで、Yはスルホン基またはケトン基、Xは水素または1価のカチオン種、nは2以上の任意の整数を示す)。 (Where Y is a sulfone group or ketone group, X is hydrogen or a monovalent cation species, and n is an arbitrary integer of 2 or more).

一般式(1)中、Xにおける1価のカチオン種としては、ナトリウム、カリウム等の1価の金属塩、アンモニウム塩などの有機塩基化合物との塩等が挙げられる。上記一般式(1)の構造は、3,3’−ジスルホ−4,4’−ジハロゲン化ジフェニルスルホン、3,3’−ジスルホ−4,4’−ジハロゲン化ベンゾフェノンまたはそれらの誘導体と、末端ヒドロキシル基含有フェニレンエーテルオリゴマーから芳香族求核置換反応により形成されることができる。ここで、フェニレンエーテルオリゴマーから構成される構造部分においては、上記一般式(1)におけるnが2以上の任意の整数で示される。本発明のスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物は、一般式(1)で示される構造単位として、nが特定の単一の数からなる単一の構造単位のみを含んでいても良く、また、nが異なる複数の数である複数の構造単位を含んでいても良い。また、本発明のスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物は、一般式(1)で示される構造単位、すなわちnが2以上の整数である構造単位を含んでいれば良く、一般式(1)で示される構造におけるn=0やn=1の場合に相当するジフェニルエーテルユニットやジフェノキシベンゼンユニットを別途含んでいても構わない。   In the general formula (1), examples of the monovalent cation species for X include monovalent metal salts such as sodium and potassium, salts with organic base compounds such as ammonium salts, and the like. The structure of the above general formula (1) is composed of 3,3′-disulfo-4,4′-dihalogenated diphenylsulfone, 3,3′-disulfo-4,4′-dihalogenated benzophenone or a derivative thereof, and a terminal hydroxyl group. It can be formed from a group-containing phenylene ether oligomer by an aromatic nucleophilic substitution reaction. Here, in the structure part comprised from a phenylene ether oligomer, n in the said General formula (1) is shown with the arbitrary integers of 2 or more. The sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound of the present invention may contain only a single structural unit consisting of a specific single number as a structural unit represented by the general formula (1). , N may include a plurality of structural units which are a plurality of different numbers. In addition, the sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound of the present invention may contain a structural unit represented by the general formula (1), that is, a structural unit in which n is an integer of 2 or more. A diphenyl ether unit or a diphenoxybenzene unit corresponding to the case of n = 0 or n = 1 in the structure represented by

本発明に係るスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物の分子鎖中に十分量のスルホン酸基を有効に含有させるため、一般式(1)で示される構造単位は、平均組成としてnが10以下とされることが好ましい。なお本明細書における平均組成とは、nが異なる複数の結合数である場合の数平均結合数を意味し、NMR等により決定できる。   In order to effectively contain a sufficient amount of the sulfonic acid group in the molecular chain of the sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound according to the present invention, the structural unit represented by the general formula (1) has an average composition n of 10 or less. It is preferable that In addition, the average composition in this specification means the number average number of bonds when n is a plurality of bonds different from each other, and can be determined by NMR or the like.

本発明のスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物は、ポリマー鎖中に上記一般式(1)の構造を含むが、上記一般式(1)で表される構造のみからなっていても良く、また上記一般式(1)で示される構造の構造単位以外の構成成分として、たとえば芳香族ジヒドロキシ化合物や芳香族ジハロゲン化化合物の1種以上を共重合体の形で有しても良い。いずれの場合も、上記一般式(1)で表される構造単位がスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物の中に存在することによって、該化合物のイオン伝導性、耐熱性、加工性および寸法安定性が良好となる。本発明においては、nが2以上の整数である上記一般式(1)の構造単位を含有させることにより、スルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物の分子鎖の柔軟性を向上させ、特に燃料電池用途における電解質膜/電極複合体作製時の加工性に優れるという特性を発現させることができるため、スルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物中には、上記一般式(1)で表される構造単位が10質量%以上含まれることが好ましく、20質量%以上含まれることがさらに好ましい。   The sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound of the present invention includes the structure of the above general formula (1) in the polymer chain, but may consist only of the structure represented by the above general formula (1). As a component other than the structural unit having the structure represented by the general formula (1), for example, one or more of an aromatic dihydroxy compound and an aromatic dihalogenated compound may be included in the form of a copolymer. In any case, when the structural unit represented by the general formula (1) is present in the sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound, the ionic conductivity, heat resistance, processability and dimensional stability of the compound are included. Property is improved. In the present invention, by including the structural unit of the above general formula (1) in which n is an integer of 2 or more, the flexibility of the molecular chain of the sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound is improved. Since it is possible to express the property of excellent workability at the time of preparing an electrolyte membrane / electrode composite in use, the structural unit represented by the above general formula (1) is contained in the sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound. Is preferably contained in an amount of 10% by mass or more, more preferably 20% by mass or more.

上述のように、本発明のスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル化合物においては、ポリマー鎖中に上記一般式(1)で表される構造単位が含まれていることが重要であるので、上記一般式(1)の構造を導入する方法については特に制限されることはない。一般的な方法としては、上記一般式(1)を与えうるスルホン酸基またはスルホン酸基誘導体を含有する、4,4’−ジハロゲン化ベンゾフェノンおよび/または4,4’−ジハロゲン化ジフェニルスルホンと末端ヒドロキシル基含有フェニレンエーテルオリゴマーとをモノマー成分の少なくとも一部として使用する芳香族求核置換反応で合成することができる。   As described above, in the sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound of the present invention, it is important that the structural unit represented by the general formula (1) is contained in the polymer chain. The method for introducing the structure (1) is not particularly limited. As a general method, 4,4′-dihalogenated benzophenone and / or 4,4′-dihalogenated diphenylsulfone containing a sulfonic acid group or a sulfonic acid group derivative capable of giving the above general formula (1) and a terminal are used. It can be synthesized by an aromatic nucleophilic substitution reaction using a hydroxyl group-containing phenylene ether oligomer as at least part of the monomer component.

スルホン酸基またはスルホン酸基誘導体を含有する4,4’−ジハロゲン化ベンゾフェノンおよび/または4,4’−ジハロゲン化ジフェニルスルホンの具体例としては、3,3’−ジスルホ−4,4’−ジクロロジフェニルスルホン、3,3’−ジスルホ−4,4’−ジフルオロジフェニルスルホン、3,3’−ジスルホ−4,4’−ジクロロベンゾフェノン、3,3’−ジスルホ−4,4’−ジフルオロベンゾフェノン、およびそれらのスルホン酸基が1価カチオン種との塩になったもの等が挙げられる。1価カチオン種としては、ナトリウム、カリウムや他の金属種や各種アミン類等が挙げられるが、これらに制限される訳ではない。   Specific examples of 4,4′-dihalogenated benzophenone and / or 4,4′-dihalogenated diphenylsulfone containing sulfonic acid groups or sulfonic acid group derivatives include 3,3′-disulfo-4,4′-dichloro Diphenyl sulfone, 3,3′-disulfo-4,4′-difluorodiphenyl sulfone, 3,3′-disulfo-4,4′-dichlorobenzophenone, 3,3′-disulfo-4,4′-difluorobenzophenone, and Examples thereof include those in which those sulfonic acid groups are converted to salts with monovalent cation species. Examples of the monovalent cation species include, but are not limited to, sodium, potassium, other metal species, various amines, and the like.

また、本発明のスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物は、上記一般式(1)で表される構造とともに、下記一般式(2)で示される構造単位をさらに含んでいることが好ましい。   The sulfonic acid group-containing polyarylene ether-based compound of the present invention preferably further includes a structural unit represented by the following general formula (2) in addition to the structure represented by the general formula (1).

Figure 0004135728
Figure 0004135728

(ただし、nは2以上の任意の整数で示される。)
本発明のスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物は、一般式(2)で示される構造単位として、nが特定の単一の数からなる単一の構造単位のみを含んでいても良く、また、nが異なる複数の数である複数の構造単位を含んでいても良い。
(However, n is represented by an arbitrary integer of 2 or more.)
The sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound of the present invention may contain only a single structural unit in which n is a specific single number as the structural unit represented by the general formula (2). , N may include a plurality of structural units which are a plurality of different numbers.

一般式(2)で表される構造単位においてフェニレンエーテルオリゴマーが占める割合は、一般式(1)で表される構造単位と比べてさらに大きいため、本発明のスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物が一般式(2)で表される構造単位を含有する場合、該化合物の分子鎖により良好な柔軟性が付与されるという効果が発現される。なお、本発明のスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物が上記一般式(1)および一般式(2)で表される構造単位をともに含む場合は、該スルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物の全構造単位中に、一般式(1)で表される構造単位と一般式(2)で表される構造単位との合計が40質量%以上含有されていれば、柔軟性に優れるスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物が得られる点で好ましく、60質量%以上であればさらに好ましい。   Since the proportion of the phenylene ether oligomer in the structural unit represented by the general formula (2) is larger than that of the structural unit represented by the general formula (1), the sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound of the present invention When the compound contains a structural unit represented by the general formula (2), an effect that good flexibility is imparted by the molecular chain of the compound is exhibited. In addition, when the sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound of the present invention includes both the structural units represented by the general formula (1) and the general formula (2), If the total of the structural unit represented by the general formula (1) and the structural unit represented by the general formula (2) is contained in all the structural units in an amount of 40% by mass or more, a sulfonic acid group having excellent flexibility. It is preferable at the point from which a containing polyarylene ether type compound is obtained, and if it is 60 mass% or more, it is more preferable.

本発明のスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物において上記一般式(2)で示される構造単位を導入する方法については特に制限されることはない。一般的な方法としては、上記一般式(2)で示される構造単位を与え得る2,6−ジハロゲン化ベンゾニトリルと末端ヒドロキシル基含有フェニレンエーテルオリゴマーとをモノマー成分の少なくとも一部として使用する芳香族求核置換反応で合成する方法等が挙げられる。   The method for introducing the structural unit represented by the general formula (2) in the sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound of the present invention is not particularly limited. As a general method, an aromatic using 2,6-dihalogenated benzonitrile and a terminal hydroxyl group-containing phenylene ether oligomer which can give the structural unit represented by the general formula (2) as at least a part of the monomer component Examples include a method of synthesis by a nucleophilic substitution reaction.

2,6−ジハロゲン化ベンゾニトリルの例としては、2,6−ジクロロベンゾニトリル、2,6−ジフルオロベンゾニトリル、等を挙げることができる。   Examples of 2,6-dihalogenated benzonitrile include 2,6-dichlorobenzonitrile, 2,6-difluorobenzonitrile, and the like.

本発明のスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物を得るための芳香族求核置換反応において、上記一般式(1)および(2)で示される構造単位を与えることができる上記の末端ヒドロキシル基含有フェニレンエーテルオリゴマーとしては、たとえば下記一般式()で表されるオリゴマーが使用され得る。 In the aromatic nucleophilic substitution reaction for obtaining the sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound of the present invention, the above-mentioned terminal hydroxyl group-containing compound which can give the structural unit represented by the general formulas (1) and (2) As the phenylene ether oligomer, for example, an oligomer represented by the following general formula ( 4 ) may be used.

Figure 0004135728
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(ただし、nは2以上の任意の整数を示す)。一般式()で表される末端ヒドロキシル基含有フェニレンエーテルオリゴマーとしては、nが単一の数である単一の成分を使用しても良く、nの数が異なる複数の成分の混合物を使用しても良い。nの数が異なる複数の成分を含んでいる場合には、一般式()で表される末端ヒドロキシル基含有フェニレンエーテルオリゴマーの平均組成が、1<n≦10の範囲にあるものをモノマー成分の一部として使用することが好ましい。また、より好ましくは平均組成が2≦n≦10の範囲にあるものをモノマー成分の一部として使用することが好ましい。平均組成としてのnが1以下であると、得られるポリマーのガラス転移温度が高くなり、燃料電池用材料としての加工性が低下する傾向にあり、平均組成としてのnが10より大きいと、ガラス転移温度が低くなり燃料電池材料として使用する際の耐熱性が不十分となる傾向が現れるためである。なお本発明において、一般式(3)または一般式(4)で表される末端ヒドロキシル基含有フェニレンエーテルオリゴマーが、oまたはnの異なる複数の成分を含んでいる場合、該オリゴマーの平均組成はNMR等により決定でき、また、oまたはnの異なる成分の存在率はGPC等により決定することができる。 (However, n represents an arbitrary integer of 2 or more). As the terminal hydroxyl group-containing phenylene ether oligomer represented by the general formula ( 4 ), a single component in which n is a single number may be used, or a mixture of a plurality of components having different numbers of n is used. You may do it. When a plurality of components having different numbers of n are included, a monomer component having an average composition of the terminal hydroxyl group-containing phenylene ether oligomer represented by the general formula ( 4 ) in the range of 1 <n ≦ 10 is used. It is preferable to use it as a part. More preferably, an average composition having a range of 2 ≦ n ≦ 10 is used as a part of the monomer component. If n as the average composition is 1 or less, the glass transition temperature of the resulting polymer tends to be high, and the processability as a fuel cell material tends to decrease. If n as the average composition is greater than 10, glass This is because the transition temperature becomes lower and the heat resistance when used as a fuel cell material tends to be insufficient. In the present invention, when the terminal hydroxyl group-containing phenylene ether oligomer represented by the general formula (3) or the general formula (4) includes a plurality of components different from o or n, the average composition of the oligomer is NMR. The abundance ratios of different components of o or n can be determined by GPC or the like.

本発明のスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物を得るための芳香族求核置換反応においては、一般式(1)および(2)で示される構造以外の構造を与えるためのモノマー成分として、活性化ジフルオロ芳香族化合物やジクロロ芳香族化合物を使用することができる。具体的には、たとえば、デカフルオロビフェニル、デカフルオロジフェニルエーテル、デカフルオロベンゾフェノン、2,4−ジクロロベンゾニトリル、2,4−ジフルオロベンゾニトリル、4,4’−ジクロロベンゾフェノン、4,4’−ジクロロジフェニルスルホン、4,4’−ジフルオロベンゾフェノン、4,4’−ジフルオロジフェニルスルホン、等の化合物が例示されるがこれらに制限されることなく、芳香族求核置換反応に活性のある他の芳香族ジハロゲン化化合物、芳香族ジニトロ化合物、芳香族ジシアノ化合物等も使用することができる。また、これらの化合物は単独で使用しても2種以上の混合物として使用しても良い。   In the aromatic nucleophilic substitution reaction for obtaining the sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound of the present invention, active as a monomer component for giving a structure other than the structures represented by the general formulas (1) and (2) Difluoroaromatic compounds and dichloroaromatic compounds can be used. Specifically, for example, decafluorobiphenyl, decafluorodiphenyl ether, decafluorobenzophenone, 2,4-dichlorobenzonitrile, 2,4-difluorobenzonitrile, 4,4′-dichlorobenzophenone, 4,4′-dichlorodiphenyl Examples of the compounds such as sulfone, 4,4′-difluorobenzophenone, 4,4′-difluorodiphenylsulfone, and the like, but not limited thereto, are other aromatic dihalogens active in aromatic nucleophilic substitution reaction. Compound, aromatic dinitro compound, aromatic dicyano compound and the like can also be used. These compounds may be used alone or as a mixture of two or more.

