JP4929575B2 - Polyarylene ether compounds having sulfonic acid group-containing naphthylene structure - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a novel polymeric material which provides an ion-conducting film which is excellent in heat resistance, processability and ion-conducting property and especially shows a good dimensional stability. <P>SOLUTION: A polyarylene ether compound into which a sulfonic acid group is introduced is useful as a polyelectrolyte film and can be obtained by synthesizing a polymer using naphthalene diol containing a sulfonic acid group as at least one of the monomer components. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&amp;NCIPI

Description

本発明は、高分子電解質膜として有用なスルホン酸基含有芳香族ポリアリーレンエーテル系化合物に関するものである。   The present invention relates to a sulfonic acid group-containing aromatic polyarylene ether compound useful as a polymer electrolyte membrane.

液体電解質のかわりに高分子固体電解質をイオン伝導体として用いる電気化学的装置の例として、水電解槽や燃料電池を上げることができる。これらに用いられる高分子膜は、カチオン交換膜としてプロトン導電率とともに化学的、熱的、電気化学的および力学的に十分安定なものでなくてはならない。このため、長期にわたり使用できるものとしては、主に米デュポン社製の「ナフィオン(登録商標)」を代表例とするパーフルオロカーボンスルホン酸膜が使用されてきた。しかしながら、ナフィオン膜を100℃以上の条件で運転しようとすると、膜の含水率が急激に落ちるほか、膜の軟化も顕著となる。また、メタノールを燃料とする燃料電池においては、膜内のメタノール透過による性能低下がおこり、十分な性能を発揮することはできない。さらに、現在主に検討されている水素を燃料として80℃付近で運転する燃料電池においても、膜のコストが高すぎることが燃料電池技術の確立の障害として指摘されている。   As an example of an electrochemical device using a polymer solid electrolyte as an ionic conductor instead of a liquid electrolyte, a water electrolyzer and a fuel cell can be raised. The polymer membrane used for these must be sufficiently stable chemically, thermally, electrochemically and mechanically with proton conductivity as a cation exchange membrane. For this reason, perfluorocarbon sulfonic acid membranes, typically “Nafion (registered trademark)” manufactured by DuPont, have been used as long-term usable products. However, if the Nafion membrane is to be operated at a temperature of 100 ° C. or higher, the moisture content of the membrane drops rapidly and the membrane softens significantly. In addition, in a fuel cell using methanol as a fuel, the performance is deteriorated due to methanol permeation in the membrane, and sufficient performance cannot be exhibited. Further, even in fuel cells that are currently being studied mainly using hydrogen as a fuel and operating at around 80 ° C., it is pointed out that the cost of the membrane is too high as an obstacle to the establishment of fuel cell technology.

このような欠点を克服するため、非フッ素系芳香族環含有ポリマーにスルホン酸基を導入した高分子電解質膜が種々検討されている。ポリマー骨格としては、耐熱性や化学的安定性を考慮すると、芳香族ポリアリーレンエーテルケトン類や芳香族ポリアリーレンエーテルスルホン類などの、芳香族ポリアリーレンエーテル化合物を有望な構造としてとらえることができ、ポリアリーレンエーテルスルホンをスルホン化したもの(例えば、非特許文献1参照。)、ポリエーテルエーテルケトンをスルホン化したもの(例えば、特許文献1参照。)等が報告されている。これらは、ポリマーにスルホン化剤を反応させてスルホン酸基を導入するものであるが、スルホン化されたモノマーを用いた重合により直接スルホン化ポリマーを得る方法も報告されている(例えば、特許文献2〜4参照)。しかし、これらの芳香族炭化水素系膜においても、寸法安定性においてはさらに優れた特性を示すものが求められている。
特開平6−93114号公報 米国特許出願公開第2002/0091225号 国際公開第2003/095509号 国際公開第2004/033534号 ジャーナル・オブ・メンブラン・サイエンス(Journal of Membrane Science)、(オランダ)1993年、83巻、P.211−220
In order to overcome such drawbacks, various polymer electrolyte membranes in which a sulfonic acid group is introduced into a non-fluorinated aromatic ring-containing polymer have been studied. As a polymer skeleton, considering heat resistance and chemical stability, aromatic polyarylene ether compounds such as aromatic polyarylene ether ketones and aromatic polyarylene ether sulfones can be regarded as promising structures, A sulfonated polyarylene ether sulfone (for example, see Non-patent Document 1), a sulfonated polyether ether ketone (for example, see Patent Document 1), and the like have been reported. In these methods, a sulfonic acid group is introduced by reacting a polymer with a sulfonating agent. However, a method for directly obtaining a sulfonated polymer by polymerization using a sulfonated monomer has also been reported (for example, Patent Documents). 2-4). However, these aromatic hydrocarbon-based membranes are also required to exhibit even better characteristics in terms of dimensional stability.
JP-A-6-93114 US Patent Application Publication No. 2002/0091225 International Publication No. 2003/095509 International Publication No. 2004/033534 Journal of Membrane Science (Netherlands) 1993, 83, p. 211-220

本発明の目的は、寸法安定性に優れた特定の構造を持つスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物により、際立った寸法安定性を有するイオン伝導膜として有用な高分子材料を得ることにある。   An object of the present invention is to obtain a polymer material useful as an ion conductive membrane having outstanding dimensional stability by using a sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound having a specific structure excellent in dimensional stability.

本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、下記に示すスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物により、上記目的が達成されることを見いだすに至った。 As a result of intensive studies, the present inventors have found that the above object can be achieved by the following sulfonic acid group-containing polyarylene ether compounds.

すなわち、本発明は下記(1)〜(11)により達成される。   That is, the present invention is achieved by the following (1) to (11).

(1)分子鎖内に一般式(1)で示される構成成分を有することを特徴とするポリアリーレンエーテル系化合物。
ただし、Xは水素または1価のカチオン種を示し、m、nは0または1であり、m+nは0ではない。
(1) A polyarylene ether compound having a constituent represented by the general formula (1) in a molecular chain.
X represents hydrogen or a monovalent cation species, m and n are 0 or 1, and m + n is not 0.

(2)一般式(2)および/または一般式(3)で示される構成成分をさらに含むことを特徴とする第1の発明に記載のポリアリーレンエーテル系化合物。
ただし、Yはスルホン基またはケトン基、XはHまたは1価のカチオン種を示す。Ar’,Ar”は置換基を含んでいても良い2価の芳香族基を示し、上記一般式(1)の構造を与えるスルホン酸基含有ナフチレン構造も含む。
(2) The polyarylene ether compound according to the first invention, further comprising a component represented by the general formula (2) and / or the general formula (3).
Y represents a sulfone group or a ketone group, and X represents H or a monovalent cation species. Ar ′, Ar ″ represents a divalent aromatic group which may contain a substituent, and includes a sulfonic acid group-containing naphthylene structure which gives the structure of the general formula (1).

(3)スルホン酸基含有量が、0.3〜3.5meq/gの範囲にあることを特徴とする第1の発明または第2の発明のいずれかに記載のポリアリーレンエーテル系化合物。 (3) The polyarylene ether compound according to either the first invention or the second invention, wherein the sulfonic acid group content is in the range of 0.3 to 3.5 meq / g.

(4)第1の発明〜第3の発明のいずれかに記載のポリアリーレンエーテル系化合物を50〜100質量%含むことを特徴とする組成物。 (4) A composition comprising 50 to 100% by mass of the polyarylene ether compound according to any one of the first to third inventions.

(5)第1の発明〜第3の発明のいずれかに記載の化合物および/または第4の発明に記載の組成物を含有することを特徴とするイオン伝導膜。 (5) An ion conductive membrane comprising the compound according to any one of the first to third inventions and / or the composition according to the fourth invention.

(6)第5の発明に記載のイオン伝導膜と電極とを含有することを特徴とする複合体。 (6) A composite comprising the ion conductive membrane according to the fifth invention and an electrode.

(7)第6の発明に記載の複合体を含有することを特徴とする燃料電池。 (7) A fuel cell comprising the composite according to the sixth invention.

(8)メタノールを燃料として使用することを特徴とする第7の発明に記載の燃料電池。 (8) The fuel cell according to the seventh invention, wherein methanol is used as a fuel.

(9)第1の発明〜第3の発明のいずれかに記載の化合物を含有することを特徴とする接着剤。 (9) An adhesive comprising the compound according to any one of the first to third inventions.

(10)芳香族求核置換反応によりスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物を重合する際に、一般式(4)で示されるスルホン酸基含有ナフタレンジオールをモノマーの少なくとも1種として使用することを特徴とする第1の発明〜第3の発明のいずれかに記載のポリアリーレンエーテル系化合物の製造方法。
ただし、Xは水素または1価のカチオン種、m、nは0または1であり、m+nは0ではない。
(10) When polymerizing a sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound by an aromatic nucleophilic substitution reaction, the sulfonic acid group-containing naphthalenediol represented by the general formula (4) is used as at least one monomer. A method for producing a polyarylene ether compound according to any one of the first to third inventions.
However, X is hydrogen or a monovalent cation species, m and n are 0 or 1, and m + n is not 0.

(11)第1の発明〜第3の発明のいずれかに記載の化合物と溶剤を含有する溶液を、キャスト厚が10〜1500μmの範囲となるようにキャストする工程と、キャストした溶液を乾燥させる工程とを含むことを特徴とする第4の発明に記載のイオン伝導膜の製造方法。 (11) A step of casting the solution containing the compound according to any one of the first to third inventions and a solvent so that the cast thickness is in the range of 10 to 1500 μm, and drying the cast solution. A process for producing an ion conductive membrane according to the fourth invention.

本発明のスルホン酸基含有芳香族ポリアリーレンエーテル系化合物により、高温高湿条件下でも優れた寸法安定性を示すとともに、イオン伝導性、耐熱性、加工性に優れた、燃料電池などの高分子電解質として際立った性能を示す材料を提供することができる。また、本発明のスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物は、メタノール透過性が低いという特徴もあり、ダイレクトメタノール型燃料電池用の高分子電解質膜としても有用である。   The sulfonic acid group-containing aromatic polyarylene ether compound of the present invention exhibits excellent dimensional stability even under high-temperature and high-humidity conditions, and is excellent in ion conductivity, heat resistance and processability, and is a polymer such as a fuel cell. A material that exhibits outstanding performance as an electrolyte can be provided. The sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound of the present invention is also characterized by low methanol permeability, and is useful as a polymer electrolyte membrane for direct methanol fuel cells.

