JP4749080B2 - Electrolyte solution for fuel cell - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池用の電極バインダー、固体高分子電解質燃料電池用膜の作成、燃料電池膜の改質等に用いられる有用な高分子電解質溶液に関するものである。   The present invention relates to a useful polymer electrolyte solution used for preparing an electrode binder for a fuel cell, production of a membrane for a solid polymer electrolyte fuel cell, modification of a fuel cell membrane, and the like.

これまで、固体高分子形燃料電池用のバインダーや膜に用いられる電解質材料としては、(1)ナフィオン(デュポン社製)等のパーフルオロアルキルスルホン酸高分子(例えば、特許文献1参照)や、(2)ポリエーテルエーテルケトン等の耐熱性高分子の主鎖をスルホン化した高分子(例えば、特許文献2参照)、(3)スルホン酸化された側鎖を有する高分子(例えば、特許文献3、特許文献4、特許文献5参照)が知られている。しかしながら、これらの高分子は固体高分子形燃料電池用の電解質材料として、いずれも問題を有していた。すなわち、燃料電池の出力向上の点から100℃以上の運転温度が望まれているが、上記(1)のパーフルオロアルキルスルホン酸ポリマーはガラス転移点が約120℃と低いため、使用温度が100℃未満という制約がある。また、上記(2)および(3)の高分子は、脱スルホンが進行するため高い温度では使用できない。さらに、上記(2)および(3)の高分子は、耐酸化性が充分ではない。耐酸化性を向上させる方法としては、高分子電解質に酸化防止剤を添加する方法(例えば、特許文献6および特許文献7参照)が提案されている。しかしながら、この方法では高分子電解質そのものの耐酸化性を向上させているわけではないので、添加した酸化防止剤が消費されると、電解質膜の耐酸化性が低下してしまうと推定される。また、上記(2)のポリマーは、プロトン伝導性を向上すべくスルホン酸化率を高めると水溶性となる問題がある(例えば、非特許文献1参照)。   So far, as electrolyte materials used for binders and membranes for polymer electrolyte fuel cells, (1) perfluoroalkylsulfonic acid polymers such as Nafion (manufactured by DuPont) (for example, see Patent Document 1), (2) a polymer obtained by sulfonating the main chain of a heat-resistant polymer such as polyether ether ketone (for example, see Patent Document 2), (3) a polymer having a sulfonated side chain (for example, Patent Document 3) Patent Document 4 and Patent Document 5) are known. However, these polymers all have problems as electrolyte materials for polymer electrolyte fuel cells. That is, an operating temperature of 100 ° C. or higher is desired from the viewpoint of improving the output of the fuel cell. However, since the perfluoroalkylsulfonic acid polymer (1) has a low glass transition point of about 120 ° C., the operating temperature is 100. There is a restriction of less than ℃. The polymers (2) and (3) cannot be used at high temperatures because desulfonation proceeds. Furthermore, the polymers (2) and (3) are not sufficient in oxidation resistance. As a method for improving the oxidation resistance, a method of adding an antioxidant to the polymer electrolyte (for example, see Patent Document 6 and Patent Document 7) has been proposed. However, since this method does not improve the oxidation resistance of the polymer electrolyte itself, it is presumed that when the added antioxidant is consumed, the oxidation resistance of the electrolyte membrane is lowered. In addition, the polymer (2) has a problem of becoming water-soluble when the sulfonation rate is increased to improve proton conductivity (see, for example, Non-Patent Document 1).

米国特許第3,282,875号明細書US Pat. No. 3,282,875 米国特許第5,795,496号明細書US Pat. No. 5,795,496 米国特許第5,403,675号明細書US Pat. No. 5,403,675 特開2001−329053号公報JP 2001-329053 A 特開2002−289222号公報JP 2002-289222 A 特開2003−201352号公報JP 2003-201352 A 特開2003−201403号公報JP 2003-201403 A Electrochemical and Solid−State Letters,Vol.6,No.11,p.A229−A231(2003)Electrochemical and Solid-State Letters, Vol. 6, no. 11, p. A229-A231 (2003)

本発明は、固体高分子形燃料電池の電解質膜および電解質バインダー等の、耐酸化性が高く、高温でも脱スルホンが起こりにくい、かつプロトン伝導性の高い新規な高分子電解質材料の溶液およびその製造方法を提供することを目的とするものである。   The present invention relates to a solution of a novel polymer electrolyte material, such as an electrolyte membrane and an electrolyte binder of a polymer electrolyte fuel cell, which has high oxidation resistance, hardly desulfonation even at high temperatures, and high proton conductivity. It is intended to provide a method.

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、スルホン酸が置換した芳香環が電子吸引性連結基で連なる特定構造の側鎖を有する高分子スルホン酸からなる高分子電解質がその目的に適合し、またこの高分子電解質が水を含む有機溶媒、又は有機溶媒のみに溶解できることを見出し、本発明をなすに至った。
即ち、本発明は以下の通りのものである。
1.少なくとも下記一般式(1)で表される繰り返し単位(A)を有する事を特徴とする燃料電池用高分子電解質をその濃度が1〜50wt%となるように、水または極性有機溶媒に溶解させた電解質溶液。

Figure 0004749080
(Yは(k+2)価の芳香族残基を表し、Pは−CO−、−O−、−S−、−SO−、−SO 2 −、−CONH−、−C(CF 3 2 −、単結合から選ばれる連結基であり、kは1〜2の整数であって、式中の側鎖部分Zは、下記一般式(2)で表される。
Z=−(X 1 Ar 1 (B 1 ))−(X 2 Ar 2 (B 2 ))−・・・−(X n-1 Ar n-1 (B n-1 ))−(X n Ar n ) (2)
上記一般式(2)中のB 1 〜B n-1 は、側鎖部分Zにおける分岐鎖を意味し、以下の式で表される。
1 =−〔(X 2 Ar 2 (B 2 ))−(X 3 Ar 3 (B 3 ))−・・・−(X n-1 Ar n-1 (B n-1 ))−(X n Ar n )〕 f
2 =−〔(X 3 Ar 3 (B 3 ))−・・・−(X n-1 Ar n-1 (B n-1 ))−(X n Ar n )〕 f



n-1 =−〔X n Ar n f
上記一般式(2)中
nは各々独立に2〜5の整数、
fは各々独立に0〜2の整数であり、少なくとも一つのfが1または2である、
Ar 1 〜Ar n は各々独立に芳香族残基であって、
1 〜X n は各々独立に−CO−、−CONH−、−(CF 2 p −(pは1〜10の整数)、−C(CF 3 2 −、−COO−、−SO−、−SO 2 −から選ばれる連結基である。
そして、Zは−SO 3 H基の1.0を超える数を有する。)
2.fが0または1であり、少なくとも一つのfが1であることを特徴とする上記1記載の電解質溶液。
3.Pが−CO−、−O−、−S−、−SO 2 −、−C(CF 3 2 −から選ばれる連結基であることを特徴とする上記1又は2に記載の電解質溶液。
4.上記1〜3のいずれか1つに記載の電解質溶液を用いた燃料電池用電極。
5.上記1〜3のいずれか1つに記載の電解質溶液を用いた燃料電池用電極と上記1〜3のいずれか1つに記載の電解質溶液を用いた燃料電池用膜とからなる膜・電極接合体。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that a polymer comprising a polymer sulfonic acid having a side chain with a specific structure in which an aromatic ring substituted with a sulfonic acid is linked by an electron-withdrawing linking group The inventors have found that the electrolyte is suitable for the purpose and that the polymer electrolyte can be dissolved in an organic solvent containing water or only in an organic solvent, and the present invention has been made.
That is, the present invention is as follows.
1. A polymer electrolyte for a fuel cell having at least a repeating unit (A) represented by the following general formula (1) is dissolved in water or a polar organic solvent so that its concentration is 1 to 50 wt%. Electrolyte solution.
Figure 0004749080
(Y represents a (k + 2) -valent aromatic residue, and P represents —CO— , —O—, —S—, —SO—, —SO 2 —, —CONH—, —C (CF 3 ) 2 —. , A linking group selected from single bonds, k is an integer of 1 to 2, and the side chain moiety Z in the formula is represented by the following general formula (2).
Z = - (X 1 Ar 1 (B 1)) - (X 2 Ar 2 (B 2)) - ··· - (X n-1 Ar n-1 (B n-1)) - (X n Ar n ) (2)
B 1 to B n-1 in the general formula (2) mean a branched chain in the side chain portion Z, and are represented by the following formula.
B 1 = - [(X 2 Ar 2 (B 2 )) - (X 3 Ar 3 (B 3)) - ··· - (X n-1 Ar n-1 (B n-1)) - (X n Ar n )] f
B 2 = - [(X 3 Ar 3 (B 3 )) - ··· - (X n-1 Ar n-1 (B n-1)) - (X n Ar n) ] f



B n-1 = − [X n Ar n ] f
In the above general formula (2)
n is each independently an integer of 2 to 5,
f is each independently an integer of 0 to 2, and at least one f is 1 or 2.
Ar 1 to Ar n are each independently an aromatic residue,
X 1 to X n are each independently —CO—, —CONH—, — (CF 2 ) p — (p is an integer of 1 to 10), —C (CF 3 ) 2 —, —COO—, —SO—. , —SO 2 —.
Z has a number exceeding 1.0 of the —SO 3 H group. )
2. 2. The electrolyte solution according to 1 above, wherein f is 0 or 1, and at least one f is 1.
3. 3. The electrolyte solution according to 1 or 2 above , wherein P is a linking group selected from —CO—, —O—, —S—, —SO 2 —, and —C (CF 3 ) 2 —.
4). A fuel cell electrode using the electrolyte solution according to any one of 1 to 3 above.
5. A membrane / electrode joint comprising a fuel cell electrode using the electrolyte solution according to any one of 1 to 3 above and a fuel cell membrane using the electrolyte solution according to any one of 1 to 3 above. body.

本発明の高分子電解質溶液中の電解質は、耐酸化性が高く、高温でも脱スルホンが起こ
りにくく、プロトン伝導性が高く、かつ、力学的性質にも優れた、新規な高分子電解質である。したがって、固体高分子形燃料電池の電解質膜およびバインダーとして好適に使用することができる。
The electrolyte in the polymer electrolyte solution of the present invention is a novel polymer electrolyte that has high oxidation resistance, is resistant to desulfurization even at high temperatures, has high proton conductivity, and is excellent in mechanical properties. Therefore, it can be suitably used as an electrolyte membrane and a binder for a polymer electrolyte fuel cell.

以下、本発明について具体的に説明する。
本発明の高分子電解質は下記一般式(1)で表される繰り返し単位(A)を有する。

Figure 0004749080
Hereinafter, the present invention will be specifically described.
The polymer electrolyte of the present invention has a repeating unit (A) represented by the following general formula (1).
Figure 0004749080

上記一般式(1)中、kは通常1〜4の整数であって、好ましくは1または2である。上記一般式(1)中、Yは(k+2)価の芳香族残基であり、例えば、下記式(7)に示す3価の芳香族残基、下記式(8)に示す4価の芳香族残基、下記式(9)に示す5価の芳香族残基などが挙げられる。これら芳香族残基の水素原子がアルキル基、ハロゲン原子、ハロゲン化アルキル基、アリール基、ハロゲン化アリール基、−CN、−NO2 、−COR、−COO R(Rは水素原子、アルキル基、ハロゲン化アルキル基、アリール基から選ばれる。)、−CONRR’(R’はRと同様である。)、−SO3 R、−SOR、−SO2 Rで置換されていてもよく、F、パーフルオロアルキル、−CN、−NO2 、−COR、−COO R、−CONRR’、−SO3 R、−SOR、−SO2 R等の電子吸引基が置換していることが好ましい。 In the general formula (1), k is usually an integer of 1 to 4, and preferably 1 or 2. In the general formula (1), Y is a (k + 2) -valent aromatic residue, for example, a trivalent aromatic residue represented by the following formula (7), a tetravalent aromatic represented by the following formula (8) Group residues, pentavalent aromatic residues represented by the following formula (9), and the like. Hydrogen atoms alkyl groups of these aromatic residues, halogen atom, halogenated alkyl group, aryl group, halogenated aryl group, -CN, -NO 2, -COR, -COO R (R is selected from a hydrogen atom, an alkyl group, a halogenated alkyl group, and an aryl group), —CONRR ′ (R ′ is the same as R), —SO 3 R, —SOR, —SO 2 R in may be substituted, F, perfluoroalkyl, -CN, -NO 2, -COR, -COO It is preferable that an electron-withdrawing group such as R, —CONRR ′, —SO 3 R, —SOR, and —SO 2 R is substituted.

Figure 0004749080
Figure 0004749080

Figure 0004749080
Figure 0004749080

Figure 0004749080
Figure 0004749080

上記一般式(7)〜(9)における2価の基Qは−CO−、−COO−、−O−、−S−、−SO−、−SO2 −、−CCR1 2−(R1 は水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、ハロゲン化アルキル基、アリール基から選ばれる)、単結合から選ばれ、好ましくは−CO−、−O−、−S−、−SO2 −から選ばれる。
上記一般式(1)中、Pは −CO−、−O−、−S−、−SO−、−SO−、−CONH−、−C(CF−、単結合から選ばれる連結基であり、好ましくは、−CO−、−O−、−S−、−SO−、−C(CF−から選ばれる連結基であり、さらに好ましくは−CO−、−O−、−S−、−SO−から選ばれる連結基である。
上記一般式(1)中の側鎖部分Zは、下記一般式(2)で表される。
Z=−(XAr(B))−(XAr(B))−・・・−(Xn−1Arn−1(Bn−1))−(XAr) (2)
上記一般式(2)中のB〜Bn−1は、側鎖部分Zにおける分岐鎖を意味し、以下の式で表される。
=−〔(XAr(B))−(XAr(B))−・・・−(Xn−1Arn−1(Bn−1))−(XAr)〕
=−〔(XAr(B))−・・・−(Xn−1Arn−1(Bn−1))−(XAr)〕



n−1=−〔XAr
上記一般式(2)式中nはそれぞれ独立に2〜5から選ばれる整数を表し、好ましくは2〜4から選ばれ、さらに好ましくは2〜3から選ばれる。fはそれぞれ独立に0〜5から選ばれる整数を表し、好ましくは0〜2から選ばれ、かつ、少なくとも一つのfが1または2であり、さらに好ましくは0〜1から選ばれ、かつ、少なくとも一つのfが1である。
上記一般式(2)において、fが1以上である場合、上記一般式(2)で表される側鎖は芳香族残基Ar〜Arn−1 において分岐構造をとるが、その際、各分岐鎖は各々異なった鎖長および分岐構造をとることもできる。すなわち、本発明の上記一般式(2)で表される側鎖は、例えば、下記式(10)に示す構造をとることができる。
In the general formulas (7) to (9), the divalent group Q is —CO—, —COO—, —O—, —S—, —SO—, —SO 2 —, —CCR 1 2 — (R 1 Is selected from a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group, a halogenated alkyl group and an aryl group) and a single bond, and preferably selected from —CO—, —O—, —S— and —SO 2 —.
In the general formula (1), P is a linkage selected from —CO—, —O—, —S—, —SO—, —SO 2 —, —CONH—, —C (CF 3 ) 2 —, and a single bond. A linking group selected from —CO—, —O—, —S—, —SO 2 —, —C (CF 3 ) 2 —, and more preferably —CO—, —O—. , —S—, —SO 2 —.
The side chain portion Z in the general formula (1) is represented by the following general formula (2).
Z = - (X 1 Ar 1 (B 1)) - (X 2 Ar 2 (B 2)) - ··· - (X n-1 Ar n-1 (B n-1)) - (X n Ar n ) (2)
B 1 ~B n-1 in the general formula (2) in means a branched chain in the side chain moiety Z, is expressed by the following equation.
B 1 = - [(X 2 Ar 2 (B 2 )) - (X 3 Ar 3 (B 3)) - ··· - (X n-1 Ar n-1 (B n-1)) - (X n Ar n )] f
B 2 = - [(X 3 Ar 3 (B 3 )) - ··· - (X n-1 Ar n-1 (B n-1)) - (X n Ar n) ] f



B n−1 = − [X n Ar n ] f
In the general formula (2), n independently represents an integer selected from 2 to 5, preferably selected from 2 to 4, and more preferably selected from 2 to 3. f represents an integer independently selected from 0 to 5, preferably from 0 to 2, and at least one f is 1 or 2, more preferably from 0 to 1, and at least One f is 1.
In the general formula (2), when f is 1 or more, the side chain represented by the general formula (2) has a branched structure in the aromatic residues Ar 1 to Ar n-1 . Each branched chain may have a different chain length and branched structure. That is, the side chain represented by the general formula (2) of the present invention can have a structure represented by the following formula (10), for example.

Figure 0004749080
Figure 0004749080

上記一般式(2)におけるAr〜Arn-1は(f+2)価の芳香族残基を表し、例えば下記式(11)に示す2価の芳香族残基、上記式(7)に示す3価の芳香族残基、上記式(8)に示す4価の芳香族残基、上記式(9)に示す5価の芳香族残基などが挙げられる。これら芳香族残基の水素原子がアルキル基、ハロゲン原子、ハロゲン化アルキル基、アリール基、ハロゲン化アリール基、−CN、−NO2 、−COR、−COO R(Rは水素原子、アルキル基、ハロゲン化アルキル基、アリール基から選ばれる。)、−CONRR’(R’はRと同様である。)、−SO3 R、−SOR、−SO2 Rで置換されていてもよく、F、パーフルオロアルキル、−CN、−NO2 、−COR、−COO R、−CONRR’、−SO3 R、−SOR、−SO2 R等の電子吸引基が置換していることが好ましい。また、Ar〜Arn-1 は互いに同じであっても異なっていてもよい。 Ar 1 to Ar n-1 in the general formula (2) represent a (f + 2) -valent aromatic residue, for example, a divalent aromatic residue represented by the following formula (11), represented by the above formula (7). Examples thereof include a trivalent aromatic residue, a tetravalent aromatic residue represented by the above formula (8), and a pentavalent aromatic residue represented by the above formula (9). Hydrogen atoms alkyl groups of these aromatic residues, halogen atom, halogenated alkyl group, aryl group, halogenated aryl group, -CN, -NO 2, -COR, -COO R (R is selected from a hydrogen atom, an alkyl group, a halogenated alkyl group, and an aryl group), —CONRR ′ (R ′ is the same as R), —SO 3 R, —SOR, —SO 2 R in may be substituted, F, perfluoroalkyl, -CN, -NO 2, -COR, -COO It is preferable that an electron-withdrawing group such as R, —CONRR ′, —SO 3 R, —SOR, and —SO 2 R is substituted. Ar 1 to Ar n-1 may be the same as or different from each other.

Figure 0004749080
Figure 0004749080

さらに上記一般式(2)におけるArは側鎖末端のアリール基を表し、例えば、下式
(12)に示すアリール基が挙げられ、当該アリール基の水素原子がアルキル基、ハロゲン原子、ハロゲン化アルキル基、アリール基、ハロゲン化アリール基、−CN、−NO2 、−COR、−COO R(Rは水素原子、アルキル基、ハロゲン化アルキル基、アリール基から選ばれる。)、−CONRR’(R’はRと同様である。)、−SO3 R、−SOR、−SO2 Rで置換されていてもよく、Arは互いに同じであっても異なっていてもよい。
Further, Ar n in the general formula (2) represents an aryl group at the end of the side chain, and examples thereof include an aryl group represented by the following formula (12), and the hydrogen atom of the aryl group is an alkyl group, a halogen atom, or a halogenated group. alkyl group, aryl group, halogenated aryl group, -CN, -NO 2, -COR, -COO R (R is selected from a hydrogen atom, an alkyl group, a halogenated alkyl group, and an aryl group), —CONRR ′ (R ′ is the same as R), —SO 3 R, —SOR, —SO 2 R Ar n may be the same as or different from each other.

Figure 0004749080
Figure 0004749080

また上記一般式(2)におけるX〜Xは2価の電子吸引基を表し、例えば、−CO−、−CONH−、−(CF2 p −(ここで、pは1〜10の整数である)、−C(CF3 2 −、−COO−、−SO−、−SO2 −などが挙げられ、好ましくは−CO−、−C(CF3 2 −、−SO−、−SO2 −さらに好ましくは−CO−、−SO−、−SO2 −などが用いられる。X〜Xは互いに同じであっても異なっていてもよい。本発明の上記一般式(1)中、Zで表される側鎖の具体例としては、例えば、下記式(13)の基が挙げられる。 The X 1 to X n in the general formula (2) represents a divalent electron withdrawing group, for example, -CO -, - CONH -, - (CF 2) p - ( wherein, p is from 1 to 10 is an integer), - C (CF 3) 2 -, - COO -, - SO -, - SO 2 - is like, preferably -CO -, - C (CF 3 ) 2 -, - SO-, -SO 2 - and more preferably -CO -, - SO -, - SO 2 - and the like are used. X 1 to X n may be the same as or different from each other. In the general formula (1) of the present invention, specific examples of the side chain represented by Z include a group of the following formula (13).

Figure 0004749080
(上記式中、スルホン酸基は記載していない。)
Figure 0004749080
(In the above formula, sulfonic acid groups are not described.)

本発明では、通常、非分岐型側鎖、分岐型側鎖から選ばれる側鎖が用いられ、好ましくは分岐型側鎖が用いられる。分岐型側鎖は、(i)スルホン化が容易な末端芳香環の数が多く、高分子(主鎖)までの距離が同じスルホン酸基を同一側鎖に複数導入することが可能であり、プロトン伝導性に必要なイオンクラスター構造を形成し易く、それゆえプロトン伝導性が高いものと考えられる。また、(ii)側鎖の形状が嵩高くなるので異なる高
分子鎖間の側鎖が互いに絡み合うものと推察され、その結果、電解質膜の強度が高く、寸法安定性も高いものと考えられる。
上記一般式(2)において、fが1以上である場合、上記一般式(2)で表される側鎖は芳香族残基Ar〜Arn−1 において分岐構造をとるが、その際、各分岐鎖は各々異なった鎖長および分岐構造をとることもできる。すなわち、本発明の上記一般式(2)で表される側鎖は、例えば、上記式(10)に示す構造をとることができる。
In the present invention, a side chain selected from an unbranched side chain and a branched side chain is usually used, and a branched side chain is preferably used. The branched side chain (i) has a large number of terminal aromatic rings that can be easily sulfonated, and multiple sulfonic acid groups having the same distance to the polymer (main chain) can be introduced into the same side chain. It is considered that an ion cluster structure necessary for proton conductivity is easily formed, and therefore proton conductivity is high. Further, (ii) since the shape of the side chain becomes bulky, it is presumed that the side chains between different polymer chains are entangled with each other, and as a result, the strength of the electrolyte membrane is high and the dimensional stability is also considered high.
In the general formula (2), when f is 1 or more, the side chain represented by the general formula (2) has a branched structure in the aromatic residues Ar 1 to Ar n-1 . Each branched chain may have a different chain length and branched structure. That is, the side chain represented by the above general formula (2) of the present invention can have, for example, the structure represented by the above formula (10).

本発明の高分子電解質は、少なくとも上記一般式(1)で表される繰り返し単位(A)を有する。本発明の高分子電解質としては、通常、上記一般式(1)で表される繰り返し単位(A)を1〜100モル%、好ましくは5〜95モル%、さらに好ましくは10〜80モル%、特に好ましくは15〜75モル%含み、その重量平均分子量が1000〜100万、好ましくは1万〜100万、さらに好ましくは2万〜80万、特に好ましくは3万〜40万の重合体である高分子電解質が挙げられる。   The polymer electrolyte of the present invention has at least the repeating unit (A) represented by the general formula (1). As the polymer electrolyte of the present invention, the repeating unit (A) represented by the general formula (1) is usually 1 to 100 mol%, preferably 5 to 95 mol%, more preferably 10 to 80 mol%, Particularly preferred is a polymer containing 15 to 75 mol% and having a weight average molecular weight of 1,000 to 1,000,000, preferably 10,000 to 1,000,000, more preferably 20,000 to 800,000, particularly preferably 30,000 to 400,000. A polymer electrolyte is mentioned.

本発明の高分子電解質が、従来の高分子電解質と比較して、(1)耐酸化性が高く、(2)高温でも脱スルホンが起こりにくく、(3)プロトン伝導性が高いという、優れた性能を併せ持つ理由は未だ明確ではないが、およそ次のように推定される。
(1)耐酸化性が高い理由:燃料電池運転時には過酸化水素や・OOHラジカルのような酸化性物質が生成することが知られている。そのため、高分子電解質としては化学的に安定な高分子パーフルオロスルホン酸が用いられてきた。従来の炭化水素系高分子スルホン酸では耐酸化性が不十分であることは、例えば特許文献6および7において、耐酸化性を補うために酸化防止剤を併用していることからも明らかである。上記特許文献6および7で用いられている高分子電解質(本発明の比較例1にその一つを示す)は、スルホン酸が置換した芳香環が電子供与性連結基(−O−)で連なる構造の側鎖を有している。酸化性物質例えば・OOHラジカルは芳香環を親電子的に攻撃するので、電子密度の高い芳香環ほど攻撃されやすく、特許文献6および7で用いられる電解質は耐酸化性が低いものと推察される。一方、本発明の電解質は、スルホン酸が置換した芳香環が電子吸引性連結基で連なる特定構造の側鎖を有する。すなわち、本発明の方法では電子吸引性連結基を用いることにより芳香環の電子密度を低下させ、それゆえ、酸化性物質が反応し難く、耐酸化性が高いものと考えられる。
The polymer electrolyte of the present invention is superior to conventional polymer electrolytes in that (1) high oxidation resistance, (2) desulfonation hardly occurs even at high temperatures, and (3) high proton conductivity. The reason for combining performance is not yet clear, but is estimated as follows.
(1) Reason for high oxidation resistance: It is known that oxidizing substances such as hydrogen peroxide and .OOH radicals are generated during fuel cell operation. Therefore, chemically stable polymer perfluorosulfonic acid has been used as the polymer electrolyte. The fact that the conventional hydrocarbon polymer sulfonic acid has insufficient oxidation resistance is also clear from the fact that, for example, in Patent Documents 6 and 7, an antioxidant is used in combination to supplement the oxidation resistance. . In the polymer electrolytes used in Patent Documents 6 and 7 (one of which is shown in Comparative Example 1 of the present invention), the aromatic ring substituted with sulfonic acid is linked with an electron donating linking group (—O—). Has side chains of structure. Oxidizing substances such as .OOH radicals attack the aromatic ring electrophilically, so the aromatic rings with higher electron density are more likely to be attacked, and it is assumed that the electrolytes used in Patent Documents 6 and 7 have low oxidation resistance. . On the other hand, the electrolyte of the present invention has a side chain having a specific structure in which an aromatic ring substituted with a sulfonic acid is linked by an electron-withdrawing linking group. That is, in the method of the present invention, the electron density of the aromatic ring is decreased by using an electron-withdrawing linking group, and therefore, it is considered that the oxidizing substance hardly reacts and has high oxidation resistance.

