JP4995568B2 - POLYMER ELECTROLYTE MEMBRANE, POLYMER FILM AS ITS MATERIAL, METHOD FOR PRODUCING ELECTROLYTE MEMBRANE, AND SOLID POLYMER FUEL CELL USING ELECTROLYTE MEMBRANE - Google Patents

POLYMER ELECTROLYTE MEMBRANE, POLYMER FILM AS ITS MATERIAL, METHOD FOR PRODUCING ELECTROLYTE MEMBRANE, AND SOLID POLYMER FUEL CELL USING ELECTROLYTE MEMBRANE Download PDF

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Disclosed is a polymer electrolyte membrane useful as a constituent of a solid polymer fuel cell, a direct liquid fuel cell or a direct methanol fuel cell. Also disclosed are a polymer film as the material for such a polymer electrolyte membrane, a method for producing an electrolyte membrane, and a solid polymer fuel cell using an electrolyte membrane. Further disclosed are a polymer electrolyte membrane having excellent proton conductivity and high methanol barrier properties which is useful as a constituent of a solid polymer fuel cell, a direct liquid fuel cell or a direct methanol fuel cell and a method for producing such a polymer electrolyte membrane. Still further disclosed are a polymer film as the material for such a polymer electrolyte membrane, and a method for producing such a polymer film. Specifically disclosed is "a polymer film essentially containing a polymer compound (A) having an aromatic unit and a polymer compound (B) having no aromatic unit". Also specifically disclosed is "a polymer film further containing a thermoplastic elastomer (C) as another essential component".

Description

本発明は、高分子電解質膜、その材料である高分子フィルム、電解質膜の製造方法並びに電解質膜を使用した固体高分子形燃料電池に関する。   The present invention relates to a polymer electrolyte membrane, a polymer film as a material thereof, a method for producing the electrolyte membrane, and a solid polymer fuel cell using the electrolyte membrane.

スルホン酸基などのプロトン伝導性基を含有する高分子化合物は、固体高分子形燃料電池、直接液体形燃料電池、直接メタノール形燃料電池、湿度センサー、ガスセンサー、エレクトロクロミック表示素子などの電気化学素子の原料として使用される。これらの中でも、固体高分子形燃料電池は、新エネルギー技術の柱の一つとして期待されている。   Polymer compounds containing proton-conducting groups such as sulfonic acid groups are used in electrochemical technologies such as solid polymer fuel cells, direct liquid fuel cells, direct methanol fuel cells, humidity sensors, gas sensors, and electrochromic display devices. Used as an element material. Among these, the polymer electrolyte fuel cell is expected as one of the pillars of new energy technology.

プロトン伝導性基を含有する高分子化合物からなる高分子電解質膜を使用した固体高分子形燃料電池は、低温における作動、小型軽量化が可能などの特徴を有し、自動車などの移動体、家庭用コージェネレーションシステム、および民生用小型携帯機器などへの適用が検討されている。直接液体形燃料電池、特に、メタノールを直接燃料に使用する直接メタノール形燃料電池は、単純な構造と燃料供給やメンテナンスの容易さ、さらには高エネルギー密度化が可能などの特徴を有し、リチウムイオン二次電池代替として、携帯電話やノート型パソコンなどの民生用小型携帯機器への応用が期待されている。   A polymer electrolyte fuel cell using a polymer electrolyte membrane made of a polymer compound containing a proton-conducting group has features such as operation at a low temperature and reduction in size and weight. Application to consumer cogeneration systems and consumer small portable devices is under consideration. Direct liquid fuel cells, especially direct methanol fuel cells that use methanol directly as fuel, have features such as simple structure, ease of fuel supply and maintenance, and high energy density. As an alternative to ion secondary batteries, it is expected to be applied to consumer portable devices such as mobile phones and notebook computers.

スルホン酸基などのプロトン伝導性置換基を含有する高分子化合物は、固体高分子形燃料電池、直接液体形燃料電池、直接メタノール形燃料電池、湿度センサー、ガスセンサー、エレクトロクロミック表示素子などの電気化学素子の原料として使用される。これらの中でも、固体高分子形燃料電池は、新エネルギー技術の柱の一つとして期待されている。   Polymer compounds containing proton-conducting substituents such as sulfonic acid groups can be used for solid polymer fuel cells, direct liquid fuel cells, direct methanol fuel cells, humidity sensors, gas sensors, electrochromic display devices, etc. Used as a raw material for chemical elements. Among these, the polymer electrolyte fuel cell is expected as one of the pillars of new energy technology.

プロトン伝導性置換基を有する高分子化合物からなる電解質膜を使用する固体高分子形燃料電池は、低温における作動、小型軽量化が可能などの特徴から、自動車などの移動体、家庭用コージェネレーションシステム、および民生用小型携帯機器などへの適用が検討されている。直接液体形燃料電池、特に、メタノールを直接燃料に使用する直接メタノール形燃料電池は、単純な構造と燃料供給やメンテナンスの容易さ、さらには高エネルギー密度などの特徴を有し、リチウムイオン二次電池代替として、携帯電話やノート型パソコンなどの民生用小型携帯機器への応用が期待されている。   A polymer electrolyte fuel cell that uses an electrolyte membrane made of a polymer compound having a proton-conducting substituent can be operated at low temperatures and can be reduced in size and weight. , And application to small portable devices for consumer use. Direct liquid fuel cells, especially direct methanol fuel cells that use methanol directly as fuel, have features such as simple structure, ease of fuel supply and maintenance, and high energy density. As an alternative to batteries, it is expected to be applied to consumer portable devices such as mobile phones and laptop computers.

固体高分子形燃料電池に使用される高分子電解質膜としては、ナフィオン(Nafion)(登録商標)に代表されるパーフルオロカーボンスルホン酸膜が広く検討されている。パーフルオロカーボンスルホン酸膜は、高いプロトン伝導度を有し、耐酸性、耐酸化性などの化学的安定性に優れている。しかしながらナフィオン(登録商標)は、使用原料が高く、複雑な製造工程を経るため、非常に高価であるという欠点がある。さらに直接液体形燃料電池の原料になるメタノールなどの水素含有液体などの透過(クロスオーバーともいう)が大きく、いわゆる化学ショート反応が起こる。これにより、カソード電位、燃料効率、セル特性などの低下が生じ、直接メタノール形燃料電池などの直接液体形燃料電池の高分子電解質膜として用いるのが困難である。またナフィオン(登録商標)では、未発電時にもクロスオーバーによる燃料の消失が懸念される。   As a polymer electrolyte membrane used for a polymer electrolyte fuel cell, a perfluorocarbon sulfonic acid membrane represented by Nafion (registered trademark) has been widely studied. The perfluorocarbon sulfonic acid membrane has high proton conductivity and excellent chemical stability such as acid resistance and oxidation resistance. However, Nafion (registered trademark) has a drawback that it is very expensive because of the high raw materials used and the complicated manufacturing process. Furthermore, the permeation (also referred to as crossover) of a hydrogen-containing liquid such as methanol which is a raw material of a direct liquid fuel cell is large, and a so-called chemical short reaction occurs. As a result, cathode potential, fuel efficiency, cell characteristics and the like are lowered, and it is difficult to use as a polymer electrolyte membrane of a direct liquid fuel cell such as a direct methanol fuel cell. In Nafion (registered trademark), there is a concern that fuel may be lost due to crossover even when power is not generated.

固体高分子形燃料電池に使用されるプロトン伝導性電解質膜としては、ナフィオン(Nafion)(登録商標)に代表されるパーフルオロカーボンスルホン酸膜が広く検討されている。パーフルオロカーボンスルホン酸膜は、高いプロトン伝導度を有し、耐酸性、耐酸化性などの化学的安定性に優れている。しかしながらナフィオン(登録商標)は、使用原料が高く、複雑な製造工程を経るため、非常に高価であるという欠点がある。さらにナフィオン(登録商標)では、メタノールなどの水素含有液体などの透過(クロスオーバーともいう)が大きく、いわゆる化学ショート反応が起こる。これにより、カソード電位、燃料効率、セル特性などの低下が生じ、直接メタノール形燃料電池の電解質膜として用いるのが困難である。またナフィオン(登録商標)では、未発電時にもクロスオーバーによる燃料の消失が懸念される。   As a proton conductive electrolyte membrane used for a polymer electrolyte fuel cell, a perfluorocarbon sulfonic acid membrane represented by Nafion (registered trademark) has been widely studied. The perfluorocarbon sulfonic acid membrane has high proton conductivity and excellent chemical stability such as acid resistance and oxidation resistance. However, Nafion (registered trademark) has a drawback that it is very expensive because of the high raw materials used and the complicated manufacturing process. Further, Nafion (registered trademark) has a large permeation (also referred to as crossover) of a hydrogen-containing liquid such as methanol, and a so-called chemical short reaction occurs. As a result, the cathode potential, fuel efficiency, cell characteristics and the like are lowered, and it is difficult to directly use as an electrolyte membrane of a methanol fuel cell. In Nafion (registered trademark), there is a concern that fuel may be lost due to crossover even when power is not generated.

このような背景から、高分子電解質膜として、種々のものが提案されている。   From such a background, various types of polymer electrolyte membranes have been proposed.

例えば、特許文献1には、非プロトン性極性溶媒に可溶なスルホン酸基含有ポリフェニレンサルファイドが提案されている。これはポリフェニレンサルファイドのクロロスルホン酸均一溶液下でスルホン酸基を導入することにより、非プロトン性極性溶媒への溶解性が付与でき、容易にフィルムに加工できることが開示されている。しかし、ここに開示されている方法では、燃料電池の燃料として検討されているメタノールへの溶解性も同時に付与される恐れがあり、その使用範囲が著しく制約されるものである。また、溶媒およびスルホン化剤としてクロロスルホン酸を使用するため、スルホン酸基導入量の制御が困難であったり、ポリフェニレンサルファイドの劣化を引き起こす恐れがある。さらに、反応時や樹脂回収時、さらには洗浄時に多量の酸廃液を排出する。また、メタノールなどの水素含有液体などの透過(クロスオーバーともいう)の抑制効果については、言及されていない。   For example, Patent Document 1 proposes a sulfonic acid group-containing polyphenylene sulfide that is soluble in an aprotic polar solvent. It is disclosed that by introducing a sulfonic acid group under a homogeneous solution of polyphenylene sulfide in a chlorosulfonic acid solution, solubility in an aprotic polar solvent can be imparted, and the film can be easily processed. However, in the method disclosed herein, there is a possibility that solubility in methanol, which is considered as a fuel for fuel cells, may be imparted at the same time, and the range of use thereof is significantly limited. In addition, since chlorosulfonic acid is used as the solvent and sulfonating agent, it is difficult to control the amount of sulfonic acid group introduced, or the polyphenylene sulfide may be deteriorated. Further, a large amount of acid waste liquid is discharged during reaction, resin recovery, and washing. Further, there is no mention of the effect of suppressing permeation (also referred to as crossover) of a hydrogen-containing liquid such as methanol.

また、特許文献2には、スルホン酸基含有ポリフェニレンサルファイドからなる高分子電解質膜(プロトン伝導性高分子膜)の製造方法などについて開示されている。この方法に従えば、溶媒不溶性のスルホン酸基含有ポリフェニレンサルファイドからなる高分子電解質膜が得られるが、メタノールなどの水素含有液体などの透過(クロスオーバーともいう)の抑制効果については、言及されていない。   Patent Document 2 discloses a method for producing a polymer electrolyte membrane (proton conductive polymer membrane) made of sulfonic acid group-containing polyphenylene sulfide. According to this method, a polymer electrolyte membrane comprising a solvent-insoluble sulfonic acid group-containing polyphenylene sulfide can be obtained. However, the effect of suppressing permeation (also referred to as crossover) of a hydrogen-containing liquid such as methanol is mentioned. Absent.

例えば、特許文献3には、高分子の多孔質支持体に、電解質モノマーを充填して、高分子量化する方法によって得られる高分子電解質膜について開示されている。また、特許文献4には、高分子の多孔質支持体に、モノマーを充填して高分子量化したものにスルホン酸基を導入する方法によって得られる高分子電解質膜について開示されている。これらは、燃料として使用するメタノールや水に対する膨潤を多孔質支持体によって抑制するため、それらの透過(クロスオーバー)が抑制されるとされている。しかしながら、その製造工程が複雑であるため、製造コストや生産性の面で課題があることが容易に想定される。また、充分なプロトン伝導性を発現させるためには、電解質部分のプロトン伝導性基の含有量を高く設定する必要があり、この部分での耐久性や、電解質と支持体界面の耐久性に懸念がある。   For example, Patent Document 3 discloses a polymer electrolyte membrane obtained by a method in which a polymer porous support is filled with an electrolyte monomer to increase the molecular weight. Patent Document 4 discloses a polymer electrolyte membrane obtained by a method of introducing a sulfonic acid group into a polymer porous support having a high molecular weight by filling with a monomer. These are supposed to suppress the permeation (crossover) of them because the porous support suppresses the swelling of methanol and water used as fuel. However, since the manufacturing process is complicated, it is easily assumed that there are problems in terms of manufacturing cost and productivity. In addition, in order to develop sufficient proton conductivity, it is necessary to set the content of the proton conductive group in the electrolyte part high, and there is concern about the durability in this part and the durability of the electrolyte / support interface. There is.

例えば、特許文献3には、高分子の多孔質支持体に、電解質モノマーを充填して、高分子量化する高分子電解質膜について開示されている。燃料として使用するメタノールや水に対する膨潤を多孔質支持体によって抑制するため、それらの透過(クロスオーバー)が抑制されるとされている。しかしながら、その製造工程が複雑であるため、製造コストの面で課題があるとされている。また、充分なプロトン伝導性を発現させるためには、電解質部分のプロトン伝導性置換基の含有量を高く設定する必要があり、この部分での耐久性や、電解質と支持体界面の耐久性に懸念がある。
特表平11−510198号公報 国際公開第02/062896号パンフレット 再公表WO00/54531号公報 特開2005−5171号公報
For example, Patent Document 3 discloses a polymer electrolyte membrane in which a polymer porous support is filled with an electrolyte monomer to increase the molecular weight. In order to suppress swelling with respect to methanol and water used as fuel by the porous support, it is said that permeation (crossover) thereof is suppressed. However, since the manufacturing process is complicated, there is a problem in terms of manufacturing cost. In addition, in order to develop sufficient proton conductivity, it is necessary to set the content of the proton conductive substituent in the electrolyte part to be high, and durability in this part and durability of the electrolyte / support interface are required. There are concerns.
Japanese National Patent Publication No. 11-510198 International Publication No. 02/062896 Pamphlet Republished WO00 / 54531 Japanese Patent Laying-Open No. 2005-5171

本発明の目的は、上記問題を鑑みてなされたものであり、固体高分子形燃料電池、直接液体形燃料電池、直接メタノール形燃料電池の構成材料として有用な、優れたプロトン伝導性を有し、かつ高いメタノール遮断性を有する高分子電解質膜およびその製造方法、またその高分子電解質膜の材料である高分子フィルムおよびその製造方法を提供することである。   The object of the present invention has been made in view of the above problems, and has excellent proton conductivity useful as a constituent material of a polymer electrolyte fuel cell, a direct liquid fuel cell, and a direct methanol fuel cell. The present invention also provides a polymer electrolyte membrane having a high methanol barrier property and a method for producing the same, and a polymer film as a material for the polymer electrolyte membrane and a method for producing the polymer film.

(1)本発明の第1は、
固体高分子形燃料電池、直接液体形燃料電池、直接メタノール形燃料電池、に用いる、高分子電解質膜の材料であって、
(A)芳香族単位を有する高分子化合物、
(B)芳香族単位がない高分子化合物、
を必須成分として含む、高分子フィルム、
である。
(1) The first of the present invention is
A polymer electrolyte membrane material used for a solid polymer fuel cell, a direct liquid fuel cell, and a direct methanol fuel cell,
(A) a polymer compound having an aromatic unit,
(B) a polymer compound having no aromatic unit,
A polymer film containing, as an essential component,
It is.

(2)本発明の第2は、
さらに、(C)熱可塑性エラストマーを必須成分として含む(1)記載の高分子フィルム、
である。
(2) The second aspect of the present invention is
(C) a polymer film according to (1), which contains a thermoplastic elastomer as an essential component;
It is.

(3)本発明の第3は、
前記(A)がポリスチレン、シンジオタクチックポリスチレン、ポリフェニレンエーテル、変性ポリフェニレンエーテル、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およびポリフェニレンサルファイド、並びに、それらの誘導体からなる群から選択される少なくとも1種であることを特徴とする、(1)または(2)のいずれかに記載の高分子フィルム、
である。
(3) The third aspect of the present invention is
The (A) is at least one selected from the group consisting of polystyrene, syndiotactic polystyrene, polyphenylene ether, modified polyphenylene ether, polysulfone, polyether sulfone, polyether ether ketone and polyphenylene sulfide, and derivatives thereof. The polymer film according to any one of (1) and (2),
It is.

(4)本発明の第4は、
前記(A)がポリスチレン、シンジオタクチックポリスチレンおよびポリフェニレンサルファイドからなる群から選択される少なくとも1種であることを特徴とする、(1)〜(3)のいずれかに記載の高分子フィルム、
である。
(4) The fourth aspect of the present invention is
(A) is at least one selected from the group consisting of polystyrene, syndiotactic polystyrene and polyphenylene sulfide, The polymer film according to any one of (1) to (3),
It is.

(5)本発明の第5は、
前記(B)が下記一般式(1)
(5) The fifth aspect of the present invention is
(B) is represented by the following general formula (1)

(式中、X14は、H、CH3、Cl、F、OCOCH3、CN、COOH、COOCH3、OC49、からなる群から選択されるいずれかであって、X14は互いに独立で同一であっても異なっていてもよい)からなる高分子化合物から選択される少なくとも1種であることを特徴とする、(1)〜(4)のいずれかに記載の高分子フィルム、
である。
(Wherein, X 1 ~ 4, in any of H, CH 3, Cl, F , OCOCH 3, CN, COOH, COOCH 3, OC 4 H 9, is selected from the group consisting of, X 1 ~ (4) are independent of each other and may be the same or different), and are at least one selected from polymer compounds consisting of a high compound according to any one of (1) to (4) Molecular film,
It is.

(6)本発明の第6は、
前記(B)がポリエチレン、ポリプロピレンおよびポリメチルペンテン、並びに、それらの誘導体からなる群から選択される少なくとも1種であることを特徴とする、(1)〜(5)のいずれかに記載の高分子フィルム、
である。
(6) The sixth aspect of the present invention is
(B) is at least one selected from the group consisting of polyethylene, polypropylene, and polymethylpentene, and derivatives thereof, according to any one of (1) to (5), Molecular film,
It is.

(7)本発明の第7は、
「前記(C)がポリスチレンまたはポリスチレン誘導体と
下記一般式(2)および/または一般式(3)との
共重合体であることを特徴とする、(2)〜(6)のいずれかに記載の高分子フィルム。
(7) The seventh of the present invention is
“(C) is a copolymer of polystyrene or a polystyrene derivative and the following general formula (2) and / or general formula (3),” according to any one of (2) to (6), Polymer film.

(式中、R112はCx2x+1であって、R112は互いに独立で同一であっても異なっていてもよい。また、l、m、n、xは0以上の整数である。)」、
である。
(In the formula, R 1 to 12 are C x H 2x + 1 , and R 1 to 12 may be the same or different from each other, and l, m, n, and x are 0 or more. ) ",
It is.

(8)本発明の第8は、
前記(C)がポリスチレン−ポリイソブチレン−ポリスチレントリブロック共重合体、ポリスチレン−ポリ(エチレン/プロピレン)ブロック共重合体、ポリスチレン−ポリ(エチレン/プロピレン)−ポリスチレントリブロック共重合体、ポリスチレン−ポリ(エチレン/ブチレン)−ポリスチレントリブロック共重合体およびポリスチレン−ポリ(エチレン−エチレン/プロピレン)−ポリスチレントリブロック共重合体、並びに、それらの誘導体からなる群から選択される少なくとも1種であることを特徴とする、(2)〜(7)のいずれかに記載の高分子フィルム、
である。
(8) The eighth aspect of the present invention is
Said (C) is polystyrene-polyisobutylene-polystyrene triblock copolymer, polystyrene-poly (ethylene / propylene) block copolymer, polystyrene-poly (ethylene / propylene) -polystyrene triblock copolymer, polystyrene-poly ( It is at least one selected from the group consisting of ethylene / butylene) -polystyrene triblock copolymers and polystyrene-poly (ethylene-ethylene / propylene) -polystyrene triblock copolymers, and derivatives thereof. The polymer film according to any one of (2) to (7),
It is.

(9)本発明の第9は、
前記(B)が10重量%以上95重量%以下含まれることを特徴とする(1)〜(8)のいずれかに記載の高分子フィルム、
である。
(9) The ninth of the present invention is
The polymer film according to any one of (1) to (8), wherein (B) is contained in an amount of 10% by weight to 95% by weight,
It is.

(10)本発明の第10は、
前記(B)中に前記(A)が分散されていることを特徴とする、(1)〜(9)のいずれかに記載の高分子フィルム、
である。
(10) The tenth aspect of the present invention is
The polymer film according to any one of (1) to (9), wherein the (A) is dispersed in the (B),
It is.

(11)本発明の第11は、
固体高分子形燃料電池、直接液体形燃料電池、直接メタノール形燃料電池、に用いる、高分子電解質膜であって、(1)〜(10)のいずれかに記載の高分子フィルム中に存在する芳香族単位にプロトン伝導性基が導入されていることを特徴とする、高分子電解質膜、
である。
(11) The eleventh aspect of the present invention is
A polymer electrolyte membrane used for a solid polymer fuel cell, a direct liquid fuel cell, and a direct methanol fuel cell, and is present in the polymer film according to any one of (1) to (10) A polymer electrolyte membrane, wherein a proton conductive group is introduced into an aromatic unit,
It is.

(12)本発明の第12は、
前記プロトン伝導性基がスルホン酸基であることを特徴とする、(11)記載の高分子電解質膜、
である。
(12) The twelfth aspect of the present invention is
The polymer electrolyte membrane according to (11), wherein the proton conductive group is a sulfonic acid group,
It is.

(13)本発明の第13は、
前記高分子電解質膜のイオン交換容量が、0.5〜3.0ミリ当量/gであることを特徴とする、(11)または(12)のいずれかに記載の高分子電解質膜、
である。
(13) The thirteenth aspect of the present invention is
The polymer electrolyte membrane according to any one of (11) and (12), wherein the ion exchange capacity of the polymer electrolyte membrane is 0.5 to 3.0 meq / g,
It is.

(14)本発明の第14は、
前記高分子電解質膜の23℃におけるプロトン伝導度が、1.0×10-3S/cm以上であることを特徴とする、(11)〜(13)のいずれかに記載の高分子電解質膜、
である。
(14) The fourteenth aspect of the present invention is
The polymer electrolyte membrane according to any one of (11) to (13), wherein the proton conductivity of the polymer electrolyte membrane at 23 ° C. is 1.0 × 10 −3 S / cm or more. ,
It is.

(15)本発明の第15は、
前記高分子電解質膜の25℃における64重量%メタノール水溶液に対するメタノール透過係数が、2,000μmol/(cm・日)以下であることを特徴とする、(11)〜(14)のいずれかに記載の高分子電解質膜、
である。
(15) The fifteenth aspect of the present invention is
Any one of (11) to (14), wherein the polymer electrolyte membrane has a methanol permeability coefficient of 2,000 μmol / (cm · day) or less with respect to a 64 wt% methanol aqueous solution at 25 ° C. Polymer electrolyte membrane,
It is.

(16)本発明の第16は、
固体高分子形燃料電池、直接液体形燃料電池、直接メタノール形燃料電池、に用いる、高分子電解質膜の材料の製造方法であって、前記(1)〜(10)のいずれかに記載の高分子フィルムを溶融押出成形で製造することを特徴とする、高分子フィルムの製造方法、
である。
(16) The sixteenth aspect of the present invention is
A method for producing a material for a polymer electrolyte membrane used in a solid polymer fuel cell, a direct liquid fuel cell, and a direct methanol fuel cell, wherein the high level according to any one of (1) to (10) above A method for producing a polymer film, characterized by producing a molecular film by melt extrusion molding,
It is.

(17)本発明の第17は、
固体高分子形燃料電池、直接液体形燃料電池、直接メタノール形燃料電池、に用いる、高分子電解質膜の製造方法であって、前記(1)〜(10)のいずれかに記載の高分子フィルムを有機溶媒存在下でスルホン化剤と接触させることを特徴とする、高分子電解質膜の製造方法、
である。
(17) The seventeenth aspect of the present invention is
A method for producing a polymer electrolyte membrane for use in a solid polymer fuel cell, a direct liquid fuel cell, and a direct methanol fuel cell, wherein the polymer film according to any one of (1) to (10) above A method for producing a polymer electrolyte membrane, wherein the polymer electrolyte membrane is contacted with a sulfonating agent in the presence of an organic solvent,
It is.

(18)本発明の第18は、
前記スルホン化剤がクロロスルホン酸であることを特徴とする、(17)記載の高分子電解質膜の製造方法、
である。
(18) The eighteenth aspect of the present invention is
The method for producing a polymer electrolyte membrane according to (17), wherein the sulfonating agent is chlorosulfonic acid,
It is.

(19)本発明の第19は、
前記有機溶媒がハロゲン化炭化水素であることを特徴とする、(17)または(18)のいずれかに記載の高分子電解質膜の製造方法、
である。
(19) The nineteenth aspect of the present invention is
The method for producing a polymer electrolyte membrane according to any one of (17) and (18), wherein the organic solvent is a halogenated hydrocarbon,
It is.

(20)本発明の第20は、
前記ハロゲン化炭化水素が、ジクロロメタン、1,2−ジクロロエタンおよび1−クロロブタンからなる群から選択される少なくとも1種であることを特徴とする、(17)〜(19)のいずれかに記載の高分子電解質膜の製造方法、
である。
(20) According to the twentieth aspect of the present invention,
The halogenated hydrocarbon is at least one selected from the group consisting of dichloromethane, 1,2-dichloroethane, and 1-chlorobutane, and the high degree according to any one of (17) to (19) Manufacturing method of molecular electrolyte membrane,
It is.

(21)本発明の第21は、
(11)〜(15)のいずれかに記載の高分子電解質膜、あるいは、(17)〜(20)のいずれかに記載の高分子電解質膜の製造方法で得られる高分子電解質膜、を使用していることを特徴とする、固体高分子形燃料電池、
である。
(21) According to the twenty-first aspect of the present invention,
The polymer electrolyte membrane according to any one of (11) to (15) or the polymer electrolyte membrane obtained by the method for producing a polymer electrolyte membrane according to any one of (17) to (20) is used. A polymer electrolyte fuel cell, characterized in that
It is.

(22)本発明の第22は、
(11)〜(15)のいずれかに記載の高分子電解質膜、あるいは、(17)〜(20)のいずれかに記載の高分子電解質膜の製造方法で得られる高分子電解質膜、を使用していることを特徴とする、直接液体形燃料電池、
である。
(22) The twenty-second aspect of the present invention provides
The polymer electrolyte membrane according to any one of (11) to (15) or the polymer electrolyte membrane obtained by the method for producing a polymer electrolyte membrane according to any one of (17) to (20) is used. A direct liquid fuel cell, characterized in that
It is.

(23)本発明の第23は、
(11)〜(15)のいずれかに記載の高分子電解質膜、あるいは、(17)〜(20)のいずれかに記載の高分子電解質膜の製造方法で得られる高分子電解質膜、を使用していることを特徴とする、直接メタノール形燃料電池、
である。
(23) The twenty-third aspect of the present invention provides
The polymer electrolyte membrane according to any one of (11) to (15) or the polymer electrolyte membrane obtained by the method for producing a polymer electrolyte membrane according to any one of (17) to (20) is used. A direct methanol fuel cell, characterized in that
It is.

具体的には、本発明(上記(1)〜(23))は、下記の発明も開示する。なお、本発明の(1)〜(23)は、下記(A−1)〜(A−15)、(B−1)〜(B−13)、(C−1)〜(C−14)を包含するものである。   Specifically, the present invention (above (1) to (23)) also discloses the following invention. In addition, (1)-(23) of this invention is the following (A-1)-(A-15), (B-1)-(B-13), (C-1)-(C-14). Is included.

概念的に広いのは(C−1)〜(C−14)であり、(A−1)〜(A−15)、(B−1)〜(B−13)は、その一態様である。   Conceptually wide are (C-1) to (C-14), and (A-1) to (A-15) and (B-1) to (B-13) are one mode. .

(A−1).本発明の第A−1は、
固体高分子形燃料電池、直接液体形燃料電池、直接メタノール形燃料電池、に用いる、高分子電解質膜の材料であって、
(A)芳香族単位を有する高分子化合物、
(B)熱可塑性エラストマー、
(C)芳香族単位がない高分子化合物、
を必須成分として含む、高分子フィルム、
である。このフィルムを材料とすることによって、後述のような優れたプロトン伝導性かつ高いメタノール遮断性を有する高分子電解質膜を実現できる。
(A-1). No. A-1 of the present invention is
A polymer electrolyte membrane material used for a solid polymer fuel cell, a direct liquid fuel cell, and a direct methanol fuel cell,
(A) a polymer compound having an aromatic unit,
(B) a thermoplastic elastomer,
(C) a polymer compound having no aromatic unit,
A polymer film containing, as an essential component,
It is. By using this film as a material, a polymer electrolyte membrane having excellent proton conductivity and high methanol barrier properties as described later can be realized.

(A−2).本発明の第A−2は、
前記(A)がポリスチレン、シンジオタクチックポリスチレン、ポリフェニレンエーテル、変性ポリフェニレンエーテル、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およびポリフェニレンサルファイド、並びに、それらの誘導体からなる群から選択される少なくとも1種であることを特徴とする、本発明の第(A−1)に記載の高分子フィルム、
である。このフィルムを材料とすることによって、化学的・熱的安定性が高く、かつプロトン伝導性基の導入がし易いという点で、好ましい高分子電解質膜を実現できる。
(A-2). No. A-2 of the present invention is
The (A) is at least one selected from the group consisting of polystyrene, syndiotactic polystyrene, polyphenylene ether, modified polyphenylene ether, polysulfone, polyether sulfone, polyether ether ketone and polyphenylene sulfide, and derivatives thereof. A polymer film according to item (A-1) of the present invention,
It is. By using this film as a material, a preferable polymer electrolyte membrane can be realized in terms of high chemical and thermal stability and easy introduction of proton conductive groups.

(A−3).本発明の第(A−3)は、
前記(B)がポリスチレンまたはポリスチレン誘導体と下記一般式(2)および/または(3)との共重合体であることを特徴とする、本発明の第(A−1)〜(A−2)のいずれかに記載の高分子フィルム、
(A-3). (A-3) of the present invention is
Said (B) is a copolymer of polystyrene or a polystyrene derivative and the following general formula (2) and / or (3): (A-1) to (A-2) of the present invention A polymer film according to any one of

(式中、R112はCx2x+1であって、R112は互いに同一であっても異なっていてもよい。また、l、m、n、xは0以上の整数である。)
である。このフィルムを材料とすることによって、加工性が優れ、プロトン伝導性基の導入がし易いという点で、好ましい高分子電解質膜を実現できる。
(In the formula, R 1 to 12 are C x H 2x + 1 , and R 1 to 12 may be the same or different from each other. L, m, n, and x are integers of 0 or more. .)
It is. By using this film as a material, a preferable polymer electrolyte membrane can be realized in terms of excellent processability and easy introduction of proton conductive groups.

(A−4).本発明の第(A−4)は、
前記(B)がポリスチレン−ポリイソブチレン−ポリスチレントリブロック共重合体、ポリスチレン−ポリ(エチレン/プロピレン)ブロック共重合体、ポリスチレン−ポリ(エチレン/プロピレン)−ポリスチレントリブロック共重合体、ポリスチレン−ポリ(エチレン/ブチレン)−ポリスチレントリブロック共重合体およびポリスチレン−ポリ(エチレン−エチレン/プロピレン)−ポリスチレントリブロック共重合体、並びに、それらの誘導体からなる群から選択される少なくとも1種であることを特徴とする、本発明の第(A−1)〜(A−3)のいずれかに記載の高分子フィルム、
である。このフィルムを材料とすることによって、各成分の相溶性、分散性が改善され、加工性や機械的特性に優れ、プロトン伝導性基の導入がし易いという点で、好ましい高分子電解質膜を実現できる。
(A-4). (A-4) of the present invention is
Said (B) is polystyrene-polyisobutylene-polystyrene triblock copolymer, polystyrene-poly (ethylene / propylene) block copolymer, polystyrene-poly (ethylene / propylene) -polystyrene triblock copolymer, polystyrene-poly ( It is at least one selected from the group consisting of ethylene / butylene) -polystyrene triblock copolymers and polystyrene-poly (ethylene-ethylene / propylene) -polystyrene triblock copolymers, and derivatives thereof. The polymer film according to any one of (A-1) to (A-3) of the present invention,
It is. By using this film as a material, compatibility and dispersibility of each component are improved, workability and mechanical properties are excellent, and a proton-conducting group can be easily introduced. it can.

(A−5).本発明の第(A−5)は、
前記(C)が下記一般式(1)からなる高分子化合物から選択される少なくとも1種であることを特徴とする、本発明の第(A−1)〜(A−4)のいずれかに記載の高分子フィルム、
(A-5). (A-5) of the present invention is
Said (C) is at least 1 sort (s) selected from the high molecular compound which consists of following General formula (1), Any one of (A-1)-(A-4) of this invention characterized by the above-mentioned. The polymer film described,

(式中、X14は、H、CH3、Cl、F、OCOCH3、CN、COOH、COOCH3、OC49、からなる群から選択されるいずれかであって、X14は互いに同一であっても異なっていてもよい)
である。このフィルムを材料とすることによって、後述のような化学的安定性が高く、メタノール遮断性が優れた高分子電解質膜を実現できる。
(Wherein, X 1 ~ 4, in any of H, CH 3, Cl, F , OCOCH 3, CN, COOH, COOCH 3, OC 4 H 9, is selected from the group consisting of, X 1 ~ 4 may be the same or different from each other)
It is. By using this film as a material, a polymer electrolyte membrane having high chemical stability and excellent methanol barrier properties as described later can be realized.

(A−6).本発明の第(A−6)は、
前記(C)がポリエチレンおよび/またはポリプロピレンであることを特徴とする、本発明の第(A−1)〜(A−5)のいずれかに記載の高分子フィルム。
である。このフィルムを材料とすることによって、後述のような化学的安定性が高く、メタノール遮断性が優れた高分子電解質膜を実現できる。
(A-6). (A-6) of the present invention is
The polymer film according to any one of (A-1) to (A-5) of the present invention, wherein (C) is polyethylene and / or polypropylene.
It is. By using this film as a material, a polymer electrolyte membrane having high chemical stability and excellent methanol barrier properties as described later can be realized.

(A−7).本発明の第(A−7)は、
前記高分子フィルム中に、前記(C)が40重量%以上90重量%以下含まれることを特徴とする、本発明の第(A−1)〜(A−6)のいずれかに記載の高分子フィルム。
である。このフィルムを材料とすることによって、後述のような化学的安定性が高く、メタノール遮断性が優れた高分子電解質膜を実現できる。
(A-7). (A-7) of the present invention is
The polymer film according to any one of (A-1) to (A-6), wherein (C) is contained in an amount of 40% by weight to 90% by weight in the polymer film. Molecular film.
It is. By using this film as a material, a polymer electrolyte membrane having high chemical stability and excellent methanol barrier properties as described later can be realized.

上記(A−1)〜(A−7)で説明した本発明の高分子フィルムは、固体高分子形燃料電池、直接液体形燃料電池、直接メタノール形燃料電池に用いる、高分子電解質膜の材料として、好適に用いられる。   The polymer film of the present invention described in the above (A-1) to (A-7) is a material for a polymer electrolyte membrane used for a solid polymer fuel cell, a direct liquid fuel cell, and a direct methanol fuel cell. And is preferably used.

(A−8).本発明の第(A−8)は、
固体高分子形燃料電池、直接液体形燃料電池、直接メタノール形燃料電池、に用いる、高分子電解質膜であって、前記本発明の第(A−1)〜(A−7)のいずれかに記載の高分子フィルム中に存在する芳香族単位にプロトン伝導性基が導入されていることを特徴とする、高分子電解質膜、
である。
(A-8). (A-8) of the present invention is
A polymer electrolyte membrane used for a solid polymer fuel cell, a direct liquid fuel cell, and a direct methanol fuel cell, wherein the polymer electrolyte membrane is any one of (A-1) to (A-7) of the present invention. A polymer electrolyte membrane, wherein a proton conductive group is introduced into an aromatic unit present in the polymer film described above,
It is.