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明は、芳香環上にスルホン酸基を導入した寸法安定性に優れる特定のポリアリーレンエーテル系化合物により、寸法安定性を高めるとともに、耐熱性、加工性、イオン伝導性にすぐれた、特にイオン伝導膜として有用な高分子材料を提供するものである。すなわち、芳香族求核置換反応によってスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物を合成する際に、芳香族ジオール系モノマーの少なくとも1成分としてスルホン酸基を含有するナフタレンジオールを用いることにより、本発明に到達したものである。スルホン酸基含有ポリアリーレンエーテルを芳香族求核置換反応により直接合成する手法は、これまで主にジクロロジフェニルスルホンやジフルオロベンゾフェノンなどの電子吸引性モノマーにスルホン酸基を導入することで行われてきた。これは、スルホン酸基が電子吸引性であるために、これらのモノマーの反応性への影響は小さいが、ジオールモノマーの芳香環上へスルホン酸基を導入すると、ジオールモノマーの求核性が低下するため、良質なポリマーが得られないことが影響していたと考えられる。今回、スルホン酸基を含有するナフタレンジオールを用いた芳香族求核置換反応によりポリアリーレンエーテルの合成を検討することにより、これらのモノマーを用いても良好な重合体が得られるとともに、ポリマー特性も高分子電解質膜として優れたものとなることを見いだすに至った。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The present invention improves the dimensional stability by a specific polyarylene ether compound having excellent dimensional stability in which a sulfonic acid group is introduced on an aromatic ring, and has excellent heat resistance, workability, and ion conductivity. A polymer material useful as a conductive film is provided. That is, when synthesizing a sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound by an aromatic nucleophilic substitution reaction, by using naphthalenediol containing a sulfonic acid group as at least one component of an aromatic diol monomer, the present invention is used. It has been reached. The method of directly synthesizing sulfonic acid group-containing polyarylene ethers by aromatic nucleophilic substitution has been performed mainly by introducing sulfonic acid groups into electron-withdrawing monomers such as dichlorodiphenylsulfone and difluorobenzophenone. . This is because the sulfonic acid group is electron-withdrawing, so the impact on the reactivity of these monomers is small. However, when the sulfonic acid group is introduced onto the aromatic ring of the diol monomer, the nucleophilicity of the diol monomer decreases. Therefore, it is considered that the fact that a good polymer could not be obtained had an influence. This time, by examining the synthesis of polyarylene ethers by aromatic nucleophilic substitution reaction using naphthalenediol containing sulfonic acid groups, good polymers can be obtained using these monomers, and the polymer characteristics are also improved. The inventors have found that the polymer electrolyte membrane is excellent.

すなわち、本発明のスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物は、分子鎖内に下記一般式(1)で示される構成成分を有することを特徴とするポリアリーレンエーテル系化合物である。ポリアリーレンエーテル系化合物とは芳香族系ポリマーにおいてポリマー鎖を構成する芳香環を結合する様式にエーテル結合が含まれている化合物の総称であり、エーテル結合以外の結合が含まれていてもかまわない。本発明においては、各芳香環を連結する結合様式のうちエーテル結合、スルホン結合、スルフィド結合、ケトン結合、直接結合が全体の結合様式の過半を占めるものが好ましいといえる。   That is, the sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound of the present invention is a polyarylene ether compound having a component represented by the following general formula (1) in the molecular chain. A polyarylene ether compound is a general term for compounds containing an ether bond in the manner of bonding an aromatic ring constituting a polymer chain in an aromatic polymer, and a bond other than an ether bond may be included. . In the present invention, it is preferable that an ether bond, a sulfone bond, a sulfide bond, a ketone bond, and a direct bond occupy a majority of the entire bonding mode among the bonding modes for connecting the aromatic rings.

上記一般式(1)におけるナフチレン構造は、1,5−ナフチレン、1,6−ナフチレン、1,7−ナフチレン、1,8−ナフチレン、2,6−ナフチレン、2,7−ナフチレンなどの異なるベンゼン環上に結合位置があるものが好ましいが、1,4−ナフチレン、2,3−ナフチレンのように同一のベンゼン環上に結合位置があるものでもかまわない。スルホン酸基が置換している位置は、特に限定されないが、ナフタレン環上に2個まで存在することができ、スルホン酸基が2個存在する場合は、異なるベンゼン環上に1個づつ存在することが好ましい。スルホン酸基は、プロトンがついた酸型の他、ナトリウム、カリウムなどの1価の金属塩やアンモニウム塩などの1価のカチオン種との塩になっていてもかまわない。   The naphthylene structure in the general formula (1) is different benzene such as 1,5-naphthylene, 1,6-naphthylene, 1,7-naphthylene, 1,8-naphthylene, 2,6-naphthylene, 2,7-naphthylene. Those having a bond position on the ring are preferred, but those having a bond position on the same benzene ring such as 1,4-naphthylene and 2,3-naphthylene may also be used. The position where the sulfonic acid group is substituted is not particularly limited, but it can exist up to two on the naphthalene ring. When two sulfonic acid groups are present, one exists on a different benzene ring. It is preferable. The sulfonic acid group may be in the form of a salt with a monovalent metal salt such as sodium or potassium, or a monovalent cation species such as an ammonium salt, in addition to the acid type with a proton.

本発明のスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物は、下記一般式(2)または下記一般式(3)で示される構成成分とともにスルホン酸基含有ジオキシナフチレン構造を含む構成成分を含んでいることが好ましい。一般式(2)および一般式(3)の両方の構成成分を含んでいることもさらに好ましい。   The sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound of the present invention includes a component containing a sulfonic acid group-containing dioxynaphthylene structure together with a component represented by the following general formula (2) or the following general formula (3). It is preferable. It is further preferable that both constituents of the general formula (2) and the general formula (3) are included.

ただし、Yはスルホン基またはケトン基、XはHまたは1価のカチオン種を示す。Ar’,Ar”は置換基を含んでいても良い2価の芳香族基を示し、下記一般式(5)で示されるスルホン酸基含有ナフチレン構造であってもかまわない。
Y represents a sulfone group or a ketone group, and X represents H or a monovalent cation species. Ar ′ and Ar ″ represent a divalent aromatic group which may contain a substituent, and may have a sulfonic acid group-containing naphthylene structure represented by the following general formula (5).

上記一般式(3)で示される構成成分は、下記一般式(6)で示される構成成分であることが好ましい。式中のAr’ ’ ’は置換基を含んでいても良い2価の芳香族基を示し、上記一般式(5)で示されるスルホン酸基含有ナフチレン構造であってもかまわない。   The component represented by the general formula (3) is preferably a component represented by the following general formula (6). Ar ′ ′ ′ in the formula represents a divalent aromatic group which may contain a substituent, and may be a sulfonic acid group-containing naphthylene structure represented by the general formula (5).

また、本発明のスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物においてスルホン酸基含有ジオキシナフチレン構造の導入量は、ポリアリーレンエーテル化合物全体として必要とされるスルホン酸基量に応じて導入されるので、特にその量が限定されるわけではない。また、例えば上記一般式(2)内で示されるような他のスルホン酸基含有モノマーとの併用も可能であるが、その場合はポリアリーレンエーテル化合物に導入されるスルホン酸基量の20%以上に相当するスルホン酸基をスルホン酸基含有ジオキシナフチレン構造によって導入することで、高分子電解質膜としての特性を特に優れたものとすることができる。ポリアリーレンエーテル化合物に導入されるスルホン酸基量の30%以上に相当するスルホン酸基をスルホン酸基含有ジオキシナフチレン構造によって導入することがより好ましいと言え、40%以上であればさらに好ましいといえる   In the sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound of the present invention, the introduction amount of the sulfonic acid group-containing dioxynaphthylene structure is introduced according to the amount of sulfonic acid group required for the whole polyarylene ether compound. In particular, the amount is not limited. Further, for example, it can be used in combination with other sulfonic acid group-containing monomers as shown in the general formula (2), but in that case, 20% or more of the amount of sulfonic acid groups introduced into the polyarylene ether compound. By introducing a sulfonic acid group corresponding to the above in a dioxynaphthylene structure containing a sulfonic acid group, the characteristics as a polymer electrolyte membrane can be made particularly excellent. It can be said that it is more preferable to introduce a sulfonic acid group corresponding to 30% or more of the amount of the sulfonic acid group introduced into the polyarylene ether compound by a sulfonic acid group-containing dioxynaphthylene structure, and more preferably 40% or more. Can be said

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

本発明のスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物としては、スルホン酸基含有量が0.3〜3.5meq/gの範囲にあることが好ましい。0.3meq/gよりも少ない場合には、イオン伝導膜として使用したときに十分なイオン伝導性を示さない傾向があり、3.5meq/gよりも大きくしてもイオン伝導性は頭打ちになる傾向がある。なお、スルホン酸基含有量は、酸性水溶液処理によりスルホン酸基を酸型構造にした後、後に述べる滴定法により決定することができる。ポリマー組成より計算することができる。なお好ましくは1.0〜3.0meq/gである。   The sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound of the present invention preferably has a sulfonic acid group content in the range of 0.3 to 3.5 meq / g. When it is less than 0.3 meq / g, there is a tendency that sufficient ion conductivity is not exhibited when it is used as an ion conductive membrane, and even when it exceeds 3.5 meq / g, the ion conductivity reaches a peak. Tend. The sulfonic acid group content can be determined by a titration method described later after the sulfonic acid group is converted to an acid type structure by an acidic aqueous solution treatment. It can be calculated from the polymer composition. In addition, Preferably it is 1.0-3.0 meq / g.

