JP4733352B2 - Polyarylene polymer composition and use thereof - Google Patents

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Description

本発明は、ポリアリーレン重合体組成物およびその用途に関し、さらに詳しくは、燃料電池、水電解、ハロゲン化水素酸電解、食塩電解、酸素濃縮器、湿度センサ、ガスセンサ等に用いられる高分子電解質膜等として好適な、耐酸化性に優れ、かつ薄膜化可能な高分子電解質であるポリアリーレン重合体組成物およびその用途に関するものである。   The present invention relates to a polyarylene polymer composition and uses thereof, and more specifically, a polymer electrolyte membrane used in fuel cells, water electrolysis, hydrohalic acid electrolysis, salt electrolysis, oxygen concentrators, humidity sensors, gas sensors, and the like. In particular, the present invention relates to a polyarylene polymer composition which is a polymer electrolyte excellent in oxidation resistance and capable of being formed into a thin film, and uses thereof.

高分子電解質は、高分子鎖中にスルホン酸基等の電解質基を有する高分子材料であり、特定のイオンと強固に結合したり、陽イオンまたは陰イオンを選択的に透過したりする性質を有していることから、粒子、繊維または膜状に成形し、各種の用途に利用されている。   A polyelectrolyte is a polymer material having an electrolyte group such as a sulfonic acid group in a polymer chain, and has a property of binding firmly to a specific ion or selectively permeating a cation or an anion. Since it has, it shape | molds in particle | grains, a fiber, or film | membrane form, and is utilized for various uses.

高分子電解質の用途としては、例えば、近年地球環境への悪影響が殆どない発電システムとして知られている固体高分子型燃料電池が挙げられる。固体高分子型燃料電池は、電解質膜の両面に一対の電極を設け、改質ガス等の水素を含む燃料ガスを一方の電極(燃料極)へ供給し、空気等の酸素を含む酸化剤ガスを他方の電極(空気極)へ供給し、燃料が酸化する際に発生する化学エネルギーを、直接電気エネルギーとして取り出す電池である。また、高分子電解質は、水電解にも利用される。水電解とは、水を電気分解することにより水素と酸素を製造するものであり、燃料電池の逆の反応と考えることが出来る。   Examples of the use of the polymer electrolyte include a solid polymer fuel cell known as a power generation system that has little adverse effect on the global environment in recent years. A polymer electrolyte fuel cell has a pair of electrodes on both surfaces of an electrolyte membrane, supplies a fuel gas containing hydrogen such as reformed gas to one electrode (fuel electrode), and an oxidant gas containing oxygen such as air Is supplied to the other electrode (air electrode), and the chemical energy generated when the fuel is oxidized is directly taken out as electric energy. The polymer electrolyte is also used for water electrolysis. Water electrolysis is the production of hydrogen and oxygen by electrolyzing water, and can be considered as the reverse reaction of a fuel cell.

ところで、このような燃料電池あるいは水電解のために高分子電解質を利用する場合、耐久性が問題となる。実際の燃料電池または水電解の反応においては、主反応以外に副反応が生じ、その副反応により高分子電解質が劣化する。副反応の代表的なものが過酸化水素(H22)の発生である。この過酸化水素は、不純物として混入したり、または意図的に混ぜることによって燃料ガス中に含まれる酸素、または酸素極で高分子電解質にとけ込んだ酸素が水素極上で反応し生成すると考えられる。過酸化水素は、酸化力の強い物質であり、高分子電解質を構成する多くの有機化合物が過酸化水素により酸化され高分子電解質が劣化する。このような劣化のメカニズムは、詳しく明らかにされてはいないが、多くの場合、過酸化水素がラジカル化し、生成した過酸化水素ラジカルが酸化反応の直接の反応物質になっていると考えられる。 By the way, when using a polymer electrolyte for such a fuel cell or water electrolysis, durability becomes a problem. In an actual fuel cell or water electrolysis reaction, a side reaction occurs in addition to the main reaction, and the polymer electrolyte deteriorates due to the side reaction. A typical side reaction is the generation of hydrogen peroxide (H 2 O 2 ). It is considered that this hydrogen peroxide is generated as a result of oxygen contained in the fuel gas mixed as an impurity or intentionally mixed, or oxygen dissolved in the polymer electrolyte at the oxygen electrode reacting on the hydrogen electrode. Hydrogen peroxide is a substance having a strong oxidizing power, and many organic compounds constituting the polymer electrolyte are oxidized by the hydrogen peroxide to deteriorate the polymer electrolyte. Although the mechanism of such deterioration has not been clarified in detail, in many cases, it is considered that hydrogen peroxide is radicalized and the generated hydrogen peroxide radical is a direct reactant of the oxidation reaction.

高分子電解質の耐久性を向上させるための方法としては、電池反応によって発生する過酸化物に対する耐酸化性に優れた高耐久性高分子電解質が開示されている(特許文献1参照)。ここで開示されている方法では、高分子電解質中に過酸化物を接触分解する触媒能を有する遷移金属酸化物を分散配合するか、過酸化物の分解を抑制する金属過酸化物などの過酸化物安定剤を分散配合するか、フェノール性水酸基を高分子電解質に化学結合により導入するかの少なくともいずれかの手段をとっている。   As a method for improving the durability of a polymer electrolyte, a highly durable polymer electrolyte excellent in oxidation resistance against peroxide generated by a battery reaction has been disclosed (see Patent Document 1). In the method disclosed herein, a transition metal oxide having a catalytic ability to catalytically decompose peroxides is dispersed and blended in the polymer electrolyte, or a metal peroxide or the like that suppresses decomposition of the peroxides. At least one means of dispersing and blending an oxide stabilizer or introducing a phenolic hydroxyl group into the polymer electrolyte by a chemical bond is taken.

しかし、有機系化合物ではない金属過酸化物を高分子電解質中に配合すると、均一に混
ざらず微小なクラックを発生させ、それが原因となり極端に膜強度が低下する。一般に、燃料電池の出力は、高分子電解質膜を薄膜化することによって向上させることが可能になることが知られており、遷移金属酸化物や金属過酸化物を添加することにより耐久性を向上させることが出来る反面、膜強度が低下するというのは重大な問題である。
However, when a metal peroxide, which is not an organic compound, is blended in the polymer electrolyte, it does not mix evenly and generates microcracks, which causes the film strength to be extremely reduced. In general, it is known that the output of a fuel cell can be improved by thinning the polymer electrolyte membrane, and the durability is improved by adding a transition metal oxide or metal peroxide. However, it is a serious problem that the film strength is lowered.

また、フェノール性水酸基を高分子電解質に化学結合により導入する方法により高いラジカル耐性を発現させるには非常に多くのフェノール性水酸基の導入が必要であり、高分子電解質のプロトン伝導度が低下する致命的な問題が発生する。
特開2001−118591号公報
In addition, in order to develop high radical resistance by the method of introducing a phenolic hydroxyl group into a polymer electrolyte by chemical bonding, it is necessary to introduce a very large amount of phenolic hydroxyl group, and the proton conductivity of the polymer electrolyte is lowered. Problems occur.
JP 2001-118591 A

本発明の課題は、高酸化耐性、高プロトン伝導性、高強度、高弾性を有し、容易に薄膜化可能な高分子電解質組成物およびその用途を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a polymer electrolyte composition that has high oxidation resistance, high proton conductivity, high strength, and high elasticity and can be easily formed into a thin film, and uses thereof.

本発明によれば下記ポリアリーレン重合体組成物およびそれからなる高分子電解質、プロトン伝導膜が提供されて、本発明の前記目的が達成される。
(1)
下記一般式(A)で表されるスルホン酸エステル化合物を含む単量体を重合して得られるスルホン酸エステル基を有するポリアリーレンを、加水分解して得られるスルホン酸基を有するポリアリーレンと、
ヒンダードフェノール系化合物、ヒンダードアミン系化合物、有機リン化合物および有機イオウ化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種の添加剤を含有することを特徴とするポリアリーレン重合体組成物;
According to the present invention, the following polyarylene polymer composition, a polymer electrolyte comprising the same, and a proton conducting membrane are provided to achieve the object of the present invention.
(1)
A polyarylene having a sulfonic acid group obtained by hydrolyzing a polyarylene having a sulfonic acid ester group obtained by polymerizing a monomer containing a sulfonic acid ester compound represented by the following general formula (A);
A polyarylene polymer composition comprising at least one additive selected from the group consisting of a hindered phenol compound, a hindered amine compound, an organic phosphorus compound, and an organic sulfur compound;

Figure 0004733352
Figure 0004733352

(式中、Xはフッ素を除くハロゲン原子、−OSO3CH3および−OSO3CF3から選ばれる原子または基を示し、Aは2価の電子吸引性基を示し、Bは2価の電子供与基または直接結合を示し、mは0〜10の整数を示し、nは0〜10の整数を示し、kは1〜4の整数を示し、Raは炭素原子数4〜20の炭化水素基を示し、Arは−SO3b(但し、
bは炭素原子数4〜20の炭化水素基を示す。)で表される置換基を有する芳香族基を
示す)。
(2)
前記スルホン酸基を有するポリアリーレン100重量部に対して、添加剤を全重量で0.01〜10重量部含有することを特徴とする上記(1)に記載のポリアリーレン重合体組成物。
(3)
上記(1)ないし(2)のいずれか1項に記載のポリアリーレン重合体組成物からなる高分子電解質。
(4)
上記(1)ないし(2)のいずれか1項に記載のポリアリーレン重合体組成物からなるプロトン伝導膜。
(Wherein X represents a halogen atom excluding fluorine, an atom or group selected from —OSO 3 CH 3 and —OSO 3 CF 3 , A represents a divalent electron-withdrawing group, and B represents a divalent electron. donating group or a direct bond are shown, m represents an integer of 0, n represents an integer of 0, k is an integer of 1 to 4, R a is a hydrocarbon having 4-20 carbon atoms A group, Ar is —SO 3 R b (wherein
R b represents a hydrocarbon group having 4 to 20 carbon atoms. ) Represents an aromatic group having a substituent represented by:
(2)
The polyarylene polymer composition as described in (1) above, wherein the additive contains 0.01 to 10 parts by weight of the total weight with respect to 100 parts by weight of the polyarylene having a sulfonic acid group.
(3)
A polymer electrolyte comprising the polyarylene polymer composition according to any one of (1) to (2) above.
(4)
A proton conducting membrane comprising the polyarylene polymer composition according to any one of (1) to (2) above.

本発明に係るポリアリーレン重合体組成物を構成する重合体は、スルホン酸基を有するポリアリーレンであり、一般に高強度、高弾性を有するポリマー骨格として知られるポリフェニレン構造を有しているので、高強度、高弾性を有し、容易に薄膜化可能な高分子電解質を作製することが出来る。   The polymer constituting the polyarylene polymer composition according to the present invention is a polyarylene having a sulfonic acid group and generally has a polyphenylene structure known as a polymer skeleton having high strength and high elasticity. A polymer electrolyte having strength and high elasticity and capable of being easily formed into a thin film can be produced.

本発明に係るポリアリーレン重合体組成物は、発生したラジカルを補足するための添加剤が導入されているので、酸化耐性に優れた高分子電解質膜を提供できるという効果がある。   The polyarylene polymer composition according to the present invention has an effect of providing a polymer electrolyte membrane excellent in oxidation resistance since an additive for capturing generated radicals is introduced.

本発明に係るポリアリーレン重合体組成物に用いた添加剤は、有機系化合物であるので、スルホン酸基を有するポリアリーレンと均一に混和し、高い破断強度および弾性率を維持するという効果がある。   Since the additive used in the polyarylene polymer composition according to the present invention is an organic compound, it has the effect of being uniformly mixed with the polyarylene having a sulfonic acid group and maintaining high breaking strength and elastic modulus. .

本発明に係るポリアリーレン重合体組成物に用いた添加剤は、スルホン酸基を有するポリアリーレンに添加しても、スルホン酸基を有するポリアリーレンは高いプロトン伝導性を維持するという効果がある。   Even if the additive used in the polyarylene polymer composition according to the present invention is added to a polyarylene having a sulfonic acid group, the polyarylene having a sulfonic acid group has an effect of maintaining high proton conductivity.

本発明に係るポリアリーレン重合体組成物に用いた添加剤は、薄膜化した電解質においても高強度、高弾性率、高いプロトン伝導性を維持しつつ、高ラジカル耐久性を付与できるので、高出力の燃料電池を開発できるという効果がある。   Since the additive used in the polyarylene polymer composition according to the present invention can provide high radical durability while maintaining high strength, high elastic modulus, and high proton conductivity even in a thin film electrolyte, it has high output. It is possible to develop a fuel cell.

本発明に係るポリアリーレン重合体組成物を構成する重合体は、多数のフェノール性水酸基を化学結合により電解質導入しているわけではないので、プロトン伝導度を低下させることはない。   The polymer constituting the polyarylene polymer composition according to the present invention does not reduce the proton conductivity because a large number of phenolic hydroxyl groups are not introduced into the electrolyte by chemical bonds.

以上のように、高分子電解質である本発明に係るポリアリーレン重合体組成物は、高プロトン伝導度、高強度、および高弾性率を有し、耐久性に優れており、かつ容易に薄膜化が可能であるので、これを例えば燃料電池に応用した場合には、高出力化等に寄与するものであり、産業上その効果の極めて大きい発明である。   As described above, the polyarylene polymer composition according to the present invention, which is a polymer electrolyte, has high proton conductivity, high strength, and high elastic modulus, is excellent in durability, and can be easily thinned. Therefore, when this is applied to, for example, a fuel cell, it contributes to an increase in output and the like, and is an invention having an extremely large effect in the industry.

以下、本発明に係るポリアリーレン重合体組成物およびそれからなる高分子電解質、プロトン伝導膜について詳細に説明する。   Hereinafter, the polyarylene polymer composition according to the present invention, the polymer electrolyte comprising the same, and the proton conductive membrane will be described in detail.

本発明に係るポリアリーレン重合体組成物は、スルホン酸基を有するポリアリーレンと、ヒンダードフェノール系化合物、ヒンダードアミン系化合物、有機リン化合物および有機イオウ化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種の添加剤を含有している。   The polyarylene polymer composition according to the present invention includes at least one additive selected from the group consisting of a polyarylene having a sulfonic acid group, a hindered phenol compound, a hindered amine compound, an organic phosphorus compound, and an organic sulfur compound. Contains.

(スルホン酸基を有するポリアリーレン)
本発明に係るポリアリーレン重合体組成物の主要部分を構成するスルホン酸基を有するポリアリーレンとしては、下記一般式(A)で表されるスルホン酸エステル化合物を含む単量体を重合して得られるスルホン酸エステル基を有するポリアリーレンを、加水分解して得られる重合体または共重合体である。
(Polyarylene having a sulfonic acid group)
The polyarylene having a sulfonic acid group constituting the main part of the polyarylene polymer composition according to the present invention is obtained by polymerizing a monomer containing a sulfonic acid ester compound represented by the following general formula (A). It is a polymer or copolymer obtained by hydrolyzing the polyarylene having a sulfonic acid ester group.

Figure 0004733352
Figure 0004733352

式(A)中、Xはフッ素を除くハロゲン原子(塩素、臭素、ヨウ素)、−OSO2Z(
ここで、Zはアルキル基、フッ素置換アルキル基またはアリール基を示す。)から選ばれる原子または基を示す。
In the formula (A), X represents a halogen atom other than fluorine (chlorine, bromine, iodine), —OSO 2 Z (
Here, Z represents an alkyl group, a fluorine-substituted alkyl group or an aryl group. An atom or group selected from

Aは2価の電子吸引性基を示し、具体的には−CO−、−SO2−、−SO−、−CO
NH−、−COO−、−(CF2l−(ここで、lは1〜10の整数である)、−C(CF32−などが挙げられる。
A represents a divalent electron-withdrawing group, specifically, —CO—, —SO 2 —, —SO—, —CO.
NH—, —COO—, — (CF 2 ) 1 — (wherein 1 is an integer of 1 to 10), —C (CF 3 ) 2 — and the like can be mentioned.

