JP4576620B2 - Method for producing nanostructure control polymer ion exchange membrane - Google Patents

Method for producing nanostructure control polymer ion exchange membrane Download PDF

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Description

本発明は、燃料電池への使用に適した固体高分子電解質膜である高分子イオン交換膜の製造方法に関する。
また、本発明は、燃料電池に適した固体高分子電解質膜で、優れた耐酸化性、耐熱性及び寸法安定性と共にイオン交換容量を広い範囲内に制御できる高分子イオン交換膜の製造方法に関する。
The present invention relates to a method for producing a polymer ion exchange membrane which is a solid polymer electrolyte membrane suitable for use in a fuel cell.
The present invention also relates to a method for producing a polymer ion exchange membrane that is a solid polymer electrolyte membrane suitable for a fuel cell and that can control ion exchange capacity within a wide range together with excellent oxidation resistance, heat resistance and dimensional stability. .

固体高分子電解質型イオン交換膜を用いた燃料電池は、エネルギー密度が高いことから、電気自動車の電源や簡易補助電源として期待されている。この燃料電池において、優れた特性を有する高分子イオン交換膜の開発は最も重要な技術の一つである。   A fuel cell using a solid polymer electrolyte type ion exchange membrane is expected to be used as a power source for electric vehicles and a simple auxiliary power source because of its high energy density. In this fuel cell, the development of a polymer ion exchange membrane having excellent characteristics is one of the most important technologies.

高分子イオン交換膜型燃料電池において、イオン交換膜は、プロトンを伝導するための電解質として作用し、また、燃料である水素やメタノールと酸化剤である空気(酸素)とを直接混合させないための隔膜としての役割も有する。このようなイオン交換膜としては、電解質としてイオン交換容量が大きいこと、長期間電流を通すので膜の化学的な安定性、特に、膜の劣化の主因となる水酸化ラジカル等に対する耐性(耐酸化性)が優れていること、電池の動作温度である80℃以上での耐熱性があること、また、電気抵抗を低く保持するために膜の保水性が一定で高いことが要求される。一方、隔膜としての役割から、膜の力学的な強度や寸法安定性が優れていること、水素ガス、メタノール又は酸素ガスや空気について過剰な透過性を有しないことなどが要求される。   In a polymer ion exchange membrane fuel cell, the ion exchange membrane acts as an electrolyte for conducting protons, and also prevents direct mixing of hydrogen or methanol as a fuel with air (oxygen) as an oxidant. It also has a role as a diaphragm. As such an ion exchange membrane, the ion exchange capacity is large as an electrolyte, and since a current is passed for a long period of time, the membrane is chemically stable, particularly resistant to hydroxyl radicals and the like which are the main cause of membrane degradation (oxidation resistance). It is required that the film has excellent heat resistance at 80 ° C. or higher, which is the operating temperature of the battery, and that the water retention of the film is constant and high in order to keep the electric resistance low. On the other hand, the role as a diaphragm requires that the film has excellent mechanical strength and dimensional stability and that it does not have excessive permeability to hydrogen gas, methanol, oxygen gas or air.

初期の高分子イオン交換膜型燃料電池では、スチレンとジビニルベンゼンの共重合により製造した炭化水素系高分子イオン交換膜が使用された。しかし、このイオン交換膜は耐酸化性に起因する耐久性が非常に劣っていたため実用性が乏しく、その後は、デュポン社により開発されたパーフルオロスルホン酸膜「ナフィオン(デュポン社登録商標)」等が一般に用いられてきた。   Early polymer ion exchange membrane fuel cells used hydrocarbon polymer ion exchange membranes produced by copolymerization of styrene and divinylbenzene. However, since this ion exchange membrane has very poor durability due to oxidation resistance, its practicality is poor. Thereafter, a perfluorosulfonic acid membrane “Nafion (registered trademark of DuPont)” developed by DuPont, etc. Has been used in general.

しかしながら、「ナフィオン(登録商標)」等の従来の含フッ素系高分子イオン交換膜は、化学的な耐久性や安定性には優れているが、イオン交換容量が1meq/g前後と小さく、また、保水性が不十分でイオン交換膜の乾燥が生じてプロトン伝導性が低下したり、メタノールを燃料とする場合に膜の膨潤やメタノール又は水素ガスのクロスオーバーが起きたりする。   However, conventional fluorine-containing polymer ion exchange membranes such as “Nafion (registered trademark)” are excellent in chemical durability and stability, but have a small ion exchange capacity of around 1 meq / g, Insufficient water retention causes drying of the ion exchange membrane, resulting in a decrease in proton conductivity, and when methanol is used as a fuel, membrane swelling or methanol or hydrogen gas crossover occurs.

また、イオン交換容量を大きくするため、スルホン酸基を多く導入しようとすると、高分子鎖中に架橋構造がないために、膜が膨潤して膜の大きさが変化したり、強度が著しく低下して容易に破損したりする。したがって、従来の含フッ素系高分子のイオン交換膜ではスルホン酸基の量を膜の大きさや強度が保持される程度に抑える必要があり、このためイオン交換容量が1meq/g程度のものしかできなかった。   In order to increase the ion exchange capacity, if a large number of sulfonic acid groups are introduced, the polymer chain does not have a cross-linked structure, so the membrane swells and the size of the membrane changes or the strength decreases significantly. And can easily be damaged. Therefore, in conventional ion exchange membranes of fluorine-containing polymers, it is necessary to suppress the amount of sulfonic acid groups to such an extent that the size and strength of the membrane can be maintained, so that the ion exchange capacity can only be about 1 meq / g. There wasn't.

さらに、ナフィオン(登録商標)などの含フッ素系高分子イオン交換膜はモノマーの合成が困難かつ複雑で、また、これを重合してポリマー膜を製造する工程も複雑であるため、製品は非常に高価となり、プロトン交換膜型燃料電池を自動車などへ搭載して実用化する場合の大きな障害となっている。そのため、前記ナフィオン(登録商標)等に替わる低コストで高性能な電解質膜を開発する努力がなされてきた。   In addition, fluorine-containing polymer ion exchange membranes such as Nafion (registered trademark) are difficult and complicated to synthesize monomers, and the process of polymerizing them to produce polymer membranes is also complicated. It becomes expensive and becomes a major obstacle when a proton exchange membrane fuel cell is mounted on an automobile and put to practical use. Therefore, efforts have been made to develop a low-cost and high-performance electrolyte membrane that replaces the Nafion (registered trademark) and the like.

一方、本発明と密接に関連する放射線グラフト重合法では、高分子膜に、スルホン酸基を導入することができるモノマーをグラフトして、固体高分子電解質膜を作製する試みがなされている。本発明者らはこれらの新しい固体高分子電解質膜を開発すべく検討を重ね、架橋構造を有するポリテトラフルオロエチレンフィルムにスチレンモノマーを放射線グラフト反応により導入し、次いでスルホン化することにより、高いイオン交換容量を特徴とする固体高分子電解質膜及びその製造方法を出願した(特許文献1)。しかし、このイオン交換膜はスチレングラフト鎖が炭化水素で構成されているため、膜に長時間電流を通すとグラフト鎖部の一部に酸化が起こり、膜のイオン交換能が低下した。   On the other hand, in the radiation graft polymerization method closely related to the present invention, an attempt has been made to produce a solid polymer electrolyte membrane by grafting a monomer capable of introducing a sulfonic acid group to the polymer membrane. The present inventors have repeatedly studied to develop these new solid polymer electrolyte membranes. By introducing a styrene monomer into a polytetrafluoroethylene film having a crosslinked structure by a radiation graft reaction and then sulfonating, high ions can be obtained. An application was filed for a solid polymer electrolyte membrane characterized by exchange capacity and a method for producing the same (Patent Document 1). However, in this ion exchange membrane, since the styrene graft chain is composed of hydrocarbons, when a current is passed through the membrane for a long time, oxidation occurs in a part of the graft chain portion, and the ion exchange ability of the membrane is lowered.

さらに、本発明者らは、架橋構造を有するポリテトラフルオロエチレンフィルムにフッ素系モノマーの放射線グラフト、又は、フッ素系モノマーの放射線共グラフトに続き、グラフト鎖にスルホン基を導入することによって、高いイオン交換容量を有し優れた耐酸化性を特徴とする固体高分子電解質膜及びその製造方法を出願した(特許文献2)。しかし、通常のフッ素系高分子膜ではフッ素系モノマーはグラフト反応が膜の内部まで進行しにくく、反応条件によってはグラフト反応がフィルム表面に限られてしまうため、電解質膜としての特性を向上しにくいことが判明した。   Furthermore, the present inventors introduced a sulfonic group into the graft chain following the radiation grafting of the fluorine-based monomer or the radiation co-grafting of the fluorine-based monomer to the polytetrafluoroethylene film having a crosslinked structure. An application for a solid polymer electrolyte membrane having an exchange capacity and excellent oxidation resistance and a method for producing the same were filed (Patent Document 2). However, in a normal fluoropolymer film, the grafting reaction of fluorinated monomers hardly proceeds to the inside of the film, and depending on the reaction conditions, the grafting reaction is limited to the film surface, so it is difficult to improve the characteristics as an electrolyte membrane. It has been found.

特開2001−348439号公報JP 2001-348439 A 特開2002−348389号公報JP 2002-348389 A

本発明は、上述のような従来技術の問題点を克服するためになされたものであり、高分子固体電解質において、高分子イオン交換膜の欠点である、イオン交換容量が小さく、膜の寸法安定性が悪いこと、耐酸化性が低いこと、並びに耐熱性が低いこと、また、燃料であるメタノールや水素ガスのクロスオーバーを防ぐことを解決課題とする。   The present invention has been made in order to overcome the above-described problems of the prior art, and in polymer solid electrolytes, the ion exchange capacity is small, and the dimensional stability of the membrane is a drawback of the polymer ion exchange membrane. The problems to be solved are to have poor properties, low oxidation resistance, low heat resistance, and prevention of crossover of methanol or hydrogen gas as fuel.

本発明は、高いイオン交換容量と優れた耐酸化性及び寸法安定性とを有する高分子イオン交換膜及びその製造法を提供するものであり、特に、燃料電池への使用に適したイオン交換膜及びその製造法を提供する。   The present invention provides a polymer ion exchange membrane having a high ion exchange capacity and excellent oxidation resistance and dimensional stability and a method for producing the same, and in particular, an ion exchange membrane suitable for use in a fuel cell. And a method for manufacturing the same.

高分子フィルムに放射線照射し種々のモノマーをグラフト又は共グラフトし、得られたグラフト鎖にスルホン酸基を導入することに関して研究を進めた結果、基材として高分子フィルムを用い、この高分子フィルム基材に、水素イオン、ヘリウムイオン又は高エネルギー重イオンを照射してナノサイズの照射損傷領域を多数形成させ、この損傷領域に特定の官能性モノマーをグラフト重合させ、更に、グラフトした分子鎖中のハロゲン基やエステル基をスルホン酸基とする高分子イオン交換膜の製造法を発明するに至った。本発明の高分子イオン交換膜は、高分子フィルム基材へのモノマーのグラフト率が10〜120%、イオン交換容量が0.3〜2.5meq/gであることを特徴とする。また、本発明の高分子イオン交換膜は、イオン交換容量などの特性を広い範囲内で適切に制御できること、耐酸化性や耐熱性が高いこと、並びに膜の寸法安定性が高いことなどのきわめて優れた特徴を有する。   As a result of research on the introduction of sulfonic acid groups into the resulting graft chain by irradiating the polymer film with radiation and grafting or co-grafting various monomers, this polymer film was used as a substrate. The substrate is irradiated with hydrogen ions, helium ions, or high-energy heavy ions to form a large number of nano-sized irradiation damaged regions, and specific functional monomers are graft polymerized into the damaged regions. The present inventors have invented a method for producing a polymer ion exchange membrane having a sulfonic acid group as a halogen group or an ester group. The polymer ion exchange membrane of the present invention is characterized in that the graft ratio of the monomer to the polymer film substrate is 10 to 120% and the ion exchange capacity is 0.3 to 2.5 meq / g. In addition, the polymer ion exchange membrane of the present invention is capable of appropriately controlling characteristics such as ion exchange capacity within a wide range, has high oxidation resistance and heat resistance, and has high dimensional stability of the membrane. It has excellent characteristics.