また、一般式(1)および一般式(2)で示される構造以外の構造を与えるためのモノマー成分としては、芳香族ジオール成分も使用できる。具体的には、たとえば、4,4’−ビフェノール、ビス(4−ヒドロキシフェニル)スルホン、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)エタン、2,2−ビス(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)ブタン、3,3−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ペンタン、2,2−ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジメチルフェニル)プロパン、ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジメチルフェニル)メタン、ビス(4−ヒドロキシ−2,5−ジメチルフェニル)メタン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)フェニルメタン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)ジフェニルメタン、9,9−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フルオレン、9,9−ビス(3−メチル−4−ヒドロキシフェニル)フルオレン、9,9−ビス(3−フェニル−4−ヒドロキシフェニル)フルオレン、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、ハイドロキノン、レゾルシン、1,4−ジヒドロキシナフタレン、1,8−ジヒドロキシナフタレン、1,5−ジヒドロキシナフタレン、1,6−ジヒドロキシナフタレン、1,7−ジヒドロキシナフタレン、2,6−ジヒドロキシナフタレン、2,7−ジヒドロキシナフタレン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)ケトン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)エーテル、ビス(4−ヒドロキシフェニル)チオエーテル、ビス(4−ヒドロキシフェノキシ)−1,4−ベンゼン、ビス(4−ヒドロキシフェノキシ)−1,3−ベンゼン、等が挙げられるが、この他にも芳香族求核置換反応によるポリアリーレンエーテル系化合物の重合に用いることができる各種芳香族ジオールを使用することができる。また、これらの芳香族ジオールには、メチル基、ハロゲン、シアノ基、スルホン酸基およびその塩化合物などの置換基が結合していても良い。置換基の種類は特に限定されることはなく、芳香環あたり0〜2個であることが好ましい。さらに、芳香族ジオールと同様の反応が可能な、ジフェニルチオエーテル−4,4’−ジチオール等も使用することができる。これら芳香族ジオール等は、単独で使用しても2種以上の混合物として使用しても良い。   Moreover, an aromatic diol component can also be used as a monomer component for giving structures other than the structure shown by General formula (1) and General formula (2). Specifically, for example, 4,4′-biphenol, bis (4-hydroxyphenyl) sulfone, 1,1-bis (4-hydroxyphenyl) ethane, 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) propane, bis (4-hydroxyphenyl) methane, 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) butane, 3,3-bis (4-hydroxyphenyl) pentane, 2,2-bis (4-hydroxy-3,5-dimethylphenyl) ) Propane, bis (4-hydroxy-3,5-dimethylphenyl) methane, bis (4-hydroxy-2,5-dimethylphenyl) methane, bis (4-hydroxyphenyl) phenylmethane, bis (4-hydroxyphenyl) Diphenylmethane, 9,9-bis (4-hydroxyphenyl) fluorene, 9,9-bis (3-methyl-4-hydroxy) Loxyphenyl) fluorene, 9,9-bis (3-phenyl-4-hydroxyphenyl) fluorene, 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) hexafluoropropane, hydroquinone, resorcin, 1,4-dihydroxynaphthalene, 1, 8-dihydroxynaphthalene, 1,5-dihydroxynaphthalene, 1,6-dihydroxynaphthalene, 1,7-dihydroxynaphthalene, 2,6-dihydroxynaphthalene, 2,7-dihydroxynaphthalene, bis (4-hydroxyphenyl) ketone, bis (4-hydroxyphenyl) ether, bis (4-hydroxyphenyl) thioether, bis (4-hydroxyphenoxy) -1,4-benzene, bis (4-hydroxyphenoxy) -1,3-benzene and the like can be mentioned. Other fragrances You can use various aromatic diols which can be used for the polymerization of polyarylene ether-based compound by nucleophilic substitution reaction. In addition, a substituent such as a methyl group, a halogen, a cyano group, a sulfonic acid group, and a salt compound thereof may be bonded to these aromatic diols. The kind of substituent is not particularly limited, and is preferably 0 to 2 per aromatic ring. Furthermore, diphenylthioether-4,4'-dithiol etc. which can react like an aromatic diol can also be used. These aromatic diols may be used alone or as a mixture of two or more.

本発明のスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物の重合においては、ハロゲン化芳香族ヒドロキシ化合物を反応性モノマー成分として加え、重合することもできる。この際に用いるハロゲン化芳香族ヒドロキシ化合物も特に制限されることはないが、4−ヒドロキシ−4’−クロロベンゾフェノン、4−ヒドロキシ−4’−フルオロベンゾフェノン、4−ヒドロキシ−4’−クロロジフェニルスルホン、4−ヒドロキシ−4’−フルオロジフェニルスルホン、4−クロロ−4’−(p−ヒドロキシフェニル)ジフェニルスルホン、4−フルオロ−4’−(p−ヒドロキシフェニル)ベンゾフェノン、等を例として挙げることができる。これらは、単独で使用しても2種以上の混合物として使用しても良い。   In the polymerization of the sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound of the present invention, a halogenated aromatic hydroxy compound can be added as a reactive monomer component to perform polymerization. The halogenated aromatic hydroxy compound used in this case is not particularly limited, but 4-hydroxy-4′-chlorobenzophenone, 4-hydroxy-4′-fluorobenzophenone, 4-hydroxy-4′-chlorodiphenylsulfone. 4-hydroxy-4′-fluorodiphenylsulfone, 4-chloro-4 ′-(p-hydroxyphenyl) diphenylsulfone, 4-fluoro-4 ′-(p-hydroxyphenyl) benzophenone, and the like. it can. These may be used alone or as a mixture of two or more.

このほか、本発明のスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物の分子鎖中、すなわちポリマーの主鎖、側鎖、末端基として、熱および/または光により架橋する成分を含有していても良い。熱架橋性成分としては、エチレン基、エチニル基、エチニレン基などの反応性不飽和結合含有基等が例示されるが、これらに限定されることはなく、熱による反応でポリマー鎖間に新たな結合を形成しうるものであればよい。光架橋性成分としては、ベンゾフェノン基、α−ジケトン基、アシロイン基、アシロインエーテル基、ベンジルアルキルケタール基、アセトフェノン基、多核キノン類、チオキサントン基、アシルフォスフィン基、エチレン性不飽和基等の官能基を挙げることができる。中でも、ベンゾフェノン基等の光によりラジカルを発生することのできる基と、メチル基やエチル基等の炭化水素基を有する芳香族基であってラジカルと反応することのできる基との組み合わせが好ましい。エチレン性不飽和基を用いる場合には、ベンゾフェノン類、α−ジケトン類、アシロイン類、アシロインエーテル類、ベンジルアルキルケタール類、アセトフェノン類、多核キノン類、チオキサントン類、アシルフォスフィン類等の光重合開始剤を加えておくことが好ましい。   In addition, a component that crosslinks with heat and / or light may be contained in the molecular chain of the sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound of the present invention, that is, as the main chain, side chain, or terminal group of the polymer. Examples of the thermally crosslinkable component include reactive unsaturated bond-containing groups such as an ethylene group, an ethynyl group, and an ethynylene group, but are not limited to these. Any material that can form a bond may be used. Examples of photocrosslinkable components include benzophenone groups, α-diketone groups, acyloin groups, acyloin ether groups, benzyl alkyl ketal groups, acetophenone groups, polynuclear quinones, thioxanthone groups, acylphosphine groups, and ethylenically unsaturated groups. Mention may be made of functional groups. Among them, a combination of a group capable of generating a radical by light such as a benzophenone group and an aromatic group having a hydrocarbon group such as a methyl group or an ethyl group and capable of reacting with the radical is preferable. When using an ethylenically unsaturated group, photopolymerization of benzophenones, α-diketones, acyloins, acyloin ethers, benzyl alkyl ketals, acetophenones, polynuclear quinones, thioxanthones, acylphosphines, etc. It is preferable to add an initiator.

末端に架橋性基を導入する場合、本発明のスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物の重合の際に、架橋性基を含有する末端構造を与える一官能性末端封鎖剤を加えることで該架橋性基を導入することができる。一官能性末端封鎖剤の例としては、具体的には3−フルオロプロペン、3−フルオロ−1−プロピン、4−フルオロ−1−ブテン、4−フルオロ−1−ブチン、3−フルオロシクロヘキセン、4−フルオロスチレン、3−フルオロスチレン、2−フルオロスチレン、4−フルオロエチニルベンゼン、3−フルオロエチニルベンゼン、α−フルオロ−4−エチニルトルエン、4−フルオロスチルベン、4−(フェニルエチニル)フルオロベンゼン、3−(フェニルエチニル)フルオロベンゼン、3−クロロプロペン、3−クロロ−1−プロピン、4−クロロ−1−ブテン、4−クロロ−1−ブチン、3−クロロシクロヘキセン、4−クロロスチレン、3−クロロスチレン、2−クロロスチレン、4−クロロエチニルベンゼン、3−クロロエチニルベンゼン、α−クロロ−4−エチニルトルエン、4−クロロスチルベン、4−(フェニルエチニル)クロロベンゼン、3−(フェニルエチニル)クロロベンゼン、3−ヒドロキシプロペン、3−ヒドロキシ−1−プロピン、4−ヒドロキシ−1−ブテン、4−ヒドロキシ−1−ブチン、4−ヒドロキシスチレン、3−ヒドロキシスチレン、2−ヒドロキシスチレン、4−ヒドロキシエチニルベンゼン、3−エチニルフェノール、4−エチニルベンジルアルコール、4−ヒドロキシスチルベン、4−(フェニルエチニル)フェノール、3−(フェニルエチニル)フェノール、4−クロロベンゾフェノン、4−フルオロベンゾフェノン、4−ヒドロキシベンゾフェノン、4−メチルフェノール、3−メチルフェノール、2−メチルフェノール、4−エチルフェノール、3−エチルフェノール、4−プロピルフェノール、4−ブチルフェノール、4−ペンチルフェノール,4−ベンジルフェノール等が挙げられる。これらの末端封鎖剤は、単独で使用してもよいが2種以上を混合して使用してもよい。   In the case of introducing a crosslinkable group at the terminal, a monofunctional endblocker which gives a terminal structure containing a crosslinkable group is added during the polymerization of the sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound of the present invention. Sex groups can be introduced. Examples of monofunctional end-capping agents are specifically 3-fluoropropene, 3-fluoro-1-propyne, 4-fluoro-1-butene, 4-fluoro-1-butyne, 3-fluorocyclohexene, 4 -Fluorostyrene, 3-fluorostyrene, 2-fluorostyrene, 4-fluoroethynylbenzene, 3-fluoroethynylbenzene, α-fluoro-4-ethynyltoluene, 4-fluorostilbene, 4- (phenylethynyl) fluorobenzene, 3 -(Phenylethynyl) fluorobenzene, 3-chloropropene, 3-chloro-1-propyne, 4-chloro-1-butene, 4-chloro-1-butyne, 3-chlorocyclohexene, 4-chlorostyrene, 3-chloro Styrene, 2-chlorostyrene, 4-chloroethynylbenzene, 3-chloroethini Benzene, α-chloro-4-ethynyltoluene, 4-chlorostilbene, 4- (phenylethynyl) chlorobenzene, 3- (phenylethynyl) chlorobenzene, 3-hydroxypropene, 3-hydroxy-1-propyne, 4-hydroxy-1 -Butene, 4-hydroxy-1-butyne, 4-hydroxystyrene, 3-hydroxystyrene, 2-hydroxystyrene, 4-hydroxyethynylbenzene, 3-ethynylphenol, 4-ethynylbenzyl alcohol, 4-hydroxystilbene, 4- (Phenylethynyl) phenol, 3- (phenylethynyl) phenol, 4-chlorobenzophenone, 4-fluorobenzophenone, 4-hydroxybenzophenone, 4-methylphenol, 3-methylphenol, 2-methylphenol, 4 Ethylphenol, 3-ethylphenol, 4-propyl phenol, 4-butylphenol, 4-pentylphenol, 4-benzyl-phenol, and the like. These end-blocking agents may be used alone or in admixture of two or more.