Bは2価の電子供与基または直接結合を示し、電子供与基の具体例としては、−(CH2)−、−C(CH32−、−O−、−S−、−CH=CH−、−C≡C―及び B represents a divalent electron-donating group or a direct bond. Specific examples of the electron-donating group include — (CH 2 ) —, —C (CH 3 ) 2 —, —O—, —S—, —CH═. CH-, -C≡C- and

Figure 0004733352
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などが挙げられる。
なお、電子吸引性基とは、ハメット(Hammett)置換基常数がフェニル基のm位の場合、0.06以上、p位の場合、0.01以上の値となる基をいう。
Etc.
The electron-withdrawing group means a group having a Hammett substituent constant of 0.06 or more when the phenyl group is in the m-position and 0.01 or more when the p-position is p-position.

aは炭素原子数1〜20、好ましくは4〜20の炭化水素基を示し、具体的には、メ
チル基、エチル基、n−プロピル基、iso−プロピル基、tert−ブチル基、iso−ブチル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、ネオペンチル基、シクロペンチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、シクロペンチルメチル基、シクロヘキシルメチル基、アダマンチル基、アダマンタンメチル基、2−エチルヘキシル基、ビシクロ[2.2.1]へプチル基、ビシクロ[2.2.1]へプチルメチル基、テトラヒドロフルフリル基、2−メチルブチル基、3,3−ジメチル−2,4−ジオキソランメチル基、シクロヘキシルメチル基、アダマンチルメチル基、ビシクロ[2.2.1]ヘプチルメチル基などの直鎖状炭化水素基、分岐状炭化水素基、脂環式炭化水素基、5員の複素環を有する炭化水素基などが挙げられる。これらのうちn−ブチル基、ネオペンチル基、テトラヒドロフルフリル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘキシルメチル基、アダマンチルメチル基、ビシクロ[2.2.1]ヘプチルメチル基が好ましく、さらにはネオペンチル基が好ましい。
R a represents a hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, preferably 4 to 20 carbon atoms, specifically, methyl group, ethyl group, n-propyl group, iso-propyl group, tert-butyl group, iso- Butyl, n-butyl, sec-butyl, neopentyl, cyclopentyl, hexyl, cyclohexyl, cyclopentylmethyl, cyclohexylmethyl, adamantyl, adamantanemethyl, 2-ethylhexyl, bicyclo [2.2 .1] heptyl group, bicyclo [2.2.1] heptylmethyl group, tetrahydrofurfuryl group, 2-methylbutyl group, 3,3-dimethyl-2,4-dioxolanemethyl group, cyclohexylmethyl group, adamantylmethyl group , Straight chain hydrocarbon groups such as bicyclo [2.2.1] heptylmethyl group, branched hydrocarbon groups, alicyclic carbon groups Examples thereof include a hydrogen group and a hydrocarbon group having a 5-membered heterocyclic ring. Of these, n-butyl group, neopentyl group, tetrahydrofurfuryl group, cyclopentyl group, cyclohexyl group, cyclohexylmethyl group, adamantylmethyl group, and bicyclo [2.2.1] heptylmethyl group are preferable, and neopentyl group is more preferable. .

Arは−SO3bで表されるスルホン酸エステル基を有する芳香族基を示し、芳香族基として具体的にはフェニル基、ナフチル基、アントラセニル基、フェナンチル基などが挙げられる。これらの基のうち、フェニル基、ナフチル基が好ましい。
スルホン酸エステル基−SO3bは、芳香族基に1個または2個以上置換しており、置換基−SO3bが2個以上置換している場合には、これらのスルホン酸エステル基は互いに同一でも異なっていてもよい。
Ar represents an aromatic group having a sulfonate group represented by —SO 3 R b , and specific examples of the aromatic group include a phenyl group, a naphthyl group, an anthracenyl group, and a phenanthyl group. Of these groups, a phenyl group and a naphthyl group are preferable.
The sulfonate group —SO 3 R b is substituted with one or more aromatic groups, and when two or more substituents —SO 3 R b are substituted, these sulfonate esters are substituted. The groups may be the same or different from each other.

ここで、Rbは炭素原子数1〜20、好ましくは4〜20の炭化水素基を示し、具体的
には上記炭素原子数1〜20の炭化水素基などが挙げられる。これらのうちn−ブチル基
、ネオペンチル基、テトラヒドロフルフリル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘキシルメチル基、アダマンチルメチル基、ビシクロ[2.2.1]ヘプチルメチル基が好ましく、さらにはネオペンチル基が好ましい。
Here, R b represents a hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, preferably 4 to 20 carbon atoms, and specific examples thereof include the hydrocarbon groups having 1 to 20 carbon atoms. Of these, n-butyl group, neopentyl group, tetrahydrofurfuryl group, cyclopentyl group, cyclohexyl group, cyclohexylmethyl group, adamantylmethyl group, and bicyclo [2.2.1] heptylmethyl group are preferable, and neopentyl group is more preferable. .

mは0〜10、好ましくは0〜2の整数、nは0〜10、好ましくは0〜2の整数を示し、kは1〜4の整数を示す。   m represents an integer of 0 to 10, preferably 0 to 2, n represents an integer of 0 to 10, preferably 0 to 2, and k represents an integer of 1 to 4.

式(A)で表されるスルホン酸エステル化合物の具体例としては、以下のような化合物が挙げられる。   Specific examples of the sulfonic acid ester compound represented by the formula (A) include the following compounds.

Figure 0004733352
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また、上記一般式(A)で表されるスルホン酸エステル化合物として、上記化合物において塩素原子が臭素原子に置き換わった化合物、上記化合物において−CO−が−SO2
−に置き換わった化合物、上記化合物において塩素原子が臭素原子に置き換わり、かつ−CO−が−SO2−に置き換わった化合物なども挙げられる。
In addition, as the sulfonic acid ester compound represented by the general formula (A), a compound in which a chlorine atom is replaced with a bromine atom in the compound, -CO- is -SO 2 in the compound.
- compounds replaced by a chlorine atom in the compound is replaced with a bromine atom, and -CO- is -SO 2 - can also be mentioned such compounds replaced.

一般式(A)中のRaおよびRb基は1級のアルコール由来で、β炭素が3級または4級炭素であることが、重合工程中の安定性に優れ、脱エステル化によるスルホン酸の生成に起因する重合阻害や架橋を引き起こさない点で好ましく、さらには、これらのエステル基は1級アルコール由来でβ位が4級炭素であることが好ましい。 The R a and R b groups in the general formula (A) are derived from primary alcohol, and the β carbon is tertiary or quaternary carbon, which is excellent in stability during the polymerization process, and sulfonic acid by deesterification It is preferable in that it does not cause polymerization inhibition or cross-linking due to the formation of C, and it is preferable that these ester groups are derived from a primary alcohol and the β-position is a quaternary carbon.

本発明で用いられるスルホン酸基を有するポリアリーレンとしてより好ましくは、上記一般式(A)で表されるスルホン酸エステル化合物と、下記一般式(B)で表される化合物とを共重合して得られるスルホン酸エステル基を有するポリアリーレンを、加水分解して得られる共重合体であり、具体的には下記一般式(C)で表される共重合体である。   More preferably, the polyarylene having a sulfonic acid group used in the present invention is obtained by copolymerizing a sulfonic acid ester compound represented by the above general formula (A) and a compound represented by the following general formula (B). It is a copolymer obtained by hydrolyzing the resulting polyarylene having a sulfonic acid ester group, specifically a copolymer represented by the following general formula (C).

Figure 0004733352
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式(B)中、R'およびR''は互いに同一でも異なっていてもよく、フッ素原子を除く
ハロゲン原子または−OSO2Z(ここで、Zはアルキル基、フッ素置換アルキル基また
はアリール基を示す。)で表される基を示す。Zが示すアルキル基としてはメチル基、エチル基などが挙げられ、フッ素置換アルキル基としてはトリフルオロメチル基などが挙げられ、アリール基としてはフェニル基、p−トリル基などが挙げられる。
In the formula (B), R ′ and R ″ may be the same as or different from each other, and a halogen atom or —OSO 2 Z excluding a fluorine atom (wherein Z represents an alkyl group, a fluorine-substituted alkyl group or an aryl group) The group represented by this is shown. Examples of the alkyl group represented by Z include a methyl group and an ethyl group, examples of the fluorine-substituted alkyl group include a trifluoromethyl group, and examples of the aryl group include a phenyl group and a p-tolyl group.

1〜R8は互いに同一でも異なっていてもよく、水素原子、フッ素原子、アルキル基、フッ素置換アルキル基、アリル基、アリール基およびシアノ基からなる群より選ばれた少なくとも1種の原子または基を示す。 R 1 to R 8 may be the same or different from each other, and are at least one atom selected from the group consisting of a hydrogen atom, a fluorine atom, an alkyl group, a fluorine-substituted alkyl group, an allyl group, an aryl group, and a cyano group, or Indicates a group.

アルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、アミル基、ヘキシル基などが挙げられ、メチル基、エチル基などが好ましい。
フッ素置換アルキル基としては、トリフルオロメチル基、パーフルオロエチル基、パーフルオロプロピル基、パーフルオロブチル基、パーフルオロペンチル基、パーフルオロヘキシル基などが挙げられ、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基などが好ましい。
アリル基としては、プロペニル基などが挙げられ、
アリール基としては、フェニル基、ペンタフルオロフェニル基などが挙げられる。
Examples of the alkyl group include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, an amyl group, and a hexyl group, and a methyl group and an ethyl group are preferable.
Examples of the fluorine-substituted alkyl group include trifluoromethyl group, perfluoroethyl group, perfluoropropyl group, perfluorobutyl group, perfluoropentyl group, perfluorohexyl group, trifluoromethyl group, pentafluoroethyl group, and the like. Etc. are preferable.
Examples of allyl groups include propenyl groups,
Examples of the aryl group include a phenyl group and a pentafluorophenyl group.

Wは単結合または2価の電子吸引性基を示す。2価の電子吸引性基としては上述したものと同様のものが挙げられる。   W represents a single bond or a divalent electron-withdrawing group. Examples of the divalent electron withdrawing group include the same ones as described above.

Tは単結合または2価の有機基を示す。2価の有機基として具体的には、電子吸引性基および電子供与基が挙げられ、電子吸引性基および電子供与性基としては、上述したものと同様のものが挙げられる。   T represents a single bond or a divalent organic group. Specific examples of the divalent organic group include an electron-withdrawing group and an electron-donating group, and examples of the electron-withdrawing group and the electron-donating group include those described above.

式(B)において、pは0または正の整数であり、上限は通常100、好ましくは10〜80である。   In the formula (B), p is 0 or a positive integer, and the upper limit is usually 100, preferably 10-80.

上記一般式(B)で表される化合物として具体的には、p=0の場合、例えば4,4'−ジクロロベンゾフェノン、4,4'−ジクロロベンズアニリド、ビス(クロロフェニル)ジフルオロメタン、2,2−ビス(4−クロロフェニル)ヘキサフルオロプロパン、4−ク
ロロ安息香酸−4−クロロフェニル、ビス(4−クロロフェニル)スルホキシド、ビス(4−クロロフェニル)スルホン、2,6−ジクロロベンゾニトリル、9,9−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フルオレンが挙げられる。これらの化合物において塩素原子が臭素原子またはヨウ素原子に置き換わった化合物、さらにこれらの化合物において4位に置換したハロゲン原子の少なくとも1つ以上が3位に置換した化合物などが挙げられる。
Specifically, as the compound represented by the general formula (B), when p = 0, for example, 4,4′-dichlorobenzophenone, 4,4′-dichlorobenzanilide, bis (chlorophenyl) difluoromethane, 2, 2-bis (4-chlorophenyl) hexafluoropropane, 4-chlorobenzoic acid-4-chlorophenyl, bis (4-chlorophenyl) sulfoxide, bis (4-chlorophenyl) sulfone, 2,6-dichlorobenzonitrile, 9,9- Bis (4-hydroxyphenyl) fluorene is mentioned. In these compounds, compounds in which a chlorine atom is replaced with a bromine atom or an iodine atom, and compounds in which at least one of halogen atoms substituted in the 4-position in these compounds are substituted in the 3-position are exemplified.

またp=1の場合、上記一般式(B)で表される具体的な化合物としては、例えば4,
4'−ビス(4−クロロベンゾイル)ジフェニルエーテル、4,4'−ビス(4−クロロベ
ンゾイルアミノ)ジフェニルエーテル、4,4'−ビス(4−クロロフェニルスルホニル)ジフェニルエーテル、4,4'−ビス(4−クロロフェニル)ジフェニルエーテルジカルボキシレート、4,4'−ビス〔(4−クロロフェニル)−1,1,1,3,3,3−ヘキサフル
オロプロピル〕ジフェニルエーテル、4,4'−ビス〔(4−クロロフェニル)テトラフルオロエチル〕ジフェニルエーテル、これらの化合物において塩素原子が臭素原子またはヨウ素原子に置き換わった化合物、さらにこれらの化合物において4位に置換したハロゲン原子が3位に置換した化合物、さらにこれらの化合物においてジフェニルエーテルの4位に置換した基の少なくとも1つが3位に置換した化合物などが挙げられる。
When p = 1, examples of the specific compound represented by the general formula (B) include 4,
4′-bis (4-chlorobenzoyl) diphenyl ether, 4,4′-bis (4-chlorobenzoylamino) diphenyl ether, 4,4′-bis (4-chlorophenylsulfonyl) diphenyl ether, 4,4′-bis (4- Chlorophenyl) diphenyl ether dicarboxylate, 4,4′-bis [(4-chlorophenyl) -1,1,1,3,3,3-hexafluoropropyl] diphenyl ether, 4,4′-bis [(4-chlorophenyl) Tetrafluoroethyl] diphenyl ether, compounds in which the chlorine atom is replaced with a bromine atom or iodine atom in these compounds, compounds in which the halogen atom substituted in the 4-position in these compounds is substituted in the 3-position, and further in these compounds, the diphenyl ether At least one of the groups substituted in the 4-position is in the 3-position And the like.

さらに上記一般式(B)で表される化合物としては、2,2−ビス[4−{4−(4−
クロロベンゾイル)フェノキシ}フェニル]−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロ
パン、ビス[4−{4−(4−クロロベンゾイル)フェノキシ}フェニル]スルホン、および下記式で表される化合物が挙げられる。
Further, the compound represented by the general formula (B) is 2,2-bis [4- {4- (4-
Chlorobenzoyl) phenoxy} phenyl] -1,1,1,3,3,3-hexafluoropropane, bis [4- {4- (4-chlorobenzoyl) phenoxy} phenyl] sulfone, and the following formula Compounds.

Figure 0004733352
Figure 0004733352

上記一般式(B)で表される化合物は、例えば以下に示す方法で合成することができる。 The compound represented by the general formula (B) can be synthesized, for example, by the method shown below.

まず電子吸引性基で連結されたビスフェノールを対応するビスフェノールのアルカリ金属塩とするために、N−メチル−2−ピロリドン、N,N-ジメチルアセトアミド、スルホラン、ジフェニルスルホン、ジメチルスルホキサイドなどの誘電率の高い極性溶媒中でリチウム、ナトリウム、カリウムなどのアルカリ金属、水素化アルカリ金属、水酸化アルカリ金属、アルカリ金属炭酸塩などを加える。   First, in order to convert the bisphenol linked with an electron-withdrawing group into the corresponding alkali metal salt of bisphenol, dielectrics such as N-methyl-2-pyrrolidone, N, N-dimethylacetamide, sulfolane, diphenylsulfone, dimethylsulfoxide, etc. Add an alkali metal such as lithium, sodium or potassium, an alkali metal hydride, an alkali metal hydroxide, an alkali metal carbonate or the like in a polar solvent having a high rate.