本発明によって製造された高分子イオン交換膜は、優れた耐酸化性、寸法安定性、電気伝導性、及び耐メタノール特性と共に、広い範囲のイオン交換容量を有する。
このような特徴から、本発明のイオン交換膜は、特に燃料電池膜に適している。また、安価で耐久性のある電解膜やイオン交換膜として有用である。
The polymer ion exchange membrane produced by the present invention has a wide range of ion exchange capacities along with excellent oxidation resistance, dimensional stability, electrical conductivity, and methanol resistance.
Because of these characteristics, the ion exchange membrane of the present invention is particularly suitable for a fuel cell membrane. Moreover, it is useful as an inexpensive and durable electrolytic membrane or ion exchange membrane.

本発明の一態様においては、高分子フィルム基材として、ポリエチレンテレフタレートフィルム基材を用いる。
この膜に、サイクロトロン加速器などによって水素イオン、ヘリウムイオン又は高エネルギー重イオンを照射する。ここで、重イオンとは炭素イオン以上のイオンをいうものとする。これらのイオンの照射によって、高分子フィルムにイオン照射による照射損傷が生じ、その照射損傷領域は照射するイオンの質量やエネルギーに依存するが、イオン1個当たりおよそナノサイズから数百ナノサイズの広がりをもっている(H. Kudo and Y. Morita, J. Polym. Sci., Part B, Vol. 39, pp. 757-762(2001))。
In one embodiment of the present invention, a polyethylene terephthalate film substrate is used as the polymer film substrate.
This film is irradiated with hydrogen ions, helium ions or high-energy heavy ions by a cyclotron accelerator or the like. Here, heavy ions refer to ions that are higher than carbon ions. Irradiation of these ions causes irradiation damage to the polymer film due to ion irradiation, and the irradiation damage area depends on the mass and energy of the ions to be irradiated, but spreads from about nano size to several hundred nano size per ion. (H. Kudo and Y. Morita, J. Polym. Sci., Part B, Vol. 39, pp. 757-762 (2001)).

照射するイオンの数は個々のイオンによる照射損傷領域が重ならない程度に104〜1014個/cm2照射するのがよい。照射はサイクロン加速器などに接続された照射チェンバー内の照射台に、例えば、10cm×10cmのフィルム基材を固定し、照射チェンバー内を10-6Torr以下の真空に引いた状態で、高エネルギーイオンをスキャンしながら行なうのがよい。照射量は、予め高精度電流計で計測したイオン電流の電流量と照射時間から求めることができる。照射する高エネルギー重イオンの種類としては、炭素イオン以上の質量のイオンであって、加速器で実際にイオンを加速できるものがよい。 The number of ions to be irradiated is preferably 10 4 to 10 14 ions / cm 2 so that irradiation damaged areas by individual ions do not overlap. Irradiation is performed with high-energy ions in a state where, for example, a 10 cm × 10 cm film substrate is fixed to an irradiation stand in an irradiation chamber connected to a cyclone accelerator or the like, and a vacuum of 10 −6 Torr or less is drawn in the irradiation chamber. It is better to do this while scanning. The irradiation amount can be determined from the amount of ion current measured in advance with a high-precision ammeter and the irradiation time. As a kind of high energy heavy ions to be irradiated, ions having a mass greater than or equal to carbon ions, which can be actually accelerated by an accelerator, are preferable.

イオンの発生させ易さやイオンの取扱いの容易さから、炭素、窒素、酸素、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンなどのイオン種がより好適である。また、1個のイオンの照射損傷領域を大きくするためには、金イオン、ビスマスイオン、又はウランイオンなどの質量の大きなイオンを用いてもよい。イオンのエネルギーはイオン種にもよるが、高分子フィルム基材を厚さ方向に貫通するのに十分なエネルギーであればよく、例えば、厚さ50μmのポリエチレンテレフタレートフィルム基材では、炭素イオンは40MeV以上、ネオンイオンは80MeV以上、アルゴンイオンでは180MeV以上であり、同じく厚さ100μmでは、炭素イオンは62MeV以上、ネオンイオンは130MeV以上、アルゴンイオンでは300MeV以上である。また、キセノンイオン450MeVでは厚さ40μm、ウランイオン2.6GeVでは厚さ20μmのフィルム基材を貫通することができる。   Ion species such as carbon, nitrogen, oxygen, neon, argon, krypton, and xenon are more preferable from the viewpoint of easy generation of ions and easy handling of ions. Moreover, in order to enlarge the irradiation damage area | region of one ion, you may use large mass ions, such as a gold ion, a bismuth ion, or a uranium ion. Although the energy of ions depends on the ion species, it is sufficient if the energy is sufficient to penetrate the polymer film substrate in the thickness direction. For example, in a polyethylene terephthalate film substrate having a thickness of 50 μm, carbon ions are 40 MeV. As described above, neon ions are 80 MeV or more, and argon ions are 180 MeV or more. Similarly, at a thickness of 100 μm, carbon ions are 62 MeV or more, neon ions are 130 MeV or more, and argon ions are 300 MeV or more. Further, a film substrate having a thickness of 40 μm can be penetrated with xenon ion 450 MeV, and a film substrate having a thickness of 20 μm with uranium ion 2.6 GeV.

照射に用いるイオンがフィルム基材の膜厚の1/2程度の飛程でも、フィルムの両面から同種や異種のイオンを照射量を変えて照射したり、また、飛程の長いより軽いイオンと飛程の短いより重いイオンを組み合わせてフィルムの両面から照射したりすることによって、フィルムの表面から内部に向かって異なる照射損傷領域の分布を作り出すことができる。これは後述するグラフト反応において、フィルム内に異なる量又は長さのグラフト鎖、また、異なる形態の高分子構造を生ぜしめる。この結果、フィルム基材のグラフト鎖中のスルホン酸基の分布の変化を利用して、フィルム基材内の水分の分布やフィルムの燃料ガスの透過を制御することができる。   Even if the ion used for irradiation is about 1/2 the film thickness of the film substrate, the same or different ions are irradiated from both sides of the film while changing the irradiation amount. By irradiating from both sides of the film with a combination of heavier ions having a shorter range, it is possible to create different distributions of irradiation damage areas from the surface of the film toward the inside. This results in different amounts or lengths of graft chains in the film and also different forms of polymer structure in the grafting reaction described below. As a result, the distribution of moisture in the film substrate and the permeation of fuel gas in the film can be controlled using the change in the distribution of sulfonic acid groups in the graft chain of the film substrate.

また、重イオンではフィルムの膜厚を貫通するのに、上記のような非常に高いエネルギーのイオンが必要となる。例えば、22MeVの炭素イオンのポリエチレンテレフタレートフィルム基材中での飛程は25μm程度であり、厚さ50μmのこのフィルム基材を貫通させることはできない。50μmのポリエチレンテレフタレートフィルム基材を貫通するには40MeV程度のエネルギーが必要であるが、フィルムの両面から照射すれば22MeVの炭素イオンで十分である。より大きなエネルギーのイオンを発生させるには、より大きな加速器が必要になり、設備に大きな費用がかかる。このことからも、両面からのイオン照射は本発明におけるイオン交換膜製造にとってきわめて有効である。   Moreover, in order to penetrate the film thickness of a heavy ion, the ion of very high energy as mentioned above is required. For example, the range of 22 MeV carbon ions in a polyethylene terephthalate film substrate is about 25 μm, and the film substrate having a thickness of 50 μm cannot be penetrated. Energy of about 40 MeV is required to penetrate the 50 μm polyethylene terephthalate film substrate, but 22 MeV carbon ions are sufficient when irradiated from both sides of the film. Generating higher energy ions requires a larger accelerator and is expensive to install. Also from this fact, ion irradiation from both sides is extremely effective for the production of the ion exchange membrane in the present invention.

イオン交換能の大きな膜を得るにはイオンの照射量を多くすればよい。イオン照射量が多いと、フィルム基材が劣化したり、照射損傷領域が重なって後述するモノマーのグラフト効率が悪くなったりする。また、照射量が少ないと、モノマーのグラフト量が少なく十分なイオン交換容量が得られない。このことから、イオン照射量は104個/cm2〜1014個/cm2の範囲がよい。 In order to obtain a membrane having a large ion exchange capacity, the ion irradiation amount may be increased. When the ion irradiation amount is large, the film base material is deteriorated, or the irradiation damage regions are overlapped, and the graft efficiency of the monomer described later is deteriorated. Further, when the irradiation amount is small, the amount of monomer grafting is small and a sufficient ion exchange capacity cannot be obtained. Therefore, the ion irradiation amount is preferably in the range of 10 4 pieces / cm 2 to 10 14 pieces / cm 2 .

本発明による高分子イオン交換膜は、このイオン照射されたポリエチレンテレフタレートフィルム基材に以下に示すモノマーを加えて凍結脱気した後加熱し、フィルム基材に該モノマーをグラフト重合させ、さらに、グラフト分子鎖内のスルホニルハライド基[−SO21]、スルホン酸エステル基[−SO31]、又はハロゲン基[−X2]をスルホン酸基[−SO3H]とすることにより製造する。また、グラフト鎖内の炭化水素系モノマー単位に存在するフェニル基、ケトン、エーテル基などはクロルスルホン酸でスルホン酸基を導入して製造することができる。本発明において、フィルム基材にグラフト重合するモノマー(以下、「グラフトモノマー、又は単にモノマー」ともいう)は、以下の(1)〜(10)に示すモノマー又はモノマー/コモノマー系を使用することができる(以下、モノマーとはグラフト後、このモノマー単位にスルホン酸基を導入できるものをいい、コノモマーとはグラフト後、このコモノマー単位にスルホン酸基を容易には導入できないものをいうものとする)。 The polymer ion exchange membrane according to the present invention is prepared by adding the following monomers to the ion-irradiated polyethylene terephthalate film base material, freeze-degassing, heating, and graft-polymerizing the monomer onto the film base material. Produced by converting a sulfonyl halide group [—SO 2 X 1 ], a sulfonate group [—SO 3 R 1 ], or a halogen group [—X 2 ] in a molecular chain to a sulfonate group [—SO 3 H]. To do. Further, phenyl groups, ketones, ether groups, etc. present in the hydrocarbon monomer units in the graft chain can be produced by introducing sulfonic acid groups with chlorosulfonic acid. In the present invention, the monomer or the monomer / comonomer system shown in the following (1) to (10) may be used as a monomer (hereinafter also referred to as “graft monomer” or simply “monomer”) to be graft-polymerized on the film substrate. (Hereinafter, the monomer means that a sulfonic acid group can be introduced into this monomer unit after grafting, and the conomer means that the sulfonic acid group cannot be easily introduced into this comonomer unit after grafting) .

(1)A群:スルホニルハライド基を有するモノマーである、CF2=CF(SO21)(式中、X1はハロゲン基で−F又は−Clである。以下同じ。)、CH2=CF(SO21)、及びCF2=CF(OCH2(CF214SO21)からなる群から選択される1種類又は2種類以上のモノマー。 (1) Group A: a monomer having a sulfonyl halide group, CF 2 = CF (SO 2 X 1 ) (wherein X 1 is a halogen group, -F or -Cl; the same shall apply hereinafter), CH 2 = CF (SO 2 X 1) , and CF 2 = CF (OCH 2 ( CF 2) 1 ~ 4 SO 2 X 1) 1 or more kinds of monomers selected from the consisting of group.

(2)B群:スルホン酸エステル基を有するモノマーである、CF2=CF(SO31)(式中、R1はアルキル基で−CH3、−C25又は−C(CH33である。以下同じ。)、CH2=CF(SO31)、及びCF2=CF(OCH2(CF214SO31)からなる群から選択される1種類又は2種類以上のモノマー。 (2) Group B: CF 2 = CF (SO 3 R 1 ), which is a monomer having a sulfonate group (wherein R 1 is an alkyl group, —CH 3 , —C 2 H 5 or —C (CH 3 ) 3. The same shall apply hereinafter.) 1 ) selected from the group consisting of CH 2 ═CF (SO 3 R 1 ) and CF 2 ═CF (OCH 2 (CF 2 ) 1 to 4 SO 3 R 1 ). One type or two or more types of monomers.

(3)C群:CF2=CF(O(CH2142)(式中、X2はハロゲン基で−Br又は−Clである。以下同じ。)、及びCF2=CF(OCH2(CF2142)からなる群から選択される1種類又は2種類のモノマー。 (3) C group: CF 2 = CF (O ( CH 2) 1 ~ 4 X 2) (.. Wherein, X 2 is -Br or -Cl halogen group hereinafter), and CF 2 = CF One or two types of monomers selected from the group consisting of (OCH 2 (CF 2 ) 1 to 4 X 2 ).