また、架橋性基含有モノマーの具体例としては、1−ブテン−3,4−ジオール、3,5−ジヒドロキシスチレン、3,5−ジヒドロキシスチルベン、1−ブチン−3,4−ジオール、1−ブテン−3,4−ジオール、2,4−ヘキサジイン−1,6−ジオール、2−エチニルヒドロキノン、2−(フェニルエチニル)ヒドロキノン、5−エチニルレゾルシン、2−ブテン−1,4−ジオール、4,4'−ジヒドロキシスチルベン、1,4−ブチンジオール、1,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)アセチレン、1,2−ビス(3−ヒドロキシフェニル)アセチレン、3,3−ジフルオロプロペン、3,3−ジフルオロプロピン、3,3,3−トリフルオロプロピン、3,4−ジフルオロ−1−ブテン、1,4−ジフルオロ−2−ブテン、3,4−ジフルオロ−1−ブチン、1,4−ジフルオロ−2−ブチン、1,6−ジフルオロ−2,4−ヘキサジイン、3,4−ジフルオロスチレン、2,6−ジフルオロスチレン、2,5−ジフルオロエチニルベンゼン、3,5−ジフルオロエチニルベンゼン、α,α−ジフルオロ−4−エチニルトルエン、α,α,α−トリフルオロ−4−エチニルトルエン、2,4−ジフルオロスチルベン、4,4'−ジフルオロスチルベン、1,2−ビス(4−フルオロフェニル)アセチレン、3,4−ジフルオロ(フェニルエチニル)ベンゼン、3,3−ジクロロプロペン、3,3−ジクロロプロピン、3,3,3−トリクロロプロピン、3,4−ジクロロ−1−ブテン、1,4−ジクロロ−2−ブテン、3,4−ジクロロ−1−ブチン、1,4−ジクロロ−2−ブチン、3,4−ジクロロスチレン、2,6−ジクロロスチレン、2,4−ジフルオロシナミック酸、2,5−ジクロロエチニルベンゼン、3,5−ジクロロエチニルベンゼン、α,α−ジクロロ−4−エチニルトルエン、α,α,α−トリクロロ−4−エチニルトルエン、2,4−ジクロロスチルベン、4,4'−ジクロロスチルベン、1,2−ビス(4−クロロフェニル)アセチレン、3,4−ジクロロ(フェニルエチニル)ベンゼン、4,4’−ジヒドロキシベンゾフェノン、4,4’−ジクロロベンゾフェノン、4,4’−ジフルオロベンゾフェノン、4−クロロベンゾフェノン、4−フルオロベンゾフェノン、4−ヒドロキシベンゾフェノン1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)エタン、2,2−ビス(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)ブタン、3,3−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ペンタン、2,2−ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジメチルフェニル)プロパン、ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジメチルフェニル)メタン、ビス(4−ヒドロキシ−2,5−ジメチルフェニル)メタン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)フェニルメタン、4−ベンジルレゾルシン、2,5−ジメチルレゾルシン、4−エチルレゾルシン、等が挙げられる。これらの架橋性基含有モノマーを本発明のポリアリーレンエーテル系化合物の重合の際に加えることで、分子鎖内部に架橋性基を導入することができる。   Specific examples of the crosslinkable group-containing monomer include 1-butene-3,4-diol, 3,5-dihydroxystyrene, 3,5-dihydroxystilbene, 1-butyne-3,4-diol, and 1-butene. -3,4-diol, 2,4-hexadiyne-1,6-diol, 2-ethynylhydroquinone, 2- (phenylethynyl) hydroquinone, 5-ethynylresorcin, 2-butene-1,4-diol, 4,4 '-Dihydroxystilbene, 1,4-butynediol, 1,2-bis (4-hydroxyphenyl) acetylene, 1,2-bis (3-hydroxyphenyl) acetylene, 3,3-difluoropropene, 3,3-difluoro Propyne, 3,3,3-trifluoropropyne, 3,4-difluoro-1-butene, 1,4-difluoro-2-butene, 3 , 4-Difluoro-1-butyne, 1,4-difluoro-2-butyne, 1,6-difluoro-2,4-hexadiyne, 3,4-difluorostyrene, 2,6-difluorostyrene, 2,5-difluoro Ethynylbenzene, 3,5-difluoroethynylbenzene, α, α-difluoro-4-ethynyltoluene, α, α, α-trifluoro-4-ethynyltoluene, 2,4-difluorostilbene, 4,4′-difluorostilbene 1,2-bis (4-fluorophenyl) acetylene, 3,4-difluoro (phenylethynyl) benzene, 3,3-dichloropropene, 3,3-dichloropropyne, 3,3,3-trichloropropyne, 3,4-dichloro-1-butene, 1,4-dichloro-2-butene, 3,4-dichloro-1-butyne, 1,4-dichloro 2-butyne, 3,4-dichlorostyrene, 2,6-dichlorostyrene, 2,4-difluorocinamic acid, 2,5-dichloroethynylbenzene, 3,5-dichloroethynylbenzene, α, α-dichloro-4 -Ethynyltoluene, α, α, α-trichloro-4-ethynyltoluene, 2,4-dichlorostilbene, 4,4'-dichlorostilbene, 1,2-bis (4-chlorophenyl) acetylene, 3,4-dichloro ( Phenylethynyl) benzene, 4,4′-dihydroxybenzophenone, 4,4′-dichlorobenzophenone, 4,4′-difluorobenzophenone, 4-chlorobenzophenone, 4-fluorobenzophenone, 4-hydroxybenzophenone 1,1-bis (4 -Hydroxyphenyl) ethane, 2,2-bis (4-hydroxypheny) ) Propane, bis (4-hydroxyphenyl) methane, 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) butane, 3,3-bis (4-hydroxyphenyl) pentane, 2,2-bis (4-hydroxy-3, 5-dimethylphenyl) propane, bis (4-hydroxy-3,5-dimethylphenyl) methane, bis (4-hydroxy-2,5-dimethylphenyl) methane, bis (4-hydroxyphenyl) phenylmethane, 4-benzyl Resorcin, 2,5-dimethylresorcin, 4-ethylresorcin, and the like. By adding these crosslinkable group-containing monomers during the polymerization of the polyarylene ether compound of the present invention, a crosslinkable group can be introduced into the molecular chain.

本発明のスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物としては、スルホン酸基含有量が0.3〜5.0meq/gの範囲にあるものが好ましい。0.3meq/gよりも少ない場合には、高分子電解質膜として使用したときに十分なイオン伝導性を示さない傾向があり、5.0meq/gよりも大きくしてもイオン伝導性は頭打ちになる傾向がある。なお、スルホン酸基含有量は、酸性水溶液処理によりスルホン酸基を酸型構造にした後、後に述べる滴定法により決定することができる。なお好ましくは0.5〜3.5meq/gである。   The sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound of the present invention preferably has a sulfonic acid group content in the range of 0.3 to 5.0 meq / g. When it is less than 0.3 meq / g, there is a tendency that it does not show sufficient ionic conductivity when used as a polymer electrolyte membrane. Tend to be. The sulfonic acid group content can be determined by a titration method described later after the sulfonic acid group is converted to an acid type structure by an acidic aqueous solution treatment. In addition, Preferably it is 0.5-3.5 meq / g.

また、本発明のスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物としては、そのガラス転移温度が130℃〜220℃の範囲内であるものが好ましい。ガラス転移温度が130℃よりも低い場合、高分子電解質膜として使用する際の耐熱性が不十分となる傾向があり、ガラス転移温度が220℃よりも高い場合、電解質膜/電極複合体を作製するときの加工性が低下する傾向がある。ガラス転移温度が130℃〜220℃の範囲内にあることにより、電解質膜/電極複合体を作製するときの加工性に優れるとともに、燃料電池として使用する際の耐熱性も特に良好なものとなる。なお、ここで言うガラス転移温度は後に述べる動的粘弾性測定により決定することができる。   The sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound of the present invention preferably has a glass transition temperature in the range of 130 ° C to 220 ° C. When the glass transition temperature is lower than 130 ° C, the heat resistance when used as a polymer electrolyte membrane tends to be insufficient, and when the glass transition temperature is higher than 220 ° C, an electrolyte membrane / electrode composite is produced. There is a tendency for workability to decrease. When the glass transition temperature is in the range of 130 ° C. to 220 ° C., the processability when producing the electrolyte membrane / electrode composite is excellent, and the heat resistance when used as a fuel cell is particularly good. . In addition, the glass transition temperature said here can be determined by the dynamic viscoelasticity measurement mentioned later.

本発明のスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物を芳香族求核置換反応により重合する場合、活性化ジフルオロ芳香族化合物および/またはジクロロ芳香族化合物と芳香族ジオール類を塩基性化合物の存在下で反応させることで重合体を得ることができる。重合は、0〜350℃の温度範囲で行うことができるが、50〜250℃の温度であることが好ましい。0℃より低い場合には、十分に反応が進まない傾向にあり、350℃より高い場合には、ポリマーの分解も起こり始める傾向がある。反応は、無溶媒下で行うこともできるが、溶媒中で行うことが好ましい。使用できる溶媒としては、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、ジフェニルスルホン、スルホラン等を挙げることができるが、これらに限定されることはなく、芳香族求核置換反応において安定な溶媒として使用できるものであればよい。これらの有機溶媒は、単独でも2種以上の混合物として使用されても良い。塩基性化合物としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム等があげられるが、芳香族ジオール類を活性なフェノキシド構造にしうるものであれば、これらに限定されず使用することができる。芳香族求核置換反応においては、副生物として水が生成する場合がある。この際は、重合溶媒とは関係なく、トルエン等を反応系に共存させて共沸物として水を系外に除去することもできる。水を系外に除去する方法としては、モレキュラーシーブなどの吸水剤を使用することもできる。芳香族求核置換反応を溶媒中で行なう場合、得られるポリマー濃度として5〜50質量%となるようにモノマーを仕込むことが好ましい。5質量%よりも少ない場合は、重合度が上がりにくい傾向がある。一方、50質量%よりも多い場合には、反応系の粘性が高くなりすぎ、反応物の後処理が困難になる傾向がある。重合は、モノマーを反応初期に一括して投入し、ランダム性の高い連鎖分布を持つポリマーにすることが好ましい。重合反応終了後は、反応溶液より蒸発によって溶媒を除去し、必要に応じて残留物を洗浄することによって、所望のポリマーが得られる。また、反応溶液を、ポリマーの溶解度が低い溶媒中に加えることによって、ポリマーを固体として沈殿させ、沈殿物の濾取によりポリマーを得ることもできる。必要に応じて、沈殿生成前に、濾過処理を行っても良い。   When the sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound of the present invention is polymerized by an aromatic nucleophilic substitution reaction, the activated difluoroaromatic compound and / or the dichloroaromatic compound and the aromatic diol are reacted in the presence of a basic compound. A polymer can be obtained by reacting. The polymerization can be carried out in the temperature range of 0 to 350 ° C., but is preferably 50 to 250 ° C. When the temperature is lower than 0 ° C., the reaction does not proceed sufficiently, and when the temperature is higher than 350 ° C., the polymer tends to be decomposed. The reaction can be carried out in the absence of a solvent, but is preferably carried out in a solvent. Examples of the solvent that can be used include N-methyl-2-pyrrolidone, N, N-dimethylacetamide, N, N-dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, diphenyl sulfone, sulfolane, and the like. And any solvent that can be used as a stable solvent in the aromatic nucleophilic substitution reaction. These organic solvents may be used alone or as a mixture of two or more. Examples of the basic compound include sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium carbonate, potassium carbonate, sodium hydrogen carbonate, potassium hydrogen carbonate, and the like, and those that can convert an aromatic diol into an active phenoxide structure may be used. It can use without being limited to. In the aromatic nucleophilic substitution reaction, water may be generated as a by-product. In this case, regardless of the polymerization solvent, water can be removed from the system as an azeotrope by coexisting toluene or the like in the reaction system. As a method for removing water out of the system, a water-absorbing agent such as molecular sieve can also be used. When the aromatic nucleophilic substitution reaction is performed in a solvent, it is preferable to charge the monomer so that the resulting polymer concentration is 5 to 50% by mass. When the amount is less than 5% by mass, the degree of polymerization tends to be difficult to increase. On the other hand, when the amount is more than 50% by mass, the viscosity of the reaction system becomes too high, and the post-treatment of the reaction product tends to be difficult. For the polymerization, it is preferable to add monomers at the beginning of the reaction to form a polymer having a highly random chain distribution. After completion of the polymerization reaction, the solvent is removed from the reaction solution by evaporation, and the residue is washed as necessary to obtain the desired polymer. In addition, the polymer can be obtained by precipitating the polymer as a solid by adding the reaction solution in a solvent having low polymer solubility, and collecting the precipitate by filtration. If necessary, a filtration treatment may be performed before the precipitation.

また、本発明のスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物は、後で述べる方法により測定したポリマー対数粘度が0.1以上であることが好ましい。対数粘度が0.1よりも小さいと、高分子電解質膜として成形したときに、膜が脆くなり易い傾向がある。対数粘度は、0.3以上であることがさらに好ましい。一方、対数粘度が5を超えると、ポリマーの溶解が困難になる等、加工性での問題が生じ易くなる傾向がある。なお、対数粘度を測定する溶媒としては、一般にN−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミド等の極性有機溶媒を使用することができるが、これらに対するポリマーの溶解性が低い場合には濃硫酸を用いて測定することもできる。   The sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound of the present invention preferably has a polymer log viscosity measured by a method described later of 0.1 or more. When the logarithmic viscosity is less than 0.1, the membrane tends to be brittle when molded as a polymer electrolyte membrane. The logarithmic viscosity is more preferably 0.3 or more. On the other hand, when the logarithmic viscosity exceeds 5, problems in processability such as difficulty in dissolving the polymer tend to occur. In addition, as a solvent for measuring logarithmic viscosity, polar organic solvents such as N-methyl-2-pyrrolidone and N, N-dimethylacetamide can be generally used. However, when the solubility of the polymer in these is low It can also be measured using concentrated sulfuric acid.

本発明のスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物を高分子電解質膜として使用する場合、該スルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物を単体で使用することもできるが、他のポリマーとの組み合わせによる樹脂組成物として使用することもできる。他のポリマーとしては、たとえばポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレートなどのポリエステル類、ナイロン6、ナイロン6,6、ナイロン6,10、ナイロン12などのポリアミド類、ポリメチルメタクリレート、ポリメタクリル酸エステル類、ポリメチルアクリレート、ポリアクリル酸エステル類などのアクリレート系樹脂、ポリアクリル酸系樹脂、ポリメタクリル酸系樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレンやジエン系ポリマーを含む各種ポリオレフィン、ポリウレタン系樹脂、酢酸セルロース、エチルセルロースなどのセルロース系樹脂、ポリアリレート、アラミド、ポリカーボネート、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンオキシド、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ケトン、ポリエーテルイミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリベンズイミダゾール、ポリベンズオキサゾール、ポリベンズチアゾールなどの芳香族系ポリマー、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ノボラック樹脂、ベンゾオキサジン樹脂等の熱硬化性樹脂等、特に制限はない。ポリベンズイミダゾールやポリビニルピリジン等の塩基性ポリマーとの樹脂組成物は、ポリマー寸法安定性の向上のために好ましい組み合わせと言える。これらの塩基性ポリマー中に、さらにスルホン酸基、ホスホン酸基等の酸性基を導入した酸性基含有塩基性ポリマーを用いる場合、樹脂組成物の加工性がより好ましいものとなる。これら樹脂組成物として使用する場合には、本発明のスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物は、樹脂組成物全体の50質量%以上100質量%未満の範囲で含まれていることが好ましい。より好ましくは70質量%以上100質量%未満である。本発明のスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物の含有量が樹脂組成物全体の50質量%未満の場合には、この樹脂組成物を含む高分子電解質膜のスルホン酸基濃度が低くなり良好なイオン伝導性が得られない傾向にあり、また、スルホン酸基を含有するユニットが非連続相となり、伝導するイオンの移動度が低下する傾向にある。なお、本発明のスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物、およびこれを含む樹脂組成物は、必要に応じて、たとえば酸化防止剤、熱安定剤、滑剤、粘着付与剤、可塑剤、架橋剤、粘度調整剤、静電気防止剤、抗菌剤、消泡剤、分散剤、重合禁止剤、などの各種添加剤を含んでいても良い。 When the sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound of the present invention is used as a polymer electrolyte membrane, the sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound can be used alone, but a resin in combination with other polymers. It can also be used as a composition. Examples of other polymers include polyesters such as polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, and polyethylene naphthalate, polyamides such as nylon 6, nylon 6,6, nylon 6,10, and nylon 12, polymethyl methacrylate, and polymethacrylate. Acrylate resins such as polymethyl acrylate, polyacrylic acid esters, polyacrylic acid resins, polymethacrylic acid resins, polyethylene, polypropylene, various polyolefins including polystyrene and diene polymers, polyurethane resins, cellulose acetate, Cellulosic resins such as ethyl cellulose, polyarylate, aramid, polycarbonate, polyphenylene sulfide, polyphenylene oxide, polysulfone, polyether Thermal curing of aromatic polymers such as ruphone, polyetheretherketone, polyetherimide, polyimide, polyamideimide, polybenzimidazole, polybenzoxazole, polybenzthiazole, epoxy resin, phenol resin, novolac resin, benzoxazine resin There are no particular restrictions on the conductive resin. A resin composition with a basic polymer such as polybenzimidazole or polyvinylpyridine can be said to be a preferable combination for improving polymer dimensional stability. When an acidic group-containing basic polymer in which an acidic group such as a sulfonic acid group or a phosphonic acid group is further introduced into these basic polymers is used, the processability of the resin composition becomes more preferable. When used as these resin compositions, the sulfonic acid group-containing polyarylene ether-based compound of the present invention is preferably contained in a range of 50% by mass or more and less than 100% by mass of the entire resin composition. More preferably, it is 70 mass% or more and less than 100 mass%. When the content of the sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound of the present invention is less than 50% by mass of the entire resin composition, the polymer electrolyte membrane containing this resin composition has a low sulfonic acid group concentration, which is favorable. There is a tendency that ion conductivity cannot be obtained, and a unit containing a sulfonic acid group becomes a discontinuous phase, and the mobility of ions to conduct tends to be lowered. In addition, the sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound of the present invention, and the resin composition containing the same, for example, an antioxidant, a heat stabilizer, a lubricant, a tackifier, a plasticizer, a crosslinking agent, Various additives such as a viscosity modifier, an antistatic agent, an antibacterial agent, an antifoaming agent, a dispersant, and a polymerization inhibitor may be included.