本発明のスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物である上記一般式(1)におけるAr構造を与えるため、下記一般式(7)、一般式(8)で表されるジハロゲン化化合物をモノマーとして含む芳香族求核置換反応を使用することができる。式中、Yはスルホン基またはケトン基、Xは1価のカチオン種、Zは塩素またはフッ素を示す。一般式(7)で表される化合物の具体例としては、3,3’−ジスルホ−4,4’−ジクロロジフェニルスルホン、3,3’−ジスルホ−4,4’−ジフルオロジフェニルスルホン、3,3’−ジスルホ−4,4’−ジクロロジフェニルケトン、3,3’−ジスルホ−4,4’−ジフルオロジフェニルケトン、およびそれらのスルホン酸基が1価カチオン種との塩になったもの等が挙げられる。1価カチオン種としては、ナトリウム、カリウムや他の金属種や各種アミン類等でも良く、これらに制限される訳ではない。一般式(8)で表される化合物としては、2,6−ジクロロベンゾニトリル、2,6−ジフルオロベンゾニトリル、2,4−ジクロロベンゾニトリル、2,4−ジフルオロベンゾニトリル、等を挙げることができる。   In order to give the Ar structure in the above general formula (1), which is a sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound of the present invention, a dihalogenated compound represented by the following general formula (7) or general formula (8) is included as a monomer. Aromatic nucleophilic substitution reactions can be used. In the formula, Y represents a sulfone group or a ketone group, X represents a monovalent cation species, and Z represents chlorine or fluorine. Specific examples of the compound represented by the general formula (7) include 3,3′-disulfo-4,4′-dichlorodiphenyl sulfone, 3,3′-disulfo-4,4′-difluorodiphenyl sulfone, 3, 3′-disulfo-4,4′-dichlorodiphenyl ketone, 3,3′-disulfo-4,4′-difluorodiphenyl ketone, and those whose sulfonic acid group is converted to a salt with a monovalent cationic species Can be mentioned. The monovalent cation species may be sodium, potassium, other metal species, various amines, or the like, but is not limited thereto. Examples of the compound represented by the general formula (8) include 2,6-dichlorobenzonitrile, 2,6-difluorobenzonitrile, 2,4-dichlorobenzonitrile, 2,4-difluorobenzonitrile, and the like. it can.

上述の芳香族求核置換反応において、上記一般式(7)、(8)以外に使用できる活性化ジフルオロ芳香族化合物やジクロロ芳香族化合物をモノマーとして、4,4’−ジクロロジフェニルスルホン、4,4’−ジフルオロジフェニルスルホン、4,4’−ジフルオロベンゾフェノン、4,4’−ジクロロベンゾフェノン、デカフルオロビフェニル、デカフルオロジフェニルエーテル、デカフルオロベンゾフェノン等が例示されるがこれらに制限されることなく、芳香族求核置換反応に活性のある他の芳香族ジハロゲン化合物、芳香族ジニトロ化合物、芳香族ジシアノ化合物なども使用することができる。また、これらの化合物は単独で使用しても良いが、2種以上の混合物として使用しても良い。これらのうち、一般式(7)および/または一般式(8)で示されるジハロゲン化化合物を用いることが好ましいと言える。   In the aromatic nucleophilic substitution reaction described above, 4,4′-dichlorodiphenylsulfone, 4,4′-dichlorodiphenylsulfone, which is an activated difluoroaromatic compound or dichloroaromatic compound that can be used in addition to the above general formulas (7) and (8), Examples include, but are not limited to, 4′-difluorodiphenyl sulfone, 4,4′-difluorobenzophenone, 4,4′-dichlorobenzophenone, decafluorobiphenyl, decafluorodiphenyl ether, decafluorobenzophenone, and aromatics. Other aromatic dihalogen compounds, aromatic dinitro compounds, aromatic dicyano compounds and the like that are active in nucleophilic substitution reactions can also be used. These compounds may be used alone or as a mixture of two or more. Among these, it can be said that it is preferable to use a dihalogenated compound represented by the general formula (7) and / or the general formula (8).

また、上述の一般式(2)で表される構成成分中のAr’および上述の一般式(3)で表される構成成分中のAr”として使用できる芳香族ジオール成分モノマーの例としては、4,4’−ビフェノール、ビス(4−ヒドロキシフェニル)スルホン、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)エタン、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)メタン、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ブタン、3,3−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ペンタン、2,2−ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジメチルフェニル)プロパン、ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジメチルフェニル)メタン、ビス(4−ヒドロキシ−2,5−ジメチルフェニル)メタン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)フェニルメタン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)ジフェニルメタン、9,9−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フルオレン、9,9−ビス(3−メチル−4−ヒドロキシフェニル)フルオレン、9,9−ビス(3−フェニル−4−ヒドロキシフェニル)フルオレン、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、ハイドロキノン、レゾルシン、1,4−ジヒドロキシナフタレン、1,8−ジヒドロキシナフタレン、1,5−ジヒドロキシナフタレン、1,6−ジヒドロキシナフタレン、1,7−ジヒドロキシナフタレン、2,6−ジヒドロキシナフタレン、2,7−ジヒドロキシナフタレン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)ケトン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)エーテル、ビス(4−ヒドロキシフェニル)チオエーテル等があげられるが、この他にも芳香族求核置換反応によるポリアリーレンエーテル系化合物の重合に用いることができる各種芳香族ジオールを使用することもできる。また、これらの芳香族ジオールには、メチル基、ハロゲン、シアノ基、スルホン酸基およびその塩化合物などの置換基が結合していても良い。置換基の種類は特に限定されることはなく、芳香環あたり0〜2個であることが好ましい。これら芳香族ジオールは、単独で使用することができる他、複数の芳香族ジオールを併用することも可能である。   Examples of aromatic diol component monomers that can be used as Ar ′ in the constituent represented by the general formula (2) and Ar ″ in the constituent represented by the general formula (3) include: 4,4′-biphenol, bis (4-hydroxyphenyl) sulfone, 1,1-bis (4-hydroxyphenyl) ethane, 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) propane, bis (4-hydroxyphenyl) methane 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) butane, 3,3-bis (4-hydroxyphenyl) pentane, 2,2-bis (4-hydroxy-3,5-dimethylphenyl) propane, bis (4- Hydroxy-3,5-dimethylphenyl) methane, bis (4-hydroxy-2,5-dimethylphenyl) methane, bis (4-hydroxyphenyl) phenyl Tan, bis (4-hydroxyphenyl) diphenylmethane, 9,9-bis (4-hydroxyphenyl) fluorene, 9,9-bis (3-methyl-4-hydroxyphenyl) fluorene, 9,9-bis (3-phenyl) -4-hydroxyphenyl) fluorene, 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) hexafluoropropane, hydroquinone, resorcin, 1,4-dihydroxynaphthalene, 1,8-dihydroxynaphthalene, 1,5-dihydroxynaphthalene, 1, 6-dihydroxynaphthalene, 1,7-dihydroxynaphthalene, 2,6-dihydroxynaphthalene, 2,7-dihydroxynaphthalene, bis (4-hydroxyphenyl) ketone, bis (4-hydroxyphenyl) ether, bis (4-hydroxyphenyl) ) Thioether In addition to these, various aromatic diols that can be used for the polymerization of polyarylene ether compounds by aromatic nucleophilic substitution reaction can also be used. Substituents such as a group, a halogen, a cyano group, a sulfonic acid group and a salt compound thereof may be bonded, and the kind of the substituent is not particularly limited, and may be 0 to 2 per aromatic ring. These aromatic diols can be used alone or in combination with a plurality of aromatic diols.

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

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

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

本発明のスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物を芳香族求核置換反応により重合する場合、上記一般式(7)、一般式(8)で例示されるような活性化ジフルオロ芳香族化合物及び/またはジクロロ芳香族化合物と芳香族ジオール類を塩基性化合物の存在下で反応させることで重合体を得ることができる。重合は、0〜350℃の温度範囲で行うことができるが、50〜250℃の温度であることが好ましい。0℃より低い場合には、十分に反応が進まない傾向にあり、350℃より高い場合には、ポリマーの分解も起こり始める傾向がある。反応は、無溶媒下で行うこともできるが、溶媒中で行うことが好ましい。使用できる溶媒としては、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、ジフェニルスルホン、スルホランなどを挙げることができるが、これらに限定されることはなく、芳香族求核置換反応において安定な溶媒として使用できるものであればよい。これらの有機溶媒は、単独でも2種以上の混合物として使用されても良い。塩基性化合物としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム等があげられるが、芳香族ジオール類を活性なフェノキシド構造にしうるものであれば、これらに限定されず使用することができる。芳香族求核置換反応においては、副生物として水が生成する場合がある。この際は、重合溶媒とは関係なく、トルエンなどを反応系に共存させて共沸物として水を系外に除去することもできる。水を系外に除去する方法としては、モレキュラーシーブなどの吸水材を使用することもできる。芳香族求核置換反応を溶媒中で行う場合、得られるポリマー濃度として5〜50質量%となるようにモノマーを仕込むことが好ましい。5質量%よりも少ない場合は、重合度が上がりにくい傾向がある。一方、50質量%よりも多い場合には、反応系の粘性が高くなりすぎ、反応物の後処理が困難になる傾向がある。重合は、モノマーを反応初期に一括して投入し、ランダム性の高い連鎖分布を持つポリマーにすることが好ましい。重合反応終了後は、反応溶液より蒸発によって溶媒を除去し、必要に応じて残留物を洗浄することによって、所望のポリマーが得られる。また、反応溶液を、ポリマーの溶解度が低い溶媒中に加えることによって、ポリマーを固体として沈殿させ、沈殿物の濾取によりポリマーを得ることもできる。必要に応じて、沈殿生成前に、濾過処理を行っても良い。   When the sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound of the present invention is polymerized by an aromatic nucleophilic substitution reaction, an activated difluoroaromatic compound as exemplified by the above general formula (7) and general formula (8) and / or Alternatively, a polymer can be obtained by reacting a dichloroaromatic compound and an aromatic diol in the presence of a basic compound. The polymerization can be carried out in the temperature range of 0 to 350 ° C., but is preferably 50 to 250 ° C. When the temperature is lower than 0 ° C., the reaction does not proceed sufficiently, and when the temperature is higher than 350 ° C., the polymer tends to be decomposed. The reaction can be carried out in the absence of a solvent, but is preferably carried out in a solvent. Examples of the solvent that can be used include N-methyl-2-pyrrolidone, N, N-dimethylacetamide, N, N-dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, diphenyl sulfone, sulfolane, and the like. And any solvent that can be used as a stable solvent in the aromatic nucleophilic substitution reaction. These organic solvents may be used alone or as a mixture of two or more. Examples of the basic compound include sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium carbonate, potassium carbonate, sodium hydrogen carbonate, potassium hydrogen carbonate, and the like, and those that can convert an aromatic diol into an active phenoxide structure may be used. It can use without being limited to. In the aromatic nucleophilic substitution reaction, water may be generated as a by-product. In this case, regardless of the polymerization solvent, water can be removed from the system as an azeotrope by coexisting toluene or the like in the reaction system. As a method for removing water out of the system, a water absorbing material such as molecular sieve can also be used. When the aromatic nucleophilic substitution reaction is carried out in a solvent, it is preferable to charge the monomer so that the resulting polymer concentration is 5 to 50% by mass. When the amount is less than 5% by mass, the degree of polymerization tends to be difficult to increase. On the other hand, when the amount is more than 50% by mass, the viscosity of the reaction system becomes too high, and the post-treatment of the reaction product tends to be difficult. For the polymerization, it is preferable to add monomers at the beginning of the reaction to form a polymer having a highly random chain distribution. After completion of the polymerization reaction, the solvent is removed from the reaction solution by evaporation, and the residue is washed as necessary to obtain the desired polymer. In addition, the polymer can be obtained by precipitating the polymer as a solid by adding the reaction solution in a solvent having low polymer solubility, and collecting the precipitate by filtration. If necessary, a filtration treatment may be performed before the precipitation.