(A−9).本発明の第(A−9)は、
前記プロトン伝導性基がスルホン酸基であることを特徴とする、本発明の第(A−8)に記載の高分子電解質膜、
である。
(A-9). (A-9) of the present invention is
The polymer electrolyte membrane according to (A-8) of the present invention, wherein the proton conductive group is a sulfonic acid group,
It is.

上記本発明の第(A−1)〜(A−9)に示す通り、すなわち本発明は、固体高分子形燃料電池、直接液体形燃料電池、直接メタノール形燃料電池に用いられる高分子電解質膜、および高分子電解質膜の材料である高分子フィルムに関する。本発明の高分子電解質膜は、芳香族単位を有する高分子化合物と、熱可塑性エラストマーと、芳香族単位がない高分子化合物、との少なくとも3種の高分子化合物からなり、優れたプロトン伝導性と高いメタノール遮断性を両立できる。   As shown in the above (A-1) to (A-9) of the present invention, that is, the present invention is a polymer electrolyte membrane used for a solid polymer fuel cell, a direct liquid fuel cell, and a direct methanol fuel cell. And a polymer film which is a material of the polymer electrolyte membrane. The polymer electrolyte membrane of the present invention comprises at least three kinds of polymer compounds of a polymer compound having an aromatic unit, a thermoplastic elastomer, and a polymer compound having no aromatic unit, and has excellent proton conductivity. And high methanol barrier properties.

前記芳香族単位を有する高分子化合物が、ポリスチレン、シンジオタクチックポリスチレン、ポリフェニレンエーテル、変性ポリフェニレンエーテル、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およびポリフェニレンサルファイド、並びに、それらの誘導体からなる群から選択される少なくとも1種であると、化学的・熱的安定性が高く、かつプロトン伝導性基の導入がし易くなるので好ましい。   The polymer compound having an aromatic unit is selected from the group consisting of polystyrene, syndiotactic polystyrene, polyphenylene ether, modified polyphenylene ether, polysulfone, polyethersulfone, polyetheretherketone and polyphenylene sulfide, and derivatives thereof. It is preferable that at least one of them is high in chemical and thermal stability and can easily introduce a proton conductive group.

また、前記熱可塑性エラストマーが、ポリスチレンまたはポリスチレン誘導体と下記一般式(2)および/または(3)との共重合体であると、得られる高分子フィルムおよび高分子電解質膜の加工性や機械的特性が優れるとともに、プロトン伝導性基の導入がし易くなるので好ましい。   Further, when the thermoplastic elastomer is a copolymer of polystyrene or a polystyrene derivative and the following general formula (2) and / or (3), workability and mechanical properties of the resulting polymer film and polymer electrolyte membrane are obtained. It is preferable because of excellent characteristics and easy introduction of proton conductive groups.

(式中、R112はCx2x+1であって、R112は互いに同一であっても異なっていてもよい。また、l、m、n、xは0以上の整数である。)
さらに、前記熱可塑性エラストマーが、ポリスチレン−ポリイソブチレン−ポリスチレントリブロック共重合体、ポリスチレン−ポリ(エチレン/プロピレン)ブロック共重合体、ポリスチレン−ポリ(エチレン/プロピレン)−ポリスチレントリブロック共重合体、ポリスチレン−ポリ(エチレン/ブチレン)−ポリスチレントリブロック共重合体およびポリスチレン−ポリ(エチレン−エチレン/プロピレン)−ポリスチレントリブロック共重合体、並びに、それらの誘導体からなる群から選択される少なくとも1種であると、各成分の相溶性、分散性が改善され、加工性や機械的特性に優れ、スルホン酸基が導入しやすくなるという点で好ましい。
(In the formula, R 1 to 12 are C x H 2x + 1 , and R 1 to 12 may be the same or different from each other. L, m, n, and x are integers of 0 or more. .)
Furthermore, the thermoplastic elastomer is polystyrene-polyisobutylene-polystyrene triblock copolymer, polystyrene-poly (ethylene / propylene) block copolymer, polystyrene-poly (ethylene / propylene) -polystyrene triblock copolymer, polystyrene. -At least one selected from the group consisting of poly (ethylene / butylene) -polystyrene triblock copolymers and polystyrene-poly (ethylene-ethylene / propylene) -polystyrene triblock copolymers, and derivatives thereof The compatibility and dispersibility of each component are improved, the processability and mechanical properties are excellent, and the sulfonic acid group is easily introduced.

また、前記芳香族単位がない高分子化合物が、下記一般式(1)からなる選択される少なくとも1種であると、化学的安定性が高く、メタノール遮断性が優れるため好ましい。   Moreover, it is preferable that the polymer compound having no aromatic unit is at least one selected from the following general formula (1) because of high chemical stability and excellent methanol barrier properties.

(式中、X14は、H、CH3、Cl、F、OCOCH3、CN、COOH、COOCH3、OC49、からなる群から選択されるいずれかであって、X14は互いに同一であっても異なっていてもよい)
さらに、前記芳香族単位がない高分子化合物が、ポリエチレンおよび/またはポリプロピレンであると、化学的安定性が高く、メタノール遮断性が優れ、さらには安価に製造できるため好ましい。
(Wherein, X 1 ~ 4, in any of H, CH 3, Cl, F , OCOCH 3, CN, COOH, COOCH 3, OC 4 H 9, is selected from the group consisting of, X 1 ~ 4 may be the same or different from each other)
Furthermore, it is preferable that the polymer compound having no aromatic unit is polyethylene and / or polypropylene because it has high chemical stability, excellent methanol blocking properties, and can be produced at low cost.

芳香族単位がない高分子化合物を40重量%以上90重量%以下含むと、特に、優れたプロトン伝導性と高いメタノール遮断性が両立するので好ましい。   It is particularly preferable that the polymer compound having no aromatic unit is contained in an amount of 40% by weight or more and 90% by weight or less because both excellent proton conductivity and high methanol blocking property are compatible.

前記プロトン伝導性基は、プロトン伝導性基の導入のし易さや得られる高分子電解質膜のプロトン伝導性などの点から、スルホン酸基であることが好ましい。   The proton conductive group is preferably a sulfonic acid group from the viewpoint of easy introduction of the proton conductive group and proton conductivity of the obtained polymer electrolyte membrane.

(A−10).本発明の第(A−10)は、
固体高分子形燃料電池、直接液体形燃料電池、直接メタノール形燃料電池、に用いる、高分子電解質膜の材料の製造方法であって、前記本発明の第(A−1)〜(A−7)のいずれかに記載の高分子フィルムを溶融押出成形で製造することを特徴とする、高分子フィルムの製造方法、
である。
(A-10). (A-10) of the present invention is
A method for producing a material for a polymer electrolyte membrane used in a solid polymer fuel cell, a direct liquid fuel cell, and a direct methanol fuel cell, wherein (A-1) to (A-7) of the present invention are used. A method for producing a polymer film, wherein the polymer film is produced by melt extrusion molding,
It is.

(A−11).本発明の第(A−11)は、
固体高分子形燃料電池、直接液体形燃料電池、直接メタノール形燃料電池、に用いる、高分子電解質膜の製造方法であって、前記本発明の第(A−1)〜(A−7)のいずれかに記載の高分子フィルムを有機溶媒存在下でスルホン化剤と接触させることを特徴とする、高分子電解質膜の製造方法、
である。
(A-11). (A-11) of the present invention is
A method for producing a polymer electrolyte membrane for use in a solid polymer fuel cell, a direct liquid fuel cell, and a direct methanol fuel cell, wherein the methods (A-1) to (A-7) of the present invention are used. Contact with a sulfonating agent in the presence of an organic solvent in any one of the polymer films, a method for producing a polymer electrolyte membrane,
It is.

(A−12).本発明の第(A−12)は、
前記スルホン化剤がクロロスルホン酸であることを特徴とする、本発明の第(A−11)に記載の高分子電解質膜の製造方法、
である。
(A-12). (A-12) of the present invention is
The method for producing a polymer electrolyte membrane according to (A-11) of the present invention, wherein the sulfonating agent is chlorosulfonic acid,
It is.

上記本発明の第(A−10)〜(A−12)に示す通り、さらに本発明は、固体高分子形燃料電池、直接液体形燃料電池、直接メタノール形燃料電池、に用いる高分子電解質膜の製造方法、および、高分子電解質膜の材料である高分子フィルムの製造方法に関する。前記高分子フィルムを溶融押出成形で製造方法することで、高分子電解質膜を得るのに好適な高分子フィルム材料を高い生産性で得ることができ好ましい。また、前記高分子フィルムを有機溶媒存在下でスルホン化剤と接触させる製造方法とすることで、優れたプロトン伝導性および高いメタノール遮断性を両立する高分子電解質膜が簡便かつ高い生産性で得られ好ましい。このとき、前記スルホン化剤がクロロスルホン酸であると、プロトン伝導性基であるスルホン酸基が導入しやすく、高いプロトン伝導性を有する高分子電解質膜を得やすくなり好ましい。   As shown in the above (A-10) to (A-12) of the present invention, the present invention further relates to a polymer electrolyte membrane used for a solid polymer fuel cell, a direct liquid fuel cell, and a direct methanol fuel cell. And a method for producing a polymer film which is a material for the polymer electrolyte membrane. By producing the polymer film by melt extrusion, a polymer film material suitable for obtaining a polymer electrolyte membrane can be obtained with high productivity. In addition, by using a production method in which the polymer film is brought into contact with a sulfonating agent in the presence of an organic solvent, a polymer electrolyte membrane having both excellent proton conductivity and high methanol barrier properties can be obtained with ease and high productivity. It is preferable. At this time, it is preferable that the sulfonating agent is chlorosulfonic acid because a sulfonic acid group which is a proton conductive group is easily introduced, and a polymer electrolyte membrane having high proton conductivity is easily obtained.

(A−13).本発明の第(A−13)は、
前記本発明の第8または9のいずれかに記載の高分子電解質膜、
あるいは、前記本発明の第(A−11)または(A−12)のいずれかに記載の高分子電解質膜の製造方法で得られる高分子電解質膜、
を使用していることを特徴とする、固体高分子形燃料電池、
である。
(A-13). (A-13) of the present invention is
The polymer electrolyte membrane according to any one of the eighth and ninth aspects of the present invention,
Alternatively, a polymer electrolyte membrane obtained by the method for producing a polymer electrolyte membrane according to any one of (A-11) or (A-12) of the present invention,
A polymer electrolyte fuel cell, characterized in that
It is.

(A−14).本発明の第(A−14)は、
前記本発明の第8または9のいずれかに記載の高分子電解質膜、
あるいは、前記本発明の第(A−11)または(A−12)のいずれかに記載の高分子電解質膜の製造方法で得られる高分子電解質膜、
を使用していることを特徴とする、直接液体形燃料電池、
である。
(A-14). (A-14) of the present invention is
The polymer electrolyte membrane according to any one of the eighth and ninth aspects of the present invention,
Alternatively, a polymer electrolyte membrane obtained by the method for producing a polymer electrolyte membrane according to any one of (A-11) or (A-12) of the present invention,
A direct liquid fuel cell, characterized in that
It is.

(A−15).本発明の第(A−15)は、
前記本発明の第(A−8)または(A−9)のいずれかに記載の高分子電解質膜、
あるいは、前記本発明の第(A−11)または(A−12)のいずれかに記載の高分子電解質膜の製造方法で得られる高分子電解質膜、
を使用していることを特徴とする、直接メタノール形燃料電池、
である。
(A-15). (A-15) of the present invention is
The polymer electrolyte membrane according to any one of (A-8) and (A-9) of the present invention,
Alternatively, a polymer electrolyte membrane obtained by the method for producing a polymer electrolyte membrane according to any one of (A-11) or (A-12) of the present invention,
A direct methanol fuel cell, characterized in that
It is.

上記本発明の第(A−13)〜(A−15)に示す通り、さらに、本発明の高分子電解質膜、あるいは、本発明の製造方法により得られた高分子電解質膜を使用した直接固体高分子形燃料電池は、優れたプロトン伝導性、高い耐久性を有するため、固体高分子形燃料電池として優れている。さらに、本発明の高分子電解質膜、あるいは、本発明の製造方法により得られた高分子電解質膜を使用した直接液体形燃料電池は、優れたプロトン伝導性、高い液体燃料の遮断性を有するため、直接液体形燃料電池として優れている。さらに、本発明の高分子電解質膜、あるいは、本発明の製造方法により得られた高分子電解質膜を使用した直接メタノール形燃料電池は、優れたプロトン伝導性および高いメタノール遮断性を両立し、直接メタノール形燃料電池として優れている。   As shown in the above (A-13) to (A-15) of the present invention, the solid electrolyte using the polymer electrolyte membrane of the present invention or the polymer electrolyte membrane obtained by the production method of the present invention is further used. Since the polymer fuel cell has excellent proton conductivity and high durability, it is excellent as a solid polymer fuel cell. Furthermore, the direct liquid fuel cell using the polymer electrolyte membrane of the present invention or the polymer electrolyte membrane obtained by the production method of the present invention has excellent proton conductivity and high liquid fuel barrier properties. It is excellent as a direct liquid fuel cell. Furthermore, the direct methanol fuel cell using the polymer electrolyte membrane of the present invention or the polymer electrolyte membrane obtained by the production method of the present invention has both excellent proton conductivity and high methanol barrier properties, Excellent as a methanol fuel cell.

(B−1).本発明の第(B−1)は、
固体高分子形燃料電池、直接液体形燃料電池、直接メタノール形燃料電池、に用いる、高分子電解質膜の材料であって、少なくとも、
(A)芳香族単位を有する高分子化合物、および、
(B)芳香族単位がない高分子化合物、
を含み、
前記(B)中に前記(A)が分散されていることを特徴とする構造を有する高分子フィルム、
である。このフィルムを材料とすることによって、後述のような優れたプロトン伝導性かつ高いメタノール遮断性を有する高分子電解質膜を実現できる。
(B-1). (B-1) of the present invention is
A material for a polymer electrolyte membrane used in a polymer electrolyte fuel cell, a direct liquid fuel cell, a direct methanol fuel cell, and at least,
(A) a polymer compound having an aromatic unit, and
(B) a polymer compound having no aromatic unit,
Including
A polymer film having a structure in which (A) is dispersed in (B),
It is. By using this film as a material, a polymer electrolyte membrane having excellent proton conductivity and high methanol barrier properties as described later can be realized.

(B−2).本発明の第(B−2)は、
前記(A)がポリスチレン、シンジオタクチックポリスチレン、ポリフェニレンエーテル、変性ポリフェニレンエーテル、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およびポリフェニレンサルファイド、並びに、それらの誘導体または共重合体からなる群から選択される少なくとも1種であることを特徴とする、本発明の第(B−1)に記載の高分子フィルム、
である。このフィルムを材料とすることによって、化学的・熱的安定性が高く、かつプロトン伝導性基の導入がし易いという点で、好ましい高分子電解質膜を実現できる。
(B-2). (B-2) of the present invention is
(A) is at least selected from the group consisting of polystyrene, syndiotactic polystyrene, polyphenylene ether, modified polyphenylene ether, polysulfone, polyethersulfone, polyetheretherketone and polyphenylene sulfide, and derivatives or copolymers thereof. The polymer film according to (B-1) of the present invention, characterized in that it is a single type,
It is. By using this film as a material, a preferable polymer electrolyte membrane can be realized in terms of high chemical and thermal stability and easy introduction of proton conductive groups.

(B−3).本発明の第(B−3)は、
前記(B)が下記一般式(1)からなる高分子化合物から選択される少なくとも1種であることを特徴とする、本発明の第1〜2のいずれかに記載の高分子フィルム、
(B-3). (B-3) of the present invention is
The polymer film according to any one of the first and second aspects of the present invention, wherein (B) is at least one selected from polymer compounds consisting of the following general formula (1):

(式中、X14は、H、CH3、Cl、F、OCOCH3、CN、COOH、COOCH3、OC49、からなる群から選択されるいずれかであって、X14は互いに同一であっても異なっていてもよい)
である。このフィルムを材料とすることによって、後述のような化学的安定性が高く、メタノール遮断性が優れた高分子電解質膜を実現できる。
(Wherein, X 1 ~ 4, in any of H, CH 3, Cl, F , OCOCH 3, CN, COOH, COOCH 3, OC 4 H 9, is selected from the group consisting of, X 1 ~ 4 may be the same or different from each other)
It is. By using this film as a material, a polymer electrolyte membrane having high chemical stability and excellent methanol barrier properties as described later can be realized.

(B−4).本発明の第(B−4)は、
前記(B)がポリエチレンおよび/またはポリプロピレンであることを特徴とする、本発明の第(B−1)〜(B−3)のいずれかに記載の高分子フィルム、
である。このフィルムを材料とすることによって、後述のような化学的安定性が高く、メタノール遮断性が優れた高分子電解質膜を実現できる。
(B-4). (B-4) of the present invention is
The polymer film according to any one of (B-1) to (B-3) of the present invention, wherein (B) is polyethylene and / or polypropylene,
It is. By using this film as a material, a polymer electrolyte membrane having high chemical stability and excellent methanol barrier properties as described later can be realized.

(B−5).本発明の第(B−5)は、
前記高分子フィルム中に、前記(B)が40重量%以上90重量%以下含まれることを特徴とする、本発明の第(B−1)〜(B−4)のいずれかに記載の高分子フィルム、
である。このフィルムを材料とすることによって、後述のような化学的安定性が高く、メタノール遮断性が優れた高分子電解質膜を実現できる。
(B-5). (B-5) of the present invention is
The polymer film according to any one of (B-1) to (B-4) of the present invention, wherein (B) is contained in an amount of 40% by weight to 90% by weight in the polymer film. Molecular film,
It is. By using this film as a material, a polymer electrolyte membrane having high chemical stability and excellent methanol barrier properties as described later can be realized.

上記本発明の第(B−1)〜(B−5)で説明した本発明の高分子フィルムは、固体高分子形燃料電池、直接液体形燃料電池、直接メタノール形燃料電池に用いる、高分子電解質膜の材料として、好適に用いられる。   The polymer film of the present invention described in the above (B-1) to (B-5) of the present invention is a polymer used for a solid polymer fuel cell, a direct liquid fuel cell, and a direct methanol fuel cell. It is suitably used as a material for the electrolyte membrane.

(B−6).本発明の第(B−6)は、
固体高分子形燃料電池、直接液体形燃料電池、直接メタノール形燃料電池、に用いる、高分子電解質膜であって、前記本発明の第(B−1)〜(B−5)のいずれかに記載の高分子フィルム中に存在する芳香族単位にプロトン伝導性基が導入されていることを特徴とする、高分子電解質膜、
である。
(B-6). (B-6) of the present invention is
A polymer electrolyte membrane used for a solid polymer fuel cell, a direct liquid fuel cell, and a direct methanol fuel cell, wherein the polymer electrolyte membrane is any one of (B-1) to (B-5) of the present invention. A polymer electrolyte membrane, wherein a proton conductive group is introduced into an aromatic unit present in the polymer film described above,
It is.

(B−7).本発明の第(B−7)は、
前記プロトン伝導性基がスルホン酸基であることを特徴とする、本発明の第6に記載の高分子電解質膜、
である。
(B-7). (B-7) of the present invention is
The polymer electrolyte membrane according to the sixth aspect of the present invention, wherein the proton conductive group is a sulfonic acid group,
It is.

上記本発明の第(B−1)〜(B−7)に示す通り、すなわち本発明は、固体高分子形燃料電池、直接液体形燃料電池、直接メタノール形燃料電池に用いられる高分子電解質膜、および高分子電解質膜の材料である高分子フィルムに関する。本発明の高分子電解質膜は、芳香族単位を有する高分子化合物と、芳香族単位がない高分子化合物、との少なくとも2種の高分子化合物からなり、
芳香族単位のない高分子化合物中に芳香族単位を有する高分子化合物が分散されている構造とすることで、優れたプロトン伝導性と高いメタノール遮断性を両立できる。
As shown in the above (B-1) to (B-7) of the present invention, that is, the present invention is a polymer electrolyte membrane used for a solid polymer fuel cell, a direct liquid fuel cell, and a direct methanol fuel cell. And a polymer film which is a material of the polymer electrolyte membrane. The polymer electrolyte membrane of the present invention comprises at least two polymer compounds, a polymer compound having an aromatic unit and a polymer compound having no aromatic unit,
By adopting a structure in which a polymer compound having an aromatic unit is dispersed in a polymer compound having no aromatic unit, both excellent proton conductivity and high methanol blocking property can be achieved.

前記芳香族単位を有する高分子化合物が、ポリスチレン、シンジオタクチックポリスチレン、ポリフェニレンエーテル、変性ポリフェニレンエーテル、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およびポリフェニレンサルファイド、並びに、それらの誘導体および共重合体からなる群から選択される少なくとも1種であると、化学的・熱的安定性が高く、かつプロトン伝導性基の導入がし易くなるので好ましい。   The polymer compound having an aromatic unit is made of polystyrene, syndiotactic polystyrene, polyphenylene ether, modified polyphenylene ether, polysulfone, polyethersulfone, polyetheretherketone and polyphenylene sulfide, and derivatives and copolymers thereof. It is preferable that at least one selected from the group has high chemical and thermal stability and facilitates introduction of a proton conductive group.

また、前記芳香族単位がない高分子化合物が、下記一般式(1)からなる高分子化合物から選択される少なくとも1種であると、化学的安定性が高く、メタノール遮断性が優れるため好ましい。   In addition, it is preferable that the polymer compound having no aromatic unit is at least one selected from polymer compounds represented by the following general formula (1) because of high chemical stability and excellent methanol blocking properties.

(式中、X14は、H、CH3、Cl、F、OCOCH3、CN、COOH、COOCH3、OC49、からなる群から選択されるいずれかであって、X14は互いに同一であっても異なっていてもよい)。(Wherein, X 1 ~ 4, in any of H, CH 3, Cl, F , OCOCH 3, CN, COOH, COOCH 3, OC 4 H 9, is selected from the group consisting of, X 1 ~ 4 may be the same or different from each other).

さらに、前記芳香族単位がない高分子化合物が、ポリエチレンおよび/またはポリプロピレンであると、化学的安定性が高く、メタノール遮断性が優れ、さらには安価に製造できるため好ましい。   Furthermore, it is preferable that the polymer compound having no aromatic unit is polyethylene and / or polypropylene because it has high chemical stability, excellent methanol blocking properties, and can be produced at low cost.

芳香族単位がない高分子化合物を40重量%以上90重量%以下含むと、特に、優れたプロトン伝導性と高いメタノール遮断性が両立するので好ましい。   It is particularly preferable that the polymer compound having no aromatic unit is contained in an amount of 40% by weight or more and 90% by weight or less because both excellent proton conductivity and high methanol blocking property are compatible.

前記プロトン伝導性基は、プロトン伝導性基の導入のし易さや得られる高分子電解質膜のプロトン伝導性などの点から、スルホン酸基であることが好ましい。   The proton conductive group is preferably a sulfonic acid group from the viewpoint of easy introduction of the proton conductive group and proton conductivity of the obtained polymer electrolyte membrane.

(B−8).本発明の第(B−8)は、
固体高分子形燃料電池、直接液体形燃料電池、直接メタノール形燃料電池、に用いる、高分子電解質膜の材料の製造方法であって、前記本発明の第(B−1)〜(B−5)のいずれかに記載の高分子フィルムを溶融押出成形で製造することを特徴とする、高分子フィルムの製造方法、
である。
(B-8). (B-8) of the present invention is
A method for producing a material for a polymer electrolyte membrane used in a solid polymer fuel cell, a direct liquid fuel cell, and a direct methanol fuel cell, wherein (B-1) to (B-5) of the present invention are used. A method for producing a polymer film, wherein the polymer film is produced by melt extrusion molding,
It is.

(B−9).本発明の第(B−9)は、
固体高分子形燃料電池、直接液体形燃料電池、直接メタノール形燃料電池、に用いる、高分子電解質膜の製造方法であって、前記本発明の第(B−1)〜(B−7)のいずれかに記載の高分子フィルムを有機溶媒存在下でスルホン化剤と接触させることを特徴とする、高分子電解質膜の製造方法、
である。
(B-9). (B-9) of the present invention is
A method for producing a polymer electrolyte membrane for use in a solid polymer fuel cell, a direct liquid fuel cell, and a direct methanol fuel cell, wherein (B-1) to (B-7) of the present invention are used. Contact with a sulfonating agent in the presence of an organic solvent in any one of the polymer films, a method for producing a polymer electrolyte membrane,
It is.

(B−10).本発明の第(B−10)は、
前記スルホン化剤がクロロスルホン酸であることを特徴とする、本発明の第(B−9)に記載の高分子電解質膜の製造方法、
である。
(B-10). (B-10) of the present invention is
The method for producing a polymer electrolyte membrane according to (B-9) of the present invention, wherein the sulfonating agent is chlorosulfonic acid,
It is.

上記本発明の第(B−8)〜(B−10)に示す通り、さらに本発明は、固体高分子形燃料電池、直接液体形燃料電池、直接メタノール形燃料電池、に用いる高分子電解質膜の製造方法、および、高分子電解質膜の材料である高分子フィルムの製造方法に関する。前記高分子フィルムを溶融押出成形で製造方法することで、高分子電解質膜を得るのに好適な高分子フィルム材料を高い生産性で得ることができ好ましい。また、前記高分子フィルムを有機溶媒存在下でスルホン化剤と接触させる製造方法とすることで、優れたプロトン伝導性および高いメタノール遮断性を両立する高分子電解質膜が簡便かつ高い生産性で得られ好ましい。このとき、前記スルホン化剤がクロロスルホン酸であると、プロトン伝導性基であるスルホン酸基が導入しやすく、高いプロトン伝導性を有する高分子電解質膜を得やすくなり好ましい。   As shown in the above (B-8) to (B-10) of the present invention, the present invention further relates to a polymer electrolyte membrane used for a solid polymer fuel cell, a direct liquid fuel cell, and a direct methanol fuel cell. And a method for producing a polymer film which is a material for the polymer electrolyte membrane. By producing the polymer film by melt extrusion, a polymer film material suitable for obtaining a polymer electrolyte membrane can be obtained with high productivity. In addition, by using a production method in which the polymer film is brought into contact with a sulfonating agent in the presence of an organic solvent, a polymer electrolyte membrane having both excellent proton conductivity and high methanol barrier properties can be obtained with ease and high productivity. It is preferable. At this time, it is preferable that the sulfonating agent is chlorosulfonic acid because a sulfonic acid group which is a proton conductive group is easily introduced, and a polymer electrolyte membrane having high proton conductivity is easily obtained.

(B−11).本発明の第(B−11)は、
前記本発明の第(B−6)または(B−7)のいずれかに記載の高分子電解質膜、
あるいは、前記本発明の第(B−9)または(B−10)のいずれかに記載の高分子電解質膜の製造方法で得られる高分子電解質膜、
を使用していることを特徴とする、固体高分子形燃料電池、
である。
(B-11). (B-11) of the present invention is
The polymer electrolyte membrane according to any one of (B-6) and (B-7) of the present invention,
Alternatively, a polymer electrolyte membrane obtained by the method for producing a polymer electrolyte membrane according to any one of (B-9) or (B-10) of the present invention,
A polymer electrolyte fuel cell, characterized in that
It is.

(B−12).本発明の第(B−12)は、
前記本発明の第(B−6)または(B−7)のいずれかに記載の高分子電解質膜、
あるいは、前記本発明の第(B−9)または(B−10)のいずれかに記載の高分子電解質膜の製造方法で得られる高分子電解質膜、
を使用していることを特徴とする、直接液体形燃料電池、
である。
(B-12). (B-12) of the present invention is
The polymer electrolyte membrane according to any one of (B-6) and (B-7) of the present invention,
Alternatively, a polymer electrolyte membrane obtained by the method for producing a polymer electrolyte membrane according to any one of (B-9) or (B-10) of the present invention,
A direct liquid fuel cell, characterized in that
It is.

(B−13).本発明の第(B−13)は、
前記本発明の第(B−6)または(B−7)のいずれかに記載の高分子電解質膜、
あるいは、前記本発明の第(B−9)または(B−10)のいずれかに記載の高分子電解質膜の製造方法で得られる高分子電解質膜、
を使用していることを特徴とする、直接メタノール形燃料電池、
である。
(B-13). (B-13) of the present invention is
The polymer electrolyte membrane according to any one of (B-6) and (B-7) of the present invention,
Alternatively, a polymer electrolyte membrane obtained by the method for producing a polymer electrolyte membrane according to any one of (B-9) or (B-10) of the present invention,
A direct methanol fuel cell, characterized in that
It is.

上記本発明の第(B−11)〜(B−13)に示す通り、さらに、本発明の高分子電解質膜、あるいは、本発明の製造方法により得られた高分子電解質膜を使用した直接固体高分子形燃料電池は、優れたプロトン伝導性、高い耐久性を有するため、固体高分子形燃料電池として優れている。さらに、本発明の高分子電解質膜、あるいは、本発明の製造方法により得られた高分子電解質膜を使用した直接液体形燃料電池は、優れたプロトン伝導性、高い液体燃料の遮断性を有するため、直接液体形燃料電池として優れている。さらに、本発明の高分子電解質膜、あるいは、本発明の製造方法により得られた高分子電解質膜を使用した直接メタノール形燃料電池は、優れたプロトン伝導性および高いメタノール遮断性を両立し、直接メタノール形燃料電池として優れている。   As shown in the above (B-11) to (B-13) of the present invention, a direct solid using the polymer electrolyte membrane of the present invention or the polymer electrolyte membrane obtained by the production method of the present invention. Since the polymer fuel cell has excellent proton conductivity and high durability, it is excellent as a solid polymer fuel cell. Furthermore, the direct liquid fuel cell using the polymer electrolyte membrane of the present invention or the polymer electrolyte membrane obtained by the production method of the present invention has excellent proton conductivity and high liquid fuel barrier properties. It is excellent as a direct liquid fuel cell. Furthermore, the direct methanol fuel cell using the polymer electrolyte membrane of the present invention or the polymer electrolyte membrane obtained by the production method of the present invention has both excellent proton conductivity and high methanol barrier properties, Excellent as a methanol fuel cell.

(C−1).本発明の第(C−1)は、
固体高分子形燃料電池、直接液体形燃料電池、直接メタノール形燃料電池、に用いる、プロトン伝導性高分子電解質膜の材料であって、脂肪族系高分子化合物と、芳香族系高分子化合物との、少なくとも2種の高分子化合物からなる、高分子フィルム、
である。このフィルムを材料とすることによって、後述のような優れたプロトン伝導性かつ高いメタノール遮断性を有する高分子電解質膜を実現できる。
(C-1). (C-1) of the present invention is
A material for proton conductive polymer electrolyte membranes used in solid polymer fuel cells, direct liquid fuel cells, and direct methanol fuel cells, including aliphatic polymer compounds and aromatic polymer compounds A polymer film consisting of at least two polymer compounds,
It is. By using this film as a material, a polymer electrolyte membrane having excellent proton conductivity and high methanol barrier properties as described later can be realized.

(C−2).本発明の第(C−2)は、
前記脂肪族系高分子化合物が、10重量%以上95重量%以下含まれることを特徴とする、請求項1記載の高分子フィルム、
である。このフィルムを材料とすることによって、後述のような優れたプロトン伝導性かつ高いメタノール遮断性が両立した高分子電解質膜を実現できる。
(C-2). (C-2) of the present invention is
The polymer film according to claim 1, wherein the aliphatic polymer compound is contained in an amount of 10 wt% to 95 wt%.
It is. By using this film as a material, a polymer electrolyte membrane having both excellent proton conductivity and high methanol barrier properties as described later can be realized.

(C−3).本発明の第(C−3)は、
前記脂肪族系高分子化合物が、下記式(4)〜(6)
(C-3). (C-3) of the present invention is
The aliphatic polymer compound has the following formulas (4) to (6):

(XおよびYは、H、CH3、Cl、F、OCOCH3、CN、COOH、COOCH3、OC49、から選ばれる原子団の内、いずれかであって、XとYは互いに同一であっても異なっていても良い。)
で表される繰り返し単位を構成成分とする脂肪族系高分子化合物から選択される少なくとも1種であることを特徴とする(C−1)、(C−2)のいずれかに記載の高分子フィルム、
である。このフィルムを材料とすることによって、化学的・熱的安定性、加工性が優れている高分子電解質膜を実現できる。
(X and Y are any of atomic groups selected from H, CH 3 , Cl, F, OCOCH 3 , CN, COOH, COOCH 3 , OC 4 H 9 , and X and Y are the same as each other Or different.)
The polymer as described in any one of (C-1) and (C-2), which is at least one selected from aliphatic polymer compounds having a repeating unit represented by the film,
It is. By using this film as a material, a polymer electrolyte membrane having excellent chemical and thermal stability and processability can be realized.

(C−4).本発明の第(C−4)は、
前記芳香族系高分子化合物が、ポリフェニレンサルファイド、ポリフェニレンエーテル、ポリスチレン、シンジオタクチックポリスチレン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトンの少なくとも1種であることを特徴とする(C−1)〜(C−3)のいずれかに記載の高分子フィルム、
である。このフィルムを材料とすることによって、化学的・熱的安定性が高く、かつプロトン伝導性基の導入がし易いという点で、好ましい高分子電解質膜を実現できる。
(C-4). (C-4) of the present invention is
The aromatic polymer compound is at least one of polyphenylene sulfide, polyphenylene ether, polystyrene, syndiotactic polystyrene, polyether sulfone, and polyether ether ketone (C-1) to (C- 3) the polymer film according to any one of
It is. By using this film as a material, a preferable polymer electrolyte membrane can be realized in terms of high chemical and thermal stability and easy introduction of proton conductive groups.

上記で説明した本発明の高分子フィルムは、固体高分子形燃料電池、直接液体形燃料電池、直接メタノール形燃料電池に用いる、高分子電解質膜の材料として、好適に用いられる。   The polymer film of the present invention described above is suitably used as a material for a polymer electrolyte membrane used for a solid polymer fuel cell, a direct liquid fuel cell, and a direct methanol fuel cell.

(C−5).本発明の第(C−5)は、
固体高分子形燃料電池、直接液体形燃料電池、直接メタノール形燃料電池、に用いる、プロトン伝導性高分子電解質膜であって、(C−1)〜(C−4)のいずれかに記載の高分子フィルム中に存在する芳香族系高分子化合物にプロトン伝導性基が結合していることを特徴とする、高分子電解質膜、
である。
(C-5). (C-5) of the present invention is
A proton conductive polymer electrolyte membrane for use in a polymer electrolyte fuel cell, a direct liquid fuel cell, or a direct methanol fuel cell, according to any one of (C-1) to (C-4) A polymer electrolyte membrane characterized in that a proton conductive group is bonded to an aromatic polymer compound present in the polymer film;
It is.

(C−6).本発明の第(C−6)は、
前記プロトン伝導性基がスルホン酸基であることを特徴とする、(C−5)に記載のプロト
ン伝導性高分子電解質膜、
である。
(C-6). (C-6) of the present invention is
The proton conductive polymer electrolyte membrane according to (C-5), wherein the proton conductive group is a sulfonic acid group,
It is.

上記(C−1)〜(C−6)に示す通り、すなわち本発明は、固体高分子形燃料電池、直接液体形燃料電池、直接メタノール形燃料電池に用いられる高分子電解質膜に関する。本発明の高分子電解質膜は、脂肪族系高分子化合物と、プロトン伝導性基を含有する芳香族系高分子化合物との、少なくとも2種の高分子化合物からなり、優れたプロトン伝導性かつ高いメタノール遮断性を有する。このとき、前記脂肪族系高分子化合物を、前記高分子電解質膜中に10重量%以上95重量%以下含有すると、特に、優れたプロトン伝導性及び高いメタノール遮断性が両立するので好ましい。また、前記脂肪族系高分子化合物が下記式(4)〜(6)   As shown in the above (C-1) to (C-6), that is, the present invention relates to a polymer electrolyte membrane used for a solid polymer fuel cell, a direct liquid fuel cell, and a direct methanol fuel cell. The polymer electrolyte membrane of the present invention comprises at least two polymer compounds, that is, an aliphatic polymer compound and an aromatic polymer compound containing a proton conductive group, and has excellent proton conductivity and high Has methanol barrier properties. At this time, when the aliphatic polymer compound is contained in the polymer electrolyte membrane in an amount of 10 wt% or more and 95 wt% or less, it is particularly preferable because both excellent proton conductivity and high methanol blocking properties are achieved. The aliphatic polymer compound is represented by the following formulas (4) to (6).

