JPH09110982A - リン酸基含有重合体 - Google Patents
リン酸基含有重合体Info
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Abstract
を有し、高温下でもその性能が低下しないプロトン伝導
性高分子固体電解質に有用なリン酸基含有重合体を提供
すること。 【解決手段】 ポリベンズイミダゾールのアルキルリン
酸(塩)からなる、リン酸基含有重合体。
Description
を含有する新規な重合体に関するものであり、特に高分
子固体電解質として有用である。
で代用しようとする機運が高まってきている。その第1
の理由としては、例えば上記電気・電子材料に応用する
場合のプロセシングの容易さであり、第2の理由として
は、短薄軽少・大電力化への移行である。従来、プロト
ン伝導性材料としては、無機物からなるもの、有機物か
らなるものの両方が知られている。無機物の例として
は、例えば水和化合物であるリン酸ウラニルが挙げられ
るが、これら無機化合物は界面での接触が充分でなく、
導電膜を基板あるいは電極上に形成するには問題が多
い。
オン交換樹脂に属するポリマー、例えばポリスチレンス
ルホン酸、ポリビニルスルホン酸、パーフルオロスルホ
ン酸ポリマー、パーフルオロカルボン酸ポリマー、耐熱
性高分子にスルホン酸基を導入したポリマー〔Poly
mer preprints,Japan Vol.4
2,No.7,p2490〜2492(1993)、P
olymer preprints,Japan Vo
l.43,No.3,p735〜p736(199
4)、Polymer preprints,Japa
n Vol.42,No.3,p730(1993)〕
などの有機系ポリマーが挙げられる。
るため、これらポリマー溶液をキャスティングすること
により、基板あるいは電極上に容易にフィルムを形成で
きる。しかしながら、これら有機系ポリマーは、プロト
ン伝導性が未だ充分でないことに加え、高温(100℃
付近)でプロトン伝導性が低下してしまうなど、充分満
足のゆくものとはいえず、電気・電子材料などに応用す
るには種々問題がある。一方、スルホン酸基、カルボン
酸基、リン酸基、4級アミノ基などの極性基を含有した
重合体が広く知られている。これら重合体は、無機物あ
るいは有機物の分散剤、乳化剤、水処理剤、帯電防止
剤、保水剤、増粘剤、繊維処理剤、イオン交換樹脂
(膜)など幅広い分野で使用されている。これらの用途
においても、比較的高温で使用する場合があり、高温下
での長期間信頼性が求められる。しかしながら、従来の
重合体では、この要求を必ずしも満足できていない。
的課題を背景になされたもので、一次電池用電解質、二
次電池用電解質、燃料電池用電解質、表示素子、エレク
トロクロミック素子(窓)、各種センサー、信号伝達媒
体、固体コンデンサーなどに利用可能な(プロトン伝導
性)高分子固体電解質、あるいは分散剤、乳化剤、水処
理剤、帯電防止剤、保水剤、増粘剤、繊維処理剤、イオ
ン交換樹脂(膜)としても利用可能であって、特に高温
での性能および信頼性が優れる特定のアルキルリン酸
(塩)含有重合体を提供することにある。
(I)で表されるポリベンズイミダゾールのアルキルリ
ン酸(塩)からなる、リン酸基含有重合体を提供するも
のである。
基、R2 は脂肪族基、脂環族基または芳香族基、R3 〜
R4 は同一または異なり、水素原子または炭素数2〜5
のアルキルリン酸(塩)であり、かつR3 〜R4 中には
繰り返し構造単位1ユニット中、0.1〜2個のアルキ
ルリン酸(塩)を含み、nは10〜10,000であ
る。〕
用されるポリベンズイミダゾールは、下記(化3)で表
される。
ては、ポリ−2,2′−(m−フェニレン)−5,5′
−ビベンズイミダゾール、ポリ−2,2′−(ピリジレ
ン−3′,5′)−5,5′−ビベンズイミダゾール、
ポリ−2,2′−(フリレン−2′,5′)−5,5′
−ビベンズイミダゾール、ポリ−2,2′−(ナフタレ
ン−1′,6′)−5,5′−ビベンズイミダゾール、
ポリ−2,2′−(ビフェニレン−4′,4′)−5,
5′−ビベンズイミダゾール、ポリ−2,2′−(アミ
レン)−5,5′−ビベンズイミダゾール、ポリ−2,
2′−(オクタメチレン)−5,5′−ビベンズイミダ
ゾール、ポリ−2,2′−(m−フェニレン)−5,
5′−ジイミダゾベンゼン、ポリ−2,2′−(m−フ
ェニレン)−5,5′−ジ(ベンズイミダゾール)エー
テル、ポリ−2,2′−(m−フェニレン)−5,5′
−ジ(ベンズイミダゾール)スルフィド、ポリ−2,
2′−(m−フェニレン)−5,5′−ジ(ベンズイミ
ダゾール)スルホン、ポリ−2,2′−(m−フェニレ
ン)−5,5′−ジ(ベンズイミダゾール)メタン、ポ
リ−2,2′−(m−フェニレン)−5,5′−ジ(ベ
ンズイミダゾール)プロパン−2,2、ポリ−2,2′
−(m−フェニレン)−5,5′−ジ(ベンズイミダゾ
ール)−エチレン−1,2などが挙げられる。
リ−2,2′−(m−フェニレン)−5,5′−ビベン
ズイミダゾールである。