(2)脱スルホンが起こり難い理由:一方、芳香族スルホン酸は、高温ほど脱スルホンが進行することが知られており、燃料電池運転温度である100℃付近での脱スルホンも皆無ではないため、この点を改良することは高分子スルホン酸電解質の課題の一つであった。脱スルホン反応は芳香族スルホン酸へのプロトンの攻撃により開始すると考えられ、したがって、電子密度の高い芳香環ほど脱スルホンし易いものと推測される。先述のように、電子吸引性連結基が置換した本発明の電解質は芳香環の電子密度が低いので、脱スルホンし難いものと推測される。 (2) Reason why desulfonation is difficult to occur: On the other hand, aromatic sulfonic acid is known to proceed with desulfonation at higher temperatures, and there is no desulfonation near 100 ° C., which is the fuel cell operating temperature. Improvement of this point was one of the problems of the polymer sulfonic acid electrolyte. The desulfonation reaction is considered to be initiated by proton attack on the aromatic sulfonic acid, and therefore, it is presumed that an aromatic ring having a higher electron density is more easily desulfonated. As described above, the electrolyte of the present invention substituted with an electron-withdrawing linking group is presumed to be difficult to desulfonate because the electron density of the aromatic ring is low.

(3)プロトン伝導度が高い理由:電子吸引性連結基が置換した本発明の電解質は芳香環の電子密度が低い。したがって解離したスルホン酸アニオンを安定化するために酸解離定数が高く、それゆえ、プロトン伝導度が高いものと推測される。
本発明の高分子電解質は従来知られていない。それには必然的な理由があったからである。すなわち、従来知られている、側鎖スルホン酸を有する高分子電解質は、スルホン酸が置換した芳香環が電子供与性連結基で連なる構造を有している。通常、芳香環をスルホン化する場合、電子吸引性基が置換していると、当該芳香環の反応性が著しく低下し、その結果スルホン化を進行させることが困難となってしまう。それゆえ、従来の方法では、芳香環を活性化しスルホン化の進行を容易にするために電子供与基を置換せざるを得なかったのである。その結果、本発明のような側鎖電子吸引性連結基を有する高分子電解質は合成が困難であった。一方、本発明においては、電子吸引性連結基へ変換可能な電子供与
性連結基前駆体を用いることにより、(1)スルホン化反応性の促進と、(2)電子吸引性連結基の使用、を両立することが初めて可能となり、その結果、本発明の優れた効果を見出すことが可能となったのである。
(3) Reason for high proton conductivity: The electrolyte of the present invention substituted with an electron-withdrawing linking group has a low electron density of the aromatic ring. Therefore, it is presumed that the acid dissociation constant is high in order to stabilize the dissociated sulfonate anion, and therefore the proton conductivity is high.
The polymer electrolyte of the present invention is not conventionally known. Because there was an inevitable reason. That is, a conventionally known polymer electrolyte having a side chain sulfonic acid has a structure in which an aromatic ring substituted with a sulfonic acid is linked by an electron donating linking group. Usually, when an aromatic ring is sulfonated, if the electron-withdrawing group is substituted, the reactivity of the aromatic ring is significantly reduced, and as a result, it becomes difficult to proceed with sulfonation. Therefore, in the conventional method, the electron donating group had to be replaced in order to activate the aromatic ring and facilitate the progress of sulfonation. As a result, it was difficult to synthesize a polymer electrolyte having a side chain electron-withdrawing linking group as in the present invention. On the other hand, in the present invention, by using an electron donating linking group precursor that can be converted into an electron withdrawing linking group, (1) promotion of sulfonation reactivity and (2) use of an electron withdrawing linking group, It is possible for the first time to satisfy both of the requirements, and as a result, the excellent effects of the present invention can be found.

本発明の高分子電解質の製造方法は特に限定されるものではない。例えば、
(M1)高分子に側鎖導入剤を反応させて側鎖を導入する方法
上記一般式(1)においてZが置換していない構造に相当する、−Y−P−(Yは2価の芳香族残基、Pは前記のとおり)を繰り返し単位として有する高分子へ側鎖導入剤を反応させてZを導入させても良いし、予め反応性の置換基を導入した−Y(M)−P−(Yは3価の芳香族残基、Mは反応性基、Pは前記のとおり)に、Mと反応する側鎖導入剤を反応させることによりZを導入しても良い。
The method for producing the polymer electrolyte of the present invention is not particularly limited. For example,
(M1) Method of introducing a side chain by reacting a polymer with a side chain introducing agent -Y-P- (Y is a divalent fragrance corresponding to the structure in which Z is not substituted in the general formula (1)) Z may be introduced by reacting a side chain introducing agent with a polymer having a group residue, P as described above as a repeating unit, or -Y (M)-in which a reactive substituent is introduced in advance. Z may be introduced by reacting P- (Y is a trivalent aromatic residue, M is a reactive group, and P is as described above) with a side chain introducing agent that reacts with M.

(M2)少なくとも側鎖を有するモノマーを重合させて製造する方法
繰り返し構造単位(A)に対応するモノマーおよび他の繰り返し単位に対応するモノマーを重合することによっても得られるし、繰り返し単位(A)に対応するモノマーや他の繰り返し単位に対応するモノマーからまずオリゴマーを合成し、次に当該オリゴマー同士または当該オリゴマーとモノマーを反応させることにより得ることもできる。また、繰り返し単位(A)と一つのまたは複数の他の繰り返し単位が連結した構造に対応するモノマーを予め合成し、このものの単独重合や、このものと他の繰り返し構造に対応するモノマーとの重合によって合成することもできる。
前記方法(M1)の通常用いられる具体例を次に示す。すなわち、下記一般式(3)で表される繰り返し単位を有する高分子と下記一般式(4)で表される側鎖導入剤を反応させることにより、上記一般式(1)で示される高分子電解質を製造することができる。なお、この場合には、上記一般式(2)におけるXは−CO−および−SO−から選ばれる。
(M2) A method for polymerizing a monomer having at least a side chain. It can also be obtained by polymerizing a monomer corresponding to the repeating structural unit (A) and a monomer corresponding to another repeating unit, and the repeating unit (A). It is also possible to synthesize oligomers from monomers corresponding to the above and monomers corresponding to other repeating units, and then obtain them by reacting the oligomers with each other or the oligomer and monomers. In addition, a monomer corresponding to a structure in which the repeating unit (A) and one or a plurality of other repeating units are linked is synthesized in advance, and homopolymerization of this monomer or polymerization of this with a monomer corresponding to another repeating structure. Can also be synthesized.
Specific examples of the method (M1) that are usually used are as follows. That is, by reacting a polymer having a repeating unit represented by the following general formula (3) with a side chain introducing agent represented by the following general formula (4), the polymer represented by the above general formula (1). An electrolyte can be manufactured. In this case, X in the general formula (2) is selected from —CO— and —SO 2 —.

Figure 0004749080
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上記一般式(3)において、Y、kおよびPは上記一般式(1)に記載のものと同様であり、Uは水素原子、−COX、−SOXから選ばれる反応性基であり、Xはハロゲン原子、OR(Rは水素原子、アルキル基、またはアリール基)、水酸基から選ばれる。
Z’−V (4)
上記一般式(3)のUが水素原子の場合、Vは−COX、−SOXから選ばれる反応性基であり、Uが−COX、−SOXから選ばれる反応性基である場合には、Vは水素原子であり、Z’は、下記一般式(5)で表される。
Z’=−(Ar(B))−(XAr(B))−・・・−(Xn−1Arn−1(Bn−1))−(XAr) (5)
上記一般式(5)中、Ar、B、nは上記一般式(2)に記載のものと同様であり、Xは上記一般式(2)に記載の連結基及び連結基前駆体から選ばれる。)
連結基前駆体とは、連結基に変換することのできる基をいう。連結基前駆体を連結基に変換する方法としては公知の方法を用いることができる。表1に例を示す。
In the general formula (3), Y, k and P are the same as those described in the general formula (1), U is a reactive group selected from a hydrogen atom, —COX, and —SO 2 X; X is selected from a halogen atom, OR (R is a hydrogen atom, an alkyl group or an aryl group), and a hydroxyl group.
Z'-V (4)
When U in the general formula (3) is a hydrogen atom, V is a reactive group selected from —COX and —SO 2 X, and U is a reactive group selected from —COX and —SO 2 X In the formula, V is a hydrogen atom, and Z ′ is represented by the following general formula (5).
Z '= - (Ar 1 ( B 1)) - (X 2 Ar 2 (B 2)) - ··· - (X n-1 Ar n-1 (B n-1)) - (X n Ar n (5)
In the general formula (5), Ar, B, and n are the same as those described in the general formula (2), and X is selected from the linking group and the linking group precursor described in the general formula (2). . )
A linking group precursor refers to a group that can be converted to a linking group. As a method for converting the linking group precursor into a linking group, a known method can be used. Table 1 shows an example.

Figure 0004749080
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連結基前駆体を連結基に変換するのはいずれの時点でもよいが、好ましくは次の方法が用いられる。すなわち、上記一般式(3)で表される繰り返し単位を有する高分子と上記一般式(4)で表される側鎖導入剤を反応させるに際し、
(i)側鎖導入剤がスルホン酸基またはその前駆体を有せず、かつ、側鎖導入剤のXが、電子供与性の連結基前駆体であって、高分子と反応後、スルホン酸化を行い、続いて連結基前駆体を電子吸引性の連結基に変換することにより、または、
(ii)側鎖導入剤がスルホン酸基またはその前駆体を有し、かつ、側鎖導入剤のXが、(ii−1)電子供与性の連結基前駆体である場合には、続いて連結基前駆体を電子吸引性の連結基に変換することにより、(ii−2)電子吸引性の連結基である場合には、その状態で、上記一般式(1)で表される繰り返し単位を有する燃料電池用高分子電解質を得る方法である。
The linking group precursor may be converted to the linking group at any point, but the following method is preferably used. That is, when the polymer having a repeating unit represented by the general formula (3) is reacted with the side chain introducing agent represented by the general formula (4),
(I) The side chain introducing agent does not have a sulfonic acid group or a precursor thereof, and X of the side chain introducing agent is an electron donating linking group precursor, and is sulfonated after reacting with a polymer. Followed by converting the linking group precursor to an electron-withdrawing linking group, or
(Ii) when the side chain introducing agent has a sulfonic acid group or a precursor thereof, and X of the side chain introducing agent is (ii-1) an electron donating linking group precursor, By converting the linking group precursor into an electron-withdrawing linking group, (ii-2) when it is an electron-withdrawing linking group, the repeating unit represented by the general formula (1) in that state It is a method of obtaining the polymer electrolyte for fuel cells which has this.

本発明で使用する、上記一般式(3)で表される繰り返し単位を有する高分子の例を以下に示す。
Uが水素原子のもの:上記一般式(11)で示される残基から選ばれる2価芳香族残基と、−CO−、−O−、−S−、−SO−、−SO−、−CONH−、−C(CF−、単結合から選ばれる連結基Pの組み合わせからなる高分子が通常用いられ、好ましくは、フェニレン、ナフチレン、ビフェニレンから選ばれる2価芳香族残基と−CO−、−O−、−S−、−SO−から選ばれる連結基Pの組み合わせが用いられ、より好ましくはポリエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリチオエーテルケトン、ポリチオエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトンが用いら
れ、さらに好ましくは、下式で表される高分子においてZが水素原子のものが用いられる。
Examples of the polymer having a repeating unit represented by the general formula (3) used in the present invention are shown below.
U those hydrogen atoms: and a divalent aromatic residue selected from residues represented by the general formula (11), -CO -, - O -, - S -, - SO -, - SO 2 -, A polymer comprising a combination of —CONH—, —C (CF 3 ) 2 — and a linking group P selected from a single bond is usually used, and preferably a divalent aromatic residue selected from phenylene, naphthylene and biphenylene A combination of linking groups P selected from —CO—, —O—, —S—, —SO 2 — is used, more preferably polyether ketone, polyether sulfone, polythioether ketone, polythioether sulfone, polyether ether. Sulfone and polyetheretherketone are used, and more preferably, a polymer represented by the following formula having Z as a hydrogen atom is used.

Figure 0004749080
Figure 0004749080

Figure 0004749080
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Uが−COXまたは−SOXのもの:上記一般式(11)で示される残基から選ばれる2価芳香族残基と、−CO−、−O−、−S−、−SO−、−SO−、−CONH−、−C(CF−、単結合から選ばれる連結基Pの組み合わせからなる高分子に−COXまたは−SOXを導入したものが通常用いられ、好ましくは、フェニレン、ナフチレン、ビフェニレンから選ばれる2価芳香族残基と−CO−、−O−、−S−、−SO−から選ばれる連結基Pの組み合わせの高分子に−COXまたは−SOXを導入したものが用いられ、より好ましくはポリエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリチオエーテルケトン、ポリチオエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトンに−COXまたは−SOXを導入したものが用いられ、さらに好ましくは、上式で表される高分子においてZが−COXまたは−SOXを導入したものが用いられる。(−COXまたは−SOXの導入には公知の導入方法を用いることができる。)。上記一般式(3)UのCOX、SOXにおけるXは、通常、ハロゲン原子、OR(Rは水素原子、アルキル基、またはアリール基)、水酸基から選ばれ、好ましくは、ハロゲン原子、水酸基から選ばれる。上記一般式(4)で表される側鎖導入剤の例を次に示す。
側鎖導入剤がスルホン酸基またはその前駆体を有し、かつ、側鎖導入剤のXが電子吸引性の連結基であり、さらに、Vが−COX、−SOXから選ばれる反応性基である場合の、好ましいZ’−Vの例を下記式(14)および下記式(15)に示す。さらに好ましいZ’−Vは下記式(15)に示す分岐構造である。(式中、−SORはスルホン酸基またはその前駆体を表し、Rは水酸基、アルキル基、アルカリ金属、アルカリ土類金属から選ばれる。)
When U is —COX or —SO 2 X: a divalent aromatic residue selected from the residues represented by the general formula (11), —CO—, —O—, —S—, —SO—, A polymer in which —COX or —SO 2 X is introduced into a polymer composed of a combination of —SO 2 —, —CONH—, —C (CF 3 ) 2 —, and a linking group P selected from a single bond is usually used. Is a polymer of a combination of a divalent aromatic residue selected from phenylene, naphthylene, and biphenylene and a linking group P selected from —CO—, —O—, —S—, and —SO 2 —. which was introduced 2 X is used, more preferably polyether ketone, polyether sulfone, polythioether ketone, polythioether sulfone, polyether ether sulfone, polyether ether ketone Which was introduced COX or -SO 2 X is used, or more preferably, those wherein Z in the polymer represented by the above formula was introduced -COX or -SO 2 X is used. (A known introduction method can be used to introduce —COX or —SO 2 X). X in the COX and SO 2 X of the general formula (3) U is usually selected from a halogen atom, OR (R is a hydrogen atom, an alkyl group, or an aryl group), and a hydroxyl group, preferably from a halogen atom and a hydroxyl group. To be elected. Examples of the side chain introducing agent represented by the general formula (4) are shown below.
Reactivity in which the side chain introducing agent has a sulfonic acid group or a precursor thereof, X in the side chain introducing agent is an electron-withdrawing linking group, and V is selected from —COX and —SO 2 X Examples of preferred Z′-V in the case of a group are shown in the following formula (14) and the following formula (15). Further preferred Z′-V is a branched structure represented by the following formula (15). (In the formula, —SO 3 R represents a sulfonic acid group or a precursor thereof, and R is selected from a hydroxyl group, an alkyl group, an alkali metal, and an alkaline earth metal.)

Figure 0004749080
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Figure 0004749080
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側鎖導入剤がスルホン酸基またはその前駆体を有せず、かつ、側鎖導入剤のXが、電子供与性の連結基前駆体であり、さらに、Vが−COX、−SOXから選ばれる反応性基である場合の、好ましいZ’−Vの例を下記式(16)および下記式(17)に示す。さらに好ましいZ’は下記式(17)に示す分岐構造である。Vが水素原子である場合の好ましいZ’−Vの例を下記式(18)および下記式(19)に示す。 The side chain introducing agent does not have a sulfonic acid group or a precursor thereof, X of the side chain introducing agent is an electron donating linking group precursor, and V is from —COX and —SO 2 X Examples of preferred Z′-V in the case of the selected reactive group are shown in the following formula (16) and the following formula (17). Further preferred Z ′ is a branched structure represented by the following formula (17). Examples of preferred Z′-V when V is a hydrogen atom are shown in the following formula (18) and the following formula (19).

Figure 0004749080
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上記式(4)のVにおけるXは通常、ハロゲン原子、OR(Rは水素原子、アルキル基、またはアリール基)、水酸基から選ばれ、好ましくは、ハロゲン原子、水酸基から選ばれる。
高分子に側鎖導入剤を反応させる際の反応の種類は、特に制限されない。上記式(3)で表される高分子と上記式(4)で表される側鎖導入剤を反応させる際の好ましい方法としては次の方法が挙げられる。
(i)上記式(3)のUが水素原子で、上記式(4)のVが−COX(Xがハロゲン原子または水酸基)であるか、または、上記式(3)のUが−COX(Xがハロゲン原子)で、上記式(4)のVが水素原子である場合:フリーデル・クラフツ−アシル化反応を用いることができる。
(ii)上記式(3)のUが水素原子で、上記式(4)のVが−SOX(Xがハロゲン原子または水酸基)であるか、または、上記式(3)のUが−SOX(Xがハロゲン原子)で、上記式(4)のVが水素原子である場合:フリーデル・クラフツ型スルホニル化反応を用いることができる。
(iii)上記式(3)のUが水素原子で、上記式(4)のVが−COOHまたは−SOHであるか、または、上記式(3)のUが−COOHまたは−SOHで、上記式(4)のVが水素原子である場合:脱水縮合反応を用いることができる。
X in V in the above formula (4) is usually selected from a halogen atom, OR (R is a hydrogen atom, an alkyl group, or an aryl group), and a hydroxyl group, and preferably selected from a halogen atom and a hydroxyl group.
The type of reaction when the side chain introduction agent is reacted with the polymer is not particularly limited. A preferable method for reacting the polymer represented by the above formula (3) and the side chain introducing agent represented by the above formula (4) includes the following method.
(I) U in the above formula (3) is a hydrogen atom, V in the above formula (4) is —COX (X is a halogen atom or a hydroxyl group), or U in the above formula (3) is —COX ( When X is a halogen atom and V in the above formula (4) is a hydrogen atom: Friedel-Crafts-acylation reaction can be used.
(Ii) U in the above formula (3) is a hydrogen atom, V in the above formula (4) is —SO 2 X (X is a halogen atom or a hydroxyl group), or U in the above formula (3) is − When SO 2 X (X is a halogen atom) and V in the above formula (4) is a hydrogen atom: Friedel-Crafts type sulfonylation reaction can be used.
(Iii) U in the above formula (3) is a hydrogen atom and V in the above formula (4) is —COOH or —SO 3 H, or U in the above formula (3) is —COOH or —SO 3. When H in formula (4) is a hydrogen atom with H: a dehydration condensation reaction can be used.

前記方法(M2)の具体例を次に示す。すなわち、少なくとも上記一般式(18)で示されるモノマーを用いて重合させることにより、上記一般式(1)で示される高分子電解質を製造することができる。
連結基前駆体を連結基に変換するのはいずれの時点でもよいが、好ましくは次の方法が用いられる。すなわち、少なくとも上記一般式(6)で表されるモノマーを重合させるに際し、(i)Z”がスルホン酸基またはその前駆体を有せず、かつ、Z”のXが電子供与性の連結基前駆体であって、重合後、スルホン酸化を行い、続いて連結基前駆体を電子吸引性の連結基に変換することにより、または、(ii)Z”がスルホン酸基またはその前駆体を有し、かつ、Z”のXが、(ii−1)電子供与性の連結基前駆体である場合には、続いて連結基前駆体を電子吸引性の連結基に変換することにより、(ii−2)電子吸引性の連結基である場合には、その状態で、上記一般式(1)で表される繰り返し単位を有する燃料電池用高分子電解質を得る方法である。
A specific example of the method (M2) is shown below. That is, the polymer electrolyte represented by the general formula (1) can be produced by polymerizing at least the monomer represented by the general formula (18).
The linking group precursor may be converted to the linking group at any point, but the following method is preferably used. That is, at least when the monomer represented by the general formula (6) is polymerized, (i) Z ″ does not have a sulfonic acid group or a precursor thereof, and X of Z ″ is an electron-donating linking group. A precursor, which is subjected to sulfonation after polymerization and subsequently converting the linking group precursor into an electron-withdrawing linking group, or (ii) Z ″ has a sulfonic acid group or its precursor. And when X of Z ″ is (ii-1) an electron-donating linking group precursor, the linking group precursor is subsequently converted into an electron-withdrawing linking group, whereby (ii) -2) In the case of an electron-withdrawing linking group, this is a method for obtaining a polymer electrolyte for a fuel cell having the repeating unit represented by the general formula (1) in that state.

Figure 0004749080
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[式中、k、PおよびYは上記一般式(1)と同様であり、WおよびW’は水素原子、ハロゲン、−COX(XはハロゲンまたはOR(Rは水素原子、アルキル基、またはアリール基))、−OH、−SH、−SO2 X(Xは前記のとおり)から選ばれ、同一であっても異なっていても良く、Z”はXが連結基及び前記の連結基前駆体から選ばれ、Arがスルホン酸基を有していてよいことを除いて上記一般式(1)のZと同様である。]
また、本発明の重合体において、繰り返し単位(A)以外の他の繰り返し単位としては、重合できるものであればいずれも用いることができ、下記一般式(20)で表される繰り返し単位(B)が好ましく用いられる。
−Y−P− (20)
式中、Y2 は上記一般式(11)に示されるものと同様の2価の芳香族残基から選ばれ、当該芳香族残基の水素原子がアルキル基、ハロゲン原子、ハロゲン化アルキル基、またはアリール基で置換されていてもよく、P2 は−CO−、−O−、−S−、−SO−、−SO2 −、−COO−、−SO3 −、−CONH−、単結合から選ばれ、好ましくは−CO−、−O−、−S−、−SO2 −から選ばれる。]
[Wherein, k, P and Y are the same as those in the above general formula (1), W and W ′ are a hydrogen atom, halogen, —COX (X is a halogen or OR (R is a hydrogen atom, an alkyl group or an aryl group) Group)), —OH, —SH, —SO 2 X (X is as defined above), which may be the same or different, and Z ″ represents X as a linking group and the above linking group precursor. It is the same as Z in the general formula (1) except that Ar may have a sulfonic acid group.]
In the polymer of the present invention, any other repeating unit other than the repeating unit (A) can be used as long as it can be polymerized, and the repeating unit represented by the following general formula (20) (B ) Is preferably used.
-Y 2 -P 2 - (20)
In the formula, Y 2 is selected from the same divalent aromatic residues as those shown in the general formula (11), and the hydrogen atom of the aromatic residue is an alkyl group, a halogen atom, a halogenated alkyl group, Or may be substituted with an aryl group, and P 2 is —CO—, —O—, —S—, —SO—, —SO 2 —, —COO—, —SO 3 —, —CONH—, a single bond selected from, preferably -CO -, - O -, - S -, - SO 2 - is selected from. ]

本発明の好ましい重合体において、繰り返し単位(A)と他の繰り返し単位は、(以下、簡単のため本段落ではYの側鎖基Zを略す)例えば−Y−P−Y2 −P2 −Y−P−のように、YまたはY2がPまたはP2を介してYまたはY2と結合していればよく、任意の繰返し順序を取ることができる。例えば、−(Y−P)m −(Y2 −P2 n −[m,nは正の整数]のようなブロックポリマーであってもよく、またはランダムポリマーであってもよい。 繰り返し単位(A)と他の繰り返し単位の割合は、繰り返し単位(A)5〜95モル%、好ましくは10〜80モル%、より好ましくは15〜75モル%、他の繰り返し単位が95〜5モル%、好ましくは90〜20モル%、より好ましくは85〜25モル%である。繰り返し単位(A)以外の他の繰り返し単位が、繰り返し単位(B)からなる場合、同一種類の繰り返し単位(B)が用いられても良いし複数の種類の繰り返し単位(B)が用いられても良い。 In the preferred polymer of the present invention, the repeating unit (A) and other repeating units (hereinafter, for the sake of simplicity, Y side chain group Z is abbreviated in this paragraph), for example, —Y—P—Y 2 —P 2 —. As in Y—P—, Y or Y 2 may be bonded to Y or Y 2 via P or P 2 , and an arbitrary repeating order can be taken. For example, - (Y-P) m - (Y 2 -P 2) n - [m, n is a positive integer may be a block polymer such as, or may be a random polymer. The ratio of the repeating unit (A) to other repeating units is 5 to 95 mol%, preferably 10 to 80 mol%, more preferably 15 to 75 mol%, and 95 to 5 other repeating units. It is mol%, preferably 90 to 20 mol%, more preferably 85 to 25 mol%. When another repeating unit other than the repeating unit (A) is composed of the repeating unit (B), the same type of repeating unit (B) may be used, or a plurality of types of repeating units (B) may be used. Also good.

