JP4956921B2 - Aromatic compounds having fluorene units and sulfonated polyarylenes - Google Patents

Aromatic compounds having fluorene units and sulfonated polyarylenes Download PDF

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Description

本発明は、フルオレンユニットを有する芳香族化合物および該化合物から誘導されるスルホン化ポリアリーレンに関する。   The present invention relates to an aromatic compound having a fluorene unit and a sulfonated polyarylene derived from the compound.

電解質は、従来、(水)溶液(すなわち電解液)で用いられることが多い。しかし、近年、これを固体系に置き替えていく傾向が高まってきている。その第1の理由としては、例えば、上記の電気・電子材料に応用する場合のプロセッシングの容易さであり、第2の理由としては、軽薄短小・省電力化への移行である。   Conventionally, an electrolyte is often used in a (water) solution (that is, an electrolytic solution). However, in recent years, there is an increasing tendency to replace this with a solid system. The first reason is, for example, the ease of processing when applied to the above-mentioned electric / electronic materials, and the second reason is the shift to light, thin, small, and power saving.

従来、プロトン伝導性材料としては、無機物からなるもの、有機物からなるものの両方が知られている。
無機物としては、例えば水和化合物であるリン酸ウラニルを使用したものが例示されるが、これらの無機化合物からなるプロトン伝導性材料は加工性に乏しく、電極層を接合した場合にも電極層との界面の密着性が十分でない場合が多く、こうした界面でのプロトン伝導性が不十分で、発電性能が低下する問題がある。
Conventionally, both proton-conducting materials made of inorganic substances and organic substances are known.
Examples of inorganic substances include those using uranyl phosphate, which is a hydrated compound, but proton conductive materials made of these inorganic compounds are poor in workability, and even when the electrode layers are joined, In many cases, the adhesion at the interface is not sufficient, and proton conductivity at such an interface is insufficient, resulting in a problem that power generation performance is degraded.

一方、有機物としては、いわゆる陽イオン交換樹脂に属するポリマー、例えばポリスチレンスルホン酸などのビニル系ポリマーのスルホン化物、ナフィオン(商品名、デュポン社製)を代表とするパーフルオロアルキルスルホン酸ポリマー、パーフルオロアルキルカルボン酸ポリマーや、ポリベンズイミダゾールやポリエーテルエーテルケトンなどの耐熱性高分子にスルホン酸基やリン酸基を導入したポリマーなどの有機系ポリマーを使用したものが例示される。(非特許文献1:Polymer Preprints, Japan, Vol.42, No.7, p.2490〜2492 (1993)、非特許文献2:Polymer Preprints, Japan, Vol.43, No.3, p.735〜736 (1994)、非特許文献3:Polymer Preprints, Japan, Vol.42, No.3, p.730 (1993))
これら有機系ポリマーは、通常、フィルム状のプロトン伝導性材料として用いられる。また、有機系ポリマーは溶媒に可溶性であること、または熱可塑性であることを利用し、電極上に伝導膜を接合加工できるという無機物とは異なる利点を有している。
On the other hand, as organic substances, polymers belonging to so-called cation exchange resins, for example, sulfonated products of vinyl polymers such as polystyrene sulfonic acid, perfluoroalkyl sulfonic acid polymers represented by Nafion (trade name, manufactured by DuPont), perfluoro Examples include alkyl carboxylic acid polymers, and polymers using organic polymers such as polymers in which sulfonic acid groups or phosphoric acid groups are introduced into heat-resistant polymers such as polybenzimidazole and polyether ether ketone. (Non-patent document 1: Polymer Preprints, Japan, Vol. 42, No. 7, p. 2490-2492 (1993), Non-patent document 2: Polymer Preprints, Japan, Vol. 43, No. 3, p. 735- 736 (1994), Non-Patent Document 3: Polymer Preprints, Japan, Vol.42, No.3, p.730 (1993))
These organic polymers are usually used as a film-like proton conductive material. In addition, the organic polymer has an advantage different from that of an inorganic material in that a conductive film can be bonded on an electrode by utilizing the solubility in a solvent or thermoplasticity.

さらに、米国特許第5,403,675号(特許文献1)では、スルホン化された剛直ポリフェニレンからなる固体高分子電解質が提案されている。このポリマーはフェニレン連鎖からなる芳香族化合物を重合して得られるポリマー(同カラム9記載の構造)を主成分とし、これをスルホン化剤と反応させてスルホン酸基を導入している。
Polymer Preprints, Japan, Vol.42, No.7, p.2490〜2492 (1993) Polymer Preprints, Japan, Vol.43, No.3, p.735〜736 (1994) Polymer Preprints, Japan, Vol.42, No.3, p.730 (1993) 米国特許第5,403,675号
Furthermore, US Pat. No. 5,403,675 (Patent Document 1) proposes a solid polymer electrolyte made of sulfonated rigid polyphenylene. This polymer is mainly composed of a polymer (structure described in the column 9) obtained by polymerizing an aromatic compound comprising a phenylene chain, and this is reacted with a sulfonating agent to introduce a sulfonic acid group.
Polymer Preprints, Japan, Vol.42, No.7, p.2490 ~ 2492 (1993) Polymer Preprints, Japan, Vol.43, No.3, p.735〜736 (1994) Polymer Preprints, Japan, Vol.42, No.3, p.730 (1993) US Pat. No. 5,403,675

しかしながら、これら有機系ポリマーの多くは、プロトン伝導度がまだ十分でないことに加え、耐久性や高温(100℃以上)でプロトン伝導性が低下してしまうこと、また力学的性質、特に弾性率が大きく低下することや、湿度条件下での依存性が大きいこと、あるいは電極との密着性が十分満足いくものとはいえなかったり、含水ポリマー構造に起因する稼動中の過度の膨潤により、強度の低下や形状の崩壊に至るという問題があった。したがって非特許文献1〜3に記載された有機系ポリマーは、上記の電気・電子材料などに
応用するには種々問題がある。
However, in many of these organic polymers, proton conductivity is not sufficient yet, proton conductivity decreases at durability and high temperature (100 ° C. or higher), and mechanical properties, particularly elastic modulus, are low. It is not possible to say that it is greatly reduced, highly dependent on humidity conditions, or sufficiently adherent to the electrode, or due to excessive swelling during operation due to the water-containing polymer structure. There was a problem that it led to a drop and collapse of the shape. Therefore, the organic polymers described in Non-Patent Documents 1 to 3 have various problems when applied to the above-mentioned electric / electronic materials.

さらに、特許文献1では、スルホン酸基の導入量を増加することによって、プロトン伝導性も向上するものの、同時に得られるスルホン化ポリマーの機械的性質、例えば破断伸び、耐折曲げ性等の靭性や耐熱水性は著しく損なわれるという問題点があった。   Furthermore, in Patent Document 1, although the proton conductivity is improved by increasing the amount of sulfonic acid groups introduced, the mechanical properties of the sulfonated polymer obtained at the same time, such as toughness such as elongation at break and bending resistance, There was a problem that hot water resistance was remarkably impaired.

このため本発明の課題は、スルホン酸基の導入量を増加しても優れた耐熱水性を有するスルホン化ポリマー、および該スルホン化ポリマーからなるプロトン伝導度が高く、発電性能に優れた固体高分子電解質を提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to provide a sulfonated polymer having excellent hot water resistance even when the amount of sulfonic acid groups introduced is increased, and a solid polymer having high proton conductivity and excellent power generation performance comprising the sulfonated polymer. To provide an electrolyte.

このような状況のもと、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、フルオレン骨格を有する芳香族ユニットを、スルホン酸基を有しかつフェニレン結合を形成するユニットと組み合わせることで、スルホン酸基の導入量を増加させても優れた耐熱水性を有するポリアリーレンが得られることを見出した。   Under such circumstances, as a result of intensive studies to solve the above problems, combining an aromatic unit having a fluorene skeleton with a unit having a sulfonic acid group and forming a phenylene bond, It has been found that polyarylene having excellent hot water resistance can be obtained even when the amount of introduction is increased.

すなわち、本発明によれば、以下の芳香族化合物、該化合物から導かれる構造単位と、スルホン酸基を有する構造単位とを含むスルホン化ポリアリーレンを提供することにより、上記課題を解決することができる。
[1]下記一般式(1)で表される芳香族化合物。
That is, according to the present invention, the above-mentioned problems can be solved by providing a sulfonated polyarylene comprising the following aromatic compound, a structural unit derived from the compound, and a structural unit having a sulfonic acid group. it can.
[1] An aromatic compound represented by the following general formula (1).

Figure 0004956921
Figure 0004956921

[式中、Aは独立に−CO−または−SO2−を示し、Bは独立に酸素原子または硫黄原
子を示し、Xはフッ素を除くハロゲン原子、または−OSO2CH3、−OSO2CF3から選ばれる基を示し、R1〜R8は互いに同一でも異なっていてもよく、水素原子、フッ素原子、アルキル基、フェニル基、ニトリル基を示し、R9〜R24は互いに同一でも異なって
いてもよく、水素原子、アルキル基、フェニル基を示し、aは0または、1から4の整数を示す。]
[2]上記一般式(1)で表される芳香族化合物が、下記一般式(1a)で表される芳香族化合物。
[In the formula, A independently represents —CO— or —SO 2 —, B independently represents an oxygen atom or a sulfur atom, X represents a halogen atom other than fluorine, or —OSO 2 CH 3 , —OSO 2 CF 3 represents a group selected from 3 , R 1 to R 8 may be the same or different from each other, and each represents a hydrogen atom, a fluorine atom, an alkyl group, a phenyl group or a nitrile group, and R 9 to R 24 are the same or different from each other. And represents a hydrogen atom, an alkyl group, or a phenyl group, and a represents 0 or an integer of 1 to 4. ]
[2] An aromatic compound in which the aromatic compound represented by the general formula (1) is represented by the following general formula (1a).