(XおよびYは、H、CH3、Cl、F、OCOCH3、CN、COOH、COOCH3、OC49、から選ばれる原子団の内、いずれかであって、XとYは互いに同一であっても異なっていても良い。)で表される繰り返し単位を構成成分とする脂肪族系高分子化合物から選択される少なくとも1種であると、化学的・熱的安定性、加工性が優れているので、また、安価に工業的に入手可能なので好ましい。(X and Y are any of atomic groups selected from H, CH 3 , Cl, F, OCOCH 3 , CN, COOH, COOCH 3 , OC 4 H 9 , and X and Y are the same as each other Or at least one selected from aliphatic polymer compounds having as a constituent a repeating unit represented by formula (1): chemical / thermal stability and processability. It is preferable because it is excellent and can be industrially obtained at low cost.

さらに、式(4)におけるXはH、CH3、Cl、F、式(5)におけるX、Yはそれぞれ、(X、Y)=(CH3、CH3)、(X、Y)=(Cl、Cl)、(X、Y)=(F
、F)、式(6)におけるXはF、H、で表される繰り返し単位を構成成分とする脂肪族
系高分子化合物から選択される少なくとも1種であると、特に化学的・熱的安定性、加工
性が優れているので、また、安価に工業的に入手可能なので好ましい。
Furthermore, X in the formula (4) is H, CH 3 , Cl, F, and X and Y in the formula (5) are (X, Y) = (CH 3 , CH 3 ), (X, Y) = ( Cl, Cl), (X, Y) = (F
, F), and X in Formula (6) is at least one selected from aliphatic polymer compounds having a repeating unit represented by F or H as a constituent, particularly chemically and thermally stable. This is preferable because it is excellent in workability and workability, and is industrially available at a low cost.

さらに、前記芳香族系高分子化合物が、ポリフェニレンサルファイド、ポリフェニレンエーテル、ポリスチレン、シンジオタクチックポリスチレン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトンの少なくとも1種であると、化学的・熱的安定性が高く、プロトン伝導性基の導入がし易いので高いプロトン伝導性、さらに高いメタノール遮断性を有する膜となるので好ましい。   Furthermore, when the aromatic polymer compound is at least one of polyphenylene sulfide, polyphenylene ether, polystyrene, syndiotactic polystyrene, polyether sulfone, polyether ether ketone, high chemical and thermal stability, Since it is easy to introduce a proton conductive group, it is preferable because the film has high proton conductivity and further high methanol blocking property.

前記プロトン伝導性置換基は、プロトン伝導性置換基の導入のし易さや得られるプロトン伝導性高分子電解質膜のプロトン伝導性などの点から、スルホン酸基であることが好ましい。   The proton conductive substituent is preferably a sulfonic acid group from the viewpoint of ease of introduction of the proton conductive substituent and proton conductivity of the resulting proton conductive polymer electrolyte membrane.

(C−7).本発明の第(C−7)は、
請求項1〜4のいずれかに記載の高分子フィルムをスルホン化剤と接触させることを特徴とする、請求項(C−6)に記載の高分子電解質膜の製造方法、
である。
(C-7). (C-7) of the present invention is
The method for producing a polymer electrolyte membrane according to claim (C-6), wherein the polymer film according to any one of claims 1 to 4 is contacted with a sulfonating agent.
It is.

(C−8).本発明の第(C−8)は、
前記スルホン化剤がクロロスルホン酸であることを特徴とする請求項7に記載のプロトン伝導性高分子電解質膜の製造方法、
である。
(C-8). (C-8) of the present invention is
The method for producing a proton conductive polymer electrolyte membrane according to claim 7, wherein the sulfonating agent is chlorosulfonic acid,
It is.

(C−9).本発明の第(C−9)は、
前記スルホン化剤と接触させる際に、有機溶媒中で行うことを特徴とする(C−7)〜(C−8)のいずれかに記載の高分子電解質膜の製造方法、
である。
(C-9). (C-9) of the present invention is
The method for producing a polymer electrolyte membrane according to any one of (C-7) to (C-8), which is performed in an organic solvent when contacting with the sulfonating agent,
It is.

(C−10).本発明の第(C−10)は、
前記有機溶媒が、ハロゲン化炭化水素系化合物であることを特徴とする(C−9)に記載の高分子電解質膜の製造方法、
である。
(C-10). (C-10) of the present invention is
The method for producing a polymer electrolyte membrane according to (C-9), wherein the organic solvent is a halogenated hydrocarbon compound,
It is.

(C−11).本発明の第(C−11)は、
前記ハロゲン化炭化水素系化合物が1−クロロブタンであることを特徴とする(C−10)に記載の高分子電解質膜の製造方法、
である。
(C-11). (C-11) of the present invention is
The method for producing a polymer electrolyte membrane according to (C-10), wherein the halogenated hydrocarbon compound is 1-chlorobutane,
It is.

上記(C−7)〜(C−11)に示す通り、さらに本発明は、脂肪族系高分子化合物と、芳香族系高分子化合物との、少なくとも2種の高分子化合物からなる高分子フィルムをスルホン化剤と接触させる高分子電解質膜の製造方法に関する。この製造方法とすることで、生産性の高い高分子電解質膜の製造方法となる。さらに、本発明の高分子電解質膜の製造方法において、前記脂肪族系高分子化合物を、前記高分子フィルム中に10重量%以上95重量%以下含有すると、得られた高分子電解質膜が、優れたプロトン伝導性及び高いメタノール遮断性を両立するので好ましい。また、前記脂肪族系高分子化合物が下記式(4)〜(6)   As shown in the above (C-7) to (C-11), the present invention further relates to a polymer film comprising at least two polymer compounds of an aliphatic polymer compound and an aromatic polymer compound. The present invention relates to a method for producing a polymer electrolyte membrane in which is contacted with a sulfonating agent. By setting it as this manufacturing method, it becomes a manufacturing method of a polymer electrolyte membrane with high productivity. Furthermore, in the method for producing a polymer electrolyte membrane of the present invention, when the aliphatic polymer compound is contained in the polymer film in an amount of 10% by weight to 95% by weight, the obtained polymer electrolyte membrane is excellent. In addition, the proton conductivity and the high methanol blocking property are compatible, which is preferable. The aliphatic polymer compound is represented by the following formulas (4) to (6).

(XおよびYは、H、CH3、Cl、F、OCOCH3、CN、COOH、COOCH3、OC49、から選ばれる原子団の内、いずれかであって、XとYは互いに同一であっても異なっていても良い。)
で表される繰り返し単位を構成成分とする脂肪族系高分子化合物から選択される少なくとも1種であると、化学的・熱的安定性、加工性が優れているので、また、安価に工業的に入手可能なので好ましい。
(X and Y are any of atomic groups selected from H, CH 3 , Cl, F, OCOCH 3 , CN, COOH, COOCH 3 , OC 4 H 9 , and X and Y are the same as each other Or different.)
When it is at least one selected from the aliphatic polymer compounds having a repeating unit represented by the formula, the chemical / thermal stability and processability are excellent, and it is industrially inexpensive. It is preferable because it is available.

さらに、式(4)における、XはH、CH3、Cl、F、式(5)における、X、Yはそれぞれ、(X、Y)=(CH3、CH3)、(X、Y)=(Cl、Cl)、(X、Y
)=(F、F)、式(6)における、XはF、H、で表される繰り返し単位を構成成分とする脂肪族系高分子化合物から選択される少なくとも1種であると、化学的・熱的安定性、加工性が優れているので、また、安価に工業的に入手可能なので好ましい。

さらに、前記芳香族系高分子化合物が、芳香族系高分子化合物であると安価に工業的に入手可能なので好ましい。さらに、前記芳香族系高分子化合物が、ポリフェニレンサルファイド、ポリフェニレンエーテル、ポリスチレン、シンジオタクチックポリスチレン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトンの少なくとも1種であると、化学的・熱的安定性が高く、プロトン伝導性基の導入がし易いので高いプロトン伝導性、さらに高いメタノール遮断性を有する膜となるので好ましい。
Furthermore, in formula (4), X is H, CH 3 , Cl, F, and in formula (5), X and Y are (X, Y) = (CH 3 , CH 3 ), (X, Y), respectively. = (Cl, Cl), (X, Y
) = (F, F), in formula (6), X is at least one selected from aliphatic polymer compounds having a repeating unit represented by F, H as a constituent component. -It is preferable because it has excellent thermal stability and processability, and is industrially available at a low cost.

Furthermore, the aromatic polymer compound is preferably an aromatic polymer compound because it can be industrially obtained at low cost. Furthermore, when the aromatic polymer compound is at least one of polyphenylene sulfide, polyphenylene ether, polystyrene, syndiotactic polystyrene, polyether sulfone, polyether ether ketone, high chemical and thermal stability, Since it is easy to introduce a proton conductive group, it is preferable because the film has high proton conductivity and further high methanol blocking property.

本発明の高分子電解質膜の製造方法において、スルホン化剤が、クロロスルホン酸であると、短時間でスルホン化が可能となり、製造コストが安価なプロトン伝導性高分子電解質の製造方法となるので好ましい。本発明のプロトン伝導性高分子電解質膜の製造方法において、前記スルホン化剤と接触させる際に、有機溶媒中で行うと、スルホン化反応が均一に行えるので、機械的強度が高い膜となり好ましい。さらに、前記有機溶媒が、ハロゲン化炭化水素系化合物であると、安価に工業的に入手が可能なので、製造コストが安価な高分子電解質膜の製造方法となり好ましい。さらに、前記ハロゲン化炭化水素系化合物が1−クロロブタンであると、得られるプロトン伝導性高分子電解質膜が、優れたプロトン伝導性及び高いメタノール遮断性を両立するので好ましい。   In the method for producing a polymer electrolyte membrane of the present invention, when the sulfonating agent is chlorosulfonic acid, sulfonation can be performed in a short time, and the production method of the proton conductive polymer electrolyte can be reduced at a low production cost. preferable. In the method for producing a proton conductive polymer electrolyte membrane of the present invention, when the contact with the sulfonating agent is carried out in an organic solvent, the sulfonation reaction can be carried out uniformly, so that a membrane having high mechanical strength is preferred. Furthermore, it is preferable that the organic solvent is a halogenated hydrocarbon compound because it can be industrially obtained at a low cost, and it becomes a method for producing a polymer electrolyte membrane at a low production cost. Furthermore, it is preferable that the halogenated hydrocarbon-based compound is 1-chlorobutane because the obtained proton conductive polymer electrolyte membrane has both excellent proton conductivity and high methanol blocking property.

(C−12).本発明の第(C−12)は、
請求項5〜6のいずれかに記載の高分子電解質膜、あるいは、(C−7)〜(C−11)のいずれかに記載の製造方法により得られたことを特徴とするプロトン伝導性高分子電解質膜、を使用した固体高分子形燃料電池、
である。
(C-12). (C-12) of the present invention is
A polymer electrolyte membrane according to any one of claims 5 to 6, or a production method according to any one of (C-7) to (C-11), wherein the proton conductivity is high. A polymer electrolyte fuel cell using a polymer electrolyte membrane,
It is.

(C−13).本発明の第(C−13)は、
請求項5〜6のいずれかに記載の高分子電解質膜、あるいは、(C−7)〜(C−11)のいずれかに記載の製造方法により得られたことを特徴とするプロトン伝導性高分子電解質膜、を使用した直接液体形燃料電池、
である。
(C-13). (C-13) of the present invention is
A polymer electrolyte membrane according to any one of claims 5 to 6, or a production method according to any one of (C-7) to (C-11), wherein the proton conductivity is high. A direct liquid fuel cell using a molecular electrolyte membrane,
It is.

(C−14).本発明の第(C−14)は、
前記直接液体形燃料電池が、直接メタノール形燃料電池であることを特徴とする(C−13)記載の直接液体形燃料電池、
である。
(C-14). (C-14) of the present invention is
The direct liquid fuel cell according to (C-13), wherein the direct liquid fuel cell is a direct methanol fuel cell,
It is.

上記(C−12)〜(C−14)に示す通り、さらに、本発明の高分子電解質膜、あるいは、本発明の製造方法により得られた高分子電解質膜を使用した固体高分子形燃料電池は、高いプロトン伝導度、高い耐久性を有するため、固体高分子形燃料電池として優れている。さらに、本発明の高分子電解質膜、あるいは、本発明の製造方法により得られた高分子電解質膜を使用した直接液体形燃料電池は、高いプロトン伝導度、高い液体燃料の遮断性を有するため、直接液体形燃料電池として優れている。さらに、本発明の高分子電解質膜、あるいは、本発明の製造方法により得られた高分子電解質膜を使用した直接メタノール形燃料電池は、高いプロトン伝導度、高いメタノール遮断性を有するため、直接メタノール形燃料電池として優れている。   As shown in the above (C-12) to (C-14), the polymer electrolyte membrane of the present invention or the polymer electrolyte fuel cell using the polymer electrolyte membrane obtained by the production method of the present invention Is excellent as a solid polymer fuel cell because it has high proton conductivity and high durability. Furthermore, since the direct liquid fuel cell using the polymer electrolyte membrane of the present invention or the polymer electrolyte membrane obtained by the production method of the present invention has high proton conductivity and high liquid fuel barrier properties, It is excellent as a direct liquid fuel cell. Furthermore, since the direct methanol fuel cell using the polymer electrolyte membrane of the present invention or the polymer electrolyte membrane obtained by the production method of the present invention has high proton conductivity and high methanol barrier property, Excellent as a fuel cell.

本発明によれば、脂肪族系高分子化合物と、プロトン伝導性基を含有する芳香族系高分子化合物との、少なくとも2種の化合物からなる高分子電解質膜によって高いプロトン伝導性と高いメタノール遮断性を発現することが可能となった。これらは、優れたプロトン伝導性、高いメタノール遮断性を有し、固体高分子形燃料電池、直接液体形燃料電池、直接メタノール形燃料電池の高分子電解質膜として有用である。また、本発明の高分子フィルムを材料とすることで、上記の高分子電解質膜を実現することが可能となった。   According to the present invention, high proton conductivity and high methanol blocking are achieved by a polymer electrolyte membrane composed of at least two compounds of an aliphatic polymer compound and an aromatic polymer compound containing a proton conductive group. It became possible to express sex. These have excellent proton conductivity and high methanol barrier properties, and are useful as polymer electrolyte membranes for solid polymer fuel cells, direct liquid fuel cells, and direct methanol fuel cells. Moreover, it became possible to implement | achieve said polymer electrolyte membrane by using the polymer film of this invention as a material.

本発明によれば、芳香族単位を有する高分子化合物と、熱可塑性エラストマーと、芳香族単位がない高分子化合物、との少なくとも3種の高分子化合物を必須成分として含む、高分子フィルム中の芳香族単位にプロトン伝導性基が導入されている高分子電解質膜は、優れたプロトン伝導性かつ高いメタノール遮断性を有し、固体高分子形燃料電池、直接液体形燃料電池、直接メタノール形燃料電池の高分子電解質膜として有用である。また、本発明の高分子フィルムを材料とすることで、上記の高分子電解質膜を実現することが可能となった。   According to the present invention, in a polymer film comprising at least three polymer compounds as essential components, a polymer compound having an aromatic unit, a thermoplastic elastomer, and a polymer compound having no aromatic unit. Polymer electrolyte membranes with proton conductive groups introduced into aromatic units have excellent proton conductivity and high methanol barrier properties, such as solid polymer fuel cells, direct liquid fuel cells, and direct methanol fuels It is useful as a polymer electrolyte membrane for batteries. Moreover, it became possible to implement | achieve said polymer electrolyte membrane by using the polymer film of this invention as a material.

本発明によれば、芳香族単位を有する高分子化合物と、芳香族単位がない高分子化合物、との少なくとも2種の高分子化合物を含み、
前記芳香族単位のない高分子化合物中に芳香族単位を有する高分子化合物が分散されていることを特徴とする構造を有する高分子フィルム中の芳香族単位にプロトン伝導性基が導入されている高分子電解質膜は、優れたプロトン伝導性かつ高いメタノール遮断性を有し、固体高分子形燃料電池、直接液体形燃料電池、直接メタノール形燃料電池の高分子電解質膜として有用である。また、本発明の高分子フィルムを材料とすることで、上記の高分子電解質膜を実現することが可能となった。
According to the present invention, it comprises at least two polymer compounds, a polymer compound having an aromatic unit and a polymer compound having no aromatic unit,
A proton conductive group is introduced into the aromatic unit in the polymer film having a structure in which the polymer compound having the aromatic unit is dispersed in the polymer compound having no aromatic unit. The polymer electrolyte membrane has excellent proton conductivity and high methanol barrier properties, and is useful as a polymer electrolyte membrane for solid polymer fuel cells, direct liquid fuel cells, and direct methanol fuel cells. Moreover, it became possible to implement | achieve said polymer electrolyte membrane by using the polymer film of this invention as a material.

本発明の固体高分子形燃料電池、直接液体形燃料電池、直接メタノール形燃料電池に用いる、高分子電解質膜およびその材料である高分子フィルムについて説明する。   The polymer electrolyte membrane and the polymer film as the material thereof used for the solid polymer fuel cell, direct liquid fuel cell, and direct methanol fuel cell of the present invention will be described.

なお本発明で、誘導体とは、その基本形となる化合物において置換可能な水素原子のうち少なくとも1つを、脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基、芳香族炭化水素基、水酸基、カルボニル基、カルボキシル基、エーテル基、エステル基、アシル基またはアミノ基などの置換基に置換した化合物をいう。   In the present invention, the derivative means that at least one of hydrogen atoms that can be substituted in the basic compound is an aliphatic hydrocarbon group, alicyclic hydrocarbon group, aromatic hydrocarbon group, hydroxyl group, carbonyl group. , A compound substituted with a substituent such as a carboxyl group, an ether group, an ester group, an acyl group or an amino group.

共重合体とは、ブロック共重合体、ランダム共重合体のいずれであってもよい。   The copolymer may be either a block copolymer or a random copolymer.

本発明の高分子電解質およびその材料の高分子フィルムは、芳香族単位を有する高分子化合物を含むことが好ましい。この高分子化合物中に含まれる芳香族単位にスルホン酸基などのプロトン伝導性基を置換することができ、高分子電解質膜とした場合にプロトン伝導性を発現することが可能となる。芳香族単位を有する高分子化合物としては、例えば、ポリスチレン、シンジオタクチックポリスチレン、ポリアリールエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルスルホン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、ポリスルホン、ポリパラフェニレン、ポリフェニレンサルファイド、ポリフェニレンエーテル、変性ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンスルホキシド、ポリフェニレンスルフィドスルホン、ポリフェニレンスルホン、ポリベンズイミダゾール、ポリベンゾオキサゾール、ポリベンゾチアゾール、ポリエーテルスルホン、ポリ1,4−ビフェニレンエーテルエーテルスルホン、ポリアリーレンエーテルスルホン、ポリイミド、ポリエーテルイミド、シアン酸エステル樹脂、ポリエーテルエーテルケトンなどが例示できる。また、それらの誘導体および共重合体なども本発明の範疇である。特に、他の高分子化合物成分に対する相溶性や分散性、プロトン伝導性基の導入のし易さ、高分子フィルムを製造する際の加工性や得られる高分子フィルムのハンドリング性、さらにはそれから得られる高分子電解質のプロトン伝導性やメタノール遮断性、化学的・熱的安定性などを考慮すると、ポリスチレン、シンジオタクチックポリスチレン、ポリフェニレンエーテル、変性ポリフェニレンエーテル、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およびポリフェニレンサルファイド、並びに、それらの誘導体および共重合体からなる群から選択される少なくとも1種であることが好ましい。前記高分子化合物の共重合体としては、例えば、ポリスチレンまたはポリスチレン誘導体と下記一般式(2)および/または(3)との共重合体などが例示できる。   The polymer electrolyte of the present invention and the polymer film of the material preferably include a polymer compound having an aromatic unit. A proton conductive group such as a sulfonic acid group can be substituted for the aromatic unit contained in the polymer compound, and when the polymer electrolyte membrane is formed, the proton conductivity can be expressed. Examples of the polymer compound having an aromatic unit include polystyrene, syndiotactic polystyrene, polyaryl ether sulfone, polyether ether sulfone, polyether ketone, polyether ketone ketone, polysulfone, polyparaphenylene, polyphenylene sulfide, and polyphenylene ether. , Modified polyphenylene ether, polyphenylene sulfoxide, polyphenylene sulfide sulfone, polyphenylene sulfone, polybenzimidazole, polybenzoxazole, polybenzothiazole, polyether sulfone, poly 1,4-biphenylene ether ether sulfone, polyarylene ether sulfone, polyimide, polyether Examples include imides, cyanate ester resins, and polyether ether ketones. That. In addition, derivatives and copolymers thereof are also within the scope of the present invention. In particular, compatibility and dispersibility with other polymer compound components, ease of introduction of proton conductive groups, processability when producing polymer films, handling properties of the resulting polymer films, and further In view of proton conductivity, methanol blocking property, chemical / thermal stability, etc. of the polyelectrolyte produced, polystyrene, syndiotactic polystyrene, polyphenylene ether, modified polyphenylene ether, polysulfone, polyethersulfone, polyetheretherketone and It is preferably at least one selected from the group consisting of polyphenylene sulfide, and derivatives and copolymers thereof. Examples of the copolymer of the polymer compound include a copolymer of polystyrene or a polystyrene derivative and the following general formula (2) and / or (3).

本発明の高分子電解質およびその材料の高分子フィルムは、熱可塑性エラストマーを含むことが好ましい。熱可塑性エラストマーがあることで、他の高分子化合物成分との相溶性や分散性、それに伴ってフィルム物性などが改善され、本発明の高分子フィルムや高分子電解質膜の機械的強度やハンドリング性などが向上し、好ましい。また、熱可塑性エラストマー成分に芳香族単位が含まれていれば、高分子電解質膜のプロトン伝導性の向上が期待でき、芳香族単位が含まれていなくてもメタノール遮断性の向上が期待できる。本発明で使用する熱可塑性エラストマーとしては、ポリスチレンまたはポリスチレン誘導体と下記一般式(2)および/または(3)との共重合体であることが好ましい。   The polymer electrolyte of the present invention and the polymer film of the material preferably include a thermoplastic elastomer. Due to the presence of the thermoplastic elastomer, the compatibility and dispersibility with other polymer compound components and the film physical properties are improved accordingly, and the mechanical strength and handling properties of the polymer film and polymer electrolyte membrane of the present invention are improved. Etc. are improved and preferable. Moreover, if the thermoplastic elastomer component contains an aromatic unit, an improvement in proton conductivity of the polymer electrolyte membrane can be expected, and even if no aromatic unit is contained, an improvement in methanol barrier properties can be expected. The thermoplastic elastomer used in the present invention is preferably a copolymer of polystyrene or a polystyrene derivative and the following general formula (2) and / or (3).

(式中、R112はCx2x+1であって、R112は互いに同一であっても異なっていてもよい。また、l、m、n、xは0以上の整数である。)
これらは芳香族単位を有するポリスチレンまたはポリスチレン誘導体のユニットが存在するため、前記芳香族単位を有する高分子化合物との相溶性に優れる。また、それ以外の成分中には芳香族単位をもたないため、後述する芳香族単位を持たない高分子化合物との相溶性にも優れ好ましい。
(In the formula, R 1 to 12 are C x H 2x + 1 , and R 1 to 12 may be the same or different from each other. L, m, n, and x are integers of 0 or more. .)
Since these are units of polystyrene or polystyrene derivatives having an aromatic unit, they are excellent in compatibility with the polymer compound having the aromatic unit. Moreover, since it does not have an aromatic unit in other components, it is excellent also in the compatibility with the high molecular compound which does not have an aromatic unit mentioned later.

これらの中でも工業的入手の容易さや他の高分子化合物成分との分散性、得られる高分子フィルムや高分子電解質膜の物性などを考慮すると、ポリスチレン−ポリイソブチレン−ポリスチレントリブロック共重合体、ポリスチレン−ポリ(エチレン/プロピレン)ブロック共重合体、ポリスチレン−ポリ(エチレン/プロピレン)−ポリスチレントリブロック共重合体、ポリスチレン−ポリ(エチレン/ブチレン)−ポリスチレントリブロック共重合体およびポリスチレン−ポリ(エチレン−エチレン/プロピレン)−ポリスチレントリブロック共重合体、並びに、それらの誘導体からなる群から選択される少なくとも1種であることが好ましい。これらは成分中には芳香族単位をもたないブロック単位を有するため、後述する芳香族単位を持たない高分子化合物との相溶性にも優れ好ましい。   Among these, in view of industrial availability, dispersibility with other polymer compound components, physical properties of the resulting polymer film and polymer electrolyte membrane, polystyrene-polyisobutylene-polystyrene triblock copolymer, polystyrene -Poly (ethylene / propylene) block copolymer, polystyrene-poly (ethylene / propylene) -polystyrene triblock copolymer, polystyrene-poly (ethylene / butylene) -polystyrene triblock copolymer and polystyrene-poly (ethylene- Ethylene / propylene) -polystyrene triblock copolymer and at least one selected from the group consisting of derivatives thereof are preferable. Since these components have a block unit having no aromatic unit, they are excellent in compatibility with a polymer compound having no aromatic unit, which will be described later.

本発明の高分子電解質およびその材料の高分子フィルムは、芳香族単位がない高分子化合物を含むことが好ましい。これらは構造中に芳香族単位がないため、スルホン酸基などのプロトン伝導性基が芳香族単位に導入されることがない。従って、これらから得られる高分子電解質膜は、スルホン酸基などの親水性のプロトン伝導性基が他の高分子化合物の芳香族単位に導入されていても、水やメタノール水溶液に対して膨潤しにくい構成となり、高いメタノール遮断性を有する高分子電解質膜を得ることができる。   The polymer electrolyte of the present invention and the polymer film of the material thereof preferably contain a polymer compound having no aromatic unit. Since these have no aromatic unit in the structure, proton conductive groups such as a sulfonic acid group are not introduced into the aromatic unit. Therefore, the polymer electrolyte membrane obtained from these swells in water or an aqueous methanol solution even if a hydrophilic proton conductive group such as a sulfonic acid group is introduced into an aromatic unit of another polymer compound. A polymer electrolyte membrane having a difficult structure and having a high methanol barrier property can be obtained.

本発明に使用可能な芳香族単位がない高分子化合物としては、例えばエチレン、プロピレン、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、3−メチル−1−ブテン、4−メチル−1−ペンテン、5−メチル−1−ヘプテンなどのα−オレフィンの単独重合体または共重合体などのポリオレフィン樹脂、ポリ塩化ビニル、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、塩化ビニル−塩化ビニリデン共重合体、塩化ビニル−オレフィン共重合体などの塩化ビニル系樹脂、ナイロン6、ナイロン66などのポリアミド樹脂、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、テトラフルオロエチレン−エキサフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリビニリデンフルオライド、ポリビニルフルオライドなどのフッ素系樹脂などが例示できる。特に他の高分子化合物成分に対する相溶性や分散性、高分子フィルムを製造する際の加工性や得られる高分子フィルムのハンドリング性、さらにはそれから得られる高分子電解質のメタノール遮断性、化学的・熱的安定性などを考慮すると、下記一般式(1)からなる高分子化合物であることが好ましい。   Examples of the polymer compound having no aromatic unit usable in the present invention include ethylene, propylene, 1-butene, 1-pentene, 1-hexene, 3-methyl-1-butene, 4-methyl-1-pentene, Polyolefin resin such as homopolymer or copolymer of α-olefin such as 5-methyl-1-heptene, polyvinyl chloride, vinyl chloride-vinyl acetate copolymer, vinyl chloride-vinylidene chloride copolymer, vinyl chloride Vinyl chloride resins such as olefin copolymers, polyamide resins such as nylon 6 and nylon 66, polytetrafluoroethylene, tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymers, tetrafluoroethylene-exafluoropropylene copolymers, tetra Fluoroethylene-ethylene copolymer, polychlorotrif Oroechiren, polyvinylidene fluoride, and fluorine-based resins such as polyvinyl fluoride can be exemplified. In particular, compatibility and dispersibility with other polymer compound components, processability when manufacturing polymer films, handling properties of the resulting polymer films, and methanol barrier properties of the polymer electrolytes obtained from them, In consideration of thermal stability and the like, a polymer compound composed of the following general formula (1) is preferable.

(式中、X14は、H、CH3、Cl、F、OCOCH3、CN、COOH、COOCH3、OC49、からなる群から選択されるいずれかであって、X14は互いに同一であっても異なっていてもよい)
さらに、工業的入手の容易さや得られる高分子フィルムの機械的特性やハンドリング性、得られる高分子電解質膜のプロトン伝導性やメタノール遮断性、化学的安定性などを考慮すると、ポリエチレンおよび/またはポリプロピレンであることが好ましい。
(Wherein, X 1 ~ 4, in any of H, CH 3, Cl, F , OCOCH 3, CN, COOH, COOCH 3, OC 4 H 9, is selected from the group consisting of, X 1 ~ 4 may be the same or different from each other)
Furthermore, in view of industrial availability, mechanical properties and handling properties of the obtained polymer film, proton conductivity, methanol blocking property, chemical stability of the obtained polymer electrolyte membrane, polyethylene and / or polypropylene It is preferable that

本発明の高分子フィルムにおいて、芳香族単位がない高分子化合物の含有量は、40重量%以上90重量%以下であることが好ましい。含有量が40重量%よりも少ない場合は、高分子電解質膜の水やメタノール水溶液に対する膨潤抑制効果が不充分となり、所望のメタノール遮断性を発現しない恐れがある。また、90重量%よりも多いと、プロトン伝導性基を導入可能な芳香族単位を有する高分子化合物量が少なくなりすぎ、所望のプロトン伝導性を発現しにくくなる恐れがある。   In the polymer film of the present invention, the content of the polymer compound having no aromatic unit is preferably 40% by weight or more and 90% by weight or less. When the content is less than 40% by weight, the polymer electrolyte membrane has insufficient swelling suppression effect on water or aqueous methanol solution, and may not exhibit the desired methanol barrier property. On the other hand, if the amount is more than 90% by weight, the amount of the polymer compound having an aromatic unit capable of introducing a proton conductive group becomes too small, and it may be difficult to express desired proton conductivity.

本発明の高分子電解質に含有されるプロトン伝導性基としては、
含水状態でプロトンを解離するものであれば使用可能である。例えば、スルホン酸基、リン酸基、カルボン酸基、フェノール性水酸基などが例示できるが、これらのみに限定されるものではない。特にプロトン伝導性基の導入のし易さや得られる
高分子電解質の
プロトン伝導性などを考慮すると、スルホン酸基であることが好ましい。前記プロトン伝導性基の含有量に由来する高分子電解質のイオン交換容量は、好ましくは0.3ミリ当量/g以上であり、より好ましくは0.5ミリ当量/g以上である。イオン交換容量が、0.3ミリ当量/gよりも低い場合には、所望のプロトン伝導性を発現しない恐れがあり、好ましくない。
As the proton conductive group contained in the polymer electrolyte of the present invention,
Any material that dissociates protons in a water-containing state can be used. For example, a sulfonic acid group, a phosphoric acid group, a carboxylic acid group, a phenolic hydroxyl group and the like can be exemplified, but not limited thereto. In view of easiness of introduction of proton conductive groups and proton conductivity of the resulting polymer electrolyte, sulfonic acid groups are preferred. The ion exchange capacity of the polymer electrolyte derived from the proton conductive group content is preferably 0.3 meq / g or more, more preferably 0.5 meq / g or more. If the ion exchange capacity is lower than 0.3 meq / g, the desired proton conductivity may not be exhibited, which is not preferable.

本発明のプロトン伝導性高分子電解質に含有されるプロトン伝導性置換基としては、
含水状態でプロトンを解離するものであれば使用可能である。例えば、スルホン酸基、リン酸基、カルボン酸基、フェノール性水酸基などが例示できるが、これらのみに限定されるものではない。特にプロトン伝導性置換基の導入のし易さや得られる
プロトン伝導性高分子電解質の
プロトン伝導性などを考慮すると、スルホン酸基であることが好ましい。前記プロトン伝導性置換基の含有量に由来するプロトン伝導性高分子電解質のイオン交換容量は、好ましくは0.3ミリ当量/g以上であり、より好ましくは0.5ミリ当量/g以上である。イオン交換容量が、0.3ミリ当量/gよりも低い場合には、所望のプロトン伝導度を発現しない恐れがあり、好ましくない。
As the proton conductive substituent contained in the proton conductive polymer electrolyte of the present invention,
Any material that dissociates protons in a water-containing state can be used. For example, a sulfonic acid group, a phosphoric acid group, a carboxylic acid group, a phenolic hydroxyl group and the like can be exemplified, but not limited thereto. In particular, a sulfonic acid group is preferable in consideration of easy introduction of a proton conductive substituent and proton conductivity of a proton conductive polymer electrolyte to be obtained. The ion exchange capacity of the proton conductive polymer electrolyte derived from the content of the proton conductive substituent is preferably 0.3 meq / g or more, more preferably 0.5 meq / g or more. . If the ion exchange capacity is lower than 0.3 meq / g, the desired proton conductivity may not be exhibited, which is not preferable.

つぎに、本発明の高分子フィルムの製造方法について説明する。
本発明において、高分子フィルムを得るには公知の方法が使用できる。例えば、
インフレーション法、Tダイ法などの溶融押出成形、カレンダー法、キャスト法、切削法、エマルション法、ホットプレス法、などが例示できる。さらに、高分子フィルムを得た後に、分子配向などを制御するため二軸延伸などの処理を施したり、結晶化度を制御するための熱処理を施しても構わない。
本発明において、高分子フィルムを得るには公知の方法が使用できる。例えば、高分子フィルムは、
インフレーション法、Tダイ法、カレンダー法、キャスト法、切削法、エマルション法、ホットプレス法、などで得られるものが使用可能である。また、分子配向などを制御するため二軸延伸などの処理を施したり、結晶化度を制御するための熱処理を施しても構わない。
Below, the manufacturing method of the polymer film of this invention is demonstrated.
In the present invention, a known method can be used to obtain a polymer film. For example,
Examples thereof include melt extrusion molding such as inflation method and T-die method, calendar method, cast method, cutting method, emulsion method, hot press method, and the like. Furthermore, after obtaining the polymer film, a treatment such as biaxial stretching may be applied to control the molecular orientation or the like, or a heat treatment may be applied to control the crystallinity.
In the present invention, a known method can be used to obtain a polymer film. For example, a polymer film is
Those obtained by the inflation method, T-die method, calendar method, cast method, cutting method, emulsion method, hot press method, etc. can be used. In addition, a treatment such as biaxial stretching may be performed to control the molecular orientation or the like, or a heat treatment may be performed to control the crystallinity.

さらに、必要に応じて架橋剤や開始剤を添加して、高分子フィルム中に架橋構造を導入することも本発明の範疇である。上記方法の中でも生産性や得られる高分子フィルムの機械的特性、フィルム厚みの制御のし易さ、種々の樹脂への適用性、環境への負荷などを考慮すると、溶融押出成形で製造する方法が好ましい。   Furthermore, it is also within the scope of the present invention to add a crosslinking agent or an initiator as necessary to introduce a crosslinked structure into the polymer film. Considering productivity, mechanical properties of the resulting polymer film, ease of control of film thickness, applicability to various resins, environmental load, etc. among the above methods, a method of manufacturing by melt extrusion molding Is preferred.

具体的には、高分子フィルムの主原料である芳香族単位を有する高分子化合物と、
熱可塑性エラストマーと、芳香族単位がない高分子化合物の
ペレットやパウダーを所定の配合比で予め混合し、Tダイをセットした押出機に投入し、溶融混練しながらフィルム化を行う方法が適用できる。
Specifically, a polymer compound having an aromatic unit, which is the main raw material of the polymer film,
It is possible to apply a method in which a thermoplastic elastomer and a polymer compound pellet or powder having no aromatic unit are mixed in advance at a predetermined blending ratio, put into an extruder set with a T die, and formed into a film while melt-kneaded. .

また具体的には、高分子フィルムの主原料である芳香族単位を有する高分子化合物と、芳香族単位がない高分子化合物の
ペレットやパウダーを所定の配合比で予め混合し、Tダイをセットした押出機に投入し、溶融混練しながらフィルム化を行う方法が適用できる。
Specifically, a polymer compound having an aromatic unit, which is a main raw material of a polymer film, and a pellet or powder of a polymer compound having no aromatic unit are mixed in advance at a predetermined mixing ratio, and a T-die is set. A method of forming a film while being melted and kneaded can be applied.