上述の酸性基含有塩基性ポリマーとしては、下記の一般式()で表される構造単位を含む酸性基含有ポリベンズイミダゾールが好ましく使用され得る。 As the acidic group-containing basic polymer, an acidic group-containing polybenzimidazole containing a structural unit represented by the following general formula ( 5 ) can be preferably used.

Figure 0004135728
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(ただし、m1は1から4の整数を表し、R1はイミダゾール環を形成できる4価の芳香族結合ユニットを、R2は2価の芳香族ユニットを表し、R1およびR2はいずれも芳香環の単環であっても複数の芳香環の結合体あるいは縮合環であってもよく、安定な置換基を有していてもよい。Z3は、スルホン酸基および/またはホスホン酸基を表し、その一部が塩構造となっていてもよい)。 (Where m 1 represents an integer of 1 to 4, R 1 represents a tetravalent aromatic bond unit capable of forming an imidazole ring, R 2 represents a divalent aromatic unit, and R 1 and R 2 are Z 3 may be a monocyclic aromatic ring, a combination of a plurality of aromatic rings or a condensed ring, and may have a stable substituent, and Z 3 may be a sulfonic acid group and / or a phosphonic acid group. Represents a group, part of which may have a salt structure).

上記の一般式()で示される構造単位を含む酸性基含有ポリベンズイミダゾール系化合物を合成する経路は特には限定されないが、通常は、化合物中のイミダゾール環を形成し得る芳香族テトラミン類およびそれらの誘導体よりなる群から選ばれる一種以上の化合物と、芳香族ジカルボン酸およびその誘導体よりなる群から選ばれる一種以上の化合物との反応により合成することができる。その際、使用するジカルボン酸の少なくとも一部としてスルホン酸基やホスホン酸基、またはそれらの塩を含有するジカルボン酸を使用することで、得られるポリベンズイミダゾール中にスルホン酸基やホスホン酸基を導入することができる。スルホン酸基やホスホン酸基を含むジカルボン酸はそれぞれ一種以上を組み合わせて使用することが出来るが、スルホン酸基含有ジカルボン酸とホスホン酸基含有ジカルボン酸を同時に使用することも可能である。 The route for synthesizing the acidic group-containing polybenzimidazole compound containing the structural unit represented by the general formula ( 5 ) is not particularly limited, but usually aromatic tetramines capable of forming an imidazole ring in the compound and It can be synthesized by a reaction of one or more compounds selected from the group consisting of those derivatives and one or more compounds selected from the group consisting of aromatic dicarboxylic acids and derivatives thereof. At that time, by using a dicarboxylic acid containing a sulfonic acid group or a phosphonic acid group or a salt thereof as at least a part of the dicarboxylic acid to be used, a sulfonic acid group or a phosphonic acid group is added to the obtained polybenzimidazole. Can be introduced. The dicarboxylic acids containing a sulfonic acid group or a phosphonic acid group can be used in combination of one or more, but a sulfonic acid group-containing dicarboxylic acid and a phosphonic acid group-containing dicarboxylic acid can also be used simultaneously.

ここで、ポリベンズイミダゾール系化合物の構成要素であるベンズイミダゾール系結合ユニットや、スルホン酸基および/またはホスホン酸基を有する芳香族ジカルボン酸結合ユニットや、スルホン酸基もホスホン酸基も有さない芳香族ジカルボン酸結合ユニットや、その他の結合ユニットは、ランダム重合および/または交互的重合により結合していることが好ましい。また、これらの重合形式は一種に限られず、二種以上の重合形式が同一の化合物中で並存していてもよい。   Here, a benzimidazole-based binding unit that is a constituent element of a polybenzimidazole-based compound, an aromatic dicarboxylic acid-bonding unit having a sulfonic acid group and / or a phosphonic acid group, neither a sulfonic acid group nor a phosphonic acid group The aromatic dicarboxylic acid bonding unit and other bonding units are preferably bonded by random polymerization and / or alternating polymerization. Moreover, these polymerization formats are not limited to one type, and two or more polymerization types may coexist in the same compound.

本発明のスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物およびこれを含む樹脂組成物は、押し出し、紡糸、圧延またはキャストなど任意の方法で繊維やフィルムなどの成形体とすることができる。中でも適当な溶媒に溶解した溶液から成形することが好ましい。この溶媒としては、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、N−メチル−2−ピロリドン、ヘキサメチルホスホンアミドなどの非プロトン性極性溶媒や、メタノール、エタノール等のアルコール類、ケトン類、水等の組合せから選ばれる混合溶媒等が使用できるがこれらに限定されるものではない。これらの溶媒は、可能な範囲で複数を混合して使用してもよい。溶液中の化合物濃度は0.1〜50質量%の範囲であることが好ましい。溶液中の化合物濃度が0.1質量%未満であると良好な成形物を得るのが困難となる傾向にあり、50質量%を超えると加工性が悪化する傾向にある。溶液から成形体を得る方法は従来から公知の方法を用いて行うことができる。たとえば、加熱、減圧乾燥、化合物を溶解する溶媒と混和することができる化合物非溶媒への浸漬等によって、溶媒を除去し成形体を得ることができる。溶媒が、有機溶媒の場合には、加熱または減圧乾燥によって溶媒を留去させることが好ましい。この際、必要に応じて他の化合物と複合された形で繊維状、フィルム状、ペレット状、プレート状、ロッド状、パイプ状、ボール状、ブロック状などの様々な形状に成形することもできる。溶解挙動が類似する化合物と組み合わせた場合には、良好な成形ができる点で好ましい。このようにして得られた成形体中のスルホン酸基はカチオン種との塩の形のものを含んでいても良いが、必要に応じて酸処理することによりフリーのスルホン酸基に変換することもできる。   The sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound and the resin composition containing the sulfonic acid group-containing compound of the present invention can be formed into a molded body such as a fiber or a film by an arbitrary method such as extrusion, spinning, rolling, or casting. Among these, it is preferable to mold from a solution dissolved in an appropriate solvent. Examples of the solvent include aprotic polar solvents such as N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, dimethyl sulfoxide, N-methyl-2-pyrrolidone and hexamethylphosphonamide, alcohols such as methanol and ethanol, A mixed solvent selected from a combination of ketones, water and the like can be used, but is not limited thereto. A plurality of these solvents may be used as a mixture within a possible range. The compound concentration in the solution is preferably in the range of 0.1 to 50% by mass. If the compound concentration in the solution is less than 0.1% by mass, it tends to be difficult to obtain a good molded product, and if it exceeds 50% by mass, the workability tends to deteriorate. A method of obtaining a molded body from a solution can be performed using a conventionally known method. For example, the molded product can be obtained by removing the solvent by heating, drying under reduced pressure, immersion in a compound non-solvent that can be mixed with a solvent that dissolves the compound, or the like. When the solvent is an organic solvent, it is preferable to distill off the solvent by heating or drying under reduced pressure. At this time, it can be formed into various shapes such as a fiber shape, a film shape, a pellet shape, a plate shape, a rod shape, a pipe shape, a ball shape, and a block shape in a composite form with other compounds as necessary. . When combined with a compound having a similar dissolution behavior, it is preferable in that good molding can be achieved. The sulfonic acid group in the molded article thus obtained may contain a salt form with a cationic species, but it can be converted to a free sulfonic acid group by acid treatment as necessary. You can also.

本発明においては、スルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物およびこれを含む樹脂組成物から高分子電解質膜を作製することができる。高分子電解質膜を成形する手法として最も好ましいのは、溶液からのキャストであり、キャストした溶液から上記のように溶媒を除去して高分子電解質膜を得ることができる。当該溶液としてはN−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド等の有機溶媒を用いた溶液や、場合によってはアルコール類、ケトン類、水等の組合せから選ばれる混合溶媒等も挙げることができる。溶媒の除去は、乾燥により行なうことがイオン伝導膜の均一性からは好ましい。また、化合物や溶媒の分解や変質を避けるため、減圧下でできるだけ低い温度で乾燥することも好ましい。また、溶液の粘度が高い場合には、基板や溶液を加熱して高温でキャストすると溶液の粘度が低下して容易にキャストすることができる。キャストする際の溶液の厚みは特に制限されないが、10〜1500μmであることが好ましい。より好ましくは50〜500μmである。溶液の厚みが10μmよりも薄いと高分子電解質膜としての形態を保てなくなる傾向にあり、1500μmよりも厚いと不均一な高分子電解質膜ができ易くなる傾向にある。溶液のキャスト厚を制御する方法としては公知の方法を用いることができる。たとえば、アプリケーター、ドクターブレードなどを用いて一定の厚みにすることや、溶液の流れ出しを防ぐ枠などを用いてキャスト面積を一定にして溶液の量や濃度で厚みを制御することができる。キャストした溶液は、溶媒の除去速度を調整することでより均一な膜にすることができる。たとえば、加熱により溶媒除去する場合には、最初の段階では低温にして蒸発速度を下げたりすることができる。また、水等の非溶媒に浸漬する場合には、溶液を空気中や不活性ガス中に適当な時間放置しておく等して化合物の凝固速度や溶媒除去速度を調整することができる。本発明の高分子電解質膜は目的に応じて任意の膜厚にすることができるが、イオン伝導性の面からはできるだけ薄いことが好ましい。具体的には5〜250μmであることが好ましく、5〜100μmであることがさらに好ましく、5〜50μmであることが最も好ましい。高分子電解質膜の厚みが5μmより薄いと高分子電解質膜の取扱が困難となり燃料電池を作製した場合に短絡等が起こり易い傾向にあり、250μmよりも厚いとイオン伝導膜の電気抵抗値が高くなり燃料電池の発電性能が低下する傾向にある。イオン伝導膜として使用する場合、膜中のスルホン酸基は金属塩になっているものを含んでいても良いが、適当な酸処理によりフリーのスルホン酸に変換することもできる。この場合、硫酸、塩酸、等の水溶液中に加熱下あるいは加熱せずに膜を浸漬処理することで行なうことも効果的である。また、高分子電解質膜のイオン伝導率は1.0×10-3S/cm以上であることが好ましい。イオン伝導率が1.0×10-3S/cm以上である場合には、高分子電解質膜を用いた燃料電池において良好な出力が得られる傾向にあり、1.0×10-3S/cm未満である場合には燃料電池の出力が低下する傾向にある。 In the present invention, a polymer electrolyte membrane can be produced from a sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound and a resin composition containing the same. The most preferable method for forming the polymer electrolyte membrane is casting from a solution, and the polymer electrolyte membrane can be obtained by removing the solvent from the cast solution as described above. Examples of the solution include a solution using an organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, dimethyl sulfoxide, and in some cases alcohols, ketones, water, etc. Examples thereof include a mixed solvent selected from combinations. The removal of the solvent is preferably performed by drying in view of the uniformity of the ion conductive membrane. In order to avoid decomposition or alteration of the compound or solvent, it is also preferable to dry at a temperature as low as possible under reduced pressure. Further, when the viscosity of the solution is high, when the substrate or the solution is heated and cast at a high temperature, the viscosity of the solution is lowered and the casting can be easily performed. The thickness of the solution at the time of casting is not particularly limited, but is preferably 10 to 1500 μm. More preferably, it is 50-500 micrometers. If the thickness of the solution is thinner than 10 μm, the shape as a polymer electrolyte membrane tends to be not maintained, and if it is thicker than 1500 μm, a non-uniform polymer electrolyte membrane tends to be easily formed. A known method can be used as a method for controlling the cast thickness of the solution. For example, the thickness can be controlled with the amount and concentration of the solution with a constant cast area using an applicator, a doctor blade or the like, or with a frame that prevents the solution from flowing out. The cast solution can be formed into a more uniform film by adjusting the solvent removal rate. For example, when the solvent is removed by heating, the evaporation rate can be reduced by lowering the temperature in the first stage. In addition, when immersed in a non-solvent such as water, the coagulation rate and solvent removal rate of the compound can be adjusted by leaving the solution in air or an inert gas for an appropriate time. The polymer electrolyte membrane of the present invention can have any film thickness depending on the purpose, but is preferably as thin as possible from the viewpoint of ion conductivity. Specifically, it is preferably 5 to 250 μm, more preferably 5 to 100 μm, and most preferably 5 to 50 μm. If the thickness of the polymer electrolyte membrane is less than 5 μm, the handling of the polymer electrolyte membrane becomes difficult and a short circuit or the like tends to occur when a fuel cell is manufactured. If the thickness is more than 250 μm, the electric resistance value of the ion conductive membrane is high. Therefore, the power generation performance of the fuel cell tends to decrease. When used as an ion conductive membrane, the sulfonic acid group in the membrane may contain a metal salt, but it can be converted to free sulfonic acid by an appropriate acid treatment. In this case, it is also effective to immerse the membrane in an aqueous solution of sulfuric acid, hydrochloric acid or the like with or without heating. The ionic conductivity of the polymer electrolyte membrane is preferably 1.0 × 10 −3 S / cm or more. When the ion conductivity of 1.0 × 10 -3 S / cm or higher, tend to better output can be obtained in the fuel cell using a polymer electrolyte membrane, 1.0 × 10 -3 S / When it is less than cm, the output of the fuel cell tends to decrease.

