JP6127506B2 - Catalyst paste composition for fuel cell and catalyst layer and joined body using the same - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池用の触媒ペースト組成物、触媒インキ組成物に係り、それらを用いた触媒層、電極膜接合体および燃料電池に関する。   The present invention relates to a catalyst paste composition and a catalyst ink composition for a fuel cell, and relates to a catalyst layer, an electrode membrane assembly and a fuel cell using them.

燃料電池は、電気化学システムを用いて化学エネルギーを電気エネルギーに直接変換できるシステムであり、高効率であるため次世代エネルギーとして期待されている。特に、固体高分子型燃料電池は自動車用、定置用、小型モバイル用に活発に開発が進められている。従来、これらの固体高分子型燃料電池の電極触媒には、高い酸素還元活性を有する白金や白金合金等を用いる白金系触媒が用いられているが、コスト、資源量、供給安定性の面から、白金系触媒以外の触媒(非白金系触媒と呼ぶ)の開発が求められている。しかし、現状の非白金系触媒の性能は、白金系触媒に比べて十分ではないため、白金の使用量を大幅に低減した触媒や、白金を使用しない非白金系触媒の技術開発が進められている。   A fuel cell is a system that can directly convert chemical energy into electrical energy using an electrochemical system, and is expected to be a next-generation energy because of its high efficiency. In particular, solid polymer fuel cells are being actively developed for automobiles, stationary devices, and small mobile devices. Conventionally, platinum-based catalysts using platinum or platinum alloys having high oxygen reduction activity have been used as electrode catalysts for these polymer electrolyte fuel cells, but from the viewpoint of cost, resource amount, and supply stability Development of catalysts other than platinum-based catalysts (referred to as non-platinum-based catalysts) has been demanded. However, the performance of current non-platinum-based catalysts is not sufficient compared to platinum-based catalysts, so technological development of catalysts that significantly reduce the amount of platinum used or non-platinum-based catalysts that do not use platinum has been promoted. Yes.

そのような非白金系触媒として、例えば、特許文献1では、高分子金属錯体に炭素添加物を混合し熱処理した炭素化物に、窒素をドープした炭素材料が提案されている。このような窒素をドープした炭素材料は、酸素還元活性を有する非白金系触媒として利用することができる。また、特許文献2では、表面処理した炭素材料にイオン交換性官能基をグラフト化反応により導入した炭素材料が、非白金系触媒として使用できることが提案されている。   As such a non-platinum-based catalyst, for example, Patent Document 1 proposes a carbon material obtained by doping nitrogen into a carbonized product obtained by mixing a carbon additive with a polymer metal complex and heat-treating it. Such a carbon material doped with nitrogen can be used as a non-platinum-based catalyst having oxygen reduction activity. Patent Document 2 proposes that a carbon material obtained by introducing an ion-exchange functional group into a surface-treated carbon material by a grafting reaction can be used as a non-platinum-based catalyst.

しかし、特許文献1の炭素材料では、熱処理前の高分子金属錯体と炭素材料とを均一に混合分散することが困難であるため、炭素化物中の金属元素や窒素元素の導入率が低いため触媒活性は低いことや、使用できる高分子金属錯体の構造が限定されるという欠点を有する。また、炭素材料に、窒素原子をアロイ化する方法としては、炭素材料に含窒素有機化合物を含浸させて焼成する方法、炭素材料の表面を窒素原子含有ポリマーで被覆した後焼成する方法等が知られているが、前者の方法では、焼成時に含窒素有機化合物が揮発して、カーボンアロイ材料への窒素導入率を高くする事が困難であること、後者の方法では、カーボン材料の表面全体を被覆することや、被覆の厚みを制御することが難しく、被覆が厚くなりやすいことから導電性の高い材料を安定に製造する事が出来ないという欠点がある。   However, in the carbon material of Patent Document 1, since it is difficult to uniformly mix and disperse the polymer metal complex before the heat treatment and the carbon material, the introduction rate of the metal element and the nitrogen element in the carbonized material is low, so the catalyst It has the disadvantage that the activity is low and the structure of the polymer metal complex that can be used is limited. In addition, as a method for alloying nitrogen atoms in a carbon material, a method in which a carbon material is impregnated with a nitrogen-containing organic compound and firing, a method in which the surface of the carbon material is coated with a nitrogen atom-containing polymer and then fired are known. However, in the former method, the nitrogen-containing organic compound volatilizes during firing, and it is difficult to increase the nitrogen introduction rate into the carbon alloy material. In the latter method, the entire surface of the carbon material is removed. Since it is difficult to coat and control the thickness of the coating and the coating tends to be thick, there is a drawback that a highly conductive material cannot be stably produced.

一方、特許文献2の炭素触媒では、導入されるイオン交換性官能基は、プロトン伝導部位として導入されるため、触媒活性点として寄与するものではなく、またイオン交換性官能基の導入後に焼成しないことから、炭素構造が不規則になり、酸素還元性能や導電性に劣るという欠点がある。   On the other hand, in the carbon catalyst of Patent Document 2, since the ion-exchangeable functional group to be introduced is introduced as a proton conduction site, it does not contribute as a catalytic active site, and is not baked after the introduction of the ion-exchangeable functional group. For this reason, the carbon structure becomes irregular, and there is a disadvantage that the oxygen reduction performance and conductivity are inferior.

また、前述の非白金系触媒は、白金系触媒よりも、経済的でコスト優位性が高く、また触媒が被毒されることなく耐久性に優れるという長所を有するが、非白金系触媒の触媒性能を高めるためには、触媒の比表面積を大きくする必要がある。また、非白金系触媒を分散して組成物とする際、非白金系触媒が凝集を引き起こし易いため、組成物中の分散安定性を高める必要がある。また、これら組成物を塗工する場合、触媒の凝集が起こると塗膜にピンホールが生じたり、好適な電極膜を得ることができず、電流量の低下や起電力の低下を引き起こしてしまうという問題がある。このような技術課題があるが、これを解決する手段が見出せていなかった。   Further, the non-platinum-based catalyst described above has advantages in that it is more economical and cost superior than the platinum-based catalyst, and is excellent in durability without being poisoned. In order to improve performance, it is necessary to increase the specific surface area of the catalyst. In addition, when a non-platinum-based catalyst is dispersed to form a composition, the non-platinum-based catalyst is likely to cause aggregation, so that it is necessary to improve the dispersion stability in the composition. Also, when these compositions are applied, if the catalyst agglomerates, pinholes are formed in the coating film, or a suitable electrode film cannot be obtained, resulting in a decrease in the amount of current and a decrease in electromotive force. There is a problem. Although there is such a technical problem, no means for solving this has been found.

特開2008−282725号公報JP 2008-282725 A 特開2009−295441号公報JP 2009-295441 A

本発明が解決しようとする課題は、炭素系触媒材料の分散性が良好で低粘度であり、優れた電気化学的特性、保存安定性、塗工性を備えた燃料電池用触媒ペースト組成物及び触媒インキ組成物を提供することである。また、これらの組成物を用いることにより、塗工した際の塗工ムラやピンホールの発生が極めて少ない燃料電池用触媒層とそれを具有する燃料電池用電極膜接合体と、電池性能に優れた燃料電池を提供することである。   The problem to be solved by the present invention is a catalyst paste composition for a fuel cell, which has good dispersibility and low viscosity of the carbon-based catalyst material, and has excellent electrochemical characteristics, storage stability, and coatability, and It is to provide a catalyst ink composition. In addition, by using these compositions, a fuel cell catalyst layer with very little coating unevenness and pinholes when applied, and a fuel cell electrode membrane assembly having the same, and excellent battery performance A fuel cell is provided.

本発明者らは、前記諸問題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、本発明に至った。
第一の発明は、触媒活性点が炭素材料表面のエッジ部に導入されたヘテロ原子近傍の炭素原子である非白金系炭素系触媒材料と、分散剤とを含んでなる燃料電池用触媒ペースト組成物であって、分散剤が、塩基性官能基を有する樹脂、酸性官能基を有する樹脂、塩基性官能基を有する顔料誘導体、酸性官能基を有する顔料誘導体およびこれらの混合物からなる群から選ばれた分散剤である燃料電池用触媒ペースト組成物に関する
の発明は、塩基性官能基を有する樹脂および/または酸性官能基を有する樹脂が、ポリビニル系樹脂またはポリエステル系樹脂である前記燃料電池用触媒ペースト組成物に関する。
の発明は、塩基性官能基を有する顔料誘導体および/または酸性官能基を有する顔料誘導体が、有機色素誘導体、アントラキノン誘導体、アクリドン誘導体、トリアジン誘導体およびこれらの混合物からなる群から選ばれた顔料誘導体である前記燃料電池用触媒ペースト組成物に関する。
の発明は、前記燃料電池用触媒ペースト組成物と、水素イオン伝導性ポリマーもしくは撥水性材料の少なくとも一方を含んでなる燃料電池用触媒インキ組成物に関する。
の発明は、前記燃料電池用触媒インキ組成物から形成されてなる燃料電池用触媒層に関する。
の発明は、前記燃料電池用触媒インキ組成物から形成されてなる燃料電池用撥水層に関する。
の発明は、固体高分子電解質膜と、前記燃料電池用触媒層もしくは前記燃料電池用撥水層のうち少なくとも一方と、ガス拡散層を具備してなる燃料電池用電極膜接合体に関する。
の発明は、前記燃料電池用電極膜接合体を具備してなる燃料電池に関する。

As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have reached the present invention.
The first invention is a catalyst paste composition for a fuel cell comprising a non-platinum-based carbon-based catalyst material whose catalytic active site is a carbon atom in the vicinity of a heteroatom introduced at the edge of the carbon material surface, and a dispersant. And the dispersant is selected from the group consisting of a resin having a basic functional group, a resin having an acidic functional group, a pigment derivative having a basic functional group, a pigment derivative having an acidic functional group, and a mixture thereof. The present invention relates to a fuel cell catalyst paste composition that is a dispersant .
The second invention relates to the catalyst paste composition for a fuel cell, wherein the resin having a basic functional group and / or the resin having an acidic functional group is a polyvinyl resin or a polyester resin.
The third invention is a pigment wherein the pigment derivative having a basic functional group and / or the pigment derivative having an acidic functional group is selected from the group consisting of organic dye derivatives, anthraquinone derivatives, acridone derivatives, triazine derivatives, and mixtures thereof. It is related with the said catalyst paste composition for fuel cells which is a derivative.
A fourth invention relates to a fuel cell catalyst ink composition comprising the fuel cell catalyst paste composition and at least one of a hydrogen ion conductive polymer or a water repellent material.
The fifth invention relates to a fuel cell catalyst layer formed from the fuel cell catalyst ink composition.
The sixth invention relates to a water repellent layer for a fuel cell formed from the catalyst ink composition for a fuel cell.
The seventh invention relates to a fuel cell electrode membrane assembly comprising a solid polymer electrolyte membrane, at least one of the fuel cell catalyst layer or the fuel cell water repellent layer, and a gas diffusion layer.
An eighth invention relates to a fuel cell comprising the fuel cell electrode membrane assembly.

本発明によれば、炭素系触媒材料の分散性が良好で低粘度であり、優れた電気化学的特性、保存安定性、塗工性を備えた燃料電池用触媒ペースト組成物及び触媒インキ組成物を提供することが可能となるため、これらの組成物を用いることにより、塗工した際の塗工ムラやピンホールの発生が極めて少ない燃料電池用触媒層とそれを具有する燃料電池用電極膜接合体を得ることが可能となる。したがって、電池性能に優れた燃料電池を提供することが可能となる。   According to the present invention, a fuel cell catalyst paste composition and a catalyst ink composition having good dispersibility and low viscosity of the carbon-based catalyst material, and excellent electrochemical characteristics, storage stability, and coating properties. Therefore, by using these compositions, the catalyst layer for fuel cells and the electrode membrane for fuel cells having the same with little generation of coating unevenness and pinholes at the time of coating are provided. A joined body can be obtained. Therefore, it is possible to provide a fuel cell with excellent battery performance.

以下、詳細に本発明について説明する。尚、本明細書では、「燃料電池用触媒ペースト組成物」を、「触媒ペースト組成物」あるいは「ペースト組成物」、「燃料電池用触媒インキ組成物」を「触媒インキ組成物」あるいは「インキ組成物」ということがある。また、これら「燃料電池用触媒ペースト組成物」と「燃料電池用触媒インキ組成物」を併せて、単に「組成物」ということがある。また、「樹脂」を「重合体」ということがある。   Hereinafter, the present invention will be described in detail. In this specification, “catalyst paste composition for fuel cell” is referred to as “catalyst paste composition” or “paste composition”, and “catalyst ink composition for fuel cell” is referred to as “catalyst ink composition” or “ink. Sometimes referred to as “composition”. Further, the “fuel cell catalyst paste composition” and the “fuel cell catalyst ink composition” may be simply referred to as “composition”. Further, “resin” is sometimes referred to as “polymer”.

<燃料電池用触媒ペースト組成物>
本発明のペースト組成物中に含まれる炭素系触媒材料、分散剤、及び溶剤の割合は、特に限定されるものではなく、広い範囲内で適宜選択され得る。
<Catalyst paste composition for fuel cell>
The proportions of the carbon-based catalyst material, the dispersant, and the solvent contained in the paste composition of the present invention are not particularly limited and can be appropriately selected within a wide range.

分散剤の含有量は、触媒ペースト組成物中の炭素系触媒材料に対し、0.01〜10重量%、好ましくは0.02〜5重量%である。この範囲の含有量とすることにより、炭素系触媒材料の分散安定性を十分に達成できると同時に、炭素系触媒材料の凝集を効果的に防止でき、かつ触媒層表面への分散剤の析出を防止できる。   Content of a dispersing agent is 0.01 to 10 weight% with respect to the carbon-type catalyst material in a catalyst paste composition, Preferably it is 0.02 to 5 weight%. By setting the content in this range, the dispersion stability of the carbon-based catalyst material can be sufficiently achieved, and at the same time, the aggregation of the carbon-based catalyst material can be effectively prevented, and the precipitation of the dispersant on the surface of the catalyst layer can be prevented. Can be prevented.

また、溶剤は、触媒ペースト組成物を100重量%としたとき、60〜99重量部%、好ましくは65〜97重量%である。   The solvent is 60 to 99 parts by weight, preferably 65 to 97% by weight, when the catalyst paste composition is 100% by weight.

<非白金系炭素系触媒材料>
非白金系炭素系触媒材料(以下、炭素系触媒材料ともいう)とは、炭素(C)原子の集合体を主体とした多成分系からなり、それらの構成単位間に物理的・化学的な相互作用(結合)を有し、異種元素、たとえば窒素(N)、ホウ素(B)、リン(P)などのヘテロ原子や遷移金属が含まれる触媒材料で、従来公知のものを使用することができる。
ヘテロ原子と遷移金属を含有することは、酸素還元活性を有するうえで重要な意味をなす。一般的に炭素系触媒材料の場合、その触媒活性点として、炭素材料表面に遷移金属を中心に、例えば、4個の窒素が平面上に並んだ構造(遷移金属−N4構造と呼ぶ)中の遷移金属や、炭素材料表面のエッジ部に導入されたヘテロ原子近傍の炭素原子などが挙げられ、本発明における炭素系触媒材料においても、ヘテロ原子と遷移金属元素の存在は重要である。
このような炭素系触媒材料は、従来公知の白金を担持させた炭素材料と比べて、耐久性に優れた酸素還元触媒能を有し、燃料電池用電極触媒として好適に使用することが可能となる。炭素系触媒材料は、カソード、アノードの両方に使用することができるが、カソードとして通常用いられることが多い。
<Non-platinum-based carbon-based catalyst material>
A non-platinum-based carbon-based catalyst material (hereinafter also referred to as a carbon-based catalyst material) is a multi-component system mainly composed of aggregates of carbon (C) atoms, and is physically and chemically between these constituent units. A catalyst material having an interaction (bonding) and containing a heteroatom such as nitrogen (N), boron (B), phosphorus (P) or a transition metal such as a transition metal may be used. it can.
The inclusion of a heteroatom and a transition metal is important for having oxygen reduction activity. In general, in the case of a carbon-based catalyst material, as a catalytic active point, for example, in a structure in which four nitrogen atoms are arranged on a plane centered on the surface of the carbon material (referred to as a transition metal-N4 structure). Examples include transition metals and carbon atoms in the vicinity of heteroatoms introduced into the edge of the carbon material surface, and the presence of heteroatoms and transition metal elements is also important in the carbon-based catalyst material of the present invention.
Such a carbon-based catalyst material has an oxygen reduction catalytic ability superior in durability as compared with a conventionally known platinum-supported carbon material, and can be suitably used as a fuel cell electrode catalyst. Become. The carbon-based catalyst material can be used for both the cathode and the anode, but is often used as the cathode.

本発明に係る炭素系触媒材料においては、窒素又はホウ素等のドープ量(炭素系触媒材料中の窒素又はホウ素等の含有量)が、それぞれ0.1〜40モル%であるときに、酸素還元に関して良好な電極活性を示す。また、窒素とホウ素とを同時にドープしたときには、両者の相互作用により、より一層高い電極活性を示す。また、窒素とホウ素の双方をドープする場合には、原子比(B/N)は、0.2〜0.4、好ましくは0.06〜1.5であり、またモル比((B+N)/C)は、好ましくは0.03〜0.4である。これらの範囲内において、活性の高い炭素系触媒材料を得ることができる。   In the carbon-based catalyst material according to the present invention, when the doping amount of nitrogen or boron (content of nitrogen or boron in the carbon-based catalyst material) is 0.1 to 40 mol%, oxygen reduction Shows good electrode activity. Further, when nitrogen and boron are simultaneously doped, a higher electrode activity is exhibited due to the interaction between the two. When both nitrogen and boron are doped, the atomic ratio (B / N) is 0.2 to 0.4, preferably 0.06 to 1.5, and the molar ratio ((B + N) / C) is preferably 0.03 to 0.4. Within these ranges, a highly active carbon-based catalyst material can be obtained.

<炭素材料>
本発明における炭素系触媒材料の構成成分である炭素材料としては、カーボンブラック(ファーネスブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、ミディアムサーマルカーボンブラック)、活性炭、黒鉛、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンナノホーン、グラフェンナノプレートレット、ナノポーラスカーボン、炭素繊維等が挙げられる。炭素材料は、種類やメーカーによって、粒子径、形状、BET比表面積、細孔容積、細孔径、嵩密度、DBP吸油量、表面酸塩基度、表面親水度、導電性など様々な物性やコストが異なるため、使用する用途や要求性能に合わせて最適な材料を選択する。
<Carbon material>
Examples of the carbon material that is a component of the carbon-based catalyst material in the present invention include carbon black (furnace black, acetylene black, ketjen black, medium thermal carbon black), activated carbon, graphite, carbon nanotube, carbon nanofiber, carbon nanohorn, Examples include graphene nanoplatelets, nanoporous carbon, and carbon fibers. Carbon materials have various physical properties and costs such as particle diameter, shape, BET specific surface area, pore volume, pore diameter, bulk density, DBP oil absorption, surface acidity, surface hydrophilicity, and conductivity depending on the type and manufacturer. Because it is different, select the most suitable material according to the intended use and required performance.

市販の炭素材料としては、例えば、
ケッチェンブラックEC−300J、及びEC−600JD等のアクゾ社製ケッチェンブラック;
トーカブラック#4300、#4400、#4500、及び#5500等の東海カーボン社製ファーネスブラック;
プリンテックスL等のデグサ社製ファーネスブラック;
Raven7000、5750、5250、5000ULTRAIII、5000ULT
RA、Conductex SC ULTRA、975 ULTRA、PUER BLACK100、115、及び205等のコロンビヤン社製ファーネスブラック;
#2350、#2400B、#2600B、#30050B、#3030B、#3230B、#3350B、#3400B、及び#5400B等の三菱化学社製ファーネスブラック;
MONARCH1400、1300、900、VulcanXC−72R、及びBlackPearls2000等のキャボット社製ファーネスブラック;
Ensaco250G、Ensaco260G、Ensaco350G、及びSuperP−Li等のTIMCAL社製ファーネスブラック;
デンカブラック、デンカブラックHS−100、FX−35等の電気化学工業社製アセチレンブラック;
VGCF、VGCF−H、VGCF−X等の昭和電工社製カーボンナノチューブ;
名城ナノカーボン社製カーボンナノチューブ;
xGnP−C−750、xGnP−M−5等のXGSciences社製グラフェンナノプレートレット;
Easy−N社製ナノポーラスカーボン;
カイノール炭素繊維、カイノール活性炭繊維などの群栄化学工業社製炭素繊維;
等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
Examples of commercially available carbon materials include:
Ketjen Black made by Akzo, such as Ketjen Black EC-300J and EC-600JD;
Furnace blacks manufactured by Tokai Carbon, such as Toka Black # 4300, # 4400, # 4500, and # 5500;
Furnace Black made by Degussa such as Printex L;
Raven 7000, 5750, 5250, 5000 ULTRA III, 5000 ULT
Furnace black made by Colombian, such as RA, Conductex SC ULTRA, 975 ULTRA, PUER BLACK100, 115, and 205;
# 2350, # 2400B, # 2600B, # 30050B, # 3030B, # 3230B, # 3350B, # 3400B, and # 5400B furnace black manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation;
Furnace black from Cabot, such as MONARCH 1400, 1300, 900, Vulcan XC-72R, and Black Pearls 2000;
Furnace black manufactured by TIMCAL, such as Ensaco 250G, Ensaco 260G, Ensaco 350G, and SuperP-Li;
Acetylene black manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd. such as Denka Black, Denka Black HS-100 and FX-35
Carbon nanotubes manufactured by Showa Denko KK such as VGCF, VGCF-H, VGCF-X;
Carbon nanotube manufactured by Meijo Nanocarbon
graphene nanoplatelets made by XGSciences such as xGnP-C-750, xGnP-M-5;
Nano-carbon produced by Easy-N;
Carbon fiber manufactured by Gunei Chemical Industry Co., Ltd., such as Kynol carbon fiber and Kynol activated carbon fiber;
However, it is not limited to these.

<ヘテロ原子、遷移金属のドープ原料>
本発明における炭素系触媒材料として、窒素やホウ素等のヘテロ原子や、遷移金属をドープする際に使用される原料としては、ヘテロ原子及び/又は遷移金属を含有する材料であれば使用可能であり、有機化合物(色素、ポリマーなど)、無機化合物(金属単体、金属酸化物、金属塩など)を問わないものである。遷移金属としては、コバルト、鉄、ニッケル、マンガン、銅、チタン、バナジウム、クロム、亜鉛、スズ、アルミニウム、マグネシウムから選ばれる一種以上を含有することが好ましい。
その中でも、窒素を含有した芳香族化合物であり、遷移金属を分子中に含有することができるフタロシアニン系化合物、ナフタロシアニン系化合物、ポルフィリン系化合物、テトラアザアヌレン系化合物等は、炭素系触媒材料中に効率的に窒素と遷移金属をドープしやすいため好ましい。また、上記芳香族化合物は、電子吸引性官能基や電子供与性官能基を導入されていても問題ない。特に、フタロシアニン系化合物は、様々な遷移金属を含んだ化合物が存在し、コスト的にも安価であるため、原料としては特に好ましいものであり、中でも、コバルトフタロシアニン系化合物、ニッケルフタロシアニン系化合物、鉄フタロシアニン系化合物は、高い酸素還元活性も有することで知られていることから、それらより合成した炭素系触媒材料は、安価で高い酸素還元活性を有する炭素系触媒材料となるためより好ましいものである。
<Dope raw materials for heteroatoms and transition metals>
As a carbon-based catalyst material in the present invention, as a raw material used when doping a heteroatom such as nitrogen or boron or a transition metal, any material containing a heteroatom and / or a transition metal can be used. Any organic compound (pigment, polymer, etc.) and inorganic compound (metal simple substance, metal oxide, metal salt, etc.) can be used. The transition metal preferably contains at least one selected from cobalt, iron, nickel, manganese, copper, titanium, vanadium, chromium, zinc, tin, aluminum, and magnesium.
Among these, phthalocyanine compounds, naphthalocyanine compounds, porphyrin compounds, tetraazaannulene compounds, etc., which are nitrogen-containing aromatic compounds and can contain transition metals in the molecule, are contained in carbon-based catalyst materials. It is preferable because it is easy to dope nitrogen and transition metal efficiently. In addition, the aromatic compound has no problem even if an electron-withdrawing functional group or an electron-donating functional group is introduced. In particular, phthalocyanine compounds are particularly preferable as raw materials because there are compounds containing various transition metals and they are inexpensive, and among them, cobalt phthalocyanine compounds, nickel phthalocyanine compounds, iron Since phthalocyanine compounds are known to have high oxygen reduction activity, carbon-based catalyst materials synthesized from them are more preferable because they are inexpensive and have high oxygen reduction activity. .

(a) 窒素がドープされた炭素系触媒材料の製造方法
窒素がドープされた炭素系触媒材料を製造するには、まず、窒素源としての、フタロシアニン、アクリロニトリル、EDTA(エチレンジアミン四酢酸)、メラミンなどの含窒素化合物と、フラン樹脂やフェノール樹脂などの熱硬化性樹脂の前駆体とを混合し、加熱反応させて、窒素化合物含有熱硬化性樹脂を得る。
(a) Production method of carbon-based catalyst material doped with nitrogen To produce a carbon-based catalyst material doped with nitrogen, first, as a nitrogen source, phthalocyanine, acrylonitrile, EDTA (ethylenediaminetetraacetic acid), melamine, etc. And a precursor of a thermosetting resin such as a furan resin or a phenol resin are mixed and reacted by heating to obtain a nitrogen compound-containing thermosetting resin.

例えば、含窒素化合物としてフタロシアニンを用い、熱硬化性樹脂の前駆体としてフルフリルアルコールを用いる場合には、これらの混合物に塩酸等の酸を添加し、好ましくは80〜200℃の範囲内の温度で加熱して、重合反応させることで、窒素化合物含有熱硬化性樹脂であるフタロシアニン含有フラン樹脂を得ることができる。上述した窒素のドープ量を0.1〜40モル%にするためには、フルフリルアルコールとメラミン又はフタロシアニンの配合比をC:N(モル比)を1:(0.07〜3)、好ましくは1:(0.1〜0.5)にする。   For example, when phthalocyanine is used as the nitrogen-containing compound and furfuryl alcohol is used as the thermosetting resin precursor, an acid such as hydrochloric acid is added to these mixtures, and the temperature is preferably in the range of 80 to 200 ° C. The phthalocyanine-containing furan resin, which is a nitrogen compound-containing thermosetting resin, can be obtained by heating with a polymerization reaction. In order to make the nitrogen doping amount 0.1 to 40 mol%, the mixing ratio of furfuryl alcohol and melamine or phthalocyanine is C: N (molar ratio) 1: (0.07-3), preferably Is 1: (0.1 to 0.5).

次いで、得られたフタロシアニン含有フラン樹脂を、窒素やヘリウム等の不活性ガス雰囲気下、所定の温度で熱処理して炭素化する。この熱処理温度は炭素化可能な温度であれば、特に制限はないが、好ましい温度は400〜1500℃、より好ましい温度は500〜1200℃である。次いで、好ましくは遊星型ボールミル等の分散機で、微粉砕することにより、窒素がドープされた平均粒径45μm以下、好ましくは0.1μm以下の炭素系触媒材料を得ることができる。   Next, the obtained phthalocyanine-containing furan resin is heat-treated at a predetermined temperature in an inert gas atmosphere such as nitrogen or helium to be carbonized. The heat treatment temperature is not particularly limited as long as it can be carbonized, but a preferable temperature is 400 to 1500 ° C, and a more preferable temperature is 500 to 1200 ° C. Subsequently, a carbon-based catalyst material having an average particle diameter of 45 μm or less, preferably 0.1 μm or less doped with nitrogen can be obtained by pulverizing preferably with a disperser such as a planetary ball mill.

また、窒素がドープされた炭素系触媒材料の別の製造方法としては、炭素材料としてアセチレンブラック、ケッチェンブラック、ファーネスブラック、グラフェン、カーボンナノチューブ、導電性炭素繊維、活性炭などを用い、窒素原子を有する化合物と混合して上記と同様に所定の温度で熱処理して炭素化することで得ることができる。この際、上記炭素材料は単独で用いても良いし、いくつかを混合してから用いることができる。   As another method for producing a carbon-based catalyst material doped with nitrogen, acetylene black, ketjen black, furnace black, graphene, carbon nanotubes, conductive carbon fibers, activated carbon, etc. are used as carbon materials, and nitrogen atoms are changed. It can obtain by mixing with the compound which has and heat-processing at predetermined | prescribed temperature similarly to the above, and carbonizing. At this time, the above carbon materials may be used alone, or some of them may be used after being mixed.

(b) ホウ素がドープされた炭素系触媒材料の製造方法
ホウ素がドープされた炭素系触媒材料を製造するには、まず、ホウ素源としての、BF3メタノール錯体又はBF3テトラヒドロフラン(THF)錯体等の含ホウ素化合物と、フラン樹脂やフェノール樹脂などの熱硬化性樹脂の前駆体とを混合し、加熱反応させて、ホウ素化合物含有熱硬化性樹脂を得る。
(b) Method for Producing Boron-Doped Carbon-Based Catalyst Material To produce a boron-doped carbon-based catalyst material, first, as a boron source, BF 3 methanol complex or BF 3 tetrahydrofuran (THF) complex, etc. The boron-containing compound and a precursor of a thermosetting resin such as a furan resin or a phenol resin are mixed and reacted by heating to obtain a boron compound-containing thermosetting resin.

例えば、含ホウ素化合物としてBF3メタノール錯体を用い、熱硬化性樹脂の前駆体としてフルフリルアルコールを用いる場合には、好ましくは80〜200℃の範囲内の温度で加熱して、重合反応させることで、BF3含有フラン樹脂を得ることができる。上述したホウ素原子のドープ量を0.1〜40モル%にするためには、フルフリルアルコールとBF3の配合比をC:B(モル比)で1:(0.1〜1)、好ましくは1:(0.15〜0.6)にする。 For example, when BF 3 methanol complex is used as the boron-containing compound and furfuryl alcohol is used as the precursor of the thermosetting resin, the polymerization reaction is preferably performed by heating at a temperature in the range of 80 to 200 ° C. Thus, a BF 3 -containing furan resin can be obtained. In order to adjust the doping amount of boron atoms described above to 0.1 to 40 mol%, the mixing ratio of furfuryl alcohol and BF 3 is 1: (0.1 to 1) in terms of C: B (molar ratio), preferably Is 1: (0.15-0.6).

次いで、得られたBF3含有フラン樹脂を、窒素やヘリウム等の不活性ガス雰囲気下、上記(a)で述べた所定温度で熱処理して炭素化する。次いで、好ましくは遊星型ボールミル等のボールミルで、微粉砕することにより、ホウ素原子がドープされた平均粒径45μm以下、好ましくは0.1μm以下の炭素系触媒材料を得ることができる。 Next, the obtained BF 3 -containing furan resin is carbonized by heat treatment at the predetermined temperature described in (a) above under an inert gas atmosphere such as nitrogen or helium. Subsequently, a carbon-based catalyst material having an average particle diameter of 45 μm or less, preferably 0.1 μm or less doped with boron atoms can be obtained by pulverizing preferably with a ball mill such as a planetary ball mill.

(c) 窒素及びホウ素がドープされた炭素系触媒材料の製造方法(熱重合法)
窒素及びホウ素がドープされた炭素系触媒材料を製造するには、まず、含ホウ素化合物および含窒素化合物と、フラン樹脂やフェノール樹脂などの熱硬化性樹脂の前駆体とを混合した後、加熱反応させて、ホウ素−窒素化合物含有熱硬化性樹脂を得る。
(c) Method for producing carbon-based catalyst material doped with nitrogen and boron (thermal polymerization method)
In order to produce a carbon-based catalyst material doped with nitrogen and boron, first, a boron-containing compound and a nitrogen-containing compound are mixed with a precursor of a thermosetting resin such as a furan resin or a phenol resin, followed by a heating reaction. To obtain a boron-nitrogen compound-containing thermosetting resin.

例えば、含ホウ素化合物としてBF3メタノール錯体を、含窒素化合物としてメラミンをそれぞれ用い、熱硬化性樹脂の前駆体としてフルフリルアルコールを用いる場合には、好ましくは80〜200℃の範囲内の温度で加熱して、重合反応させることで、BF3含有フラン樹脂を得ることができる。上述した窒素原子及びホウ素原子のドープ量をそれぞれ0.1〜40原子%にし、かつB/Nの原子比を0.2〜0.4にするためには、フルフリルアルコールとメラミンとBF3メタノール錯体の配合比をC:N:B(モル比)で1:(0.04〜2):(0.02〜1)、好ましくは1:(0.3〜0.7):(0.4〜1.5)にする。次いで、得られたフラン樹脂を窒素やヘリウム等の不活性ガス雰囲気下、上記(a)で述べた所定の温度で炭素化することにより、窒素及びホウ素がドープされた炭素系触媒材料を得ることができる。 For example, when BF 3 methanol complex is used as the boron-containing compound, melamine is used as the nitrogen-containing compound, and furfuryl alcohol is used as the precursor of the thermosetting resin, the temperature is preferably in the range of 80 to 200 ° C. A BF 3 -containing furan resin can be obtained by heating and causing a polymerization reaction. In order to make the doping amounts of nitrogen atom and boron atom 0.1 to 40 atom% and B / N atomic ratio 0.2 to 0.4, respectively, furfuryl alcohol, melamine and BF 3 methanol are used. The compounding ratio of the complex in terms of C: N: B (molar ratio) is 1: (0.04-2) :( 0.02-1), preferably 1: (0.3-0.7) :( 0. 4 to 1.5). Next, the obtained furan resin is carbonized at a predetermined temperature described in the above (a) under an inert gas atmosphere such as nitrogen or helium to obtain a carbon-based catalyst material doped with nitrogen and boron. Can do.

(d) 窒素及びホウ素がドープされた炭素系触媒材料の製造方法(亜臨界法)
窒素及びホウ素がドープされた炭素系触媒材料を製造する別の方法としては、次の亜臨界法がある。この方法では、まず、フルフリルアルコール又はレゾール型フェノール樹脂の溶液に、含窒素化合物と、ホウ素源としてのBF3メタノール錯体又はBF3テトラヒドロフラン(THF)錯体等の含ホウ素化合物とを溶解して、重合反応を行う。
(d) Method for producing carbon-based catalyst material doped with nitrogen and boron (subcritical method)
As another method for producing a carbon-based catalyst material doped with nitrogen and boron, there is the following subcritical method. In this method, first, a nitrogen-containing compound and a boron-containing compound such as a BF 3 methanol complex or a BF 3 tetrahydrofuran (THF) complex as a boron source are dissolved in a solution of furfuryl alcohol or a resol type phenol resin. Perform a polymerization reaction.

例えば、フルフリルアルコールのメタノール溶液、含窒素化合物としてのメラミン、及び含ホウ素化合物としてのBF3メタノール錯体を用いた場合には、200〜350℃のメタノール亜臨界又は超臨界条件下で、フルフリルアルコールの重合反応を行う。上述した窒素及びホウ素のそれぞれのドープ量を0.1〜40モル%にするためには、フルフリルアルコールとメラミンとBF3メタノール錯体の配合比をC:N:B(モル比)で、1:(0.2〜0.8):(0.1〜0.4)、好ましくは1:(0.3〜0.7):(0.15〜0.4)にする。次いで、得られた重合物を窒素やヘリウム等の不活性ガス雰囲気下、上記(a)で述べた所定温度で炭素化することにより、窒素及びホウ素がドープされた炭素系触媒材料を得ることができる。 For example, in the case of using a methanol solution of furfuryl alcohol, melamine as a nitrogen-containing compound, and BF 3 methanol complex as a boron-containing compound, furfuryl is used under methanol subcritical or supercritical conditions at 200 to 350 ° C. Perform an alcohol polymerization reaction. In order to adjust the doping amounts of nitrogen and boron described above to 0.1 to 40 mol%, the mixing ratio of furfuryl alcohol, melamine, and BF 3 methanol complex is 1 in C: N: B (molar ratio). : (0.2 to 0.8): (0.1 to 0.4), preferably 1: (0.3 to 0.7): (0.15 to 0.4). Next, by carbonizing the obtained polymer at a predetermined temperature described in the above (a) under an inert gas atmosphere such as nitrogen or helium, a carbon-based catalyst material doped with nitrogen and boron can be obtained. it can.

本発明に係る炭素系触媒材料の第二の形態は、ゾルゲル法で作られた平均粒径10〜100nmのカーボン超微粒子を前駆体として用いる形態である。ここで、カーボン超微粒子は、以下のようにして製造される。まず、フェノールとホルムアルデヒドと炭酸ナトリウムのような塩基触媒を含む水溶液を調製する。この水溶液を所定の温度で所定の時間保持することにより、フェノールとホルムアルデヒドを反応させると、反応溶液中で高分子超微粒子が生成される。所定の温度は60〜90℃が好ましく、80〜90℃が更に好ましい。また所定の時間は1〜20時間が好ましく、8〜18時間が更に好ましい。次にこの反応溶液を液体窒素温度に冷却して、凍結し、乾燥することにより高分子超微粒子を回収する。更に続いて回収した高分子超微粒子を100〜250℃で0.5〜10時間、好ましくは200〜230℃で3〜6時間加熱硬化させる。この硬化した高分子超微粒子を上記(a)で述べた炭素化熱処理条件で加熱することにより炭素化して平均粒径10〜100nm、好ましくは10〜30nmのカーボン超微粒子を得ることができる。このような超微粒子を得るためには、フェノールとホルムアルデヒドと炭酸ナトリウムの配合重量比(フェノール:ホルムアルデヒド:炭酸ナトリウム)を1:(1〜2):(0.05〜0.2)、好ましくは1:(1.4〜1.6):(0.05〜0.1)にする。   The second form of the carbon-based catalyst material according to the present invention is a form in which carbon ultrafine particles having an average particle diameter of 10 to 100 nm produced by a sol-gel method are used as a precursor. Here, the ultrafine carbon particles are produced as follows. First, an aqueous solution containing a base catalyst such as phenol, formaldehyde and sodium carbonate is prepared. When this aqueous solution is kept at a predetermined temperature for a predetermined time to react phenol and formaldehyde, polymer ultrafine particles are generated in the reaction solution. The predetermined temperature is preferably 60 to 90 ° C, and more preferably 80 to 90 ° C. The predetermined time is preferably 1 to 20 hours, more preferably 8 to 18 hours. Next, the reaction solution is cooled to liquid nitrogen temperature, frozen, and dried to recover the ultrafine polymer particles. Further, the recovered polymer ultrafine particles are heated and cured at 100 to 250 ° C. for 0.5 to 10 hours, preferably at 200 to 230 ° C. for 3 to 6 hours. The cured ultrafine polymer particles are carbonized by heating under the carbonization heat treatment conditions described in the above (a) to obtain ultrafine carbon particles having an average particle size of 10 to 100 nm, preferably 10 to 30 nm. In order to obtain such ultrafine particles, the blending weight ratio of phenol, formaldehyde and sodium carbonate (phenol: formaldehyde: sodium carbonate) is 1: (1-2) :( 0.05-0.2), preferably 1: (1.4 to 1.6): (0.05 to 0.1).

<分散剤>
本発明では、分散剤が、塩基性官能基を有する樹脂、酸性官能基を有する樹脂、塩基性官能基を有する顔料誘導体、酸性官能基を有する顔料誘導体およびこれらの混合物からなる群から選ばれた分散剤であることが重要である。これらの分散剤を使用することによって、触媒活性や導電性を阻害することなく、分散安定性に優れた触媒ペースト組成物を提供することができる。本発明の触媒ペースト組成物は、優れた分散安定性を示すだけでなく、保存安定性に優れ、水素イオン伝導性ポリマーや撥水性材料を後添加する際にも、その分散状態を維持したまま混合分散することができる。また、水素イオン伝導性ポリマーとの濡れ性を改善できる。よって、塗膜中での炭素系触媒材料と水素イオン伝導性ポリマーとの密着性や、触媒活性点への水素イオン伝導性も向上できるため、触媒インキ組成物に好適に使用できる。
<Dispersant>
In the present invention, the dispersant is selected from the group consisting of a resin having a basic functional group, a resin having an acidic functional group, a pigment derivative having a basic functional group, a pigment derivative having an acidic functional group, and a mixture thereof. It is important that it be a dispersant. By using these dispersants, a catalyst paste composition having excellent dispersion stability can be provided without impairing catalyst activity or conductivity. The catalyst paste composition of the present invention not only exhibits excellent dispersion stability, but also has excellent storage stability, and maintains its dispersed state when a hydrogen ion conductive polymer or a water repellent material is added later. Can be mixed and dispersed. Moreover, the wettability with the hydrogen ion conductive polymer can be improved. Therefore, since the adhesion between the carbon-based catalyst material and the hydrogen ion conductive polymer in the coating film and the hydrogen ion conductivity to the catalyst active site can be improved, it can be suitably used for the catalyst ink composition.

本発明において分散剤として使用できる塩基性官能基又は上記酸性官能基を有する有機化合物は、それらの官能基によって炭素系触媒材料の表面に作用又は吸着できるものであれば、その骨格は特に限定されない。しかし、電子伝導性が重要となる電池性能の観点から、好適な塩基性官能基を有する有機化合物として、塩基性官能基を有する顔料誘導体(I−1)、塩基性官能基を有する樹脂(I−2)が挙げられる。また、好適な酸性官能基を有する有機化合物の一例として、酸性官能基を有する顔料誘導体(II−1)、酸性官能基を有する樹脂(II−2)が挙げられる。塩基性官能基を有する顔料誘導体の内、好ましい形態として、塩基性官能基を有する有機色素誘導体(I−1)、塩基性官能基を有するアントラキノン誘導体、塩基性官能基を有するアクリドン誘導体、及び塩基性官能基を有するトリアジン誘導体等の各種誘導体が挙げられる。また、好適な酸性官能基を有する顔料誘導体の内、好ましい形態として、酸性官能基を有する有機色素誘導体、酸性官能基を有するアントラキノン誘導体、酸性官能基を有するアクリドン誘導体、及び酸性官能基を有するトリアジン誘導体等の各種誘導体が挙げられる。   The organic compound having a basic functional group or the acidic functional group that can be used as a dispersant in the present invention is not particularly limited as long as the functional group can act or adsorb on the surface of the carbon-based catalyst material. . However, from the viewpoint of battery performance in which electronic conductivity is important, as a suitable organic compound having a basic functional group, a pigment derivative (I-1) having a basic functional group, a resin having a basic functional group (I -2). Moreover, as an example of the organic compound which has a suitable acidic functional group, the pigment derivative (II-1) which has an acidic functional group, and resin (II-2) which has an acidic functional group are mentioned. Among the pigment derivatives having a basic functional group, preferred examples include an organic dye derivative (I-1) having a basic functional group, an anthraquinone derivative having a basic functional group, an acridone derivative having a basic functional group, and a base. And various derivatives such as a triazine derivative having a functional functional group. Further, among the pigment derivatives having a suitable acidic functional group, as preferred forms, organic dye derivatives having an acidic functional group, anthraquinone derivatives having an acidic functional group, acridone derivatives having an acidic functional group, and triazines having an acidic functional group Examples include various derivatives such as derivatives.

特に限定するものではないが、本発明の好ましい一実施形態において、分散剤は、上記塩基性官能基を有する顔料誘導体(I−1)または上記酸性官能基を有する顔料誘導体(II−1)のいずれかを必須成分として含む。また、本発明の好ましい別の実施形態において、分散剤は、上記塩基性官能基を有する樹脂(I−2)および上記酸性官能基を有する樹脂(II−2)のいずれかを必須成分として含む。さらに、本発明の好ましい別の実施形態において、分散剤は、上記各種誘導体(I−1)又は(II−1)に加えて、上記塩基性官能基を有する樹脂(I−2)又は上記酸性官能基を有する樹脂(II−2)を含む。以下、各々の顔料誘導体および樹脂について詳細に説明する。   Although it does not specifically limit, in preferable one Embodiment of this invention, a dispersing agent is the pigment derivative (I-1) which has the said basic functional group, or the pigment derivative (II-1) which has the said acidic functional group. Either is included as an essential component. In another preferred embodiment of the present invention, the dispersant contains, as an essential component, either the resin (I-2) having the basic functional group or the resin (II-2) having the acidic functional group. . Furthermore, in another preferred embodiment of the present invention, the dispersant is a resin (I-2) having the above basic functional group or the above acid in addition to the above various derivatives (I-1) or (II-1). Resin (II-2) which has a functional group is included. Hereinafter, each pigment derivative and resin will be described in detail.

<塩基性官能基を有する顔料誘導体(I−1)>
塩基性官能基を有する顔料誘導体は、塩基性官能基を有する有機色素誘導体、塩基性官能基を有するアントラキノン誘導体、塩基性基官能基を有するアクリドン誘導体、及び塩基性官能基を有するトリアジン誘導体からなる群から選ばれる1種以上の誘導体を含有してよい。
<Pigment derivative (I-1) having basic functional group>
The pigment derivative having a basic functional group comprises an organic dye derivative having a basic functional group, an anthraquinone derivative having a basic functional group, an acridone derivative having a basic functional group, and a triazine derivative having a basic functional group. One or more derivatives selected from the group may be contained.

とりわけ、下記式(1)で示されるトリアジン誘導体、又は下記式(6)で示される有機色素誘導体を使用することが好ましい。   In particular, it is preferable to use a triazine derivative represented by the following formula (1) or an organic dye derivative represented by the following formula (6).

上記式(1)において、
1は、−NH−、−O−、−CONH−、−SO2NH−、−CH2NH−、−CH2NHCOCH2NH−、又は−X2−Y1−X3−であり、
2は、−NH−、−O−、−CONH−、−SO2NH−、−CH2NH−、−NHCO−、又は−NHSO2−であり、
3は、それぞれ独立に−NH−、又は−O−であり、
1は、炭素数1〜20で構成された、置換又は未置換のアルキレン基、置換又は未置換のアルケニレン基、又は、置換又は未置換のアリーレン基であり、
Pは、下記式(2)、(3)、又は(4)のいずれかで示される置換基であり、
Qは、−O−R2、−NH−R2、ハロゲン基、−X1−R1、又は下記式(2)、(3)、若しくは(4)のいずれかで示される置換基であり、
2は、水素原子、置換又は未置換のアルキル基、置換又は未置換のアルケニル基、又は、置換又は未置換のアリール基であり、
1は、有機色素残基、置換又は未置換の複素環残基、置換又は未置換の芳香族環残基、又は下記式(5)で示される基であり、
1は、1〜4の整数である。
In the above formula (1),
X 1 is, -NH -, - O -, - CONH -, - SO 2 NH -, - CH 2 NH -, - CH 2 NHCOCH 2 NH-, or -X 2 -Y 1 -X 3 - is and,
X 2 is, -NH -, - O -, - CONH -, - SO 2 NH -, - CH 2 NH -, - NHCO-, or -NHSO 2 - and is,
X 3 is each independently —NH— or —O—.
Y 1 is a substituted or unsubstituted alkylene group, a substituted or unsubstituted alkenylene group, or a substituted or unsubstituted arylene group composed of 1 to 20 carbon atoms,
P is a substituent represented by any of the following formulas (2), (3), or (4),
Q is —O—R 2 , —NH—R 2 , a halogen group, —X 1 —R 1 , or a substituent represented by any of the following formulas (2), (3), or (4). ,
R 2 is a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted alkyl group, a substituted or unsubstituted alkenyl group, or a substituted or unsubstituted aryl group,
R 1 is an organic dye residue, a substituted or unsubstituted heterocyclic residue, a substituted or unsubstituted aromatic ring residue, or a group represented by the following formula (5),
n 1 is an integer of 1 to 4.

上記式(2)〜(4)において、
4は、直接結合、−SO2−、−CO−、−CH2NHCOCH2−、−CH2NHCONHCH2−、−CH2−、又は−X5−Y2−X6−であり、
5は、−NH−、又は−O−であり、
6は、直接結合、−SO2−、−CO−、−CH2NHCOCH2−、−CH2NHCONHCH2−、又は−CH2−であり、
2は、炭素数1〜20で構成された、置換又は未置換のアルキレン基、置換又は未置換のアルケニレン基、又は、置換又は未置換のアリーレン基であり、
vは、1〜10の整数であり、
3及びR4は、それぞれ独立に、水素原子、置換又は未置換のアルキル基、置換又は未置換のアルケニル基、置換又は未置換のアリール基、又はR3とR4とで一体となって、更なる窒素、酸素、若しくは硫黄原子を含む、置換又は未置換の複素環残基であり、
5、R6、R7、及びR8は、それぞれ独立に、水素原子、置換又は未置換のアルキル基、置換又は未置換のアルケニル基、又は、置換又は未置換のアリール基であり、
9は、置換又は未置換のアルキル基、置換又は未置換のアルケニル基、又は、置換又は未置換のアリール基である。
In the above formulas (2) to (4),
X 4 is a direct bond, -SO 2 -, - CO - , - CH 2 NHCOCH 2 -, - CH 2 NHCONHCH 2 -, - CH 2 -, or -X 5 -Y 2 -X 6 - a and,
X 5 is —NH— or —O—.
X 6 is a direct bond, -SO 2 -, - CO - , - CH 2 NHCOCH 2 -, - CH 2 NHCONHCH 2 -, or -CH 2 -,
Y 2 is a substituted or unsubstituted alkylene group, a substituted or unsubstituted alkenylene group, or a substituted or unsubstituted arylene group composed of 1 to 20 carbon atoms,
v is an integer from 1 to 10,
R 3 and R 4 are each independently a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted alkyl group, a substituted or unsubstituted alkenyl group, a substituted or unsubstituted aryl group, or R 3 and R 4 together. A substituted or unsubstituted heterocyclic residue containing additional nitrogen, oxygen or sulfur atoms,
R 5 , R 6 , R 7 , and R 8 are each independently a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted alkyl group, a substituted or unsubstituted alkenyl group, or a substituted or unsubstituted aryl group,
R 9 is a substituted or unsubstituted alkyl group, a substituted or unsubstituted alkenyl group, or a substituted or unsubstituted aryl group.

上記式(5)において、
Tは、−X8−R10、又はW1であり、
Uは、−X9−R11、又はW2であり、
1、及びW2は、それぞれ独立に、−O−R20、−NH−R20、ハロゲン基、又は上記式(2)、(3)、若しくは(4)のいずれかで示される置換基であり、
20は、水素原子、置換又は未置換のアルキル基、置換又は未置換のアルケニル基、又は、置換又は未置換のアリール基であり、
7は、−NH−、又は−O−であり、
8、及びX9は、それぞれ独立に、−NH−、−O−、−CONH−、−SO2NH−、−CH2NH−、又は−CH2NHCOCH2NH−であり、
3は、炭素数1〜20で構成された、置換又は未置換のアルキレン基、置換又は未置換のアルケニレン基、又は、置換又は未置換のアリーレン基であり、
10、及びR11は、それぞれ独立に、有機色素残基、置換又は未置換の複素環残基、又は、置換又は未置換の芳香族環残基である。
In the above formula (5),
T is a -X 8 -R 10, or W 1,
U is, -X 9 -R 11, or a W 2,
W 1 and W 2 are each independently —O—R 20 , —NH—R 20 , a halogen group, or a substituent represented by any one of the above formulas (2), (3), or (4). And
R 20 is a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted alkyl group, a substituted or unsubstituted alkenyl group, or a substituted or unsubstituted aryl group,
X 7 is —NH— or —O—.
X 8, and X 9 are each independently, -NH -, - O -, - CONH -, - SO 2 NH -, - CH 2 NH-, or a -CH 2 NHCOCH 2 NH-,
Y 3 is a substituted or unsubstituted alkylene group, a substituted or unsubstituted alkenylene group, or a substituted or unsubstituted arylene group composed of 1 to 20 carbon atoms,
R 10 and R 11 are each independently an organic dye residue, a substituted or unsubstituted heterocyclic residue, or a substituted or unsubstituted aromatic ring residue.

上記式(1)のR1、並びに、上記式(5)のR10、及びR11で表される有機色素残基の具体例として、ジケトピロロピロール系色素;アゾ、ジスアゾ、及びポリアゾ等のアゾ系色素;フタロシアニン系色素;ジアミノジアントラキノン、アントラピリミジン、フラバントロン、アントアントロン、インダントロン、ピラントロン、及びビオラントロン等のアントラキノン系色素;;キナクリドン系色素;ジオキサジン系色素;ぺリノン系色素;ぺリレン系色素;チオインジゴ系色素;イソインドリン系色素;イソインドリノン系色素;キノフタロン系色素;スレン系色素;並びに、金属錯体系色素が挙げられる。とりわけ、金属による電池の短絡を抑制する効果を高める観点からは、金属錯体系色素ではない有機色素残基の使用が好ましい。 Specific examples of organic dye residues represented by R 1 in the above formula (1) and R 10 and R 11 in the above formula (5) include diketopyrrolopyrrole dyes; azo, disazo, polyazo and the like Phthalocyanine dyes; anthraquinone dyes such as diaminodianthraquinone, anthrapyrimidine, flavantron, anthanthrone, indanthrone, pyranthrone, and violanthrone; quinacridone dyes; dioxazine dyes; perinone dyes; Examples include a rylene dye, a thioindigo dye, an isoindoline dye, an isoindolinone dye, a quinophthalone dye, a slen dye, and a metal complex dye. In particular, from the viewpoint of enhancing the effect of suppressing the short circuit of the battery due to metal, it is preferable to use an organic dye residue that is not a metal complex dye.

上記式(1)のR1、並びに、上記式(5)のR10、及びR11で表される複素環残基及び芳香族環残基の具体例として、チオフェン、フラン、ピリジン、ピラジン、トリアジン、ピラゾール、ピロール、イミダゾール、イソインドリン、イソインドリノン、ベンズイミダゾロン、ベンズチアゾール、ベンズトリアゾール、インドール、キノリン、カルバゾール、アクリジン、ベンゼン、ナフタリン、アントラセン、フルオレン、フェナントレン、アントラキノン、及びアクリドン等が挙げられる。これらの複素環残基、及び芳香族環残基は、アルキル基(メチル基、エチル基、ブチル基等)、アミノ基、アルキルアミノ基(ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、及びジブチルアミノ基等)、ニトロ基、ヒドロキシル基、アルコキシ基(メトキシ基、エトキシ基、及びブトキシ基等)、ハロゲン(塩素、臭素、及びフッ素等)、フェニル基(アルキル基、アミノ基、アルキルアミノ基、ニトロ基、ヒドロキシル基、アルコキシ基、又はハロゲン等で置換されていてもよい)、並びに、フェニルアミノ基(アルキル基、アミノ基、アルキルアミノ基、ニトロ基、ヒドロキシル基、アルコキシ基、又はハロゲン等で置換されていてもよい)等の置換基を有していてもよい。 Specific examples of the heterocyclic residue and the aromatic ring residue represented by R 1 in the above formula (1) and R 10 and R 11 in the above formula (5) include thiophene, furan, pyridine, pyrazine, Examples include triazine, pyrazole, pyrrole, imidazole, isoindoline, isoindolinone, benzimidazolone, benzthiazole, benztriazole, indole, quinoline, carbazole, acridine, benzene, naphthalene, anthracene, fluorene, phenanthrene, anthraquinone, and acridone. It is done. These heterocyclic residues and aromatic ring residues are alkyl groups (methyl group, ethyl group, butyl group, etc.), amino groups, alkylamino groups (dimethylamino group, diethylamino group, dibutylamino group, etc.), Nitro group, hydroxyl group, alkoxy group (methoxy group, ethoxy group, butoxy group, etc.), halogen (chlorine, bromine, fluorine, etc.), phenyl group (alkyl group, amino group, alkylamino group, nitro group, hydroxyl group) , May be substituted with an alkoxy group or halogen, etc.), and may be substituted with a phenylamino group (alkyl group, amino group, alkylamino group, nitro group, hydroxyl group, alkoxy group, halogen, etc.) May be substituted).

上記式(2)及び(3)中のR3、及びR4は、それぞれ独立に、水素原子、置換又は未置換のアルキル基、置換又は未置換のアルケニル基、置換又は未置換のアリール基、又はR3とR4とで一体となって更なる窒素、酸素、若しくは硫黄原子を含む置換基を有してもよい複素環残基である。 R 3 and R 4 in the above formulas (2) and (3) are each independently a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted alkyl group, a substituted or unsubstituted alkenyl group, a substituted or unsubstituted aryl group, Or it is the heterocyclic residue which may have the substituent containing nitrogen, oxygen, or a sulfur atom united with R < 3 > and R < 4 >.

式(1)〜(5)のY1、Y2、及びY3は、それぞれ独立に、炭素数20以下の置換又は未置換のアルキレン基、アルケニレン基、又はアリーレン基を表すが、好ましくは置換又は未置換のフェニレン基、ビフェニレン基、ナフチレン基、又は炭素数が10以下の側鎖を有していてもよいアルキレン基が挙げられる。 Y 1 , Y 2 and Y 3 in formulas (1) to (5) each independently represent a substituted or unsubstituted alkylene group, alkenylene group or arylene group having 20 or less carbon atoms, preferably substituted Alternatively, an unsubstituted phenylene group, a biphenylene group, a naphthylene group, or an alkylene group that may have a side chain having 10 or less carbon atoms is exemplified.

式(6)において、
Zは、下記式(7)、(8)、及び(9)で示される群から選ばれる少なくとも1つのものであり、n2は、1〜4の整数であり、R12は、有機色素残基、置換又は未置換の複素環残基、又は、置換又は未置換の芳香族残基である。
In equation (6),
Z is at least one selected from the group represented by the following formulas (7), (8), and (9), n 2 is an integer of 1 to 4, and R 12 is an organic dye residue. A group, a substituted or unsubstituted heterocyclic residue, or a substituted or unsubstituted aromatic residue.

上記式(7)〜(9)において、
10は、直接結合、−SO2−、−CO−、−CH2NHCOCH2−、−CH2NHCONHCH2−、−CH2−、又は−X11−Y4−X12−であり、
11は、−NH−、又は−O−であり、
12は、直接結合、−SO2−、−CO−、−CH2NHCOCH2−、−CH2NHCONHCH2−、又は−CH2−であり、
4は、炭素数1〜20で構成された、置換又は未置換のアルキレン基、置換又は未置換のアルケニレン基、又は、置換又は未置換のアリーレン基であり、
1は、1〜10の整数であり、
13、及びR14は、それぞれ独立に、水素原子、置換又は未置換のアルキル基、置換又は未置換のアルケニル基、置換又は未置換のフェニル基、又はR3とR4とで一体となって更なる窒素、酸素、若しくは硫黄原子を含む置換又は未置換の複素環残基であり、
15、R16、R17、及びR18は、それぞれ独立に、水素原子、置換又は未置換のアルキル基、置換又は未置換のアルケニル基、又は、置換又は未置換のアリール基であり、
19は、置換又は未置換のアルキル基、置換又は未置換のアルケニル基、又は、置換又は未置換のアリール基である。
In the above formulas (7) to (9),
X 10 represents a direct bond, -SO 2 -, - CO - , - CH 2 NHCOCH 2 -, - CH 2 NHCONHCH 2 -, - CH 2 -, or -X 11 -Y 4 -X 12 - a and,
X 11 is —NH— or —O—.
X 12 represents a direct bond, -SO 2 -, - CO - , - CH 2 NHCOCH 2 -, - CH 2 NHCONHCH 2 -, or -CH 2 -,
Y 4 is a substituted or unsubstituted alkylene group, a substituted or unsubstituted alkenylene group, or a substituted or unsubstituted arylene group composed of 1 to 20 carbon atoms,
v 1 is an integer from 1 to 10,
R 13 and R 14 are each independently a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted alkyl group, a substituted or unsubstituted alkenyl group, a substituted or unsubstituted phenyl group, or R 3 and R 4. Substituted or unsubstituted heterocyclic residues containing additional nitrogen, oxygen or sulfur atoms,
R 15 , R 16 , R 17 , and R 18 are each independently a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted alkyl group, a substituted or unsubstituted alkenyl group, or a substituted or unsubstituted aryl group,
R 19 is a substituted or unsubstituted alkyl group, a substituted or unsubstituted alkenyl group, or a substituted or unsubstituted aryl group.

式(6)のR12で表される有機色素残基の具体例として、ジケトピロロピロール系色素;アゾ、ジスアゾ、及びポリアゾ等のアゾ系色素;フタロシアニン系色素;ジアミノジアントラキノン、アントラピリミジン、フラバントロン、アントアントロン、インダントロン、ピラントロン、及びビオラントロン等のアントラキノン系色素;キナクリドン系色素;ジオキサジン系色素;ぺリノン系色素;ぺリレン系色素;チオインジゴ系色素;イソインドリン系色素;イソインドリノン系色素;キノフタロン系色素;スレン系色素;並びに、金属錯体系色素等が挙げられる。とりわけ、金属による電池の短絡を抑制する効果を高めるためには、金属錯体系色素ではない有機色素残基を使用することが好ましい。 Specific examples of the organic dye residue represented by R 12 in formula (6) include diketopyrrolopyrrole dyes; azo dyes such as azo, disazo, and polyazo; phthalocyanine dyes; diaminodianthraquinone, anthrapyrimidine, Anthraquinone dyes such as flavantron, anthanthrone, indanthrone, pyranthrone, violanthrone, quinacridone dyes, dioxazine dyes, perinone dyes, perylene dyes, thioindigo dyes, isoindolinone dyes Examples thereof include dyes; quinophthalone dyes; selenium dyes; and metal complex dyes. In particular, in order to enhance the effect of suppressing the short circuit of the battery due to metal, it is preferable to use an organic dye residue that is not a metal complex dye.

又、式(6)のR12で表される複素環残基及び芳香族環残基としては、例えば、チオフェン、フラン、ピリジン、ピラゾール、ピロール、イミダゾール、イソインドリン、イソインドリノン、ベンズイミダゾロン、ベンズチアゾール、ベンズトリアゾール、インドール、キノリン、カルバゾール、アクリジン、ベンゼン、ナフタリン、アントラセン、フルオレン、フェナントレン、アントラキノン、及びアクリドン等が挙げられる。これらの複素環残基及び芳香族環残基は、アルキル基(メチル基、エチル基、及びブチル基等)、アミノ基、アルキルアミノ基(ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、及びジブチルアミノ基等)、ニトロ基、ヒドロキシル基、アルコキシ基(メトキシ基、エトキシ基、及びブトキシ基等)、ハロゲン(塩素、臭素、及びフッ素等)、フェニル基(アルキル基、アミノ基、アルキルアミノ基、ニトロ基、ヒドロキシル基、アルコキシ基、及びハロゲン等で置換されていてもよい)、並びに、フェニルアミノ基(アルキル基、アミノ基、アルキルアミノ基、ニトロ基、ヒドロキシル基、アルコキシ基、及びハロゲン等で置換されていてもよい)等の置換基を有していてもよい。 Examples of the heterocyclic residue and aromatic ring residue represented by R 12 in formula (6) include thiophene, furan, pyridine, pyrazole, pyrrole, imidazole, isoindoline, isoindolinone, benzimidazolone. Benzthiazole, benztriazole, indole, quinoline, carbazole, acridine, benzene, naphthalene, anthracene, fluorene, phenanthrene, anthraquinone, and acridone. These heterocyclic residues and aromatic ring residues are alkyl groups (such as methyl, ethyl, and butyl groups), amino groups, alkylamino groups (such as dimethylamino groups, diethylamino groups, and dibutylamino groups), Nitro group, hydroxyl group, alkoxy group (methoxy group, ethoxy group, butoxy group, etc.), halogen (chlorine, bromine, fluorine, etc.), phenyl group (alkyl group, amino group, alkylamino group, nitro group, hydroxyl group) , May be substituted with an alkoxy group, halogen, etc.), and may be substituted with a phenylamino group (alkyl group, amino group, alkylamino group, nitro group, hydroxyl group, alkoxy group, halogen, etc.) May be substituted).

又、式(7)及び(8)中のR13、及びR14は、それぞれ独立に、水素原子、置換又は未置換のアルキル基、置換又は未置換のアルケニル基、置換又は未置換のフェニル基、又はR13とR14とで一体となって更なる窒素、酸素、若しくは硫黄原子を含む、置換又は未置換の複素環残基である。 R 13 and R 14 in formulas (7) and (8) are each independently a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted alkyl group, a substituted or unsubstituted alkenyl group, a substituted or unsubstituted phenyl group. Or a substituted or unsubstituted heterocyclic residue which together contains R 13 and R 14 and contains an additional nitrogen, oxygen or sulfur atom.