以下、前記方法(M2)として通常用いられる合成法の例を述べる。
[合成方法−1]本発明において、連結基Pが単結合である重合体を製造する際の反応として好ましく用いられるのは、遷移触媒を用いた、芳香族ハロゲン化物同士のカップリング反応である。例えば特許文献3および特許文献6に記載された方法を用いることができる。
[合成方法−2]本発明において、連結基Pおよび/またはP2 が−O−である重合体を製造する際の反応として好ましく用いられるのは、芳香族ヒドロキシ化合物と芳香族ハロゲン化物の芳香族求核置換反応による芳香族ポリエーテルの合成反応である。
例えば、文献1(高分子学会編「高性能芳香族系高分子材料」丸善株式会社 1990年3月30日 p.128〜132)に記載された方法を用いることができる。別の方法としては、芳香族ハロゲン化物同士を炭酸塩と触媒の存在下に反応させて芳香族ポリエーテル類を合成する反応を用いることができる。例えば、文献2(Fukawaら、Macromolecules,1991年,24巻 p.3838)に記載された方法を用いることができる。
Hereinafter, an example of a synthesis method usually used as the method (M2) will be described.
[Synthesis Method-1] In the present invention, a coupling reaction between aromatic halides using a transition catalyst is preferably used as a reaction for producing a polymer in which the linking group P is a single bond. . For example, the methods described in Patent Document 3 and Patent Document 6 can be used.
[Synthesis Method-2] In the present invention, aromatic compounds of aromatic hydroxy compounds and aromatic halides are preferably used as a reaction for producing a polymer in which the linking group P and / or P 2 is —O—. This is a synthesis reaction of an aromatic polyether by a group nucleophilic substitution reaction.
For example, the method described in Reference 1 (“High Performance Aromatic Polymer Material” edited by the Society of Polymer Science, Maruzen Co., Ltd., March 30, 1990, p. 128-132) can be used. As another method, a reaction in which aromatic halides are reacted with each other in the presence of a carbonate and a catalyst to synthesize an aromatic polyether can be used. For example, the method described in Reference 2 (Fukawa et al., Macromolecules, 1991, Vol. 24, p. 3838) can be used.

[合成方法−3]本発明において、連結基Pおよび/またはP2 が−S−である重合体を
製造する際の反応として好ましく用いられるのは、前記合成方法−2における芳香族ヒドロキシ化合物の代わりに芳香族チオール化合物を用いて芳香族ポリスルフィド類を合成する方法である。また、別の方法としては、芳香族ジクロリドと硫化ナトリウムから芳香族ポリスルフィドを合成する反応を用いることができる。例えば、文献1のp.133〜134に記載された方法を用いることができる。
[合成方法−4]本発明において、連結基Pおよび/またはP2 が−SO2 −である重合体を製造する際の反応として好ましく用いられるのは、上記合成法−3で製造した芳香族スルフィド類を過酸化水素などの酸化剤を用いて酸化する方法である。
また、別の方法としては、水素原子を芳香環に有する芳香族化合物に、芳香族スルホン酸ハライドを親電子置換反応させて芳香族スルホン結合を形成する方法を用いることができる。例えば、文献1のp.132〜133に記載された方法を用いることができる。
[合成方法−5]本発明において、連結基Pおよび/またはP2 が−CO−である重合体を製造する際の反応として好ましく用いられるのは、フリーデル・クラフツ−アシル化反応である。例えば、前記文献1のp.132〜133に記載された方法を用いることができる。
In Synthesis process -3 present invention, as preferably used reaction in the linking group P and / or P 2 to produce a polymer which is -S-, an aromatic hydroxy compound in the synthesis method -2 Instead, an aromatic polysulfide is synthesized using an aromatic thiol compound. As another method, a reaction of synthesizing an aromatic polysulfide from aromatic dichloride and sodium sulfide can be used. For example, p. The method described in 133-134 can be used.
In Synthesis method -4] The present invention, linking groups P and / or P 2 is -SO 2 - to be preferably used as a reaction in the production of a is polymer, aromatic produced by the above synthesis method -3 In this method, sulfides are oxidized using an oxidizing agent such as hydrogen peroxide.
As another method, an aromatic compound having an aromatic ring having a hydrogen atom in an aromatic ring can be used by forming an aromatic sulfone bond by subjecting an aromatic sulfonic acid halide to an electrophilic substitution reaction. For example, p. The method described in 132-133 can be used.
[Synthesis Method-5] In the present invention, a Friedel-Crafts-acylation reaction is preferably used as a reaction for producing a polymer in which the linking group P and / or P 2 is —CO—. For example, p. The method described in 132-133 can be used.

次に、前記方法(M2)による好ましい合成法の例を説明する
[重合体の例−1]重合体が繰り返し単位(A)と繰り返し単位(B)からなり、連結基PおよびP2 がいずれも−O−の場合:例えば下記一般式(21)に示す繰り返し単位(A)モノマーと、下記一般式(22)に示す繰り返し単位(B)モノマーとの反応、または、下記一般式(23)に示す繰り返し単位(A)モノマーと、下記一般式(24)に示す繰り返し単位(B)モノマーとの反応、または、下記一般式(25)に示す繰り返し単位(A)モノマーと、下記一般式(26)に示す繰り返し単位(B)モノマーとの反応により、繰り返し単位(A)と繰り返し単位(B)からなる下記一般式(27)で示される重合体を得ることができる。
Next, an example of a preferred synthesis method by the method (M2) will be described. [Example of polymer-1] The polymer is composed of a repeating unit (A) and a repeating unit (B), and the linking groups P and P 2 are In the case of -O-: For example, the reaction of the repeating unit (A) monomer represented by the following general formula (21) with the repeating unit (B) monomer represented by the following general formula (22), or the following general formula (23) Reaction of the repeating unit (A) monomer shown in FIG. 5 with the repeating unit (B) monomer shown in the following general formula (24), or the repeating unit (A) monomer shown in the following general formula (25), and the following general formula ( The polymer represented by the following general formula (27) comprising the repeating unit (A) and the repeating unit (B) can be obtained by the reaction with the repeating unit (B) monomer shown in (26).

Figure 0004749080
[式中、Xはハロゲン原子を表し、k、Y 、Y2 、Zは前記のとおりである。]
Figure 0004749080
[Wherein X represents a halogen atom, k, Y , Y 2 and Z are as described above. ]

Figure 0004749080
Figure 0004749080

なお、上記一般式(22),(23),(25),(26)における酸素原子の代わり
にイオウ原子を用いた原料を用いることにより、連結基PおよびP2 がいずれも−S−の重合体を得ることができる。
上記一般式(21)で表される繰り返し単位(A)モノマーの具体例としては、2,5−ジクロロ−4’−(4−チオフェノキシ−4−チオフェノキシ)チオフェノキシベンゾフェノン、2,5−ジブロモ−4’−(4−チオフェノキシ−4−チオフェノキシ)チオフェノキシベンゾフェノン、2,5−ジヨード−4’−(4−チオフェノキシ−4−チオフェノキシ)チオフェノキシベンゾフェノン、;2,5−ジクロロ−4’−(4−チオフェノキシ)チオフェノキシベンゾフェノン、2,5−ジブロモ−4’−(4−チオフェノキシ)チオフェノキシベンゾフェノン、2,5−ジヨード−4’−(4−チオフェノキシ)チオフェノキシベンゾフェノン;2,5−ジクロロ−4’−チオフェノキシベンゾフェノン、2,5−ジブロモ−4’−チオフェノキシベンゾフェノン、2,5−ジヨード−4’−チオフェノキシベンゾフェノン;2,5−ジクロロ−1−(4−チオフェノキシ)チオフェノキシベンゼン、2,5−ジブロモ−1−(4−チオフェノキシ)チオフェノキシベンゼン、2,5−ジヨード−1−(4−チオフェノキシ)チオフェノキシベンゼン;2,5−ジクロロ−1−(4−チオフェノキシ−4−チオフェノキシ)チオフェノキシベンゼン、2,5−ジブロモ−1−(4−チオフェノキシ−4−チオフェノキシ)チオフェノキシベンゼン、2,5−ジヨード−1−(4−チオフェノキシ−4−チオフェノキシ)チオフェノキシベンゼン;2,5−ジクロロ−4’−(4−ベンゾイル)ベンゾイルベンゾフェノン、2,5−ジブロモ−4’−(4−ベンゾイル)ベンゾイルベンゾフェノン、2,5−ジヨード−4’−(4−ベンゾイル)ベンゾイルベンゾフェノン;2,5−ジクロロ−4’−ベンゾイルベンゾフェノン、2,5−ジブロモ−4’−ベンゾイルベンゾフェノン、2,5−ジヨード−4’−ベンゾイルベンゾフェノン、およびこれらの位置異性体などが挙げられる。
In addition, by using a raw material using a sulfur atom instead of the oxygen atom in the general formulas (22), (23), (25), and (26), all of the linking groups P and P 2 are —S—. A polymer can be obtained.
Specific examples of the repeating unit (A) monomer represented by the general formula (21) include 2,5-dichloro-4 ′-(4-thiophenoxy-4-thiophenoxy) thiophenoxybenzophenone, 2,5- Dibromo-4 '-(4-thiophenoxy-4-thiophenoxy) thiophenoxybenzophenone, 2,5-diiodo-4'-(4-thiophenoxy-4-thiophenoxy) thiophenoxybenzophenone; 2,5-dichloro -4 '-(4-thiophenoxy) thiophenoxybenzophenone, 2,5-dibromo-4'-(4-thiophenoxy) thiophenoxybenzophenone, 2,5-diiodo-4 '-(4-thiophenoxy) thiophenoxy Benzophenone; 2,5-dichloro-4'-thiophenoxybenzophenone, 2,5-dibromo-4'-thiophene Xylbenzophenone, 2,5-diiodo-4′-thiophenoxybenzophenone; 2,5-dichloro-1- (4-thiophenoxy) thiophenoxybenzene, 2,5-dibromo-1- (4-thiophenoxy) thiophenoxy Benzene, 2,5-diiodo-1- (4-thiophenoxy) thiophenoxybenzene; 2,5-dichloro-1- (4-thiophenoxy-4-thiophenoxy) thiophenoxybenzene, 2,5-dibromo-1 -(4-thiophenoxy-4-thiophenoxy) thiophenoxybenzene, 2,5-diiodo-1- (4-thiophenoxy-4-thiophenoxy) thiophenoxybenzene; 2,5-dichloro-4 '-(4 -Benzoyl) benzoylbenzophenone, 2,5-dibromo-4 '-(4-benzoyl) benzoylbenzof Enone, 2,5-diiodo-4 ′-(4-benzoyl) benzoylbenzophenone; 2,5-dichloro-4′-benzoylbenzophenone, 2,5-dibromo-4′-benzoylbenzophenone, 2,5-diiodo-4 Examples include '-benzoylbenzophenone and regioisomers thereof.

上記一般式(23)で表される繰り返し単位(A)モノマーの具体例としては、2,5−ジヒドロキシ−4’−(4−チオフェノキシ−4−チオフェノキシ)チオフェノキシベンゾフェノン;2,5−ジヒドロキシ−4’−(4−チオフェノキシ)チオフェノキシベンゾフェノン;2,5−ジヒドロキシ−4’−チオフェノキシベンゾフェノン;2,5−ジヒドロキシ−1−(4−チオフェノキシ)チオフェノキシベンゼン;2,5−ジヒドロキシ−1−(4−チオフェノキシ−4−チオフェノキシ)チオフェノキシベンゼン;2,5−ジヒドロキシ−4’−(4−ベンゾイル)ベンゾイルベンゾフェノン;2,5−ジヒドロキシ−4’−ベンゾイルベンゾフェノンおよびこれらの位置異性体などが挙げられる。   Specific examples of the repeating unit (A) monomer represented by the general formula (23) include 2,5-dihydroxy-4 ′-(4-thiophenoxy-4-thiophenoxy) thiophenoxybenzophenone; Dihydroxy-4 ′-(4-thiophenoxy) thiophenoxybenzophenone; 2,5-dihydroxy-4′-thiophenoxybenzophenone; 2,5-dihydroxy-1- (4-thiophenoxy) thiophenoxybenzene; Dihydroxy-1- (4-thiophenoxy-4-thiophenoxy) thiophenoxybenzene; 2,5-dihydroxy-4 ′-(4-benzoyl) benzoylbenzophenone; 2,5-dihydroxy-4′-benzoylbenzophenone and their And positional isomers.

上記一般式(25)で表される繰り返し単位(A)モノマーの具体例としては、2−クロロ−5−ヒドロキシ−4’−(4−チオフェノキシ−4−チオフェノキシ)チオフェノキシベンゾフェノン、2−ブロモ−5−ヒドロキシ−4’−(4−チオフェノキシ−4−チオフェノキシ)チオフェノキシベンゾフェノン、2−ヨード−5−ヒドロキシ−4’−(4−チオフェノキシ−4−チオフェノキシ)チオフェノキシベンゾフェノン、;2−クロロ−5−ヒドロキシ−4’−(4−チオフェノキシ)チオフェノキシベンゾフェノン、2−ブロモ−5−ヒドロキシ−4’−(4−チオフェノキシ)チオフェノキシベンゾフェノン、2−ヨード−5−ヒドロキシ−4’−(4−チオフェノキシ)チオフェノキシベンゾフェノン;2−クロロ−5−ヒドロキシ−4’−チオフェノキシベンゾフェノン、2−ブロモ−5−ヒドロキシ−4’−チオフェノキシベンゾフェノン、2−ヨード−5−ヒドロキシ−4’−チオフェノキシベンゾフェノン;2−クロロ−5−ヒドロキシ−1−(4−チオフェノキシ)チオフェノキシベンゼン、2−ブロモ−5−ヒドロキシ−1−(4−チオフェノキシ)チオフェノキシベンゼン、2−ヨード−5−ヒドロキシ−1−(4−チオフェノキシ)チオフェノキシベンゼン;2−クロロ−5−ヒドロキシ−1−(4−チオフェノキシ−4−チオフェノキシ)チオフェノキシベンゼン、2,5−ジブロモ−1−(4−チオフェノキシ−4−チオフェノキシ)チオフェノキシベンゼン、2−ヨード−5−
ヒドロキシ−1−(4−チオフェノキシ−4−チオフェノキシ)チオフェノキシベンゼン;2−クロロ−5−ヒドロキシ−4’−(4−ベンゾイル)ベンゾイルベンゾフェノン、2−ブロモ−5−ヒドロキシ−4’−(4−ベンゾイル)ベンゾイルベンゾフェノン、2−ヨード−5−ヒドロキシ−4’−(4−ベンゾイル)ベンゾイルベンゾフェノン;2−クロロ−5−ヒドロキシ−4’−ベンゾイルベンゾフェノン、2−ブロモ−5−ヒドロキシ−4’−ベンゾイルベンゾフェノン、2−ヨード−5−ヒドロキシ−4’−ベンゾイルベンゾフェノン、およびこれらの位置異性体などが挙げられる。
Specific examples of the repeating unit (A) monomer represented by the general formula (25) include 2-chloro-5-hydroxy-4 ′-(4-thiophenoxy-4-thiophenoxy) thiophenoxybenzophenone, 2- Bromo-5-hydroxy-4 ′-(4-thiophenoxy-4-thiophenoxy) thiophenoxybenzophenone, 2-iodo-5-hydroxy-4 ′-(4-thiophenoxy-4-thiophenoxy) thiophenoxybenzophenone, 2-chloro-5-hydroxy-4 ′-(4-thiophenoxy) thiophenoxybenzophenone, 2-bromo-5-hydroxy-4 ′-(4-thiophenoxy) thiophenoxybenzophenone, 2-iodo-5-hydroxy -4 '-(4-thiophenoxy) thiophenoxybenzophenone; 2-chloro-5-hydroxy -4'-thiophenoxybenzophenone, 2-bromo-5-hydroxy-4'-thiophenoxybenzophenone, 2-iodo-5-hydroxy-4'-thiophenoxybenzophenone; 2-chloro-5-hydroxy-1- (4 -Thiophenoxy) thiophenoxybenzene, 2-bromo-5-hydroxy-1- (4-thiophenoxy) thiophenoxybenzene, 2-iodo-5-hydroxy-1- (4-thiophenoxy) thiophenoxybenzene; Chloro-5-hydroxy-1- (4-thiophenoxy-4-thiophenoxy) thiophenoxybenzene, 2,5-dibromo-1- (4-thiophenoxy-4-thiophenoxy) thiophenoxybenzene, 2-iodo- 5-
Hydroxy-1- (4-thiophenoxy-4-thiophenoxy) thiophenoxybenzene; 2-chloro-5-hydroxy-4 ′-(4-benzoyl) benzoylbenzophenone, 2-bromo-5-hydroxy-4 ′-( 4-benzoyl) benzoylbenzophenone, 2-iodo-5-hydroxy-4 ′-(4-benzoyl) benzoylbenzophenone; 2-chloro-5-hydroxy-4′-benzoylbenzophenone, 2-bromo-5-hydroxy-4 ′ -Benzoylbenzophenone, 2-iodo-5-hydroxy-4'-benzoylbenzophenone, and their positional isomers.

上記一般式(22)で表される繰り返し単位(B)モノマーの具体例としては、4,4′−ジヒドロキシベンゾフェノン、2,4′−ジヒドロキシベンゾフェノン、3,3′−ジヒドロキシベンゾフェノン;4,4′−ジヒドロキシジフェニルエーテル、2,4′−ジヒドロキシジフェニルエーテル、3,3′−ジヒドロキシジフェニルエーテル;4,4′−ジヒドロキシジフェニルチオエーテル、2,4′−ジヒドロキシジフェニルチオエーテル、3,3′−ジヒドロキシジフェニルチオエーテル;2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス(3−ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン;ビス(ヒドロキシフェニル)ジフルオロメタン;4−ヒドロキシ安息香酸−4−ヒドロキシフェニル、4−ヒドロキシ安息香酸−3−ヒドロキシフェニル、3−ヒドロキシ安息香酸−3−ヒドロキシフェニル、3−ヒドロキシ安息香酸−4−ヒドロキシフェニル;ビス(4−ヒドロキシフェニル)スルホキシド、ビス(3−ヒドロキシフェニル)スルホキシド;ビス(4−ヒドロキシフェニル)スルホン、ビス(3−ヒドロキシフェニル)スルホン;2,5−ジヒドロキシ4′−フェノキシベンゾフェノン、p−ジヒドロキシベンゼン、2,5−ジヒドロキシトルエン、2,5−ジヒドロキシp−キシレン、2,5−ジヒドロキシベンゾトリフルオライド、1,4−ジヒドロキシ2,3,5,6−テトラフルオロベンゼン;4,4′−ジヒドロキシビフェニル;m−ジヒドロキシベンゼン、2,4−ジヒドロキシトルエン、3,5−ジヒドロキシトルエン、2,6−ジヒドロキシトルエンなどが挙げられる。   Specific examples of the repeating unit (B) monomer represented by the general formula (22) include 4,4′-dihydroxybenzophenone, 2,4′-dihydroxybenzophenone, 3,3′-dihydroxybenzophenone; -Dihydroxydiphenyl ether, 2,4'-dihydroxydiphenyl ether, 3,3'-dihydroxydiphenyl ether; 4,4'-dihydroxydiphenyl thioether, 2,4'-dihydroxydiphenyl thioether, 3,3'-dihydroxydiphenyl thioether; 2,2 -Bis (4-hydroxyphenyl) hexafluoropropane, 2,2-bis (3-hydroxyphenyl) hexafluoropropane; bis (hydroxyphenyl) difluoromethane; 4-hydroxybenzoic acid-4-hydroxyphenyl, -Hydroxybenzoic acid-3-hydroxyphenyl, 3-hydroxybenzoic acid-3-hydroxyphenyl, 3-hydroxybenzoic acid-4-hydroxyphenyl; bis (4-hydroxyphenyl) sulfoxide, bis (3-hydroxyphenyl) sulfoxide; Bis (4-hydroxyphenyl) sulfone, bis (3-hydroxyphenyl) sulfone; 2,5-dihydroxy4'-phenoxybenzophenone, p-dihydroxybenzene, 2,5-dihydroxytoluene, 2,5-dihydroxyp-xylene, 2,4-dihydroxybenzotrifluoride, 1,4-dihydroxy 2,3,5,6-tetrafluorobenzene; 4,4'-dihydroxybiphenyl; m-dihydroxybenzene, 2,4-dihydroxytoluene, 3,5- Dihydroxy Toluene, 2,6-dihydroxy-toluene and the like.

上記一般式(24)で表される繰り返し単位(B)モノマーの具体例としては、4,4′−ジクロロベンゾフェノン、2,4′−ジクロロベンゾフェノン、3,3′−ジクロロベンゾフェノン、4,4′−ジブロモベンゾフェノン、2,4′−ジブロモベンゾフェノン、3,3′−ジブロモベンゾフェノン、4,4′−ジヨードベンゾフェノン、2,4′−ジヨードベンゾフェノン、3,3′−ジヨードベンゾフェノン;4,4′−ジクロロジフェニルエーテル、2,4′−ジクロロジフェニルエーテル、3,3′−ジクロロジフェニルエーテル、4,4′−ジブロモジフェニルエーテル、2,4′−ジブロモジフェニルエーテル、3,3′−、ジブロモジフェニルエーテル、4,4′−ジヨードジフェニルエーテル、2,4′−ジヨードジフェニルエーテル、3,3′−ジヨードジフェニルエーテル;4,4′−ジクロロジフェニルチオエーテル、2,4′−ジクロロジフェニルチオエーテル、3,3′−ジクロロジフェニルチオエーテル、4,4′−ジブロモジフェニルチオエーテル、2,4′−ジブロモジフェニルチオエーテル、3,3′−、ジブロモジフェニルチオエーテル、4,4′−ジヨードジフェニルチオエーテル、2,4′−ジヨードジフェニルチオエーテル、3,3′−ジヨードジフェニルチオエーテル:2,2−ビス(4−クロロフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス(3−クロロフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス(4−ブロモフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス(3−ブロモフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス(4−ヨードフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス(3−ヨードフェニル)ヘキサフルオロプロパン;ビス(クロロフェニル)ジフルオロメタン、ビス(ブロモフェニル)ジフルオロメタン、ビス(ヨードフェニル)ジフルオロメタン;4−クロロ安息香酸−4−クロロフェニル、4−クロロ安息香酸−3−クロロフェニル、3−クロロ安息香酸−3−クロロフェニル、3−クロロ安息香酸−4−クロロフェニル、4−ブロモ安息香酸−4−ブロモフェニル、4−ブロモ安息香酸−3−ブロモフェニル、3−ブロモ安息香酸−3−ブロ
モフェニル、3−ブロモ安息香酸−4−ブロモフェニル;ビス(4−クロロフェニル)スルホキシド、ビス(3−クロロフェニル)スルホキシド、ビス(4−ブロモフェニル)スルホキシド、ビス(3−ブロモフェニル)スルホキシド、ビス(4−ヨードフェニル)スルホキシド、ビス(3−ヨードフェニル)スルホキシド;ビス(4−クロロフェニル)スルホン、ビス(3−クロロフェニル)スルホン、ビス(4−ブロモフェニル)スルホン、ビス(3−ブロモフェニル)スルホン、ビス(4−ヨードフェニル)スルホン、ビス(3−ヨードフェニル)スルホン;2,5−ジクロロ−4′−フェノキシベンゾフェノン、p−ジクロロベンゼン、p−ジブロモベンゼン、p−ジヨードベンゼン、2,5−ジクロロトルエン、2,5−ジブロモトルエン、2,5−ジヨードトルエン、2,5−ジクロロ−p−キシレン、2,5−ジブロモ−p−キシレン、2,5−ジヨード−p−キシレン、2,5−ジクロロベンゾトリフルオライド、2,5−ジブロモベンゾトリフルオライド、2,5−ジヨードベンゾトリフルオライド、1,4−ジクロロ−2,3,5,6−テトラフルオロベンゼン、1,4−ジブロモ−2,3,5,6−テトラフルオロベンゼン、1,4−ジヨード−2,3,5,6−テトラフルオロベンゼン;4,4′−ジクロロビフェニル、4,4′−ジブロモビフェニル、4,4′−ジヨードビフェニル、4,4′−ジブロモオクタフルオロビフェニル;m−ジクロロベンゼン、m−ジブロモベンゼン、m−ジヨードベンゼン、2,4−ジクロロトルエン、2,4−ジブロモトルエン、2,4−ジヨードトルエン、3,5−ジクロロトルエン、3,5−ジブロモトルエン、3,5−ジヨードトルエン、2,6−ジクロロトルエン、2,6−ジブロモトルエン、2,6−ジヨードトルエン、1,3−ジブロモ−2,4,5,6−テトラフルオロベンゼンなどが挙げられる。なお、上記具体例において、一般式(15)における二つのXのうち一つをフッ素原子に置換したものも好ましく用いることができる。
Specific examples of the repeating unit (B) monomer represented by the general formula (24) include 4,4'-dichlorobenzophenone, 2,4'-dichlorobenzophenone, 3,3'-dichlorobenzophenone, 4,4 ' -Dibromobenzophenone, 2,4'-dibromobenzophenone, 3,3'-dibromobenzophenone, 4,4'-diiodobenzophenone, 2,4'-diiodobenzophenone, 3,3'-diiodobenzophenone; 4,4 '-Dichlorodiphenyl ether, 2,4'-dichlorodiphenyl ether, 3,3'-dichlorodiphenyl ether, 4,4'-dibromodiphenyl ether, 2,4'-dibromodiphenyl ether, 3,3'-, dibromodiphenyl ether, 4,4' -Diiododiphenyl ether, 2,4'-diiododi Phenyl ether, 3,3′-diiododiphenyl ether; 4,4′-dichlorodiphenyl thioether, 2,4′-dichlorodiphenyl thioether, 3,3′-dichlorodiphenyl thioether, 4,4′-dibromodiphenyl thioether, 2, 4'-dibromodiphenyl thioether, 3,3'-, dibromodiphenyl thioether, 4,4'-diiododiphenyl thioether, 2,4'-diiododiphenyl thioether, 3,3'-diiododiphenyl thioether: 2,2 -Bis (4-chlorophenyl) hexafluoropropane, 2,2-bis (3-chlorophenyl) hexafluoropropane, 2,2-bis (4-bromophenyl) hexafluoropropane, 2,2-bis (3-bromophenyl) ) Hexafluoropropane 2,2-bis (4-iodophenyl) hexafluoropropane, 2,2-bis (3-iodophenyl) hexafluoropropane; bis (chlorophenyl) difluoromethane, bis (bromophenyl) difluoromethane, bis (iodophenyl) Difluoromethane; 4-chlorobenzoic acid-4-chlorophenyl, 4-chlorobenzoic acid-3-chlorophenyl, 3-chlorobenzoic acid-3-chlorophenyl, 3-chlorobenzoic acid-4-chlorophenyl, 4-bromobenzoic acid-4 -Bromophenyl, 4-bromobenzoic acid-3-bromophenyl, 3-bromobenzoic acid-3-bromophenyl, 3-bromobenzoic acid-4-bromophenyl; bis (4-chlorophenyl) sulfoxide, bis (3-chlorophenyl) ) Sulphoxide, bis (4-bromophenyl) sulfur Hydroxide, bis (3-bromophenyl) sulfoxide, bis (4-iodophenyl) sulfoxide, bis (3-iodophenyl) sulfoxide; Phenyl) sulfone, bis (3-bromophenyl) sulfone, bis (4-iodophenyl) sulfone, bis (3-iodophenyl) sulfone; 2,5-dichloro-4'-phenoxybenzophenone, p-dichlorobenzene, p- Dibromobenzene, p-diiodobenzene, 2,5-dichlorotoluene, 2,5-dibromotoluene, 2,5-diiodotoluene, 2,5-dichloro-p-xylene, 2,5-dibromo-p-xylene 2,5-diiodo-p-xylene, 2,5-dichlorobenzotrifur Ride, 2,5-dibromobenzotrifluoride, 2,5-diiodobenzotrifluoride, 1,4-dichloro-2,3,5,6-tetrafluorobenzene, 1,4-dibromo-2,3,5 , 6-tetrafluorobenzene, 1,4-diiodo-2,3,5,6-tetrafluorobenzene; 4,4'-dichlorobiphenyl, 4,4'-dibromobiphenyl, 4,4'-diiodobiphenyl, 4,4'-dibromooctafluorobiphenyl; m-dichlorobenzene, m-dibromobenzene, m-diiodobenzene, 2,4-dichlorotoluene, 2,4-dibromotoluene, 2,4-diiodotoluene, 3, 5-dichlorotoluene, 3,5-dibromotoluene, 3,5-diiodotoluene, 2,6-dichlorotoluene, 2,6-dibromotoluene Emissions, 2,6-di-iodo-toluene, 1,3-dibromo-2,4,5,6-tetrafluoro-benzene. In addition, in the said specific example, what substituted one of two X in General formula (15) by the fluorine atom can be used preferably.