(4)次のA〜C群:
A群:CF2=CF(SO21)(式中、X1はハロゲン基で−F又は−Clである。以下同じ。)、CH2=CF(SO21)、及びCF2=CF(OCH2(CF214SO21);
B群:CF2=CF(SO31)(式中、R1はアルキル基で−CH3、−C25、又は−C(CH33である。以下同じ。)、CH2=CF(SO31)、及びCF2=CF(OCH2(CF214SO31);
C群:CF2=CF(O(CH2142)(式中、X2はハロゲン基で−Br又は−Clである。以下同じ。)、及びCF2=CF(OCH2(CF2142
のうち少なくとも2以上の異なる群から選択される2種類以上のモノマー。
(4) The following groups A to C:
Group A: CF 2 = CF (SO 2 X 1) (.. Wherein, X 1 is is -F or -Cl halogen group hereinafter the same), CH 2 = CF (SO 2 X 1), and CF 2 = CF (OCH 2 (CF 2 ) 1 ~ 4 SO 2 X 1);
Group B: CF 2 = CF (SO 3 R 1 ) (wherein R 1 is an alkyl group and is —CH 3 , —C 2 H 5 , or —C (CH 3 ) 3. The same shall apply hereinafter), CH. 2 = CF (SO 3 R 1 ), and CF 2 = CF (OCH 2 ( CF 2) 1 ~ 4 SO 3 R 1);
Group C: CF 2 = CF (O ( CH 2) 1 ~ 4 X 2) (.. Wherein, X 2 is -Br or -Cl halogen group hereinafter), and CF 2 = CF (OCH 2 (CF 2 ) 1 to 4 X 2 )
2 or more types of monomers selected from at least 2 or more different groups.

(5)A群:CF2=CF(SO21)(式中、X1はハロゲン基で−F又は−Clである。以下同じ。)、CH2=CF(SO21)、及びCF2=CF(OCH2(CF214SO21)からなる群から選択される1種類又は2種類以上のモノマーに、アクリルモノマーである、CF2=CR2(COOR3)(式中、R2は−CH3又は−Fであり、R3は−H、−CH3、−C25又は−C(CH33である。以下同じ。)、及びCH2=CR2(COOR3)からなる群から選択される1種類以上のコモノマーを、全モノマー基準で50モル%以下の量加えたモノマー/コモノマー系。 (5) A Group: CF 2 = CF (SO 2 X 1) (.. Wherein, X 1 is is -F or -Cl halogen group hereinafter the same), CH 2 = CF (SO 2 X 1), And CF 2 = CF (OCH 2 (CF 2 ) 1 to 4 SO 2 X 1 ), one or more monomers selected from the group consisting of CF 2 = CR 2 (COOR 3 (Wherein R 2 is —CH 3 or —F, R 3 is —H, —CH 3 , —C 2 H 5 or —C (CH 3 ) 3 , and so on), and CH 2 = Monomer / comonomer system in which one or more comonomers selected from the group consisting of CR 2 (COOR 3 ) are added in an amount of 50 mol% or less based on the total monomers.

(6)B群:CF2=CF(SO31)(式中、R1はアルキル基で−CH3、−C25、又は−C(CH33である。以下同じ。)、CH2=CF(SO31)、及びCF2=CF(OCH2(CF214SO31)からなる群から選択される1種類又は2種類以上のモノマーに、アクリルモノマーである、CF2=CR2(COOR3)(式中、R2は−CH3又は−Fであり、R3は−H、−CH3、−C25又は−C(CH33である。以下同じ。)、及びCH2=CR2(COOR3)からなる群から選択される1種類以上のコモノマーを、全モノマー基準で50モル%以下の量加えたモノマー/コモノマー系。 (6) Group B: CF 2 = CF (SO 3 R 1 ) (wherein R 1 is an alkyl group, —CH 3 , —C 2 H 5 , or —C (CH 3 ) 3 . ), CH 2 ═CF (SO 3 R 1 ), and CF 2 ═CF (OCH 2 (CF 2 ) 1 to 4 SO 3 R 1 ), one or more monomers selected from the group consisting of An acrylic monomer, CF 2 ═CR 2 (COOR 3 ) (wherein R 2 is —CH 3 or —F, and R 3 is —H, —CH 3 , —C 2 H 5 or —C (CH 3) 3. hereinafter the same.), and CH 2 = CR 2 (one or more comonomers selected from the group consisting of COOR 3), of 50 mol% or less based on total monomers amount added monomer / comonomer system.

(7)C群:CF2=CF(O(CH2142)(式中、X2はハロゲン基で−Br又は−Clである。以下同じ。)、及びCF2=CF(OCH2(CF2)142)からなる群から選択される1種類又は2種類以上のモノマーに、アクリルモノマーである、CF2=CR2(COOR3)(式中、R2は−CH3又は−Fであり、R3は−H、−CH3、−C25又は−C(CH33である。以下同じ。)、及びCH2=CR2(COOR3)からなる群から選択される1種類以上のコモノマーを、全モノマー基準で50モル%以下の量加えたモノマー/コモノマー系。 (7) C group: CF 2 = CF (O ( CH 2) 1 ~ 4 X 2) (.. Wherein, X 2 is -Br or -Cl halogen group hereinafter), and CF 2 = CF One or two or more types of monomers selected from the group consisting of (OCH 2 (CF 2 ) 1 to 4 X 2 ) may be an acrylic monomer, CF 2 = CR 2 (COOR 3 ) (wherein R 2 Is —CH 3 or —F, R 3 is —H, —CH 3 , —C 2 H 5 or —C (CH 3 ) 3 , and so on.), And CH 2 = CR 2 (COOR 3 A monomer / comonomer system in which one or more kinds of comonomers selected from the group consisting of) are added in an amount of 50 mol% or less based on the total monomers.

(8)D群:スチレン、スチレン誘導体モノマーである2,4−ジメチルスチレン、ビニルトルエン、及び4−tert−ブチルスチレンからなる群から選択される1種類又は2種類以上のモノマー。   (8) Group D: One or more monomers selected from the group consisting of styrene, styrene derivative monomers 2,4-dimethylstyrene, vinyltoluene, and 4-tert-butylstyrene.

(9)E群:アセナフチレン、ビニルケトンCH2=CH(COR4)(式中、R4は−CH3、−C25又はフェニル基(−C65)である。)、及びビニルエーテルCH2=CH(OR5)(式中、R5は−Cn2n+1(n=1〜5)、−CH(CH3)2、−C(CH3)3、又はフェニル基である。)からなる群から選択される1種類又は2種類以上のモノマー。 (9) Group E: acenaphthylene, vinyl ketone CH 2 ═CH (COR 4 ) (wherein R 4 is —CH 3 , —C 2 H 5 or a phenyl group (—C 6 H 5 )), and vinyl ether. CH 2 ═CH (OR 5 ) (wherein R 5 is —C n H 2n + 1 (n = 1 to 5), —CH (CH 3 ) 2 , —C (CH 3 ) 3 , or phenyl group) One or more monomers selected from the group consisting of:

(10)次のD〜F群:
D群:スチレン、スチレン誘導体モノマーである2,4−ジメチルスチレン、ビニルトルエン、及び4−tert−ブチルスチレン;及び
E群:アセナフチレン、ビニルケトンCH2=CH(COR4)(式中、R4は−CH3、−C25又はフェニル基(−C65)である。)、及びビニルエーテルCH2=CH(OR5)(式中、R5は−Cn2n+1(n=1〜5)、−CH(CH3)2、−C(CH3)3、又はフェニル基である。)
F群:CF2=CR2(COOR3)(式中、R2は−CH3又は−Fであり、R3は−H、−CH3、−C25又は−C(CH33である。以下同じ。)、及びCH2=CR2(COOR3
のうち少なくとも2以上の異なる群から選択される2種類以上のモノマー/コモノマー系。
(10) The following D to F groups:
Group D: styrene, styrene derivative monomers 2,4-dimethylstyrene, vinyltoluene, and 4-tert-butylstyrene; and Group E: acenaphthylene, vinylketone CH 2 ═CH (COR 4 ) (wherein R 4 is —CH 3 , —C 2 H 5 or a phenyl group (—C 6 H 5 )), and vinyl ether CH 2 ═CH (OR 5 ) (wherein R 5 is —C n H 2n + 1 (n = 1~5), - CH (CH 3) 2, -C (CH 3) 3, or a phenyl group).
Group F: CF 2 = CR 2 (COOR 3 ) (wherein R 2 is —CH 3 or —F, and R 3 is —H, —CH 3 , —C 2 H 5 or —C (CH 3 )). 3. The same applies hereinafter.), And CH 2 = CR 2 (COOR 3 )
Two or more monomer / comonomer systems selected from at least two or more different groups.

ここで、上記の(5)〜(7)、及び(10)におけるアクリルモノマーとしては、例えば、CH2=C(CH3)(COOH)、CH2=CF(COOCH3)、CH2=CF(COOC(CH33)、CF2=CF(COOCH3)、又はCF2=C(CH3)(COOCH3)などがある。これらのコモノマーはグラフト後、これらのコモノマー単位にスルホン酸基を導入できないので、全モノマー基準で50モル%以下の量に抑えてモノマー/コモノマー系とするのが良い。 Here, the acrylic monomer in the above (5) to (7), and (10), for example, CH 2 = C (CH 3 ) (COOH), CH 2 = CF (COOCH 3), CH 2 = CF (COOC (CH 3 ) 3 ), CF 2 ═CF (COOCH 3 ), or CF 2 ═C (CH 3 ) (COOCH 3 ). Since these comonomers cannot introduce a sulfonic acid group into these comonomer units after grafting, it is preferable that the monomer / comonomer system be limited to 50 mol% or less based on the total monomers.

(1)〜(10)のモノマー、及びモノマー/コモノマーは、フレオン112(CCl2FCCl2F)、フレオン113(CCl2FCClF2)、ジクロロエタン、クロロメタン、n−ヘキサン、アルコール、t−ブタノール、ベンゼン、トルエン、シクロヘキサン、シクロヘキサノン、ジメチルスルホオキシド等の溶媒で希釈したものを用いてもよい。 The monomers (1) to (10) and the monomer / comonomer are Freon 112 (CCl 2 FCCl 2 F), Freon 113 (CCl 2 FCClF 2 ), dichloroethane, chloromethane, n-hexane, alcohol, t-butanol, You may use what was diluted with solvents, such as benzene, toluene, cyclohexane, cyclohexanone, and dimethylsulfoxide.

また、上記のモノマーに、ジビニルベンゼン、トリアリルシアヌレート、トリアリルイソシアヌレート、3,5−ビス(トリフルオロビニル)フェノール、及び3,5−ビス(トリフルオロビニロキシ)フェノールからなる群から選択される1種類以上の架橋剤を、全モノマー基準で30モル%以下の量添加してグラフト重合してもよい。   The monomer is selected from the group consisting of divinylbenzene, triallyl cyanurate, triallyl isocyanurate, 3,5-bis (trifluorovinyl) phenol, and 3,5-bis (trifluorovinyloxy) phenol. One or more kinds of crosslinking agents may be added and graft-polymerized in an amount of 30 mol% or less based on the total monomers.

グラフト重合は、ステンレス又はガラス製の耐圧容器にイオン照射したフィルム基材を入れて十分に真空に引き、予め不活性ガスのバブリングや凍結脱気により酸素ガスを除いたモノマーを加えてグラフト重合反応させる。グラフト重合温度は、室温〜モノマーや溶媒の沸点の温度で行なうことができ、通常、0℃〜100℃で行なう。酸素の存在はグラフト反応を阻害するため、これら一連の操作はアルゴンガスや窒素ガスなどの不活性ガス中で行い、また、モノマーやモノマーを溶媒に溶かした溶液は常法の処理(バブリングや凍結脱気)で酸素を除去した状態で使用する。グラフト率(実施例の式(1)参照)は、イオン照射線量とグラフト時間が長いほど高くなる。   Graft polymerization is a graft polymerization reaction in which a film base irradiated with ions is placed in a pressure vessel made of stainless steel or glass and sufficiently evacuated, and a monomer excluding oxygen gas is added in advance by bubbling of inert gas or freeze degassing. Let The graft polymerization temperature can be from room temperature to the boiling point of the monomer or solvent, and is usually 0 ° C to 100 ° C. Since the presence of oxygen hinders the grafting reaction, these series of operations are performed in an inert gas such as argon gas or nitrogen gas, and the monomer or a solution in which the monomer is dissolved in a solvent is treated in a conventional manner (bubbling or freezing). Use with oxygen removed by degassing. The graft ratio (see the formula (1) in the example) becomes higher as the ion irradiation dose and the grafting time are longer.