上記式(2)〜(4)、並びに上記式(6)〜(8)で示される置換基を形成するために使用されるアミン成分の具体例として、以下が挙げられる。
ジメチルアミン、ジエチルアミン、メチルエチルアミン、N,N−エチルイソプロピルアミン、N,N−エチルプロピルアミン、N,N−メチルブチルアミン、N,N−メチルイソブチルアミン、N,N−ブチルエチルアミン、N,N−tert−ブチルエチルアミン、ジイソプロピルアミン、ジプロピルアミン、N,N−sec−ブチルプロピルアミン、ジブチルアミン、ジ−sec−ブチルアミン、ジイソブチルアミン、N,N−イソブチル−sec−ブチルアミン、ジアミルアミン、ジイソアミルアミン、ジヘキシルアミン、ジシクロヘキシルアミン、ジ(2−エチルへキシル)アミン、ジオクチルアミン、N,N−メチルオクタデシルアミン、ジデシルアミン、ジアリルアミン、N,N−エチル−1,2−ジメチルプロピルアミン、N,N−メチルヘキシルアミン、ジオレイルアミン、ジステアリルアミン、N,N−ジメチルアミノメチルアミン、N,N−ジメチルアミノエチルアミン、N,N−ジメチルアミノアミルアミン、N,N−ジメチルアミノブチルアミン、N,N−ジエチルアミノエチルアミン、N,N−ジエチルアミノプロピルアミン、N,N−ジエチルアミノヘキシルアミン、N,N−ジエチルアミノブチルアミン、N,N−ジエチルアミノペンチルアミン、N,N−ジプロピルアミノブチルアミン、N,N−ジブチルアミノプロピルアミン、N,N−ジブチルアミノエチルアミン、N,N−ジブチルアミノブチルアミン、N,N−ジイソブチルアミノペンチルアミン、N,N−メチルーラウリルアミノプロピルアミン、N,N−エチルーヘキシルアミノエチルアミン、N,N−ジステアリルアミノエチルアミン、N,N−ジオレイルアミノエチルアミン、N,N−ジステアリルアミノブチルアミン、ピペリジン、2−ピペコリン、3−ピペコリン、4−ピペコリン、2,4−ルペチジン、2,6−ルペチジン、3,5−ルペチジン、3−ピペリジンメタノール、ピペコリン酸、イソニペコチン酸、イソニコペチン酸メチル、イソニコペチン酸エチル、2−ピペリジンエタノール、ピロリジン、3−ヒドロキシピロリジン、N−アミノエチルピペリジン、N−アミノエチル−4−ピペコリン、N−アミノエチルモルホリン、N−アミノプロピルピペリジン、N−アミノプロピル−2−ピペコリン、N−アミノプロピル−4−ピペコリン、N−アミノプロピルモルホリン、N−メチルピペラジン、N−ブチルピペラジン、N−メチルホモピペラジン、1−シクロペンチルピペラジン、1−アミノ−4−メチルピペラジン、及び1−シクロペンチルピペラジン等。
Specific examples of the amine component used to form the substituents represented by the above formulas (2) to (4) and the above formulas (6) to (8) include the following.
Dimethylamine, diethylamine, methylethylamine, N, N-ethylisopropylamine, N, N-ethylpropylamine, N, N-methylbutylamine, N, N-methylisobutylamine, N, N-butylethylamine, N, N- tert-butylethylamine, diisopropylamine, dipropylamine, N, N-sec-butylpropylamine, dibutylamine, di-sec-butylamine, diisobutylamine, N, N-isobutyl-sec-butylamine, diamylamine, diisoamylamine, Dihexylamine, dicyclohexylamine, di (2-ethylhexyl) amine, dioctylamine, N, N-methyloctadecylamine, didecylamine, diallylamine, N, N-ethyl-1,2-dimethylpropylamine, , N-methylhexylamine, dioleylamine, distearylamine, N, N-dimethylaminomethylamine, N, N-dimethylaminoethylamine, N, N-dimethylaminoamylamine, N, N-dimethylaminobutylamine, N, N-diethylaminoethylamine, N, N-diethylaminopropylamine, N, N-diethylaminohexylamine, N, N-diethylaminobutylamine, N, N-diethylaminopentylamine, N, N-dipropylaminobutylamine, N, N-dibutyl Aminopropylamine, N, N-dibutylaminoethylamine, N, N-dibutylaminobutylamine, N, N-diisobutylaminopentylamine, N, N-methyl-laurylaminopropylamine, N, N-ethyl-hexylaminoe Ruamine, N, N-distearylaminoethylamine, N, N-dioleylaminoethylamine, N, N-distearylaminobutylamine, piperidine, 2-pipecoline, 3-pipecoline, 4-pipecholine, 2,4-rupetidine, 2 , 6-Lupetidine, 3,5-Lupetidine, 3-piperidinemethanol, pipecolic acid, isonipecotic acid, methyl isonicopetinate, ethyl isonicopetinate, 2-piperidineethanol, pyrrolidine, 3-hydroxypyrrolidine, N-aminoethylpiperidine, N- Aminoethyl-4-pipecoline, N-aminoethylmorpholine, N-aminopropylpiperidine, N-aminopropyl-2-pipecoline, N-aminopropyl-4-pipecoline, N-aminopropylmorpholine, N-methylpiperazine, N- Butyl piperazine, N-methylhomopiperazine, 1-cyclopentylpiperazine, 1-amino-4-methylpiperazine, 1-cyclopentylpiperazine and the like.

塩基性官能基を有する有機色素誘導体、塩基性官能基を有するアントラキノン誘導体、塩基性官能基を有するアクリドン誘導体、又は塩基性官能基を有するトリアジン誘導体の合成方法としては、特に限定されるものではなく、周知の方法を適用することができる。例えば、特開昭54−62227号公報、特開昭56−118462号公報、特開昭56−166266号公報、特開昭60−88185号公報、特開昭63−305173号公報、特開平3−2676号公報、又は特開平11−199796号公報等に記載されている方法を適用することができる。上記公報による開示を参照することにより、本明細書の一部に組み込むものとする。   The method for synthesizing an organic dye derivative having a basic functional group, an anthraquinone derivative having a basic functional group, an acridone derivative having a basic functional group, or a triazine derivative having a basic functional group is not particularly limited. A well-known method can be applied. For example, JP 54-62227, JP 56-118462, JP 56-166266, JP 60-88185, JP 63-305173, JP 3 A method described in JP-A No. 2676 or JP-A No. 11-199796 can be applied. The disclosure by the above publication is incorporated into a part of this specification by reference.

塩基性官能基を有する各種誘導体は、例えば、有機色素、アントラキノン、若しくはアクリドンに、下記式(10)〜(13)で示される置換基を導入した後、これら置換基と、アミン成分とを反応させることによって、合成することができる。
式(10):
−SO2Cl
式(11):
−COCl
式(12):
−CH2NHCOCH2Cl
式(13):
−CH2Cl
For example, various derivatives having a basic functional group react with an amine component after introducing a substituent represented by the following formulas (10) to (13) into an organic dye, anthraquinone, or acridone. Can be synthesized.
Formula (10):
-SO 2 Cl
Formula (11):
-COCl
Formula (12):
-CH 2 NHCOCH 2 Cl
Formula (13):
—CH 2 Cl

上記アミン成分としては、例えば、N,N−ジメチルアミノプロピルアミン、N−メチルピペラジン、ジエチルアミン、若しくは4−[4−ヒドロキシ−6−[3−(ジブチルアミノ)プロピルアミノ]−1,3,5−トリアジン−2−イルアミノ]アニリン等を使用することができる。   Examples of the amine component include N, N-dimethylaminopropylamine, N-methylpiperazine, diethylamine, or 4- [4-hydroxy-6- [3- (dibutylamino) propylamino] -1,3,5. -Triazin-2-ylamino] aniline and the like can be used.

又、例えば、上記式(10)で示される置換基を導入する場合には、有機色素、アントラキノン、若しくはアクリドンをクロロスルホン酸に溶解して、塩化チオニル等の塩素化剤を反応させる。その際、反応温度、反応時間等の条件を調整することによって、有機色素、アントラキノン、若しくはアクリドンに導入する上記式(10)で示される置換基の数をコントロールすることができる。   For example, when introducing the substituent represented by the above formula (10), an organic dye, anthraquinone, or acridone is dissolved in chlorosulfonic acid and reacted with a chlorinating agent such as thionyl chloride. At that time, the number of substituents represented by the above formula (10) to be introduced into the organic dye, anthraquinone, or acridone can be controlled by adjusting conditions such as reaction temperature and reaction time.

又、上記式(11)で示される置換基を導入する場合には、まずカルボキシル基を有する有機色素、アントラキノン、若しくはアクリドンを公知の方法で合成した後、ベンゼン等の芳香族溶媒中で塩化チオニル等の塩素化剤を反応させる方法等が挙げられる。   In addition, when introducing the substituent represented by the above formula (11), first, an organic dye having a carboxyl group, anthraquinone, or acridone is synthesized by a known method, and then thionyl chloride in an aromatic solvent such as benzene. And the like, and the like.

上記式(10)〜(13)で示される置換基とアミン成分との反応時には、式(10)〜(13)で示される置換基の一部が加水分解して、塩素がヒドロキシル基に置換することがある。その場合、式(10)で示される置換基はスルホン酸基となり、式(11)で示される置換基はカルボン酸基となる。各々の酸基は、いずれも遊離酸のままでよい。又は、それぞれ、1〜3価の金属若しくは、上記のアミンと塩を形成していてもよい。   During the reaction of the substituents represented by the above formulas (10) to (13) and the amine component, a part of the substituents represented by the formulas (10) to (13) are hydrolyzed, and chlorine is substituted with hydroxyl groups. There are things to do. In that case, the substituent represented by the formula (10) is a sulfonic acid group, and the substituent represented by the formula (11) is a carboxylic acid group. Each acid group may remain as a free acid. Or you may form the salt with 1-3 said metal or said amine, respectively.

又、有機色素がアゾ系色素である場合は、式(7)〜(9)、又は下記式(14)で示される置換基を予めジアゾ成分又はカップリング成分に導入し、その後カップリング反応を行うことによってアゾ系色素誘導体を製造することもできる。   When the organic dye is an azo dye, a substituent represented by formulas (7) to (9) or the following formula (14) is previously introduced into the diazo component or coupling component, and then the coupling reaction is performed. An azo dye derivative can also be produced by carrying out the process.

式(14)において、
13は、−NH−、−O−、−CONH−、−SO2NH−、−CH2NH−、−CH2NHCOCH2NH−、又は−X14−Y5−X15−であり、
14は、−NH−、−O−、−CONH−、−SO2NH−、−CH2NH−、−NHCO−、又は−NHSO2−であり、
15は、それぞれ独立に、−NH−、又は−O−であり、
5は、炭素数1〜20で構成された、置換又は未置換のアルキレン基、置換又は未置換のアルケニレン基、又は、置換又は未置換のアリーレン基であり、
1は、上記式(2)、(3)、又は(4)のいずれかで示される置換基であり、
2は、−O−R24、−NH−R24、ハロゲン基、−X1−R25、又は上記式(2)、(3)、若しくは(4)のいずれかで示される置換基であり、
24は、水素原子、置換又は未置換のアルキル基又は、置換又は未置換のアルケニル基、又は置換又は未置換のアリール基であり、
25は、有機色素残基、置換又は未置換の複素環残基、置換又は未置換の芳香族環残基、又は上記式(5)で示される基である。
In equation (14),
X 13 is, -NH -, - O -, - CONH -, - SO 2 NH -, - CH 2 NH -, - CH 2 NHCOCH 2 NH-, or -X 14 -Y 5 -X 15 - a and,
X 14 is, -NH -, - O -, - CONH -, - SO 2 NH -, - CH 2 NH -, - NHCO-, or -NHSO 2 - and is,
Each X 15 is independently —NH— or —O—;
Y 5 is a substituted or unsubstituted alkylene group, a substituted or unsubstituted alkenylene group, or a substituted or unsubstituted arylene group composed of 1 to 20 carbon atoms,
P 1 is a substituent represented by any of the above formulas (2), (3), or (4),
Q 2 is —O—R 24 , —NH—R 24 , a halogen group, —X 1 —R 25 , or a substituent represented by any one of the above formulas (2), (3), or (4). Yes,
R 24 is a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted alkyl group, a substituted or unsubstituted alkenyl group, or a substituted or unsubstituted aryl group,
R 25 is an organic dye residue, a substituted or unsubstituted heterocyclic residue, a substituted or unsubstituted aromatic ring residue, or a group represented by the above formula (5).

又、塩基性官能基を有するトリアジン誘導体は、例えば、塩化シアヌルを出発原料とし、塩化シアヌルの少なくとも1つの塩素に上記式(7)〜(9)、又は式(14)で示される置換基を形成するアミン成分(例えば、N,N−ジメチルアミノプロピルアミン、若しくはN−メチルピペラジン等)を反応させ、次いで塩化シアヌルの残りの塩素と種々のアミン又はアルコール等を反応させることによって得られる。   The triazine derivative having a basic functional group, for example, uses cyanuric chloride as a starting material, and at least one chlorine of cyanuric chloride has a substituent represented by the above formulas (7) to (9) or formula (14). It is obtained by reacting the amine component to be formed (for example, N, N-dimethylaminopropylamine, N-methylpiperazine or the like) and then reacting the remaining chlorine of cyanuric chloride with various amines or alcohols.

上記の塩基性官能基を有する各種誘導体の効果の1つとして、添加した誘導体が炭素系触媒材料表面に作用(例えば吸着)することにより、分散効果を発揮するものと考えられる。炭素系触媒材料の場合、粒子表面の疎水性が高いため、塩基性官能基を有する各種誘導体の吸着作用効果が更に向上し、より分散効果も発揮すると考えられる。   As one of the effects of the various derivatives having the basic functional group, it is considered that the added derivative exerts a dispersion effect by acting (for example, adsorbing) on the surface of the carbon-based catalyst material. In the case of a carbon-based catalyst material, since the particle surface has high hydrophobicity, it is considered that the adsorption effect of various derivatives having a basic functional group is further improved, and the dispersion effect is also exhibited.

すなわち、塩基性官能基を有する有機色素誘導体、塩基性官能基を有するアントラキノン誘導体、塩基性官能基を有するアクリドン誘導体、又は塩基性官能基を有するトリアジン誘導体を溶剤中に完全ないしは一部溶解させ、その溶液中に炭素系触媒材料を添加し、混合することによって、これら誘導体の炭素系触媒材料への作用(例えば吸着)が進み、炭素系触媒材料表面に作用(例えば吸着)した誘導体が有する塩基性官能基の極性により、炭素系触媒材料表面の溶剤に対する濡れが促進され、炭素系触媒材料の凝集が解しやすくなるものと考えられる。   That is, an organic dye derivative having a basic functional group, an anthraquinone derivative having a basic functional group, an acridone derivative having a basic functional group, or a triazine derivative having a basic functional group is completely or partially dissolved in a solvent, By adding and mixing the carbon-based catalyst material in the solution, the action (for example, adsorption) of these derivatives on the carbon-based catalyst material proceeds, and the base of the derivative that has acted (for example, adsorption) on the surface of the carbon-based catalyst material It is considered that the polarity of the functional functional group promotes the wetting of the surface of the carbon-based catalyst material with respect to the solvent and facilitates the aggregation of the carbon-based catalyst material.

本発明の好ましい実施形態では、塩基性官能基を有する各種誘導体を、後述する塩基性官能基を有する樹脂(I−2)と併用する。また、本発明の好ましい別の実施形態では、塩基性官能基を有する各種誘導体を、酸性化合物と組み合わせて使用する。酸性化合物としては、後述する酸性官能基を有する樹脂(II−2)、又は後述する無機酸又は分子量300以下の有機酸であってよい。   In preferable embodiment of this invention, the various derivative | guide_body which has a basic functional group is used together with resin (I-2) which has a basic functional group mentioned later. In another preferred embodiment of the present invention, various derivatives having a basic functional group are used in combination with an acidic compound. The acidic compound may be a resin (II-2) having an acidic functional group described later, or an inorganic acid described later or an organic acid having a molecular weight of 300 or less.

上記実施形態のように、塩基性官能基を有する各種誘導体に加えて、塩基性官能基を有する樹脂、又は酸性化合物を適切に組み合わせることによって、炭素系触媒材料の分散安定性を更に高めることができる。また、上記酸性官能基を有する樹脂、又は塩基性官能基を有する樹脂を介して、炭素系触媒材料とバインダー成分である水素イオン伝導性ポリマー等との密着性も向上するため、燃料電池用電極膜接合体としたとき触媒インキ組成物と固体高分子電解質膜の密着性に加えて、炭素系触媒材料の触媒活性点への水素イオン伝導性も向上すると考えられる。   As in the above-described embodiment, in addition to various derivatives having a basic functional group, the dispersion stability of the carbon-based catalyst material can be further improved by appropriately combining a resin having a basic functional group or an acidic compound. it can. In addition, since the adhesion between the carbon-based catalyst material and the hydrogen ion conductive polymer as the binder component is improved through the resin having the acidic functional group or the resin having the basic functional group, the fuel cell electrode In the case of a membrane assembly, in addition to the adhesion between the catalyst ink composition and the solid polymer electrolyte membrane, it is considered that the hydrogen ion conductivity to the catalyst active point of the carbon-based catalyst material is also improved.

特に、後述する塩基性官能基を有する樹脂(I−2)を併用した場合には、上記塩基性官能基を有する誘導体同様、塩基性官能基が炭素系触媒材料表面に作用(例えば吸着)することによって、炭素系触媒材料表面の溶剤への濡れが促進され、樹脂の立体障害による反発により炭素系触媒材料の分散安定性を更に増すと考えられる。   In particular, when a resin (I-2) having a basic functional group, which will be described later, is used in combination, the basic functional group acts on the surface of the carbon-based catalyst material (for example, adsorbs) like the derivative having the basic functional group. Thus, wetting of the surface of the carbon-based catalyst material to the solvent is promoted, and it is considered that the dispersion stability of the carbon-based catalyst material is further increased by repulsion due to steric hindrance of the resin.

また、酸性化合物として後述する酸性官能基を有する樹脂(II−2)を併用した場合には、酸性官能基と上記誘導体が有する塩基性官能基の相互作用(例えば酸−塩基相互作用)によって、炭素系触媒材料と樹脂成分との密着性が向上するとともに、炭素系触媒材料の分散安定性が更に増すと考えられる。   Moreover, when resin (II-2) which has an acidic functional group mentioned later as an acidic compound is used together, interaction (for example, acid-base interaction) of an acidic functional group and the basic functional group which the said derivative has, It is considered that the adhesion between the carbon-based catalyst material and the resin component is improved, and the dispersion stability of the carbon-based catalyst material is further increased.

また、酸性化合物として、無機酸又は分子量300以下の有機酸を併用した場合には、それら酸性化合物と上記誘導体が有する塩基性官能基との相互作用(例えば中和によるイオン対の形成(造塩)、及びイオン対(塩)の分極ないしは解離等)によって、炭素系触媒材料表面の静電反発が促進されるため、炭素系触媒材料の分散安定性が更に増すと考えられる。このような実施形態について、以下にさらに詳細に説明する。   Further, when an inorganic acid or an organic acid having a molecular weight of 300 or less is used in combination as an acidic compound, the interaction between the acidic compound and the basic functional group of the derivative (for example, formation of an ion pair by neutralization (salt formation) ), And polarization or dissociation of ion pairs (salts)), the electrostatic repulsion on the surface of the carbon-based catalyst material is promoted, and it is considered that the dispersion stability of the carbon-based catalyst material is further increased. Such an embodiment is described in further detail below.

<酸性化合物:無機酸、分子量300以下の有機酸>
本発明の触媒ペースト組成物では、塩基性官能基を有する有機色素誘導体、塩基性官能基を有するアントラキノン誘導体、塩基性基官能基を有するアクリドン誘導体、及び塩基性官能基を有するトリアジン誘導体からなる群から選ばれる1種類以上の誘導体を用いて、炭素系触媒材料の良好な分散及び分散安定性を得るために、更に分散助剤として酸性化合物を添加することが好ましい。このとき用いる酸性化合物としては、特に限定されないが、塩酸、硫酸、硝酸、燐酸の様な無機酸や、カルボン酸類、燐酸類、スルホン酸類の様な有機酸等が使用できる。中でも、電極作製時の乾燥工程で分解又は揮発する酸性化合物の使用が好ましく、分子量が300以下好ましくは200以下の有機酸の使用が望ましい。又、炭素系触媒材料との反応性が低い酸の使用が好ましく、とりわけ有機酸、特にカルボン酸類が好ましい。具体的には、例えば、蟻酸、酢酸、フルオロ酢酸、プロピオン酸、酪酸、シュウ酸、マロン酸、琥珀酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、及びシトラコン酸等が挙げられる。
<Acid compound: inorganic acid, organic acid having a molecular weight of 300 or less>
In the catalyst paste composition of the present invention, an organic dye derivative having a basic functional group, an anthraquinone derivative having a basic functional group, an acridone derivative having a basic functional group, and a triazine derivative having a basic functional group In order to obtain good dispersion and dispersion stability of the carbon-based catalyst material using one or more derivatives selected from the above, it is preferable to further add an acidic compound as a dispersion aid. The acidic compound used at this time is not particularly limited, and inorganic acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid and phosphoric acid, and organic acids such as carboxylic acids, phosphoric acids and sulfonic acids can be used. Among them, it is preferable to use an acidic compound that decomposes or volatilizes in the drying process during electrode preparation, and it is desirable to use an organic acid having a molecular weight of 300 or less, preferably 200 or less. Further, it is preferable to use an acid having low reactivity with the carbon-based catalyst material, and organic acids, particularly carboxylic acids are particularly preferable. Specifically, for example, formic acid, acetic acid, fluoroacetic acid, propionic acid, butyric acid, oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, pimelic acid, suberic acid, acrylic acid, methacrylic acid, crotonic acid, malein Examples include acids, fumaric acid, itaconic acid, and citraconic acid.

これらの無機酸や分子量300以下の有機酸は、塩基性官能基を有する有機色素誘導体、塩基性官能基を有するアントラキノン誘導体、塩基性官能基を有するアクリドン誘導体、又は塩基性官能基を有するトリアジン誘導体の塩基性官能基と作用し、例えば、中和によるイオン対の形成(造塩)、及びイオン対(塩)の分極ないしは解離等を引き起こす。その結果、これら塩基性官能基を有する誘導体の溶解性が向上するとともに、これら塩基性官能基を有する誘導体が作用(例えば吸着)した炭素系触媒材料表面に電気的な相互作用が誘起され、炭素系触媒材料の解凝集が促進されるものと思われる。ここで、相互作用とは、例えば、炭素系触媒材料表面に吸着した塩基性官能基を有する誘導体由来のカチオン同士の静電反発、又、解離した酸アニオンによって形成される電気二重層による静電反発等を想定している。   These inorganic acids and organic acids having a molecular weight of 300 or less are organic dye derivatives having basic functional groups, anthraquinone derivatives having basic functional groups, acridone derivatives having basic functional groups, or triazine derivatives having basic functional groups. For example, formation of ion pairs by neutralization (salt formation) and polarization or dissociation of ion pairs (salts). As a result, the solubility of the derivatives having these basic functional groups is improved, and an electrical interaction is induced on the surface of the carbon-based catalyst material on which the derivatives having these basic functional groups act (for example, adsorbed). It is considered that the deagglomeration of the system catalyst material is promoted. Here, the interaction is, for example, electrostatic repulsion between cations derived from a derivative having a basic functional group adsorbed on the surface of the carbon-based catalyst material, or electrostatic by an electric double layer formed by dissociated acid anions. A rebound is assumed.

以上のように、本発明の一実施形態では、上記塩基性官能基を有する誘導体及び、好ましくは無機酸、又は分子量300以下の有機酸の使用により、炭素系触媒材料表面に直接、官能基を導入(共有結合)せず、更に分散樹脂を使用することなく、良好な分散を得ることができる。そのことによって、炭素系触媒材料の導電性を落とすことなく良好な分散を得ることができる。そして、炭素系触媒材料が良好に分散した本発明の触媒ペースト組成物を用いることによって、炭素系触媒材料が均一に分散したカソード電極またはアノード電極を作製することができる。   As described above, in one embodiment of the present invention, a functional group is directly formed on the surface of the carbon-based catalyst material by using the derivative having the basic functional group and preferably an inorganic acid or an organic acid having a molecular weight of 300 or less. Good dispersion can be obtained without introduction (covalent bonding) and without using a dispersion resin. As a result, good dispersion can be obtained without reducing the conductivity of the carbon-based catalyst material. Then, by using the catalyst paste composition of the present invention in which the carbon-based catalyst material is well dispersed, a cathode electrode or an anode electrode in which the carbon-based catalyst material is uniformly dispersed can be produced.

以上説明したように、少なくとも上記塩基性官能基を有する各種誘導体を含む触媒ペースト組成物を調製し、そのようなペースト組成物に水素イオン伝導性ポリマー、もしくは、撥水性材料を添加して本発明の触媒インキ組成物とすることができる。更に触媒インキ組成物を使用してカソード極を作製した場合、炭素系触媒材料の表面に塩基性官能基を有する誘導体が存在することになる。そのことにより、炭素系触媒材料を均一に分散させる効果と相まって、カソード電極における酸素に対する触媒活性を向上することができる。   As described above, a catalyst paste composition containing at least various derivatives having a basic functional group is prepared, and a hydrogen ion conductive polymer or a water repellent material is added to such a paste composition. The catalyst ink composition can be obtained. Furthermore, when a cathode electrode is produced using the catalyst ink composition, a derivative having a basic functional group is present on the surface of the carbon-based catalyst material. As a result, combined with the effect of uniformly dispersing the carbon-based catalyst material, the catalytic activity for oxygen in the cathode electrode can be improved.

<塩基性官能基を有する樹脂(I−2)>
本発明の触媒ペースト組成物は、炭素系触媒材料の良好な分散及び分散安定性を得るために、塩基性官能基を有する樹脂を含有してもよい。好ましい塩基性官能基としては、一級、ニ級、及び三級のアミノ基あるいはアミド基である。塩基性官能基を有する樹脂としては、分散安定性の観点から、以下に説明する3種の樹脂、すなわち、重合体(G1)、重合体(G2)及びビニルアミド系樹脂からなる群から選ばれる1種以上の樹脂を使用することが好ましい。
<Resin having basic functional group (I-2)>
The catalyst paste composition of the present invention may contain a resin having a basic functional group in order to obtain good dispersion and dispersion stability of the carbon-based catalyst material. Preferred basic functional groups are primary, secondary, and tertiary amino groups or amide groups. The resin having a basic functional group is selected from the group consisting of three types of resins described below from the viewpoint of dispersion stability, that is, a polymer (G1), a polymer (G2), and a vinylamide resin. It is preferable to use more than one resin.

上記塩基性官能基を有する樹脂は、炭素系触媒材料を互いに結着するか、又は、炭素系触媒材料を電極膜接合体に結着するためのバインダーとしても機能する。このような塩基性官能基を有する樹脂は、後述する酸性官能基を有する各種誘導体(II−1)、すなわち、酸性官能基を有する有機色素誘導体及び酸性官能基を有するトリアジン誘導体からなる群から選ばれる1種以上の化合物(x”)と併用することによって、炭素系触媒材料の分散安定性、及び燃料電池用電極膜接合体の密着性を向上させることができる。   The resin having the basic functional group functions as a binder for binding the carbon-based catalyst materials to each other or binding the carbon-based catalyst material to the electrode membrane assembly. The resin having such a basic functional group is selected from the group consisting of various derivatives (II-1) having an acidic functional group described later, that is, organic dye derivatives having an acidic functional group and triazine derivatives having an acidic functional group. When used in combination with one or more compounds (x ″), the dispersion stability of the carbon-based catalyst material and the adhesion of the fuel cell electrode membrane assembly can be improved.

上述の実施形態では、炭素系触媒材料表面に作用(例えば吸着)した酸性官能基を有する誘導体の酸性官能基と、塩基性官能基を有する樹脂の塩基性官能基とが相互作用(例えば、酸−塩基相互作用)する。又は、酸性官能基を有する誘導体と、塩基性官能基を有する樹脂とが相互作用(例えば酸−塩基相互作用)し、その一方で炭素系触媒材料表面に吸着する。そのことによって、上述の実施形態では、上記塩基性官能基を有する樹脂の炭素系触媒材料表面への吸着が促進され、炭素系触媒材料と樹脂成分との密着性が向上すると共に、樹脂の立体障害による反発によって、炭素系触媒材料の分散安定性が向上することができると考えられる。又、炭素系触媒材料と、水素イオン伝導性ポリマーとの密着性や炭素系触媒材料の触媒活性点への水素イオン伝導性も向上するため、例えば、使用する水素イオン伝導性ポリマー分の量を減らすことも期待できる。以下、塩基性官能基を有する樹脂の具体例として、本発明において好適に使用できる3種の樹脂、重合体(G1)、重合体(G2)及びビニルアミド系樹脂について説明する。   In the above-described embodiment, an acidic functional group of a derivative having an acidic functional group acting on (for example, adsorbing) the carbon-based catalyst material surface interacts with a basic functional group of a resin having a basic functional group (for example, an acid -Base interaction). Or the derivative | guide_body which has an acidic functional group, and resin which has a basic functional group interact (for example, acid-base interaction), On the other hand, it adsorb | sucks to the carbon-type catalyst material surface. As a result, in the above-described embodiment, the adsorption of the resin having the basic functional group to the surface of the carbon-based catalyst material is promoted, the adhesion between the carbon-based catalyst material and the resin component is improved, and the resin It is considered that the dispersion stability of the carbon-based catalyst material can be improved by the repulsion due to the obstacle. Moreover, in order to improve the adhesion between the carbon-based catalyst material and the hydrogen ion conductive polymer and the hydrogen ion conductivity to the catalytic active point of the carbon-based catalyst material, for example, the amount of the hydrogen ion conductive polymer used is reduced. We can expect reduction. Hereinafter, as specific examples of the resin having a basic functional group, three types of resins that can be suitably used in the present invention, the polymer (G1), the polymer (G2), and the vinylamide resin will be described.

<塩基性官能基を有する樹脂(G1)>
本発明で用いることのできる塩基性官能基を有する樹脂(G1)は、片末端領域に2つのヒドロキシル基を有するビニル重合体(A1)のヒドロキシル基と、及びジイソシアネート(B1)のイソシアネート基とを反応してなる両末端にイソシアネート基を有するウレタンプレポリマー(C1)のイソシアネート基と、並びに、ポリアミン(D1)及びモノアミン(E1)の一級及び/又は二級アミノ基と、を反応させることによって合成される。
<Resin having basic functional group (G1)>
Resin (G1) having a basic functional group that can be used in the present invention comprises a hydroxyl group of vinyl polymer (A1) having two hydroxyl groups in one terminal region, and an isocyanate group of diisocyanate (B1). Synthesis by reacting the isocyanate group of the urethane prepolymer (C1) having isocyanate groups at both ends obtained by reaction with the primary and / or secondary amino groups of polyamine (D1) and monoamine (E1). Is done.

ビニル重合体(A)由来の側鎖にグラフトされたビニル重合体部位は、広範囲にわたる炭素系触媒材料及び溶剤との親和性に優れ、溶剤親和性部位として機能し、主鎖のウレア結合部位が、酸性官能基を有する有機色素誘導体、又は酸性官能基を有するトリアジン誘導体との相互作用能力に優れ、誘導体を介して酸性に偏った炭素系触媒材料の表面への吸着基として機能する。さらに、吸着性をより向上させるために、主鎖にアミノ基を導入することも可能である。   The vinyl polymer site grafted to the side chain derived from the vinyl polymer (A) has excellent affinity with a wide range of carbon-based catalyst materials and solvents, functions as a solvent affinity site, and the urea binding site of the main chain is In addition, it has an excellent ability to interact with an organic dye derivative having an acidic functional group or a triazine derivative having an acidic functional group, and functions as an adsorbing group on the surface of a carbon-based catalyst material that is biased acidic via the derivative. Furthermore, an amino group can be introduced into the main chain in order to further improve the adsorptivity.

以下、塩基性官能基を有する重合体(G1)の各構成要素について説明する。   Hereinafter, each component of the polymer (G1) having a basic functional group will be described.

<片末端領域に2つのヒドロキシル基を有するビニル重合体(A1)>
片末端領域に2つのヒドロキシル基を有するビニル重合体(A1)(以下、ビニル重合体(A1)と略記する場合がある。)は、分子内に2つのヒドロキシル基と1つのチオール基とを有する化合物(a11)の存在下に、エチレン性不飽和単量体(a12)をラジカル重合することで得ることができる。ビニル重合体(A1)のビニル重合体部位は、炭素系触媒材料に親和性の高い部位であり、下記式(15)で表される。
<Vinyl polymer having two hydroxyl groups in one end region (A1)>
The vinyl polymer (A1) having two hydroxyl groups in one end region (hereinafter sometimes abbreviated as vinyl polymer (A1)) has two hydroxyl groups and one thiol group in the molecule. It can be obtained by radical polymerization of the ethylenically unsaturated monomer (a12) in the presence of the compound (a11). The vinyl polymer portion of the vinyl polymer (A1) is a portion having a high affinity for the carbon-based catalyst material and is represented by the following formula (15).

上記式(15)において、
501は、化合物(a11)からヒドロキシル基とチオール基とを除く残基であり、
502は、エチレン性不飽和単量体(a12)から二重結合部位及びR503を除く残基であり、
503は、水素原子又はメチル基であり、
501は、2以上の整数、好ましくは3〜200の整数である。
ここで,R501がビニル重合体(A1)でいう、末端領域となる。
In the above formula (15),
R 501 is a residue obtained by removing a hydroxyl group and a thiol group from the compound (a11),
R 502 is a residue obtained by removing the double bond site and R 503 from the ethylenically unsaturated monomer (a12),
R 503 is a hydrogen atom or a methyl group,
n 501 is an integer of 2 or more, preferably an integer of 3 to 200.
Here, R 501 is a terminal region in the vinyl polymer (A1).

<分子内に2つのヒドロキシル基と1つのチオール基とを有する化合物(a11)>
分子内に2つのヒドロキシル基と1つのチオール基とを有する化合物(a11)(以下、化合物(a11)と表記する場合がある。)としては、分子内に2つのヒドロキシル基と1つのチオール基とを有する化合物であれば特に限定されず、例えば、1−メルカプト−1,1−メタンジオール、1−メルカプト−1,1−エタンジオール、3−メルカプト−1,2−プロパンジオール(チオグリセリン)、2−メルカプト−1,2−プロパンジオール、2−メルカプト−2−メチル−1,3−プロパンジオール、2−メルカプト−2−エチル−1,3−プロパンジオール、1−メルカプト−2,2−プロパンジオール、2−メルカプトエチル−2−メチル−1,3−プロパンジオール、及び2−メルカプトエチル−2−エチル−1,3−プロパンジオール等が挙げられる。
<Compound (a11) having two hydroxyl groups and one thiol group in the molecule>
As the compound (a11) having two hydroxyl groups and one thiol group in the molecule (hereinafter sometimes referred to as compound (a11)), two hydroxyl groups and one thiol group in the molecule Is not particularly limited, for example, 1-mercapto-1,1-methanediol, 1-mercapto-1,1-ethanediol, 3-mercapto-1,2-propanediol (thioglycerin), 2-mercapto-1,2-propanediol, 2-mercapto-2-methyl-1,3-propanediol, 2-mercapto-2-ethyl-1,3-propanediol, 1-mercapto-2,2-propane Diol, 2-mercaptoethyl-2-methyl-1,3-propanediol, and 2-mercaptoethyl-2-ethyl-1,3-pro Njioru, and the like.

目的とする片末端領域に2つのヒドロキシル基を有するビニル重合体(A1)の分子量にあわせて、化合物(a11)とエチレン性不飽和単量体(a12)と、任意に重合開始剤とを混合して加熱することでビニル重合体(A1)を得ることができる。エチレン性不飽和単量体(a12)100重量部に対して、化合物(a11)を0.5〜30重量部用い、塊状重合又は溶液重合を行うことが好ましい。エチレン性不飽和単量体(a12)100重量部に対する化合物(a11)の使用量は、より好ましくは、1〜20重量部、更に好ましくは2〜15重量部、特に好ましくは2〜10重量部である。反応温度は、40〜150℃、好ましくは50〜110℃である。上記化合物(a11)の使用量が0.5重量部未満であると、ビニル重合体部位の分子量が高すぎて、炭素系触媒材料及び溶剤に対する親和性部位として、その絶対量が増えてしまい、分散性の効果自体が低下する場合がある。一方、上記使用量が30重量%を超えると、ビニル重合体部の分子量が低すぎて、炭素系触媒材料及び溶剤に対する親和性部位として、その立体反発の効果がなくなると共に、炭素系触媒材料の凝集を抑えることが困難になる場合がある。   A compound (a11), an ethylenically unsaturated monomer (a12), and optionally a polymerization initiator are mixed in accordance with the molecular weight of the vinyl polymer (A1) having two hydroxyl groups in one target end region. Then, the vinyl polymer (A1) can be obtained by heating. It is preferable to perform bulk polymerization or solution polymerization using 0.5 to 30 parts by weight of the compound (a11) with respect to 100 parts by weight of the ethylenically unsaturated monomer (a12). The amount of the compound (a11) used relative to 100 parts by weight of the ethylenically unsaturated monomer (a12) is more preferably 1 to 20 parts by weight, still more preferably 2 to 15 parts by weight, particularly preferably 2 to 10 parts by weight. It is. The reaction temperature is 40 to 150 ° C, preferably 50 to 110 ° C. When the amount of the compound (a11) used is less than 0.5 parts by weight, the molecular weight of the vinyl polymer site is too high, and the absolute amount thereof increases as an affinity site for the carbon-based catalyst material and the solvent. The dispersibility effect itself may be reduced. On the other hand, if the amount used exceeds 30% by weight, the molecular weight of the vinyl polymer part is too low, and the effect of steric repulsion is lost as an affinity site for the carbon-based catalyst material and the solvent. It may be difficult to suppress aggregation.

<重合開始剤>
重合の際、エチレン性不飽和単量体(a12)100重量部に対して、任意に0.001〜5重量部の重合開始剤を使用することができる。重合開始剤としては、アゾ系化合物及び有機過酸化物を用いることができる。アゾ系化合物の例としては、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、2,2’−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)、1,1’−アゾビス(シクロヘキサン1−カルボニトリル)、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチル−4−メトキシバレロニトリル)、ジメチル2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオネート)、4,4’−アゾビス(4−シアノバレリック酸)、2,2’−アゾビス(2−ヒドロキシメチルプロピオニトリル)、及び2,2’−アゾビス[2−(2−イミダゾリン−2−イル)プロパン]等が挙げられる。有機過酸化物の例としては、過酸化ベンゾイル、t−ブチルパーベンゾエイト、クメンヒドロパーオキシド、ジイソプロピルパーオキシジカーボネート、ジ−n−プロピルパーオキシジカーボネート、ジ(2−エトキシエチル)パーオキシジカーボネート、t−ブチルパーオキシネオデカノエート、t−ブチルパーオキシビバレート、(3,5,5−トリメチルヘキサノイル)パーオキシド、ジプロピオニルパーオキシド、及びジアセチルパーオキシド等があげられる。これらの重合開始剤は、単独で、もしくは2種類以上組み合わせて用いることができる。
<Polymerization initiator>
In the polymerization, 0.001 to 5 parts by weight of a polymerization initiator can be arbitrarily used with respect to 100 parts by weight of the ethylenically unsaturated monomer (a12). As the polymerization initiator, an azo compound and an organic peroxide can be used. Examples of the azo compounds include 2,2′-azobisisobutyronitrile, 2,2′-azobis (2-methylbutyronitrile), 1,1′-azobis (cyclohexane 1-carbonitrile), 2 , 2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile), 2,2′-azobis (2,4-dimethyl-4-methoxyvaleronitrile), dimethyl 2,2′-azobis (2-methylpropionate) 4,4′-azobis (4-cyanovaleric acid), 2,2′-azobis (2-hydroxymethylpropionitrile), and 2,2′-azobis [2- (2-imidazolin-2-yl) ) Propane] and the like. Examples of organic peroxides include benzoyl peroxide, t-butyl perbenzoate, cumene hydroperoxide, diisopropyl peroxydicarbonate, di-n-propyl peroxydicarbonate, di (2-ethoxyethyl) peroxy Examples thereof include dicarbonate, t-butyl peroxyneodecanoate, t-butyl peroxybivalate, (3,5,5-trimethylhexanoyl) peroxide, dipropionyl peroxide, and diacetyl peroxide. These polymerization initiators can be used alone or in combination of two or more.

<重合溶剤>
溶液重合の場合には、重合溶媒として、酢酸エチル、酢酸n−ブチル、酢酸イソブチル、N−メチル−2−ピロリドン、トルエン、キシレン、アセトン、ヘキサン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、及びジエチレングリコールジエチルエーテル等が用いられるが特にこれらに限定されるものではない。これらの重合溶媒は、2種類以上混合して用いても良いが、最終用途で使用する溶剤であることが好ましい。
<Polymerization solvent>
In the case of solution polymerization, ethyl acetate, n-butyl acetate, isobutyl acetate, N-methyl-2-pyrrolidone, toluene, xylene, acetone, hexane, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, diethylene glycol diethyl ether, etc. are used as a polymerization solvent. However, it is not particularly limited to these. These polymerization solvents may be used as a mixture of two or more kinds, but are preferably used for final use.

<エチレン性不飽和単量体(a12)>
エチレン性不飽和単量体(a12)としては、例えば、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、n−プロピル(メタ)アクリレート、イソプロピル(メタ)アクリレート、n−ブチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、t−ブチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、トリメチルシクロヘキシル(メタ)アクリレート、及びイソボルニル(メタ)アクリレート等のアルキル(メタ)アクリレート類;フェニル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、フェノキシエチル(メタ)アクリレート、及びフェノキシジエチレングリコール(メタ)アクリレート等の芳香族(メタ)アクリレート類;テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート、及びオキセタン(メタ)アクリレート等の複素環式(メタ)アクリレート類;メトキシポリプロピレングリコール(メタ)アクリレート、及びエトキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート等のアルコキシポリアルキレングリコール(メタ)アクリレート類;(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジエチル(メタ)アクリルアミド、N−イソプロピル(メタ)アクリルアミド、ダイアセトン(メタ)アクリルアミド、及びアクリロイルモルホリン等のN置換型(メタ)アクリルアミド類;N,N−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、及びN,N−ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート等のアミノ基含有(メタ)アクリレート類;並びに、(メタ)アクリロニトリル等のニトリル類等が挙げられる。
<Ethylenically unsaturated monomer (a12)>
Examples of the ethylenically unsaturated monomer (a12) include methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, n-propyl (meth) acrylate, isopropyl (meth) acrylate, n-butyl (meth) acrylate, and isobutyl. (Meth) acrylate, t-butyl (meth) acrylate, 2-ethylhexyl (meth) acrylate, cyclohexyl (meth) acrylate, stearyl (meth) acrylate, lauryl (meth) acrylate, trimethylcyclohexyl (meth) acrylate, and isobornyl (meth) ) Alkyl (meth) acrylates such as acrylate; phenyl (meth) acrylate, benzyl (meth) acrylate, phenoxyethyl (meth) acrylate, and phenoxydiethylene glycol (meth) Aromatic (meth) acrylates such as acrylate; heterocyclic (meth) acrylates such as tetrahydrofurfuryl (meth) acrylate and oxetane (meth) acrylate; methoxypolypropylene glycol (meth) acrylate, and ethoxypolyethylene glycol (meta ) Alkoxy polyalkylene glycol (meth) acrylates such as acrylate; (meth) acrylamide, N, N-dimethyl (meth) acrylamide, N, N-diethyl (meth) acrylamide, N-isopropyl (meth) acrylamide, diacetone ( N-substituted (meth) acrylamides such as meth) acrylamide and acryloylmorpholine; N, N-dimethylaminoethyl (meth) acrylate and N, N-diethylaminoethyl (meth) a Amino group-containing (meth) acrylates such as Relate; and include (meth) nitriles such as acrylonitrile.

又、上記アクリル系単量体と併用できる単量体として、スチレン、及びα−メチルスチレン等のスチレン類;エチルビニルエーテル、n−プロピルビニルエーテル、イソプロピルビニルエーテル、n−ブチルビニルエーテル、及びイソブチルビニルエーテル等のビニルエーテル類;並びに、酢酸ビニル、及びプロピオン酸ビニル等の脂肪酸ビニル類等が挙げられる。   Moreover, as monomers that can be used in combination with the acrylic monomers, styrenes such as styrene and α-methylstyrene; vinyl ethers such as ethyl vinyl ether, n-propyl vinyl ether, isopropyl vinyl ether, n-butyl vinyl ether, and isobutyl vinyl ether And fatty acid vinyls such as vinyl acetate and vinyl propionate.

又、カルボキシル基含有エチレン性不飽和単量体を併用することもできる。カルボキシル基含有エチレン性不飽和単量体としては、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、マレイン酸、フマル酸、及びクロトン酸等から1種又は2種以上を選択することができる。   Moreover, a carboxyl group-containing ethylenically unsaturated monomer can be used in combination. As the carboxyl group-containing ethylenically unsaturated monomer, one or more kinds can be selected from acrylic acid, methacrylic acid, itaconic acid, maleic acid, fumaric acid, crotonic acid, and the like.

<重合条件及びその他>
本発明においては、上記に例示したエチレン性不飽和単量体(a12)の中でも、分散性及び耐性の観点から、メチルメタクリレートが好ましく使用できる。炭素系触媒材料及び溶剤との親和性の観点から、メチルメタクリレートとブチルメタクリレート又はt−ブチルメタクリレートとを併用することがより好ましい。エチレン性不飽和単量体(a2)として、メチルメタクリレートを使用し、ブチルメタクリレートを使用しない場合には、エチレン性不飽和単量体(a12)の合計100重量%中、メチルメタクリレートの割合が30〜100重量%であることが好ましく、50〜100重量%であることがより好ましい。又、エチレン性不飽和単量体(a12)として、メチルメタクリレートとブチルメタクリレート又はt−ブチルメタクリレートとを併用する場合、両者の合計は、エチレン性不飽和単量体(a12)の30〜100重量%を占めることが好ましく、50〜100重量%を占めることがより好ましい。エチレン性不飽和単量体(a12)として、メチルメタクリレートを使用した場合、さらには、メチルメタクリレートとブチルメタクリレート又はt−ブチルメタクリレートとを併用した場合には、分散性がより良好となる。メチルメタクリレートとブチルメタクリレート又はt−ブチルメタクリレートの共重合部位は、分散性等の基本物性を保持する一方で、バインダー樹脂や分散溶媒との親和性もよく、汎用性が高い。
<Polymerization conditions and others>
In the present invention, among the ethylenically unsaturated monomers (a12) exemplified above, methyl methacrylate can be preferably used from the viewpoint of dispersibility and resistance. From the viewpoint of affinity with the carbon-based catalyst material and the solvent, it is more preferable to use methyl methacrylate and butyl methacrylate or t-butyl methacrylate in combination. When methyl methacrylate is used as the ethylenically unsaturated monomer (a2) and butyl methacrylate is not used, the proportion of methyl methacrylate is 30 in the total 100% by weight of the ethylenically unsaturated monomer (a12). It is preferably ˜100% by weight, and more preferably 50˜100% by weight. In addition, when methyl methacrylate and butyl methacrylate or t-butyl methacrylate are used in combination as the ethylenically unsaturated monomer (a12), the total of both is 30 to 100 weight of the ethylenically unsaturated monomer (a12). %, Preferably 50 to 100% by weight. When methyl methacrylate is used as the ethylenically unsaturated monomer (a12), further, when methyl methacrylate and butyl methacrylate or t-butyl methacrylate are used in combination, the dispersibility becomes better. While the copolymerization site of methyl methacrylate and butyl methacrylate or t-butyl methacrylate retains basic physical properties such as dispersibility, it has good affinity with a binder resin and a dispersion solvent and is highly versatile.

片末端領域に2つのヒドロキシル基を有するビニル重合体(A1)の、GPCによるポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)としては、500〜30,000であることが好ましく、1,000〜15,000であることがより好ましく、1,000〜8,000であることが特に好ましい。該重量平均分子量が500未満では、溶媒親和部による立体反発の効果が少なくなるとともに、炭素系触媒材料の凝集を防ぐことが困難となり、分散安定性が不十分となる場合がある。又30,000を超えると、溶媒親和部の絶対量が増えてしまい、分散性の効果自体が低下する場合がある。さらに、触媒ペースト組成物の粘度が高くなる場合がある。   The weight average molecular weight (Mw) in terms of polystyrene by GPC of the vinyl polymer (A1) having two hydroxyl groups in one terminal region is preferably 500 to 30,000, and 1,000 to 15,000. Is more preferable, and 1,000 to 8,000 is particularly preferable. When the weight average molecular weight is less than 500, the effect of steric repulsion by the solvent affinity part is reduced, and it becomes difficult to prevent aggregation of the carbon-based catalyst material, and dispersion stability may be insufficient. On the other hand, if it exceeds 30,000, the absolute amount of the solvent affinity part increases, and the dispersibility effect itself may be lowered. Furthermore, the viscosity of the catalyst paste composition may increase.

上記の塩基性官能基を有する樹脂の重量平均分子量が500〜30,000であれば、炭素系触媒材料の凝集を防ぐことにより、触媒ペースト組成物の粘度上昇を抑えることに有利である。   If the resin having a basic functional group has a weight average molecular weight of 500 to 30,000, it is advantageous to suppress an increase in the viscosity of the catalyst paste composition by preventing aggregation of the carbon-based catalyst material.

片末端領域に2つのヒドロキシル基を有するビニル重合体(A1)のガラス転移温度(Tg)は、塗膜の耐性が向上するという点から、50〜200℃が好ましく、50〜120℃がより好ましい。   The glass transition temperature (Tg) of the vinyl polymer (A1) having two hydroxyl groups in one end region is preferably 50 to 200 ° C., more preferably 50 to 120 ° C., from the viewpoint that the resistance of the coating film is improved. .

片末端領域に2つのヒドロキシル基を有するビニル重合体(A1)のTgは、下記のFoxの式で算出した値を用いた。なお、分子内に2つのヒドロキシル基と1つのチオール基とを有する化合物(a11)由来の骨格もビニル重合体(A1)中に存在するが、ガラス転移温度を計算する以下の計算では除いている。   As the Tg of the vinyl polymer (A1) having two hydroxyl groups in one terminal region, a value calculated by the following Fox formula was used. In addition, although the skeleton derived from the compound (a11) having two hydroxyl groups and one thiol group in the molecule is also present in the vinyl polymer (A1), it is excluded in the following calculation for calculating the glass transition temperature. .

1/Tg=W1/Tg1+W2/Tg2+・・・+Wn/Tgn       1 / Tg = W1 / Tg1 + W2 / Tg2 + ... + Wn / Tgn

上記計算式において、W1からWnは、使用している各単量体の重量分率を示し、Tg1からTgnは、各単量体から得られるそれぞれのホモポリマーのガラス転移温度(単位は絶対温度「K」)を示す。   In the above formula, W1 to Wn indicate the weight fraction of each monomer used, and Tg1 to Tgn are the glass transition temperatures of the respective homopolymers obtained from each monomer (units are absolute temperatures). "K").

算出に使用する主なホモポリマーのTgを下記に例示する。
メチルメタクリレート:105℃(378K)
ブチルメタクリレート:20℃(293K)
t−ブチルメタクリレート:107℃(380K)
ラウリルメタクリレート:−65℃(208K)
2−エチルヘキシルメタクリレート:−10℃(263K)
シクロヘキシルメタクリレート:66℃(339K)
ブチルアクリレート:−45℃(228K)
エチルアクリレート:−20℃(253K)
ベンジルメタクリレート:54℃(327K)
スチレン:100℃(373K)
The Tg of the main homopolymer used for the calculation is exemplified below.
Methyl methacrylate: 105 ° C (378K)
Butyl methacrylate: 20 ° C (293K)
t-butyl methacrylate: 107 ° C. (380 K)
Lauryl methacrylate: -65 ° C (208K)
2-ethylhexyl methacrylate: -10 ° C (263K)
Cyclohexyl methacrylate: 66 ° C (339K)
Butyl acrylate: -45 ° C (228K)
Ethyl acrylate: -20 ° C (253K)
Benzyl methacrylate: 54 ° C (327K)
Styrene: 100 ° C (373K)

<ジイソシアネート(B1)>
塩基性官能基を有する重合体(G1)の構成要素であるジイソシアネート(B1)としては、従来公知のものを使用することができ、例えば、芳香族含有ジイソシアネート(b11)、脂肪族含有ジイソシアネート(b12)、芳香脂肪族含有ジイソシアネート(b13)、及び脂環族含有ジイソシアネート(b14)等が挙げられる。
<Diisocyanate (B1)>
As the diisocyanate (B1) that is a constituent element of the polymer (G1) having a basic functional group, conventionally known diisocyanate (B1) can be used. For example, aromatic diisocyanate (b11), aliphatic diisocyanate (b12). ), Araliphatic diisocyanate (b13), alicyclic diisocyanate (b14), and the like.

芳香族含有ジイソシアネート(b11)としては、キシリレンジイソシアネート、1,3−フェニレンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルジイソシアネート、1,4−フェニレンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、2,4−トリレンジイソシアネート、2,6−トリレンジイソシアネート、4,4’−トルイジンジイソシアネート、ナフチレンジイソシアネート、及び1,3−ビス(イソシアネートメチル)ベンゼン等が挙げられる。   Examples of the aromatic diisocyanate (b11) include xylylene diisocyanate, 1,3-phenylene diisocyanate, 4,4′-diphenyl diisocyanate, 1,4-phenylene diisocyanate, 4,4′-diphenylmethane diisocyanate, and 2,4-tolylene diisocyanate. Examples include isocyanate, 2,6-tolylene diisocyanate, 4,4′-toluidine diisocyanate, naphthylene diisocyanate, and 1,3-bis (isocyanatomethyl) benzene.

脂肪族含有ジイソシアネート(b12)としては、トリメチレンジイソシアネート、テトラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、ペンタメチレンジイソシアネート、1,2−プロピレンジイソシアネート、2,3−ブチレンジイソシアネート、1,3−ブチレンジイソシアネート、ドデカメチレンジイソシアネート、及び2,4,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート等を挙げることができる。   Examples of the aliphatic diisocyanate (b12) include trimethylene diisocyanate, tetramethylene diisocyanate, hexamethylene diisocyanate (HDI), pentamethylene diisocyanate, 1,2-propylene diisocyanate, 2,3-butylene diisocyanate, 1,3-butylene diisocyanate, Examples include dodecamethylene diisocyanate and 2,4,4-trimethylhexamethylene diisocyanate.

芳香脂肪族含有ジイソシアネート(b13)としては、ω,ω’−ジイソシアネート−1,3−ジメチルベンゼン、ω,ω’−ジイソシアネート−1,4−ジメチルベンゼン、ω,ω’−ジイソシアネート−1,4−ジエチルベンゼン、1,4−テトラメチルキシリレンジイソシアネート、及び1,3−テトラメチルキシリレンジイソシアネート等を挙げることができる。   As the araliphatic diisocyanate (b13), ω, ω′-diisocyanate-1,3-dimethylbenzene, ω, ω′-diisocyanate-1,4-dimethylbenzene, ω, ω′-diisocyanate-1,4- Examples include diethylbenzene, 1,4-tetramethylxylylene diisocyanate, and 1,3-tetramethylxylylene diisocyanate.

脂環族含有ジイソシアネート(b14)としては、3−イソシアネートメチル−3,5,5−トリメチルシクロヘキシルイソシアネート(IPDI)、1,3−シクロペンタンジイソシアネート、1,3−シクロヘキサンジイソシアネート、1,4−シクロヘキサンジイソシアネート、メチル−2,4−シクロヘキサンジイソシアネート、及びメチル−2,6−シクロヘキサンジイソシアネート等を挙げることができる。   Examples of the alicyclic diisocyanate (b14) include 3-isocyanate methyl-3,5,5-trimethylcyclohexyl isocyanate (IPDI), 1,3-cyclopentane diisocyanate, 1,3-cyclohexane diisocyanate, 1,4-cyclohexane diisocyanate. , Methyl-2,4-cyclohexane diisocyanate, and methyl-2,6-cyclohexane diisocyanate.

以上、列挙したジイソシアネート(B1)は、必ずしもこれらに限定されるものではなく、2種類以上を併用して使用することもできる。   As mentioned above, listed diisocyanate (B1) is not necessarily limited to these, It can also be used in combination of 2 or more types.

本発明に用いられるジイソシアネート(B)としては、3−イソシアナートメチル−3,5,5−トリメチルシクロヘキシルイソシアネート(別名:イソホロンジイソシアネート、IPDI)が難黄変性であるために好ましい。   As the diisocyanate (B) used in the present invention, 3-isocyanatomethyl-3,5,5-trimethylcyclohexyl isocyanate (also known as isophorone diisocyanate, IPDI) is preferable because it is hardly yellow-modified.

<ポリアミン(D1)>
塩基性官能基を有する樹脂(G1)の構成要素であるポリアミン(D1)としては、少なくとも2つの一級及び/又は二級アミノ基を有する化合物であり、イソシアネート基と反応しウレア結合を生成するために用いられる。このようなアミンとしてジアミン(d11)が挙げられる。
<Polyamine (D1)>
The polyamine (D1), which is a component of the resin (G1) having a basic functional group, is a compound having at least two primary and / or secondary amino groups, and reacts with an isocyanate group to generate a urea bond. Used for. A diamine (d11) is mentioned as such an amine.

二つの一級アミノ基有するジアミン(d11)としては、公知のものを使用することができ、具体的には、エチレンジアミン、プロピレンジアミン[別名:1,2−ジアミノプロパン又は1,2−プロパンジアミン]、トリメチレンジアミン[別名:1,3−ジアミノプロパン又は1,3−プロパンジアミン]、テトラメチレンジアミン[別名:1,4−ジアミノブタン]、2−メチル−1,3−プロパンジアミン、ペンタメチレンジアミン[別名:1,5−ジアミノペンタン]、ヘキサメチレンジアミン[別名:1,6−ジアミノヘキサン]、2,2−ジメチル−1,3−プロパンジアミン、2,2,4−トリメチルヘキサメチレンジアミン、及びトリレンジアミン等の脂肪族ジアミン;イソホロンジアミン、及びジシクロヘキシルメタン−4,4’−ジアミン等の脂環式ジアミン;並びに、フェニレンジアミン、及びキシリレンジアミン等の芳香族ジアミン等を挙げることができる。   As the diamine (d11) having two primary amino groups, known ones can be used. Specifically, ethylenediamine, propylenediamine [alias: 1,2-diaminopropane or 1,2-propanediamine], Trimethylenediamine [alias: 1,3-diaminopropane or 1,3-propanediamine], tetramethylenediamine [alias: 1,4-diaminobutane], 2-methyl-1,3-propanediamine, pentamethylenediamine [ Alias: 1,5-diaminopentane], hexamethylenediamine [alias: 1,6-diaminohexane], 2,2-dimethyl-1,3-propanediamine, 2,2,4-trimethylhexamethylenediamine, and tri Aliphatic diamines such as range amines; isophorone diamine and dicyclohexylmethane Alicyclic diamines such as 4,4'-diamine; and can include phenylenediamine, and an aromatic diamine such as xylylenediamine.

又、二つの二級アミノ基を有するジアミン(d11)としては、公知のものを使用することができ、具体的には、N,N−ジメチルエチレンジアミン、N,N−ジエチルエチレンジアミン、及びN,N’−ジ−tert−ブチルエチレンジアミン等を挙げることができる。   Moreover, as diamine (d11) which has two secondary amino groups, a well-known thing can be used, Specifically, N, N- dimethylethylenediamine, N, N- diethylethylenediamine, and N, N Examples include '-di-tert-butylethylenediamine.

又、一級及び二級アミノ基を有するジアミン(d11)としては、公知のものを使用することができ、具体的には、N−メチルエチレンジアミン[別名:メチルアミノエチルアミン]、N−エチルエチレンジアミン[別名:エチルアミノエチルアミン]、N−メチル−1,3−プロパンジアミン[別名:N−メチル−1,3−ジアミノプロパン又はメチルアミノプロピルアミン]、N,2−メチル−1,3−プロパンジアミン、N−イソプロピルエチレンジアミン[別名:イソプロピルアミノエチルアミン]、N−イソプロピル−1,3−ジアミノプロパン[別名:N−イソプロピル−1,3−プロパンジアミン又はイソプロピルアミノプロピルアミン]、及びN−ラウリル−1,3−プロパンジアミン[別名:N−ラウリル−1,3−ジアミノプロパン又はラウリルアミノプロピルアミン]等挙げることができる。   Moreover, as diamine (d11) which has a primary and secondary amino group, a well-known thing can be used, Specifically, N-methylethylenediamine [alias: methylaminoethylamine], N-ethylethylenediamine [alias] : Ethylaminoethylamine], N-methyl-1,3-propanediamine [alias: N-methyl-1,3-diaminopropane or methylaminopropylamine], N, 2-methyl-1,3-propanediamine, N -Isopropylethylenediamine [alias: isopropylaminoethylamine], N-isopropyl-1,3-diaminopropane [alias: N-isopropyl-1,3-propanediamine or isopropylaminopropylamine], and N-lauryl-1,3- Propanediamine [alias: N-lauryl-1,3-dia It can be exemplified Nopuropan or lauryl amino propylamine], and the like.

ポリアミンは少なくとも2つの一級及び/又は二級アミノ基を有する化合物であり、一級及び/又は二級アミンがイソシアネート基と反応してウレア基を生成する、このウレア基が炭素系触媒材料への吸着部位になるが、ポリアミン(D1)が、両末端に2つの一級及び/又は二級アミノ基を有し、さらに、両末端以外に二級及び/又は三級アミノ基を有する化合物である場合には、炭素系触媒材料に対する吸着性が上がるため、特に好ましい。   A polyamine is a compound having at least two primary and / or secondary amino groups, and the primary and / or secondary amine reacts with an isocyanate group to form a urea group. This urea group is adsorbed on the carbon-based catalyst material. When the polyamine (D1) is a compound having two primary and / or secondary amino groups at both ends and further having a secondary and / or tertiary amino group other than both ends. Is particularly preferable because the adsorptivity to the carbon-based catalyst material is improved.

このようなポリアミン(D1)としては、以下の様な両末端に2つの一級及び/又は二級アミノ基を有し、さらに、両末端以外に二級及び/又は三級アミノ基を有するポリアミン(d12)が挙げられる。   As such polyamine (D1), polyamines having two primary and / or secondary amino groups at both ends as shown below, and having secondary and / or tertiary amino groups at both ends (see below) d12).

ポリアミン(d12)としては、メチルイミノビスプロピルアミン〔別名N,N−ビス(3−アミノプロピル)メチルアミン〕、ラウリルイミノビスプロピルアミン〔別名N,N−ビス(3−アミノプロピル)ラウリルアミン〕、イミノビスプロピルアミン〔別名N,N−ビス(3−アミノプロピル)アミン〕、N,N’−ビスアミノプロピル−1,3−プロピレンジアミン、及びN,N‘−ビスアミノプロピル−1,4−ブチレンジアミン等を挙げることができ、2つの1級アミノ基と1つの3級アミノ基を有するメチルイミノビスプロピルアミン、及びラウリルイミノビスプロピルアミンは、ジイソシアネートとの反応を制御し易いため好ましい。   As polyamine (d12), methyliminobispropylamine [also known as N, N-bis (3-aminopropyl) methylamine], lauryliminobispropylamine [also known as N, N-bis (3-aminopropyl) laurylamine] , Iminobispropylamine [also known as N, N-bis (3-aminopropyl) amine], N, N′-bisaminopropyl-1,3-propylenediamine, and N, N′-bisaminopropyl-1,4 -Butylene diamine etc. can be mentioned, The methyliminobispropylamine and lauryliminobispropylamine which have two primary amino groups and one tertiary amino group are preferable since reaction with diisocyanate is easy to control.

2つの1級アミノ基と1つの2級アミノ基を有するイミノビスプロピルアミンは、炭素系触媒材料への吸着性が良く好ましい。   An iminobispropylamine having two primary amino groups and one secondary amino group is preferable because of its good adsorptivity to the carbon-based catalyst material.

又、ポリアミン(D1)としては、2つ以上の一級及び/又は二級アミノ基を有する重合体(d13)も使用することができる。   As the polyamine (D1), a polymer (d13) having two or more primary and / or secondary amino groups can also be used.