本発明の高分子電解質膜は、メタノールを燃料とするダイレクトメタノール型燃料電池にも有用である。特に、平均厚さ50μmの膜を作製し、5Mメタノール水溶液を用いて25℃で測定したメタノール透過速度が7mmol/m2・sec以下の値を示す高分子電解質膜が好ましい。この場合燃料電池に優れた発電特性が付与される。またメタノール透過速度は4mmol/m2・sec以下であればさらに好ましく、1mmol/m2・sec以下であればより好ましい。メタノール透過特性は膜厚に依存する場合があり、上記のメタノール透過速度においては平均厚み50μmの試料を作製した場合について述べているが、実際に燃料電池用イオン伝導膜として使用する際には、特に膜厚を限定しているわけではない。なお上記の平均厚み50μmの膜とは、実質上は平均厚み48μmから平均厚み52μmの範囲に入っているものを示すものとする。 The polymer electrolyte membrane of the present invention is also useful for a direct methanol fuel cell using methanol as a fuel. In particular, a polymer electrolyte membrane in which a membrane having an average thickness of 50 μm is prepared and the methanol permeation rate measured at 25 ° C. using a 5 M aqueous methanol solution shows a value of 7 mmol / m 2 · sec or less is preferable. In this case, excellent power generation characteristics are imparted to the fuel cell. The methanol permeation rate is further preferably 4 mmol / m 2 · sec or less, and more preferably 1 mmol / m 2 · sec or less. The methanol permeation characteristics may depend on the film thickness, and in the above methanol permeation rate, the case where a sample having an average thickness of 50 μm is prepared is described. When actually used as an ion conductive membrane for a fuel cell, In particular, the film thickness is not limited. The film having an average thickness of 50 μm substantially indicates a film having an average thickness of 48 μm to an average thickness of 52 μm.

本発明のスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物およびこれを含む樹脂組成物から得られる高分子電解質膜において、熱および/または光により架橋する成分を含有している場合は、熱処理および/または光照射処理によって分子鎖内に架橋構造を導入することにより、さらに膜の寸法安定性を優れたものとすることができる。熱架橋させる際の加熱温度は、架橋性ポリアリーレンエーテルの構造、架橋性基の種類、架橋性基の導入量等により異なるが、通常150〜450℃、好ましくは200〜400℃である。加熱時間は加熱温度や架橋性ポリアリーレンエーテルの構造等により異なるが、通常0.01〜50時間、好ましくは0.02〜24時間である。圧力は常圧、減圧、加圧のいずれでもかまわない。またガス雰囲気は空気雰囲気、窒素雰囲気、アルゴン雰囲気のいずれでもかまわない。加熱温度が高い場合には、スルホン酸基は塩の状態にして熱処理することが好ましい。また、光架橋する際に用いる光源は特に限定されないが、低圧水銀灯、高圧水銀灯、キセノンランプ、メタルハライド灯等を使用することができる。照射線量はポリマー構造およびその膜厚により異なるが、通常、100〜50000mJ/cm2、好ましくは300〜30000mJ/cm2である。 When the polymer electrolyte membrane obtained from the sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound of the present invention and the resin composition containing the same contains a component that crosslinks by heat and / or light, heat treatment and / or light By introducing a crosslinked structure into the molecular chain by irradiation treatment, the dimensional stability of the film can be further improved. The heating temperature at the time of thermal crosslinking varies depending on the structure of the crosslinkable polyarylene ether, the type of the crosslinkable group, the amount of the crosslinkable group introduced, and the like, but is usually 150 to 450 ° C, preferably 200 to 400 ° C. The heating time varies depending on the heating temperature and the structure of the crosslinkable polyarylene ether, but is usually 0.01 to 50 hours, preferably 0.02 to 24 hours. The pressure may be normal pressure, reduced pressure, or increased pressure. The gas atmosphere may be an air atmosphere, a nitrogen atmosphere, or an argon atmosphere. When the heating temperature is high, the sulfonic acid group is preferably heat-treated in a salt state. The light source used for photocrosslinking is not particularly limited, but a low-pressure mercury lamp, a high-pressure mercury lamp, a xenon lamp, a metal halide lamp, or the like can be used. The irradiation dose may vary depending on the polymer structure and its thickness, usually, 100~50000mJ / cm 2, preferably 300~30000mJ / cm 2.

また、上述した本発明の高分子電解質膜またはフィルム等を電極に接合することによって、本発明の電解質膜/電極複合体としての、高分子電解質膜またはフィルム等と電極との接合体を得ることができる。この接合体の作製方法としては、従来から公知の方法を用いて行なうことができ、たとえば、電極表面に接着剤を塗布し高分子電解質膜と電極とを接着する方法、または高分子電解質膜と電極とを加熱加圧する方法等がある。この中でも本発明のスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物およびこれを含む樹脂組成物を主成分とした接着剤を電極表面に塗布して接着する方法が好ましい。高分子電解質膜と電極との接着性が向上し、また、高分子電解質膜のイオン伝導性を損なうことが少なくなると考えられるためである。   Further, by joining the above-described polymer electrolyte membrane or film of the present invention to an electrode, a joined body of the polymer electrolyte membrane or film or the like and the electrode as the electrolyte membrane / electrode composite of the present invention is obtained. Can do. As a method for producing this joined body, a conventionally known method can be used. For example, a method of applying an adhesive to the electrode surface and bonding the polymer electrolyte membrane and the electrode, or a polymer electrolyte membrane and There is a method of heating and pressing the electrode. Among these, a method of applying and bonding an adhesive mainly composed of the sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound of the present invention and a resin composition containing the compound to the electrode surface is preferable. This is because the adhesion between the polymer electrolyte membrane and the electrode is improved, and it is considered that the ion conductivity of the polymer electrolyte membrane is less impaired.

上述した高分子電解質膜またはフィルム等と電極との接合体を用いて、燃料電池を作製することもできる。本発明の高分子電解質膜またはフィルム等は、耐熱性、加工性、イオン伝導性および寸法安定性に優れているため、高温での運転にも耐えることができ、作製が容易で、良好な出力を有する燃料電池を提供することができる。また、メタノールを直接燃料とする燃料電池として使用することも好ましい。   A fuel cell can also be produced using the above-described assembly of a polymer electrolyte membrane or film and an electrode. The polymer electrolyte membrane or film of the present invention is excellent in heat resistance, workability, ion conductivity and dimensional stability, so it can withstand operation at high temperatures, is easy to produce, and has good output. Can be provided. It is also preferable to use it as a fuel cell using methanol as a direct fuel.

[実施例]
以下本発明を実施例を用いて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されることはない。なお、各種測定は次のように行った。
溶液粘度:ポリマー粉末を0.5g/dlの濃度でN−メチルピロリドンに溶解し、30℃の恒温槽中でウベローデ型粘度計を用いて粘度測定を行ない、対数粘度(ln[ta/tb]/c)で評価した(taは試料溶液の落下秒数、tbは溶媒のみの落下秒数、cはポリマー濃度)。
TGA:島津製作所製熱重量測定計(TGA−50)を用い、アルゴン雰囲気中、昇温速度10℃/minで測定を行った(途中、150℃で30分保持して水分を十分除去する)。
イオン伝導性測定:自作測定用プローブ(テフロン(登録商標)製)上で短冊状膜試料の表面に白金線(直径:0.2mm)を押しあて、80℃95%RHの恒温・恒湿オーブン(株式会社ナガノ科学機械製作所、LH−20−01)中に試料を保持し、白金線間のインピーダンスをSOLARTRON社1250FREQUENCY RESPONSE ANALYSERにより測定した。極間距離を変化させて測定し、極間距離とC−Cプロットとから見積もられる抵抗測定値をプロットした勾配から、以下の式により、膜と白金線との間の接触抵抗をキャンセルした導電率を算出した。また、測定プローブを25℃に保った超純水中に浸漬することで同様の測定を行い、水中プロトン導電率も算出した。
導電率[S/cm]=1/膜幅[cm]×膜厚[cm]×抵抗極間勾配[Ω/cm]
スルホン酸基含有量:窒素雰囲気下で一晩乾燥した試料の質量をはかり、水酸化ナトリウム水溶液と撹拌処理した後、塩酸水溶液による逆滴定でイオン交換容量(IEC)(meq/g)として求めた。
メタノール透過速度:25℃に調整した5M(モル/リットル)のメタノール水溶液に24時間浸漬した膜をH型セルに挟み込み、セルの片側に100mlの5Mメタノール水溶液を、他方のセルに100mlの超純水(18MΩ・cm)を注入し、25℃で両側のセルを撹拌しながら、イオン交換膜を通って超純水中に拡散してくるメタノール量を、ガスクロマトグラフを用いて測定することで算出した(イオン交換膜の面積は、2.0cm2である)。
ガラス転移温度:オリエンテック製Rheogel−E4000を用い、試料幅5mm,有効試料長15mmのフィルム試料について引っ張り正弦波を与え、昇温速度2℃/分で動的粘弾性測定を行なった。温度上昇により弾性率が低下し始める温度をガラス転移点と定義する。
HNMR測定:試料を重水素化ジメチルスルホキシドに溶解し、バリアン社GEMINI200NMR分光器を使用して、80℃で測定した。
発電評価:Pt/Ru触媒担持カーボン(田中貴金属工業株式会社TEC61E54)に少量の超純水およびイソプロピルアルコールを加えて湿らせた後、デュポン社製20%ナフィオン(登録商標)溶液(品番:SE−20192)を、Pt/Ru触媒担持カーボンとナフィオン(登録商標)の質量比が2.5:1になるように加えた。次いで撹拌してアノード用触媒ペーストを調製した。この触媒ペーストを、ガス拡散層となる東レ製カーボンペーパーTGPH−060に白金の付着量が2mg/cm2になるようにスクリーン印刷により塗布乾燥して、アノード用電極触媒層付きカーボンペーパーを作製した。また、Pt触媒担持カーボン(田中貴金属工業株式会社TEC10V40E)に少量の超純水およびイソプロピルアルコールを加えて湿らせた後、デュポン社製20%ナフィオン(登録商標)溶液(品番:SE−20192)を、Pt触媒担持カーボンとナフィオン(登録商標)の質量比が2.5:1となるように加え、撹拌してカソード用触媒ペーストを調製した。この触媒ペーストを、撥水加工を施した東レ製カーボンペーパーTGPH−060に、白金の付着量が1mg/cm2となるように塗布・乾燥して、カソード用電極触媒層付きカーボンペーパーを作製した。上記2種類の電極触媒層付きカーボンペーパーの間に、膜試料を、電極触媒層が膜試料に接するように挟み、ホットプレス法により130℃、8MPaにて3分間加圧、加熱することにより、電解質膜/電極接合体とした。この接合体をElectrochem社製評価用燃料電池セルFC25−02SPに組み込み、燃料電池発電試験機(株式会社東陽テクニカ製)を用いて発電試験を行った。発電は、セル温度40℃で、アノードおよびカソードにそれぞれ40℃に調整した2mol/lのメタノール水溶液(1.5ml/min)および高純度酸素ガス(80ml/min)を供給しながら行った。
[Example]
EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated concretely using an Example, this invention is not limited to these Examples. Various measurements were performed as follows.
Solution viscosity: The polymer powder was dissolved in N-methylpyrrolidone at a concentration of 0.5 g / dl, and the viscosity was measured using a Ubbelohde viscometer in a constant temperature bath at 30 ° C., and the logarithmic viscosity (ln [ta / tb] / C) (ta is the drop time of the sample solution, tb is the drop time of the solvent only, and c is the polymer concentration).
TGA: Using a thermogravimetry meter (TGA-50) manufactured by Shimadzu Corporation, measurement was performed in an argon atmosphere at a heating rate of 10 ° C./min (while maintaining at 150 ° C. for 30 minutes to sufficiently remove water) .
Ion conductivity measurement: A platinum wire (diameter: 0.2 mm) is pressed against the surface of a strip-shaped membrane sample on a self-made measurement probe (Teflon (registered trademark)), and a constant temperature and humidity oven at 80 ° C. and 95% RH. The sample was held in (Nagano Scientific Machinery Co., Ltd., LH-20-01), and the impedance between the platinum wires was measured by SOLARTRON 1250 FREQUENCY RESPONSE ANALYSER. Conductivity with the contact resistance between the film and the platinum wire canceled by the following formula from the slope of the measured resistance value estimated from the distance between the poles and the C-C plot. The rate was calculated. Moreover, the same measurement was performed by immersing the measurement probe in ultrapure water maintained at 25 ° C., and the proton conductivity in water was also calculated.
Conductivity [S / cm] = 1 / film width [cm] × film thickness [cm] × resistance interelectrode gradient [Ω / cm]
Sulfonic acid group content: The weight of a sample dried overnight under a nitrogen atmosphere was weighed, and after stirring with an aqueous sodium hydroxide solution, the ion exchange capacity (IEC) (meq / g) was determined by back titration with an aqueous hydrochloric acid solution. .
Methanol permeation rate: A membrane immersed in a 5M (mol / liter) aqueous methanol solution adjusted to 25 ° C. for 24 hours is sandwiched between H-type cells, 100 ml of 5M aqueous methanol solution is placed on one side of the cell, and 100 ml of ultrapure is placed on the other cell. Calculated by injecting water (18 MΩ · cm) and measuring the amount of methanol diffusing into the ultrapure water through the ion exchange membrane while stirring the cells on both sides at 25 ° C. (The area of the ion exchange membrane is 2.0 cm 2 ).
Glass transition temperature: Using a Rheogel-E4000 manufactured by Orientec, a tensile sine wave was applied to a film sample having a sample width of 5 mm and an effective sample length of 15 mm, and dynamic viscoelasticity measurement was performed at a heating rate of 2 ° C./min. The temperature at which the elastic modulus begins to decrease as the temperature rises is defined as the glass transition point.
HNMR measurement: The sample was dissolved in deuterated dimethyl sulfoxide and measured at 80 ° C. using a Varian GEMINI 200 NMR spectrometer.
Power generation evaluation: After adding a small amount of ultrapure water and isopropyl alcohol to Pt / Ru catalyst-supporting carbon (TEC61E54) and moistening, a 20% Nafion (registered trademark) solution manufactured by DuPont (product number: SE-) 2011) was added so that the mass ratio of Pt / Ru catalyst-supported carbon to Nafion (registered trademark) was 2.5: 1. Next, stirring was performed to prepare an anode catalyst paste. This catalyst paste was applied and dried by screen printing on Toray carbon paper TGPH-060 to be a gas diffusion layer so that the adhesion amount of platinum was 2 mg / cm 2 , thereby producing a carbon paper with an electrode catalyst layer for anode. . Further, after adding a small amount of ultrapure water and isopropyl alcohol to a Pt catalyst-supporting carbon (Tanaka Kikinzoku Kogyo Co., Ltd. TEC10V40E) and moistening, a 20% Nafion (registered trademark) solution (product number: SE-20192) manufactured by DuPont is used. A cathode catalyst paste was prepared by adding a Pt catalyst-carrying carbon and Nafion (registered trademark) in a mass ratio of 2.5: 1 and stirring. This catalyst paste was applied and dried on Toray carbon paper TGPH-060 that had been subjected to water repellent treatment so that the amount of platinum deposited was 1 mg / cm 2 , thereby producing a carbon paper with an electrode catalyst layer for cathode. . By sandwiching the membrane sample between the two types of carbon paper with the electrode catalyst layer so that the electrode catalyst layer is in contact with the membrane sample, pressurizing and heating at 130 ° C. and 8 MPa for 3 minutes by a hot press method, An electrolyte membrane / electrode assembly was obtained. This joined body was incorporated into an evaluation fuel cell FC25-02SP manufactured by Electrochem, and a power generation test was performed using a fuel cell power generation tester (manufactured by Toyo Corporation). Power generation was performed while supplying a 2 mol / l aqueous methanol solution (1.5 ml / min) and high-purity oxygen gas (80 ml / min) adjusted to 40 ° C. to the anode and cathode, respectively, at a cell temperature of 40 ° C.