本発明で用いることのできるフィルム基材としては、モノマー溶液の浸透性がよい炭化水素系の高分子フィルムがあげられる。また、フッ素系の高分子フィルムはモノマー溶液の浸透性がよくないが、イオン照射をすることによりフィルム内部にモノマーが浸透し、内部でのグラフト反応が進行するようになる。本発明で用いることのできるフィルム基材としてポリエチレンテレフタレートフィルム基材の代わりに、超高分子量ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリアミド、芳香族ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリカーボネイト、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンサルファイド、又はポリスルホンフィルム基材を用いてもよい。   Examples of the film substrate that can be used in the present invention include hydrocarbon polymer films having good monomer solution permeability. In addition, although the fluorine-based polymer film does not have good penetrability of the monomer solution, the monomer penetrates into the film by irradiating ions, and the graft reaction proceeds inside. As a film substrate that can be used in the present invention, instead of a polyethylene terephthalate film substrate, ultrahigh molecular weight polyethylene, polypropylene, polystyrene, polyamide, aromatic polyamide, polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polycarbonate, polyether ketone, polyether Ether ketone, polyethersulfone, polyphenylene sulfide, or polysulfone film substrates may be used.

また、ポリエチレンテレフタレートフィルム基材の代わりに、ポリイミド系の高分子フィルムであるポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリベンゾイミダゾール、又はポリエーテルエーテルイミドフィルム基材を用いてもよい。   Instead of the polyethylene terephthalate film substrate, a polyimide-based polymer film such as polyimide, polyether imide, polyamide imide, polybenzimidazole, or polyether ether imide film substrate may be used.

更に、ポリエチレンテレフタレートフィルム基材の代わりに、ポリフッ化ビニリデン、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン−六フッ化プロピレン共重合体、又はテトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体フィルム基材を用いてもよい。   Furthermore, instead of the polyethylene terephthalate film substrate, polyvinylidene fluoride, ethylene-tetrafluoroethylene copolymer, polytetrafluoroethylene, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer, or tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether A copolymer film substrate may be used.

フッ素系フィルムは、架橋させると高分子構造中に架橋構造が形成されてモノマーのグラフト率が向上し、更に耐熱性が高くなるため、照射による膜強度の低下を抑制することができる。したがって、高温用途において高性能を発揮する燃料電池を製造するためには架橋フィルムを使用するのが好適である。例えば、グラフトモノマーとしてスチレンを用いた場合、未架橋のポリテトラフルオロエチレンに比べ、架橋ポリテトラフルオロエチレンではグラフト率を著しく増加させることができ、未架橋のポリテトラフルオロエチレンの2〜10倍のスルホン酸基を架橋ポリテトラフルオロエチレンに導入できることを本発明者らは既に見出している(特許文献1;特開2001−348439号公報参照)。架橋構造を有するテトラフルオロエチレン−六フッ化プロピレン共重合体やテトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体の製造方法はRadiation Physical Chemistry vol. 42, NO. 1/3, pp. 139-142, 1993に掲載されている。   When the fluorine-based film is crosslinked, a crosslinked structure is formed in the polymer structure, the graft ratio of the monomer is improved, and the heat resistance is further increased, so that a decrease in film strength due to irradiation can be suppressed. Therefore, it is preferable to use a crosslinked film in order to produce a fuel cell that exhibits high performance in high temperature applications. For example, when styrene is used as the graft monomer, the graft ratio can be significantly increased with crosslinked polytetrafluoroethylene compared to uncrosslinked polytetrafluoroethylene, which is 2 to 10 times that of uncrosslinked polytetrafluoroethylene. The present inventors have already found that a sulfonic acid group can be introduced into a crosslinked polytetrafluoroethylene (see Patent Document 1; JP-A-2001-348439). A method for producing a tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer or a tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer having a crosslinked structure is described in Radiation Physical Chemistry vol. 42, NO. 1/3, pp. 139-142, Published in 1993.

これらのことから、本発明においては、ポリエチレンテレフタレートフィルム基材の代わりに、架橋構造を有する超高分子量ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリアミド、芳香族ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリカーボネイト、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンサルファイド、又はポリスルホンフィルム基材を使用することも好適である。   Therefore, in the present invention, instead of the polyethylene terephthalate film substrate, ultrahigh molecular weight polyethylene having a crosslinked structure, polypropylene, polystyrene, polyamide, aromatic polyamide, polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polycarbonate, polyether ketone It is also preferred to use polyetheretherketone, polyethersulfone, polyphenylene sulfide, or polysulfone film substrates.

また、架橋構造を有するポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリベンゾイミダゾール、又はポリエーテルエーテルイミドフィルム基材も好適である。
同様に、架橋構造を有するポリフッ化ビニリデン、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン−六フッ化プロピレン共重合体、又はテトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体フィルム基材も好適である。
A polyimide, polyetherimide, polyamideimide, polybenzimidazole, or polyetheretherimide film substrate having a crosslinked structure is also suitable.
Similarly, polyvinylidene fluoride having a crosslinked structure, ethylene-tetrafluoroethylene copolymer, polytetrafluoroethylene, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer, or tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer film Substrates are also suitable.

グラフトしたフィルム基材にスルホン酸基を導入するには、上記(1)、(4)及び(5)のグラフトした分子鎖中の[−SO21]基を、高濃度の苛性カリ(KOH)又は苛性ソーダ(NaOH)の水溶液、水/アルコール溶液又は水/ジメチルスルホオキシド溶液中、室温〜100℃の温度で反応させて、スルホン酸塩[−SO3M](式中、Mはアルカリ金属でNa又はKである。)とし、次いでスルホン酸塩基を1N〜2N硫酸溶液中、60℃でスルホン酸基[−SO3H]とする。水/アルコール溶液に使用するアルコールは炭素数が1〜3のアルコールである。水/アルコール溶液や水/ジメチルスルホオキシド溶液の混合比は特に制限はない。 In order to introduce a sulfonic acid group into the grafted film substrate, the [—SO 2 X 1 ] group in the grafted molecular chain of the above (1), (4) and (5) is replaced with a high concentration of caustic potash (KOH). ) Or an aqueous solution of caustic soda (NaOH), a water / alcohol solution or a water / dimethylsulfoxide solution, at a temperature of room temperature to 100 ° C., and sulfonate [—SO 3 M] (wherein M is an alkali metal) Na or K.), and then the sulfonate group is converted to a sulfonate group [—SO 3 H] at 60 ° C. in a 1N to 2N sulfuric acid solution. The alcohol used in the water / alcohol solution is an alcohol having 1 to 3 carbon atoms. The mixing ratio of the water / alcohol solution or the water / dimethyl sulfoxide solution is not particularly limited.

また、上記(2)、(4)及び(6)のグラフトした分子鎖中の[−SO31]基は、1N程度の水酸化カリウム溶液中か、又は1N程度の硫酸溶液などの酸性溶液中、室温〜100℃の温度で反応させて加水分解し、スルホン酸基[−SO3H]とする。同様に、上記(3)、(4)及び(7)のグラフトした分子鎖中のハロゲン基[−X2]は、亜硫酸塩若しくは亜硫酸水素塩の水溶液、又は、亜硫酸塩若しくは亜硫酸水素塩の水/アルコール混合溶液中で反応させてスルホン酸塩基[−SO3M](式中、Mはアルカリ金属でNa又はKである。)とし、次いでスルホン酸塩基をスルホン酸基[−SO3H]とする。 In addition, the [—SO 3 R 1 ] group in the grafted molecular chain of (2), (4) and (6) above is either acidic in about 1N potassium hydroxide solution or about 1N sulfuric acid solution. The solution is reacted at a temperature of room temperature to 100 ° C. to hydrolyze to form a sulfonic acid group [—SO 3 H]. Similarly, the halogen group [—X 2 ] in the grafted molecular chain of (3), (4) and (7) above is an aqueous solution of sulfite or bisulfite, or water of sulfite or bisulfite. / Alcohol mixed solution to give a sulfonate group [—SO 3 M] (wherein M is an alkali metal and Na or K), and then the sulfonate group is converted to a sulfonate group [—SO 3 H]. And

更に、上記(8)〜(10)のグラフトした分子鎖、分子鎖中のフェニル基、ナフタレン基、ケトン、及びエーテル基はクロルスルホン酸のジクロルエタン溶液やクロロホルム溶液中、室温〜60℃の温度で反応させてスルホン酸基を導入することができる。ケトン及びエーテル基では、これらの基やこの周辺の構造に対する脱塩酸反応によって、グラフト鎖中にスルホン酸基が導入される。芳香環を有する炭化水素系のフィルム基材ではクロルスルホン酸によるスルホン基の導入は基材自身もスルホン化されるので、この場合には特に架橋構造を有するフィルム基材が有効である。   Furthermore, the grafted molecular chain of (8) to (10) above, the phenyl group, naphthalene group, ketone and ether group in the molecular chain are in a dichloroethane solution or chloroform solution of chlorosulfonic acid at a temperature of room temperature to 60 ° C. The sulfonic acid group can be introduced by reaction. In the case of the ketone and ether groups, a sulfonic acid group is introduced into the graft chain by dehydrochlorination reaction with respect to these groups and surrounding structures. In the case of a hydrocarbon-based film base material having an aromatic ring, introduction of a sulfone group by chlorosulfonic acid causes the base material itself to be sulfonated. In this case, a film base material having a crosslinked structure is particularly effective.

また、上記(9)及び(10)のアルキル基とフェニル基とを有するビニルケトンCH2=CH(COR4)、又はビニルエーテルCH2=CH(OR5)をグラフトモノマーとして使用する場合は、アルキル基とフェニル基のグラフト鎖内の存在比率を変えることによって、これらの基のスルホン化率の違いを利用してグラフト鎖内のスルホン酸基の分布を制御することができ、炭化水素系のグラフト鎖であっても耐酸化性を付与することができる。 In addition, when the vinyl ketone CH 2 ═CH (COR 4 ) or the vinyl ether CH 2 ═CH (OR 5 ) having an alkyl group and a phenyl group in the above (9) and (10) is used as a graft monomer, an alkyl group The distribution of sulfonic acid groups in the graft chain can be controlled by utilizing the difference in sulfonation rate of these groups by changing the abundance ratio of the phenyl group in the graft chain. Even so, oxidation resistance can be imparted.

さらに、上記(5)〜(7)により得られるグラフト鎖中のエステル基も、苛性ソーダ(NaOH)や苛性カリ(KOH)の溶液との反応によってカルボキシル基となる。カルボキシル基は、グラフトフィルムをイオン交換膜として用いた場合にフィルム中のイオン電導にとって重要である水分の保持にきわめて有用である。   Furthermore, the ester group in the graft chain obtained by the above (5) to (7) also becomes a carboxyl group by reaction with a solution of caustic soda (NaOH) or caustic potash (KOH). The carboxyl group is extremely useful for retaining moisture, which is important for ion conduction in the film when the graft film is used as an ion exchange membrane.

本発明による高分子イオン交換膜は、グラフト量、即ち、導入されたスルホン酸基の量によって、この膜のイオン交換容量を変えることができる。グラフト率(実施例の式(1)参照)は、同一のモノマーではイオンの線量が多いほど、また重イオンであるほど高く、フィルム基材とモノマーの接触時間(グラフト時間)が長い、又は、グラフト反応温度が高いほど高くなる。しかし、グラフト率は60〜80%で徐々に飽和する傾向を示す。本発明において、グラフト率は、フィルム基材に対し、10〜120%、好ましくは15〜100%がよい。   The polymer ion exchange membrane according to the present invention can change the ion exchange capacity of the membrane according to the graft amount, that is, the amount of sulfonic acid groups introduced. The graft ratio (see the formula (1) in the example) is higher as the dose of ions in the same monomer is higher, and is higher as heavy ions, and the contact time (grafting time) between the film substrate and the monomer is longer, or The higher the grafting reaction temperature, the higher. However, the graft ratio tends to be gradually saturated at 60 to 80%. In the present invention, the graft ratio is 10 to 120%, preferably 15 to 100%, relative to the film substrate.