一級及び/又は二級アミノ基を有する重合体(d13)としては、一級アミノ基を有するエチレン性不飽和単量体や二級アミノ基を有するエチレン性不飽和単量体、例えば、ビニルアミンやアリルアミンの単独重合体(いわゆるポリビニルアミンやポリアリルアミン)、あるいはそれらと他のエチレン性不飽和単量体との共重合体、及び、エチレンイミンの開環重合体や塩化エチレンとエチレンジアミンとの重縮合体やオキサゾリドン−2の開環重合体(いわゆるポリエチレンイミン)から選ばれることが好ましい。重合体中における一級及び/又は二級アミノ基の含有率としては、重合体を基準として、単量体単位で10〜100重量%が好ましく、20〜100重量%がより好ましい。含有率が10重量%以上であれば、炭素系触媒材料の凝集を防ぎ、触媒ペースト組成物の粘度の上昇を抑えることに効果的である。   Examples of the polymer (d13) having a primary and / or secondary amino group include an ethylenically unsaturated monomer having a primary amino group and an ethylenically unsaturated monomer having a secondary amino group, such as vinylamine and allylamine. Homopolymers (so-called polyvinylamine and polyallylamine), copolymers thereof with other ethylenically unsaturated monomers, ring-opening polymers of ethyleneimine, and polycondensates of ethylene chloride and ethylenediamine Or a ring-opening polymer of oxazolidone-2 (so-called polyethyleneimine). The content of primary and / or secondary amino groups in the polymer is preferably 10 to 100% by weight, more preferably 20 to 100% by weight, in terms of monomer units, based on the polymer. If the content is 10% by weight or more, it is effective for preventing aggregation of the carbon-based catalyst material and suppressing an increase in the viscosity of the catalyst paste composition.

一級アミノ基を有するエチレン性不飽和単量体や二級アミノ基を有するエチレン性不飽和単量体と共重合可能なエチレン性不飽和単量体としては、例えば、(メタ)アクリル酸、クロトン酸、イタコン酸、マレイン酸、及びフマル酸等の不飽和カルボン酸;スチレン、α−メチルスチレン、p−ヒドロキシスチレン、クロロメチルスチレン、インデン、及びビニルトルエン等の芳香族ビニル化合物;メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、n−ブチル(メタ)アクリレート、i−ブチル(メタ)アクリレート、及び2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル酸アルキルエステル;ベンジル(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル酸アルキルアリールエステル;グリシジル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート等の官能基を有する(メタ)アクリル酸置換アルキルエステル;ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、及びジメチルアミノプロピル(メタ)アクリレート等の三級アミノ基を有する(メタ)アクリル酸置換アルキルエステル;(メタ)アクリルアミド、ジメチル(メタ)アクリルアミド、N−イソプロピル(メタ)アクリルアミド、n−ブチル(メタ)アクリルアミド、tert−ブチル(メタ)アクリルアミド、及びtert−オクチル(メタ)アクリルアミド等のアルキル(メタ)アクリルアミド;ジメチルアミノエチル(メタ)アクリルアミド、及びジメチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド等の置換アルキル(メタ)アクリルアミド;1,3−ブタジエン、及びイソプレン等のジエン化合物;片末端メタクリロイル化ポリメチルメタクリレートオリゴマー、片末端メタクリロイル化ポリスチレンオリゴマー、及び片末端メタクリロイル化ポリエチレングリコール等の重合性オリゴマー(マクロモノマー);並びにシアン化ビニル等を挙げることができる。   Examples of the ethylenically unsaturated monomer copolymerizable with an ethylenically unsaturated monomer having a primary amino group and an ethylenically unsaturated monomer having a secondary amino group include (meth) acrylic acid, croton Unsaturated carboxylic acids such as acid, itaconic acid, maleic acid and fumaric acid; aromatic vinyl compounds such as styrene, α-methylstyrene, p-hydroxystyrene, chloromethylstyrene, indene and vinyltoluene; methyl (meth) (Meth) acrylic acid alkyl esters such as acrylate, ethyl (meth) acrylate, n-butyl (meth) acrylate, i-butyl (meth) acrylate, and 2-ethylhexyl (meth) acrylate; (Meth) acrylic acid alkyl aryl ester; glycidyl (meth) acrylate (Meth) acrylic acid substituted alkyl ester having a functional group such as 2-hydroxyethyl (meth) acrylate; tertiary amino group such as dimethylaminoethyl (meth) acrylate and dimethylaminopropyl (meth) acrylate (meth) Acrylic acid-substituted alkyl ester; (meth) acrylamide, dimethyl (meth) acrylamide, N-isopropyl (meth) acrylamide, n-butyl (meth) acrylamide, tert-butyl (meth) acrylamide, tert-octyl (meth) acrylamide, etc. Alkyl (meth) acrylamides; substituted alkyl (meth) acrylamides such as dimethylaminoethyl (meth) acrylamide and dimethylaminopropyl (meth) acrylamide; 1,3-butadiene, and isoprene Diene compounds such as one-end methacryloylated polymethyl methacrylate oligomer, one-end methacryloylated polystyrene oligomer, and one-end methacryloylated polyethylene glycol and other polymerizable oligomers (macromonomer); and vinyl cyanide.

一級及び/又は二級アミノ基を有する重合体の、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)によるポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)としては、300〜75,000であることが好ましく、300〜20,000であることがより好ましく、500〜5,000であることが特に好ましい。該重量平均分子量が300〜75,000であれば、炭素系触媒材料の凝集を防ぐことにより、触媒ペースト組成物の粘度上昇を抑えることに効果的である。   The polymer having a primary and / or secondary amino group has a polystyrene-equivalent weight average molecular weight (Mw) by GPC (gel permeation chromatography), preferably 300 to 75,000, 300 to 20, 000 is more preferable, and 500 to 5,000 is particularly preferable. When the weight average molecular weight is 300 to 75,000, it is effective to suppress an increase in viscosity of the catalyst paste composition by preventing aggregation of the carbon-based catalyst material.

<モノアミン(E1)>
塩基性官能基を有する樹脂(G1)の構成要素であるアミン化合物としては、ポリアミン(D1)の他に、さらにモノアミン(E1)も使用することができる。モノアミン(E1)としては、分子内に第一級アミノ基又は第二級アミノ基を1個有するモノアミン化合物であり、モノアミン(E1)は、ジイソシアネート(B1)とポリアミン(D1)の反応において高分子量化しすぎるのを抑えるため、反応停止剤として使用される。モノアミン(E1)は、分子内に第一級アミノ基又は第二級アミノ基以外の他の極性官能基を有しても良い。このような極性官能基としては、ヒドロキシル基、カルボキシル基、スルホン酸基、リン酸基、シアノ基、ニトロキシル基等が挙げられる。
<Monoamine (E1)>
As the amine compound that is a constituent element of the resin (G1) having a basic functional group, in addition to the polyamine (D1), a monoamine (E1) can also be used. The monoamine (E1) is a monoamine compound having one primary amino group or secondary amino group in the molecule, and the monoamine (E1) has a high molecular weight in the reaction between the diisocyanate (B1) and the polyamine (D1). It is used as a reaction terminator in order to suppress excessive conversion. The monoamine (E1) may have a polar functional group other than the primary amino group or the secondary amino group in the molecule. Examples of such polar functional groups include a hydroxyl group, a carboxyl group, a sulfonic acid group, a phosphoric acid group, a cyano group, and a nitroxyl group.

モノアミン(E1)としては、従来公知のものが使用でき、具体的には、アミノメタン、アミノエタン、1−アミノプロパン、2−アミノプロパン、1−アミノブタン、2−アミノブタン、1−アミノペンタン、2−アミノペンタン、3−アミノペンタン、イソアミルアミン、N−エチルイソアミルアミン、1−アミノヘキサン、1−アミノヘプタン、2−アミノヘプタン、2−オクチルアミン、1−アミノノナン、1−アミノデカン、1−アミノドデカン、1−アミノトリデカン、1−アミノヘキサデカン、ステアリルアミン、アミノシクロプロパン、アミノシクロブタン、アミノシクロペンタン、アミノシクロヘキサン、アミノシクロドデカン、1−アミノ−2−エチルヘキサン、1−アミノ−2−メチルプロパン、2−アミノ−2−メチルプロパン、3−アミノ−1−プロペン、3−アミノメチルヘプタン、3−イソプロポキシプロピルアミン、3−ブトキシプロピルアミン、3−イソブトキシプロピルアミン、2−エチルヘキシロキシプロピルアミン、3−デシロキシプロピルアミン、3−ラウリロキシプロピルアミン、3−ミリスチロキシプロピルアミン、2−アミノメチルテトラヒドロフラン、ジメチルアミン、ジエチルアミン、N−メチルエチルアミン、N−メチルイソプロピルアミン、N−メチルヘキシルアミン、ジイソプロピルアミン、ジn−プロピルアミン、ジn−ブチルアミン、ジsec−ブチルアミン、N−エチル−1,2−ジメチルプロピルアミン、ピペリジン、2−ピペコリン、3−ピペコリン、4−ピペコリン、2,4−ルペチジン、2,6−ルペチジン、3,5−ルペチジン、3−ピペリジンメタノール、ピペコリニックアシッド、イソニペコチックアシッド、メチルイソニペコテート、エチルイソニペコテート、2−ピペリジンエタノール、4−ピペリジンエタノール、4−ピペリジンブチリックアシッド塩酸塩、4−ピペリジノール、ピロリジン、3−アミノピロリジン、3−ピロリジノール、インドリン、アニリン、N−ブチルアニリン、o−アミノトルエン、m−アミノトルエン、p−アミノトルエン、o−ベンジルアニリン、p−ベンジルアニリン、1−アニリノナフタレン、1−アミノアントラキノン、2−アミノアントラキノン、1−アミノアントラセン、2−アミノアントラセン、5−アミノイソキノリン、o−アミノジフェニル、4−アミノジフェニルエーテル、β−アミノエチルベンゼン、2−アミノベンゾフェノン、4−アミノベンゾフェノン、o−アミノアセトフェノン、m−アミノアセトフェノン、p−アミノアセトフェノン、ベンジルアミン、N−メチルベンジルアミン、3−ベンジルアミノプロピオニックアシッドエチルエーテル、4−ベンジルピペリジン、α−フェニルエチルアミン、フェネシルアミン、p−メトキシフェネシルアミン、フルフリルアミン、p−アミノアゾベンゼン、m−アミノフェノール、p−アミノフェノール、アリルアミン、及びジフェニルアミン等が挙げられる。   As the monoamine (E1), conventionally known ones can be used. Specific examples include aminomethane, aminoethane, 1-aminopropane, 2-aminopropane, 1-aminobutane, 2-aminobutane, 1-aminopentane, 2- Aminopentane, 3-aminopentane, isoamylamine, N-ethylisoamylamine, 1-aminohexane, 1-aminoheptane, 2-aminoheptane, 2-octylamine, 1-aminononane, 1-aminodecane, 1-aminododecane, 1-aminotridecane, 1-aminohexadecane, stearylamine, aminocyclopropane, aminocyclobutane, aminocyclopentane, aminocyclohexane, aminocyclododecane, 1-amino-2-ethylhexane, 1-amino-2-methylpropane, 2-amino-2-me Rupropane, 3-amino-1-propene, 3-aminomethylheptane, 3-isopropoxypropylamine, 3-butoxypropylamine, 3-isobutoxypropylamine, 2-ethylhexyloxypropylamine, 3-decyloxypropylamine , 3-lauryloxypropylamine, 3-myristoxypropylamine, 2-aminomethyltetrahydrofuran, dimethylamine, diethylamine, N-methylethylamine, N-methylisopropylamine, N-methylhexylamine, diisopropylamine, di-n- Propylamine, di-n-butylamine, disec-butylamine, N-ethyl-1,2-dimethylpropylamine, piperidine, 2-pipecoline, 3-pipecoline, 4-pipecoline, 2,4-lupetidine, 2,6-lupe Gin, 3,5-lupetidine, 3-piperidinemethanol, pipecolic acid, isonipecotic acid, methyl isonipecotate, ethyl isonipecotate, 2-piperidineethanol, 4-piperidineethanol, 4-piperidinebuty Rick acid hydrochloride, 4-piperidinol, pyrrolidine, 3-aminopyrrolidine, 3-pyrrolidinol, indoline, aniline, N-butylaniline, o-aminotoluene, m-aminotoluene, p-aminotoluene, o-benzylaniline, p -Benzylaniline, 1-anilinonaphthalene, 1-aminoanthraquinone, 2-aminoanthraquinone, 1-aminoanthracene, 2-aminoanthracene, 5-aminoisoquinoline, o-aminodiphenyl, 4-aminodiphenyl ether, β- Minoethylbenzene, 2-aminobenzophenone, 4-aminobenzophenone, o-aminoacetophenone, m-aminoacetophenone, p-aminoacetophenone, benzylamine, N-methylbenzylamine, 3-benzylaminopropionic acid ethyl ether, 4- Examples include benzylpiperidine, α-phenylethylamine, phenesylamine, p-methoxyphenesylamine, furfurylamine, p-aminoazobenzene, m-aminophenol, p-aminophenol, allylamine, and diphenylamine.

中でも、剛直性のない脂肪族アミンで第二級アミノ基のみを有するモノアミン化合物は、分散性も良好であり好ましい。   Among them, a monoamine compound having only a secondary amino group as an aliphatic amine having no rigidity is preferable because of its good dispersibility.

第二級アミノ基のみを有する脂肪族モノアミン化合物としては、ジメチルアミン、ジエチルアミン、N−メチルエチルアミン、N−メチルイソプロピルアミン、N−メチルヘキシルアミン、ジイソプロピルアミン、ジn−プロピルアミン、ジn−ブチルアミン、ジsec−ブチルアミン、N−エチル−1,2−ジメチルプロピルアミン、ピペリジン、2−ピペコリン、3−ピペコリン、4−ピペコリン、2,4−ルペチジン、2,6−ルペチジン、3,5−ルペチジン、3−ピペリジンメタノール、2−ピペリジンエタノール、4−ピペリジンエタノール、4−ピペリジノール、ピロリジン、3−アミノピロリジン、及び3−ピロリジノール等が挙げられる。   Examples of aliphatic monoamine compounds having only secondary amino groups include dimethylamine, diethylamine, N-methylethylamine, N-methylisopropylamine, N-methylhexylamine, diisopropylamine, di-n-propylamine, and di-n-butylamine. , Disec-butylamine, N-ethyl-1,2-dimethylpropylamine, piperidine, 2-pipecoline, 3-pipecoline, 4-pipecoline, 2,4-lupetidine, 2,6-lupetidine, 3,5-lupetidine, Examples include 3-piperidinemethanol, 2-piperidineethanol, 4-piperidineethanol, 4-piperidinol, pyrrolidine, 3-aminopyrrolidine, and 3-pyrrolidinol.

又、三級アミノ基は、イソシアネート基と反応する活性水素を有していないため、一級又は二級アミノ基と、三級アミノ基とを有するジアミンは、モノアミン(E1)として使用することができ、本発明に分散剤の重合体末端に、炭素系触媒材料への吸着能を向上させる効果がある三級アミノ基を導入することができる。   In addition, since the tertiary amino group does not have an active hydrogen that reacts with an isocyanate group, a diamine having a primary or secondary amino group and a tertiary amino group can be used as a monoamine (E1). In the present invention, a tertiary amino group having an effect of improving the adsorption ability to the carbon-based catalyst material can be introduced into the polymer terminal of the dispersant.

一級又は二級アミノ基と、三級アミノ基とを有するジアミンとしては、N,N−ジメチルエチレンジアミン、N,N−ジエチルエチレンジアミン、N,N−ジメチル−1,3−プロパンジアミン、及びN,N,2,2−テトラメチル−1,3−プロパンジアミン等の一級アミノ基と三級アミノ基とを有するジアミン;並びに、N,N,N’−トリメチルエチレンジアミン等の二級アミノ基と三級アミノ基とを有するジアミンを挙げることができる。   Examples of the diamine having a primary or secondary amino group and a tertiary amino group include N, N-dimethylethylenediamine, N, N-diethylethylenediamine, N, N-dimethyl-1,3-propanediamine, and N, N. Diamine having a primary amino group and a tertiary amino group such as 1,2,2-tetramethyl-1,3-propanediamine; and a secondary amino group such as N, N, N′-trimethylethylenediamine and a tertiary amino group And diamines having a group.

これらのモノアミン(E1)化合物は、一種類又は二種類以上混合して用いてもよい。なお、一級アミノ基とイソシアネート基が反応した後のウレア結合の活性水素は、反応性が低く、分散剤の重合条件では、それ以上イソシアネート基と反応し、分子量が大きくなることはない。   These monoamine (E1) compounds may be used alone or in combination. In addition, the active hydrogen of the urea bond after the primary amino group and the isocyanate group react with each other has low reactivity, and under the polymerization conditions of the dispersant, it does not further react with the isocyanate group and the molecular weight does not increase.

<ウレタンプレポリマー(C1)>
塩基性官能基を有する重合体(G1)の構成要素であるウレタンプレポリマー(C1)は片末端領域に2つのヒドロキシル基を有するビニル重合体(A1)のヒドロキシル基と、ジイソシアネート(B1)のイソシアネート基と、を反応して得られる。
<Urethane prepolymer (C1)>
The urethane prepolymer (C1), which is a constituent element of the polymer (G1) having a basic functional group, is composed of a hydroxyl group of a vinyl polymer (A1) having two hydroxyl groups at one end region and an isocyanate of a diisocyanate (B1). It is obtained by reacting with a group.

例えば、ビニル重合体(A1)のモル数をα、ジイソシアネート(B1)のモル数をβとした場合、α/β=α/(α+1)の時、理論上、両末端にイソシアネート基を有するウレタンプレポリマーが得られる。αを正の整数とすると、αが大きくなるほど分子量が高くなる。実際の構造制御については、詳しくは後述する。   For example, when the number of moles of the vinyl polymer (A1) is α and the number of moles of the diisocyanate (B1) is β, when α / β = α / (α + 1), a urethane having an isocyanate group at both ends in theory. A prepolymer is obtained. When α is a positive integer, the molecular weight increases as α increases. The actual structure control will be described later in detail.

<合成触媒(F1)>
ウレタンプレポリマー(C1)の合成時には、公知の触媒(F1)を使用することができる。例えば、三級アミン系化合物、及び有機金属系化合物を挙げることができる。
<Synthetic catalyst (F1)>
A known catalyst (F1) can be used during the synthesis of the urethane prepolymer (C1). For example, a tertiary amine compound and an organometallic compound can be mentioned.

三級アミン系化合物としては、例えば、トリエチルアミン、トリエチレンジアミン、N,N−ジメチルベンジルアミン、N−メチルモルホリン、及びジアザビシクロウンデセン(DBU)を挙げることができる。   Examples of the tertiary amine compound include triethylamine, triethylenediamine, N, N-dimethylbenzylamine, N-methylmorpholine, and diazabicycloundecene (DBU).

有機金属系化合物としては錫系化合物、及び非錫系化合物を挙げることができる。   Examples of organometallic compounds include tin compounds and non-tin compounds.

錫系化合物としては、例えば、ジブチル錫ジクロライド、ジブチル錫オキサイド、ジブチル錫ジブロマイド、ジブチル錫ジマレエート、ジブチル錫ジラウレート(DBTDL)、ジブチル錫ジアセテート、ジブチル錫スルファイド、トリブチル錫スルファイド、トリブチル錫オキサイド、トリブチル錫アセテート、トリエチル錫エトキサイド、トリブチル錫エトキサイド、ジオクチル錫オキサイド、トリブチル錫クロライド、トリブチル錫トリクロロアセテート、及び2−エチルヘキサン酸錫を挙げることができる。   Examples of the tin compound include dibutyltin dichloride, dibutyltin oxide, dibutyltin dibromide, dibutyltin dimaleate, dibutyltin dilaurate (DBTDL), dibutyltin diacetate, dibutyltin sulfide, tributyltin sulfide, tributyltin oxide, tributyl Mention may be made of tin acetate, triethyltin ethoxide, tributyltin ethoxide, dioctyltin oxide, tributyltin chloride, tributyltin trichloroacetate and tin 2-ethylhexanoate.

上記非錫系化合物としては、例えば、ジブチルチタニウムジクロライド、テトラブチルチタネート、ブトキシチタニウムトリクロライド等のチタン系、オレイン酸鉛;2−エチルヘキサン酸鉛、安息香酸鉛、及びナフテン酸鉛等の鉛系;2−エチルヘキサン酸鉄、及び鉄アセチルアセトネート等の鉄系;安息香酸コバルト、及び2−エチルヘキサン酸コバルト等のコバルト系;ナフテン酸亜鉛、及び2−エチルヘキサン酸亜鉛等の亜鉛系;並びに、ナフテン酸ジルコニウム等のジルコニウム系を挙げることができる。   Examples of the non-tin compound include titanium-based compounds such as dibutyltitanium dichloride, tetrabutyltitanate, butoxytitanium trichloride, lead oleate; lead-based compounds such as lead 2-ethylhexanoate, lead benzoate, and lead naphthenate. Iron systems such as iron 2-ethylhexanoate and iron acetylacetonate; cobalt systems such as cobalt benzoate and cobalt 2-ethylhexanoate; zinc systems such as zinc naphthenate and zinc 2-ethylhexanoate; In addition, zirconium-based compounds such as zirconium naphthenate can be mentioned.

上記触媒の中でも、ジブチル錫ジラウレート(DBTDL)、及び2−エチルヘキサン酸錫等が反応性や衛生性の点で好ましい。   Among the above catalysts, dibutyltin dilaurate (DBTDL), tin 2-ethylhexanoate and the like are preferable in terms of reactivity and hygiene.

上記3級アミン系化合物、及び有機金属系化合物等の触媒は、場合によっては単独でも使用できるが、併用することもでる。   Catalysts such as the tertiary amine compounds and organometallic compounds can be used alone or in combination depending on the case.

ウレタンプレポリマー(E)合成時に用いる有機金属化合物触媒は、後述のアミンとの更なる反応においても、該反応を著しく促進する。   The organometallic compound catalyst used in the synthesis of the urethane prepolymer (E) significantly accelerates the reaction even in the further reaction with the amine described later.

<合成溶剤>
ウレタンプレポリマー(C1)の合成時には公知の溶剤が好適に使用される。溶剤の使用は反応制御を容易にする役割を果たす。
<Synthetic solvent>
A known solvent is preferably used for the synthesis of the urethane prepolymer (C1). The use of a solvent serves to facilitate reaction control.

かかる目的で使用される溶剤としては、例えば、酢酸エチル、酢酸n−ブチル、酢酸イソブチル、N−メチル−2−ピロリドン、トルエン、キシレン、アセトン、ヘキサン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、及びジエチレングリコールジエチルエーテル等が用いられるが特にこれらに限定されるものではない。   Examples of the solvent used for this purpose include ethyl acetate, n-butyl acetate, isobutyl acetate, N-methyl-2-pyrrolidone, toluene, xylene, acetone, hexane, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, propylene glycol monomethyl ether acetate, diethylene glycol. Monoethyl ether acetate, diethylene glycol diethyl ether and the like are used, but are not particularly limited thereto.

ウレタンプレポリマー(C1)の溶解性、溶剤の沸点等、アミンの溶解性の点から特に酢酸エチル、トルエン、メチルエチルケトン、ジエチレングリコールジエチルエーテル、又はこれらの混合溶剤が好ましい。   In particular, ethyl acetate, toluene, methyl ethyl ketone, diethylene glycol diethyl ether, or a mixed solvent thereof is preferable from the viewpoint of amine solubility such as the solubility of the urethane prepolymer (C1) and the boiling point of the solvent.

又、溶剤を使用した場合のウレタンプレポリマー反応系内の濃度は、ウレタンプレポリマーの固形分濃度に換算して、反応制御の観点から、好ましくは30〜95重量%であり、粘度制御の観点から、さらに好ましくは40〜90重量%である。30重量%未満では、反応が遅くなり、未反応物が残ることがあるため好ましくない。95重量%を超えると、反応が部分的に急激に進む場合があり、分子量等のコントロールが難しくなるため好ましくない。   Further, the concentration in the urethane prepolymer reaction system when using a solvent is preferably 30 to 95% by weight from the viewpoint of reaction control in terms of the solid content concentration of the urethane prepolymer, and from the viewpoint of viscosity control. More preferably, it is 40 to 90% by weight. If it is less than 30% by weight, the reaction becomes slow and unreacted substances may remain. If it exceeds 95% by weight, the reaction may partially proceed abruptly, and it is difficult to control the molecular weight or the like, which is not preferable.

<合成条件>
片末端領域に2つのヒドロキシル基を有するビニル重合体(A1)のヒドロキシル基とジイソシアネート(B1)のイソシアネート基とを反応させてウレタンプレポリマー(C1)を調製するウレタン化反応には、種々の方法を適用することができる。代表的な方法は、1)全量仕込みで反応する場合と、2)片末端領域に2つのヒドロキシル基を有するビニル重合体(A)及び必要に応じて、溶剤をフラスコに仕込み、ジイソシアネート(B1)を滴下した後、必要に応じて触媒を添加する方法に大別される。反応を精密に制御する場合は2)の方法が好ましい。ウレタンプレポリマー(C1)を得る反応の温度は120℃以下が好ましい。更に好ましくは50〜110℃である。110℃より高くなると反応速度の制御が困難になり、所定の分子量と構造を有するウレタンプレポリマーが得られなくなる。ウレタン化反応は、触媒の存在下、50〜110℃で1〜20時間にわたって行うことが好ましい。
<Synthesis conditions>
There are various methods for the urethanization reaction in which the urethane prepolymer (C1) is prepared by reacting the hydroxyl group of the vinyl polymer (A1) having two hydroxyl groups in one terminal region with the isocyanate group of the diisocyanate (B1). Can be applied. Typical methods are 1) when the reaction is carried out in the whole amount, 2) vinyl polymer (A) having two hydroxyl groups at one end region, and if necessary, a solvent is charged into the flask, and diisocyanate (B1). After dripping, it is divided roughly into the method of adding a catalyst as needed. When the reaction is precisely controlled, the method 2) is preferable. The reaction temperature for obtaining the urethane prepolymer (C1) is preferably 120 ° C. or lower. More preferably, it is 50-110 degreeC. When the temperature is higher than 110 ° C., it becomes difficult to control the reaction rate, and a urethane prepolymer having a predetermined molecular weight and structure cannot be obtained. The urethanization reaction is preferably performed in the presence of a catalyst at 50 to 110 ° C. for 1 to 20 hours.

片末端領域に2つのヒドロキシル基を有するビニル重合体(A1)とジイソシアネート(B1)の配合比は、片末端領域に2つのヒドロキシル基を有するビニル重合体(A1)のモル比率を整数αとした時、ジイソシアネート(B1)のモル比率がα+1で、理論上、両末端にイソシアネート基を有するウレタンプレポリマー(C1)が合成できる。αの最小が1なので、ビニル重合体(A1)に対するジイソシアネート(B1)の配合モル比率(α+1)/αは2以下となる。ジイソシアネートをさらに増やした場合、ウレタンプレポリマー(C1)と過剰のジイソシアネート(B)の混合物中のイソシアネート基の全てを、ポリアミン(D1)とモノアミン(E1)の一級及び/又は二級アミノ基と反応するように設計すれば、過剰のジイソシアネート(B1)を分散剤分子の中に取り込むことが可能である。通常のウレタンプレポリマー(C1)を合成する場合、ポリオールを残さないために、次工程のポリアミンによる鎖延長を見込んで、過剰のポリイソシアネートを配合する場合が多い。しかし、過剰なジイソシアネート(B1)由来の重合体の構成単位や過剰なジイソシアネート(B1)の加水分解物由来の不純物が、炭素系触媒材料の分散性や経時安定性に悪影響を与える可能性が高い。   The compounding ratio of the vinyl polymer (A1) having two hydroxyl groups in one end region and the diisocyanate (B1) is the integer α as the molar ratio of the vinyl polymer (A1) having two hydroxyl groups in one end region. When the molar ratio of diisocyanate (B1) is α + 1, a urethane prepolymer (C1) having isocyanate groups at both ends can be synthesized theoretically. Since the minimum α is 1, the blending molar ratio (α + 1) / α of the diisocyanate (B1) to the vinyl polymer (A1) is 2 or less. When the diisocyanate is further increased, all of the isocyanate groups in the mixture of urethane prepolymer (C1) and excess diisocyanate (B) react with primary and / or secondary amino groups of polyamine (D1) and monoamine (E1). If designed to do so, it is possible to incorporate excess diisocyanate (B1) into the dispersant molecule. When synthesizing a normal urethane prepolymer (C1), an excess polyisocyanate is often blended in anticipation of chain extension by the polyamine in the next step in order not to leave a polyol. However, there is a high possibility that impurities derived from excessive diisocyanate (B1) -derived polymer units and excess diisocyanate (B1) hydrolyzate will adversely affect the dispersibility and temporal stability of the carbon-based catalyst material. .

従って、片末端領域に2つのヒドロキシル基を有するビニル重合体(A1)に対するジイソシアネート(B1)の配合モル比は、ウレタンプレポリマー(C1)の生産性の観点から、1.01〜3.00が好ましく、1.30〜2.30がより好ましく、1.50〜2.00が最も好ましい。上記配合モル比が小さすぎると、分散剤が高分子量になり、実用上問題がある。又、前述通り、上記配合モル比が2.00より大きいと、ビニル重合体(A1)由来のビニル重合部を持たないジイソシアネート(B1)及びそれ由来のウレタン部位が増え、分散性に悪影響を及ぼす。   Therefore, the blending molar ratio of the diisocyanate (B1) to the vinyl polymer (A1) having two hydroxyl groups in one terminal region is 1.01 to 3.00 from the viewpoint of the productivity of the urethane prepolymer (C1). Preferably, 1.30 to 2.30 is more preferable, and 1.50 to 2.00 is most preferable. When the said compounding molar ratio is too small, a dispersing agent will become high molecular weight and there exists a problem practically. Further, as described above, when the above-mentioned blending molar ratio is larger than 2.00, diisocyanate (B1) having no vinyl polymer part derived from vinyl polymer (A1) and urethane part derived therefrom increase, and the dispersibility is adversely affected. .

<塩基性官能基を有する樹脂(G1)の製造方法及び合成条件等>
塩基性官能基を有する重合体(G1)は、分子内に2つのヒドロキシル基と1つのチオール基とを有する化合物(a11)の存在下、エチレン性不飽和単量体(a12)をラジカル重合してなる、片末端領域に2つのヒドロキシル基を有するビニル重合体(A1)を製造する第一の工程と、上記片末端領域に2つのヒドロキシル基を有するビニル重合体(A1)のヒドロキシル基とジイソシアネート(B1)のイソシアネート基とを反応してなる両末端にイソシアネート基を有するウレタンプレポリマー(C1)を製造する第二の工程と、両末端にイソシアネート基を有するウレタンプレポリマー(C1)のイソシアネート基とポリアミン(D1)及びモノアミン(E2)の一級及び/又は二級アミノ基とを反応させる第三の工程とを含む方法によって製造することができる。
<Method for producing resin (G1) having basic functional group, synthesis conditions, etc.>
The polymer (G1) having a basic functional group radically polymerizes an ethylenically unsaturated monomer (a12) in the presence of a compound (a11) having two hydroxyl groups and one thiol group in the molecule. A first step of producing a vinyl polymer (A1) having two hydroxyl groups in one end region, and the hydroxyl group and diisocyanate of the vinyl polymer (A1) having two hydroxyl groups in the one end region The second step of producing a urethane prepolymer (C1) having an isocyanate group at both ends formed by reacting with the isocyanate group of (B1), and the isocyanate group of the urethane prepolymer (C1) having an isocyanate group at both ends And a third step of reacting polyamine (D1) and monoamine (E2) with primary and / or secondary amino groups It can be produced by.

塩基性官能基を有する重合体(G1)において、ウレタンプレポリマー(C1)、ポリアミン(D1)、及びモノアミン(E1)、からウレタンウレア樹脂、又は末端に一級又は二級のアミノ基を有するポリウレタンウレアを得るためのウレア反応は、
1)ウレタンプレポリマー(C1)溶液をフラスコに仕込み、ポリアミン(D1)、及びモノアミン(E1)を滴下する方法、
2)ポリアミン(D1)、及びモノアミン(E1)、及び必要に応じて溶剤からなる溶液をフラスコに仕込み、ウレタンプレポリマー(C1)溶液を滴下する方法、に大別される。
In the polymer (G1) having a basic functional group, the urethane prepolymer (C1), the polyamine (D1), and the monoamine (E1), a urethane urea resin, or a polyurethane urea having a primary or secondary amino group at the terminal The urea reaction to get
1) A method in which a urethane prepolymer (C1) solution is charged into a flask and polyamine (D1) and monoamine (E1) are dropped.
2) The method is roughly divided into a method in which a solution comprising a polyamine (D1), a monoamine (E1), and a solvent as required is charged into a flask and the urethane prepolymer (C1) solution is dropped.

安定して反応を実施できる方法を適宜選択して合成を行ってよいが、反応に問題がなければ、操作がより容易な上記1)の方法が好ましい。ウレア反応の温度は、100℃以下が好ましい。更に好ましくは70℃以下である。70℃でも反応速度は大きく、制御できない場合は、50℃以下が更に好ましい。100℃より高くなると反応速度の制御が困難であり、所定の分子量と構造を有するウレタンウレア樹脂を得ることは難しい。   Synthesis may be carried out by appropriately selecting a method that can carry out the reaction stably, but the method of 1), which is easier to operate, is preferred if there is no problem in the reaction. The temperature of the urea reaction is preferably 100 ° C. or less. More preferably, it is 70 degrees C or less. Even at 70 ° C., the reaction rate is high, and when it cannot be controlled, 50 ° C. or less is more preferable. When the temperature is higher than 100 ° C., it is difficult to control the reaction rate, and it is difficult to obtain a urethane urea resin having a predetermined molecular weight and structure.

又、ウレタンプレポリマー(C1)、及びポリアミン(D1)、さらに必要に応じてモノアミン(E1)との配合比は、特に限定されず、用途と要求性能により任意に選択される。   Moreover, the compounding ratio with a urethane prepolymer (C1) and a polyamine (D1), and also monoamine (E1) as needed is not specifically limited, It selects arbitrarily by a use and required performance.

反応の終点は、滴定によるイソシアネート%測定、IR測定によるイソシアネートピークの消失により判断する。   The end point of the reaction is judged by measuring the isocyanate percentage by titration and disappearance of the isocyanate peak by IR measurement.

塩基性官能基を有する重合体(G1)の重量平均分子量(Mw)は、1,000〜100,000であることが好ましく、より好ましくは1,500〜50,000、特に好ましくは1,500〜20,000である。重量平均分子量が1,000未満であれば、分散性が低下する場合があり、100,000を超えると樹脂間の相互作用が強くなり、組成物の増粘が起きる場合がある。又、得られた重合体のアミン価は、1〜100mgKOH/gであることが好ましく、より好ましくは2〜50mgKOH/g、さらに好ましくは3〜30mgKOH/gである。アミン価が1mgKOH/g未満であれば、炭素系触媒材料と吸着する官能基が不足するため、炭素系触媒材料の分散に寄与することが困難になる場合があり、100mgKOH/gを超えると、炭素系触媒材料同士の凝集が起こり、粘度低下効果の不足や塗膜に不具合を生じさせる場合がある。   The polymer (G1) having a basic functional group preferably has a weight average molecular weight (Mw) of 1,000 to 100,000, more preferably 1,500 to 50,000, particularly preferably 1,500. ~ 20,000. When the weight average molecular weight is less than 1,000, the dispersibility may be lowered. When the weight average molecular weight is more than 100,000, the interaction between the resins becomes strong and the composition may be thickened. Moreover, it is preferable that the amine value of the obtained polymer is 1-100 mgKOH / g, More preferably, it is 2-50 mgKOH / g, More preferably, it is 3-30 mgKOH / g. If the amine value is less than 1 mgKOH / g, the functional group adsorbing to the carbon-based catalyst material is insufficient, which may make it difficult to contribute to the dispersion of the carbon-based catalyst material, and if it exceeds 100 mgKOH / g, Aggregation of carbon-based catalyst materials may occur, which may cause insufficient viscosity reduction effects and defects in the coating film.

<塩基性官能基を有する樹脂(G2)>
本発明で用いることのできる塩基性官能基を有する重合体(G2)は、片末端領域に1個又は2個の(メタ)アクリロイル基を有する重合体(A2)の(メタ)アクリロイル基と、1個以上の一級及び/又は二級アミノ基を含むポリアミン(B2)の一級及び/又は二級アミノ基と、を反応してなる、アミノ基を有する重合体(C2)の一級及び/又は二級アミノ基と、2個以上のイソシアネート基を含むポリイソシアネート(D2)のイソシアネート基とを反応させることによって合成される。
<Resin having basic functional group (G2)>
The polymer (G2) having a basic functional group that can be used in the present invention is a (meth) acryloyl group of the polymer (A2) having one or two (meth) acryloyl groups in one end region; A primary and / or two polymer (C2) having an amino group obtained by reacting with a primary and / or secondary amino group of a polyamine (B2) containing one or more primary and / or secondary amino groups. It is synthesized by reacting a primary amino group with an isocyanate group of polyisocyanate (D2) containing two or more isocyanate groups.

すなわち、重合体(A2)由来の溶媒親和性部位と、ポリアミン(C2)の一級及び/又は二級アミノ基と、ポリイソシアネート(D2)のイソシアネート基と、を反応してなる、アミノ基及びウレア結合部位を有する炭素系触媒材料への吸着性部位を有する構造となっている。上記アミノ基及びウレア結合部位を有する炭素系触媒材料への吸着部位が、酸性官能基を有する有機色素誘導体、又は酸性官能基を有するトリアジン誘導体との相互作用能力に優れ、更に、誘導体を介して酸性に偏った炭素系触媒材料表面に対する吸着性に優れ、分散安定化を図ることが可能である。   That is, an amino group and a urea formed by reacting a solvent affinity site derived from the polymer (A2), a primary and / or secondary amino group of the polyamine (C2), and an isocyanate group of the polyisocyanate (D2). It has a structure having an adsorptive site to a carbon-based catalyst material having a binding site. The adsorption site to the carbon-based catalyst material having the amino group and urea binding site is excellent in the ability to interact with an organic dye derivative having an acidic functional group or a triazine derivative having an acidic functional group. It is excellent in adsorptivity to the surface of the carbon-based catalyst material that is biased to acidity, and can stabilize dispersion.

なお、本明細書において、「(メタ)アクリロイル」、「(メタ)アクリル酸」、「(メタ)アクリレート」、及び「(メタ)アクリロイルオキシ」と表記した場合には、特に説明がない限り、それぞれ、「アクリロイル及び/又はメタクリロイル」、「アクリル酸及び/又はメタクリル酸」、「アクリレート及び/又はメタクリレート」、及び「アクリロイルオキシ及び/又はメタクリロイルオキシ」を表すものとする。   In the present specification, when expressed as “(meth) acryloyl”, “(meth) acrylic acid”, “(meth) acrylate”, and “(meth) acryloyloxy”, unless otherwise specified, “Acryloyl and / or methacryloyl”, “acrylic acid and / or methacrylic acid”, “acrylate and / or methacrylate”, and “acryloyloxy and / or methacryloyloxy” respectively.

<片末端領域に1個又は2個の(メタ)アクリロイル基を有する重合体(A2)>
本発明における重合体(A)の重量平均分子量は500〜30,000が好ましく、これによって、立体反発効果に優れ、高い分散性及び保存安定性を得ることが可能である。重合体(A)の重量平均分子量はさらに好ましくは2,000から20,000であり、最も好ましくは5,000から10,000である。500未満では、溶媒親和性ブロックによる立体反発効果が少なくなるため、好ましくない場合がある。また、30,000を超える場合は、分散体の粘度が高くなり好ましくない場合がある。
<Polymer (A2) having one or two (meth) acryloyl groups in one end region>
The weight average molecular weight of the polymer (A) in the present invention is preferably from 500 to 30,000, whereby it is excellent in steric repulsion effect and high dispersibility and storage stability can be obtained. The weight average molecular weight of the polymer (A) is more preferably 2,000 to 20,000, and most preferably 5,000 to 10,000. If it is less than 500, the steric repulsion effect due to the solvent affinity block is reduced, which may be undesirable. Moreover, when exceeding 30,000, the viscosity of a dispersion becomes high and may be unpreferable.

本発明における重合体(A)は、ポリエステル(A21)、又はビニル重合体(A22)であることが好ましい。これらは溶剤への親和性が良好であり、また、分子量を調整することが容易である。また、片末端領域の(メタ)アクリロイル基は、一級及び/又は二級アミノ基との反応制御の観点から、比較的低温で反応が進むアクリロイル基が好ましい。   The polymer (A) in the present invention is preferably polyester (A21) or vinyl polymer (A22). These have good affinity for the solvent and can easily adjust the molecular weight. Moreover, the (meth) acryloyl group of one terminal area | region has a preferable acryloyl group which reaction reacts at comparatively low temperature from a viewpoint of reaction control with a primary and / or secondary amino group.

<ポリエステル(A21)>
ポリエステル(A21)は、公知の方法で製造することができ、例えば、(メタ)アクリロイル基を有するモノアルコールを開始剤としてラクトン及び/又はラクチドを開環重合することで容易に得ることができる。
<Polyester (A21)>
The polyester (A21) can be produced by a known method. For example, the polyester (A21) can be easily obtained by ring-opening polymerization of a lactone and / or lactide using a monoalcohol having a (meth) acryloyl group as an initiator.

<(メタ)アクリロイル基を有するモノアルコール>
開環重合の開始剤として使用する(メタ)アクリロイル基を有するモノアルコールとしては、特に限定はなく、4−ヒドロキシブチルアクリレート、2−ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシ−3−フェノキシプロピルアクリレート、及び2−ヒドロキシ−3−(メタ)アクリロイロキシプロピルメタクリレート等が挙げられる、ヒドロキシル基の反応性の観点から、4−ヒドロキシブチルアクリレート、及び2−ヒドロキシエチルアクリレートからなる群から選ばれる1種類以上を使用するのが好ましい。
<Monoalcohol having (meth) acryloyl group>
The monoalcohol having a (meth) acryloyl group used as an initiator for ring-opening polymerization is not particularly limited, and 4-hydroxybutyl acrylate, 2-hydroxyethyl acrylate, 2-hydroxy-3-phenoxypropyl acrylate, and 2 One or more selected from the group consisting of 4-hydroxybutyl acrylate and 2-hydroxyethyl acrylate are used from the viewpoint of the reactivity of the hydroxyl group, including -hydroxy-3- (meth) acryloyloxypropyl methacrylate It is preferable to do this.

<ラクトン及びラクチド>
ラクトンとしては、特に限定はなく、具体的にはβ−ブチロラクトン、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、δ−バレロラクトン、δ−カプロラクトン、ε−カプロラクトン、及びアルキル置換されたε−カプロラクトン等が挙げられるが、開環重合性の観点から、δ−バレロラクトン、ε−カプロラクトン、及びアルキル置換されたε−カプロラクトンからなる群から選ばれる1種類以上を使用するのが好ましい。
<Lactone and lactide>
The lactone is not particularly limited, and specific examples include β-butyrolactone, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, δ-valerolactone, δ-caprolactone, ε-caprolactone, and alkyl-substituted ε-caprolactone. However, from the viewpoint of ring-opening polymerizability, it is preferable to use one or more selected from the group consisting of δ-valerolactone, ε-caprolactone, and alkyl-substituted ε-caprolactone.

ラクトンは、上記例示に限定されることなく用いることができ、また単独で用いても、2種類以上を併用して用いても構わない。   Lactones can be used without being limited to the above examples, and may be used alone or in combination of two or more.

ラクチドとしては、下記式(16)で示されるものが好ましい(グリコリドを含む)。   As a lactide, what is shown by following formula (16) is preferable (a glycolide is included).

式(16)において、
1及びR2は、それぞれ独立して、水素原子、又は、飽和若しくは不飽和の直鎖若しくは分枝の炭素原子数1〜20のアルキル基であり、
3及びR4は、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、又は、飽和若しくは不飽和の直鎖若しくは分枝の炭素原子数1〜9の低級アルキル基である。
In equation (16),
R 1 and R 2 are each independently a hydrogen atom or a saturated or unsaturated linear or branched alkyl group having 1 to 20 carbon atoms,
R 3 and R 4 are each independently a hydrogen atom, a halogen atom, or a saturated or unsaturated linear or branched lower alkyl group having 1 to 9 carbon atoms.

特に好適なラクチドは、ラクチド(3,6−ジメチル−1,4−ジオキサン−2,5−ジオン)及びグリコリド(1,4−ジオキサン−2,5−ジオン)である。   Particularly preferred lactides are lactide (3,6-dimethyl-1,4-dioxane-2,5-dione) and glycolide (1,4-dioxane-2,5-dione).

上記ラクトン及びラクチドは、単独で用いても、2種以上併用しても構わない。ラクトンとラクチドとでは、溶媒親和性の観点から、ラクトンを使用することが好ましい。   The lactone and lactide may be used alone or in combination of two or more. For lactone and lactide, it is preferable to use lactone from the viewpoint of solvent affinity.

開始剤1モルに対するラクトン及び/又はラクチドの重合モル数は、3〜60モルの範囲が好ましく、更には10〜40モルが好ましく、最も好ましくは15〜30モルである。3モル未満では、分子量が小さくなり、溶媒親和性部位として、十分機能しない。60モルを超えると、分子量が大きくなりすぎて、炭素系触媒材料の分散剤として使用した時に、組成物の粘度が高くなり、問題が発生しやすくなる。   The number of moles of lactone and / or lactide polymerized with respect to 1 mole of initiator is preferably in the range of 3 to 60 moles, more preferably 10 to 40 moles, and most preferably 15 to 30 moles. If it is less than 3 mol, the molecular weight is small, and it does not function sufficiently as a solvent affinity site. When it exceeds 60 mol, the molecular weight becomes too large, and when used as a dispersant for a carbon-based catalyst material, the viscosity of the composition becomes high and problems are likely to occur.

<開環重合触媒>
開環重合触媒としては、公知のものを制限なく使用することができるが、例えば、テトラメチルアンモニウムクロリド、テトラブチルアンモニウムクロリド、テトラメチルアンモニウムブロミド、テトラブチルアンモニウムブロミド、テトラメチルアンモニウムヨード、テトラブチルアンモニウムヨード、ベンジルトリメチルアンモニウムクロリド、ベンジルトリメチルアンモニウムブロミド、及びベンジルトリメチルアンモニウムヨード等の四級アンモニウム塩;
テトラメチルホスホニウムクロリド、テトラブチルホスホニウムクロリド、テトラメチルホスホニウムブロミド、テトラブチルホスホニウムブロミド、テトラメチルホスホニウムヨード、テトラブチルホスホニウムヨード、ベンジルトリメチルホスホニウムクロリド、ベンジルトリメチルホスホニウムブロミド、ベンジルトリメチルホスホニウムヨード、テトラフェニルホスホニウムクロリド、テトラフェニルホスホニウムブロミド、及びテトラフェニルホスホニウムヨード等の四級ホスホニウム塩;トリフェニルフォスフィン等のリン化合物;酢酸カリウム、酢酸ナトリウム、安息香酸カリウム、及び安息香酸ナトリウム等の有機カルボン酸塩;ナトリウムアルコラート、及びカリウムアルコラート等のアルカリ金属アルコラート;トリエチルアミン、及びトリフェニルアミン等の三級アミン類;ジブチル錫ジラウレート、ジブチル錫オキシド、及びジオクチル錫オキシド等の有機錫化合物;アルミニウムアルキルアセトアセテート・ジイソプロピレート、アルミニウムビスエチルアセトアセテート・モノアセチルアセトネート、アルミニウムトリスアセチルアセトネート等の有機アルミニウム化合物;テトラ−n−ブチルチタネート、上記ダイマー、テトライソブチルチタネート、テトラステアリルチタネート、及びジイソプロポキシ・ビス(トリエタノールアミネート)チタン等の有機チタネート化合物;並びに、塩化亜鉛等の亜鉛化合物等が挙げられる。
<Ring-opening polymerization catalyst>
As the ring-opening polymerization catalyst, known catalysts can be used without limitation. For example, tetramethylammonium chloride, tetrabutylammonium chloride, tetramethylammonium bromide, tetrabutylammonium bromide, tetramethylammonium iodide, tetrabutylammonium Quaternary ammonium salts such as iodo, benzyltrimethylammonium chloride, benzyltrimethylammonium bromide, and benzyltrimethylammonium iodide;
Tetramethylphosphonium chloride, tetrabutylphosphonium chloride, tetramethylphosphonium bromide, tetrabutylphosphonium bromide, tetramethylphosphonium iodide, tetrabutylphosphonium iodide, benzyltrimethylphosphonium chloride, benzyltrimethylphosphonium bromide, benzyltrimethylphosphonium iodide, tetraphenylphosphonium chloride, Quaternary phosphonium salts such as tetraphenylphosphonium bromide and tetraphenylphosphonium iodide; phosphorus compounds such as triphenylphosphine; organic carboxylates such as potassium acetate, sodium acetate, potassium benzoate and sodium benzoate; sodium alcoholate; And alkali metal alcoholates such as potassium alcoholates; Tertiary amines such as ruamine and triphenylamine; organotin compounds such as dibutyltin dilaurate, dibutyltin oxide, and dioctyltin oxide; aluminum alkyl acetoacetate / diisopropylate, aluminum bisethylacetoacetate / monoacetylacetonate Organic aluminum compounds such as aluminum trisacetylacetonate; organic titanate compounds such as tetra-n-butyl titanate, dimer, tetraisobutyl titanate, tetrastearyl titanate, and diisopropoxy bis (triethanolaminate) titanium; and And zinc compounds such as zinc chloride.

開環重合触媒の使用量は、ラクトン及び/又はラクチド100重量%に対して、0.1ppm〜3000ppm、好ましくは1ppm〜1000ppmである。触媒量が3000ppmを超えると、樹脂の着色が激しくなる場合がある。逆に、触媒の使用量が0.1ppm未満ではラクトン及び/又はラクチドの開環重合速度が極めて遅くなるので好ましくない場合がある。   The amount of the ring-opening polymerization catalyst used is 0.1 ppm to 3000 ppm, preferably 1 ppm to 1000 ppm with respect to 100% by weight of the lactone and / or lactide. When the amount of the catalyst exceeds 3000 ppm, the resin may be intensely colored. On the contrary, if the amount of the catalyst used is less than 0.1 ppm, the rate of ring-opening polymerization of lactone and / or lactide becomes extremely slow, which is not preferable.

<合成条件>
ラクトン及び/又はラクチドの開環重合温度は、100℃〜220℃、好ましくは、110℃〜210℃の範囲で行う。反応温度が100℃未満では反応速度がきわめて遅くなる場合がある。一方、重合温度が220℃を超えるとラクトン及び/又はラクチドの付加反応以外の副反応、例えば、ラクトン付加体のラクトンモノマーへの解重合、環状のラクトンダイマーやトリマーの生成等が起こりやすい場合がある。
<Synthesis conditions>
The lactone and / or lactide ring-opening polymerization temperature is 100 ° C to 220 ° C, preferably 110 ° C to 210 ° C. If the reaction temperature is less than 100 ° C., the reaction rate may be extremely slow. On the other hand, if the polymerization temperature exceeds 220 ° C., side reactions other than the addition reaction of lactone and / or lactide, for example, depolymerization of lactone adducts to lactone monomers, formation of cyclic lactone dimers and trimers may occur. is there.

<ラジカル重合禁止剤>
(メタ)アクリロイル基を有する化合物を重合する際には、ラジカル重合禁止剤を添加し、乾燥空気流下で反応を行うことが好ましい。ラジカル重合禁止剤としては、公知のものを制限なく使用することができるが、例えば、ハイドロキノン、メチルハイドロキノン、ハイドロキノンモノメチルエーテル、p−ベンゾキノン、2,4−ジメチル−6−t−ブチルフェノール、及びフェノチアジン等が好ましい。これらを単独もしくは併用で、(メタ)アクリロイル基を有するアルコール100重量%に対して、0.01重量%〜6重量%、好ましくは、0.05重量%〜1.0重量%の範囲で用いる。
<Radical polymerization inhibitor>
When a compound having a (meth) acryloyl group is polymerized, it is preferable to add a radical polymerization inhibitor and perform the reaction under a dry air flow. As the radical polymerization inhibitor, known ones can be used without limitation, and examples thereof include hydroquinone, methyl hydroquinone, hydroquinone monomethyl ether, p-benzoquinone, 2,4-dimethyl-6-t-butylphenol, and phenothiazine. Is preferred. These may be used alone or in combination within a range of 0.01% to 6% by weight, preferably 0.05% to 1.0% by weight, based on 100% by weight of the alcohol having a (meth) acryloyl group. .

ポリエステル(A21)は、(メタ)アクリロイル基を有さないモノアルコールを開始剤としてラクトンを開環重合して得られた片末端にヒドロキシル基を有するポリエステルに、ヒドロキシル基と反応し得る基及び(メタ)アクリロイル基を有する化合物を反応させることでも得ることができる。   Polyester (A21) is a polyester having a hydroxyl group at one end obtained by ring-opening polymerization of a lactone using a monoalcohol having no (meth) acryloyl group as an initiator, a group capable of reacting with a hydroxyl group, and ( It can also be obtained by reacting a compound having a (meth) acryloyl group.

<ヒドロキシル基と反応し得る基及び(メタ)アクリロイル基を有する化合物>
ヒドロキシル基と反応し得る基及び(メタ)アクリロイル基を有する化合物としては、イソシアネート基と(メタ)アクリロイル基を有する化合物が好ましく、例えば、2−(メタ)アクリロイルオキシエチルイソシアネートなどが挙げられる。
<Compound having a group capable of reacting with a hydroxyl group and a (meth) acryloyl group>
The compound having a group capable of reacting with a hydroxyl group and a (meth) acryloyl group is preferably a compound having an isocyanate group and a (meth) acryloyl group, and examples thereof include 2- (meth) acryloyloxyethyl isocyanate.

又、ポリエステル(A21)の調製では、最初に(メタ)アクリロイル基を有さないモノアルコールを開始剤としてラクトンを開環重合して、片末端にヒドロキシル基を有するポリエステルを調製した後に、上記ポリエステルと二塩基酸無水物基を一個有する化合物を反応させて、片末端にカルボキシル基を有するポリエステルを調製する。次いで、上記カルボキシル基を有するポリエステルと、エポキシ基及び(メタ)アクリロイル基を有する化合物を反応させるか、エポキシ基が開環して得られたヒドロキシル基と反応し得る基及び上記(メタ)アクリロイル基を有する化合物を反応させることによって実施することができる。この場合、片末端領域に2個の(メタ)アクリロイル基を有するポリエステル(A21)が得られる。   In the preparation of the polyester (A21), a lactone is first subjected to ring-opening polymerization using a monoalcohol having no (meth) acryloyl group as an initiator to prepare a polyester having a hydroxyl group at one end, and then the polyester. And a compound having one dibasic acid anhydride group are reacted to prepare a polyester having a carboxyl group at one end. Subsequently, the polyester having the carboxyl group is reacted with a compound having an epoxy group and a (meth) acryloyl group, or a group capable of reacting with a hydroxyl group obtained by ring opening of the epoxy group and the (meth) acryloyl group. It can be carried out by reacting a compound having In this case, a polyester (A21) having two (meth) acryloyl groups in one end region is obtained.

<(メタ)アクリロイル基を有さないモノアルコール>
(メタ)アクリロイル基を有さないモノアルコールとしては、ヒドロキシル基を一個有する化合物であればいかなる化合物でも構わない。
<Monoalcohol without (meth) acryloyl group>
The monoalcohol having no (meth) acryloyl group may be any compound as long as it is a compound having one hydroxyl group.

例えば、メタノール、エタノール、1−プロパノール、イソプロパノール、1−ブタノール、イソブタノール、tert−ブタノール、1−ペンタノール、イソペンタノール、1−ヘキサノール、シクロヘキサノール、4−メチル−2−ペンタノール、1−ヘプタノール、1−オクタノール、イソオクタノール、2−エチルヘキサノール、1−ノナノール、イソノナノール、1−デカノール、1−ドデカノール、1−ミリスチルアルコール、セチルアルコール、1−ステアリルアルコール、イソステアリルアルコール、2−オクチルデカノール、2−オクチルドデカノール、2−ヘキシルデカノール、ベヘニルアルコール、及びオレイルアルコールなどの脂肪族モノアルコール;ベンジルアルコール、フェノキシエチルアルコール、及びパラクミルフェノキシエチルアルコール等の芳香環含有モノアルコール;並びに、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノヘキシルエーテル、エチレングリコールモノ−2−エチルヘキシルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノヘキシルエーテル、プロピレングリコールモノ−2−エチルヘキシルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノプロピルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル、ジエチレングリコールモノ−2−エチルヘキシルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノプロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノヘキシルエーテル、ジプロピレングリコールモノ−2−エチルヘキシルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、トリエチレングリコールモノプロピルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、トリエチレングリコールモノヘキシルエーテル、トリエチレングリコールモノ−2−エチルヘキシルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、トリプロピレングリコールモノエチルエーテル、トリプロピレングリコールモノプロピルエーテル、トリプロピレングリコールモノブチルエーテル、トリプロピレングリコールモノヘキシルエーテル、トリプロピレングリコールモノ−2−エチルヘキシルエーテル、テトラエチレングリコールモノメチルエーテル、テトラエチレングリコールモノエチルエーテル、テトラエチレングリコールモノプロピルエーテル、テトラエチレングリコールモノブチルエーテル、テトラエチレングリコールモノヘキシルエーテル、テトラエチレングリコールモノ−2−エチルヘキシルエーテル、テトラプロピレングリコールモノメチルエーテル、テトラプロピレングリコールモノエチルエーテル、テトラプロピレングリコールモノプロピルエーテル、テトラプロピレングリコールモノブチルエーテル、テトラプロピレングリコールモノヘキシルエーテル、テトラプロピレングリコールモノ−2−エチルヘキシルエーテル、及びテトラジエチレングリコールモノメチルエーテル等のアルキレングリコールモノアルキルエーテル等が挙げられる。   For example, methanol, ethanol, 1-propanol, isopropanol, 1-butanol, isobutanol, tert-butanol, 1-pentanol, isopentanol, 1-hexanol, cyclohexanol, 4-methyl-2-pentanol, 1- Heptanol, 1-octanol, isooctanol, 2-ethylhexanol, 1-nonanol, isononanol, 1-decanol, 1-dodecanol, 1-myristyl alcohol, cetyl alcohol, 1-stearyl alcohol, isostearyl alcohol, 2-octyldecanol , Aliphatic monoalcohols such as 2-octyldodecanol, 2-hexyldecanol, behenyl alcohol, and oleyl alcohol; benzyl alcohol, phenoxyethyl alcohol, and para Aromatic ring-containing monoalcohols such as milphenoxyethyl alcohol; and ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monopropyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, ethylene glycol monohexyl ether, ethylene glycol mono-2-ethylhexyl ether , Propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monoethyl ether, propylene glycol monopropyl ether, propylene glycol monobutyl ether, propylene glycol monohexyl ether, propylene glycol mono-2-ethylhexyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol Cole monopropyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol monohexyl ether, diethylene glycol mono-2-ethylhexyl ether, dipropylene glycol monomethyl ether, dipropylene glycol monoethyl ether, dipropylene glycol monopropyl ether, dipropylene glycol monobutyl ether, dipropylene Glycol monohexyl ether, dipropylene glycol mono-2-ethylhexyl ether, triethylene glycol monomethyl ether, triethylene glycol monoethyl ether, triethylene glycol monopropyl ether, triethylene glycol monobutyl ether, triethylene glycol monohexyl ether, triethylene Glico Mono-2-ethylhexyl ether, tripropylene glycol monomethyl ether, tripropylene glycol monoethyl ether, tripropylene glycol monopropyl ether, tripropylene glycol monobutyl ether, tripropylene glycol monohexyl ether, tripropylene glycol mono-2-ethylhexyl ether, Tetraethylene glycol monomethyl ether, tetraethylene glycol monoethyl ether, tetraethylene glycol monopropyl ether, tetraethylene glycol monobutyl ether, tetraethylene glycol monohexyl ether, tetraethylene glycol mono-2-ethylhexyl ether, tetrapropylene glycol monomethyl ether, tetra Propylene rubber Examples include alkylene glycol monoalkyl ethers such as coal monoethyl ether, tetrapropylene glycol monopropyl ether, tetrapropylene glycol monobutyl ether, tetrapropylene glycol monohexyl ether, tetrapropylene glycol mono-2-ethylhexyl ether, and tetradiethylene glycol monomethyl ether. It is done.

<二塩基酸無水物基を一個有する化合物>
二塩基酸無水物基を一個有する化合物は、二塩基酸無水物基を一個有する化合物であればいかなる化合物でも構わない。
<Compound having one dibasic acid anhydride group>
The compound having one dibasic acid anhydride group may be any compound as long as it has one dibasic acid anhydride group.

例えば、コハク酸無水物、グルタル酸無水物、シクロヘキサン−1,2−ジカルボン酸無水物、シクロヘキセン1−2−ジカルボン酸無水物、ジシクロ[2,2,2]−オクト−5−エン−2,3−ジカルボン酸無水物、フタル酸無水物、ナフタレン−1,2−ジカルボン酸無水物、ナフタレン−2,3−ジカルボン酸無水物、アントラセン−1,2−ジカルボン酸無水物、及びアントラセン−2,3−ジカルボン酸無水物等が挙げられる。又、直鎖アルキル基、分岐アルキル基、環状アルキル基、複素環、芳香環、及びハロゲン等の置換基を有する上記ニ塩基酸無水物も挙げられる。   For example, succinic anhydride, glutaric anhydride, cyclohexane-1,2-dicarboxylic anhydride, cyclohexene 1-2-dicarboxylic anhydride, dicyclo [2,2,2] -oct-5-ene-2, 3-dicarboxylic anhydride, phthalic anhydride, naphthalene-1,2-dicarboxylic anhydride, naphthalene-2,3-dicarboxylic anhydride, anthracene-1,2-dicarboxylic anhydride, and anthracene-2, 3-dicarboxylic anhydride etc. are mentioned. Moreover, the said dibasic acid anhydride which has substituents, such as a linear alkyl group, a branched alkyl group, a cyclic alkyl group, a heterocyclic ring, an aromatic ring, and a halogen, is also mentioned.

<エポキシ基及び(メタ)アクリロイル基を有する化合物>
エポキシ基及び(メタ)アクリロイル基を有する化合物としては、グリシジルアクリレート、メチルグリシジルアクリレート、3,2−グリシドキシエチルアクリレート、3,4−エポキシシクロヘキシルアクリレート、3,4−エポキシブチルアクリレート、及び4,5−エポキシペンチルアクリレート等が挙げられる。
<Compound having epoxy group and (meth) acryloyl group>
Examples of the compound having an epoxy group and a (meth) acryloyl group include glycidyl acrylate, methyl glycidyl acrylate, 3,2-glycidoxyethyl acrylate, 3,4-epoxycyclohexyl acrylate, 3,4-epoxybutyl acrylate, and 4, Examples include 5-epoxypentyl acrylate.

又、ポリエステル(A21)は、(メタ)アクリロイル基を有さないモノカルボン酸を開始剤としてラクトンを開環重合して得られた片末端にカルボキシル基を有するポリエステルに、更に、上記エポキシ基及び(メタ)アクリロイル基を有する化合物を反応させ、更に、エポキシ基が開環して得られたヒドロキシル基と反応し得る、ヒドロキシル基と反応し得る基及び(メタ)アクリロイル基を有する化合物を反応させることでも得ることができる。この場合、片末端領域に2個の(メタ)アクリロイル基を有するポリエステル(A21)が得られる。   The polyester (A21) is a polyester having a carboxyl group at one end obtained by ring-opening polymerization of a lactone using a monocarboxylic acid having no (meth) acryloyl group as an initiator. A compound having a (meth) acryloyl group is reacted, and further, a group capable of reacting with a hydroxyl group which can be reacted with a hydroxyl group obtained by ring opening of an epoxy group and a compound having a (meth) acryloyl group are reacted. Can also be obtained. In this case, a polyester (A21) having two (meth) acryloyl groups in one end region is obtained.

<(メタ)アクリロイル基を有さないモノカルボン酸>
(メタ)アクリロイル基を有さないモノカルボン酸は、(メタ)アクリロイル基を有しない、カルボキシル基を有する化合物であればいかなる化合物でも構わない。
<Monocarboxylic acid not having (meth) acryloyl group>
The monocarboxylic acid having no (meth) acryloyl group may be any compound as long as it has no (meth) acryloyl group and has a carboxyl group.

例えば、蟻酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、イソ酪酸、吉草酸、イソ吉草酸、ピバル酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、及びイソステアリン酸等が挙げられる。   Examples include formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, isobutyric acid, valeric acid, isovaleric acid, pivalic acid, lauric acid, myristic acid, palmitic acid, stearic acid, and isostearic acid.