Figure 0004956921
Figure 0004956921

[式中、Xはフッ素を除くハロゲン原子、または−OSO2CH3、−OSO2CF3から選ばれる原子または基を示し、R9、R14は互いに同一でも異なっていてもよく、水素原子
、アルキル基、フェニル基を示す。]
[3]下記一般式(1’)で表される構造単位を含む重合体。
[Wherein, X represents a halogen atom excluding fluorine, or an atom or group selected from —OSO 2 CH 3 , —OSO 2 CF 3 , and R 9 and R 14 may be the same or different from each other, Represents an alkyl group or a phenyl group. ]
[3] A polymer containing a structural unit represented by the following general formula (1 ′).

Figure 0004956921
Figure 0004956921

[式中、Aは独立に−CO−または−SO2−のいずれかを示し、Bは独立に酸素原子ま
たは硫黄原子を示し、R1〜R24は互いに同一でも異なっていてもよく、水素原子、フッ
素原子、アルキル基、フェニル基、ニトリル基を示し、aは0または、1から4の整数を示す。]
[4]上記一般式(1’)で表される構造単位と、下記一般式(2)で表される構造単位とを有するポリアリーレン系重合体。
[Wherein, A independently represents either —CO— or —SO 2 —, B independently represents an oxygen atom or a sulfur atom, and R 1 to R 24 may be the same or different from each other, An atom, a fluorine atom, an alkyl group, a phenyl group or a nitrile group; a represents 0 or an integer of 1 to 4; ]
[4] A polyarylene polymer having a structural unit represented by the general formula (1 ′) and a structural unit represented by the following general formula (2).

Figure 0004956921
Figure 0004956921

[式中、Yは−CO−、−SO2−、−SO−、−CONH−、−COO−、−(CF2)l
−(lは1〜10の整数である)、−C(CF3)2−からなる群より選ばれた少なくとも1種の構造を示し、Zは直接結合または、−(CH2)l−(lは1〜10の整数である)、−C(CH3)2−、−O−、−S−からなる群より選ばれた少なくとも1種の構造を示し、Arは−SO3Hまたは−O(CH2)pSO3Hまたは−O(CF2)pSO3Hで表される置換基
を有する芳香族基を示す。pは1〜12の整数を示し、mは0〜10の整数を示し、nは0〜10の整数を示し、kは1〜4の整数を示す。]
[5]上記一般式(1’)で表される構造単位が、下記一般式(1’a)で表される前記重合体。
[Wherein Y represents —CO—, —SO 2 —, —SO—, —CONH—, —COO—, — (CF 2 ) l
- (l is an integer of 1 to 10), - C (CF 3) 2 - represents at least one structure selected from the group consisting of, Z is a direct bond or, - (CH 2) l - ( l is an integer of 1 to 10), at least one structure selected from the group consisting of —C (CH 3 ) 2 —, —O—, and —S—, and Ar represents —SO 3 H or — An aromatic group having a substituent represented by O (CH 2 ) p SO 3 H or —O (CF 2 ) p SO 3 H is shown. p shows the integer of 1-12, m shows the integer of 0-10, n shows the integer of 0-10, k shows the integer of 1-4. ]
[5] The polymer, wherein the structural unit represented by the general formula (1 ′) is represented by the following general formula (1′a).

Figure 0004956921
Figure 0004956921

[式中、R9、R14は互いに同一でも異なっていてもよく、水素原子、アルキル基、フェ
ニル基を示す。]
[6][4]または[5]に記載の重合体からなるプロトン伝導膜。
[7]上記一般式(1’)で表される構造単位が、上記一般式(1a’)からなることを特徴とする[6]に記載のプロトン伝導膜
[Wherein, R 9 and R 14 may be the same or different and each represents a hydrogen atom, an alkyl group, or a phenyl group. ]
[6] A proton conducting membrane comprising the polymer according to [4] or [5].
[7] The proton conducting membrane according to [6], wherein the structural unit represented by the general formula (1 ′) is composed of the general formula (1a ′).

本発明によれば、フルオレン骨格を有する芳香族化合物、該化合物から誘導されるフルオレン骨格を有する芳香族ユニットと、スルホン酸基を有しかつフェニレン結合を形成するユニットとを有する共重合体を提供される。かかるポリマーは、熱水耐性が高く、スルホン酸濃度を上げることができるため、プロトン伝導度が高く、しかも機械的特性においても優れているので、発電性能に優れた固体高分子電解質(プロトン伝導膜)を提供することができる。   According to the present invention, an aromatic compound having a fluorene skeleton, an aromatic unit having a fluorene skeleton derived from the compound, and a copolymer having a sulfonic acid group and a unit forming a phenylene bond are provided. Is done. Such a polymer is highly resistant to hot water and can increase the concentration of sulfonic acid, so it has high proton conductivity and excellent mechanical properties, so that it is a solid polymer electrolyte (proton conducting membrane) with excellent power generation performance. ) Can be provided.

以下、本発明の芳香族化合物、重合体、スルホン酸基を有するポリアリーレン系重合体について詳細に説明する。
[芳香族化合物]
本発明に係る芳香族化合物は、下記一般式(1)で表される。このような化合物は、かかる化合物から誘導されるユニットを構造単位として含む共重合体に疎水性を付与するとともに、構造単位自体が屈曲性構造を有するため、重合体の靭性、その他の機械的強度などを向上させる作用を有する。また、共重合体を構成する他のユニットへのスルホン酸基の導入量を増大させても、疎水性が高いので、優れた耐熱水性を発揮する。
Hereinafter, the aromatic compound, polymer, and polyarylene polymer having a sulfonic acid group of the present invention will be described in detail.
[Aromatic compounds]
The aromatic compound according to the present invention is represented by the following general formula (1). Such a compound imparts hydrophobicity to a copolymer containing a unit derived from such a compound as a structural unit, and since the structural unit itself has a flexible structure, the toughness of the polymer and other mechanical strengths It has the effect of improving. Further, even if the amount of sulfonic acid groups introduced into other units constituting the copolymer is increased, the hydrophobicity is high, so that excellent hot water resistance is exhibited.

Figure 0004956921
Figure 0004956921

式中、Aは独立に−CO−または−SO2−を示す。このうち、−CO−であることが
好ましい。
Bは独立に酸素原子または硫黄原子を示す。
In the formula, A independently represents —CO— or —SO 2 —. Among these, -CO- is preferable.
B independently represents an oxygen atom or a sulfur atom.

Xはフッ素を除くハロゲン原子(塩素、臭素、ヨウ素)、または−OSO2CH3、−OSO2CF3から選ばれる原子または基を示す。
1〜R8は互いに同一でも異なっていてもよく、水素原子、フッ素原子、アルキル基、フェニル基、ニトリル基を示し、R9〜R24は互いに同一でも異なっていてもよく、水素
原子、アルキル基、フェニル基を示す。アルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、アミル基、ヘキシル基などが挙げられる。
X represents a halogen atom excluding fluorine (chlorine, bromine, iodine), or an atom or group selected from —OSO 2 CH 3 and —OSO 2 CF 3 .
R 1 to R 8 may be the same or different and each represents a hydrogen atom, a fluorine atom, an alkyl group, a phenyl group or a nitrile group, and R 9 to R 24 may be the same or different from each other, An alkyl group and a phenyl group are shown. Examples of the alkyl group include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, an amyl group, and a hexyl group.

aは0または1から4の整数である。
特に、下記式(1a)で示される芳香族化合物は、プロトン伝導膜を作製したときに、重合体の靭性、その他の機械的強度などの点で好適である。
a is 0 or an integer of 1 to 4.
In particular, the aromatic compound represented by the following formula (1a) is preferable in terms of the toughness of the polymer and other mechanical strengths when a proton conducting membrane is produced.

Figure 0004956921
Figure 0004956921

[式中、Xはフッ素を除くハロゲン原子、または−OSO2CH3、−OSO2CF3から選ばれる原子または基を示し、R9、R14は互いに同一でも異なっていてもよく、水素原子
、アルキル基、フェニル基を示す。]
上記一般式(1)で示される芳香族化合物の具体的な例として、以下のものをあげることができる。
[Wherein, X represents a halogen atom excluding fluorine, or an atom or group selected from —OSO 2 CH 3 , —OSO 2 CF 3 , and R 9 and R 14 may be the same or different from each other, Represents an alkyl group or a phenyl group. ]
Specific examples of the aromatic compound represented by the general formula (1) include the following.

Figure 0004956921
Figure 0004956921

Figure 0004956921
Figure 0004956921

Figure 0004956921
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上記一般式(1)で表される化合物は、例えば次のような反応によって合成することができる。
まず、フルオレン骨格を有するビスフェノールを、対応するビスフェノールのアルカリ金属塩とするために、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミド、スルホラン、ジフェニルスルホン、ジメチルスルホキシドなどの極性溶媒中で、リチウム、ナトリウム、カリウムなどのアルカリ金属、水素化アルカリ金属、アルカリ金属炭酸塩などを加える。アルカリ金属はフェノールの水酸基に対し過剰気味で反応させ、通常、1.1〜2当量、好ましくは1.2〜1.5当量で使用する。このとき、ベンゼン、トルエン、キシレン、クロロベンゼン、アニソールなどの水と共沸する溶媒を共存させて、反応の進行を促進させることが好ましい。
The compound represented by the general formula (1) can be synthesized, for example, by the following reaction.
First, in order to convert a bisphenol having a fluorene skeleton into a corresponding alkali metal salt of bisphenol, in a polar solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone, N, N-dimethylacetamide, sulfolane, diphenylsulfone, dimethylsulfoxide, Add alkali metals such as lithium, sodium and potassium, alkali metal hydrides, alkali metal carbonates and the like. The alkali metal is reacted in excess with respect to the hydroxyl group of phenol, and is usually used in an amount of 1.1 to 2 equivalents, preferably 1.2 to 1.5 equivalents. At this time, it is preferable to promote the progress of the reaction by coexisting a solvent azeotropic with water such as benzene, toluene, xylene, chlorobenzene, and anisole.