(実施例1)
3,3’−ジスルホ−4,4’−ジクロロジフェニルスルホン2ナトリウム塩(略号:S−DCDPS)9.6228g(0.019588mole)、2,6−ジクロロベンゾニトリル(略号:DCBN)3.1102g(0.018082mole)、末端ヒドロキシル基含有フェニレンエーテルオリゴマー(略号:DPE)(大日本インキ製SPECIANOL DPE−PL、ロットC106)(一般式(3)において、=1〜7の成分を含む混合物。NMRによる平均組成は=4.0である。)20.71319g(0.037670mole)、炭酸カリウム5.9873g(0.043321mole)を200ml四つ口フラスコに計り取り、窒素を流した。100mlのN−メチル−2−ピロリドンを入れて、加熱撹拌し、反応温度を195〜200℃に上昇させて13時間反応させた。放冷の後、重合液を水中に注いでポリマーをストランド状に沈殿させ、スルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物からなるポリマーを得た。得られたポリマーは、1日新鮮な水に浸漬後、乾燥した。ポリマーの対数粘度は0.36を示した。
(Example 1)
3,3'-disulfo-4,4'-dichlorodiphenylsulfone disodium salt (abbreviation: S-DCDPS) 9.6228 g (0.019588 mole), 2,6-dichlorobenzonitrile (abbreviation: DCBN) 3.1102 g ( 0.018082 mole), terminal hydroxyl group-containing phenylene ether oligomer (abbreviation: DPE) (Dainippon Ink & Co., Ltd. SPECIANOL DPE-PL, lot C106) (in the general formula (3), a mixture containing components of o = 1 to 7. NMR. The average composition according to the above formula is o = 4.0.) 20.71319 g (0.037670 mole) and 5.9873 g (0.043321 mole) of potassium carbonate were weighed into a 200 ml four-necked flask and flushed with nitrogen. 100 ml of N-methyl-2-pyrrolidone was added, and the mixture was heated and stirred, and the reaction temperature was raised to 195 to 200 ° C. to react for 13 hours. After allowing to cool, the polymerization solution was poured into water to precipitate the polymer into strands, and a polymer composed of a sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound was obtained. The obtained polymer was dipped in fresh water for one day and then dried. The logarithmic viscosity of the polymer was 0.36.

ポリマー20gをNMP80mlに溶解し、ホットプレート上ガラス板に約500μm厚にキャストし、フィルム状になるまでNMPを留去した後、水中に一晩以上浸漬した。得られたフィルムは、希硫酸(濃硫酸6ml、水300ml)中で1日浸漬処理して、ポリマー中の酸性基を塩型構造から酸型構造に変換した後、純水中に1時間ずつ2回浸漬することで酸成分を除去し、乾燥した。本フィルムのイオン伝導性を測定したところ80℃95%RHにおいて0.15S/cm、25℃水中において0.032S/cmの値を示した。本フィルムの熱重量測定による減量開始温度(200℃での試料重量を基準にして測定)は286℃、3%重量減少温度は352℃であった。滴定で求めたIECは1.23meq/gを示した。メタノール透過速度は2.6mmol/m2・secを示した。図1は、実施例1において得られたスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物からなるフィルムの1HNMRスペクトル、および該スペクトルから帰属される構造式を示す図である。図1のスペクトルの積分値より、図中構造式におけるnの平均値は約4.4を示していることが分かる。 20 g of the polymer was dissolved in 80 ml of NMP, cast on a glass plate on a hot plate to a thickness of about 500 μm, NMP was distilled off until it became a film, and then immersed in water overnight. The obtained film was immersed in dilute sulfuric acid (concentrated sulfuric acid 6 ml, water 300 ml) for 1 day to convert the acidic group in the polymer from a salt type structure to an acid type structure, and then in pure water for 1 hour. The acid component was removed by dipping twice and dried. When the ionic conductivity of this film was measured, it showed a value of 0.15 S / cm at 80 ° C. and 95% RH and 0.032 S / cm in 25 ° C. water. The weight loss starting temperature (measured based on the sample weight at 200 ° C.) of the film by thermogravimetry was 286 ° C., and the 3% weight reduction temperature was 352 ° C. The IEC determined by titration was 1.23 meq / g. The methanol permeation rate was 2.6 mmol / m 2 · sec. FIG. 1 is a diagram showing a 1HNMR spectrum of a film made of a sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound obtained in Example 1, and a structural formula belonging to the spectrum. From the integral value of the spectrum in FIG. 1, it can be seen that the average value of n in the structural formula in the figure is about 4.4.

(実施例2)
S−DCDPS10.2452g(0.020855mole)、DCBN9.2246g(0.053628mole)、DPE(大日本インキ製SPECIANOL DPE−PL、ロットC106)20.4777g(0.03724mole)、4,4’−ジヒドロキシジフェニルエーテル7.5307g(0.03724mole)、炭酸カリウム11.8385g(0.08566mole)を200ml四つ口フラスコに計り取り、窒素を流した。140mlのN−メチル−2−ピロリドンを入れて、加熱撹拌し、反応温度を195〜200℃に上昇させて16時間反応させた。放冷の後、重合液を水中に注いでポリマーをストランド状に沈殿させ、スルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物からなるポリマーを得た。得られたポリマーは、1日新鮮な水に浸漬後、乾燥した。ポリマーの対数粘度は0.90を示した。
(Example 2)
S-DCDPS 10.24552 g (0.020855 mole), DCBN 9.2246 g (0.053628 mole), DPE (Dai Nippon Ink SPECIANOL DPE-PL, lot C106) 20.0.4777 g (0.03724 mole), 4,4′-dihydroxydiphenyl ether 7.5307 g (0.03724 mole) and potassium carbonate 11.8385 g (0.08566 mole) were weighed into a 200 ml four-necked flask and flushed with nitrogen. 140 ml of N-methyl-2-pyrrolidone was added, the mixture was heated and stirred, and the reaction temperature was raised to 195 to 200 ° C. for 16 hours. After allowing to cool, the polymerization solution was poured into water to precipitate the polymer into strands, and a polymer composed of a sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound was obtained. The obtained polymer was dipped in fresh water for one day and then dried. The logarithmic viscosity of the polymer was 0.90.

ポリマー20gをNMP80mlに溶解し、ホットプレート上ガラス板に約500μm厚にキャストし、フィルム状になるまでNMPを留去した後、水中に一晩以上浸漬した。得られたフィルムは、希硫酸(濃硫酸6ml、水300ml)中で1日浸漬処理して、ポリマー中の酸性基を塩型構造から酸型構造に変換した後、純水中に1時間ずつ2回浸漬することで酸成分を除去し、乾燥した。本フィルムのイオン伝導性を測定したところ80℃95%RHにおいて0.05S/cm、25℃水中において0.019S/cmの値を示した。本フィルムの熱重量測定による減量開始温度(200℃での試料重量を基準にして測定)は297℃、3%重量減少温度は362℃であった。滴定で求めたIECは0.90meq/gを示した。メタノール透過速度は1.2mmol/m2・secを示した。動的粘弾性測定によるガラス転移温度は153℃を示した。図2は、実施例2において得られたスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物からなるフィルムの1HNMRスペクトル、および該スペクトルから帰属される構造式を示す図である。図2のスペクトルの積分値より、図中構造式におけるnの平均値は約2.0を示していることが分かる。 20 g of the polymer was dissolved in 80 ml of NMP, cast on a glass plate on a hot plate to a thickness of about 500 μm, NMP was distilled off until it became a film, and then immersed in water overnight. The obtained film was immersed in dilute sulfuric acid (concentrated sulfuric acid 6 ml, water 300 ml) for 1 day to convert the acidic group in the polymer from a salt type structure to an acid type structure, and then in pure water for 1 hour. The acid component was removed by dipping twice and dried. When the ionic conductivity of this film was measured, it showed a value of 0.05 S / cm at 80 ° C. and 95% RH and 0.019 S / cm in water at 25 ° C. The weight loss starting temperature (measured based on the sample weight at 200 ° C.) by thermogravimetry of this film was 297 ° C., and the 3% weight reduction temperature was 362 ° C. The IEC determined by titration was 0.90 meq / g. The methanol permeation rate was 1.2 mmol / m 2 · sec. The glass transition temperature measured by dynamic viscoelasticity was 153 ° C. FIG. 2 is a diagram showing a 1H NMR spectrum of a film made of a sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound obtained in Example 2, and a structural formula assigned from the spectrum. From the integral value of the spectrum of FIG. 2, it can be seen that the average value of n in the structural formula in the figure shows about 2.0.

(実施例3)
S−DCDPS11.0125g(0.022417mole)、DCBN4.0134g(0.02333mole)、DPE(大日本インキ製SPECIANOL DPE−PL、ロットC106)12.5779g(0.022875mole)、4,4’−ジヒドロキシジフェニルエーテル4.6255g(0.022875mole)、炭酸カリウム7.2715g(0.05261mole)を200ml四つ口フラスコに計り取り、窒素を流した。100mlのN−メチル−2−ピロリドンを入れて、加熱撹拌し、反応温度を195〜200℃に上昇させて15時間反応させた。放冷の後、重合液を水中に注いでポリマーをストランド状に沈殿させ、スルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物からなるポリマーを得た。得られたポリマーは、1日新鮮な水に浸漬後、乾燥した。ポリマーの対数粘度は0.56を示した。
(Example 3)
S-DCDPS 11.0125 g (0.022417 mole), DCBN 4.0134 g (0.02333 mole), DPE (Dai Nippon Ink SPECIANOL DPE-PL, lot C106) 12.57779 g (0.022875 mole), 4,4′-dihydroxydiphenyl ether 4.6255 g (0.022875 mole) and 7.2715 g (0.05261 mole) of potassium carbonate were weighed into a 200 ml four-necked flask and flushed with nitrogen. 100 ml of N-methyl-2-pyrrolidone was added, and the mixture was heated and stirred, and the reaction temperature was raised to 195 to 200 ° C. to react for 15 hours. After allowing to cool, the polymerization solution was poured into water to precipitate the polymer into strands, and a polymer composed of a sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound was obtained. The obtained polymer was dipped in fresh water for one day and then dried. The logarithmic viscosity of the polymer was 0.56.

ポリマー20gをNMP80mlに溶解し、ホットプレート上ガラス板に約500μm厚にキャストし、フィルム状になるまでNMPを留去した後、水中に一晩以上浸漬した。得られたフィルムは、希硫酸(濃硫酸6ml、水300ml)中で1日浸漬処理して、ポリマー中の酸性基を塩型構造から酸型構造に変換した後、純水中に1時間ずつ2回浸漬することで酸成分を除去し、乾燥した。本フィルムのイオン伝導性を測定したところ80℃95%RHにおいて0.19S/cm、25℃水中において0.090S/cmの値を示した。本フィルムの熱重量測定による減量開始温度(200℃での試料重量を基準にして測定)は284℃、3%重量減少温度は346℃であった。滴定で求めたIECは1.52meq/gを示した。メタノール透過速度は4.4mmol/m2・secを示した。動的粘弾性測定によるガラス転移温度は162℃を示した。 20 g of the polymer was dissolved in 80 ml of NMP, cast on a glass plate on a hot plate to a thickness of about 500 μm, NMP was distilled off until it became a film, and then immersed in water overnight. The obtained film was immersed in dilute sulfuric acid (concentrated sulfuric acid 6 ml, water 300 ml) for 1 day to convert the acidic group in the polymer from a salt type structure to an acid type structure, and then in pure water for 1 hour. The acid component was removed by dipping twice and dried. When the ionic conductivity of this film was measured, it showed a value of 0.19 S / cm at 80 ° C. and 95% RH and 0.090 S / cm in water at 25 ° C. The weight loss starting temperature (measured based on the sample weight at 200 ° C.) by thermogravimetry of this film was 284 ° C., and the 3% weight reduction temperature was 346 ° C. The IEC determined by titration was 1.52 meq / g. The methanol permeation rate was 4.4 mmol / m 2 · sec. The glass transition temperature measured by dynamic viscoelasticity was 162 ° C.

(実施例4)
S−DCDPS10.0608g(0.02048mole)、DCBN5.7477g(0.03341mole)、DPE(大日本インキ製SPECIANOL DPE−PL、ロットC106)14.8173g(0.026947mole)、4,4’−ジヒドロキシジフェニルエーテル5.4490g(0.026947mole)、炭酸カリウム8.5661g(0.061979mole)を200ml四つ口フラスコに計り取り、窒素を流した。110mlのN−メチル−2−ピロリドンを入れて、加熱撹拌し、反応温度を195〜200℃に上昇させて15時間反応させた。放冷の後、重合液を水中に注いでポリマーをストランド状に沈殿させ、スルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物からなるポリマーを得た。得られたポリマーは、1日新鮮な水に浸漬後、乾燥した。ポリマーの対数粘度は0.51を示した。
Example 4
S-DCDPS 10.0608 g (0.02048 mole), DCBN 5.7477 g (0.03341 mole), DPE (Dai Nippon Ink SPECIANOL DPE-PL, lot C106) 14.8173 g (0.026947 mole), 4,4′-dihydroxydiphenyl ether 5.4490 g (0.026947 mole) and potassium carbonate 8.5661 g (0.061979 mole) were weighed into a 200 ml four-necked flask and flushed with nitrogen. 110 ml of N-methyl-2-pyrrolidone was added, and the mixture was heated and stirred, and the reaction temperature was raised to 195 to 200 ° C. to react for 15 hours. After allowing to cool, the polymerization solution was poured into water to precipitate the polymer into strands, and a polymer composed of a sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound was obtained. The obtained polymer was dipped in fresh water for one day and then dried. The logarithmic viscosity of the polymer was 0.51.