<ビニル重合体(A22)>
片末端領域に1個又は2個の(メタ)アクリロイル基を有するビニル重合体(A22)は、片末端領域に1個又は2個のヒドロキシル基を有するビニル重合体(a23)に、ヒドロキシル基と反応し得る基と(メタ)アクリロイル基を有する化合物(a24)を反応させることで得ることができる。
<Vinyl polymer (A22)>
A vinyl polymer (A22) having one or two (meth) acryloyl groups in one end region is converted into a vinyl polymer (a23) having one or two hydroxyl groups in one end region and a hydroxyl group. It can be obtained by reacting a group capable of reacting with the compound (a24) having a (meth) acryloyl group.

片末端領域に1個又は2個のヒドロキシル基を有するビニル重合体(a23)(以下、ビニル重合体(a23)と略記する場合がある。)は、分子内に1個又は2個のヒドロキシル基と1個のチオール基とを有する化合物(s)の存在下に、エチレン性不飽和単量体(a21)をラジカル重合することで得ることができる。分子内に1個又は2個のヒドロキシル基と1個のチオール基とを有する化合物(s)のチオール基が連鎖移動剤として働き、S原子を介してビニル重合体(a23)が合成されるので、その分子量は、エチレン性不飽和単量体(a21)に対する上記化合物(s)の使用量によってビニル重合体(a23)の分子量を上記範囲に調整することが容易であり、その結果、溶剤への親和性も好適に調整することができる。   The vinyl polymer (a23) having one or two hydroxyl groups in one end region (hereinafter sometimes abbreviated as vinyl polymer (a23)) has one or two hydroxyl groups in the molecule. And the compound (s) having 1 thiol group can be obtained by radical polymerization of the ethylenically unsaturated monomer (a21). Since the thiol group of the compound (s) having one or two hydroxyl groups and one thiol group in the molecule acts as a chain transfer agent, the vinyl polymer (a23) is synthesized through the S atom. The molecular weight of the vinyl polymer (a23) can be easily adjusted to the above range depending on the amount of the compound (s) used relative to the ethylenically unsaturated monomer (a21). The affinity of can also be adjusted suitably.

<分子内に1個又は2個のヒドロキシル基と1個のチオール基とを有する化合物(s)>
分子内に1個又は2個のヒドロキシル基と1個のチオール基とを有する化合物(s)としては、例えば、 1−メルカプトエタノール、及び2−メルカプトエタノール等の分子内に1個のヒドロキシル基と1個のチオール基とを有する化合物(s1);並びに、1−メルカプト−1,1−メタンジオール、1−メルカプト−1,1−エタンジオール、3−メルカプト−1,2−プロパンジオール(チオグリセリン)、2−メルカプト−1,2−プロパンジオール、2−メルカプト−2−メチル−1,3−プロパンジオール、2−メルカプト−2−エチル−1,3−プロパンジオール、1−メルカプト−2,2−プロパンジオール、2−メルカプトエチル−2−メチル−1,3−プロパンジオール、及び2−メルカプトエチル−2−エチル−1,3−プロパンジオール等の分子内に2個のヒドロキシル基と1個のチオール基とを有する化合物(s2)が挙げられる。
<Compound (s) having one or two hydroxyl groups and one thiol group in the molecule>
Examples of the compound (s) having one or two hydroxyl groups and one thiol group in the molecule include one hydroxyl group in the molecule such as 1-mercaptoethanol and 2-mercaptoethanol. Compound (s1) having one thiol group; and 1-mercapto-1,1-methanediol, 1-mercapto-1,1-ethanediol, 3-mercapto-1,2-propanediol (thioglycerin) ), 2-mercapto-1,2-propanediol, 2-mercapto-2-methyl-1,3-propanediol, 2-mercapto-2-ethyl-1,3-propanediol, 1-mercapto-2,2 Propanediol, 2-mercaptoethyl-2-methyl-1,3-propanediol, and 2-mercaptoethyl-2-ethyl-1, Examples thereof include a compound (s2) having two hydroxyl groups and one thiol group in the molecule such as 3-propanediol.

本発明では、分子内に2個のヒドロキシル基と1個のチオール基とを有する化合物(s2)であることが好ましく、さらに好ましくは3−メルカプト−1,2−プロパンジオール(チオグリセリン)である。   In the present invention, the compound (s2) having two hydroxyl groups and one thiol group in the molecule is preferable, and 3-mercapto-1,2-propanediol (thioglycerin) is more preferable. .

分子内に2個のヒドロキシル基と1個のチオール基を有する化合物(s2)を用いることによって、最終的に得られる分散剤が、複数のアミノ基を有する炭素系触媒材料への吸着部位と、複数の溶媒親和性部位とを有する理想的な構造となる。   By using the compound (s2) having two hydroxyl groups and one thiol group in the molecule, the finally obtained dispersant has an adsorption site on the carbon-based catalyst material having a plurality of amino groups, An ideal structure having a plurality of solvent affinity sites is obtained.

<エチレン性不飽和単量体(a21)>
エチレン性不飽和単量体(a21)としては、例えば、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、プロピル(メタ)アクリレート、イソプロピル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)、ターシャリブチル(メタ)アクリレート、イソアミル(メタ)アクリレート、オクチル(メタ)アクリレート、イソオクチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、セチル(メタ)アクリレート、デシル(メタ)アクリレート、イソデシル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、トリデシル(メタ)アクリレート、イソミリスチル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート、及びイソステアリル(メタ)アクリレート等の直鎖又は分岐アルキル(メタ)アクリレート類;シクロヘキシル(メタ)アクリレート、ターシャリブチルシクロヘキシル(メタ)アクリレート、ジシクロペンタニル(メタ)アクリレート、ジシクロペンタニルオキシエチル(メタ)アクリレート、ジシクロペンテニル(メタ)アクリレート、ジシクロペンテニルオキシエチル(メタ)アクリレート、及びイソボルニル(メタ)アクリレート等の環状アルキル(メタ)アクリレート類;トリフルオロエチル(メタ)アクリレート、オクタフルオロペンチル(メタ)アクリレート、パーフルオロオクチルエチル(メタ)アクリレート、及びテトラフルオロプロピル(メタ)アクリレート等のフルオロアルキル(メタ)アクリレート類;(メタ)アクリロキシ変性ポリジメチルシロキサン(シリコーンマクロマー)類;テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート、及び3−メチル−3−オキセタニル(メタ)アクリレート等の複素環を有する(メタ)アクリレート類;ベンジル(メタ)アクリレート、フェノキシエチル(メタ)アクリレート、フェノキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、パラクミルフェノキシエチル(メタ)アクリレート、パラクミルフェノキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、及びノニルフェノキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート等の芳香族環を有する(メタ)アクリレート類;2−メトキシエチル(メタ)アクリレート、2−エトキシエチル(メタ)アクリレート、3−メトキシブチル(メタ)アクリレート、2−メトキシプロピル(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールモノメチルエーテル(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールモノエチルエーテル(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールモノメチルエーテル(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールモノエチルエーテル(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールモノ−2−エチルヘキシルエーテル(メタ)アクリレート、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル(メタ)アクリレート、トリプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールモノラウリルエーテル(メタ)アクリレート、及びポリエチレングリコールモノステアリルエーテル(メタ)アクリレート等の(ポリ)アルキレングリコールモノアルキルエーテル(メタ)アクリレート類;アクリル酸、アクリル酸ダイマー、メタクリル酸、イタコン酸、マレイン酸、フマール酸、及びクロトン酸等の不飽和カルボン酸類;上記カルボン酸のカプロラクトン付加物(付加モル数1〜5)類;2−(メタ)アクリロイロキシエチルフタレート、2−(メタ)アクリロイロキシプロピルフタレート、2−(メタ)アクリロイロキシエチルヘキサヒドロフタレート、2−(メタ)アクリロイロキシプロピルヘキサヒドロフタレート、エチレンオキサイド変性コハク酸(メタ)アクリレート、β−カルボキシエチル(メタ)アクリレート、及びω−カルボキシポリカプロラクトン(メタ)アクリレート等のカルボキシル基を有する(メタ)アクリレート類;スチレン、及びα−メチルスチレン等のスチレン類;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、(メタ)アクリル酸ビニル、及び(メタ)アクリル酸アリル等のビニル類;
エチルビニルエーテル、n−プロピルビニルエーテル、イソプロピルビニルエーテル、n−ブチルビニルエーテル、イソブチルビニルエーテル等のビニルエーテル類、(メタ)アクリルアミド、及びN−ビニルホルムアミド等のアミノ基を有しないアミド類;並びに、アミノ基を有しないアクリロニトリル等が挙げられる。これらは、単独でまたは2種類以上混合して用いることができる。
<Ethylenically unsaturated monomer (a21)>
Examples of the ethylenically unsaturated monomer (a21) include methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, propyl (meth) acrylate, isopropyl (meth) acrylate, butyl (meth) acrylate, isobutyl (meth), Tertiary butyl (meth) acrylate, isoamyl (meth) acrylate, octyl (meth) acrylate, isooctyl (meth) acrylate, 2-ethylhexyl (meth) acrylate, cetyl (meth) acrylate, decyl (meth) acrylate, isodecyl (meth) Linear or branched acrylates such as acrylate, lauryl (meth) acrylate, tridecyl (meth) acrylate, isomyristyl (meth) acrylate, stearyl (meth) acrylate, and isostearyl (meth) acrylate Kill (meth) acrylates; cyclohexyl (meth) acrylate, tert-butylcyclohexyl (meth) acrylate, dicyclopentanyl (meth) acrylate, dicyclopentanyloxyethyl (meth) acrylate, dicyclopentenyl (meth) acrylate, Cyclic alkyl (meth) acrylates such as dicyclopentenyloxyethyl (meth) acrylate and isobornyl (meth) acrylate; trifluoroethyl (meth) acrylate, octafluoropentyl (meth) acrylate, perfluorooctylethyl (meth) acrylate , And fluoroalkyl (meth) acrylates such as tetrafluoropropyl (meth) acrylate; (meth) acryloxy-modified polydimethylsiloxane (silicone macromer ); Tetrahydrofurfuryl (meth) acrylate and (meth) acrylates having a heterocyclic ring such as 3-methyl-3-oxetanyl (meth) acrylate; benzyl (meth) acrylate, phenoxyethyl (meth) acrylate, phenoxypolyethylene (Meth) acrylates having an aromatic ring such as glycol (meth) acrylate, paracumylphenoxyethyl (meth) acrylate, paracumylphenoxypolyethylene glycol (meth) acrylate, and nonylphenoxypolyethylene glycol (meth) acrylate; 2-methoxy Ethyl (meth) acrylate, 2-ethoxyethyl (meth) acrylate, 3-methoxybutyl (meth) acrylate, 2-methoxypropyl (meth) acrylate, diethylene glycol Monomethyl ether (meth) acrylate, diethylene glycol monoethyl ether (meth) acrylate, triethylene glycol monomethyl ether (meth) acrylate, triethylene glycol monoethyl ether (meth) acrylate, diethylene glycol mono-2-ethylhexyl ether (meth) acrylate, di (Poly) alkylene glycol monoalkyl ethers (meta) such as propylene glycol monomethyl ether (meth) acrylate, tripropylene glycol mono (meth) acrylate, polyethylene glycol monolauryl ether (meth) acrylate, and polyethylene glycol monostearyl ether (meth) acrylate ) Acrylates; acrylic acid, acrylic acid dimer, methacrylic acid, a Unsaturated carboxylic acids such as conic acid, maleic acid, fumaric acid, and crotonic acid; caprolactone adducts of the above carboxylic acid (addition moles 1 to 5); 2- (meth) acryloyloxyethyl phthalate, 2- ( (Meth) acryloyloxypropyl phthalate, 2- (meth) acryloyloxyethyl hexahydrophthalate, 2- (meth) acryloyloxypropyl hexahydrophthalate, ethylene oxide-modified succinic acid (meth) acrylate, β-carboxyethyl (meta) ) Acrylate, and (meth) acrylates having a carboxyl group such as ω-carboxypolycaprolactone (meth) acrylate; styrenes such as styrene and α-methylstyrene; vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl (meth) acrylate And (meth) acryl Vinyl compounds such as allyl;
Vinyl ethers such as ethyl vinyl ether, n-propyl vinyl ether, isopropyl vinyl ether, n-butyl vinyl ether, and isobutyl vinyl ether, amides having no amino group such as (meth) acrylamide, and N-vinylformamide; and no amino group Examples include acrylonitrile. These can be used alone or in admixture of two or more.

本発明においては、上記に例示したエチレン性不飽和単量体(a21)の中でも、下記式(17)で表わされるエチレン性不飽和単量体(a22)を使用することが好ましい。下記式(17)で表されるエチレン性不飽和単量体(a22)の使用量は、エチレン性不飽和単量体(a21)全体に対して20重量%〜100重量%が好ましく、20〜70重量%がより好ましい。式(17)で表される単量体を用いると、溶媒親和性が良くなり、分散性が良好になる。20重量%未満では、溶媒親和性を向上させる効果が不十分である。   In the present invention, among the ethylenically unsaturated monomers (a21) exemplified above, it is preferable to use an ethylenically unsaturated monomer (a22) represented by the following formula (17). The amount of the ethylenically unsaturated monomer (a22) represented by the following formula (17) is preferably 20% by weight to 100% by weight with respect to the whole ethylenically unsaturated monomer (a21), and is preferably 20 to 20%. 70% by weight is more preferred. When the monomer represented by the formula (17) is used, the solvent affinity is improved and the dispersibility is improved. If it is less than 20% by weight, the effect of improving the solvent affinity is insufficient.

式(17)において、R5は、炭素原子数1〜4の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基である。 In the formula (17), R 5 is a linear or branched alkyl group having 1 to 4 carbon atoms.

<化合物(s)の使用量>
上記化合物(s)を連鎖移動剤として、目的とするビニル重合体(a23)の分子量にあわせて、エチレン性不飽和単量体(a21)と、任意に重合開始剤とを混合して加熱することでビニル重合体(a23)を得ることができる。化合物(s)は、エチレン性不飽和単量体(a21)100重量部に対して、0.8〜30重量部を用い、塊状重合または溶液重合を行うのが好ましく、より好ましくは1.5〜15重量部、さらに好ましくは2〜9重量部、特に好ましくは5〜9重量部である。1重量部未満では、分子量が大きくなり、分散体の粘度が高くなり好ましくない場合がある。30重量部を超えると、分子量が小さくなり、溶媒親和性ブロックによる立体反発効果が少なくなるため、好ましくない場合がある。
<Use amount of compound (s)>
Using the compound (s) as a chain transfer agent, the ethylenically unsaturated monomer (a21) and, optionally, a polymerization initiator are mixed and heated in accordance with the molecular weight of the target vinyl polymer (a23). Thus, the vinyl polymer (a23) can be obtained. The compound (s) is preferably subjected to bulk polymerization or solution polymerization using 0.8 to 30 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the ethylenically unsaturated monomer (a21), more preferably 1.5. -15 parts by weight, more preferably 2-9 parts by weight, particularly preferably 5-9 parts by weight. If it is less than 1 part by weight, the molecular weight becomes large and the viscosity of the dispersion becomes high, which is not preferable. When it exceeds 30 parts by weight, the molecular weight is decreased, and the steric repulsion effect by the solvent affinity block is decreased, which may not be preferable.

反応温度は40〜150℃、好ましくは50〜110℃である。40℃未満では、十分に重合が進行せず、150℃を超えると、高分子量化が進む等、分子量のコントロールが困難になる。   The reaction temperature is 40 to 150 ° C, preferably 50 to 110 ° C. When the temperature is lower than 40 ° C., the polymerization does not proceed sufficiently.

<ラジカル重合開始剤>
ラジカル重合の際、エチレン性不飽和単量体(a21)100重量部に対して、任意に0.001〜5重量部の重合開始剤を使用することができる。
<Radical polymerization initiator>
In the radical polymerization, 0.001 to 5 parts by weight of a polymerization initiator can be arbitrarily used with respect to 100 parts by weight of the ethylenically unsaturated monomer (a21).

重合開始剤としては、例えば、
2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、2,2’−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)、1,1’−アゾビス(シクロヘキサン1−カルボニトリル)、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチル−4−メトキシバレロニトリル)、ジメチル2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオネート)、4,4’−アゾビス(4−シアノバレリック酸)、2,2’−アゾビス(2−ヒドロキシメチルプロピオニトリル)、及び2,2’−アゾビス[2−(2−イミダゾリン−2−イル)プロパン]等のアゾ系化合物および有機過酸化物;並びに、過酸化ベンゾイル、t−ブチルパーベンゾエイト、クメンヒドロパーオキシド、ジイソプロピルパーオキシジカーボネート、ジ−n−プロピルパーオキシジカーボネート、ジ(2−エトキシエチル)パーオキシジカーボネート、t−ブチルパーオキシネオデカノエート、t−ブチルパーオキシビバレート、(3,5,5−トリメチルヘキサノイル)パーオキシド、ジプロピオニルパーオキシド、及びジアセチルパーオキシド等の有機過酸化物な等が挙げられ、これらの重合開始剤は、単独で、もしくは2種類以上組み合わせて用いることができる。
As a polymerization initiator, for example,
2,2′-azobisisobutyronitrile, 2,2′-azobis (2-methylbutyronitrile), 1,1′-azobis (cyclohexane 1-carbonitrile), 2,2′-azobis (2, 4-dimethylvaleronitrile), 2,2′-azobis (2,4-dimethyl-4-methoxyvaleronitrile), dimethyl 2,2′-azobis (2-methylpropionate), 4,4′-azobis ( Azo compounds such as 4-cyanovaleric acid), 2,2′-azobis (2-hydroxymethylpropionitrile), and 2,2′-azobis [2- (2-imidazolin-2-yl) propane] And organic peroxides; and benzoyl peroxide, t-butyl perbenzoate, cumene hydroperoxide, diisopropyl peroxydicarbonate, di-n-propyl peroxydi -Bonate, di (2-ethoxyethyl) peroxydicarbonate, t-butylperoxyneodecanoate, t-butylperoxybivalate, (3,5,5-trimethylhexanoyl) peroxide, dipropionyl peroxide, And organic peroxides such as diacetyl peroxide. These polymerization initiators can be used alone or in combination of two or more.

<ヒドロキシル基と反応し得る基及び(メタ)アクリロイル基を有する化合物(a24)>
ヒドロキシル基と反応し得る基及び(メタ)アクリロイル基を有する化合物(a24)としては、イソシアネート基と(メタ)アクリロイル基を有する化合物が好ましく、例えば、2−(メタ)アクリロイルオキシエチルイソシアネートなどが挙げられる。
<Compound (a24) having a group capable of reacting with a hydroxyl group and a (meth) acryloyl group>
As the compound (a24) having a group capable of reacting with a hydroxyl group and a (meth) acryloyl group, a compound having an isocyanate group and a (meth) acryloyl group is preferable, and examples thereof include 2- (meth) acryloyloxyethyl isocyanate. It is done.

<重合溶剤>
ポリエステル(A21)及びビニル重合体(A22)は、無溶剤、又は、必要に応じて溶剤を使用して合成することができる。
<Polymerization solvent>
Polyester (A21) and vinyl polymer (A22) can be synthesized using no solvent or, if necessary, a solvent.

溶液重合の場合には、重合溶媒として、酢酸エチル、酢酸n−ブチル、酢酸イソブチル、トルエン、キシレン、アセトン、ヘキサン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、及びN−メチルピロリドン等が用いられるが特にこれらに限定されるものではない。これらの重合溶媒は、2種類以上混合して用いても良い。重合反応に使用した溶媒は、反応終了後、蒸留等の操作により取り除くか、あるいはそのまま次の工程の溶剤として使用するか、又は製品の一部として使用することもできる。   In the case of solution polymerization, the polymerization solvents are ethyl acetate, n-butyl acetate, isobutyl acetate, toluene, xylene, acetone, hexane, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, propylene glycol monomethyl ether acetate, dipropylene glycol monomethyl ether acetate, ethylene glycol mono Ethyl ether acetate, ethylene glycol monobutyl ether acetate, diethylene glycol monoethyl ether acetate, diethylene glycol monobutyl ether acetate, N-methylpyrrolidone and the like are used, but are not particularly limited thereto. These polymerization solvents may be used as a mixture of two or more. After completion of the reaction, the solvent used in the polymerization reaction can be removed by an operation such as distillation, or can be used as it is as a solvent for the next step, or can be used as a part of a product.

<ポリアミン(B2)>
ポリアミン(B2)は、1個以上の一級及び/又は二級アミノ基を有する化合物であり、一級及び/又は二級アミンが片末端領域に(メタ)アクリロイル基を有する重合体(A2)の(メタ)アクリロイル基に付加反応し、アミノ基を有する重合体(C2)を生成する。さらに、アミノ基を有する重合体(C2)の一級及び/又は二級アミンの内、一部又は全部をポリイソシアネート(D2)のイソシアネート基と反応させてウレア基を生成する。すなわち、片末端領域に存在するアミノ基及びウレア結合が炭素系触媒材料への吸着部位になる。このようなポリアミン(B2)としてジアミン(b21)が挙げられる。また、ポリアミン(B2)が、両末端に2個の一級及び/又は二級アミノ基を有し、さらに、両末端以外に二級及び/又は三級アミノ基を有する化合物である場合には、炭素系触媒材料に対しての吸着性が向上するため、特に好ましい。
<Polyamine (B2)>
The polyamine (B2) is a compound having one or more primary and / or secondary amino groups, and the primary and / or secondary amine is a polymer (A2) having a (meth) acryloyl group in one terminal region. Addition reaction with a (meth) acryloyl group produces a polymer (C2) having an amino group. Furthermore, some or all of the primary and / or secondary amines of the polymer (C2) having an amino group are reacted with the isocyanate group of the polyisocyanate (D2) to form a urea group. That is, an amino group and a urea bond existing in one end region serve as an adsorption site for the carbon-based catalyst material. A diamine (b21) is mentioned as such a polyamine (B2). In addition, when the polyamine (B2) is a compound having two primary and / or secondary amino groups at both ends and further having a secondary and / or tertiary amino group at both ends, This is particularly preferable because the adsorptivity to the carbon-based catalyst material is improved.

2個の一級アミノ基を有するジアミン(b21)としては、公知のものを使用することができ、具体的には、エチレンジアミン、プロピレンジアミン[別名:1,2−ジアミノプロパン又は1,2−プロパンジアミン]、トリメチレンジアミン[別名:1,3−ジアミノプロパン又は1,3−プロパンジアミン]、テトラメチレンジアミン[別名:1,4−ジアミノブタン]、2−メチル−1,3−プロパンジアミン、ペンタメチレンジアミン[別名:1,5−ジアミノペンタン]、ヘキサメチレンジアミン[別名:1,6−ジアミノヘキサン]、2,2−ジメチル−1,3−プロパンジアミン、2,2,4−トリメチルヘキサメチレンジアミン、及びトリレンジアミン等の脂肪族ジアミン;イソホロンジアミン、及びジシクロヘキシルメタン−4,4’−ジアミン等の脂環式ジアミン;並びに、 フェニレンジアミン、及びキシリレンジアミン等の芳香族ジアミン等を挙げることができる。   As the diamine (b21) having two primary amino groups, known ones can be used. Specifically, ethylenediamine, propylenediamine [alias: 1,2-diaminopropane or 1,2-propanediamine] can be used. ], Trimethylenediamine [alias: 1,3-diaminopropane or 1,3-propanediamine], tetramethylenediamine [alias: 1,4-diaminobutane], 2-methyl-1,3-propanediamine, pentamethylene Diamine [alias: 1,5-diaminopentane], hexamethylenediamine [alias: 1,6-diaminohexane], 2,2-dimethyl-1,3-propanediamine, 2,2,4-trimethylhexamethylenediamine, And aliphatic diamines such as tolylenediamine; isophoronediamine and dicyclohexylmeta Alicyclic diamines such as 4,4'-diamine; and can include phenylenediamine, and an aromatic diamine such as xylylenediamine.

又、2個の二級アミノ基を有するジアミン(b21)としては、公知のものを使用することができ、具体的には、N,N−ジメチルエチレンジアミン、N,N−ジエチルエチレンジアミン、及びN,N’−ジ−tert−ブチルエチレンジアミン等を挙げることができる。   Moreover, as diamine (b21) which has two secondary amino groups, a well-known thing can be used, Specifically, N, N- dimethylethylenediamine, N, N- diethylethylenediamine, and N, N'-di-tert-butylethylenediamine and the like can be mentioned.

又、一級及び二級アミノ基を有するジアミン(b21)としては、公知のものを使用することができ、具体的には、 N−メチルエチレンジアミン[別名:メチルアミノエチルアミン]、N−エチルエチレンジアミン[別名:エチルアミノエチルアミン]、N−メチル−1,3−プロパンジアミン[別名:N−メチル−1,3−ジアミノプロパン又はメチルアミノプロピルアミン]、N,2−メチル−1,3−プロパンジアミン、N−イソプロピルエチレンジアミン[別名:イソプロピルアミノエチルアミン]、N−イソプロピル−1,3−ジアミノプロパン[別名:N−イソプロピル−1,3−プロパンジアミン又はイソプロピルアミノプロピルアミン]、及びN−ラウリル−1,3−プロパンジアミン[別名:N−ラウリル−1,3−ジアミノプロパン又はラウリルアミノプロピルアミン]等挙げることができる。   Moreover, as diamine (b21) which has a primary and secondary amino group, a well-known thing can be used, Specifically, N-methylethylenediamine [alias: methylaminoethylamine], N-ethylethylenediamine [alias] : Ethylaminoethylamine], N-methyl-1,3-propanediamine [alias: N-methyl-1,3-diaminopropane or methylaminopropylamine], N, 2-methyl-1,3-propanediamine, N -Isopropylethylenediamine [alias: isopropylaminoethylamine], N-isopropyl-1,3-diaminopropane [alias: N-isopropyl-1,3-propanediamine or isopropylaminopropylamine], and N-lauryl-1,3- Propanediamine [alias: N-lauryl-1,3-di It can be exemplified Minopuropan or lauryl amino propylamine], and the like.

又、一級及び三級アミノ基を有するジアミン(b21)としては、公知のものを使用することができ、具体的には、N,N−ジメチルエチレンジアミン[別名:ジメチルアミノエチルアミン]、N,N−ジエチルエチレンジアミン[別名:ジエチルアミノエチルアミン]、N,N−ジメチル−1,3−プロパンジアミン[別名:N,N−ジメチル−1,3−ジアミノプロパン又はジメチルアミノプロピルアミン]等挙げることができる。   As the diamine (b21) having primary and tertiary amino groups, known diamines can be used. Specifically, N, N-dimethylethylenediamine [also known as dimethylaminoethylamine], N, N— Examples include diethylethylenediamine [alias: diethylaminoethylamine], N, N-dimethyl-1,3-propanediamine [alias: N, N-dimethyl-1,3-diaminopropane or dimethylaminopropylamine], and the like.

両末端に2個の一級及び/又は二級アミノ基を有し、さらに、両末端以外に二級及び/又は三級アミノ基を有するポリアミン(b22)としては、公知のものを使用することができ、具体的には、メチルイミノビスプロピルアミン〔別名N,N−ビス(3−アミノプロピル)メチルアミン〕、ラウリルイミノビスプロピルアミン〔別名N,N−ビス(3−アミノプロピル)ラウリルアミン〕、イミノビスプロピルアミン〔別名N,N−ビス(3−アミノプロピル)アミン〕、N,N’−ビスアミノプロピル−1,3−プロピレンジアミン、及び、N,N’−ビスアミノプロピル−1,4−ブチレンジアミン等を挙げることができ、2個の一級アミノ基と1個の三級アミノ基を有するメチルイミノビスプロピルアミン、及びラウリルイミノビスプロピルアミンは、ジイソシアネートとの反応制御がし易く好ましい。   As the polyamine (b22) having two primary and / or secondary amino groups at both ends and further having a secondary and / or tertiary amino group at both ends, a known one may be used. Specifically, methyliminobispropylamine [also known as N, N-bis (3-aminopropyl) methylamine], lauryliminobispropylamine [also known as N, N-bis (3-aminopropyl) laurylamine] , Iminobispropylamine [also known as N, N-bis (3-aminopropyl) amine], N, N′-bisaminopropyl-1,3-propylenediamine, and N, N′-bisaminopropyl-1, 4-butylenediamine and the like, methyliminobispropylamine having two primary amino groups and one tertiary amino group, and lauryliminobis Ropiruamin is preferably easily control of the reaction of a diisocyanate.

2個の一級アミノ基と1個の二級アミノ基を有するイミノビスプロピルアミンは、炭素系触媒材料への吸着性が良く好ましい。   An iminobispropylamine having two primary amino groups and one secondary amino group is preferable because of its good adsorptivity to the carbon-based catalyst material.

又、ポリアミン(B2)としては、2個以上の一級及び/又は二級アミノ基を有する重合体(b23)も使用することができる。   As the polyamine (B2), a polymer (b23) having two or more primary and / or secondary amino groups can also be used.

一級及び/又は二級アミノ基を有する重合体(b23)としては、一級アミノ基を有するエチレン性不飽和単量体や二級アミノ基を有するエチレン性不飽和単量体、例えば、ビニルアミンやアリルアミンの単独重合体(いわゆるポリビニルアミンやポリアリルアミン)、あるいはそれらと他のエチレン性不飽和単量体との共重合体、及び、エチレンイミンの開環重合体や塩化エチレンとエチレンジアミンとの重縮合体やオキサゾリドン−2の開環重合体(いわゆるポリエチレンイミン)から選ばれることが好ましい。重合体中における一級及び/又は二級アミノ基の含有率としては、重合体を基準として、単量体単位で10〜100重量%が好ましく、20〜100重量%がより好ましい。含有率が10重量%以上であれば、炭素系触媒材料の凝集を防ぎ、粘度の上昇を抑えることに効果的である。   Examples of the polymer (b23) having a primary and / or secondary amino group include an ethylenically unsaturated monomer having a primary amino group and an ethylenically unsaturated monomer having a secondary amino group, such as vinylamine and allylamine. Homopolymers (so-called polyvinylamine and polyallylamine), copolymers thereof with other ethylenically unsaturated monomers, ring-opening polymers of ethyleneimine, and polycondensates of ethylene chloride and ethylenediamine Or a ring-opening polymer of oxazolidone-2 (so-called polyethyleneimine). The content of primary and / or secondary amino groups in the polymer is preferably 10 to 100% by weight, more preferably 20 to 100% by weight, in terms of monomer units, based on the polymer. If the content is 10% by weight or more, it is effective to prevent aggregation of the carbon-based catalyst material and to suppress an increase in viscosity.

一級アミノ基を有するエチレン性不飽和単量体や二級アミノ基を有するエチレン性不飽和単量体と共重合可能なエチレン性不飽和単量体としては、例えば、(メタ)アクリル酸、クロトン酸、イタコン酸、マレイン酸、及びフマル酸等の不飽和カルボン酸;スチレン、α−メチルスチレン、p−ヒドロキシスチレン、クロロメチルスチレン、インデン、及びビニルトルエン等の芳香族ビニル化合物;メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、n−ブチル(メタ)アクリレート、i−ブチル(メタ)アクリレート、及び2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル酸アルキルエステル;ベンジル(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル酸アルキルアリールエステル;グリシジル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート等の官能基を有する(メタ)アクリル酸置換アルキルエステル;ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、及びジメチルアミノプロピル(メタ)アクリレート等の三級アミノ基を有する(メタ)アクリル酸置換アルキルエステル;(メタ)アクリルアミド、ジメチル(メタ)アクリルアミド、N−イソプロピル(メタ)アクリルアミド、n−ブチル(メタ)アクリルアミド、tert−ブチル(メタ)アクリルアミド、及びtert−オクチル(メタ)アクリルアミド等のアルキル(メタ)アクリルアミド;ジメチルアミノエチル(メタ)アクリルアミド、及びジメチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド等の置換アルキル(メタ)アクリルアミド;1,3−ブタジエン、及びイソプレン等のジエン化合物;片末端メタクリロイル化ポリメチルメタクリレートオリゴマー、片末端メタクリロイル化ポリスチレンオリゴマー、及び片末端メタクリロイル化ポリエチレングリコール等の重合性オリゴマー(マクロモノマー);並びにシアン化ビニル等を挙げることができる。   Examples of the ethylenically unsaturated monomer copolymerizable with an ethylenically unsaturated monomer having a primary amino group and an ethylenically unsaturated monomer having a secondary amino group include (meth) acrylic acid, croton Unsaturated carboxylic acids such as acid, itaconic acid, maleic acid and fumaric acid; aromatic vinyl compounds such as styrene, α-methylstyrene, p-hydroxystyrene, chloromethylstyrene, indene and vinyltoluene; methyl (meth) (Meth) acrylic acid alkyl esters such as acrylate, ethyl (meth) acrylate, n-butyl (meth) acrylate, i-butyl (meth) acrylate, and 2-ethylhexyl (meth) acrylate; (Meth) acrylic acid alkyl aryl ester; glycidyl (meth) acrylate (Meth) acrylic acid substituted alkyl ester having a functional group such as 2-hydroxyethyl (meth) acrylate; tertiary amino group such as dimethylaminoethyl (meth) acrylate and dimethylaminopropyl (meth) acrylate (meth) Acrylic acid-substituted alkyl ester; (meth) acrylamide, dimethyl (meth) acrylamide, N-isopropyl (meth) acrylamide, n-butyl (meth) acrylamide, tert-butyl (meth) acrylamide, tert-octyl (meth) acrylamide, etc. Alkyl (meth) acrylamides; substituted alkyl (meth) acrylamides such as dimethylaminoethyl (meth) acrylamide and dimethylaminopropyl (meth) acrylamide; 1,3-butadiene, and isoprene Diene compounds such as one-end methacryloylated polymethyl methacrylate oligomer, one-end methacryloylated polystyrene oligomer, and one-end methacryloylated polyethylene glycol and other polymerizable oligomers (macromonomer); and vinyl cyanide.

一級及び/又は二級アミノ基を有する重合体の、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)によるポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)としては、300〜75,000であることが好ましく、300〜20,000であることがより好ましく、500〜5,000であることが特に好ましい。該重量平均分子量が300〜75,000であれば、炭素系触媒材料の凝集を防ぐことにより、触媒ペースト組成物の粘度上昇を抑えることに効果的である。   The polymer having a primary and / or secondary amino group has a polystyrene-equivalent weight average molecular weight (Mw) by GPC (gel permeation chromatography), preferably 300 to 75,000, 300 to 20, 000 is more preferable, and 500 to 5,000 is particularly preferable. When the weight average molecular weight is 300 to 75,000, it is effective to suppress an increase in viscosity of the catalyst paste composition by preventing aggregation of the carbon-based catalyst material.

<モノアミン>
分散剤を構成するアミン化合物としては、ポリアミン(B2)の他に、さらにモノアミンも使用することができる。モノアミンとしては、分子内に第一級アミノ基又は第二級アミノ基を1個有するモノアミン化合物であり、モノアミンは、重合体(A2)とポリアミン(B)の反応において高分子量化しすぎるのを抑えるため、反応停止剤として使用される。モノアミンは、分子内に第一級アミノ基又は第二級アミノ基以外の他の極性官能基を有しても良い。このような極性官能基としては、ヒドロキシル基、カルボキシル基、スルホン酸基、リン酸基、シアノ基、ニトロキシル基等が挙げられる。
<Monoamine>
As the amine compound constituting the dispersant, in addition to the polyamine (B2), a monoamine can also be used. The monoamine is a monoamine compound having one primary amino group or one secondary amino group in the molecule, and the monoamine suppresses excessively high molecular weight in the reaction between the polymer (A2) and the polyamine (B). Therefore, it is used as a reaction terminator. The monoamine may have a polar functional group other than the primary amino group or the secondary amino group in the molecule. Examples of such polar functional groups include a hydroxyl group, a carboxyl group, a sulfonic acid group, a phosphoric acid group, a cyano group, and a nitroxyl group.

モノアミンとしては、従来公知のものが使用でき、具体的には、アミノメタン、アミノエタン、1−アミノプロパン、2−アミノプロパン、1−アミノブタン、2−アミノブタン、1−アミノペンタン、2−アミノペンタン、3−アミノペンタン、イソアミルアミン、N−エチルイソアミルアミン、1−アミノヘキサン、1−アミノヘプタン、2−アミノヘプタン、2−オクチルアミン、1−アミノノナン、1−アミノデカン、1−アミノドデカン、1−アミノトリデカン、1−アミノヘキサデカン、ステアリルアミン、アミノシクロプロパン、アミノシクロブタン、アミノシクロペンタン、アミノシクロヘキサン、アミノシクロドデカン、1−アミノ−2−エチルヘキサン、1−アミノ−2−メチルプロパン、2−アミノ−2−メチルプロパン、3−アミノ−1−プロペン、3−アミノメチルヘプタン、3−イソプロポキシプロピルアミン、3−ブトキシプロピルアミン、3−イソブトキシプロピルアミン、2−エチルヘキシロキシプロピルアミン、3−デシロキシプロピルアミン、3−ラウリロキシプロピルアミン、3−ミリスチロキシプロピルアミン、2−アミノメチルテトラヒドロフラン、ジメチルアミン、ジエチルアミン、N−メチルエチルアミン、N−メチルイソプロピルアミン、N−メチルヘキシルアミン、ジイソプロピルアミン、ジn−プロピルアミン、ジn−ブチルアミン、ジsec−ブチルアミン、N−エチル−1,2−ジメチルプロピルアミン、ピペリジン、2−ピペコリン、3−ピペコリン、4−ピペコリン、2,4−ルペチジン、2,6−ルペチジン、3,5−ルペチジン、3−ピペリジンメタノール、ピペコリニックアシッド、イソニペコチックアシッド、メチルイソニペコテート、エチルイソニペコテート、2−ピペリジンエタノール、4−ピペリジンエタノール、4−ピペリジンブチリックアシッド塩酸塩、4−ピペリジノール、ピロリジン、3−アミノピロリジン、3−ピロリジノール、インドリン、アニリン、N−ブチルアニリン、o−アミノトルエン、m−アミノトルエン、p−アミノトルエン、o−ベンジルアニリン、p−ベンジルアニリン、1−アニリノナフタレン、1−アミノアントラキノン、2−アミノアントラキノン、1−アミノアントラセン、2−アミノアントラセン、5−アミノイソキノリン、o−アミノジフェニル、4−アミノジフェニルエーテル、β−アミノエチルベンゼン、2−アミノベンゾフェノン、4−アミノベンゾフェノン、o−アミノアセトフェノン、m−アミノアセトフェノン、p−アミノアセトフェノン、ベンジルアミン、N−メチルベンジルアミン、3−ベンジルアミノプロピオニックアシッドエチルエーテル、4−ベンジルピペリジン、α−フェニルエチルアミン、フェネシルアミン、p−メトキシフェネシルアミン、フルフリルアミン、p−アミノアゾベンゼン、m−アミノフェノール、p−アミノフェノール、アリルアミン、及びジフェニルアミン等が挙げられる。   As the monoamine, conventionally known monoamines can be used. Specifically, aminomethane, aminoethane, 1-aminopropane, 2-aminopropane, 1-aminobutane, 2-aminobutane, 1-aminopentane, 2-aminopentane, 3-aminopentane, isoamylamine, N-ethylisoamylamine, 1-aminohexane, 1-aminoheptane, 2-aminoheptane, 2-octylamine, 1-aminononane, 1-aminodecane, 1-aminododecane, 1-amino Tridecane, 1-aminohexadecane, stearylamine, aminocyclopropane, aminocyclobutane, aminocyclopentane, aminocyclohexane, aminocyclododecane, 1-amino-2-ethylhexane, 1-amino-2-methylpropane, 2-amino -2-methylpro , 3-amino-1-propene, 3-aminomethylheptane, 3-isopropoxypropylamine, 3-butoxypropylamine, 3-isobutoxypropylamine, 2-ethylhexyloxypropylamine, 3-decyloxypropylamine , 3-lauryloxypropylamine, 3-myristoxypropylamine, 2-aminomethyltetrahydrofuran, dimethylamine, diethylamine, N-methylethylamine, N-methylisopropylamine, N-methylhexylamine, diisopropylamine, di-n- Propylamine, di-n-butylamine, disec-butylamine, N-ethyl-1,2-dimethylpropylamine, piperidine, 2-pipecoline, 3-pipecoline, 4-pipecoline, 2,4-lupetidine, 2,6-lupetidine , , 5-Lupetidine, 3-piperidinemethanol, pipecolic acid, isonipecotic acid, methyl isonipecotate, ethyl isonipecotate, 2-piperidineethanol, 4-piperidineethanol, 4-piperidinebutyric acid hydrochloride Salt, 4-piperidinol, pyrrolidine, 3-aminopyrrolidine, 3-pyrrolidinol, indoline, aniline, N-butylaniline, o-aminotoluene, m-aminotoluene, p-aminotoluene, o-benzylaniline, p-benzylaniline 1-anilinonaphthalene, 1-aminoanthraquinone, 2-aminoanthraquinone, 1-aminoanthracene, 2-aminoanthracene, 5-aminoisoquinoline, o-aminodiphenyl, 4-aminodiphenyl ether, β-aminoethyl Rubenzene, 2-aminobenzophenone, 4-aminobenzophenone, o-aminoacetophenone, m-aminoacetophenone, p-aminoacetophenone, benzylamine, N-methylbenzylamine, 3-benzylaminopropionic acid ethyl ether, 4-benzyl Examples include piperidine, α-phenylethylamine, phenesylamine, p-methoxyphenesylamine, furfurylamine, p-aminoazobenzene, m-aminophenol, p-aminophenol, allylamine, and diphenylamine.

<アミノ基を有する重合体(C2)>
アミノ基を有する重合体(C2)は、下記式(18)に示すように、ポリアミン(B2)の一級又は二級のアミノ基が、片末端領域に1個又は2個の(メタ)アクリロイル基を有する重合体(A2)の(メタ)アクリロイル基に対して、付加反応することによって得られる。この反応は、一般にMichael付加反応と呼ばれている。重合体(A2)及びポリアミン(B2)の配合を調整することにより、イソシアネート基と反応し得る一級又は二級のアミノ基を有する構造にすることができる。
<Polymer having amino group (C2)>
In the polymer (C2) having an amino group, as shown in the following formula (18), the primary or secondary amino group of the polyamine (B2) has one or two (meth) acryloyl groups in one end region. It can be obtained by addition reaction to the (meth) acryloyl group of the polymer (A2) having This reaction is generally called the Michael addition reaction. By adjusting the blending of the polymer (A2) and the polyamine (B2), a structure having a primary or secondary amino group capable of reacting with an isocyanate group can be obtained.

式(18)において、X1は、重合体(A2)の内、(メタ)アクリロイルオキシ基を除いた部分であり、Y1は、ポリアミン(B2)の内、一級及び二級アミノ基を除いた部分であり、R6は、水素原子、又はメチル基であり、R7は、水素原子、又はアルキル基である。 In the formula (18), X 1 is a portion of the polymer (A2) excluding the (meth) acryloyloxy group, and Y 1 is a polyamine (B2) excluding the primary and secondary amino groups. R 6 is a hydrogen atom or a methyl group, and R 7 is a hydrogen atom or an alkyl group.

例えば、下記式(19)のように、片末端領域に1個の(メタ)アクリロイル基を有する重合体(A2)の分子1個に対し、一級アミノ基を2個有するジアミン(B2)の分子1個を反応させた場合、理論上、一級アミノ基1個と二級アミノ基1個とを有する重合体(C2)の分子1個が得られる。   For example, as shown in the following formula (19), a molecule of a diamine (B2) having two primary amino groups for one molecule of a polymer (A2) having one (meth) acryloyl group in one end region When one is reacted, theoretically, one molecule of the polymer (C2) having one primary amino group and one secondary amino group is obtained.

式(19)において、X1は、重合体(A2)の内、(メタ)アクリロイルオキシ基を除いた部分であり、Y2は、ポリアミン(B2)の内、一級アミノ基を除いた部分であり、R6は、水素原子、又はメチル基である。 In the formula (19), X 1 is a part of the polymer (A2) excluding the (meth) acryloyloxy group, and Y 2 is a part of the polyamine (B2) excluding the primary amino group. R 6 is a hydrogen atom or a methyl group.

又、例えば、下記式(20)のように、片末端領域に2個の(メタ)アクリロイル基を有する重合体(A2)の分子1個に対し、一級アミノ基1個と二級アミノ基1個を有するジアミン(B2)の分子2個を反応させた場合、理論上、二級アミノ基4個を有する重合体(C2)の分子1個が得られる。   Further, for example, as shown in the following formula (20), one primary amino group and one secondary amino group 1 per molecule of the polymer (A2) having two (meth) acryloyl groups in one end region. When two molecules of the diamine (B2) having 1 molecule are reacted, one molecule of the polymer (C2) having 4 secondary amino groups is theoretically obtained.

式(20)において、X2は、重合体(A2)の内、(メタ)アクリロイルオキシ基を除いた部分であり、Y2は、ポリアミン(B2)の内、一級及び二級アミノ基を除いた部分であり、R6は、水素原子、又はメチル基であり、R8は、アルキル基である。 In the formula (20), X 2 is a portion of the polymer (A2) excluding the (meth) acryloyloxy group, and Y 2 is a polyamine (B2) excluding the primary and secondary amino groups. R 6 is a hydrogen atom or a methyl group, and R 8 is an alkyl group.

更に、例えば、下記式(21)のように、片末端領域に2個の(メタ)アクリロイル基を有する重合体(A2)の分子n個に対し、一級アミノ基2個を有するジアミン(B)の分子(n+1)個を反応させた場合、理論上、一級アミノ基2個と二級アミノ基2n個とを有する重合体(C2)の分子1個が得られる。(nは、正の整数である。)   Furthermore, for example, as shown in the following formula (21), the diamine (B) having two primary amino groups for n molecules of the polymer (A2) having two (meth) acryloyl groups in one terminal region. In theory, one molecule of the polymer (C2) having two primary amino groups and 2n secondary amino groups is obtained. (N is a positive integer.)

式(21)において、X2は、重合体(A2)の内、(メタ)アクリロイルオキシ基を除いた部分であり、Y2は、ポリアミン(B2)の内、一級アミノ基を除いた部分であり、R6は、水素原子、又はメチル基であり、nは、正の整数である。 In the formula (21), X 2 is a part of the polymer (A2) excluding the (meth) acryloyloxy group, and Y 2 is a part of the polyamine (B2) excluding the primary amino group. R 6 is a hydrogen atom or a methyl group, and n is a positive integer.

又、例えば、下記式(22)のように、片末端領域に2個の(メタ)アクリロイル基を有する重合体(A2)の分子n個に対し、二級アミノ基2個を有するジアミン(B2)の分子(n+1)個を反応させた場合、理論上、二級アミノ基2個と三級アミノ基2n個とを有する重合体(C2)の分子1個が得られる。(nは、正の整数である。)   Further, for example, as shown in the following formula (22), a diamine having two secondary amino groups (B2) with respect to n molecules of the polymer (A2) having two (meth) acryloyl groups in one terminal region. ) Molecule (n + 1) molecules are reacted, theoretically, one polymer (C2) molecule having two secondary amino groups and 2n tertiary amino groups is obtained. (N is a positive integer.)

式(22)において、X2は、重合体(A2)の内、(メタ)アクリロイルオキシ基を除いた部分であり、Y2は、ポリアミン(B2)の内、二級アミノ基を除いた部分であり、R6は、水素原子、又はメチル基であり、R8は、アルキル基であり、nは、正の整数である。 In the formula (22), X 2 is a part of the polymer (A2) excluding the (meth) acryloyloxy group, and Y 2 is a part of the polyamine (B2) excluding the secondary amino group. R 6 is a hydrogen atom or a methyl group, R 8 is an alkyl group, and n is a positive integer.

理論上としたのは、上記4例は、一級アミノ基が、二級アミノ基より反応性が高いため、必ず優先的に反応すると仮定したが、実際には、反応条件等により、一級アミノ基が残っていても、先に二級アミノ基が反応する場合もある。そのため、一部、予想とは異なる構造の重合体(C2)が得られる場合もある。しかし、上記付加反応は、ほぼ量論的に反応が進行するので、大部分が目的とする構造の重合体(C2)が得られ、その後の反応や、最終的な分散剤としての機能に問題はない。   Theoretically, in the above four examples, the primary amino group is assumed to react preferentially because it is more reactive than the secondary amino group, but in actuality, depending on the reaction conditions, etc. In some cases, a secondary amino group may react first, even if is left. Therefore, in some cases, a polymer (C2) having a structure different from that expected may be obtained. However, since the above addition reaction proceeds almost stoichiometrically, a polymer (C2) having a target structure is obtained mostly, and there is a problem in the subsequent reaction and the function as a final dispersant. There is no.

<合成条件>
片末端領域に1個又は2個の(メタ)アクリロイル基を有する重合体(A2)と、1個以上の一級及び/又は二級アミノ基を有するポリアミン(B2)と、からアミノ基を有する重合体(C2)を得るためのマイケル反応は、1)全量仕込みで反応する方法、2)ポリアミン(B2)及び必要に応じて溶剤からなる溶液をフラスコに仕込み、重合体(A2)溶液を滴下する方法に大別される。安定して反応が実施できる方法を適宜選択して合成を行ってよいが、反応に問題がなければ、反応制御(分子設計制御)がより容易な上記2)の方法を適用することが好ましい。
<Synthesis conditions>
A polymer (A2) having one or two (meth) acryloyl groups in one terminal region, a polyamine (B2) having one or more primary and / or secondary amino groups, and a polymer having an amino group. The Michael reaction for obtaining the coalescence (C2) is: 1) a method in which the reaction is carried out by charging the whole amount, 2) a solution comprising polyamine (B2) and a solvent as necessary is charged into the flask, and the polymer (A2) solution is added dropwise. Broadly divided into methods. The synthesis may be carried out by appropriately selecting a method that allows the reaction to be carried out stably. However, if there is no problem in the reaction, it is preferable to apply the method 2) described above, which makes reaction control (molecular design control) easier.

マイケル反応の温度は、70℃以下が好ましい。更に好ましくは60℃以下である。60℃でも反応速度は大きく、制御できない場合は、50℃以下が更に好ましい。70℃より高くなると反応速度の制御が困難であり、所定の分子量と構造を有する重合体(C2)を得ることは難しくなる傾向がある。   The temperature of the Michael reaction is preferably 70 ° C. or less. More preferably, it is 60 degrees C or less. Even at 60 ° C., the reaction rate is high, and when it cannot be controlled, 50 ° C. or less is more preferable. When the temperature is higher than 70 ° C., it is difficult to control the reaction rate, and it tends to be difficult to obtain a polymer (C2) having a predetermined molecular weight and structure.

又、片末端領域に1個又は2個の(メタ)アクリロイル基を有する重合体(A2)、1個以上の一級及び/又は二級アミノ基を有するポリアミン(B2)の配合比は、特に限定されず、用途と要求性能に応じて任意に選択される。反応の終点は、滴定に因るアミン%測定により判断する。   The blending ratio of the polymer (A2) having one or two (meth) acryloyl groups in one terminal region, the polyamine (B2) having one or more primary and / or secondary amino groups is particularly limited. It is not arbitrarily selected according to the application and required performance. The end point of the reaction is judged by measuring the amine% due to titration.

<アミノ基及びウレア結合を有する分散剤>
塩基性官能基を有する重合体(G2)は、アミノ基及びウレア結合を有する分散剤であり、アミノ基を有する重合体(C2)の一級又は二級のアミノ基と、2個以上のイソシアネート基を有するポリイソシアネート(D2)のイソシアネート基を反応して得られる。アミノ基を有する重合体(C2)の一級又は二級のアミノ基は、反応させるポリイソシアネートの量を調整することにより、一部又は全部がウレア結合を形成し、残りは分散剤中にアミノ基として存在する。
<Dispersant having amino group and urea bond>
The polymer (G2) having a basic functional group is a dispersant having an amino group and a urea bond, the primary or secondary amino group of the polymer (C2) having an amino group, and two or more isocyanate groups It is obtained by reacting the isocyanate group of the polyisocyanate (D2) having The primary or secondary amino group of the polymer (C2) having an amino group is partially or entirely formed as a urea bond by adjusting the amount of the polyisocyanate to be reacted, and the remainder is an amino group in the dispersant. Exists as.

また、アミノ基を有する重合体(C2)は一級又は二級のアミノ基以外にも三級アミノ基を有している場合は、三級アミノ基はイソシアネート基と反応せず、そのまま炭素系触媒材料吸着基として分散剤中に残る。   When the polymer (C2) having an amino group has a tertiary amino group in addition to the primary or secondary amino group, the tertiary amino group does not react with the isocyanate group, and the carbon-based catalyst is used as it is. It remains in the dispersant as a material adsorbing group.

例えば、下記式(23)のように、一級アミノ基1個と二級アミノ基2個を有する重合体(C2)の分子2個に対し、ジイソシアネート(D2)の分子1個を反応させた場合、理論上、一級アミノ基が、イソシアネート基と反応してウレア結合を形成し、二級アミノ基4個とウレア結合2個とを有する分散剤が得られる。下記式(23)中のW1及びW2が、ポリアミン(B2)及び/又は重合体(C2)由来の三級アミノ基を有する場合、上記分散剤は、三級アミノ基も有する。 For example, when one molecule of diisocyanate (D2) is reacted with two molecules of polymer (C2) having one primary amino group and two secondary amino groups as shown in the following formula (23) Theoretically, a primary amino group reacts with an isocyanate group to form a urea bond, and a dispersant having 4 secondary amino groups and 2 urea bonds is obtained. When W 1 and W 2 in the following formula (23) have a tertiary amino group derived from the polyamine (B2) and / or the polymer (C2), the dispersant also has a tertiary amino group.

式(23)において、X1は、重合体(C2)の前駆体である重合体(A2)の内、(メタ)アクリロイルオキシ基を除いた部分であり、W1、及びW2は、重合体(C2)の前駆体であるポリアミン(B2)の内、一級及び二級アミノ基を除いた部分であり、R6は、水素原子、又はメチル基であり、Z1は、ポリイソシアネート(D2)の内、イソシアネート基を除いた部分である。 In the formula (23), X 1 is a portion excluding the (meth) acryloyloxy group in the polymer (A2) which is a precursor of the polymer (C2), and W 1 and W 2 are heavy Of the polyamine (B2) which is a precursor of the compound (C2), it is a portion excluding the primary and secondary amino groups, R 6 is a hydrogen atom or a methyl group, and Z 1 is a polyisocyanate (D2 ) Is a portion excluding the isocyanate group.

又、例えば、下記式(24)のように、二級アミノ基1個を有する重合体(C2)の分子2個に対し、ジイソシアネート(D2)の分子1個を反応させた場合、理論上、二級アミノ基が、イソシアネート基と反応してウレア結合を形成し、ウレア結合を有する分散剤が得られる。下記式(24)中のW3が、ポリアミン(B2)及び/又は重合体(C2)由来の三級アミノ基を有する場合、上記分散剤は、三級アミノ基も有する。上記分散剤は、活性水素を有するアミノ基は有しない。 Further, for example, when one molecule of diisocyanate (D2) is reacted with two molecules of polymer (C2) having one secondary amino group as in the following formula (24), The secondary amino group reacts with the isocyanate group to form a urea bond, and a dispersant having a urea bond is obtained. When W 3 in the following formula (24) has a tertiary amino group derived from the polyamine (B2) and / or the polymer (C2), the dispersant also has a tertiary amino group. The dispersant does not have an amino group having active hydrogen.

式(24)において、X1は、重合体(C2)の前駆体である重合体(A2)の内、(メタ)アクリロイルオキシ基を除いた部分であり、W3は、重合体(C2)の前駆体であるポリアミン(B2)の内、一級アミノ基を除いた部分であり、R6は、水素原子、又はメチル基であり、Z1は、ポリイソシアネート(D2)の内、イソシアネート基を除いた部分である。 In the formula (24), X 1 is a portion excluding the (meth) acryloyloxy group in the polymer (A2) which is a precursor of the polymer (C2), and W 3 is the polymer (C2). In the polyamine (B2) which is a precursor of the above, the primary amino group is excluded, R 6 is a hydrogen atom or a methyl group, and Z 1 is an isocyanate group in the polyisocyanate (D2). Excluded part.

更に、例えば、下記式(25)のように、上記式(23)の生成物である、一級アミノ基2個と二級アミノ基2n個とを有する重合体(C2)の分子(m+1)個に対し、ジイソシアネート(D2)の分子m個を反応させた場合、理論上、一級アミノ基とイソシアネート基とが反応してウレア結合を形成し、一級アミノ基2個と二級アミノ基(2nm+2n)個とウレア結合2m個とを有する分散剤が得られる。下記式(25)中のY2が、ポリアミン(B2)及び/又は重合体(C2)由来の三級アミノ基を有する場合、上記分散剤は、三級アミノ基も有する。(n及びmは、正の整数である。) Further, for example, as shown in the following formula (25), the product of the above formula (23) is a polymer (C + 1) molecule (m + 1) molecules having two primary amino groups and 2n secondary amino groups. On the other hand, when m molecules of diisocyanate (D2) are reacted, theoretically, the primary amino group and the isocyanate group react to form a urea bond, and two primary amino groups and secondary amino groups (2 nm + 2n) And a dispersant having 2 m urea bonds is obtained. When Y 2 in the following formula (25) has a tertiary amino group derived from the polyamine (B2) and / or the polymer (C2), the dispersant also has a tertiary amino group. (N and m are positive integers.)

式(25)において、X2は、重合体(C2)の前駆体である重合体(A2)の内、(メタ)アクリロイルオキシ基を除いた部分であり、Y2は、重合体(C2)の前駆体であるポリアミン(B2)の内、一級アミノ基を除いた部分であり、W4は、重合体(C2)の内、アミノ基を有する部位を除いた部分であり、R6は、水素原子、又はメチル基であり、Z1は、ポリイソシアネート(D2)の内、イソシアネート基を除いた部分であり、n及びmは、正の整数である。 In the formula (25), X 2 is a portion excluding the (meth) acryloyloxy group in the polymer (A2) which is a precursor of the polymer (C2), and Y 2 is the polymer (C2). In the polyamine (B2) which is a precursor of the polymer, the primary amino group is removed, W 4 is the portion of the polymer (C2) excluding the site having an amino group, and R 6 is It is a hydrogen atom or a methyl group, Z 1 is a portion of the polyisocyanate (D2) excluding the isocyanate group, and n and m are positive integers.

又、例えば、下記式(26)のように、一級アミノ基1個を有するポリアミン(B2)の分子2個と(メタ)アクリロイル基2個を有する重合体(A2)の分子1個とを反応して得られる、重合体(A2)由来の部分から見て両末端領域に、二級アミノ基を1個ずつ、合わせて2個を有する重合体(C2)の分子(m+1)個に対し、ジイソシアネート(D2)の分子m個を反応させた場合、理論上、上記二級級アミノ基とイソシアネート基とが反応してウレア結合を形成し、ポリウレア鎖から見て両末端領域に、二級アミノ基を1個ずつ、合わせて2個有する分散剤が得られる。(mは、正の整数である。)   Further, for example, as shown in the following formula (26), two molecules of a polyamine (B2) having one primary amino group and one molecule of a polymer (A2) having two (meth) acryloyl groups are reacted. And (m + 1) molecules (m + 1) of the polymer (C2) having two secondary amino groups in each of the terminal regions when viewed from the portion derived from the polymer (A2). When m molecules of diisocyanate (D2) are reacted, theoretically, the secondary amino group and the isocyanate group react to form a urea bond, and a secondary amino group is formed in both terminal regions as viewed from the polyurea chain. A dispersant having two groups, one group each, is obtained. (M is a positive integer.)

式(26)において、X2は、重合体(C2)の前駆体である重合体(A2)の内、(メタ)アクリロイルオキシ基を除いた部分であり、Y3は、ポリアミン(B2)の内、一級アミノ基を除いた部分であり、W5は、重合体(C2)の内、アミノ基を有する部位を除いた部分であり、R6は、水素原子、又はメチル基であり、Z1は、ポリイソシアネート(D2)の内、イソシアネート基を除いた部分であり、mは、正の整数である。 In the formula (26), X 2 is a portion excluding the (meth) acryloyloxy group in the polymer (A2) which is a precursor of the polymer (C2), and Y 3 is the polyamine (B2). Of these, it is a portion excluding the primary amino group, W 5 is a portion of the polymer (C2) excluding the site having an amino group, R 6 is a hydrogen atom or a methyl group, Z 1 is a portion of the polyisocyanate (D2) excluding the isocyanate group, and m is a positive integer.

理論上としたのは、上記4例は、一級アミノ基が、二級アミノ基より反応性が高いため、必ず優先的に反応すると仮定したが、実際には、反応条件等により、一級アミノ基が残っていても、先に二級アミノ基が反応する場合もある。そのため、一部、予想とは異なる構造の分散剤が得られる場合もある。しかし、上記反応は、ほぼ量論的に反応が進行するので、大部分が目的とする構造の重合体(C2)が得られ、分散剤としての機能に問題はない。   Theoretically, in the above four examples, the primary amino group is assumed to react preferentially because it is more reactive than the secondary amino group, but in actuality, depending on the reaction conditions, etc. In some cases, a secondary amino group may react first, even if is left. Therefore, in some cases, a dispersant having a structure different from that expected may be obtained. However, since the reaction proceeds almost stoichiometrically, the polymer (C2) having a target structure is obtained mostly, and there is no problem in the function as a dispersant.

以上のように、アミノ基を有する重合体(C2)とポリイソシアネート(D2)との反応比を変えることによって、分散剤の分子量やアミノ基(一級、二級、及び/又は三級)並びにウレア結合の量を調整することができる。   As described above, by changing the reaction ratio between the polymer (C2) having an amino group and the polyisocyanate (D2), the molecular weight of the dispersant, the amino group (primary, secondary, and / or tertiary) and urea are changed. The amount of binding can be adjusted.

<ポリイソシアネート(D2)>
ポリイソシアネート(D2)としては、従来公知のものを使用することができるが、分散体の低粘度効果から、ジイソシアネートであることが好ましく、例えば、芳香族系ジイソシアネート(d21)、脂肪族系ジイソシアネート(d22)、芳香族−脂肪族系ジイソシアネート(d23)、脂環族系ジイソシアネート(d24)、これらジイソシアネートのニ量体(ウレトジオン)、これらジイソシアネートの三量体(イソシアヌレート)とモノアルコールとの反応物、及びこれらジイソシアネートとジオールとの反応物(両末端イソシアネートのウレタンプレポリマー)等が挙げられる。
<Polyisocyanate (D2)>
As the polyisocyanate (D2), conventionally known ones can be used, but diisocyanates are preferred from the low viscosity effect of the dispersion. For example, aromatic diisocyanate (d21), aliphatic diisocyanate ( d22), aromatic-aliphatic diisocyanate (d23), alicyclic diisocyanate (d24), dimer of these diisocyanates (uretodione), reaction product of trimer of these diisocyanates (isocyanurate) and monoalcohol And reaction products of these diisocyanates and diols (urethane prepolymers of both terminal isocyanates) and the like.

芳香族系ジイソシアネート(d21)としては、キシリレンジイソシアネート、1,3−フェニレンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルジイソシアネート、1,4−フェニレンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルエ−テルジイソシアネ−ト、ジアニシジンジイソシアネ−ト、2,4−トリレンジイソシアネート、2,6−トリレンジイソシアネート、4,4’−トルイジンジイソシアネート、ナフチレンジイソシアネート、及び1,3−ビス(イソシアネートメチル)ベンゼン等を挙げることができる。   Aromatic diisocyanates (d21) include xylylene diisocyanate, 1,3-phenylene diisocyanate, 4,4'-diphenyl diisocyanate, 1,4-phenylene diisocyanate, 4,4'-diphenylmethane diisocyanate, 4,4'-diphenyl. Ether diisocyanate, dianisidine diisocyanate, 2,4-tolylene diisocyanate, 2,6-tolylene diisocyanate, 4,4'-toluidine diisocyanate, naphthylene diisocyanate, and 1,3-bis (isocyanate) And methyl) benzene.

脂肪族系ジイソシアネート(d22)としては、トリメチレンジイソシアネート、テトラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート(以下、HDIと略記する場合がある。)、ペンタメチレンジイソシアネート、1,2−プロピレンジイソシアネート、2,3−ブチレンジイソシアネート、1,3−ブチレンジイソシアネート、ドデカメチレンジイソシアネート、及び2,4,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート等を挙げることができる。   Examples of the aliphatic diisocyanate (d22) include trimethylene diisocyanate, tetramethylene diisocyanate, hexamethylene diisocyanate (hereinafter sometimes abbreviated as HDI), pentamethylene diisocyanate, 1,2-propylene diisocyanate, and 2,3-butylene. Examples include diisocyanate, 1,3-butylene diisocyanate, dodecamethylene diisocyanate, and 2,4,4-trimethylhexamethylene diisocyanate.