また、本発明のスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物は、後で述べる方法により測定したポリマー対数粘度が0.1以上であることが好ましい。対数粘度が0.1よりも小さいと、イオン伝導膜として成形したときに、膜が脆くなりやすくなる。還元比粘度は、0.3以上であることがさらに好ましい。一方、還元比粘度が5を超えると、ポリマーの溶解が困難になるなど、加工性での問題が出てくるので好ましくない。なお、対数粘度を測定する溶媒としては、一般にN−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミドなどの極性有機溶媒を使用することができるが、これらに溶解性が低い場合には濃硫酸を用いて測定することもできる。   The sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound of the present invention preferably has a polymer log viscosity measured by a method described later of 0.1 or more. When the logarithmic viscosity is less than 0.1, the membrane is likely to be brittle when formed as an ion conductive membrane. The reduced specific viscosity is more preferably 0.3 or more. On the other hand, if the reduced specific viscosity exceeds 5, problems in processability such as difficulty in dissolving the polymer occur, which is not preferable. As the solvent for measuring the logarithmic viscosity, polar organic solvents such as N-methyl-2-pyrrolidone and N, N-dimethylacetamide can be generally used. Can also be measured.

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

上述の酸性基含有塩基性ポリマーとの組成物に使用されるものとしては、下記の式(9)で表される構成成分を含む酸性基含有ポリベンズイミダゾールが好ましい。   As a thing used for a composition with the above-mentioned acidic group containing basic polymer, the acidic group containing polybenzimidazole containing the structural component represented by following formula (9) is preferable.

式(9)においては、m1は、1から4の整数を表し、R1はイミダゾール環を形成できる4価の芳香族結合ユニットを、R2は2価の芳香族ユニットを表し、R1およびR2はいずれも芳香環の単環であっても複数の芳香環の結合体あるいは縮合環であってもよく、安定な置換基を有していてもよい。Z3は、スルホン酸基および/またはホスホン酸基を表し、その一部が塩構造となっていてもよい。 In Formula (9), m 1 represents an integer of 1 to 4, R 1 represents a tetravalent aromatic binding unit capable of forming an imidazole ring, R 2 represents a divalent aromatic unit, and R 1 Each of R 2 and R 2 may be a single aromatic ring, a conjugate of a plurality of aromatic rings or a condensed ring, and may have a stable substituent. Z 3 represents a sulfonic acid group and / or a phosphonic acid group, and a part thereof may have a salt structure.

上記の式(9)で示す構造を含む本発明における酸性基含有ポリベンズイミダゾール系化合物を合成する経路は特には限定されないが、通常は化合物中のイミダゾール環を形成し得る芳香族テトラミン類およびそれらの誘導体よりなる群から選ばれる一種以上の化合物と、芳香族ジカルボン酸およびその誘導体よりなる群から選ばれる一種以上の化合物との反応により合成することができる。その際、使用するジカルボン酸の少なくとも一部としてスルホン酸基やホスホン酸基、またはそれらの塩を含有するジカルボン酸を使用することで、得られるポリベンズイミダゾール中にスルホン酸基やホスホン酸基を導入することができる。スルホン酸基やホスホン酸基を含むジカルボン酸はそれぞれ一種以上組み合わせて使用することが出来るが、スルホン酸基含有ジカルボン酸とホスホン酸基含有ジカルボン酸を同時に使用することも可能である。   The route for synthesizing the acidic group-containing polybenzimidazole compound containing the structure represented by the above formula (9) is not particularly limited, but usually aromatic tetramines capable of forming an imidazole ring in the compound and those And one or more compounds selected from the group consisting of these derivatives and one or more compounds selected from the group consisting of aromatic dicarboxylic acids and derivatives thereof. At that time, by using a dicarboxylic acid containing a sulfonic acid group or a phosphonic acid group or a salt thereof as at least a part of the dicarboxylic acid to be used, a sulfonic acid group or a phosphonic acid group is added to the obtained polybenzimidazole. Can be introduced. One or more dicarboxylic acids containing a sulfonic acid group or a phosphonic acid group can be used in combination, but a sulfonic acid group-containing dicarboxylic acid and a phosphonic acid group-containing dicarboxylic acid can be used simultaneously.

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

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

本発明のスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物およびその樹脂組成物からイオン伝導膜を作製することもできる。イオン伝導膜を成形する手法として最も好ましいのは、溶液からのキャストであり、キャストした溶液から上記のように溶媒を除去してイオン伝導膜を得ることができる。当該溶液としてはN−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド等の有機溶媒を用いた溶液や、場合によってはアルコール系溶媒等も挙げることができる。溶媒の除去は、乾燥によることがイオン伝導膜の均一性からは好ましい。また、化合物や溶媒の分解や変質を避けるため、減圧下でできるだけ低い温度で乾燥することもできる。また、溶液の粘度が高い場合には、基板や溶液を加熱して高温でキャストすると溶液の粘度が低下して容易にキャストすることができる。キャストする際の溶液の厚みは特に制限されないが、10〜1500μmであることが好ましい。より好ましくは50〜500μmである。溶液の厚みが10μmよりも薄いとイオン伝導膜としての形態を保てなくなる傾向にあり、1500μmよりも厚いと不均一な高分子電解質膜ができやすくなる傾向にある。溶液のキャスト厚を制御する方法は公知の方法を用いることができる。例えば、アプリケーター、ドクターブレードなどを用いて一定の厚みにしたり、ガラスシャーレなどを用いてキャスト面積を一定にして溶液の量や濃度で厚みを制御することができる。キャストした溶液は、溶媒の除去速度を調整することでより均一な膜を得ることができる。例えば、加熱により溶媒除去する場合には最初の段階では低温にして蒸発速度を下げたりすることができる。また、水などの非溶媒に浸漬する場合には、溶液を空気中や不活性ガス中に適当な時間放置しておくなどして化合物の凝固速度や溶媒除去速度を調整することができる。本発明のイオン伝導膜は目的に応じて任意の膜厚にすることができるが、イオン伝導性の面からはできるだけ薄いことが好ましい。具体的には5〜250μmであることが好ましく、5〜100μmであることがさらに好ましく、5〜50μmであることが最も好ましい。イオン伝導膜の厚みが5μmより薄いとイオン伝導膜の取扱が困難となり燃料電池を作製した場合に短絡等が起こる傾向にあり、250μmよりも厚いとイオン伝導膜の電気抵抗値が高くなり燃料電池の発電性能が低下する傾向にある。イオン伝導膜として使用する場合、膜中のスルホン酸基は金属塩になっているものを含んでいても良いが、適当な酸処理によりフリーのスルホン酸に変換することもできる。この場合、硫酸、塩酸、等の水溶液中に加熱下あるいは加熱せずに膜を浸漬処理することで行うことも効果的である。また、イオン伝導膜のイオン伝導率は1.0x10-3S/cm以上であることが好ましい。イオン伝導率が1.0x10-3S/cm以上である場合には、そのイオン伝導膜を用いた燃料電池において良好な出力が得られる傾向にあり、1.0x10-3S/cm未満である場合には燃料電池の出力低下が起こる傾向にある。 An ion conductive membrane can also be produced from the sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound of the present invention and the resin composition thereof. The most preferable method for forming the ion conductive membrane is casting from a solution, and the ion conductive membrane can be obtained by removing the solvent from the cast solution as described above. Examples of the solution include a solution using an organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, dimethyl sulfoxide, and an alcohol solvent in some cases. . The removal of the solvent is preferably by drying from the uniformity of the ion conductive membrane. Moreover, in order to avoid decomposition | disassembly and alteration of a compound or a solvent, it can also dry at the lowest temperature possible under reduced pressure. Further, when the viscosity of the solution is high, when the substrate or the solution is heated and cast at a high temperature, the viscosity of the solution is lowered and the casting can be easily performed. The thickness of the solution at the time of casting is not particularly limited, but is preferably 10 to 1500 μm. More preferably, it is 50-500 micrometers. If the thickness of the solution is thinner than 10 μm, the form as an ion conductive membrane tends to be not maintained, and if it is thicker than 1500 μm, a non-uniform polymer electrolyte membrane tends to be easily formed. As a method for controlling the cast thickness of the solution, a known method can be used. For example, the thickness can be controlled with the amount and concentration of the solution with a constant thickness using an applicator, a doctor blade, or the like, and with a cast area constant using a glass petri dish or the like. The cast solution can obtain a more uniform film by adjusting the solvent removal rate. For example, when removing the solvent by heating, the evaporation rate can be reduced by lowering the temperature in the first stage. Further, when immersed in a non-solvent such as water, the coagulation rate and solvent removal rate of the compound can be adjusted by leaving the solution in air or an inert gas for an appropriate time. The ion conductive film of the present invention can have any film thickness depending on the purpose, but it is preferably as thin as possible from the viewpoint of ion conductivity. Specifically, it is preferably 5 to 250 μm, more preferably 5 to 100 μm, and most preferably 5 to 50 μm. If the thickness of the ion conductive membrane is less than 5 μm, handling of the ion conductive membrane becomes difficult and a short circuit or the like tends to occur when a fuel cell is produced. If the thickness of the ion conductive membrane is greater than 250 μm, the electric resistance value of the ion conductive membrane increases. The power generation performance tends to decrease. When used as an ion conductive membrane, the sulfonic acid group in the membrane may contain a metal salt, but it can be converted to free sulfonic acid by an appropriate acid treatment. In this case, it is also effective to immerse the membrane in an aqueous solution of sulfuric acid, hydrochloric acid, etc. with or without heating. The ion conductivity of the ion conductive film is preferably 1.0 × 10 −3 S / cm or more. When the ionic conductivity is 1.0 × 10 −3 S / cm or more, a good output tends to be obtained in a fuel cell using the ion conductive membrane, and is less than 1.0 × 10 −3 S / cm. In some cases, the output of the fuel cell tends to decrease.