ポリマー20gをNMP80mlに溶解し、ホットプレート上ガラス板に約500μm厚にキャストし、フィルム状になるまでNMPを留去した後、水中に一晩以上浸漬した。得られたフィルムは、希硫酸(濃硫酸6ml、水300ml)中で1日浸漬処理して、ポリマー中の酸性基を塩型構造から酸型構造に変換した後、純水中に1時間ずつ2回浸漬することで酸成分を除去し、乾燥した。本フィルムのイオン伝導性を測定したところ80℃95%RHにおいて0.11S/cm、25℃水中において0.042S/cmの値を示した。本フィルムの熱重量測定による減量開始温度(200℃での試料重量を基準にして測定)は303℃、3%重量減少温度は361℃であった。滴定で求めたIECは1.21meq/gを示した。メタノール透過速度は2.6mmol/m2・secを示した。 20 g of the polymer was dissolved in 80 ml of NMP, cast on a glass plate on a hot plate to a thickness of about 500 μm, NMP was distilled off until it became a film, and then immersed in water overnight. The obtained film was immersed in dilute sulfuric acid (concentrated sulfuric acid 6 ml, water 300 ml) for 1 day to convert the acidic group in the polymer from a salt type structure to an acid type structure, and then in pure water for 1 hour. The acid component was removed by dipping twice and dried. When the ionic conductivity of this film was measured, it showed a value of 0.11 S / cm at 80 ° C. and 95% RH and 0.042 S / cm in 25 ° C. water. The weight loss starting temperature (measured based on the sample weight at 200 ° C.) by thermogravimetry of this film was 303 ° C., and the 3% weight reduction temperature was 361 ° C. The IEC determined by titration was 1.21 meq / g. The methanol permeation rate was 2.6 mmol / m 2 · sec.

(実施例5)
S−DCDPS8.1896g(0.016671mole)、DCBN9.6001g(0.055811mole)、DPE(大日本インキ製SPECIANOL DPE−PL、ロットC106)10.3532g(0.018121mole)、4,4’−ジヒドロキシジフェニルエーテル10.9925g(0.054362mole)、炭酸カリウム11.5205g(0.08336mole)を200ml四つ口フラスコに計り取り、窒素を流した。110mlのN−メチル−2−ピロリドンを入れて、加熱撹拌し、反応温度を195〜200℃に上昇させて14時間反応させた。放冷の後、重合液を水中に注いでポリマーをストランド状に沈殿させ、スルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物からなるポリマーを得た。得られたポリマーは、1日新鮮な水に浸漬後、乾燥した。ポリマーの対数粘度は0.93を示した。
(Example 5)
S-DCDPS 8.1896 g (0.016771 mole), DCBN 9.6001 g (0.055811 mole), DPE (Dai Nippon Ink SPECIANOL DPE-PL, Lot C106) 10.5332 g (0.018121 mole), 4,4′-dihydroxydiphenyl ether 10.9925 g (0.054362 mole) and 11.5205 g (0.083336 mole) of potassium carbonate were weighed into a 200 ml four-necked flask and flushed with nitrogen. 110 ml of N-methyl-2-pyrrolidone was added, and the mixture was heated and stirred, and the reaction temperature was raised to 195 to 200 ° C. for 14 hours. After allowing to cool, the polymerization solution was poured into water to precipitate the polymer into strands, and a polymer composed of a sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound was obtained. The obtained polymer was dipped in fresh water for one day and then dried. The logarithmic viscosity of the polymer was 0.93.

ポリマー20gをNMP80mlに溶解し、ホットプレート上ガラス板に約500μm厚にキャストし、フィルム状になるまでNMPを留去した後、水中に一晩以上浸漬した。得られたフィルムは、希硫酸(濃硫酸6ml、水300ml)中で1日浸漬処理して、ポリマー中の酸性基を塩型構造から酸型構造に変換した後、純水中に1時間ずつ2回浸漬することで酸成分を除去し、乾燥した。本フィルムのイオン伝導性を測定したところ80℃95%RHにおいて0.05S/cm、25℃水中において0.018S/cmの値を示した。本フィルムの熱重量測定による減量開始温度(200℃での試料重量を基準にして測定)は304℃、3%重量減少温度は365℃であった。滴定で求めたIECは0.93meq/gを示した。メタノール透過速度は1.1mmol/m2・secを示した。動的粘弾性測定によるガラス転移温度は173℃を示した。 20 g of the polymer was dissolved in 80 ml of NMP, cast on a glass plate on a hot plate to a thickness of about 500 μm, NMP was distilled off until it became a film, and then immersed in water overnight. The obtained film was immersed in dilute sulfuric acid (concentrated sulfuric acid 6 ml, water 300 ml) for 1 day to convert the acidic group in the polymer from a salt type structure to an acid type structure, and then in pure water for 1 hour. The acid component was removed by dipping twice and dried. When the ion conductivity of this film was measured, it showed a value of 0.05 S / cm at 80 ° C. and 95% RH and 0.018 S / cm in water at 25 ° C. The weight loss starting temperature (measured based on the sample weight at 200 ° C.) by thermogravimetry of this film was 304 ° C., and the 3% weight reduction temperature was 365 ° C. The IEC determined by titration was 0.93 meq / g. The methanol permeation rate was 1.1 mmol / m 2 · sec. The glass transition temperature measured by dynamic viscoelasticity was 173 ° C.

(実施例6)
3,3’−ジスルホ−4,4’−ジフルオロベンゾフェノン2ナトリウム塩6.1115g(0.01447mole)、DCBN5.8085g(0.03377mole)、DPE(大日本インキ製SPECIANOL DPE−PL、ロットC106)13.7812g(0.02412mole)、4,4’−ジヒドロキシジフェニルエーテル4.8774g(0.02412mole)、炭酸カリウム6.6675g(0.05548mole)を200ml四つ口フラスコに計り取り、窒素を流した。90mlのN−メチル−2−ピロリドンを入れて、加熱撹拌し、反応温度を195〜200℃に上昇させて18時間反応させた。放冷の後、重合液を水中に注いでポリマーをストランド状に沈殿させ、スルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物からなるポリマーを得た。得られたポリマーは、1日新鮮な水に浸漬後、乾燥した。ポリマーの対数粘度は0.58を示した。
(Example 6)
3,3′-disulfo-4,4′-difluorobenzophenone disodium salt 6.1115 g (0.01447 mole), DCBN 5.8085 g (0.03377 mole), DPE (Dai Nippon Ink SPECIANOL DPE-PL, lot C106) 13 .7812 g (0.02412 mole), 4,4′-dihydroxydiphenyl ether 4.8774 g (0.02412 mole), and potassium carbonate 6.6675 g (0.05548 mole) were weighed into a 200 ml four-necked flask and flushed with nitrogen. 90 ml of N-methyl-2-pyrrolidone was added, and the mixture was heated and stirred, and the reaction temperature was raised to 195 to 200 ° C. to carry out the reaction for 18 hours. After allowing to cool, the polymerization solution was poured into water to precipitate the polymer into strands, and a polymer composed of a sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound was obtained. The obtained polymer was dipped in fresh water for one day and then dried. The logarithmic viscosity of the polymer was 0.58.

ポリマー20gをNMP80mlに溶解し、ホットプレート上ガラス板に約500μm厚にキャストし、フィルム状になるまでNMPを留去した後、水中に一晩以上浸漬した。得られたフィルムは、希硫酸(濃硫酸6ml、水300ml)中で1日浸漬処理して、ポリマー中の酸性基を塩型構造から酸型構造に変換した後、純水中に1時間ずつ2回浸漬することで酸成分を除去し、乾燥した。本フィルムのイオン伝導性を測定したところ80℃95%RHにおいて0.06S/cm、25℃水中において0.021S/cmの値を示した。本フィルムの熱重量測定による減量開始温度(200℃での試料重量を基準にして測定)は297℃、3%重量減少温度は362℃であった。滴定で求めたIECは1.03meq/gを示した。メタノール透過速度は1.3mmol/m2・secを示した。 20 g of the polymer was dissolved in 80 ml of NMP, cast on a glass plate on a hot plate to a thickness of about 500 μm, NMP was distilled off until it became a film, and then immersed in water overnight. The obtained film was immersed in dilute sulfuric acid (concentrated sulfuric acid 6 ml, water 300 ml) for 1 day to convert the acidic group in the polymer from a salt type structure to an acid type structure, and then in pure water for 1 hour. The acid component was removed by dipping twice and dried. When the ionic conductivity of this film was measured, it was 0.06 S / cm at 80 ° C. and 95% RH, and 0.021 S / cm in 25 ° C. water. The weight loss starting temperature (measured based on the sample weight at 200 ° C.) by thermogravimetry of this film was 297 ° C., and the 3% weight reduction temperature was 362 ° C. The IEC determined by titration was 1.03 meq / g. The methanol permeation rate was 1.3 mmol / m 2 · sec.

(実施例7)
S−DCDPS7.1016g(0.01446mole)、DCBN6.3941g(0.03717mole)、DPE(大日本インキ製SPECIANOL DPE−PL、ロットC106)14.7491g(0.025815mole)、4,4’−ビフェノール4.8069g(0.025815mole)、炭酸カリウム8.2060g(0.059373mole)を200ml四つ口フラスコに計り取り、窒素を流した。100mlのN−メチル−2−ピロリドンを入れて、加熱撹拌し、反応温度を195〜200℃に上昇させて15時間反応させた。放冷の後、重合液を水中に注いでポリマーをストランド状に沈殿させた。得られたポリマーは、1日新鮮な水に浸漬後、乾燥した。ポリマーの対数粘度は0.79を示した。
(Example 7)
S-DCDPS 7.1016 g (0.01446 mole), DCBN 6.3941 g (0.03717 mole), DPE (Dai Nippon Ink SPECIANOL DPE-PL, lot C106) 14.7491 g (0.025815 mole), 4,4′-biphenol 4 8069 g (0.025815 mole) and potassium carbonate 8.2060g (0.059373 mole) were weighed into a 200 ml four-necked flask and flushed with nitrogen. 100 ml of N-methyl-2-pyrrolidone was added, and the mixture was heated and stirred, and the reaction temperature was raised to 195 to 200 ° C. to react for 15 hours. After allowing to cool, the polymerization solution was poured into water to precipitate the polymer into strands. The obtained polymer was dipped in fresh water for one day and then dried. The logarithmic viscosity of the polymer was 0.79.

ポリマー20gをNMP80mlに溶解し、ホットプレート上ガラス板に約500μm厚にキャストし、フィルム状になるまでNMPを留去した後、水中に一晩以上浸漬した。得られたフィルムは、希硫酸(濃硫酸6ml、水300ml)中で1日浸漬処理して、ポリマー中の酸性基を塩型構造から酸型構造に変換した後、純水中に1時間ずつ2回浸漬することで酸成分を除去し、乾燥した。本フィルムのイオン伝導性を測定したところ80℃95%RHにおいて0.08S/cm、25℃水中において0.040S/cmの値を示した。滴定で求めたIECは0.95meq/gを示した。メタノール透過速度は1.0mmol/m2・secを示した。 20 g of the polymer was dissolved in 80 ml of NMP, cast on a glass plate on a hot plate to a thickness of about 500 μm, NMP was distilled off until it became a film, and then immersed in water overnight. The obtained film was immersed in dilute sulfuric acid (concentrated sulfuric acid 6 ml, water 300 ml) for 1 day to convert the acidic group in the polymer from a salt type structure to an acid type structure, and then in pure water for 1 hour. The acid component was removed by dipping twice and dried. When the ionic conductivity of this film was measured, it was 0.08 S / cm at 80 ° C. and 95% RH, and 0.040 S / cm in 25 ° C. water. The IEC determined by titration was 0.95 meq / g. The methanol permeation rate was 1.0 mmol / m 2 · sec.

(実施例8)
S−DCDPS8.3450g(0.016987mole)、4,4’−ジクロロジフェニルスルホン9.9040g(0.03449mole)、DPE(大日本インキ製SPECIANOL DPE−PL、ロットC106)14.7056g(0.025738mole)、4,4’−ジヒドロキシジフェニルエーテル5.2045g(0.025738mole)、炭酸カリウム8.1817g(0.05920mole)を200ml四つ口フラスコに計り取り、窒素を流した。115mlのN−メチル−2−ピロリドンを入れて、加熱撹拌し、反応温度を195〜200℃に上昇させて19時間反応させた。放冷の後、重合液を水中に注いでポリマーをストランド状に沈殿させ、スルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物からなるポリマーを得た。得られたポリマーは、1日新鮮な水に浸漬後、乾燥した。ポリマーの対数粘度は0.67を示した。
(Example 8)
S-DCDPS 8.3450 g (0.016987 mole), 4,4′-dichlorodiphenylsulfone 9.9040 g (0.03449 mole), DPE (Dai Nippon Ink SPECIANOL DPE-PL, lot C106) 14.7056 g (0.025738 mole) 4,4′-dihydroxydiphenyl ether (5.2045 g, 0.025738 mole) and 8.1817 g (0.05920 mole) of potassium carbonate were weighed into a 200 ml four-necked flask and flushed with nitrogen. 115 ml of N-methyl-2-pyrrolidone was added, and the mixture was stirred with heating, the reaction temperature was raised to 195 to 200 ° C., and the reaction was carried out for 19 hours. After allowing to cool, the polymerization solution was poured into water to precipitate the polymer into strands, and a polymer composed of a sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound was obtained. The obtained polymer was dipped in fresh water for one day and then dried. The logarithmic viscosity of the polymer was 0.67.

ポリマー20gをNMP80mlに溶解し、ホットプレート上ガラス板に約500μm厚にキャストし、フィルム状になるまでNMPを留去した後、水中に一晩以上浸漬した。得られたフィルムは、希硫酸(濃硫酸6ml、水300ml)中で1日浸漬処理して、ポリマー中の酸性基を塩型構造から酸型構造に変換した後、純水中に1時間ずつ2回浸漬することで酸成分を除去し、乾燥した。本フィルムのイオン伝導性を測定したところ80℃95%RHにおいて0.08S/cm、25℃水中において0.037S/cmの値を示した。滴定で求めたIECは0.94meq/gを示した。メタノール透過速度は2.9mmol/m2・secを示した。 20 g of the polymer was dissolved in 80 ml of NMP, cast on a glass plate on a hot plate to a thickness of about 500 μm, NMP was distilled off until it became a film, and then immersed in water overnight. The obtained film was immersed in dilute sulfuric acid (concentrated sulfuric acid 6 ml, water 300 ml) for 1 day to convert the acidic group in the polymer from a salt type structure to an acid type structure, and then in pure water for 1 hour. The acid component was removed by dipping twice and dried. When the ionic conductivity of this film was measured, it was 0.08 S / cm at 80 ° C. and 95% RH and 0.037 S / cm in 25 ° C. water. The IEC determined by titration was 0.94 meq / g. The methanol permeation rate was 2.9 mmol / m 2 · sec.