ここでイオン交換容量とは、乾燥イオン交換膜の重量1g当たりのイオン交換基量(meq/g)である。グラフトモノマーの種類に依存するが、グラフト率が10%以下の場合はイオン交換容量はおよそ0.3meq/g以下であり、グラフト率が120%以上の場合は膜の膨潤が大きくなる。すなわち、イオン交換基を多く導入してグラフト率を高くすれば、イオン交換容量は高くなる。しかし、イオン交換基量を多くしすぎると、含水時に膜が膨潤して膜の強度が低下する。これらのことから、本発明の高分子イオン交換膜においては、イオン交換容量は0.3meq/g〜2.5meq/g、好ましくは、0.5meq/g〜2.0meq/gである。   Here, the ion exchange capacity is the amount of ion exchange groups (meq / g) per gram weight of the dry ion exchange membrane. Depending on the type of graft monomer, when the graft rate is 10% or less, the ion exchange capacity is about 0.3 meq / g or less, and when the graft rate is 120% or more, the swelling of the membrane increases. That is, if a large amount of ion exchange groups are introduced to increase the graft ratio, the ion exchange capacity increases. However, if the amount of ion-exchange groups is excessively large, the membrane swells when it contains water and the strength of the membrane decreases. Therefore, in the polymer ion exchange membrane of the present invention, the ion exchange capacity is 0.3 meq / g to 2.5 meq / g, preferably 0.5 meq / g to 2.0 meq / g.

以上のグラフト反応を用いる場合とは別に、架橋構造を有しないか若しくは架橋構造を有する、ポリフッ化ビニリデン、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体、超高分子量ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、又はポリアミドである高分子フィルム基材に、高エネルギー重イオンを104〜1014個/cm2照射するか、或いはフィルム基材の一つの表面に膜厚以下の飛程を有する高エネルギー重イオンを104〜1014個/cm2照射し、他の表面にフィルム内の飛程が重なるように、膜厚以下の飛程を有する同種又は異種のイオンを、前記の範囲内で照射量を変えて照射した後、該フィルム基材にクロルスルホン酸を反応させてフィルム基材分子鎖中に直接、スルホン酸基[−SO3H]を導入して高分子イオン交換膜を製造してもよい。この方法では、特に、炭素イオン以上の質量のあるイオンが有効である。これは、上記の高分子フィルム基材では分子内に−CH2−CH2−単位やCH2−CF2−単位が存在し、重イオン照射によってフィルム内の照射損傷領域に多くの二重結合や三級炭素についた水素原子が生成し、これがクロルスルホン酸と反応して高い濃度のスルホン酸基が固定されて、イオン交換能を示す高分子イオン交換膜が得られるためである。 Apart from the case of using the above grafting reaction, a polyvinylidene fluoride, ethylene-tetrafluoroethylene copolymer, ultrahigh molecular weight polyethylene, polypropylene, polystyrene, or polyamide that does not have a crosslinked structure or has a crosslinked structure. A molecular film substrate is irradiated with 10 4 to 10 14 ions / cm 2 of high energy heavy ions, or 10 4 to 10 of high energy heavy ions having a range less than the film thickness on one surface of the film substrate. After irradiating 14 ions / cm 2 and irradiating the same kind or different kind of ions having a range below the film thickness with different doses within the above range so that the range in the film overlaps with the other surface The polymer substrate is reacted with chlorosulfonic acid to introduce a sulfonic acid group [—SO 3 H] directly into the molecular chain of the film substrate to form a polymer ion exchange membrane. It may be manufactured. In this method, ions having a mass greater than that of carbon ions are particularly effective. This is because in the above polymer film substrate, there are —CH 2 —CH 2 — units or CH 2 —CF 2 — units in the molecule, and many double bonds are present in the irradiation damaged region in the film by heavy ion irradiation. This is because a hydrogen atom attached to the tertiary carbon is generated, and this reacts with chlorosulfonic acid to fix a high concentration of sulfonic acid groups, thereby obtaining a polymer ion exchange membrane exhibiting ion exchange ability.

イオン照射の代わりに、イオン照射後、更にX線、γ線、電子線の電離性放射線照射を照射して、モノマーをグラフト重合させたり、又は、クロルスルホン酸を反応させて高分子イオン交換膜を製造してもよい。   Instead of ion irradiation, after ion irradiation, irradiation with ionizing radiation of X-rays, γ-rays, and electron beams is further performed to graft polymerize monomers or react with chlorosulfonic acid to polymer ion exchange membranes. May be manufactured.

燃料電池膜においては、現在、燃料の候補の一つとしてメタノールが考えられているが、従来技術のパーフルオロスルホン酸膜であるナフィオン(登録商標)膜は、分子間の架橋構造がないためメタノールによって大きく膨潤し、燃料であるメタノールが電池膜を通してアノード(燃料極)からカソード(空気極)へと拡散する燃料のクロスオーバーが生じ、発電効率を低下させる問題が存在する。   In fuel cell membranes, methanol is currently considered as one of the fuel candidates, but the Nafion (registered trademark) membrane, which is a perfluorosulfonic acid membrane of the prior art, has no cross-linking structure between molecules. The fuel swells greatly, causing a fuel crossover in which methanol, which is a fuel, diffuses from the anode (fuel electrode) to the cathode (air electrode) through the cell membrane, resulting in a problem of reducing power generation efficiency.

燃料電池用イオン交換膜は、含水率が低すぎると運転条件のわずかな変化によって電気伝導度やガス透過係数が変わり好ましくない。従来のナフィオン(登録商標)膜は殆どが−CF2−で構成されているため、80℃以上の高い温度で電池を作動させると膜中の水原子が不足し、膜の導電率が急速に低下する。また、メタノール燃料によって膜全体が膨潤するので、メタノールや燃料ガスのクロスオーバーが顕著に起きる。これに対し、本発明のイオン交換膜は、本発明の高分子イオン交換膜においては、導入されたスルホン酸基の量やグラフトモノマーの分子構造によって、交換膜の含水率を制御することができ、また、スルホン酸基はイオンの軌跡である直線的な照射損傷領域のみに存在するので、膜の全体的な膨潤や燃料のクロスオーバーを低減することができる。 When the moisture content of the ion exchange membrane for a fuel cell is too low, the electric conductivity and gas permeability coefficient change due to slight changes in operating conditions, which is not preferable. Since most of the conventional Nafion (registered trademark) film is composed of -CF 2- , when the battery is operated at a high temperature of 80 ° C or higher, water atoms in the film are insufficient, and the conductivity of the film rapidly increases. descend. In addition, since the entire membrane is swollen by methanol fuel, crossover of methanol and fuel gas occurs remarkably. In contrast, in the ion exchange membrane of the present invention, in the polymer ion exchange membrane of the present invention, the water content of the exchange membrane can be controlled by the amount of sulfonic acid group introduced and the molecular structure of the graft monomer. In addition, since the sulfonic acid group exists only in the linear irradiation damage region which is the trajectory of ions, the overall swelling of the membrane and the crossover of the fuel can be reduced.

イオン照射は基材である高分子フィルムの分子構造や結晶構造に左右されず、多くの高分子フィルムに応用することができる。従って、本発明による高分子イオン交換膜においては、フィルム基材がメタノールを透過しないものであれば、水素イオンの移動はイオン照射損傷領域のスルホン酸化されたグラフト鎖を通してのみおこるので、メタノールを含めたアルコール類による膜の膨潤は殆ど認められない。したがって、本発明の高分子イオン交換膜は、改質器を用いずにメタノールを直接燃料とするダイレクト・メタノール型燃料電池(Direct Methanol Fuel Cell)の膜として有用である。   Ion irradiation is not affected by the molecular structure or crystal structure of the polymer film as a substrate, and can be applied to many polymer films. Therefore, in the polymer ion exchange membrane according to the present invention, if the film substrate does not permeate methanol, the movement of hydrogen ions occurs only through the sulfonated graft chain in the ion irradiation damaged region. Almost no swelling of the membrane by alcohols was observed. Therefore, the polymer ion exchange membrane of the present invention is useful as a membrane for a direct methanol fuel cell using methanol as a direct fuel without using a reformer.

本発明の高分子イオン交換膜は、スルホン酸基の他に、カルボキシル基などの親水基や炭化水素構造をグラフト鎖に導入することができる。含水率は主としてスルホン酸基の量に依存するが、10〜120重量%の範囲で制御することができる。一般的には、イオン交換容量が増すにつれて含水率も増大するが、本発明のイオン交換膜は含水率を制御できることから、膜の含水率は10〜120重量%、好ましくは、20〜100重量%とすることができる。   The polymer ion exchange membrane of the present invention can introduce a hydrophilic group such as a carboxyl group or a hydrocarbon structure into the graft chain in addition to the sulfonic acid group. The water content mainly depends on the amount of the sulfonic acid group, but can be controlled in the range of 10 to 120% by weight. In general, the water content increases as the ion exchange capacity increases. However, since the water content of the ion exchange membrane of the present invention can be controlled, the water content of the membrane is 10 to 120% by weight, preferably 20 to 100% by weight. %.

また、本発明の高分子イオン膜は、イオン交換容量が2.5meq/gとなる多量のスルホン酸基を導入しても、膜の力学的特性や寸法安定性が保たれ、実用に供することができる。高いイオン交換容量とすぐれた力学的特性とを有する膜は実用上極めて有用である。   In addition, the polymer ion membrane of the present invention can be put to practical use because the mechanical properties and dimensional stability of the membrane are maintained even when a large amount of sulfonic acid group having an ion exchange capacity of 2.5 meq / g is introduced. Can do. A membrane having a high ion exchange capacity and excellent mechanical properties is extremely useful in practice.

高分子イオン交換膜は、イオン交換容量とも関係する電気伝導度が高いものほど電気抵抗が小さく、電解質膜としての性能はすぐれている。しかし、25℃におけるイオン交換膜の電気伝導度が0.05(Ω・cm)-1以下である場合は、燃料電池としての出力性能が著しく低下することが多いため、イオン交換膜の電気伝導度は0.05(Ω・cm)-1以上、より高性能のイオン交換膜では0.10(Ω・cm)-1以上に設計されていることが多い。本発明によるイオン交換膜では、25℃におけるイオン交換膜の電気伝導度がナフィオン(登録商標)膜と同等かそれよりも高い値が得られた。 The higher the electric conductivity related to the ion exchange capacity of the polymer ion exchange membrane, the smaller the electric resistance and the better the performance as an electrolyte membrane. However, when the electric conductivity of the ion exchange membrane at 25 ° C. is 0.05 (Ω · cm) −1 or less, the output performance as a fuel cell often deteriorates remarkably. In many cases, the degree is designed to be 0.05 (Ω · cm) −1 or more, and 0.10 (Ω · cm) −1 or more for higher performance ion exchange membranes. In the ion exchange membrane according to the present invention, the electric conductivity of the ion exchange membrane at 25 ° C. was equal to or higher than that of the Nafion (registered trademark) membrane.

イオン交換膜の電気伝導度を高めるため、イオン交換膜の厚さを薄くすることも考えられる。しかし現状では、過度に薄いイオン交換膜は破損しやすく、イオン交換膜自体の製作が難しい。したがって、通常では厚さ30〜200μmのイオン交換膜が使われている。本発明においては、膜厚は10〜300μm、好ましくは20〜150μmの範囲が有効である。   In order to increase the electric conductivity of the ion exchange membrane, it is conceivable to reduce the thickness of the ion exchange membrane. However, at present, an excessively thin ion exchange membrane is easily damaged, and it is difficult to manufacture the ion exchange membrane itself. Therefore, an ion exchange membrane having a thickness of 30 to 200 μm is usually used. In the present invention, a film thickness of 10 to 300 μm, preferably 20 to 150 μm is effective.

燃料電池膜においては、膜の耐酸化性は膜の耐久性(寿命)に関係する極めて重要な特性である。これは電池稼働中に発生するOHラジカル等がイオン交換膜を攻撃して、膜を劣化させるためである。高分子フィルムに炭化水素系のスチレンをグラフトした後、ポリスチレングラフト鎖をスルホン化して得た高分子イオン交換膜の耐酸化性は極めて低い。例えば、グラフト率93%のポリスチレン鎖をスルホン化したポリスチレングラフト架橋フッ素樹脂イオン交換膜は、80℃の3%過酸化水素水溶液中では、約60分でイオン交換膜が劣化し、イオン交換容量がほぼ半分となる(比較例3)。これは、OHラジカルの攻撃によって、ポリスチレン鎖が容易に分解するためである。   In a fuel cell membrane, the oxidation resistance of the membrane is a very important characteristic related to the durability (life) of the membrane. This is because OH radicals and the like generated during battery operation attack the ion exchange membrane and deteriorate the membrane. A polymer ion exchange membrane obtained by grafting hydrocarbon-based styrene to a polymer film and then sulfonating polystyrene graft chains has extremely low oxidation resistance. For example, a polystyrene graft-crosslinked fluororesin ion exchange membrane sulfonated with a polystyrene chain having a graft ratio of 93% deteriorates in about 60 minutes in an aqueous 3% hydrogen peroxide solution at 80 ° C. It becomes almost half (Comparative Example 3). This is because the polystyrene chain is easily decomposed by the attack of OH radicals.