本発明のイオン伝導膜は、メタノールを燃料とするダイレクトメタノール型燃料電池にも有用であることが特徴である。平均厚さ50μmの膜を作製し、5Mメタノール水溶液を用いて25℃で測定したメタノール透過速度が7mmol/m2・sec以下の値を示すイオン伝導膜が好ましい。メタノール透過速度は4mmol/m2・sec以下であればさらに好ましく、1mmol/m2・sec以下であればより好ましい。このようなメタノール透過性を示すときに特に優れた発電特性を示すためである。メタノール透過特性は膜厚に依存する場合があるため、メタノール透過性評価は平均厚み50μmの試料を作製して評価しているが、実際に燃料電池用イオン伝導膜として使用する際には、特に膜厚を限定しているわけではない。平均厚み50μmの膜とは、実質上は平均厚み48μmから平均厚み52μmの範囲に入っているものを示すものとする。 The ion conductive membrane of the present invention is also useful for direct methanol fuel cells using methanol as fuel. An ion conductive membrane having a methanol permeation rate of 7 mmol / m 2 · sec or less measured at 25 ° C. using a 5 M aqueous methanol solution and having an average thickness of 50 μm is preferable. The methanol permeation rate is more preferably 4 mmol / m 2 · sec or less, and more preferably 1 mmol / m 2 · sec or less. This is because power generation characteristics particularly excellent when such methanol permeability is exhibited. Since methanol permeation characteristics may depend on the film thickness, methanol permeability evaluation is performed by preparing a sample having an average thickness of 50 μm, but when actually used as an ion conductive membrane for a fuel cell, The film thickness is not limited. The film having an average thickness of 50 μm substantially indicates a film having an average thickness in the range of 48 μm to 52 μm.

本発明のスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物およびその樹脂組成物からイオン伝導膜において、熱および/または光により架橋する成分を含有している場合は、熱処理および/または光照射処理により架橋構造を導入することによりさらに寸法安定性に優れたものとすることができる。熱架橋させる際の加熱温度は、架橋性ポリアリーレンエーテルの構造、架橋基の種類、架橋基導入量などにより異なるが、通常150〜450℃、好ましくは200〜400℃である。加熱時間は加熱温度や架橋性ポリアリーレンエーテルの構造などにより異なるが、通常0.5〜50時間、好ましくは1〜24時間である。圧力は常圧、減圧、加圧のいずれでもかまわない。ガス雰囲気は空気雰囲気、窒素雰囲気、アルゴン雰囲気のいずれでもかまわない。加熱温度が高い場合には、スルホン酸基は塩の状態にして熱処理することが好ましい。また、光架橋する際に用いる光源としては、特に限定されないが、低圧水銀灯、高圧水銀灯、キセノンランプ、メタルハライド灯等を使用することができる。照射線量はポリマー構造およびその膜厚により異なるが、通常、100〜50000mJ/cm2、好ましくは300〜30000mJ/cm2である。 When the sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound of the present invention and the resin composition thereof contain a component that crosslinks by heat and / or light, the crosslinked structure is formed by heat treatment and / or light irradiation treatment. Introducing can further improve the dimensional stability. The heating temperature at the time of thermal crosslinking varies depending on the structure of the crosslinkable polyarylene ether, the type of crosslinking group, the amount of crosslinking group introduced, and the like, but is usually 150 to 450 ° C, preferably 200 to 400 ° C. The heating time varies depending on the heating temperature and the structure of the crosslinkable polyarylene ether, but is usually 0.5 to 50 hours, preferably 1 to 24 hours. The pressure may be normal pressure, reduced pressure, or increased pressure. The gas atmosphere may be an air atmosphere, a nitrogen atmosphere, or an argon atmosphere. When the heating temperature is high, the sulfonic acid group is preferably heat-treated in a salt state. The light source used for photocrosslinking is not particularly limited, and a low-pressure mercury lamp, a high-pressure mercury lamp, a xenon lamp, a metal halide lamp, or the like can be used. The irradiation dose may vary depending on the polymer structure and its thickness, usually, 100~50000mJ / cm 2, preferably 300~30000mJ / cm 2.

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

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

以下本発明を実施例を用いて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されることはない。なお、各種測定は次のように行った。
溶液粘度:ポリマー粉末を0.5g/dlの濃度でN−メチルピロリドンに溶解し、30℃の恒温槽中でウベローデ型粘度計を用いて粘度測定を行い、対数粘度ln[ta/tb]/c)で評価した(taは試料溶液の落下秒数、tbは溶媒のみの落下秒数、cはポリマー濃度)。
TGA:島津製作所製熱重量測定計(TGA-50)を用い、アルゴン雰囲気中、昇温速度10℃/minで測定を行った(途中、150℃で30分保持して水分を十分除去する)。
イオン伝導性測定:自作測定用プローブ(テフロン(登録商標)製)上で短冊状膜試料の表面に白金線(直径:0.2mm)を押しあて、80℃95%RHの恒温・恒湿オーブン(株式会社ナガノ科学機械製作所、LH−20−01)中に試料を保持し、白金線間のインピーダンスをSOLARTRON社1250FREQUENCY RESPONSE ANALYSERにより測定した。極間距離を変化させて測定し、極間距離とC−Cプロットから見積もられる抵抗測定値をプロットした勾配から以下の式により膜と白金線間の接触抵抗をキャンセルした導電率を算出した。また、測定プローブを25℃に保った超純水中に浸漬することで同様の測定を行い、水中プロトン導電率も算出した。
導電率[S/cm]=1/膜幅[cm]x膜厚[cm]x抵抗極間勾配[Ω/cm]
スルホン酸基含有量:窒素雰囲気下で一晩乾燥した試料の重量をはかり、水酸化ナトリウム水溶液と撹拌処理した後、塩酸水溶液による逆滴定でイオン交換容量(IEC)を求めた。
メタノール透過速度:25℃に調整した5M(モル/リットル)のメタノール水溶液に24時間浸漬した膜をH型セルに挟み込み、セルの片側に100mlの5Mメタノール水溶液を、他方のセルに100mlの超純水(18MΩ・cm)を注入し、25℃で両側のセルを撹拌しながら、イオン交換膜を通って超純水中に拡散してくるメタノール量をガスクロマトグラフを用いて測定することで算出した(イオン交換膜の面積は、2.0cm2)。
吸水率:減圧乾燥処理した試料の重さを量り取り、80℃の水中に1時間浸漬した。取りだした試料表面の付着水を拭き取った後、重量を測定した。乾燥重量に対する重量増加率を吸水率として求めた。
引張試験:20℃相対湿度65%での引張試験は東洋ボールドウィン製テンシロンUTMIIを、20℃水中での引張試験は東洋ボールドウィン製テンシロンUTMIIIを用いて、大きさを揃えて切り出したフィルム片を用いて測定した。
発電評価:Pt/Ru触媒担持カーボン(田中貴金属工業株式会社TEC61E54)に少量の超純水およびイソプロピルアルコールを加えて湿らせた後、デュポン社製20%ナフィオン(登録商標)溶液(品番:SE−20192)を、Pt/Ru触媒担持カーボンとナフィオンの重量比が2.5:1になるように加えた。次いで撹拌してアノード用触媒ペーストを調製した。この触媒ペーストを、ガス拡散層となる東レ製カーボンペーパーTGPH−060に白金の付着量が2mg/cm2になるようにスクリーン印刷により塗布乾燥して、アノード用電極触媒層付きカーボンペーパーを作製した。また、Pt触媒担持カーボン(田中貴金属工業株式会社TEC10V40E)に少量の超純水およびイソプロピルアルコールを加えて湿らせた後、デュポン社製20%ナフィオン溶液(品番:SE−20192)を、Pt触媒担持カーボンとナフィオンの重量比が2.5:1となるように加え、撹拌してカソード用触媒ペーストを調製した。この触媒ペーストを、撥水加工を施した東レ製カーボンペーパーTGPH−060に白金の付着量が1mg/cm2となるように塗布・乾燥して、カソード用電極触媒層付きカーボンペーパーを作製した。上記2種類の電極触媒層付きカーボンペーパーの間に、膜試料を、電極触媒層が膜試料に接するように挟み、ホットプレス法により130℃、8MPaにて3分間加圧、加熱することにより、膜−電極接合体とした。この接合体をElectrochem社製評価用燃料電池セルFC25−02SPに組み込み、燃料電池発電試験機(株式会社東陽テクニカ製)を用いて発電試験を行った。発電は、セル温度40℃で、アノードおよびカソードにそれぞれ40℃に調整した2mol/lのメタノール水溶液(1.5ml/min)および高純度酸素ガス(80ml/min)を供給しながら行った。
EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated concretely using an Example, this invention is not limited to these Examples. Various measurements were performed as follows.
Solution viscosity: The polymer powder was dissolved in N-methylpyrrolidone at a concentration of 0.5 g / dl, the viscosity was measured using an Ubbelohde viscometer in a constant temperature bath at 30 ° C., and the logarithmic viscosity ln [ta / tb] / Evaluation was made in c) (ta is the number of seconds that the sample solution was dropped, tb was the number of seconds that the solvent was dropped, and c was the polymer concentration).
TGA: Using a thermogravimetry meter (TGA-50) manufactured by Shimadzu Corporation, measurement was performed in an argon atmosphere at a heating rate of 10 ° C./min (while maintaining at 150 ° C. for 30 minutes to sufficiently remove moisture) .
Ion conductivity measurement: A platinum wire (diameter: 0.2 mm) is pressed against the surface of a strip-shaped membrane sample on a self-made measurement probe (Teflon (registered trademark)), and a constant temperature and humidity oven at 80 ° C. and 95% RH. The sample was held in (Nagano Scientific Machinery Co., Ltd., LH-20-01), and the impedance between the platinum wires was measured by SOLARTRON 1250 FREQUENCY RESPONSE ANALYSER. The measurement was performed while changing the distance between the electrodes, and the conductivity obtained by canceling the contact resistance between the film and the platinum wire was calculated from the gradient obtained by plotting the distance measured between the electrodes and the resistance measurement value estimated from the CC plot. Moreover, the same measurement was performed by immersing the measurement probe in ultrapure water kept at 25 ° C., and proton conductivity in water was also calculated.
Conductivity [S / cm] = 1 / film width [cm] × film thickness [cm] × resistance interelectrode gradient [Ω / cm]
Sulfonic acid group content: A sample dried overnight under a nitrogen atmosphere was weighed, stirred with an aqueous sodium hydroxide solution, and then ion exchange capacity (IEC) was determined by back titration with an aqueous hydrochloric acid solution.
Methanol permeation rate: A membrane immersed in a 5M (mol / liter) methanol aqueous solution adjusted to 25 ° C. for 24 hours is sandwiched between H-type cells, 100 ml of 5M methanol aqueous solution is placed on one side of the cell, and 100 ml of ultrapure is placed on the other cell It was calculated by injecting water (18 MΩ · cm) and measuring the amount of methanol diffusing into the ultrapure water through the ion exchange membrane while stirring the cells on both sides at 25 ° C. (The area of the ion exchange membrane is 2.0 cm 2 ).
Water absorption: The sample dried under reduced pressure was weighed and immersed in water at 80 ° C. for 1 hour. After wiping off the adhering water on the sample surface, the weight was measured. The weight increase rate relative to the dry weight was determined as the water absorption rate.
Tensile test: Tensilon UTMII manufactured by Toyo Baldwin is used for tensile tests at 20 ° C and 65% relative humidity, and Tensilon UTMIII manufactured by Toyo Baldwin is used for tensile tests in water at 20 ° C. It was measured.
Power generation evaluation: After adding a small amount of ultrapure water and isopropyl alcohol to a Pt / Ru catalyst-supported carbon (TEC 61E54, Tanaka Kikinzoku Kogyo Co., Ltd.) and moistening, a 20% Nafion (registered trademark) solution manufactured by DuPont (product number: SE-) Was added so that the weight ratio of Pt / Ru catalyst-supported carbon to Nafion was 2.5: 1. Next, stirring was performed to prepare an anode catalyst paste. The catalyst paste was applied and dried by screen printing on carbon paper TGPH-060 manufactured by Toray as a gas diffusion layer so that the amount of platinum deposited was 2 mg / cm 2 , thereby producing a carbon paper with an electrode catalyst layer for anode. . Further, after adding a small amount of ultrapure water and isopropyl alcohol to a Pt catalyst-supporting carbon (Tanaka Kikinzoku Kogyo Co., Ltd. TEC10V40E) and moistening it, a DuPont 20% Nafion solution (product number: SE-20192) is added to the Pt catalyst-supporting carbon. A cathode catalyst paste was prepared by adding carbon and Nafion at a weight ratio of 2.5: 1 and stirring. This catalyst paste was applied and dried on a carbon paper TGPH-060 manufactured by Toray made with a water-repellent finish so that the amount of platinum deposited was 1 mg / cm 2 , thereby producing a carbon paper with an electrode catalyst layer for cathode. By sandwiching the membrane sample between the two types of carbon paper with the electrode catalyst layer so that the electrode catalyst layer is in contact with the membrane sample, by pressurizing and heating at 130 ° C. and 8 MPa for 3 minutes by a hot press method, A membrane-electrode assembly was obtained. This joined body was incorporated into an evaluation fuel cell FC25-02SP manufactured by Electrochem, and a power generation test was performed using a fuel cell power generation tester (manufactured by Toyo Corporation). Power generation was performed at a cell temperature of 40 ° C. while supplying a 2 mol / l aqueous methanol solution (1.5 ml / min) and high-purity oxygen gas (80 ml / min) adjusted to 40 ° C. to the anode and cathode, respectively.