このとき、使用する押出機が二軸押出機であれば、これらの成分を溶融して均一に分散させた高分子フィルムを得ることができる。
さらに、予め所定の配合比になるように二軸押出機で溶融混練したペレットを使用してフィルム化を実施しても構わないし、マスターバッチ化したペレットを使用して、所定の配合比になるように溶融混練しながらフィルム化しても構わない。
また、組み合わせる成分の分散性に問題がない場合には、Tダイをセットした単軸押出機でフィルム化を実施しても構わない。
At this time, if the extruder used is a twin screw extruder, a polymer film in which these components are melted and uniformly dispersed can be obtained.
Further, the film may be formed using pellets melt-kneaded with a twin-screw extruder so as to have a predetermined blending ratio in advance, or a masterbatch pellet may be used to achieve a predetermined blending ratio. Thus, the film may be formed while melt-kneading.
Moreover, when there is no problem in the dispersibility of the components to be combined, the film may be formed with a single screw extruder in which a T die is set.

本発明の高分子フィルムの厚さは、用途に応じて任意の厚さを選択することができる。本発明の高分子フィルムから得られる高分子電解質膜の内部抵抗を低減することを考慮した場合、高分子フィルムの厚みは薄い程良い。一方、得られた高分子電解質膜のメタノール遮断性やハンドリング性を考慮すると、高分子フィルムの厚みは薄すぎると好ましくない。これらを考慮すると、高分子フィルムの厚みは、1.2μm〜350μmであるのが好ましい。前記高分子フィルムの厚さが1.2μmより薄いと、フィルム化が困難であるとともに、プロトン伝導性基を導入する際の加工時や乾燥時にシワになりやすくまた、破損が生じるなどハンドリング性が著しく低下する恐れがある。前記高分子フィルムの厚さが350μmを超えると、得られた高分子電解質膜のプロトン伝導性が発現しにくくなる恐れがある。   As the thickness of the polymer film of the present invention, any thickness can be selected depending on the application. In consideration of reducing the internal resistance of the polymer electrolyte membrane obtained from the polymer film of the present invention, the thinner the polymer film, the better. On the other hand, considering the methanol barrier property and handling property of the obtained polymer electrolyte membrane, it is not preferable that the polymer film is too thin. Considering these, the thickness of the polymer film is preferably 1.2 μm to 350 μm. If the thickness of the polymer film is less than 1.2 μm, it is difficult to form a film, and it is easy to wrinkle during processing when a proton conductive group is introduced or dried, and handling properties such as breakage occur. There is a risk of significant reduction. When the thickness of the polymer film exceeds 350 μm, the proton conductivity of the obtained polymer electrolyte membrane may be difficult to express.

本発明の高分子フィルムは、少なくとも芳香族単位を有する高分子化合物と芳香族単位がない高分子化合物を含み、前記芳香族単位がない高分子化合物中に芳香族単位を有する高分子化合物が分散されている構造であることが好ましい。スルホン酸基に代表される親水性のプロトン伝導性基が導入されにくい芳香族単位がない高分子化合物によって、高分子電解質膜の水やメタノールなどの含水素液体に対する膨潤が抑制され、優れたメタノール遮断性を発現することが可能となる。本発明においては、芳香族単位がない高分子化合物中に芳香族単位を有する高分子化合物が分散されている構造となっていれば、その分散状態は特に限定されないが、数μm〜数10μmの海島構造(芳香族単位がない高分子化合物が「海」であり、芳香族単位を有する高分子化合物が「島」である構造)や、μmオーダーの層状構造であることが好ましい形態の一例として列挙できる。このとき、芳香族単位を有する高分子化合物が分散あるいは相溶しすぎると、芳香族単位がない高分子化合物の膨潤抑制効果が低下する恐れがある。また、逆に芳香族単位を有する高分子化合物の分散状態が著しく悪いと、高分子電解質膜とした場合に、プロトン伝導性が不充分となったり、メタノール遮断性不充分となる恐れがある。   The polymer film of the present invention includes at least a polymer compound having an aromatic unit and a polymer compound having no aromatic unit, and the polymer compound having an aromatic unit is dispersed in the polymer compound having no aromatic unit. It is preferable that it is a structure. The polymer compound that does not have an aromatic unit that is difficult to introduce a hydrophilic proton conductive group represented by a sulfonic acid group suppresses swelling of the polymer electrolyte membrane with respect to hydrogen-containing liquids such as water and methanol, and has excellent methanol. It becomes possible to express blocking properties. In the present invention, the dispersion state is not particularly limited as long as the polymer compound having an aromatic unit is dispersed in the polymer compound having no aromatic unit. As an example of a preferable form, it is a sea-island structure (a structure in which a polymer compound having no aromatic unit is “sea” and a polymer compound having an aromatic unit is “island”), or a layered structure on the order of μm. Can be enumerated. At this time, if the polymer compound having an aromatic unit is too dispersed or compatible, the swelling inhibiting effect of the polymer compound having no aromatic unit may be reduced. On the other hand, when the dispersion state of the polymer compound having an aromatic unit is remarkably poor, there is a possibility that proton conductivity may be insufficient or methanol blocking property may be insufficient when a polymer electrolyte membrane is used.

次に本発明の高分子電解質膜の製造方法について説明する。本発明において、前述した高分子フィルムを有機溶媒存在下でスルホン化剤と接触させる方法であることが好ましい。有機溶媒存在下で高分子フィルムとスルホン化剤を接触させることで、スルホン化剤が高分子フィルムと直接接触し劣化するのを抑制しつつ、所望量のスルホン酸基を導入することが可能となる。
本発明で使用可能なスルホン化剤としては、例えば、クロロスルホン酸、発煙硫酸、三酸化硫黄、三酸化硫黄−トリエチルフォスフェート、濃硫酸、トリメチルシリルクロロサルフェートなどの公知のスルホン化剤が例示でき好ましい。工業的入手の容易さやスルホン酸基の導入の容易さや得られる高分子電解質膜の特性を考慮すると、クロロスルホン酸であることが好ましい。
Next, the manufacturing method of the polymer electrolyte membrane of this invention is demonstrated. In the present invention, it is preferable that the above-described polymer film is brought into contact with a sulfonating agent in the presence of an organic solvent. By bringing the polymer film and the sulfonating agent into contact with each other in the presence of an organic solvent, it is possible to introduce a desired amount of sulfonic acid groups while suppressing the sulfonating agent from directly contacting the polymer film and deteriorating. Become.
Examples of the sulfonating agent that can be used in the present invention include known sulfonating agents such as chlorosulfonic acid, fuming sulfuric acid, sulfur trioxide, sulfur trioxide-triethyl phosphate, concentrated sulfuric acid, and trimethylsilyl chlorosulfate. . In view of industrial availability, ease of introduction of sulfonic acid groups, and characteristics of the obtained polymer electrolyte membrane, chlorosulfonic acid is preferred.

本発明のスルホン化剤としては、クロロスルホン酸、発煙硫酸、三酸化硫黄、三酸化硫黄−トリエチルフォスフェート、濃硫酸、トリメチルシリルクロロサルフェートなどの公知のスルホン化剤を使用することが好ましい。工業的入手の容易さやスルホン酸基の導入の容易さや得られるプロトン伝導性高分子膜の特性を考慮すると、これらのスルホン化剤の使用が好ましい。とくに本発明においては、スルホン酸基の導入の容易さや得られた膜の特性、工業的入手の容易さなどから、クロロスルホン酸を使用するのがより好ましい。   As the sulfonating agent of the present invention, it is preferable to use known sulfonating agents such as chlorosulfonic acid, fuming sulfuric acid, sulfur trioxide, sulfur trioxide-triethyl phosphate, concentrated sulfuric acid, trimethylsilyl chlorosulfate and the like. Considering the ease of industrial availability, the ease of introduction of sulfonic acid groups, and the properties of the resulting proton conductive polymer membrane, the use of these sulfonating agents is preferred. In particular, in the present invention, it is more preferable to use chlorosulfonic acid from the viewpoint of easy introduction of a sulfonic acid group, characteristics of the obtained membrane, industrial availability, and the like.

本発明に使用可能な有機溶媒としては、高分子フィルムを劣化させたり、スルホン化剤のスルホン化能を消失させたりしないものであれば特に制限を受けない。スルホン酸基の導入のしやすさなどを考慮すると、本発明に使用する有機溶媒はハロゲン化炭化水素系化合物であることが好ましく、さらに得られる高分子電解質膜の機械的特性やハンドリング性、スルホン酸基の導入制御のし易さなどを考慮すると、分子構造式中に3個以上の炭素原子および、少なくとも1個以上の塩素原子を含むハロゲン化炭化水素であることが好ましく、1−クロロプロパン、1−クロロブタン、2−クロロブタン、1,4−ジクロロブタン、1−クロロ−2−メチルプロパン、1−クロロペンタン、1−クロロヘキサン、クロロシクロヘキサンからなる群から選択される少なくとも1種であることが好ましい。前記溶媒のなかでも、工業的入手の容易さや得られる高分子電解質膜の特性などの点から、1−クロロブタンが好ましい。   The organic solvent that can be used in the present invention is not particularly limited as long as it does not deteriorate the polymer film or lose the sulfonation ability of the sulfonating agent. Considering the ease of introduction of sulfonic acid groups, etc., the organic solvent used in the present invention is preferably a halogenated hydrocarbon-based compound. Furthermore, the mechanical properties and handling properties of the resulting polymer electrolyte membrane, sulfone, In view of the ease of controlling the introduction of the acid group, etc., it is preferably a halogenated hydrocarbon containing 3 or more carbon atoms and at least one or more chlorine atoms in the molecular structural formula, and 1-chloropropane, It is at least one selected from the group consisting of 1-chlorobutane, 2-chlorobutane, 1,4-dichlorobutane, 1-chloro-2-methylpropane, 1-chloropentane, 1-chlorohexane, chlorocyclohexane preferable. Among the solvents, 1-chlorobutane is preferable from the viewpoints of industrial availability and characteristics of the obtained polymer electrolyte membrane.

本発明に使用可能な有機溶媒としては、特に制限を受けないが、ハロゲン化炭化水素系化合物であることが好ましい。有機溶媒は、その分子構造式中に3個以上の炭素原子及び、少なくとも1個以上の塩素原子を含む有機溶媒であることが好ましく、1−クロロプロパン、1−クロロブタン、2−クロロブタン、1,4−ジクロロブタン、1−クロロ−2−メチルプロパン、1−クロロペンタン、1−クロロヘキサン、クロロシクロヘキサンからなる群から選択される少なくとも1種であることが好ましいが、これらのみに限定されるものではない。前記溶媒のなかでも、工業的入手の容易さや得られるプロトン伝導性高分子膜の特性などの点から、1−クロロブタンが好ましい。   The organic solvent that can be used in the present invention is not particularly limited, but is preferably a halogenated hydrocarbon compound. The organic solvent is preferably an organic solvent containing 3 or more carbon atoms and at least one or more chlorine atoms in its molecular structural formula, and includes 1-chloropropane, 1-chlorobutane, 2-chlorobutane, 1, 4 -It is preferably at least one selected from the group consisting of dichlorobutane, 1-chloro-2-methylpropane, 1-chloropentane, 1-chlorohexane, and chlorocyclohexane, but is not limited thereto. Absent. Among the solvents, 1-chlorobutane is preferable from the viewpoints of industrial availability and the properties of the obtained proton conductive polymer membrane.

スルホン化剤の使用量としては、高分子フィルムに対して、0.1〜100倍量(重量比)、さらには0.5〜50倍量(重量比)であるのが好ましい。スルホン化剤の使用量が、0.1倍量よりも少ない場合には、スルホン酸基の導入量が少なくなり、得られる高分子電解質膜のプロトン伝導性などの特性が不充分となる恐れがある。一方、100倍量を超える場合には、高分子フィルムが化学的に劣化し、得られる高分子電解質膜の機械的強度が低下し、ハンドリングが困難となったり、スルホン酸基の導入量が多くなりすぎて、メタノール遮断性が低下したり、水溶性やメタノール水溶液に可溶になるなど、高分子電解質膜の実用的な特性が損なわれる恐れがある。   As a usage-amount of a sulfonating agent, it is preferable that it is 0.1-100 times amount (weight ratio) with respect to a polymer film, and also 0.5-50 times amount (weight ratio) is preferable. If the amount of the sulfonating agent used is less than 0.1 times, the amount of sulfonic acid groups introduced will be small, and the resulting polymer electrolyte membrane may have insufficient properties such as proton conductivity. is there. On the other hand, when the amount exceeds 100 times, the polymer film is chemically deteriorated, the mechanical strength of the obtained polymer electrolyte membrane is lowered, handling becomes difficult, and the introduction amount of sulfonic acid groups is large. As a result, the practical properties of the polymer electrolyte membrane may be impaired, for example, the methanol barrier property may be reduced, or the polymer electrolyte membrane may be soluble in water or aqueous methanol.

スルホン化剤の使用量としては、高分子フィルムの重量に対して、0.5〜50倍量、さらには0.5〜30倍量であるのが好ましい。スルホン化剤の使用量が、高分子フィルムの重量に対して、0.5倍量よりも少ない場合には、スルホン酸基の導入量が少なくなり、得られるプロトン伝導高分子膜の特性が不充分となる傾向がある。一方、50倍量を超える場合には、高分子フィルムが化学的に劣化し、得られるプロトン伝導性高分子膜の機械的強度が低下し、ハンドリングが困難となったり、スルホン酸基の導入量が多くなりすぎて、メタノール遮断性が低下するなど、かえってプロトン伝導性高分子膜の実用的な特性が損なわれる傾向がある。   The amount of the sulfonating agent used is preferably 0.5 to 50 times, more preferably 0.5 to 30 times the weight of the polymer film. When the amount of the sulfonating agent used is less than 0.5 times the weight of the polymer film, the amount of sulfonic acid groups introduced is reduced and the properties of the resulting proton conducting polymer membrane are poor. There is a tendency to be sufficient. On the other hand, when the amount exceeds 50 times, the polymer film is chemically deteriorated, the mechanical strength of the resulting proton conductive polymer membrane is lowered, handling becomes difficult, and the amount of sulfonic acid group introduced However, the practical properties of the proton-conductive polymer membrane tend to be impaired, for example, the methanol barrier property is lowered due to excessive increase in the amount of hydrogen.

有機溶媒中のスルホン化剤の濃度は、スルホン酸基の目標とする導入量や反応条件(温度・時間)を勘案して適宜設定すればよい。具体的には、0.05〜20重量%であることが好ましく、より好ましい範囲は、0.2〜10重量%である。0.05重量%より低いとスルホン化剤と高分子フィルム中の芳香族単位とが接触しにくくなり、所望のスルホン酸基量が導入できなかったり、導入するのに時間がかかりすぎたりする恐れがある。一方、20重量%を超えるとスルホン酸基の導入が不均一となったり、得られた高分子電解質膜の機械的特性が損なわれる恐れがある。   The concentration of the sulfonating agent in the organic solvent may be appropriately set in consideration of the target introduction amount of sulfonic acid groups and reaction conditions (temperature / time). Specifically, it is preferably 0.05 to 20% by weight, and a more preferable range is 0.2 to 10% by weight. If it is lower than 0.05% by weight, the sulfonating agent and the aromatic unit in the polymer film are difficult to contact, and the desired amount of sulfonic acid group may not be introduced or may take too long to introduce. There is. On the other hand, if it exceeds 20% by weight, the introduction of sulfonic acid groups may be uneven, or the mechanical properties of the obtained polymer electrolyte membrane may be impaired.

溶媒中のスルホン化剤の濃度は、スルホン酸基の目標とする導入量や反応条件(温度・時間)を勘案して適宜設定すればよい。具体的には、0.1〜10重量%であることが好ましく、より好ましい範囲は、0.2〜10重量%である。0.1重量%より低いとスルホン化剤と高分子化合物中の芳香族単位とが接触しにくくなり、所望のスルホン酸基が導入できなかったり、導入するのに時間がかかりすぎたりする傾向がある。一方、10重量%を超えるとスルホン酸基の導入が不均一となったり、得られたプロトン伝導性高分子膜の機械的特性が損なわれる傾向がある。   The concentration of the sulfonating agent in the solvent may be appropriately set in consideration of the target introduction amount of sulfonic acid groups and reaction conditions (temperature / time). Specifically, the content is preferably 0.1 to 10% by weight, and more preferably 0.2 to 10% by weight. If it is lower than 0.1% by weight, the sulfonating agent and the aromatic unit in the polymer compound are difficult to contact, and the desired sulfonic acid group cannot be introduced or it takes a long time to introduce. is there. On the other hand, if it exceeds 10% by weight, the introduction of sulfonic acid groups tends to be non-uniform or the mechanical properties of the resulting proton conducting polymer membrane tend to be impaired.

また、接触させる際の反応温度、反応時間については特に限定は無いが、0〜100℃、さらには10〜30℃、0.5時間以上、さらには2〜100時間の範囲で設定するのが好ましい。反応温度が、0℃より低い場合は、設備上冷却等の措置が必要になるとともに、反応に必要以上の時間がかかる恐れがあり、100℃を超えると反応が過度に進行したり、副反応を生じたりして、膜の特性を低下させる恐れがある。
より好ましくは、使用する有機溶媒の沸点以下であることが、耐圧容器を用いる必要がないため好ましい。
また、反応時間が、0.5時間より短い場合は、スルホン化剤と
高分子フィルム中の
芳香族単位との接触が不充分となり、所望のスルホン酸基が導入しにくくなる恐れがあり、反応時間が100時間を超える場合は、生産性が著しく低下する恐れがあるとともに、高分子電解質膜の特性向上にあまり寄与しない恐れがある。実際には、使用するスルホン化剤や有機溶媒などの反応雰囲気、目標とする生産量などを考慮して、所望の特性を有する高分子電解質膜を効率的に製造することができるように設定すればよい。
Moreover, there are no particular limitations on the reaction temperature and reaction time at the time of contacting, but it is set within the range of 0 to 100 ° C., more preferably 10 to 30 ° C., 0.5 hour or more, and further 2 to 100 hours. preferable. If the reaction temperature is lower than 0 ° C, measures such as cooling on the equipment are necessary, and the reaction may take more time than necessary. If the reaction temperature exceeds 100 ° C, the reaction proceeds excessively or side reactions occur. May cause deterioration of the film characteristics.
More preferably, the boiling point is lower than the boiling point of the organic solvent to be used because it is not necessary to use a pressure vessel.
In addition, when the reaction time is shorter than 0.5 hours, the contact between the sulfonating agent and the aromatic unit in the polymer film becomes insufficient, and it may be difficult to introduce a desired sulfonic acid group. When the time exceeds 100 hours, the productivity may be remarkably reduced, and there is a possibility that the property of the polymer electrolyte membrane is not greatly improved. In practice, it is set so that a polymer electrolyte membrane having desired characteristics can be efficiently produced in consideration of a reaction atmosphere such as a sulfonating agent and an organic solvent, a target production amount, and the like. That's fine.

また、接触させる際の反応温度、反応時間については特に限定は無いが、0〜100℃、さらには10〜30℃、0.5時間以上、さらには2〜100時間の範囲で設定するのが好ましい。反応温度が、0℃より低い場合は、設備上冷却等の措置が必要になるとともに、反応に必要以上の時間がかかる傾向があり、100℃を超えると反応が過度に進行したり、副反応を生じたりして、膜の特性を低下させる傾向がある。
また、反応時間が、0.5時間より短い場合は、スルホン化剤と
高分子化合物中の
芳香族単位との接触が不充分となり、所望のスルホン酸基が導入しにくくなる傾向があり、反応時間が100時間を超える場合は、生産性が著しく低下する傾向を示すとともに、膜特性の大きな向上は期待できなくなる傾向がある。実際には、使用するスルホン化剤や溶媒などの反応系、目標とする生産量などを考慮して、所望の特性を有するプロトン伝導性高分子膜を効率的に製造す
ることができるように設定すればよい。
Moreover, there are no particular limitations on the reaction temperature and reaction time at the time of contacting, but it is set within the range of 0 to 100 ° C., more preferably 10 to 30 ° C., 0.5 hour or more, and further 2 to 100 hours. preferable. If the reaction temperature is lower than 0 ° C, measures such as cooling on the equipment are required, and the reaction tends to take more time than necessary. If the reaction temperature exceeds 100 ° C, the reaction proceeds excessively or side reactions occur. Or the like, and the film characteristics tend to be deteriorated.
In addition, when the reaction time is shorter than 0.5 hours, the contact between the sulfonating agent and the aromatic unit in the polymer compound becomes insufficient, and the desired sulfonic acid group tends to be difficult to be introduced. When the time exceeds 100 hours, productivity tends to be remarkably lowered, and a great improvement in film characteristics tends not to be expected. Actually, it is set so that a proton conductive polymer membrane having desired characteristics can be efficiently produced in consideration of a reaction system such as a sulfonating agent and a solvent to be used and a target production amount. do it.

さらに具体的な事例をあげて説明する。脂肪族系高分子化合物と、芳香族系高分子化合物とからなる高分子フィルムは、2軸混練押出し機にTダイをセットした押出し機により、脂肪族系高分子化合物としてポリエチレン、芳香族系高分子化合物としてポリフェニレンサルファイドの、2種の高分子化合物のペレットを溶融混練することで得られる。得られた高分子フィルムと、溶媒として1−クロロブタンを使用し、スルホン化剤としてクロロスルホン酸を使用する場合には、クロロスルホン酸の添加量が高分子フィルムの重量に対して1倍量以上、1−クロロブタン溶液中のクロロスルホン酸濃度が、0.1重量%以上、反応温度が10℃以上、反応時間が3時間以上、の条件で、所望のイオン交換容量を有するプロトン伝導性高分子膜を調製することができる。   More specific examples will be described. A polymer film composed of an aliphatic polymer compound and an aromatic polymer compound is obtained by using an extruder having a T-die set in a twin-screw kneading extruder and using polyethylene, an aromatic polymer compound as an aliphatic polymer compound. It can be obtained by melt-kneading pellets of two polymer compounds of polyphenylene sulfide as a molecular compound. When the obtained polymer film and 1-chlorobutane are used as the solvent and chlorosulfonic acid is used as the sulfonating agent, the addition amount of chlorosulfonic acid is 1 or more times the weight of the polymer film. The proton conductive polymer having a desired ion exchange capacity under the conditions that the chlorosulfonic acid concentration in the 1-chlorobutane solution is 0.1 wt% or more, the reaction temperature is 10 ° C. or more, and the reaction time is 3 hours or more Membranes can be prepared.

このとき、所定量・所定濃度のクロロスルホン酸/1−クロロブタン溶液を調製し、それに高分子フィルムを浸漬させることにより、高分子フィルム中の芳香族単位中の水素原子と−SO2Cl基が置換される。さらにこれを水と接触させることにより、−SO2Cl
基が加水分解され、スルホン酸基(−SO3H)になるとともに、残存する1−クロロブタンやクロロスルホン酸が除去され、スルホン酸基含有ポリフェニレンサルファイドが得られる。
At this time, by preparing a chlorosulfonic acid / 1-chlorobutane solution having a predetermined amount and a predetermined concentration and immersing the polymer film in the solution, the hydrogen atoms and the —SO 2 Cl groups in the aromatic units in the polymer film are reduced. Replaced. Furthermore, by bringing this into contact with water, —SO 2 Cl
The group is hydrolyzed to become a sulfonic acid group (—SO 3 H), and the remaining 1-chlorobutane and chlorosulfonic acid are removed to obtain a sulfonic acid group-containing polyphenylene sulfide.

また、高分子フィルムを反応槽内でスルホン化剤と接触させることによって、フィルム(膜)形状のままスルホン酸基を導入することができる。したがって、従来の均一反応系でスルホン化高分子を合成した後、膜形状に加工する方法と比較して、反応物の回収・精製・乾燥などの工程、溶媒へのスルホン化高分子の溶解や支持体への塗布、溶媒除去などの工程が省略できるため好ましい。さらに、フィルムを連続供給するため、その生産性は著しく向上する。   Moreover, a sulfonic acid group can be introduce | transduced with a film (film | membrane) shape by making a polymer film contact with a sulfonating agent within a reaction tank. Therefore, compared to the conventional method of synthesizing a sulfonated polymer in a homogeneous reaction system and then processing it into a membrane shape, steps such as recovery, purification, and drying of the reactants, dissolution of the sulfonated polymer in a solvent, It is preferable because steps such as coating on a support and solvent removal can be omitted. Furthermore, since the film is continuously supplied, the productivity is remarkably improved.

また、反応槽に浸漬したフィルムに付着および/または包含されたスルホン化剤を除去・洗浄することを連続的に実施することにより、スルホン化剤による周辺機器の腐食の防止やフィルムのハンドリング性が改善する。除去・洗浄の条件は、使用するスルホン化剤や高分子化合物の種類を考慮して適宜設定すればよいが、水洗により、残存したスルホン化剤を不活性化したり、アルカリを使用して中和処理してもよい。   In addition, by continuously removing and washing the sulfonating agent attached to and / or contained in the film immersed in the reaction vessel, it is possible to prevent peripheral devices from being corroded by the sulfonating agent and to handle the film. Improve. The conditions for removal / washing may be appropriately set in consideration of the type of sulfonating agent and polymer compound to be used, but the remaining sulfonating agent is inactivated by washing with water or neutralized using alkali. It may be processed.

さらに、得られたプロトン伝導性高分子膜を連続して乾燥することによって、プロトン伝導性高分子膜を実際に使用可能な形態で回収することができる。乾燥条件は、使用する高分子フィルムの種類や得られるプロトン伝導性高分子膜の特性を考慮して適宜設定すればよい。スルホン酸基が強い親水性を示すため、洗浄過程において、含水して著しく膨潤している恐れがある。そのため、乾燥時に収縮し、皺や脹れなどが生じる恐れがある。したがって、乾燥時にはプロトン伝導性高分子膜の面方向に適度なテンションをかけて乾燥することが好ましい。また、急激な乾燥を抑制するため、湿度の調節下で徐々に乾燥してもよい。   Furthermore, by continuously drying the obtained proton conducting polymer membrane, the proton conducting polymer membrane can be recovered in a practically usable form. The drying conditions may be appropriately set in consideration of the type of polymer film to be used and the characteristics of the proton conductive polymer membrane to be obtained. Since the sulfonic acid group has strong hydrophilicity, it may be swelled with water during the washing process. Therefore, it shrinks during drying, and there is a risk of wrinkles and swelling. Therefore, at the time of drying, it is preferable to dry by applying an appropriate tension in the surface direction of the proton conductive polymer membrane. Moreover, in order to suppress rapid drying, you may dry gradually under adjustment of humidity.

本発明の高分子電解質膜の製造方法は、連続的に実施してもよい。すなわち、所定の配合比に調合された高分子化合物から、Tダイをセットした二軸押出機による溶融押出成形によって本発明の高分子フィルムを製造し、それをスルホン化剤と有機溶媒の入ったスルホン化反応槽に供給し、必要に応じて、洗浄工程や乾燥工程を連続的に実施してもよい。この方法によって、高分子電解質膜の生産性が向上する。   You may implement the manufacturing method of the polymer electrolyte membrane of this invention continuously. That is, a polymer film of the present invention was produced from a polymer compound prepared at a predetermined compounding ratio by melt extrusion using a twin-screw extruder with a T-die set, and the polymer film containing a sulfonating agent and an organic solvent. You may supply to a sulfonation reaction tank and may implement a washing | cleaning process and a drying process continuously as needed. By this method, the productivity of the polymer electrolyte membrane is improved.

本発明のプロトン伝導性高分子膜の製造方法は、連続的に実施してもよい。すなわち、被処理物である高分子化合物からなるフィルムを延伸処理をする工程に供給し、さらに、スルホン化剤との反応槽に供給し、必要に応じて、洗浄工程や乾燥工程を連続的に実施してもよい。この方法によって、プロトン伝導性高分子膜の生産性が向上する。   The method for producing a proton conductive polymer membrane of the present invention may be carried out continuously. That is, a film made of a polymer compound to be processed is supplied to a stretching process, and further supplied to a reaction tank with a sulfonating agent. If necessary, a washing process and a drying process are continuously performed. You may implement. This method improves the productivity of the proton conductive polymer membrane.

また、上記方法によると高分子フィルムをスルホン化反応槽内において、有機溶媒存在下でスルホン化剤と接触させることによって、フィルム(膜)形状のままスルホン酸基を導入することができる。したがって、従来の均一反応系でスルホン酸基を導入した高分子化合物を合成した後、膜形状に加工する方法と比較して、反応物の回収・精製・乾燥などの工程、溶媒への高分子化合物の溶解やキャスト製膜時の支持体への塗布、溶媒除去などの工程が省略できるため好ましい。さらに、高分子フィルムを連続供給するため、その生産性は著しく向上する。また、スルホン化反応槽に浸漬した高分子フィルムに付着および/または包含されたスルホン化剤や有機溶媒の除去・洗浄を連続的に実施することにより、スルホン化剤による周辺機器の腐食の防止や高分子フィルムのハンドリング性が改善する。除去・洗浄の条件は、使用するスルホン化剤や有機溶媒の種類、高分子フィルムの構成を考慮して適宜設定すればよいが、水洗により、残存したスルホン化剤を不活性化したり、アルカリを使用して中和処理してもよい。さらに、得られた高分子電解質膜を連続して乾燥することによって、高分子電解質膜を実際に使用可能な形態で回収することができる。乾燥条件は、使用する高分子フィルムの種類や得られる高分子電解質膜の特性を考慮して適宜設定すればよい。スルホン酸基が強い親水性を示すため、洗浄過程において、含水して著しく膨潤している恐れがある。そのため、乾燥時に収縮し、皺や脹れなどが生じる恐れがある。したがって、乾燥時には高分子電解質膜の面方向に適度なテンションをかけて乾燥することが好ましい。また、急激な乾燥を抑制するため、湿度の調節下で徐々に乾燥してもよい。   Further, according to the above method, a sulfonic acid group can be introduced in the form of a film (membrane) by bringing the polymer film into contact with a sulfonating agent in the presence of an organic solvent in a sulfonation reaction tank. Therefore, after synthesizing a polymer compound into which a sulfonic acid group has been introduced in a conventional homogeneous reaction system, compared to the method of processing into a membrane shape, the process of recovery, purification, drying, etc. of the reactant, the polymer to the solvent This is preferable because steps such as dissolution of the compound, coating on a support during casting and removal of the solvent can be omitted. Furthermore, since the polymer film is continuously supplied, the productivity is remarkably improved. In addition, by continuously removing and washing the sulfonating agent and the organic solvent adhering to and / or included in the polymer film immersed in the sulfonation reaction tank, it is possible to prevent peripheral devices from being corroded by the sulfonating agent. The handling property of the polymer film is improved. The removal / washing conditions may be appropriately set in consideration of the type of sulfonating agent and organic solvent to be used, and the structure of the polymer film, but the remaining sulfonating agent is inactivated or alkalinized by washing with water. You may use and neutralize. Furthermore, by continuously drying the obtained polymer electrolyte membrane, the polymer electrolyte membrane can be recovered in a practically usable form. What is necessary is just to set drying conditions suitably in consideration of the kind of polymer film to be used and the characteristic of the polymer electrolyte membrane obtained. Since the sulfonic acid group has strong hydrophilicity, it may be swelled with water during the washing process. Therefore, it shrinks during drying, and there is a risk of wrinkles and swelling. Therefore, at the time of drying, it is preferable to dry by applying an appropriate tension in the surface direction of the polymer electrolyte membrane. Moreover, in order to suppress rapid drying, you may dry gradually under adjustment of humidity.

本発明の製造方法に従って高分子電解質膜を製造する場合、使用するスルホン化剤の種類やスルホン化の反応条件によっては、例えば、芳香族単位を有する高分子化合物として、ポリフェニレンサルファイドを使用した場合、ポリフェニレンサルファイドのスルフィド単位(−S−)がスルホキシド単位(−SO−)やスルホン単位(−SO2−)に酸化されたり、また、スルホキシド単位(−SO−)がスルホン単位(−SO2−)に酸化されたり、また、芳香族単位の水素が−Clなどの置換基で置換される副反応が生じる可能性がある。しかし、得られた高分子電解質膜の特性を著しく低下させるものでなければ、前記副反応の結果生じた構造単位が含まれていても構わない。When producing a polymer electrolyte membrane according to the production method of the present invention, depending on the type of sulfonating agent used and the reaction conditions for sulfonation, for example, when polyphenylene sulfide is used as a polymer compound having an aromatic unit, The sulfide unit (—S—) of polyphenylene sulfide is oxidized to a sulfoxide unit (—SO—) or a sulfone unit (—SO 2 —), and the sulfoxide unit (—SO—) is converted to a sulfone unit (—SO 2 —). Or a side reaction in which the hydrogen of the aromatic unit is substituted with a substituent such as —Cl may occur. However, as long as the properties of the obtained polymer electrolyte membrane are not significantly deteriorated, a structural unit resulting from the side reaction may be included.

使用するスルホン化剤やスルホン化の反応条件によっては、例えば、芳香族系高分子化合物として、ポリフェニレンサルファイドを使用した場合、高分子フィルム中のスルフィド単位(−S−)がスルホキシド単位(−SO−)やスルホン単位(−SO2−)に酸化されたり、また、スルホキシド単位(−SO−)がスルホン単位(−SO2−)に酸化されたり、また、フェニレン単位の水素が−Clなどの置換基で置換される副反応が生じる可能性がある。しかし、得られたプロトン伝導性高分子膜の特性を著しく低下させるものでなけば、前記副反応の結果生じた構造単位が含まれていても構わない。Depending on the sulfonating agent used and the reaction conditions for sulfonation, for example, when polyphenylene sulfide is used as the aromatic polymer compound, the sulfide unit (—S—) in the polymer film may be converted to a sulfoxide unit (—SO—). ) Or a sulfone unit (—SO 2 —), a sulfoxide unit (—SO—) is oxidized to a sulfone unit (—SO 2 —), or hydrogen of a phenylene unit is substituted with —Cl or the like. Side reactions that are substituted with groups can occur. However, as long as the properties of the obtained proton conductive polymer membrane are not significantly reduced, a structural unit resulting from the side reaction may be included.

前記方法で製造した高分子電解質膜の特性をさらに向上させるために、電子線、γ線、イオンビーム等の放射線を照射させることが好ましい。これらにより、高分子電解質膜中に架橋構造などが導入でき、メタノール遮断性が向上する場合がある。   In order to further improve the properties of the polymer electrolyte membrane produced by the above method, it is preferable to irradiate radiation such as electron beam, γ-ray, ion beam and the like. As a result, a crosslinked structure or the like can be introduced into the polymer electrolyte membrane, and the methanol barrier property may be improved.

つぎに、本発明の高分子電解質膜を使用した固体高分子形燃料電池(直接液体形燃料電池、直接メタノール形燃料電池)について、一例として、図面を引用して説明する。   Next, a solid polymer fuel cell (direct liquid fuel cell, direct methanol fuel cell) using the polymer electrolyte membrane of the present invention will be described with reference to the drawings as an example.

図1は、本発明の高分子電解質膜を使用した固体高分子形燃料電池(直接液体形燃料電池、直接メタノール形燃料電池)の要部断面図である。   FIG. 1 is a cross-sectional view of an essential part of a polymer electrolyte fuel cell (direct liquid fuel cell, direct methanol fuel cell) using the polymer electrolyte membrane of the present invention.

これは、高分子電解質膜1と、高分子電解質膜1に接触する触媒層2、触媒層2に接触する拡散層3、さらにその外側にセパレーター5が配置され、固体高分子形燃料電池(直接液体形燃料電池、直接メタノール形燃料電池)のセルが構成される。セパレーター5には、燃料ガスまたは液体(メタノール水溶液など)、並びに、酸化剤を送り込むための5が形成されている。   This is because a polymer electrolyte membrane 1, a catalyst layer 2 in contact with the polymer electrolyte membrane 1, a diffusion layer 3 in contact with the catalyst layer 2, and a separator 5 on the outside thereof are disposed, and a solid polymer fuel cell (directly A liquid fuel cell and a direct methanol fuel cell) are configured. The separator 5 is formed with a fuel gas or a liquid (methanol aqueous solution or the like) and 5 for feeding an oxidant.

一般的に、高分子電解質膜1に触媒層2を接合したものや、高分子電解質膜1に触媒層2と拡散層3を接合したものは、膜−電極接合体(以下、MEAと表記)といわれ、固体高分子形燃料電池(直接液体形燃料電池、直接メタノール形燃料電池)の基本部材として使用される。   Generally, a membrane-electrode assembly (hereinafter referred to as MEA) is obtained by joining a catalyst layer 2 to a polymer electrolyte membrane 1 or joining a catalyst layer 2 and a diffusion layer 3 to a polymer electrolyte membrane 1. That is, it is used as a basic member of a polymer electrolyte fuel cell (direct liquid fuel cell, direct methanol fuel cell).