使用されるフルオレン骨格を有するビスフェノールとしては、例えば、9,9−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フルオレン、9,9−ビス(4−ヒドロキシ−3−メチルフェニル)フルオレン、9,9−ビス(4−ヒドロキシ−3−フェニルフェニル)フルオレン、9,9−ビス(4−ヒドロキシ−2−メチルフェニル)フルオレン、9,9−ビス(4−ヒドロキシ−2−フェニルフェニル)フルオレン、9,9−ビス(4−ヒドロキシ−2,5−ジメチルフェニル)フルオレン、9,9−ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジメチルフェニル)フルオレン、9,9−ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジフェニルフェニル)フルオレン、9,9−ビス(4−ヒドロキシ−3−フルオロフェニル)フルオレン、9,9−ビス(4−ヒドロキシ−3−シクロヘキシルフェニル)フルオレン、9,9−ビス
(4−ヒドロキシ−3−エチルフェニル)フルオレン、9,9−ビス(4−ヒドロキシ−3−プロピルフェニル)フルオレン、9,9−ビス(4−ヒドロキシ−3−イソプロピルフェニル)フルオレン、9,9−ビス(4−ヒドロキシ−3−ブチルフェニル)フルオレン、9,9−ビス(4−ヒドロキシ−3−t−ブチルフェニル)フルオレン、9,9−ビス(4−ヒドロキシ−3−イソブチルフェニル)フルオレンなどが挙げられる。
Examples of the bisphenol having a fluorene skeleton include 9,9-bis (4-hydroxyphenyl) fluorene, 9,9-bis (4-hydroxy-3-methylphenyl) fluorene, and 9,9-bis (4 -Hydroxy-3-phenylphenyl) fluorene, 9,9-bis (4-hydroxy-2-methylphenyl) fluorene, 9,9-bis (4-hydroxy-2-phenylphenyl) fluorene, 9,9-bis ( 4-hydroxy-2,5-dimethylphenyl) fluorene, 9,9-bis (4-hydroxy-3,5-dimethylphenyl) fluorene, 9,9-bis (4-hydroxy-3,5-diphenylphenyl) fluorene 9,9-bis (4-hydroxy-3-fluorophenyl) fluorene, 9,9-bis (4-hydroxy- -Cyclohexylphenyl) fluorene, 9,9-bis (4-hydroxy-3-ethylphenyl) fluorene, 9,9-bis (4-hydroxy-3-propylphenyl) fluorene, 9,9-bis (4-hydroxy- 3-isopropylphenyl) fluorene, 9,9-bis (4-hydroxy-3-butylphenyl) fluorene, 9,9-bis (4-hydroxy-3-tert-butylphenyl) fluorene, 9,9-bis (4 -Hydroxy-3-isobutylphenyl) fluorene and the like.

次いで、上記ビスフェノールのアルカリ金属塩と特定のジハロゲン化芳香族化合物とを反応させる。この反応で、アルカリ金属とハロゲンとが塩となって脱離し、ビスフェノール環とジハロゲン化芳香族化合物とが-O-を介して結合する。また、ビスフェノールの代
わりに、ビスチオフェノールを使用して同様に反応させれば、ビスチオフェノール環とジハロゲン化芳香族化合物とが-S-を介して結合する。
Next, the alkali metal salt of bisphenol and a specific dihalogenated aromatic compound are reacted. In this reaction, the alkali metal and the halogen are eliminated as a salt, and the bisphenol ring and the dihalogenated aromatic compound are bonded via —O—. In addition, when bisthiophenol is used instead of bisphenol and the same reaction is carried out, the bisthiophenol ring and the dihalogenated aromatic compound are bonded via -S-.

反応させるジハロゲン化芳香族化合物としては、例えば、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(2−クロロフェニル)スルホン、3−クロロフェニル−4−クロロフェニルスルホン、2−クロロフェニル−4−クロロフェニルスルホン、4−クロロフェニル−4−フルオロフェニルスルホン、2−クロロフェニル−4−フルオロフェニルスルホン、3−クロロフェニル−4−フルオロフェニルスルホン、4−クロロフェニル−2−フルオロフェニルスルホン、4−クロロフェニル−3−フルオロフェニルスルホン、1,4−ビス(4−クロロスルホニル)ベンゼン、1,3−ビス(4−クロロスルホニル)ベンゼン、1,2−ビス(4−クロロスルホニル)ベンゼンなどのスルホン類が挙げられる。   Examples of the dihalogenated aromatic compound to be reacted include bis (4-chlorophenyl) sulfone, bis (3-chlorophenyl) sulfone, bis (2-chlorophenyl) sulfone, 3-chlorophenyl-4-chlorophenylsulfone, and 2-chlorophenyl-4. -Chlorophenylsulfone, 4-chlorophenyl-4-fluorophenylsulfone, 2-chlorophenyl-4-fluorophenylsulfone, 3-chlorophenyl-4-fluorophenylsulfone, 4-chlorophenyl-2-fluorophenylsulfone, 4-chlorophenyl-3- Examples include sulfones such as fluorophenylsulfone, 1,4-bis (4-chlorosulfonyl) benzene, 1,3-bis (4-chlorosulfonyl) benzene, and 1,2-bis (4-chlorosulfonyl) benzene. That.

さらに、4,4’−ジクロロベンゾフェノン、3,3’−ジクロロベンゾフェノン、2,2’−ジクロロベンゾフェノン、3,4’−ジクロロベンゾフェノン、2,4’−ジクロロベンゾフェノン、4−クロロ−4’−フルオロベンゾフェノン、2−クロロ−4’−フルオロベンゾフェノン、3−クロロ−4’−フルオロベンゾフェノン、4−クロロ−2’−フルオロベンゾフェノン、4−クロロ−3’−フルオロベンゾフェノン、1,4−ビス(4-クロロベンゾイル)ベンゼン、1,3−ビス(4−クロロベンゾイル)ベンゼン
、1,2−ビス(4−クロロベンゾイル)ベンゼン、1,4−ビス(3−クロロベンゾイル)ベンゼン、1,3−ビス(3−クロロベンゾイル)ベンゼン、1,2−ビス(3−クロロベンゾイル)ベンゼン、1,4−ビス(2−クロロベンゾイル)ベンゼン、1,3−ビス(2−クロロベンゾイル)ベンゼン、1,2−ビス(2−クロロベンゾイル)ベンゼン、1,4−ビス(4−クロロベンゾイル)−2,3,5,6−テトラフルオロベンゼン、1,3−ビス(4−クロロベンゾイル)−2,4,5,6−テトラフルオロベンゼンなどのベンゾフェノン類を挙げることができる。
Furthermore, 4,4′-dichlorobenzophenone, 3,3′-dichlorobenzophenone, 2,2′-dichlorobenzophenone, 3,4′-dichlorobenzophenone, 2,4′-dichlorobenzophenone, 4-chloro-4′-fluoro Benzophenone, 2-chloro-4'-fluorobenzophenone, 3-chloro-4'-fluorobenzophenone, 4-chloro-2'-fluorobenzophenone, 4-chloro-3'-fluorobenzophenone, 1,4-bis (4- Chlorobenzoyl) benzene, 1,3-bis (4-chlorobenzoyl) benzene, 1,2-bis (4-chlorobenzoyl) benzene, 1,4-bis (3-chlorobenzoyl) benzene, 1,3-bis ( 3-chlorobenzoyl) benzene, 1,2-bis (3-chlorobenzoyl) benzene, 1,4-bis (2 Chlorobenzoyl) benzene, 1,3-bis (2-chlorobenzoyl) benzene, 1,2-bis (2-chlorobenzoyl) benzene, 1,4-bis (4-chlorobenzoyl) -2,3,5,6 And benzophenones such as tetrafluorobenzene and 1,3-bis (4-chlorobenzoyl) -2,4,5,6-tetrafluorobenzene.

さらにまた、2,6−ジクロロベンゾニトリル、2,5−ジクロロベンゾニトリル、2,4−ジクロロベンゾニトリル、2−クロロ−6−フルオロベンゾニトリル、2−クロロ−5−フルオロベンゾニトリル、2−クロロ−4−フルオロベンゾニトリル、4−クロロ−2−フルオロベンゾニトリル、5−クロロ−2−フルオロベンゾニトリルなどのベンゾニトリル類を挙げることができる。   Furthermore, 2,6-dichlorobenzonitrile, 2,5-dichlorobenzonitrile, 2,4-dichlorobenzonitrile, 2-chloro-6-fluorobenzonitrile, 2-chloro-5-fluorobenzonitrile, 2-chloro Benzonitriles such as -4-fluorobenzonitrile, 4-chloro-2-fluorobenzonitrile and 5-chloro-2-fluorobenzonitrile can be mentioned.

これらのうち、4,4’−ジクロロベンゾフェノン、3,4’−ジクロロベンゾフェノン、2,4’−ジクロロベンゾフェノン、4−クロロ−4’−フルオロベンゾフェノン、2−クロロ−4’−フルオロベンゾフェノン、4−クロロ−2’−フルオロベンゾフェノン、2,6−ジクロロベンゾニトリル、2,5−ジクロロベンゾニトリル、2,4−ジクロロベンゾニトリルが好ましい。   Of these, 4,4′-dichlorobenzophenone, 3,4′-dichlorobenzophenone, 2,4′-dichlorobenzophenone, 4-chloro-4′-fluorobenzophenone, 2-chloro-4′-fluorobenzophenone, 4- Chloro-2'-fluorobenzophenone, 2,6-dichlorobenzonitrile, 2,5-dichlorobenzonitrile and 2,4-dichlorobenzonitrile are preferred.