上記一般式(26)で表される繰り返し単位(B)モノマーの具体例としては、上記一般式(15)で表される繰り返し単位(B)モノマーの具体例における、非フッ素ハロゲン原子の一つを水酸基で置換した構造およびその位置異性体が挙げられる。
重合体が繰り返し単位(A)と繰り返し単位(B)からなり、連結基PおよびP2 がいずれも−O−の場合の合成例を以下に具体的に例示する。繰り返し単位(A)のモノマーとして2,5−ジクロロ−4’−(4−チオフェノキシ)チオフェノキシベンゾフェノンを用い、繰り返し単位(B)のモノマーとしてp,p’−ジヒドロキシベンゾフェノンを用いる。両者を炭酸カリウムの存在下で共重合し、次いで、スルホン酸化剤を用いて、スルホン酸化した後に、スルフィド結合を酸化剤を用いて酸化してスルホンへ転化することで、連結基P=O、P2 =Oの下記(28)式に示すポリマー(Q=−CO−)のスルホン酸化物が高分子電解質として得られる。
As a specific example of the repeating unit (B) monomer represented by the general formula (26), one of non-fluorine halogen atoms in the specific example of the repeating unit (B) monomer represented by the general formula (15). And a positional isomer thereof.
Specific examples of synthesis in the case where the polymer is composed of the repeating unit (A) and the repeating unit (B) and the linking groups P and P 2 are both —O— are shown below. 2,5-Dichloro-4 ′-(4-thiophenoxy) thiophenoxybenzophenone is used as the monomer of the repeating unit (A), and p, p′-dihydroxybenzophenone is used as the monomer of the repeating unit (B). Both are copolymerized in the presence of potassium carbonate, then sulfonated using a sulfonated agent, and then oxidized to a sulfone by oxidizing the sulfide bond using an oxidant to form a linking group P = O, A sulfone oxide of a polymer (Q = —CO—) represented by the following formula (28) where P 2 ═O is obtained as a polymer electrolyte.

Figure 0004749080
[式中、Z”は側鎖基を示す。]
Figure 0004749080
[In the formula, Z ″ represents a side chain group.]

同様にして、Qが−O−、−S−、−SO2 −、−CR1 2−(R1 は水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、ハロゲン化アルキル基、アリール基から選ばれる)または単結合であるポリマーを合成することができる。
[重合体の例−2]重合体が繰り返し単位(A)と繰り返し単位(B)からなり、連結基PおよびP2 がいずれも単結合の場合:下記一般式(29)に示す、繰り返し単位(A)モノマーと、下記一般式(30)に示す、繰り返し単位(B)モノマーとの反応により、繰り返し単位(A)と繰り返し単位(B)からなる、下記一般式(31)で示される重合
体を得ることができる。下記一般式(29)で表される繰り返し単位(A)モノマーの具体例としては、上記一般式(21)に対する具体例と同様の化合物が挙げられる。下記一般式(30)で表される繰り返し単位(B)モノマーの具体例としては、上記一般式(24)に対する具体例と同様の化合物が挙げられる。
Similarly, Q is —O—, —S—, —SO 2 —, —CR 1 2 — (R 1 is selected from a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group, a halogenated alkyl group, and an aryl group) or a single atom. A polymer that is a bond can be synthesized.
[Example of polymer-2] When the polymer is composed of a repeating unit (A) and a repeating unit (B), and both of the linking groups P and P 2 are single bonds: the repeating unit represented by the following general formula (29) The reaction represented by the following general formula (31) comprising the repeating unit (A) and the repeating unit (B) by the reaction between the monomer (A) and the repeating unit (B) monomer represented by the following general formula (30). Coalescence can be obtained. Specific examples of the repeating unit (A) monomer represented by the following general formula (29) include the same compounds as the specific examples for the general formula (21). Specific examples of the repeating unit (B) monomer represented by the following general formula (30) include compounds similar to the specific examples for the general formula (24).

Figure 0004749080
[式中、X、X’は互いに同一であっても異なっていても良いハロゲン原子を表し、k、Y、Y2 、Zは前記のとおりである。]
Figure 0004749080
[Wherein, X and X ′ represent the same or different halogen atoms, and k, Y, Y 2 and Z are as defined above. ]

Figure 0004749080
Figure 0004749080

重合体が繰り返し単位(A)と繰り返し単位(B)からなり、連結基PおよびP2 がいずれも単結合の場合の例を以下に具体的に例示する。繰り返し単位(A)のモノマーとして2,5−ジクロロ−4’−チオフェノキシベンゾフェノンを用い、繰り返し単位(B)のモノマーとしてp,p’−ジクロロジフェニルスルホンを用いる。両者を、遷移金属化合物を含む触媒の存在下で共重合し、次いで、スルホン酸化剤を用いて、スルホン酸化した後に、スルフィド結合を酸化剤を用いて酸化してスルホンへ転化することで、連結基P=単結合、P2 =単結合の下記式(32)に示すポリマー(Q=−SO2 −)のスルホン酸化物が高分子電解質として得られる。 Specific examples of the case where the polymer is composed of the repeating unit (A) and the repeating unit (B) and the linking groups P and P 2 are both single bonds are shown below. 2,5-Dichloro-4′-thiophenoxybenzophenone is used as the monomer of the repeating unit (A), and p, p′-dichlorodiphenylsulfone is used as the monomer of the repeating unit (B). Both are copolymerized in the presence of a catalyst containing a transition metal compound, then sulfonated using a sulfonated agent, and then oxidized by using an oxidant to convert the sulfide bond to a sulfone. A sulfone oxide of a polymer (Q = —SO 2 —) represented by the following formula (32) in which the group P = single bond and P 2 = single bond is obtained as a polymer electrolyte.

Figure 0004749080
[式中、Z”は側鎖基を示す。]
Figure 0004749080
[In the formula, Z ″ represents a side chain group.]

[重合体の例−3]重合体が繰り返し単位(A)と繰り返し単位(B)からなり、連結基PおよびP2 がいずれも−CO−の場合:例えば下記一般式(33)に示す、繰り返し単位(A)モノマーと、下記一般式(34)に示す、繰り返し単位(B)モノマーとの反応、または、下記一般式(35)に示す、繰り返し単位(A)モノマーと、下記一般式(36)に示す、繰り返し単位(B)モノマーとの反応により、繰り返し単位(A)と繰り返し単位(B)からなる、下記一般式(37)で示される重合体を得ることができる。なお、下記一般式(34),(35)におけるCOの代わりにSO2 を用いた原料を使用することにより、連結器P およびP2 がいずれも−SO2 −の重合体が得られる。[式中、Xはハロゲン原子を表し、Y、Y2 、Zは前記のとおりである。] [Polymer Example-3] When the polymer is composed of a repeating unit (A) and a repeating unit (B) and both of the linking groups P and P 2 are —CO—: for example, shown in the following general formula (33). Reaction of the repeating unit (A) monomer with the repeating unit (B) monomer represented by the following general formula (34), or the repeating unit (A) monomer represented by the following general formula (35) and the following general formula ( A polymer represented by the following general formula (37) consisting of the repeating unit (A) and the repeating unit (B) can be obtained by the reaction with the repeating unit (B) monomer shown in 36). In addition, by using a raw material using SO 2 instead of CO in the following general formulas (34) and (35), the coupler P And a polymer in which both P 2 are —SO 2 — is obtained. [Wherein, X represents a halogen atom, and Y, Y 2 and Z are as defined above. ]

Figure 0004749080
Figure 0004749080

Figure 0004749080
Figure 0004749080

上記一般式(33)で表される繰り返し単位(A)モノマーの具体例としては、 上記一般式(21)で表される繰り返し単位(A)モノマーの具体例における、−Xを水素原子で置換した構造のものおよびその位置異性体が挙げられる。
上記一般式(35)で表される繰り返し単位(A)モノマーの具体例としては、上記一般式(21)で表される繰り返し単位(A)モノマーの具体例における、−Xを−COX(Xはハロゲン原子を示す)で置換した構造のものおよびその位置異性体が挙げられる。
上記一般式(34)で表される繰り返し単位(B)モノマーの具体例としては、上記一般式(24)で表される繰り返し単位(B)モノマーの具体例における、−Xを−COX(Xはハロゲン原子を示す)で置換した構造のものおよびその位置異性体が挙げられる。
上記一般式(36)で表される繰り返し単位(B)モノマーの具体例としては、上記一般式(24)で表される繰り返し単位(B)モノマーの具体例における、Xを水素原子で置換した構造のものが挙げられる。
As a specific example of the repeating unit (A) monomer represented by the general formula (33), -X in the specific example of the repeating unit (A) monomer represented by the general formula (21) is substituted with a hydrogen atom. And the positional isomers thereof.
Specific examples of the repeating unit (A) monomer represented by the general formula (35) include -X in the specific example of the repeating unit (A) monomer represented by the general formula (21) -COX (X Represents a halogen atom) and the positional isomers thereof.
Specific examples of the repeating unit (B) monomer represented by the general formula (34) include -X in the specific example of the repeating unit (B) monomer represented by the general formula (24) -COX (X Represents a halogen atom) and the positional isomers thereof.
As a specific example of the repeating unit (B) monomer represented by the general formula (36), X in the specific example of the repeating unit (B) monomer represented by the general formula (24) was substituted with a hydrogen atom. Examples include structures.

重合体が繰り返し単位(A)と繰り返し単位(B)からなり、連結基PおよびP2 がいずれも−CO−の場合の合成例を以下に具体的に例示する。繰り返し単位(A)のモノマーとして2−[4−(4−チオフェノキシ)チオフェノキシベンゾイル]テレフタルクロリドを用い、繰り返し単位(B)のモノマーとしてジフェニルエーテルを用いる。両者を塩化アルミニウム等のフリーデルクラフツ触媒の存在下で共重合し、次いで、スルホン酸化剤を用いて、スルホン酸化した後に、スルフィド結合を酸化剤を用いて酸化してスルホンへ転化することで、連結基P=CO、P2 =COの下記(38)式に示すポリマー(Q=−O−)のスルホン酸化物が高分子電解質として得られる。 Specific examples of synthesis in the case where the polymer is composed of the repeating unit (A) and the repeating unit (B) and the linking groups P and P 2 are both —CO— are shown below. 2- [4- (4-thiophenoxy) thiophenoxybenzoyl] terephthal chloride is used as the monomer of the repeating unit (A), and diphenyl ether is used as the monomer of the repeating unit (B). Both are copolymerized in the presence of a Friedel-Crafts catalyst such as aluminum chloride, then sulfonated with a sulfonated agent, and then oxidized with an oxidant to convert the sulfide bond to sulfone, A sulfone oxide of a polymer (Q = -O-) represented by the following formula (38) having a linking group P = CO and P 2 = CO is obtained as a polymer electrolyte.

Figure 0004749080
[式中、Z”は側鎖基を示す。]
Figure 0004749080
[In the formula, Z ″ represents a side chain group.]

同様にして、Qが−CO−、−S−、−SO2 −、−CR1 2−(R1 は水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、ハロゲン化アルキル基、アリール基から選ばれる)または単結合
であるポリマーを合成することができる。
[重合体の例−4]重合体が繰り返し単位(A)と複数の繰り返し単位(B)からなり、連結基Pが単結合、連結基P2 が−O−の場合:例えば下記一般式(39)に示す、繰り返し単位(A)モノマーと、下記一般式(40)および下記一般式(41)に示す、繰り返し単位(B)モノマーとの反応により、繰り返し単位(A)と2種類の繰り返し単位(B)からなる、下記一般式(42)で示される重合体を得ることができる。
Similarly, Q is —CO—, —S—, —SO 2 —, —CR 1 2 — (R 1 is selected from a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group, a halogenated alkyl group, and an aryl group) or a single atom. A polymer that is a bond can be synthesized.
[Example of polymer-4] When the polymer is composed of a repeating unit (A) and a plurality of repeating units (B), the linking group P is a single bond and the linking group P 2 is —O—: 39), the repeating unit (A) monomer and the repeating unit (B) monomer represented by the following general formula (40) and the following general formula (41) are reacted with the repeating unit (A) and two kinds of repeating units. A polymer represented by the following general formula (42) consisting of the unit (B) can be obtained.

Figure 0004749080
[式中、X、X’、X’’はハロゲン原子を表し互いに異なっていても同一でも良く、Y2 ’はY2 と同様の基であり、k、Y、Y2 、Zは前記のとおりである。]
Figure 0004749080
[Wherein, X, X ′, and X ″ represent a halogen atom and may be different or the same, Y 2 ′ is the same group as Y 2, and k, Y, Y 2 , and Z are the same as those described above] It is as follows. ]

Figure 0004749080
Figure 0004749080

上記一般式(39)で表される繰り返し単位(A)モノマーの具体例としては、上記一般式(21)に対する具体例と同様の化合物が挙げられる。上記一般式(40)で表される繰り返し単位(B)モノマーの具体例としては、上記一般式(24)に対する具体例と同様の化合物が挙げられる。上記一般式(41)で表される繰り返し単位(B)モノマーの具体例としては、上記一般式(22)に対する具体例と同様の化合物が挙げられる。
重合体が繰り返し単位(A)と繰り返し単位(B)からなり、連結基Pが単結合、連結基P2 が−O−の場合の例を以下に具体的に例示する。繰り返し単位(A)のモノマーとして2,5−ジクロロ−4’−チオフェノキシベンゾフェノンを用い、繰り返し単位(B)のモノマーとして4−クロロフルオロベンゼンと4,4’−ジヒドロキシベンゾフェノンを用いる。まず、4−クロロフルオロベンゼンとビス(4−ヒドロキシフェニル)スルホンを炭酸カリウムの存在下で反応させてビス[4−(4−クロロフェノキシ)フェニル]スルホンを合成する。次にこのものと2,5−ジクロロ−4’−チオフェノキシベンゾフェノンを、遷移金属化合物を含む触媒の存在下で共重合し、次いで、スルホン酸化剤を用いて、スルホン酸化した後に、スルフィド結合を酸化剤を用いて酸化してスルホンへ転化することで、連結基P=単結合、P2 =−O−結合の下記式(43)に示すポリマー(Q=−SO2 −)のスルホン酸化物が高分子電解質として得られる。本発明の重合体において、他の繰り返し単位中の繰り返し単位(B)の割合は、10〜100モル%、好ましくは20〜100モル%である。
Specific examples of the repeating unit (A) monomer represented by the general formula (39) include compounds similar to the specific examples for the general formula (21). Specific examples of the repeating unit (B) monomer represented by the general formula (40) include compounds similar to the specific examples for the general formula (24). Specific examples of the repeating unit (B) monomer represented by the general formula (41) include the same compounds as the specific examples for the general formula (22).
Specific examples of the case where the polymer is composed of the repeating unit (A) and the repeating unit (B), the linking group P is a single bond, and the linking group P 2 is —O— are shown below. 2,5-Dichloro-4′-thiophenoxybenzophenone is used as the monomer of the repeating unit (A), and 4-chlorofluorobenzene and 4,4′-dihydroxybenzophenone are used as the monomer of the repeating unit (B). First, bis [4- (4-chlorophenoxy) phenyl] sulfone is synthesized by reacting 4-chlorofluorobenzene and bis (4-hydroxyphenyl) sulfone in the presence of potassium carbonate. Next, this and 2,5-dichloro-4'-thiophenoxybenzophenone are copolymerized in the presence of a catalyst containing a transition metal compound, and then sulfonated with a sulfonated agent, and then a sulfide bond is formed. Oxidation using an oxidizing agent and conversion to sulfone allows the sulfonate oxide of the polymer (Q = —SO 2 —) represented by the following formula (43) having a linking group P = single bond and P 2 = —O— bond. Is obtained as a polymer electrolyte. In the polymer of the present invention, the proportion of the repeating unit (B) in the other repeating units is 10 to 100 mol%, preferably 20 to 100 mol%.

Figure 0004749080
[式中、Z”は側鎖基を示す。]
Figure 0004749080
[In the formula, Z ″ represents a side chain group.]

本発明の高分子電解質の主鎖に含まれる芳香族残基は少なくとも一つの電子吸引基が結合していることが好ましい。この場合の電子吸引基は、例えば、−CO−、−CONH−、−(CF2 p −(ここで、pは1〜10の整数である)、−C(CF3 2 −、−COO−、−SO−、−SO−、−SO2 −などの2価の基;F、パーフルオロアルキル、−CN、−NO2 、−COR、−COOR(Rは水素、アルキル基、ハロゲン化アルキル基、アリール基、ハロゲン化アリール基から選ばれる)、−CONRR’(R’は前記Rと同様の基である。)、−SO3 R、−SOR、−SO2 Rなどの1価の基が挙げられる。 The aromatic residue contained in the main chain of the polymer electrolyte of the present invention preferably has at least one electron withdrawing group bonded thereto. The electron withdrawing group in this case is, for example, —CO—, —CONH—, — (CF 2 ) p — (wherein p is an integer of 1 to 10), —C (CF 3 ) 2 —, — Divalent groups such as COO—, —SO—, —SO—, —SO 2 —; F, perfluoroalkyl, —CN, —NO 2 , —COR, —COOR (where R is hydrogen, alkyl group, halogenated) Selected from an alkyl group, an aryl group, and a halogenated aryl group), -CONRR '(R' is the same group as the above R), -SO 3 R, -SOR, -SO 2 R, etc. Groups.

本発明の高分子電解質の構造例を以下に示す。[式中、Zは上記一般式(1)で表される側鎖を示す。]

Figure 0004749080
A structural example of the polymer electrolyte of the present invention is shown below. [In formula, Z shows the side chain represented by the said General formula (1). ]
Figure 0004749080

Figure 0004749080
Figure 0004749080

Figure 0004749080
Figure 0004749080

Figure 0004749080
Figure 0004749080

本発明の高分子電解質においては、側鎖Zにスルホン酸基が存在する。そして、少なくともn≧2で、かつ、スルホン酸基の1.0を超える数が導入されたZを有する。なお、Zが直鎖状の場合には、同一側鎖の複数のAr基にスルホン酸基が導入されていてもよい。さらに付加的に主鎖がスルホン酸基で置換されてもよい。本発明の製造方法においてスルホン酸基の導入方法は限定されず、例えば(1)重合体をスルホン酸化することにより導入してもよいし、(2)スルホン酸基を含有するモノマーを重合してもよいし、(3)スルホン酸基誘導体、スルホン酸基前駆体から選ばれる基を含有するモノマーを重合した後に当該基をスルホン酸基に変換することによりスルホン酸基を導入することもできる。   In the polymer electrolyte of the present invention, a sulfonic acid group is present in the side chain Z. And at least n ≧ 2, and the number of sulfonic acid groups exceeding 1.0 is introduced. In addition, when Z is linear, the sulfonic acid group may be introduce | transduced into several Ar group of the same side chain. Furthermore, the main chain may be further substituted with a sulfonic acid group. In the production method of the present invention, the method for introducing a sulfonic acid group is not limited. For example, (1) the polymer may be introduced by sulfonating, or (2) a monomer containing a sulfonic acid group is polymerized. Alternatively, (3) a sulfonic acid group can be introduced by polymerizing a monomer containing a group selected from a sulfonic acid group derivative and a sulfonic acid group precursor and then converting the group into a sulfonic acid group.

本発明の高分子電解質の製造方法のおいて、スルホン酸基を導入する方法として、スルホン基を含有しない高分子をスルホン酸化することにより導入する場合には、スルホン酸化剤による常法のスルホン酸化を用いることができる。スルホン酸基を導入する方法としては、例えば、上記スルホン酸基を有しない高分子を、無水硫酸、発煙硫酸、クロルスルホン酸、硫酸、亜硫酸水素ナトリウムなどの公知のスルホン酸化剤を用いて、公知の条件でスルホン酸化することができる(本発明において、スルホン酸化とは、−Hなる基の水素原子をSO3 Hで置換する反応を示す。)。 In the method for producing a polymer electrolyte of the present invention, as a method for introducing a sulfonic acid group, when introducing a polymer not containing a sulfone group by sulfonating, a conventional sulfonating agent with a sulfonating agent is used. Can be used. As a method for introducing a sulfonic acid group, for example, the above-described polymer having no sulfonic acid group is known by using a known sulfonating agent such as sulfuric anhydride, fuming sulfuric acid, chlorosulfonic acid, sulfuric acid, sodium hydrogen sulfite and the like. (In the present invention, sulfonation refers to a reaction in which a hydrogen atom of a group —H is substituted with SO 3 H).

このスルホン酸化の反応条件としては、上記スルホン酸基を有しない高分子を、無溶剤下、あるいは溶剤存在下で、上記スルホン酸化剤と反応させる。溶剤としては、例えばn−ヘキサンなどの炭化水素系溶剤、テトラヒドロフラン、ジオキサンなどのエーテル系溶剤、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシドのような非プロトン系極性溶剤のほか、テトラクロロエタン、ジクロロエタン、クロロホルム、塩化メ
チレンなどのハロゲン化炭化水素などが挙げられる。反応温度は特に制限はないが、通常、−50〜200℃、好ましくは−10〜100℃である。また、反応時間は、通常、0.5〜1,000時間、好ましくは1〜200時間である。
As the reaction conditions for the sulfonation, the polymer having no sulfonic acid group is reacted with the sulfonated agent in the absence of a solvent or in the presence of a solvent. Examples of the solvent include hydrocarbon solvents such as n-hexane, ether solvents such as tetrahydrofuran and dioxane, aprotic polar solvents such as dimethylacetamide, dimethylformamide, and dimethylsulfoxide, tetrachloroethane, dichloroethane, chloroform, And halogenated hydrocarbons such as methylene chloride. The reaction temperature is not particularly limited, but is usually −50 to 200 ° C., preferably −10 to 100 ° C. Moreover, reaction time is 0.5 to 1,000 hours normally, Preferably it is 1 to 200 hours.