(実施例9)
3,3’,4,4’−テトラアミノジフェニルスルホン1.500g(5.389×10-3mole)、2,5−ジカルボキシベンゼンスルホン酸1.445g(5.389×10-3mole)、ポリリン酸(五酸化リン含量75質量%)20.5g、五酸化リン16.5gを重合容器に量り取る。窒素を流し、オイルバス上ゆっくり撹拌しながら100℃まで昇温する。100℃で1時間保持した後、150℃に昇温して1時間、200℃に昇温して4時間重合した。重合終了後放冷し、水を加えて重合物を取り出し、家庭用ミキサーを用いてpH試験紙が中性になるまで水洗を繰り返し、ポリマーを得た。得られたポリマーは80℃で終夜減圧乾燥した。ポリマーの対数粘度は、2.19を示した。本ポリマー1gを10mlのN−メチル−2−ピロリドンに加熱溶解し、実施例3で作製した製膜用溶液40mlと混合した後、キャスト厚みを調整した以外は実施例1と同様にして、
本発明のスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物を含む樹脂組成物からなる厚さ50μmのブレンドフィルムを作製した。該樹脂組成物中のスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物の含有量は91質量%である。
Example 9
3,3 ', 4,4'-tetra-diaminodiphenyl sulfone 1.500g (5.389 × 10 -3 mole) , 2,5- dicarboxylate benzenesulfonic acid 1.445g (5.389 × 10 -3 mole) , 20.5 g of polyphosphoric acid (phosphorus pentoxide content 75% by mass) and 16.5 g of phosphorus pentoxide are weighed into a polymerization vessel. The temperature is raised to 100 ° C. while slowly stirring on an oil bath while flowing nitrogen. After maintaining at 100 ° C. for 1 hour, the temperature was raised to 150 ° C. for 1 hour, and the temperature was raised to 200 ° C. for 4 hours to polymerize. Was allowed to cool after completion of the polymerization, water was polymerized product was taken out by adding, repeatedly washed with water until the pH test paper became neutral using a household mixer to obtain a port Rimmer. The obtained polymer was dried under reduced pressure at 80 ° C. overnight. The logarithmic viscosity of the polymer was 2.19. 1 g of this polymer was dissolved by heating in 10 ml of N-methyl-2-pyrrolidone, mixed with 40 ml of the film-forming solution prepared in Example 3, and then the same as in Example 1 except that the cast thickness was adjusted.
A blend film having a thickness of 50 μm made of a resin composition containing the sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound of the present invention was prepared. The content of the sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound in the resin composition is 91% by mass.

本フィルムのイオン伝導性を測定したところ25℃水中において0.06S/cmの値を示した。メタノール透過速度は3.5mmol/m2・secを示した。 When the ion conductivity of this film was measured, it showed a value of 0.06 S / cm in 25 ° C. water. The methanol permeation rate was 3.5 mmol / m 2 · sec.

(実施例10)
3,3’,4,4‘−テトラアミノジフェニルスルホン1.830g(6.575×10-3mole)、3,5−ジカルボキシフェニルホスホン酸1.084g(4.405×10-3mole)、テレフタル酸0.360g(2.170×10-3mole)、ポリリン酸(五酸化リン含量75質量%)20.5g、五酸化リン16.5gを重合容器に量り取る。窒素を流し、オイルバス上ゆっくり撹拌しながら100℃まで昇温する。100℃で1時間保持した後、150℃に昇温して1時間、200℃に昇温して7時間重合した。重合終了後放冷し、水を加えて重合物を取り出し、家庭用ミキサーを用いてpH試験紙が中性になるまで水洗を繰り返し、ポリマーを得た。得られたポリマーは80℃で終夜減圧乾燥した。硫酸を用いて測定したポリマーの対数粘度は、1.07を示した。
(Example 10)
3,3 ', 4,4'-tetra-diaminodiphenyl sulfone 1.830g (6.575 × 10 -3 mole) , 3,5- dicarboxyphenyl phosphonic acid 1.084g (4.405 × 10 -3 mole) , 0.360 g (2.170 × 10 −3 mole) of terephthalic acid, 20.5 g of polyphosphoric acid (phosphorus pentoxide content: 75 mass%) and 16.5 g of phosphorus pentoxide are weighed in a polymerization vessel. The temperature is raised to 100 ° C. while slowly stirring on an oil bath while flowing nitrogen. After maintaining at 100 ° C. for 1 hour, the temperature was raised to 150 ° C. for 1 hour, and the temperature was raised to 200 ° C. and polymerized for 7 hours. Was allowed to cool after completion of the polymerization, water was polymerized product was taken out by adding, repeatedly washed with water until the pH test paper became neutral using a household mixer to obtain a port Rimmer. The obtained polymer was dried under reduced pressure at 80 ° C. overnight. The logarithmic viscosity of the polymer measured using sulfuric acid was 1.07.

本ポリマー1gを用いて、実施例9と同様の方法で実施例3で作製した製膜用溶液40mlと混合し、本発明のスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物を含む樹脂組成物からなるブレンドフィルムを作製した。該樹脂組成物中のスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物の含有量は91質量%である。   A blend comprising the resin composition containing the sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound of the present invention mixed with 40 ml of the film-forming solution prepared in Example 3 in the same manner as in Example 9 using 1 g of this polymer A film was prepared. The content of the sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound in the resin composition is 91% by mass.

本フィルムのイオン伝導性を測定したところ25℃水中において0.04S/cmの値を示した。メタノール透過速度は2.9mmol/m2・secを示した。 When the ion conductivity of this film was measured, it showed a value of 0.04 S / cm in 25 ° C. water. The methanol permeation rate was 2.9 mmol / m 2 · sec.

(実施例11)
膜試料として実施例2で作製したフィルムを用い、上述の方法で発電評価を実施したところ、100mAの電流密度において0.34Vと、良好な発電特性が得られた。
(Example 11)
When the film produced in Example 2 was used as the film sample and the power generation evaluation was performed by the above-described method, a favorable power generation characteristic of 0.34 V was obtained at a current density of 100 mA.

(実施例12)
ナフィオン(登録商標)溶液の代わりに実施例1で合成したポリマーの10質量%N−メチル−2−ピロリドン溶液を用いた他は、上述の発電評価における電解質膜/電極接合体の作製方法と同様の方法で、膜試料として実施例2で作製したフィルムを用い、電解質膜/電極接合体を作製した。得られた電解質膜/電極接合体を目視で観察したところ、電極のはがれのない良好な接合体であった。
(Example 12)
Except for using a 10% by mass N-methyl-2-pyrrolidone solution of the polymer synthesized in Example 1 in place of the Nafion (registered trademark) solution, the same method as the method for preparing the electrolyte membrane / electrode assembly in the power generation evaluation described above By using the film prepared in Example 2 as a membrane sample, an electrolyte membrane / electrode assembly was prepared. When the obtained electrolyte membrane / electrode assembly was visually observed, it was a good assembly with no electrode peeling.

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   It should be understood that the embodiments and examples disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

本発明のスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物により、イオン伝導性だけでなく耐熱性、加工性および寸法安定性に優れた高分子電解質材料を提供することができる。これらは、イオン伝導膜として、水素やメタノールを原料として使用する燃料電池や水電解槽に使うことができるが、各種電池用電解質、加湿用膜、湿度調整膜、表示素子、センサー、バインダー類、添加剤等としても利用することが期待される。   The sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound of the present invention can provide a polymer electrolyte material that is excellent not only in ion conductivity but also in heat resistance, workability, and dimensional stability. These can be used for fuel cells and water electrolyzers that use hydrogen or methanol as raw materials as ion conductive membranes, but various battery electrolytes, humidifying membranes, humidity adjusting membranes, display elements, sensors, binders, It is expected to be used as an additive.

実施例1において得られたスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物からなるフィルムの1HNMRスペクトル、および該スペクトルから帰属される構造式を示す図である。It is a figure which shows the 1HNMR spectrum of the film which consists of a sulfonic acid group containing polyarylene ether type compound obtained in Example 1, and the structural formula which belongs from this spectrum. 実施例2において得られたスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物からなるフィルムの1HNMRスペクトル、および該スペクトルから帰属される構造式を示す図である。It is a figure which shows the 1HNMR spectrum of the film which consists of a sulfonic-acid-group containing polyarylene ether type compound obtained in Example 2, and the structural formula which belongs from this spectrum.

Claims (16)

分子鎖内に下記の一般式(1)で示される構成成分と下記の一般式(2)で示される構成成分とを含有し、0.1以上の対数粘度を有するスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物であって、
前記対数粘度は、前記スルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物を試料とし、前記試料を0.5g/dlの試料濃度でN−メチルピロリドンからなる溶媒に溶解させてなる溶液を試料溶液として、30℃の恒温槽中でウベローデ型粘度計を用いて粘度測定を行なったときのln[ta/tb]/c(ただし、taは前記試料溶液の落下秒数、tbは前記溶媒のみの落下秒数、cは前記試料濃度である)として測定される、スルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物。
Figure 0004135728
(ただし、Xは水素または1価のカチオン種、Yはスルホン基またはケトン基、nは2以上の任意の整数を示す。)
Figure 0004135728
(ただし、nは2以上の任意の整数を示す。)
A sulfonic acid group-containing polyarylene ether having a logarithmic viscosity of 0.1 or more, which contains a constituent represented by the following general formula (1) and a constituent represented by the following general formula (2) in the molecular chain A compound based on
The logarithmic viscosity is obtained by using the sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound as a sample, a solution obtained by dissolving the sample in a solvent composed of N-methylpyrrolidone at a sample concentration of 0.5 g / dl, and 30 Ln [ta / tb] / c when viscosity is measured using a Ubbelohde viscometer in a constant temperature bath at 0 ° C. (where ta is the number of seconds that the sample solution is dropped and tb is the number of seconds that the solvent is dropped) , C is the sample concentration), and a sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound.
Figure 0004135728
(However, X is hydrogen or a monovalent cation species, Y is a sulfone group or a ketone group, and n is an arbitrary integer of 2 or more.)
Figure 0004135728
(However, n represents an arbitrary integer of 2 or more.)
スルホン酸基含有量が、0.3〜5.0meq/gの範囲内である請求項1に記載のスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物。   The sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound according to claim 1, wherein the sulfonic acid group content is in the range of 0.3 to 5.0 meq / g. 下記の一般式(3)、
Figure 0004135728
(ただし、oは0以上の任意の整数を示す。)
で表される末端ジヒドロキシ化合物であって、oの異なる複数の成分からなり、かつ、平均組成が1<o≦10の範囲にあるものをモノマー成分の一部として使用することにより得られる、請求項1または2に記載のスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物。
The following general formula (3),
Figure 0004135728
(However, o represents an arbitrary integer of 0 or more.)
It is obtained by using a terminal dihydroxy compound represented by the formula (1) as a part of the monomer component comprising a plurality of components having different o and having an average composition in the range of 1 <o ≦ 10. Item 3. The sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound according to Item 1 or 2.
ガラス転移温度が130℃〜220℃の範囲内にある、請求項1〜3のいずれかに記載のスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物。   The sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound according to any one of claims 1 to 3, wherein the glass transition temperature is in the range of 130C to 220C. 請求項1〜4のいずれかに記載のスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物を50質量%以上100質量%未満の範囲で含み、該スルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物のポリマーとの組合せによる樹脂組成物。 The sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound according to any one of claims 1 to 4 is contained in a range of 50% by mass or more and less than 100% by mass, and the sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound is combined with a polymer. Resin composition. 請求項1〜4のいずれかに記載のスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物を含有する高分子電解質膜。   A polymer electrolyte membrane containing the sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound according to any one of claims 1 to 4. 請求項5に記載の樹脂組成物を含有する高分子電解質膜。   A polymer electrolyte membrane comprising the resin composition according to claim 5. 請求項6に記載の高分子電解質膜と電極とを含有する、電解質膜/電極複合体。 An electrolyte membrane / electrode composite comprising the polymer electrolyte membrane according to claim 6 and an electrode. 請求項8に記載の電解質膜/電極複合体を含有する燃料電池。   A fuel cell containing the electrolyte membrane / electrode composite according to claim 8. メタノールを燃料として使用する請求項9に記載の燃料電池。   The fuel cell according to claim 9, wherein methanol is used as a fuel. 請求項7に記載の高分子電解質膜と電極とを含有する、電解質膜/電極複合体 An electrolyte membrane / electrode composite comprising the polymer electrolyte membrane according to claim 7 and an electrode . 請求項11に記載の電解質膜/電極複合体を含有する燃料電池 A fuel cell containing the electrolyte membrane / electrode composite according to claim 11 . メタノールを燃料として使用する請求項12に記載の燃料電池 The fuel cell according to claim 12, wherein methanol is used as a fuel . 請求項1〜4のいずれかに記載のスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物を含有する接着剤 An adhesive containing the sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound according to any one of claims 1 to 4 . 請求項1〜4のいずれかに記載のスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物を得るための製造方法であって、
前記スルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物が、下記の一般式(4)、
Figure 0004135728
(ただし、nは2以上の任意の整数を示す。)
で示される化合物をモノマー成分の少なくとも1種として使用し、芳香族求核置換反応による重合で得られる、スルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物の製造方法
A production method for obtaining a sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound according to any one of claims 1 to 4,
The sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound is represented by the following general formula (4):
Figure 0004135728
(However, n represents an arbitrary integer of 2 or more.)
A method for producing a sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound obtained by polymerization using an aromatic nucleophilic substitution reaction using the compound represented by formula (1) as at least one monomer component .
請求項1〜4のいずれかに記載のスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物を含有する高分子電解質膜の製造方法であって、
前記スルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物と溶剤とを含有する溶液を、キャスト厚が10〜1500μmの範囲となるようにキャストする工程と、
キャストした溶液を乾燥させる工程と、
を含む、高分子電解質膜の製造方法
A method for producing a polymer electrolyte membrane comprising the sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound according to any one of claims 1 to 4,
Casting the solution containing the sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound and the solvent so that the cast thickness is in the range of 10 to 1500 μm;
Drying the cast solution;
A method for producing a polymer electrolyte membrane, comprising:
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