これに対し、本発明による高分子イオン交換膜は、グラフト鎖がフッ素系モノマーの重合体、ないしは、炭化水素系モノマーの高度架橋体であり、しかもグラフト体がナノオーダーの極微細な照射損傷領域にあるため耐酸化性がきわめて高く、80℃の3%過酸化水素水溶液中に24時間以上置いてもイオン交換容量はほとんど変化しない。   In contrast, the polymer ion exchange membrane according to the present invention is a polymer having a fluorine-based monomer as a graft chain or a highly cross-linked product of a hydrocarbon-based monomer, and the graft body has a nano-order extremely fine irradiation damage region. Therefore, the oxidation resistance is extremely high, and the ion exchange capacity hardly changes even when placed in a 3% hydrogen peroxide aqueous solution at 80 ° C. for 24 hours or more.

以上のように、本発明の高分子イオン交換膜は、優れた寸法安定性や耐酸化性、耐メタノール性を有すると共に、膜としての重要な特性であるイオン交換容量を0.3〜2.5meq/gの広い範囲で制御できることが特徴である。   As described above, the polymer ion exchange membrane of the present invention has excellent dimensional stability, oxidation resistance, and methanol resistance, and has an ion exchange capacity of 0.3-2. It can be controlled in a wide range of 5 meq / g.

以下、本発明を実施例及び比較例により説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
各測定値は以下の測定によって求めた。
Hereinafter, although an example and a comparative example explain the present invention, the present invention is not limited to this.
Each measured value was determined by the following measurement.

(1)グラフト率
フィルム基材を主鎖部、フッ素モノマーやこれらと炭化水素系モノマー等とのグラフト重合した部分をグラフト鎖部とすると、主鎖部に対するグラフト鎖部の重量比は、次式のグラフト率(Xdg(重量%))で表される。
(1) Graft ratio When the film base is a main chain part, and a graft polymerized part of a fluorine monomer or a hydrocarbon monomer and the like is a graft chain part, the weight ratio of the graft chain part to the main chain part is as follows: The graft ratio (X dg (% by weight)).

Figure 0004576620
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(2)イオン交換容量
膜のイオン交換容量(Iex(meq/g))は次式で表される。
(2) Ion Exchange Capacity The ion exchange capacity (I ex (meq / g)) of the membrane is expressed by the following equation.

Figure 0004576620
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n(酸基)obsの測定は、正確を期すため、膜を再度1M(1モル)硫酸溶液中に50℃で4時間浸漬し、完全に酸型(H型)とした。その後、3MのNaCl水溶液中50℃、4時間浸漬して−SO3Na型とし、置換されたプロトン(H+)を0.2NのNaOHで中和滴定し酸基濃度を求めた。 For the measurement of n (acid group) obs , the membrane was again immersed in a 1 M (1 mol) sulfuric acid solution at 50 ° C. for 4 hours for complete accuracy, so that the acid form (H form) was completely obtained. Then, it was immersed in a 3 M NaCl aqueous solution at 50 ° C. for 4 hours to form —SO 3 Na type, and the substituted proton (H + ) was neutralized with 0.2 N NaOH to determine the acid group concentration.

(3)含水率
室温で水中に保存しておいたH型のイオン交換膜を水中から取り出し軽くふき取った後(約1分後)の膜の重量をWs(g)とし、その後、この膜を60℃にて16時間、真空乾燥した時の膜の重量Wd(g)を乾燥重量とすると、Ws、Wdから次式により含水率が求められる。
(3) Moisture content After removing the H-type ion exchange membrane stored in water at room temperature from the water and wiping it lightly (after about 1 minute), the weight of the membrane is defined as W s (g). When the weight W d (g) of the film when vacuum-dried at 60 ° C. for 16 hours is defined as the dry weight, the water content can be obtained from W s and W d by the following equation.

Figure 0004576620
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(4)電気伝導度
イオン交換膜の電気伝導性は、交流法による測定(新実験化学講座19、高分子化学〈II〉、p.992,丸善)で、通常の膜抵抗測定セルとヒュ−レットパッカード製のLCRメータ、E-4925Aを使用して膜抵抗(Rm)の測定を行った。1M硫酸水溶液をセルに満たして膜の有無による白金電極間(距離5mm)の抵抗を測定し、膜の電気伝導度(比伝導度)は次式を用いて算出した。
(4) Electrical conductivity The electrical conductivity of the ion exchange membrane is measured by the AC method (New Experimental Chemistry Course 19, Polymer Chemistry <II>, p.992, Maruzen). Membrane resistance (R m ) was measured using a LCR meter, E-4925A, manufactured by Let Packard. The cell was filled with a 1M aqueous sulfuric acid solution, and the resistance between platinum electrodes (distance 5 mm) depending on the presence or absence of the film was measured. The electric conductivity (specific conductivity) of the film was calculated using the following equation.

Figure 0004576620
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電気伝導度測定値の比較のために、直流法でMark W. Verbrugge, Robert F. Hill等(J. Electrochem. Soc., 137, 3770-3777(1990))と類似のセル及びポテンショスタット、関数発生器を用いて測定した。交流法と直流法の測定値には良い相関性が見られた。下記の表1の値は交流法による測定値である。 Cell and potentiostats and functions similar to those of Mark W. Verbrugge, Robert F. Hill et al. (J. Electrochem. Soc., 137, 3770-3777 (1990)) by DC method for comparison of electrical conductivity measurements. Measured using a generator. There was a good correlation between the measured values of the AC and DC methods. The values in Table 1 below are measured values by the AC method.

(5)耐酸化性(重量残存率%)
60℃で16時間真空乾燥後のイオン交換膜の重量をW3とし、80℃の3%過酸化水素溶液に24時間処理したイオン交換膜の乾燥後重量をW4とする。
(5) Oxidation resistance (weight residual rate%)
The weight of the ion exchange membrane after vacuum drying at 60 ° C. for 16 hours is defined as W 3, and the weight after drying of the ion exchange membrane treated with a 3% hydrogen peroxide solution at 80 ° C. for 24 hours is defined as W 4 .

Figure 0004576620
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(6)膜の長さ膨潤度(%)
スルホン酸型膜の室温における湿潤状態(水)の膜の一辺の長さをL0とし、膜を所定の条件にてメタノール溶液に浸漬した後、室温におけるメタノール溶液湿潤状態での膜の同じ片の長さをLMとすると
(6) Film length swelling degree (%)
The length of one side of a sulfonic acid type membrane in a wet state (water) at room temperature is L 0 , and the membrane is immersed in a methanol solution under predetermined conditions, and then the same piece of the membrane in a methanol solution wet state at room temperature If the length of L is L M

Figure 0004576620
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(実施例1)
ポリエチレンテレフタレート(以下、PETと略す)フィルム基材(厚さ38μm、ヘキスト社製)10cm×10cmをAVFサイクロトロン加速器(日本原子力研究所、高崎研究所)のビームラインにある照射装置(内径60cmφ×高さ100cm)内のスキャンビーム照射台に取付け、容器内を10-6Torrに脱気して、450MeV、Xe(キセノン)イオンを3×108個/cm2照射した。イオン電流は予め同様の照射台上にイオンビームを当てて測定し、次いで照射中のフィルムを透過してきたイオンの電荷量を計測して照射量を求めた。
Example 1
An irradiation device (inner diameter 60 cmφ × high) of polyethylene terephthalate (hereinafter abbreviated as PET) film base (thickness 38 μm, manufactured by Hoechst) 10 cm × 10 cm in the beam line of the AVF cyclotron accelerator (Japan Atomic Energy Research Institute, Takasaki Research Laboratory) The inside of the container was degassed to 10 −6 Torr and irradiated with 450 MeV, Xe (xenon) ions at 3 × 10 8 ions / cm 2 . The ion current was measured in advance by irradiating an ion beam on the same irradiation table, and the irradiation amount was obtained by measuring the charge amount of the ions transmitted through the film being irradiated.

照射容器からフィルムを取り出し、手早くフィルムを2cm×2cmに切断し、コック付きのガラス製セパラブル容器(内径3cmφ×高さ15cm)に入れ、次いで、1,2,2−トリフルオロエチレンスルホニルフルオライド(CF2=CF(SO2F))をフィルムが浸るまで入れ、凍結脱気を繰り返してモノマー液体や穿孔フィルム中の空気を除いた。最後に、ガラス容器内をアルゴンガスで置換して密封した。この状態でガラス容器を60℃にして48時間放置した後、フィルムを取り出し、トルエン、次いでアセトンで洗浄し、減圧乾燥した。式(1)によって求めたフィルムのグラフト率は17%であった。 Take out the film from the irradiation container, quickly cut it into 2cm x 2cm, put it in a separable container made of glass with a cock (inner diameter 3cmφ x height 15cm), then 1,2,2-trifluoroethylenesulfonyl fluoride ( CF 2 = CF (SO 2 F)) was added until the film was immersed, and freeze deaeration was repeated to remove the monomer liquid and air in the perforated film. Finally, the inside of the glass container was replaced with argon gas and sealed. In this state, the glass container was kept at 60 ° C. for 48 hours, and then the film was taken out, washed with toluene and then with acetone, and dried under reduced pressure. The graft ratio of the film calculated | required by Formula (1) was 17%.

このグラフトPETフィルムを、20重量%KOHのメタノール/水(1:2)溶液中、80℃で24時間反応させた。反応後、フィルムを取り出し、水洗し、2Nの硫酸溶液中、60℃で4時間処理した。本実施例で得られた高分子イオン膜のグラフト率、イオン交換容量(式(2))、含水率(式(3))、及び、電気伝導度(式(4))を下記の表1に示す。   This grafted PET film was reacted at 80 ° C. for 24 hours in a methanol / water (1: 2) solution of 20 wt% KOH. After the reaction, the film was taken out, washed with water, and treated in a 2N sulfuric acid solution at 60 ° C. for 4 hours. The graft ratio, ion exchange capacity (formula (2)), moisture content (formula (3)), and electrical conductivity (formula (4)) of the polymer ion membrane obtained in this example are shown in Table 1 below. Shown in

(実施例2)
実施例1と同様にして450MeV、Xe(キセノン)イオンを3×108個/cm2照射した。得られたイオン照射PETフィルム基材を2cm×2cmに切断しコック付きのガラス製セパラブル容器(内径3cmφ×高さ15cm)に入れて、さらに、1,2,2−トリフルオロエチレンスルホニルメトキサイド(CF2=CF(SO3CH3))をフィルムが浸るまで入れ、凍結脱気を繰り返してモノマー液体やフィルム中の空気を除いた。最後に、ガラス容器内をアルゴンガスで置換して密封した。このガラス容器を60℃にして48時間放置し、この後、フィルムを取りだし、トルエン、ついでアセトンで洗浄し、さらに、減圧乾燥した。式(1)によって求めたフィルムのグラフト率は22%であった。
(Example 2)
In the same manner as in Example 1, 3 × 10 8 ions / cm 2 were irradiated with 450 MeV and Xe (xenon) ions. The obtained ion-irradiated PET film substrate was cut into 2 cm × 2 cm and placed in a glass separable container with a cock (inner diameter 3 cmφ × height 15 cm), and further 1,2,2-trifluoroethylenesulfonylmethoxide ( CF 2 ═CF (SO 3 CH 3 )) was added until the film was immersed, and freeze deaeration was repeated to remove monomer liquid and air in the film. Finally, the inside of the glass container was replaced with argon gas and sealed. The glass container was allowed to stand at 60 ° C. for 48 hours, and then the film was taken out, washed with toluene and then with acetone, and further dried under reduced pressure. The graft ratio of the film calculated | required by Formula (1) was 22%.