は、米国特許第3,313,783号明細書、同第3,
509,108号明細書、同第3,555,389号明
細書、同第3,433,772号明細書、同第3,40
8,336号明細書、同第3,549,603号明細
書、同第3,708,439号明細書、同第4,15
4,919号明細書、および同第4,312,976明
細書などに記載されている。
は、通常、10〜10,000、好ましくは20〜5,
000であり、10未満では機械的強度が劣り問題とな
り、一方10,000を超えると溶剤への溶解性が悪く
なるため、キャスティングなどの成形性に問題が生じる
場合がある。
上記ポリベンズイミダゾールにアルキルリン酸基を導入
することにより得ることができる。アルキルリン酸基を
導入する方法としては、例えばポリベンズイミダゾール
を、水素化リチウムなどを用いて脱水素化したのち、ハ
ロゲンとリン酸基を有するアルキル化合物を用いて、こ
の重合体中の2級アミンと反応させてアルキルリン酸化
して得ることができる。ハロゲンとリン酸基を有するア
ルキル化合物としては、2−クロロエチルリン酸、2−
ブロモエチルリン酸、2−クロロプロピルリン酸、2−
クロロプロピルリン酸などが挙げられ、好ましくは2−
クロロエチルリン酸である。この反応式は、上記(化
4)のポリベンズイミダゾールと、2−クロロエチルリ
ン酸を用いた場合には、次の(化5)のとおりである。
しては、例えば溶剤に溶解した水素化リチウムとの反応
生成物と、2−クロロエチルリン酸のアルキルアミン塩
とを、−30〜100℃で、数時間攪拌させることなど
が挙げられる。溶剤としては、例えばn−ヘキサンなど
の炭化水素溶剤、テトラヒドロフラン、ジオキサンなど
のエーテル系溶剤、ジメチルアセトアミド(DMA
C)、ジメチルホルムアミドのようなアミド系溶剤、ジ
メチルスルホキシド、N−メチル−2−ピロリドンなど
が挙げられ、好ましくはジメチルアセトアミドである。
重合体中のリン酸基の対イオンとしては、プロトン、リ
チウム、ナトリウムなどのアルカリ金属、カルシウム、
マグネシウムなどのアルカリ土類金属、アンモニア、有
機アミンなど特に制限はない。プロトン伝導性高分子固
体電解質として使用する場合には、対イオンはプロトン
が好ましい。
含有重合体中のリン酸基量は、重合体を構成する1ユニ
ットに対して、通常、0.1〜2個、好ましくは0.5
個以上である。0.1個未満では、リン酸基の絶対数が
少ないため、プロトン伝導性が上がらないなど充分な性
能が得られず、2個を超えるものはポリベンズイミダゾ
ールの構造上得難い。
構造は、赤外線吸収スペクトルによって、リン酸基の吸
収より確認でき、これらの組成比は、元素分析、電位
差、電導度などの酸・アルカリ滴定により知ることがで
きる。また、核磁気共鳴スペクトルにより、その構造を
確認することができる。
て、例えばプロトン伝導性高分子固体電解質が挙げら
れ、一次電池用電解質、二次電池用電解質、燃料電池用
電解質、表示素子、エレクトロクロミック素子(窓)、
各種センサー、信号伝達媒体、固体コンデンサーなどに
利用可能である。プロトン伝導性高分子固体電解質を調
製するには、例えば本発明の重合体を溶剤に溶解してブ
レンドしたのち、キャスティングによりフィルム状に成
形する方法、圧力をかけて成形するなどの方法が挙げら
れる。ここで、溶剤としては、ジメチルアセトアミド、
ジメチルホルムアミドなどのアミド系溶剤、ジメチルス
ルホキシドなどが挙げられる。調製時に硫酸、リン酸な
どの無機酸、カルボン酸を含む有機酸、適量の水などを
併用しても良い。
リテトラメチレングリコール、プロピレンオキシド/ブ
チレンオキシド共重合体、ポリオキシアルキレンモノ
(メタ)アクリレート(共)重合体などのポリエーテル
系重合体、スチレンスルホン酸系(共)重合体、ビニル
スルホン酸系(共)重合体などのスルホン酸含有ポリマ
ー、アクリル酸系(共)重合体、メタクリル酸系(共)
重合体などのカルボン酸含有ポリマー、(メタ)アクリ
ルアミド(共)重合体、アルキル(メタ)アクリルアミ
ド(共)重合体などのアミド系ポリマー、ポリアリルア
ミンなどのアミノ基含有ポリマー、脂肪族ポリアミド
シリコンゴムなどのシロキサン結合を有する重合体、ブ
チルアクリレート、エトキシエチルアクリレートなどの
アクリルモノマーを(共)重合したポリアクリル樹脂、
ポリブタジエン、ポリイソプレン、ポリイソブチレン、
ポリテトラフルオロエチレンなどを併用しても良い。
しては、例えば塩化ナトリウムの電解膜、各種カチオン
の交換樹脂(膜)、透析膜、ガス選択透過膜、水蒸気選
択透過膜、抗血液凝固材料などの医療材料、電池用セパ
レーター、電極素子、電気化学センサー、帯電防止剤な
どが好適である。
説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるもので
はない。なお、実施例中、%および部は、特に断らない
限り重量基準である。また、実施例中の各種の測定項目
は、下記のようにして求めた。
JIR−RFX3001)により同定した。また、元素
分析により、アルキルリン酸化率を算出した。この算出