上記ジハロゲン化芳香族化合物は、ビスフェノールに対し2.0倍モル以上、好ましくは、2.1〜5倍モルの量で用いられる。このように、ビスフェノールに対して、ジハロ
ゲン化芳香族化合物を2.0倍モル以上加えることで、一般式(1)に示される構造の芳香族化合物を得ることができる。
The dihalogenated aromatic compound is used in an amount of 2.0 times mol or more, preferably 2.1 to 5 times mol with respect to bisphenol. Thus, the aromatic compound having the structure represented by the general formula (1) can be obtained by adding 2.0 times mole or more of the dihalogenated aromatic compound to the bisphenol.

反応は、反応温度が60℃〜300℃で、好ましくは80℃〜250℃の範囲、反応時間が15分〜100時間、好ましくは1時間〜24時間の範囲で行われる。
ジハロゲン化芳香族化合物として、クロロ基とフルオロ基を有する化合物を用いる場合には、仕込み比や反応温度、反応時間を調整して、フルオロ基のみがビスフェノールと反応する条件の設定を行う。
The reaction is carried out at a reaction temperature of 60 ° C to 300 ° C, preferably in the range of 80 ° C to 250 ° C, and in a reaction time of 15 minutes to 100 hours, preferably in the range of 1 hour to 24 hours.
When a compound having a chloro group and a fluoro group is used as the dihalogenated aromatic compound, the conditions for allowing only the fluoro group to react with bisphenol are set by adjusting the charging ratio, reaction temperature, and reaction time.

得られた反応生成物は、再沈殿、再結晶などの方法で精製することができる。
上記の反応の進行、および生成した芳香族化合物は、公知の方法で同定される。たとえば、NMR、IRなどにより同定される。
The obtained reaction product can be purified by a method such as reprecipitation or recrystallization.
The progress of the above reaction and the produced aromatic compound are identified by a known method. For example, it is identified by NMR, IR or the like.

IRスペクトルにおいては、3650〜3584cm-1付近のフェノール性水酸基に由来する吸収が消失し、1275〜1200cm-1付近および、1075〜1020cm-1付近のエーテル結合に由来する吸収が顕著になることで確認できる。NMRスペクトルにおい
ては、11〜9ppm付近のフェノール水酸基の水素原子に由来するシグナルの消失によって確認できる。
[ポリアリーレン系重合体]
本発明に係るポリアリーレン系重合体は、上記式(1)から誘導される下記一般式(1’)で表される構造単位のみから構成される単独重合体でもよいし、構造単位(1’)と他の構造単位とから構成される共重合体でもよい。
In IR spectrum disappeared absorption derived from a phenolic hydroxyl group in the vicinity 3650~3584cm -1, 1275~1200cm -1 and around, by absorption derived from an ether bond at around 1075~1020Cm -1 becomes remarkable I can confirm. In NMR spectrum, it can confirm by the loss | disappearance of the signal originating in the hydrogen atom of the phenol hydroxyl group of 11-9 ppm vicinity.
[Polyarylene polymer]
The polyarylene polymer according to the present invention may be a homopolymer composed only of a structural unit represented by the following general formula (1 ′) derived from the above formula (1), or may be a structural unit (1 ′ ) And other structural units.

Figure 0004956921
Figure 0004956921

式中、Aは独立に−CO−または−SO2−のいずれかを示す。
Bは独立に酸素原子または硫黄原子を示す。
1〜R8は互いに同一でも異なっていてもよく、水素原子、フッ素原子、アルキル基、フェニル基、ニトリル基を示し、R9〜R24は互いに同一でも異なっていてもよく、水素
原子、アルキル基、フェニル基を示す。
In the formula, A independently represents either —CO— or —SO 2 —.
B independently represents an oxygen atom or a sulfur atom.
R 1 to R 8 may be the same or different and each represents a hydrogen atom, a fluorine atom, an alkyl group, a phenyl group or a nitrile group, and R 9 to R 24 may be the same or different from each other, An alkyl group and a phenyl group are shown.

aは、0または1から4の整数を示す。
上記式(1')で表される構造単位のなかでも、下記式(1'a)で示されるものが、靭性や機械的強度とともの製造のしやすさという点で好適である。
a represents 0 or an integer of 1 to 4.
Among the structural units represented by the above formula (1 ′), those represented by the following formula (1′a) are preferable in terms of ease of production together with toughness and mechanical strength.

Figure 0004956921
Figure 0004956921

[式中、Xはフッ素を除くハロゲン原子、または−OSO2CH3、−OSO2CF3から選ばれる原子または基を示し、R9、R14は互いに同一でも異なっていてもよく、水素原子
、アルキル基、フェニル基を示す。]
本発明のポリアリーレン系重合体を構成する上記構造単位(1’)以外の他の構造単位としては、下記一般式(2)で表される構造単位が好ましい。このような構造単位を有するものはプロトン伝導性が高く、プロトン伝導膜として好適である。
[Wherein, X represents a halogen atom excluding fluorine, or an atom or group selected from —OSO 2 CH 3 , —OSO 2 CF 3 , and R 9 and R 14 may be the same or different from each other, Represents an alkyl group or a phenyl group. ]
As a structural unit other than the structural unit (1 ′) constituting the polyarylene polymer of the present invention, a structural unit represented by the following general formula (2) is preferable. Those having such a structural unit have high proton conductivity and are suitable as a proton conducting membrane.

Figure 0004956921
Figure 0004956921

一般式(2)において、Yは−CO−、−SO2−、−SO−、−CONH−、−CO
O−、−(CF2)l−(lは1〜10の整数である)、−C(CF3)2−からなる群より選ばれた少なくとも1種の構造を示す。このうち、−CO−、−SO2−が好ましい。
In the general formula (2), Y represents —CO—, —SO 2 —, —SO—, —CONH—, —CO.
It represents at least one structure selected from the group consisting of O—, — (CF 2 ) 1 — (l is an integer of 1 to 10), and —C (CF 3 ) 2 —. Of these, —CO— and —SO 2 — are preferable.

Zは直接結合または、−(CH2)l−(lは1〜10の整数である)、−C(CH3)2−、−O−、−S−からなる群より選ばれた少なくとも1種の構造を示す。このうち直接結合、−O−が好ましい。 Z is a direct bond or at least one selected from the group consisting of — (CH 2 ) 1 — (wherein 1 is an integer of 1 to 10), —C (CH 3 ) 2 —, —O—, and —S—. The structure of the species is shown. Among these, a direct bond and -O- are preferable.

Arは−SO3Hまたは−O(CH2)pSO3Hまたは−O(CF2)pSO3Hで表される置
換基(pは1〜12の整数を示す)を有する芳香族基を示す。
芳香族基として具体的には、フェニル基、ナフチル基、アントリル基、フェナントリル基などが挙げられる。これらの基のうち、フェニル基、ナフチル基が好ましい。−SO3
Hまたは−O(CH2)pSO3Hまたは−O(CF2)pSO3Hで表される置換基(pは1〜12の整数を示す)は、少なくとも1個置換されていることが必要であり、ナフチル基である場合には2個以上置換していることが好ましい。
Ar is an aromatic group having a substituent represented by —SO 3 H or —O (CH 2 ) p SO 3 H or —O (CF 2 ) p SO 3 H (p represents an integer of 1 to 12). Indicates.
Specific examples of the aromatic group include a phenyl group, a naphthyl group, an anthryl group, and a phenanthryl group. Of these groups, a phenyl group and a naphthyl group are preferable. -SO 3
At least one substituent represented by H or —O (CH 2 ) p SO 3 H or —O (CF 2 ) p SO 3 H (p represents an integer of 1 to 12) is substituted. In the case of a naphthyl group, it is preferable that two or more are substituted.

mは0〜10、好ましくは0〜2の整数であり、nは0〜10、好ましくは0〜2の整数であり、kは1〜4の整数を示す。
m、nの値とY、Z、Arの構造についての好ましい組み合わせとして、
(1)m=0、n=0であり、Yは−CO−であり、Arが置換基として−SO3Hを有
するフェニル基である構造、
(2)m=1、n=0であり、Yは−CO−であり、Zは−O−であり、Arが置換基として−SO3Hを有するフェニル基である構造、
(3)m=1、n=1、k=1であり、Yは−CO−であり、Zは−O−であり、Arが置換基として−SO3Hを有するフェニル基である構造、
(4)m=1、n=0であり、Yは−CO−であり、Arが置換基として2個の−SO3
Hを有するナフチル基である構造、
(5)m=1、n=0であり、Yは−CO−であり、Zは−O−であり、Arが置換基として−O(CH2)4SO3Hを有するフェニル基である構造などを挙げることができる。
m is an integer of 0 to 10, preferably 0 to 2, n is an integer of 0 to 10, preferably 0 to 2, and k is an integer of 1 to 4.
As a preferable combination of the values of m and n and the structures of Y, Z and Ar,
(1) a structure in which m = 0, n = 0, Y is —CO—, and Ar is a phenyl group having —SO 3 H as a substituent;
(2) a structure in which m = 1, n = 0, Y is —CO—, Z is —O—, and Ar is a phenyl group having —SO 3 H as a substituent;
(3) a structure in which m = 1, n = 1, k = 1, Y is —CO—, Z is —O—, and Ar is a phenyl group having —SO 3 H as a substituent;
(4) a m = 1, n = 0, Y is -CO-, 2 pieces of -SO 3 as Ar is a substituted group
A structure which is a naphthyl group having H,
(5) m = 1, n = 0, Y is —CO—, Z is —O—, and Ar is a phenyl group having —O (CH 2 ) 4 SO 3 H as a substituent. Examples include structures.