通常、アルカリ金属はフェノールの水酸基に対し、過剰気味で反応させ、通常、1.1〜2倍当量を使用する。好ましくは、1.2〜1.5倍当量の使用である。この際、ベンゼン、トルエン、キシレン、ヘキサン、シクロヘキサン、オクタン、クロロベンゼン、ジオキサン、テトラヒドロフラン、アニソール、フェネトールなどの水と共沸する溶媒を共存させて、電子吸引性基で活性化されたフッ素、塩素等のハロゲン原子で置換された芳香族ジハライド化合物、例えば、4,4'−ジフルオロベンゾフェノン、4,4'−ジクロロベンゾフェノン、4,4'−クロロフルオロベンゾフェノン、ビス(4−クロロフェニル)スルホン、ビス(4−フルオロフェニル)スルホン、4−フルオロフェニル−4'−クロロ
フェニルスルホン、ビス(3−ニトロ−4−クロロフェニル)スルホン、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、ヘキサフルオロベンゼン、デカ
フルオロビフェニル、2,5−ジフルオロベンゾフェノン、1,3−ビス(4−クロロベンゾイル)ベンゼンなどを反応させる。反応性から言えば、フッ素化合物が好ましいが、次の芳香族カップリング反応を考慮した場合、末端が塩素原子となるように芳香族求核置換反応を組み立てる必要がある。活性芳香族ジハライドはビスフェノールに対し、2〜4倍モル、好ましくは2.2〜2.8倍モルの使用である。芳香族求核置換反応の前に予め、ビスフェノールのアルカリ金属塩としていてもよい。反応温度は60℃〜300℃で、好ましくは80℃〜250℃の範囲である。反応時間は15分〜100時間、好ましくは1時間〜24時間の範囲である。最も好ましい方法としては、下記式で示される活性芳香族ジハライドとして反応性の異なるハロゲン原子を一個ずつ有するクロロフルオロ体を用いることであり、フッ素原子が優先してフェノキシドと求核置換反応が起きるので、目的の活性化された末端クロロ体を得るのに好都合である。
Usually, the alkali metal is reacted in excess with respect to the hydroxyl group of phenol, and usually 1.1 to 2 times equivalent is used. Preferably, 1.2 to 1.5 times equivalent is used. In this case, fluorine, chlorine, etc. activated with an electron-withdrawing group in the presence of water and an azeotropic solvent such as benzene, toluene, xylene, hexane, cyclohexane, octane, chlorobenzene, dioxane, tetrahydrofuran, anisole, and phenetole Aromatic halogen-substituted aromatic dihalide compounds such as 4,4′-difluorobenzophenone, 4,4′-dichlorobenzophenone, 4,4′-chlorofluorobenzophenone, bis (4-chlorophenyl) sulfone, bis (4 -Fluorophenyl) sulfone, 4-fluorophenyl-4'-chlorophenylsulfone, bis (3-nitro-4-chlorophenyl) sulfone, 2,6-dichlorobenzonitrile, 2,6-difluorobenzonitrile, hexafluorobenzene, deca Fluorobiphenyl, , 5-difluorobenzophenone, 1,3-bis (4-chlorobenzoyl) reacting benzene. In terms of reactivity, a fluorine compound is preferable, but in consideration of the following aromatic coupling reaction, it is necessary to assemble an aromatic nucleophilic substitution reaction so that the terminal is a chlorine atom. The active aromatic dihalide is used in an amount of 2 to 4 times mol, preferably 2.2 to 2.8 times mol, of bisphenol. Prior to the aromatic nucleophilic substitution reaction, an alkali metal salt of bisphenol may be used. The reaction temperature is 60 ° C to 300 ° C, preferably 80 ° C to 250 ° C. The reaction time ranges from 15 minutes to 100 hours, preferably from 1 hour to 24 hours. The most preferable method is to use a chlorofluoro compound having one halogen atom having a different reactivity as the active aromatic dihalide represented by the following formula, and a nucleophilic substitution reaction with phenoxide occurs preferentially by the fluorine atom. It is convenient to obtain the desired activated terminal chloro form.

Figure 0004733352
Figure 0004733352

(式中、Wは一般式(B)に関して定義した通りである。)
また上記一般式(B)で表される化合物を合成する方法としては、特開平2−159号公報に記載のように求核置換反応と親電子置換反応を組み合わせ、目的の電子吸引性基、電子供与性基からなる屈曲性化合物の合成方法がある。
(Wherein, W is as defined for general formula (B).)
Moreover, as a method of synthesizing the compound represented by the general formula (B), as described in JP-A-2-159, a nucleophilic substitution reaction and an electrophilic substitution reaction are combined, and the target electron-withdrawing group is obtained. There is a method for synthesizing a flexible compound comprising an electron-donating group.

具体的には電子吸引性基で活性化された芳香族ビスハライド、例えば、ビス(4−クロロフェニル)スルホンをフェノールと求核置換反応させてビスフェノキシ置換体とする。次いで、このビスフェノキシ置換体を例えば、4−クロロ安息香酸クロリドとのフリーデルクラフト反応により目的の化合物を得る。ここで用いる電子吸引性基で活性化された芳香族ビスハライドは上記で例示した化合物が適用できる。フェノールは置換されていてもよいが、耐熱性や屈曲性の観点から、無置換化合物が好ましい。なお、フェノールの置換反応にはアルカリ金属塩とするのが好ましく、アルカリ金属化合物としては上記に例示した化合物を使用できる。使用量はフェノール1モルに対し、1.2〜2倍モルである。反
応に際し、上述した極性溶媒や水との共沸溶媒を用いることができる。フリーデルクラフト反応では、ビスフェノキシ置換体を塩化アルミニウム、三フッ化ホウ素、塩化亜鉛などのルイス酸のフリーデルクラフト反応の活性化剤存在下に、アシル化剤として、クロロ安息香酸クロライドを反応させる。クロロ安息香酸クロライドはビスフェノキシ化合物に対し、2〜4倍モル、好ましくは2.2〜3倍モルの使用である。フリーデルクラフト活性化剤は、アシル化剤のクロロ安息香酸などの活性ハライド化合物1モルに対し、1.1〜2倍当量使用する。反応時間は15分〜10時間の範囲で、反応温度は−20℃から80℃の範囲である。使用溶媒は、フリーデルクラフト反応に不活性な、クロロベンゼンやニトロベンゼンなどを用いることができる。
Specifically, an aromatic bishalide activated with an electron-withdrawing group, for example, bis (4-chlorophenyl) sulfone is subjected to a nucleophilic substitution reaction with phenol to obtain a bisphenoxy substitution product. Subsequently, the compound of interest is obtained by Friedel-Craft reaction of this bisphenoxy-substituted product with, for example, 4-chlorobenzoic acid chloride. As the aromatic bishalide activated with the electron-withdrawing group used here, the compounds exemplified above can be applied. Although phenol may be substituted, an unsubstituted compound is preferable from the viewpoint of heat resistance and flexibility. In addition, it is preferable to use an alkali metal salt for the phenol substitution reaction, and the compounds exemplified above can be used as the alkali metal compound. The amount used is 1.2 to 2 moles per mole of phenol. In the reaction, the polar solvent described above or an azeotropic solvent with water can be used. In the Friedel-Crafts reaction, the bisphenoxy substituent is reacted with chlorobenzoic acid chloride as an acylating agent in the presence of an activator for the Lewis acid Friedel-Crafts reaction such as aluminum chloride, boron trifluoride, and zinc chloride. . Chlorobenzoic acid chloride is used in an amount of 2 to 4 times mol, preferably 2.2 to 3 times mol, of the bisphenoxy compound. The Friedel-Craft activator is used in an amount of 1.1 to 2 times equivalent to 1 mol of an active halide compound such as chlorobenzoic acid as an acylating agent. The reaction time ranges from 15 minutes to 10 hours, and the reaction temperature ranges from -20 ° C to 80 ° C. As the solvent used, chlorobenzene, nitrobenzene and the like which are inert to Friedel-Craft reaction can be used.

一般式(B)において、pが2以上である化合物は、例えば、一般式(B)において電子供与性基Tであるエーテル性酸素の供給源となるビスフェノールと、電子吸引性基Wである、>C=O、−SO2−および>C(CF32から選ばれる少なくとも1種の基とを
組み合わせた化合物、具体的には2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ケトン、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)スルホンなどのビスフェノールのアルカリ金属塩と、過剰の4,4−ジクロロベンゾフェノン、ビス(4−クロロフェニル)スルホンなどの活性芳香族ハロゲン化合物との置換反応をN−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチル
アセトアミド、スルホランなどの極性溶媒存在下で前記合成手法に順次重合して得られる。
In the general formula (B), the compound in which p is 2 or more is, for example, a bisphenol serving as a source of etheric oxygen which is the electron donating group T in the general formula (B) and an electron withdrawing group W. A compound in combination with at least one group selected from> C═O, —SO 2 — and> C (CF 3 ) 2 , specifically 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) -1,1 1,3,3,3-hexafluoropropane, alkali metal salts of bisphenols such as 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) ketone, 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) sulfone and an excess of 4 Substitution reactions with active aromatic halogen compounds such as 1,4-dichlorobenzophenone and bis (4-chlorophenyl) sulfone can be performed using N-methyl-2-pyrrolidone, N, N-dimethylacetamide, sulfolane, etc. In the presence of an organic solvent, and sequentially polymerized by the above synthesis method.

このような化合物の例示としては、下記式で表される化合物などを挙げることができる。   Examples of such compounds include compounds represented by the following formulas.

Figure 0004733352
Figure 0004733352

上記において、pは0または正の整数であり、上限は通常100、好ましくは10〜80である。   In the above, p is 0 or a positive integer, and the upper limit is usually 100, preferably 10-80.

上記一般式(A)で表されるスルホン酸エステル化合物(以下「モノマー(A)」ともいう。)と、上記一般式(B)で表される化合物(以下「オリゴマー(B)」ともいう。)とを共重合して得られるスルホン酸エステル基を有するポリアリーレンを加水分解して得られる、本発明で好ましく用いられる共重合体は、下記一般式(C)で表される繰り返し単位を有する共重合体である。   The sulfonate compound represented by the general formula (A) (hereinafter also referred to as “monomer (A)”) and the compound represented by the general formula (B) (hereinafter also referred to as “oligomer (B)”). The copolymer preferably used in the present invention obtained by hydrolyzing a polyarylene having a sulfonic acid ester group obtained by copolymerization with a compound having a repeating unit represented by the following general formula (C) It is a copolymer.

Figure 0004733352
Figure 0004733352

式(C)中、W、T、A、B、m、n、k、p及びR1〜R8は、それぞれ上記一般式(A)及び(B)中のW、T、A、B、m、n、k、p及びR1〜R8と同義である。 In the formula (C), W, T, A, B, m, n, k, p and R 1 to R 8 are respectively W, T, A, B in the general formulas (A) and (B). m, is synonymous n, k, and p and R 1 to R 8.

x、yはx+y=100モル%とした場合のモル比を示す。   x and y represent molar ratios when x + y = 100 mol%.

Ar'は、−SO3Hで表される置換基を有する芳香族基を示し、芳香族基として具体的にはフェニル基、ナフチル基、アントラセニル基、フェナンチル基などが挙げられる。これらの基のうち、フェニル基、ナフチル基が好ましい。 Ar ′ represents an aromatic group having a substituent represented by —SO 3 H, and specific examples of the aromatic group include a phenyl group, a naphthyl group, an anthracenyl group, and a phenanthyl group. Of these groups, a phenyl group and a naphthyl group are preferable.

本発明で用いられるスルホン酸基を有するポリアリーレンは、上記一般式(A)で表されるスルホン酸エステル化合物から導かれる繰り返し単位を0.5〜100モル%、好ましくは10〜99.999モル%の割合で、一般式(B)で表される化合物から導かれる繰り返し単位を99.5〜0モル%、好ましくは90〜0.001モル%の割合で含有するスルホン酸エステル基を有するポリアリーレンを合成し、次いで該ポリアリーレン中のスルホン酸エステル基を加水分解して、スルホン酸基に変換することにより合成することができる。   The polyarylene having a sulfonic acid group used in the present invention contains 0.5 to 100 mol%, preferably 10 to 99.999 mol, of repeating units derived from the sulfonic acid ester compound represented by the general formula (A). % Having a sulfonate group containing 99.5 to 0 mol%, preferably 90 to 0.001 mol% of repeating units derived from the compound represented by formula (B) It can be synthesized by synthesizing arylene and then hydrolyzing the sulfonic acid ester group in the polyarylene to convert it into a sulfonic acid group.

上記一般式(C)で表されるスルホン酸エステル基を有するポリアリーレンは、モノマー(A)とオリゴマー(B)を触媒の存在下に反応させることにより合成されるが、この際使用される触媒は、遷移金属化合物を含む触媒系であり、この触媒系としては、(1)遷移金属塩および配位子となる化合物(以下、「配位子成分」という。)、または配位子が配位された遷移金属錯体(銅塩を含む)、ならびに(2)還元剤を必須成分とし、さらに、重合速度を上げるために、「塩」を添加してもよい。   The polyarylene having a sulfonate group represented by the general formula (C) is synthesized by reacting the monomer (A) and the oligomer (B) in the presence of a catalyst. Is a catalyst system containing a transition metal compound. This catalyst system includes (1) a compound that becomes a transition metal salt and a ligand (hereinafter referred to as “ligand component”) or a ligand. In addition, a transition metal complex (including a copper salt) and (2) a reducing agent are essential components, and a “salt” may be added to increase the polymerization rate.

ここで、遷移金属塩としては、塩化ニッケル、臭化ニッケル、ヨウ化ニッケル、ニッケルアセチルアセトナートなどのニッケル化合物;塩化パラジウム、臭化パラジウム、ヨウ化パラジウムなどのパラジウム化合物;塩化鉄、臭化鉄、ヨウ化鉄などの鉄化合物;塩化コバルト、臭化コバルト、ヨウ化コバルトなどのコバルト化合物などが挙げられる。これらのうち特に、塩化ニッケル、臭化ニッケルなどが好ましい。   Here, as the transition metal salt, nickel compounds such as nickel chloride, nickel bromide, nickel iodide, nickel acetylacetonate; palladium compounds such as palladium chloride, palladium bromide, palladium iodide; iron chloride, iron bromide And iron compounds such as iron iodide; cobalt compounds such as cobalt chloride, cobalt bromide, and cobalt iodide. Of these, nickel chloride, nickel bromide and the like are particularly preferable.

また、配位子成分としては、トリフェニルホスフィン、2,2'−ビピリジン、1,5−
シクロオクタジエン、1,3−ビス(ジフェニルホスフィノ)プロパンなどが挙げられる
。これらのうち、トリフェニルホスフィン、2,2'−ビピリジンが好ましい。上記配位子成分である化合物は、1種単独で、あるいは2種以上を併用することができる。
As the ligand component, triphenylphosphine, 2,2′-bipyridine, 1,5-
Examples include cyclooctadiene and 1,3-bis (diphenylphosphino) propane. Of these, triphenylphosphine and 2,2′-bipyridine are preferred. The compound which is the said ligand component can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.

さらに、配位子が配位された遷移金属錯体としては、例えば、塩化ニッケルビス(トリ
フェニルホスフィン)、臭化ニッケルビス(トリフェニルホスフィン)、ヨウ化ニッケルビス(トリフェニルホスフィン)、硝酸ニッケルビス(トリフェニルホスフィン)、塩化ニッケル(2,2'−ビピリジン)、臭化ニッケル(2,2'−ビピリジン)、ヨウ化ニッケル(2,2'−ビピリジン)、硝酸ニッケル(2,2'−ビピリジン)、ビス(1,5−シク
ロオクタジエン)ニッケル、テトラキス(トリフェニルホスフィン)ニッケル、テトラキス(トリフェニルホスファイト)ニッケル、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウムなどが挙げられる。これらのうち、塩化ニッケルビス(トリフェニルホスフィン)、塩化ニッケル(2,2'−ビピリジン)が好ましい。
Furthermore, as the transition metal complex in which the ligand is coordinated, for example, nickel chloride bis (triphenylphosphine), nickel bromide bis (triphenylphosphine), nickel iodide bis (triphenylphosphine), nickel nitrate bis (Triphenylphosphine), nickel chloride (2,2'-bipyridine), nickel bromide (2,2'-bipyridine), nickel iodide (2,2'-bipyridine), nickel nitrate (2,2'-bipyridine) ), Bis (1,5-cyclooctadiene) nickel, tetrakis (triphenylphosphine) nickel, tetrakis (triphenylphosphite) nickel, tetrakis (triphenylphosphine) palladium and the like. Of these, nickel chloride bis (triphenylphosphine) and nickel chloride (2,2′-bipyridine) are preferred.