MEAを作製する方法は、従来検討されている、パーフルオロカーボンスルホン酸からなる高分子電解質膜やその他の炭化水素系高分子電解質膜
(例えば、スルホン化ポリエーテルエーテルケトン、スルホン化ポリエーテルスルホン、スルホン化ポリスルホン、スルホン化ポリイミド、スルホン化ポリフェニレンサルファイドなど)で行われる公知の方法が適用可能である。
Methods for producing MEA are conventionally studied polymer electrolyte membranes made of perfluorocarbon sulfonic acid and other hydrocarbon polymer electrolyte membranes (for example, sulfonated polyetheretherketone, sulfonated polyethersulfone, sulfone). A known method performed with a sulfonated polysulfone, a sulfonated polyimide, a sulfonated polyphenylene sulfide, or the like is applicable.

MEAの具体的作製方法の一例を下記に示すが、本発明はこれに限定されるものではない。   An example of a specific method for producing MEA is shown below, but the present invention is not limited to this.

触媒層2の形成は、高分子電解質の溶液あるいは分散液に、金属担持触媒を分散させて、触媒層形成用の分散溶液を調合する。この分散溶液をポリテトラフルオロエチレンなどの離型フィルム上にスプレーで塗布して分散溶液中の溶媒を乾燥・除去し、離型フィルム上に所定の触媒層2を形成させる。この離型フィルム上に形成した触媒層2を高分子電解質膜1の両面に配置し、所定の加熱・加圧条件下でホットプレスし、高分子電解質膜1と触媒層2を接合し、離型フィルムをはがすことによって、高分子電解質膜1の両面に触媒層2が形成されたMEAが作製できる。また、前記分散溶液をコーターなどを用いて拡散層3上に塗工して、分散溶液中の溶媒を乾燥・除去し、拡散層3上に触媒層2が形成された触媒担持ガス拡散電極を作製し、高分子電解質膜1の両側にその触媒担持ガス拡散電極の触媒層2側を配置し、所定の加熱・加圧条件下でホットプレスすることによって、高分子電解質膜1の両面に触媒層2と拡散層3とが形成されたMEAが製造できる。前記触媒担持ガス拡散電極には、市販のガス拡散電極(米国E−TEK社製、など)を使用しても構わない。   The catalyst layer 2 is formed by dispersing a metal-supported catalyst in a polymer electrolyte solution or dispersion to prepare a dispersion for forming the catalyst layer. The dispersion solution is applied onto a release film such as polytetrafluoroethylene by spraying, and the solvent in the dispersion solution is dried and removed to form a predetermined catalyst layer 2 on the release film. The catalyst layer 2 formed on the release film is disposed on both surfaces of the polymer electrolyte membrane 1, and hot-pressed under predetermined heating and pressurizing conditions to join the polymer electrolyte membrane 1 and the catalyst layer 2 and release them. The MEA in which the catalyst layers 2 are formed on both surfaces of the polymer electrolyte membrane 1 can be produced by peeling the mold film. In addition, a catalyst-supported gas diffusion electrode in which the dispersion solution is coated on the diffusion layer 3 using a coater or the like, the solvent in the dispersion solution is dried and removed, and the catalyst layer 2 is formed on the diffusion layer 3. The catalyst is formed on both sides of the polymer electrolyte membrane 1 by arranging the catalyst layer 2 side of the catalyst-carrying gas diffusion electrode on both sides of the polymer electrolyte membrane 1 and performing hot pressing under predetermined heating and pressurizing conditions. An MEA in which the layer 2 and the diffusion layer 3 are formed can be manufactured. As the catalyst-carrying gas diffusion electrode, a commercially available gas diffusion electrode (manufactured by E-TEK, USA, etc.) may be used.

前記高分子電解質の溶液としては、パーフルオロカーボンスルホン酸高分子化合物のアルコール溶液(アルドリッチ社製ナフィオン(登録商標)溶液など)やスルホン化された芳香族高分子化合物(例えば、スルホン化ポリエーテルエーテルケトン、スルホン化ポリエーテルスルホン、スルホン化ポリスルホン、スルホン化ポリイミド、スルホン化ポリフェニレンサルファイドなど)の有機溶媒溶液などが使用できる。前記金属担持触媒としては、高比表面積の導電性粒子が担体として使用可能であり、例えば活性炭、カーボンブラック、ケッチェンブラック、バルカン、カーボンナノホーン、フラーレン、カーボンナノチューブなどの炭素材料が例示できる。金属触媒としては、燃料の酸化反応および酸素の還元反応を促進するものであれば使用可能であり、燃料極と酸化剤極で同じであっても異なっていても構わない。例えば、白金、ルテニウムなどの貴金属あるいはそれらの合金などが例示でき、それらの触媒活性の促進や、反応副生物による被毒を抑制するための助触媒を添加しても構わない。前記触媒層形成用の分散溶液は、スプレーで塗布したり、コーターで塗工しやすい粘度に調整するため、水や有機溶媒で適宜希釈しても構わない。また、必要に応じて触媒層2に撥水性を付与するため、テトラフルオロエチレンなどのフッ素系化合物を混合してもよい。前記拡散層3としては、カーボンクロスやカーボンペーパーなどの多孔質の導電性材料が使用可能である。これらは燃料や酸化剤の拡散性や反応副生物や未反応物質の排出性を促進するため、テトラフルオロエチレンなどで被覆して撥水性を付与したものを使用するのが好ましい。また、高分子電解質膜1と触媒層2との間に必要に応じて前述したような高分子電解質を含む接着層を設けてもよい。高分子電解質膜1と触媒層2を加熱・加圧条件下でホットプレスする条件は、使用する高分子電解質膜1や触媒層2に含まれる高分子電解質の種類に応じて適宜設定する必要がある。一般的には、高分子電解質膜や高分子電解質の熱劣化や熱分解温度以下であって、高分子電解質膜1あるいは高分子電解質のガラス転移点や軟化点以上の温度、さらには高分子電解質膜1および高分子電解質のガラス転移点や軟化点以上の温度条件下で実施するのが好ましい。加圧条件としては、概ね0.1MPa〜20MPaの範囲であることが、高分子電解質膜1と触媒層2が充分に接触するとともに、使用材料の著しい変形にともなう特性低下がなく好ましい。特にMEAが高分子電解質膜1と触媒層2とからのみ形成される場合は、拡散層3を触媒層2の外側に配置して特に接合することなく接触させるのみで使用しても構わない。   Examples of the polymer electrolyte solution include an alcohol solution of a perfluorocarbon sulfonic acid polymer compound (such as Nafion (registered trademark) solution manufactured by Aldrich) or a sulfonated aromatic polymer compound (for example, sulfonated polyether ether ketone). , Sulfonated polyethersulfone, sulfonated polysulfone, sulfonated polyimide, sulfonated polyphenylene sulfide, and the like) can be used. As the metal-supported catalyst, conductive particles having a high specific surface area can be used as a carrier, and examples thereof include carbon materials such as activated carbon, carbon black, ketjen black, vulcan, carbon nanohorn, fullerene, and carbon nanotube. Any metal catalyst may be used as long as it promotes the fuel oxidation reaction and oxygen reduction reaction, and the fuel electrode and the oxidant electrode may be the same or different. For example, noble metals such as platinum and ruthenium or alloys thereof can be exemplified, and a promoter for promoting their catalytic activity or suppressing poisoning by reaction by-products may be added. The dispersion solution for forming the catalyst layer may be appropriately diluted with water or an organic solvent in order to adjust the viscosity to be easily applied with a sprayer or with a coater. Moreover, you may mix fluorine-type compounds, such as tetrafluoroethylene, in order to provide water repellency to the catalyst layer 2 as needed. As the diffusion layer 3, a porous conductive material such as carbon cloth or carbon paper can be used. In order to promote the diffusibility of the fuel and the oxidant and the discharge of reaction by-products and unreacted substances, it is preferable to use those which are coated with tetrafluoroethylene or the like to impart water repellency. Further, an adhesive layer containing the polymer electrolyte as described above may be provided between the polymer electrolyte membrane 1 and the catalyst layer 2 as necessary. The conditions for hot pressing the polymer electrolyte membrane 1 and the catalyst layer 2 under heating and pressurizing conditions need to be appropriately set according to the type of polymer electrolyte contained in the polymer electrolyte membrane 1 and the catalyst layer 2 to be used. is there. In general, the temperature is lower than the thermal deterioration or thermal decomposition temperature of the polymer electrolyte membrane or the polymer electrolyte, and the temperature is higher than the glass transition point or softening point of the polymer electrolyte membrane 1 or the polymer electrolyte. It is preferable to carry out under the temperature conditions above the glass transition point and softening point of the membrane 1 and the polymer electrolyte. The pressurizing condition is preferably in the range of about 0.1 MPa to 20 MPa because the polymer electrolyte membrane 1 and the catalyst layer 2 are in sufficient contact with each other and there is no deterioration in characteristics due to significant deformation of the materials used. In particular, when the MEA is formed only from the polymer electrolyte membrane 1 and the catalyst layer 2, the diffusion layer 3 may be disposed outside the catalyst layer 2 and used only by contacting without being joined.

上記のような方法で得られたMEAを、燃料ガスまたは液体、並びに、酸化剤を送り込む流路5が形成された一対のセパレーター4などの間に挿入することにより、本発明の高分子電解質膜を含む固体高分子形燃料電池(直接液体形燃料電池、直接メタノール形燃料電池)が得られる。これに燃料ガスまたは液体として、水素を主たる成分とするガスや、メタノールを主たる成分とするガスまたは液体を、酸化剤として、酸素を含むガス(酸素あるいは空気)を、それぞれ別個の流路5より、拡散層3を経由して触媒層2に供給することにより、固体高分子形燃料電池は発電する。このとき燃料として含水素液体を使用する場合には直接液体形燃料電池となるし、メタノールを使用する場合には直接メタノール形燃料電池となる。   The polymer electrolyte membrane of the present invention is inserted by inserting the MEA obtained by the above method between a pair of separators 4 in which a flow path 5 for feeding fuel gas or liquid and an oxidant is formed. A solid polymer fuel cell (direct liquid fuel cell, direct methanol fuel cell) is obtained. In addition, a gas containing hydrogen as a main component, a gas or liquid containing methanol as a main component as a fuel gas or liquid, and a gas containing oxygen (oxygen or air) as an oxidant are respectively supplied from separate flow paths 5. By supplying the catalyst layer 2 via the diffusion layer 3, the polymer electrolyte fuel cell generates power. At this time, when a hydrogen-containing liquid is used as a fuel, a direct liquid fuel cell is obtained, and when methanol is used, a direct methanol fuel cell is obtained.

前記セパレーター4としてはカボーングラファイトやステンレス鋼の導電性材料のものが使用できる。特にステンレス鋼などの金属製材料を使用する場合は、耐腐食性の処理を施していることが好ましい。   As the separator 4, a conductive material such as carbonite graphite or stainless steel can be used. In particular, when a metal material such as stainless steel is used, it is preferable to perform a corrosion resistance treatment.

本発明の固体高分子形燃料電池を単独で、あるいは複数積層して、スタックを形成し、使用することや、それらを組み込んだ燃料電池システムとすることもできる。   The polymer electrolyte fuel cell of the present invention can be used alone or in a stack to form a stack, or a fuel cell system incorporating them can be used.

図13は、本発明のプロトン伝導性高分子膜を使用した固体高分子形燃料電池(直接液体形燃料電池、直接メタノール形燃料電池)の要部断面図である。   FIG. 13 is a cross-sectional view of the main part of a polymer electrolyte fuel cell (direct liquid fuel cell, direct methanol fuel cell) using the proton conductive polymer membrane of the present invention.

つぎに、本発明のプロトン伝導性高分子膜を使用した固体高分子形燃料電池(直接液体形燃料電池、直接メタノール形燃料電池)について、一例として、図面を引用して説明する。   Next, a solid polymer fuel cell (direct liquid fuel cell, direct methanol fuel cell) using the proton conductive polymer membrane of the present invention will be described with reference to the drawings as an example.

これは、プロトン伝導性高分子膜21と、21の膜に接触する触媒担持ガス拡散電極22、セパレーター24に形成された燃料ガスまたは液体、並びに、酸化剤を送り込む流路3、の構成よりなるものである。   This comprises a proton conducting polymer membrane 21, a catalyst-carrying gas diffusion electrode 22 in contact with the membrane 21, a fuel gas or liquid formed on the separator 24, and a flow path 3 for feeding an oxidant. Is.

プロトン伝導性高分子膜21に、触媒担持ガス拡散電極22を接合する方法は、従来検討されている、パーフルオロカーボンスルホン酸膜からなるプロトン伝導性高分子膜や高分子化合物からなるプロトン伝導性高分子膜
(例えば、スルホン化ポリエーテルエーテルケトン、スルホン化ポリエーテルスルホン、スルホン化ポリスルホン、スルホン化ポリイミド、スルホン化ポリフェニレンサルファイドなど)で行われる公知の方法が適用可能である。
The method of joining the catalyst-carrying gas diffusion electrode 22 to the proton conductive polymer membrane 21 has been studied in the past as a proton conductive polymer membrane made of a perfluorocarbon sulfonic acid membrane or a proton conductive polymer membrane made of a polymer compound. Known methods performed with molecular membranes (for example, sulfonated polyetheretherketone, sulfonated polyethersulfone, sulfonated polysulfone, sulfonated polyimide, sulfonated polyphenylene sulfide, etc.) are applicable.

具体的には、市販のガス拡散電極(米国E−TEK社製、など)を用いる方法が例示できるが、これに限定されるものではない。   Specifically, a method using a commercially available gas diffusion electrode (manufactured by E-TEK, USA) can be exemplified, but the method is not limited thereto.

実際の方法としては、パーフルオロカーボンスルホン酸高分子のアルコール溶液(アルドリッチ社製ナフィオン(登録商標)溶液など)や本発明のプロトン伝導性高分子膜を構成するスルホン化高分子化合物、あるいは、公知のスルホン化高分子化合物(例えば、スルホン化ポリエーテルエーテルケトン、スルホン化ポリエーテルスルホン、スルホン化ポリスルホン、スルホン化ポリイミド、スルホン化ポリフェニレンサルファイドなど)の有機溶媒溶液などをバインダーとして、本発明のプロトン伝導性高分子膜21の両面に、触媒担持ガス拡散電極22の触媒層側の面を合わせ、ホットプレス機やロールプレス機などのプレス機を使用して、一般的には120〜250℃程度のプレス温度で接合できる。また必要に応じて、バインダーを使用しなくても構わない。さらに、下記に示すような材料を使用して触媒担持ガス拡散電極22を調製し、プロトン伝導性高分子膜21に接合させて使用しても構わない。   As an actual method, an alcohol solution of a perfluorocarbon sulfonic acid polymer (such as Nafion (registered trademark) solution manufactured by Aldrich), a sulfonated polymer compound constituting the proton conductive polymer membrane of the present invention, or a known Proton conductivity of the present invention using an organic solvent solution of a sulfonated polymer compound (for example, sulfonated polyetheretherketone, sulfonated polyethersulfone, sulfonated polysulfone, sulfonated polyimide, sulfonated polyphenylene sulfide, etc.) as a binder. The surface on the catalyst layer side of the catalyst-carrying gas diffusion electrode 22 is aligned with both surfaces of the polymer film 21, and a press machine such as a hot press machine or a roll press machine is generally used. Can be joined at temperature. Moreover, it is not necessary to use a binder as needed. Further, the catalyst-carrying gas diffusion electrode 22 may be prepared using the following materials and bonded to the proton conductive polymer membrane 21 for use.

ここで、触媒担持ガス拡散電極22を調製するのに使用する材料としては、触媒として燃料の酸化反応および酸素の還元反応を促進する、白金、ルテニウムなどの金属あるいはそれらの合金、触媒の担体・導電材として、微粒子の炭素材料(例えば、カーボンナノホーン、フラーレン、活性炭、カーボンナノチューブなど)などの導電性物質など、結着剤として、撥水性を有する含フッ素樹脂など、必要に応じて、上記材料の支持体として、カーボンクロスやカーボンペーパーなど、更に、含浸・被覆材として、パーフルオロカーボンスルホン酸高分子が例示できるが、本発明はこれに限定されるものではない。   Here, the material used to prepare the catalyst-carrying gas diffusion electrode 22 includes a metal such as platinum and ruthenium or an alloy thereof that promotes the oxidation reaction of the fuel and the reduction reaction of oxygen as a catalyst, the carrier of the catalyst, Conductive materials such as fine-particle carbon materials (for example, carbon nanohorns, fullerenes, activated carbon, carbon nanotubes, etc.) as conductive materials, fluorine-containing resins having water repellency as binders, etc., if necessary Examples of the support include carbon cloth and carbon paper, and examples of the impregnation / coating material include perfluorocarbon sulfonic acid polymers, but the present invention is not limited thereto.

上記のような方法で得られたプロトン伝導性高分子膜21と、触媒担持ガス拡散電極22の接合体を、燃料ガスまたは液体、並びに、酸化剤を送り込む流路23が形成された一対のグラファイト製などのガスセパレーター24などの間に挿入することにより、本発明のプロトン伝導性高分子膜からなる固体高分子形燃料電池(直接液体形燃料電池、直接メタノール形燃料電池)が得られる。これに燃料ガスまたは液体として、水素を主たる成分とするガスや、メタノールを主たる成分とするガスまたは液体を、酸化剤として、酸素を含むガス(酸素あるいは空気)を、それぞれ別個の流路23より、触媒担持ガス拡散電極22に供給することにより、該固体高分子形燃料電池は作動する。このとき燃料としてメタノールを使用する場合には、直接メタノール形燃料電池となる。   The assembly of the proton conductive polymer membrane 21 and the catalyst-carrying gas diffusion electrode 22 obtained by the above method is used as a pair of graphite in which a flow path 23 for feeding fuel gas or liquid and oxidant is formed. By inserting it between gas separators 24 such as manufactured, a polymer electrolyte fuel cell (direct liquid fuel cell, direct methanol fuel cell) comprising the proton conductive polymer membrane of the present invention can be obtained. A gas containing hydrogen as a main component or a gas or liquid containing methanol as a main component as a fuel gas or liquid, and a gas containing oxygen (oxygen or air) as an oxidant are supplied from separate flow paths 23, respectively. By supplying the catalyst-supported gas diffusion electrode 22, the polymer electrolyte fuel cell operates. At this time, when methanol is used as the fuel, a direct methanol fuel cell is obtained.

さらに、本発明の高分子電解質膜を使用した直接メタノール形燃料電池について、一例として、図面を引用して説明する。   Further, a direct methanol fuel cell using the polymer electrolyte membrane of the present invention will be described with reference to the drawings as an example.

さらに、本発明の高分子電解質膜を使用した直接メタノール形燃料電池について、一例として、図面を引用して説明する。   Further, a direct methanol fuel cell using the polymer electrolyte membrane of the present invention will be described with reference to the drawings as an example.

図2は、本発明の高分子電解質膜を含む直接メタノール形燃料電池の要部断面図である。上記方法で得られたMEA6が、燃料(メタノールあるいはメタノール水溶液)充填部8や供給部8を有する燃料(メタノールあるいはメタノール水溶液)タンク7の両側に必要数が平面状に配置される。さらにその外側には、酸化剤流路10が形成された支持体9が配置され、これらに狭持されることによって、直接メタノール形燃料電池のセル、スタックが構成される。   FIG. 2 is a cross-sectional view of an essential part of a direct methanol fuel cell including the polymer electrolyte membrane of the present invention. The required number of MEAs 6 obtained by the above method are arranged in a plane on both sides of a fuel (methanol or methanol aqueous solution) tank 7 having a fuel (methanol or methanol aqueous solution) filling section 8 and a supply section 8. Further, a support body 9 in which an oxidant flow path 10 is formed is arranged on the outer side, and a cell and a stack of a direct methanol fuel cell are configured by being sandwiched between them.

さらに、本発明のプロトン伝導性高分子膜を使用した直接メタノール形燃料電池について、一例として、図面を引用して説明する。   Furthermore, a direct methanol fuel cell using the proton conductive polymer membrane of the present invention will be described with reference to the drawings as an example.

図14は、本発明のプロトン伝導性高分子膜からなる直接メタノール形燃料電池の要部断面図である。これは、プロトン伝導性高分子膜25と、25の膜の両側には触媒担持電極26が接合され、膜−電極接合体が構成される。この膜−電極接合体は、燃料(メタノールあるいはメタノール水溶液)充填部28や供給部28を有する燃料(メタノールあるいはメタノール水溶液)タンク27の両側に必要数が平面状に配置される。さらにその外側には、酸化剤流路30が形成された支持体29が配置され、これらに狭持されることによって、直接メタノール形燃料電池のセル、スタックが構成される。   FIG. 14 is a cross-sectional view of the main part of a direct methanol fuel cell comprising the proton conducting polymer membrane of the present invention. The proton conducting polymer membrane 25 and the catalyst carrying electrode 26 are joined to both sides of the membrane 25 to form a membrane-electrode assembly. The required number of membrane-electrode assemblies are arranged in a plane on both sides of a fuel (methanol or aqueous methanol solution) tank 27 having a fuel (methanol or aqueous methanol solution) filling section 28 and a supply section 28. Further, a support 29 having an oxidant flow path 30 formed thereon is disposed on the outside thereof, and a cell and a stack of a direct methanol fuel cell are configured by being sandwiched between them.

前記の例以外にも、本発明の高分子電解質膜は、特開2001−313046号公報、特開2001−313047号公報、特開2001−93551号公報、特開2001−93558号公報、特開2001−93561号公報、特開2001−102069号公報、特開2001−102070号公報、特開2001−283888号公報、特開2000−268835号公報、特開2000−268836号公報、特開2001−283892号公報などで公知になっている直接メタノール形燃料電池の電解質膜として、使用可能である。   Besides the above examples, the polymer electrolyte membrane of the present invention is disclosed in JP 2001-313046, JP 2001-313047, JP 2001-93551, JP 2001-93558, JP 2001-93561, JP-A-2001-102069, JP-A-2001-102070, JP-A-2001-283888, JP-A-2000-268835, JP-A-2000-268836, JP-A-2001-2001. It can be used as an electrolyte membrane of a direct methanol fuel cell, which is publicly known in Japanese Patent No. 283892.

前記の例以外にも、本発明のプロトン伝導性高分子膜は、特開2001−313046号公報、特開2001−313047号公報、特開2001−93551号公報、特開2001−93558号公報、特開2001−93561号公報、特開2001−102069号公報、特開2001−102070号公報、特開2001−283888号公報、特開2000−268835号公報、特開2000−268836号公報、特開2001−283892号公報などで公知になっている直接メタノール形燃料電池の電解質膜として、使用可能である。   In addition to the above examples, the proton conductive polymer membrane of the present invention is disclosed in JP 2001-313046 A, JP 2001-313047 A, JP 2001-93551 A, JP 2001-93558 A, JP 2001-93561 A, JP 2001-102069 A, JP 2001-102070 A, JP 2001-283888 A, JP 2000-268835 A, JP 2000-268836 A, JP It can be used as an electrolyte membrane of a direct methanol fuel cell, which is publicly known in Japanese Patent Application Publication No. 2001-283892.

本発明の固体高分子形燃料電池、直接液体形燃料電池、直接メタノール形燃料電池に用いられる、脂肪族系高分子化合物と、プロトン伝導性基を含有する芳香族系高分子化合物との、少なくとも2種の高分子化合物からなる高分子電解質膜およびその材料の高分子フィルムについて説明する。   At least of an aliphatic polymer compound used in the solid polymer fuel cell, direct liquid fuel cell and direct methanol fuel cell of the present invention and an aromatic polymer compound containing a proton conductive group A polymer electrolyte membrane composed of two kinds of polymer compounds and a polymer film of the material will be described.

本発明のプロトン伝導性高分子電解質およびその材料の高分子フィルムに使用される脂肪族系高分子化合物とは、その構造単位に芳香族単位を有さないものを指し、プロトン伝導性高分子電解質膜とした場合に、プロトン伝導性置換基を含有しない構造単位を構成する。このような脂肪族系高分子化合物としては、例えば、下記式(4)〜(6)   The aliphatic polymer compound used in the proton conductive polymer electrolyte and the polymer film of the material according to the present invention refers to an aliphatic polymer compound having no aromatic unit in its structural unit, and the proton conductive polymer electrolyte. In the case of a membrane, it constitutes a structural unit that does not contain a proton conductive substituent. Examples of such aliphatic polymer compounds include the following formulas (4) to (6).

(XおよびYは、H、CH3、Cl、F、OCOCH3、CN、COOH、COOCH3、OC49、から選ばれる原子団の内、いずれかであって、XとYは互いに同一であっても異なっていても良い。)
で表される繰り返し単位を構成成分とする脂肪族系高分子化合物から選択される少なくとも1種であると、化学的・熱的安定性、加工性が優れているので、また、安価に工業的に入手可能なので好ましい。
(X and Y are any of atomic groups selected from H, CH 3 , Cl, F, OCOCH 3 , CN, COOH, COOCH 3 , OC 4 H 9 , and X and Y are the same as each other Or different.)
When it is at least one selected from the aliphatic polymer compounds having a repeating unit represented by the formula, the chemical / thermal stability and processability are excellent, and it is industrially inexpensive. It is preferable because it is available.

さらに、式(4)におけるXはH、CH3、Cl、F、式(5)におけるX、Yはそれぞれ、(X、Y)=(CH3、CH3)、(X、Y)=(Cl、Cl)、(X、Y)=
(F、F)、式(6)におけるXはF、H、で表される繰り返し単位を構成成分とする脂肪族系高分子化合物から選択される少なくとも1種であると、化学的・熱的安定性、加工性が優れているので、また、安価に工業的に入手可能なので好ましい。
Furthermore, X in the formula (4) is H, CH 3 , Cl, F, and X and Y in the formula (5) are (X, Y) = (CH 3 , CH 3 ), (X, Y) = ( Cl, Cl), (X, Y) =
(F, F), X in Formula (6) is at least one selected from aliphatic polymer compounds having a repeating unit represented by F or H as a constituent, and is chemically and thermally It is preferable because it is excellent in stability and workability and is industrially available at a low cost.

本発明でいう芳香族系高分子化合物とは、主鎖または側鎖に芳香族環を有する高分子化合物であり、特に限定されない。   The aromatic polymer compound referred to in the present invention is a polymer compound having an aromatic ring in the main chain or side chain, and is not particularly limited.

本発明のプロトン伝導性基を含有する芳香族系高分子化合物としては、例えば、ポリアリールエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルスルホン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、ポリスルホン、ポリパラフェニレン、ポリフェニレンサルファイド、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンスルホキシド、ポリフェニレンスルフィドスルホン、ポリフェニレンスルホン、ポリベンズイミダゾール、ポリベンゾオキサゾール、ポリベンゾチアゾール、ポリスチレン、シンジオタクチックポリスチレン、ポリエーテルスルホン、スチレン−(エチレン−ブチレン)スチレン共重合体、スチレン−(ポリイソブチレン)−スチレン共重合体、ポリ1,4−ビフェニレンエーテルエーテルスルホン、ポリアリーレンエーテルスルホン、ポリイミド、ポリエーテルイミド、シアン酸エステル樹脂、ポリエーテルエーテルケトン、などが例示できる。特に、化学的・熱的安定性や、プロトン伝導性置換基の導入のし易さ、得られるプロトン伝導性高分子電解質のプロトン伝導性、さらに得られ高分子電解質膜のメタノール遮断性、などを考慮すると、ポリフェニレンサルファイド、ポリフェニレンエーテル、ポリスチレン、シンジオタクチックポリスチレン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトンの少なくとも1種であることが好ましい。   Examples of the aromatic polymer compound containing a proton conductive group of the present invention include polyaryl ether sulfone, polyether ether sulfone, polyether ketone, polyether ketone ketone, polysulfone, polyparaphenylene, polyphenylene sulfide, and polyphenylene. Ether, polyphenylene sulfoxide, polyphenylene sulfide sulfone, polyphenylene sulfone, polybenzimidazole, polybenzoxazole, polybenzothiazole, polystyrene, syndiotactic polystyrene, polyethersulfone, styrene- (ethylene-butylene) styrene copolymer, styrene- ( Polyisobutylene) -styrene copolymer, poly 1,4-biphenylene ether ether sulfone, polyarylene ether sulfo , Polyimide, polyether imide, cyanate ester resins, polyether ether ketone, or the like can be exemplified. In particular, the chemical and thermal stability, the ease of introduction of proton conductive substituents, the proton conductivity of the resulting proton conductive polymer electrolyte, and the methanol blocking properties of the resulting polymer electrolyte membrane, etc. In consideration, at least one of polyphenylene sulfide, polyphenylene ether, polystyrene, syndiotactic polystyrene, polyether sulfone, and polyether ether ketone is preferable.

本発明のプロトン伝導性高分子電解質において、前記プロトン伝導性高分子電解質中の脂肪族系高分子化合物含有量は、10重量%以上95重量%以下であることが好ましい。脂肪族系高分子化合物含有量が、前記範囲よりも小さい場合は、脂肪族系高分子化合物の含有効果が不明確となる恐れがある。一方、脂肪族系高分子化合物含有量が、前記範囲よりも大きい場合は、プロトン伝導度が発現しにくくなる恐れがある。   In the proton conductive polymer electrolyte of the present invention, the content of the aliphatic polymer compound in the proton conductive polymer electrolyte is preferably 10% by weight or more and 95% by weight or less. If the content of the aliphatic polymer compound is smaller than the above range, the effect of containing the aliphatic polymer compound may be unclear. On the other hand, when the content of the aliphatic polymer compound is larger than the above range, proton conductivity may be difficult to express.

つぎに、本発明の脂肪族系高分子化合物と、芳香族系高分子化合物との、少なくとも2種の高分子化合物からなる高分子フィルムをスルホン化剤と接触させるプロトン伝導性高分子電解質膜の製造方法およびその材料である高分子フィルムの製造方法について説明する。   Next, a proton conductive polymer electrolyte membrane in which a polymer film comprising at least two polymer compounds of the aliphatic polymer compound of the present invention and an aromatic polymer compound is brought into contact with a sulfonating agent. The manufacturing method and the manufacturing method of the polymer film which is the material are demonstrated.

また、脂肪族系高分子化合物と、芳香族系高分子化合物との、少なくとも2種の高分子化合物を混合するが、これは公知の方法が適用できる。キャスト法の場合などは溶液中で混合しても良い。また、溶融混練して均一に分散させても良い。この場合は分散性を上げるために溶融混練を2度おこなっても良い。また、脂肪族系高分子化合物と、芳香族系高分子化合物との、少なくとも2種の高分子化合物の混合およびフィルム作製を同時に行うことも可能である。例えば、2軸混練押出し機にTダイをセットした押出し機により、溶融混練しフィルム化を行う方法が適用できる。   In addition, at least two kinds of polymer compounds of an aliphatic polymer compound and an aromatic polymer compound are mixed, and a known method can be applied to this. In the case of the casting method, it may be mixed in a solution. Further, it may be uniformly dispersed by melt kneading. In this case, melt kneading may be performed twice in order to improve dispersibility. In addition, it is possible to simultaneously mix and prepare a film of at least two kinds of polymer compounds of an aliphatic polymer compound and an aromatic polymer compound. For example, a method of melt-kneading and forming a film with an extruder in which a T-die is set in a twin-screw kneading extruder can be applied.

本発明において、脂肪族系高分子化合物と、芳香族系高分子化合物との、少なくとも2種の高分子化合物からなる高分子フィルムの厚さは、用途に応じて任意の厚さを選択することが可能である。得られた高分子電解質膜の内部抵抗を低減することを考慮した場合、高分子フィルムの厚みは薄い程良い。一方、得られた高分子電解質膜のメタノール遮断性やハンドリング性を考慮すると、高分子フィルムの厚みは薄すぎると好ましくない。これらを考慮すると、高分子フィルムの厚みは、1.2μm〜350μmであるのが好ましい。前記高分子フィルムの厚さが1.2μmより薄いと、製造が困難であるとともに、加工時にシワになりやすくまた、破損が生じるなどハンドリング性が困難となる傾向がある。前記高分子フィルムの厚さが350μmを超えると、得られた高分子電解質膜のメタノール遮断性向上の効果が発現しない恐れがある。   In the present invention, the thickness of the polymer film composed of at least two kinds of polymer compounds, that is, an aliphatic polymer compound and an aromatic polymer compound, should be selected according to the intended use. Is possible. In consideration of reducing the internal resistance of the obtained polymer electrolyte membrane, the thinner the polymer film, the better. On the other hand, considering the methanol barrier property and handling property of the obtained polymer electrolyte membrane, it is not preferable that the polymer film is too thin. Considering these, the thickness of the polymer film is preferably 1.2 μm to 350 μm. If the thickness of the polymer film is less than 1.2 μm, it is difficult to produce, and tends to be wrinkled during processing, and handling properties tend to be difficult, such as breakage. If the thickness of the polymer film exceeds 350 μm, the resulting polymer electrolyte membrane may not exhibit the effect of improving the methanol barrier property.

前記方法で製造したプロトン伝導性高分子膜の特性をさらに向上させるために、電子線、γ線、イオンビーム等の放射線を照射させることが好ましい。   In order to further improve the properties of the proton conducting polymer membrane produced by the above method, it is preferable to irradiate radiation such as electron beam, γ ray, ion beam and the like.

要約すると、下記のとおりである。   In summary:

課題は、「固体高分子形燃料電池、直接液体形燃料電池、直接メタノール形燃料電池の構成材料として有用な、優れたプロトン伝導性を有し、かつ高いメタノール遮断性を有する高分子電解質膜およびその製造方法、またその高分子電解質膜の材料である高分子フィルムおよびその製造方法を提供する。」ことである。   The subject is “a polymer electrolyte membrane having excellent proton conductivity and high methanol barrier properties, useful as a constituent material for solid polymer fuel cells, direct liquid fuel cells, and direct methanol fuel cells, and The manufacturing method, the polymer film which is the material of the polymer electrolyte membrane, and the manufacturing method thereof are provided. "

また、課題は、「固体高分子形燃料電池、直接液体形燃料電池、直接メタノール形燃料電池の構成材料として有用な高分子電解質膜、その材料である高分子フィルム、電解質膜の製造方法並びに電解質膜を試用した固体高分子形燃料電池を提供する。」ことである。   In addition, the subject is “a polymer electrolyte membrane useful as a constituent material of a solid polymer fuel cell, a direct liquid fuel cell, a direct methanol fuel cell, a polymer film as a material thereof, a method for producing the electrolyte membrane, and an electrolyte A polymer electrolyte fuel cell using a membrane is provided. "

解決手段は、「芳香族単位を有する高分子化合物と、熱可塑性エラストマーと、芳香族単位がない高分子化合物、との少なくとも3種の高分子化合物を必須成分として含む、高分子フィルム中の芳香族単位にプロトン伝導性基が導入されている構成とする。」である。   The solution is as follows: “Aromatic compounds in a polymer film comprising at least three polymer compounds, ie, a polymer compound having an aromatic unit, a thermoplastic elastomer, and a polymer compound having no aromatic unit, as essential components. The proton conductive group is introduced into the group unit. ”

また、解決手段は、「芳香族単位を有する高分子化合物と、芳香族単位がない高分子化合物、との少なくとも2種の高分子化合物からなり、前記芳香族単位のない高分子化合物中に芳香族単位を有する高分子化合物が分散されている構造を有する高分子フィルム中の芳香族単位にプロトン伝導性基が導入されている構成とする。」である。   Further, the solving means is “consisting of at least two polymer compounds, ie, a polymer compound having an aromatic unit and a polymer compound having no aromatic unit, in which the aromatic compound is not contained in the polymer compound having no aromatic unit. The proton conductive group is introduced into the aromatic unit in the polymer film having a structure in which a polymer compound having a group unit is dispersed.

また、解決手段は、「脂肪族系高分子化合物と、プロトン伝導性基を含有する芳香族系高分子化合物との、少なくとも2種の高分子化合物からなる高分子電解質膜。この電解質膜は、材料である高分子フィルム中に存在する芳香族系高分子化合物にプロトン伝導性基が結合している構成である。」である。   Further, the solution is “a polymer electrolyte membrane comprising at least two polymer compounds of an aliphatic polymer compound and an aromatic polymer compound containing a proton conductive group. It is a configuration in which a proton conductive group is bonded to an aromatic polymer compound present in a polymer film as a material. "

以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更可能である。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further more concretely, this invention is not limited at all by these Examples, In the range which does not change the summary, it can change suitably.