実施例1
3,3’−ジスルホ−4,4’−ジクロロジフェニルスルホン2ナトリウム塩(略号:S−DCDPS)10.4732g(0.021246mole)、2,6−ジクロロベンゾニトリル(略号:DCBN)13.7481g(0.079926mole)、4,4’−ビフェノール15.0714g(0.080938mole)、1,7−ジヒドロキシナフタレン−3−スルホン酸ナトリウム5.3059g(0.0202345mole)、炭酸カリウム16.0804g(0.080938mole)を200ml四つ口フラスコに計り取り、窒素を流した。124mlのN−メチル−2−ピロリドンを入れて、加熱撹拌し、反応温度を195−200℃に上昇させて12時間反応させた。放冷の後、重合液を水中に注いでポリマーをストランド状に沈殿させた。得られたポリマーは、1日新鮮な水に浸漬後、乾燥した。ポリマーの対数粘度は0.67を示した。
ポリマー9gをNMP21mlに溶解し、ホットプレート上ガラス板に約450μm厚にキャストし、フィルム状になるまでNMPを留去した後、水中に一晩以上浸漬した。得られたフィルムは、希硫酸(濃硫酸6ml、水300ml)中で1日浸漬処理して塩をはずした後、純水中に1時間づつ2回浸漬することで酸成分を除去し、乾燥した。本フィルムのイオン伝導性を測定したところ80℃95%RHにおいて0.16S/cm、25℃水中において0.06S/cmの値を示した。本フィルムの熱重量測定による減量開始温度(200℃での試料重量を基準にして測定)は297℃、3%重量減少温度は379℃であった。滴定で求めたIECは1.48を示した。本フィルムを80℃の熱水に1時間浸漬したところ、吸水率は38%を示した。メタノール透過速度は3.7mmol/m2・secを示した。また、本フィルムの引張り試験を行ったところ、20℃、65%RH条件下では弾性率1.47GPa、強度52MPa、20℃水浸漬条件では弾性率0.26GPa、強度32MPa、伸度97%であった。図1に本フィルムのIRスペクトルを示す。
Example 1
3,3′-disulfo-4,4′-dichlorodiphenylsulfone disodium salt (abbreviation: S-DCDPS) 10.7322 g (0.021246 mole), 2,6-dichlorobenzonitrile (abbreviation: DCBN) 13.7481 g ( 0.079926 mole), 4,4′-biphenol 15.0714 g (0.080938 mole), 1,7-dihydroxynaphthalene-3-sulfonic acid sodium 5.3059 g (0.0202345 mole), potassium carbonate 16.0804 g (0.080938 mole) ) Was weighed into a 200 ml four-necked flask and flushed with nitrogen. 124 ml of N-methyl-2-pyrrolidone was added and the mixture was stirred with heating, the reaction temperature was raised to 195-200 ° C., and the reaction was carried out for 12 hours. After allowing to cool, the polymerization solution was poured into water to precipitate the polymer into strands. The obtained polymer was dipped in fresh water for one day and then dried. The logarithmic viscosity of the polymer was 0.67.
9 g of the polymer was dissolved in 21 ml of NMP, cast to a thickness of about 450 μm on a glass plate on a hot plate, NMP was distilled off until it became a film, and then immersed in water overnight. The obtained film was immersed in dilute sulfuric acid (6 ml of concentrated sulfuric acid, 300 ml of water) for 1 day to remove the salt, and then immersed in pure water twice for 1 hour to remove the acid component and dried. did. When the ion conductivity of this film was measured, it showed a value of 0.16 S / cm at 80 ° C. and 95% RH and 0.06 S / cm in 25 ° C. water. The weight loss starting temperature (measured based on the sample weight at 200 ° C.) by thermogravimetry of this film was 297 ° C., and the 3% weight reduction temperature was 379 ° C. The IEC determined by titration was 1.48. When this film was immersed in hot water at 80 ° C. for 1 hour, the water absorption was 38%. The methanol permeation rate was 3.7 mmol / m 2 · sec. Further, when a tensile test of this film was performed, the elastic modulus was 1.47 GPa and the strength was 52 MPa at 20 ° C. and 65% RH, and the elastic modulus was 0.26 GPa, the strength was 32 MPa, and the elongation was 97% under 20 ° C. water immersion conditions. there were. FIG. 1 shows the IR spectrum of this film.

実施例2
S−DCDPS7.9965g(0.016278mole)、DCBN15.8665g(0.09224mole)、4,4’−ビフェノール14.1452g(0.075965mole)、1,7−ジヒドロキシナフタレン−3−スルホン酸ナトリウム8.5368g(0.032556mole)、炭酸カリウム17.2483g(0.12480mole)を200ml四つ口フラスコに計り取り、窒素を流した。130mlのN−メチル−2−ピロリドンを入れて、加熱撹拌し、反応温度を195−200℃に上昇させて15時間反応させた。放冷の後、重合液を水中に注いでポリマーをストランド状に沈殿させた。得られたポリマーは、1日新鮮な水に浸漬後、乾燥した。ポリマーの対数粘度は0.47を示した。
得られたポリマーを実施例1と同様にして製膜してフィルムを得た。本フィルムのイオン伝導性を測定したところ80℃95%RHにおいて0.11S/cm、25℃水中において0.05S/cmの値を示した。本フィルムの熱重量測定による減量開始温度(200℃での試料重量を基準にして測定)は317℃、3%重量減少温度は383℃であった。滴定で求めたIECは1.37を示した。本フィルムを80℃の熱水に1時間浸漬したところ、吸水率は34%を示した。メタノール透過速度は2.8mmol/m2・secを示した。
Example 2
S-DCDPS 7.9965 g (0.016278 mole), DCBN 15.58665 g (0.09224 mole), 4,4′-biphenol 14.1452 g (0.075965 mole), 1,7-dihydroxynaphthalene-3-sulfonic acid sodium 8.5368 g (0.032556 mole) and 17.2483 g (0.12480 mole) of potassium carbonate were weighed into a 200 ml four-necked flask and flushed with nitrogen. 130 ml of N-methyl-2-pyrrolidone was added, and the mixture was heated and stirred, and the reaction temperature was raised to 195 to 200 ° C. and reacted for 15 hours. After allowing to cool, the polymerization solution was poured into water to precipitate the polymer into strands. The obtained polymer was dipped in fresh water for one day and then dried. The logarithmic viscosity of the polymer was 0.47.
The obtained polymer was formed in the same manner as in Example 1 to obtain a film. When the ion conductivity of this film was measured, it showed a value of 0.11 S / cm at 80 ° C. and 95% RH and 0.05 S / cm in water at 25 ° C. The weight loss starting temperature (measured based on the sample weight at 200 ° C.) by thermogravimetry of this film was 317 ° C., and the 3% weight reduction temperature was 383 ° C. The IEC determined by titration was 1.37. When this film was immersed in hot water at 80 ° C. for 1 hour, the water absorption was 34%. The methanol permeation rate was 2.8 mmol / m 2 · sec.