芳香族−脂肪族系ジイソシアネート(d23)としては、ω,ω’−ジイソシアネート−1,3−ジメチルベンゼン、ω,ω’−ジイソシアネート−1,4−ジメチルベンゼン、ω,ω’−ジイソシアネート−1,4−ジエチルベンゼン、1,4−テトラメチルキシリレンジイソシアネート、及び1,3−テトラメチルキシリレンジイソシアネート等を挙げることができる。   Examples of the aromatic-aliphatic diisocyanate (d23) include ω, ω′-diisocyanate-1,3-dimethylbenzene, ω, ω′-diisocyanate-1,4-dimethylbenzene, ω, ω′-diisocyanate-1, Examples include 4-diethylbenzene, 1,4-tetramethylxylylene diisocyanate, and 1,3-tetramethylxylylene diisocyanate.

脂環族系ジイソシアネート(d24)としては、3−イソシアネートメチル−3,5,5−トリメチルシクロヘキシルイソシアネート(以下、IPDIと略記する場合がある。)、1,3−シクロペンタンジイソシアネート、1,3−シクロヘキサンジイソシアネート、1,4−シクロヘキサンジイソシアネート、メチル−2,4−シクロヘキサンジイソシアネート、及びメチル−2,6−シクロヘキサンジイソシアネート等を挙げることができる。   Examples of the alicyclic diisocyanate (d24) include 3-isocyanate methyl-3,5,5-trimethylcyclohexyl isocyanate (hereinafter sometimes abbreviated as IPDI), 1,3-cyclopentane diisocyanate, 1,3- Examples include cyclohexane diisocyanate, 1,4-cyclohexane diisocyanate, methyl-2,4-cyclohexane diisocyanate, and methyl-2,6-cyclohexane diisocyanate.

以上、列挙したジイソシアネート(D2)は、必ずしもこれらに限定されるものではなく、2種類以上を併用して使用することもできる。   As mentioned above, enumerated diisocyanate (D2) is not necessarily limited to these, It can also be used in combination of 2 or more types.

本発明に用いられるジイソシアネート(D2)としては、3−イソシアナートメチル−3,5,5−トリメチルシクロヘキシルイソシアネート(別名:イソホロンジイソシアネート、IPDI)が難黄変性であるために好ましい。   As the diisocyanate (D2) used in the present invention, 3-isocyanatomethyl-3,5,5-trimethylcyclohexyl isocyanate (also known as isophorone diisocyanate, IPDI) is preferable because it is hardly yellow-modified.

又、分散剤の分子量を上げる目的で、1分子内に3個以上のイソシアネート基を有するポリイソシアネ−ト(d25)を使用しても良く、芳香族系ポリイソシアネ−ト、脂肪族系ポリイソシアネ−ト、芳香族−脂肪族系ポリイソシアネ−ト、及び脂環族系ポリイソシアネ−ト等を挙げることができる。   Further, for the purpose of increasing the molecular weight of the dispersant, a polyisocyanate (d25) having 3 or more isocyanate groups in one molecule may be used. An aromatic polyisocyanate, an aliphatic polyisocyanate, Aromatic-aliphatic polyisocyanate, alicyclic polyisocyanate and the like can be mentioned.

1分子に3個以上イソシアネート基を有するポリイソシアネート(d25)として、具体的には、上記ジイソシアネートのイソシアヌレート体、及び上記ジイソシアネートのビウレット体等のジイソシアネートの三量体、上記ジイソシアネートのポリオールアダクト体、二種以上の上記ジイソシアネートの共重合体、芳香族系トリイソシアネート、並びに、ポリメリック型の芳香族系イソシアネートオリゴマー等が挙げられる。   As polyisocyanate (d25) having three or more isocyanate groups in one molecule, specifically, isocyanurate of the above diisocyanate and diisocyanate trimer such as biuret of the above diisocyanate, polyol adduct of the above diisocyanate, Examples thereof include copolymers of two or more of the above diisocyanates, aromatic triisocyanates, and polymeric aromatic isocyanate oligomers.

1分子に3個以上イソシアネート基を有するポリイソシアネート(d25)としては、例えば、トリレンジイソシアネート(以下、TDI略記する場合がある。)のイソシアヌレート体、イソホロンジイソシアネート(以下、IPDIと略記する場合がある。)のイソシアヌレート体、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(以下、MDIと略記する場合がある。)のイソシアヌレート体、ヘキサメチレンジイソシアネート(以下、HDIと略記する場合がある。)のイソシアヌレート体、HDIのビウレット体、HDIのトリメチロールプロパン(以下、TMPと略記する場合がある。)アダクト体、TDIのTMPアダクト体、及びTDI/HDIコポリマー等のジイソシアネート変性物;2,4,6−トリイソシアネ−トトルエン、1,3,5−トリイソシアネ−トベンゼン、及び4,4’,4’’−トリフェニルメタントリイソシアネ−ト等の芳香族系トリイソシアネート;並びに、ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネート(別名MDIオリゴマー)等のポリメリック型芳香族系イソシアネートオリゴマー)等が挙げられる。   Examples of the polyisocyanate (d25) having three or more isocyanate groups per molecule include, for example, isocyanurate of tolylene diisocyanate (hereinafter sometimes abbreviated as TDI), isophorone diisocyanate (hereinafter abbreviated as IPDI). Isocyanurate of 4,4′-diphenylmethane diisocyanate (hereinafter abbreviated as MDI), isocyanurate of hexamethylene diisocyanate (hereinafter abbreviated as HDI). , HDI biuret, HDI trimethylolpropane (hereinafter sometimes abbreviated as TMP) adduct, TDI TMP adduct, and TDI / HDI copolymer modified diisocyanate; 2,4,6- Triisocyanate Totor 1,3,5-triisocyanatobenzene, and aromatic triisocyanates such as 4,4 ′, 4 ″ -triphenylmethane triisocyanate; and polymethylene polyphenyl polyisocyanate (also known as MDI oligomer) ) And the like.

<合成条件>
アミノ基を有する重合体(C2)とポリイソシアネート(D2)との反応は、1)全量仕込みで反応する場合と、2)重合体(C2)溶液をフラスコに仕込み、ポリイソシアネート(D2)を滴下する方法に大別されるが、反応を精密にする場合は2)が好ましい。ウレア化反応の温度は、70℃以下が好ましい。更に好ましくは60℃以下である。60℃でも反応速度は大きく、制御できない場合は、50℃以下が更に好ましい。70℃より高くなると反応速度の制御が困難であり、所定の分子量と構造を有する分散剤を得ることが難しくなる傾向がある。
<Synthesis conditions>
The reaction between the polymer (C2) having an amino group and the polyisocyanate (D2) is 1) when the reaction is carried out by adding the whole amount, and 2) the polymer (C2) solution is charged into the flask, and the polyisocyanate (D2) is dropped. In order to make the reaction precise, 2) is preferable. The temperature of the urea reaction is preferably 70 ° C. or lower. More preferably, it is 60 degrees C or less. Even at 60 ° C., the reaction rate is high, and when it cannot be controlled, 50 ° C. or less is more preferable. When the temperature is higher than 70 ° C., it is difficult to control the reaction rate, and it tends to be difficult to obtain a dispersant having a predetermined molecular weight and structure.

また、アミノ基を有する重合体(C2)に対するポリイソシアネート(D2)の配合比は、重合体(C2)の活性水素を有するアミノ基(一級及び二級アミノ基)当量を〔C2〕、ポリイソシアネート(D2)のイソシアネート基当量を〔D2〕とすると、〔D2〕/〔C2〕は0.25〜1.00で、イソシアネート基の全てを、活性水素を有するアミノ基と反応させるとことが好ましく、最終合成物である分散剤の設計(炭素系触媒材料吸着部位と溶剤親和性部位のバランス)の観点から、0.35〜0.9がより好ましく、最終合成物である分散剤を使った触媒ペースト組成物の分散安定性の観点から、0.5〜0.8が最も好ましい。   The compounding ratio of the polyisocyanate (D2) to the polymer (C2) having an amino group is such that the equivalent of amino groups (primary and secondary amino groups) having active hydrogen of the polymer (C2) is [C2], polyisocyanate. When the isocyanate group equivalent of (D2) is [D2], [D2] / [C2] is 0.25 to 1.00, and it is preferable to react all of the isocyanate groups with amino groups having active hydrogen. From the viewpoint of the design of the dispersant that is the final product (balance between the carbon-based catalyst material adsorption site and the solvent affinity site), 0.35 to 0.9 is more preferable, and the dispersant that is the final product is used. From the viewpoint of dispersion stability of the catalyst paste composition, 0.5 to 0.8 is most preferable.

上記配合当量比が0.25より小さいと、最終製品である分散剤中のウレア結合の量が少なくなり、分散性が悪くなる場合がある。又、配合当量比が1.00より大きいと、反応活性が高いイソシアネート基が残り、水等と反応し、高分子量化して粘度が高くなることがあり、好ましくない。又、上記配合当量が、1.00であると、例えば、活性水素を有するアミノ基を2個有するポリアミン(C2)とイソシアネート基を2個有するジイソシアネート(D2)との反応では、理論上、分子量が無限大となるため、分子量制御の観点で、好ましくない。   If the blending equivalent ratio is less than 0.25, the amount of urea bonds in the dispersant, which is the final product, decreases, and the dispersibility may deteriorate. On the other hand, if the blending equivalent ratio is larger than 1.00, an isocyanate group having a high reaction activity remains, which reacts with water and the like, resulting in a high molecular weight and a high viscosity, which is not preferable. When the blending equivalent is 1.00, for example, in the reaction of polyamine (C2) having two amino groups having active hydrogen and diisocyanate (D2) having two isocyanate groups, the molecular weight is theoretically. Is not preferable from the viewpoint of molecular weight control.

更に、三級アミノ基、及びウレア結合に加えて一級及び/又は二級アミノ基(活性水素を有するアミノ基)が、分散剤骨格中に存在すると、炭素系触媒材料に対する吸着性が向上し、溶剤親和性部位とのバランスも良くなり、分散性及びその経時安定性も良くなる。   Further, when primary and / or secondary amino groups (amino groups having active hydrogen) in addition to tertiary amino groups and urea bonds are present in the dispersant skeleton, the adsorptivity to the carbon-based catalyst material is improved. The balance with the solvent-affinity part is also improved, and the dispersibility and its stability over time are also improved.

即ち、上記のように、配合当量比が、0.35〜0.9、好ましくは0.5〜0.8の時、三級アミノ基、ウレア結合、活性水素を有するアミノ基、及び溶剤親和部位のバランスが良くなり、優れた分散安定性を示す。   That is, as described above, when the compounding equivalent ratio is 0.35 to 0.9, preferably 0.5 to 0.8, tertiary amino groups, urea bonds, amino groups having active hydrogen, and solvent affinity. The balance of the parts is improved and excellent dispersion stability is exhibited.

本発明の組成物を構成する塩基性官能基を有する重合体(G2)は、片末端領域に1個又は2個の(メタ)アクリロイル基を有する重合体(A2)を製造する第一の工程と、上記片末端領域に1個又は2個の(メタ)アクリロイル基を有する重合体(A2)の(メタ)アクリロイル基と、1以上の一級及び/又は二級アミノ基を含むポリアミン(B2)の一級及び/又は二級アミノ基と、を反応する、アミノ基を有する重合体(C2)を製造する第二の工程と、並びに、アミノ基を有する重合体(C2)の一級及び/又は二級アミノ基と、少なくとも2個以上のイソシアネート基を含むポリイソシアネート(D2)のイソシアネート基とを反応させる第三の工程とを含む製造法により製造することができる。   The polymer (G2) having a basic functional group constituting the composition of the present invention is a first step for producing a polymer (A2) having one or two (meth) acryloyl groups in one terminal region. And a polyamine (B2) containing a (meth) acryloyl group and one or more primary and / or secondary amino groups of the polymer (A2) having one or two (meth) acryloyl groups in one end region. A first step of producing a polymer (C2) having an amino group, and a primary and / or second step of producing a polymer (C2) having an amino group. It can be produced by a production method comprising a third step of reacting a primary amino group with an isocyanate group of a polyisocyanate (D2) containing at least two or more isocyanate groups.

各工程の合成方法及び条件等は前述のとおりである。   The synthesis method and conditions for each step are as described above.

本発明の組成物を構成する塩基性官能基を有する重合体(G2)の重量平均分子量(Mw)は、1,000〜100,000であることが好ましく、より好ましくは1,500〜50,000、特に好ましくは2,000〜30,000である。重量平均分子量が、1,000未満であれば、触媒ぺースト組成物の安定性が低下する場合があり、100,000を超えると樹脂間の相互作用が強くなり、触媒ペースト組成物の増粘が起きる場合がある。又、得られた分散剤のアミン価は、5〜100mgKOH/gであることが好ましく、より好ましくは10〜70mgKOH/g、さらに好ましくは20〜50mgKOH/gである。アミン価が5mgKOH/g未満であれば炭素系触媒材料と吸着する官能基が不足し、炭素系触媒材料分散に寄与することが困難になる場合があり、100mgKOH/gを超えると、炭素系触媒材料同士の凝集が起こり、粘度低下効果の不足や塗膜外観に不具合を生じさせる場合がある。   The weight average molecular weight (Mw) of the polymer (G2) having a basic functional group constituting the composition of the present invention is preferably 1,000 to 100,000, more preferably 1,500 to 50,000. 000, particularly preferably 2,000 to 30,000. If the weight average molecular weight is less than 1,000, the stability of the catalyst paste composition may be reduced. If the weight average molecular weight exceeds 100,000, the interaction between the resins becomes strong, and the viscosity of the catalyst paste composition increases. May occur. Moreover, it is preferable that the amine value of the obtained dispersing agent is 5-100 mgKOH / g, More preferably, it is 10-70 mgKOH / g, More preferably, it is 20-50 mgKOH / g. If the amine value is less than 5 mgKOH / g, the carbon-based catalyst material and the functional group adsorbed may be insufficient, and it may be difficult to contribute to the dispersion of the carbon-based catalyst material. Aggregation of materials may occur, resulting in insufficient viscosity reduction effect and defects in the appearance of the coating film.

<ビニルアミド系樹脂>
本発明の触媒ペースト組成物は、炭素系触媒材料の良好な分散及び分散安定性を得るために、ビニルアミド系樹脂を含有してもよい。ビニルアミド系樹脂は、一般的にアニオン種と吸着相互作用を持つことが知られている。ビニルアミド系樹脂は、厳密に言えば、塩基性官能基を有する樹脂には該当しないが、そのpHが僅かに塩基性を示すため、本明細書では塩基性官能基を有する樹脂として取り扱う。
使用するビニルアミド系樹脂としては、特に限定はされないが、例えば、ポリビニルアセトアミド、ポリアクリルアミド、ポリビニルピロリドン、アルキル化ポリビニルピロリドン、ポリビニルピロリドンのグラフト共重合体、及びビニルピロリドンとコモノマーとの共重合体等が挙げられる。
<Vinylamide resin>
The catalyst paste composition of the present invention may contain a vinylamide resin in order to obtain good dispersion and dispersion stability of the carbon-based catalyst material. Vinylamide resins are generally known to have an adsorption interaction with anionic species. Strictly speaking, the vinylamide resin does not correspond to a resin having a basic functional group, but its pH is slightly basic. Therefore, in this specification, it is treated as a resin having a basic functional group.
The vinyl amide resin to be used is not particularly limited, and examples thereof include polyvinyl acetamide, polyacrylamide, polyvinyl pyrrolidone, alkylated polyvinyl pyrrolidone, polyvinyl pyrrolidone graft copolymer, and a copolymer of vinyl pyrrolidone and a comonomer. Can be mentioned.

ビニルピロリドンと共重合できるコモノマーとしては、α−オレフィン、酢酸ビニル、アクリル酸エチル、アクリル酸メチル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸ジメチルアミノメチル、アクリルアミド、メタクリルアミド、アクリロニトリル、エチレン、スチレン、無水マレイン酸、アクリル酸、硫酸ビニルナトリウム、塩化ビニル、ビニルピロリジン、トリメチルシロキシビニルシラン、プロピオン酸ビニル、ビニルカプロラクタム、メチルビニルケトン等が挙げられる。   Comonomers that can be copolymerized with vinylpyrrolidone include α-olefin, vinyl acetate, ethyl acrylate, methyl acrylate, methyl methacrylate, dimethylaminomethyl methacrylate, acrylamide, methacrylamide, acrylonitrile, ethylene, styrene, maleic anhydride, Examples include acrylic acid, sodium vinyl sulfate, vinyl chloride, vinyl pyrrolidine, trimethylsiloxy vinyl silane, vinyl propionate, vinyl caprolactam, and methyl vinyl ketone.

又、上記ビニルアミド系樹脂を、有機酸、又は無機酸で処理した酸変性物等も用いることができる。   In addition, an acid-modified product obtained by treating the vinylamide resin with an organic acid or an inorganic acid can be used.

上記ビニルアミド系樹脂の中でも、特に、ポリビニルピロリドン、ビニルピロリドン−1−ブテン共重合体、若しくはビニルピロリドン−スチレン共重合体等のほぼ中性のビニルアミド樹脂、又は、有機酸、若しくは無機酸で処理したポリビニルピロリドンの酸変性物が好適に用いられる。   Among the above-mentioned vinylamide resins, in particular, a treatment with an almost neutral vinylamide resin such as polyvinylpyrrolidone, vinylpyrrolidone-1-butene copolymer, or vinylpyrrolidone-styrene copolymer, or an organic acid or an inorganic acid. An acid-modified product of polyvinyl pyrrolidone is preferably used.

ビニルアミド系樹脂が、炭素系触媒材料の分散に効果があるのは、使用される溶媒が水又は水系溶媒、溶剤系のいずれにおいても溶媒に対する濡れ性に優れるために、炭素系触媒材料と溶媒との相互作用を円滑に進め、炭素系触媒材料同士の凝集が極めて少なくなるためであると推察される。特に極性が高い溶媒を用いる場合、分散効果が極めて高くなる。   The vinylamide resin is effective in dispersing the carbon-based catalyst material because the solvent used is excellent in wettability with respect to the solvent regardless of whether the solvent used is water or an aqueous solvent or a solvent system. It is surmised that this interaction is promoted smoothly, and the aggregation of the carbon-based catalyst materials is extremely reduced. In particular, when a highly polar solvent is used, the dispersion effect is extremely high.

<ビニルアミド系樹脂及び、塩基性又は酸性官能基を有する各種誘導体の併用効果>
本発明の触媒ペースト組成物は、炭素系触媒材料の良好な分散及び分散安定性を更に得るために、ビニルアミド系樹脂に、塩基性又は酸性官能基を有する各種誘導体を併用することが好ましい。上記塩基性又は酸性官能基を有する各種誘導体(以下、単に誘導体と略す場合がある)の効果の1つとして、ビニルアミド系樹脂が溶剤との濡れ性を高めるために、更に添加した誘導体が炭素系触媒材料表面に作用(例えば吸着)することにより、相乗効果により分散が進むものと考えられる。
<Combined effect of vinylamide resin and various derivatives having basic or acidic functional groups>
In the catalyst paste composition of the present invention, in order to further obtain good dispersion and dispersion stability of the carbon-based catalyst material, it is preferable to use various derivatives having a basic or acidic functional group in combination with the vinylamide resin. As one of the effects of the above-mentioned various derivatives having basic or acidic functional groups (hereinafter sometimes simply referred to as “derivatives”), a derivative further added to increase the wettability of the vinylamide resin with a solvent is carbon-based. By acting on the surface of the catalyst material (for example, adsorption), it is considered that dispersion proceeds due to a synergistic effect.

よって本発明では、上記ビニルアミド系樹脂及び、塩基性又は酸性官能基を有する各種誘導体の使用により、炭素系触媒材料表面に直接、官能基を導入(共有結合)せず、更に分散樹脂を使用することなく、良好な分散を得ることができる。これらのことから、炭素系触媒材料の導電性を低下させることなく良好な分散を得ることができる。そして炭素系触媒材料が良好に分散した本発明の触媒ペースト組成物を用いることにより、炭素系触媒材料が均一に分散した燃料電池用電極膜接合体を作製することができる。   Therefore, in the present invention, by using the vinylamide resin and various derivatives having a basic or acidic functional group, a functional group is not directly introduced (covalently bonded) to the surface of the carbon-based catalyst material, and a dispersion resin is further used. And good dispersion can be obtained. From these, good dispersion can be obtained without reducing the conductivity of the carbon-based catalyst material. Then, by using the catalyst paste composition of the present invention in which the carbon-based catalyst material is well dispersed, a fuel cell electrode membrane assembly in which the carbon-based catalyst material is uniformly dispersed can be produced.

又、本発明の触媒ペースト組成物を使用した触媒インキ組成物では、炭素系触媒材料表面に官能基を有する各種誘導体が存在しているため炭素系触媒材料の水素イオン伝導性ポリマーに対する濡れ性が向上し、上述の均一分散効果とあいまって触媒インキ組成物としての保存安定性や塗工性が向上する。   Further, in the catalyst ink composition using the catalyst paste composition of the present invention, since various derivatives having a functional group are present on the surface of the carbon-based catalyst material, the wettability of the carbon-based catalyst material to the hydrogen ion conductive polymer is increased. This improves the storage stability and coating properties of the catalyst ink composition in combination with the above-described uniform dispersion effect.

塩基性官能基を有する樹脂は、上記記載の3つのタイプのみに限定されるものでなく、3つのタイプ以外のポリビニル系、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリエーテル系、ホルマリン縮合物、シリコーン系、及びこれらの複合系ポリマー等が挙げられる。更に、これらの塩基性官能基を有する樹脂は2種類以上を併用することもできる。   The resin having a basic functional group is not limited to the above-described three types, and other than the three types, polyvinyl type, polyurethane type, polyester type, polyether type, formalin condensate, silicone type, and These composite polymers are exemplified. Furthermore, two or more kinds of resins having these basic functional groups can be used in combination.

<その他の市販の塩基性官能基を有する樹脂>
市販の塩基性官能基を有する樹脂としては、特に限定されないが、例えば、以下のものが挙げられる。
<Other resins having basic functional groups>
Although it does not specifically limit as resin which has a commercially available basic functional group, For example, the following are mentioned.

ビックケミー社製の塩基性官能基を有する樹脂としては、Disperbyk−108、109、112、116、130、161、162、163、164、166、167、168、180、182、183、184、185、2000、2001、2050、2070、2150、又はBYK−9077が挙げられる。   As the resin having a basic functional group manufactured by Big Chemie, Disperbyk-108, 109, 112, 116, 130, 161, 162, 163, 164, 166, 167, 168, 180, 182, 183, 184, 185, 2000, 2001, 2050, 2070, 2150, or BYK-9077.

日本ルーブリゾール社製の塩基性官能基を有する樹脂としては、SOLSPERSE9000、13240、13650、13940、17000、18000、19000、20000、24000SC、24000GR、28000、31845、32000、32500、32600、33500、34750、35100、35200、37500、38500、又は39000が挙げられる。   As a resin having a basic functional group manufactured by Nippon Lubrizol, SOLPERSE 9000, 13240, 13650, 13940, 17000, 18000, 19000, 20000, 24000SC, 24000GR, 28000, 31845, 32000, 32500, 32600, 33500, 34750, 35100, 35200, 37500, 38500, or 39000.

エフカアディティブズ社製の塩基性官能基を有する樹脂としては、EFKA4008、4009、4010、4015、4020、4046、4047、4050、4055、4060、4080、4300、4330、4400、4401、4402、4403、4406、4500、4550、4560、4570、4580、又は4800が挙げられる。   As the resin having a basic functional group manufactured by Efka Additives, EFKA4008, 4009, 4010, 4015, 4020, 4046, 4047, 4050, 4055, 4060, 4080, 4300, 4330, 4400, 4401, 4402, 4403 4406, 4500, 4550, 4560, 4570, 4580, or 4800.

味の素ファインテクノ社製の塩基性官能基を有する樹脂としては、アジスパーPB711、アジスパーPB821、又はアジスパーPB822が挙げられる。   Examples of the resin having a basic functional group manufactured by Ajinomoto Fine-Techno Co., Ltd. include Ajisper PB711, Azisper PB821, or Azisper PB822.

楠本化成社製の塩基性官能基を有する樹脂としては、ディスパロン1850、1860、又はDA−1401が挙げられる。   Examples of the resin having a basic functional group manufactured by Enomoto Kasei Co., Ltd. include Disparon 1850, 1860, or DA-1401.

共栄社化学製の塩基性官能基を有する樹脂としては、フローレンDOPA−15B、フローレンDOPA−17等が挙げられる。   Examples of the resin having a basic functional group manufactured by Kyoeisha Chemical include Floren DOPA-15B and Floren DOPA-17.

<酸性官能基を有する顔料誘導体(II−1)>
本発明の触媒ペースト組成物は、炭素系触媒材料の良好な分散及び分散安定性を得るために、酸性官能基を有する有機化合物として、酸性官能基を有する有機色素誘導体、酸性官能基を有するアントラキノン誘導体、酸性官能基を有するアクリドン誘導体、または酸性官能基を有するトリアジン誘導体から1種類以上選ばれる誘導体を含有してもよい。
<Pigment derivative having acidic functional group (II-1)>
The catalyst paste composition of the present invention includes an organic dye derivative having an acidic functional group and an anthraquinone having an acidic functional group as an organic compound having an acidic functional group in order to obtain good dispersion and dispersion stability of the carbon-based catalyst material. One or more derivatives selected from a derivative, an acridone derivative having an acidic functional group, or a triazine derivative having an acidic functional group may be contained.

とりわけ、下記式(27)で示されるトリアジン誘導体、又は下記式(30)で示される有機色素誘導体の使用が好ましい。   In particular, use of a triazine derivative represented by the following formula (27) or an organic dye derivative represented by the following formula (30) is preferable.

式(27)において、
101は、−NH−、−O−、−CONH−、−SO2NH−、−CH2NH−、−CH2NHCOCH2NH−、又は−X103−Y101−X104−であり、
102、及びX104は、それぞれ独立に、−NH−、又は−O−であり、
103は、−CONH−、−SO2NH−、−CH2NH−、−NHCO−、又は−NHSO2−であり、
101は、炭素数1〜20で構成された、置換又は未置換のアルキレン基、置換又は未置換のアルケニレン基、又は、置換又は未置換のアリーレン基であり、

101は、−SO3M、−COOM、又は−P(O)(−OM)2であり、
101は、1〜3価のカチオンの一当量であり、
101は、−O−R102、−NH−R102、ハロゲン基、−X101−R101、又は−X102−Y101−Z101であり、
102は、水素原子、置換又は未置換のアルキル基、又は、置換又は未置換のアルケニル基であり、
101は、1〜4の整数であり、
101は、有機色素残基、置換又は未置換の複素環残基、置換又は未置換の芳香族環残基、又は下記式(28)で表される基である。
In equation (27),
X 101 is, -NH -, - O -, - CONH -, - SO 2 NH -, - CH 2 NH -, - CH 2 NHCOCH 2 NH-, or -X 103 -Y 101 -X 104 - a and,
X 102 and X 104 are each independently —NH— or —O—;
X 103 is, -CONH -, - SO 2 NH -, - CH 2 NH -, - NHCO-, or -NHSO 2 - and is,
Y 101 is a substituted or unsubstituted alkylene group, a substituted or unsubstituted alkenylene group, or a substituted or unsubstituted arylene group composed of 1 to 20 carbon atoms,

Z 101 is —SO 3 M, —COOM, or —P (O) (— OM) 2 ;
M 101 is one equivalent of a monovalent to trivalent cation,
Q 101 is —O—R 102 , —NH—R 102 , a halogen group, —X 101 —R 101 , or —X 102 —Y 101 —Z 101 ,
R 102 is a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted alkyl group, or a substituted or unsubstituted alkenyl group,
n 101 is an integer of 1 to 4,
R 101 is an organic dye residue, a substituted or unsubstituted heterocyclic residue, a substituted or unsubstituted aromatic ring residue, or a group represented by the following formula (28).

式(28)において、
201は、−NH−、又は−O−であり、
202、及びX203は、それぞれ独立に、−NH−、−O−、−CONH−、−SO2NH−、−CH2NH−、又は−CH2NHCOCH2NH−であり、
201、及びR202は、それぞれ独立に、有機色素残基、置換又は未置換の複素環残基、置換又は未置換の芳香族環残基、又は−Y201−Z201であり、
201は、炭素数1〜20で構成された、置換又は未置換のアルキレン基、置換又は未置換のアルケニレン基、又は、置換又は未置換のアリーレン基であり、
201は、−SO3201、−COOM201、又は−P(O)(−OM2012であり、
201は、1〜3価のカチオンの一当量である。
In formula (28),
X 201 is —NH— or —O—;
X 202, and X 203 each independently, -NH -, - O -, - CONH -, - SO 2 NH -, - CH 2 NH-, or a -CH 2 NHCOCH 2 NH-,
R 201 and R 202 are each independently an organic dye residue, a substituted or unsubstituted heterocyclic residue, a substituted or unsubstituted aromatic ring residue, or —Y 201 —Z 201 ,
Y 201 is a substituted or unsubstituted alkylene group, a substituted or unsubstituted alkenylene group, or a substituted or unsubstituted arylene group composed of 1 to 20 carbon atoms,
Z 201 is —SO 3 M 201 , —COOM 201 , or —P (O) (— OM 201 ) 2 ;
M201 is one equivalent of a monovalent to trivalent cation.

式(27)のR101、並びに、式(28)のR201及びR202で表される有機色素残基としては、例えばジケトピロロピロール系色素、アゾ、ジスアゾ、ポリアゾ等のアゾ系色素、フタロシアニン系色素、ジアミノジアントラキノン、アントラピリミジン、フラバントロン、アントアントロン、インダントロン、ピラントロン、ビオラントロン等のアントラキノン系色素、キナクリドン系色素、ジオキサジン系色素、ぺリノン系色素、ぺリレン系色素、チオインジゴ系色素、イソインドリン系色素、イソインドリノン系色素、キノフタロン系色素、スレン系色素、又金属錯体系色素等が挙げられる。とりわけ、金属による電池の短絡を抑制する効果を高めるためには、金属錯体系色素ではない有機色素残基の使用が好ましく、中でもアゾ系色素、ジケトピロロピロール系色素、無金属フタロシアニン系色素、キナクリドン系色素、又はジオキサジン系色素の使用が分散性に優れるため好ましい。 Examples of the organic dye residue represented by R 101 of formula (27) and R 201 and R 202 of formula (28) include diketopyrrolopyrrole dyes, azo dyes such as azo, disazo, and polyazo, Phthalocyanine dyes, diaminodianthraquinones, anthrapyrimidines, flavantrons, anthanthrone, indanthrone, pyranthrone, violanthrone and other anthraquinone dyes, quinacridone dyes, dioxazine dyes, perinone dyes, perylene dyes, thioindigo dyes , Isoindoline dyes, isoindolinone dyes, quinophthalone dyes, selenium dyes, metal complex dyes, and the like. In particular, in order to increase the effect of suppressing the short circuit of the battery due to metal, it is preferable to use an organic dye residue that is not a metal complex dye, among which an azo dye, a diketopyrrolopyrrole dye, a metal-free phthalocyanine dye, The use of a quinacridone dye or a dioxazine dye is preferable because of excellent dispersibility.

式(27)のR101、並びに、式(28)のR201及びR202で表される複素環残基および芳香族環残基としては、例えば、チオフェン、フラン、ピリジン、ピラゾール、ピロール、イミダゾール、イソインドリン、イソインドリノン、ベンズイミダゾロン、ベンズチアゾール、ベンズトリアゾール、インドール、キノリン、カルバゾール、アクリジン、ベンゼン、ナフタリン、アントラセン、フルオレン、フェナントレン、又はアントラキノン等が挙げられる。とりわけ、少なくともS、N、Oのヘテロ原子のいずれかを含む複素環残基の使用が分散性に優れるため好ましい。 Examples of the heterocyclic residues and aromatic ring residues represented by R 101 in formula (27) and R 201 and R 202 in formula (28) include thiophene, furan, pyridine, pyrazole, pyrrole, imidazole. , Isoindoline, isoindolinone, benzimidazolone, benzthiazole, benztriazole, indole, quinoline, carbazole, acridine, benzene, naphthalene, anthracene, fluorene, phenanthrene, or anthraquinone. In particular, the use of a heterocyclic residue containing at least one of S, N, and O heteroatoms is preferable because of excellent dispersibility.

式(27)のY101及び式(28)のY201は、炭素数20以下の置換又は未置換のアルキレン基、アルケニレン基またはアリーレン基を表すが、好ましくは置換又は未置換のフェニレン基、ビフェニレン基、ナフチレン基、又は炭素数が10以下の側鎖を有していてもよいアルキレン基が挙げられる。 Y 101 in formula (27) and Y 201 in formula (28) represent a substituted or unsubstituted alkylene group, alkenylene group or arylene group having 20 or less carbon atoms, preferably a substituted or unsubstituted phenylene group or biphenylene. Group, a naphthylene group, or an alkylene group which may have a side chain having 10 or less carbon atoms.

式(27)のQ101中に含まれるR102で表される置換又は未置換のアルキル基、アルケニル基は、好ましくは炭素数20以下のものであり、更に好ましくは炭素数が10以下の側鎖を有していてもよいアルキル基が挙げられる。置換基を有しているアルキル基又はアルケニル基とは、アルキル基又はアルケニル基の水素原子が、フッ素原子、塩素原子、若しくは臭素原子等のハロゲン基、ヒドロキシル基、又はメルカプト基等で置換されたものである。 The substituted or unsubstituted alkyl group or alkenyl group represented by R 102 contained in Q 101 of formula (27) is preferably one having 20 or less carbon atoms, more preferably the side having 10 or less carbon atoms. Examples thereof include an alkyl group which may have a chain. In the alkyl group or alkenyl group having a substituent, the hydrogen atom of the alkyl group or alkenyl group is substituted with a halogen group such as a fluorine atom, a chlorine atom, or a bromine atom, a hydroxyl group, or a mercapto group. Is.

式(27)のM101及び式(28)のM201は、1〜3価のカチオンの一当量を表し、例えば、水素原子(プロトン)、金属カチオン、又は4級アンモニウムカチオンのいずれかを表す。また、分散剤構造中にMを2つ以上有する場合、Mはプロトン、金属カチオン、又は4級アンモニウムカチオンのいずれかひとつのみでも良いし、これらの組み合わせでも良い。 M 201 of M 101 of the formula (27) (28) represents one equivalent of a monovalent to trivalent cation, e.g., hydrogen atom (proton) represents any metal cation, or a quaternary ammonium cation . Moreover, when it has two or more M in a dispersing agent structure, M may be only any one of a proton, a metal cation, or a quaternary ammonium cation, and these may be combined.

金属としては、リチウム、ナトリウム、カリウム、カルシウム、バリウム、マグネシウム、アルミニウム、ニッケル、又はコバルト等が挙げられる。   Examples of the metal include lithium, sodium, potassium, calcium, barium, magnesium, aluminum, nickel, and cobalt.

4級アンモニウムカチオンとしては、式(29)で示される構造を有する単一化合物または、混合物である。   The quaternary ammonium cation is a single compound having a structure represented by the formula (29) or a mixture.

式(29)において、R301、R302、R303、及びR304は、水素、置換又は未置換のアルキル基、置換又は未置換のアルケニル基、又は、置換又は未置換のアリール基のいずれかである。 In Formula (29), R 301 , R 302 , R 303 , and R 304 are any of hydrogen, a substituted or unsubstituted alkyl group, a substituted or unsubstituted alkenyl group, or a substituted or unsubstituted aryl group It is.

式(29)のR301、R302、R303、及びR304は、それぞれ同一でもよいし、異なっていてもよい。また、R301、R302、R303、及びR304が、炭素原子を有する場合、炭素数は1〜40、好ましくは1〜30、更に好ましくは1〜20である。炭素数が40を超えると電極の導電性が低下する場合がある。 R 301 , R 302 , R 303 , and R 304 in formula (29) may be the same or different. In addition, when R 301 , R 302 , R 303 , and R 304 have a carbon atom, the number of carbon atoms is 1 to 40, preferably 1 to 30, and more preferably 1 to 20. If the carbon number exceeds 40, the conductivity of the electrode may be reduced.

4級アンモニウムの具体例としては、ジメチルアンモニウム、トリメチルアンモニウム、ジエチルアンモニウム、トリエチルアンモニウム、ヒドロキシエチルアンモニウム、ジヒドロキシエチルアンモニウム、2−エチルヘキシルアンモニウム、ジメチルアミノプロピルアンモニウム、ラウリルアンモニウム、又はステアリルアンモニウム等が挙げられるが、これらに限定されない。   Specific examples of the quaternary ammonium include dimethylammonium, trimethylammonium, diethylammonium, triethylammonium, hydroxyethylammonium, dihydroxyethylammonium, 2-ethylhexylammonium, dimethylaminopropylammonium, laurylammonium, and stearylammonium. However, it is not limited to these.

式(30)において、
401、直接結合、−NH−、−O−、−CONH−、−SO2NH−、−CH2NH−、−CH2NHCOCH2NH−、−X402−Y−、又は−X402−Y−X403−であり、
402は、−CONH−、−SO2NH−、−CH2NH−、−NHCO−、又は−NHSO2−であり、
403は、−NH−、又は−O−であり、
401は、炭素数1〜20で構成された、置換又は未置換のアルキレン基、置換又は未置換のアルケニレン基、又は、置換又は未置換のアリーレン基であり、
401は、−SO3401、−COOM401、又は−P(O)(−OM4012であり、
401は、1〜3価のカチオンの一当量であり、
401は、有機色素残基であり、
401は、1〜4の整数である。
In equation (30),
X 401, a direct bond, -NH -, - O -, - CONH -, - SO 2 NH -, - CH 2 NH -, - CH 2 NHCOCH 2 NH -, - X 402 -Y-, or -X 402 - Y- X403-
X 402 is, -CONH -, - SO 2 NH -, - CH 2 NH -, - NHCO-, or -NHSO 2 - and is,
X 403 is —NH— or —O—;
Y 401 is a substituted or unsubstituted alkylene group, a substituted or unsubstituted alkenylene group, or a substituted or unsubstituted arylene group composed of 1 to 20 carbon atoms,
Z 401 is —SO 3 M 401 , —COOM 401 , or —P (O) (— OM 401 ) 2 ;
M 401 is one equivalent of a monovalent to trivalent cation,
R 401 is an organic dye residue,
n 401 is an integer of 1 to 4.

式(30)のR401で表させる有機色素残基としては、例えばジケトピロロピロール系色素、アゾ、ジスアゾ、ポリアゾ等のアゾ系色素、フタロシアニン系色素、ジアミノジアントラキノン、アントラピリミジン、フラバントロン、アントアントロン、インダントロン、ピラントロン、ビオラントロン等のアントラキノン系色素、キナクリドン系色素、ジオキサジン系色素、ぺリノン系色素、ぺリレン系色素、チオインジゴ系色素、イソインドリン系色素、イソインドリノン系色素、キノフタロン系色素、スレン系色素、又は金属錯体系色素等が挙げられる。R9で表させる有機色素残基には、一般的には色素と呼ばれていない淡黄色のアントラキノン残基を含む。とりわけ、金属による電池の短絡を抑制する効果を高めるためには、金属錯体系色素ではない有機色素残基の使用が好ましく、中でもアゾ系色素、ジケトピロロピロール系色素、無金属フタロシアニン系色素、キナクリドン系色素、又はジオキサジン系色素の使用が分散性に優れるため好ましい。 Examples of the organic dye residue represented by R 401 in the formula (30) include diketopyrrolopyrrole dyes, azo dyes such as azo, disazo, polyazo, phthalocyanine dyes, diaminodianthraquinone, anthrapyrimidine, flavantrons, Anthraquinone dyes such as anthanthrone, indanthrone, pyranthrone, violanthrone, quinacridone dyes, dioxazine dyes, perinone dyes, perylene dyes, thioindigo dyes, isoindoline dyes, isoindolinone dyes, quinophthalone dyes Examples thereof include dyes, selenium dyes, and metal complex dyes. The organic dye residue represented by R 9 includes a light yellow anthraquinone residue that is not generally called a dye. In particular, in order to increase the effect of suppressing the short circuit of the battery due to metal, it is preferable to use an organic dye residue that is not a metal complex dye, among which an azo dye, a diketopyrrolopyrrole dye, a metal-free phthalocyanine dye, The use of a quinacridone dye or a dioxazine dye is preferable because of excellent dispersibility.

式(30)の式中のM401は、1〜3価のカチオンの一当量を表し、例えば、水素原子(プロトン)、金属カチオン、又は4級アンモニウムカチオンのいずれかを表す。また、分散剤構造中にMを2つ以上有する場合、M401はプロトン、金属カチオン、又は4級アンモニウムカチオンのいずれかひとつのみでも良いし、これらの組み合わせでも良い。 M 401 in the formula of formula (30) represents one equivalent of a monovalent to trivalent cation, for example, a hydrogen atom (proton), a metal cation, or a quaternary ammonium cation. Further, when two or more Ms are included in the dispersant structure, M 401 may be any one of proton, metal cation and quaternary ammonium cation, or a combination thereof.

金属としては、リチウム、ナトリウム、カリウム、カルシウム、バリウム、マグネシウム、アルミニウム、ニッケル、又はコバルト等が挙げられる。   Examples of the metal include lithium, sodium, potassium, calcium, barium, magnesium, aluminum, nickel, and cobalt.

4級アンモニウムカチオンとしては、式(29)で示される構造を有する単一化合物または、混合物である。   The quaternary ammonium cation is a single compound having a structure represented by the formula (29) or a mixture.

式(29)において、R301、R302、R303、及びR304は、水素、置換又は未置換のアルキル基、置換又は未置換のアルケニル基、又は、置換又は未置換のアリール基のいずれかである。 In Formula (29), R 301 , R 302 , R 303 , and R 304 are any of hydrogen, a substituted or unsubstituted alkyl group, a substituted or unsubstituted alkenyl group, or a substituted or unsubstituted aryl group It is.

式(29)のR301、R302、R303、及びR304は、それぞれ同一でもよいし、異なっていてもよい。また、R301、R302、R303、及びR304が、炭素原子を有する場合、炭素数は1〜40、好ましくは1〜30、更に好ましくは1〜20である。炭素数が40を超えると電極の導電性が低下する場合がある。 R 301 , R 302 , R 303 , and R 304 in formula (29) may be the same or different. In addition, when R 301 , R 302 , R 303 , and R 304 have a carbon atom, the number of carbon atoms is 1 to 40, preferably 1 to 30, and more preferably 1 to 20. If the carbon number exceeds 40, the conductivity of the electrode may be reduced.

4級アンモニウムの具体例としては、ジメチルアンモニウム、トリメチルアンモニウム、ジエチルアンモニウム、トリエチルアンモニウム、ヒドロキシエチルアンモニウム、ジヒドロキシエチルアンモニウム、2−エチルヘキシルアンモニウム、ジメチルアミノプロピルアンモニウム、ラウリルアンモニウム、又はステアリルアンモニウム等が挙げられるが、これらに限定されない。   Specific examples of the quaternary ammonium include dimethylammonium, trimethylammonium, diethylammonium, triethylammonium, hydroxyethylammonium, dihydroxyethylammonium, 2-ethylhexylammonium, dimethylaminopropylammonium, laurylammonium, and stearylammonium. However, it is not limited to these.

上記分散剤の合成方法としては、特に限定されるものではないが、例えば、特公昭39−28884号公報、特公昭45−11026号公報、特公昭45−29755号公報、特公昭64−5070号公報、又は特開2004−217842号公報等に記載されている方法で合成することができる。上記公報による開示を参照することにより、本明細書の一部として組み込むものとする。   The method for synthesizing the dispersing agent is not particularly limited. For example, Japanese Patent Publication No. 39-28884, Japanese Patent Publication No. 45-11026, Japanese Patent Publication No. 45-29755, Japanese Patent Publication No. 64-5070. It can synthesize | combine by the method described in gazette or Unexamined-Japanese-Patent No. 2004-217842. The disclosure by the above publication is incorporated as part of the present specification.

上記の酸性官能基を有する各種誘導体の効果のひとつとして、添加した誘導体が炭素系触媒材料表面に作用(例えば吸着)することにより、分散効果を発揮するものと考えられる。   As one of the effects of the various derivatives having an acidic functional group, it is considered that the added derivative exerts a dispersion effect by acting (for example, adsorbing) on the surface of the carbon-based catalyst material.

すなわち、酸性官能基を有する有機色素誘導体、及び酸性官能基を有するトリアジン誘導体からなる群から選ばれる1種類以上の誘導体(以下、「酸性官能基を有する誘導体」あるいは「誘導体」と略記する場合がある。)を、溶剤又は水中に完全ないしは一部溶解させ、その溶液中に炭素系触媒材料を添加、混合する。そのことによって、これら誘導体の炭素系触媒材料への作用(例えば吸着)が進み、炭素系触媒材料表面に作用(例えば吸着)した誘導体が有する酸性官能基の極性により、炭素系触媒材料表面の溶剤又は水に対する濡れが促進され、炭素系触媒材料の凝集が解しやすくなるものと考えられる。   That is, at least one derivative selected from the group consisting of an organic dye derivative having an acidic functional group and a triazine derivative having an acidic functional group (hereinafter sometimes abbreviated as “derivative having an acidic functional group” or “derivative”). Is completely or partially dissolved in a solvent or water, and a carbon-based catalyst material is added and mixed in the solution. As a result, the action (for example, adsorption) of these derivatives on the carbon-based catalyst material proceeds, and the solvent on the surface of the carbon-based catalyst material depends on the polarity of the acidic functional group possessed by the derivative that acts on the surface of the carbon-based catalyst material (for example, adsorption). Alternatively, it is considered that wetting with water is promoted and the carbon-based catalyst material is easily agglomerated.

又、上記誘導体が有する酸性官能基と、アミンなどのカチオン成分とを相互作用(例えば中和によるイオン対の形成(造塩)、及びイオン対(塩)の分極ないしは解離等)させることにより、炭素系触媒材料表面の静電反発が促進され、炭素系触媒材料の分散安定性が更に増すと考えられる。   In addition, by interacting the acidic functional group possessed by the above derivative with a cation component such as amine (for example, formation of ion pairs by neutralization (salt formation) and polarization or dissociation of ion pairs (salts)), It is considered that electrostatic repulsion on the surface of the carbon-based catalyst material is promoted, and the dispersion stability of the carbon-based catalyst material is further increased.

又、上記誘導体が有する酸性官能基と、上記塩基性官能基を有する樹脂の塩基性官能基との相互作用(例えば酸−塩基相互作用)により、炭素系触媒材料と樹脂成分との密着性が向上するとともに、炭素系触媒材料の分散安定性が更に増すと考えられる。   In addition, due to the interaction (for example, acid-base interaction) between the acidic functional group of the derivative and the basic functional group of the resin having the basic functional group, the adhesion between the carbon-based catalyst material and the resin component is improved. In addition to the improvement, it is considered that the dispersion stability of the carbon-based catalyst material is further increased.

更に、上記塩基性官能基を有する樹脂を介して、炭素系触媒材料とバインダー成分である水素イオン伝導性ポリマーとの密着性も向上するため、触媒インキ組成物として塗工、転写して作製される燃料電池用電極膜接合体とした時の固体高分子電解質膜との密着性に加えて、炭素系触媒材料の触媒活性点への水素イオン伝導性も向上すると考えられる。   Furthermore, since the adhesion between the carbon-based catalyst material and the hydrogen ion conductive polymer as the binder component is also improved through the resin having the basic functional group, it is prepared by coating and transferring as a catalyst ink composition. In addition to the adhesion to the solid polymer electrolyte membrane when the electrode membrane assembly for a fuel cell is used, it is considered that the hydrogen ion conductivity to the catalytic active point of the carbon-based catalyst material is also improved.

<II−2.酸性官能基を有する樹脂>本発明の触媒ペースト組成物は、炭素系触媒材料の良好な分散及び分散安定性を得るために、酸性官能基を有する樹脂を含有している。又、好ましい酸性官能基としては、カルボキシル基、スルホン酸基、及び燐酸基である。酸性官能基を有する樹脂は、分散安定性の観点から、以下に示す3タイプの樹脂(H1)〜(H3)が好ましい。 <II-2. Resin having acidic functional group> The catalyst paste composition of the present invention contains a resin having an acidic functional group in order to obtain good dispersion and dispersion stability of the carbon-based catalyst material. Preferred acidic functional groups are a carboxyl group, a sulfonic acid group, and a phosphoric acid group. The resin having an acidic functional group is preferably the following three types of resins (H1) to (H3) from the viewpoint of dispersion stability.

上記酸性官能基を有する樹脂は、炭素系触媒材料同士を結着する、又は、炭素系触媒材料を触媒インキ組成物としたとき、触媒インキ層として水素イオン伝導性ポリマー膜に結着するためのバインダーとしても機能する。上記酸性官能基を有する樹脂を、塩基性官能基を有する有機色素誘導体、塩基性官能基を有するアントラキノン誘導体、塩基性官能基を有するアクリドン誘導体、及び塩基性官能基を有するトリアジン誘導体からなる群から選ばれる1種以上の誘導体と併用することによって、炭素系触媒材料の分散安定性及び、触媒インキ組成物とした時の塗工性や水素イオン伝導性固体電解質膜への密着性を更に向上させることができる。尚、水素イオン伝導性固体電解質膜は、触媒インキ組成物のバインダに用いられる水素イオン伝導性ポリマーと同じ構造のポリマーを用いることが多いが、少なくとも水素イオン伝導性ポリマーと親和性が高いものが好ましい。代表的なものとして、ナフィオン電解質膜が挙げられる。   The resin having an acidic functional group binds carbon-based catalyst materials, or binds to a hydrogen ion conductive polymer film as a catalyst ink layer when the carbon-based catalyst material is a catalyst ink composition. Also functions as a binder. The resin having an acidic functional group is selected from the group consisting of an organic dye derivative having a basic functional group, an anthraquinone derivative having a basic functional group, an acridone derivative having a basic functional group, and a triazine derivative having a basic functional group. By using in combination with one or more selected derivatives, the dispersion stability of the carbon-based catalyst material and the coating properties when used as a catalyst ink composition and the adhesion to the hydrogen ion conductive solid electrolyte membrane are further improved. be able to. The hydrogen ion conductive solid electrolyte membrane often uses a polymer having the same structure as the hydrogen ion conductive polymer used for the binder of the catalyst ink composition, but at least has a high affinity with the hydrogen ion conductive polymer. preferable. A typical example is a Nafion electrolyte membrane.

すなわち、炭素系触媒材料表面に作用(例えば吸着)した塩基性官能基を有する有機色素誘導体、塩基性官能基を有するアントラキノン誘導体、塩基性官能基を有するアクリドン誘導体、若しくは塩基性官能基を有するトリアジン誘導体の塩基性官能基と、酸性官能基を有する樹脂の酸性官能基との相互作用(例えば酸−塩基相互作用)、又は、塩基性官能基を有する有機色素誘導体、塩基性官能基を有するアントラキノン誘導体、塩基性官能基を有するアクリドン誘導体、若しくは塩基性官能基を有するトリアジン誘導体と、酸性官能基を有する樹脂が相互作用(例えば酸−塩基相互作用)しつつ、炭素系触媒材料表面に吸着する。そのことにより、酸性官能基を有する樹脂の炭素系触媒材料表面への吸着が促進され、炭素系触媒材料と樹脂成分との密着性が向上すると共に、樹脂の立体障害による反発により、炭素系触媒材料の分散安定性が向上するものと考えられる。又、炭素系触媒材料とバインダー成分である水素イオン伝導性ポリマーとの密着性や、炭素系触媒材料の触媒活性点への水素イオン伝導性も向上するため、例えば、使用するバインダー量を減らすことも期待できる。以下、本発明において酸性官能基を有する樹脂として好適な樹脂(H1)〜(H3)について説明する。   That is, an organic dye derivative having a basic functional group acting (for example, adsorbing) on the surface of a carbon-based catalyst material, an anthraquinone derivative having a basic functional group, an acridone derivative having a basic functional group, or a triazine having a basic functional group Interaction between basic functional group of derivative and acidic functional group of resin having acidic functional group (for example, acid-base interaction), organic dye derivative having basic functional group, anthraquinone having basic functional group A derivative, an acridone derivative having a basic functional group, or a triazine derivative having a basic functional group and a resin having an acidic functional group interact with each other (for example, acid-base interaction) and adsorb to the surface of the carbon-based catalyst material. . As a result, the adsorption of the resin having an acidic functional group to the surface of the carbon-based catalyst material is promoted, and the adhesion between the carbon-based catalyst material and the resin component is improved. It is considered that the dispersion stability of the material is improved. In addition, the adhesion between the carbon-based catalyst material and the hydrogen ion conductive polymer as the binder component and the hydrogen ion conductivity to the catalytic active point of the carbon-based catalyst material are also improved. For example, the amount of binder used is reduced. Can also be expected. Hereinafter, resins (H1) to (H3) suitable as resins having an acidic functional group in the present invention will be described.

<酸性官能基を有するポリビニル系樹脂(H1)>
酸性官能基を有するポリビニル系樹脂(H1)を製造するための第一の工程は、式(31)に示すように、分子内に2つのヒドロキシル基と1つのチオール基とを有する化合物(s)の存在下、エチレン性不飽和単量体(m)をラジカル重合して、片末端に2つのヒドロキシル基を有するビニル重合体(a)を製造する工程である。分子内に2つのヒドロキシル基と1つのチオール基とを有する化合物(s)のチオール基が連鎖移動剤として働き、エチレン性不飽和単量体(m)が重合した溶媒親和性ビニル重合体部位(M)の末端に、S原子を介して2つのヒドロキシル基が導入されたビニル重合体(a)が合成される。
<Polyvinyl resin (H1) having acidic functional group>
As shown in the formula (31), the first step for producing the polyvinyl resin (H1) having an acidic functional group is a compound (s) having two hydroxyl groups and one thiol group in the molecule. Is a step of radically polymerizing the ethylenically unsaturated monomer (m) to produce a vinyl polymer (a) having two hydroxyl groups at one end. The thiol group of the compound (s) having two hydroxyl groups and one thiol group in the molecule acts as a chain transfer agent, and the solvent-affinity vinyl polymer site (ethylenically unsaturated monomer (m)) is polymerized ( A vinyl polymer (a) in which two hydroxyl groups are introduced via S atoms at the terminal of M) is synthesized.

分子内に2つのヒドロキシル基と1つのチオール基とを有する化合物(s)としては、例えば、1−メルカプト−1,1−メタンジオール、1−メルカプト−1,1−エタンジオール、3−メルカプト−1,2−プロパンジオール(チオグリセリン)、2−メルカプト−1,2−プロパンジオール、2−メルカプト−2−メチル−1,3−プロパンジオール、2−メルカプト−2−エチル−1,3−プロパンジオール、1−メルカプト−2,2−プロパンジオール、2−メルカプトエチル−2−メチル−1,3−プロパンジオール、及び2−メルカプトエチル−2−エチル−1,3−プロパンジオール等が挙げられる。   Examples of the compound (s) having two hydroxyl groups and one thiol group in the molecule include 1-mercapto-1,1-methanediol, 1-mercapto-1,1-ethanediol, 3-mercapto- 1,2-propanediol (thioglycerin), 2-mercapto-1,2-propanediol, 2-mercapto-2-methyl-1,3-propanediol, 2-mercapto-2-ethyl-1,3-propane Examples include diol, 1-mercapto-2,2-propanediol, 2-mercaptoethyl-2-methyl-1,3-propanediol, and 2-mercaptoethyl-2-ethyl-1,3-propanediol.

分子内に2つのヒドロキシル基と1つのチオール基とを有する化合物(s)を、目的とするビニル重合体(a)の分子量にあわせて、エチレン性不飽和単量体(m)と、任意に重合開始剤とを混合して加熱することでビニル重合体(a)を得ることができる。好ましくは、エチレン性不飽和単量体100重量部に対して、1〜30重量部のヒドロキシル基とチオール基とを有する化合物(s)を用い、塊状重合又は溶液重合を行う。反応温度は40〜150℃、好ましくは50〜110℃、反応時間は3〜30時間、好ましくは5〜20時間である。   A compound (s) having two hydroxyl groups and one thiol group in the molecule is adjusted with the ethylenically unsaturated monomer (m), optionally in accordance with the molecular weight of the target vinyl polymer (a). A vinyl polymer (a) can be obtained by mixing and heating a polymerization initiator. Preferably, bulk polymerization or solution polymerization is performed using 1 to 30 parts by weight of the compound (s) having a hydroxyl group and a thiol group with respect to 100 parts by weight of the ethylenically unsaturated monomer. The reaction temperature is 40 to 150 ° C., preferably 50 to 110 ° C., and the reaction time is 3 to 30 hours, preferably 5 to 20 hours.

重合の際、エチレン性不飽和単量体(m)100重量部に対して、任意に0.001〜5重量部の重合開始剤を使用することができる。重合開始剤としては、アゾ系化合物及び有機過酸化物を用いることができる。アゾ系化合物の例としては、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、2,2’−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)、1,1’−アゾビス(シクロヘキサン1−カルボニトリル)、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチル−4−メトキシバレロニトリル)、ジメチル2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオネート)、4,4’−アゾビス(4−シアノバレリック酸)、及び2,2’−アゾビス(2−ヒドロキシメチルプロピオニトリル)、2,2’−アゾビス[2−(2−イミダゾリン−2−イル)プロパン]等があげられる。   In the polymerization, 0.001 to 5 parts by weight of a polymerization initiator can be arbitrarily used with respect to 100 parts by weight of the ethylenically unsaturated monomer (m). As the polymerization initiator, an azo compound and an organic peroxide can be used. Examples of the azo compounds include 2,2′-azobisisobutyronitrile, 2,2′-azobis (2-methylbutyronitrile), 1,1′-azobis (cyclohexane 1-carbonitrile), 2 , 2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile), 2,2′-azobis (2,4-dimethyl-4-methoxyvaleronitrile), dimethyl 2,2′-azobis (2-methylpropionate) 4,4′-azobis (4-cyanovaleric acid), and 2,2′-azobis (2-hydroxymethylpropionitrile), 2,2′-azobis [2- (2-imidazolin-2-yl) ) Propane] and the like.

有機過酸化物の例としては、過酸化ベンゾイル、t−ブチルパーベンゾエイト、クメンヒドロパーオキシド、ジイソプロピルパーオキシジカーボネート、ジ−n−プロピルパーオキシジカーボネート、ジ(2−エトキシエチル)パーオキシジカーボネート、t−ブチルパーオキシネオデカノエート、t−ブチルパーオキシビバレート、(3,5,5−トリメチルヘキサノイル)パーオキシド、ジプロピオニルパーオキシド、及びジアセチルパーオキシド等が挙げられる。これらの重合開始剤は、単独で、若しくは2種類以上組み合わせて用いることができる。   Examples of organic peroxides include benzoyl peroxide, t-butyl perbenzoate, cumene hydroperoxide, diisopropyl peroxydicarbonate, di-n-propyl peroxydicarbonate, di (2-ethoxyethyl) peroxy Examples include dicarbonate, t-butyl peroxyneodecanoate, t-butyl peroxybivalate, (3,5,5-trimethylhexanoyl) peroxide, dipropionyl peroxide, and diacetyl peroxide. These polymerization initiators can be used alone or in combination of two or more.

溶液重合の場合には、重合溶媒として、酢酸エチル、酢酸n−ブチル、酢酸イソブチル、トルエン、キシレン、アセトン、ヘキサン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、及びN−メチルピロリドン等が用いられるが特にこれらに限定されるものではない。これらの重合溶媒は、2種類以上混合して用いても良い。   In the case of solution polymerization, ethyl acetate, n-butyl acetate, isobutyl acetate, toluene, xylene, acetone, hexane, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, propylene glycol monomethyl ether acetate, diethylene glycol monoethyl ether acetate, and N-methyl are used as polymerization solvents. Pyrrolidone or the like is used, but is not particularly limited thereto. These polymerization solvents may be used as a mixture of two or more.

エチレン性不飽和単量体(m)としては、以下に示す一般的なエチレン性不飽和単量体(m1)が挙げられる。一般的なエチレン性不飽和単量体(m1)としては、例えば、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、n−プロピル(メタ)アクリレート、イソプロピル(メタ)アクリレート、n−ブチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、t−ブチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート、及びラウリル(メタ)アクリレート等のアルキル(メタ)アクリレート類;シクロヘキシル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、及びジシクロペンタニル(メタ)アクリレート等の脂肪族環を有する(メタ)アクリレート類;テトラヒドロフルフリール(メタ)アクリレート等のヘテロ環を有する(メタ)アクリレート類;フェニル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、フェノキシエチル(メタ)アクリレート、及びフェノキシジエチレングリコール(メタ)アクリレート等の芳香族環を有する(メタ)アクリレート類;メトキシポリプロピレングリコール(メタ)アクリレート、及びエトキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート等のアルコキシポリアルキレングリコール(メタ)アクリレート類;(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジエチル(メタ)アクリルアミド、N−イソプロピル(メタ)アクリルアミド、ダイアセトン(メタ)アクリルアミド、及びアクリロイルモルホリン等のN置換型(メタ)アクリルアミド類;N,N−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、及びN,N−ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート等のアミノ基含有(メタ)アクリレート類;(メタ)アクリロニトリル等のニトリル類;スチレン、α−メチルスチレン等のスチレン類;エチルビニルエーテル、n−プロピルビニルエーテル、イソプロピルビニルエーテル、n−ブチルビニルエーテル、及びイソブチルビニルエーテル等のビニルエーテル類;並びに、酢酸ビニル、及びプロピオン酸ビニル等の脂肪酸ビニル類等が挙げられる。しかし、特に上記重合体に限定されるものではなく、2種以上を組み合わせて使用しても、必要に応じて、以下に示す単量体を併用しても良い。   Examples of the ethylenically unsaturated monomer (m) include the following general ethylenically unsaturated monomer (m1). Common ethylenically unsaturated monomers (m1) include, for example, methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, n-propyl (meth) acrylate, isopropyl (meth) acrylate, and n-butyl (meth) Alkyl (meth) acrylates such as acrylate, isobutyl (meth) acrylate, t-butyl (meth) acrylate, 2-ethylhexyl (meth) acrylate, stearyl (meth) acrylate, and lauryl (meth) acrylate; cyclohexyl (meth) acrylate , (Meth) acrylates having an aliphatic ring such as isobornyl (meth) acrylate, and dicyclopentanyl (meth) acrylate; (meth) acrylates having a heterocycle such as tetrahydrofurfuryl (meth) acrylate; (Meth) acrylates having aromatic rings such as (meth) acrylate, benzyl (meth) acrylate, phenoxyethyl (meth) acrylate, and phenoxydiethylene glycol (meth) acrylate; methoxypolypropylene glycol (meth) acrylate, and ethoxypolyethylene glycol Alkoxypolyalkylene glycol (meth) acrylates such as (meth) acrylate; (meth) acrylamide, N, N-dimethyl (meth) acrylamide, N, N-diethyl (meth) acrylamide, N-isopropyl (meth) acrylamide, dye N-substituted (meth) acrylamides such as acetone (meth) acrylamide and acryloylmorpholine; N, N-dimethylaminoethyl (meth) acrylate, and N, N- Amino group-containing (meth) acrylates such as ethylaminoethyl (meth) acrylate; nitriles such as (meth) acrylonitrile; styrenes such as styrene and α-methylstyrene; ethyl vinyl ether, n-propyl vinyl ether, isopropyl vinyl ether, n -Vinyl ethers such as butyl vinyl ether and isobutyl vinyl ether; and fatty acid vinyls such as vinyl acetate and vinyl propionate. However, it is not particularly limited to the above polymer, and two or more types may be used in combination, or the following monomers may be used in combination as required.

エチレン性不飽和単量体(m)の一つとして、カルボキシル基含有エチレン性不飽和単量体(m2)を併用することもできる。カルボキシル基を有するエチレン性不飽和単量体(m2)としては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、フマール酸、シトラコン酸、イタコン酸、クロトン酸、アクリル酸二量体、アクリル酸のカプロラクトン付加物(付加モル数は1〜5)、及びメタクリル酸のカプロラクトン付加物(付加モル数は1〜5)等から1種又は2種以上を選択することができる。   As one of the ethylenically unsaturated monomers (m), a carboxyl group-containing ethylenically unsaturated monomer (m2) can be used in combination. Examples of the ethylenically unsaturated monomer (m2) having a carboxyl group include acrylic acid, methacrylic acid, maleic acid, fumaric acid, citraconic acid, itaconic acid, crotonic acid, acrylic acid dimer, and caprolactone of acrylic acid. One type or two or more types can be selected from an adduct (addition mole number is 1 to 5), a caprolactone adduct of methacrylic acid (addition mole number is 1 to 5), and the like.