このようにして得られる、本発明のスルホン酸基含有重合体中の、スルホン酸基量は、0.5〜5ミリグラム当量/g、好ましくは0.7〜4ミリグラム当量/g、さらに好ましくは0.8〜3ミリグラム当量/gである。低いスルホン酸基量では、プロトン伝導性が上がらず、一方、スルホン酸基量が高いと、親水性が向上し、構造によっては水溶性ポリマーとなってしまう。上記のスルホン酸基量は、反応条件(温度、時間)や仕込量(組成)により調整することができる。
また、このようにして得られる本発明の高分子電解質の、スルホン酸化前またはスルホン酸の前駆体のポリマーの分子量は、ポリスチレン換算重量平均分子量で、1000〜100万、好ましくは1万〜100万、さらに好ましくは2万〜80万、特に好ましくは3万〜40万である。1000未満では、成形フィルムが割れ易く、また強度的性質にも問題がある。一方、100万を超えると、溶解性が不充分となり、また溶液粘度が高く、加工性が不良になるなどの問題がある。
The amount of sulfonic acid group in the sulfonic acid group-containing polymer of the present invention thus obtained is 0.5 to 5 milligram equivalent / g, preferably 0.7 to 4 milligram equivalent / g, more preferably 0.8-3 milligram equivalent / g. When the amount of sulfonic acid group is low, proton conductivity does not increase. On the other hand, when the amount of sulfonic acid group is high, hydrophilicity is improved, and depending on the structure, a water-soluble polymer is obtained. The amount of the sulfonic acid group can be adjusted by the reaction conditions (temperature, time) and the charged amount (composition).
The molecular weight of the polymer electrolyte of the present invention thus obtained before sulfonation or sulfonic acid precursor is 1,000 to 1,000,000, preferably 10,000 to 1,000,000 in terms of polystyrene-converted weight average molecular weight. More preferably, it is 20,000 to 800,000, particularly preferably 30,000 to 400,000. If it is less than 1000, the molded film is liable to break, and there is also a problem in strength properties. On the other hand, if it exceeds 1,000,000, there are problems such as insufficient solubility, high solution viscosity, and poor processability.

次に、本発明の高分子電解質は、上記スルホン酸基含有重合体からなるが、上記スルホン酸基含有重合体以外に、硫酸、リン酸などの無機酸、カルボン酸を含む有機酸、適量の水などを併用しても良い。
本発明の高分子電解質をフィルム化するには、例えば本発明のスルホン酸基含有重合体を溶剤に溶解したのち、塗布によりフィルム状に成形するキャスト法や、溶融成形法などが挙げられる。
本発明の高分子電解質の構造は、例えば、赤外線吸収スペクトルや核磁気共鳴スペクトル(H−NMR、13C−NMR)により確認することができる。また、組成比は元素分析によっても測定でき、スルホン酸の含量は中和滴定によって測定することができる。
本発明の高分子電解質溶液は上記の高分子電解質が、水又は極性有機溶媒に溶解したものをいう。ここで極性有機溶媒とは、プロトン性、非プロトン性を限らず、極性を有する有機溶媒が使用できる。またこれらの極性有機溶媒には、水を含んでいても構わない。本発明の溶液とは、高分子電解質が溶媒中に溶解したもの、又はミセル、コロイド、膨純ゲルなどの様態にかかわらず分散したものをいう。
Next, the polymer electrolyte of the present invention comprises the sulfonic acid group-containing polymer. In addition to the sulfonic acid group-containing polymer, an inorganic acid such as sulfuric acid and phosphoric acid, an organic acid containing a carboxylic acid, an appropriate amount You may use water together.
In order to form the polymer electrolyte of the present invention into a film, for example, a casting method in which the sulfonic acid group-containing polymer of the present invention is dissolved in a solvent and then formed into a film by coating, a melt molding method, or the like can be mentioned.
The structure of the polymer electrolyte of the present invention can be confirmed by, for example, an infrared absorption spectrum or a nuclear magnetic resonance spectrum ( 1 H-NMR, 13 C-NMR). The composition ratio can also be measured by elemental analysis, and the sulfonic acid content can be measured by neutralization titration.
The polymer electrolyte solution of the present invention refers to a solution in which the above polymer electrolyte is dissolved in water or a polar organic solvent. Here, the polar organic solvent is not limited to protic and aprotic, and a polar organic solvent can be used. Moreover, these polar organic solvents may contain water. The solution of the present invention refers to a solution in which a polymer electrolyte is dissolved in a solvent, or a solution in which a polymer electrolyte is dispersed regardless of a mode such as a micelle, a colloid, or a swelled gel.

溶解に用いられる極性有機溶媒としては、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、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、スルホラン、クロロホルム、テトラヒドロフラン等やメタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール、イソブチルアルコール、tert−ブチルアルコール、1−ペエンタノール、2−ペンタノール、3−ペンタノール、2−メチル−1−ブタノール、イソペンチルアルコール、tert−ペンチルアルコール、3−メチル−2−ブタノール、ネオペンチルアルコール、1−ヘキサノール、2−メチル−1−ペンタノール、4−メチルー2−ペンタノール、2−エチル−1−ブタノール、1−へプタノール、2−ヘプタノール、3−ヘプタノール、1−オクタノール、2−オクタノール、2−メチル−1−ヘキサノール、1−ノナノール、3,5,5−トリメチル−1−ヘキサノール、1−デカノール、1−ウンデカノール、1−ドデカノール、アリルアルコール、プロパンギルアルコール、ベンジルアルコール、シクロヘキサノール、1−メチル−シクロヘキサノール、2−メチルシクロヘキサノール、3−メチルシクロヘキサノール、4−メチルシクロヘキサノール、α−テルピネオール、アビエチノール、2−メトキシエタノール、2−エトキシエタノール、2−(メトキシメトキシ)エタノール、2−イソプロポキシエタノール、2−ブトキシエタノール、2−(イソペンチルオキシ)エタノール、2−(へキシルオキシ)エタノール、2−フェノキシエタノール、2−(ベンジルオキシ)エタノール、フ
ルフリルアルコール、テトラヒドロフルフリルアルコール、ジエチレングリコール、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、トリエチレングリコール、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、テトラエチレングリコール、ポリエチレングリコール、1−メトキシ−2−プロパノール、1−エトキシ−2−プロパノール、ジプロピレングリコール、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、ポリプロピレングリコール、ジアセトンアルコール、2−クロロエタノール、1−クロロ−2−プロパノール、3−クロロ−1,2−プロパンジオール、1,3−ジクロロ−2−プロパンノール、2,2,2−トリフルオロエタノール、3−ヒドロキシプロピオノニトリル、2,2’−チオジエタノール、ジオール類として、1,2−エタンジオール、1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオール、1,2−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、2,3−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、2−ブテン−1,4−ジオール、2−メチル−2,4−ペンタンジオール、2−エチル−1,3−ヘキサンジオール、グリセリン、2−エチル−2−(ヒドロキシメチル)−1,3−プロパンジオール、1,2,6−ヘキサントリオール、フェノール類として、フェノール、クレゾール、o−クレゾール、m−クレゾール、p−クレゾール、キシレノール類、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、イソ酪酸、ピバル酸、吉草酸、イソ吉草酸、カプロン酸、2−エチル酪酸、カプリル酸、2−エチルヘキサン酸、オレイン酸、エチルアセテート、γ−ブチロラクトン、プロピレンンカーボネート、エチレンカーボネート、ジオキサン、メチラール、ジメチルスルホン、ベンゼン、クロロホルム、メチレンクロライド、エチレンクロライド、トリクロロエチレン、2,2−ジクロロジエチルエーテル、クロロベンゼン、o−ジクロロベンゼン、クロロプロパノール、エピクロロヒドリン、1−ブロモナフタレン、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、メチルイソアミルケトン、ジイソブチルケトン、イソホロン、アセトフェノン、シクロヘキサノン、メシチルオキサイド、ベンズアルデヒド、アセトニトリル、ブチロニトリル、ニトロメタン、ニトロエタン、2−ニトロプロパン、ニトロベンゼン、アニリン、エタノールアミン、シクロヘキシルアミン、ピリジン、モルホリン、ジエチレンアミン,ベンゾニトリル、n−メチル−2−ピロリドン、2−ピロリドン、テトラメチル尿素、ヘキサメチルホスホルアミド、トリメチルホスフェート、トリエチルホスフェート、スチレン、テトラリン等がある。
Examples of polar organic solvents used for dissolution include N-methyl-2-pyrrolidone, N, N-dimethylformamide, γ-butyrolactone, N, N-dimethylacetamide, dimethylsulfoxide, dimethylurea, dimethylimidazolidinone, sulfolane, and chloroform. , Tetrahydrofuran, etc., methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, isobutyl alcohol, tert-butyl alcohol, 1-peentanol, 2-pentanol, 3-pentanol, 2-methyl- 1-butanol, isopentyl alcohol, tert-pentyl alcohol, 3-methyl-2-butanol, neopentyl alcohol, 1-hexanol, 2-methyl-1-pentanol, 4-methyl-2-pentanol, 2- Til-1-butanol, 1-heptanol, 2-heptanol, 3-heptanol, 1-octanol, 2-octanol, 2-methyl-1-hexanol, 1-nonanol, 3,5,5-trimethyl-1-hexanol 1-decanol, 1-undecanol, 1-dodecanol, allyl alcohol, propanegyl alcohol, benzyl alcohol, cyclohexanol, 1-methyl-cyclohexanol, 2-methylcyclohexanol, 3-methylcyclohexanol, 4-methylcyclohexanol , Α-terpineol, abietinol, 2-methoxyethanol, 2-ethoxyethanol, 2- (methoxymethoxy) ethanol, 2-isopropoxyethanol, 2-butoxyethanol, 2- (isopentyloxy) ethanol , 2- (hexyloxy) ethanol, 2-phenoxyethanol, 2- (benzyloxy) ethanol, furfuryl alcohol, tetrahydrofurfuryl alcohol, diethylene glycol, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, triethylene glycol, triethylene glycol Ethylene glycol monomethyl ether, tetraethylene glycol, polyethylene glycol, 1-methoxy-2-propanol, 1-ethoxy-2-propanol, dipropylene glycol, dipropylene glycol monomethyl ether, dipropylene glycol monoethyl ether, tripropylene glycol monomethyl ether , Polypropylene glycol, diacetone Coal, 2-chloroethanol, 1-chloro-2-propanol, 3-chloro-1,2-propanediol, 1,3-dichloro-2-propanol, 2,2,2-trifluoroethanol, 3-hydroxy As propiononitrile, 2,2'-thiodiethanol, diols, 1,2-ethanediol, 1,2-propanediol, 1,3-propanediol, 1,2-butanediol, 1,3-butanediol 1,4-butanediol, 2,3-butanediol, 1,5-pentanediol, 2-butene-1,4-diol, 2-methyl-2,4-pentanediol, 2-ethyl-1,3 -Hexanediol, glycerin, 2-ethyl-2- (hydroxymethyl) -1,3-propanediol, 1,2,6-hexanetriol, As phenols, phenol, cresol, o-cresol, m-cresol, p-cresol, xylenols, formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, isobutyric acid, pivalic acid, valeric acid, isovaleric acid, caproic acid, 2- Ethyl butyric acid, caprylic acid, 2-ethylhexanoic acid, oleic acid, ethyl acetate, γ-butyrolactone, propylene carbonate, ethylene carbonate, dioxane, methylal, dimethyl sulfone, benzene, chloroform, methylene chloride, ethylene chloride, trichloroethylene, 2, 2-dichlorodiethyl ether, chlorobenzene, o-dichlorobenzene, chloropropanol, epichlorohydrin, 1-bromonaphthalene, acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, methyl isoamyl , Diisobutyl ketone, isophorone, acetophenone, cyclohexanone, mesityl oxide, benzaldehyde, acetonitrile, butyronitrile, nitromethane, nitroethane, 2-nitropropane, nitrobenzene, aniline, ethanolamine, cyclohexylamine, pyridine, morpholine, diethyleneamine, benzonitrile, There are n-methyl-2-pyrrolidone, 2-pyrrolidone, tetramethylurea, hexamethylphosphoramide, trimethyl phosphate, triethyl phosphate, styrene, tetralin and the like.

これらの溶媒は単独で用いても良いし、2種類以上を混合してもよい。また単独、あるいは混合した極性有機溶媒に水が加えられても良い。溶解方法は得られた高分子電解質を溶媒に加え、必要に応じて、加熱しながら攪拌しても良い。高分子電解質の溶解性が低い場合には、高分子電解質を微細に細粒化して溶解に用いてもよい。加えて、高分子電解質の均一な溶解液を得るには、高分子電解質と単独あるいは、水を含む有機溶媒を混合した溶媒を加熱可能な耐圧容器中に入れ、加熱することによって溶解することができる。特に極性有機溶媒中に水を添加した場合、または水のみで溶解する場合
にはこの耐圧容器を用いた加熱溶解が好ましい。溶解する温度は、20〜250℃が好ましく、更に好ましくは、80〜180℃である。溶解温度が低すぎると溶解性が悪化し、高すぎるとポリマーや溶媒が分解する。
These solvents may be used alone or in combination of two or more. In addition, water may be added to the polar organic solvent alone or in combination. In the dissolution method, the obtained polymer electrolyte may be added to a solvent and stirred while heating, if necessary. When the solubility of the polymer electrolyte is low, the polymer electrolyte may be finely divided and used for dissolution. In addition, in order to obtain a uniform solution of the polymer electrolyte, the polymer electrolyte and a solvent obtained by mixing an organic solvent containing water alone can be placed in a heat-resistant pressure vessel and dissolved by heating. it can. In particular, when water is added to a polar organic solvent, or when dissolving only with water, dissolution by heating using this pressure vessel is preferred. The melting temperature is preferably 20 to 250 ° C, more preferably 80 to 180 ° C. When the melting temperature is too low, the solubility is deteriorated, and when it is too high, the polymer and the solvent are decomposed.

溶媒として水と極性有機溶媒との混合物を用いる場合には、水が99〜25重量%、好ましくは99〜50重量%、有機溶媒が1〜75重量%、好ましくは1〜50重量%(但し、合計は100重量%)の組成の混合溶媒が用いられる。水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。
高分子電解質を溶解させた溶液のポリマー濃度は、高分子電解質を構成するスルホン酸基を有する重合体の分子量にもよるが、通常、1〜50重量%、好ましくは2〜40重量%である。50重量%を超えると、溶液粘度が高すぎるため、白金担持カーボン等の触媒粒子の分散性が低下する。
When a mixture of water and a polar organic solvent is used as the solvent, water is 99 to 25% by weight, preferably 99 to 50% by weight, and organic solvent is 1 to 75% by weight, preferably 1 to 50% by weight (provided that , The total is 100 wt%). When the amount of water is within the above range, the effect of lowering the solution viscosity is excellent.
The polymer concentration of the solution in which the polyelectrolyte is dissolved depends on the molecular weight of the polymer having a sulfonic acid group constituting the polyelectrolyte, but is usually 1 to 50% by weight, preferably 2 to 40% by weight. . If it exceeds 50% by weight, the solution viscosity is too high, and the dispersibility of catalyst particles such as platinum-supported carbon is lowered.

次に本発明の高分子電解質溶液を使用し、燃料電池を作成する方法について説明する。
燃料電池は、酸素極と燃料極との間にプロトン伝導膜が挟持されており、酸素極および燃料極は、いずれも拡散層と、拡散層上に形成された電極層を備え、電極層側で高分子電解質膜に接している。また拡散層は、通常、カーボンペーパーおよび下地層からなる。下地層は、例えば、所定の重量比で混合したカーボンブラックとポリテトラフルオロエチレン(PTFE)とをエチレングリコール等の有機溶媒に均一に分散したスラリーを、カーボンペーパーの片面、あるいは両面に塗布、乾燥することにより形成される。
Next, a method for producing a fuel cell using the polymer electrolyte solution of the present invention will be described.
The fuel cell includes a proton conductive membrane sandwiched between an oxygen electrode and a fuel electrode, and each of the oxygen electrode and the fuel electrode includes a diffusion layer and an electrode layer formed on the diffusion layer. In contact with the polymer electrolyte membrane. The diffusion layer is usually composed of carbon paper and an underlayer. For example, a slurry in which carbon black mixed with a predetermined weight ratio and polytetrafluoroethylene (PTFE) are uniformly dispersed in an organic solvent such as ethylene glycol is applied to one or both sides of the carbon paper and dried. It is formed by doing.

電極層は、例えば、カーボンブラックに所定の重量比で白金を担持させた触媒粒子と高分子電解質溶液を均一に混合した触媒ペーストを、下地層上に塗布、乾燥することにより形成される。本発明の電極とは、燃料電池用として触媒能を有する微細な粒子、例えば白金やその粒子を、カーボン粒子上に担持させ、これを高分子電解質溶液と均一に混合させたペーストを乾燥したものをいう。また膜―電極接合体とは、上記の電極を燃料電池用電解質膜上に形成させたものをいう。これらの膜―電極接合体は、PTFEやPPS等の耐熱性の高いフィルム上に塗工、乾燥された後、燃料電池用電解質膜上に転写する方法、または燃料電池膜上に直接スプレー又は塗布する等して形成される方法がある。また、拡散層電極用のペーストをPTFE分散液などで撥水性を持たせたカーボンクロス、カーボンペーパー等の拡散層上に塗布後、乾燥したものを熱プレスで高分子電解質膜上に接合させても構わない。   The electrode layer is formed, for example, by applying and drying a catalyst paste in which catalyst particles in which platinum is supported on carbon black at a predetermined weight ratio and a polymer electrolyte solution are uniformly mixed on the underlayer. The electrode of the present invention is a dry particle obtained by supporting fine particles having catalytic ability for a fuel cell, for example, platinum or particles thereof on carbon particles, and uniformly mixing the particles with a polymer electrolyte solution. Say. The membrane-electrode assembly refers to the above-described electrode formed on a fuel cell electrolyte membrane. These membrane-electrode assemblies are coated on a highly heat-resistant film such as PTFE or PPS, dried and then transferred onto an electrolyte membrane for fuel cells, or sprayed or coated directly on a fuel cell membrane. There is a method that is formed by, for example. Also, after applying the paste for the diffusion layer electrode on the diffusion layer such as carbon cloth, carbon paper, etc. having water repellency with PTFE dispersion, etc., the dried paste is bonded on the polymer electrolyte membrane by hot pressing. It doesn't matter.

本発明において、電極触媒として使用される白金担持カーボンは、カーボンに常法で10〜30重量%の白金を担持したカーボンで、担体となるカーボンは、ケッチェン法やアセチレン法などで作られたもので、かつ平均比表面積の大きいものが好適に使用される。この白金担持カーボンと高分子電解質溶液を混合して触媒ペーストが得られる。
また触媒ペーストは塗布後、白金触媒量は、0.5〜0.8mg/cmとなるように選択するのが好ましい。このように作成された電極層は、100〜240℃の加熱加圧プレスによって、高分子電解質膜に接合することができる。
In the present invention, platinum-supported carbon used as an electrode catalyst is carbon in which 10 to 30% by weight of platinum is supported on carbon by a conventional method, and carbon used as a carrier is made by the Ketjen method or the acetylene method. In addition, those having a large average specific surface area are preferably used. A catalyst paste is obtained by mixing the platinum-supporting carbon and the polymer electrolyte solution.
The catalyst paste is preferably selected so that the amount of platinum catalyst is 0.5 to 0.8 mg / cm 3 after coating. The electrode layer thus prepared can be bonded to the polymer electrolyte membrane by a heat and pressure press at 100 to 240 ° C.

以下、実施例を挙げ、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。なお、実施例中の各種の測定項目は、下記のようにして求めた。[数平均、重量平均分子量]スルホン酸化前の前駆体ポリマーの数平均分子量,重量平均分子量は、溶媒にテトラヒドロフラン(THF)を用い、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によって、ポリスチレン換算の分子量を求めた。
[イオン交換容量]得られたポリマーの水洗水が中性になるまで充分に水洗し、乾燥後、所定量を秤量し、THF/水の混合溶剤に溶解し、フェノールフタレインを指示薬とし、NaOHの標準液にて滴定し、中和点から、イオン交換容量(スルホン酸化当量)を求めた。
[プロトン伝導度の測定]温度20℃で100%相対湿度下に置かれた厚み40〜60μmのフィルム状試料を、白金電極に挟み、複素インピーダンス測定を行い、プロトン伝導度を算出した。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated further more concretely, this invention is not limited to a following example. In addition, various measurement items in the examples were obtained as follows. [Number average, weight average molecular weight] The number average molecular weight and the weight average molecular weight of the precursor polymer before sulfonation are obtained by gel permeation chromatography (GPC) using tetrahydrofuran (THF) as a solvent. It was.
[Ion exchange capacity] The obtained polymer is sufficiently washed with water until it becomes neutral, dried, weighed in a predetermined amount, dissolved in a THF / water mixed solvent, phenolphthalein as an indicator, NaOH The ion exchange capacity (sulfonated equivalent) was determined from the neutralization point.
[Measurement of Proton Conductivity] A film sample having a thickness of 40 to 60 μm placed at a temperature of 20 ° C. and 100% relative humidity was sandwiched between platinum electrodes, and complex impedance measurement was performed to calculate proton conductivity.

[フェントン試験]過酸化水素濃度が3重量%、且つ硫酸第2鉄・7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。250cc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、膜厚40〜60μmに切削した高分子電解膜を投入後、密栓後、50℃の恒温水槽に浸漬させ、6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%RH24時間保持して調湿を行い、重量測定を行った。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
また、フェントン試験前後のイオン交換容量から、次式によりイオン交換容量保持率を求めた。このイオン交換容量保持率が高いほど脱SO性が低いことを示す。
フェントン試験におけるイオン交換容量保持率(%)=(フェントン試験前のイオン交換容量/フェントン試験後のイオン交換容量)×100
[Fenton test] A Fenton reagent was prepared so that the hydrogen peroxide concentration was 3% by weight and the ferric sulfate heptahydrate concentration was 20 ppm. 200 g of Fenton reagent was collected in a 250 cc polyethylene container, a polymer electrolyte membrane cut to 3 cm × 4 cm and a film thickness of 40 to 60 μm was added, sealed, and then immersed in a constant temperature water bath at 50 ° C. for 6 hours. A test was conducted. After the Fenton test, the film was taken out, washed with ion-exchanged water, kept at 25 ° C. and 50% RH for 24 hours to adjust the humidity, and weighed. 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
Moreover, the ion exchange capacity retention rate was calculated | required by following Formula from the ion exchange capacity before and behind a Fenton test. Indicating that the higher the ion exchange capacity retention rate is low de-SO 3 properties.
Ion exchange capacity retention rate (%) in Fenton test = (ion exchange capacity before Fenton test / ion exchange capacity after Fenton test) × 100

[参考例1]高分子電解質1の製造
(1)2,5−ジクロロ−4’−(4−チオフェノキシ)チオフェノキシベンゾフェノン[下記式(44)]の合成
2,5−ジクロロ−4’−フルオロベンゾフェノン10.8g(40mmol)、4−フェニルスルファニルチオフェノール8.7g(40mmol)と炭酸カリウム8.29g(60mmol)をディーンスターク管、冷却管、温度計を備えた三口フラスコにとり、ジメチルアセトアミド50gとトルエン50gの混合溶媒を注ぎ、撹拌した。次いで130℃まで昇温し、加熱還流しながら生成する水を除去した。さらにトルエンを系外に除去しながら150℃で4時間反応させた。TLCで反応が終了したことを確認後、室温まで内容物を冷却し、水に注ぎ1時間撹拌した。この混合物溶液中から有機物を分離、さらに酢酸エチルで抽出し、抽出層を水、食塩水で洗浄後、無水硫酸マグネシウムを用いて乾燥した。無機塩を濾別後、溶媒を留去し粗生成物を得た。酢酸エチル:n−ヘキサン=1:5(容積比)の混合溶媒で再結晶を行い、目的物を収量85%で得た(15.8g)。
Reference Example 1 Production of Polymer Electrolyte 1 (1) Synthesis of 2,5-dichloro-4 ′-(4-thiophenoxy) thiophenoxybenzophenone [Formula (44) below] 2,5-dichloro-4′- 10.8 g (40 mmol) of fluorobenzophenone, 8.7 g (40 mmol) of 4-phenylsulfanylthiophenol and 8.29 g (60 mmol) of potassium carbonate are placed in a three-necked flask equipped with a Dean-Stark tube, a condenser tube and a thermometer, and 50 g of dimethylacetamide is obtained. And a mixed solvent of 50 g of toluene were poured and stirred. Next, the temperature was raised to 130 ° C., and water produced was removed while heating under reflux. Furthermore, it was made to react at 150 degreeC for 4 hours, removing toluene out of the system. After confirming the completion of the reaction by TLC, the contents were cooled to room temperature, poured into water and stirred for 1 hour. The organic matter was separated from the mixture solution, and extracted with ethyl acetate. The extract layer was washed with water and brine, and then dried over anhydrous magnesium sulfate. After the inorganic salt was filtered off, the solvent was distilled off to obtain a crude product. Recrystallization was performed with a mixed solvent of ethyl acetate: n-hexane = 1: 5 (volume ratio) to obtain the desired product in a yield of 85% (15.8 g).