実施例3
S−DCDPS3.2888g(0.0066948mole)、DCBN10.3640g(0.060252mole)、4,4’−ビフェノール7.6792g(0.041239mole)、1,7−ジヒドロキシナフタレン−3−スルホン酸ナトリウム6.7411g(0.025708mole)、炭酸カリウム10.6407g(0.076989mole)を200ml四つ口フラスコに計り取り、窒素を流した。77mlのN−メチル−2−ピロリドンを入れて、加熱撹拌し、反応温度を195−200℃に上昇させて15時間反応させた。放冷の後、重合液を水中に注いでポリマーをストランド状に沈殿させた。得られたポリマーは、1日新鮮な水に浸漬後、乾燥した。ポリマーの対数粘度は0.37を示した。
得られたポリマーを実施例1と同様にして製膜してフィルムを得た。本フィルムのイオン伝導性を測定したところ80℃95%RHにおいて0.11S/cm、25℃水中において0.04S/cmの値を示した。本フィルムの熱重量測定による減量開始温度(200℃での試料重量を基準にして測定)は309℃、3%重量減少温度は371℃であった。滴定で求めたIECは1.41を示した。本フィルムを80℃の熱水に1時間浸漬したところ、吸水率は30%を示した。メタノール透過速度は2.8mmol/m2・secを示した。
Example 3
S-DCDPS 3.2888 g (0.0066948 mole), DCBN 10.3640 g (0.060252 mole), 4,4′-biphenol 7.6792 g (0.041239 mole), sodium 1,7-dihydroxynaphthalene-3-sulfonate 6.7411 g (0.025708 mole) and 10.6407 g (0.076989 mole) of potassium carbonate were weighed into a 200 ml four-necked flask and flushed with nitrogen. 77 ml of N-methyl-2-pyrrolidone was added, and the mixture was heated and stirred, and the reaction temperature was raised to 195 to 200 ° C. to react for 15 hours. After allowing to cool, the polymerization solution was poured into water to precipitate the polymer into strands. The obtained polymer was dipped in fresh water for one day and then dried. The logarithmic viscosity of the polymer was 0.37.
The obtained polymer was formed in the same manner as in Example 1 to obtain a film. When the ionic conductivity of this film was measured, it showed a value of 0.11 S / cm at 80 ° C. and 95% RH and 0.04 S / cm in 25 ° C. water. The weight loss starting temperature (measured based on the sample weight at 200 ° C.) by thermogravimetry of this film was 309 ° C., and the 3% weight reduction temperature was 371 ° C. The IEC determined by titration was 1.41. When this film was immersed in hot water at 80 ° C. for 1 hour, the water absorption was 30%. The methanol permeation rate was 2.8 mmol / m 2 · sec.

実施例4
DCBN9.2391g(0.05371mole、4,4’−ビフェノール4.5008g(0.02417mole)、1,7−ジヒドロキシナフタレン−3−スルホン酸ナトリウム7.7465g(0.02754mole)、炭酸カリウム8.5371g(0.06177mole)を200ml四つ口フラスコに計り取り、窒素を流した。60mlのN−メチル−2−ピロリドンを入れて、加熱撹拌し、反応温度を195−200℃に上昇させて16時間反応させた。放冷の後、重合液を水中に注いでポリマーをストランド状に沈殿させた。得られたポリマーは、1日新鮮な水に浸漬後、乾燥した。ポリマーの対数粘度は0.24を示した。
Example 4
DCBN 9.2391 g (0.05371 mole, 4,4′-biphenol 4.5008 g (0.02417 mole), 1,7-dihydroxynaphthalene-3-sulfonic acid sodium 7.7465 g (0.02754 mole), potassium carbonate 8.5371 g ( 0.06177 mole) was weighed into a 200 ml four-necked flask and flushed with nitrogen, charged with 60 ml of N-methyl-2-pyrrolidone, heated and stirred, and the reaction temperature was raised to 195-200 ° C. for 16 hours. After allowing to cool, the polymerization solution was poured into water to precipitate the polymer into strands, and the resulting polymer was dipped in fresh water for one day and dried.The logarithmic viscosity of the polymer was 0.24. showed that.

実施例5
S−DCDPS9.4855g(0.019309mole)、DCBN13.2853g(0.077236mole)、4,4’−ビフェノール16.0000g(0.085924mole)、1,7−ジヒドロキシナフタレン−3,6−ジスルホン酸二ナトリウム3.8684g(0.010620mole)、炭酸カリウム15.3449g(0.11103mole)を200ml四つ口フラスコに計り取り、窒素を流した。120mlのN−メチル−2−ピロリドンを入れて、加熱撹拌し、反応温度を195−200℃に上昇させて20時間反応させた。放冷の後、重合液を水中に注いでポリマーをストランド状に沈殿させた。得られたポリマーは、1日新鮮な水に浸漬後、乾燥した。ポリマーの対数粘度0.51のポリマーが得られた。
Example 5
S-DCDPS 9.4855 g (0.019309 mole), DCBN 13.2853 g (0.077236 mole), 4,4′-biphenol 16.0000 g (0.085924 mole), disodium 1,7-dihydroxynaphthalene-3,6-disulfonate 3.8684 g (0.010620 mole) and 15.3449 g (0.11103 mole) of potassium carbonate were weighed into a 200 ml four-necked flask and flushed with nitrogen. 120 ml of N-methyl-2-pyrrolidone was added, and the mixture was heated and stirred, and the reaction temperature was raised to 195 to 200 ° C. to react for 20 hours. After allowing to cool, the polymerization solution was poured into water to precipitate the polymer into strands. The obtained polymer was dipped in fresh water for one day and then dried. A polymer having a logarithmic viscosity of 0.51 was obtained.

比較例1
S−DCDPS66.9637g(0.13631mole)、DCBN47.6049g(0.27676mole)、4,4’−ビフェノール76.5331g(0.4110mole)、炭酸カリウム65.3256g(0.47265mole)を1リットル四つ口フラスコに計り取り、窒素を流した。535mlのN−メチル−2−ピロリドンを入れて、加熱撹拌し、反応温度を195−200℃に上昇させて5時間反応させた。放冷の後、重合液を水中に注いでポリマーをストランド状に沈殿させた。得られたポリマーは、1日新鮮な水に浸漬後、乾燥した。ポリマーの対数粘度1.63のポリマーが得られた。
得られたポリマーを実施例1と同様にして製膜してフィルムを得た。本フィルムのイオン伝導性を測定したところ80℃95%RHにおいて0.14S/cm、25℃水中において0.06S/cmの値を示した。滴定で求めたIECは1.61を示した。本フィルムを80℃の熱水に1時間浸漬したところ、吸水率は46%を示した。メタノール透過速度は4.4mmol/m2・secを示した。
Comparative Example 1
Four 1 liters of S-DCDPS 66.9937 g (0.13631 mole), DCBN 47.6049 g (0.27676 mole), 4,4′-biphenol 76.5331 g (0.4110 mole), potassium carbonate 65.3256 g (0.47265 mole) Weighed into a neck flask and flushed with nitrogen. 535 ml of N-methyl-2-pyrrolidone was added, and the mixture was heated and stirred, and the reaction temperature was raised to 195 to 200 ° C. to react for 5 hours. After allowing to cool, the polymerization solution was poured into water to precipitate the polymer into strands. The obtained polymer was dipped in fresh water for one day and then dried. A polymer having a logarithmic viscosity of 1.63 was obtained.
The obtained polymer was formed in the same manner as in Example 1 to obtain a film. When the ion conductivity of this film was measured, it showed a value of 0.14 S / cm at 80 ° C. and 95% RH and 0.06 S / cm in water at 25 ° C. The IEC determined by titration was 1.61. When this film was immersed in hot water at 80 ° C. for 1 hour, the water absorption was 46%. The methanol permeation rate was 4.4 mmol / m 2 · sec.

実施例6
3,3’,4,4’−テトラアミノジフェニルスルホン1.500g(5.389×10-3mole)、2,5−ジカルボキシベンゼンスルホン酸1.445g(5.389×10-3mole)、ポリリン酸(五酸化リン含量75%)20.5g、五酸化リン16.5gを重合容器に量り取る。窒素を流し、オイルバス上ゆっくり撹拌しながら100℃まで昇温 する。100℃で1時間保持した後、150℃に昇温 して1時間、200℃に昇温 して4時間重合した。重合終了後放冷し、水を加えて重合物を取り出し、家庭用ミキサーを用いてpH試験紙中性になるまで水洗を繰り返した。得られたポリマーは80℃で終夜減圧乾燥した。ポリマーの対数粘度は、1.33を示した。本ポリマー1gを10mlのN−メチル−2−ピロリドンに加熱溶解し、実施例1で作製した製膜用溶液と混合した後、キャスト厚みを調整し対外は実施例1と同様にして厚さ50μmのフィルムを作製した。本フィルムのイオン伝導性を測定したところ25℃水中において0.04S/cmの値を示した。メタノール透過速度は2.9mmol/m2・secを示した。
Example 6
3,3 ', 4,4'-tetra-diaminodiphenyl sulfone 1.500g (5.389 × 10 -3 mole) , 2,5- dicarboxylate benzenesulfonic acid 1.445g (5.389 × 10 -3 mole) 20.5 g of polyphosphoric acid (phosphorus pentoxide content: 75%) and 16.5 g of phosphorus pentoxide are weighed into a polymerization vessel. Flow nitrogen and raise the temperature to 100 ° C while stirring gently on an oil bath. After maintaining at 100 ° C. for 1 hour, the temperature was raised to 150 ° C. for 1 hour, and the temperature was raised to 200 ° C. and polymerized for 4 hours. After completion of the polymerization, the mixture was allowed to cool, water was added, the polymer was taken out, and washing with water was repeated until the pH test paper became neutral using a home mixer. The obtained polymer was dried under reduced pressure at 80 ° C. overnight. The logarithmic viscosity of the polymer was 1.33. 1 g of this polymer was dissolved in 10 ml of N-methyl-2-pyrrolidone by heating and mixed with the film-forming solution prepared in Example 1, the cast thickness was adjusted, and the outside was 50 μm thick as in Example 1. A film was prepared. When the ion conductivity of this film was measured, it showed a value of 0.04 S / cm in 25 ° C. water. The methanol permeation rate was 2.9 mmol / m 2 · sec.