本発明においては、上記に例示したエチレン性不飽和単量体(m)の中でも、ベンジル(メタ)アクリレートを単量体全体の20重量%〜70重量%使用するのが好ましい。20重量%未満では、溶媒親和性が低くなり、十分な立体反発効果が得られず、顔料分散性が低下する場合があり、70重量%を超えると、分散剤自身の溶剤への溶解性が向上するため顔料への吸着が不十分になったり、溶媒親和部同士の絡み合いによって、顔料組成物の粘度が高くなったりする場合がある。   In this invention, it is preferable to use 20 to 70 weight% of benzyl (meth) acrylate among the ethylenically unsaturated monomer (m) illustrated above. If it is less than 20% by weight, the solvent affinity becomes low, and sufficient steric repulsion effect cannot be obtained, and the pigment dispersibility may be lowered. If it exceeds 70% by weight, the solubility of the dispersant itself in the solvent may be reduced. In order to improve, the adsorption | suction to a pigment may become inadequate, or the viscosity of a pigment composition may become high by the entanglement of solvent affinity parts.

又、本発明においては、更に上記に例示したエチレン性不飽和単量体(m)と共に、ブロックイソシアネート基を有するエチレン性不飽和単量体(m3)、オキセタン基を有するエチレン性不飽和単量体(m4)、及びt−ブチル基を有するエチレン性不飽和単量体(m5)の少なくとも1つから選ばれるエチレン性不飽和単量体用いて、ビニル重合体(a)を製造することが出来る。これらの単量体を使用することにより、単量体中の架橋性官能基(それぞれブロックイソシアネート基、オキセタン基、t−ブチル基)が、加熱により架橋するため、本発明による触媒インキ組成物を用いて電極膜接合体とするとき、熱プレスによる熱硬化した後に、耐薬品性、耐溶剤性、耐熱性、耐アルカリ性を更に向上することができる。   In the present invention, the ethylenically unsaturated monomer (m3) having a blocked isocyanate group, the ethylenically unsaturated monomer having an oxetane group, together with the ethylenically unsaturated monomer (m) exemplified above. A vinyl polymer (a) can be produced using an ethylenically unsaturated monomer selected from at least one of a body (m4) and an ethylenically unsaturated monomer (m5) having a t-butyl group. I can do it. By using these monomers, the crosslinkable functional groups (blocked isocyanate group, oxetane group, and t-butyl group, respectively) in the monomer are crosslinked by heating, so that the catalyst ink composition according to the present invention is used. When used as an electrode membrane assembly, the chemical resistance, solvent resistance, heat resistance, and alkali resistance can be further improved after thermosetting by hot pressing.

ブロックイソシアネート基を有するエチレン性不飽和単量体(m3)としては、例えば、カレンズMOI−BM、及びカレンズMOI−BP(昭和電工製)等が挙げられる。オキセタン基を有するエチレン性不飽和単量体(m4)としては、例えば、ETERNACOLL OXMA(宇部興産製)等が挙げられる。t−ブチル基を有するエチレン性不飽和単量体(m5)としては、例えば、t−ブチルメタクリレート、及びt−ブチルアクリレート等が挙げられる。   Examples of the ethylenically unsaturated monomer (m3) having a blocked isocyanate group include Karenz MOI-BM and Karenz MOI-BP (manufactured by Showa Denko). Examples of the ethylenically unsaturated monomer (m4) having an oxetane group include ETERNACOLL OXMA (manufactured by Ube Industries). Examples of the ethylenically unsaturated monomer (m5) having a t-butyl group include t-butyl methacrylate and t-butyl acrylate.

単量体の有するブロックイソシアネート基は、ヒドロキシル基と併用するとヒドロキシル基と架橋反応するためより好ましく、オキセタン基はカルボキシル基と併用するとカルボキシル基と架橋反応するためより好ましく、t−ブチル基は、ヒドロキシル基と併用するとヒドロキシル基と架橋反応し、オキセタン基と併用するとオキセタン基と架橋反応するためより好ましい。   The blocked isocyanate group of the monomer is more preferable because it crosslinks with the hydroxyl group when used in combination with the hydroxyl group, and the oxetane group is more preferable because it crosslinks with the carboxyl group when used in combination with the carboxyl group. When used together with a group, it undergoes a crosslinking reaction with a hydroxyl group, and when used together with an oxetane group, a crosslinking reaction occurs with an oxetane group.

カルボキシル基を組み合わせる場合、硬化性分散剤中には、テトラカルボン酸二無水物(b)由来のカルボキシル基を硬化性部位として利用できるが、カルボキシル基を有するエチレン性不飽和単量体をエチレン性不飽和単量体(m2)として併用することで、硬化性分散剤にカルボキシル基を容易に導入することができる。   In the case of combining carboxyl groups, in the curable dispersant, a carboxyl group derived from tetracarboxylic dianhydride (b) can be used as a curable site, but an ethylenically unsaturated monomer having a carboxyl group is ethylenic. By using together as an unsaturated monomer (m2), a carboxyl group can be easily introduced into the curable dispersant.

カルボキシル基を有するエチレン性不飽和単量体(m2)としては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、イタコン酸、クロトン酸、アクリル酸二量体、アクリル酸のカプロラクトン付加物(付加モル数は1〜5)、及びメタクリル酸のカプロラクトン付加物(付加モル数は1〜5)等から1種又は2種以上を選択することができる。   Examples of the ethylenically unsaturated monomer (m2) having a carboxyl group include acrylic acid, methacrylic acid, maleic acid, fumaric acid, citraconic acid, itaconic acid, crotonic acid, acrylic acid dimer, and caprolactone of acrylic acid. One type or two or more types can be selected from an adduct (addition mole number is 1 to 5), a caprolactone adduct of methacrylic acid (addition mole number is 1 to 5), and the like.

又、ヒドロキシル基を組み合わせる場合、ヒドロキシル基を有するエチレン性不飽和単量体(m6)をエチレン性不飽和単量体として併用することでも硬化性分散剤にヒドロキシル基を導入することができる。   Moreover, when combining a hydroxyl group, a hydroxyl group can also be introduce | transduced into a curable dispersing agent by using together the ethylenically unsaturated monomer (m6) which has a hydroxyl group as an ethylenically unsaturated monomer.

ヒドロキシル基を有するエチレン性不飽和単量体(m6)としては、ヒドロキシル基を有し、エチレン性不飽和二重結合を有する単量体であればどのようなものでも構わないが、例えば、
2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2(又は3)−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2(又は3、又は4)−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、シクロヘキサンジメタノールモノ(メタ)アクリレート、及びグリセロール(メタ)アクリレート等のヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート類;N−(2−ヒドロキシエチル)(メタ)アクリルアミド、N−(2−ヒドロキシプロピル)(メタ)アクリルアミド、及びN−(2−ヒドロキシブチル)(メタ)アクリルアミド等のN−(ヒドロキシアルキル)(メタ)アクリルアミド類;2−ヒドロキシエチルビニルエーテル、2−(又は3−)ヒドロキシプロピルビニルエーテル、及び2−(又は3−、又は4−)ヒドロキシブチルビニルエーテル等のヒドロキシアルキルビニルエーテル類;並びに、2−ヒドロキシエチルアリルエーテル、2−(又は3−)ヒドロキシプロピルアリルエーテル、及び2−(又は3−、又は4−)ヒドロキシブチルアリルエーテル等のヒドロキシアルキルアリルエーテル類が挙げられる。
As the ethylenically unsaturated monomer (m6) having a hydroxyl group, any monomer having a hydroxyl group and having an ethylenically unsaturated double bond may be used.
2-hydroxyethyl (meth) acrylate, 2 (or 3) -hydroxypropyl (meth) acrylate, 2 (or 3, or 4) -hydroxybutyl (meth) acrylate, cyclohexanedimethanol mono (meth) acrylate, and glycerol ( Hydroxyalkyl (meth) acrylates such as meth) acrylate; N- (2-hydroxyethyl) (meth) acrylamide, N- (2-hydroxypropyl) (meth) acrylamide, and N- (2-hydroxybutyl) (meta) ) N- (hydroxyalkyl) (meth) acrylamides such as acrylamide; 2-hydroxyethyl vinyl ether, 2- (or 3-) hydroxypropyl vinyl ether, and 2- (or 3- or 4-) hydroxybutyl vinyl ether Hydroxy And alkylalkyl allyl ethers such as 2-hydroxyethyl allyl ether, 2- (or 3-) hydroxypropyl allyl ether, and 2- (or 3-, or 4-) hydroxybutyl allyl ether. It is done.

又、上記のヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート類、N−(ヒドロキシアルキル)(メタ)アクリルアミド類、ヒドロキシアルキルビニルエーテル類、及びヒドロキシアルキルアリルエーテル類にアルキレンオキサイド又はラクトンを付加して得られるエチレン性不飽和単量体も、本発明で用いるヒドロキシル基を有するエチレン性不飽和単量体として用いることができる。付加されるアルキレンオキサイドとしては、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、1,2−、1,4−、2,3−又は1,3−ブチレンオキサイド、並びに、これらの2種以上の併用系が用いられる。2種以上のアルキレンオキサイドを併用するときの結合形式はランダム及び/又はブロックのいずれでもよい。付加されるラクトンとしては、δ−バレロラクトン、ε−カプロラクトン、炭素原子数1〜6のアルキル基で置換されたε−カプロラクトン、並びに、これらの2種以上の併用系が用いられる。アルキレンオキサイドとラクトンを両方とも付加したものでも構わない。   Also, ethylenic unsaturation obtained by adding alkylene oxide or lactone to the above hydroxyalkyl (meth) acrylates, N- (hydroxyalkyl) (meth) acrylamides, hydroxyalkyl vinyl ethers, and hydroxyalkyl allyl ethers. A monomer can also be used as an ethylenically unsaturated monomer having a hydroxyl group used in the present invention. As the alkylene oxide to be added, ethylene oxide, propylene oxide, 1,2-, 1,4-, 2,3- or 1,3-butylene oxide, and a combination system of two or more of these are used. When two or more kinds of alkylene oxide are used in combination, the bonding form may be random and / or block. As the lactone to be added, δ-valerolactone, ε-caprolactone, ε-caprolactone substituted with an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and a combination system of two or more of these are used. What added both alkylene oxide and lactone may be used.

本発明においては、ビニル重合体(a)に不飽和結合を導入することも出来る。ビニル重合体(a)に不飽和結合を導入する方法としては、ビニル重合体(a)中にヒドロキシル基を導入し、後からイソシアネート基を有するエチレン性不飽和単量体(m7)を反応させる方法、ビニル重合体(a)中にカルボキシル基を導入し、後からエポキシ基を有するエチレン性不飽和単量体(m8)を反応させる方法、ビニル重合体(a)中にエポキシ基を導入し、後からカルボキシル基を有するエチレン性不飽和単量体(m2)を反応させる方法が挙げられる。   In the present invention, an unsaturated bond can be introduced into the vinyl polymer (a). As a method for introducing an unsaturated bond into the vinyl polymer (a), a hydroxyl group is introduced into the vinyl polymer (a), and then an ethylenically unsaturated monomer (m7) having an isocyanate group is reacted. A method, a method of introducing a carboxyl group into the vinyl polymer (a), and then reacting an ethylenically unsaturated monomer having an epoxy group (m8); an epoxy group being introduced into the vinyl polymer (a); And a method of reacting an ethylenically unsaturated monomer (m2) having a carboxyl group later.

イソシアネート基を有するエチレン性不飽和単量体(m7)としては、カレンズMOI(昭和電工製 2−メタクリロイルオキシエチルイソシアネート)、及びカレンズAOI(昭和電工製 2−アクリロイルオキシエチルイソシアネート)等が、挙げられる。エポキシ基を有するエチレン性不飽和単量体(m8)としては、グリシジル(メタ)アクリレート、及びサイクロマーM100(ダイセル化学工業製 3,4−エポキシシクロヘキシル(メタ)アクリレート)等が挙げられる。   Examples of the ethylenically unsaturated monomer (m7) having an isocyanate group include Karenz MOI (2-methacryloyloxyethyl isocyanate manufactured by Showa Denko) and Karenz AOI (2-acryloyloxyethyl isocyanate manufactured by Showa Denko). . Examples of the ethylenically unsaturated monomer (m8) having an epoxy group include glycidyl (meth) acrylate and cyclomer M100 (3,4-epoxycyclohexyl (meth) acrylate manufactured by Daicel Chemical Industries).

酸性官能基を有するポリビニル系樹脂(H2)製造のための第二の工程は、下記式(32)に示すように、第一の工程で得られた片末端に2つのヒドロキシル基を有するビニル重合体(a)と、テトラカルボン酸二無水物(b)とを反応させる工程である。   As shown in the following formula (32), the second step for producing a polyvinyl resin (H2) having an acidic functional group is a vinyl polymer having two hydroxyl groups at one end obtained in the first step. This is a step of reacting the union (a) with the tetracarboxylic dianhydride (b).

片末端に2つのヒドロキシル基を有するビニル重合体(a)のモル比をα、テトラカルボン酸二無水物(b)のモル比をβとすると、理論上、α=βでは、分子量が無限大に大きくなるので、α>βあるいはα<βとして、α/βの比率を変えて、目的とする分子量にコントロールすることが多い。例えば、α=β+1の場合、両末端がヒドロキシル基となり、それ以上分子量が大きくならず、酸性官能基を有するポリビニル系樹脂(H2−1)を安定に合成することができる。一方、β=α+1の場合、両末端が酸無水物基となり、安定性が悪くなるため、酸無水物基を加水分解して、末端をカルボキシル基とした酸性官能基を有するポリビニル系樹脂(H2−2)を合成することができる。   Assuming that the molar ratio of the vinyl polymer (a) having two hydroxyl groups at one end is α and the molar ratio of the tetracarboxylic dianhydride (b) is β, the molecular weight is theoretically infinite when α = β. Therefore, it is often the case that α> β or α <β is changed to change the α / β ratio to control the target molecular weight. For example, when α = β + 1, both ends are hydroxyl groups, the molecular weight is not increased any more, and a polyvinyl resin (H2-1) having an acidic functional group can be synthesized stably. On the other hand, when β = α + 1, both ends become acid anhydride groups and the stability is deteriorated. Therefore, the acid anhydride group is hydrolyzed to have a polyvinyl resin (H2 -2) can be synthesized.

次に、酸性官能基を有するポリビニル系樹脂(H2)の第二の製造工程における各構成要素について説明する。   Next, each component in the 2nd manufacturing process of the polyvinyl resin (H2) which has an acidic functional group is demonstrated.

本発明に使用するテトラカルボン酸二無水物(b)は、片末端に2つのヒドロキシル基を有するビニル重合体(a)と反応してエステル結合を形成し、かつ、生成するポリエステル主鎖上にペンダントカルボキシル基を残すことができる。式(32)の生成物中に残っている酸無水物基を加水分解すれば、この反応による生成物は、構造式中のX1部分にカルボキシル基を2個又は3個を有しており、この複数のカルボキシル基が炭素系触媒材料への吸着部位として有効である。 The tetracarboxylic dianhydride (b) used in the present invention reacts with a vinyl polymer (a) having two hydroxyl groups at one end to form an ester bond, and on the resulting polyester main chain Pendant carboxyl groups can be left. If the acid anhydride group remaining in the product of formula (32) is hydrolyzed, the product of this reaction has 2 or 3 carboxyl groups in the X 1 moiety in the structural formula. The plurality of carboxyl groups are effective as adsorption sites on the carbon-based catalyst material.

しかしながら、X0に結合しているカルボキシル基が1個のみである場合では、高い分散性、流動性、及び保存安定性を発現せず好ましくない。本発明におけるX0は、テトラカルボン酸ニ無水物(b)が片末端に2つのヒドロキシル基を有するビニル重合体(a)と反応した後の反応残基である。好ましくは、下記式(33)、又は式(34)で示されるテトラカルボン酸二無水物が、ヒドロキシル基を有するビニル重合体(a)と反応した後の反応残基である。 However, when only one carboxyl group is bonded to X 0 , it is not preferable because high dispersibility, fluidity, and storage stability are not exhibited. X 0 in the present invention is a reaction residue after the tetracarboxylic dianhydride (b) has reacted with the vinyl polymer (a) having two hydroxyl groups at one end. Preferably, it is a reaction residue after the tetracarboxylic dianhydride represented by the following formula (33) or formula (34) has reacted with the vinyl polymer (a) having a hydroxyl group.

上記式(33)において、kは1又は2である。   In the above formula (33), k is 1 or 2.

上記式(34)において、Q0は、直接結合、−O−,−CO−,−COOCH2CH2OCO−,−SO2−,−C(CF32−,下記式(35)又は(36)で表される基である。 In the above formula (34), Q 0 is a direct bond, —O—, —CO—, —COOCH 2 CH 2 OCO—, —SO 2 —, —C (CF 3 ) 2 —, the following formula (35) or It is group represented by (36).

本発明では、片末端に2つのヒドロキシル基を有するビニル重合体(a)とテトラカルボン酸二無水物(b)とを反応させることにより、上記式(32)における生成物中のX0に結合する複数のカルボキシル基部分がへ炭素系触媒材料の吸着部として機能し、ビニル重合体部分が溶媒親和部として機能する。 In the present invention, a vinyl polymer (a) having two hydroxyl groups at one end is reacted with tetracarboxylic dianhydride (b) to bind to X 0 in the product in the above formula (32). A plurality of carboxyl group parts function as adsorbing parts for the carbon-based catalyst material, and a vinyl polymer part functions as a solvent affinity part.

片末端に2つのヒドロキシル基を有するビニル重合体(a)の重量平均分子量は、1,000〜10,000が好ましく、この部位が分散媒である溶剤への親和性部分となる。ビニル重合体(a)の重量平均分子量が1,000未満では、溶媒親和部による立体反発の効果が少なくなるとともに、炭素系触媒材料の凝集を防ぐことが困難となり、分散安定性が不十分となる場合がある。又、10、000を超えると、溶媒親和部の絶対量が増えてしまい、分散性の効果自体が低下する場合がある。更に、触媒ペースト組成物の粘度が高くなる場合がある。   The weight average molecular weight of the vinyl polymer (a) having two hydroxyl groups at one end is preferably 1,000 to 10,000, and this part becomes an affinity part for the solvent as a dispersion medium. When the weight average molecular weight of the vinyl polymer (a) is less than 1,000, the effect of steric repulsion due to the solvent affinity portion is reduced, and it becomes difficult to prevent aggregation of the carbon-based catalyst material, and the dispersion stability is insufficient. There is a case. On the other hand, if it exceeds 10,000, the absolute amount of the solvent affinity part increases, and the dispersibility effect itself may be lowered. Furthermore, the viscosity of the catalyst paste composition may increase.

ビニル重合体(a)は、分子量を上記範囲に調整することが容易であり、かつ、溶剤への親和性も良好である。酸性官能基を有するポリビニル系樹脂(H1)の第一の工程で説明したように、片末端に2つのヒドロキシル基を有するビニル重合体(a)の重量平均分子量は、エチレン性不飽和単量体(m)に対する分子内に2つのヒドロキシル基と1つのチオール基とを有する化合物(s)の使用重量、反応温度、反応時間、エチレン性不飽和単量体(m)に対する必要に応じて使用する重合開始剤の使用重量、必要に応じて使用する重合溶剤の種類、及び重合時のエチレン性不飽和単量体(m)濃度によりコントロールできる。   The vinyl polymer (a) can easily adjust the molecular weight to the above range, and also has good affinity for the solvent. As explained in the first step of the polyvinyl resin (H1) having an acidic functional group, the weight average molecular weight of the vinyl polymer (a) having two hydroxyl groups at one end is determined by the ethylenically unsaturated monomer. Use of compound (s) having two hydroxyl groups and one thiol group in the molecule for (m), reaction temperature, reaction time, used as needed for ethylenically unsaturated monomer (m) It can be controlled by the weight of the polymerization initiator used, the type of polymerization solvent used as required, and the ethylenically unsaturated monomer (m) concentration during polymerization.

テトラカルボン酸ニ無水物(b)としては、1,2,3,4−ブタンテトラカルボン酸無水物、1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸無水物、1,3−ジメチル−1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸無水物、1,2,3,4−シクロペンタンテトラカルボン酸無水物、2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸無水物、3,5,6−トリカルボキシノルボルナン−2−酢酸無水物、2,3,4,5−テトラヒドロフランテトラカルボン酸無水物、5−(2,5−ジオキソテトラヒドロフラル)−3−メチル−3−シクロヘキセン−1,2−ジカルボン酸無水物、及びビシクロ[2,2,2]−オクト−7−エン−2,3,5,6−テトラカルボン酸無水物等の脂肪族テトラカルボン酸無水物;並びに、ピロメリット酸無水物、エチレングリコールジ無水トリメリット酸エステル、プロピレングリコールジ無水トリメリット酸エステル、ブチレングリコールジ無水トリメリット酸エステル、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸無水物、3,3’,4,4’−ビフェニルスルホンテトラカルボン酸無水物、1,4,5,8−ナフタレンテトラカルボン酸無水物、2,3,6,7−ナフタレンテトラカルボン酸無水物、3,3’,4,4’−ビフェニルエーテルテトラカルボン酸無水物、3,3’,4,4’−ジメチルジフェニルシランテトラカルボン酸無水物、3,3’,4,4’−テトラフェニルシランテトラカルボン酸無水物、1,2,3,4−フランテトラカルボン酸無水物、4,4’−ビス(3,4−ジカルボキシフェノキシ)ジフェニルスルフィド無水物、4,4’−ビス(3,4−ジカルボキシフェノキシ)ジフェニルスルホン無水物、4,4’−ビス(3,4−ジカルボキシフェノキシ)ジフェニルプロパン無水物、3,3’,4,4’−パーフルオロイソプロピリデンジフタル酸無水物、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸無水物、ビス(フタル酸)フェニルホスフィンオキサイド無水物、p−フェニレン−ビス(トリフェニルフタル酸)無水物、m−フェニレン−ビス(トリフェニルフタル酸)無水物、ビス(トリフェニルフタル酸)−4,4’−ジフェニルエーテル無水物、ビス(トリフェニルフタル酸)−4,4’−ジフェニルメタン無水物、9,9−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)フルオレン酸無水物、9,9−ビス[4−(3,4−ジカルボキシフェノキシ)フェニル]フルオレン酸無水物、3,4−ジカルボキシ−1,2,3,4−テトラヒドロ−1−ナフタレンコハク酸無水物、及び3,4−ジカルボキシ−1,2,3,4−テトラヒドロ−6−メチル−1−ナフタレンコハク酸無水物等の芳香族テトラカルボン酸無水物が挙げられる。   Examples of the tetracarboxylic dianhydride (b) include 1,2,3,4-butanetetracarboxylic anhydride, 1,2,3,4-cyclobutanetetracarboxylic anhydride, 1,3-dimethyl-1, 2,3,4-cyclobutanetetracarboxylic anhydride, 1,2,3,4-cyclopentanetetracarboxylic anhydride, 2,3,5-tricarboxycyclopentylacetic anhydride, 3,5,6-tricarboxy Norbornane-2-acetic anhydride, 2,3,4,5-tetrahydrofurantetracarboxylic anhydride, 5- (2,5-dioxotetrahydrofural) -3-methyl-3-cyclohexene-1,2-dicarboxylic acid Anhydrides, and aliphatic tetracarboxylic anhydrides such as bicyclo [2,2,2] -oct-7-ene-2,3,5,6-tetracarboxylic anhydride; and pyromelli Toic anhydride, ethylene glycol ditrimellitic anhydride ester, propylene glycol ditrimellitic anhydride ester, butylene glycol ditrimellitic anhydride ester, 3,3 ′, 4,4′-benzophenone tetracarboxylic anhydride, 3 , 3 ′, 4,4′-biphenylsulfonetetracarboxylic anhydride, 1,4,5,8-naphthalenetetracarboxylic anhydride, 2,3,6,7-naphthalenetetracarboxylic anhydride, 3,3 ', 4,4'-biphenyl ether tetracarboxylic acid anhydride, 3,3', 4,4'-dimethyldiphenylsilane tetracarboxylic acid anhydride, 3,3 ', 4,4'-tetraphenylsilane tetracarboxylic acid Anhydride, 1,2,3,4-furantetracarboxylic anhydride, 4,4′-bis (3,4-dicarboxyphenoxy) Diphenyl sulfide anhydride, 4,4′-bis (3,4-dicarboxyphenoxy) diphenylsulfone anhydride, 4,4′-bis (3,4-dicarboxyphenoxy) diphenylpropane anhydride, 3,3 ′, 4,4′-perfluoroisopropylidenediphthalic anhydride, 3,3 ′, 4,4′-biphenyltetracarboxylic anhydride, bis (phthalic acid) phenylphosphine oxide anhydride, p-phenylene-bis (tri Phenylphthalic acid anhydride, m-phenylene-bis (triphenylphthalic acid) anhydride, bis (triphenylphthalic acid) -4,4′-diphenyl ether anhydride, bis (triphenylphthalic acid) -4,4 ′ -Diphenylmethane anhydride, 9,9-bis (3,4-dicarboxyphenyl) fluorenic anhydride, 9,9-bis [4- ( 3,4-dicarboxyphenoxy) phenyl] fluorenic anhydride, 3,4-dicarboxy-1,2,3,4-tetrahydro-1-naphthalene succinic anhydride, and 3,4-dicarboxy-1, And aromatic tetracarboxylic anhydrides such as 2,3,4-tetrahydro-6-methyl-1-naphthalene succinic anhydride.

本発明で使用できるテトラカルボン酸二無水物(b)は上記に例示した化合物に限らず、カルボン酸無水物基を2つ持てばどのような構造をしていてもかまわない。これらは単独で用いても、併用してもかまわない。更に、本発明に好ましく使用されるものは、触媒ペースト組成物の低粘度化の観点から式(34)又は式(35)で表されるような、芳香族テトラカルボン酸無水物であり、更に好ましくは芳香族環を二つ以上有するテトラカルボン酸無水物である。又、分子中にカルボン酸無水物基を1つ有する化合物や3つ以上有する化合物を併用して使用することができる。   The tetracarboxylic dianhydride (b) that can be used in the present invention is not limited to the compounds exemplified above, and may have any structure as long as it has two carboxylic anhydride groups. These may be used alone or in combination. Furthermore, what is preferably used in the present invention is an aromatic tetracarboxylic acid anhydride represented by the formula (34) or the formula (35) from the viewpoint of reducing the viscosity of the catalyst paste composition, A tetracarboxylic anhydride having two or more aromatic rings is preferred. Further, a compound having one carboxylic anhydride group in the molecule or a compound having three or more can be used in combination.

上記酸性官能基を有するポリビニル系樹脂(H1)を調製する第二の工程で使用する触媒としては、公知の触媒であってよい。触媒としては3級アミン系化合物が好ましく、例えばトリエチルアミン、トリエチレンジアミン、N,N−ジメチルベンジルアミン、N−メチルモルホリン、1,8−ジアザビシクロ−[5.4.0]−7−ウンデセン、及び1,5−ジアザビシクロ−[4.3.0]−5−ノネン等が挙げられる。   The catalyst used in the second step of preparing the polyvinyl resin (H1) having the acidic functional group may be a known catalyst. The catalyst is preferably a tertiary amine compound such as triethylamine, triethylenediamine, N, N-dimethylbenzylamine, N-methylmorpholine, 1,8-diazabicyclo- [5.4.0] -7-undecene, and 1 , 5-diazabicyclo- [4.3.0] -5-nonene.

本発明で用いることのできる酸性官能基を有するポリビニル系樹脂(H1)は、上述の原料のみで製造することも可能であるが、高粘度になり反応が不均一になる等の問題を回避するために、溶剤を用いることが好ましい。溶剤としては、公知のものを使用できる。例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、酢酸エチル、酢酸ブチル、トルエン、キシレン、アセトニトリル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、及びN−メチルピロリドン等が挙げられる。反応に使用した溶媒は、反応終了後、蒸留等の操作により取り除くか、あるいはそのまま製品の一部として使用することもできる。   The polyvinyl resin (H1) having an acidic functional group that can be used in the present invention can be produced using only the above raw materials, but avoids problems such as high viscosity and non-uniform reaction. Therefore, it is preferable to use a solvent. A well-known thing can be used as a solvent. Examples thereof include acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, cyclohexanone, ethyl acetate, butyl acetate, toluene, xylene, acetonitrile, propylene glycol monomethyl ether acetate, diethylene glycol monoethyl ether acetate, and N-methylpyrrolidone. The solvent used for the reaction can be removed by an operation such as distillation after the completion of the reaction, or can be used as a part of the product as it is.

本発明で用いることのできる酸性官能基を有するポリビニル系樹脂(H1)は、片末端に2つのヒドロキシル基を有するビニル重合体(a)、テトラカルボン酸二無水物(b)を反応させることで得られる。テトラカルボン酸無水物(b)中の酸無水物基とビニル重合体(a)中のヒドロキシル基とのモル比は、ビニル重合体(a)のモル比をα、テトラカルボン酸二無水物(b)のモル比をβとすると、2β/2α=β/α=0.3〜1.2が、好ましく、更に好ましくはβ/α=0.5〜1.0、最も好ましくはβ/α=0.6〜0.8の場合である。β/α>1で反応させる場合は、残存する酸無水物基を必要量の水で加水分解して使用してもよい。0.3未満であると、炭素系触媒材料への吸着部である酸無水物残基が少なくなる場合があり、又、樹脂の酸価も低くなる場合もある。又、1.2を超えるとポリエステルが高分子量化を起こしてしまい、触媒ペースト組成物として使用した時に、樹脂間の相互作用が強くなり逆に増粘が起きる場合がある。   The polyvinyl resin (H1) having an acidic functional group that can be used in the present invention is obtained by reacting a vinyl polymer (a) having two hydroxyl groups at one end and a tetracarboxylic dianhydride (b). can get. The molar ratio of the acid anhydride group in the tetracarboxylic acid anhydride (b) to the hydroxyl group in the vinyl polymer (a) is such that the molar ratio of the vinyl polymer (a) is α, and the tetracarboxylic dianhydride ( When the molar ratio of b) is β, 2β / 2α = β / α = 0.3 to 1.2 is preferable, more preferably β / α = 0.5 to 1.0, and most preferably β / α. = 0.6 to 0.8. When the reaction is carried out with β / α> 1, the remaining acid anhydride group may be hydrolyzed with a necessary amount of water and used. If it is less than 0.3, the acid anhydride residue that is an adsorbing part to the carbon-based catalyst material may be decreased, and the acid value of the resin may be decreased. On the other hand, when the ratio exceeds 1.2, the polyester has a high molecular weight, and when used as a catalyst paste composition, the interaction between the resins becomes strong and the viscosity may increase.

酸性官能基を有するポリビニル系樹脂(H1)の第二の工程の反応温度は80℃〜180℃、好ましくは、90℃〜160℃の範囲で行う。反応温度が80℃以下では反応速度が遅く、180℃以上ではカルボキシル基がエステル化反応してしまい、酸価の減少や、ゲル化を起こしてしまう場合がある。反応の停止は、赤外吸収で酸無水物の吸収がなくなるまで反応させるのが理想であるが、ポリエステルの酸価が5〜200の範囲に入ったとき、又は、水酸基価が20〜200の範囲に入った時に反応を止めてもよい。   The reaction temperature in the second step of the polyvinyl resin (H1) having an acidic functional group is 80 ° C. to 180 ° C., preferably 90 ° C. to 160 ° C. When the reaction temperature is 80 ° C. or lower, the reaction rate is slow, and when it is 180 ° C. or higher, the carboxyl group undergoes an esterification reaction, which may cause a decrease in acid value or gelation. Ideally, the reaction is stopped until the absorption of the acid anhydride is eliminated by infrared absorption, but when the acid value of the polyester is in the range of 5 to 200, or the hydroxyl value is 20 to 200. The reaction may be stopped when entering the range.

得られた酸性官能基を有するポリビニル系樹脂(H2)の重量平均分子量は、好ましくは、2,000〜25,000である。重量平均分子量が2,000未満であれば触媒ペースト組成物の安定性が低下する場合がある。一方、25,000を超えると樹脂間の相互作用が強くなり、触媒ペースト組成物の粘度増加が生じる場合がある。又、得られた酸性官能基を有するポリビニル系樹脂(H1)の酸価は、5〜200mgKOH/gが好ましい。更に好ましくは、5〜150mgKOH/gであり、特に好ましくは、5〜100mgKOH/gである。酸価が5未満では、炭素系触媒材料への吸着能が低下し、分散性に問題がでる場合があり、200mgKOH/gを超えると、樹脂間の相互作用が強くなり触媒ペースト組成物の粘度が高くなる場合がある。   The weight average molecular weight of the obtained polyvinyl resin (H2) having an acidic functional group is preferably 2,000 to 25,000. If the weight average molecular weight is less than 2,000, the stability of the catalyst paste composition may decrease. On the other hand, when it exceeds 25,000, the interaction between resins becomes strong, and the viscosity of the catalyst paste composition may increase. Moreover, as for the acid value of the obtained polyvinyl-type resin (H1) which has an acidic functional group, 5-200 mgKOH / g is preferable. More preferably, it is 5-150 mgKOH / g, Most preferably, it is 5-100 mgKOH / g. If the acid value is less than 5, the adsorptive ability to the carbon-based catalyst material may be reduced, and there may be a problem in dispersibility. If the acid value exceeds 200 mgKOH / g, the interaction between the resins becomes strong and the viscosity of the catalyst paste composition. May be higher.

<酸性官能基を有するポリエステル系樹脂(H2)>
本発明で用いることのできる酸性官能基を有するポリエステル系樹脂(H2)は、下記式(1)で表される構造を有する限り、その化学構造及び製造方法は特に限定されるものではない。その製造方法は、例えば、モノアルコールを開始剤として、ラクトンを開環重合して片末端にヒドロキシル基を有するポリエステルを製造する第一の工程と、該片末端にヒドロキシル基を有するポリエステルと、テトラカルボン酸二無水物を反応させる第二の工程とからなる方法であることが好ましい。
<Polyester resin having acidic functional group (H2)>
As long as the polyester-based resin (H2) having an acidic functional group that can be used in the present invention has a structure represented by the following formula (1), its chemical structure and production method are not particularly limited. The production method includes, for example, a first step of producing a polyester having a hydroxyl group at one end by ring-opening polymerization of a lactone using a monoalcohol as an initiator, a polyester having a hydroxyl group at one end, a tetra A method comprising a second step of reacting carboxylic dianhydride is preferred.

式(37):
(HOOC−)m−R21−(−COO−[−R23−COO−]n−R22t
Formula (37):
(HOOC-) m -R 21 - ( - COO - [- R 23 -COO-] n -R 22) t

上記式(37)において、R21は、4価のテトラカルボン酸化合物残基であり、R22は、モノアルコール残基であり、R23は、ラクトン残基であり、mは、2又は3であり、nは、1〜50の整数であり、tは、(4−m)である。 In the above formula (37), R 21 is a tetravalent tetracarboxylic acid compound residue, R 22 is a monoalcohol residue, R 23 is a lactone residue, and m is 2 or 3 Where n is an integer from 1 to 50 and t is (4-m).

本発明において、上記式(37)で表される酸性官能基を有するポリエステル系樹脂(H3)として好ましい化合物は、R21が、後述する式(38)〜(42)で示される基であり、R22が、炭素原子数8〜20の脂肪族アルキル基、又は分子量200〜1500の末端のエーテル基若しくはエステルポリオキシアルキレン(アルキレン部分の炭素原子数が2〜4)基であり、R23が、ヘキサメチレン基、ペンタメチレン基、又はアルキル置換されたヘキサメチレン基であり、mが、2又は3であり、nが、3〜20の整数であり、そしてtが、(4−m)である樹脂である。 In the present invention, preferred compounds as polyester resin (H3) having an acidic functional group represented by the above formula (37), R 21 is a group represented by the later-described formula (38) - (42), R 22 is an aliphatic alkyl group having 8 to 20 carbon atoms, or a terminal ether group or ester polyoxyalkylene (alkylene moiety having 2 to 4 carbon atoms) group having a molecular weight of 200 to 1500, and R 23 is , A hexamethylene group, a pentamethylene group, or an alkyl-substituted hexamethylene group, m is 2 or 3, n is an integer of 3 to 20, and t is (4-m) It is a certain resin.

なお、上記式(37)で表される酸性官能基を有するポリエステル系樹脂(H3)において、R21は、下記式(38)〜(40)で示される基のいずれかであることが好ましい。 In the polyester resin (H3) having an acidic functional group represented by the above formula (37), R 21 is preferably any one of groups represented by the following formulas (38) to (40).

上記式(40)において、A0は、直接結合、−O−、−CO−、−COOCH2CH2OCO−、−SO2−、−C(CH32−、−C(CF32−、下記式(41)又は(42)で示される基である。 In the above formula (40), A 0 is a direct bond, —O—, —CO—, —COOCH 2 CH 2 OCO—, —SO 2 —, —C (CH 3 ) 2 —, —C (CF 3 ). 2 − is a group represented by the following formula (41) or (42).

酸性官能基を有するポリエステル系樹脂(H2)の製造に用いることのできるモノアルコールとしては、ヒドロキシル基を一つ有する化合物であれば、特に限定されない。脂肪族モノアルコールとしては、例えば、好ましくは炭素原子数1〜30(より好ましくは炭素原子数1〜25)の直鎖状若しくは分岐状の置換若しくは非置換の飽和脂肪族モノアルコール、あるいは炭素原子数1〜30(より好ましくは炭素原子数1〜25)の置換若しくは非置換の飽和脂環式モノアルコールを挙げることができる。飽和脂肪族モノアルコール又は飽和脂環式モノアルコールの置換基としては、例えば、カルボキシル基を挙げることができる。   The monoalcohol that can be used for the production of the polyester-based resin (H2) having an acidic functional group is not particularly limited as long as it is a compound having one hydroxyl group. The aliphatic monoalcohol is, for example, preferably a linear or branched substituted or unsubstituted saturated aliphatic monoalcohol having 1 to 30 carbon atoms (more preferably 1 to 25 carbon atoms), or a carbon atom. Examples thereof include substituted or unsubstituted saturated alicyclic monoalcohols having 1 to 30 (more preferably 1 to 25 carbon atoms). Examples of the substituent of the saturated aliphatic monoalcohol or saturated alicyclic monoalcohol include a carboxyl group.

脂肪族モノアルコールを例示すると、メタノール、エタノール、1−プロパノール、イソプロパノール、1−ブタノール、イソブタノール、tert−ブタノール、1−ペンタノール、イソペンタノール、1−ヘキサノール、4−メチル−2−ペンタノール、1−ヘプタノール、1−オクタノール、イソオクタノール、2−エチルヘキサノール、1−ノナノール、イソノナノール、1−デカノール、1−ドデカノール、1−ミリスチルアルコール、セチルアルコール、1−ステアリルアルコール、イソステアリルアルコール、2−オクチルデカノール、2−オクチルドデカノール、2−ヘキシルデカノール、ベヘニルアルコール、及びオレイルアルコール等を挙げることができる。脂環式モノアルコールとしては、例えば、シクロヘキサノール等を挙げることができる。   Examples of aliphatic monoalcohols are methanol, ethanol, 1-propanol, isopropanol, 1-butanol, isobutanol, tert-butanol, 1-pentanol, isopentanol, 1-hexanol, 4-methyl-2-pentanol. 1-heptanol, 1-octanol, isooctanol, 2-ethylhexanol, 1-nonanol, isononanol, 1-decanol, 1-dodecanol, 1-myristyl alcohol, cetyl alcohol, 1-stearyl alcohol, isostearyl alcohol, 2- Examples include octyl decanol, 2-octyl decanol, 2-hexyl decanol, behenyl alcohol, and oleyl alcohol. Examples of the alicyclic monoalcohol include cyclohexanol.

脂肪族モノアルコールとしては、分岐脂肪族モノアルコールが好ましく、例えば、2−エチルヘキサノール、イソステアリルアルコール、2−オクチルデカノール、2−オクチルドデカノール、及び2−ヘキシルデカノール等の炭素原子数8〜20のものが好ましい。   As the aliphatic monoalcohol, a branched aliphatic monoalcohol is preferable, and examples thereof include 8 to 20 carbon atoms such as 2-ethylhexanol, isostearyl alcohol, 2-octyldecanol, 2-octyldodecanol, and 2-hexyldecanol. Are preferred.

上記モノアルコールとしては、炭素原子数6〜30(より好ましくは炭素原子数6〜25)の置換若しくは非置換の芳香族モノアルコール、例えば、フェノール又はクミルフェノールを用いることもできる。又、炭素原子数1〜6の脂肪族基部分を有し、炭素原子数6〜10の芳香族基で置換された飽和脂肪族モノアルコール、例えば、ベンジルアルコールを用いることもできる。   As the monoalcohol, a substituted or unsubstituted aromatic monoalcohol having 6 to 30 carbon atoms (more preferably 6 to 25 carbon atoms), for example, phenol or cumylphenol can be used. A saturated aliphatic monoalcohol having an aliphatic group having 1 to 6 carbon atoms and substituted with an aromatic group having 6 to 10 carbon atoms, such as benzyl alcohol, can also be used.

更に、上記モノアルコールとして、片末端にヒドロキシル基を有するモノアルキレングリコールモノエーテル又は片末端にヒドロキシル基を有するポリアルキレングリコールモノエーテルを用いることもできる。これらのモノアルキレングリコールモノエーテル又はポリアルキレングリコールモノエーテルとしては、好ましくは、モノ若しくはポリエチレングリコール又はモノ若しくはポリプロピレングリコールの炭素原子数1〜8のアルキルモノエーテルを挙げることができ、具体的には、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノヘキシルエーテル、エチレングリコールモノ−2−エチルヘキシルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノヘキシルエーテル、プロピレングリコールモノ−2−エチルヘキシルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノプロピルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル、ジエチレングリコールモノ−2−エチルヘキシルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノプロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノヘキシルエーテル、ジプロピレングリコールモノ−2−エチルヘキシルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、トリエチレングリコールモノプロピルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、トリエチレングリコールモノヘキシルエーテル、トリエチレングリコールモノ−2−エチルヘキシルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、トリプロピレングリコールモノエチルエーテル、トリプロピレングリコールモノプロピルエーテル、トリプロピレングリコールモノブチルエーテル、トリプロピレングリコールモノヘキシルエーテル、トリプロピレングリコールモノ−2−エチルヘキシルエーテル、テトラエチレングリコールモノメチルエーテル、テトラエチレングリコールモノエチルエーテル、テトラエチレングリコールモノプロピルエーテル、テトラエチレングリコールモノブチルエーテル、テトラエチレングリコールモノヘキシルエーテル、テトラエチレングリコールモノ−2−エチルヘキシルエーテル、テトラプロピレングリコールモノメチルエーテル、テトラプロピレングリコールモノエチルエーテル、テトラプロピレングリコールモノプロピルエーテル、テトラプロピレングリコールモノブチルエーテル、テトラプロピレングリコールモノヘキシルエーテル、テトラプロピレングリコールモノ−2−エチルヘキシルエーテル、及びテトラジエチレングリコールモノメチルエーテル等のアルキレングリコールモノアルキルエーテルを挙げることができる。   Furthermore, as the monoalcohol, a monoalkylene glycol monoether having a hydroxyl group at one end or a polyalkylene glycol monoether having a hydroxyl group at one end can be used. As these monoalkylene glycol monoethers or polyalkylene glycol monoethers, preferably, mono or polyethylene glycol or mono or polypropylene glycol alkyl monoethers having 1 to 8 carbon atoms can be mentioned. Ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monopropyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, ethylene glycol monohexyl ether, ethylene glycol mono-2-ethylhexyl ether, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monoethyl ether, propylene glycol Monopropyl ether, propylene glycol monobutyl ether, propylene Glycol monohexyl ether, propylene glycol mono-2-ethylhexyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monopropyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol monohexyl ether, diethylene glycol mono-2-ethylhexyl ether, dipropylene glycol monomethyl Ether, dipropylene glycol monoethyl ether, dipropylene glycol monopropyl ether, dipropylene glycol monobutyl ether, dipropylene glycol monohexyl ether, dipropylene glycol mono-2-ethylhexyl ether, triethylene glycol monomethyl ether, trie Lenglycol monoethyl ether, triethylene glycol monopropyl ether, triethylene glycol monobutyl ether, triethylene glycol monohexyl ether, triethylene glycol mono-2-ethylhexyl ether, tripropylene glycol monomethyl ether, tripropylene glycol monoethyl ether, triethylene glycol Propylene glycol monopropyl ether, tripropylene glycol monobutyl ether, tripropylene glycol monohexyl ether, tripropylene glycol mono-2-ethylhexyl ether, tetraethylene glycol monomethyl ether, tetraethylene glycol monoethyl ether, tetraethylene glycol monopropyl ether, tetra Ethylene glycol monob Chill ether, tetraethylene glycol monohexyl ether, tetraethylene glycol mono-2-ethylhexyl ether, tetrapropylene glycol monomethyl ether, tetrapropylene glycol monoethyl ether, tetrapropylene glycol monopropyl ether, tetrapropylene glycol monobutyl ether, tetrapropylene glycol monohexyl Mention may be made of alkylene glycol monoalkyl ethers such as ether, tetrapropylene glycol mono-2-ethylhexyl ether, and tetradiethylene glycol monomethyl ether.

更に、酸性官能基を有するポリエステル系樹脂(H2)の製造に用いることのできるモノアルコールとしては、エチレン性不飽和二重結合1つ又はそれ以上を有するモノアルコールを挙げることができる。上記エチレン性不飽和二重結合の例としては、ビニル基又は(メタ)アクリロイル基を挙げることができ、(メタ)アクリロイル基が好ましい。これらは、1つの化合物中に異なる種類の二重結合を有する化合物であることができる。   Furthermore, examples of the monoalcohol that can be used for the production of the polyester-based resin (H2) having an acidic functional group include monoalcohols having one or more ethylenically unsaturated double bonds. Examples of the ethylenically unsaturated double bond include a vinyl group or a (meth) acryloyl group, and a (meth) acryloyl group is preferable. These can be compounds having different types of double bonds in one compound.

上記のエチレン性不飽和二重結合を有するモノアルコールとしては、例えば、エチレン性不飽和二重結合1つ、2つ、又は3つ以上を有する不飽和モノアルコール化合物を用いることができる。エチレン性不飽和二重結合の数が1つのモノアルコールとしては、(メタ)アクリル酸の炭素原子数1〜8のヒドロキシアルキルエステル、例えば、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、3−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、3−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、エチル2−(ヒドロキシメチル)アクリレート、2−ヒドロキシ−3−フェノキシプロピルアクリレート、及び1,4−シクロヘキサンジメタノールモノ(メタ)アクリレート等を挙げることができる。   As the monoalcohol having the ethylenically unsaturated double bond, for example, an unsaturated monoalcohol compound having one, two, or three or more ethylenically unsaturated double bonds can be used. Examples of monoalcohols having one ethylenically unsaturated double bond include hydroxyalkyl esters of (meth) acrylic acid having 1 to 8 carbon atoms, such as 2-hydroxyethyl (meth) acrylate, 3-hydroxypropyl ( (Meth) acrylate, 2-hydroxypropyl (meth) acrylate, 4-hydroxybutyl (meth) acrylate, 3-hydroxybutyl (meth) acrylate, 2-hydroxybutyl (meth) acrylate, ethyl 2- (hydroxymethyl) acrylate, 2 -Hydroxy-3-phenoxypropyl acrylate, 1,4-cyclohexanedimethanol mono (meth) acrylate and the like can be mentioned.

エチレン性不飽和二重結合の数が2つのモノアルコールとしては、例えば、2−ヒドロキシ−3−アクリロイロキシプロピルメタクリレート、又はグリセリンジ(メタ)アクリレート等を挙げることができる。エチレン性不飽和二重結合の数が3つのモノアルコールとしては、例えば、ペンタエリスリトールトリアクリレート、エチレン性不飽和二重結合の数が5つのモノアルコールとしては、例えば、ジペンタエリスリトールペンタアクリレートを挙げることができる。   Examples of the monoalcohol having two ethylenically unsaturated double bonds include 2-hydroxy-3-acryloyloxypropyl methacrylate or glycerin di (meth) acrylate. Examples of the monoalcohol having three ethylenically unsaturated double bonds include pentaerythritol triacrylate, and examples of the monoalcohol having five ethylenically unsaturated double bonds include dipentaerythritol pentaacrylate. be able to.

先に例示した脂肪族モノアルコール、芳香族モノアルコール、及びエチレン性不飽和二重結合を有するモノアルコールのヒドロキシル基を開始基として、アルキレンオキサイドを付加重合して得られるアルコール、すなわち、片末端をエーテル化又はエステル化したポリアルキレングリコールも、酸性官能基を有するポリエステル系樹脂(H2)の製造に用いることができる。付加重合に用いるアルキレンオキサイドとしては、例えば、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、又は1,2−、1,4−、2,3−若しくは1,3−ブチレンオキサイド、あるいはこれらの2種以上の混合物を用いることができる。2種以上のアルキレンオキサイドを併用するときの結合形式はランダム及び/又はブロックのいずれでもよい。アルキレンオキサイドの付加数は、一分子中、通常1〜300、好ましくは2〜250、特に好ましくは5〜100である。   Alcohol obtained by addition polymerization of alkylene oxide starting from the hydroxyl group of the aliphatic monoalcohol, aromatic monoalcohol, and monoalcohol having an ethylenically unsaturated double bond exemplified above, that is, one terminal is Etherified or esterified polyalkylene glycol can also be used for the production of a polyester-based resin (H2) having an acidic functional group. As the alkylene oxide used for the addition polymerization, for example, ethylene oxide, propylene oxide, 1,2-, 1,4-, 2,3- or 1,3-butylene oxide, or a mixture of two or more thereof is used. be able to. When two or more kinds of alkylene oxide are used in combination, the bonding form may be random and / or block. The addition number of alkylene oxide is usually 1 to 300, preferably 2 to 250, and particularly preferably 5 to 100 in one molecule.

アルキレンオキサイドの付加は、公知方法、例えばアルカリ触媒の存在下、100〜200℃の温度で行うことができる。こうして得られる付加重合生成物の市販品としては、日本油脂社製ユニオックスシリーズ、又は日本油脂社製ブレンマーシリーズ等がある。   The addition of alkylene oxide can be carried out by a known method, for example, at a temperature of 100 to 200 ° C. in the presence of an alkali catalyst. Commercially available products of the addition polymerization product thus obtained include Nippon Oil & Fats Uniox series or Nippon Oil & Fats Bremer series.

具体的に例示すると、ユニオックスM−400、M−550、M−2000、ブレンマーPE−90、PE−200、PE−350、AE−90、AE−200、AE−400、PP−1000、PP−500、PP−800、AP−150、AP−400、AP−550、AP−800、50PEP−300、70PEP−350B、AEPシリーズ、55PET−400、30PET−800、55PET−800、AETシリーズ、30PPT−800、50PPT−800、70PPT−800、APTシリーズ、10PPB−500B、及び10APB−500B等がある。   Specifically, UNIOX M-400, M-550, M-2000, BLEMMER PE-90, PE-200, PE-350, AE-90, AE-200, AE-400, PP-1000, PP -500, PP-800, AP-150, AP-400, AP-550, AP-800, 50PEP-300, 70PEP-350B, AEP series, 55PET-400, 30PET-800, 55PET-800, AET series, 30PPT -800, 50PPT-800, 70PPT-800, APT series, 10PPB-500B, and 10APB-500B.

酸性官能基を有するポリエステル系樹脂(H2)の製造に用いることができるモノアルコールは、上記例示に限定されることなく、ヒドロキシル基を一つ有する化合物であればいかなる化合物も用いることができ、又、単独で用いても、2種類以上を併用することもできる。   The monoalcohol that can be used for the production of the polyester-based resin (H2) having an acidic functional group is not limited to the above examples, and any compound can be used as long as it is a compound having one hydroxyl group. These can be used alone or in combination of two or more.

上記モノアルコールのうち、例えば4−メチル−2−ペンタノール、イソペンタノール、イソオクタノール、2−エチルヘキサノール、イソノナノール、イソステアリルアルコール、2−オクチルデカノール、2−オクチルドデカノール、若しくは2−ヘキシルデカノール等の分岐脂肪族モノアルコール、又は片末端にヒドロキシル基を有するポリアルキレングリコールを用いることで、結晶性が低下し、室温で液状になる場合があるので、作業性の点と、他の樹脂との相溶性の点で好ましい。   Among the above monoalcohols, for example, 4-methyl-2-pentanol, isopentanol, isooctanol, 2-ethylhexanol, isononanol, isostearyl alcohol, 2-octyldecanol, 2-octyldodecanol, or 2-hexyldecanol By using a branched aliphatic monoalcohol such as polyalkylene glycol having a hydroxyl group at one end, the crystallinity is lowered and may become liquid at room temperature. It is preferable in terms of compatibility.

上記モノアルコールを開始剤として、ラクトンを開環重合することによって、片末端にヒドロキシル基を有し、上記樹脂型分散剤の製造に用いることができるポリエステルを得ることができる。上記開環重合に用いることができるラクトンは、好ましくは4員環〜10員環、より好ましくは5員環〜7員環のラクトンであり、環構成炭素原子は、置換されているかあるいは非置換であることができる。環構成炭素原子の置換基としては、炭素原子数1〜4のアルキル基を挙げることができる。又、環内にエチレン結合1つ又はそれ以上を含む不飽和ラクトン、又は芳香族化合物(例えば、ベンゼン)との縮合ラクトンも用いることができる。   By performing ring-opening polymerization of a lactone using the monoalcohol as an initiator, a polyester having a hydroxyl group at one end and usable for the production of the resin-type dispersant can be obtained. The lactone that can be used in the ring-opening polymerization is preferably a 4-membered to 10-membered ring, more preferably a 5- to 7-membered lactone, and the ring-constituting carbon atom is substituted or unsubstituted. Can be. Examples of the substituent of the ring-constituting carbon atom include an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms. Also, an unsaturated lactone containing one or more ethylene bonds in the ring, or a condensed lactone with an aromatic compound (for example, benzene) can be used.

好適なラクトンとして、具体的には、β−ブチロラクトン、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、δ−バレロラクトン、δ−カプロラクトン、ε−カプロラクトン、及びアルキル置換されたε−カプロラクトンを挙げることができ、このうちδ−バレロラクトン、ε−カプロラクトン、又はアルキル置換されたε−カプロラクトンを使用するのが開環重合性の点で好ましい。アルキル置換基としては、例えば、炭素原子数1〜4のアルキル基、特に、メチル基又はエチル基を挙げることができ、これらのアルキル置換基1つ又はそれ以上で置換されていることができる。   Specific examples of suitable lactones include β-butyrolactone, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, δ-valerolactone, δ-caprolactone, ε-caprolactone, and alkyl-substituted ε-caprolactone. Of these, δ-valerolactone, ε-caprolactone, or alkyl-substituted ε-caprolactone is preferably used from the viewpoint of ring-opening polymerizability. Examples of the alkyl substituent include an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, particularly a methyl group or an ethyl group, and the alkyl substituent can be substituted with one or more of these alkyl substituents.

上記ラクトンは、上記例示に限定されることなく用いることができ、又、単独で用いても、2種類以上を併用することもできる。2種類以上を併用することで結晶性が低下し、室温で液状になる場合があるので、作業性の点と、他の樹脂との相溶性の点で好ましい。   The lactone can be used without being limited to the above examples, and can be used alone or in combination of two or more. When two or more types are used in combination, the crystallinity is lowered and may become liquid at room temperature, which is preferable in terms of workability and compatibility with other resins.

上記モノアルコールと上記ラクトンとの開環重合は、公知方法、例えば、脱水管及びコンデンサーを接続した反応器に、上記モノアルコール、上記ラクトン、及び重合触媒を仕込み、窒素気流下で行うことができる。上記モノアルコールとして低沸点のモノアルコールを用いる場合には、オートクレーブを用いて加圧下で反応させることができる。又、上記モノアルコールとしてエチレン性不飽和二重結合を有する化合物を使用する場合は、重合禁止剤を添加し、乾燥空気流下で反応を行うことが好ましい。   The ring-opening polymerization of the monoalcohol and the lactone can be carried out in a known manner, for example, by charging the monoalcohol, the lactone, and the polymerization catalyst into a reactor connected with a dehydrating tube and a condenser, and under a nitrogen stream. . When a low-boiling monoalcohol is used as the monoalcohol, the reaction can be performed under pressure using an autoclave. Moreover, when using the compound which has an ethylenically unsaturated double bond as said monoalcohol, it is preferable to add a polymerization inhibitor and to react in the flow of dry air.

上記モノアルコール1モルに対する上記ラクトンの付加モル数は、1〜50モル、好ましくは、3〜20モル、最も好ましくは4〜16モルである。付加モル数が、1モルより少ないと、炭素系触媒材料を分散させる効果を得ることができず、50モルより大きいと分子量が大きくなりすぎ、炭素系触媒材料の分散性や触媒インキ組成物の流動性の低下を招く。   The number of moles of the lactone added to 1 mole of the monoalcohol is 1 to 50 moles, preferably 3 to 20 moles, and most preferably 4 to 16 moles. If the number of added moles is less than 1 mole, the effect of dispersing the carbon-based catalyst material cannot be obtained, and if it exceeds 50 moles, the molecular weight becomes too large, and the dispersibility of the carbon-based catalyst material and the catalyst ink composition It causes a decrease in fluidity.

上記開環重合用の重合触媒としては、例えば、テトラメチルアンモニウムクロリド、テトラブチルアンモニウムクロリド、テトラメチルアンモニウムブロミド、テトラブチルアンモニウムブロミド、テトラメチルアンモニウムヨード、テトラブチルアンモニウムヨード、ベンジルトリメチルアンモニウムクロリド、ベンジルトリメチルアンモニウムブロミド、及びベンジルトリメチルアンモニウムヨード等の四級アンモニウム塩; テトラメチルホスホニウムクロリド、テトラブチルホスホニウムクロリド、テトラメチルホスホニウムブロミド、テトラブチルホスホニウムブロミド、テトラメチルホスホニウムヨード、テトラブチルホスホニウムヨード、ベンジルトリメチルホスホニウムクロリド、ベンジルトリメチルホスホニウムブロミド、ベンジルトリメチルホスホニウムヨード、テトラフェニルホスホニウムクロリド、テトラフェニルホスホニウムブロミド、及びテトラフェニルホスホニウムヨード等の四級ホスホニウム塩; トリフェニルフォスフィン等のリン化合物; 酢酸カリウム、酢酸ナトリウム、安息香酸カリウム、及び安息香酸ナトリウム等の有機カルボン酸塩; ナトリウムアルコラート、及びカリウムアルコラート等のアルカリ金属アルコラート; 三級アミン類; 有機錫化合物; 有機アルミニウム化合物; 有機チタネート化合物; 並びに、塩化亜鉛等の亜鉛化合物等を挙げることができる。触媒の使用量は0.1ppm〜3000ppm、好ましくは1ppm〜1000ppmである。触媒量が3000ppm以上となると、酸性官能基を有するポリエステル系樹脂(H3)の着色が激しくなり、製品の安定性に悪影響を与える。逆に、触媒の使用量が0.1ppm以下では環状エステルの開環重合速度が極めて遅くなるので好ましくない。   Examples of the polymerization catalyst for the ring-opening polymerization include tetramethylammonium chloride, tetrabutylammonium chloride, tetramethylammonium bromide, tetrabutylammonium bromide, tetramethylammonium iodide, tetrabutylammonium iodide, benzyltrimethylammonium chloride, benzyltrimethyl. Quaternary ammonium salts such as ammonium bromide and benzyltrimethylammonium iodide; tetramethylphosphonium chloride, tetrabutylphosphonium chloride, tetramethylphosphonium bromide, tetrabutylphosphonium bromide, tetramethylphosphonium iodide, tetrabutylphosphonium iodide, benzyltrimethylphosphonium chloride, Benzyltrimethylphosphonium bromide Quaternary phosphonium salts such as benzyltrimethylphosphonium iodide, tetraphenylphosphonium chloride, tetraphenylphosphonium bromide, and tetraphenylphosphonium iodide; phosphorus compounds such as triphenylphosphine; potassium acetate, sodium acetate, potassium benzoate, and sodium benzoate Organic carboxylates such as sodium alcoholates, alkali metal alcoholates such as sodium alcoholates and potassium alcoholates; tertiary amines; organotin compounds; organoaluminum compounds; organotitanate compounds; and zinc compounds such as zinc chloride . The catalyst is used in an amount of 0.1 ppm to 3000 ppm, preferably 1 ppm to 1000 ppm. When the catalyst amount is 3000 ppm or more, the polyester resin (H3) having an acidic functional group is intensely colored, which adversely affects the stability of the product. On the contrary, if the amount of the catalyst used is 0.1 ppm or less, the rate of ring-opening polymerization of the cyclic ester is extremely slow, which is not preferable.

上記開環重合反応は、無溶剤で実施するか、又は適当な脱水有機溶媒を使用することもできる。上記開環重合反応に使用した溶媒は、反応終了後、蒸留等の操作により取り除いて用いることもできる。   The ring-opening polymerization reaction can be carried out without a solvent, or a suitable dehydrated organic solvent can be used. The solvent used in the ring-opening polymerization reaction can be used after removal of the reaction by an operation such as distillation.

上記開環重合反応は、好ましくは100℃から220℃、より好ましくは110℃〜210℃の範囲で行う。反応温度が100℃未満では反応速度がきわめて遅く、210℃を超えるとラクトンの付加反応以外の副反応、例えばラクトン付加体のラクトンモノマーへの分解、環状のラクトンダイマーやトリマーの生成等が起こりやすい。   The ring-opening polymerization reaction is preferably carried out in the range of 100 to 220 ° C, more preferably 110 to 210 ° C. If the reaction temperature is less than 100 ° C., the reaction rate is very slow, and if it exceeds 210 ° C., side reactions other than the addition reaction of lactone, such as decomposition of lactone adducts into lactone monomers, formation of cyclic lactone dimers and trimers, etc. .

エチレン性不飽和二重結合を有するモノアルコールを使用する場合に使用されるラジカル重合禁止剤としては、ハイドロキノン、メチルハイドロキノン、ハイドロキノンモノメチルエーテル、p−ベンゾキノン、2,4−ジメチル−6−t−ブチルフェノール、及びフェノチアジン等が好ましく、これらを単独で用いるかあるいは併用することができ、使用量は、好ましくは0.01%〜6%、より好ましくは0.05%〜1.0%の範囲である。   The radical polymerization inhibitor used when using a monoalcohol having an ethylenically unsaturated double bond is hydroquinone, methylhydroquinone, hydroquinone monomethyl ether, p-benzoquinone, 2,4-dimethyl-6-t-butylphenol. And phenothiazine are preferable, and these can be used alone or in combination, and the amount used is preferably 0.01% to 6%, more preferably 0.05% to 1.0%. .

本発明で用いる酸性官能基を有するポリエステル系樹脂(H2)は、上記の第一の工程で得られた片末端にヒドロキシル基を有するポリエステルのヒドロキシル基と、テトラカルボン酸二無水物とを反応させる(第二の工程)ことにより得ることが好ましい。   The polyester-based resin (H2) having an acidic functional group used in the present invention reacts a hydroxyl group of a polyester having a hydroxyl group at one end obtained in the first step with a tetracarboxylic dianhydride. It is preferable to obtain by (second step).

第二の工程で使用されるテトラカルボン酸二無水物としては、脂肪族テトラカルボン酸二無水物、脂環式テトラカルボン酸二無水物、芳香族テトラカルボン酸二無水物、複素環式テトラカルボン酸二無水物、及び多環式テトラカルボン酸二無水物を挙げることができる。   Examples of tetracarboxylic dianhydrides used in the second step include aliphatic tetracarboxylic dianhydrides, alicyclic tetracarboxylic dianhydrides, aromatic tetracarboxylic dianhydrides, and heterocyclic tetracarboxylic acids. Mention may be made of acid dianhydrides and polycyclic tetracarboxylic dianhydrides.