(実施例1)
<高分子フィルムの調製>
芳香族単位を有する高分子化合物としてポリフェニレンサルファイド(大日本インキ化学工業株式会社製、LD10p1111)、芳香族単位がない高分子化合物として高密度ポリエチレン(三井化学株式会社製、HI−ZEX 3300F)を使用した。
Example 1
<Preparation of polymer film>
Polyphenylene sulfide (Dainippon Ink Chemical Co., Ltd., LD10p1111) is used as a polymer compound having an aromatic unit, and high-density polyethylene (HI-ZEX 3300F, manufactured by Mitsui Chemicals, Inc.) is used as a polymer compound having no aromatic unit. did.

ポリフェニレンサルファイドのペレット70重量部、高密度ポリエチレンのペレット30重量部とをドライブレンドした。ドライブレンドしたペレット混合物を、スクリュー温度290℃、Tダイ温度290℃の条件で、Tダイをセットした二軸押出機により、溶融押出成形し、本発明の高分子フィルムを得た(高分子フィルム中に高密度ポリエチレンを30重量%含有する)。   70 parts by weight of polyphenylene sulfide pellets and 30 parts by weight of high density polyethylene pellets were dry blended. The dry blended pellet mixture was melt-extruded by a twin screw extruder with a T die set under the conditions of a screw temperature of 290 ° C. and a T die temperature of 290 ° C. to obtain the polymer film of the present invention (polymer film) 30% by weight of high density polyethylene in it).

<高分子化合物の分散状態の観察>
高分子フィルムを超薄切片法にて観察試料を調製した。日本電子製透過型電子顕微鏡(JEM−1200EX)を用いて、加速電圧80kV、10,000倍の条件で、前記高分子フィルムの厚さ方向の断面中央部を観察した。結果を図3に示す。
<Observation of dispersion state of polymer compound>
An observation sample of a polymer film was prepared by an ultrathin section method. Using a transmission electron microscope (JEM-1200EX) manufactured by JEOL, the central portion of the cross section in the thickness direction of the polymer film was observed under the condition of an acceleration voltage of 80 kV and 10,000 times. The results are shown in FIG.

<高分子電解質膜の調製>
ガラス容器に、1−クロロブタン114g、クロロスルホン酸2.3gを秤量し、2重量%のクロロスルホン酸溶液を調製した。前記高分子フィルムを0.27g秤量し、前記クロロスルホン酸溶液に浸漬し、25℃で20時間、放置した(クロロスルホン酸添加量は、高分子フィルムの重量に対して8.6倍量)。室温で20時間放置後に、高分子フィルムを回収し、イオン交換水で中性になるまで洗浄した。
<Preparation of polymer electrolyte membrane>
In a glass container, 114 g of 1-chlorobutane and 2.3 g of chlorosulfonic acid were weighed to prepare a 2% by weight chlorosulfonic acid solution. 0.27 g of the polymer film was weighed, immersed in the chlorosulfonic acid solution, and allowed to stand at 25 ° C. for 20 hours (the amount of chlorosulfonic acid added was 8.6 times the weight of the polymer film) . After standing at room temperature for 20 hours, the polymer film was recovered and washed with ion-exchanged water until neutral.

洗浄後の高分子フィルムを23℃に調温した恒温恒湿器内で、相対湿度98%、80%、60%および50%の湿度調節下で、それぞれ30分間放置してフィルムを乾燥し、本発明の高分子電解質膜を得た。   The polymer film after washing was dried in a constant temperature and humidity chamber adjusted to 23 ° C. for 30 minutes under humidity control of relative humidity 98%, 80%, 60% and 50%, A polymer electrolyte membrane of the present invention was obtained.

<イオン交換容量の測定方法>
高分子電解質膜(約10mm×40mm)を25℃での塩化ナトリウム飽和水溶液20mLに浸漬し、ウォーターバス中で60℃、3時間イオン交換反応させた。25℃まで冷却し、次いで膜をイオン交換水で充分に洗浄し、塩化ナトリウム飽和水溶液および洗浄水をすべて回収した。この回収した溶液に、指示薬としてフェノールフタレイン溶液を加え、0.01Nの水酸化ナトリウム水溶液で中和滴定し、イオン交換容量を算出した。
<Measurement method of ion exchange capacity>
A polymer electrolyte membrane (about 10 mm × 40 mm) was immersed in 20 mL of a saturated aqueous sodium chloride solution at 25 ° C., and subjected to an ion exchange reaction in a water bath at 60 ° C. for 3 hours. After cooling to 25 ° C., the membrane was thoroughly washed with ion exchanged water, and all of the saturated aqueous sodium chloride solution and the washing water were collected. To this recovered solution, a phenolphthalein solution was added as an indicator, and neutralization titration was performed with a 0.01N sodium hydroxide aqueous solution to calculate the ion exchange capacity.

<プロトン伝導度の測定方法>
イオン交換水中に保管した高分子電解質膜(約10mm×40mm)を取り出し、高分子電解質膜表面の水をろ紙で拭き取った。2極非密閉系のポリテトラフルオロエチレン製のセルに高分子電解質膜を設置し、さらに白金電極を電極間距離30mmとなるように、膜表面(同一側)に設置した。23℃での膜抵抗を、交流インピーダンス法(周波数:42Hz〜5MHz、印可電圧:0.2V、日置電機製LCRメーター 3531Z HITESTER)により測定し、プロトン伝導度を算出した。
<Measurement method of proton conductivity>
A polymer electrolyte membrane (about 10 mm × 40 mm) stored in ion-exchanged water was taken out, and water on the surface of the polymer electrolyte membrane was wiped off with a filter paper. A polymer electrolyte membrane was placed in a dipolar non-sealed polytetrafluoroethylene cell, and a platinum electrode was placed on the membrane surface (on the same side) so that the distance between the electrodes was 30 mm. The membrane resistance at 23 ° C. was measured by an alternating current impedance method (frequency: 42 Hz to 5 MHz, applied voltage: 0.2 V, Hioki LCR meter 3531Z HITESTER), and proton conductivity was calculated.

<メタノール遮断性の測定方法>
25℃の環境下で、ビードレックス社製膜透過実験装置(KH−5PS)を使用して、高分子電解質膜でイオン交換水と64重量%のメタノール水溶液を隔離した。所定時間(2時間)経過後にイオン交換水側に透過したメタノールを含む溶液を採取し、ガスクロマトグラフ(島津製作所製ガスクロマトグラフィーGC−2010)で透過したメタノール量を定量した。この定量結果から、メタノール透過速度を求め、メタノール透過係数を算出した。メタノール透過係数は、以下の数式1にしたがって算出した。
<Measurement method of methanol barrier properties>
In a 25 ° C. environment, ion exchange water and a 64 wt% aqueous methanol solution were isolated with a polymer electrolyte membrane using a membrane permeation experiment apparatus (KH-5PS) manufactured by Beadrex. A solution containing methanol permeated to the ion-exchanged water side after a predetermined time (2 hours) was collected, and the amount of methanol permeated with a gas chromatograph (Gas Chromatography GC-2010 manufactured by Shimadzu Corporation) was quantified. From this quantitative result, the methanol permeation rate was determined, and the methanol permeation coefficient was calculated. The methanol permeability coefficient was calculated according to the following formula 1.

実験結果を、表1に示す。   The experimental results are shown in Table 1.

(実施例2)
<高分子フィルムの調製>
ポリフェニレンサルファイドのペレット50重量部、高密度ポリエチレンのペレット50重量部とした以外は、実施例1と同様の方法で本発明の高分子フィルムを得た(高分子フィルム中に高密度ポリエチレンを50重量%含有する)。また、実施例1と同様の方法で、高分子化合物の分散状態を観察した。結果を図4に示す。
(Example 2)
<Preparation of polymer film>
A polymer film of the present invention was obtained in the same manner as in Example 1 except that 50 parts by weight of polyphenylene sulfide pellets and 50 parts by weight of high-density polyethylene pellets (50 weight parts of high-density polyethylene in the polymer film). %contains). Further, the dispersion state of the polymer compound was observed in the same manner as in Example 1. The results are shown in FIG.

<高分子電解質膜の調製>
上記方法で得られた高分子フィルムを使用した。1−クロロブタン141g、クロロスルホン酸4.2gを秤量し、3重量%のクロロスルホン酸溶液を調製し、高分子フィルムを0.33gとした以外は、実施例1と同様の方法で高分子電解質膜を得た(クロロスルホン酸添加量は、高分子フィルムに対して13倍量)。結果を表1に示す。
<Preparation of polymer electrolyte membrane>
The polymer film obtained by the above method was used. A polymer electrolyte was prepared in the same manner as in Example 1 except that 141 g of 1-chlorobutane and 4.2 g of chlorosulfonic acid were weighed to prepare a 3% by weight chlorosulfonic acid solution and the polymer film was changed to 0.33 g. A membrane was obtained (the amount of chlorosulfonic acid added was 13 times that of the polymer film). The results are shown in Table 1.

(実施例3)
<高分子フィルムの調製>
ポリフェニレンサルファイドのペレット30重量部、高密度ポリエチレンのペレット70重量部とした以外は、実施例1と同様の方法で本発明の高分子フィルムを得た(高分子フィルム中に高密度ポリエチレンを70重量%含有する)。また、実施例1と同様の方法で、高分子化合物の分散状態を観察した。結果を図5に示す。
(Example 3)
<Preparation of polymer film>
A polymer film of the present invention was obtained in the same manner as in Example 1 except that 30 parts by weight of polyphenylene sulfide pellets and 70 parts by weight of high density polyethylene pellets were used (70 parts by weight of high density polyethylene in the polymer film). %contains). Further, the dispersion state of the polymer compound was observed in the same manner as in Example 1. The results are shown in FIG.

<高分子電解質膜の調製>
上記方法で得られた高分子フィルムを使用した。1−クロロブタン145g、クロロスルホン酸5.8gを秤量し、4重量%のクロロスルホン酸溶液を調製し、高分子フィルムを0.33gとした以外は、実施例1と同様の方法で高分子電解質膜を得た(クロロスルホン酸添加量は、高分子フィルムに対して17倍量)。結果を表1に示す。
<Preparation of polymer electrolyte membrane>
The polymer film obtained by the above method was used. A polymer electrolyte was prepared in the same manner as in Example 1 except that 145 g of 1-chlorobutane and 5.8 g of chlorosulfonic acid were weighed to prepare a 4 wt% chlorosulfonic acid solution and the polymer film was 0.33 g. A membrane was obtained (the amount of chlorosulfonic acid added was 17 times that of the polymer film). The results are shown in Table 1.

(実施例4)
<高分子フィルムの調製>
芳香族単位を有する高分子化合物として、ポリフェニレンサルファイド(大日本インキ化学工業株式会社製、ML320p)を使用した以外は、実施例3と同様の方法で本発明の高分子フィルムを得た(高分子フィルム中に高密度ポリエチレンを70重量%含有する)。また、実施例1と同様の方法で、高分子化合物の分散状態を観察した。結果を図6に示す。
Example 4
<Preparation of polymer film>
A polymer film of the present invention was obtained in the same manner as in Example 3 except that polyphenylene sulfide (manufactured by Dainippon Ink & Chemicals, Inc., ML320p) was used as the polymer compound having an aromatic unit (polymer). The film contains 70% by weight of high density polyethylene). Further, the dispersion state of the polymer compound was observed in the same manner as in Example 1. The results are shown in FIG.

<高分子電解質膜の調製>
上記方法で得られた高分子フィルムを使用した。1−クロロブタン119g、クロロスルホン酸6.0gを秤量し、5重量%のクロロスルホン酸溶液を調製し、高分子フィルムを0.28gとした以外は、実施例1と同様の方法で高分子電解質膜を得た(クロロスルホン酸添加量は、高分子フィルムに対して22倍量)。結果を表1に示す。
<Preparation of polymer electrolyte membrane>
The polymer film obtained by the above method was used. A polymer electrolyte was prepared in the same manner as in Example 1 except that 119 g of 1-chlorobutane and 6.0 g of chlorosulfonic acid were weighed to prepare a 5 wt% chlorosulfonic acid solution and the polymer film was 0.28 g. A membrane was obtained (the amount of chlorosulfonic acid added was 22 times that of the polymer film). The results are shown in Table 1.

(実施例5)
<高分子フィルムの調製>
芳香族単位がない高分子化合物として、ポリプロピレン(三井化学株式会社製、三井ポリプロ F107DV)を使用した以外は、実施例3と同様の方法で本発明の高分子フィルムを得た(高分子フィルム中にポリプロピレンを70重量%含有する)。また、実施例1と同様の方法で、高分子化合物の分散状態を観察した。結果を図7に示す。
(Example 5)
<Preparation of polymer film>
A polymer film of the present invention was obtained in the same manner as in Example 3 except that polypropylene (Mitsui Chemicals, Mitsui Polypro F107DV) was used as the polymer compound having no aromatic unit (in the polymer film). 70% by weight of polypropylene). Further, the dispersion state of the polymer compound was observed in the same manner as in Example 1. The results are shown in FIG.

<高分子電解質膜の調製>
上記方法で得られた高分子フィルムを使用した。1−クロロブタン136g、クロロスルホン酸5.4gを秤量し、4重量%のクロロスルホン酸溶液を調製し、高分子フィルムを0.31gとした以外は、実施例1と同様の方法で高分子電解質膜を得た(クロロスルホン酸添加量は、高分子フィルムに対して17倍量)。結果を表1に示す。
<Preparation of polymer electrolyte membrane>
The polymer film obtained by the above method was used. A polymer electrolyte was prepared in the same manner as in Example 1 except that 136 g of 1-chlorobutane and 5.4 g of chlorosulfonic acid were weighed to prepare a 4 wt% chlorosulfonic acid solution and the polymer film was 0.31 g. A membrane was obtained (the amount of chlorosulfonic acid added was 17 times that of the polymer film). The results are shown in Table 1.

(実施例6)
<高分子フィルムの調製>
芳香族単位を有する高分子化合物として、ポリフェニレンサルファイド(大日本インキ化学工業株式会社製、ML320p)を使用した以外は、実施例5と同様の方法で本発明の高分子フィルムを得た(高分子フィルム中にポリプロピレンを70重量%含有する)。また、実施例1と同様の方法で、高分子化合物の分散状態を観察した。結果を図8に示す。
(Example 6)
<Preparation of polymer film>
A polymer film of the present invention was obtained in the same manner as in Example 5 except that polyphenylene sulfide (manufactured by Dainippon Ink & Chemicals, Inc., ML320p) was used as the polymer compound having an aromatic unit (polymer). 70% by weight of polypropylene is contained in the film). Further, the dispersion state of the polymer compound was observed in the same manner as in Example 1. The results are shown in FIG.

<高分子電解質膜の調製>
上記方法で得られた高分子フィルムを使用した。1−クロロブタン119g、クロロスルホン酸6.0gを秤量し、5重量%のクロロスルホン酸溶液を調製し、高分子フィルムを0.28gとした以外は、実施例1と同様の方法で高分子電解質膜を得た(クロロスルホン酸添加量は、高分子フィルムに対して22倍量)。結果を表1に示す。
<Preparation of polymer electrolyte membrane>
The polymer film obtained by the above method was used. A polymer electrolyte was prepared in the same manner as in Example 1 except that 119 g of 1-chlorobutane and 6.0 g of chlorosulfonic acid were weighed to prepare a 5 wt% chlorosulfonic acid solution and the polymer film was 0.28 g. A membrane was obtained (the amount of chlorosulfonic acid added was 22 times that of the polymer film). The results are shown in Table 1.

(実施例7)
<高分子フィルムの調製>
芳香族単位を有する高分子化合物としてポリスチレン(PSジャパン株式会社製、PSJポリスチレンG8102)、芳香族単位がない高分子化合物として高密度ポリエチレン(三井化学株式会社製、HI−ZEX 3300F)を使用した。
(Example 7)
<Preparation of polymer film>
Polystyrene (PS Japan Co., Ltd., PSJ polystyrene G8102) was used as the polymer compound having an aromatic unit, and high-density polyethylene (HI-ZEX 3300F, manufactured by Mitsui Chemicals, Inc.) was used as the polymer compound having no aromatic unit.

ポリスチレンのペレット20重量部、高密度ポリエチレンのペレット80重量部とをドライブレンドした。ドライブレンドしたペレット混合物を、スクリュー温度265℃、Tダイ温度265℃の条件で、Tダイをセットした二軸押出機により、溶融押出成形し、本発明の高分子フィルムを得た(高分子フィルム中に高密度ポリエチレンを80重量%含有する)。また、実施例1と同様の方法で、高分子化合物の分散状態を観察した。結果を図9に示す。   20 parts by weight of polystyrene pellets and 80 parts by weight of high density polyethylene pellets were dry blended. The dry blended pellet mixture was melt-extruded by a twin screw extruder with a T die set under the conditions of a screw temperature of 265 ° C. and a T die temperature of 265 ° C. to obtain the polymer film of the present invention (polymer film) Contains 80% by weight of high density polyethylene). Further, the dispersion state of the polymer compound was observed in the same manner as in Example 1. The results are shown in FIG.

<高分子電解質膜の調製>
上記方法で得られた高分子フィルムを使用した。1−クロロブタン128g、クロロスルホン酸3.9gを秤量し、3重量%のクロロスルホン酸溶液を調製し、高分子フィルムを0.30gとした以外は、実施例1と同様の方法で高分子電解質膜を得た(クロロスルホン酸添加量は、高分子フィルムに対して13倍量)。結果を表1に示す。
<Preparation of polymer electrolyte membrane>
The polymer film obtained by the above method was used. A polymer electrolyte was prepared in the same manner as in Example 1 except that 128 g of 1-chlorobutane and 3.9 g of chlorosulfonic acid were weighed to prepare a 3 wt% chlorosulfonic acid solution and the polymer film was changed to 0.30 g. A membrane was obtained (the amount of chlorosulfonic acid added was 13 times that of the polymer film). The results are shown in Table 1.

(実施例8)
<高分子フィルムの調製>
芳香族単位を有する高分子化合物としてポリスチレン(PSジャパン株式会社製、PSJポリスチレンG8102)、芳香族単位がない高分子化合物としてポリプロピレン(三井化学株式会社製、三井ポリプロ F107DV)を使用した。
(Example 8)
<Preparation of polymer film>
Polystyrene (PS Japan Co., Ltd., PSJ Polystyrene G8102) was used as a polymer compound having an aromatic unit, and polypropylene (Mitsui Chemicals Co., Ltd., Mitsui Polypro F107DV) was used as a polymer compound having no aromatic unit.

ポリスチレンのペレット30重量部、ポリプロピレンのペレット70重量部とをドライブレンドした。ドライブレンドしたペレット混合物を、スクリュー温度265℃、Tダイ温度265℃の条件で、Tダイをセットした二軸押出機により、溶融押出成形し、本発明の高分子フィルムを得た(高分子フィルム中にポリプロピレンを70重量%含有する)。また、実施例1と同様の方法で、高分子化合物の分散状態を観察した。結果を図10に示す。   30 parts by weight of polystyrene pellets and 70 parts by weight of polypropylene pellets were dry blended. The dry blended pellet mixture was melt-extruded by a twin screw extruder with a T die set under the conditions of a screw temperature of 265 ° C. and a T die temperature of 265 ° C. to obtain the polymer film of the present invention (polymer film) Containing 70% by weight of polypropylene). Further, the dispersion state of the polymer compound was observed in the same manner as in Example 1. The results are shown in FIG.

<高分子電解質膜の調製>
上記方法で得られた高分子フィルムを使用した。1−クロロブタン91g、クロロスルホン酸4.6gを秤量し、5重量%のクロロスルホン酸溶液を調製し、高分子フィルムを0.21gとした以外は、実施例1と同様の方法で高分子電解質膜を得た(クロロスルホン酸添加量は、高分子フィルムに対して22倍量)。結果を表1に示す。
<Preparation of polymer electrolyte membrane>
The polymer film obtained by the above method was used. A polymer electrolyte was prepared in the same manner as in Example 1 except that 91 g of 1-chlorobutane and 4.6 g of chlorosulfonic acid were weighed to prepare a 5% by weight chlorosulfonic acid solution and the polymer film was 0.21 g. A membrane was obtained (the amount of chlorosulfonic acid added was 22 times that of the polymer film). The results are shown in Table 1.

(実施例9)
<高分子フィルムの調製>
芳香族単位を有する高分子化合物として変性ポリフェニレンエーテル(GEジャパン製、EFN4230)、芳香族単位がない高分子化合物として高密度ポリエチレン(三井化学株式会社製、HI−ZEX 3300F)を使用した。
Example 9
<Preparation of polymer film>
Modified polyphenylene ether (GE Japan, EFN4230) was used as a polymer compound having an aromatic unit, and high-density polyethylene (HI-ZEX 3300F, manufactured by Mitsui Chemicals, Inc.) was used as a polymer compound having no aromatic unit.

変性ポリフェニレンエーテルのペレット30重量部、高密度ポリエチレンのペレット70重量部とをドライブレンドした。ドライブレンドしたペレット混合物を、スクリュー温度265℃、Tダイ温度265℃の条件で、Tダイをセットした二軸押出機により、溶融押出成形し、本発明の高分子フィルムを得た(高分子フィルム中に高密度ポリエチレンを70重量%含有する)。また、実施例1と同様の方法で、高分子化合物の分散状態を観察した。結果を図11に示す。   30 parts by weight of modified polyphenylene ether pellets and 70 parts by weight of high density polyethylene pellets were dry blended. The dry blended pellet mixture was melt-extruded by a twin screw extruder with a T die set under the conditions of a screw temperature of 265 ° C. and a T die temperature of 265 ° C. to obtain the polymer film of the present invention (polymer film) 70% by weight of high density polyethylene). Further, the dispersion state of the polymer compound was observed in the same manner as in Example 1. The results are shown in FIG.

<高分子電解質膜の調製>
上記方法で得られた高分子フィルムを使用した。1−クロロブタン91g、クロロスルホン酸1.4gを秤量し、1.5重量%のクロロスルホン酸溶液を調製し、高分子フィルムを0.21gとした以外は、実施例1と同様の方法で高分子電解質膜を得た(クロロスルホン酸添加量は、高分子フィルムに対して6.7倍量)。結果を表1に示す。
<Preparation of polymer electrolyte membrane>
The polymer film obtained by the above method was used. Except for weighing 91 g of 1-chlorobutane and 1.4 g of chlorosulfonic acid to prepare a 1.5% by weight chlorosulfonic acid solution and changing the polymer film to 0.21 g, A molecular electrolyte membrane was obtained (the amount of chlorosulfonic acid added was 6.7 times that of the polymer film). The results are shown in Table 1.

(実施例10)
<高分子フィルムの調製>
芳香族単位がない高分子化合物としてポリプロピレン(三井化学株式会社製、三井ポリプロF107DV)を使用した以外は、実施例9と同様にして本発明の高分子フィルムを得た(高分子フィルム中にポリプロピレンを70重量%含有する)。また、実施例1と同様の方法で、高分子化合物の分散状態を観察した。結果を図12に示す。
(Example 10)
<Preparation of polymer film>
A polymer film of the present invention was obtained in the same manner as in Example 9 except that polypropylene (Mitsui Chemicals, Mitsui Polypro F107DV) was used as the polymer compound having no aromatic unit (polypropylene in the polymer film). 70% by weight). Further, the dispersion state of the polymer compound was observed in the same manner as in Example 1. The results are shown in FIG.

<高分子電解質膜の調製>
上記方法で得られた高分子フィルムを使用した。1−クロロブタン98g、クロロスルホン酸3.9gを秤量し、4重量%のクロロスルホン酸溶液を調製し、高分子フィルムを0.23gとした以外は、実施例1と同様の方法で高分子電解質膜を得た(クロロスルホン酸添加量は、高分子フィルムに対して17倍量)。結果を表1に示す。
<Preparation of polymer electrolyte membrane>
The polymer film obtained by the above method was used. A polymer electrolyte was prepared in the same manner as in Example 1 except that 98 g of 1-chlorobutane and 3.9 g of chlorosulfonic acid were weighed to prepare a 4% by weight chlorosulfonic acid solution and the polymer film was 0.23 g. A membrane was obtained (the amount of chlorosulfonic acid added was 17 times that of the polymer film). The results are shown in Table 1.

(比較例1)
<高分子フィルムの調製>
芳香族単位を有する高分子化合物として、ポリフェニレンサルファイド(大日本インキ工業株式会社製、DIC−PPS LD10p11)を使用した。
(Comparative Example 1)
<Preparation of polymer film>
As a polymer compound having an aromatic unit, polyphenylene sulfide (Dainippon Ink Industries, Ltd., DIC-PPS LD10p11) was used.

前記ポリフェニレンサルファイドのペレットを、スクリュー温度290℃、Tダイ温度290℃の条件で、2軸混練押出し機にTダイをセットした二軸押出機により、溶融押出成形し、高分子フィルムを得た。   The polyphenylene sulfide pellets were melt-extruded with a twin screw extruder in which a T die was set in a twin screw extruder under the conditions of a screw temperature of 290 ° C. and a T die temperature of 290 ° C. to obtain a polymer film.

<高分子電解質膜の調製>
上記方法で得られた高分子フィルムを使用した。1−クロロブタン70.9g、クロロスルホン酸1.1gを秤量し、1.5重量%のクロロスルホン酸溶液を調製し、高分子フィルムを0.16gとした以外は、実施例1と同様にして高分子電解質膜を得た(クロロスルホン酸添加量は、高分子フィルムに対して6.9倍量)。結果を表1に示す。
<Preparation of polymer electrolyte membrane>
The polymer film obtained by the above method was used. Except for weighing 10.9 g of 1-chlorobutane and 1.1 g of chlorosulfonic acid to prepare a 1.5 wt% chlorosulfonic acid solution and changing the polymer film to 0.16 g, the same procedure as in Example 1 was performed. A polymer electrolyte membrane was obtained (the amount of chlorosulfonic acid added was 6.9 times that of the polymer film). The results are shown in Table 1.

(比較例2)
デュポン社製ナフィオン(登録商標)115を高分子電解質膜とした。結果を表1に示す。
(Comparative Example 2)
Nafion (registered trademark) 115 manufactured by DuPont was used as the polymer electrolyte membrane. The results are shown in Table 1.

図3〜12の実施例1〜10の高分子化合物の分散状態の観察結果から、本発明の高分子フィルム中において、芳香族単位がない高分子化合物(白っぽい部分)中に芳香族単位を有する高分子化合物(黒っぽい部分)が分散されている構造を示すことが明らかとなった。   From the observation result of the dispersion state of the polymer compounds of Examples 1 to 10 in FIGS. 3 to 12, in the polymer film of the present invention, the polymer compound having no aromatic unit (whitish portion) has an aromatic unit. It was clarified that the polymer compound (black part) showed a dispersed structure.

表1の実施例1〜10と比較例2との比較から、本発明の高分子フィルムから得られた高分子電解質膜は、固体高分子形燃料電池用の高分子電解質膜である比較例2と同オーダーのプロトン伝導度を有することが明らかとなり、固体高分子形燃料電池、直接液体形燃料電池、直接メタノール形燃料電池の高分子電解質膜として有用であることが示された。   From the comparison between Examples 1 to 10 and Comparative Example 2 in Table 1, the polymer electrolyte membrane obtained from the polymer film of the present invention is a polymer electrolyte membrane for a polymer electrolyte fuel cell Comparative Example 2 The proton conductivity of the same order as that of the polymer electrolyte membrane was proved to be useful as a polymer electrolyte membrane of a solid polymer fuel cell, a direct liquid fuel cell, and a direct methanol fuel cell.

表1の実施例1〜10と比較例1、2との比較より、本発明の高分子フィルムから得られた高分子電解質膜は、同等のプロトン伝導度を示す従来の高分子電解質膜と比較して、メタノール透過係数が低く、高いメタノール遮断性を有することが明らかとなり、直接メタノール形燃料電池などの直接液体形燃料電池用の高分子電解質膜として有用であることが示された。     From the comparison between Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 and 2 in Table 1, the polymer electrolyte membrane obtained from the polymer film of the present invention was compared with the conventional polymer electrolyte membrane showing equivalent proton conductivity. As a result, it was revealed that the methanol permeability coefficient was low and the methanol barrier property was high, and it was shown to be useful as a polymer electrolyte membrane for a direct liquid fuel cell such as a direct methanol fuel cell.

表1の実施例1と実施例2、3との比較から、芳香族単位がない高分子化合物の含有量は、40重量%以上であるほうが高いメタノール遮断性を示すことが明らかとなり、本発明の有用性が示された。   From comparison between Example 1 and Tables 2 and 3 in Table 1, it becomes clear that the content of the polymer compound having no aromatic unit is higher than 40% by weight, and shows higher methanol blocking properties. The usefulness of was shown.

(実施例11)
<高分子フィルムの調製>
芳香族単位を有する高分子化合物としてポリスチレン(PSジャパン株式会社製、PSJポリスチレンG8102)、熱可塑性エラストマーとしてポリスチレン−ポリ(エチレン/ブチレン)−ポリスチレントリブロック共重合体(株式会社クラレ製、セプトン8104)、芳香族単位がない高分子化合物として高密度ポリエチレン(三井化学株式会社製、HI−ZEX 3300F)を使用した。
(Example 11)
<Preparation of polymer film>
Polystyrene (PS Japan Co., Ltd., PSJ Polystyrene G8102) as a polymer compound having an aromatic unit, and polystyrene-poly (ethylene / butylene) -polystyrene triblock copolymer (Kuraray Co., Ltd., Septon 8104) as a thermoplastic elastomer. As a polymer compound having no aromatic unit, high-density polyethylene (manufactured by Mitsui Chemicals, Inc., HI-ZEX 3300F) was used.

ポリスチレンのペレット20重量部、ポリスチレン−ポリ(エチレン/ブチレン)−ポリスチレントリブロック共重合体のペレット30重量部、高密度ポリエチレンのペレット70重量部とをドライブレンドした。ドライブレンドしたペレット混合物を、スクリュー温度265℃、Tダイ温度265℃の条件で、Tダイをセットした二軸押出機により、溶融押出成形し、本発明の高分子フィルムを得た(高分子フィルム中に高密度ポリエチレンを58重量%含有する)。   20 parts by weight of polystyrene pellets, 30 parts by weight of polystyrene-poly (ethylene / butylene) -polystyrene triblock copolymer pellets, and 70 parts by weight of high-density polyethylene pellets were dry blended. The dry blended pellet mixture was melt-extruded by a twin screw extruder with a T die set under the conditions of a screw temperature of 265 ° C. and a T die temperature of 265 ° C. to obtain the polymer film of the present invention (polymer film) Containing 58% by weight of high density polyethylene).

<高分子電解質膜の調製>
ガラス容器に、1−クロロブタン101.7g、クロロスルホン酸0.13gを秤量し、0.13重量%のクロロスルホン酸溶液を調製した。前記高分子フィルムを0.24g秤量し、前記クロロスルホン酸溶液に浸漬し、25℃で20時間、放置した(クロロスルホン酸添加量は、高分子フィルムの重量に対して0.5倍量)。室温で20時間放置後に、高分子フィルムを回収し、イオン交換水で中性になるまで洗浄した。
<Preparation of polymer electrolyte membrane>
In a glass container, 101.7 g of 1-chlorobutane and 0.13 g of chlorosulfonic acid were weighed to prepare a 0.13% by weight chlorosulfonic acid solution. 0.24 g of the polymer film was weighed, immersed in the chlorosulfonic acid solution, and allowed to stand at 25 ° C. for 20 hours (the amount of chlorosulfonic acid added was 0.5 times the weight of the polymer film). . After standing at room temperature for 20 hours, the polymer film was recovered and washed with ion-exchanged water until neutral.

洗浄後の高分子フィルムを23℃に調温した恒温恒湿器内で、相対湿度98%、80%、60%および50%の湿度調節下で、それぞれ30分間放置してフィルムを乾燥し、本発明の高分子電解質膜を得た。   The polymer film after washing was dried in a constant temperature and humidity chamber adjusted to 23 ° C. for 30 minutes under humidity control of relative humidity 98%, 80%, 60% and 50%, A polymer electrolyte membrane of the present invention was obtained.

<イオン交換容量の測定方法>
高分子電解質膜(約10mm×40mm)を25℃での塩化ナトリウム飽和水溶液20mLに浸漬し、ウォーターバス中で60℃、3時間イオン交換反応させた。25℃まで冷却し、次いで膜をイオン交換水で充分に洗浄し、塩化ナトリウム飽和水溶液および洗浄水をすべて回収した。この回収した溶液に、指示薬としてフェノールフタレイン溶液を加え、0.01Nの水酸化ナトリウム水溶液で中和滴定し、イオン交換容量を算出した。
<Measurement method of ion exchange capacity>
A polymer electrolyte membrane (about 10 mm × 40 mm) was immersed in 20 mL of a saturated aqueous sodium chloride solution at 25 ° C., and subjected to an ion exchange reaction in a water bath at 60 ° C. for 3 hours. After cooling to 25 ° C., the membrane was thoroughly washed with ion exchanged water, and all of the saturated aqueous sodium chloride solution and the washing water were collected. To this recovered solution, a phenolphthalein solution was added as an indicator, and neutralization titration was performed with a 0.01N sodium hydroxide aqueous solution to calculate the ion exchange capacity.

<プロトン伝導度の測定方法>
イオン交換水中に保管した高分子電解質膜(約10mm×40mm)を取り出し、高分子電解質膜表面の水をろ紙で拭き取った。2極非密閉系のポリテトラフルオロエチレン製のセルに高分子電解質膜を設置し、さらに白金電極を電極間距離30mmとなるように、膜表面(同一側)に設置した。23℃での膜抵抗を、交流インピーダンス法(周波数:42Hz〜5MHz、印可電圧:0.2V、日置電機製LCRメーター 3531Z HITESTER)により測定し、プロトン伝導度を算出した。
<Measurement method of proton conductivity>
A polymer electrolyte membrane (about 10 mm × 40 mm) stored in ion-exchanged water was taken out, and water on the surface of the polymer electrolyte membrane was wiped off with a filter paper. A polymer electrolyte membrane was placed in a dipolar non-sealed polytetrafluoroethylene cell, and a platinum electrode was placed on the membrane surface (on the same side) so that the distance between the electrodes was 30 mm. The membrane resistance at 23 ° C. was measured by an alternating current impedance method (frequency: 42 Hz to 5 MHz, applied voltage: 0.2 V, Hioki LCR meter 3531Z HITESTER), and proton conductivity was calculated.

<メタノール遮断性の測定方法>
25℃の環境下で、ビードレックス社製膜透過実験装置(KH−5PS)を使用して、高分子電解質膜でイオン交換水と64重量%のメタノール水溶液を隔離した。所定時間(2時間)経過後にイオン交換水側に透過したメタノールを含む溶液を採取し、ガスクロマトグラフ(島津製作所製ガスクロマトグラフィーGC−2010)で透過したメタノール量を定量した。この定量結果から、メタノール透過速度を求め、メタノール透過係数を算出した。メタノール透過係数は、以下の数式1にしたがって算出した。
<Measurement method of methanol barrier properties>
In a 25 ° C. environment, ion exchange water and a 64 wt% aqueous methanol solution were isolated with a polymer electrolyte membrane using a membrane permeation experiment apparatus (KH-5PS) manufactured by Beadrex. A solution containing methanol permeated to the ion-exchanged water side after a predetermined time (2 hours) was collected, and the amount of methanol permeated with a gas chromatograph (Gas Chromatography GC-2010 manufactured by Shimadzu Corporation) was quantified. From this quantitative result, the methanol permeation rate was determined, and the methanol permeation coefficient was calculated. The methanol permeability coefficient was calculated according to the following formula 1.

実験結果を、表2に示す。   The experimental results are shown in Table 2.

(実施例12)
<高分子フィルムの調製>
ポリスチレンのペレット20重量部、ポリスチレン−ポリ(エチレン/ブチレン)−ポリスチレントリブロック共重合体のペレット5重量部、高密度ポリエチレンのペレット80重量部とした以外は、実施例11と同様の方法で本発明の高分子フィルムを得た(高分子フィルム中に高密度ポリエチレンを76重量%含有する)。
(Example 12)
<Preparation of polymer film>
This method was the same as in Example 11 except that 20 parts by weight of polystyrene pellets, 5 parts by weight of polystyrene-poly (ethylene / butylene) -polystyrene triblock copolymer pellets, and 80 parts by weight of high-density polyethylene pellets were used. An inventive polymer film was obtained (76% by weight of high density polyethylene was contained in the polymer film).