実施例7
3,3’,4,4‘−テトラアミノジフェニルスルホン1.830g(6.575×10-3mole)、3,5−ジカルボキシフェニルホスホン酸1.084g(4.405×10-3mole)、テレフタル酸0.360g(2.170×10-3mole)、ポリリン酸(五酸化リン含量75%)20.5g、五酸化リン16.5gを重合容器に量り取る。窒素を流し、オイルバス上ゆっくり撹拌しながら100℃まで昇温 する。100℃で1時間保持した後、150℃に昇温 して1時間、200℃に昇温 して7時間重合した。重合終了後放冷し、水を加えて重合物を取り出し、家庭用ミキサーを用いてpH試験紙中性になるまで水洗を繰り返した。得られたポリマーは80℃で終夜減圧乾燥した。硫酸を用いて測定したポリマーの対数粘度は、1.07を示した。
本ポリマー1gを用いて実施例6と同様にしてブレンドフィルムを作製した。本フィルムのイオン伝導性を測定したところ25℃水中において0.04S/cmの値を示した。メタノール透過速度は2.6mmol/m2・secを示した。
Example 7
3,3 ', 4,4'-tetra-diaminodiphenyl sulfone 1.830g (6.575 × 10 -3 mole) , 3,5- dicarboxyphenyl phosphonic acid 1.084g (4.405 × 10 -3 mole) , 0.360 g (2.170 × 10 −3 mole) of terephthalic acid, 20.5 g of polyphosphoric acid (phosphorus pentoxide content: 75%) and 16.5 g of phosphorus pentoxide are weighed in a polymerization vessel. Flow nitrogen and raise the temperature to 100 ° C while stirring gently on an oil bath. After maintaining at 100 ° C. for 1 hour, the temperature was raised to 150 ° C. for 1 hour, and the temperature was raised to 200 ° C. and polymerized for 7 hours. After completion of the polymerization, the mixture was allowed to cool, and water was added to take out the polymerized product, followed by repeated washing with a home mixer until the pH test paper was neutral. The obtained polymer was dried under reduced pressure at 80 ° C. overnight. The logarithmic viscosity of the polymer measured using sulfuric acid was 1.07.
A blend film was produced in the same manner as in Example 6 using 1 g of this polymer. When the ion conductivity of this film was measured, it showed a value of 0.04 S / cm in 25 ° C. water. The methanol permeation rate was 2.6 mmol / m 2 · sec.

実施例8
4,4’−ジクロロジフェニルスルホン88.485gg(0.30814mole)、4,4’−ビフェノール13.197g(0.07087mole)、1,7−ジヒドロキシナフタレン−3−スルホン酸ナトリウム62.216g(0.23727mole)、炭酸カリウム48.976g(0.35436mole)を2000ml四つ口フラスコに計り取り、窒素を流した。500mlのN−メチル−2−ピロリドンを入れて、加熱撹拌し、反応温度を195−200℃に上昇させて19時間反応させた。放冷の後、重合液を水中に注いでポリマーをストランド状に沈殿させた。得られたポリマーは、1日新鮮な水に浸漬後、乾燥した。ポリマーの対数粘度は0.51を示した。
本ポリマー4.5gと比較例1で得られたポリマー4.5gを混合し、実施例1と同様にして製膜してフィルムを得た。本フィルムのイオン伝導性を測定したところ80℃95%RHにおいて0.12S/cm、25℃水中において0.06S/cmの値を示した。滴定で求めたIECは1.59を示した。メタノール透過速度は3.2mmol/m2・secを示した。
Example 8
88.485 gg (0.30814 mole) of 4,4′-dichlorodiphenylsulfone, 13.197 g (0.07087 mole) of 4,4′-biphenol, 62.216 g of sodium 1,7-dihydroxynaphthalene-3-sulfonate (0. 23727 mole) and 48.976 g (0.35436 mole) of potassium carbonate were weighed into a 2000 ml four-necked flask and flushed with nitrogen. 500 ml of N-methyl-2-pyrrolidone was added, and the mixture was heated and stirred, and the reaction temperature was raised to 195 to 200 ° C. and reacted for 19 hours. After allowing to cool, the polymerization solution was poured into water to precipitate the polymer into strands. The obtained polymer was dipped in fresh water for one day and then dried. The logarithmic viscosity of the polymer was 0.51.
4.5 g of this polymer and 4.5 g of the polymer obtained in Comparative Example 1 were mixed, and a film was obtained in the same manner as in Example 1. When the ionic conductivity of this film was measured, it showed a value of 0.12 S / cm at 80 ° C. and 95% RH and 0.06 S / cm in 25 ° C. water. The IEC determined by titration was 1.59. The methanol permeation rate was 3.2 mmol / m 2 · sec.

実施例9
実施例1で作製したフィルムを用いて発電評価を実施したところ、100mAの電流密度において0.34Vと、良好な発電特性が得られた。
Example 9
When power generation evaluation was performed using the film produced in Example 1, good power generation characteristics of 0.34 V at a current density of 100 mA were obtained.

実施例10
上述の膜―電極接合体の作製において、ナフィオン溶液の代わりに、実施例1で合成したポリマーの10%N−メチル−2−ピロリドン溶液を用いて膜―電極接合体を作製した。得られたものは、電極のはがれのない良好な接合体であった。
Example 10
In the production of the membrane-electrode assembly described above, a membrane-electrode assembly was produced using the 10% N-methyl-2-pyrrolidone solution of the polymer synthesized in Example 1 instead of the Nafion solution. What was obtained was a good bonded body without electrode peeling.

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

実施例1に記載のフィルムのIRスペクトル。IR spectrum of the film described in Example 1.

Claims (10)

分子鎖内に一般式(1)で示される構成成分を有し、かつ一般式(2)および一般式(3)で示される構成成分を有することを特徴とするポリアリーレンエーテル系化合物。
ただし、Xは水素または1価のカチオン種を示し、m、nは0または1であり、m+nは0ではない。Arは置換基を含んでいても良い二価の芳香族基を示す。
ただし、Yはスルホン基またはケトン基、XはHまたは1価のカチオン種を示す。Ar',Ar"は置換基を含んでいても良い2価の芳香族基を示し、上記一般式(1)の構造を与えるスルホン酸基含有ナフチレン構造を含んでいても良い。
A polyarylene ether compound having a constituent represented by the general formula (1) in the molecular chain and a constituent represented by the general formula (2) and the general formula (3).
X represents hydrogen or a monovalent cation species, m and n are 0 or 1, and m + n is not 0. Ar represents a divalent aromatic group which may contain a substituent.
Y represents a sulfone group or a ketone group, and X represents H or a monovalent cation species. Ar ′ and Ar ″ each represent a divalent aromatic group that may contain a substituent, and may contain a sulfonic acid group-containing naphthylene structure that gives the structure of the general formula (1).
スルホン酸基含有量が、0.3〜3.5meq/gの範囲にあることを特徴とする請求項1に記載のポリアリーレンエーテル系化合物。   The polyarylene ether compound according to claim 1, wherein the sulfonic acid group content is in the range of 0.3 to 3.5 meq / g. 請求項1〜2のいずれかに記載のポリアリーレンエーテル系化合物を50質量%以上100質量%未満含み、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート のポリエステル類、ナイロン6、ナイロン6,6、ナイロン6,10、ナイロン12 のポリアミド類、ポリメチルメタクリレート、ポリメタクリル酸エステル類、ポリメチルアクリレート、ポリアクリル酸エステル類 のアクリレート系樹脂、ポリアクリル酸系樹脂、ポリメタクリル酸系樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレンやジエン系ポリマーを含む各種ポリオレフィン、ポリウレタン系樹脂、酢酸セルロース、エチルセルロース のセルロース系樹脂、ポリアリレート、アラミド、ポリカーボネート、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンオキシド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリベンズイミダゾール、ポリベンズオキサゾール、ポリベンズチアゾール の芳香族系ポリマー、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ノボラック樹脂、ベンゾオキサジン樹脂からなる群より選択されてなる少なくとも1種以上の樹脂を含むことを特徴とする組成物。 3. Polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyethylene naphthalate containing 50% by mass or more and less than 100% by mass of the polyarylene ether compound according to claim 1 Polyesters, nylon 6, nylon 6,6, nylon 6,10, nylon 12 Polyamides, polymethyl methacrylate, polymethacrylates, polymethylacrylates, polyacrylates Acrylate resins, polyacrylic acid resins, polymethacrylic acid resins, polyethylene, polypropylene, various polyolefins including polystyrene and diene polymers, polyurethane resins, cellulose acetate, ethyl cellulose Cellulosic resin, polyarylate, aramid, polycarbonate, polyphenylene sulfide, polyphenylene oxide, polysulfone, polyethersulfone, polyetheretherketone, polyetherimide, polyimide, polyamideimide, polybenzimidazole, polybenzoxazole, polybenzthiazole A composition comprising at least one resin selected from the group consisting of an aromatic polymer, an epoxy resin, a phenol resin, a novolac resin, and a benzoxazine resin. 請求項1〜2のいずれかに記載の化合物 または請求項3に記載の組成物を含有することを特徴とするイオン伝導膜。 The compound according to claim 1. Alternatively, an ion conductive membrane comprising the composition according to claim 3. 請求項4に記載のイオン伝導膜と電極とを含有することを特徴とする複合体。   A composite comprising the ion conductive membrane according to claim 4 and an electrode. 請求項5に記載の複合体を含有することを特徴とする燃料電池。   A fuel cell comprising the composite according to claim 5. メタノールを燃料として使用することを特徴とする請求項6に記載の燃料電池。   The fuel cell according to claim 6, wherein methanol is used as a fuel. 請求項1〜2のいずれかに記載の化合物を含有することを特徴とする接着剤。   An adhesive comprising the compound according to claim 1. 芳香族求核置換反応によりスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物を重合する際に、一般式(4)で示されるスルホン酸基含有ナフタレンジオールをモノマーの少なくとも1種として使用することを特徴とする請求項1〜2のいずれかに記載のポリアリーレンエーテル系化合物の製造方法。
ただし、Xは水素または1価のカチオン種、m、nは0または1であり、m+nは0ではない。
When polymerizing a sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound by an aromatic nucleophilic substitution reaction, the sulfonic acid group-containing naphthalenediol represented by the general formula (4) is used as at least one monomer. The manufacturing method of the polyarylene ether type compound in any one of Claims 1-2.
However, X is hydrogen or a monovalent cation species, m and n are 0 or 1, and m + n is not 0.
請求項1〜3のいずれかに記載の化合物と溶剤を含有する溶液を、キャスト厚が10〜1500μmの範囲となるようにキャストする工程と、キャストした溶液を乾燥させる工程とを含むことを特徴とする請求項4に記載のイオン伝導膜の製造方法。   A step comprising casting the solution containing the compound according to any one of claims 1 to 3 and a solvent so as to have a cast thickness in a range of 10 to 1500 μm, and a step of drying the cast solution. The manufacturing method of the ion conductive film of Claim 4.
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