においては、合成した重合体はアルキルリン酸基が繰り
返し構造単位1ユニット当たり2箇所に導入される可能
性があるので、2箇所に完全に導入された場合のリン酸
化率を100%とした。さらに、生成物の分子量は、溶
離液にジメチルホルムアミドを使用して、GPC法によ
り求めた。検量線は、ポリスチレン標準サンプルを用い
て作製した。
状試料を、白金電極に挟み、密閉セルに封入し、インピ
ーダンスアナライザー(HYP4192A)を用いて、
周波数5〜13MHz、印加電圧12mV、温度20
℃、50℃、100℃にてセルのインピーダンスの絶対
値と位相角を測定した。得られたデータは、コンピュー
タを用いて発振レベル12mVにて複素インピーダンス
測定を行い、プロトン伝導率を算出した。
トアミド20ccに溶解したのち、トリエチルアミン
7.7gを加え室温で2時間撹拌した(溶液Aと称す
る)。内容積300mlの3つ口フラスコに上記(化
4)で示される重合体を4g入れ、ジメチルアセトアミ
ド80ccを加え、85℃で撹拌溶解した。その後、水
素化リチウムを0.8g加え、85℃で2時間撹拌し
た。これに、上記溶液Aを加え、室温で2時間撹拌し
た。ポリマー溶液をメタノールで沈澱精製し、溶媒、未
反応低分子を除去した。構造解析の結果、生成物は(化
6)に示される物質で、エチルリン酸基量は65%、分
子量は50,000(重合度nは約35)であった。こ
の生成物を、P−1と称する。この生成物のIRチャー
トを、図1に示す。
2,2′(ピリジレン−3′,5′)−5,5′−ビベ
ンズイミダゾールに変更した以外は、同様にして実施し
た。構造解析の結果、生成物は(化7)に示される物質
で、エチルリン酸量基量は70%、分子量は45,00
0(重合度nは約28)であった。この生成物を、P−
2と称する。この生成物のIRチャートを、図2に示
す。
2,2′(ナフタレン−1′,6′)−5,5′−ビベ
ンズイミダゾールに変更した以外は、同様にして実施し
た。構造解析の結果、生成物は(化8)に示される物質
で、エチルリン酸量基量は65%、分子量は60,00
0(重合度nは約38)であった。この生成物を、P−
3と称する。この生成物のIRチャートを、図3に示
す。
ャスティングにより白金上にフィルムを作成した。各フ
ィルムの、各温度におけるプロトン伝導性の測定結果を
表1に示す。本発明のアルキルリン酸基含有重合体は、
広い温度範囲にわたって安定してプロトン伝導性を示
す。、特に高温でもプロトン伝導性が低下しないことが
分かる。
度範囲にわたって高いプロントン伝導性を有し、高温下
でもその性能が低下しないという点で優れている。従っ
て、一次電池用電解質、二次電池用電解質、燃料電池用
電解質、表示素子、各種センサー、信号伝達媒体、固体
コンデンサー、イオン交換膜、その他の用途に利用可能
であり、この工業的意義は極めて大である。
る。
る。
る。
Claims (1)
- 【請求項1】 下記一般式(I)で表されるポリベンズ
イミダゾールのアルキルリン酸(塩)からなる、リン酸
基含有重合体。 【化1】 〔一般式(I)中、R1 は4価の芳香族基、R2 は脂肪
族基、脂環族基または芳香族基、R3 〜R4 は同一また
は異なり、水素原子または炭素数2〜5のアルキルリン
酸(塩)であり、かつR3 〜R4 中には繰り返し構造単
位1ユニット中、0.1〜2個のアルキルリン酸(塩)
を含み、nは10〜10,000である。〕
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP29380095A JP3521579B2 (ja) | 1995-10-18 | 1995-10-18 | リン酸基含有重合体 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP29380095A JP3521579B2 (ja) | 1995-10-18 | 1995-10-18 | リン酸基含有重合体 |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09110982A true JPH09110982A (ja) | 1997-04-28 |
JP3521579B2 JP3521579B2 (ja) | 2004-04-19 |
Family
ID=17799322
Family Applications (1)
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JP29380095A Expired - Fee Related JP3521579B2 (ja) | 1995-10-18 | 1995-10-18 | リン酸基含有重合体 |
Country Status (1)
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JP (1) | JP3521579B2 (ja) |
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