Figure 0004749080
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(2)ビス[4−[4−(4−クロロフェニルスルホニル)フェノキシ]フェニル]スルホンの合成
(2−1)4−クロロフェニル−4’−フルオロフェニルスルホンの合成
フルオロベンゼン192g(2.0mol)と塩化アルミニウム69.5g(520mmol)を、温度計、滴下ろうと、三方コックをつけた三口フラスコに入れ、窒素置換した。氷水で10℃に冷却しながら、メカニカルスターラーにて撹拌した。4−クロロベンゼンスルホニルクロライド84.4g(400mmol)を滴下ろうとで30分かけて滴下し、室温で4時間撹拌した。反応混合物を、濃塩酸:氷=1:10水溶液に投入し、1時間撹拌した。酢酸エチルで抽出し、有機層を5%炭酸水素ナトリウム水溶液、水、飽和食塩水で洗浄した。有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥後、酢酸エチルを減圧留去し、ヘキサン: 酢酸エチル混合溶媒で再結晶した。目的物が生成しているのをNMRおよびIRスペクトルで確認した。収率85%(92.0g)。
(2) Synthesis of bis [4- [4- (4-chlorophenylsulfonyl) phenoxy] phenyl] sulfone (2-1) Synthesis of 4-chlorophenyl-4′-fluorophenylsulfone 192 g (2.0 mol) of fluorobenzene and chloride 69.5 g (520 mmol) of aluminum was placed in a three-necked flask equipped with a thermometer, a dropping funnel and a three-way cock, and the atmosphere was replaced with nitrogen. The mixture was stirred with a mechanical stirrer while being cooled to 10 ° C. with ice water. 4-Chlorobenzenesulfonyl chloride (84.4 g, 400 mmol) was added dropwise using a dropping funnel over 30 minutes, and the mixture was stirred at room temperature for 4 hours. The reaction mixture was poured into an aqueous solution of concentrated hydrochloric acid: ice = 1: 10 and stirred for 1 hour. The mixture was extracted with ethyl acetate, and the organic layer was washed with 5% aqueous sodium hydrogen carbonate solution, water and saturated brine. The organic layer was dried over anhydrous magnesium sulfate, then ethyl acetate was distilled off under reduced pressure, and recrystallized with a mixed solvent of hexane: ethyl acetate. The formation of the target product was confirmed by NMR and IR spectra. Yield 85% (92.0 g).

(2−2)ビス[4−[4−(4−クロロフェニルスルホニル)フェノキシ] フェニル]スルホン[下記式(45)]の合成
ビス(4−ヒドロキシフェニル)スルホン(ビスフェノールS)25.0g(100mmol)と炭酸カリウム30.4g(220mmol)、ジメチルアセトアミド100ml、トルエン50mlを、温度計、Dean−Stark管、還流管、三方コックをつけた三口フラスコに入れ、窒素置換した。オイルバスで130℃に昇温しながら撹拌し、反応により生成する水とトルエンを共沸させ、Dean−Stark管で除去した。水の生成が見られなくなったら、150℃まで昇温し、トルエンを留去した。反応溶液を80℃
まで冷却した後、4−クロロフェニル−4’−フルオロフェニルスルホン67.6g(250mmol)を入れ、110℃で7h撹拌した。副生成物である無機塩を濾過除去した後、濾液をメタノール500mlに投入して沈殿物をろ過し、トルエンにて再結晶した。目的物が生成しているのをNMRおよびIRスペクトルで確認した。収率71%(51.0g)。
(2-2) Synthesis of bis [4- [4- (4-chlorophenylsulfonyl) phenoxy] phenyl] sulfone [the following formula (45)] 25.0 g (100 mmol) of bis (4-hydroxyphenyl) sulfone (bisphenol S) And 30.4 g (220 mmol) of potassium carbonate, 100 ml of dimethylacetamide, and 50 ml of toluene were placed in a three-necked flask equipped with a thermometer, a Dean-Stark tube, a reflux tube, and a three-way cock, and purged with nitrogen. Stirring while raising the temperature to 130 ° C. in an oil bath, water and toluene produced by the reaction were azeotroped and removed with a Dean-Stark tube. When no more water was observed, the temperature was raised to 150 ° C. and toluene was distilled off. The reaction solution is 80 ° C
Then, 67.6 g (250 mmol) of 4-chlorophenyl-4′-fluorophenylsulfone was added and stirred at 110 ° C. for 7 hours. After the inorganic salt as a by-product was removed by filtration, the filtrate was put into 500 ml of methanol, and the precipitate was filtered and recrystallized from toluene. The formation of the target product was confirmed by NMR and IR spectra. Yield 71% (51.0 g).

Figure 0004749080
Figure 0004749080

(3)高分子電解質の合成
(3−1)重合
上記で得られたビス[4−[4−(4−クロロフェニルスルホニル)フェノキシ]フェニル]スルホン25.17g(35.0mmol)、2,5−ジクロロ−4’−(4−チオフェノキシ)チオフェノキシベンゾフェノン16.3g(35.0mmol)、ビス(トリフェニルホスフィン)ニッケルジクロリド1.43g(2.2 mmol)、よう化ナトリウム1.37g(9.14mmol)、トリフェニルホスフィン7.73g(29.5mmol)、亜鉛末11.3g(172mmol)を反応容器に入れ、乾燥窒素で系内を置換した。N−メチル−2−ピロリドン(NMP)0.2リットルを加え、80℃に加熱し、4時間攪拌することで重合をおこなった。重合後の反応溶液をテトラヒドロフラン(THF)で希釈し、塩酸とメタノールの混合液を投入することでポリマーを回収し、次いでメタノール洗浄を4回繰り返し、THFに溶解させたポリマーをメタノールで再沈殿させることにより精製し、濾別したポリマーを真空乾燥して、所望の重合体34.7g(95%)を得た。GPC(THF)で求めたポリスチレン換算の数平均分子量は40,000、重量平均分子量は145,000であった。
(3) Synthesis of polymer electrolyte (3-1) Polymerization 25.17 g (35.0 mmol) of bis [4- [4- (4-chlorophenylsulfonyl) phenoxy] phenyl] sulfone obtained above, 2,5- Dichloro-4 '-(4-thiophenoxy) thiophenoxybenzophenone 16.3 g (35.0 mmol), bis (triphenylphosphine) nickel dichloride 1.43 g (2.2 mmol), sodium iodide 1.37 g (9. 14 mmol), 7.73 g (29.5 mmol) of triphenylphosphine and 11.3 g (172 mmol) of zinc powder were placed in a reaction vessel, and the inside of the system was replaced with dry nitrogen. Polymerization was carried out by adding 0.2 liter of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), heating to 80 ° C., and stirring for 4 hours. The reaction solution after polymerization is diluted with tetrahydrofuran (THF), and a polymer is recovered by adding a mixed solution of hydrochloric acid and methanol. Then, washing with methanol is repeated four times, and the polymer dissolved in THF is reprecipitated with methanol. The polymer separated by filtration and dried in vacuo gave 34.7 g (95%) of the desired polymer. The number average molecular weight in terms of polystyrene determined by GPC (THF) was 40,000, and the weight average molecular weight was 145,000.

(3−2)重合体のスルホン酸化
上記で得られた重合体20.0gを0.5リットルの反応溶液に入れ、96%硫酸0.25リットルを加え、窒素下室温で2日間攪拌を続けた。得られた溶液を5リットルのイオン交換水の中に注ぎ入れることでポリマーを沈殿させた。洗浄液のpHが5になるまでポリマーの水洗を繰り返した。乾燥して、23.7g(95%)のスルホン酸化重合体を得た。
(3−3)スルホン酸化重合体の酸化
上記で得られたスルホン酸化重合体20.0gを2リットルのガラス反応容器へ入れ酢酸を0.8リットル、および34%過酸化水素水溶液200gを加え、攪拌しながら徐々に昇温し、90℃で6時間反応を続けた。反応後、放冷し、ポリマーを濾別水洗後、真空乾燥して、所望の高分子電解質[下記式(46)のスルホン酸化物]19.6g(92%)を得た。構造解析により、スルホン酸基が側鎖当たり複数個側鎖に導入されていることを確認した。
(3-2) Sulfonation of polymer 20.0 g of the polymer obtained above was put into a 0.5 liter reaction solution, 0.25 liter of 96% sulfuric acid was added, and stirring was continued at room temperature under nitrogen for 2 days. It was. The resulting solution was poured into 5 liters of ion exchange water to precipitate the polymer. The polymer was repeatedly washed with water until the pH of the washing solution reached 5. Drying gave 23.7 g (95%) of a sulfonated polymer.
(3-3) Oxidation of sulfonated polymer 20.0 g of the sulfonated polymer obtained above was placed in a 2 liter glass reaction vessel, 0.8 liter of acetic acid and 200 g of 34% aqueous hydrogen peroxide were added, The temperature was gradually raised while stirring, and the reaction was continued at 90 ° C. for 6 hours. After the reaction, the mixture was allowed to cool, and the polymer was filtered off and washed with water, followed by vacuum drying to obtain 19.6 g (92%) of the desired polymer electrolyte [sulfone oxide of the following formula (46)]. By structural analysis, it was confirmed that a plurality of sulfonic acid groups were introduced into the side chain per side chain.

Figure 0004749080
Figure 0004749080

(4)高分子電解質膜としての評価
上記の高分子電解質の濃度が30wt%となるように、高分子電解質15gおよびNMPをフラスコに入れて、攪拌しながら80℃で加熱溶解させてポリマーワニスを得た。バーコーター(200μm用)を用い、ガラス基板上に貼り付けたPET薄膜上に塗布後、乾燥器にて80℃、0.5時間予備乾燥させ、塗膜をPET薄膜から剥がした。剥がした塗膜を真空乾燥器で100℃、3時間乾燥した。さらに、塗膜重量の1,000倍量のイオン交換水中に室温で2日間浸漬させることで、NMPを除去したフィルムを得た。次に、フィルムを25℃・50%RH環境に24時間静置することで調湿し、所望の高分子電解質フィルムを得た。物性測定結果を表2に示す。
(4) Evaluation as a polymer electrolyte membrane 15 g of the polymer electrolyte and NMP are placed in a flask so that the concentration of the polymer electrolyte is 30 wt%, and the polymer varnish is dissolved by heating at 80 ° C. while stirring. Obtained. Using a bar coater (for 200 μm), after coating on a PET thin film affixed on a glass substrate, it was preliminarily dried at 80 ° C. for 0.5 hours with a dryer, and the coating film was peeled off from the PET thin film. The peeled coating film was dried at 100 ° C. for 3 hours in a vacuum dryer. Furthermore, the film from which NMP was removed was obtained by immersing in ion-exchanged water of 1,000 times the coating weight at room temperature for 2 days. Next, the film was conditioned by standing in an environment of 25 ° C. and 50% RH for 24 hours to obtain a desired polymer electrolyte film. Table 2 shows the physical property measurement results.

[参考例2]高分子電解質2の製造
(1)2,5−ジクロロ−4’−チオフェノキシベンゾフェノン[下記式(47)]の合成
4−フェニルスルファニルチオフェノールの代わりにチオフェノール4.4 g(40mmol)を用いたほかは、参考例1の2,5−ジクロロ−4’−(4−チオフェノキシ)チオフェノキシベンゾフェノンの合成と同様の方法を用いて目的物を収率83%で得た(11.9g)
[Reference Example 2] Production of polymer electrolyte 2 (1) Synthesis of 2,5-dichloro-4'-thiophenoxybenzophenone [Formula (47)] 4.4 g of thiophenol instead of 4-phenylsulfanylthiophenol The target product was obtained in a yield of 83% using the same method as the synthesis of 2,5-dichloro-4 ′-(4-thiophenoxy) thiophenoxybenzophenone of Reference Example 1 except that (40 mmol) was used. (11.9g)

Figure 0004749080
Figure 0004749080

(2)4,4’−ビス[4−(4−クロロベンゾイル)フェノキシ]ベンゾフェノンの合成
(2−1)4−クロロ−4’−フルオロベンゾフェノンの合成
4−クロロベンゼンスルホニルクロライドの代わりに4−クロロベンゾイルクロライド70.0g(400mmol)を用いたほかは参考例1と同様の方法を用い、所望の化合物を得た。NMRおよびIRスペクトルで構造を確認した。収率79%(74.1g)。
(2−2)4,4’−ビス[4−(4−クロロベンゾイル)フェノキシ]ベンゾフェノン[下記式(48)]の合成
ビス(4−ヒドロキシフェニル)スルホンの代わりに4−クロロ−4’−フルオロベンゾフェノン58.6g(250mmol)を用いたほかは実施例1と同様の方法を用い、所望の化合物を得た。NMRおよびIRスペクトルで構造を確認した。収率75%(48.2g)。
(2) Synthesis of 4,4′-bis [4- (4-chlorobenzoyl) phenoxy] benzophenone (2-1) Synthesis of 4-chloro-4′-fluorobenzophenone 4-chlorobenzene instead of 4-chlorobenzenesulfonyl chloride A desired compound was obtained in the same manner as in Reference Example 1 except that 70.0 g (400 mmol) of benzoyl chloride was used. The structure was confirmed by NMR and IR spectra. Yield 79% (74.1 g).
(2-2) Synthesis of 4,4′-bis [4- (4-chlorobenzoyl) phenoxy] benzophenone [formula (48)] 4-chloro-4′- in place of bis (4-hydroxyphenyl) sulfone A desired compound was obtained in the same manner as in Example 1 except that 58.6 g (250 mmol) of fluorobenzophenone was used. The structure was confirmed by NMR and IR spectra. Yield 75% (48.2 g).

Figure 0004749080
Figure 0004749080

(3)高分子電解質の合成
(3−1)重合
ビス[4−[4−(4−クロロフェニルスルホニル)フェノキシ]フェニル]スルホンの代わりに、上記で得られた4,4’−ビス[4−(4−クロロベンゾイル)フェノキシ]ベンゾフェノン22.5g(35.0mmol)を用い、2,5−ジクロロ−4’−(4−チオフェノキシ)チオフェノキシベンゾフェノンの代わりに2,5−ジクロロ−4’−チオフェノキシベンゾフェノン12.6g(35.0mmol)を用いたほかは実施例1と同様の方法を用い、所望の重合体30.6g(94%)を得た。数平均分子量は44,000、重量平均分子量は150,000 であった。
(3) Synthesis of polyelectrolyte (3-1) Polymerization Instead of bis [4- [4- (4-chlorophenylsulfonyl) phenoxy] phenyl] sulfone, 4,4′-bis [4- (4-Chlorobenzoyl) phenoxy] benzophenone 22.5 g (35.0 mmol) was used instead of 2,5-dichloro-4 ′-(4-thiophenoxy) thiophenoxybenzophenone. Using the same method as in Example 1 except that 12.6 g (35.0 mmol) of thiophenoxybenzophenone was used, 30.6 g (94%) of the desired polymer was obtained. The number average molecular weight was 44,000, and the weight average molecular weight was 150,000.

(3−2)重合体のスルホン酸化
上記で得た重合体を用いたほかは実施例1と同様の方法を用い、スルホン酸化重合体を得た(収率96%)。
(3−3)スルホン酸化重合体の酸化
上記で得たスルホン酸化重合体を用いたほかは参考例1と同様の方法を用い、所望の高分子電解質[下記式(49)のスルホン酸化物](92%)を得た。構造解析により、スルホン酸基が側鎖当たり2.6個側鎖に導入されていることを確認した。
(3-2) Sulfonation of polymer A sulfonated polymer was obtained in the same manner as in Example 1 except that the polymer obtained above was used (yield 96%).
(3-3) Oxidation of Sulfonated Polymer A desired polymer electrolyte [sulfone oxide of the following formula (49)] was used in the same manner as in Reference Example 1 except that the sulfonated polymer obtained above was used. (92%) was obtained. Structural analysis confirmed that 2.6 sulfonic acid groups were introduced per side chain.

Figure 0004749080
Figure 0004749080

(4)高分子電解質膜としての評価
上記で得た高分子電解質[上記式(49)]を用いたほかは参考例1と同様の方法を用い、調湿した高分子電解質フィルムを得た。物性測定結果を表2に示す。
(4) Evaluation as a polymer electrolyte membrane Using the same method as in Reference Example 1 except that the polymer electrolyte obtained above [formula (49)] was used, a conditioned polymer electrolyte film was obtained. Table 2 shows the physical property measurement results.

[参考例3]高分子電解質3の製造
(1)2,5−ジクロロフェニル−4’−チオフェニルベンゼンスルフィド[下記式(50)]の合成
窒素下で撹拌されているキノリン(0.5リットル)と1,2,4−トリクロロベンゼン36g(0.2mol)中に、ナトリウム4−フェニルスルファニルチオフェノラート120g(0.5mol)を加えた。攪拌しながら昇温し、反応温度160℃で3時間撹拌した。反応混合物を水に注ぎ、ジイソプロピルエーテルで抽出後、溶媒を除去すると目的物が得られた。収率90%(65.3g)。
Reference Example 3 Production of Polymer Electrolyte 3 (1) Synthesis of 2,5-dichlorophenyl-4′-thiophenylbenzene sulfide [Formula (50)] Quinoline (0.5 liter) stirred under nitrogen And 120 g (0.5 mol) of sodium 4-phenylsulfanylthiophenolate were added to 36 g (0.2 mol) of 1,2,4-trichlorobenzene. The temperature was raised with stirring, and the mixture was stirred at a reaction temperature of 160 ° C. for 3 hours. The reaction mixture was poured into water, extracted with diisopropyl ether, and then the solvent was removed to obtain the desired product. Yield 90% (65.3 g).

Figure 0004749080
Figure 0004749080

(2)高分子電解質の合成
(2−1)重合
ビス(4−ヒドロキシフェニル)スルホン25.0g(100mmol)、炭酸カリウム30.4g(220mmol)、ジメチルアセトアミド0.1リットルおよびトルエン0.05リットルを、温度計、ディーンスターク管、還流管、三方コックを付けた三口フラスコへ入れ、窒素置換した。130℃の油浴で加熱しながら攪拌し、反応により生成する水をトルエンで共沸させてディーンスターク管で反応系から分離した。水が生成しなくなった時点で油浴温度を150℃としトルエンを留去した。反応溶液を80℃まで冷却した後、2,5−ジクロロフェニル−4’−チオフェニルベンゼンスルフィド36.3g(100 mmol)を入れ、油浴温度150℃で20時間攪拌した。副生物である無機塩を濾過分離した後、濾液をメタノール2リットルに投入して沈殿物を濾過し、メタノールで洗浄後、真空乾燥することで目的の重合体を得た(収率87%)。数平均分子量は48,000、重量平均分子量は150,000であった。
(2) Synthesis of polymer electrolyte (2-1) Polymerization 25.0 g (100 mmol) of bis (4-hydroxyphenyl) sulfone, 30.4 g (220 mmol) of potassium carbonate, 0.1 liter of dimethylacetamide and 0.05 liter of toluene Was placed in a three-necked flask equipped with a thermometer, Dean-Stark tube, reflux tube, and three-way cock, and purged with nitrogen. Stirring while heating in an oil bath at 130 ° C., water produced by the reaction was azeotroped with toluene and separated from the reaction system with a Dean-Stark tube. When water no longer formed, the oil bath temperature was set to 150 ° C. and toluene was distilled off. After cooling the reaction solution to 80 ° C., 36.3 g (100 mmol) of 2,5-dichlorophenyl-4′-thiophenylbenzene sulfide was added and stirred at an oil bath temperature of 150 ° C. for 20 hours. The inorganic salt as a by-product was separated by filtration, the filtrate was poured into 2 liters of methanol, the precipitate was filtered, washed with methanol, and vacuum dried to obtain the desired polymer (yield 87%). . The number average molecular weight was 48,000, and the weight average molecular weight was 150,000.

(2−2) 重合体のスルホン酸化
上記で得た重合体を用いたほかは実施例1と同様の方法を用い、スルホン酸化重合体を得た(収率95%)。
(3−3)スルホン酸化重合体の酸化
上記で得たスルホン酸化重合体を用いたほかは実施例1と同様の方法を用い、所望の高分子電解質[下記式(51)のスルホン酸化物](94%)を得た。構造解析により側鎖当たり2.1個のスルホン酸基が側鎖に導入されていることを確認した。
(2-2) Sulfonation of polymer A sulfonated polymer was obtained in the same manner as in Example 1 except that the polymer obtained above was used (yield 95%).
(3-3) Oxidation of Sulfonated Polymer A desired polymer electrolyte [sulfone oxide of the following formula (51)] was used in the same manner as in Example 1 except that the sulfonated polymer obtained above was used. (94%) was obtained. Structural analysis confirmed that 2.1 sulfonic acid groups per side chain were introduced into the side chain.

Figure 0004749080
Figure 0004749080

(4)高分子電解質膜としての評価
上記で得た高分子電解質[上記式(51)]を用いたほかは参考例1と同様の方法を用い、調湿した高分子電解質フィルムを得た。物性測定結果を表2に示す。
(4) Evaluation as a polymer electrolyte membrane A conditioned polymer electrolyte film was obtained using the same method as in Reference Example 1 except that the polymer electrolyte obtained above [formula (51)] was used. Table 2 shows the physical property measurement results.

[参考例4]高分子電解質4の製造
(1)高分子電解質の合成
(1−1)重合
ビス(4−ヒドロキシフェニル)スルホンの代わりに4,4 ’−ジヒドロキシベンゾフェノンを使用し、2,5−ジクロロフェニル−4’−チオフェニルベンゼンスルフィドの代わりに2,5−ジクロロ−4’−(4−チオフェノキシ)チオフェノキシベンゾフェノンを用いたほかは実施例3の重合と同様の方法で目的の重合体を得た(収率92%)。数平均分子量は51,000、重量平均分子量は160,000であった。
Reference Example 4 Production of Polymer Electrolyte 4 (1) Synthesis of Polymer Electrolyte (1-1) Polymerization 4,4′-dihydroxybenzophenone was used in place of bis (4-hydroxyphenyl) sulfone, and 2,5 The desired polymer in the same manner as in Example 3, except that 2,5-dichloro-4 '-(4-thiophenoxy) thiophenoxybenzophenone was used instead of dichlorophenyl-4'-thiophenylbenzene sulfide (Yield 92%). The number average molecular weight was 51,000 and the weight average molecular weight was 160,000.

(1−2)重合体のスルホン酸化
上記で得た重合体を用いたほかは実施例1と同様の方法を用い、スルホン酸化重合体を得た(収率95%)。
(1−3)スルホン酸化重合体の酸化
上記で得たスルホン酸化重合体を用いたほかは実施例1と同様の方法を用い、所望の高分子電解質[下記式(52)のスルホン酸化物](92%)を得た。構造解析により、側鎖当たり1.9個のスルホン酸基が側鎖に導入されていることを確認した。
(1-2) Sulfonation of polymer A sulfonated polymer was obtained in the same manner as in Example 1 except that the polymer obtained above was used (yield 95%).
(1-3) Oxidation of Sulfonated Polymer A desired polymer electrolyte [sulfone oxide of the following formula (52)] was used in the same manner as in Example 1 except that the sulfonated polymer obtained above was used. (92%) was obtained. By structural analysis, it was confirmed that 1.9 sulfonic acid groups per side chain were introduced into the side chain.

Figure 0004749080
Figure 0004749080

(2)高分子電解質膜としての評価
上記で得た高分子電解質[上記式(52)のスルホン化物]を用いたほかは実施例1と同様の方法を用い、調湿した高分子電解質フィルムを得た。物性測定結果を表2に示す。
(2) Evaluation as a polymer electrolyte membrane A polymer electrolyte film conditioned using the same method as in Example 1 except that the polymer electrolyte obtained above [sulfonated product of the above formula (52)] was used. Obtained. Table 2 shows the physical property measurement results.

[比較例1]
ポリエーテルエーテルケトン(ICI社)を参考例1と同様の方法でスルホン酸化し、得られたスルホン酸化ポリエーテルエーテルケトン[S−PEEK、下記式(53)]のフィルムを得た。物性測定結果を表2に示す。
[Comparative Example 1]
Polyetheretherketone (ICI) was sulfonated in the same manner as in Reference Example 1 to obtain a sulfonated polyetheretherketone [S-PEEK, the following formula (53)]. Table 2 shows the physical property measurement results.