具体的には、1,2,3,4−ブタンテトラカルボン酸二無水物等の脂肪族テトラカルボン酸二無水物;1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,3−ジメチル−1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4−シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物、2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物、3,5,6−トリカルボキシノルボルナン−2−酢酸二無水物、及びビシクロ[2,2,2]−オクト−7−エン−2,3,5,6−テトラカルボン酸二無水物等の脂環式テトラカルボン酸二無水物;並びに、2,3,4,5−テトラヒドロフランテトラカルボン酸二無水物、及び5−(2,5−ジオキソテトラヒドロフラル)−3−メチル−3−シクロヘキセン−1,2−ジカルボン酸二無水物等の複素環式テトラカルボン酸二無水物を挙げることができる。   Specifically, aliphatic tetracarboxylic dianhydrides such as 1,2,3,4-butanetetracarboxylic dianhydride; 1,2,3,4-cyclobutanetetracarboxylic dianhydride, 1,3 -Dimethyl-1,2,3,4-cyclobutanetetracarboxylic dianhydride, 1,2,3,4-cyclopentanetetracarboxylic dianhydride, 2,3,5-tricarboxycyclopentylacetic acid dianhydride, Fats such as 3,5,6-tricarboxynorbornane-2-acetic acid dianhydride and bicyclo [2,2,2] -oct-7-ene-2,3,5,6-tetracarboxylic dianhydride Cyclic tetracarboxylic dianhydride; and 2,3,4,5-tetrahydrofurantetracarboxylic dianhydride, and 5- (2,5-dioxotetrahydrofural) -3-methyl-3-cyclohexene-1 , 2- It can be mentioned heterocyclic tetracarboxylic acid anhydrides such as carboxylic acid dianhydride.

更に、ピロメリット酸二無水物、エチレングリコールジ無水トリメリット酸エステル、プロピレングリコールジ無水トリメリット酸エステル、ブチレングリコールジ無水トリメリット酸エステル、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ビフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物、1,4,5,8−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、2,3,6,7−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ビフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ジメチルジフェニルシランテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−テトラフェニルシランテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4−フランテトラカルボン酸二無水物、4,4’−ビス(3,4−ジカルボキシフェノキシ)ジフェニルスルフィド二無水物、4,4’−ビス(3,4−ジカルボキシフェノキシ)ジフェニルスルホン二無水物、4,4’−ビス(3,4−ジカルボキシフェノキシ)ジフェニルプロパン二無水物、3,3’,4,4’−パーフルオロイソプロピリデンジフタル酸二無水物、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、ビス(フタル酸)フェニルホスフィンオキサイド二無水物、p−フェニレン−ビス(トリフェニルフタル酸)二無水物、m−フェニレン−ビス(トリフェニルフタル酸)二無水物、ビス(トリフェニルフタル酸)−4,4’−ジフェニルエーテル二無水物、ビス(トリフェニルフタル酸)−4,4’−ジフェニルメタン二無水物、9,9−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)フルオレン二酸無水物、9,9−ビス[4−(3,4−ジカルボキシフェノキシ)フェニル]フルオレン二酸無水物等の芳香族テトラカルボン酸二無水物、3,4−ジカルボキシ−1,2,3,4−テトラヒドロ−1−ナフタレンコハク酸二無水物、及び3,4−ジカルボキシ−1,2,3,4−テトラヒドロ−6−メチル−1−ナフタレンコハク酸二無水物等の多環式テトラカルボン酸二無水物を挙げることができる。   Further, pyromellitic dianhydride, ethylene glycol ditrimellitic anhydride ester, propylene glycol ditrimellitic anhydride ester, butylene glycol ditrimellitic anhydride ester, 3,3 ′, 4,4′-benzophenone tetracarboxylic acid Dianhydride, 3,3 ′, 4,4′-biphenylsulfonetetracarboxylic dianhydride, 1,4,5,8-naphthalenetetracarboxylic dianhydride, 2,3,6,7-naphthalenetetracarboxylic Acid dianhydride, 3,3 ′, 4,4′-biphenyl ether tetracarboxylic dianhydride, 3,3 ′, 4,4′-dimethyldiphenylsilane tetracarboxylic dianhydride, 3,3 ′, 4 , 4'-tetraphenylsilanetetracarboxylic dianhydride, 1,2,3,4-furantetracarboxylic dianhydride, 4,4'-bis 3,4-dicarboxyphenoxy) diphenyl sulfide dianhydride, 4,4′-bis (3,4-dicarboxyphenoxy) diphenylsulfone dianhydride, 4,4′-bis (3,4-dicarboxyphenoxy) Diphenylpropane dianhydride, 3,3 ′, 4,4′-perfluoroisopropylidene diphthalic dianhydride, 3,3 ′, 4,4′-biphenyltetracarboxylic dianhydride, bis (phthalic acid) Phenylphosphine oxide dianhydride, p-phenylene-bis (triphenylphthalic acid) dianhydride, m-phenylene-bis (triphenylphthalic acid) dianhydride, bis (triphenylphthalic acid) -4,4′- Diphenyl ether dianhydride, bis (triphenylphthalic acid) -4,4′-diphenylmethane dianhydride, 9,9-bis (3,4-dicarbo) Ciphenyl) fluorene dianhydride, aromatic tetracarboxylic dianhydride such as 9,9-bis [4- (3,4-dicarboxyphenoxy) phenyl] fluorene dianhydride, 3,4-dicarboxy- 1,2,3,4-tetrahydro-1-naphthalene succinic dianhydride, 3,4-dicarboxy-1,2,3,4-tetrahydro-6-methyl-1-naphthalene succinic dianhydride, etc. Of polycyclic tetracarboxylic dianhydrides.

芳香族テトラカルボン酸二無水物としては、特に、芳香族環2つ以上を有する芳香族テトラカルボン酸二無水物が好ましく、特には、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸無水物、エチレングリコールジ無水トリメリット酸エステル、及び9,9−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)フルオレン二酸無水物が好ましい。   As the aromatic tetracarboxylic dianhydride, an aromatic tetracarboxylic dianhydride having two or more aromatic rings is particularly preferable, and in particular, 3,3 ′, 4,4′-biphenyltetracarboxylic anhydride. Products, ethylene glycol ditrimellitic anhydride ester, and 9,9-bis (3,4-dicarboxyphenyl) fluorene dianhydride.

酸性官能基を有するポリエステル系樹脂(H2)の製造に用いることができるテトラカルボン酸二無水物は、上記に例示した化合物に限らず、分子内にカルボン酸無水物部位を2つ有すればどのような構造であってもかまわない。これらは単独で用いても、併用してもかまわない。更に、酸性官能基を有するポリエステル系樹脂(H2)の製造に好適に用いることができるテトラカルボン酸二無水物は、触媒ペースト組成物の低粘度化の観点から、芳香族テトラカルボン酸二無水物であり、更に好ましくは芳香族環2つ以上(特には2〜4)を有するテトラカルボン酸二無水物である。   The tetracarboxylic dianhydride that can be used for the production of the polyester-based resin (H2) having an acidic functional group is not limited to the compounds exemplified above, and any one having two carboxylic anhydride moieties in the molecule. Such a structure may be used. These may be used alone or in combination. Furthermore, the tetracarboxylic dianhydride that can be suitably used for the production of the polyester-based resin (H2) having an acidic functional group is an aromatic tetracarboxylic dianhydride from the viewpoint of reducing the viscosity of the catalyst paste composition. And more preferably tetracarboxylic dianhydride having two or more aromatic rings (particularly 2 to 4).

第二の工程での反応比率は、片末端にヒドロキシル基を有するポリエステルのヒドロキシル基のモル数〈H〉に対する、テトラカルボン酸無水物の無水環のモル数〈N〉の比率〔〈H〉/〈N〉〕が、好ましくは0.5<〈H〉/〈N〉<1.2、更に好ましくは0.7<〈H〉/〈N〉<1.1、最も好ましくは〈H〉/〈N〉=1である。〈H〉/〈N〉<1で反応させる場合は、残存する酸無水物を必要量の水で加水分解して使用してもよい。   The reaction ratio in the second step is the ratio of the number of moles <N> of the anhydrous ring of the tetracarboxylic acid anhydride to the number of moles <H> of the hydroxyl group of the polyester having a hydroxyl group at one end [<H> / <N>] is preferably 0.5 <H> / <N> <1.2, more preferably 0.7 <H> / <N> <1.1, and most preferably <H> / <N> = 1. When the reaction is performed with <H> / <N> <1, the remaining acid anhydride may be hydrolyzed with a necessary amount of water and used.

第二の工程には触媒を用いてもかまわない。触媒としては、3級アミン系化合物としては、例えばトリエチルアミン、トリエチレンジアミン、N,N−ジメチルベンジルアミン、N−メチルモルホリン、及び1,8−ジアザビシクロ−[5.4.0]−7−ウンデセン、1,5−ジアザビシクロ−[4.3.0]−5−ノネン等を挙げることができる。   A catalyst may be used in the second step. As the catalyst, tertiary amine compounds include, for example, triethylamine, triethylenediamine, N, N-dimethylbenzylamine, N-methylmorpholine, and 1,8-diazabicyclo- [5.4.0] -7-undecene, Examples include 1,5-diazabicyclo- [4.3.0] -5-nonene.

第一の工程、第二の工程ともに無溶剤で行ってもよいし、適当な脱水有機溶媒を使用してもよい。反応に使用した溶媒は、反応終了後、蒸留等の操作により取り除くか、あるいはそのまま製品の一部として使用することもできる。   Both the first step and the second step may be performed without a solvent, or an appropriate dehydrated organic solvent may be used. The solvent used for the reaction can be removed by an operation such as distillation after the completion of the reaction, or can be used as a part of the product as it is.

反応温度は80℃〜180℃、好ましくは、90℃〜160℃の範囲で行う。反応温度が80℃以下では反応速度が遅く、180℃以上ではハーフエステル化したものが、再度環状無水物を生成し、反応が終了しにくくなる場合がある。   The reaction temperature is 80 ° C to 180 ° C, preferably 90 ° C to 160 ° C. When the reaction temperature is 80 ° C. or lower, the reaction rate is slow, and when the reaction temperature is 180 ° C. or higher, the half-esterified product again forms a cyclic anhydride, making it difficult to complete the reaction.

上記式(1)において、nは好ましくは1〜30の整数、より好ましくは2〜20の整数である。上記式(1)において、nとtとの少なくとも一方が2以上である場合には、上記式(1)に存在する複数のR23は、全てが同じ基であるか、複数種の基を含むことができる。 In the above formula (1), n is preferably an integer of 1 to 30, more preferably an integer of 2 to 20. In the above formula (1), when at least one of n and t is 2 or more, the plurality of R 23 present in the above formula (1) are all the same group or a plurality of groups. Can be included.

酸性官能基を有する樹脂は、上記(H1)〜(H2)の2つのタイプのみに限定されるものでなく、2タイプ以外のポリビニル系、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリエーテル系、ホルマリン縮合物、シリコーン系、及びこれらの複合系ポリマー等であってもよい。更に、これらの酸性官能基を有する樹脂は2種類以上を併用することもできる。   The resin having an acidic functional group is not limited to only the above two types (H1) to (H2), and other than the two types, polyvinyl, polyurethane, polyester, polyether, formalin condensate, Silicone-based and composite polymers thereof may be used. Furthermore, two or more kinds of resins having these acidic functional groups can be used in combination.

<その他の市販の酸性官能基を有する樹脂(H3)>
市販の酸性官能基を有する樹脂としては、特に限定されないが、例えば、以下のものが挙げられる。これらは単独で用いても、併用してもかまわない。
ビックケミー社製の酸性官能基を有する樹脂としては、Anti−Terra−U、U100、203、204、205、Disperbyk−101、102、106、107、110、111、140、142、170、171、174、180、2001、BYK−P104、P104S、P105、9076、及び220S等が挙げられる。
<Resins (H3) having other commercially available acidic functional groups>
Although it does not specifically limit as resin which has a commercially available acidic functional group, For example, the following are mentioned. These may be used alone or in combination.
As the resin having an acidic functional group manufactured by Big Chemie, Anti-Terra-U, U100, 203, 204, 205, Disperbyk-101, 102, 106, 107, 110, 111, 140, 142, 170, 171, 174 180, 2001, BYK-P104, P104S, P105, 9076, and 220S.

日本ルーブリゾール社製の酸性官能基を有する樹脂としては、SOLSPERSE3000、21000、26000、36000、36600、41000、41090、43000、44000、及び53095等が挙げられる。   Examples of the resin having an acidic functional group manufactured by Nippon Lubrizol include SOLPERSE 3000, 21000, 26000, 36000, 36600, 41000, 41090, 43000, 44000, and 53095.

エフカアディティブズ社製の酸性官能基を有する樹脂としては、EFKA4510、4530、5010、5044、5244、5054、5055、5063、5064、5065、5066、5070、及び5071等が挙げられる。   Examples of the resin having an acidic functional group manufactured by Efka Additives include EFKA4510, 4530, 5010, 5044, 5244, 5054, 5055, 5063, 5064, 5065, 5066, 5070, and 5071.

味の素ファインテクノ社製の酸性官能基を有する樹脂としては、アジスパーPN411、及びアジスパーPA111等が挙げられる。   Examples of the resin having an acidic functional group manufactured by Ajinomoto Fine Techno Co. include Ajisper PN411 and Azisper PA111.

ELEMENTIS社製の酸性官能基を有する樹脂としては、NuosperseFX−504、600、605、FA620、2008、FA−196、及びFA−601等が挙げられる。   Examples of the resin having an acidic functional group manufactured by ELEMENTIS include Nuosperse FX-504, 600, 605, FA620, 2008, FA-196, and FA-601.

ライオン社製の酸性官能基を有する樹脂としては、ポリティA−550、及びポリティPS−1900等が挙げられる。   Examples of the resin having an acidic functional group manufactured by Lion Corporation include Politi A-550 and Politi PS-1900.

楠本化成社製の酸性官能基を有する樹脂としては、ディスパロン2150、KS−860、KS−873SN、1831、1860、PW−36、DA−1200、DA−703−50、DA−7301、DA−325、DA−375、及びDA−234等が挙げられる。   As resins having an acidic functional group manufactured by Enomoto Kasei Co., Ltd., Disparon 2150, KS-860, KS-873SN, 1831, 1860, PW-36, DA-1200, DA-703-50, DA-7301, DA-325 DA-375, DA-234, and the like.

BASFジャパン社製の酸性官能基を有する樹脂としては、JONCRYL67、678、586、611、680、682、683、690、52J、57J、60J、61J、62J、63J、70J、HPD−96J、501J、354J、6610、PDX−6102B、7100、390、711、511、7001、741、450、840、74J、HRC−1645J、734、852、7600、775、537J、1535、PDX−7630、352J、252D、538J7640、7641、631、790、780、及び7610等が挙げられる。   Examples of the resin having an acidic functional group manufactured by BASF Japan include JONCRYL67, 678, 586, 611, 680, 682, 683, 690, 52J, 57J, 60J, 61J, 62J, 63J, 70J, HPD-96J, 501J, 354J, 6610, PDX-6102B, 7100, 390, 711, 511, 7001, 741, 450, 840, 74J, HRC-1645J, 734, 852, 7600, 775, 537J, 1535, PDX-7630, 352J, 252D, 538J7640, 7641, 631, 790, 780, and 7610.

三菱レイヨン社製の酸性官能基を有する樹脂としては、ダイヤナールBR−60、64、73、77、79、83、87、88、90、93、102、106、113、及び116等が挙げられる。   Examples of the resin having an acidic functional group manufactured by Mitsubishi Rayon include Dianal BR-60, 64, 73, 77, 79, 83, 87, 88, 90, 93, 102, 106, 113, and 116. .

<燃料電池用触媒インキ組成物>
本発明の触媒インキ組成物中に含まれる炭素系触媒材料、分散剤および水素イオン伝導性ポリマーもしくは撥水性材料の割合は、限定されるものではなく、広い範囲内で適宜選択され得る。
<Catalyst ink composition for fuel cells>
The proportions of the carbon-based catalyst material, the dispersant, and the hydrogen ion conductive polymer or the water repellent material contained in the catalyst ink composition of the present invention are not limited and can be appropriately selected within a wide range.

触媒インキ組成物の調製方法も特に制限は無い。調製は、各成分を同時に分散しても良いし、触媒ペースト組成物を分散後、水素イオン伝導性ポリマー成分や撥水性材料を添加してもよく、使用する炭素系触媒材料、水素イオン伝導性ポリマーもしくは撥水性材料や、溶剤種により最適化することができる。但し、触媒ペースト組成物を先に作製し、水素イオン伝導性ポリマーもしくは撥水性材料を後添加して触媒インキ組成物を作製すると、分散時間の短縮などコストダウンに大きく貢献することができる。   The method for preparing the catalyst ink composition is not particularly limited. In the preparation, each component may be dispersed at the same time, or after dispersing the catalyst paste composition, a hydrogen ion conductive polymer component or a water repellent material may be added. It can be optimized by polymer or water repellent material and solvent type. However, if a catalyst paste composition is prepared first and then a hydrogen ion conductive polymer or a water repellent material is added later to prepare a catalyst ink composition, it can greatly contribute to cost reduction such as shortening of dispersion time.

例えば、本発明の触媒インキ組成物では、炭素系触媒材料を100重量部に対して、分散剤が0.01〜10重量部、好ましくは0.02〜5重量部、水素イオン伝導性ポリマーが10〜300重量部、好ましくは20〜250重量部、また、撥水性材料は5〜100重量部、好ましくは10〜90重量部である。   For example, in the catalyst ink composition of the present invention, the dispersant is 0.01 to 10 parts by weight, preferably 0.02 to 5 parts by weight, and the hydrogen ion conductive polymer with respect to 100 parts by weight of the carbon-based catalyst material. 10 to 300 parts by weight, preferably 20 to 250 parts by weight, and the water repellent material is 5 to 100 parts by weight, preferably 10 to 90 parts by weight.

<水素イオン伝導性ポリマー>
水素イオン伝導性ポリマーは公知である。水素イオン伝導性ポリマーとしては、パーフルオロスルホン酸系等のフッ素系イオン交換樹脂、スルホン酸基などの強酸性官能基を導入したオレフィン系樹脂、ポリイミド系樹脂等が挙げられる。例えば電気陰性度の高いフッ素原子を導入する事で化学的に非常に安定し、スルホン酸基の乖離度が高く、高いイオン導電性が実現できる。このような水素イオン伝導性ポリマーの具体例としては、デュポン社製の「Nafion」、旭硝子(株)製の「Flemion」、旭化成(株)製の「Aciplex」、ゴア(Gore)社製の「Gore Select」等が挙げられる。通常、水素イオン伝導性ポリマーは、ポリマーを5〜30重量%程度含むアルコール水溶液として使用される。アルコールとしては、例えば、メタノール、プロパノール、エタノールジエチルエーテル等が使用される。
<Hydrogen ion conductive polymer>
Hydrogen ion conducting polymers are known. Examples of the hydrogen ion conductive polymer include fluorinated ion exchange resins such as perfluorosulfonic acid, olefin resins and polyimide resins into which strongly acidic functional groups such as sulfonic acid groups are introduced. For example, by introducing a fluorine atom having a high electronegativity, it is chemically very stable, a sulfonic acid group has a high degree of detachment, and high ionic conductivity can be realized. Specific examples of such hydrogen ion conductive polymers include “Nafion” manufactured by DuPont, “Flemion” manufactured by Asahi Glass Co., Ltd., “Aciplex” manufactured by Asahi Kasei Co., Ltd., “ Gore Select "and the like. Usually, the hydrogen ion conductive polymer is used as an alcohol aqueous solution containing about 5 to 30% by weight of the polymer. As the alcohol, for example, methanol, propanol, ethanol diethyl ether and the like are used.

<撥水性材料>
撥水性材料としては、カソード側の触媒層において酸素と水素イオンが反応して水を生じる、この余剰水の排水性がよく、ガス拡散性を妨げないものであればよい。撥水性材料の表面張力としては水の表面張力(約72dyn/cm)より低いものが良く、例えば、フッ素系樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレンが使用できるが、中でもフッ素系樹脂が好ましい。フッ素系樹脂としてはポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)などが挙げられる。
<Water repellent material>
Any water-repellent material may be used as long as it has good drainage of excess water, which reacts with oxygen and hydrogen ions in the catalyst layer on the cathode side to generate water, and does not hinder gas diffusibility. The surface tension of the water repellent material is preferably lower than the surface tension of water (about 72 dyn / cm). For example, fluorine resin, polypropylene, and polyethylene can be used, and among them, fluorine resin is preferable. Examples of the fluororesin include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), and tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP).

<溶剤>
溶剤としては、水または水と親和性が高い溶剤であれば特に限定されない。特に、アルコールが好適に使用できる。このようなアルコールとしては、例えば、沸点80〜200℃程度の1価のアルコールないし多価アルコールが利用でき、好ましくは炭素数が4以下のアルコール系溶剤が挙げられる。具体的には、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール、t−ブタノール等が挙げられる。アルコールは、1種単独で又は2種以上混合して使用される。これらの1価のアルコールの中でも、2−プロパノール、1−ブタノール及びt−ブタノールが好ましい。多価アルコールとしては具体的には、水素イオン伝導性ポリマーとの相溶性及び触媒インキ組成物とした場合の乾燥効率の問題から、例えば、プロピレングリコール、エチレングリコール等が好ましく、中でもプロピレングリコールが特に好ましい。
<Solvent>
As a solvent, if it is a solvent with high affinity with water or water, it will not specifically limit. In particular, alcohol can be preferably used. As such an alcohol, for example, a monohydric alcohol or a polyhydric alcohol having a boiling point of about 80 to 200 ° C. can be used, and an alcohol solvent having 4 or less carbon atoms is preferable. Specific examples include 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, and t-butanol. Alcohol is used individually by 1 type or in mixture of 2 or more types. Among these monohydric alcohols, 2-propanol, 1-butanol and t-butanol are preferable. Specifically, the polyhydric alcohol is preferably, for example, propylene glycol, ethylene glycol or the like, particularly propylene glycol, from the viewpoint of compatibility with the hydrogen ion conductive polymer and the problem of drying efficiency when used as a catalyst ink composition. preferable.

<燃料電池用触媒層および燃料電池用電極膜接合体>
燃料電池用触媒層は、上記触媒インキ組成物を電極基材(カーボンペーパーなど)に直接塗布及び乾燥することにより形成されてもよく、また触媒インキ組成物をテフロン(登録商標)シート等の剥離可能な転写シート(基材)に塗布乾燥して形成した触媒層転写シートを作製し、その後、固体高分子電解質膜に転写することにより形成されてもよい。
<Catalyst layer for fuel cell and electrode membrane assembly for fuel cell>
The catalyst layer for a fuel cell may be formed by directly applying and drying the catalyst ink composition to an electrode substrate (carbon paper or the like), and removing the catalyst ink composition from a Teflon (registered trademark) sheet or the like. It may be formed by preparing a catalyst layer transfer sheet formed by coating and drying on a possible transfer sheet (base material) and then transferring it to a solid polymer electrolyte membrane.

燃料電池用触媒層は、上記触媒インキ組成物を転写シート(テフロン(登録商標)シートなど)に塗布するか、または電極基材に直接塗布し、その後乾燥することにより製造する場合、塗布方法は通常の塗布方法を用いることができる。塗布方法としては、特に限定されるものではなく、例えば、ナイフコーター、バーコーター、ブレードコーター、スプレー、ディップコーター、スピンコーター、ロールコーター、ダイコーター、カーテンコーター、スクリーン印刷等の一般的な方法を適用できる。   When the catalyst layer for a fuel cell is produced by applying the catalyst ink composition to a transfer sheet (such as a Teflon (registered trademark) sheet) or directly applying to the electrode substrate and then drying, A normal coating method can be used. The coating method is not particularly limited, and for example, general methods such as knife coater, bar coater, blade coater, spray, dip coater, spin coater, roll coater, die coater, curtain coater, and screen printing can be used. Applicable.

塗布した後、乾燥することにより、塗膜(燃料電池用触媒層)が形成される。乾燥温度は、通常40〜120℃程度、好ましくは75〜95℃程度である。また、乾燥時間は、乾燥温度にもよるが、通常5分〜2時間程度、好ましくは30分〜1時間程度である。塗布乾燥後の燃料電池用触媒層の厚みは、通常5μm〜80μm程度、好ましくは10μm〜70μm程度がよい。   After coating, the coating film (fuel cell catalyst layer) is formed by drying. A drying temperature is about 40-120 degreeC normally, Preferably it is about 75-95 degreeC. The drying time is usually about 5 minutes to 2 hours, preferably about 30 minutes to 1 hour, although it depends on the drying temperature. The thickness of the fuel cell catalyst layer after coating and drying is usually about 5 μm to 80 μm, preferably about 10 μm to 70 μm.

上記の燃料電池用触媒層を固体高分子電解質膜に転写する場合の加圧レベルは、転写不良を避けるために、通常0.5Mpa〜20Mpa程度、好ましくは1Mpa〜10Mpa程度がよい。また、この加圧操作の際に、転写不良を避けるために、加圧面を加熱するのが好ましい。加熱温度は、固体高分子電解質膜の破損、変性等を避けるために、通常200℃以下、好ましくは120〜150℃程度がよい。   The pressure level in transferring the above fuel cell catalyst layer to the solid polymer electrolyte membrane is usually about 0.5 Mpa to 20 Mpa, preferably about 1 Mpa to 10 Mpa, in order to avoid transfer failure. Further, it is preferable to heat the pressure surface during this pressure operation in order to avoid transfer failure. The heating temperature is usually 200 ° C. or lower, preferably about 120 to 150 ° C., in order to avoid damage or modification of the solid polymer electrolyte membrane.

本発明における燃料電池用電極膜接合体とは、水素イオン伝導性の固体高分子電解質膜の片面もしくは両面に、燃料電池用触媒層が密着して形成され、さらに、その片面もしくは両面に、カーボンペーパー等の電極基材が密着して具備したものを意味する。   The electrode membrane assembly for a fuel cell in the present invention is formed by adhering a fuel cell catalyst layer to one or both sides of a hydrogen ion conductive solid polymer electrolyte membrane, and further, It means what electrode base materials, such as paper, have adhered and comprised.

燃料電池用電極膜接合体の製造方法としては、電極基材上に予め形成された燃料電池用触媒層を、固体高分子電解質膜の片面もしくは両面に熱圧着することで燃料電池用電極膜接合体を作製してもよいし、転写基材上に予め形成された燃料電池用触媒層を、転写によって固体高分子電解質膜上に形成後、電極基材を熱圧着することで燃料電池用電極膜接合体を作製してもよい。この際、使用する電極基材は、予め燃料電池触媒層が形成されたものを使用することもできる。 As a method for producing an electrode membrane assembly for a fuel cell, a fuel cell catalyst layer previously formed on an electrode substrate is bonded to one or both sides of a solid polymer electrolyte membrane by thermocompression bonding. The fuel cell electrode may be prepared by forming a catalyst layer for a fuel cell previously formed on a transfer substrate on a solid polymer electrolyte membrane by transfer and then thermocompression-bonding the electrode substrate. A membrane assembly may be produced. At this time, the electrode base material on which the fuel cell catalyst layer is formed in advance can be used.

上記の燃料電池用電極膜接合体において、電極基材と燃料電池用触媒層及び固体高分子電解質膜間を熱圧着する場合の加圧レベルは、通常0.1Mpa〜100Mpa程度、好ましくは1Mpa〜20Mpa程度がよい。また、加熱温度としては、固体高分子電解質膜の破損、変性等を避けるために、通常200℃以下、好ましくは120〜150℃程度がよい。 In the fuel cell electrode membrane assembly described above, the pressure level when thermocompression bonding between the electrode substrate, the fuel cell catalyst layer, and the solid polymer electrolyte membrane is usually about 0.1 Mpa to 100 Mpa, preferably 1 Mpa to About 20 Mpa is good. The heating temperature is usually 200 ° C. or lower, preferably about 120 to 150 ° C., in order to avoid damage or modification of the solid polymer electrolyte membrane.

本発明の電極膜接合体は、触媒層の電極基材と接触する側に微多孔質の層を含んでいてもよい。この層は、触媒層の一部として取り扱われたり、あるいは撥水層やMPL(micro porous layer、マイクロポーラスレイヤー)とも呼ばれ、触媒層へのガス供給の均一化や、導電性の向上に加え、カソード側で発電時に発生する水の排水性を向上させる等の役割を持つ。撥水層あるいはMPLは、例えば、炭素材料や炭素系触媒材料と、撥水性材料を含むインキ組成物をカーボンペーパー基材上に塗工後、300℃程度で焼成することにより形成でき、本発明の触媒ペースト組成物も好適に使用できる。 The electrode membrane assembly of the present invention may include a microporous layer on the side of the catalyst layer that contacts the electrode substrate. This layer is handled as a part of the catalyst layer, or is also called a water repellent layer or MPL (micro porous layer), in addition to uniform gas supply to the catalyst layer and improved conductivity. It has the role of improving the drainage of water generated during power generation on the cathode side. The water-repellent layer or MPL can be formed, for example, by applying a carbon material or a carbon-based catalyst material and an ink composition containing a water-repellent material onto a carbon paper substrate and firing at about 300 ° C. The catalyst paste composition can also be suitably used.

<固体高分子電解質膜>
固体高分子電解質膜としては、例えば、パーフルオロスルホン酸系のフッ素イオン交換樹脂等が挙げられる。電気陰性度の高いフッ素原子を導入する事で化学的に非常に安定し、スルホン酸基の乖離度が高く、高いイオン導電性が実現できる。このような水素イオン伝導性高分子電解質の具体例としてはデュポン社製の「Nafion」、旭硝子(株)製の「Flemion」、旭化成(株)製の「Aciplex」、ゴア(Gore)社製の「Gore Select」等を用いて形成した膜が挙げられる。電解質膜の膜厚は、通常20μm〜250μm程度、好ましくは20μm〜80μm程度である。
<Solid polymer electrolyte membrane>
Examples of the solid polymer electrolyte membrane include perfluorosulfonic acid-based fluorine ion exchange resins. By introducing a fluorine atom having a high electronegativity, it is chemically very stable, the degree of sulfonic acid group dissociation is high, and high ionic conductivity can be realized. Specific examples of such a hydrogen ion conductive polymer electrolyte include “Nafion” manufactured by DuPont, “Flemion” manufactured by Asahi Glass Co., Ltd., “Aciplex” manufactured by Asahi Kasei Co., Ltd., and Gore manufactured by Gore. Examples include films formed using “Gore Select” or the like. The thickness of the electrolyte membrane is usually about 20 μm to 250 μm, preferably about 20 μm to 80 μm.

<電極基材(ガス拡散層)>
電極基材は、公知であり、燃料極又は空気極を構成する各種の電極基材を使用できる。電極基材は導電性を有する材料であれば良いが、好ましくは炭素繊維からなるカーボンペーパーなどがよい。
また、電極基材はガス拡散層あるいはGDLとも呼ばれ、カソード側では空気中の酸素を取り入れ、アノード側では水素を取り込めるように気体が通過および拡散できるような多孔質または繊維状のものであることが好ましい。更に電子の出し入れが必要なため導電性を有する材料を用いらなければならない。通常使用されるのはカーボンペーパー基材などである。
<Electrode substrate (gas diffusion layer)>
The electrode base material is well known, and various electrode base materials constituting a fuel electrode or an air electrode can be used. The electrode base material may be any material having conductivity, but preferably carbon paper made of carbon fiber.
The electrode substrate is also called a gas diffusion layer or GDL and is porous or fibrous so that gas can pass and diffuse so that oxygen in the air can be taken in on the cathode side and hydrogen can be taken in on the anode side. It is preferable. Furthermore, since it is necessary to take in and out electrons, a conductive material must be used. Usually used are carbon paper base materials and the like.

<転写基材>
転写基材は触媒インキ組成物を塗布することで燃料電池用触媒層を形成し、転写基材上にある触媒層をナフィオンなどの固体高分子電解質膜に転写するためのフィルム基材である。転写基材としては、安価で入手が容易な高分子フィルムが好ましく、ポリテトラフルオロエチレン、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート等がより好ましい。転写基材の厚さは、取り扱い性及び経済性の観点から、通常6μm〜100μm程度、好ましくは10μm〜50μm程度、より好ましくは15μm〜30μm程度とするのがよい。
<Transfer substrate>
The transfer substrate is a film substrate for applying a catalyst ink composition to form a fuel cell catalyst layer and transferring the catalyst layer on the transfer substrate to a solid polymer electrolyte membrane such as Nafion. As the transfer substrate, a polymer film that is inexpensive and easily available is preferable, and polytetrafluoroethylene, polyimide, polyethylene terephthalate, and the like are more preferable. The thickness of the transfer substrate is usually about 6 μm to 100 μm, preferably about 10 μm to 50 μm, more preferably about 15 μm to 30 μm, from the viewpoints of handleability and economy.

<燃料電池>
本発明の燃料電池は、従来の燃料電池と比べ、燃料電池用触媒ペースト組成物や燃料電池用触媒インキ組成物の分散性に優れるため炭素系触媒材料が酸素ガスなどの気体と好適に接触できることで酸素還元電位や酸素還元電流密度(単に電流密度ということがある)が向上し、塗工ムラやピンホールが少ないため耐久性に優れるという利点がある。
<Fuel cell>
Since the fuel cell of the present invention is superior in dispersibility of the fuel cell catalyst paste composition and the fuel cell catalyst ink composition as compared with the conventional fuel cell, the carbon-based catalyst material can be suitably brought into contact with a gas such as oxygen gas. Thus, the oxygen reduction potential and the oxygen reduction current density (sometimes simply referred to as current density) are improved, and the coating unevenness and pinholes are small, so that the durability is excellent.

以下に、燃料電池の性能を評価する方法の一例を示す。燃料電池用電極膜接合体を4cm角の試料とし、その両側からガスケットを2枚、次いでグラファイトプレートであるセパレータを2枚はさみ、更に両側から集電板を2枚装着して単セルとして作製する。カソード(空気極)側から加湿した酸素ガスを供給し、アノード(燃料極)側から加湿した水素ガスを供給して電池特性を測定する。   Below, an example of the method of evaluating the performance of a fuel cell is shown. A fuel cell electrode membrane assembly is used as a sample of 4 cm square, and two gaskets are sandwiched from both sides thereof, then two separators which are graphite plates are sandwiched, and two current collector plates are further attached from both sides to produce a single cell. . Battery characteristics are measured by supplying humidified oxygen gas from the cathode (air electrode) side and supplying humidified hydrogen gas from the anode (fuel electrode) side.

以上述べたように、本発明の燃料電池用触媒ペースト組成物や燃料電池用触媒インキ組成物を用いて作製される燃料電池用触媒層は、酸素ガスなどの気体との接触が起こりやすくなることが考えられ、その結果、酸素還元電位や電流密度が向上し、塗工ムラやピンホールが少なく、耐久性に優れるという利点がある。したがって、本発明の燃料電池用触媒層および燃料電池用電極膜接合体を用いて作製された燃料電池は、従来の燃料電池と比べて、経済的でコスト優位性が高く、また触媒が被毒されることなく耐久性に優れるという長所を有する。   As described above, the fuel cell catalyst layer produced using the fuel cell catalyst paste composition or fuel cell catalyst ink composition of the present invention is likely to come into contact with a gas such as oxygen gas. As a result, there are advantages that the oxygen reduction potential and current density are improved, coating unevenness and pinholes are small, and durability is excellent. Therefore, the fuel cell produced using the fuel cell catalyst layer and the fuel cell electrode membrane assembly of the present invention is more economical and cost superior than the conventional fuel cell, and the catalyst is poisoned. It has the advantage that it is excellent in durability.

以下に、本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明はこれによって限定されるものではない。なお、実施例及び比較例中、特に断りの無い限り、「部」とは「重量部」、「%」とは「重量%」を意味する。   Hereinafter, the present invention will be described based on examples, but the present invention is not limited thereto. In Examples and Comparative Examples, “part” means “part by weight” and “%” means “% by weight” unless otherwise specified.

分散剤に関し、「塩基性官能基を有する有機色素誘導体、塩基性官能基を有するアントラキノン誘導体、塩基性官能基を有するアクリドン誘導体、及び塩基性官能基を有するトリアジン誘導体からなる群から選ばれる1種以上の誘導体」の記載は、以下、「塩基性官能基を有する誘導体」と略記することがある。又、「酸性官能基を有する有機色素誘導体、及び酸性官能基を有するトリアジン誘導体からなる群から選ばれる1種以上の誘導体」の記載は、以下、「酸性官能基を有する誘導体」と略記することがある。さらに、『「塩基性官能基を有する各種誘導体」又は「酸性官能基を有する各種誘導体」』の記載は、「塩基性官能基又は酸性官能基を有する誘導体」と略記することがある。   Regarding the dispersant, “one kind selected from the group consisting of an organic dye derivative having a basic functional group, an anthraquinone derivative having a basic functional group, an acridone derivative having a basic functional group, and a triazine derivative having a basic functional group” Hereinafter, the description of “the derivative” may be abbreviated as “derivative having a basic functional group”. In addition, the description of “one or more derivatives selected from the group consisting of an organic dye derivative having an acidic functional group and a triazine derivative having an acidic functional group” is hereinafter abbreviated as “a derivative having an acidic functional group”. There is. Furthermore, the description of “various derivatives having basic functional groups” or “various derivatives having acidic functional groups” may be abbreviated as “derivatives having basic functional groups or acidic functional groups”.

酸性官能基を有する樹脂の「重合平均分子量(Mw)」は、装置としてHLC−8320GPC(東ソー株式会社製)を使用して測定を行ったポリスチレン換算値である。   The “polymerization average molecular weight (Mw)” of the resin having an acidic functional group is a polystyrene equivalent value measured using HLC-8320GPC (manufactured by Tosoh Corporation) as an apparatus.

又、塩基性官能基を有する樹脂の「重合平均分子量(Mw)」は、装置としてHLC−8320GPC(東ソー株式会社製)を使用し、さらにカラムとして SUPER−AW3000を使用し、溶離液として30mMトリエチルアミン及び10mM LiBrのN,N−ジメチルホルムアミド溶液を用いて測定を行って得られたポリスチレン換算値である。   In addition, “polymerization average molecular weight (Mw)” of a resin having a basic functional group uses HLC-8320GPC (manufactured by Tosoh Corporation) as an apparatus, SUPER-AW3000 as a column, and 30 mM triethylamine as an eluent. And it is the polystyrene conversion value obtained by measuring using the N, N- dimethylformamide solution of 10 mM LiBr.

酸価は、「JIS K 2501-2003石油製品及び潤滑油-中和価試験方法」に基づいて測定した。試料を、キシレンとジメチルホルムアミド(1+1)を混合した滴定溶剤に溶かし、電位差滴定法により0.1mol/L水酸化カリウム・エタノール溶液で滴定し、滴定曲線上の変曲点を終点とした。水酸化カリウム溶液の終点までの滴定量から、酸価を算出した。又、アミン価は、ASTM D 2074の方法によって得られた測定値である。   The acid value was measured based on "JIS K 2501-2003 Petroleum products and lubricants-Neutralization number test method". The sample was dissolved in a titration solvent in which xylene and dimethylformamide (1 + 1) were mixed, and titrated with a 0.1 mol / L potassium hydroxide / ethanol solution by potentiometric titration, and the inflection point on the titration curve was taken as the end point. The acid value was calculated from the titration amount to the end point of the potassium hydroxide solution. The amine value is a measured value obtained by the method of ASTM D 2074.

<分散剤>
<塩基性官能基を有する化合物:塩基性官能基を有する誘導体>
表1〜4に示す分散剤A〜Oであり、より詳細には以下のように分類される。
・塩基性官能基を有する有機色素誘導体:A、B、C、D、E、H
・塩基性官能基を有するアントラキノン誘導体:F、L
・塩基性官能基を有するアクリドン誘導体:G
・塩基性官能基を有するトリアジン誘導体:H、I、J、K、L、M、N、O
<Dispersant>
<Compound having a basic functional group: a derivative having a basic functional group>
Dispersants A to O shown in Tables 1 to 4, and more specifically classified as follows.
Organic pigment derivatives having basic functional groups: A, B, C, D, E, H
Anthraquinone derivatives having basic functional groups: F, L
・ Acridone derivatives having basic functional groups: G
Triazine derivatives having basic functional groups: H, I, J, K, L, M, N, O

<塩基性官能基、及び酸性官能基を持たない化合物>
表5に示す分散剤P、Qであり、本発明では比較検討のために使用する。
<Compound without basic functional group and acidic functional group>
Dispersants P and Q shown in Table 5 are used for comparison in the present invention.

<塩基性官能基を有する化合物:塩基性官能基を有する樹脂>
・塩基性官能基を有する樹脂 重合体G1タイプ
G1−1:アミノ基を有するポリビニル系重合体;重量平均分子量は13500、アミン価27.5mg KOH/g。
G1−2:アミノ基を有するポリビニル系重合体;重量平均分子量は21600、アミン価17.4mg KOH/g。
G1−3:アミノ基を有するポリビニル系重合体;重量平均分子量は11900、アミン価25.2mg KOH/g。
<Compound having basic functional group: resin having basic functional group>
Resin having basic functional group Polymer G1 type G1-1: Polyvinyl polymer having amino group; weight average molecular weight 13500, amine value 27.5 mg KOH / g.
G1-2: Polyvinyl polymer having an amino group; the weight average molecular weight is 21600, and the amine value is 17.4 mg KOH / g.
G1-3: Polyvinyl polymer having an amino group; weight average molecular weight 11900, amine value 25.2 mg KOH / g.

上記重合体G1−1〜G1−3の調製方法は以下のとおりである。   The preparation methods of the polymers G1-1 to G1-3 are as follows.

<アミノ基を有するビニル系樹脂 重合体G1−1の調製>
<ビニル重合体A1−1の合成>
ガス導入管、温度計、コンデンサー、攪拌機を備えた反応容器に、メチルメタクリレート 500部、チオグリセロール 28部と、N−メチル−2−ピロリドン 528部を仕込み、窒素ガスで置換した。反応容器内を90℃に加熱して、AIBN 0.50部を添加した後7時間反応した。固形分測定により95%が反応したことを確認後、室温まで冷却して、重量平均分子量4200の、片末端領域に2つの遊離ヒドロキシル基を有するビニル重合体A−1の固形分50%溶液を得た。
<Preparation of Vinyl Resin Polymer G1-1 Having Amino Group>
<Synthesis of vinyl polymer A1-1>
A reaction vessel equipped with a gas introduction tube, a thermometer, a condenser, and a stirrer was charged with 500 parts of methyl methacrylate, 28 parts of thioglycerol, and 528 parts of N-methyl-2-pyrrolidone, and replaced with nitrogen gas. The inside of the reaction vessel was heated to 90 ° C., and 0.50 part of AIBN was added, followed by reaction for 7 hours. After confirming that 95% had reacted by solid content measurement, it was cooled to room temperature, and a 50% solid content solution of vinyl polymer A-1 having a weight average molecular weight of 4200 and having two free hydroxyl groups in one end region was obtained. Obtained.

<重合体G1−1の合成>
ガス導入管、温度計、コンデンサー、攪拌機を備えた反応容器に、ビニル重合体A1−1の固形分50%溶液 1022部と、イソホロンジイソシアネート 45.2部と、触媒としてジブチル錫ジラウレート 0.11gを仕込み、窒素ガスで置換した。反応容器内を100℃に加熱して、3時間反応した後、40℃まで冷却して、イミノビスプロピルアミン 26.7部、N−メチル−2−ピロリドン 363.3部の混合液中に30分かけて滴下し、さらに1時間反応した後、室温まで冷却して反応を終了した。固形分を40%に調整し、重合体G1−1の淡黄色透明溶液を得た。重合体G1−1の重量平均分子量は13500であり、アミン価27.5mg KOH/gであった。
<Synthesis of Polymer G1-1>
In a reaction vessel equipped with a gas introduction tube, a thermometer, a condenser, and a stirrer, 1022 parts of a 50% solid content solution of vinyl polymer A1-1, 45.2 parts of isophorone diisocyanate, and 0.11 g of dibutyltin dilaurate as a catalyst Charged and replaced with nitrogen gas. The reaction vessel was heated to 100 ° C., reacted for 3 hours, cooled to 40 ° C., and mixed with 30% in a mixed solution of 26.7 parts iminobispropylamine and 363.3 parts N-methyl-2-pyrrolidone. The mixture was added dropwise over a period of minutes, and the reaction was further continued for 1 hour, followed by cooling to room temperature to complete the reaction. The solid content was adjusted to 40% to obtain a pale yellow transparent solution of the polymer G1-1. The weight average molecular weight of the polymer G1-1 was 13500, and the amine value was 27.5 mg KOH / g.

<アミノ基を有するビニル系樹脂 重合体G1−2の調製>
<ビニル重合体A1−2の合成>
ガス導入管、温度計、コンデンサー、攪拌機を備えた反応容器に、n−ブチルメタクリレート 500部と、チオグリセロール 28部と、N−メチル−2−ピロリドン 528部を仕込み、窒素ガスで置換した。反応容器内を90℃に加熱して、AIBN 0.50部を添加した後7時間反応した。固形分測定により95%が反応したことを確認後、室温まで冷却して、重量平均分子量4800の、片末端領域に2つの遊離ヒドロキシル基を有するビニル重合体A1−2の固形分50%溶液を得た。
<Preparation of Vinyl Resin Polymer G1-2 Having Amino Group>
<Synthesis of vinyl polymer A1-2>
In a reaction vessel equipped with a gas introduction tube, a thermometer, a condenser, and a stirrer, 500 parts of n-butyl methacrylate, 28 parts of thioglycerol, and 528 parts of N-methyl-2-pyrrolidone were charged and replaced with nitrogen gas. The inside of the reaction vessel was heated to 90 ° C., and 0.50 part of AIBN was added, followed by reaction for 7 hours. After confirming that 95% had reacted by solid content measurement, it was cooled to room temperature, and a 50% solid content solution of vinyl polymer A1-2 having a weight average molecular weight of 4800 and having two free hydroxyl groups in one end region was obtained. Obtained.

<重合体G1−2の合成>
ガス導入管、温度計、コンデンサー、攪拌機を備えた反応容器に、ビニル重合体(A1−2)の固形分50%溶液 1056部と、イソホロンジイソシアネート 115.1部と、触媒としてジブチル錫ジラウレート 0.12gを仕込み、窒素ガスで置換した。反応容器内を100℃に加熱して、3時間反応した後、40℃まで冷却して、イミノビスプロピルアミン 25.5部と、2−アミノ−2−メチル−プロパノール 11.5部と、N−メチル−2−ピロリドン 492.0部の混合液中に30分かけて滴下し、さらに1時間反応した後、室温まで冷却して反応を終了した。固形分を40%に調整し、重合体G1−2の淡黄色透明溶液を得た。重合体G1−2の重量平均分子量は21600であり、アミン価17.4mg KOH/gであった。
<Synthesis of Polymer G1-2>
In a reaction vessel equipped with a gas inlet tube, a thermometer, a condenser, and a stirrer, 1056 parts of a 50% solid solution of vinyl polymer (A1-2), 115.1 parts of isophorone diisocyanate, and dibutyltin dilaurate as a catalyst 0. 12 g was charged and replaced with nitrogen gas. The reaction vessel was heated to 100 ° C., reacted for 3 hours, cooled to 40 ° C., 25.5 parts of iminobispropylamine, 11.5 parts of 2-amino-2-methyl-propanol, N -Methyl-2-pyrrolidone The mixture was added dropwise to 492.0 parts of a mixed solution over 30 minutes, reacted for another 1 hour, and then cooled to room temperature to complete the reaction. The solid content was adjusted to 40% to obtain a pale yellow transparent solution of polymer G1-2. The weight average molecular weight of the polymer G1-2 was 21600, and the amine value was 17.4 mg KOH / g.

<アミノ基を有するビニル系樹脂 重合体G1−3の調製>
<ビニル重合体A1−3の合成>
ガス導入管、温度計、コンデンサー、攪拌機を備えた反応容器に、メチルメタクリレート 400部と、ブチルアクリレート 100部と、チオグリセロール 56部と、N−メチル−2−ピロリドン 556部を仕込み、窒素ガスで置換した。反応容器内を90℃に加熱して、AIBN 0.50部を添加した後7時間反応した。固形分測定により95%が反応したことを確認後、室温まで冷却して、重量平均分子量3000の、片末端領域に2つの遊離ヒドロキシル基を有するビニル重合体A1−3の固形分50%溶液を得た。
<Preparation of vinyl-based resin polymer G1-3 having amino group>
<Synthesis of vinyl polymer A1-3>
A reaction vessel equipped with a gas inlet tube, a thermometer, a condenser, and a stirrer was charged with 400 parts of methyl methacrylate, 100 parts of butyl acrylate, 56 parts of thioglycerol, and 556 parts of N-methyl-2-pyrrolidone. Replaced. The inside of the reaction vessel was heated to 90 ° C., and 0.50 part of AIBN was added, followed by reaction for 7 hours. After confirming that 95% had reacted by solid content measurement, it was cooled to room temperature, and a 50% solid content solution of vinyl polymer A1-3 having a weight average molecular weight of 3000 and having two free hydroxyl groups in one end region was obtained. Obtained.

<重合体G1−3の合成>
ガス導入管、温度計、コンデンサー、攪拌機を備えた反応容器に、ビニル重合体A1−3の固形分50%溶液 1112部と、イソホロンジイソシアネート 230.2部と、触媒としてジブチル錫ジラウレート 0.13gを仕込み、窒素ガスで置換した。反応容器内を100℃に加熱して、3時間反応した後、40℃まで冷却して、メチルイミノビスプロピルアミン 56.4部と、ジブチルアミン 33.4部と、N−メチル−2−ピロリドン 757.9部の混合液中に30分かけて滴下し、さらに1時間反応した後、室温まで冷却して反応を終了した。固形分を40%に調整し、重合体G1−3の淡黄色透明溶液を得た。重合体G1−3の重量平均分子量は11900であり、アミン価25.2mg
KOH/gであった。
<Synthesis of Polymer G1-3>
In a reaction vessel equipped with a gas introduction tube, a thermometer, a condenser, and a stirrer, 1112 parts of a 50% solid solution of vinyl polymer A1-3, 230.2 parts of isophorone diisocyanate, and 0.13 g of dibutyltin dilaurate as a catalyst Charged and replaced with nitrogen gas. The reaction vessel was heated to 100 ° C., reacted for 3 hours, cooled to 40 ° C., 56.4 parts of methyliminobispropylamine, 33.4 parts of dibutylamine, and N-methyl-2-pyrrolidone. The mixture was added dropwise to 757.9 parts of the mixture over 30 minutes, and the reaction was further continued for 1 hour, followed by cooling to room temperature to complete the reaction. The solid content was adjusted to 40% to obtain a pale yellow transparent solution of polymer G1-3. The weight average molecular weight of the polymer G1-3 is 11900, and the amine value is 25.2 mg.
KOH / g.

・塩基性官能基を有する樹脂 重合体G2タイプ
G2−1:アミノ基を有するポリエステル系重合体;重量平均分子量13000、アミン価36mgKOH/g。
G2−2:アミノ基を有するポリエステル系重合体;重量平均分子量27000、アミン価41mgKOH/g。
G2−3:アミノ基を有するポリビニル系重合体;重量平均分子量15200、アミン価94mgKOH/g。
Resin having basic functional group Polymer G2 type G2-1: Polyester polymer having amino group; weight average molecular weight 13000, amine value 36 mgKOH / g.
G2-2: Polyester polymer having an amino group; weight average molecular weight 27000, amine value 41 mgKOH / g.
G2-3: Polyvinyl polymer having an amino group; weight average molecular weight 15200, amine value 94 mgKOH / g.

上記重合体G2−1〜G2−3の調製方法は以下のとおりである。<アミノ基を有するポリエステル系重合体G2−1の調製>
<片末端にアクリロイル基を有するポリエステルA2−1の合成>
ガス導入管、温度計、コンデンサー、攪拌機を備えた反応容器に、4−ヒドロキシブチルアクリレート20.8部とε−カプロラクトン379部、触媒としてモノブチルスズ(IV)オキシド0.1部、重合禁止剤としてハイドロキノン0.1部を仕込み、乾燥空気流下、120℃で4時間加熱、撹拌し固形分測定により95%が反応したことを確認し反応を終了し、N−メチル−2−ピロリドン171部を加えて希釈し、更に、固形分70重量%に調整して、重量平均分子量6500の、片末端に1つのアクリロイ基を有するポリエステルA2−1の固形分70重量%溶液を得た。
The preparation methods of the polymers G2-1 to G2-3 are as follows. <Preparation of polyester polymer G2-1 having an amino group>
<Synthesis of polyester A2-1 having an acryloyl group at one end>
In a reaction vessel equipped with a gas introduction tube, a thermometer, a condenser, and a stirrer, 20.8 parts of 4-hydroxybutyl acrylate and 379 parts of ε-caprolactone, 0.1 part of monobutyltin (IV) oxide as a catalyst, and as a polymerization inhibitor 0.1 part of hydroquinone was added, heated and stirred at 120 ° C. for 4 hours under a dry air flow, and the reaction was terminated after confirming that 95% had reacted by solid content measurement, and 171 parts of N-methyl-2-pyrrolidone was added. Further, the solid content was adjusted to 70% by weight to obtain a 70% solids solution of polyester A2-1 having a weight average molecular weight of 6500 and one acryloyl group at one end.

<重合体G2−1の合成>
ガス導入管、温度計、コンデンサー、攪拌機を備えた反応容器に、イミノビスプロピルアミン18.9部と、N−メチル−2−ピロリドン248部を仕込み、50℃に加熱してポリエステルA2−1の固形分70重量%溶液571部を30分かけて滴下し、さらに1時間反応した後、イソホロンジイソシアネート16.0部、N−メチル−2−ピロリドン112部の混合液を30分かけて滴下し、更に2時間反応し、N−メチル−2−ピロリドンを加えて、固形分30重量%に調整して、重量平均分子量13000、アミン価36mgKOH/gの重合体G2−1の固形分30重量%溶液を得た。
<Synthesis of Polymer G2-1>
In a reaction vessel equipped with a gas introduction tube, a thermometer, a condenser, and a stirrer, 18.9 parts of iminobispropylamine and 248 parts of N-methyl-2-pyrrolidone were charged and heated to 50 ° C. to obtain polyester A2-1. 571 parts of a 70 wt% solid solution was added dropwise over 30 minutes, and after further reaction for 1 hour, a mixed solution of 16.0 parts of isophorone diisocyanate and 112 parts of N-methyl-2-pyrrolidone was added dropwise over 30 minutes, The reaction was further continued for 2 hours, N-methyl-2-pyrrolidone was added to adjust the solid content to 30% by weight, and a solid content 30% by weight solution of polymer G2-1 having a weight average molecular weight of 13,000 and an amine value of 36 mgKOH / g. Got.

<アミノ基を有するポリエステル系重合体G2−2の調製>
<重合体G2−2の合成>
ガス導入管、温度計、コンデンサー、攪拌機を備えた反応容器に、メチルイミノビスプロピルアミン23.9部と、N−メチル−2−ピロリドン248部を仕込み、50℃に加熱してポリエステルA2−1の固形分70重量%溶液571部を30分かけて滴下し、さらに1時間反応した後、イソホロンジイソシアネート18.3部、N−メチル−2−ピロリドン207部の混合液を30分かけて滴下し、更に2時間反応し、N−メチル−2−ピロリドンを加えて、固形分30重量%に調整して、重量平均分子量27000、アミン価41mgKOH/gの重合体G2−2の固形分30重量%溶液を得た。
<Preparation of polyester polymer G2-2 having an amino group>
<Synthesis of Polymer G2-2>
A reaction vessel equipped with a gas introduction tube, a thermometer, a condenser, and a stirrer was charged with 23.9 parts of methyliminobispropylamine and 248 parts of N-methyl-2-pyrrolidone and heated to 50 ° C. to obtain polyester A2-1. 571 parts of a 70% by weight solids solution was added dropwise over 30 minutes, and the reaction was continued for another hour, followed by dropwise addition of a mixture of 18.3 parts isophorone diisocyanate and 207 parts N-methyl-2-pyrrolidone over 30 minutes. The mixture was further reacted for 2 hours, N-methyl-2-pyrrolidone was added to adjust the solid content to 30% by weight, and the solid content of the polymer G2-2 having a weight average molecular weight of 27,000 and an amine value of 41 mgKOH / g was 30% by weight. A solution was obtained.

<アミノ基を有するビニル系重合体G2−3の調製>
<片末端にアクリロイル基を有するビニル重合体A2−2の合成>
ガス導入管、温度計、コンデンサー、攪拌機を備えた反応容器に、メチルメタクリレート400部とブチルアクリレート100部、N−メチル−2−ピロリドン100部を仕込み、窒素ガスで置換した。反応容器内を80℃に加熱して、3−メルカプト−1,2−プロパンジオール27.5部に、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル0.5部を溶解した溶液を添加して、10時間反応した。固形分測定により95%が反応したことを確認し、N−メチル−2−ピロリドン427部を加えて希釈したのち、乾燥空気流下でアクリロイルオキシエチルイソシアネート32.6部、DBTDL 1部、メチルハイドロキノン0.3部を加え、さらに2時間加熱攪拌し、更に、固形分50重量%に調整して、重量平均分子量4500の、片末端に2つのアクリロイル基を有するビニル重合体A2−2の固形分50重量%溶液を得た。
<Preparation of vinyl polymer G2-3 having amino group>
<Synthesis of vinyl polymer A2-2 having an acryloyl group at one end>
A reaction vessel equipped with a gas introduction tube, a thermometer, a condenser, and a stirrer was charged with 400 parts of methyl methacrylate, 100 parts of butyl acrylate, and 100 parts of N-methyl-2-pyrrolidone and replaced with nitrogen gas. The reaction vessel was heated to 80 ° C., and a solution in which 0.5 part of 2,2′-azobisisobutyronitrile was dissolved in 27.5 parts of 3-mercapto-1,2-propanediol was added. Reacted for 10 hours. It was confirmed that 95% had reacted by solid content measurement, diluted with 427 parts of N-methyl-2-pyrrolidone, and then 32.6 parts of acryloyloxyethyl isocyanate, 1 part of DBTDL, 3 parts was added, and the mixture was further heated and stirred for 2 hours. Further, the solid content was adjusted to 50% by weight, and the solid content of vinyl polymer A2-2 having a weight average molecular weight of 4500 and having two acryloyl groups at one end was 50. A weight percent solution was obtained.

<重合体G2−3の合成>
ガス導入管、温度計、コンデンサー、攪拌機を備えた反応容器に、イミノビスプロピルアミン27.8部と、N−メチル−2−ピロリドン184部を仕込み、50℃に加熱してビニル重合体A2−2の固形分70重量%溶液500部を30分かけて滴下し、さらに1時間反応した後、イソホロンジイソシアネート15.7部、N−メチル−2−ピロリドン121部の混合液を30分かけて滴下し、更に2時間反応し、N−メチル−2−ピロリドンを加えて、固形分30重量%に調整して、重量平均分子量15200、アミン価94mgKOH/gの重合体G2−3の固形分30重量%溶液を得た。
<Synthesis of Polymer G2-3>
Into a reaction vessel equipped with a gas introduction tube, a thermometer, a condenser, and a stirrer, 27.8 parts of iminobispropylamine and 184 parts of N-methyl-2-pyrrolidone were charged and heated to 50 ° C. to be vinyl polymer A2- 500 parts of a 70% by weight solid content solution of 2 was added dropwise over 30 minutes, and after another 1 hour of reaction, a mixed solution of 15.7 parts of isophorone diisocyanate and 121 parts of N-methyl-2-pyrrolidone was added dropwise over 30 minutes. The mixture was further reacted for 2 hours, N-methyl-2-pyrrolidone was added to adjust the solid content to 30% by weight, and the solid content of polymer G2-3 having a weight average molecular weight of 15200 and an amine value of 94 mgKOH / g was 30%. % Solution was obtained.

・上記重合体G1およびG2タイプ以外の塩基性官能基を有する樹脂G3
G3−1:アジスパーPB821、味の素ファインテクノ社製、アミノ基を有する樹脂
G3−2:SOLSPERSE24000GR、日本ルーブリゾール社製、アミノ基を
有する樹脂
-Resin G3 having a basic functional group other than the polymers G1 and G2
G3-1: Ajisper PB821, manufactured by Ajinomoto Fine Techno Co., Ltd., resin having amino group G3-2: SOLPERSE24000GR, manufactured by Nippon Lubrizol Co., Ltd., resin having amino group

・ビニルアミド系樹脂
G3−3:PVP K−30(ISPジャパン社製、商品名):ポリビニルピロリドン(PVPと略記)、重量平均分子量約4〜8万。
G3−4:PNVA GE191(昭和電工社製、商品名):ポリN−ビニルアセトアミド(PNVAと略)重量平均分子量約1〜3万。
-Vinylamide resin G3-3: PVP K-30 (trade name, manufactured by ISP Japan): polyvinylpyrrolidone (abbreviated as PVP), weight average molecular weight of about 40,000 to 80,000.
G3-4: PNVA GE191 (manufactured by Showa Denko KK, trade name): poly N-vinylacetamide (abbreviated as PNVA) weight average molecular weight of about 1 to 30,000.

<酸性官能基を有する化合物:酸性官能基を有する誘導体>
表6〜10に示す分散剤Da〜Dsであり、より詳細には以下のように分類される。・酸性官能基を有する有機色素誘導体:Da、Dk、Dl、Dm、Dn、Do、Dp、Dq、Dr、Ds・酸性官能基を有するトリアジン誘導体:Da、Db、Dc、Dd、De、Df、Dg、Dh、Di、Dj、Dp、Dr
<Compound having acidic functional group: Derivative having acidic functional group>
Dispersants Da to Ds shown in Tables 6 to 10, and more specifically classified as follows. Organic dye derivatives having acidic functional groups: Da, Dk, Dl, Dm, Dn, Do, Dp, Dq, Dr, Ds Triazine derivatives having acidic functional groups: Da, Db, Dc, Dd, De, Df, Dg, Dh, Di, Dj, Dp, Dr

酸性官能基を有する誘導体Dm:触媒ペースト組成物の調製時に、スルホン酸体(造塩なし)に1当量のアンモニアを添加し、アンモニウム造塩物とした。   Derivative Dm having acidic functional group: At the time of preparation of the catalyst paste composition, 1 equivalent of ammonia was added to the sulfonic acid form (no salt formation) to obtain an ammonium salt product.

酸性官能基を有する誘導体Ds:触媒ペースト組成物の調製時に、スルホン酸体(造塩なし)に1当量のアンモニアを添加し、アンモニウム造塩物とした。   Derivative Ds having acidic functional group: During preparation of the catalyst paste composition, 1 equivalent of ammonia was added to the sulfonic acid form (no salt formation) to obtain an ammonium salt product.

<酸性化合物:無機酸、分子量300以下の有機酸>
無機酸、及び分子量300以下の有機酸に関しては、後述する表11に示した化合物を、表11に示した組成に従って添加した。
<Acid compound: inorganic acid, organic acid having a molecular weight of 300 or less>
For inorganic acids and organic acids having a molecular weight of 300 or less, the compounds shown in Table 11 described later were added according to the composition shown in Table 11.

<酸性化合物:酸性官能基を有する樹脂>
・酸性官能基を有するポリビニル系樹脂H1タイプ
<カルボキシル基を有するポリビニル系樹脂H1−1の調製>
ガス導入管、温度計、コンデンサー、攪拌機を備えた反応容器に、n−ブチルメタクリレート100部とベンジルメタクリレート100部を仕込み、窒素ガスで置換した。反応容器内を80℃に加熱して、3−メルカプト−1,2−プロパンジオール12部に、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル0.1部を溶解した溶液を添加して、10時間反応した。固形分測定により95%が反応したことを確認した。ピロメリット酸無水物19部、N−メチル−2−ピロリドン231部、触媒として1,8−ジアザビシクロ−[5.4.0]−7−ウンデセン0.40部を追加し、120℃で7時間反応させた。酸価の測定で98%以上の酸無水物がハーフエステル化していることを確認し、反応を終了し、固形分50%のカルボキシル基を有するポリビニル系樹脂H1−1溶液を得た。得られたポリビニル系樹脂H1−1の重量平均分子量(Mw)は8,500、酸価は43mgKOH/gであった。
<Acid compound: resin having an acidic functional group>
・ Polyvinyl resin H1 type with acidic functional group
<Preparation of Polyvinyl Resin H1-1 Having Carboxyl Group>
In a reaction vessel equipped with a gas introduction tube, a thermometer, a condenser, and a stirrer, 100 parts of n-butyl methacrylate and 100 parts of benzyl methacrylate were charged and replaced with nitrogen gas. The inside of the reaction vessel was heated to 80 ° C., and a solution in which 0.1 part of 2,2′-azobisisobutyronitrile was dissolved in 12 parts of 3-mercapto-1,2-propanediol was added. Reacted for hours. It was confirmed that 95% had reacted by solid content measurement. 19 parts of pyromellitic anhydride, 231 parts of N-methyl-2-pyrrolidone and 0.40 part of 1,8-diazabicyclo- [5.4.0] -7-undecene as a catalyst were added, and the mixture was heated at 120 ° C. for 7 hours. Reacted. The acid value was measured to confirm that 98% or more of the acid anhydride was half-esterified, the reaction was terminated, and a polyvinyl resin H1-1 solution having a carboxyl group with a solid content of 50% was obtained. The obtained polyvinyl resin H1-1 had a weight average molecular weight (Mw) of 8,500 and an acid value of 43 mgKOH / g.