上記触媒系に使用することができる還元剤としては、例えば、鉄、亜鉛、マンガン、アルミニウム、マグネシウム、ナトリウム、カルシウムなどが挙げられる。これらのうち、亜鉛、マグネシウム、マンガンが好ましい。これらの還元剤は、有機酸などの酸に接触させることにより、より活性化して用いることができる。   Examples of the reducing agent that can be used in the catalyst system include iron, zinc, manganese, aluminum, magnesium, sodium, calcium, and the like. Of these, zinc, magnesium and manganese are preferred. These reducing agents can be used after being more activated by bringing them into contact with an acid such as an organic acid.

また、上記触媒系において使用することのできる「塩」としては、フッ化ナトリウム、塩化ナトリウム、臭化ナトリウム、ヨウ化ナトリウム、硫酸ナトリウムなどのナトリウム化合物、フッ化カリウム、塩化カリウム、臭化カリウム、ヨウ化カリウム、硫酸カリウムなどのカリウム化合物;フッ化テトラエチルアンモニウム、塩化テトラエチルアンモニウム、臭化テトラエチルアンモニウム、ヨウ化テトラエチルアンモニウム、硫酸テトラエチルアンモニウムなどのアンモニウム化合物などが挙げられる。これらのうち、臭化ナトリウム、ヨウ化ナトリウム、臭化カリウム、臭化テトラエチルアンモニウム、ヨウ化テトラエチルアンモニウムが好ましい。   Examples of the “salt” that can be used in the above catalyst system include sodium compounds such as sodium fluoride, sodium chloride, sodium bromide, sodium iodide, sodium sulfate, potassium fluoride, potassium chloride, potassium bromide, Examples include potassium compounds such as potassium iodide and potassium sulfate; ammonium compounds such as tetraethylammonium fluoride, tetraethylammonium chloride, tetraethylammonium bromide, tetraethylammonium iodide, and tetraethylammonium sulfate. Of these, sodium bromide, sodium iodide, potassium bromide, tetraethylammonium bromide, and tetraethylammonium iodide are preferred.

各成分の使用割合は、遷移金属塩または遷移金属錯体が、上記単量体の総計(モノマー(A)+オリゴマー(B)の総計、以下同じ)1モルに対し、通常、0.0001〜10モル、好ましくは0.01〜0.5モルである。0.0001モル未満では、重合反応が十分に進行しないことがあり、一方、10モルを超えると、分子量が低下することがある。   The proportion of each component used is usually 0.0001 to 10 with respect to 1 mol of the total amount of the above-mentioned monomers (the total amount of monomers (A) + oligomer (B), hereinafter the same)) of the transition metal salt or transition metal complex. Mol, preferably 0.01 to 0.5 mol. When the amount is less than 0.0001 mol, the polymerization reaction may not proceed sufficiently. On the other hand, when the amount exceeds 10 mol, the molecular weight may decrease.

上記触媒系において、遷移金属塩および配位子成分を用いる場合、この配位子成分の使用割合は、遷移金属塩1モルに対し、通常、0.1〜100モル、好ましくは1〜10モルである。0.1モル未満では、触媒活性が不十分となることがあり、一方、100モルを超えると、分子量が低下することがある。   In the above catalyst system, when a transition metal salt and a ligand component are used, the ratio of the ligand component used is usually 0.1 to 100 mol, preferably 1 to 10 mol, per 1 mol of the transition metal salt. It is. When the amount is less than 0.1 mol, the catalytic activity may be insufficient. On the other hand, when the amount exceeds 100 mol, the molecular weight may decrease.

また、還元剤の使用割合は、上記単量体の総計1モルに対し、通常、0.1〜100モル、好ましくは1〜10モルである。0.1モル未満では、重合が十分進行しないことがあり、100モルを超えると、得られる重合体の精製が困難になることがある。   Moreover, the usage-amount of a reducing agent is 0.1-100 mol normally with respect to 1 mol of total of the said monomer, Preferably it is 1-10 mol. If the amount is less than 0.1 mol, polymerization may not proceed sufficiently. If the amount exceeds 100 mol, purification of the resulting polymer may be difficult.

さらに、「塩」を使用する場合、その使用割合は、上記単量体の総計1モルに対し、通常、0.001〜100モル、好ましくは0.01〜1モルである。0.001モル未満では、重合速度を上げる効果が不十分であることがあり、100モルを超えると、得られる重合体の精製が困難となることがある。   Furthermore, when using "salt", the usage-ratio is 0.001-100 mol normally with respect to the total of 1 mol of the said monomer, Preferably it is 0.01-1 mol. If it is less than 0.001 mol, the effect of increasing the polymerization rate may be insufficient, and if it exceeds 100 mol, purification of the resulting polymer may be difficult.

モノマー(A)とオリゴマー(B)とを反応させる際に使用することのできる重合溶媒としては、例えばテトラヒドロフラン、シクロヘキサノン、ジメチルスルホキシド、N,
N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリド
ン、γ−ブチロラクトン、N,N'−ジメチルイミダゾリジノンなどが挙げられる。これらのうち、テトラヒドロフラン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン、N,N'−ジメチルイミダゾリジノンが好ましい。これらの重合溶媒は、十分に乾燥してから用いることが好ましい。
Examples of the polymerization solvent that can be used when the monomer (A) and the oligomer (B) are reacted include tetrahydrofuran, cyclohexanone, dimethyl sulfoxide, N,
N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone, γ-butyrolactone, N, N′-dimethylimidazolidinone and the like can be mentioned. Of these, tetrahydrofuran, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone, and N, N′-dimethylimidazolidinone are preferable. These polymerization solvents are preferably used after sufficiently dried.

重合溶媒中における上記単量体の総計の濃度は、通常、1〜90重量%、好ましくは5〜40重量%である。
また、重合する際の重合温度は、通常、0〜200℃、好ましくは50〜120℃である。また、重合時間は、通常、0.5〜100時間、好ましくは1〜40時間である。
モノマー(A)を用いて得られたスルホン酸エステル基を有するポリアリーレンは、スルホン酸エステル基を加水分解して、スルホン酸基に変換することによりスルホン酸基を有するポリアリーレンとすることができる。
The total concentration of the monomers in the polymerization solvent is usually 1 to 90% by weight, preferably 5 to 40% by weight.
Moreover, the superposition | polymerization temperature at the time of superposing | polymerizing is 0-200 degreeC normally, Preferably it is 50-120 degreeC. The polymerization time is usually 0.5 to 100 hours, preferably 1 to 40 hours.
The polyarylene having a sulfonic acid ester group obtained using the monomer (A) can be converted into a polyarylene having a sulfonic acid group by hydrolyzing the sulfonic acid ester group and converting it to a sulfonic acid group. .

加水分解は、
(1)少量の塩酸を含む過剰量の水またはアルコールに、上記スルホン酸エステル基を有するポリアリーレンを投入し、5分間以上撹拌する方法
(2)トリフルオロ酢酸中で上記スルホン酸エステル基を有するポリアリーレンを80〜120℃程度の温度で5〜10時間程度反応させる方法
(3)スルホン酸エステル基を有するポリアリーレン中のスルホン酸エステル基(−SO3R)1モルに対して1〜3倍モルのリチウムブロマイドを含む溶液、例えばN−メチル
ピロリドンなどの溶液中で上記ポリアリーレンを80〜150℃程度の温度で3〜10時間程度反応させた後、塩酸を添加する方法
などを挙げることができる。
Hydrolysis is
(1) A method in which polyarylene having the sulfonic acid ester group is added to an excess amount of water or alcohol containing a small amount of hydrochloric acid and stirred for 5 minutes or longer. (2) The sulfonic acid ester group is contained in trifluoroacetic acid. Method of reacting polyarylene for about 5 to 10 hours at a temperature of about 80 to 120 ° C. (3) 1 to 3 mol per mol of sulfonic acid ester group (—SO 3 R) in polyarylene having a sulfonic acid ester group Examples include a method of reacting the polyarylene in a solution containing double moles of lithium bromide, such as N-methylpyrrolidone, at a temperature of about 80 to 150 ° C. for about 3 to 10 hours, and then adding hydrochloric acid. Can do.

上記のような方法により製造されるスルホン酸基を有するポリアリーレン(C)中の、スルホン酸基量は、通常0.3〜5meq/g、好ましくは0.5〜3meq/g、さらに好ましくは0.8〜2.8meq/gである。0.3meq/g未満では、プロトン伝導度が低く実用的ではない。一方、5meq/gを超えると、耐水性が大幅に低下してしまうことがあるため好ましくない。
上記のスルホン酸基量は、例えばモノマー(A)とオリゴマー(B)の種類、使用割合、組み合わせを変えることにより、調整することができる。
In the polyarylene (C) having a sulfonic acid group produced by the method as described above, the amount of the sulfonic acid group is usually 0.3 to 5 meq / g, preferably 0.5 to 3 meq / g, more preferably 0.8 to 2.8 meq / g. If it is less than 0.3 meq / g, the proton conductivity is low and not practical. On the other hand, if it exceeds 5 meq / g, the water resistance may be significantly lowered, which is not preferable.
The amount of the sulfonic acid group can be adjusted, for example, by changing the type, use ratio, and combination of the monomer (A) and the oligomer (B).

このようにして得られるスルホン酸基を有するポリアリーレンの分子量は、ゲルパーミエションクロマトグラフィ(GPC)によるポリスチレン換算重量平均分子量で、1万〜100万、好ましくは2万〜80万である。   The molecular weight of the polyarylene having a sulfonic acid group thus obtained is 10,000 to 1,000,000, preferably 20,000 to 800,000 in terms of polystyrene-equivalent weight average molecular weight by gel permeation chromatography (GPC).

(添加剤)
本発明に係るポリアリーレン重合体組成物は、ヒンダードフェノール系化合物、ヒンダードアミン系化合物、有機リン化合物および有機イオウ化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種の添加剤が含有されている。
(Additive)
The polyarylene polymer composition according to the present invention contains at least one additive selected from the group consisting of hindered phenol compounds, hindered amine compounds, organic phosphorus compounds, and organic sulfur compounds.

ヒンダードフェノール系化合物;
本発明で用いられるヒンダードフェノール系化合物は、特に限定されるものではないが、以下に挙げるヒンダードフェノール系化合物が好ましい。
Hindered phenolic compounds;
Although the hindered phenol type compound used by this invention is not specifically limited, The hindered phenol type compound mentioned below is preferable.

1,3,5-トリメチル-2,4,6-トリス(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシベンジル)ベンゼン(
商品名:IRGANOX 1330)、ペンタエリスリチル-テトラキス[3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒド
ロキシフェニル)プロピオネート](商品名:IRGANOX 1010)、2,6-ジ-t-ブチル-4-メチルフェノール(商品名:Sumilizer BHT)、2,5-ジ-t-ブチル-ハイドロキノン(商品名:Nocrac NS-7)、2,6-ジ-t-ブチル-4-エチルフェノール(商品名:Nocrac M-17)、2,5-ジ-t-アミルハイドロキノン(商品名:Nocrac DAH)、2,2'-メチレンビス(4-メチル-6-t-ブチ
ルフェノール)(商品名:Nocrac NS-6)、3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシ-ベンジルフォ
スフォネート-ジエチルエステル(商品名:IRGANOX 1222)、4,4'-チオビス(3-メチル-6-t-ブチルフェノール)(商品名:Nocrac 300)、2,2'-メチレンビス(4-エチル-6-t-ブチル
フェノール)(商品名:Nocrac NS-5)、4,4'-ブチリデンビス(3-メチル-6-t-ブチルフェ
ノール)(アデカスタブ AO-40)、2-t-ブチル-6-(3-t-ブチル-2-ヒドロキシ-5-メチルベン
ジル)-4-メチルフェニルアクリレート(商品名:Sumilizer GM)、2-[1-(2-ヒドロキシ-3,5-ジ‐t-ペンチルフェニル)エチル]‐4,6-ジ‐t-ペンチルフェニルアクリレート(
商品名:Sumilizer GS)、2,2'-メチレンビス[4-メチル-6-(α-メチル-シクロヘキシル)
フェノール]、4,4'-メチレンビス(2,6-ジ-t-ブチルフェノール)(商品名:シーノックス 226M)、4,6-ビス(オクチルチオメチル)-o-クレゾール(商品名:IRGANOX 1520L)、2,2'-エチレンビス(4,6-ジ-t-ブチルフェノール)、オクタデシル-3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート(商品名:IRGANOX 1076)、1,1,3-トリス-(2-メチル-4-ヒドロキシ-5-t-ブチルフェニル)ブタン(商品名:アデカスタブ AO-30)、トリエチレングリコールビス[3-(3-t-ブチル-5-メチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート](商品名:IRGANOX 245)、2,4-ビス-(n-オクチルチオ)-6-(4-ヒドロキシ-3,5-ジ-t-ブチルアニリノ)-1,3,5-トリアジン(商品名:IRGANOX 565)、N,N'-ヘキサメチレンビス(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシ-ヒドロシンナマミド)(商品名:IRGANOX 1098)、1,6-ヘキサンジ
オール-ビス[3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート](商品名:IRGANOX 259)、2,2-チオ-ジエチレンビス[3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート](商品名:IRGANOX 1035)、3,9-ビス[2-[3-(3-t-ブチル-4-ヒドロキシ-5-メチルフェニル)プロピオニルオキシ]1,1-ジメチルエチル]2,4,8,10-テトラオキサスピロ[5.5]ウンデカン(商品名:Sumilizer GA-80)、トリス-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシベンジル)イソシアヌレート(商品名:IRGANOX 3114)、ビス(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシベンジルホスホン酸エチル)カルシウム/ポリエチレンワックス混合物(50:50)(商
品名:IRGANOX 1425WL)、イソオクチル-3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プ
ロピオネート(商品名:IRGANOX 1135)、4,4'-チオビス(6-t-ブチル-3-メチルフェノー
ル)(商品名:Sumilizer WX-R)、6-[3-(3-t-ブチル-4-ヒドロキシ-5-メチルフェニル)プロポキシ]-2,4,8,10-テトラ-t-ブチルジベンズ[d,f][1,3,2]ジオキサフォスフェピン(商品名:Sumilizer GP)など。
1,3,5-trimethyl-2,4,6-tris (3,5-di-t-butyl-4-hydroxybenzyl) benzene (
Product name: IRGANOX 1330), pentaerythrityl-tetrakis [3- (3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl) propionate] (product name: IRGANOX 1010), 2,6-di-t-butyl -4-methylphenol (trade name: Sumilizer BHT), 2,5-di-t-butyl-hydroquinone (trade name: Nocrac NS-7), 2,6-di-t-butyl-4-ethylphenol (product) Name: Nocrac M-17), 2,5-di-t-amylhydroquinone (trade name: Nocrac DAH), 2,2'-methylenebis (4-methyl-6-t-butylphenol) (trade name: Nocrac NS- 6), 3,5-di-t-butyl-4-hydroxy-benzylphosphonate-diethyl ester (trade name: IRGANOX 1222), 4,4'-thiobis (3-methyl-6-t-butylphenol) ( Product name: Nocrac 300), 2,2'-methylenebis (4-ethyl-6-t-butylphenol) (product name: Nocrac NS-5), 4,4'-butylidenebis (3-methyl-6-t-butylphenol) ) (ADK STAB AO-40), 2-t -Butyl-6- (3-t-butyl-2-hydroxy-5-methylbenzyl) -4-methylphenyl acrylate (trade name: Sumilizer GM), 2- [1- (2-hydroxy-3,5-di- -T-pentylphenyl) ethyl] -4,6-di-t-pentylphenyl acrylate (
Product name: Sumilizer GS), 2,2'-methylenebis [4-methyl-6- (α-methyl-cyclohexyl)
Phenol], 4,4'-methylenebis (2,6-di-t-butylphenol) (trade name: Cynox 226M), 4,6-bis (octylthiomethyl) -o-cresol (trade name: IRGANOX 1520L) 2,2'-ethylenebis (4,6-di-t-butylphenol), octadecyl-3- (3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl) propionate (trade name: IRGANOX 1076), 1 , 1,3-Tris- (2-methyl-4-hydroxy-5-t-butylphenyl) butane (trade name: ADK STAB AO-30), triethylene glycol bis [3- (3-t-butyl-5- Methyl-4-hydroxyphenyl) propionate] (trade name: IRGANOX 245), 2,4-bis- (n-octylthio) -6- (4-hydroxy-3,5-di-t-butylanilino) -1,3 , 5-triazine (trade name: IRGANOX 565), N, N'-hexamethylenebis (3,5-di-t-butyl-4-hydroxy-hydrocinnamamide) (trade name: IRGANOX 1098), 1, 6-hexanediol-bis [3- (3,5-di -t-butyl-4-hydroxyphenyl) propionate] (trade name: IRGANOX 259), 2,2-thio-diethylenebis [3- (3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl) propionate] ( Product name: IRGANOX 1035), 3,9-bis [2- [3- (3-t-butyl-4-hydroxy-5-methylphenyl) propionyloxy] 1,1-dimethylethyl] 2,4,8, 10-tetraoxaspiro [5.5] undecane (trade name: Sumilizer GA-80), tris- (3,5-di-t-butyl-4-hydroxybenzyl) isocyanurate (trade name: IRGANOX 3114), bis (3 , 5-Di-t-butyl-4-hydroxybenzylphosphonate ethyl) calcium / polyethylene wax mixture (50:50) (trade name: IRGANOX 1425WL), isooctyl-3- (3,5-di-t-butyl- 4-hydroxyphenyl) propionate (trade name: IRGANOX 1135), 4,4'-thiobis (6-t-butyl-3-methylphenol) (trade name: Sumilizer WX-R), 6- [3- (3- t-butyl -4-Hydroxy-5-methylphenyl) propoxy] -2,4,8,10-tetra-t-butyldibenz [d, f] [1,3,2] dioxaphosphepine (trade name: Sumilizer GP) Such.