Figure 0004749080
Figure 0004749080

[参考例5] 高分子電解質5の製造
(1) 4−(4’−スルホニルフェニルチオ)ベンゼンスルホニルクロライド[下記式(55)]の合成
Reference Example 5 Production of Polymer Electrolyte 5 (1) Synthesis of 4- (4′-sulfonylphenylthio) benzenesulfonyl chloride [Formula (55) below]

Figure 0004749080
Figure 0004749080

温度計、滴下ろうと、三方コックをつけた三口フラスコにジフェニルスルフィド20.0g(108 mmol)とクロロホルム 35mlを入れ、乾燥窒素で系内を置換した。この溶液を氷水で5℃に冷却し、クロロ硫酸 25.1g(215mmol)をゆっくり滴下した。反応溶液を5℃、3時間撹拌すると、白色固体が析出してきた。薄層クロマトグラフィーにて、全てのジフェニルスルフィドが反応したことを確認したあと、塩化チオニル25.6g(215mmol)をゆっくり滴下した。90分還流したあと、溶媒のクロロホルムを留去し、真空乾燥した。収率:96%(37.8g)
(2)ポリエーテルスルホンへの4−(4’−スルホニルフェニルチオ)ベンゼンスルホニルクロライド[上記式(55)]の導入反応[下記式(56)]の合成
A thermometer, a dropping funnel, and a three-necked flask equipped with a three-way cock were charged with 20.0 g (108 mmol) of diphenyl sulfide and 35 ml of chloroform, and the system was replaced with dry nitrogen. This solution was cooled to 5 ° C. with ice water, and 25.1 g (215 mmol) of chlorosulfuric acid was slowly added dropwise. When the reaction solution was stirred at 5 ° C. for 3 hours, a white solid was precipitated. After confirming that all of the diphenyl sulfide had reacted by thin layer chromatography, 25.6 g (215 mmol) of thionyl chloride was slowly added dropwise. After refluxing for 90 minutes, the solvent chloroform was distilled off and vacuum dried. Yield: 96% (37.8 g)
(2) Synthesis of 4- (4′-sulfonylphenylthio) benzenesulfonyl chloride [the above formula (55)] into polyethersulfone [Synthesis of the following formula (56)]

Figure 0004749080
Figure 0004749080

ポリエーテルスルホン(ソルベイアドバンストポリマーズ社製、Radel A−200)2.0g、ニトロベンゼン30mlを反応容器に入れ、60℃で加熱溶解しながら乾燥窒素で系内を置換した。このポリマー溶液に4−(4’−スルホニルフェニルチオ)ベンゼンスルホニルクロライド[上記式(55)] 6.28g(17.24mmol)を入れ、溶解させた。この溶液に塩化アルミニウム2.54g(18.80mmol)を少量ずつ加え、80℃、20時間で撹拌した。反応溶液をメタノール:塩酸=10:1混合溶液 500mlに投入し、析出した固体を粉砕しながら撹拌した。この固体をろ過したあと、メタノールで数回洗浄し、80℃で真空乾燥した。収量は2.22gであった。   Polyethersulfone (manufactured by Solvay Advanced Polymers, Radel A-200) 2.0 g and nitrobenzene 30 ml were placed in a reaction vessel, and the system was replaced with dry nitrogen while heating and dissolving at 60 ° C. To this polymer solution, 6.28 g (17.24 mmol) of 4- (4′-sulfonylphenylthio) benzenesulfonyl chloride [the above formula (55)] was added and dissolved. To this solution, 2.54 g (18.80 mmol) of aluminum chloride was added little by little and stirred at 80 ° C. for 20 hours. The reaction solution was added to 500 ml of a mixed solution of methanol: hydrochloric acid = 10: 1, and the precipitated solid was stirred while being pulverized. The solid was filtered, washed several times with methanol, and dried in vacuo at 80 ° C. The yield was 2.22g.

(3)上記で得た固体(上記式(56))を用いた他は実施例1と同様の方法でスルホン酸化を行った。
(4)酸化反応[下記式(57)の合成]
温度計をつけた二口フラスコに側鎖導入反応した上記」式(56)記載のポリマー1.0gと酢酸20mlを入れた。この混合物に30%過酸化水素水1000mg(9.0mmol)を加え、3時間還流した。系内の固体を吸引ろ過して水洗し、100℃にて真空
乾燥した。NMR、IRより側鎖のスルフィドがスルホンに変換していることを確認した。また、側鎖当たり複数のスルホン酸基が側鎖に導入されていることを確認した。収量は880mgであった。
上記で得た高分子電解質[下記式(57)]を用いたほかは参考例1と同様の方法を用い、調湿した高分子電解質フィルムを得た。物性測定結果を表2に示す。
(3) Sulfonation was performed in the same manner as in Example 1 except that the solid obtained above (formula (56) above) was used.
(4) Oxidation reaction [synthesis of the following formula (57)]
Into a two-necked flask equipped with a thermometer, 1.0 g of the polymer described in the above-mentioned formula (56) subjected to side chain introduction reaction and 20 ml of acetic acid were added. To this mixture, 1000 mg (9.0 mmol) of 30% aqueous hydrogen peroxide was added and refluxed for 3 hours. The solid in the system was suction filtered, washed with water, and vacuum dried at 100 ° C. From NMR and IR, it was confirmed that the side chain sulfide was converted to sulfone. It was also confirmed that a plurality of sulfonic acid groups per side chain were introduced into the side chain. Yield was 880 mg.
A conditioned polymer electrolyte film was obtained using the same method as in Reference Example 1 except that the polymer electrolyte [Formula (57)] obtained above was used. Table 2 shows the physical property measurement results.

Figure 0004749080
Figure 0004749080

[参考例6] 高分子電解質6の製造
(1)ポリエーテルスルホンへの4−(4’−スルホニルフェニルチオ)ベンゼンスルホニルクロライド[上記式(55)]の導入反応(2)
撹拌温度を90℃、撹拌時間を40時間にした以外は実施例1−(2)記載と同様の方法にて合成した。
(2)酸化反応
実施例1−(3)記載と同様の方法にて酸化反応を行った。得られた高分子電解質フィルムの物性測定結果を表2に示す。
[参考例7] 高分子電解質7の製造
(1) ポリエーテルエーテルスルホンへの4−(4’−スルホニルフェニルチオ)ベンゼンスルホニルクロライド[上記式(55)]の導入反応[下記式(58)]の合成
[Reference Example 6] Production of polymer electrolyte 6 (1) Introduction reaction of 4- (4'-sulfonylphenylthio) benzenesulfonyl chloride [the above formula (55)] to polyethersulfone (2)
The synthesis was performed in the same manner as described in Example 1- (2) except that the stirring temperature was 90 ° C. and the stirring time was 40 hours.
(2) Oxidation reaction The oxidation reaction was performed in the same manner as described in Example 1- (3). The physical property measurement results of the obtained polymer electrolyte film are shown in Table 2.
[Reference Example 7] Production of polymer electrolyte 7 (1) Introduction reaction of 4- (4′-sulfonylphenylthio) benzenesulfonyl chloride [the above formula (55)] into polyether ether sulfone [the following formula (58)] Synthesis of

Figure 0004749080
Figure 0004749080

ポリエーテルエーテルスルホン(Aldrich製)3.0g、ニトロベンゼン60mlを反応容器に入れ、60℃で加熱溶解しながら乾燥窒素で系内を置換した。このポリマー溶液に4−(4’−スルホニルフェニルチオ)ベンゼンスルホニルクロライド[上記式(55)]3.50g(37mmol)を入れ、溶解させた。この反応溶液に塩化アルミニウム
5.44g(40.8mmol)を少量ずつ加え、90℃、40時間で撹拌した。反応溶液をメタノール:塩酸=10:1混合溶液 500mlに投入し、析出した固体を粉砕しながら撹拌した。この固体をろ過したあと、メタノールで数回洗浄し、80℃で真空乾燥して、収量が4.36gのポリマー(上記式(58))を得た。
Polyether ether sulfone (manufactured by Aldrich) (3.0 g) and nitrobenzene (60 ml) were placed in a reaction vessel, and the system was replaced with dry nitrogen while heating and dissolving at 60 ° C. In this polymer solution, 3.50 g (37 mmol) of 4- (4′-sulfonylphenylthio) benzenesulfonyl chloride [the above formula (55)] was added and dissolved. To this reaction solution, 5.44 g (40.8 mmol) of aluminum chloride was added little by little and stirred at 90 ° C. for 40 hours. The reaction solution was added to 500 ml of a mixed solution of methanol: hydrochloric acid = 10: 1, and the precipitated solid was stirred while being pulverized. The solid was filtered, washed several times with methanol, and vacuum dried at 80 ° C. to obtain a polymer (formula (58)) with a yield of 4.36 g.

(2)上記で得たポリマー(上記式(58))を用いたほかは実施例1と同様の方法を用いてスルホン酸化を行った。
(3)酸化反応[下記式(59)の合成]
実施例1−(3)記載と同様の方法にて酸化反応を行った。側鎖当たり1.6個のスルホン酸基が側鎖に導入されていることを確認した。
上記で得た高分子電解質[下記式(59)]を用いたほかは実施例1と同様の方法を用い、調湿した高分子電解質フィルムを得た。物性測定結果を表2に示す。
(2) Sulfonation was carried out using the same method as in Example 1 except that the polymer obtained above (Formula (58)) was used.
(3) Oxidation reaction [synthesis of the following formula (59)]
The oxidation reaction was performed in the same manner as described in Example 1- (3). It was confirmed that 1.6 sulfonic acid groups were introduced into the side chain per side chain.
A conditioned polymer electrolyte film was obtained using the same method as in Example 1 except that the polymer electrolyte [Formula (59)] obtained above was used. Table 2 shows the physical property measurement results.

Figure 0004749080
Figure 0004749080

[参考例8]高分子電解質8の製造
(1)ビス(チオフェノキシ)ベンゼンスルホニルクロリド(下記式(60))の合成
温度計、滴下ろうと、三方コックをつけた三口フラスコに1,4−ジブロモベンゼン50g(212mmol)とクロロホルム16mlを入れ、乾燥窒素で系内を置換した。これに室温でクロロホルム100mlに溶解したクロロ硫酸27.2g(233mmol)をゆっくり滴下した。室温にて4時間、さらに冷却管を取り付けてクロロホルム還流下で10時間反応させた。薄層クロマトグラフィーにて全ての1,4−ジブロモベンゼンが反応したことを確認したあと、減圧下クロロホルムとクロロ硫酸を留去し、精製してジブロモベンゼンスルホン酸56.9g(180mmol)を得た(収率85%)。次にチオフェノール3.5g(79mmol)をディーンスターク管、冷却管、温度計を備えた三口フラスコにとり、水酸化カリウム4.5gとN,N−ジメチルアセトアミド25ml、トルエン25mlを加えてスターラーで攪拌した。150℃まで昇温し、加熱還流しながら生成する水を除去した。これにジブロモベンゼンスルホン酸7.1g(23mmol)を加え、160℃で4時間反応させた。薄層クロマトグラフィーで反応が終了したことを確認後、この混合物溶液中から有機物を分離、再結晶による精製をして、ビス(チオフェノキシ)ベンゼンスルホン酸7.2gを得た(収率84%)。これを温度計、滴下ろうと、三方コックをつけた三口フラスコに入れ、クロロホルム100mlを入れて溶解させる。滴下ろうとで塩化チオニル2.1g(21.2mmol)をゆっくり滴下し、90分還流したあと、クロロホルムを留去して真空乾燥し、ビス(チオフェノキシ)ベンゼンスルホニルクロリド(下記式(60))6.4gを得た(収率85%)。
[Reference Example 8] Production of polymer electrolyte 8 (1) Synthesis of bis (thiophenoxy) benzenesulfonyl chloride (the following formula (60)) 1,4-dibromo in a three-necked flask equipped with a thermometer, a dropping funnel and a three-way cock 50 g (212 mmol) of benzene and 16 ml of chloroform were added, and the inside of the system was replaced with dry nitrogen. To this was slowly added dropwise 27.2 g (233 mmol) of chlorosulfuric acid dissolved in 100 ml of chloroform at room temperature. A reaction tube was attached for 4 hours at room temperature, and a reaction was performed for 10 hours under reflux of chloroform. After confirming that all 1,4-dibromobenzene had reacted by thin layer chromatography, chloroform and chlorosulfuric acid were distilled off under reduced pressure and purified to obtain 56.9 g (180 mmol) of dibromobenzenesulfonic acid. (Yield 85%). Next, 3.5 g (79 mmol) of thiophenol was put into a three-necked flask equipped with a Dean-Stark tube, a condenser tube, and a thermometer, and 4.5 g of potassium hydroxide, 25 ml of N, N-dimethylacetamide and 25 ml of toluene were added and stirred with a stirrer. did. The temperature was raised to 150 ° C., and water produced was removed while heating under reflux. To this, 7.1 g (23 mmol) of dibromobenzenesulfonic acid was added and reacted at 160 ° C. for 4 hours. After confirming the completion of the reaction by thin layer chromatography, the organic substance was separated from the mixture solution and purified by recrystallization to obtain 7.2 g of bis (thiophenoxy) benzenesulfonic acid (yield 84%). ). This is put into a three-necked flask equipped with a thermometer, a dropping funnel and a three-way cock, and 100 ml of chloroform is added and dissolved. After slowly dropping 2.1 g (21.2 mmol) of thionyl chloride with a dropping funnel and refluxing for 90 minutes, chloroform was distilled off and dried under vacuum to obtain bis (thiophenoxy) benzenesulfonyl chloride (following formula (60)) 6 0.4 g was obtained (yield 85%).

Figure 0004749080
Figure 0004749080

(2)ポリエーテルスルホンへのビス(チオフェノキシ)ベンゼンスルホニルクロライド(上記式(60))の導入反応[下記式(61)]の合成
ポリエーテルスルホン(ソルベイアドバンストポリマーズ社製、Radel A−200)2.0g、ニトロベンゼン30mlを反応容器に入れ、60℃で加熱溶解しながら乾燥窒素で系内を置換した。このポリマー溶液にビス(チオフェノキシ)ベンゼンスルホニルクロライド(上記式(60))6.70g(17.08mmol)を入れ、溶解させた。この溶液に塩化アルミニウム2.54g(18.96mmol)を少量ずつ加え、80℃、20時間で撹拌した。反応溶液をメタノール:塩酸=10:1混合溶液 500mlに投入し、析出した固体を粉砕しながら撹拌した。この固体をろ過したあと、メタノールで数回洗浄し、80℃で真空乾燥して側鎖導入したポリエーテルスルホン(下記式(61))を得た。収量は2.31gであった。
(2) Introduction reaction of bis (thiophenoxy) benzenesulfonyl chloride (the above formula (60)) to polyethersulfone [Synthesis polyethersulfone of the following formula (61)] (Radel A-200, manufactured by Solvay Advanced Polymers) 2.0 g and 30 ml of nitrobenzene were placed in a reaction vessel, and the inside of the system was replaced with dry nitrogen while heating and dissolving at 60 ° C. To this polymer solution, 6.70 g (17.08 mmol) of bis (thiophenoxy) benzenesulfonyl chloride (the above formula (60)) was added and dissolved. To this solution, 2.54 g (18.96 mmol) of aluminum chloride was added little by little and stirred at 80 ° C. for 20 hours. The reaction solution was added to 500 ml of a mixed solution of methanol: hydrochloric acid = 10: 1, and the precipitated solid was stirred while being pulverized. After filtering this solid, it was washed several times with methanol, and vacuum-dried at 80 ° C. to obtain a polyethersulfone having the side chain introduced (the following formula (61)). The yield was 2.31 g.

Figure 0004749080
Figure 0004749080

(3)側鎖基のスルホン化
温度計、滴下ろうと、三方コックをつけた三口フラスコに側鎖導入した上記式(61)記載のポリマー2.00gとクロロホルム16mlを入れ、乾燥窒素で系内を置換した。これに室温でクロロホルム100mlに溶解したクロロ硫酸4.0g(40mmol)をゆっくり滴下した。室温にて4時間、さらに冷却管を取り付けてクロロホルム還流下で10時間反応させた。薄層クロマトグラフィーにて全ての原料ポリマーが反応したことを確認したあと、減圧下クロロホルムとクロロ硫酸を留去し精製して側鎖導入反応したポリエーテルスルホンのスルホン化物(下記式(62))2.03gを得た。
(3) Sulfonation thermometer of side chain group, dripping funnel, three-necked flask equipped with a three-way cock was charged with 2.00 g of the polymer described in the above formula (61) and 16 ml of chloroform, and the system was filled with dry nitrogen. Replaced. To this, 4.0 g (40 mmol) of chlorosulfuric acid dissolved in 100 ml of chloroform at room temperature was slowly added dropwise. A reaction tube was attached for 4 hours at room temperature, and a reaction was performed for 10 hours under reflux of chloroform. After confirming that all the starting polymers had reacted by thin layer chromatography, chloroform and chlorosulfuric acid were distilled off under reduced pressure and purified to effect side chain introduction reaction (sulfone sulfonate of the following formula (62)) 2.03 g was obtained.

Figure 0004749080
Figure 0004749080

(4)酸化反応
温度計をつけた二口フラスコに、側鎖導入しスルホン化反応した上記式(62)記載の
ポリマー1.0gと酢酸20mlを入れた。この混合物に30%過酸化水素水1000mg(9mmol)を加え、3時間還流した。系内の固体を吸引ろ過して水洗し、100℃にて真空乾燥して最終目的の電解質ポリマー(下記式(63))を得た。NMR、IRより側鎖のスルフィドがスルホンに変換していることを確認した。収量は0.87gであった。側鎖当たり複数のスルホン酸基が導入されていることを確認した。上記で得た高分子電解質(下記式(63))を用いたほかは実施例1と同様の方法を用い、調湿した高分子電解質フィルムを得た。物性測定結果を表2に示す。
(4) Oxidation reaction A two-necked flask equipped with a thermometer was charged with 1.0 g of a polymer described in the above formula (62) and 20 ml of acetic acid, which had been side chain introduced and sulfonated. To this mixture, 1000 mg (9 mmol) of 30% aqueous hydrogen peroxide was added and refluxed for 3 hours. The solid in the system was suction filtered, washed with water, and vacuum dried at 100 ° C. to obtain the final target electrolyte polymer (the following formula (63)). From NMR and IR, it was confirmed that the side chain sulfide was converted to sulfone. The yield was 0.87g. It was confirmed that a plurality of sulfonic acid groups were introduced per side chain. A conditioned polymer electrolyte film was obtained using the same method as in Example 1 except that the polymer electrolyte obtained above (formula (63) below) was used. Table 2 shows the physical property measurement results.

Figure 0004749080
Figure 0004749080

[参考例9]高分子電解質9の製造
(1)4−チオフェノキシベンゼンスルフィドの合成
温度計、滴下ろうと、三方コックをつけた三口フラスコに3−ブロモ−1−フルオロベンゼン50.0g(286mmol)、N,N−ジメチルホルムアミド300mlを入れ、ナトリウムチオメチラート22.0g(314mmol)をN,N−ジメチルホルムアミド100mlに溶解したものを滴下ろうとでゆっくり滴下し、20℃で100時間攪拌して反応させた。薄層クロマトグラフィーにて全ての3−ブロモ−1−フルオロベンゼンが反応したことを確認したあと、この混合物溶液中から有機物を分離、再結晶による精製をして、4−ブロモフェニルメチルスルフィド49.3g(243mmol)を得た。次に温度計、滴下ろうと、三方コックをつけた三口フラスコに4−ブロモフェニルメチルスルフィド45.0g(222mmol)、酸化銅15.5g、ピリジン60mlキノリン240mlを入れ、チオフェノール26.8g(244mmol)をピリジン20mlキノリン80mlに溶解・分散したものを滴下ろうとで加え、150℃で40時間反応させた。薄層クロマトグラフィーで反応が終了したことを確認後、この混合物溶液中から有機物を分離、再結晶による精製をして、4−チオフェノキシフェニルメチルスルフィド 43.8g(189mmol)を得た。続いて得られた4−チオフェノキシフェニルメチルスルフィド40.0g(172mmol)とN,N−ジメチルホルムアミド300mlを温度計、冷却管をつけた三口フラスコに入れ、ナトリウムチオt−ブチラート21.3g(190mmol)をN,Nで反応が終了したことを確認後、この混合物溶液中から有機物を分離、再結晶による精−ジメチルホルムアミド300mlに溶解したものを滴下ろうとで加え、150℃で4時間反応させた。薄層クロマトグラフィー製をして、4−チオフェノキシベンゼンスルフィド32.2g(148mmol)を得た(収率86%)。
(2)長分岐型スルフィドの合成
(1)でチオフェノールの代わりに(1)で得た4−チオフェノキシベンゼンスルフィド30.0g(138mmol)を用いる以外は同様にして、長分岐型スルフィド(下記式(64))31.0gを得た(収率83%)。
[Reference Example 9] Production of polymer electrolyte 9 (1) Synthesis of 4-thiophenoxybenzene sulfide thermometer, dropping funnel, 3-bromo-1-fluorobenzene 50.0 g (286 mmol) in a three-necked flask equipped with a three-way cock , 300 ml of N, N-dimethylformamide was added, and 22.0 g (314 mmol) of sodium thiomethylate dissolved in 100 ml of N, N-dimethylformamide was slowly dropped with a dropping funnel and stirred at 20 ° C. for 100 hours to react. I let you. After confirming that all of the 3-bromo-1-fluorobenzene had reacted by thin layer chromatography, the organic substance was separated from the mixture solution and purified by recrystallization to give 4-bromophenylmethyl sulfide 49. 3 g (243 mmol) were obtained. Next, 45.0 g (222 mmol) of 4-bromophenyl methyl sulfide, 15.5 g of copper oxide and 240 ml of pyridine 60 ml of quinoline were placed in a three-necked flask equipped with a thermometer, a dropping funnel and a three-way cock, and 26.8 g (244 mmol) of thiophenol. Was dissolved and dispersed in 20 ml of pyridine in 80 ml of quinoline and added with a dropping funnel, and the mixture was reacted at 150 ° C. for 40 hours. After confirming the completion of the reaction by thin layer chromatography, the organic substance was separated from the mixture solution and purified by recrystallization to obtain 43.8 g (189 mmol) of 4-thiophenoxyphenyl methyl sulfide. Subsequently, 40.0 g (172 mmol) of 4-thiophenoxyphenyl methyl sulfide obtained and 300 ml of N, N-dimethylformamide were placed in a three-necked flask equipped with a thermometer and a condenser tube, and 21.3 g (190 mmol) of sodium thio t-butylate was added. After confirming that the reaction was completed with N and N, the organic substance was separated from the mixture solution, and dissolved in 300 ml of purified dimethylformamide by recrystallization was added by a dropping funnel and reacted at 150 ° C. for 4 hours. . Thin-layer chromatography was performed to obtain 32.2 g (148 mmol) of 4-thiophenoxybenzene sulfide (yield 86%).
(2) Synthesis of long-branched sulfide In the same manner as in (1), except that 30.0 g (138 mmol) of 4-thiophenoxybenzene sulfide obtained in (1) was used instead of thiophenol, long-branched sulfide (see below) 31.0 g of the formula (64)) was obtained (yield 83%).

Figure 0004749080
Figure 0004749080

(3)スルホン化反応
温度計、滴下ろうと、三方コックをつけた三口フラスコに長分岐スルフィド(上記式(64))31.0g(57.2mmol)とクロロホルム200mlを入れ、乾燥窒素で系内を置換した。これに室温でクロロホルム100mlに溶解したクロロ硫酸7.34g(63.0mmol)をゆっくり滴下した。室温にて4時間、さらに冷却管を取り付けてクロロホルム還流下で10時間反応させた。薄層クロマトグラフィーにて全ての原料ポリマーが反応したことを確認したあと、減圧下クロロホルムとクロロ硫酸を留去し精製して長分岐スルフィドのスルホン化物(下記式(65))36.1gを得た(収率90%)。
(3) 31.0 g (57.2 mmol) of a long-branched sulfide (formula (64)) and 200 ml of chloroform were placed in a three-necked flask equipped with a sulfonation reaction thermometer, a dropping funnel and a three-way cock, and the inside of the system was filled with dry nitrogen. Replaced. To this was slowly added dropwise 7.34 g (63.0 mmol) of chlorosulfuric acid dissolved in 100 ml of chloroform at room temperature. A reaction tube was attached for 4 hours at room temperature, and the reaction was carried out for 10 hours under reflux of chloroform. After confirming that all the starting polymers had reacted by thin layer chromatography, chloroform and chlorosulfuric acid were distilled off under reduced pressure for purification to obtain 36.1 g of a sulfonated product of long branched sulfide (the following formula (65)). (Yield 90%).

Figure 0004749080
Figure 0004749080

(4)酸化反応
温度計をつけた二口フラスコに、長分岐スルフィドのスルホン化物36.0g(51.3mmol)と酢酸200mlを入れた。この混合物に30%過酸化水素水116g(1.03mmol)を加え、3時間還流した。系内の固体を吸引ろ過して水洗し、100℃にて真空乾燥して長分岐型スルホンのスルホン化物(下記式(66))42.8gを得た(収率95%)。
(4) Oxidation reaction A two-necked flask equipped with a thermometer was charged with 36.0 g (51.3 mmol) of a sulfonated product of a long-branched sulfide and 200 ml of acetic acid. To this mixture, 116 g (1.03 mmol) of 30% aqueous hydrogen peroxide was added and refluxed for 3 hours. The solid in the system was suction filtered, washed with water, and vacuum dried at 100 ° C. to obtain 42.8 g of a sulfonated product of long-branched sulfone (formula (66) below) (yield 95%).

Figure 0004749080
Figure 0004749080

(5)塩素化
長分岐型スルホンのスルホン化物(上記式(66))30.0g(34.2mmol)を温度計、滴下ろうと、三方コックをつけた三口フラスコに入れ、クロロホルム100mlを入れて溶解させる。滴下ろうとで塩化チオニル3.74g(37.6mmol)をゆっくり滴下し、90分還流したあと、クロロホルムを留去して真空乾燥し、長分岐型スルホンの塩化スルホニル(下記式(67))27.0gを得た(収率88%)。
(5) Chlorination 30.0 g (34.2 mmol) of a sulfonated product of long-branched sulfone (formula (66)) is placed in a three-necked flask equipped with a thermometer, a dropping funnel and a three-way cock, and 100 ml of chloroform is added and dissolved. Let Then, 3.74 g (37.6 mmol) of thionyl chloride was slowly added dropwise with a dropping funnel and refluxed for 90 minutes, after which chloroform was distilled off and vacuum-dried, and sulfonyl chloride of a long-branched sulfone (the following formula (67)) 27. 0 g was obtained (88% yield).