プロトン伝導性を高めるためには、(2)式の構造単位に含まれる−SO3Hの量を増
加させたり、または(2)式に構造単位の割合を増やせばよい。
<ポリマーの製造方法>
(1')式および(2)式の構造単位から構成される、スルホン酸基を有するポリアリ
ーレンの製造には、例えば下記に示すA法、B法、C法の3通りの方法を用いることができる。
(A法)
例えば、特開2004−137444号公報に記載の方法で、上記一般式(2)で表される構造単位となりうるスルホン酸エステル基を有するモノマーと、上記一般式(1)で表されるモノマーとを共重合させ、スルホン酸エステル基を有するポリアリーレンを製造し、このスルホン酸エステル基を脱エステル化して、スルホン酸エステル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有するポリアリーレンを合成する。
(B法)
例えば、特開2001−342241号公報に記載の方法で、上記一般式(2)で表される骨格を有するが、スルホン酸基、スルホン酸エステル基を有しないモノマーと、上記一般式(1)で表されるモノマーとを共重合させ、この重合体を、スルホン化剤を用いてスルホン化することによりスルホン酸基を有するポリアリーレンを合成する。
(C法)
一般式(2)において、Arが−O(CH2)pSO3Hまたは−O(CF2)pSO3Hで表される置換基を有する芳香族基である場合には、例えば、特願2003−295974号に記載の方法で、上記一般式(2)で表される構造単位となりうる前駆体のモノマーと、上記一般式(1)で表されるモノマーとを共重合させ、次にアルキルスルホン酸またはフッ素置換されたアルキルスルホン酸を導入する方法で合成することもできる。
In order to increase proton conductivity, the amount of —SO 3 H contained in the structural unit of the formula (2) may be increased, or the proportion of the structural unit in the formula (2) may be increased.
<Method for producing polymer>
For the production of a polyarylene having a sulfonic acid group composed of structural units of the formulas (1 ′) and (2), for example, the following three methods, Method A, Method B and Method C, are used. Can do.
(Method A)
For example, in the method described in JP-A No. 2004-137444, a monomer having a sulfonate group that can be a structural unit represented by the general formula (2), and a monomer represented by the general formula (1) To produce a polyarylene having a sulfonic acid ester group, deesterifying the sulfonic acid ester group, and converting the sulfonic acid ester group to a sulfonic acid group to synthesize a polyarylene having a sulfonic acid group. To do.
(Method B)
For example, in the method described in JP-A-2001-342241, a monomer having a skeleton represented by the above general formula (2) but not having a sulfonic acid group or a sulfonic acid ester group, and the above general formula (1) And a polyarylene having a sulfonic acid group is synthesized by sulfonating the polymer with a sulfonating agent.
(Method C)
In the general formula (2), when Ar is an aromatic group having a substituent represented by —O (CH 2 ) p SO 3 H or —O (CF 2 ) p SO 3 H, for example, The precursor monomer that can be the structural unit represented by the general formula (2) and the monomer represented by the general formula (1) are copolymerized by the method described in Japanese Patent Application No. 2003-295974, It can also be synthesized by a method of introducing alkylsulfonic acid or fluorine-substituted alkylsulfonic acid.

(A法)において用いることのできる、上記一般式(2)で表される構造単位となりうるスルホン酸エステル基を有するモノマーの具体的な例として、特開2004−137444号公報、特開2004−345997公報、特開2004−346163号公報に記載されている芳香族スルホン酸エステル類を挙げることができる。   Specific examples of the monomer having a sulfonic acid ester group that can be used in (Method A) and can be the structural unit represented by the above general formula (2) are disclosed in JP-A Nos. 2004-137444 and 2004-2004. Examples thereof include aromatic sulfonic acid esters described in Japanese Patent No. 345997 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-346163.

(B法)において用いることのできる、上記一般式(2)で表される構造単位となりうるが、スルホン酸基、またはスルホン酸エステル基を有しないモノマーの具体的な例として、特開2001−342241号公報、特開2002−293889号公報に記載されているジハロゲン化物を挙げることができる。   As a specific example of a monomer that can be used in (Method B) and can be a structural unit represented by the above general formula (2) but does not have a sulfonic acid group or a sulfonic acid ester group, JP-A-2001-2001 Examples thereof include dihalides described in Japanese Patent No. 342241 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-238889.

(C法)において用いることのできる、上記一般式(2)で表される構造単位となりうる前駆体のモノマーの具体的な例として、特願2003−275409号に記載されているジハロゲン化物を挙げることができる。具体的には、2,5−ジクロロ−4’−ヒドロキシベンゾフェノン、2,4−ジクロロ−4’−ヒドロキシベンゾフェノン、2,6−ジクロロ−4’−ヒドロキシベンゾフェノン、2,5−ジクロロ−2’,4’−ジヒドロキシベンゾフェノン、2,4−ジクロロ−2’,4’−ジヒドロキシベンゾフェノンをあげることができる。またこれらの化合物のヒドロキシル基をテトラヒドロピラニル基などで保護した化合物をあげることができる。またヒドロキシル基がチオール基にかわったもの、塩素原子が、臭素原子、ヨウ素原子におきかわったものも挙げることができる。   Specific examples of precursor monomers that can be used in (Method C) and can be structural units represented by the above general formula (2) include dihalides described in Japanese Patent Application No. 2003-275409. be able to. Specifically, 2,5-dichloro-4′-hydroxybenzophenone, 2,4-dichloro-4′-hydroxybenzophenone, 2,6-dichloro-4′-hydroxybenzophenone, 2,5-dichloro-2 ′, Examples thereof include 4′-dihydroxybenzophenone and 2,4-dichloro-2 ′, 4′-dihydroxybenzophenone. Moreover, the compound which protected the hydroxyl group of these compounds by the tetrahydropyranyl group etc. can be mention | raise | lifted. Moreover, the thing which the hydroxyl group replaced with the thiol group, and the chlorine atom replaced with the bromine atom and the iodine atom can also be mentioned.

これらの触媒成分の具体的な例、各成分の使用割合、反応溶媒、濃度、温度、時間等の重合条件としては、特開2001−342241号公報に記載の化合物を挙げることができる。   Specific examples of these catalyst components, the use ratio of each component, the polymerization conditions such as the reaction solvent, concentration, temperature, time, etc. include the compounds described in JP-A No. 2001-342241.

たとえば、遷移金属塩としては、塩化ニッケル、臭化ニッケルなどが好適に使用され、
また、配位子となる化合物としては、トリフェニルホスフィン、2,2′−ビピリジンが好適に使用される。さらに、あらかじめ配位子が配位された遷移金属(塩)としては、塩化ニッケルビス(トリフェニルホスフィン)、塩化ニッケル(2,2′ビピリジン)が好適に使用される。還元剤としては、例えば、鉄、亜鉛、マンガン、アルミニウム、マグネシウム、ナトリウム、カルシウムなどを挙げることできるが、亜鉛、マグネシウム、マンガンが好ましい。「塩」としては、臭化ナトリウム、ヨウ化ナトリウム、臭化カリウム、臭化テトラエチルアンモニウム、ヨウ化テトラエチルアンモニウムが好ましい。反応には重合溶媒を使用してもよく、具体的には、テトラヒドロフラン、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、1-メチル-2-ピロリドンなどが好適に使用される。
For example, as the transition metal salt, nickel chloride, nickel bromide and the like are preferably used,
Moreover, as a compound used as a ligand, triphenylphosphine and 2,2'-bipyridine are preferably used. Furthermore, nickel chloride bis (triphenylphosphine) and nickel chloride (2,2′bipyridine) are preferably used as the transition metal (salt) in which the ligand is coordinated in advance. Examples of the reducing agent include iron, zinc, manganese, aluminum, magnesium, sodium, and calcium, and zinc, magnesium, and manganese are preferable. As the “salt”, sodium bromide, sodium iodide, potassium bromide, tetraethylammonium bromide, and tetraethylammonium iodide are preferable. A polymerization solvent may be used for the reaction, and specifically, tetrahydrofuran, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, 1-methyl-2-pyrrolidone and the like are preferably used.

本発明のスルホン酸基を有するポリアリーレンは、この前駆体のポリアリーレンを、スルホン酸基を有するポリアリーレンに変換して得ることができる。この方法としては、下記の3通りの方法がある。   The polyarylene having a sulfonic acid group of the present invention can be obtained by converting the precursor polyarylene into a polyarylene having a sulfonic acid group. As this method, there are the following three methods.

(A法)の場合、前駆体のポリアリーレン中のスルホン酸エステル基を、特開2004−137444に記載の方法で脱エステル化する。
(B法)の場合、前駆体のポリアリーレンに、特開2001−342241などの公知の方法に従い、スルホン酸基を導入する。
In the case of (Method A), the sulfonate group in the precursor polyarylene is deesterified by the method described in JP-A-2004-137444.
In the case of (Method B), a sulfonic acid group is introduced into the precursor polyarylene according to a known method such as JP-A-2001-342241.

(C法)の場合、前駆体のポリアリーレンに、特願2003−295974号に記載の方法で、アルキルスルホン酸基を導入する方法。C法では、例えば、前駆体のポリアリーレンのヒドロキシル基と、プロパンスルトン、ブタンスルトンなどを反応させることで導入することができる。   In the case of (Method C), a method of introducing an alkylsulfonic acid group into the precursor polyarylene by the method described in Japanese Patent Application No. 2003-295974. In the method C, for example, it can be introduced by reacting the hydroxyl group of the precursor polyarylene with propane sultone, butane sultone, or the like.

上記のような方法により製造される、スルホン酸基を有するポリアリーレンの、イオン交換容量は通常0.3〜5meq/g、好ましくは0.5〜3meq/g、さらに好ましくは0.8〜2.8meq/gである。0.3meq/g未満では、プロトン伝導度が低く発電性能が低い。一方、5meq/gを超えると、耐水性が大幅に低下してしまうことがある。   The ion exchange capacity of the polyarylene having a sulfonic acid group produced by the method as described above is usually 0.3 to 5 meq / g, preferably 0.5 to 3 meq / g, more preferably 0.8 to 2. 0.8 meq / g. If it is less than 0.3 meq / g, the proton conductivity is low and the power generation performance is low. On the other hand, if it exceeds 5 meq / g, the water resistance may be significantly lowered.