これらのヒンダードフェノール系化合物のうち、分子量500以上の化合物を用いることがより好ましい。分子量500以上のヒンダードフェノール系化合物を用いると、ポリアリーレン重合体組成物は、ブリードアウトしにくく、電解質膜の耐久性改良効果に優れる。   Of these hindered phenol compounds, it is more preferable to use a compound having a molecular weight of 500 or more. When a hindered phenol compound having a molecular weight of 500 or more is used, the polyarylene polymer composition is difficult to bleed out and is excellent in the effect of improving the durability of the electrolyte membrane.

特に好ましくは、IRGANOX 245、IRGANOX 259、IRGANOX 565、IRGANOX 1010、IRGANOX 1035、IRGANOX 1076、IRGAONOX 1098、IRGANOX 1330、IRGANOX 3114、Sumilizer GA-80(
以上商品名)などを挙げることができる。
Particularly preferably, IRGANOX 245, IRGANOX 259, IRGANOX 565, IRGANOX 1010, IRGANOX 1035, IRGANOX 1076, IRGAONOX 1098, IRGANOX 1330, IRGANOX 3114, Sumilizer GA-80 (
(Product name).

ヒンダードアミン系化合物;
本発明で用いられるヒンダードアミン系化合物は、特に限定されるものではないが、以下に挙げるヒンダードアミン系化合物が好ましい。
Hindered amine compounds;
The hindered amine compound used in the present invention is not particularly limited, but the hindered amine compounds listed below are preferable.

p,p'-ジオクチルジフェニルアミン(商品名:IRGANOX 5057)、フェニル-α-ナフチル
アミン(Nocrac PA)、ポリ(2,2,4-トリメチル-1,2-ジヒドロキノリン)(商品名:Nocrac224,224-S)、6-エトキシ-2,2,4-トリメチル-1,2-シヒドロキノリン(商品名:Nocrac AW)、N,N'-ジフェニル-p-フェニレンジアミン(商品名:Nocrac DP)、N,N'-ジ-β-ナフチル-p-フェニレンジアミン(商品名:Nocrac White)、N-フェニル-N'-イソプロピル-p-フェニレンジアミン(商品名:Nocrac 810NA)、N,N'-ジアリル-p-フェニレンジアミン(商品名:Nonflex TP)、4,4'(α,α-ジメチルベンジル)ジフェニルアミン(商品名:Nocrac
CD)、p,p−トルエンスルフォニルアミノジフェニルアミン(商品名:Nocrac TD)、N-
フェニル-N'-(3-メタクロリルオキシ-2-ヒドロキシプロピル)-p-フェニレンジアミン(商品名:Nocrac G1)、N-(1-メチルヘプチル)-N'-フェニル-p-フェニレンジアミン(商品名
:Ozonon 35)、N,N'-ジ-sec-ブチル-p-フェニレンジアミン(商品名:Sumilizer BPA)
、N-フェニル-N'-1,3-ジメチルブチル-p-フェニレンジアミン(商品名:Antigene 6C)、アルキル化ジフェニルアミン(商品名:Sumilizer 9A)、コハク酸ジメチル-1-(2-ヒドロキシエチル)-4-ヒドロキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン重縮合物(商品名:Tinuvin
622LD)、ポリ[[6-(1,1,3,3-テトラメチルブチル)アミノ-1,3,5-トリアジン-2,4-ジイル][(2,2,6,6-テトラメチル-4-ピペリジル)イミノ]ヘキサメチレン[(2,2,6,6-テトラメチル-4-ピペリジル)イミノ]](商品名:CHIMASSORB 944)、N,N'-ビス(3-アミノプロピル)エ
チレンジアミン-2,4-ビス[N-ブチル-N-(1,2,2,6,6-ペンタメチル-4-ピペリジル)アミノ]-6-クロロ-1,3,5-トリアジン縮合物(商品名:CHIMASSORB 119FL)、ビス(1-オクチロキシ-2,2,6,6-テトラメチル-4-ピペリジル)セバケート(商品名:TINUVIN 123)、ビス(2,2,6,6-テトラメチル-4-ピペリジル)セバケート(商品名:TINUVIN 770)、2-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシベンジル)-2-n-ブチルマロン酸ビス(1,2,2,6,6-ペンタメチル-4-ピペリ
ジル)(商品名:TINUVIN 144)、ビス(1,2,2,6,6-ペンタメチル-4-ピペリジル)セバケー
ト(商品名:TINUVIN 765)、テトラキス(1,2,2,6,6-ペンタメチル-4-ピペリジル)1,2,3,4-ブタンテトラカルボキシレート(商品名:LA-57)、テトラキス(2,2,6,6-テトラメチル-4-ピペリジル)1,2,3,4-ブタンテトラカルボキシレート(商品名:LA-52)、1,2,3,4-ブ
タンテトラカルボン酸と1,2,2,6,6-ペンタメチル-4-ピペリジノールおよび1-トリデカノ
ールとの混合エステル化物(商品名:LA-62)、1,2,3,4-ブタンテトラカルボン酸と2,2,6,6-テトラメチル-4-ピペリジノールおよび1-トリデカノールとの混合エステル化物(商品名:LA-67)、1,2,3,4-ブタンテトラカルボン酸と1,2,2,6,6-ペンタメチル-4-ピペリジノールおよび3,9-ビス(2-ヒドロキシ-1,1-ジメチルエチル)-2,4,8,10-テトラオキサスピロ[5.5]ウンデカンとの混合エステル化物(商品名:LA-63P)、1,2,3,4-ブタンテトラカルボン酸と2,2,6,6-テトラメチル-4-ピペリジノールおよび3,9-ビス(2-ヒドロキシ-1,1-ジメ
チルエチル)-2,4,8,10-テトラオキサスピロ[5.5]ウンデカンとの混合エステル化物(商品名:LA-68LD)、(2,2,6,6,-テトラメチレン-4-ピペリジル)-2-プロピレンカルボキシレート(商品名:アデカスタブLA-82)、(1,2,2,6,6-ペンタメチル-4-ピペリジル)-2-プロピ
レンカルボキシレート(商品名:アデカスタブ LA-87)など。
p, p'-dioctyldiphenylamine (trade name: IRGANOX 5057), phenyl-α-naphthylamine (Nocrac PA), poly (2,2,4-trimethyl-1,2-dihydroquinoline) (trade name: Nocrac224,224- S), 6-ethoxy-2,2,4-trimethyl-1,2-cyhydroquinoline (trade name: Nocrac AW), N, N'-diphenyl-p-phenylenediamine (trade name: Nocrac DP), N , N'-Di-β-naphthyl-p-phenylenediamine (trade name: Nocrac White), N-phenyl-N'-isopropyl-p-phenylenediamine (trade name: Nocrac 810NA), N, N'-diallyl- p-Phenylenediamine (trade name: Nonflex TP), 4,4 '(α, α-dimethylbenzyl) diphenylamine (trade name: Nocrac
CD), p, p-toluenesulfonylaminodiphenylamine (trade name: Nocrac TD), N-
Phenyl-N '-(3-methacryloyloxy-2-hydroxypropyl) -p-phenylenediamine (trade name: Nocrac G1), N- (1-methylheptyl) -N'-phenyl-p-phenylenediamine (product) Name: Ozonon 35), N, N'-di-sec-butyl-p-phenylenediamine (trade name: Sumilizer BPA)
N-phenyl-N'-1,3-dimethylbutyl-p-phenylenediamine (trade name: Antigene 6C), alkylated diphenylamine (trade name: Sumilizer 9A), dimethyl-1- (2-hydroxyethyl) succinate -4-Hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine polycondensate (trade name: Tinuvin
622LD), poly [[6- (1,1,3,3-tetramethylbutyl) amino-1,3,5-triazine-2,4-diyl] [(2,2,6,6-tetramethyl- 4-piperidyl) imino] hexamethylene [(2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl) imino]] (trade name: CHIMASSORB 944), N, N'-bis (3-aminopropyl) ethylenediamine- 2,4-Bis [N-butyl-N- (1,2,2,6,6-pentamethyl-4-piperidyl) amino] -6-chloro-1,3,5-triazine condensate (trade name: CHIMASSORB 119FL), bis (1-octyloxy-2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl) sebacate (trade name: TINUVIN 123), bis (2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl) Sebacate (trade name: TINUVIN 770), 2- (3,5-di-t-butyl-4-hydroxybenzyl) -2-n-butylmalonate bis (1,2,2,6,6-pentamethyl-4 -Piperidyl) (trade name: TINUVIN 144), bis (1,2,2,6,6-pentamethyl-4-piperidyl) sebacate (trade name: TINUVIN 765), tetrakis ( 1,2,2,6,6-pentamethyl-4-piperidyl) 1,2,3,4-butanetetracarboxylate (trade name: LA-57), tetrakis (2,2,6,6-tetramethyl- 4-piperidyl) 1,2,3,4-butanetetracarboxylate (trade name: LA-52), 1,2,3,4-butanetetracarboxylic acid and 1,2,2,6,6-pentamethyl- Mixed esterified product of 4-piperidinol and 1-tridecanol (trade name: LA-62), 1,2,3,4-butanetetracarboxylic acid and 2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidinol and 1 -Esterified products with tridecanol (trade name: LA-67), 1,2,3,4-butanetetracarboxylic acid and 1,2,2,6,6-pentamethyl-4-piperidinol and 3,9-bis (2-Hydroxy-1,1-dimethylethyl) -2,4,8,10-tetraoxaspiro [5.5] undecane mixed ester (trade name: LA-63P), 1,2,3,4- Butanetetracarboxylic acid and 2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidinol and And 3,9-bis (2-hydroxy-1,1-dimethylethyl) -2,4,8,10-tetraoxaspiro [5.5] undecane (trade name: LA-68LD), (2 , 2,6,6, -Tetramethylene-4-piperidyl) -2-propylene carboxylate (trade name: ADK STAB LA-82), (1,2,2,6,6-pentamethyl-4-piperidyl) -2 -Propylene carboxylate (trade name: ADK STAB LA-87).

これらのヒンダードアミン系化合物のうち、分子量500以上の化合物を用いることがより好ましい。分子量500以上のヒンダードアミン系化合物を用いると、ポリアリーレン重合体組成物は、ブリードアウトしにくく、電解質膜の耐久性改良効果に優れる。   Of these hindered amine compounds, it is more preferable to use a compound having a molecular weight of 500 or more. When a hindered amine compound having a molecular weight of 500 or more is used, the polyarylene polymer composition is difficult to bleed out and is excellent in the effect of improving the durability of the electrolyte membrane.

特に好ましくは、Tinuvin 622LD、CHIMASSORB 944、CHIMASSORB 119FL、TINUVIN 123、TINUVIN 144、TINUVIN 765、LA-57、LA-52、LA-62、LA-67、LA-63P、LA-68LD、アデカス
タブLA-82, アデカスタブ LA-87(以上商品名)などを挙げることができる。
Particularly preferably, Tinuvin 622LD, CHIMASSORB 944, CHIMASSORB 119FL, TINUVIN 123, TINUVIN 144, TINUVIN 765, LA-57, LA-52, LA-62, LA-67, LA-63P, LA-68LD, ADK STAB LA-82 , ADK STAB LA-87 (trade name) and the like.

有機リン化合物;
本発明で用いられる有機リン化合物は、特に限定されるものではないが、以下に挙げる有機リン化合物が好ましい。
Organophosphorus compounds;
The organophosphorus compound used in the present invention is not particularly limited, but the organophosphorus compounds listed below are preferable.