Figure 0004749080
Figure 0004749080

(6)ポリエーテルスルホンへの長分岐型スルホンの塩化スルホニルの導入反応
実施例8の2)でビス(チオフェノキシ)ベンゼンスルホニルクロライドの代わりに長分岐型スルホンの塩化スルホニルを用いる以外は同様にして、長分岐型スルホンの側鎖を有するポリエーテルスルホン(下記式(68))を得た。収量は2.05gであった。上記で得た高分子電解質[下記式(68)]を用いたほかは参考例1と同様の方法を用い、調湿した高分子電解質フィルムを得た。物性測定結果を表2に示す。
(6) Reaction of introduction of sulfonyl chloride of long-branched sulfone into polyethersulfone In the same manner as in Example 8-2), except that sulfonyl chloride of long-branched sulfone is used instead of bis (thiophenoxy) benzenesulfonyl chloride. A polyethersulfone having the side chain of a long branched sulfone (the following formula (68)) was obtained. The yield was 2.05g. A conditioned polymer electrolyte film was obtained using the same method as in Reference Example 1 except that the polymer electrolyte [Formula (68)] obtained above was used. Table 2 shows the physical property measurement results.

Figure 0004749080
Figure 0004749080

[参考例10]高分子電解質10の製造
(1)ビス(3,5−チオフェノキシ)ベンゼンスルフィドの合成
温度計、滴下ろうと、三方コックをつけた三口フラスコに3,5−ジブロモ-1-フルオロベンゼン50.0g(197mmol)、N,N−ジメチルホルムアミド300mlを入れ、ナトリウムチオメチラート15.2g(217mmol)をN,N−ジメチルホルムアミド100mlに溶解したものを滴下ろうとでゆっくり滴下し、20℃で4.5日間攪拌して反応させた。薄層クロマトグラフィーにて全ての3,5−ジブロモ-1-フルオロベンゼンが反応したことを確認したあと、この混合物溶液中から有機物を分離、再結晶による精製をして、3,5−ジブロモフェニルメチルスルフィド48.3g(171mol)を得た(収率87%)。次に温度計、滴下ろうと、三方コックをつけた三口フラスコに3,5−ジブロモフェニルメチルスルフィド45g(160mmol)、酸化銅22.4g、ピリジン60mlキノリン240mlを入れ、チオフェノール38.7g(352mmol)をピリジン20mlキノリン80mlに溶解・分散したものを滴下ろうとで加え、150℃で40時間反応させた。薄層クロマトグラフィーで反応が終了したことを確認後、この混合物溶液中から有機物を分離、再結晶による精製をして、ビス(3,5−チオフェノキシ)フェニルメチルスルフィド45.7g(134mmol)を得た。続いて得られたビス(3,5−チオフェノキシ)フェニルメチルスルフィド40.0g(118mmol)を温度計、冷却管をつけた三口フラスコに入れ、ナトリウムチオt−ブチラート14.5g(129mmol)をN,N−ジメチルホルムアミド300mlに溶解したものを滴下ろうとで加え、150℃で4時間反応させた。薄層クロマトグラフィーで反応が終了したことを確認後、この混合物溶液中から有機物を分離、再結晶による精製をして、ビス(3,5−チオフェノキシ)ベンゼンスルフィド33.1g(101mmol)を得た(収率86%)。
(2)多分岐型スルフィド(式(69))の合成
(1)でチオフェノールの代わりに(1)で得たビス(3,5−チオフェノキシ)ベンゼンスルフィド30.0g(92.0mmol)を用いる以外は同様にして、多分岐型スルフィド(下記式(69))31.4gを得た。(収率90%)
[Reference Example 10] Production of polymer electrolyte 10 (1) Synthesis thermometer of bis (3,5-thiophenoxy) benzene sulfide, dripping funnel, and 3,5-dibromo-1-fluoro in a three-necked flask equipped with a three-way cock Benzene (50.0 g, 197 mmol) and N, N-dimethylformamide (300 ml) were added, sodium thiomethylate (15.2 g, 217 mmol) dissolved in N, N-dimethylformamide (100 ml) was slowly added dropwise with a dropping funnel at 20 ° C. For 4.5 days with stirring. After confirming that all 3,5-dibromo-1-fluorobenzene had reacted by thin layer chromatography, the organic substance was separated from the mixture solution, purified by recrystallization, and 3,5-dibromophenyl 48.3 g (171 mol) of methyl sulfide was obtained (yield 87%). Next, 45 g (160 mmol) of 3,5-dibromophenylmethyl sulfide, 22.4 g of copper oxide, and 240 ml of quinoline 240 ml of pyridine were put into a three-necked flask equipped with a thermometer, a dropping funnel and a three-way cock, and 38.7 g (352 mmol) of thiophenol. Was dissolved and dispersed in 20 ml of pyridine in 80 ml of quinoline and added with a dropping funnel, and the mixture was reacted at 150 ° C. for 40 hours. After confirming the completion of the reaction by thin layer chromatography, the organic substance was separated from the mixture solution and purified by recrystallization to obtain 45.7 g (134 mmol) of bis (3,5-thiophenoxy) phenyl methyl sulfide. Obtained. Subsequently, 40.0 g (118 mmol) of the obtained bis (3,5-thiophenoxy) phenylmethyl sulfide was placed in a three-necked flask equipped with a thermometer and a condenser, and 14.5 g (129 mmol) of sodium thio t-butylate was added to N , N-dimethylformamide dissolved in 300 ml was added with a dropping funnel and reacted at 150 ° C. for 4 hours. After confirming the completion of the reaction by thin layer chromatography, the organic substance was separated from the mixture solution and purified by recrystallization to obtain 33.1 g (101 mmol) of bis (3,5-thiophenoxy) benzene sulfide. (Yield 86%).
(2) Synthesis of multi-branched sulfide (formula (69)) 30.0 g (92.0 mmol) of bis (3,5-thiophenoxy) benzene sulfide obtained in (1) instead of thiophenol in the synthesis (1) 31.4 g of hyperbranched sulfide (the following formula (69)) was obtained in the same manner except that it was used. (Yield 90%)

Figure 0004749080
Figure 0004749080

(3)スルホン化反応
温度計、滴下ろうと、三方コックをつけた三口フラスコに多分岐型スルフィド(上記式(69))30.0g(39.6mmol)とクロロホルム200mlを入れ、乾燥窒素で系内を置換した。これに室温でクロロホルム100mlに溶解したクロロ硫酸5.07g(43.5mmol)をゆっくり滴下した。室温にて4時間、さらに冷却管を取り付けてクロロホルム還流下で10時間反応させた。薄層クロマトグラフィーにて全ての原料スルフィドが反応したことを確認したあと、減圧下クロロホルムとクロロ硫酸を留去し精製して多分岐型スルフィドのスルホン化物(下記式(70))36.3gを得た(収率85%)。
(3) Sulfonation reaction 30.0 g (39.6 mmol) of multi-branched sulfide (the above formula (69)) and 200 ml of chloroform were placed in a three-necked flask equipped with a thermometer, a dropping funnel and a three-way cock, and the system was filled with dry nitrogen Was replaced. To this, 5.07 g (43.5 mmol) of chlorosulfuric acid dissolved in 100 ml of chloroform at room temperature was slowly added dropwise. A reaction tube was attached for 4 hours at room temperature, and a reaction was performed for 10 hours under reflux of chloroform. After confirming that all raw material sulfides were reacted by thin layer chromatography, chloroform and chlorosulfuric acid were distilled off under reduced pressure for purification to obtain 36.3 g of a sulfonated product of the multi-branched sulfide (the following formula (70)). Obtained (yield 85%).

Figure 0004749080
Figure 0004749080

6(4)酸化反応
温度計をつけた二口フラスコに、多分岐型スルフィドのスルホン化物36.0g(33.4mmol)と酢酸200mlを入れた。この混合物に30%過酸化水素水114g(1.00mol)を加え、3時間還流した。系内の固体を吸引ろ過して水洗し、100℃にて真空乾燥して多分岐型スルホンのスルホン化物(下記式(71))39.6gを得た(収率90%)。
6 (4) Oxidation reaction A two-necked flask equipped with a thermometer was charged with 36.0 g (33.4 mmol) of a sulfonated product of multi-branched sulfide and 200 ml of acetic acid. To this mixture, 114 g (1.00 mol) of 30% aqueous hydrogen peroxide was added and refluxed for 3 hours. The solid in the system was suction filtered, washed with water, and vacuum dried at 100 ° C. to obtain 39.6 g of a sulfonated product of a multi-branched sulfone (the following formula (71)) (yield 90%).

Figure 0004749080
Figure 0004749080

(5)塩素化
多分岐型スルホンのスルホン化物(上記式(71))30.0g(22.8mol)を温度計、滴下ろうと、三方コックをつけた三口フラスコに入れ、クロロホルム100mlを入れて溶解させる。滴下ろうとで塩化チオニル2.49g(25.0mmol)をゆっくり滴下し、90分還流したあと、クロロホルムを留去して真空乾燥し、多分岐型スルホンのスルホニルクロライド(下記式(72))27.1gを得た(収率89%)。
(5) Chlorination 30.0 g (22.8 mol) of the sulfonated product of the multi-branched sulfone (formula (71)) is put into a three-necked flask equipped with a thermometer, a dropping funnel and a three-way cock, and 100 ml of chloroform is added and dissolved. Let After slowly dropping 2.49 g (25.0 mmol) of thionyl chloride with a dropping funnel and refluxing for 90 minutes, chloroform was distilled off and vacuum drying to obtain a sulfonyl chloride of a multi-branched sulfone (the following formula (72)) 27. 1 g was obtained (89% yield).

Figure 0004749080
Figure 0004749080

(6)ポリエーテルスルホンへの多分岐型スルホンのスルホニルクロライドの導入反応
実施例8−(2)でビス(チオフェノキシ)ベンゼンスルホニルクロライドの代わりに多分岐型スルホンの塩化スルホニルを用いる以外は同様にして、多分岐型スルホンの側鎖を有するポリエーテルスルホン(下記式(73))を得た。収量は2.10gであった。
(6) Reaction of introducing a sulfonyl chloride of a multi-branched sulfone into a polyethersulfone In the same manner as in Example 8- (2), except that a sulfonyl chloride of a multi-branched sulfone is used instead of bis (thiophenoxy) benzenesulfonyl chloride. Thus, polyethersulfone having the side chain of multi-branched sulfone (the following formula (73)) was obtained. The yield was 2.10g.

Figure 0004749080
Figure 0004749080

上記で得た高分子電解質[上記式(73)]を用いたほかは実施例1と同様の方法を用い、調湿した高分子電解質フィルムを得た。物性測定結果を表2に示す。
[参考例11]高分子電解質11の製造
(1)TTBS3の合成
温度計、滴下ろうと、三方コックをつけた三口フラスコに1,3,5−トリス(フェニルチオ)−ベンゼン(TTB)50.0g(124mmol)とスルホラン120mlを入れ、乾燥窒素で系内を置換した。液温を70℃に保ち、クロロ硫酸47.8g(409mmol)をゆっくり滴下し、その後1.5時間攪拌した。反応の確認は液体クロマトグラフィー[Agilent社製100シリーズ、カラム:GLサイエンス社製、Intersil ODS−3、移動相:10Mギ酸アンモニウム/アセトニトリル、UV検出波長:254nm]にて行なった。TTBのトリスルホン化物[TTBS3、下記式(74)]53gを含む混合物を得た(収率67%)。
A conditioned polymer electrolyte film was obtained using the same method as in Example 1 except that the polymer electrolyte [Formula (73)] obtained above was used. Table 2 shows the physical property measurement results.
Reference Example 11 Production of Polymer Electrolyte 11 (1) Synthesis of TTBS3 50.0 g of 1,3,5-tris (phenylthio) -benzene (TTB) in a three-necked flask equipped with a thermometer, a dropping funnel and a three-way cock 124 mmol) and 120 ml of sulfolane were added, and the inside of the system was replaced with dry nitrogen. The liquid temperature was kept at 70 ° C., and 47.8 g (409 mmol) of chlorosulfuric acid was slowly added dropwise, followed by stirring for 1.5 hours. The reaction was confirmed by liquid chromatography [Agilent 100 series, column: GL Science, Intersil ODS-3, mobile phase: 10 M ammonium formate / acetonitrile, UV detection wavelength: 254 nm]. A mixture containing 53 g of TTB trisulfonate [TTBS3, the following formula (74)] was obtained (yield 67%).

Figure 0004749080
Figure 0004749080

(2)TTBS3Cの合成
TTBS3を含む上記の混合物を、温度計、滴下ろうと、三方コックをつけた三口フラスコに入れた。液温を70℃に保ち、滴下ろうとから塩化チオニル12.4g(124mmol)をゆっくり滴下し、2時間攪拌した。反応の確認は液体クロマトグラフィーにて行なった。TTBトリスルホン化物のスルホニルクロライド[TTBS3C、下記式(75)]18.5gを含む混合物を得た(収率34%)。
(2) Synthesis of TTBS3C The above mixture containing TTBS3 was placed in a three-necked flask equipped with a thermometer, a dropping funnel and a three-way cock. The liquid temperature was kept at 70 ° C., and 12.4 g (124 mmol) of thionyl chloride was slowly dropped from the dropping funnel, followed by stirring for 2 hours. The reaction was confirmed by liquid chromatography. A mixture containing 18.5 g of sulfonyl chloride [TTBS3C, the following formula (75)] of a TTB trisulfonate was obtained (34% yield).

Figure 0004749080
Figure 0004749080

(3)ポリエーテルスルホンへの側鎖導入反応
参考例8−(2)でビス(チオフェノキシ)ベンゼンスルホニルクロライドの代わりに上記のTTBS3C[上記式(75)]11.3g(17.1mmol)を含む混合物を用いる以外は同様にして、側鎖スルホン酸ポリエーテルスルホン[下記式(76)]を得た。収量は2.30gであった。
(3) Side chain introduction reaction to polyethersulfone In Reference Example 8- (2), instead of bis (thiophenoxy) benzenesulfonyl chloride, 11.3 g (17.1 mmol) of the above TTBS3C [formula (75)] was added. Side chain sulfonic acid polyethersulfone [Formula (76) below] was obtained in the same manner except that the mixture containing the mixture was used. The yield was 2.30 g.

Figure 0004749080
Figure 0004749080

上記で得た高分子電解質[上記式(76)]を用いたほかは実施例1と同様の方法を用い、調湿した高分子電解質フィルムを得た。物性測定結果を表2に示す。
得られた高分子電解質フィルム(参考例1〜11)はフェントン試験に高い耐性を示し、高いプロトン伝導性及び低脱SO性を示した。
A conditioned polymer electrolyte film was obtained using the same method as in Example 1 except that the polymer electrolyte [Formula (76)] obtained above was used. Table 2 shows the physical property measurement results.
The obtained polymer electrolyte films (Reference Examples 1 to 11) exhibited high resistance to the Fenton test, and exhibited high proton conductivity and low de-SO 3 property.

Figure 0004749080
Figure 0004749080

[実施例1]
参考例1で作成した高分子電解質を濃度5wt%でエタノールと水の重量比が50/50になるの混合溶媒に入れ、これを100℃で1hr攪拌溶解し、透明な溶液を得た。この溶液に白金担持カーボンを加え、室温で30分間十分に攪拌し、電極ペーストを得た。この電極ペーストをPTFEのフィルム上に乾燥後の厚さ約25μになるようにキャストとし、80℃で2hr乾燥後、真空乾燥器で100℃、2時間乾燥し、更に160℃で1時間乾燥した。この電極でNafion112(Du Pont製)をはさみ、140℃で10分、プレス圧力 5MPa/cmでプレスした。この様にして得られた膜―電極接合体を評価セル(エレクトロケム製FC−05−01−SP:25cm)に組み込んだ。セル温度100℃とし、ガス加湿には水バブリング方式を用いて水素ガス及び空気ガス共に加湿温度を50℃(湿度12RH%に相当)とした。発電試験の結果、高温低加湿条件にもかかわらず、電流密度0.8A/cm時に0.60Vと高い電圧が得られるとともに、安定に運転することができた。
[Example 1]
The polymer electrolyte prepared in Reference Example 1 was placed in a mixed solvent having a concentration of 5 wt% and a weight ratio of ethanol and water of 50/50, and this was stirred and dissolved at 100 ° C. for 1 hr to obtain a transparent solution. Platinum-supported carbon was added to this solution, and the mixture was sufficiently stirred at room temperature for 30 minutes to obtain an electrode paste. This electrode paste was cast on a PTFE film so that the thickness after drying was about 25 μm, dried at 80 ° C. for 2 hours, then dried in a vacuum dryer at 100 ° C. for 2 hours, and further dried at 160 ° C. for 1 hour. . This electrode was sandwiched between Nafion 112 (manufactured by Du Pont) and pressed at 140 ° C. for 10 minutes at a pressing pressure of 5 MPa / cm 2 . The membrane-electrode assembly obtained in this way was incorporated into an evaluation cell (FC-05-01-SP manufactured by Electrochem: 25 cm 2 ). The cell temperature was 100 ° C., and water humidification was used for gas humidification using a water bubbling method, and the humidification temperature was 50 ° C. (corresponding to a humidity of 12 RH%). As a result of the power generation test, a high voltage of 0.60 V was obtained at a current density of 0.8 A / cm 2 in spite of high temperature and low humidification conditions, and stable operation was possible.

[実施例2〜3]
電極を参考例7または11で製造した高分子電解質を使った他は実施例1と同様にして膜―電極接合体を作り、これを実施例1と同様に電池運転した。参考例7の高分子電解質を使用した結果を実施例2とし、参考例11の高分子電解質を使用した結果を実施例3とする。発電試験の結果、実施例2の電流密度0.8A/cm時の電圧は0.58V、実施例3の時は0.60Vであった。実施例2、3ともに、高温低加湿条件にもかかわらず、高い電圧が得られるとともに安定に運転することができた。
[実施例4]
電極と膜に参考例11で製造した高分子電解質を用いた他は実施例1と同様にして電池運
転した。発電試験の結果、高温低加湿条件にもかかわらず、電流密度0.8A/cm時に0.64Vと高い電圧が得られるとともに、安定に運転することができた。
[Examples 2-3]
A membrane-electrode assembly was prepared in the same manner as in Example 1 except that the polymer electrolyte produced in Reference Example 7 or 11 was used, and this was battery operated in the same manner as in Example 1. The result of using the polymer electrolyte of Reference Example 7 is Example 2, and the result of using the polymer electrolyte of Reference Example 11 is Example 3. As a result of the power generation test, the voltage at the current density of 0.8 A / cm 2 in Example 2 was 0.58 V, and in the case of Example 3, it was 0.60 V. In both Examples 2 and 3, high voltage was obtained and stable operation was possible despite high temperature and low humidification conditions.
[Example 4]
The battery was operated in the same manner as in Example 1 except that the polymer electrolyte produced in Reference Example 11 was used for the electrode and membrane. As a result of the power generation test, a high voltage of 0.64 V was obtained at a current density of 0.8 A / cm 2 despite the high temperature and low humidification conditions, and a stable operation was possible.

[比較例2]
電極用溶液に比較例1のポリマーをNMP溶媒中、濃度5wt%になる様に加え、100℃で1hr攪拌溶解し、透明な溶液を得た。この溶液に白金担持カーボンを加え、室温で30分間十分に攪拌し、電極ペーストを得た。この電極ペーストをPTFEのフィルム上に乾燥後の厚さ約25μになるようにキャストとし、80℃で2hr乾燥後、真空乾燥器で100℃、2時間乾燥した後、純水で充分に洗浄した後、更に160℃で1時間乾燥した(前記、溶媒種、ポリマー、Tgによっては乾燥方法を変更する)。この電極でNafion112(Du Pont製)をはさみ、140℃で10分、プレス圧力 5MPa/cmでプレスした。この膜・電極接合体を実施例1と同様にして電池運転した。発電試験の結果、電流密度0.8A/cm2時に0.31Vであり、出力も不安定であった。
以上の結果から、本発明の耐酸化性の高い高分子電解質を電極に使用した膜−電極接合体は、比較例1のイオン交換樹脂を電極に使用した膜−電極接合体より電圧の低下が少なく、高い耐久性を有する。また、本発明の耐酸化性の高分子電解質を電極と膜、両方に用いた膜−電極接合体は、更に高い耐久性を有する。
[Comparative Example 2]
The polymer of Comparative Example 1 was added to the electrode solution so as to have a concentration of 5 wt% in an NMP solvent, and stirred and dissolved at 100 ° C. for 1 hr to obtain a transparent solution. Platinum-supported carbon was added to this solution, and the mixture was sufficiently stirred at room temperature for 30 minutes to obtain an electrode paste. This electrode paste was cast on a PTFE film so that the thickness after drying was about 25 μm, dried at 80 ° C. for 2 hours, then dried in a vacuum dryer at 100 ° C. for 2 hours, and then thoroughly washed with pure water. Thereafter, it was further dried at 160 ° C. for 1 hour (depending on the solvent type, polymer, and Tg, the drying method was changed). This electrode was sandwiched between Nafion 112 (manufactured by Du Pont) and pressed at 140 ° C. for 10 minutes at a pressing pressure of 5 MPa / cm 2 . The membrane / electrode assembly was operated in the same manner as in Example 1. As a result of the power generation test, it was 0.31 V at a current density of 0.8 A / cm2, and the output was also unstable.
From the above results, the membrane-electrode assembly using the highly oxidation-resistant polymer electrolyte of the present invention as an electrode has a lower voltage than the membrane-electrode assembly using the ion exchange resin of Comparative Example 1 as an electrode. Less and has high durability. In addition, a membrane-electrode assembly using the oxidation-resistant polymer electrolyte of the present invention for both the electrode and the membrane has higher durability.

本発明は、固体高分子形燃料電池の高分子電解質およびバインダーとして有用である。   The present invention is useful as a polymer electrolyte and a binder for a polymer electrolyte fuel cell.

Claims (5)

少なくとも下記一般式(1)で表される繰り返し単位(A)を有する事を特徴とする燃料電池用高分子電解質をその濃度が1〜50wt%となるように、水または極性有機溶媒に溶解させた電解質溶液。
Figure 0004749080
(Yは(k+2)価の芳香族残基を表し、Pは−CO−、−O−、−S−、−SO−、−SO2−、−CONH−、−C(CF32−、単結合から選ばれる連結基であり、kは1〜の整数であって、式中の側鎖部分Zは、下記一般式(2)で表される。
Z=−(X1Ar1(B1))−(X2Ar2(B2))−・・・−(Xn-1Arn-1(Bn-1))−(XnArn) (2)
上記一般式(2)中のB1〜Bn-1は、側鎖部分Zにおける分岐鎖を意味し、以下の式で表される。
1=−〔(X2Ar2(B2))−(X3Ar3(B3))−・・・−(Xn-1Arn-1(Bn-1))−(XnArn)〕f
2=−〔(X3Ar3(B3))−・・・−(Xn-1Arn-1(Bn-1))−(XnArn)〕f



n-1=−〔XnArnf
上記一般式(2)中
nは各々独立に2〜5の整数、
fは各々独立に0〜の整数であり少なくとも一つのfが1または2である、
Ar1〜Arnは各々独立に芳香族残基であって、
1〜Xnは各々独立に−CO−、−CONH−、−(CF2p−(pは1〜10の整数)、−C(CF32−、−COO−、−SO−、−SO2−から選ばれる連結基である。
そして、Zは−SO3H基の1.0を超える数を有する。)
A polymer electrolyte for a fuel cell having at least a repeating unit (A) represented by the following general formula (1) is dissolved in water or a polar organic solvent so that its concentration is 1 to 50 wt%. Electrolyte solution.
Figure 0004749080
(Y represents a (k + 2) -valent aromatic residue, and P represents —CO—, —O—, —S—, —SO—, —SO 2 —, —CONH—, —C (CF 3 ) 2 —. , A linking group selected from single bonds, k is an integer of 1 to 2 , and the side chain moiety Z in the formula is represented by the following general formula (2).
Z = - (X 1 Ar 1 (B 1)) - (X 2 Ar 2 (B 2)) - ··· - (X n-1 Ar n-1 (B n-1)) - (X n Ar n ) (2)
B 1 to B n-1 in the general formula (2) mean a branched chain in the side chain portion Z, and are represented by the following formula.
B 1 = - [(X 2 Ar 2 (B 2 )) - (X 3 Ar 3 (B 3)) - ··· - (X n-1 Ar n-1 (B n-1)) - (X n Ar n )] f
B 2 = - [(X 3 Ar 3 (B 3 )) - ··· - (X n-1 Ar n-1 (B n-1)) - (X n Ar n) ] f



B n-1 = − [X n Ar n ] f
In said general formula (2), n is an integer of 2-5 each independently,
f is each independently an integer of 0 to 2 , and at least one f is 1 or 2.
Ar 1 to Ar n are each independently an aromatic residue,
X 1 to X n are each independently —CO—, —CONH—, — (CF 2 ) p — (p is an integer of 1 to 10), —C (CF 3 ) 2 —, —COO—, —SO—. , —SO 2 —.
Z has a number exceeding 1.0 of the —SO 3 H group. )
fが0または1であり、少なくとも一つのfが1であることを特徴とする請求項記載の電解質溶液。 f is 0 or 1, the electrolyte solution of claim 1, wherein the at least one f is 1. Pが−CO−、−O−、−S−、−SO2−、−C(CF32−から選ばれる連結基であることを特徴とする請求項1又は2に記載の電解質溶液。 P is -CO -, - O -, - S -, - SO 2 -, - C (CF 3) 2 - electrolyte solution according to claim 1 or 2, characterized in that a linking group selected from. 請求項1〜のいずれか1項に記載の電解質溶液を用いた燃料電池用電極。 The electrode for fuel cells using the electrolyte solution of any one of Claims 1-3 . 請求項1〜のいずれか1項に記載の電解質溶液を用いた燃料電池用電極と請求項1〜のいずれか1項に記載の電解質溶液を用いた燃料電池用膜とからなる膜・電極接合体。 Film made of an electrolyte solution for a fuel cell membrane with electrolyte solution according to any one of claims with a fuel cell electrode section 1-3 using according to any one of claims 1 to 3 · Electrode assembly.
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