なお、本発明のプロトン伝導膜用ポリアリーレンでは、式(1')で表される構造単位
を有しているので、屈曲性構造を有するため重合体の靭性、その他の機械的強度などを向上させる作用を有する。また、イオン交換容量を高めるためにスルホン酸基の導入量を増加させても、疎水性が高いので、耐水性が低下することがない。
The polyarylene for proton conducting membrane of the present invention has a structural unit represented by the formula (1 ′), and therefore has a flexible structure, so that the toughness of the polymer and other mechanical strengths are improved. Have the effect of Further, even if the amount of sulfonic acid groups introduced is increased in order to increase the ion exchange capacity, the water resistance is not lowered because the hydrophobicity is high.

上記のイオン交換容量は、例えば一般式(2)で表される構造単位となりうる前駆体のモノマーと、上記一般式(1)で表されるモノマーの種類、使用割合、導入されるスルホン酸基の量、組み合わせを変えることにより、調整することができる。   The ion exchange capacity is, for example, a precursor monomer that can be a structural unit represented by the general formula (2), the type and use ratio of the monomer represented by the general formula (1), and a sulfonic acid group to be introduced. It can be adjusted by changing the amount and combination of the above.

このようにして得られるスルホン酸基を有するポリアリーレンの分子量は、ゲルパーミエションクロマトグラフィ(GPC)によるポリスチレン換算重量平均分子量で、1万〜100万、好ましくは2万〜80万である。
<プロトン伝導膜およびその製造法>
このような本発明に係る重合体のうち、特にスルホン酸基を有する共重合体(具体的には(1')と(2)の構造単位を含むもの)は、プロトン伝導膜(固体高分子電解質)として好
適に使用される。プロトン伝導膜は、前記共重合体と必要に応じて添加剤を、有機溶剤に溶解させた組成物を基材上に流延し、フィルム状に成形する方法(溶剤キャスト法)などにより、成形される。
The molecular weight of the polyarylene having a sulfonic acid group thus obtained is 10,000 to 1,000,000, preferably 20,000 to 800,000 in terms of polystyrene-equivalent weight average molecular weight by gel permeation chromatography (GPC).
<Proton conducting membrane and production method thereof>
Among such polymers according to the present invention, in particular, a copolymer having a sulfonic acid group (specifically, one containing structural units (1 ′) and (2)) is a proton conducting membrane (solid polymer). It is preferably used as an electrolyte. The proton conducting membrane is formed by a method (solvent casting method) or the like by casting a composition obtained by dissolving the copolymer and, if necessary, an additive in an organic solvent on a base material, and forming the film into a film. Is done.

基材としては、通常の溶液キャスト法に用いられる基材であれば特に限定されず、プラ
スチック製、金属製などの基体が用いられ、さらにはポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムなどの熱可塑性樹脂からなる基材が用いられる。
The base material is not particularly limited as long as it is a base material used in a normal solution casting method, and a base material made of plastic, metal, or the like is used, and further, it is made of a thermoplastic resin such as a polyethylene terephthalate (PET) film. A substrate is used.

なお、溶液粘度は、ポリマーの分子量、ポリマー濃度にもよるが、通常、2,000〜
100,000mPa・s、好ましくは3,000〜50,000mPa・sでの範囲とす
ればよい。
The solution viscosity depends on the molecular weight of the polymer and the polymer concentration.
The range may be 100,000 mPa · s, preferably 3,000 to 50,000 mPa · s.

かかる製膜方法で用いられる溶媒としては、具体的には、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などの非プロトン系極性溶剤が挙げられる。これらの中では、溶解性および溶液粘度の面から、N−メチル−2−ピロリドン(以下、「NMP」ともいう。)が特に好ましい。上記非プロトン系極性溶剤は、1種単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。   Specific examples of the solvent used in the film forming method include N-methyl-2-pyrrolidone, N, N-dimethylformamide, γ-butyrolactone, N, N-dimethylacetamide, dimethyl sulfoxide, dimethylurea, and dimethylimidazo. Examples include aprotic polar solvents such as lysinone. Among these, N-methyl-2-pyrrolidone (hereinafter also referred to as “NMP”) is particularly preferable in terms of solubility and solution viscosity. The aprotic polar solvents may be used singly or in combination of two or more.

また、上記溶媒として、上記非プロトン系極性溶剤とアルコールとの混合物を用いてもよい。このようなアルコールとしては、例えば、メタノール、エタノール、プロピルアルコール、iso−プロピルアルコール、sec−ブチルアルコール、tert−ブチルアルコールなどが挙げられる。これらの中では、幅広い組成範囲で溶液粘度を下げる効果があることから、メタノールが特に好ましい。アルコールは、1種単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。   Further, as the solvent, a mixture of the aprotic polar solvent and alcohol may be used. Examples of such alcohol include methanol, ethanol, propyl alcohol, iso-propyl alcohol, sec-butyl alcohol, tert-butyl alcohol, and the like. Among these, methanol is particularly preferable because it has an effect of lowering the solution viscosity in a wide composition range. Alcohol may be used individually by 1 type, or may be used in combination of 2 or more type.

また、上記アルコールの他に、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よい。
製膜する際の溶液のポリマー濃度は、通常5〜40重量%、好ましくは7〜25重量%である。ポリマー濃度が5重量%未満では、厚膜化し難く、また、ピンホールが生成しやすい傾向にある。一方、ポリマー濃度が40重量%を超えると、溶液粘度が高すぎてフィルム化し難く、また、表面平滑性に欠けることがある。
In addition to the alcohol, an inorganic acid such as sulfuric acid or phosphoric acid, an organic acid containing a carboxylic acid, an appropriate amount of water, or the like may be used in combination.
The polymer concentration of the solution during film formation is usually 5 to 40% by weight, preferably 7 to 25% by weight. If the polymer concentration is less than 5% by weight, it is difficult to form a thick film, and pinholes tend to be generated. On the other hand, when the polymer concentration exceeds 40% by weight, the solution viscosity is so high that it is difficult to form a film, and surface smoothness may be lacking.

なお、溶液粘度は、通常2,000〜100,000mPa・s、好ましくは3,000
〜50,000mPa・sである。溶液粘度が2,000mPa・s未満では、成膜中の溶液の滞留性が悪く、基体から流れてしまうことがある。一方、溶液粘度が100,000
mPa・sを超えると、粘度が高過ぎるため、ダイからの押し出しができず、流延法によるフィルム化が困難となることがある。
The solution viscosity is usually 2,000 to 100,000 mPa · s, preferably 3,000.
˜50,000 mPa · s. When the solution viscosity is less than 2,000 mPa · s, the retention of the solution during film formation is poor and the solution may flow from the substrate. On the other hand, the solution viscosity is 100,000
If it exceeds mPa · s, the viscosity is too high, so extrusion from the die cannot be performed, and film formation by the casting method may be difficult.

上記のようにして成膜した後、得られた未乾燥フィルムを水に浸漬すると、未乾燥フィルム中の有機溶剤を水と置換することができ、得られるプロトン伝導膜の残留溶媒量を低減することができる。なお、未乾燥フィルムを水に浸漬する前に、未乾燥フィルムを予備乾燥してもよい。予備乾燥は、未乾燥フィルムを、通常50〜150℃の温度で、0.1〜10時間保持することにより行われる。   After film formation as described above, when the obtained undried film is immersed in water, the organic solvent in the undried film can be replaced with water, and the residual solvent amount of the resulting proton conducting membrane is reduced. be able to. In addition, you may predry an undried film before immersing an undried film in water. The preliminary drying is performed by holding the undried film at a temperature of usually 50 to 150 ° C. for 0.1 to 10 hours.

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

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

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

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

上記のようにして得られたプロトン伝導膜の残存溶媒量は、通常5重量%以下、好ましくは1重量%以下にまで低減される。
得られるプロトン伝導膜は、その乾燥膜厚が、通常10〜100μm、好ましくは20〜80μmであり、この厚さは基材(枠型)の厚さを調整することによって制御が可能である。
[実施例]
以下、実施例に基づいて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。なお、実施例における各種の測定項目は、下記のようにして求めた。
(分子量)
重合体の分子量は、GPCによって、ポリスチレン換算の重量平均分子量を求めた。溶媒として臭化リチウムを添加した、N−メチル−2−ピロリドンを用いた。
(イオン交換容量)
得られたスルホン化ポリマーの水洗水がpH4〜6になるまで洗浄して、フリーの残存している酸を除去後、十分に洗浄し、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を求めた。
実施例1
攪拌器、温度計、Dean-stark管、窒素導入管、冷却管を取り付けた1L三口フラスコに、9,9−ビスフェノールフルオレン20.0g(57mmol)、2,4’−ジクロロベンゾフェノン43.1g(171mmol)、炭酸カリウム10.3g(74mmol)をはかりとった。窒素置換後、スルホラン243ml、トルエン121mlを加えて攪拌した。オイルバスで反応液を130℃で加熱還流させた。反応によって生成する水はDean-stark管にトラップした。3時間後、水の生成がほとんど認められなくなったところで、トルエンをDean-stark管から系外に除去した。徐々に反応温度を200℃にあげ、15時間攪拌を続けたあと、2,4’−ジクロロベンゾフェノン43.1g(171mmol)を加え、さらに8時間反応させた。
The residual solvent amount of the proton conducting membrane obtained as described above is usually reduced to 5% by weight or less, preferably 1% by weight or less.
The proton conductive membrane obtained has a dry film thickness of usually 10 to 100 μm, preferably 20 to 80 μm, and this thickness can be controlled by adjusting the thickness of the base material (frame shape).
[Example]
EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated further more concretely based on an Example, this invention is not limited to these Examples. The various measurement items in the examples were determined as follows.
(Molecular weight)
As for the molecular weight of the polymer, a polystyrene-reduced weight average molecular weight was determined by GPC. N-methyl-2-pyrrolidone to which lithium bromide was added was used as a solvent.
(Ion exchange capacity)
The obtained sulfonated polymer is washed until the washing water has a pH of 4 to 6, the free remaining acid is removed, washed thoroughly, dried, weighed, and mixed with THF / water. After dissolving in a solvent, phenolphthalein was used as an indicator, titration was performed with a standard solution of NaOH, and the ion exchange capacity was determined from the neutralization point.
Example 1
To a 1 L three-necked flask equipped with a stirrer, thermometer, Dean-stark tube, nitrogen introduction tube, and cooling tube, 9,9-bisphenolfluorene 20.0 g (57 mmol), 2,4′-dichlorobenzophenone 43.1 g (171 mmol) ) And 10.3 g (74 mmol) of potassium carbonate were weighed. After nitrogen substitution, 243 ml of sulfolane and 121 ml of toluene were added and stirred. The reaction solution was heated to reflux at 130 ° C. in an oil bath. Water produced by the reaction was trapped in a Dean-stark tube. After 3 hours, when almost no water was observed, toluene was removed from the Dean-stark tube out of the system. The reaction temperature was gradually raised to 200 ° C. and stirring was continued for 15 hours. Then, 43.1 g (171 mmol) of 2,4′-dichlorobenzophenone was added, and the reaction was further continued for 8 hours.