このグラフトPETフィルムを20重量%、KOHのプロパノール/水(1:2)溶液、80℃で12時間反応させた。反応後、フィルム膜を取り出し、水洗し、1Nの硫酸溶液中、60℃で4時間処理した。本実施例で得られた高分子イオン交換膜のグラフト率、イオン交換容量、含水率、及び電気伝導度を下記の表1に示す。   This grafted PET film was reacted at 20% by weight in a propanol / water (1: 2) solution of KOH at 80 ° C. for 12 hours. After the reaction, the film membrane was taken out, washed with water, and treated in a 1N sulfuric acid solution at 60 ° C. for 4 hours. The graft ratio, ion exchange capacity, water content, and electrical conductivity of the polymer ion exchange membrane obtained in this example are shown in Table 1 below.

(実施例3)
実施例1と同様にして520MeV、Kr(クリプトン)イオンを3×108個/cm2照射した。得られたイオン照射PETフィルムを2cm×2cmに切断しコック付きのガラス製セパラブル容器(内径3cmφ×高さ15cm)に入れ、次いで1,2,2−トリフルオロエチレンスルホニルフルオライド(CF2=CFSO2F)とメチル−1,2,2−トリフルオロアクリレート(CF2=CFCOOCH3)を容量比3:2に混合した溶液をフィルムが浸るまで入れ、凍結脱気を繰り返してモノマー液体やフィルム中の空気を除いた。最後に、ガラス容器内をアルゴンガスで置換して密封した。この状態でガラス容器を60℃にして48時間放置した後、フィルムを取り出し、トルエン、次いでアセトンで洗浄し、減圧乾燥した。式(1)によって求めたフィルムのグラフト率は36%であった。
(Example 3)
In the same manner as in Example 1, 3 × 10 8 ions / cm 2 of 520 MeV and Kr (krypton) ions were irradiated. The obtained ion-irradiated PET film was cut into 2 cm × 2 cm and placed in a glass separable container with a cock (inner diameter 3 cmφ × height 15 cm), and then 1,2,2-trifluoroethylenesulfonyl fluoride (CF 2 = CFSO 2 F) and methyl-1,2,2-trifluoroacrylate (CF 2 = CFCOOCH 3 ) in a volume ratio of 3: 2 are added until the film is immersed, and freeze degassing is repeated until the monomer liquid or film The air was removed. Finally, the inside of the glass container was replaced with argon gas and sealed. In this state, the glass container was kept at 60 ° C. for 48 hours, and then the film was taken out, washed with toluene and then with acetone, and dried under reduced pressure. The graft ratio of the film determined by the formula (1) was 36%.

このグラフトPETフィルムを20重量%KOHのイソプロパノール/水(1:2)溶液、80℃で24時間反応させた。反応後、フィルムを取り出し、水洗し、2Nの硫酸溶液中、60℃で4時間処理した。本実施例で得られた高分子イオン交換膜のグラフト率、イオン交換容量、含水率、及び電気伝導度を下記の表1に示す。   This grafted PET film was reacted for 24 hours at 80 ° C. in an isopropanol / water (1: 2) solution of 20 wt% KOH. After the reaction, the film was taken out, washed with water, and treated in a 2N sulfuric acid solution at 60 ° C. for 4 hours. The graft ratio, ion exchange capacity, water content, and electrical conductivity of the polymer ion exchange membrane obtained in this example are shown in Table 1 below.

(実施例4)
架橋したポリフッ化ビニリデン(以下、PVDFと略す)フィルムを得るために以下の照射を行った。厚さ25μmのポリフッ化ビニリデンフィルム基材(クレハ化学製)の10cm×10cmをSUS製オートクレーブ照射容器(内径7cmφ×高さ30cm)に入れ、容器内を10-3Torrに脱気してアルゴンガスに置換した。その後、PVDFフィルムを室温で60Co−γ線を線量率5kGy/hで線量500kGy(100時間)照射した。照射後、PVDFフィルムの架橋状態をジメチルホルムアミド溶媒でゲル化率を測定したところ80%であった。
Example 4
In order to obtain a crosslinked polyvinylidene fluoride (hereinafter abbreviated as PVDF) film, the following irradiation was performed. A 25 cm thick polyvinylidene fluoride film substrate (manufactured by Kureha Chemical) was placed in a 10 cm x 10 cm SUS autoclave irradiation vessel (inner diameter 7 cmφ x 30 cm in height), and the inside of the vessel was degassed to 10 -3 Torr and argon gas Replaced with Thereafter, the PVDF film was irradiated with 60 Co-γ rays at room temperature at a dose rate of 5 kGy / h and a dose of 500 kGy (100 hours). After irradiation, when the gelation rate of the crosslinked state of the PVDF film was measured with a dimethylformamide solvent, it was 80%.

この架橋PVDFフィルム基材に実施例1と同様の方法にて、450MeV、Xeイオンの3×108個/cm2量照射した。イオン照射後、PVDFフィルム基材を手早く2cm×2cmに切断しコック付きのガラス製セパラブル容器(内径3cmφ×高さ15cm)に入れて、さらに、1,2,2−トリフルオロエチレンスルホニルフルオライド(CF2=CF(SO2F))とメチル−1−フルオロアクリレート(CH2=CF(COOCH3))を容量比3:1に混合した溶液をフィルムが浸るまで入れ、凍結脱気を繰り返してモノマー液体やフィルム中の空気を除いた。最後に、ガラス容器内をアルゴンガスで置換して密封した。この状態でガラス容器を60℃にして48時間放置し、この後、フィルムを取りだし、トルエン、ついでアセトンで洗浄し、さらに、減圧乾燥した。式(1)によって求めたフィルムのグラフト率は27%であった。 The crosslinked PVDF film substrate was irradiated in the same manner as in Example 1 in an amount of 3 × 10 8 ions / cm 2 of 450 MeV and Xe ions. After the ion irradiation, the PVDF film substrate is quickly cut into 2 cm × 2 cm, put into a glass separable container with a cock (inner diameter 3 cmφ × height 15 cm), and further, 1,2,2-trifluoroethylenesulfonyl fluoride ( CF 2 = CF (SO 2 F)) and methyl-1-fluoroacrylate (CH 2 = CF (COOCH 3 )) mixed in a volume ratio of 3: 1 are added until the film is immersed, and freeze deaeration is repeated. Monomer liquid and air in the film were removed. Finally, the inside of the glass container was replaced with argon gas and sealed. In this state, the glass container was left at 60 ° C. for 48 hours, and then the film was taken out, washed with toluene, then with acetone, and further dried under reduced pressure. The graft ratio of the film calculated | required by Formula (1) was 27%.

このグラフトPVDFフィルムを20重量%、KOHのジメチルスルホオキシド/水(1:2)溶液、80℃で24時間反応させた。反応後、フィルム膜を取り出し、水洗し、2Nの硫酸溶液中、60℃で4時間処理した。本実施例で得られた高分子イオン膜のグラフト率、イオン交換容量、含水率、及び電気伝導度を下記の表1に示す。   This grafted PVDF film was reacted at 20% by weight in a dimethyl sulfoxide / water (1: 2) solution of KOH at 80 ° C. for 24 hours. After the reaction, the film membrane was taken out, washed with water, and treated in a 2N sulfuric acid solution at 60 ° C. for 4 hours. The graft ratio, ion exchange capacity, moisture content, and electrical conductivity of the polymer ion membrane obtained in this example are shown in Table 1 below.

(実施例5)
実施例1と同様にして450MeV、Xe(キセノン)イオンを3×108個/cm2照射した。得られたイオン照射PETフィルム基材を2cm×2cmに切断しコック付きのガラス製セパラブル容器(内径3cmφ×高さ15cm)に入れて、さらに、スチレン(CH2=CH(C65))とビニルトルエン(CH2=CH(C64(CH3))の容量比2:1の溶液に5vol%のジビニルベンゼンを加えた溶液をフィルムが浸るまで入れ、凍結脱気を繰り返してモノマー溶液や穿孔フィルム中の空気を除いた。最後に、ガラス容器内をアルゴンガスで置換して密封した。この状態でガラス容器を60℃にして16時間放置し、この後、フィルムを取りだし、トルエン、ついでアセトンで洗浄し、さらに、減圧乾燥した。式(1)によって求めたフィルムのグラフト率は73%であった。
(Example 5)
In the same manner as in Example 1, 3 × 10 8 ions / cm 2 were irradiated with 450 MeV and Xe (xenon) ions. The obtained ion-irradiated PET film substrate was cut into 2 cm × 2 cm, placed in a glass separable container with a cock (inner diameter 3 cmφ × height 15 cm), and further styrene (CH 2 = CH (C 6 H 5 )). And a solution of 5 vol% divinylbenzene in a 2: 1 volume ratio solution of vinyl toluene (CH 2 ═CH (C 6 H 4 (CH 3 )) until the film is immersed, and freeze degassing is repeated until monomer The solution and the air in the perforated film were removed, and the inside of the glass container was replaced with argon gas and sealed.In this state, the glass container was left at 60 ° C. for 16 hours, and then the film was taken out and toluene was removed. The film was then washed with acetone and dried under reduced pressure, and the graft ratio of the film determined by the formula (1) was 73%.

このグラフトPET膜を室温にて0.5モルのクロルスルホン酸溶液(溶媒は1,2−ジクロルエタン)で12時間、室温で放置しスルホン化した。本実施例で得られた高分子イオン膜のグラフト率、イオン交換容量、含水率、及び電気伝導度を表1に示す。   The grafted PET membrane was sulfonated by standing at room temperature for 12 hours with a 0.5 molar chlorosulfonic acid solution (the solvent was 1,2-dichloroethane) at room temperature. Table 1 shows the graft ratio, ion exchange capacity, water content, and electrical conductivity of the polymer ion membrane obtained in this example.

(実施例6)
架橋したポリテトラフルオロエチレン(以下、PTFEと略す)フィルムを得るために以下の照射を行った。厚さ50μmのPTFEフィルム(日東電工製)の10cm×10cm角をヒーター付きのSUS製オートクレーブ照射容器(内径7cmφ×高さ30cm)に入れ、容器内を10-3Torrに脱気してアルゴンガスに置換した。その後、電気ヒーターで加熱してPTFEフィルムの温度を340℃として、60Co−γ線を線量率3kGy/hで線量90kGy(30時間)照射した。照射後、容器を冷却してPTFEフィルムを取り出した。この高温照射で得られた架橋PTFEフィルムは、フィルムの透明性が上がっていることから、結晶サイズが未架橋PTFEよりもかなり小さくなっていることを示している。
(Example 6)
In order to obtain a crosslinked polytetrafluoroethylene (hereinafter abbreviated as PTFE) film, the following irradiation was performed. Place a 10cm x 10cm square of 50µm thick PTFE film (Nitto Denko) into a SUS autoclave irradiation container (inner diameter 7cmφ x height 30cm) with a heater, and degas the container to 10 -3 Torr with argon gas Replaced with Then, the temperature of the PTFE film was set to 340 ° C. by heating with an electric heater, and 60 Co-γ rays were irradiated at a dose rate of 3 kGy / h and a dose of 90 kGy (30 hours). After irradiation, the container was cooled and the PTFE film was taken out. The crosslinked PTFE film obtained by this high-temperature irradiation shows that the crystal size is considerably smaller than that of uncrosslinked PTFE because the transparency of the film is increased.

この架橋したPTFEフィルムに実施例1と同様の方法によって、フィルム基材の表面に20MeVの炭素イオンを4×108個/cm2照射し、もう片方の面(裏面)に120MeVのAr(アルゴン)イオンを3×108個/cm2照射した。イオン照射されたPTFEフィルムを2cm×2cmに切断しコック付きのガラス製セパラブル容器(内径3cmφ×高さ15cm)に入れて、さらに、スチレン(CH2=CH(C65))とビニルトルエン(CH2=CH(C64(CH3)))の容量比2:1の溶液に5vol%のジビニルベンゼンを加えた溶液をフィルムが浸るまで入れ、凍結脱気を繰り返してモノマー溶液や穿孔フィルム中の空気を除いた。最後に、ガラス容器内をアルゴンガスで置換して密封した。この状態でガラス容器を60℃にして16時間放置し、この後、フィルムを取りだし、トルエン、ついでアセトンで洗浄し、さらに、減圧乾燥した。式(1)によって求めたフィルムのグラフト率は66%であった。 This crosslinked PTFE film was irradiated with 20 MeV of carbon ions at 4 × 10 8 ions / cm 2 on the surface of the film substrate in the same manner as in Example 1, and 120 MeV Ar (argon) on the other surface (back surface). ) Ion was irradiated with 3 × 10 8 ions / cm 2 . The ion-irradiated PTFE film is cut into 2 cm × 2 cm, put into a glass separable container with a cock (inner diameter 3 cmφ × height 15 cm), and further styrene (CH 2 ═CH (C 6 H 5 )) and vinyltoluene. A solution of (CH 2 = CH (C 6 H 4 (CH 3 ))) in a volume ratio of 2: 1 is added with a solution of 5 vol% divinylbenzene until the film is immersed, and freeze degassing is repeated until the monomer solution or Air in the perforated film was removed. Finally, the inside of the glass container was replaced with argon gas and sealed. In this state, the glass container was kept at 60 ° C. for 16 hours, and then the film was taken out, washed with toluene and then with acetone, and further dried under reduced pressure. The graft ratio of the film obtained by the formula (1) was 66%.