<カルボキシル基を有するポリビニル系樹脂H1−2の調製>
ガス導入管、温度計、コンデンサー、攪拌機を備えた反応容器に、メチルメタクリレート180部とメタクリル酸20部を仕込み、窒素ガスで置換した。反応容器内を80℃に加熱して、3−メルカプト−1,2−プロパンジオール12部に、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル0.1部を溶解した溶液を添加して、10時間反応した。固形分測定により95%が反応したことを確認した。ピロメリット酸無水物19部、N−メチル−2−ピロリドン231部、触媒として1,8−ジアザビシクロ−[5.4.0]−7−ウンデセン0.40部を追加し、120℃で7時間反応させた。酸価の測定で98%以上の酸無水物がハーフエステル化していることを確認し反応を終了し、固形分50%のカルボキシル基を有するポリビニル系樹脂H1−2溶液を得た。得られたポリビニル系樹脂H1−2の重量平均分子量(Mw)は8,600、酸価は93mgKOH/gであった。
<Preparation of Polyvinyl Resin H1-2 Having Carboxyl Group>
A reaction vessel equipped with a gas introduction tube, a thermometer, a condenser, and a stirrer was charged with 180 parts of methyl methacrylate and 20 parts of methacrylic acid and replaced with nitrogen gas. The inside of the reaction vessel was heated to 80 ° C., and a solution in which 0.1 part of 2,2′-azobisisobutyronitrile was dissolved in 12 parts of 3-mercapto-1,2-propanediol was added. Reacted for hours. It was confirmed that 95% had reacted by solid content measurement. 19 parts of pyromellitic anhydride, 231 parts of N-methyl-2-pyrrolidone and 0.40 part of 1,8-diazabicyclo- [5.4.0] -7-undecene as a catalyst were added, and the mixture was heated at 120 ° C. for 7 hours. Reacted. By measuring the acid value, it was confirmed that 98% or more of the acid anhydride was half-esterified, the reaction was terminated, and a polyvinyl resin H1-2 solution having a carboxyl group with a solid content of 50% was obtained. The obtained polyvinyl resin H1-2 had a weight average molecular weight (Mw) of 8,600 and an acid value of 93 mgKOH / g.

<カルボキシル基を有するポリビニル系樹脂H1−3の調製>
ガス導入管、温度計、コンデンサー、攪拌機を備えた反応容器に、エチルアクリレート160部とメチルメタクリレート30部とメタクリル酸10部を仕込み、窒素ガスで置換した。反応容器内を80℃に加熱して、3−メルカプト−1,2−プロパンジオール12部に、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル0.1部を溶解した溶液を添加して、10時間反応した。固形分測定により95%が反応したことを確認した。ピロメリット酸無水物19部、N−メチル−2−ピロリドン231部、触媒として1,8−ジアザビシクロ−[5.4.0]−7−ウンデセン0.40部を追加し、120℃で7時間反応させた。酸価の測定で98%以上の酸無水物がハーフエステル化していることを確認し反応を終了し、固形分50%のカルボキシル基を有するポリビニル系樹脂H2−3溶液を得た。得られたポリビニル系樹脂H1−3の重量平均分子量(Mw)は8,400、酸価は70mgKOH/gであった。
<Preparation of Polyvinyl Resin H1-3 Having Carboxyl Group>
A reaction vessel equipped with a gas introduction tube, a thermometer, a condenser, and a stirrer was charged with 160 parts of ethyl acrylate, 30 parts of methyl methacrylate, and 10 parts of methacrylic acid, and replaced with nitrogen gas. The inside of the reaction vessel was heated to 80 ° C., and a solution in which 0.1 part of 2,2′-azobisisobutyronitrile was dissolved in 12 parts of 3-mercapto-1,2-propanediol was added. Reacted for hours. It was confirmed that 95% had reacted by solid content measurement. 19 parts of pyromellitic anhydride, 231 parts of N-methyl-2-pyrrolidone and 0.40 part of 1,8-diazabicyclo- [5.4.0] -7-undecene as a catalyst were added, and the mixture was heated at 120 ° C. for 7 hours. Reacted. By measuring the acid value, it was confirmed that 98% or more of the acid anhydride had been half-esterified, and the reaction was terminated. Thus, a polyvinyl resin H2-3 solution having a carboxyl group with a solid content of 50% was obtained. The obtained polyvinyl resin H1-3 had a weight average molecular weight (Mw) of 8,400 and an acid value of 70 mgKOH / g.

・酸性官能基を有するポリエステル系樹脂H2タイプ<カルボキシル基を有するポリエステル系樹脂H2−1の調製>
ガス導入管、温度計、コンデンサー、及び攪拌機を備えた反応容器に、1−ドデカノール62.6部、ε−カプロラクトン287.4部、及び触媒としてモノブチルスズ(IV)オキシド0.1部を仕込み、窒素ガスで置換した後、120℃で4時間加熱、撹拌した。固形分測定により98%が反応したことを確認したのち、無水ピロメリット酸36.6部を加え、120℃で2時間反応させカルボキシル基を有するポリエステル系樹脂(H2−1)を得た。得られたポリエステル系樹脂H2−1は、常温で白色ワックス状固体であった。
-Polyester resin H2 type having acidic functional group <Preparation of polyester resin H2-1 having carboxyl group>
A reaction vessel equipped with a gas introduction tube, a thermometer, a condenser, and a stirrer was charged with 62.6 parts of 1-dodecanol, 287.4 parts of ε-caprolactone, and 0.1 part of monobutyltin (IV) oxide as a catalyst. After replacing with nitrogen gas, the mixture was heated and stirred at 120 ° C. for 4 hours. After confirming that 98% had reacted by solid content measurement, 36.6 parts of pyromellitic anhydride was added, and it was made to react at 120 degreeC for 2 hours, and the polyester-type resin (H2-1) which has a carboxyl group was obtained. The obtained polyester resin H2-1 was a white wax-like solid at room temperature.

<カルボキシル基を有するポリエステル系樹脂H2−2の調製>
ガス導入管、温度計、コンデンサー、及び攪拌機を備えた反応容器に、メトキシPEG400(片末端メトキシ化ポリエチレングリコール;分子量400)169.0部、ε−カプロラクトン96.4部、δ−バレロラクトン84.6部、及び触媒としてモノブチルスズ(IV)オキシド0.1部を仕込み、窒素ガスで置換した後、120℃で4時間加熱、撹拌した。固形分測定により98%が反応したことを確認したのち、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物62.2部を加え、120℃で2時間反応させカルボキシル基を有するポリエステル系樹脂H2−2を得た。得られたポリエステル系樹脂H2−2は、常温で淡黄色透明液体であった。
<Preparation of polyester-based resin H2-2 having a carboxyl group>
In a reaction vessel equipped with a gas introduction tube, a thermometer, a condenser, and a stirrer, 169.0 parts of methoxy PEG 400 (one-end methoxylated polyethylene glycol; molecular weight 400), 96.4 parts of ε-caprolactone, 84. of δ-valerolactone. 6 parts and 0.1 part of monobutyltin (IV) oxide as a catalyst were charged and replaced with nitrogen gas, and then heated and stirred at 120 ° C. for 4 hours. After confirming that 98% had reacted by solid content measurement, 62.2 parts of 3,3 ′, 4,4′-biphenyltetracarboxylic dianhydride was added and reacted at 120 ° C. for 2 hours to have a carboxyl group. Polyester resin H2-2 was obtained. The obtained polyester resin H2-2 was a pale yellow transparent liquid at room temperature.

・上記H1〜H2タイプ以外の酸性官能基を有する樹脂H3H3−1:Disperbyk−111(ビックケミー社製、商品名):燐酸基を有する樹脂H3−2:アクアロンEC N100 エチルセルロース(ハーキュレス社製)H3−3:カルボキシメチルセルロース(ダイセルファインケム社製 CMC1380)<炭素系触媒材料の製造例>[製造例1:炭素系触媒材料X1の調製]
ポリビニルピリジン(アルドリッチ製:Mw:6万)を出発原料としてポリビニルピリジン鉄(II)錯体10gを得、これとケッチェンブラックEC300(ライオン社製)10gを、乳鉢により、乾式混合20分行い、その後、電気炉にて窒素雰囲気下(0.5L/min)、800℃1時間(昇温1.5時間)で焼成した。焼成物を、乳鉢によって、乾式粉砕し、150メッシュのふるいで分級した。更に金属除去のため、37%塩酸中で、撹拌とデカンテーションを3回繰り返し、最後に電気炉に窒素雰囲気下(0.5L/min)、700℃、1時間(昇温2時間)で熱処理し、乾式粉砕し150メッシュで分級して炭素系触媒材料X1を得た。
Resin H3H3-1 having a functional group other than the above H1 to H2 types: Disperbyk-111 (manufactured by Big Chemie, trade name): Resin having a phosphate group H3-2: Aqualon EC N100 ethylcellulose (manufactured by Hercules) H3- 3: Carboxymethylcellulose (CMC1380 manufactured by Daicel Finechem) <Production example of carbon-based catalyst material> [Production example 1: Preparation of carbon-based catalyst material X1]
Using polyvinyl pyridine (manufactured by Aldrich: Mw: 60,000) as a starting material, 10 g of polyvinyl pyridine iron (II) complex is obtained, and 10 g of this ketjen black EC300 (manufactured by Lion Corporation) is dry-mixed in a mortar for 20 minutes. Then, it was baked in an electric furnace under a nitrogen atmosphere (0.5 L / min) at 800 ° C. for 1 hour (temperature rising 1.5 hours). The fired product was dry-ground with a mortar and classified with a 150 mesh sieve. Furthermore, in order to remove the metal, stirring and decantation were repeated three times in 37% hydrochloric acid, and finally heat treatment was performed in an electric furnace under a nitrogen atmosphere (0.5 L / min) at 700 ° C. for 1 hour (temperature rising 2 hours). And then dry-pulverized and classified with 150 mesh to obtain a carbon-based catalyst material X1.

[製造例2:炭素系触媒材料X2の調製]
含窒素化合物である無金属フタロシアニン13.1gをフラン樹脂の前駆体であるフルフリルアルコール10gに混合し、1M−塩酸を10g添加し、この混合物をオーブン中80℃で加熱することによりフタロシアニン含有フラン樹脂を得た。これを、さらに、窒素雰囲気下、オーブン中で室温から10℃/分の速度で昇温し、1000℃で1時間保持することにより熱処理した。これによりフタロシアニン含有フラン樹脂の炭素化物を得た。この炭素化物を遊星型ボールミル(レッチェ社製、PM100)で粉砕して、窒素原子が13.4モル%ドープされた平均粒径0.1μmの炭素系触媒材料X2を得た。
[Production Example 2: Preparation of carbon-based catalyst material X2]
13.1 g of metal-free phthalocyanine which is a nitrogen-containing compound is mixed with 10 g of furfuryl alcohol which is a precursor of furan resin, 10 g of 1M-hydrochloric acid is added, and this mixture is heated at 80 ° C. in an oven to thereby add phthalocyanine-containing furan. A resin was obtained. This was further heat-treated in a nitrogen atmosphere in an oven at a rate of 10 ° C./min from room temperature and kept at 1000 ° C. for 1 hour. As a result, a carbonized product of a phthalocyanine-containing furan resin was obtained. This carbonized product was pulverized with a planetary ball mill (manufactured by Lecce, PM100) to obtain a carbon-based catalyst material X2 having an average particle diameter of 0.1 μm doped with 13.4 mol% of nitrogen atoms.

[製造例3:炭素系触媒材料X3の調製]
鉄フタロシアニン(山陽色素社製)とケッチェンブラック(ライオン社製EC−300J)を、重量比1:1で秤量し、乳鉢にて乾式混合を行い前駆体とした。
上記前駆体粉末を、アルミナ製るつぼに充填し、電気炉にて窒素雰囲気下、700℃で2時間熱処理を行い、炭素系触媒材料X3を得た。
[Production Example 3: Preparation of carbon-based catalyst material X3]
Iron phthalocyanine (manufactured by Sanyo Pigment) and Ketjen black (EC-300J by Lion) were weighed at a weight ratio of 1: 1 and dry-mixed in a mortar to obtain a precursor.
The precursor powder was filled into an alumina crucible and heat-treated at 700 ° C. for 2 hours in a nitrogen atmosphere in an electric furnace to obtain a carbon-based catalyst material X3.

[製造例4:炭素系触媒材料X4の調製]
コバルトフタロシアニン(東京化成工業社製)とケッチェンブラック(ライオン社製EC−600JD)を、重量比0.5:1で秤量し、乳鉢にて乾式混合を行い前駆体とした。
上記前駆体粉末を、アルミナ製るつぼに充填し、電気炉にて窒素雰囲気下、800℃で2時間熱処理を行い、炭素系触媒材料X4を得た。
[Production Example 4: Preparation of carbon-based catalyst material X4]
Cobalt phthalocyanine (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) and Ketjen black (EC-600JD manufactured by Lion Corporation) were weighed at a weight ratio of 0.5: 1 and dry-mixed in a mortar to obtain a precursor.
The precursor powder was filled into an alumina crucible and heat-treated at 800 ° C. for 2 hours in a nitrogen atmosphere in an electric furnace to obtain a carbon-based catalyst material X4.

<触媒ペースト組成物の調製>[実施例1−1]
炭素系触媒材料X1を8重量部、溶剤としてブタノール(キシダ化学社製)71.96重量部、分散剤としてポリビニルピロリドンPVP K−30(ISPジャパン社製)0.04重量部(炭素系触媒材料を100重量部に対して0.5重量部)を配合し、ディスパー(プライミクス、TKホモディスパー)にて攪拌混合することで本発明の触媒ペースト組成物1(固形分濃度10重量%)を調製した。
<Preparation of catalyst paste composition> [Example 1-1]
8 parts by weight of carbon-based catalyst material X1, 71.96 parts by weight of butanol (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) as a solvent, 0.04 parts by weight of polyvinylpyrrolidone PVP K-30 (manufactured by ISP Japan) as a dispersant (carbon-based catalyst material) The catalyst paste composition 1 of the present invention (solid content concentration: 10% by weight) is prepared by mixing and stirring with a disper (Primix, TK homodisper). did.

[実施例2−1〜実施例108−1]
炭素系触媒材料、溶剤、および分散剤の種類と組成を、表11、12、13および表14に変更した以外は、実施例1−1と同様にして触媒ペースト組成物を調整した。
[Example 2-1 to Example 108-1]
A catalyst paste composition was prepared in the same manner as in Example 1-1 except that the types and compositions of the carbon-based catalyst material, the solvent, and the dispersant were changed to Tables 11, 12, 13 and 14.

[比較例1−1〜8−1 触媒ペースト組成物の調製]
分散剤を使用しない以外は、実施例1−1と同様にして、触媒ペースト組成物を調製した。
[Comparative Examples 1-1 to 8-1 Preparation of catalyst paste composition]
A catalyst paste composition was prepared in the same manner as Example 1-1 except that the dispersant was not used.

[比較例9−1〜13−1 触媒ペースト組成物の調製]
分散剤として、表5に記載の塩基性および酸性官能基を有しない分散剤P、Qを用い、表12に記載の添加量とする以外は、実施例1−1と同様にして、触媒ペースト組成物を調製した。
[Comparative Examples 9-1 to 13-1 Preparation of Catalyst Paste Composition]
A catalyst paste was prepared in the same manner as in Example 1-1 except that the dispersants P and Q having no basic and acidic functional groups described in Table 5 were used as the dispersant, and the addition amounts described in Table 12 were used. A composition was prepared.

[比較例14−1〜17−1 触媒ペースト組成物の調製]
分散剤として、下記の比較樹脂を用いた以外は、実施例1−1と同様にして、触媒ペースト組成物を調製した。
比較樹脂:PTFE 30−J(三井・デュポンフロロケミカル社製):60%ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)水系分散体
[Comparative Examples 14-1 to 17-1 Preparation of Catalyst Paste Composition]
A catalyst paste composition was prepared in the same manner as in Example 1-1 except that the following comparative resin was used as a dispersant.
Comparative resin: PTFE 30-J (Mitsui / Dupont Fluoro Chemical Co.): 60% polytetrafluoroethylene (PTFE) aqueous dispersion

<触媒ペースト組成物の評価> <Evaluation of catalyst paste composition>

触媒ペースト組成物は、粘度と粒径によって分散性を評価した。
粘度は、E型粘度計(東機産業社製、「RE80型粘度計」)を使用し、50rpmの回転速度で、温度25℃において測定した。
粒径は、動的光散乱方式の粒度分布計(日機装社製「マイクロトラックUPA」)を用いて体積粒度分布を測定し、粒径の細かいものからその粒子の体積割合を積算していったときに50%となるところの平均粒径(D50)を粒径とした。
表15および表16に触媒インキ組成物の分散性評価の結果を示す。粘度が低く、粒径が小さいものほど、分散性が優れていることを示す。
The dispersibility of the catalyst paste composition was evaluated by viscosity and particle size.
The viscosity was measured using an E type viscometer (“RE80 type viscometer” manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd.) at a rotation speed of 50 rpm and a temperature of 25 ° C.
For the particle size, the volume particle size distribution was measured using a dynamic light scattering particle size distribution meter ("MICROTRACK UPA" manufactured by Nikkiso Co., Ltd.), and the volume ratio of the particles from the fine particle size was integrated. The average particle size (D 50 ) at which it sometimes becomes 50% was taken as the particle size.
Tables 15 and 16 show the results of evaluation of dispersibility of the catalyst ink composition. The lower the viscosity and the smaller the particle size, the better the dispersibility.

[実施例1−2 触媒インキ組成物の調製]
実施例1−1で得た触媒ペースト組成物に、20重量%ナフィオン(Nafion)溶液(水素イオン伝導性ポリマー、デュポン社製、溶剤:水及び1−プロパノール)20重量部を添加し、ディスパー(プライミクス社製、T.Kホモディスパー)にて攪拌混合することで触媒インキ組成物(固形分濃度12重量%、触媒インキ組成物100重量%としたときの炭素系触媒材料と水素イオン伝導性ポリマーの合計した割合)を調製した。
[Example 1-2 Preparation of catalyst ink composition]
To the catalyst paste composition obtained in Example 1-1, 20 parts by weight of a 20 wt% Nafion solution (hydrogen ion conductive polymer, manufactured by DuPont, solvent: water and 1-propanol) was added, and a disper ( Catalyst ink composition (solid content concentration 12% by weight, catalyst ink composition 100% by weight carbon-based catalyst material and hydrogen ion conductive polymer by stirring and mixing with Primix Co., Ltd., TK homodisper) (Total ratio) was prepared.

[実施例2−2〜実施例108−2、比較例1−2〜比較例17−2]
実施例1−1で得た触媒ペースト組成物を、それぞれ、実施例2−1〜実施例108−1、比較例1−1〜比較例17−1で得た触媒ペースト組成物に変更した以外は、実施例1−2と同様にして、それぞれ、触媒インキ組成物を調整した。
[Example 2-2 to Example 108-2, Comparative Example 1-2 to Comparative Example 17-2]
The catalyst paste composition obtained in Example 1-1 was changed to the catalyst paste composition obtained in Example 2-1 to Example 108-1 and Comparative Example 1-1 to Comparative Example 17-1, respectively. Were prepared in the same manner as in Example 1-2 to prepare catalyst ink compositions, respectively.

<触媒インキ組成物の評価>
触媒インキ組成物は、下記に示す電気化学的評価、保存安定性評価、分散性評価によって評価した。
<Evaluation of catalyst ink composition>
The catalyst ink composition was evaluated by the following electrochemical evaluation, storage stability evaluation, and dispersibility evaluation.

(電気化学的評価)
触媒インキ組成物の電気化学的評価は、RRDE−3A回転リーディング電極装置を用いて、リニアスイープボルタンメトリー測定で酸素還元開始電位(酸素還元電位)と、酸素還元電流(電流値)を実施した。リニアスイープボルタンメトリーの測定手順を以下に示す。触媒インキ組成物をエタノールによって希釈し、固形分濃度が1重量%となるよう測定用試料を調製した。この試料を5μL採取し、回転電極のガラス状炭素上に塗付し、飽和水蒸気雰囲気下で乾燥させた。乾燥させた回転電極を作用極、Ag/AgCl電極を参照極、白金線を対極とし、電解液である0.5M−硫酸中、窒素ガスで30分脱気してベースラインを測定した。次いで、酸素で30分脱気した。掃引速度5mV/s、回転速度2000rpmで、0.8V vs Ag/AgClから−0.2V vs Ag/AgClの範囲で測定を行った。尚、酸素還元電位は、酸素還元電流密度10μA/cm2の時のデータを読み取り、酸素還元電流密度は酸素還元電位0.05Vの時のデータを読み取った。電圧はすべて可逆水素電極を基準とした電位に換算した。
(Electrochemical evaluation)
Electrochemical evaluation of the catalyst ink composition was carried out using an RRDE-3A rotating leading electrode device to measure an oxygen reduction start potential (oxygen reduction potential) and an oxygen reduction current (current value) by linear sweep voltammetry measurement. The measurement procedure of linear sweep voltammetry is shown below. The catalyst ink composition was diluted with ethanol, and a measurement sample was prepared so that the solid content concentration was 1% by weight. 5 μL of this sample was collected, applied on the glassy carbon of the rotating electrode, and dried in a saturated water vapor atmosphere. The dried rotating electrode was used as a working electrode, the Ag / AgCl electrode was used as a reference electrode, and a platinum wire was used as a counter electrode, and the baseline was measured by degassing with nitrogen gas in 0.5 M sulfuric acid as an electrolyte for 30 minutes. Then it was degassed with oxygen for 30 minutes. The measurement was performed in the range of 0.8 V vs Ag / AgCl to -0.2 V vs Ag / AgCl at a sweep speed of 5 mV / s and a rotation speed of 2000 rpm. The oxygen reduction potential was read when the oxygen reduction current density was 10 μA / cm 2 , and the oxygen reduction current density was read when the oxygen reduction potential was 0.05V. All voltages were converted to potentials based on a reversible hydrogen electrode.

触媒インキ組成物の電気化学的評価の結果を表17および表18に示す。酸素還元電位が高く、酸素還元電流値密度が高いものほど、酸素還元触媒能が優れていることを示す。   The results of electrochemical evaluation of the catalyst ink composition are shown in Table 17 and Table 18. The higher the oxygen reduction potential and the higher the oxygen reduction current value density, the better the oxygen reduction catalytic ability.

(保存安定性評価)
触媒インキ組成物の保存安定性は、調製直後の粘度(初期粘度)と、50℃、3日保存後の粘度(経時粘度)をそれぞれ測定し、それらの粘度変化率(経時粘度/初期粘度)によって評価した。粘度は、いずれもE型粘度計(東機産業社製、「RE80型粘度計」)を使用し、50rpmの回転速度で、温度25℃において測定した。
(Storage stability evaluation)
The storage stability of the catalyst ink composition was determined by measuring the viscosity immediately after preparation (initial viscosity) and the viscosity after storage at 50 ° C. for 3 days (time-dependent viscosity), and the rate of change in viscosity (time-dependent viscosity / initial viscosity). Evaluated by. The viscosities were measured using an E-type viscometer (manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd., “RE80 viscometer”) at a rotation speed of 50 rpm and a temperature of 25 ° C.

触媒インキ組成物の保存安定性評価の結果を表17および表18に示す。粘度変化率が小さいもの程、保存安定性が優れていることを示す。尚、本発明の触媒インキ組成物は、いずれも沈殿物の発生が認められず、20℃、3ヶ月保存後においても、粘度の上昇は認められず、保存後の塗工性も良好で、均一な塗膜が得られることを確認した。   Tables 17 and 18 show the results of the storage stability evaluation of the catalyst ink composition. The smaller the viscosity change rate, the better the storage stability. In addition, in the catalyst ink composition of the present invention, no occurrence of precipitates was observed, no increase in viscosity was observed even after storage at 20 ° C. for 3 months, and the coating property after storage was good, It was confirmed that a uniform coating film was obtained.

(分散性評価)
分散性は、グラインドゲージによる判定(JIS K5600−2−5に準ず)よって触媒インキ組成物の粒度を求め、30μm以上の凝集物が無い場合、分散性が良好であると評価した。本発明の触媒インキ組成物はいずれも10〜20μmであり、分散性は良好であったのに対して、比較例1−2〜17−2で得た触媒インキ組成物は、いずれも30μm以上の凝集物が確認され、分散性が劣っていることを確認した。
(Dispersibility evaluation)
The dispersibility was determined by a grind gauge (according to JIS K5600-2-5), and the particle size of the catalyst ink composition was determined. When there was no aggregate of 30 μm or more, the dispersibility was evaluated as good. The catalyst ink compositions of the present invention were all 10 to 20 μm and the dispersibility was good, whereas the catalyst ink compositions obtained in Comparative Examples 1-2 to 17-2 were all 30 μm or more. The aggregate was confirmed, and it was confirmed that the dispersibility was inferior.

<燃料電池用触媒層の作成>
[実施例1−3 燃料電池用触媒層1の作成]
実施例1−2で得た触媒インキ組成物を、ドクターブレードにより、乾燥後の炭素系触媒材料の目付け量が2mg/cm2になるようにテフロン(登録商標)フィルム上に塗布し、大気雰囲気下、95℃で15分間乾燥することにより、本発明のカソード用燃料電池用触媒層1を作製した。
<Creation of fuel cell catalyst layer>
[Example 1-3 Preparation of catalyst layer 1 for fuel cell]
The catalyst ink composition obtained in Example 1-2 was applied onto a Teflon (registered trademark) film with a doctor blade so that the basis weight of the carbon-based catalyst material after drying was 2 mg / cm 2 , and the atmosphere Then, the catalyst layer 1 for a cathode fuel cell of the present invention was produced by drying at 95 ° C. for 15 minutes.

[実施例2−3〜実施例108−3、比較例1−3〜比較例17−3]
実施例1−2で得た触媒インキ組成物を、それぞれ実施例2−2〜実施例108−2、比較例1−2〜比較例17−2で得た触媒インキ組成物に変更した以外は、実施例1−3と同様にして、それぞれ、カソード用燃料電池用触媒層1を作成した。
[Example 2-3 to Example 108-3, Comparative Example 1-3 to Comparative Example 17-3]
The catalyst ink composition obtained in Example 1-2 was changed to the catalyst ink composition obtained in Example 2-2 to Example 108-2 and Comparative Example 1-2 to Comparative Example 17-2, respectively. The cathode fuel cell catalyst layer 1 was prepared in the same manner as in Example 1-3.

(塗工性評価)燃料電池用触媒層は、下記に示す塗工性評価によって評価した。テフロン(登録商標)フィルム上に形成された燃料電池用触媒層1を、ビデオマイクロスコープVHX−900(キーエンス社製)にて500倍で観察し、塗工ムラ(ムラ:触媒層の濃淡により評価)およびピンホール(触媒層が塗布されていない欠陥の有無により評価)について、下記の基準で判定した。結果を表21および表22に示す。
(ムラ)
○:触媒層の濃淡が確認されない(良好)。
△:触媒層の濃淡が2〜3箇所あるが極めて微小領域である(実用上問題ない)。
×:触媒層の濃淡が多数確認される、または濃淡の縞の長さが5mm以上のもの1個以上(不良)。
(ピンホ−ル)
○:ピンホールが1つも確認されない(良好)。
△:ピンホールが2〜3個あるが極めて微小である(不良)。
×:ピンホールが多数確認される、または直径1mm以上のピンホールが1個以上(極めて不良)。
(Evaluation of coatability) The fuel cell catalyst layer was evaluated by the following coatability evaluation. The fuel cell catalyst layer 1 formed on the Teflon (registered trademark) film was observed with a video microscope VHX-900 (manufactured by Keyence Corporation) at a magnification of 500 times, and coating unevenness (unevenness: evaluated by the density of the catalyst layer) ) And pinholes (evaluated by the presence or absence of defects on which the catalyst layer is not applied) were determined according to the following criteria. The results are shown in Table 21 and Table 22.
(village)
○: The density of the catalyst layer is not confirmed (good).
(Triangle | delta): Although there are 2-3 shades of a catalyst layer, it is a very small area | region (it is satisfactory practically).
X: A large number of shades of the catalyst layer is confirmed, or one or more of the stripes having a length of 5 mm or more (defective).
(Pinhole)
○: No pinholes are confirmed (good).
Δ: There are 2 to 3 pinholes but they are very small (defect).
X: Many pinholes are confirmed, or one or more pinholes having a diameter of 1 mm or more (very poor).

[アノード用燃料電池用触媒層4の作製]
ここでは、燃料電池用電極膜接合体の作成に使用するアノード用燃料電池用触媒層の作成方法について以下に述べる。
炭素系触媒材料の代わりに、白金触媒担持カーボン4重量部(田中貴金属社製、白金量46%)、溶剤としてブタノール(キシダ化学社製)56重量部、および水20重量部をディスパー(プライミクス、TKホモディスパー)にて攪拌混合することで触媒ペースト組成物(固形分濃度4重量%)を調製した。次いで、20重量%ナフィオン(Nafion)溶液(水素イオン伝導性ポリマー、デュポン社製、溶剤:水及び1−プロパノール)20重量部を添加し、ディスパー(プライミクス製、T.Kホモディスパー)にて攪拌混合することで触媒インキ組成物(固形分濃度8重量%、触媒インキ組成物100重量%とした触媒インキ組成物を作製した。得られた触媒インキ組成物を白金触媒担持カーボンの目付け量が0.46mg/cm2になるようにテフロン(登録商標)フィルム上に塗布し、大気雰囲気中95℃の条件で15分間乾燥することにより、アノード用燃料電池用触媒層4を作製した。
[Fabrication of anode fuel cell catalyst layer 4]
Here, a method for producing a catalyst layer for an anode fuel cell used for producing an electrode membrane assembly for a fuel cell will be described below.
Instead of the carbon-based catalyst material, platinum catalyst-supporting carbon 4 parts by weight (manufactured by Tanaka Kikinzoku Co., Ltd., 46% platinum), butanol (made by Kishida Chemical Co., Ltd.) 56 parts by weight as a solvent, and water 20 parts by weight are dispersed (primics, A catalyst paste composition (solid content concentration 4% by weight) was prepared by stirring and mixing with a TK homodisper. Next, 20 parts by weight of a 20 wt% Nafion solution (hydrogen ion conductive polymer, manufactured by DuPont, solvent: water and 1-propanol) was added and stirred with a disper (Primix, TK homodisper). A catalyst ink composition having a solid content concentration of 8% by weight and a catalyst ink composition of 100% by weight was prepared by mixing. The resulting catalyst ink composition had a basis weight of platinum catalyst-carrying carbon of 0. A catalyst layer 4 for an anode fuel cell was produced by coating on a Teflon (registered trademark) film so as to be .46 mg / cm 2, and drying for 15 minutes at 95 ° C. in an air atmosphere.

[実施例1−4 燃料電池用電極膜接合体の作製]
実施例1−3で作製したカソード用燃料電池用触媒層1と、アノード用燃料電池用触媒層4とを、それぞれ固体高分子電解質膜(Nafion212、デュポン社製、膜厚50μm)の両面に密着して、150℃、5Mpaの条件で狭持した後、テフロン(登録商標)フィルムを剥離した。次いで、更に両側から電極基材(ガス拡散層GDL、炭素繊維からなるカーボンペーパ、TGP-H-090、東レ(株)製)を密着させ、本発明の燃料電池用電極膜接合体(GDL/触媒層/固体高分子電解質膜/触媒層/GDL)を作製した。
[Example 1-4 Production of fuel cell electrode membrane assembly]
The cathode fuel cell catalyst layer 1 and the anode fuel cell catalyst layer 4 prepared in Example 1-3 were adhered to both surfaces of a solid polymer electrolyte membrane (Nafion 212, manufactured by DuPont, film thickness 50 μm). Then, after sandwiching at 150 ° C. and 5 MPa, the Teflon (registered trademark) film was peeled off. Next, the electrode base material (gas diffusion layer GDL, carbon paper made of carbon fiber, TGP-H-090, manufactured by Toray Industries, Inc.) is further adhered from both sides, and the fuel cell electrode membrane assembly (GDL / Catalyst layer / solid polymer electrolyte membrane / catalyst layer / GDL).

[実施例2−4〜実施例108−4、比較例1−4〜比較例17−4]
実施例1−3で作製した燃料電池用触媒層1の代わりに、それぞれ実施例2−3〜実施例108−3、比較例1−3〜比較例17−3で得た燃料電池用触媒層1に変更した以外は、実施例1−4と同様にして、燃料電池用電極膜接合体を作製した。
[Example 2-4 to Example 108-4, Comparative Example 1-4 to Comparative Example 17-4]
Instead of the fuel cell catalyst layer 1 produced in Example 1-3, the fuel cell catalyst layer obtained in Example 2-3 to Example 108-3 and Comparative Example 1-3 to Comparative Example 17-3, respectively. A fuel cell electrode membrane assembly was produced in the same manner as in Example 1-4, except that the number was changed to 1.

実施例1−4〜実施例108−4で作製した本発明の燃料電池用電極膜接合体(GDL/触媒層/固体高分子電解質膜/触媒層/GDL)は、転写後の触媒層のひび割れや欠けがなく均一な電極膜が形成されていた。一方、比較例1−4〜比較例17−4で作製した燃料電池用電極膜接合体は、いずれも転写時にひび割れや欠けが生じるなどの状態が悪いものであった。   The fuel cell electrode membrane assemblies (GDL / catalyst layer / solid polymer electrolyte membrane / catalyst layer / GDL) of the present invention prepared in Examples 1-4 to 108-4 were cracked in the catalyst layer after transfer. A uniform electrode film without any chipping was formed. On the other hand, the fuel cell electrode membrane assemblies produced in Comparative Examples 1-4 to 17-4 all had poor conditions such as cracks and chipping during transfer.

[実施例1−5 燃料電池(単セル)の作製]
実施例1−4で得られた燃料電池用電極膜接合体を4cm角の試料とし、その両側からガスケット2枚、次いでグラファイトプレートであるセパレータ2枚ではさみ、更に両側から集電板を2枚装着して燃料電池(単セル)として作製した。測定はAuto PEMシリース゛「PEFC評価システム」東陽テクニカ製で実施した。カソード(空気極)側から加湿した酸素ガスを供給し、アノード(燃料極)側から加湿した水素ガスを供給して電池特性を測定した。
[Example 1-5 Production of fuel cell (single cell)]
The fuel cell electrode membrane assembly obtained in Example 1-4 was used as a 4 cm square sample, sandwiched between two gaskets from both sides and then two separators, which were graphite plates, and two current collector plates from both sides. A fuel cell (single cell) was prepared by mounting. The measurement was carried out by Auto PEM series “PEFC evaluation system” manufactured by Toyo Technica. The cell characteristics were measured by supplying humidified oxygen gas from the cathode (air electrode) side and supplying humidified hydrogen gas from the anode (fuel electrode) side.

[実施例2−5〜実施例108−5、比較例1−5〜比較例17−5]
実施例1−5で使用した実施例1−4の燃料電池用電極膜接合体の代わりに、それぞれ実施例2−4〜実施例108−4、比較例1−4〜比較例17−4で得た燃料電池用電極膜接合体に変更した以外は、実施例1−5と同様にして燃料電池の単セルをそれぞれ作製した。
[Example 2-5 to Example 108-5, Comparative Example 1-5 to Comparative Example 17-5]
Instead of the electrode membrane assembly for fuel cell of Example 1-4 used in Example 1-5, Example 2-4 to Example 108-4 and Comparative Example 1-4 to Comparative Example 17-4, respectively A single cell of the fuel cell was produced in the same manner as in Example 1-5, except that the electrode membrane assembly for a fuel cell was changed.

(燃料電池(単セル)の評価)
実施例1−5〜実施例108−5及び比較例1−5〜比較例17−5で作製した単セルの電流−電圧特性を測定することにより、電池性能を評価した。この結果を以下に示す。実施例1−5で作製した単セルでは、開放電圧は0.85V、短絡電流密度1000mA/cmであり、実施例2−5〜108−5で作製した単セルでも、開放電圧は0.8V〜0.85V、短絡電流密度600〜1200mA/cmであった。これに対し、比較例1−5〜17−5で作成した単セルは、開放電圧0.7V〜0.77V、短絡電流密度400mA/cm〜600mA/cmであった。
(Evaluation of fuel cell (single cell))
The battery performance was evaluated by measuring the current-voltage characteristics of the single cells produced in Example 1-5 to Example 108-5 and Comparative Example 1-5 to Comparative Example 17-5. The results are shown below. In the single cell produced in Example 1-5, the open circuit voltage was 0.85 V and the short-circuit current density was 1000 mA / cm 2. Even in the single cells produced in Examples 2-5 to 108-5, the open circuit voltage was 0. They were 8V-0.85V and short circuit current density 600-1200mA / cm < 2 >. In contrast, the single cell produced in Comparative Example 1-5~17-5, open voltage 0.7V~0.77V, was short-circuit current density 400mA / cm 2 ~600mA / cm 2 .

<ガス拡散層に直接塗工して燃料電池用触媒層を作成する方法>
以下では、ガス拡散層に本発明の触媒インキ組成物を直接塗工して燃料電池用触媒層を作成する方法について例示する。
<Method for Directly Applying to Gas Diffusion Layer to Create Fuel Cell Catalyst Layer>
Hereinafter, a method for preparing a fuel cell catalyst layer by directly applying the catalyst ink composition of the present invention to a gas diffusion layer will be described.

[実施例1−1B 触媒ペースト組成物の調製]
実施例1−1において、ブタノールを31.96重量部に変更した以外は、実施例1−1と同様にして固形分濃度20重量%の触媒ペースト組成物を得た。
[Example 1-1B Preparation of catalyst paste composition]
A catalyst paste composition having a solid concentration of 20% by weight was obtained in the same manner as in Example 1-1, except that in Example 1-1, butanol was changed to 31.96 parts by weight.

[実施例2−1B〜実施例108−1B]
実施例2−1〜実施例108−1において、ブタノールを31.96重量部に変更した以外は、実施例2−1〜実施例108−1と同様にして、それぞれ、固形分濃度20重量%の触媒ペースト組成物を得た。
[Example 2-1B to Example 108-1B]
In Example 2-1 to Example 108-1, except that butanol was changed to 31.96 parts by weight, in the same manner as Example 2-1 to Example 108-1, the solid content concentration was 20% by weight, respectively. The catalyst paste composition was obtained.

[比較例1−1B〜比較例17−1B]
比較例1−1〜比較例17−1において、ブタノールを31.96重量部に変更した以外は、実施例1−1Bと同様にして、固形分濃度20重量%の触媒ペースト組成物を得ようとしたが、沈殿が生じてしまい、触媒ペースト組成物を得ることはできなかった。固形分濃度を高くしようとした結果、炭素系触媒材料の凝集が起こって沈降が生じてしまったものと思われる。
[Comparative Example 1-1B to Comparative Example 17-1B]
In Comparative Example 1-1 to Comparative Example 17-1, except that butanol was changed to 31.96 parts by weight, a catalyst paste composition having a solid content concentration of 20% by weight was obtained in the same manner as Example 1-1B. However, precipitation occurred and a catalyst paste composition could not be obtained. As a result of trying to increase the solid content concentration, the carbon-based catalyst material seems to have agglomerated and sedimented.

[実施例1−2B 触媒インキ組成物の調製]
実施例1−1Bで調整した触媒ペースト組成物に、更に20重量%ナフィオン(Nafion)溶液(水素イオン伝導性ポリマー、デュポン社製、溶剤:水及び1−プロパノール)20重量部を添加し、ディスパー(プライミクス製、T.Kホモディスパー)にて攪拌混合することで触媒インキ組成物(固形分濃度20重量%、触媒インキ組成物100重量%としたときの炭素系触媒材料と水素イオン伝導性ポリマーの合計した割合)を調製した。粘度は104mPa・sであった。
[Example 1-2B Preparation of catalyst ink composition]
To the catalyst paste composition prepared in Example 1-1B, 20 parts by weight of a 20% by weight Nafion solution (hydrogen ion conductive polymer, manufactured by DuPont, solvent: water and 1-propanol) was further added. Catalyst ink composition (carbon-based catalyst material and hydrogen ion conductive polymer when solid content concentration is 20% by weight and catalyst ink composition is 100% by weight by stirring and mixing with Primix, TK homodisper) (Total ratio) was prepared. The viscosity was 104 mPa · s.

[実施例2−2B〜実施例108−2B]
実施例1−1Bで得た触媒ペースト組成物を、それぞれ、実施例2−1B〜実施例108−1Bで得た触媒ペースト組成物に変更した以外は、実施例1−2Bと同様にして、それぞれ、触媒インキ組成物を調整した。粘度は、いずれも80〜120mPa・sであった。
[Example 2-2B to Example 108-2B]
Except for changing the catalyst paste composition obtained in Example 1-1B to the catalyst paste composition obtained in Example 2-1B to Example 108-1B, respectively, the same as in Example 1-2B, In each case, a catalyst ink composition was prepared. All the viscosities were 80 to 120 mPa · s.

[実施例1−3B 燃料電池用触媒層2の作製]
実施例1−2Bで得た触媒インキ組成物を、ドクターブレードにより、乾燥後の炭素系触媒材料の目付け量が2mg/cm2になるように電極基材(炭素繊維からなるカーボンペーパ、TGP-H-090、東レ社製)上に塗布し、大気雰囲気中95℃、15分間乾燥して、本発明のカソード用燃料電池用触媒層2を作製した。塗工ムラなく、またカーボンペーパーからの液だれもなく良好な燃料電池用触媒層2を形成できた。
[Example 1-3B Production of catalyst layer 2 for fuel cell]
The catalyst ink composition obtained in Example 1-2B was dried with a doctor blade so that the basis weight of the carbon-based catalyst material after drying was 2 mg / cm 2 (carbon paper made of carbon fiber, TGP- H-090, manufactured by Toray Industries, Inc.) and dried in an air atmosphere at 95 ° C. for 15 minutes to produce a catalyst layer 2 for a cathode fuel cell of the present invention. A good fuel cell catalyst layer 2 could be formed with no coating unevenness and no dripping from the carbon paper.

[実施例2−3B〜実施例108−3B]
実施例1−2Bで得た触媒インキ組成物を、それぞれ実施例2−2B〜実施例108−2Bで得た触媒インキ組成物に変更した以外は、実施例1−3Bと同様にして、それぞれ、カソード用燃料電池用触媒層2を作成した。
[Example 2-3B to Example 108-3B]
Except for changing the catalyst ink composition obtained in Example 1-2B to the catalyst ink composition obtained in Example 2-2B to Example 108-2B, respectively, in the same manner as in Example 1-3B, respectively. Then, a catalyst layer 2 for a cathode fuel cell was prepared.

[実施例1−4B 燃料電池用電極膜接合体の作製]
実施例1−3Bで作製したカソード用燃料電池用触媒層2(カーボンペーパーに触媒インキ組成物が固着)とアノード用燃料電池用触媒層4を用いて、固体高分子電解質膜(Nafion212、デュポン社製、膜厚50μm)と接触するようにして150℃、5Mpaの条件で狭持した後、アノード側のテフロン(登録商標)フィルムを剥離し、更にアノード側から電極基材(炭素繊維からなるカーボンペーパ、TGP-H-090、東レ(株)製)すなわちガス拡散層GDLを密着し、本発明の燃料電池用電極膜接合体(GDL/触媒層/固体高分子電解質膜/触媒層/GDL)を作製した。
[Example 1-4B Production of electrode membrane assembly for fuel cell]
Using the cathode fuel cell catalyst layer 2 (catalyst ink composition fixed to carbon paper) and the anode fuel cell catalyst layer 4 prepared in Example 1-3B, a solid polymer electrolyte membrane (Nafion 212, DuPont) was used. After being held at 150 ° C. and 5 Mpa so as to be in contact with the film thickness of 50 μm, the Teflon (registered trademark) film on the anode side is peeled off, and the electrode substrate (carbon made of carbon fiber) is further peeled off from the anode side. Paper, TGP-H-090, manufactured by Toray Industries, Inc.), that is, gas diffusion layer GDL, and electrode membrane assembly for fuel cell of the present invention (GDL / catalyst layer / solid polymer electrolyte membrane / catalyst layer / GDL) Was made.

[実施例2−4B〜実施例108−4B]
実施例1−3Bの燃料電池用触媒層2の代わりに、それぞれ実施例2−3B〜実施例108−3Bで得た燃料電池用触媒層2に変更した以外は、実施例1−4Bと同様にして、燃料電池用電極膜接合体を作製した。
[Example 2-4B to Example 108-4B]
Instead of the fuel cell catalyst layer 2 of Example 1-3B, it was the same as Example 1-4B, except that the fuel cell catalyst layer 2 obtained in Example 2-3B to Example 108-3B was used. Thus, an electrode membrane assembly for a fuel cell was produced.

[実施例1−5B 燃料電池の作製]
実施例1−4Bで得られた燃料電池用電極膜接合体を4cm角の試料とし、その両側からガスケット2枚、次いでグラファイトプレートであるセパレータ2枚ではさみ、更に両側から集電板を2枚装着して燃料電池(単セル)として作製した。測定はAuto PEMシリース゛「PEFC評価システム」東陽テクニカ製で実施した。カソード(空気極)側から加湿した酸素ガスを供給し、アノード(燃料極)側から加湿した水素ガスを供給して電池特性を測定した。
[Example 1-5B Production of Fuel Cell]
The fuel cell electrode membrane assembly obtained in Example 1-4B was used as a sample of 4 cm square, sandwiched between two gaskets from both sides and then two separators as graphite plates, and two current collector plates from both sides. A fuel cell (single cell) was prepared by mounting. The measurement was carried out by Auto PEM series “PEFC evaluation system” manufactured by Toyo Technica. The cell characteristics were measured by supplying humidified oxygen gas from the cathode (air electrode) side and supplying humidified hydrogen gas from the anode (fuel electrode) side.

[実施例2−5B〜実施例108−5B]
実施例1−5Bで使用した実施例1−4Bの燃料電池用電極膜接合体の代わりに、それぞれ実施例2−4B〜実施例108−4Bで得た燃料電池用電極膜接合体に変更した以外は、実施例1−5Bと同様にして燃料電池を作製した。
[Example 2-5B to Example 108-5B]
Instead of the electrode membrane assembly for fuel cell of Example 1-4B used in Example 1-5B, it was changed to the electrode membrane assembly for fuel cell obtained in Example 2-4B to Example 108-4B, respectively. Except for the above, a fuel cell was fabricated in the same manner as in Example 1-5B.

<燃料電池単セル評価>
実施例1−5B〜実施例108−5Bで作製した単セルについて、それぞれ電流−電圧特性を測定することにより、電池性能を評価した。この結果を以下に示す。実施例1−5Bで作製した単セルでは、開放電圧は0.87V、短絡電流密度1200mA/cmであり、実施例2−5B〜実施例108−5Bで作製した単セルでも、開放電圧は0.8V〜0.88V、短絡電流密度700〜1400mA/cmであった。
<Fuel cell single cell evaluation>
About the single cell produced in Example 1-5B-Example 108-5B, the battery performance was evaluated by measuring a current-voltage characteristic, respectively. The results are shown below. In the single cell manufactured in Example 1-5B, the open-circuit voltage is 0.87 V and the short-circuit current density is 1200 mA / cm 2. Even in the single cells manufactured in Examples 2-5B to 108-5B, the open-circuit voltage is It was 0.8 V to 0.88 V, and the short circuit current density was 700 to 1400 mA / cm 2 .

[実施例1−2C 撥水性材料を含む触媒インキ組成物の調製]
実施例1−1で得た触媒ペースト組成物に、20重量%PTFE分散溶液(PTFE 30−J;三井・デュポンフロロケミカル社製、60%ポリテトラフルオロエチレン水系分散体をイオン交換水にて希釈して使用)20重量部を添加し、ディスパー(プライミクス社製、T.Kホモディスパー)にて攪拌混合することで撥水性材料を含む触媒インキ組成物(固形分濃度12重量%、触媒インキ組成物100重量%としたときの炭素系触媒材料と撥水性材料の合計した割合)を調製した。粘度は24mPa・sであった。また、3日経過後の粘度は26mPa・sであった。
[Example 1-2C Preparation of catalyst ink composition containing water repellent material]
To the catalyst paste composition obtained in Example 1-1, a 20 wt% PTFE dispersion (PTFE 30-J; manufactured by Mitsui DuPont Fluoro Chemical Co., Ltd., 60% polytetrafluoroethylene aqueous dispersion was diluted with ion-exchanged water. 20 parts by weight, and a catalyst ink composition containing a water-repellent material (solid content concentration: 12% by weight, catalyst ink composition) The total proportion of the carbon-based catalyst material and the water-repellent material was 100% by weight. The viscosity was 24 mPa · s. The viscosity after the lapse of 3 days was 26 mPa · s.

[実施例2−2C〜実施例108−2C]
20重量%ナフィオン分散溶液を20重量%PTFE分散溶液に変更した以外は、実施例2−1〜実施例108−1と同様にして、それぞれ、固形分濃度12重量%の撥水性材料を含む触媒インキ組成物を得た。粘度はいずれも20〜30mPa・sであった。また、3日経過後の粘度も大きな変化が見られず、粘度変化率は130%以下と保存安定性は良好であった。
[Example 2-2C to Example 108-2C]
A catalyst containing a water repellent material having a solid content concentration of 12% by weight, respectively, in the same manner as in Example 2-1 to Example 108-1, except that the 20% by weight Nafion dispersion was changed to a 20% by weight PTFE dispersion. An ink composition was obtained. All the viscosities were 20 to 30 mPa · s. Further, the viscosity after 3 days did not change greatly, and the viscosity change rate was 130% or less, and the storage stability was good.

[比較例1−2C〜比較例17−2C]
比較例1−1〜比較例17−1において、20重量%ナフィオン分散溶液を20重量%PTFE分散溶液に変更した以外は、実施例1−2Cと同様にして、撥水性材料を含む触媒インキ組成物を得た。粘度は、いずれも25〜60mPa・sであり、実施例2−2C〜108−2Cのものよりもやや高かった。また、3日経過後の粘度には大きな変化が見られ、粘度変化率は180%以上で、一部沈降もみられた。
[Comparative Example 1-2C to Comparative Example 17-2C]
A catalyst ink composition containing a water-repellent material in the same manner as in Example 1-2C except that in Comparative Example 1-1 to Comparative Example 17-1, the 20 wt% Nafion dispersion solution was changed to a 20 wt% PTFE dispersion solution. I got a thing. The viscosities were all 25 to 60 mPa · s, which was slightly higher than those of Examples 2-2C to 108-2C. In addition, a large change was observed in the viscosity after the lapse of 3 days, the rate of change in viscosity was 180% or more, and some sedimentation was also observed.

[実施例1−3C 燃料電池用触媒層5(撥水層)の作製]
実施例1−2Cで得た撥水性材料を含む触媒インキ組成物を、ドクターブレードにより、乾燥後の炭素系触媒材料の目付け量が1mg/cmになるように電極基材(炭素繊維からなるカーボンペーパ、TGP-H-090、東レ社製)上に塗布し、大気雰囲気中300℃、60分間焼成して、本発明のカソード用燃料電池用触媒層5を作製した。塗工ムラなく良好な燃料電池用触媒層5を形成できた。
[Example 1-3C Fabrication of fuel cell catalyst layer 5 (water repellent layer)]
The catalyst ink composition containing the water-repellent material obtained in Example 1-2C was subjected to an electrode substrate (made of carbon fiber) by a doctor blade so that the basis weight of the carbon-based catalyst material after drying was 1 mg / cm 2. This was coated on carbon paper, TGP-H-090, manufactured by Toray Industries, Inc., and baked in an air atmosphere at 300 ° C. for 60 minutes to produce a cathode fuel cell catalyst layer 5 of the present invention. A good fuel cell catalyst layer 5 could be formed without uneven coating.

[実施例1−3C〜実施例108−3C]
実施例1−2Cで得た撥水性材料を含む触媒インキ組成物を、それぞれ実施例2−2C〜実施例108−2Cで得た撥水性触媒インキ組成物に変更した以外は、実施例1−3Cと同様にして、それぞれ、カソード用燃料電池用触媒層5を作成した。
[Example 1-3C to Example 108-3C]
Example 1 except that the catalyst ink composition containing the water repellent material obtained in Example 1-2C was changed to the water repellent catalyst ink composition obtained in Example 2-2C to Example 108-2C, respectively. Cathode fuel cell catalyst layers 5 were prepared in the same manner as in 3C.

[比較例1−3C〜比較例17−3C]
実施例1−2Cで得た撥水性材料を含む触媒インキ組成物を、それぞれ比較例1−2C〜比較例17−2Cで得た撥水性触媒インキ組成物に変更した以外は、実施例1−3Cと同様にして、それぞれ、カソード用燃料電池用触媒層5を作製した。得られた触媒層は塗工ムラやヒビワレが多く見られた。。
[Comparative Examples 1-3C to Comparative Example 17-3C]
Example 1 except that the catalyst ink composition containing the water repellent material obtained in Example 1-2C was changed to the water repellent catalyst ink composition obtained in Comparative Example 1-2C to Comparative Example 17-2C, respectively. Cathode fuel cell catalyst layers 5 were prepared in the same manner as in 3C. The obtained catalyst layer had many coating unevenness and cracks. .

[実施例1−4C 燃料電池用電極膜接合体の作製]
実施例1−3で作製したカソード用燃料電池用触媒層1と、アノード用燃料電池用触媒層4とを、それぞれ固体高分子電解質膜(Nafion212、デュポン社製、膜厚50μm)の両面に密着して、150℃、5Mpaの条件で狭持した後、テフロン(登録商標)フィルムを剥離した。次いで、アノード側には電極基材(ガス拡散層GDL、炭素繊維からなるカーボンペーパ、TGP-H-090、東レ(株)製)を密着させ、カソード側には実施例1−3Cで作製したカソード用燃料電池用触媒層5を密着させることで、本発明の燃料電池用電極膜接合体(GDL/触媒層/固体高分子電解質膜/触媒層/GDL)を作製した。
[Example 1-4C Production of electrode membrane assembly for fuel cell]
The cathode fuel cell catalyst layer 1 and the anode fuel cell catalyst layer 4 prepared in Example 1-3 were adhered to both surfaces of a solid polymer electrolyte membrane (Nafion 212, manufactured by DuPont, film thickness 50 μm). Then, after sandwiching at 150 ° C. and 5 MPa, the Teflon (registered trademark) film was peeled off. Next, an electrode substrate (gas diffusion layer GDL, carbon paper made of carbon fiber, TGP-H-090, manufactured by Toray Industries, Inc.) was closely attached to the anode side, and Example 1-3C was prepared on the cathode side. The fuel cell electrode membrane assembly (GDL / catalyst layer / solid polymer electrolyte membrane / catalyst layer / GDL) of the present invention was produced by closely contacting the cathode fuel cell catalyst layer 5.

[実施例2−4C〜実施例108−4C]
実施例1−3で作製した燃料電池用触媒層1の代わりに、それぞれ実施例2−3〜実施例108−3で得た燃料電池用触媒層1に変更し、また、カソード側には、実施例1−3Cで作製したカソード用燃料電池用触媒層5の代わりに、それぞれ実施例2−3C〜実施例108−3Cで得た燃料電池用触媒層5を密着させた以外は、実施例1−4Cと同様にして、燃料電池用電極膜接合体を作製した。
[Example 2-4C to Example 108-4C]
Instead of the fuel cell catalyst layer 1 produced in Example 1-3, the fuel cell catalyst layer 1 obtained in Example 2-3 to Example 108-3 was changed, respectively, and on the cathode side, Example except that the fuel cell catalyst layer 5 obtained in Example 2-3C to Example 108-3C was adhered in place of the cathode fuel cell catalyst layer 5 produced in Example 1-3C. In the same manner as in 1-4C, a fuel cell electrode membrane assembly was produced.

[比較例1−4C〜比較例17−4C]
実施例1−3で作製した燃料電池用触媒層1の代わりに、それぞれ比較例1−3〜実施例17−3で得た燃料電池用触媒層1に変更し、また、カソード側には、実施例1−3Cで作製したカソード用燃料電池用触媒層5の代わりに、それぞれ比較例1−3C〜比較例17−3Cで得た燃料電池用触媒層5を密着させた以外は、実施例1−4Cと同様にして、燃料電池用電極膜接合体を作製した。
[Comparative Examples 1-4C to Comparative Example 17-4C]
Instead of the fuel cell catalyst layer 1 produced in Example 1-3, the fuel cell catalyst layer 1 obtained in Comparative Example 1-3 to Example 17-3 was changed, respectively. Example except that the fuel cell catalyst layer 5 obtained in Comparative Example 1-3C to Comparative Example 17-3C was adhered in place of the cathode fuel cell catalyst layer 5 produced in Example 1-3C. In the same manner as in 1-4C, a fuel cell electrode membrane assembly was produced.

実施例1−4C〜実施例108−4Cで作製した本発明の燃料電池用電極膜接合体(GDL/触媒層/固体高分子電解質膜/触媒層/GDL)は、転写後の触媒層のひび割れや欠けがなく均一な電極膜が形成されていた。一方、比較例1−4C〜比較例17−4Cで作製した燃料電池用電極膜接合体は、いずれも転写時にひび割れや欠けが生じるなどの状態が悪いものであった。   The fuel cell electrode membrane assemblies (GDL / catalyst layer / solid polymer electrolyte membrane / catalyst layer / GDL) of the present invention prepared in Examples 1-4C to 108-4C were cracked in the catalyst layer after transfer. A uniform electrode film without any chipping was formed. On the other hand, all of the fuel cell electrode membrane assemblies produced in Comparative Examples 1-4C to 17-4C were in a poor state such as cracking or chipping during transfer.

[実施例1−5C 燃料電池(単セル)の作製]
実施例1−4Cで得られた燃料電池用電極膜接合体を4cm角の試料とし、その両側からガスケット2枚、次いでグラファイトプレートであるセパレータ2枚ではさみ、更に両側から集電板を2枚装着して燃料電池(単セル)として作製した。測定はAuto PEMシリース゛「PEFC評価システム」東陽テクニカ製で実施した。カソード(空気極)側から加湿した酸素ガスを供給し、アノード(燃料極)側から加湿した水素ガスを供給して電池特性を測定した。
[Example 1-5C Production of fuel cell (single cell)]
The fuel cell electrode membrane assembly obtained in Example 1-4C was used as a sample of 4 cm square, and sandwiched between two gaskets from both sides and then two separators as graphite plates, and two current collector plates from both sides. A fuel cell (single cell) was prepared by mounting. The measurement was carried out by Auto PEM series “PEFC evaluation system” manufactured by Toyo Technica. The cell characteristics were measured by supplying humidified oxygen gas from the cathode (air electrode) side and supplying humidified hydrogen gas from the anode (fuel electrode) side.

[実施例2−5C〜実施例108−5C、比較例1−5C〜比較例17−5C]
実施例1−5Cで使用した実施例1−4Cの燃料電池用電極膜接合体の代わりに、それぞれ実施例2−4C〜実施例108−4C、比較例1−4C〜比較例17−4Cで得た燃料電池用電極膜接合体に変更した以外は、実施例1−5Cと同様にして燃料電池の単セルをそれぞれ作製した。
[Example 2-5C to Example 108-5C, Comparative Example 1-5C to Comparative Example 17-5C]
Instead of the electrode membrane assembly for fuel cell of Example 1-4C used in Example 1-5C, Example 2-4C to Example 108-4C and Comparative Example 1-4C to Comparative Example 17-4C were used, respectively. A single cell of the fuel cell was produced in the same manner as in Example 1-5C, except that the electrode membrane assembly for a fuel cell was changed.

(燃料電池(単セル)の評価)
実施例1−5C〜実施例108−5C及び比較例1−5C〜比較例17−5Cで作製した単セルの電流−電圧特性を測定することにより、電池性能を評価した。この結果を以下に示す。実施例1−5Cで作製した単セルでは、開放電圧は0.88V、短絡電流1200mA/cmであり、実施例2−5C〜108−5Cで作製した単セルでも、開放電圧は0.81V〜0.88V、短絡電流800〜1400mA/cmであった。これに対し、比較例1−5C〜17−5Cで作成した単セルは、開放電圧0.7〜0.77V、短絡電流300mA/cm〜600mA/cmといずれも低性能であった。
(Evaluation of fuel cell (single cell))
The battery performance was evaluated by measuring the current-voltage characteristics of the single cells prepared in Example 1-5C to Example 108-5C and Comparative Example 1-5C to Comparative Example 17-5C. The results are shown below. In the single cell produced in Example 1-5C, the open circuit voltage was 0.88 V and the short circuit current was 1200 mA / cm 2. Even in the single cells produced in Examples 2-5C to 108-5C, the open circuit voltage was 0.81 V. It was -0.88V and the short circuit current was 800-1400mA / cm < 2 >. In contrast, the single cell produced in Comparative Example 1-5C~17-5C, open voltage 0.7~0.77V, were both the short-circuit current 300mA / cm 2 ~600mA / cm 2 and low performance.

Claims (8)

触媒活性点が炭素材料表面のエッジ部に導入されたヘテロ原子近傍の炭素原子である非白金系炭素系触媒材料と、分散剤とを含んでなる燃料電池用触媒ペースト組成物であって、分散剤が、塩基性官能基を有する樹脂、酸性官能基を有する樹脂、塩基性官能基を有する顔料誘導体、酸性官能基を有する顔料誘導体およびこれらの混合物からなる群から選ばれた分散剤である燃料電池用触媒ペースト組成物A catalyst paste composition for a fuel cell, comprising a non-platinum-based carbon-based catalyst material in which a catalytic active site is a carbon atom in the vicinity of a heteroatom introduced at an edge of the carbon material surface, and a dispersant Fuel whose dispersant is a dispersant selected from the group consisting of resins having basic functional groups, resins having acidic functional groups, pigment derivatives having basic functional groups, pigment derivatives having acidic functional groups, and mixtures thereof A battery catalyst paste composition . 塩基性官能基を有する樹脂および/または酸性官能基を有する樹脂が、ポリビニル系樹脂またはポリエステル系樹脂である請求項記載の燃料電池用触媒ペースト組成物。 Resin having a resin and / or an acidic functional group having a basic functional group, polyvinyl resin or polyester resin in which claim 1 for a fuel cell catalyst paste composition. 塩基性官能基を有する顔料誘導体および/または酸性官能基を有する顔料誘導体が、有機色素誘導体、アントラキノン誘導体、アクリドン誘導体、トリアジン誘導体およびこれらの混合物からなる群から選ばれた顔料誘導体である請求項記載の燃料電池用触媒ペースト組成物。 Pigment derivative having a pigment derivative and / or an acidic functional group having a basic functional group, an organic dye derivative, an anthraquinone derivative, according to claim 1 which is acridone derivatives, triazine derivatives and pigment derivative selected from the group consisting of mixtures The catalyst paste composition for fuel cells as described. 請求項1〜のいずれか一項記載の燃料電池用触媒ペースト組成物と、水素イオン伝導性ポリマーもしくは撥水性材料の少なくとも一方を含んでなる燃料電池用触媒インキ組成物。 A fuel cell catalyst ink composition comprising the fuel cell catalyst paste composition according to any one of claims 1 to 3 , and at least one of a hydrogen ion conductive polymer or a water repellent material. 請求項記載の燃料電池用触媒インキ組成物から形成されてなる燃料電池用触媒層。 A catalyst layer for a fuel cell formed from the catalyst ink composition for a fuel cell according to claim 4 . 請求項記載の燃料電池用触媒インキ組成物から形成されてなる燃料電池用撥水層。 A water repellent layer for a fuel cell formed from the catalyst ink composition for a fuel cell according to claim 4 . 固体高分子電解質膜と、請求項記載の燃料電池用触媒層もしくは請求項記載の燃料電池用撥水層のうち少なくとも一方と、ガス拡散層を具備してなる燃料電池用電極膜接合体。 A fuel cell electrode membrane assembly comprising a solid polymer electrolyte membrane, at least one of a fuel cell catalyst layer according to claim 5 or a water repellent layer for fuel cell according to claim 6, and a gas diffusion layer. . 請求項に記載の燃料電池用電極膜接合体を具備してなる燃料電池。 A fuel cell comprising the electrode membrane assembly for a fuel cell according to claim 7 .
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