<高分子電解質膜の調製>
上記方法で得られた高分子フィルムを使用した。1−クロロブタン84.7g、クロロスルホン酸0.21gを秤量し、0.25重量%のクロロスルホン酸溶液を調製し、高分子フィルムを0.20gとした以外は、実施例11と同様の方法で高分子電解質膜を得た(クロロスルホン酸添加量は、高分子フィルムに対して1.1倍量)。結果を表2に示す。 (実施例13)
<高分子フィルムの調製>
ポリスチレン−ポリ(エチレン/ブチレン)−ポリスチレントリブロック共重合体の代わりにポリスチレン−ポリ(エチレン/プロピレン)−ポリスチレントリブロック共重合体(株式会社クラレ製、セプトン2104)を使用した以外は、実施例12と同様の方法で本発明の高分子フィルムを得た(高分子フィルム中に高密度ポリエチレンを76重量%含有する)。
<Preparation of polymer electrolyte membrane>
The polymer film obtained by the above method was used. The same method as in Example 11, except that 84.7 g of 1-chlorobutane and 0.21 g of chlorosulfonic acid were weighed to prepare a 0.25 wt% chlorosulfonic acid solution and the polymer film was 0.20 g. Thus, a polymer electrolyte membrane was obtained (the amount of chlorosulfonic acid added was 1.1 times that of the polymer film). The results are shown in Table 2. (Example 13)
<Preparation of polymer film>
Example except that polystyrene-poly (ethylene / propylene) -polystyrene triblock copolymer (Kuraray Co., Ltd., Septon 2104) was used instead of polystyrene-poly (ethylene / butylene) -polystyrene triblock copolymer. 12 was used to obtain a polymer film of the present invention (76% by weight of high-density polyethylene was contained in the polymer film).

<高分子電解質膜の調製>
上記方法で得られた高分子フィルムを使用した。1−クロロブタン108.6g、クロロスルホン酸0.54gを秤量し、0.50重量%のクロロスルホン酸溶液を調製し、高分子フィルムを0.25gとした以外は、実施例11と同様の方法で高分子電解質膜を得た(クロロスルホン酸添加量は、高分子フィルムに対して2倍量)。結果を表2に示す。
<Preparation of polymer electrolyte membrane>
The polymer film obtained by the above method was used. The same method as in Example 11 except that 108.6 g of 1-chlorobutane and 0.54 g of chlorosulfonic acid were weighed to prepare a 0.50 wt% chlorosulfonic acid solution and the polymer film was changed to 0.25 g. To obtain a polymer electrolyte membrane (the amount of chlorosulfonic acid added was twice that of the polymer film). The results are shown in Table 2.

(実施例14)
<高分子フィルムの調製>
芳香族単位を有する高分子化合物としてポリスチレン(PSジャパン株式会社製、PSJポリスチレンG8102)、熱可塑性エラストマーとしてポリスチレン−ポリ(エチレン/プロピレン)−ポリスチレントリブロック共重合体(株式会社クラレ製、セプトン2104)、芳香族単位がない高分子化合物としてポリプロピレン(三井化学株式会社製、三井ポリプロ F107DV)を使用した。
(Example 14)
<Preparation of polymer film>
Polystyrene (PS Japan Co., Ltd., PSJ Polystyrene G8102) as a polymer compound having an aromatic unit, and Polystyrene-poly (ethylene / propylene) -polystyrene triblock copolymer (Kuraray Co., Ltd., Septon 2104) as a thermoplastic elastomer. Polypropylene (Mitsui Chemicals, Mitsui Polypro F107DV) was used as a polymer compound having no aromatic unit.

ポリスチレンのペレット30重量部、ポリスチレン−ポリ(エチレン/プロピレン)−ポリスチレントリブロック共重合体のペレット5重量部、高密度ポリエチレンのペレット70重量部とをドライブレンドした。ドライブレンドしたペレット混合物を、スクリュー温度265℃、Tダイ温度265℃の条件で、Tダイをセットした二軸押出機により、溶融押出成形し、本発明の高分子フィルムを得た(高分子フィルム中にポリプロピレンを67重量%含有する)。   30 parts by weight of polystyrene pellets, 5 parts by weight of polystyrene-poly (ethylene / propylene) -polystyrene triblock copolymer pellets, and 70 parts by weight of high-density polyethylene pellets were dry blended. The dry blended pellet mixture was melt-extruded by a twin screw extruder with a T die set under the conditions of a screw temperature of 265 ° C. and a T die temperature of 265 ° C. to obtain the polymer film of the present invention (polymer film) Containing 67% by weight of polypropylene).

<高分子電解質膜の調製>
上記方法で得られた高分子フィルムを使用した。1−クロロブタン93.0g、クロロスルホン酸0.12gを秤量し、0.13重量%のクロロスルホン酸溶液を調製し、高分子フィルムを0.22gとした以外は、実施例11と同様にして高分子電解質膜を得た(クロロスルホン酸添加量は、高分子フィルムに対して0.5倍量)。結果を表2に示す。
<Preparation of polymer electrolyte membrane>
The polymer film obtained by the above method was used. Except that 93.0 g of 1-chlorobutane and 0.12 g of chlorosulfonic acid were weighed to prepare a 0.13% by weight chlorosulfonic acid solution and the polymer film was 0.22 g, the same as in Example 11. A polymer electrolyte membrane was obtained (the amount of chlorosulfonic acid added was 0.5 times that of the polymer film). The results are shown in Table 2.

(実施例15)
<高分子フィルムの調製>
ポリスチレンのペレット20重量部、ポリスチレン−ポリ(エチレン/プロピレン)−ポリスチレントリブロック共重合体のペレット5重量部、ポリプロピレンのペレット80重量部とした以外は、実施例14と同様の方法で本発明の高分子フィルムを得た(高分子フィルム中に高密度ポリエチレンを76重量%含有する)。
(Example 15)
<Preparation of polymer film>
Except for 20 parts by weight of polystyrene pellets, 5 parts by weight of polystyrene-poly (ethylene / propylene) -polystyrene triblock copolymer pellets, and 80 parts by weight of polypropylene pellets, the same procedure as in Example 14 was followed. A polymer film was obtained (76% by weight of high density polyethylene was contained in the polymer film).

<高分子電解質膜の調製>
上記方法で得られた高分子フィルムを使用した。1−クロロブタン101.1g、クロロスルホン酸0.51gを秤量し、0.50重量%のクロロスルホン酸溶液を調製し、高分子フィルムを0.23gとした以外は、実施例11と同様にして高分子電解質膜を得た(クロロスルホン酸添加量は、高分子フィルムに対して2.2倍量)。結果を表2に示す。
<Preparation of polymer electrolyte membrane>
The polymer film obtained by the above method was used. Except that 101.1 g of 1-chlorobutane and 0.51 g of chlorosulfonic acid were weighed to prepare a 0.50 wt% chlorosulfonic acid solution and the polymer film was 0.23 g, the same as in Example 11. A polymer electrolyte membrane was obtained (the amount of chlorosulfonic acid added was 2.2 times the amount of the polymer film). The results are shown in Table 2.

(実施例16)
<高分子フィルムの調製>
ポリスチレン−ポリ(エチレン/プロピレン)−ポリスチレントリブロック共重合体の代わりにポリスチレン−ポリ(エチレン/ブチレン)−ポリスチレントリブロック共重合体(株式会社クラレ製、セプトン8104)を使用した以外は、実施例15と同様の方法で本発明の高分子フィルムを得た(高分子フィルム中に高密度ポリエチレンを76重量%含有する)。
(Example 16)
<Preparation of polymer film>
Example except that polystyrene-poly (ethylene / butylene) -polystyrene triblock copolymer (Kuraray Co., Ltd., Septon 8104) was used instead of polystyrene-poly (ethylene / propylene) -polystyrene triblock copolymer. 15 was used to obtain a polymer film of the present invention (76% by weight of high-density polyethylene was contained in the polymer film).

<高分子電解質膜の調製>
上記方法で得られた高分子フィルムを使用した。1−クロロブタン70.1g、クロロスルホン酸0.18gを秤量し、0.25重量%のクロロスルホン酸溶液を調製し、高分子フィルムを0.16gとした以外は、実施例11と同様にして高分子電解質膜を得た(クロロスルホン酸添加量は、高分子フィルムに対して1.1倍量)。結果を表2に示す。
<Preparation of polymer electrolyte membrane>
The polymer film obtained by the above method was used. Except that 70.1 g of 1-chlorobutane and 0.18 g of chlorosulfonic acid were weighed to prepare a 0.25 wt% chlorosulfonic acid solution and the polymer film was 0.16 g, the same as in Example 11. A polymer electrolyte membrane was obtained (the amount of chlorosulfonic acid added was 1.1 times that of the polymer film). The results are shown in Table 2.

(比較例3)
<高分子フィルムの調製>
芳香族単位を有する高分子化合物として、ポリフェニレンサルファイド(大日本インキ工業株式会社製、DIC−PPS LD10p1111)を使用した。
(Comparative Example 3)
<Preparation of polymer film>
As a polymer compound having an aromatic unit, polyphenylene sulfide (Dainippon Ink Industries, Ltd., DIC-PPS LD10p1111) was used.

前記ポリフェニレンサルファイドのペレットを、スクリュー温度290℃、Tダイ温度290℃の条件で、2軸混練押出し機にTダイをセットした二軸押出機により、溶融押出成形し、高分子フィルムを得た。   The polyphenylene sulfide pellets were melt-extruded with a twin screw extruder in which a T die was set in a twin screw extruder under the conditions of a screw temperature of 290 ° C. and a T die temperature of 290 ° C. to obtain a polymer film.

<高分子電解質膜の調製>
上記方法で得られた高分子フィルムを使用した。1−クロロブタン70.9g、クロロスルホン酸1.1gを秤量し、1.5重量%のクロロスルホン酸溶液を調製し、高分子フィルムを0.16gとした以外は、実施例11と同様にして高分子電解質膜を得た(クロロスルホン酸添加量は、高分子フィルムに対して6.9倍量)。結果を表2に示す。
<Preparation of polymer electrolyte membrane>
The polymer film obtained by the above method was used. 10.9 Chlorobutane and 1.1 g of chlorosulfonic acid were weighed to prepare a 1.5 wt% chlorosulfonic acid solution, and the polymer film was changed to 0.16 g. A polymer electrolyte membrane was obtained (the amount of chlorosulfonic acid added was 6.9 times that of the polymer film). The results are shown in Table 2.

(比較例4)
デュポン社製ナフィオン(登録商標)115を高分子電解質膜とした。結果を表2に示す。
(Comparative Example 4)
Nafion (registered trademark) 115 manufactured by DuPont was used as the polymer electrolyte membrane. The results are shown in Table 2.

表2の実施例11〜16と比較例4との比較から、本発明の高分子フィルムから得られた高分子電解質膜は、固体高分子形燃料電池用の高分子電解質膜である比較例3と同オーダーのプロトン伝導度を有することが明らかとなり、固体高分子形燃料電池、直接液体形燃料電池、直接メタノール形燃料電池の高分子電解質膜として有用であることが示された。   From the comparison between Examples 11 to 16 and Comparative Example 4 in Table 2, the polymer electrolyte membrane obtained from the polymer film of the present invention is a polymer electrolyte membrane for a polymer electrolyte fuel cell, Comparative Example 3 The proton conductivity of the same order as that of the polymer electrolyte membrane was proved to be useful as a polymer electrolyte membrane of a solid polymer fuel cell, a direct liquid fuel cell, and a direct methanol fuel cell.

表2の実施例11〜16と比較例3、4との比較より、本発明の高分子フィルムから得られた高分子電解質膜は、同等のプロトン伝導度を示す従来の高分子電解質膜と比較して、メタノール透過係数が低く、高いメタノール遮断性を有することが明らかとなり、直接メタノール形燃料電池などの直接液体形燃料電池用の高分子電解質膜として有用であることが示された。   From the comparison between Examples 11 to 16 and Comparative Examples 3 and 4 in Table 2, the polymer electrolyte membrane obtained from the polymer film of the present invention was compared with the conventional polymer electrolyte membrane showing equivalent proton conductivity. As a result, it was revealed that the methanol permeability coefficient was low and the methanol barrier property was high, and it was shown to be useful as a polymer electrolyte membrane for a direct liquid fuel cell such as a direct methanol fuel cell.

(実施例17)
<脂肪族系高分子化合物と芳香族系高分子化合物とからなる高分子フィルムの調製>
脂肪族系高分子化合物として、高密度ポリエチレン(三井化学株式会社製、HI−ZEX 3300F)を使用した。芳香族系高分子化合物として、ポリフェニレンサルファイド(大日本インキ工業株式会社製、DIC−PPS LD10p11)を使用した。
(Example 17)
<Preparation of polymer film composed of aliphatic polymer compound and aromatic polymer compound>
As the aliphatic polymer compound, high-density polyethylene (manufactured by Mitsui Chemicals, HI-ZEX 3300F) was used. As an aromatic polymer compound, polyphenylene sulfide (Dainippon Ink Industries, Ltd., DIC-PPS LD10p11) was used.

前記脂肪族系高分子化合物のペレット70重量部と、前記芳香族系高分子化合物のペレット30重量部を、ドライブレンドした。ドライブレンドしたペレットの混合物を、スクリュー温度290℃、Tダイ温度290℃の条件で、2軸混練押出し機にTダイをセットした押出し機により、溶融押出しし、高分子フィルムを得た(脂肪族系高分子化合物である高密度ポリエチレンを、高分子フィルム中に70重量%含有する)。   70 parts by weight of the aliphatic polymer compound pellets and 30 parts by weight of the aromatic polymer compound pellets were dry blended. The dry blended pellet mixture was melt-extruded under the conditions of a screw temperature of 290 ° C. and a T-die temperature of 290 ° C. using an extruder having a T-die set in a twin-screw kneading extruder to obtain a polymer film (aliphatic High-density polyethylene, which is a polymer compound, is contained in a polymer film by 70% by weight).

<高分子電解質膜の調製>
ガラス容器に、1−クロロブタン149g、クロロスルホン酸3.0gを秤量し、2.0wt%のクロロスルホン酸溶液を調製した。前記高分子フィルムを0.35g秤量し、クロロスルホン酸溶液に浸漬し、25℃で20時間、放置した(クロロスルホン酸添加量は、高分子フィルムの重量に対して8.6倍量)。室温で20時間放置後に、高分子フィルムを回収し、イオン交換水で中性になるまで洗浄した。
<Preparation of polymer electrolyte membrane>
In a glass container, 149 g of 1-chlorobutane and 3.0 g of chlorosulfonic acid were weighed to prepare a 2.0 wt% chlorosulfonic acid solution. 0.35 g of the polymer film was weighed, immersed in a chlorosulfonic acid solution, and allowed to stand at 25 ° C. for 20 hours (the amount of chlorosulfonic acid added was 8.6 times the weight of the polymer film). After standing at room temperature for 20 hours, the polymer film was recovered and washed with ion-exchanged water until neutral.

洗浄後の高分子フィルムを23℃に調温した恒温恒湿器内で、相対湿度98%、80%、60%および50%の湿度調節下で、それぞれ30分間放置してフィルムを乾燥し、本発明の高分子電解質膜を得た。   The polymer film after washing was dried in a constant temperature and humidity chamber adjusted to 23 ° C. for 30 minutes under humidity control of relative humidity 98%, 80%, 60% and 50%, A polymer electrolyte membrane of the present invention was obtained.

この高分子電解質膜のイオン交換容量を次の方法で測定した。約10mm×40mmの高分子電解質膜を25℃での塩化ナトリウム飽和水溶液20mLに浸漬し、ウォーターバス中で60℃、3時間反応させた。25℃まで冷却し、次いで膜をイオン交換水で充分に洗浄し、塩化ナトリウム飽和水溶液および洗浄水をすべて回収した。この回収した溶液に、指示薬としてフェノールフタレイン溶液を加え、0.01Nの水酸化ナトリウム水溶液で中和滴定し、イオン交換容量を算出した。結果を表3に示す。   The ion exchange capacity of this polymer electrolyte membrane was measured by the following method. A polymer electrolyte membrane of about 10 mm × 40 mm was immersed in 20 mL of a saturated aqueous sodium chloride solution at 25 ° C., and reacted in a water bath at 60 ° C. for 3 hours. After cooling to 25 ° C., the membrane was thoroughly washed with ion exchanged water, and all of the saturated aqueous sodium chloride solution and the washing water were collected. To this recovered solution, a phenolphthalein solution was added as an indicator, and neutralization titration was performed with a 0.01N sodium hydroxide aqueous solution to calculate the ion exchange capacity. The results are shown in Table 3.

さらに、高分子電解質膜のプロトン伝導度を次の方法で測定した。プロトン伝導性高分子電解質膜を直径16mmの円形状に切り出し、余分な水分を濾紙でふき取ってから測定に供した。試験体の表裏両面にステンレス製電極を取り付け、これらを2極系の金属製セルに設置した後、室温下で電圧0.5Vの条件で、交流インピーダンス法(周波数:42Hz〜5MHz、日置電気製LCRメーター 3531Z HITESTER
)により、膜抵抗を測定し、膜厚プロトン伝導度を算出した。結果を表3に示す。
Furthermore, the proton conductivity of the polymer electrolyte membrane was measured by the following method. The proton conductive polymer electrolyte membrane was cut into a circular shape with a diameter of 16 mm, and excess moisture was wiped off with a filter paper before being used for measurement. After attaching stainless steel electrodes to the front and back surfaces of the test specimen and installing them in a bipolar metal cell, the AC impedance method (frequency: 42 Hz to 5 MHz, manufactured by Hioki Denki Co., Ltd.) under the condition of a voltage of 0.5 V at room temperature. LCR meter 3531Z HITESTER
), Membrane resistance was measured, and film thickness proton conductivity was calculated. The results are shown in Table 3.

さらに、高分子電解質膜のメタノール遮断性を次の方法で測定した。25℃の環境下で、ビードレックス社製膜透過実験装置(KH−5PS)を使用した。プロトン伝導性高分子電解質膜でイオン交換水と所定濃度のメタノール水溶液を隔離し、所定時間(2時間)経過後にイオン交換水側に透過したメタノールを含む溶液を採取し、ガスクロマトグラフ島津製作所製ガスクロマトグラフィーGC−2010で透過したメタノール量を定量した。この定量結果から、メタノール透過速度を求め、メタノール透過係数およびメタノール透過係数を算出した。メタノール透過係数およびメタノール遮断係数は、以下の数式1及び数式2にしたがって算出した。結果を表3に示す。   Furthermore, the methanol barrier property of the polymer electrolyte membrane was measured by the following method. In an environment of 25 ° C., a membrane permeation experiment apparatus (KH-5PS) manufactured by Beadrex was used. Isolate ion-exchanged water and aqueous methanol solution at a predetermined concentration with a proton-conducting polymer electrolyte membrane, and collect a solution containing methanol that has permeated the ion-exchanged water after a predetermined time (2 hours). The amount of methanol permeated by chromatography GC-2010 was quantified. From this quantification result, the methanol permeation rate was determined, and the methanol permeation coefficient and methanol permeation coefficient were calculated. The methanol permeability coefficient and the methanol cutoff coefficient were calculated according to the following formulas 1 and 2. The results are shown in Table 3.

(実施例18)
実施例17と同様の方法で得られた高分子フィルムを使用した。1−クロロブタン150g、クロロスルホン酸4.5gを秤量し、3.0wt%のクロロスルホン酸溶液を調製し、高分子フィルムを0.35gとした以外は、実施例17と同様にしてプロトン伝導性高分子電解質膜を得た(クロロスルホン酸添加量は、高分子フィルムの重量に対して12.9倍量)。結果を表3に示す。
(Example 18)
A polymer film obtained in the same manner as in Example 17 was used. Proton conductivity in the same manner as in Example 17 except that 150 g of 1-chlorobutane and 4.5 g of chlorosulfonic acid were weighed to prepare a 3.0 wt% chlorosulfonic acid solution and the polymer film was changed to 0.35 g. A polymer electrolyte membrane was obtained (the amount of chlorosulfonic acid added was 12.9 times the weight of the polymer film). The results are shown in Table 3.

(実施例19)
実施例17と同様の方法で得られた高分子フィルムを使用した。1−クロロブタン127g、クロロスルホン酸4.4gを秤量し、3.5wt%のクロロスルホン酸溶液を調製し、高分子フィルムを0.29gとした以外は、実施例17と同様にしてプロトン伝導性高分子電解質膜を得た(クロロスルホン酸添加量は、高分子フィルムの重量に対して15.1倍量)。結果を表3に示す。
(Example 19)
A polymer film obtained in the same manner as in Example 17 was used. Proton conductivity in the same manner as in Example 17 except that 127 g of 1-chlorobutane and 4.4 g of chlorosulfonic acid were weighed to prepare a 3.5 wt% chlorosulfonic acid solution and the polymer film was 0.29 g. A polymer electrolyte membrane was obtained (the amount of chlorosulfonic acid added was 15.1 times the weight of the polymer film). The results are shown in Table 3.

(実施例20)
実施例17と同様の方法で得られた高分子フィルムを使用した。1−クロロブタン145g、クロロスルホン酸5.8gを秤量し、4.0wt%のクロロスルホン酸溶液を調製し、高分子フィルムを0.33gとした以外は、実施例17と同様にしてプロトン伝導性高分子電解質膜を得た(クロロスルホン酸添加量は、高分子フィルムの重量に対して17.3倍量)。結果を表3に示す。
(Example 20)
A polymer film obtained in the same manner as in Example 17 was used. Proton conductivity in the same manner as in Example 17 except that 145 g of 1-chlorobutane and 5.8 g of chlorosulfonic acid were weighed to prepare a 4.0 wt% chlorosulfonic acid solution and the polymer film was changed to 0.33 g. A polymer electrolyte membrane was obtained (the amount of chlorosulfonic acid added was 17.3 times the weight of the polymer film). The results are shown in Table 3.

(実施例21)
実施例17と同様の方法で得られた高分子フィルムを使用した。1−クロロブタン138g、クロロスルホン酸6.2gを秤量し、4.5wt%のクロロスルホン酸溶液を調製し、高分子フィルムを0.32gとした以外は、実施例17と同様にしてプロトン伝導性高分子電解質膜を得た(クロロスルホン酸添加量は、高分子フィルムの重量に対して19.4倍量)。結果を表3に示す。
(Example 21)
A polymer film obtained in the same manner as in Example 17 was used. Proton conductivity in the same manner as in Example 17 except that 138 g of 1-chlorobutane and 6.2 g of chlorosulfonic acid were weighed to prepare a 4.5 wt% chlorosulfonic acid solution and the polymer film was 0.32 g. A polymer electrolyte membrane was obtained (the amount of chlorosulfonic acid added was 19.4 times the weight of the polymer film). The results are shown in Table 3.

(実施例22)
実施例17と同様の方法で得られた高分子フィルムを使用した。1−クロロブタン129g、クロロスルホン酸6.5gを秤量し、5.0wt%のクロロスルホン酸溶液を調製し、高分子フィルムを0.30gとした以外は、実施例17と同様にしてプロトン伝導性高分子電解質膜を得た(クロロスルホン酸添加量は、高分子フィルムの重量に対して21.6倍量)。結果を表3に示す。
(Example 22)
A polymer film obtained in the same manner as in Example 17 was used. Proton conductivity in the same manner as in Example 17 except that 129 g of 1-chlorobutane and 6.5 g of chlorosulfonic acid were weighed to prepare a 5.0 wt% chlorosulfonic acid solution and the polymer film was changed to 0.30 g. A polymer electrolyte membrane was obtained (the amount of chlorosulfonic acid added was 21.6 times the weight of the polymer film). The results are shown in Table 3.

(実施例23)
実施例17と同様の方法で得られた高分子フィルムを使用した。また、1−クロロブタンの代わりにジクロロメタンを使用した。ジクロロメタン798g、クロロスルホン酸8.0gを秤量し、1.0wt%のクロロスルホン酸溶液を調製し、高分子フィルムを1.8gとした以外は、実施例17と同様にして高分子電解質膜を得た。結果を表3に示す。
(Example 23)
A polymer film obtained in the same manner as in Example 17 was used. Further, dichloromethane was used in place of 1-chlorobutane. A polymer electrolyte membrane was prepared in the same manner as in Example 17 except that 798 g of dichloromethane and 8.0 g of chlorosulfonic acid were weighed to prepare a 1.0 wt% chlorosulfonic acid solution and the polymer film was changed to 1.8 g. Obtained. The results are shown in Table 3.

<触媒シートの作製>
カソード触媒として白金50%担持カーボン(エヌ・イー ケムキャット製SA50BK)を用いた。結着剤として5%ナフィオン(登録商標)分散溶液(アルドリッチ製)を用いた。カソード触媒と純水とを、重量比1:10となる割合で混合し溶液Aを得た。前記溶液Aと結着剤とをカソード触媒に対して結着剤が重量比1:7.3となるように混合し、溶液Bを得た。アノード触媒として白金27%ルテニウム13%担持カーボン(エヌイーケムキャット製SA27−13RCBK)を用いた。アノード触媒と純水とを、重量比1:10となる割合で混合し溶液Cを得た。前記溶液Cと結着剤とをアノード触媒に対して結着剤が重量比1:7.1となるように混合し溶液Dを得た。アセトンで洗浄した22mm角、厚さ50μmのテフロン(登録商標)シート上に溶液Bを塗布し乾燥させる工程を数回繰り返し、白金量1mg/cm2とし、カソード触媒シートとした。同様に溶液Dを塗布し白金量1mg/cm2とし、アノード触媒シートとした。
<Preparation of catalyst sheet>
As the cathode catalyst, 50% platinum-supported carbon (SA50BK manufactured by N.E. Chemcat) was used. A 5% Nafion (registered trademark) dispersion solution (manufactured by Aldrich) was used as a binder. A cathode catalyst and pure water were mixed at a weight ratio of 1:10 to obtain a solution A. The solution A and the binder were mixed with the cathode catalyst so that the binder had a weight ratio of 1: 7.3 to obtain a solution B. As an anode catalyst, platinum 27% ruthenium 13% supported carbon (SA27-13RCBK manufactured by NV Chemcat) was used. An anode catalyst and pure water were mixed at a ratio of 1:10 to obtain a solution C. The solution C and the binder were mixed with the anode catalyst so that the binder had a weight ratio of 1: 7.1 to obtain a solution D. The process of applying the solution B onto a 22 mm square, 50 μm thick Teflon (registered trademark) sheet washed with acetone and drying was repeated several times to obtain a platinum amount of 1 mg / cm 2 to obtain a cathode catalyst sheet. Similarly, the solution D was applied to a platinum amount of 1 mg / cm 2 to obtain an anode catalyst sheet.

<膜−電極接合体の作製>
高分子電解質膜として上記実施例23記載のものを用い、これを上記アノード触媒シート、カソード触媒シートで挟持し、さらに厚さ50μmのテフロン(登録商標)シート、ろ紙、SUS板の順に挟持した。これを150℃、50kgf/cm2で熱プレスし、5分間保持した。プレス後テフロン(登録商標)シート、ろ紙、SUS板をはずし、さらに触媒シートのテフロン(登録商標)シートをはずして膜−電極接合体とした。
<Preparation of membrane-electrode assembly>
The polymer electrolyte membrane described in Example 23 was used, and was sandwiched between the anode catalyst sheet and the cathode catalyst sheet, and was further sandwiched in the order of a 50 μm thick Teflon (registered trademark) sheet, filter paper, and SUS plate. This was hot pressed at 150 ° C. and 50 kgf / cm 2 and held for 5 minutes. After pressing, the Teflon (registered trademark) sheet, the filter paper, and the SUS plate were removed, and the catalyst sheet, the Teflon (registered trademark) sheet, was removed to obtain a membrane-electrode assembly.

<セルの作製>
東レ製TGP−H−60カーボンペーパーをアセトンで洗浄し、さらにテフロン(登録商標)分散溶液(ダイキン工業製POLYFLON PTFE D−1E)を塗布し360℃で1時間焼成することで、撥水処理を施した拡散層を得た。厚さ180μm、80角のテフロン(登録商標)シートの中心を25角に切り抜きガスケットとした。MEAを拡散層、ガスケットで挟持し、電極面積5cm2の燃料電池用セル(ElectroChem社製FC05−01SP)に装着した。このときのセルを挟持するトルク圧は、1N・mから2N・m、3N・m、4N・mと徐々に締め上げていった。
<Production of cell>
Toray's TGP-H-60 carbon paper is washed with acetone, and further, a Teflon (registered trademark) dispersion solution (POLYFLON PTFE D-1E, manufactured by Daikin Industries) is applied and baked at 360 ° C. for 1 hour for water repellent treatment. An applied diffusion layer was obtained. The center of a 180-μm-thick, 80-square Teflon (registered trademark) sheet was cut into 25 squares to form a gasket. The MEA was sandwiched between a diffusion layer and a gasket and mounted on a fuel cell cell (FC05-01SP manufactured by ElectroChem) having an electrode area of 5 cm 2 . The torque pressure sandwiching the cell at this time gradually increased from 1 N · m to 2 N · m, 3 N · m, and 4 N · m.

<直接メタノール形燃料電池の発電特性評価>
評価装置には株式会社東陽テクニカ製GFT−MWを用いた。1Mメタノール水溶液をアノード極側に流量0.5mL/minで供給し、酸化剤として空気をカソード極側に流量160mL/min供給した。セル温度を60℃として、直接メタノール形燃料電池の発電特性を評価した。結果を図15に示す。
<Evaluation of power generation characteristics of direct methanol fuel cell>
GFT-MW manufactured by Toyo Corporation was used as the evaluation device. A 1M aqueous methanol solution was supplied to the anode electrode side at a flow rate of 0.5 mL / min, and air as an oxidizing agent was supplied to the cathode electrode side at a flow rate of 160 mL / min. The power generation characteristics of the direct methanol fuel cell were evaluated at a cell temperature of 60 ° C. The results are shown in FIG.

(実施例24)
<脂肪族系高分子化合物と芳香族系高分子化合物とからなる高分子フィルムの調製>
脂肪族系高分子化合物として、高密度ポリエチレン(三井化学株式会社製、HI−ZEX 3300F)を使用した。芳香族系高分子化合物として、ポリフェニレンサルファイド(大日本インキ工業株式会社製、DIC−PPS LD10p11)を使用した。
(Example 24)
<Preparation of polymer film composed of aliphatic polymer compound and aromatic polymer compound>
As the aliphatic polymer compound, high-density polyethylene (manufactured by Mitsui Chemicals, HI-ZEX 3300F) was used. As an aromatic polymer compound, polyphenylene sulfide (Dainippon Ink Industries, Ltd., DIC-PPS LD10p11) was used.

前記脂肪族系高分子化合物のペレット60重量部と、前記芳香族系高分子化合物のペレット40重量部を、ドライブレンドした。ドライブレンドしたペレットの混合物を、スクリュー温度290℃、Tダイ温度290℃の条件で、2軸混練押出し機にTダイをセットした押出し機により、溶融押出しし、高分子フィルムを得た(脂肪族系高分子化合物である高密度ポリエチレンを、高分子フィルム中に60重量%含有する)。   60 parts by weight of the aliphatic polymer compound pellets and 40 parts by weight of the aromatic polymer compound pellets were dry blended. The dry blended pellet mixture was melt-extruded under the conditions of a screw temperature of 290 ° C. and a T-die temperature of 290 ° C. using an extruder having a T-die set in a twin-screw kneading extruder to obtain a polymer film (aliphatic High-density polyethylene, which is a polymer compound, is contained in the polymer film at 60% by weight).

<高分子電解質膜の調製>
前記高分子フィルムを使用した。1−クロロブタン121g、クロロスルホン酸3.6gを秤量し、3.0wt%のクロロスルホン酸溶液を調製し、高分子フィルムを0.28gとした以外は、実施例17と同様にして高分子電解質膜を得た(クロロスルホン酸添加量は、高分子フィルムの重量に対して12.9倍量)。結果を表3に示す。
<Preparation of polymer electrolyte membrane>
The polymer film was used. A polymer electrolyte was prepared in the same manner as in Example 17 except that 121 g of 1-chlorobutane and 3.6 g of chlorosulfonic acid were weighed to prepare a 3.0 wt% chlorosulfonic acid solution and the polymer film was 0.28 g. A membrane was obtained (the amount of chlorosulfonic acid added was 12.9 times the weight of the polymer film). The results are shown in Table 3.

(実施例25)
実施例24と同様の方法で得られた高分子フィルムを使用した。ジクロロメタン851g、クロロスルホン酸8.5gを秤量し、1.0wt%のクロロスルホン酸溶液を調製し、高分子フィルムを2.0gとした以外は、実施例23と同様にして高分子電解質膜を得た。結果を表3に示す。
(Example 25)
A polymer film obtained in the same manner as in Example 24 was used. A polymer electrolyte membrane was prepared in the same manner as in Example 23 except that 851 g of dichloromethane and 8.5 g of chlorosulfonic acid were weighed to prepare a 1.0 wt% chlorosulfonic acid solution and the polymer film was 2.0 g. Obtained. The results are shown in Table 3.

この高分子電解質膜を使用した以外は実施例23と同様にして、直接メタノール形燃料電池の発電特性評価を実施した。結果を図16に示す。   The power generation characteristics of a direct methanol fuel cell were evaluated in the same manner as in Example 23 except that this polymer electrolyte membrane was used. The results are shown in FIG.

(実施例26)
<脂肪族系高分子化合物と芳香族系高分子化合物とからなる高分子フィルムの調製>
脂肪族系高分子化合物として、高密度ポリエチレン(三井化学株式会社製、HI−ZEX 3300F)を使用した。芳香族系高分子化合物として、ポリフェニレンサルファイド(大日本インキ工業株式会社製、DIC−PPS LD10p11)を使用した。
(Example 26)
<Preparation of polymer film composed of aliphatic polymer compound and aromatic polymer compound>
As the aliphatic polymer compound, high-density polyethylene (manufactured by Mitsui Chemicals, HI-ZEX 3300F) was used. As an aromatic polymer compound, polyphenylene sulfide (Dainippon Ink Industries, Ltd., DIC-PPS LD10p11) was used.

前記脂肪族系高分子化合物のペレット50重量部と、前記芳香族系高分子化合物のペレット50重量部を、ドライブレンドした。ドライブレンドしたペレットの混合物を、スクリュー温度290℃、Tダイ温度290℃の条件で、2軸混練押出し機にTダイをセットした押出し機により、溶融押出しし、高分子フィルムを得た(脂肪族系高分子化合物である高密度ポリエチレンを、高分子フィルム中に50重量%含有する)。   50 parts by weight of the aliphatic polymer compound pellets and 50 parts by weight of the aromatic polymer compound pellets were dry blended. The dry blended pellet mixture was melt-extruded under the conditions of a screw temperature of 290 ° C. and a T-die temperature of 290 ° C. using an extruder having a T-die set in a twin-screw kneading extruder to obtain a polymer film (aliphatic High-density polyethylene, which is a polymer compound, is contained in a polymer film at 50% by weight).

<高分子電解質膜の調製>
前記高分子フィルムを使用した。1−クロロブタン136g、クロロスルホン酸2.7gを秤量し、2.0wt%のクロロスルホン酸溶液を調製し、高分子フィルムを0.32gとした以外は、実施例17と同様にして高分子電解質膜を得た(クロロスルホン酸添加量は、高分子フィルムの重量に対して8.6倍量)。結果を表3に示す。
<Preparation of polymer electrolyte membrane>
The polymer film was used. A polymer electrolyte was prepared in the same manner as in Example 17 except that 136 g of 1-chlorobutane and 2.7 g of chlorosulfonic acid were weighed to prepare a 2.0 wt% chlorosulfonic acid solution and the polymer film was 0.32 g. A membrane was obtained (the amount of chlorosulfonic acid added was 8.6 times the weight of the polymer film). The results are shown in Table 3.

(実施例27)
実施例26と同様の方法で得られた高分子フィルムを使用した。1−クロロブタン141g、クロロスルホン酸4.2gを秤量し、3.0wt%のクロロスルホン酸溶液を調製し、高分子フィルムを0.33gとした以外は、実施例17と同様にしてプロトン伝導性高分子電解質膜を得た(クロロスルホン酸添加量は、高分子フィルムの重量に対して12.9倍量)。結果を表3に示す。
(Example 27)
A polymer film obtained in the same manner as in Example 26 was used. Proton conductivity in the same manner as in Example 17 except that 141 g of 1-chlorobutane and 4.2 g of chlorosulfonic acid were weighed to prepare a 3.0 wt% chlorosulfonic acid solution and the polymer film was changed to 0.33 g. A polymer electrolyte membrane was obtained (the amount of chlorosulfonic acid added was 12.9 times the weight of the polymer film). The results are shown in Table 3.