反応液を放冷後、トルエン100mlを加えて希釈した。反応液に不溶の無機塩をろ過し、ろ液をメタノール2lに注いで生成物を沈殿させた。沈殿した生成物をろ過、乾燥後、テトラヒドロフラン250mlに溶解し、これをメタノール2Lに注いで再沈殿させた。沈殿した白色粉末をろ過、乾燥し、目的物41gを得た。得られた化合物は、式[1]
で表される化合物であることを確認した。
The reaction solution was allowed to cool, and diluted with 100 ml of toluene. Inorganic salts insoluble in the reaction solution were filtered, and the filtrate was poured into 2 l of methanol to precipitate the product. The precipitated product was filtered and dried, then dissolved in 250 ml of tetrahydrofuran, and poured into 2 L of methanol for reprecipitation. The precipitated white powder was filtered and dried to obtain 41 g of the desired product. The resulting compound has the formula [1]
It confirmed that it was a compound represented by these.

Figure 0004956921
Figure 0004956921

実施例2
実施例1の、9,9−ビスフェノールフルオレン20.0g(57mmol)を9,9−ビスクレゾールフルオレン21.6g(57mmol)、2,4’−ジクロロベンゾフェノン43.1g(171mmol)を4,4’−ジクロロベンゾフェノン43.1g(171mmol)にかえたほかは、同様に反応を行い、目的物44gを得た。得られた化合物は、式[2]で表される化合物であることを確認した。
Example 2
In Example 1, 2,0.0 g (57 mmol) of 9,9-bisphenolfluorene was converted to 21.6 g (57 mmol) of 9,9-biscresol fluorene, and 43.1 g (171 mmol) of 2,4′-dichlorobenzophenone was 4,4 ′. -The reaction was carried out in the same manner except for changing to 43.1 g (171 mmol) of dichlorobenzophenone to obtain 44 g of the desired product. It was confirmed that the obtained compound was a compound represented by the formula [2].

Figure 0004956921
Figure 0004956921

実施例3
実施例1の、9,9−ビスフェノールフルオレン20.0g(57mmol)を9,9−ビス(2−フェニルフェノール)フルオレン28.7g(57mmol)、2,4’−ジクロロベンゾフェノン43.1g(171mmol)を4−クロロ−4’−フルオロベンゾフェノン40.2g(171mmol)にかえたほかは、同様に反応を行い、目的物51gを得た。得られた化合物は、式[3]で表される化合物であることを確認した。
Example 3
In Example 1, 9,9-bisphenolfluorene (20.0 g, 57 mmol) was replaced with 9,9-bis (2-phenylphenol) fluorene (28.7 g, 57 mmol) and 2,4′-dichlorobenzophenone (43.1 g, 171 mmol). The reaction was conducted in the same manner except that 40.2 g (171 mmol) of 4-chloro-4′-fluorobenzophenone was changed to obtain 51 g of the desired product. It was confirmed that the obtained compound was a compound represented by the formula [3].

Figure 0004956921
Figure 0004956921

実施例4
攪拌機、温度計、窒素導入管を取り付けた3Lの三口フラスコに、実施例1で得られた式[1]で表される化合物97.5g(125mmol)、3−(2,5−ジクロロベンゾイル)ベンゼンスルホン酸ネオペンチル150.5g(375mmol)、ビス(トリフェニルホスフィン)ニッケルジクロリド9.81g(15mmol)、ヨウ化ナトリウム2.3g(15mmol)、トリフェニルホスフィン52.5g(200mmol)、亜鉛78.4g(1200mmol)をはかりとり、乾燥窒素置換した。ここにN,N−ジメチルアセトアミド(DMAc)580mLを加え、反応温度を80℃に保ちながら、3時間攪拌を続けた後、DMAc600mLを加えて希釈し、不溶物をろ過した。
Example 4
In a 3 L three-necked flask equipped with a stirrer, a thermometer, and a nitrogen inlet tube, 97.5 g (125 mmol) of the compound represented by the formula [1] obtained in Example 1 and 3- (2,5-dichlorobenzoyl) Neopentyl benzenesulfonate 150.5 g (375 mmol), bis (triphenylphosphine) nickel dichloride 9.81 g (15 mmol), sodium iodide 2.3 g (15 mmol), triphenylphosphine 52.5 g (200 mmol), zinc 78.4 g (1200 mmol) was weighed and replaced with dry nitrogen. N, N-dimethylacetamide (DMAc) (580 mL) was added thereto, and stirring was continued for 3 hours while maintaining the reaction temperature at 80 ° C., and then DMAc (600 mL) was added to dilute, and insoluble matters were filtered.

得られたろ液を、攪拌機、温度計、窒素導入管を取り付けた3Lの三口フラスコに入れ
、115℃に過熱攪拌し、臭化リチウム71.7g(830mmol)を加えた。7時間攪拌後、アセトン5Lに注いで、生成物を沈殿させた。次いで、1N塩酸、純水の順に洗浄後、乾燥して目的のスルホン化ポリマー178gを得た。得られた重合体の重量平均分子量は80,000であった。得られた重合体は式[4]で表されるスルホン化ポリマーであると推定される。この重合体のイオン交換容量は、1.9meq/gであった。
The obtained filtrate was put into a 3 L three-necked flask equipped with a stirrer, a thermometer, and a nitrogen introduction tube, and heated and stirred at 115 ° C., and 71.7 g (830 mmol) of lithium bromide was added. After stirring for 7 hours, the product was precipitated by pouring into 5 L of acetone. Next, after washing with 1N hydrochloric acid and pure water in this order, drying was performed to obtain 178 g of the target sulfonated polymer. The weight average molecular weight of the obtained polymer was 80,000. The obtained polymer is presumed to be a sulfonated polymer represented by the formula [4]. The ion exchange capacity of this polymer was 1.9 meq / g.

Figure 0004956921
Figure 0004956921

この重合体をN−メチルピロリドンに溶解し、キャスティング法により膜厚50μmのフィルムを作成した。得られた膜を120℃の熱水に24時間浸漬したところ、膜の形態を維持していた。
実施例5
実施例4において、実施例1で得られた式[1]で表される化合物97.5g(125mmol)を、実施例2で得られた式[2]で表される化合物101.0g(125mmol)に変えたほかは、実施例4と同様に反応を行い、目的のスルホン化ポリマー177gを得た。得られた重合体の重量平均分子量は76,000であった。得られた重合体は式[5]で表されるスルホン化ポリマーであると推定される。この重合体のイオン交換容量は、1.9meq/gであった。
This polymer was dissolved in N-methylpyrrolidone, and a film having a thickness of 50 μm was prepared by a casting method. When the obtained film was immersed in hot water at 120 ° C. for 24 hours, the form of the film was maintained.
Example 5
In Example 4, 97.5 g (125 mmol) of the compound represented by the formula [1] obtained in Example 1 was replaced with 101.0 g (125 mmol) of the compound represented by the formula [2] obtained in Example 2. The reaction was conducted in the same manner as in Example 4 except that 177 g of the target sulfonated polymer was obtained. The weight average molecular weight of the obtained polymer was 76,000. The obtained polymer is presumed to be a sulfonated polymer represented by the formula [5]. The ion exchange capacity of this polymer was 1.9 meq / g.

Figure 0004956921
Figure 0004956921

この重合体をN−メチルピロリドンに溶解し、キャスティング法により膜厚50μmのフィルムを作成した。得られた膜を120℃の熱水に24時間浸漬したところ、膜の形態を維持していた。
実施例6
実施例4において、実施例1で得られた式[1]で表される化合物97.5g(125mmol)を、実施例3で得られた式[3]で表される化合物116.5g(125mmol)に変えたほかは、実施例4と同様に反応を行い、目的のスルホン化ポリマー197gを得た。得られた重合体の重量平均分子量は83,000であった。得られた重合体は式[6]で表されるスルホン化ポリマーであると推定される。この重合体のイオン交換容量は、1.8meq/gであった。
This polymer was dissolved in N-methylpyrrolidone, and a film having a thickness of 50 μm was prepared by a casting method. When the obtained film was immersed in hot water at 120 ° C. for 24 hours, the form of the film was maintained.
Example 6
In Example 4, 97.5 g (125 mmol) of the compound represented by the formula [1] obtained in Example 1 was replaced with 116.5 g (125 mmol) of the compound represented by the formula [3] obtained in Example 3. The reaction was carried out in the same manner as in Example 4 except that 197 g of the target sulfonated polymer was obtained. The weight average molecular weight of the obtained polymer was 83,000. The obtained polymer is presumed to be a sulfonated polymer represented by the formula [6]. The ion exchange capacity of this polymer was 1.8 meq / g.