このグラフトPTFE膜を室温にて0.5モルのクロルスルホン酸溶液(溶媒は1,2−ジクロルエタン)で12時間、室温で放置しスルホン化した。本実施例で得られた高分子イオン膜のグラフト率、イオン交換容量、含水率、及び電気伝導度を表1に示す。   The grafted PTFE membrane was sulfonated at room temperature for 12 hours with a 0.5 molar chlorosulfonic acid solution (solvent: 1,2-dichloroethane) at room temperature. Table 1 shows the graft ratio, ion exchange capacity, water content, and electrical conductivity of the polymer ion membrane obtained in this example.

(実施例7)
実施例4と同様の方法にて得た架橋PVDFフィルムに、実施例1と同様の装置にて、30MeVの炭素イオン、5×108個/cm2量照射した。イオン照射PVDFフィルムを2cm×2cmに切断しコック付きのガラス製セパラブル容器(内径3cmφ×高さ15cm)に入れて、さらに、0.5モルのクロルスルホン酸溶液(溶媒は1,2−ジクロルエタン)をフィルムが浸るまで入れた。ガラス容器を封じ、室温で24時間放置しフィルムをスルホン化した。
(Example 7)
The crosslinked PVDF film obtained by the same method as in Example 4 was irradiated with 30 MeV of carbon ions and 5 × 10 8 pieces / cm 2 in the same apparatus as in Example 1. The ion-irradiated PVDF film is cut to 2 cm x 2 cm and placed in a glass separable container with a cock (inner diameter 3 cmφ x height 15 cm), and 0.5 mol of chlorosulfonic acid solution (solvent is 1,2-dichloroethane) Until the film is immersed. The glass container was sealed and allowed to stand at room temperature for 24 hours to sulfonate the film.

本実施例で得られた高分子イオン膜のイオン交換容量、含水率、及び電気伝導度を下記の表1に示す。   The ion exchange capacity, water content, and electric conductivity of the polymer ion membrane obtained in this example are shown in Table 1 below.

(実施例8)
高分子イオン交換膜のアルコールによる膨潤度を測定した。実施例1〜7によって得られた膜、及びナフィオン117(デュポン社製)を3Nの硫酸溶液に浸漬し、スルホン酸基をH型とした。次いで室温水に浸漬し、湿潤状態で寸法を測定した。次に膜をメタノール濃度80vol%水溶液に浸けて60℃、3時間保持し、その後、室温まで一夜放冷した後、膜の寸法変化を測定した。その結果を表1に示す。本実施例で得られた膜は、ナフィオン膜に比べメタノールによる膜の膨潤がほとんど認められないので、直接メタノール型燃料電池の膜材料としてきわめて有効である。
表1より本発明の有効性が実証された。
(Example 8)
The degree of swelling of the polymer ion exchange membrane with alcohol was measured. The membranes obtained in Examples 1 to 7 and Nafion 117 (manufactured by DuPont) were dipped in a 3N sulfuric acid solution to make the sulfonic acid group H-shaped. Subsequently, it was immersed in room temperature water, and the dimension was measured in the wet state. Next, the membrane was immersed in an aqueous 80 vol% methanol concentration and held at 60 ° C. for 3 hours, and then allowed to cool to room temperature overnight, and then the dimensional change of the membrane was measured. The results are shown in Table 1. The membrane obtained in this example is very effective as a membrane material for a direct methanol fuel cell because the membrane is hardly swollen by methanol as compared with the Nafion membrane.
Table 1 demonstrates the effectiveness of the present invention.

(比較例1,2)
下記の表1に示したナフィオン115、ナフィオン117(ともにデュポン社製)について測定されたイオン交換容量、含水率、及び電気伝導度の結果を表1の比較例1、2に示す。
(Comparative Examples 1 and 2)
The results of ion exchange capacity, water content, and electrical conductivity measured for Nafion 115 and Nafion 117 (both manufactured by DuPont) shown in Table 1 below are shown in Comparative Examples 1 and 2 in Table 1.

(比較例3)
実施例6と同様な方法で得られた架橋PTFEフィルム(厚さ50μm)をコック付きのガラス製セパラブル容器(内径3cmφ×高さ15cm)に入れて脱気後アルゴンガスで置換した。この状態で架橋PTFEフィルムに、再びγ線(線量率10kGy/h)を45kGy室温で照射した。アルゴンガスのバブリングによって酸素を除きアルゴンガス置換したスチレンモノマーを、架橋PTFEフィルムの入ったガラス容器に、膜が浸漬されるまで導入した。容器内を攪拌し、60℃で6時間反応させた。その後、グラフト共重合膜をトルエン、次いでアセトンで洗浄し、乾燥した。グラフト率は93%であった。このグラフト重合膜を0.5Mクロルスルホン酸溶液(溶媒は1,2−ジクロルタン)に浸漬し60℃、24時間スルホン化反応を行った。その後、この膜を水洗いしてスルホン酸基とした。
(Comparative Example 3)
The crosslinked PTFE film (thickness 50 μm) obtained by the same method as in Example 6 was put in a glass separable container (inner diameter 3 cmφ × height 15 cm) with a cock, and then replaced with argon gas. In this state, the crosslinked PTFE film was again irradiated with γ rays (dose rate 10 kGy / h) at 45 kGy at room temperature. Styrene monomer, in which oxygen was removed by bubbling with argon gas and substituted with argon gas, was introduced into a glass container containing a crosslinked PTFE film until the membrane was immersed. The container was stirred and reacted at 60 ° C. for 6 hours. Thereafter, the graft copolymer membrane was washed with toluene and then with acetone and dried. The graft rate was 93%. This graft polymerized membrane was immersed in a 0.5 M chlorosulfonic acid solution (the solvent was 1,2-dichlorotan) and subjected to sulfonation reaction at 60 ° C. for 24 hours. Thereafter, this membrane was washed with water to obtain sulfonic acid groups.

Figure 0004576620
Figure 0004576620

Claims (8)

高分子フィルム基材の一つの表面に膜厚以下の飛程を有する水素イオン、ヘリウムイオン、又は高エネルギー重イオンを10 4 〜10 14 個/cm 2 照射し、他の表面にフィルム内の飛程が重なるように、膜厚以下の飛程を有する同種又は異種のイオンを前記の範囲内で照射量を変えて照射し、該フィルム基材にスルホニルハライド基を有するモノマーである、CF2=CF(SO21)(式中、X1はハロゲン基で−F又は−Clである。以下同じ。)、CH2=CF(SO21)、及びCF2=CF(OCH2(CF214SO21)からなる群から選択される1種類又は2種類以上のモノマーを加えて脱気後加熱し、該フィルム基材に該モノマーをグラフト重合させ、グラフトした分子鎖中のハロゲン基[−X1]をスルホン酸塩[−SO3M](式中、Mはアルカリ金属でNa又はKである。)とし、次いでスルホン酸塩基をスルホン酸基[−SO3H]とすることを特徴とする、高分子イオン交換膜の製造方法。 One surface of the polymer film substrate is irradiated with 10 4 to 10 14 ions / cm 2 of hydrogen ions, helium ions, or high-energy heavy ions having a range less than the film thickness , and the other surface is exposed to the flying in the film. CF 2 = a monomer having a sulfonyl halide group on the film substrate by irradiating the same or different ions having a range of less than or equal to the film thickness with the irradiation amount changed within the above range. CF (SO 2 X 1 ) (wherein X 1 is a halogen group —F or —Cl; the same shall apply hereinafter), CH 2 ═CF (SO 2 X 1 ), and CF 2 ═CF (OCH 2 ( CF 2 ) 1 to 4 SO 2 X 1 ) One or two or more types of monomers selected from the group consisting of CF 2 ) 1 and two or more types of monomers are added, heated after degassing, the monomers are graft polymerized onto the film substrate, and the grafted molecules Halogen group [—X 1 ] in the chain is converted to sulfonic acid A polymer ion, characterized in that it is a salt [—SO 3 M] (wherein M is an alkali metal and is Na or K), and then the sulfonate group is a sulfonate group [—SO 3 H]. An exchange membrane manufacturing method. 更に、アクリルモノマーである、CF2=CR2(COOR3)(式中、R2は−CH3又は−Fであり、R3は−H、−CH3、−C25又は−C(CH33である。以下同じ。)、及びCH2=CR2(COOR3)からなる群から選択される1種類以上のコモノマーを、全モノマー基準で50モル%以下の量加えてグラフト重合させる、請求項1に記載の高分子イオン交換膜の製造方法。 Furthermore, CF 2 ═CR 2 (COOR 3 ) (wherein R 2 is —CH 3 or —F, and R 3 is —H, —CH 3 , —C 2 H 5 or —C, which is an acrylic monomer. (CH 3 ) 3. The same shall apply hereinafter.) And one or more comonomers selected from the group consisting of CH 2 ═CR 2 (COOR 3 ) and added in an amount of 50 mol% or less based on the total monomers. The method for producing a polymer ion exchange membrane according to claim 1, which is polymerized. 高分子フィルム基材が、ポリエチレンテレフタレート、超高分子量ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリアミド、芳香族ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリカーボネイト、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンサルファイド、又はポリスルホンフィルム基材である、請求項1又は2に記載の高分子イオン交換膜の製造方法。 Polymer film base material is polyethylene terephthalate, ultra high molecular weight polyethylene, polypropylene, polystyrene, polyamide, aromatic polyamide, polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polycarbonate, polyether ketone, polyether ether ketone, polyether sulfone, polyphenylene sulfide, Or the manufacturing method of the polymer ion exchange membrane of Claim 1 or 2 which is a polysulfone film base material. 高分子フィルム基材が、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリベンゾイミダゾール、又はポリエーテルエーテルイミドフィルム基材である、請求項1又は2に記載の高分子イオン交換膜の製造方法。 The method for producing a polymer ion exchange membrane according to claim 1 or 2 , wherein the polymer film substrate is a polyimide, polyetherimide, polyamideimide, polybenzimidazole, or polyetheretherimide film substrate. 高分子フィルム基材が、ポリフッ化ビニリデン、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン−六フッ化プロピレン共重合体、又はテトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体フィルム基材である、請求項1又は2に記載の高分子イオン交換膜の製造方法。 Polymer film substrate is polyvinylidene fluoride, ethylene-tetrafluoroethylene copolymer, polytetrafluoroethylene, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer, or tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer film The manufacturing method of the polymer ion exchange membrane of Claim 1 or 2 which is a base material. 高分子フィルム基材が架橋構造を有する、請求項1〜のいずれか1項に記載の高分子イオン交換膜の製造方法。 The method for producing a polymer ion exchange membrane according to any one of claims 1 to 5 , wherein the polymer film substrate has a crosslinked structure. 更に、ジビニルベンゼン、トリアリルシアヌレート、トリアリルイソシアヌレート、3,5−ビス(トリフルオロビニル)フェノール、及び3,5−ビス(トリフルオロビニロキシ)フェノールからなる群から選択される1種類以上の架橋剤を、全モノマー基準で30モル%以下の量加えてグラフト重合させる、請求項1〜のいずれか1項に記載の高分子イオン交換膜の製造方法。 Further, one or more selected from the group consisting of divinylbenzene, triallyl cyanurate, triallyl isocyanurate, 3,5-bis (trifluorovinyl) phenol, and 3,5-bis (trifluorovinyloxy) phenol The method for producing a polymer ion exchange membrane according to any one of claims 1 to 6 , wherein the crosslinking agent is added in an amount of 30 mol% or less based on the total amount of monomers to cause graft polymerization. グラフト率が10〜120%、イオン交換容量が0.3〜2.5meq/gであることを特徴とする、請求項1〜のいずれか1項に記載の高分子イオン交換膜の製造方法。 The method for producing a polymer ion exchange membrane according to any one of claims 1 to 7 , wherein the graft ratio is 10 to 120% and the ion exchange capacity is 0.3 to 2.5 meq / g. .
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