ビス(2,4-ジ-t-ブチルフェニル)[1,1-ビフェニル]-4,4'-ジイルビスホスファイト、9,10-ジヒドロ-9-オキサ-10-ホスファフェナントレン-10-オキサイド(商品名:SANKO-HCA)、トリエチルホスファイト(商品名:JP302)、トリ-n-ブチルホスファイト(商品名:JP304)、トリフェニルホスファイト(商品名:アデカスタブ TPP)、ジフェニルモノオク
チルホスファイト(商品名:アデカスタブ C)、トリ(p-クレジル)ホスファイト(商品名:Chelex-PC)、ジフェニルモノデシルホスファイト(商品名:アデカスタブ 135A)、ジフェニルモノ(トリデシル)ホスファイト(商品名:JPM313)、トリス(2-エチルヘキシル)ホスファイト(商品名:JP308)、フェニルジデシルホスファイト(アデカスタブ 517)
、トリデシルホスファイト(商品名:アデカスタブ 3010)、テトラフェニルジプロピレ
ングリコールジホスファイト(商品名:JPP100)、ビス(2,4-ジ-t-ブチルフェニル)ペン
タエリスリトールジホスファイト(商品名:アデカスタブ PEP-24G)、トリス(トリデシ
ル)ホスファイト(商品名:JP333E)、ビス(ノニルフェニル)ペンタエリスリトールジホ
スファイト(商品名:アデカスタブ PEP-4C)、ビス(2,6-ジ-t-ブチル-4-メチルフェニル)ペンタエリスリトールジホスファイト(商品名:アデカスタブ PEP-36)、ビス[2,4-ジ(1-フェニルイソプロピル)フェニル]ペンタエリスリトールジホスファイト(商品名:アデカスタブ PEP-45)、トリラウリルトリチオホスファイト(商品名:JPS312)、トリス(2,4-ジ-t-ブチルフェニル)ホスファイト(IRGAFOS 168)、トリス(ノニルフェニル)ホスフ
ァイト(商品名:アデカスタブ 1178)、ジステアリルペンタエリスリトールジホスファ
イト(商品名:アデカスタブ PEP-8)、トリス(モノ,ジノニルフェニル)ホスファイト
(商品名:アデカスタブ 329K)、トリオレイルホスファイト(商品名:Chelex-OL)、トリステアリルホスファイト(商品名:JP318E)、4,4'-ブチリデンビス(3-メチル-6-t-ブ
チルフェニルジトリデシル)ホスファイト(商品名:JPH1200)、テトラ(C12-C15混合アルキル)-4,4'-イソプロピリデンジフェニルジホスファイト(商品名:アデカスタブ 1500)、テトラ(トリデシル)-4,4'-ブチリデンビス(3-メチル-6-t-ブチルフェノール)ジホスフ
ァイト(商品名:アデカスタブ 260)、ヘキサ(トリデシル)-1,1,3-トリス(2-メチル-5-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)ブタン-トリホスファイト(商品名:アデカスタブ 522A
)、水添ビスフェノール A ホスファイトポリマー(HBP)、テトラキス(2,4-ジ-t-ブチルフェニルオキシ)4,4'-ビフェニレン-ジ-ホスフィン(商品名:P-EPQ)、テトラキス(2,4-ジ-t-ブチル-5-メチルフェニルオキシ)4,4'-ビフェニレン-ジ-ホスフィン(商品名:GSY-101P)、2-[[2,4,8,10-テトラキス(1,1-ジメチルエテル)ジベンゾ[d,f][1,3,2]ジオキサ
フォスフェピン6-イル]オキシ]-N,N-ビス[2-[[2,4,8,10-テトラキス(1,1ジメチルエチル)ジベンゾ[d,f][1,3,2,]ジオキサフォスフェピン-6-イル]オキシ]-エチル]エタナミン(商品名:IRGAFOS 12)、2,2'-メチレンビス(4,6-ジ-t-ブチルフェニル)オクチルホスファイト(商品名:アデカスアブ HP-10)など。
Bis (2,4-di-t-butylphenyl) [1,1-biphenyl] -4,4'-diylbisphosphite, 9,10-dihydro-9-oxa-10-phosphaphenanthrene-10-oxide (Product name: SANKO-HCA), Triethyl phosphite (Product name: JP302), Tri-n-Butyl phosphite (Product name: JP304), Triphenyl phosphite (Product name: ADK STAB TPP), Diphenyl monooctyl phosphite (Product name: Adekastab C), Tri (p-cresyl) phosphite (Product name: Chelex-PC), Diphenyl monodecyl phosphite (Product name: Adekastab 135A), Diphenyl mono (tridecyl) phosphite (Product name: JPM313 ), Tris (2-ethylhexyl) phosphite (trade name: JP308), phenyl didecyl phosphite (ADK STAB 517)
, Tridecyl phosphite (trade name: ADK STAB 3010), tetraphenyldipropylene glycol diphosphite (trade name: JPP100), bis (2,4-di-t-butylphenyl) pentaerythritol diphosphite (trade name: ADK STAB PEP-24G), Tris (tridecyl) phosphite (trade name: JP333E), bis (nonylphenyl) pentaerythritol diphosphite (trade name: ADK STAB PEP-4C), bis (2,6-di-t-butyl) -4-methylphenyl) pentaerythritol diphosphite (trade name: ADK STAB PEP-36), bis [2,4-di (1-phenylisopropyl) phenyl] pentaerythritol diphosphite (trade name: ADK STAB PEP-45) , Trilauryl trithiophosphite (trade name: JPS312), tris (2,4-di-t-butylphenyl) phosphite (IRGAFOS 168), tris (nonylph) Nyl) phosphite (trade name: ADK STAB 1178), distearyl pentaerythritol diphosphite (trade name: ADK STAB PEP-8), tris (mono, dinonylphenyl) phosphite (trade name: ADK STAB 329K), trioleylphos Phyto (trade name: Chelex-OL), tristearyl phosphite (trade name: JP318E), 4,4'-butylidenebis (3-methyl-6-t-butylphenylditridecyl) phosphite (trade name: JPH1200), Tetra (C12-C15 mixed alkyl) -4,4'-isopropylidene diphenyl diphosphite (trade name: Adekastab 1500), tetra (tridecyl) -4,4'-butylidenebis (3-methyl-6-t-butylphenol) Diphosphite (trade name: ADK STAB 260), hexa (tridecyl) -1,1,3-tris (2-methyl-5-t-butyl-4-hydroxyphenyl) butane-triphosphite (trade) Name: ADK STAB 522A
), Hydrogenated bisphenol A phosphite polymer (HBP), tetrakis (2,4-di-t-butylphenyloxy) 4,4'-biphenylene-di-phosphine (trade name: P-EPQ), tetrakis (2, 4-di-t-butyl-5-methylphenyloxy) 4,4'-biphenylene-di-phosphine (trade name: GSY-101P), 2-[[2,4,8,10-tetrakis (1,1 -Dimethylether) dibenzo [d, f] [1,3,2] dioxaphosphepin6-yl] oxy] -N, N-bis [2-[[2,4,8,10-tetrakis (1 , 1Dimethylethyl) dibenzo [d, f] [1,3,2,] dioxaphosphepin-6-yl] oxy] -ethyl] ethanamine (trade name: IRGAFOS 12), 2,2'-methylenebis ( 4,6-di-t-butylphenyl) octyl phosphite (trade name: Adeka Sab HP-10).

このうち、耐加水分解性に優れたアデカスタブ PEP-36、P-EPQ、アデカスタブ PEP-45
、IRGAFOS 168などが特に好適に用いられる。
Of these, ADK STAB PEP-36, P-EPQ, ADK STAB PEP-45, which have excellent hydrolysis resistance
IRGAFOS 168 and the like are particularly preferably used.

有機イオウ化合物;
本発明で用いられる有機イオウ化合物は、特に限定されるものではないが、以下に挙げる有機イオウ化合物が好ましい。
Organic sulfur compounds;
The organic sulfur compound used in the present invention is not particularly limited, but the organic sulfur compounds listed below are preferable.

ジラウリル-3,3'-チオジプロピオネート(商品名:Sumilizer TPL-R)、ジミリスチル-3,3'-チオジプロピオネート(商品名:Sumilizer TPM)、ジステアリル-3,3'-チオジプロピオネート(商品名:Sumilizer TPS)、ペンタエリスリトールテトラキス(3-ラウリルチオプロピオネート)(商品名:Sumilizer TP-D)、ジトリデシル-3,3'-チオジプロピオネ
ート(商品名:Sumilizer TL)、2-メルカプトベンズイミダゾール(商品名:Sumilizer MB)、ジトリデシル-3,3'-チオジプロピオネート(商品名:アデカスタブAO-503A)、1,3,5-トリス-β-ステアリルチオプロピオニルオキシエチルイソシアヌレート、3,3'-チオビスプロピオン酸ジドデシルエステル(商品名:IRGANOX PS 800FL)、3,3'-チオビスプロ
ピオン酸ジオクデシルエステル(商品名:IRGANOX PS 802FL)など。
Dilauryl-3,3'-thiodipropionate (trade name: Sumilizer TPL-R), dimyristyl-3,3'-thiodipropionate (trade name: Sumilizer TPM), distearyl-3,3'-thiodipro Pionate (trade name: Sumilizer TPS), pentaerythritol tetrakis (3-lauryl thiopropionate) (trade name: Sumilizer TP-D), ditridecyl-3,3'-thiodipropionate (trade name: Sumilizer TL) 2-mercaptobenzimidazole (trade name: Sumilizer MB), ditridecyl-3,3'-thiodipropionate (trade name: Adekastab AO-503A), 1,3,5-tris-β-stearylthiopropionyloxyethyl Isocyanurate, 3,3′-thiobispropionic acid didodecyl ester (trade name: IRGANOX PS 800FL), 3,3′-thiobispropionic acid diocdecyl ester (trade name: IRGANOX PS 802FL), etc.

本発明において、添加する添加剤の量は、特に限定されるものではないが、高分子電解質に要求される酸化耐性、プロトン伝導性、強度、及び弾性率等に応じて、最適な量を用いればよい。好ましくはスルホン酸基を有するポリアリーレン100重量部に対して、添加剤の全重量が0.001〜30重量部混合するのが良い。さらに0.01〜10重量部混合するのがより好ましい。また、添加剤は単独で用いても良いし、2種類以上を併用しても構わない。   In the present invention, the amount of the additive to be added is not particularly limited, but an optimal amount can be used according to the oxidation resistance, proton conductivity, strength, elastic modulus and the like required for the polymer electrolyte. That's fine. Preferably, the total weight of the additive is 0.001 to 30 parts by weight based on 100 parts by weight of the polyarylene having a sulfonic acid group. Furthermore, it is more preferable to mix 0.01-10 weight part. Moreover, an additive may be used independently and may use 2 or more types together.

(高分子電解質膜)
本発明の高分子電解質膜は、上記スルホン酸基を有するポリアリーレンと添加剤とを有機溶剤中で混合させ、それを基体上に流延してフィルム状に成形するキャスティング法などにより製造することができる。ここで、上記基体としては、通常の溶液キャスティング法に用いられる基体であれば特に限定されず、たとえばプラスチック製、金属製などの基体が用いられ、好ましくは、ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムなどの熱可塑性樹脂からなる基体が用いられる。
(Polymer electrolyte membrane)
The polymer electrolyte membrane of the present invention is produced by a casting method or the like in which the polyarylene having the sulfonic acid group and an additive are mixed in an organic solvent, and cast on a substrate to form a film. Can do. Here, the substrate is not particularly limited as long as it is a substrate used in a normal solution casting method. For example, a substrate made of plastic, metal, or the like is used, and preferably a heat treatment such as polyethylene terephthalate (PET) film. A substrate made of a plastic resin is used.

上記スルホン酸基を有するポリアリーレンと添加剤とを混合させる溶媒としては、両者を溶解する溶媒や膨潤させる溶媒であれば良く、たとえば、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、γ−ブチロラクトン、N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、ジメチル尿素、ジメチルイミダゾリジノン、アセトニトリルなどの非プロトン系極性溶剤や、ジクロロメタン、クロロホルム、1,2−ジクロロエタン、
クロロベンゼン、ジクロロベンゼン等の塩素系溶剤、メタノール、エタノール、プロパノール、iso−プロピルアルコール、sec−ブチルアルコール、tert−ブチルアルコール等のアルコール類、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル等のアルキレングリコールモノアルキルエーテル類、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、γ−ブチルラクトン等のケトン類、テトラヒドロフラン、1,3−ジオキサン等のエーテル類な
どの溶剤が挙げられる。これらの溶剤は、1種単独で、または2種以上を組み合わせて用いることができる。特に溶解性、溶液粘度の面から、N−メチル−2−ピロリドン(以下「NMP」ともいう。)が好ましい。
The solvent for mixing the polyarylene having the sulfonic acid group and the additive may be any solvent that dissolves or swells them. For example, N-methyl-2-pyrrolidone, N, N-dimethylformamide, aprotic polar solvents such as γ-butyrolactone, N, N-dimethylacetamide, dimethylsulfoxide, dimethylurea, dimethylimidazolidinone, acetonitrile, dichloromethane, chloroform, 1,2-dichloroethane,
Chlorinated solvents such as chlorobenzene and dichlorobenzene, alcohols such as methanol, ethanol, propanol, iso-propyl alcohol, sec-butyl alcohol, tert-butyl alcohol, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, propylene glycol monoethyl Examples include solvents such as alkylene glycol monoalkyl ethers such as ether, ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, and γ-butyl lactone, and ethers such as tetrahydrofuran and 1,3-dioxane. These solvents can be used alone or in combination of two or more. In particular, N-methyl-2-pyrrolidone (hereinafter also referred to as “NMP”) is preferable in terms of solubility and solution viscosity.

また、上記溶媒として、非プロトン系極性溶剤と他の溶剤との混合物を用いる場合、該混合物の組成は、非プロトン系極性溶剤が95〜25重量%、好ましくは90〜25重量%、他の溶剤が5〜75重量%、好ましくは10〜75重量%(但し、合計は100重量%)である。他の溶剤の量が上記範囲内にあると、溶液粘度を下げる効果に優れる。この場合の非プロトン系極性溶剤と他の溶剤との組み合わせとしては、非プロトン系極性溶剤としてNMP、他の溶剤として幅広い組成範囲で溶液粘度を下げる効果があるメタノールが好ましい。   When a mixture of an aprotic polar solvent and another solvent is used as the solvent, the composition of the mixture is 95 to 25% by weight of the aprotic polar solvent, preferably 90 to 25% by weight, The solvent is 5 to 75% by weight, preferably 10 to 75% by weight (however, the total is 100% by weight). When the amount of the other solvent is within the above range, the effect of lowering the solution viscosity is excellent. In this case, the combination of the aprotic polar solvent and the other solvent is preferably NMP as the aprotic polar solvent and methanol having an effect of lowering the solution viscosity in a wide composition range as the other solvent.

上記重合体と添加剤を溶解させた溶液のポリマー濃度は、上記スルホン酸基を有するポリアリーレンの分子量にもよるが、通常、5〜40重量%、好ましくは7〜25重量%である。5重量%未満では、厚膜化し難く、また、ピンホールが生成しやすい。一方、40重量%を超えると、溶液粘度が高すぎてフィルム化し難く、また、表面平滑性に欠けることがある。   The polymer concentration of the solution in which the polymer and the additive are dissolved depends on the molecular weight of the polyarylene having a sulfonic acid group, but is usually 5 to 40% by weight, preferably 7 to 25% by weight. If it is less than 5% by weight, it is difficult to form a thick film, and pinholes are easily generated. On the other hand, if it exceeds 40% by weight, the solution viscosity is so high that it is difficult to form a film, and surface smoothness may be lacking.

なお、溶液粘度は、上記スルホン酸基を有するポリアリーレンの分子量や、ポリマー濃度や、添加剤の濃度にもよるが、通常、2,000〜100,000mPa・s、好ましくは3,000〜50,000mPa・sである。2,000mPa・s未満では、成膜中の
溶液の滞留性が悪く、基体から流れてしまうことがある。一方、100,000mPa・
sを超えると、粘度が高過ぎて、ダイからの押し出しができず、流延法によるフィルム化が困難となることがある。
The solution viscosity depends on the molecular weight of the polyarylene having the sulfonic acid group, the polymer concentration, and the concentration of the additive, but is usually 2,000 to 100,000 mPa · s, preferably 3,000 to 50. 1,000 mPa · s. If it is less than 2,000 mPa · s, the retention of the solution during film formation is poor, and it may flow from the substrate. On the other hand, 100,000 mPa ·
If it exceeds s, the viscosity is too high to be extruded from the die, and it may be difficult to form a film by the casting method.

上記のようにして成膜した後、得られた未乾燥フィルムを水に浸漬すると、未乾燥フィルム中の有機溶剤を水と置換することができ、得られる高分子電解質膜の残留溶媒量を低減することができる。   After film formation as described above, when the obtained undried film is immersed in water, the organic solvent in the undried film can be replaced with water, and the amount of residual solvent in the resulting polymer electrolyte membrane is reduced. can do.

なお、成膜後、未乾燥フィルムを水に浸漬する前に、未乾燥フィルムを予備乾燥してもよい。予備乾燥は、未乾燥フィルムを通常50〜150℃の温度で、0.1〜10時間保持することにより行われる。   In addition, after film formation, before immersing an undried film in water, you may predry an undried film. The preliminary drying is performed by holding the undried film at a temperature of usually 50 to 150 ° C. for 0.1 to 10 hours.

未乾燥フィルム(予備乾燥後のフィルムも含む。以下同じ。)を水に浸漬する際は、枚葉を水に浸漬するバッチ方式でもよく、基板フィルム(たとえば、PET)上に成膜された状態の積層フィルムのまま、または基板から分離した膜を水に浸漬させて、巻き取っていく連続方式でもよい。また、バッチ方式の場合は、処理後のフィルム表面に皺が形成されるのを抑制するために、未乾燥フィルムを枠にはめるなどの方法で、水に浸漬させることが好ましい。   When immersing an undried film (including a pre-dried film; the same shall apply hereinafter) in water, a batch method in which a single wafer is immersed in water may be used, and the film is formed on a substrate film (for example, PET). A continuous system may be used in which the laminated film is left as it is, or the film separated from the substrate is immersed in water and wound up. Moreover, in the case of a batch system, in order to suppress the formation of wrinkles on the treated film surface, it is preferable to immerse the film in water by a method such as placing an undried film on a frame.