Figure 0004956921
Figure 0004956921

この重合体をN−メチルピロリドンに溶解し、キャスティング法により膜厚50μmのフィルムを作成した。得られた膜を120℃の熱水に24時間浸漬したところ、膜の形態を維持していた。
比較例1
実施例1の、9,9−ビスフェノールフルオレン20.0g(57mmol)をビス(4−ヒドロキシフェニル)メタン11.4g(57mmol)にかえたほかは、同様に反応を行い、目的物32gを得た。得られた化合物は、式[7]で表される化合物であることを確認した。
This polymer was dissolved in N-methylpyrrolidone, and a film having a thickness of 50 μm was prepared by a casting method. When the obtained film was immersed in hot water at 120 ° C. for 24 hours, the form of the film was maintained.
Comparative Example 1
The same reaction was carried out except that 20.0 g (57 mmol) of 9,9-bisphenolfluorene in Example 1 was replaced with 11.4 g (57 mmol) of bis (4-hydroxyphenyl) methane, to obtain 32 g of the desired product. . It was confirmed that the obtained compound was a compound represented by the formula [7].

Figure 0004956921
Figure 0004956921

次に、実施例4の式[1]で表される化合物97.5g(125mmol)のかわりに、上記の式[7]で表される化合物78.7g(125mmol)を用いたほかは、実施例4と同様の反応を行い、スルホン化ポリマー161gを得た。得られた重合体の重量平均分子量は74,000であった。得られた重合体は、式[8]で表されるスルホン化ポリマーであると推定される。この重合体のイオン交換容量は1.9meq/gであった。   Next, instead of 97.5 g (125 mmol) of the compound represented by the formula [1] in Example 4, 78.7 g (125 mmol) of the compound represented by the above formula [7] was used. The same reaction as in Example 4 was performed to obtain 161 g of a sulfonated polymer. The weight average molecular weight of the obtained polymer was 74,000. The obtained polymer is presumed to be a sulfonated polymer represented by the formula [8]. The ion exchange capacity of this polymer was 1.9 meq / g.

Figure 0004956921
Figure 0004956921

この重合体をN−メチルピロリドンに溶解し、キャスティング法により膜厚50μmのフィルムを作成した。得られた膜を120℃の熱水に24時間浸漬したところ、膜は著しく膨潤し、初期の形状を維持できなかった。   This polymer was dissolved in N-methylpyrrolidone, and a film having a thickness of 50 μm was prepared by a casting method. When the obtained film was immersed in hot water at 120 ° C. for 24 hours, the film was significantly swollen and the initial shape could not be maintained.

以上のことから、フルオレン骨格を有する芳香族ユニットと、スルホン酸基を有しかつフェニレン結合を形成するユニットとを有する、本発明の共重合体は、同等のイオン交換容量であっても熱水に対する耐性が非常に優れていることがわかる。   In view of the above, the copolymer of the present invention having an aromatic unit having a fluorene skeleton and a unit having a sulfonic acid group and forming a phenylene bond can be used in hot water even with an equivalent ion exchange capacity. It can be seen that the resistance to is extremely excellent.

Claims (7)

下記一般式(1)で表されてなる芳香族化合物。
Figure 0004956921
[式中、Aは独立に−CO−または−SO2−を示し、Bは独立に酸素原子または硫黄原子を示し、Xはフッ素を除くハロゲン原子、または−OSO2CH3、−OSO2CF3から選ばれる基を示し、R1〜R8は互いに同一でも異なっていてもよく、水素原子、フッ素原子、アルキル基、フェニル基、ニトリル基を示し、R9〜R24は互いに同一でも異なっていてもよく、水素原子、アルキル基、フェニル基を示し、aは0または、1から4の整数を示す。]
An aromatic compound represented by the following general formula (1).
Figure 0004956921
[In the formula, A independently represents —CO— or —SO 2 —, B independently represents an oxygen atom or a sulfur atom, X represents a halogen atom other than fluorine, or —OSO 2 CH 3 , —OSO 2 CF 3 represents a group selected from 3 , R 1 to R 8 may be the same or different from each other, and each represents a hydrogen atom, a fluorine atom, an alkyl group, a phenyl group or a nitrile group, and R 9 to R 24 are the same or different from each other. And represents a hydrogen atom, an alkyl group, or a phenyl group, and a represents 0 or an integer of 1 to 4. ]
上記一般式(1)で表される芳香族化合物が、下記一般式(1a)で表されることを特徴とする請求項1に記載の芳香族化合物。
Figure 0004956921
[式中、Xはフッ素を除くハロゲン原子、または−OSO2CH3、−OSO2CF3から選ばれる原子または基を示し、R9、R14は互いに同一でも異なっていてもよく、水素原子、アルキル基、フェニル基を示す。]
The aromatic compound according to claim 1, wherein the aromatic compound represented by the general formula (1) is represented by the following general formula (1a).
Figure 0004956921
[Wherein, X represents a halogen atom excluding fluorine, or an atom or group selected from —OSO 2 CH 3 , —OSO 2 CF 3 , and R 9 and R 14 may be the same or different from each other, Represents an alkyl group or a phenyl group. ]
下記一般式(1’)で表される構造単位と、スルホン酸基を有し、フェニレン結合を形成する構造単位とを含むポリアリーレン系重合体。
Figure 0004956921
[式中、Aは独立に−CO−または−SO2−のいずれかを示し、Bは独立に酸素原子または硫黄原子を示し、R1〜R8は互いに同一でも異なっていてもよく、水素原子、フッ素原子、アルキル基、フェニル基、ニトリル基を示し、R9〜R24は互いに同一でも異なっていてもよく、水素原子、アルキル基、フェニル基を示し、aは0または、1から4の整数を示す。]
A polyarylene polymer comprising a structural unit represented by the following general formula (1 ′) and a structural unit having a sulfonic acid group and forming a phenylene bond.
Figure 0004956921
[Wherein, A independently represents either —CO— or —SO 2 —, B independently represents an oxygen atom or a sulfur atom, and R 1 to R 8 may be the same or different from each other, An atom, a fluorine atom, an alkyl group, a phenyl group or a nitrile group; R 9 to R 24 may be the same or different from each other; a hydrogen atom, an alkyl group or a phenyl group; a is 0 or 1 to 4 Indicates an integer. ]
下記一般式(1’)で表される構造単位と、下記一般式(2)で表される構造単位とを有するポリアリーレン系重合体。
Figure 0004956921
[式中、Aは独立に−CO−または−SO 2 −のいずれかを示し、Bは独立に酸素原子または硫黄原子を示し、R 1 〜R 8 は互いに同一でも異なっていてもよく、水素原子、フッ素原子、アルキル基、フェニル基、ニトリル基を示し、R 9 〜R 24 は互いに同一でも異なっていてもよく、水素原子、アルキル基、フェニル基を示し、aは0または、1から4の整数を示す。また、Yは−CO−、−SO2−、−SO−、−CONH−、−COO−、−(CF2)l−(lは1〜10の整数である)、−C(CF3)2−からなる群より選ばれた少なくとも1種の構造を示し、Zは直接結合または、−(CH2)l−(lは1〜10の整数である)、−C(CH3)2−、−O−、−S−からなる群より選ばれた少なくとも1種の構造を示し、Arは−SO3Hまたは−O(CH2)pSO3Hまたは−O(CF2)pSO3Hで表される置換基を有する芳香族基を示す。pは1〜12の整数を示し、mは0〜10の整数を示し、nは0〜10の整数を示し、kは1〜4の整数を示す。]
A polyarylene polymer having a structural unit represented by the following general formula (1 ′) and a structural unit represented by the following general formula (2).
Figure 0004956921
[ Wherein , A independently represents either —CO— or —SO 2 —, B independently represents an oxygen atom or a sulfur atom, and R 1 to R 8 may be the same or different from each other, An atom, a fluorine atom, an alkyl group, a phenyl group or a nitrile group; R 9 to R 24 may be the same or different from each other; a hydrogen atom, an alkyl group or a phenyl group; a is 0 or 1 to 4 Indicates an integer. Further, Y is -CO -, - SO 2 -, - SO -, - CONH -, - COO -, - (CF 2) l - (l is an integer of 1 to 10), - C (CF 3) 2 represents at least one structure selected from the group consisting of —, Z is a direct bond, or — (CH 2 ) 1 — (l is an integer of 1 to 10), —C (CH 3 ) 2 — , -O -, - represents at least one structure selected from the group consisting of S-, Ar is -SO 3 H or -O (CH 2) p SO 3 H or -O (CF 2) p SO 3 An aromatic group having a substituent represented by H is shown. p shows the integer of 1-12, m shows the integer of 0-10, n shows the integer of 0-10, k shows the integer of 1-4. ]
上記一般式(1’)で表される構造単位が、下記一般式(1’a)で表されることを特徴とする請求項3または4に記載のポリアリーレン系重合体。
Figure 0004956921
[式中、R9、R14は互いに同一でも異なっていてもよく、水素原子、フッ素原子、アルキル基、フェニル基を示す。]
The polyarylene polymer according to claim 3 or 4, wherein the structural unit represented by the general formula (1 ') is represented by the following general formula (1'a).
Figure 0004956921
[Wherein R 9 and R 14 may be the same or different from each other, and each represents a hydrogen atom, a fluorine atom, an alkyl group or a phenyl group. ]
請求項3〜5のいずれかに記載のポリアリーレン系重合体からなることを特徴とするプロトン伝導膜。   A proton conducting membrane comprising the polyarylene polymer according to any one of claims 3 to 5. 上記一般式(1’)で表される構造単位が、上記一般式(1a’)からなることを特徴とする請求項6に記載のプロトン伝導膜。   The proton conducting membrane according to claim 6, wherein the structural unit represented by the general formula (1 ') is composed of the general formula (1a').
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