(実施例28)
実施例26と同様の方法で得られた高分子フィルムを使用した。ジクロロメタン875g、クロロスルホン酸4.4gを秤量し、0.5wt%のクロロスルホン酸溶液を調製し、高分子フィルムを2.0gとした以外は、実施例23と同様にして高分子電解質膜を得た。結果を表3に示す。
(Example 28)
A polymer film obtained in the same manner as in Example 26 was used. A polymer electrolyte membrane was prepared in the same manner as in Example 23 except that 875 g of dichloromethane and 4.4 g of chlorosulfonic acid were weighed to prepare a 0.5 wt% chlorosulfonic acid solution and the polymer film was 2.0 g. Obtained. The results are shown in Table 3.

この高分子電解質膜を使用した以外は実施例23と同様にして、直接メタノール形燃料電池の発電特性評価を実施した。結果を図17に示す。   The power generation characteristics of a direct methanol fuel cell were evaluated in the same manner as in Example 23 except that this polymer electrolyte membrane was used. The results are shown in FIG.

(実施例29)
<脂肪族系高分子化合物と芳香族系高分子化合物とからなる高分子フィルムの調製>
脂肪族系高分子化合物として、高密度ポリエチレン(三井化学株式会社製、HI−ZEX 3300F)を使用した。芳香族系高分子化合物として、ポリフェニレンサルファイド(大日本インキ工業株式会社製、DIC−PPS LD10p11)を使用した。
(Example 29)
<Preparation of polymer film composed of aliphatic polymer compound and aromatic polymer compound>
As the aliphatic polymer compound, high-density polyethylene (manufactured by Mitsui Chemicals, HI-ZEX 3300F) was used. As an aromatic polymer compound, polyphenylene sulfide (Dainippon Ink Industries, Ltd., DIC-PPS LD10p11) was used.

前記脂肪族系高分子化合物のペレット40重量部と、前記芳香族系高分子化合物のペレット60重量部を、ドライブレンドした。ドライブレンドしたペレットの混合物を、スクリュー温度290℃、Tダイ温度290℃の条件で、2軸混練押出し機にTダイをセットした押出し機により、溶融押出しし、高分子フィルムを得た(脂肪族系高分子化合物である高密度ポリエチレンを、高分子フィルム中に40重量%含有する)。   40 parts by weight of the aliphatic polymer compound pellets and 60 parts by weight of the aromatic polymer compound pellets were dry blended. The dry blended pellet mixture was melt-extruded under the conditions of a screw temperature of 290 ° C. and a T-die temperature of 290 ° C. using an extruder having a T-die set in a twin-screw kneading extruder to obtain a polymer film (aliphatic High-density polyethylene, which is a polymer compound, is contained in a polymer film at 40% by weight).

<高分子電解質膜の調製>
前記高分子フィルムを使用した。1−クロロブタン116g、クロロスルホン酸2.3gを秤量し、2.0wt%のクロロスルホン酸溶液を調製し、高分子フィルムを0.27gとした以外は、実施例17と同様にして高分子電解質膜を得た(クロロスルホン酸添加量は、高分子フィルムの重量に対して8.6倍量)。結果を表3に示す。
<Preparation of polymer electrolyte membrane>
The polymer film was used. A polymer electrolyte was prepared in the same manner as in Example 17 except that 116 g of 1-chlorobutane and 2.3 g of chlorosulfonic acid were weighed to prepare a 2.0 wt% chlorosulfonic acid solution and the polymer film was 0.27 g. A membrane was obtained (the amount of chlorosulfonic acid added was 8.6 times the weight of the polymer film). The results are shown in Table 3.

(実施例30)
実施例29と同様の方法で得られた高分子フィルムを使用した。1−クロロブタン120g、クロロスルホン酸3.6gを秤量し、3.0wt%のクロロスルホン酸溶液を調製し、高分子フィルムを0.28gとした以外は、実施例17と同様にしてプロトン伝導性高分子電解質膜を得た(クロロスルホン酸添加量は、高分子フィルムの重量に対して12.9倍量)。結果を表3に示す。
(Example 30)
A polymer film obtained in the same manner as in Example 29 was used. Proton conductivity in the same manner as in Example 17 except that 120 g of 1-chlorobutane and 3.6 g of chlorosulfonic acid were weighed to prepare a 3.0 wt% chlorosulfonic acid solution and the polymer film was 0.28 g. A polymer electrolyte membrane was obtained (the amount of chlorosulfonic acid added was 12.9 times the weight of the polymer film). The results are shown in Table 3.

(実施例31)
<脂肪族系高分子化合物と芳香族系高分子化合物とからなる高分子フィルムの調製>
脂肪族系高分子化合物として、高密度ポリエチレン(三井化学株式会社製、HI−ZEX 3300F)を使用した。芳香族系高分子化合物として、ポリフェニレンサルファイド(大日本インキ工業株式会社製、DIC−PPS LD10p11)を使用した。
(Example 31)
<Preparation of polymer film composed of aliphatic polymer compound and aromatic polymer compound>
As the aliphatic polymer compound, high-density polyethylene (manufactured by Mitsui Chemicals, HI-ZEX 3300F) was used. As an aromatic polymer compound, polyphenylene sulfide (Dainippon Ink Industries, Ltd., DIC-PPS LD10p11) was used.

前記脂肪族系高分子化合物のペレット30重量部と、前記芳香族系高分子化合物のペレット70重量部を、ドライブレンドした。ドライブレンドしたペレットの混合物を、スクリュー温度290℃、Tダイ温度290℃の条件で、2軸混練押出し機にTダイをセットした押出し機により、溶融押出しし、高分子フィルムを得た(脂肪族系高分子化合物である高密度ポリエチレンを、高分子フィルム中に30重量%含有する)。   30 parts by weight of the aliphatic polymer compound pellets and 70 parts by weight of the aromatic polymer compound pellets were dry blended. The dry blended pellet mixture was melt-extruded under the conditions of a screw temperature of 290 ° C. and a T-die temperature of 290 ° C. using an extruder having a T-die set in a twin-screw kneading extruder to obtain a polymer film (aliphatic 30% by weight of high-density polyethylene, which is a polymer compound, is contained in the polymer film).

<高分子電解質膜の調製>
前記高分子フィルムを使用した。1−クロロブタン114g、クロロスルホン酸2.3gを秤量し、2.0wt%のクロロスルホン酸溶液を調製し、高分子フィルムを0.27gとした以外は、実施例17と同様にして高分子電解質膜を得た(クロロスルホン酸添加量は、高分子フィルムの重量に対して8.6倍量)。結果を表3に示す。
<Preparation of polymer electrolyte membrane>
The polymer film was used. A polymer electrolyte was prepared in the same manner as in Example 17 except that 114 g of 1-chlorobutane and 2.3 g of chlorosulfonic acid were weighed to prepare a 2.0 wt% chlorosulfonic acid solution and the polymer film was changed to 0.27 g. A membrane was obtained (the amount of chlorosulfonic acid added was 8.6 times the weight of the polymer film). The results are shown in Table 3.

(実施例32)
<脂肪族系高分子化合物と芳香族系高分子化合物とからなる高分子フィルムの調製>
脂肪族系高分子化合物として、ポリプロピレン(三井化学株式会社製、F107DV)を使用した。芳香族系高分子化合物として、ポリフェニレンサルファイド(大日本インキ工業株式会社製、DIC−PPS LD10p11)を使用した。
(Example 32)
<Preparation of polymer film composed of aliphatic polymer compound and aromatic polymer compound>
As the aliphatic polymer compound, polypropylene (F107DV, manufactured by Mitsui Chemicals, Inc.) was used. As an aromatic polymer compound, polyphenylene sulfide (Dainippon Ink Industries, Ltd., DIC-PPS LD10p11) was used.

前記脂肪族系高分子化合物のペレット70重量部と、前記芳香族系高分子化合物のペレット30重量部を、ドライブレンドした。ドライブレンドしたペレットの混合物を、スクリュー温度290℃、Tダイ温度290℃の条件で、2軸混練押出し機にTダイをセットした押出し機により、溶融押出しし、高分子フィルムを得た(脂肪族系高分子化合物であるポリプロピレンを、高分子フィルム中に70重量%含有する)。   70 parts by weight of the aliphatic polymer compound pellets and 30 parts by weight of the aromatic polymer compound pellets were dry blended. The dry blended pellet mixture was melt-extruded under the conditions of a screw temperature of 290 ° C. and a T-die temperature of 290 ° C. using an extruder having a T-die set in a twin-screw kneading extruder to obtain a polymer film (aliphatic (Polypropylene, a high molecular compound, is contained in the polymer film by 70% by weight).

<高分子電解質膜の調製>
前記高分子フィルムを使用した。1−クロロブタン109g、クロロスルホン酸4.9gを秤量し、4.5wt%のクロロスルホン酸溶液を調製し、高分子フィルムを0.25gとした以外は、実施例17と同様にして高分子電解質膜を得た(クロロスルホン酸添加量は、高分子フィルムの重量に対して19.4倍量)。結果を表3に示す。
<Preparation of polymer electrolyte membrane>
The polymer film was used. A polymer electrolyte was prepared in the same manner as in Example 17 except that 109 g of 1-chlorobutane and 4.9 g of chlorosulfonic acid were weighed to prepare a 4.5 wt% chlorosulfonic acid solution and the polymer film was changed to 0.25 g. A membrane was obtained (the amount of chlorosulfonic acid added was 19.4 times the weight of the polymer film). The results are shown in Table 3.

(実施例33)
実施例32と同様の方法で得られた高分子フィルムを使用した。1−クロロブタン103g、クロロスルホン酸5.2gを秤量し、5.0wt%のクロロスルホン酸溶液を調製し、高分子フィルムを0.24gとした以外は、実施例17と同様にしてプロトン伝導性高分子電解質膜を得た(クロロスルホン酸添加量は、高分子フィルムの重量に対して21.6倍量)。結果を表3に示す。
(Example 33)
A polymer film obtained in the same manner as in Example 32 was used. Proton conductivity in the same manner as in Example 17 except that 103 g of 1-chlorobutane and 5.2 g of chlorosulfonic acid were weighed to prepare a 5.0 wt% chlorosulfonic acid solution and the polymer film was 0.24 g. A polymer electrolyte membrane was obtained (the amount of chlorosulfonic acid added was 21.6 times the weight of the polymer film). The results are shown in Table 3.

(実施例34)
<脂肪族系高分子化合物と芳香族系高分子化合物とからなる高分子フィルムの調製>
脂肪族系高分子化合物として、ポリプロピレン(三井化学株式会社製、F107DV)を使用した。芳香族系高分子化合物として、ポリフェニレンサルファイド(大日本インキ工業株式会社製、DIC−PPS ML320p)を使用した。
(Example 34)
<Preparation of polymer film composed of aliphatic polymer compound and aromatic polymer compound>
As the aliphatic polymer compound, polypropylene (F107DV, manufactured by Mitsui Chemicals, Inc.) was used. Polyphenylene sulfide (Dainippon Ink Industries, Ltd., DIC-PPS ML320p) was used as the aromatic polymer compound.

前記脂肪族系高分子化合物のペレット70重量部と、前記芳香族系高分子化合物のペレット30重量部を、ドライブレンドした。ドライブレンドしたペレットの混合物を、スクリュー温度290℃、Tダイ温度290℃の条件で、2軸混練押出し機にTダイをセットした押出し機により、溶融押出しし、高分子フィルムを得た(脂肪族系高分子化合物であるポリプロピレンを、高分子フィルム中に70重量%含有する)。   70 parts by weight of the aliphatic polymer compound pellets and 30 parts by weight of the aromatic polymer compound pellets were dry blended. The dry blended pellet mixture was melt-extruded under the conditions of a screw temperature of 290 ° C. and a T-die temperature of 290 ° C. using an extruder having a T-die set in a twin-screw kneading extruder to obtain a polymer film (aliphatic (Polypropylene, a high molecular compound, is contained in the polymer film by 70% by weight).

<高分子電解質膜の調製>
前記高分子フィルムを使用した。1−クロロブタン111g、クロロスルホン酸4.4gを秤量し、4.0wt%のクロロスルホン酸溶液を調製し、高分子フィルムを0.26gとした以外は、実施例17と同様にして高分子電解質膜を得た(クロロスルホン酸添加量は、高分子フィルムの重量に対して17.3倍量)。結果を表3に示す。

(実施例35)
実施例34と同様の方法で得られた高分子フィルムを使用した。1−クロロブタン122g、クロロスルホン酸5.5gを秤量し、4.5wt%のクロロスルホン酸溶液を調製し、高分子フィルムを0.28gとした以外は、実施例17と同様にしてプロトン伝導性高分子電解質膜を得た(クロロスルホン酸添加量は、高分子フィルムの重量に対して19.4倍量)。結果を表3に示す。
<Preparation of polymer electrolyte membrane>
The polymer film was used. A polymer electrolyte was prepared in the same manner as in Example 17 except that 111 g of 1-chlorobutane and 4.4 g of chlorosulfonic acid were weighed to prepare a 4.0 wt% chlorosulfonic acid solution and the polymer film was 0.26 g. A membrane was obtained (the amount of chlorosulfonic acid added was 17.3 times the weight of the polymer film). The results are shown in Table 3.

(Example 35)
A polymer film obtained in the same manner as in Example 34 was used. Proton conductivity in the same manner as in Example 17 except that 122 g of 1-chlorobutane and 5.5 g of chlorosulfonic acid were weighed to prepare a 4.5 wt% chlorosulfonic acid solution and the polymer film was 0.28 g. A polymer electrolyte membrane was obtained (the amount of chlorosulfonic acid added was 19.4 times the weight of the polymer film). The results are shown in Table 3.

(実施例36)
実施例34と同様の方法で得られた高分子フィルムを使用した。1−クロロブタン119g、クロロスルホン酸6.0gを秤量し、5.0wt%のクロロスルホン酸溶液を調製し、高分子フィルムを0.28gとした以外は、実施例17と同様にしてプロトン伝導性高分子電解質膜を得た(クロロスルホン酸添加量は、高分子フィルムの重量に対して21.6倍量)。結果を表3に示す。
(Example 36)
A polymer film obtained in the same manner as in Example 34 was used. Proton conductivity in the same manner as in Example 17 except that 119 g of 1-chlorobutane and 6.0 g of chlorosulfonic acid were weighed to prepare a 5.0 wt% chlorosulfonic acid solution and the polymer film was 0.28 g. A polymer electrolyte membrane was obtained (the amount of chlorosulfonic acid added was 21.6 times the weight of the polymer film). The results are shown in Table 3.

(比較例5)
<芳香族系高分子化合物からなる高分子フィルムの調製>
芳香族系高分子化合物として、ポリフェニレンサルファイド(大日本インキ工業株式会社製、DIC−PPS LD10p11)を使用した。
(Comparative Example 5)
<Preparation of polymer film composed of aromatic polymer compound>
As an aromatic polymer compound, polyphenylene sulfide (Dainippon Ink Industries, Ltd., DIC-PPS LD10p11) was used.

前記芳香族系高分子化合物のペレットを、スクリュー温度290℃、Tダイ温度290℃の条件で、2軸混練押出し機にTダイをセットした押出し機により、溶融押出しし、高
分子フィルムを得た。
The pellets of the aromatic polymer compound were melt-extruded with an extruder in which a T-die was set in a twin-screw kneading extruder under the conditions of a screw temperature of 290 ° C. and a T-die temperature of 290 ° C. to obtain a polymer film. .

<高分子電解質膜の調製>
前記高分子フィルムを使用した。1−クロロブタン119g、クロロスルホン酸1.2gを秤量し、1.0wt%のクロロスルホン酸溶液を調製し、高分子フィルムを0.28gとした以外は、実施例17と同様にして高分子電解質膜を得た(クロロスルホン酸添加量は、高分子フィルムの重量に対して4.3倍量)。結果を表3に示す。
<Preparation of polymer electrolyte membrane>
The polymer film was used. 119 g of 1-chlorobutane and 1.2 g of chlorosulfonic acid were weighed to prepare a 1.0 wt% chlorosulfonic acid solution, and a polymer electrolyte was prepared in the same manner as in Example 17 except that the polymer film was 0.28 g. A membrane was obtained (the amount of chlorosulfonic acid added was 4.3 times the weight of the polymer film). The results are shown in Table 3.

(比較例6)
<芳香族系高分子化合物からなる高分子フィルムの調製>
芳香族系高分子化合物として、ポリフェニレンサルファイド(大日本インキ工業株式会社製、DIC−PPS ML320p)を使用した。
(Comparative Example 6)
<Preparation of polymer film composed of aromatic polymer compound>
Polyphenylene sulfide (Dainippon Ink Industries, Ltd., DIC-PPS ML320p) was used as the aromatic polymer compound.

前記芳香族系高分子化合物のペレットを、スクリュー温度290℃、Tダイ温度290℃の条件で、2軸混練押出し機にTダイをセットした押出し機により、溶融押出しし、高分子フィルムを得た。   The pellets of the aromatic polymer compound were melt-extruded with an extruder in which a T-die was set in a twin-screw kneading extruder under the conditions of a screw temperature of 290 ° C. and a T-die temperature of 290 ° C. to obtain a polymer film. .

<高分子電解質膜の調製>
前記高分子フィルムを使用した。1−クロロブタン128g、クロロスルホン酸1.9gを秤量し、1.5wt%のクロロスルホン酸溶液を調製し、高分子フィルムを0.30gとした以外は、実施例17と同様にして高分子電解質膜を得た(クロロスルホン酸添加量は、高分子フィルムの重量に対して6.5倍量)。結果を表3に示す。
<Preparation of polymer electrolyte membrane>
The polymer film was used. A polymer electrolyte was prepared in the same manner as in Example 17 except that 128 g of 1-chlorobutane and 1.9 g of chlorosulfonic acid were weighed to prepare a 1.5 wt% chlorosulfonic acid solution and the polymer film was changed to 0.30 g. A membrane was obtained (the amount of chlorosulfonic acid added was 6.5 times the weight of the polymer film). The results are shown in Table 3.

表3の実施例17〜36と比較例5,6との比較から、本発明のプロトン伝導性高分子電解質膜は、従来の高分子電解質膜と同オーダーのプロトン伝導度を有し、高分子電解質膜として有用であることが明らかとなった。   From comparison between Examples 17 to 36 in Table 3 and Comparative Examples 5 and 6, the proton conductive polymer electrolyte membrane of the present invention has proton conductivity in the same order as that of the conventional polymer electrolyte membrane. It became clear that it was useful as an electrolyte membrane.

表3の実施例17〜33と比較例5との比較および実施例34〜36と比較例6との比較から、本発明の高分子電解質膜は、従来の高分子電解質膜よりもメタノール透過係数が低く、高いメタノール遮断係数を示すことが明らかとなり、直接メタノール形燃料電池用の高分子電解質膜として有用であることが示された。   From the comparison between Examples 17 to 33 and Comparative Example 5 in Table 3 and the comparison between Examples 34 to 36 and Comparative Example 6, the polymer electrolyte membrane of the present invention has a methanol permeability coefficient higher than that of the conventional polymer electrolyte membrane. Is low and shows a high methanol barrier coefficient, indicating that it is useful as a polymer electrolyte membrane for direct methanol fuel cells.

本発明の固体高分子形燃料電池(直接メタノール形燃料電池)の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the polymer electrolyte fuel cell (direct methanol fuel cell) of this invention. 本発明の直接メタノール形燃料電池の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the direct methanol type fuel cell of this invention. 本発明の高分子フィルム(実施例1)の断面の透過型電子顕微鏡像である。It is a transmission electron microscope image of the cross section of the polymer film (Example 1) of this invention. 本発明の高分子フィルム(実施例2)の断面の透過型電子顕微鏡像である。It is a transmission electron microscope image of the cross section of the polymer film (Example 2) of this invention. 本発明の高分子フィルム(実施例3)の断面の透過型電子顕微鏡像である。It is a transmission electron microscope image of the cross section of the polymer film (Example 3) of this invention. 本発明の高分子フィルム(実施例4)の断面の透過型電子顕微鏡像である。It is a transmission electron microscope image of the cross section of the polymer film (Example 4) of this invention. 本発明の高分子フィルム(実施例5)の断面の透過型電子顕微鏡像である。It is a transmission electron microscope image of the cross section of the polymer film (Example 5) of this invention. 本発明の高分子フィルム(実施例6)の断面の透過型電子顕微鏡像である。It is a transmission electron microscope image of the cross section of the polymer film (Example 6) of this invention. 本発明の高分子フィルム(実施例7)の断面の透過型電子顕微鏡像である。It is a transmission electron microscope image of the cross section of the polymer film (Example 7) of this invention. 本発明の高分子フィルム(実施例8)の断面の透過型電子顕微鏡像である。It is a transmission electron microscope image of the cross section of the polymer film (Example 8) of this invention. 本発明の高分子フィルム(実施例9)の断面の透過型電子顕微鏡像である。It is a transmission electron microscope image of the cross section of the polymer film (Example 9) of this invention. 本発明の高分子フィルム(実施例10)の断面の透過型電子顕微鏡像である。It is a transmission electron microscope image of the cross section of the polymer film (Example 10) of this invention. 本発明の固体高分子形燃料電池(直接メタノール形燃料電池)の要部断面図の一態様である。1 is an embodiment of a cross-sectional view of a main part of a polymer electrolyte fuel cell (direct methanol fuel cell) of the present invention. 本発明の直接メタノール形燃料電池の要部断面図の一態様である。It is one aspect | mode sectional view of the principal part of the direct methanol fuel cell of this invention. 本発明の実施例23の、直接メタノール形燃料電池の発電特性評価結果。The power generation characteristic evaluation result of the direct methanol type fuel cell of Example 23 of the present invention. 本発明の実施例25の、直接メタノール形燃料電池の発電特性評価結果。The electric power generation characteristic evaluation result of the direct methanol fuel cell of Example 25 of this invention. 本発明の実施例28の、直接メタノール形燃料電池の発電特性評価結果。The power generation characteristic evaluation result of the direct methanol fuel cell of Example 28 of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 高分子電解質膜
2 触媒層
3 拡散層
4 セパレーター
5 流路
6 膜−電極接合体(MEA)
7 燃料タンク
8 燃料充填部
9 支持体
10 酸化剤流路
21 プロトン伝導性高分子膜
22 触媒担持ガス拡散電極
23 流路
24 セパレーター
25 プロトン伝導性高分子膜
26 触媒担持ガス拡散電極
27 燃料タンク
28 燃料充填部
29 支持体
30 酸化剤流路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Polymer electrolyte membrane 2 Catalyst layer 3 Diffusion layer 4 Separator 5 Flow path 6 Membrane-electrode assembly (MEA)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 7 Fuel tank 8 Fuel filling part 9 Support body 10 Oxidant flow path 21 Proton conductive polymer membrane 22 Catalyst carrying | support gas diffusion electrode 23 Flow path 24 Separator 25 Proton conductive polymer film 26 Catalyst carry | support gas diffusion electrode 27 Fuel tank 28 Fuel filling part 29 Support body 30 Oxidant flow path

本発明によれば、脂肪族系高分子化合物と、プロトン伝導性基を含有する芳香族系高分子化合物との、少なくとも2種の化合物からなる高分子電解質膜によって高いプロトン伝導性と高いメタノール遮断性を発現することが可能となった。これらは、優れたプロトン伝導性、高いメタノール遮断性を有し、固体高分子形燃料電池、直接液体形燃料電池、直接メタノール形燃料電池の高分子電解質膜として有用である。また、本発明の高分子フィルムを材料とすることで、上記の高分子電解質膜を実現することが可能となった。   According to the present invention, high proton conductivity and high methanol blocking are achieved by a polymer electrolyte membrane composed of at least two compounds of an aliphatic polymer compound and an aromatic polymer compound containing a proton conductive group. It became possible to express sex. These have excellent proton conductivity and high methanol barrier properties, and are useful as polymer electrolyte membranes for solid polymer fuel cells, direct liquid fuel cells, and direct methanol fuel cells. Moreover, it became possible to implement | achieve said polymer electrolyte membrane by using the polymer film of this invention as a material.

本発明によれば、芳香族単位を有する高分子化合物と、熱可塑性エラストマーと、芳香族単位がない高分子化合物、との少なくとも3種の高分子化合物を必須成分として含む、高分子フィルム中の芳香族単位にプロトン伝導性基が導入されている高分子電解質膜は、優れたプロトン伝導性かつ高いメタノール遮断性を有し、固体高分子形燃料電池、直接液体形燃料電池、直接メタノール形燃料電池の高分子電解質膜として有用である。また、本発明の高分子フィルムを材料とすることで、上記の高分子電解質膜を実現することが可能となった。   According to the present invention, in a polymer film comprising at least three polymer compounds as essential components, a polymer compound having an aromatic unit, a thermoplastic elastomer, and a polymer compound having no aromatic unit. Polymer electrolyte membranes with proton conductive groups introduced into aromatic units have excellent proton conductivity and high methanol barrier properties, such as solid polymer fuel cells, direct liquid fuel cells, and direct methanol fuels It is useful as a polymer electrolyte membrane for batteries. Moreover, it became possible to implement | achieve said polymer electrolyte membrane by using the polymer film of this invention as a material.

本発明によれば、芳香族単位を有する高分子化合物と、芳香族単位がない高分子化合物、との少なくとも2種の高分子化合物を含み、
前記芳香族単位のない高分子化合物中に芳香族単位を有する高分子化合物が分散されていることを特徴とする構造を有する高分子フィルム中の芳香族単位にプロトン伝導性基が導入されている高分子電解質膜は、優れたプロトン伝導性かつ高いメタノール遮断性を有し、固体高分子形燃料電池、直接液体形燃料電池、直接メタノール形燃料電池の高分子電解質膜として有用である。また、本発明の高分子フィルムを材料とすることで、上記の高分子電解質膜を実現することが可能となった。
According to the present invention, it comprises at least two polymer compounds, a polymer compound having an aromatic unit and a polymer compound having no aromatic unit,
A proton conductive group is introduced into the aromatic unit in the polymer film having a structure in which the polymer compound having the aromatic unit is dispersed in the polymer compound having no aromatic unit. The polymer electrolyte membrane has excellent proton conductivity and high methanol barrier properties, and is useful as a polymer electrolyte membrane for solid polymer fuel cells, direct liquid fuel cells, and direct methanol fuel cells. Moreover, it became possible to implement | achieve said polymer electrolyte membrane by using the polymer film of this invention as a material.

Claims (23)

固体高分子形燃料電池、直接液体形燃料電池、直接メタノール形燃料電池、に用いる、高分子電解質膜の材料であって、
(A)芳香族単位を有する高分子化合物、
(B)芳香族単位がない高分子化合物、
を必須成分として含む、高分子フィルムであって、
前記(A)と前記(B)との混合物をフィルム化してなる高分子フィルム
A polymer electrolyte membrane material used for a solid polymer fuel cell, a direct liquid fuel cell, and a direct methanol fuel cell,
(A) a polymer compound having an aromatic unit,
(B) a polymer compound having no aromatic unit,
A polymer film containing as an essential component ,
The polymer film formed by film-forming the mixture of said (A) and said (B) .
さらに、(C)熱可塑性エラストマーを必須成分として含む請求項1記載の高分子フィルム。The polymer film according to claim 1, further comprising (C) a thermoplastic elastomer as an essential component. 前記(A)がポリスチレン、シンジオタクチックポリスチレン、ポリフェニレンエーテル、変性ポリフェニレンエーテル、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およびポリフェニレンサルファイド、並びに、それらの誘導体からなる群から選択される少なくとも1種であることを特徴とする、請求項1または2のいずれかに記載の高分子フィルム。The (A) is at least one selected from the group consisting of polystyrene, syndiotactic polystyrene, polyphenylene ether, modified polyphenylene ether, polysulfone, polyether sulfone, polyether ether ketone and polyphenylene sulfide, and derivatives thereof. The polymer film according to claim 1, wherein the polymer film is characterized. 前記(A)がポリスチレン、シンジオタクチックポリスチレンおよびポリフェニレンサルファイドからなる群から選択される少なくとも1種であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載の高分子フィルム。The polymer film according to any one of claims 1 to 3, wherein (A) is at least one selected from the group consisting of polystyrene, syndiotactic polystyrene, and polyphenylene sulfide. 前記(B)が下記一般式(1)
(式中、X1〜4は、H、CH、Cl、F、OCOCH、CN、COOH、COOCH、OC、からなる群から選択されるいずれかであって、X1〜4は互いに独立で同一であっても異なっていてもよい)からなる高分子化合物から選択される少なくとも1種であることを特徴とする、請求項1〜4のいずれかに記載の高分子フィルム。
(B) is represented by the following general formula (1)
(Wherein, X 1 to 4 is, H, based on any one of CH 3, Cl, F, OCOCH 3, CN, COOH, COOCH 3, OC 4 H 9, is selected from the group consisting of, X. 1 to The polymer film according to any one of claims 1 to 4, wherein the polymer film is at least one selected from polymer compounds comprising 4 independently of each other and may be the same or different. .
前記(B)がポリエチレン、ポリプロピレンおよびポリメチルペンテン、並びに、それらの誘導体からなる群から選択される少なくとも1種であることを特徴とする、請求項1〜5のいずれかに記載の高分子フィルム。The polymer film according to any one of claims 1 to 5, wherein (B) is at least one selected from the group consisting of polyethylene, polypropylene, polymethylpentene, and derivatives thereof. . 前記(C)がポリスチレンまたはポリスチレン誘導体と
下記一般式(2)および/または一般式(3)との
共重合体であることを特徴とする、請求項2〜6のいずれかに記載の高分子フィルム。
(式中、R1〜12はC2x+1であって、R1〜12は互いに独立で同一であっても異なっていてもよい。また、l、m、n、xは0以上の整数である。)
The polymer according to any one of claims 2 to 6, wherein (C) is a copolymer of polystyrene or a polystyrene derivative and the following general formula (2) and / or general formula (3): the film.
(In the formula, R 1-12 is C x H 2x + 1 , and R 1-12 may be the same or different from each other, and l, m, n, and x are integers of 0 or more. .)
前記(C)がポリスチレン−ポリイソブチレン−ポリスチレントリブロック共重合体、ポリスチレン−ポリ(エチレン/プロピレン)ブロック共重合体、ポリスチレン−ポリ(エチレン/プロピレン)−ポリスチレントリブロック共重合体、ポリスチレン−ポリ(エチレン/ブチレン)−ポリスチレントリブロック共重合体およびポリスチレン−ポリ(エチレン−エチレン/プロピレン)−ポリスチレントリブロック共重合体、並びに、それらの誘導体からなる群から選択される少なくとも1種であることを特徴とする、請求項2〜7のいずれかに記載の高分子フィルム。Said (C) is polystyrene-polyisobutylene-polystyrene triblock copolymer, polystyrene-poly (ethylene / propylene) block copolymer, polystyrene-poly (ethylene / propylene) -polystyrene triblock copolymer, polystyrene-poly ( It is at least one selected from the group consisting of ethylene / butylene) -polystyrene triblock copolymers and polystyrene-poly (ethylene-ethylene / propylene) -polystyrene triblock copolymers, and derivatives thereof. The polymer film according to any one of claims 2 to 7. 前記(B)が10重量%以上95重量%以下含まれることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の高分子フィルム。The polymer film according to claim 1, wherein (B) is contained in an amount of 10% by weight to 95% by weight. 前記(B)中に前記(A)が分散されていることを特徴とする、請求項1〜9のいずれかに記載の高分子フィルム。The polymer film according to claim 1, wherein the (A) is dispersed in the (B). 固体高分子形燃料電池、直接液体形燃料電池、直接メタノール形燃料電池、に用いる、高分子電解質膜であって、請求項1〜10のいずれかに記載の高分子フィルム中に存在する芳香族単位にプロトン伝導性基が導入されていることを特徴とする、高分子電解質膜。It is a polymer electrolyte membrane used for a solid polymer fuel cell, a direct liquid fuel cell, and a direct methanol fuel cell, and the aromatic present in the polymer film according to any one of claims 1 to 10. A polymer electrolyte membrane, wherein a proton conductive group is introduced into a unit. 前記プロトン伝導性基がスルホン酸基であることを特徴とする、請求項11記載の高分子電解質膜。12. The polymer electrolyte membrane according to claim 11, wherein the proton conductive group is a sulfonic acid group. 前記高分子電解質膜のイオン交換容量が、0.5〜3.0ミリ当量/gであることを特徴とする、請求項11または12のいずれかに記載の高分子電解質膜。13. The polymer electrolyte membrane according to claim 11, wherein an ion exchange capacity of the polymer electrolyte membrane is 0.5 to 3.0 meq / g. 前記高分子電解質膜の23℃におけるプロトン伝導度が、1.0×10−3S/cm以上であることを特徴とする、請求項11〜13のいずれかに記載の高分子電解質膜。The polymer electrolyte membrane according to claim 11, wherein the polymer electrolyte membrane has a proton conductivity at 23 ° C. of 1.0 × 10 −3 S / cm or more. 前記高分子電解質膜の25℃における64重量%メタノール水溶液に対するメタノール透過係数が、2,000μmol/(cm・日)以下であることを特徴とする、請求項11〜14のいずれかに記載の高分子電解質膜。The high permeability according to any one of claims 11 to 14, wherein the polymer electrolyte membrane has a methanol permeability coefficient of 2,000 µmol / (cm · day) or less with respect to a 64 wt% methanol aqueous solution at 25 ° C. Molecular electrolyte membrane. 固体高分子形燃料電池、直接液体形燃料電池、直接メタノール形燃料電池、に用いる、
高分子電解質膜の材料の製造方法であって、前記請求項1〜10のいずれかに記載の高分子フィルムを溶融押出成形で製造することを特徴とする、高分子フィルムの製造方法。
Used for polymer electrolyte fuel cells, direct liquid fuel cells, direct methanol fuel cells,
It is a manufacturing method of the material of a polymer electrolyte membrane, Comprising: The polymer film in any one of the said Claims 1-10 is manufactured by melt extrusion molding, The manufacturing method of the polymer film characterized by the above-mentioned.
固体高分子形燃料電池、直接液体形燃料電池、直接メタノール形燃料電池、に用いる、
高分子電解質膜の製造方法であって、前記請求項1〜10のいずれかに記載の高分子フィルムを有機溶媒存在下でスルホン化剤と接触させることを特徴とする、高分子電解質膜の製造方法。
Used for polymer electrolyte fuel cells, direct liquid fuel cells, direct methanol fuel cells,
A method for producing a polymer electrolyte membrane, wherein the polymer film according to any one of claims 1 to 10 is contacted with a sulfonating agent in the presence of an organic solvent. Method.
前記スルホン化剤がクロロスルホン酸であることを特徴とする、請求項17記載の高分子電解質膜の製造方法。The method for producing a polymer electrolyte membrane according to claim 17, wherein the sulfonating agent is chlorosulfonic acid. 前記有機溶媒がハロゲン化炭化水素であることを特徴とする、請求項17または18のいずれかに記載の高分子電解質膜の製造方法。The method for producing a polymer electrolyte membrane according to any one of claims 17 and 18, wherein the organic solvent is a halogenated hydrocarbon. 前記ハロゲン化炭化水素が、ジクロロメタン、1,2−ジクロロエタンおよび1−クロロブタンからなる群から選択される少なくとも1種であることを特徴とする、請求項17〜19のいずれかに記載の高分子電解質膜の製造方法。The polymer electrolyte according to any one of claims 17 to 19, wherein the halogenated hydrocarbon is at least one selected from the group consisting of dichloromethane, 1,2-dichloroethane and 1-chlorobutane. A method for producing a membrane. 請求項11〜15のいずれかに記載の高分子電解質膜、あるいは、請求項17〜20のいずれかに記載の高分子電解質膜の製造方法で得られる高分子電解質膜、を使用していることを特徴とする、固体高分子形燃料電池。The polymer electrolyte membrane according to any one of claims 11 to 15 or the polymer electrolyte membrane obtained by the method for producing a polymer electrolyte membrane according to any one of claims 17 to 20 is used. A polymer electrolyte fuel cell characterized by the above. 請求項11〜15のいずれかに記載の高分子電解質膜、あるいは、請求項17〜20のいずれかに記載の高分子電解質膜の製造方法で得られる高分子電解質膜、を使用していることを特徴とする、直接液体形燃料電池。The polymer electrolyte membrane according to any one of claims 11 to 15 or the polymer electrolyte membrane obtained by the method for producing a polymer electrolyte membrane according to any one of claims 17 to 20 is used. A direct liquid fuel cell. 請求項11〜15のいずれかに記載の高分子電解質膜、あるいは、請求項17〜20のいずれかに記載の高分子電解質膜の製造方法で得られる高分子電解質膜、を使用していることを特徴とする、直接メタノール形燃料電池。The polymer electrolyte membrane according to any one of claims 11 to 15 or the polymer electrolyte membrane obtained by the method for producing a polymer electrolyte membrane according to any one of claims 17 to 20 is used. A direct methanol fuel cell.
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