未乾燥フィルムを水に浸漬する際の水の使用量は、未乾燥フィルム1重量部に対して、10重量部以上、好ましくは30重量部以上、より好ましくは50重量部以上の割合である。水の使用量が上記範囲であれば、得られるプロトン伝導膜の残存溶媒量を少なくすることができる。また、浸漬に使用する水を交換したり、オーバーフローさせたりして、常に水中の有機溶媒濃度を一定濃度以下に維持しておくことも、得られる高分子電解質膜の残存溶媒量を低減することに有効である。さらに、高分子電解質膜中に残存する有機溶媒量の面内分布を小さく抑えるためには、水中の有機溶媒濃度を撹拌等によって均質化させることが効果的である。   The amount of water used in immersing the undried film in water is 10 parts by weight or more, preferably 30 parts by weight or more, more preferably 50 parts by weight or more with respect to 1 part by weight of the undried film. If the amount of water used is in the above range, the amount of residual solvent in the resulting proton conducting membrane can be reduced. In addition, the amount of residual solvent in the resulting polymer electrolyte membrane can be reduced by changing the water used for immersion or overflowing it so that the organic solvent concentration in the water is always kept below a certain level. It is effective for. Furthermore, in order to suppress the in-plane distribution of the amount of the organic solvent remaining in the polymer electrolyte membrane, it is effective to homogenize the concentration of the organic solvent in water by stirring or the like.

未乾燥フィルムを水に浸漬する際の水の温度は、置換速度および取り扱いやすさの点から、通常5〜80℃、好ましくは10〜60℃の範囲である。高温ほど、有機溶媒と水との置換速度は速くなるが、フィルムの吸水量も大きくなるので、乾燥後に得られる高分子電解質膜の表面状態が悪化することがある。また、フィルムの浸漬時間は、初期の残存溶媒量、水の使用量および処理温度にもよるが、通常10分〜240時間、好ましくは30分〜100時間の範囲である。   The temperature of water when the undried film is immersed in water is usually in the range of 5 to 80 ° C., preferably 10 to 60 ° C., from the viewpoint of the replacement speed and ease of handling. The higher the temperature, the faster the substitution rate of the organic solvent and water, but the greater the amount of water absorbed by the film, so the surface state of the polymer electrolyte membrane obtained after drying may deteriorate. Further, the immersion time of the film is usually in the range of 10 minutes to 240 hours, preferably 30 minutes to 100 hours, although it depends on the initial residual solvent amount, the amount of water used and the treatment temperature.

上記のように未乾燥フィルムを水に浸漬した後乾燥すると、残存溶媒量が低減された膜が得られるが、このようにして得られる膜の残存溶媒量は、通常5重量%以下である。また、浸漬条件によっては、得られる膜の残存溶媒量を1重量%以下とすることができる。このような条件としては、たとえば、未乾燥フィルム1重量部に対する水の使用量が50重量部以上であり、浸漬する際の水の温度が10〜60℃、浸漬時間が10分〜10時間である。   When the undried film is immersed in water and dried as described above, a film with a reduced amount of residual solvent is obtained. The residual solvent amount of the film thus obtained is usually 5% by weight or less. Further, depending on the dipping conditions, the amount of residual solvent in the obtained film can be set to 1% by weight or less. As such conditions, for example, the amount of water used relative to 1 part by weight of the undried film is 50 parts by weight or more, the temperature of the water when immersed is 10 to 60 ° C., and the immersion time is 10 minutes to 10 hours. is there.

上記のように未乾燥フィルムを水に浸漬した後、フィルムを30〜100℃、好ましくは50〜80℃で、10〜180分、好ましくは15〜60分乾燥し、次いで、50〜150℃で、好ましくは500mmHg〜0.1mmHgの減圧下、0.5〜24時間、真空乾燥することにより、膜を得ることができる。   After immersing the undried film in water as described above, the film is dried at 30-100 ° C, preferably 50-80 ° C, for 10-180 minutes, preferably 15-60 minutes, and then at 50-150 ° C. The film can be obtained by vacuum drying under reduced pressure of 500 mmHg to 0.1 mmHg for 0.5 to 24 hours.

本発明の方法により得られる高分子電解質膜は、その乾燥膜厚が、通常10〜100μm、好ましくは20〜80μmである。   The polymer electrolyte membrane obtained by the method of the present invention has a dry film thickness of usually 10 to 100 μm, preferably 20 to 80 μm.

また、上記スルホン酸エステル基を有するポリアリーレンと添加剤とを上述したような方法でフィルム状に成形した後、加水分解等の適切な後処理することにより本発明に係る高分子電解質膜を製造することもできる。具体的には、スルホン酸エステル基を有するポリアリーレンと添加剤とを上述したような方法でフィルム状に成形した後、その膜を加水分解することによりスルホン酸基を有するポリアリーレンからなる高分子電解質膜を製造することができる。   In addition, after the polyarylene having the sulfonic acid ester group and the additive are formed into a film by the above-described method, the polymer electrolyte membrane according to the present invention is manufactured by appropriate post-treatment such as hydrolysis. You can also Specifically, a polymer composed of polyarylene having a sulfonic acid group is formed by forming a polyarylene having a sulfonic acid ester group and an additive into a film by the method described above and then hydrolyzing the film. An electrolyte membrane can be manufactured.

また、高分子電解質膜を製造する際に、上記スルホン酸基を有するポリアリーレンおよび添加剤以外に、硫酸、リン酸などの無機酸、リン酸ガラス、タングステン酸、リン酸塩水和物、β-アルミナプロトン置換体、プロトン導入酸化物等の無機プロトン伝導体粒子
、カルボン酸を含む有機酸、スルホン酸を含む有機酸、ホスホン酸を含む有機酸、適量の
水などを併用しても良い。
Further, when producing the polymer electrolyte membrane, in addition to the polyarylene having the sulfonic acid group and the additive, inorganic acids such as sulfuric acid and phosphoric acid, phosphate glass, tungstic acid, phosphate hydrate, β- Inorganic proton conductor particles such as alumina proton-substituted products and proton-introduced oxides, organic acids containing carboxylic acids, organic acids containing sulfonic acids, organic acids containing phosphonic acids, and appropriate amounts of water may be used in combination.

本発明の高分子電解質膜は、例えば、一次電池、二次電池、燃料電池等のための電解質、ハロゲン化水素酸電解や食塩電解等のイオン交換膜、湿度センサやガスセンサ等の各種センサ、水電解、信号伝達媒体、固体コンデンサー、表示素子、酸素濃縮器等に用いることが可能である。   The polymer electrolyte membrane of the present invention includes, for example, electrolytes for primary batteries, secondary batteries, fuel cells and the like, ion exchange membranes such as hydrohalic acid electrolysis and salt electrolysis, various sensors such as humidity sensors and gas sensors, water It can be used for electrolysis, signal transmission media, solid capacitors, display elements, oxygen concentrators, and the like.

[実施例]
以下、実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
[Example]
EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated further more concretely, this invention is not limited to a following example.

[参考例1]
高分子電解質膜に用いたスルホン酸基を有するポリアリーレンの構造を下記に示す。
[Reference Example 1]
The structure of polyarylene having a sulfonic acid group used for the polymer electrolyte membrane is shown below.

Figure 0004733352
Figure 0004733352

(式中、x、yは繰り返し単位のモル比を示し、pは繰り返し単位の数を示す。)
上記式(I)で表されるスルホン酸基を有するポリアリーレンの合成は、以下のとおり行った。
(In the formula, x and y represent the molar ratio of repeating units, and p represents the number of repeating units.)
Synthesis of polyarylene having a sulfonic acid group represented by the above formula (I) was performed as follows.

(オリゴマーの合成)
撹拌機、温度計、冷却管、Dean-Stark管、窒素導入の三方コックを取り付けた1Lの三つ口のフラスコに、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン(ビスフェノールAF)67.3g(0.20モル)、4,4'−ジクロロベンゾフェノン(4,4'−DCBP)60.3g(0.24モル)、炭酸カリウム71.9g(0.52モル)、N,N−ジメチルアセトアミド(DMAc)300mL、ト
ルエン 150mLをとり、オイルバス中、窒素雰囲気下で加熱し撹拌下130℃で反応
させた。反応により生成する水をトルエンと共沸させ、Dean-Stark管で系外に除去しながら反応させると、約3時間で水の生成がほとんど認められなくなった。反応温度を130℃から徐々に150℃まで上げた。反応温度を徐々に150℃まで上げながら大部分のトルエンを除去し、150で10時間反応を続けた後、4,4'−DCBP 10.0g(0
.040モル)を加え、さらに5時間反応した。得られた反応液を放冷後、副生した無機化合物の沈殿物を濾過除去し、濾液を4Lのメタノール中に投入した。沈殿した生成物を濾別、回収し乾燥後、テトラヒドロフラン 300mLに溶解した。これをメタノール 4Lに再沈殿し、目的の化合物95g(収率85%)を得た。
(Oligomer synthesis)
2,2-bis (4-hydroxyphenyl) -1,1,1,3 was added to a 1 L three-necked flask equipped with a stirrer, thermometer, cooling tube, Dean-Stark tube, and three-way cock for introducing nitrogen. , 3,3-hexafluoropropane (bisphenol AF) 67.3 g (0.20 mol), 4,4′-dichlorobenzophenone (4,4′-DCBP) 60.3 g (0.24 mol), potassium carbonate 71 .9 g (0.52 mol), N, N-dimethylacetamide (DMAc) 300 mL and toluene 150 mL were taken, heated in an oil bath under a nitrogen atmosphere, and reacted at 130 ° C. with stirring. When water produced by the reaction was azeotroped with toluene and reacted while being removed from the system with a Dean-Stark tube, almost no water was produced in about 3 hours. The reaction temperature was gradually increased from 130 ° C to 150 ° C. Most of the toluene was removed while the reaction temperature was gradually raised to 150 ° C., and the reaction was continued at 150 for 10 hours. Then, 10.0 g of 4,4′-DCBP (0
. 040 mol) was added and the reaction was continued for another 5 hours. The resulting reaction solution was allowed to cool, and then the by-product inorganic compound precipitate was removed by filtration, and the filtrate was put into 4 L of methanol. The precipitated product was separated by filtration, collected, dried, and dissolved in 300 mL of tetrahydrofuran. This was reprecipitated in 4 L of methanol to obtain 95 g (yield 85%) of the target compound.

得られた化合物のGPC(THF溶媒)で求めたポリスチレン換算の数平均分子量は11,200であった。また、得られた化合物はTHF、NMP、DMAc、スルホランな
どに可溶で、Tgは110℃、熱分解温度は498℃であった。
The number average molecular weight in terms of polystyrene determined by GPC (THF solvent) of the obtained compound was 11,200. Further, the obtained compound was soluble in THF, NMP, DMAc, sulfolane and the like, Tg was 110 ° C., and thermal decomposition temperature was 498 ° C.

得られた化合物は式(II)で表されるオリゴマー(以下、「BCPAFオリゴマー」という)であった。   The obtained compound was an oligomer represented by the formula (II) (hereinafter referred to as “BCPAF oligomer”).

Figure 0004733352
Figure 0004733352

(式中、pは繰り返し単位の数を示す。)
(スルホン酸基を有するポリアリーレンの合成)
撹拌機、温度計、冷却管、Dean-Stark管、窒素導入の三方コックを取り付けた1Lの三つ口のフラスコに、4−(2,5−ジクロロベンゾイル)ベンゼンスルホン酸neo-ペンチ
ル(A−SO3 neo-Pe)33.2g(82.7ミリモル)とBCPAFオリゴマー(Mn=11,200)20.4g(1.8ミリモル)、Ni(PPh32Cl2 1.66g
(2.5ミリモル)、PPh3 8.87g(33.8ミリモル)、NaI 0.38g(
2.5ミリモル)、亜鉛末 13.3g(202.8ミリモル)、乾燥NMP 123mLを窒素下で加えた。反応系を攪拌下に加熱し(最終的には75℃まで加温)、3時間反応させた。重合反応液をTHF 250mLで希釈し、30分攪拌し、セライトをろ過助剤
に用い、ろ過紙、ろ液を大過剰のメタノール 1500mLに注ぎ、凝固させた。凝固物
を濾集、風乾し、さらにTHF/NMP(それぞれ200/300mL)に再溶解し、大過剰のメタノール 1500mLで凝固析出させた。風乾後、加熱乾燥により目的の黄色
繊維状のネオペンチル基で保護されたスルホン酸誘導体からなる共重合体(PolyAB-SO3neo-Pe)47.0g(収率99%)を得た。GPCによる分子量はMn=47,600、Mw
=159,000であった。
(In the formula, p represents the number of repeating units.)
(Synthesis of polyarylene having a sulfonic acid group)
To a 1 L three-necked flask equipped with a stirrer, thermometer, cooling tube, Dean-Stark tube and nitrogen-introduced three-way cock, 4- (2,5-dichlorobenzoyl) benzenesulfonic acid neo-pentyl (A- SO 3 neo-Pe) 33.2 g (82.7 mmol), BCPAF oligomer (Mn = 11,200) 20.4 g (1.8 mmol), Ni (PPh 3 ) 2 Cl 2 1.66 g
(2.5 mmol), PPh 3 8.87 g (33.8 mmol), NaI 0.38 g (
2.5 mmol), 13.3 g (202.8 mmol) of zinc dust, 123 mL of dry NMP were added under nitrogen. The reaction system was heated with stirring (finally heated to 75 ° C.) and allowed to react for 3 hours. The polymerization reaction liquid was diluted with 250 mL of THF, stirred for 30 minutes, Celite was used as a filter aid, the filter paper and the filtrate were poured into 1500 mL of a large excess of methanol, and solidified. The coagulum was collected by filtration, air-dried, redissolved in THF / NMP (200/300 mL each), and coagulated with 1500 mL of a large excess of methanol. After air drying, 47.0 g (yield 99%) of a copolymer (PolyAB-SO 3 neo-Pe) composed of a sulfonic acid derivative protected with a target yellow fibrous neopentyl group was obtained by heat drying. The molecular weight by GPC is Mn = 47,600, Mw
= 159,000.

こうして得られたPolyAB-SO3neo-Pe 5.1gをNMP 60mLに溶解し、90℃に加温した。反応系にメタノール 50mLと濃塩酸 8mLの混合物を一時に加えた。懸濁状態となりながら、温和の還流条件で10時間反応させた。蒸留装置を設置し、過剰のメタノールを溜去させ、淡緑色の透明溶液を得た。この溶液を大量の水/メタノール(1:1重量比)中に注いで、ポリマーを凝固させた後、洗浄水のpHが6以上となるまで、イオン交換水でポリマーを洗浄した。こうして得られたポリマーのIRスペクトルおよびイオン交換容量の定量分析から、スルホン酸エステル基(−SO3a)は定量的にスルホン酸基(−SO3H)に転換していることがわかった。 Thus obtained 5.1 g of PolyAB-SO 3 neo-Pe was dissolved in 60 mL of NMP and heated to 90 ° C. To the reaction system, a mixture of 50 mL of methanol and 8 mL of concentrated hydrochloric acid was added at a time. While in suspension, the reaction was allowed to proceed for 10 hours under mild reflux conditions. A distillation apparatus was installed, and excess methanol was distilled off to obtain a light green transparent solution. This solution was poured into a large amount of water / methanol (1: 1 weight ratio) to solidify the polymer, and then the polymer was washed with ion-exchanged water until the pH of the washing water became 6 or more. From the IR spectrum of the polymer thus obtained and the quantitative analysis of the ion exchange capacity, it was found that the sulfonic acid ester group (—SO 3 R a ) was quantitatively converted to the sulfonic acid group (—SO 3 H). .

得られた式(I)で表されるスルホン酸基を有するポリアリーレンのGPCによる分子量は、Mn=53,200、Mw=185,000であり、スルホン酸等量は1.9meq/gであった。   The molecular weight of the obtained polyarylene having a sulfonic acid group represented by the formula (I) by GPC was Mn = 53,200, Mw = 185,000, and the sulfonic acid equivalent was 1.9 meq / g. It was.

(高分子電解質膜の作製)
固形分量が10重量%となるように式(I)で表されるスルホン酸基を有するポリアリーレン(100g)、NMP(900g)を撹拌子を入れたフラスコに入れ、80℃にて加熱溶解させた。式(I)で表されるスルホン酸基を有するポリアリーレンの固形分量100重量部に対してヒンダードフェノール系化合物として1,3,5−トリメチル−2,4,6−トリス(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)ベンゼン(商品名:IRGANOX 1330)を1重量部加え、ミックスローターにより2時間撹拌し溶解させポリマー溶
液を調製した。
(Production of polymer electrolyte membrane)
Put polyarylene having a sulfonic acid group represented by the formula (I) (100 g) and NMP (900 g) in a flask containing a stir bar so that the solid content is 10% by weight, and heat and dissolve at 80 ° C. It was. 1,3,5-trimethyl-2,4,6-tris (3,5-tris) as a hindered phenol compound with respect to 100 parts by weight of the solid content of the polyarylene having a sulfonic acid group represented by the formula (I) 1 part by weight of di-t-butyl-4-hydroxybenzyl) benzene (trade name: IRGANOX 1330) was added, and the mixture was stirred and dissolved for 2 hours with a mix rotor to prepare a polymer solution.

ドクターブレード(40μm用)を用い、このポリマーワニスをPET基板上に塗布後、100℃にて1時間オーブンを用い予備乾燥させ、塗膜をPET基板から剥がした。フィルムを耐熱テープでアルミ板上に固定化後、さらに150℃にて1時間オーブンを用い乾燥させた。次いで、塗膜中に残存するNMPを完全に除去するため、塗膜重量の1,0
00倍量のイオン交換水中に25℃にて2日間浸漬させ、NMPを除去し、50℃で1時間乾燥させ目的の高分子電解質膜(37μm)を得た。
Using a doctor blade (for 40 μm), this polymer varnish was applied onto a PET substrate and then preliminarily dried using an oven at 100 ° C. for 1 hour to peel the coating film from the PET substrate. The film was fixed on an aluminum plate with heat-resistant tape, and further dried at 150 ° C. for 1 hour using an oven. Next, in order to completely remove NMP remaining in the coating film,
It was immersed in 00 times the amount of ion exchange water at 25 ° C. for 2 days to remove NMP and dried at 50 ° C. for 1 hour to obtain the intended polymer electrolyte membrane (37 μm).

添加剤としてヒンダードフェノール系化合物に代えてヒンダードアミン系化合物としてN,N'−ビス(3−アミノプロピル)エチレンジアミン−2,4−ビス[N−ブチル−N
−(1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジル)アミノ]−6−クロロ−1,3,5−トリアジン縮合物(商品名:CHIMASSORB 119FL)を用いた以外は参考例1と同様にして高分子電解質膜を得た。
N, N′-bis (3-aminopropyl) ethylenediamine-2,4-bis [N-butyl-N as a hindered amine compound instead of a hindered phenol compound as an additive
- (1,2,2,6,6-pentamethyl-4-piperidyl) amino] -6-chloro-1,3,5-triazine condensate (trade name: CHIMASSORB 119FL) except for using the Reference Example 1 Similarly, a polymer electrolyte membrane was obtained.

添加剤としてヒンダードフェノール系化合物に代えてヒンダードアミン系化合物として1,2,3,4-ブタンテトラカルボン酸と1,2,2,6,6-ペンタメチル-4-ピペリジノールおよび3,9-ビス(2-ヒドロキシ-1,1-ジメチルエチル)-2,4,8,10-テトラオキサスピロ[5.5]ウンデカ
ンとの混合エステル化物(商品名:LA-63P)を用いた以外は参考例1と同様にして高分子電解質膜を得た。
1,2,3,4-butanetetracarboxylic acid and 1,2,2,6,6-pentamethyl-4-piperidinol and 3,9-bis (hindered amine compounds instead of hindered phenol compounds as additives 2-hydroxy-1,1-dimethylethyl) -2,4,8,10-tetraoxaspiro [5.5] similar to Reference Example 1 except that a mixed ester product (trade name: LA-63P) with undecane was used Thus, a polymer electrolyte membrane was obtained.

1,3,5−トリメチル−2,4,6−トリス(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシ
ベンジル)ベンゼン(商品名:IRGANOX 1330)1重量部に加えて、有機リン化合物ビス(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェニル)ペンタエリスリトールジホスファイト(
商品名:アデカスタブ PEP-36) 2重量部を加えた以外は参考例1と同様にして高分子電解質膜を得た。
In addition to 1 part by weight of 1,3,5-trimethyl-2,4,6-tris (3,5-di-tert-butyl-4-hydroxybenzyl) benzene (trade name: IRGANOX 1330), an organophosphorus compound bis (2,6-di-t-butyl-4-methylphenyl) pentaerythritol diphosphite (
Product name: ADK STAB PEP-36) A polymer electrolyte membrane was obtained in the same manner as in Reference Example 1 except that 2 parts by weight were added.

ヒンダードフェノール系化合物1,3,5−トリメチル−2,4,6−トリス(3,5−ジ
−t−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)ベンゼン(商品名:IRGANOX 1330)に代えてペンタエリスリチル−テトラキス[3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニ
ル)プロピオネート](商品名:IRGANOX 1010) 1重量部を用い、さらに有機イオウ化
合物ジステアリル−3,3'−チオジプロピオネート(商品名:Sumilizer TPS)1重量部
を加えた以外は参考例1と同様にして高分子電解質膜を得た。
Pentaerythrityl instead of hindered phenolic compound 1,3,5-trimethyl-2,4,6-tris (3,5-di-t-butyl-4-hydroxybenzyl) benzene (trade name: IRGANOX 1330) -Tetrakis [3- (3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl) propionate] (trade name: IRGANOX 1010) 1 part by weight, and further organic sulfur compound distearyl-3,3'-thiodipro A polymer electrolyte membrane was obtained in the same manner as in Reference Example 1 except that 1 part by weight of pionate (trade name: Sumilizer TPS) was added.

(比較例1)
ヒンダードフェノール系化合物1,3,5−トリメチル−2,4,6−トリス(3,5−ジ
−t−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)ベンゼン(商品名:IRGANOX 1330)を加えず式(I)で表されるスルホン酸基を有するポリアリーレンのみの膜を作製した以外は、参考例1と同様にして高分子電解質膜を得た。
(Comparative Example 1)
The hindered phenol compound 1,3,5-trimethyl-2,4,6-tris (3,5-di-t-butyl-4-hydroxybenzyl) benzene (trade name: IRGANOX 1330) was not added, but the formula (I A polymer electrolyte membrane was obtained in the same manner as in Reference Example 1 except that a membrane having only a polyarylene having a sulfonic acid group represented by formula (1) was produced.

(物性の評価)
参考例1、実施例1〜4で得られた添加剤を含有する高分子電解質膜、および比較例1、2で得られた添加剤を含有しない高分子電解質膜について、スルホン酸当量、膜のプロトン伝導度、破断強度、弾性率、及びフェントン耐性を評価した。その結果を、表1に示す。
なお、スルホン酸当量、プロトン伝導度、破断強度、弾性率及びフェントン耐性の測定方法は、以下のとおりである。
(Evaluation of physical properties)
About the polymer electrolyte membrane containing the additive obtained in Reference Example 1 and Examples 1 to 4 and the polymer electrolyte membrane not containing the additive obtained in Comparative Examples 1 and 2, the sulfonic acid equivalent, Proton conductivity, breaking strength, elastic modulus, and Fenton resistance were evaluated. The results are shown in Table 1.
In addition, the measuring methods of sulfonic acid equivalent, proton conductivity, breaking strength, elastic modulus, and Fenton resistance are as follows.

<スルホン酸当量の測定>
得られた高分子電解質膜の水洗水が中性になるまで洗浄し、フリーに残存している酸を除いて充分に水洗し、乾燥後、所定量を秤量し、THF/水の混合溶剤に溶解したフェノールフタレインを指示薬とし、NaOHの標準液を用いて滴定を行い、中和点から、スル
ホン酸当量を求めた。
<Measurement of sulfonic acid equivalent>
The obtained polymer electrolyte membrane is washed until the washing water becomes neutral, thoroughly washed with water except for free remaining acid, dried, weighed a predetermined amount, and mixed with a THF / water mixed solvent. Using dissolved phenolphthalein as an indicator, titration was performed using a standard solution of NaOH, and the sulfonic acid equivalent was determined from the neutralization point.

<プロトン伝導度の測定>
交流抵抗は、5mm幅の短冊状の試料膜の表面に、白金線(f=0.5mm)を押し当て、恒温恒湿装置中に試料を保持し、白金線間の交流インピーダンス測定から求めた。すなわち、85℃、相対湿度90%の環境下で交流10kHzにおけるインピーダンスを測定した。抵抗測定装置として、(株)NF回路設計ブロック製のケミカルインピーダンス測定システムを用い、恒温恒湿装置には、(株)ヤマト科学製のJW241を使用した。白金線は、5mm間隔に5本押し当てて、線間距離を5〜20mmに変化させ、交流抵抗を測定した。線間距離と抵抗の勾配から、膜の比抵抗を算出し、比抵抗の逆数からプロトン伝導度を算出した。
<Measurement of proton conductivity>
The AC resistance was obtained by pressing a platinum wire (f = 0.5 mm) on the surface of a strip-shaped sample film having a width of 5 mm, holding the sample in a constant temperature and humidity device, and measuring AC impedance between the platinum wires. . That is, the impedance at AC 10 kHz was measured in an environment of 85 ° C. and relative humidity 90%. A chemical impedance measurement system manufactured by NF Circuit Design Block Co., Ltd. was used as the resistance measurement device, and JW241 manufactured by Yamato Scientific Co., Ltd. was used as the constant temperature and humidity device. Five platinum wires were pressed at intervals of 5 mm, the distance between the wires was changed to 5 to 20 mm, and the AC resistance was measured. The specific resistance of the membrane was calculated from the line-to-line distance and the resistance gradient, and the proton conductivity was calculated from the reciprocal of the specific resistance.

比抵抗R(Ω・cm)=0.5(cm)×膜厚(cm)×抵抗線間勾配(Ω/cm)
<破断強度および弾性率の測定>
破断強度および弾性率の測定は、JIS K7113に準じて行った(引っ張り速度:
50mm/min)。ただし、弾性率は、標線間距離をチャック間距離とし算出した。JISK7113に従い、温度23±2℃、相対湿度50±5%の条件下で48時間試料の状態調整を行った。ただし、試料の打ち抜きは、JIS K6251に記載の7号ダンベル
を用いた。引っ張り試験測定装置は、INSTRON製5543を用いた。
Specific resistance R (Ω · cm) = 0.5 (cm) × film thickness (cm) × resistance-to-resistance gradient (Ω / cm)
<Measurement of breaking strength and elastic modulus>
The measurement of breaking strength and elastic modulus was performed according to JIS K7113 (Tensile speed:
50 mm / min). However, the elastic modulus was calculated with the distance between marked lines as the distance between chucks. According to JISK7113, the sample was conditioned for 48 hours under conditions of a temperature of 23 ± 2 ° C. and a relative humidity of 50 ± 5%. However, the No. 7 dumbbell described in JIS K6251 was used for punching the sample. As the tensile test measurement device, 5543 manufactured by INSTRON was used.

<フェントン試験>
3重量%の過酸化水素に硫酸鉄・七水和物を鉄イオンの濃度が20ppmになるようにフェントン試薬を調製した。250mlのポリエチレン製容器に200gのフェントン試薬を採取し、3cm×4cmに切削した高分子電解膜を投入後、密栓後、45℃の恒温水槽に浸漬させ、15時間のフェントン試験を行った。フェントン試験後、フィルムを取り出し、イオン交換水にて水洗後、25℃・50%でRH12時間状態調製を行い、各種物性測定を行った。フェントン試験における重量保持率は、下記の数式により算出した。
フェントン試験における重量保持率(%)=フェントン試験後のフィルム重量/フェントン試験前のフィルム重量×100
<Fenton test>
A Fenton reagent was prepared so that iron sulfate heptahydrate and iron ion concentration were 20 ppm in 3% by weight of hydrogen peroxide. 200 g of Fenton reagent was collected in a 250 ml polyethylene container, a polymer electrolyte membrane cut to 3 cm × 4 cm was added, sealed, and then immersed in a constant temperature water bath at 45 ° C. for 15 hours Fenton test. After the Fenton test, the film was taken out, washed with ion-exchanged water, prepared for conditions for 12 hours at 25 ° C. and 50%, and various physical properties were measured. The weight retention rate in the Fenton test was calculated by the following mathematical formula.
Weight retention (%) in Fenton test = film weight after Fenton test / film weight before Fenton test × 100

Figure 0004733352
Figure 0004733352

実施例1〜4に示すように、添加剤を混合させた高分子電解質膜は、フェントン試験後フィルムの劣化が抑制されるため、高酸化耐性を有し、高出力可能な燃料電池を作製する
ために非常に有利である。

As shown in Examples 1 to 4 , the polymer electrolyte membrane mixed with the additive suppresses deterioration of the film after the Fenton test, and thus has a high oxidation resistance and produces a high output fuel cell. Because it is very advantageous.

Claims (4)

下記一般式(A)で表されるスルホン酸エステル化合物を含む単量体を重合して得られるスルホン酸エステル基を有するポリアリーレンを、加水分解して得られるスルホン酸基を有するポリアリーレンと、
下記(i)または(ii)
(i)ヒンダードアミン系化合物
(ii)有機リン化合物および有機イオウ化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種とヒンダードフェノール系化合物
から選ばれる添加剤を含有することを特徴とするポリアリーレン重合体組成物;
Figure 0004733352
(式中、Xはフッ素を除くハロゲン原子、−OSO3CH3および−OSO3CF3から選ばれる原子または基を示し、Aは2価の電子吸引性基を示し、Bは2価の電子供与基または直接結合を示し、mは0〜10の整数を示し、nは0〜10の整数を示し、kは1〜4の整数を示し、Raは炭素原子数4〜20の炭化水素基を示し、Arは−SO3b(但し、
bは炭素原子数4〜20の炭化水素基を示す。)で表される置換基を有する芳香族基を
示す)。
A polyarylene having a sulfonic acid group obtained by hydrolyzing a polyarylene having a sulfonic acid ester group obtained by polymerizing a monomer containing a sulfonic acid ester compound represented by the following general formula (A);
(I) or (ii) below
(I) Hindered amine compounds
(Ii) At least one selected from the group consisting of an organic phosphorus compound and an organic sulfur compound and a hindered phenol compound
A polyarylene polymer composition comprising an additive selected from :
Figure 0004733352
(Wherein X represents a halogen atom excluding fluorine, an atom or group selected from —OSO 3 CH 3 and —OSO 3 CF 3 , A represents a divalent electron-withdrawing group, and B represents a divalent electron. donating group or a direct bond are shown, m represents an integer of 0, n represents an integer of 0, k is an integer of 1 to 4, R a is a hydrocarbon having 4-20 carbon atoms A group, Ar is —SO 3 R b (wherein
R b represents a hydrocarbon group having 4 to 20 carbon atoms. ) Represents an aromatic group having a substituent represented by:
スルホン酸基を有するポリアリーレン100重量部に対して、添加剤を全重量で0.01〜10重量部含有することを特徴とする請求項1に記載のポリアリーレン重合体組成物。   2. The polyarylene polymer composition according to claim 1, wherein the additive comprises 0.01 to 10 parts by weight of the total weight with respect to 100 parts by weight of the polyarylene having a sulfonic acid group. 請求項1ないし2のいずれか1項に記載のポリアリーレン重合体組成物からなる高分子電解質。   A polymer electrolyte comprising the polyarylene polymer composition according to claim 1. 請求項1ないし2のいずれか1項に記載のポリアリーレン重合体組成物からなるプロトン伝導膜。   A proton conducting membrane comprising the polyarylene polymer composition according to claim 1.
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