JPH11506149A

JPH11506149A - 置換トリフルオロスチレン組成物

Info

Publication number: JPH11506149A
Application number: JP9500041A
Authority: JP
Inventors: ストーン，チャールズ; ステック，アルフレッド，イー．; ローゼンバーグ，ロバート，ディー．
Original assignee: バラードパワーシステムズインコーポレイティド
Priority date: 1995-06-06
Filing date: 1996-06-05
Publication date: 1999-06-02
Also published as: DE69610322D1; EP0848702A1; CA2221813A1; WO1996039379A1; EP0848702B1; AU5889396A; AU709356B2; US5602185A; CA2221813C; DE69610322T2; US5684192A

Abstract

(57)【要約】スルホニルフルオリド置換α，β，β−トリフルオロスチレンモノマーが開示される。このモノマーは高分子組成物に混入され、これは加水分解されて、イオン交換部分を含む高分子組成物を与える。イオン交換部分を含む得られる組成物は、例えば電気化学燃料電池のような、電気化学用途における固体高分子電解質として特に適している。

Description

【発明の詳細な説明】置換トリフルオロスチレン組成物関連出願との関係本出願は、1993年９月21日に出願された米国特許出願No.08/124,924 （これは、「トリフルオロスチレン及び置換トリフルオロスチレンコポリマー組成物、並びにこれより形成されたイオン交換膜」という表題の1995年６月６日に発行された米国特許第 5,422,411である）の一部継続出願である。この関連出願は、その全体を参考として含み、α，β，β−トリフルオロスチレンと種々の置換α，β ，β−トリフルオロスチレンとのコポリマーより得られる高分子組成物を記載している。この組成物は、例えば膜、特にイオン交換膜としての用途に適している。発明の分野本発明は、α，β，β−トリフルオロスチレンと種々の置換α，β，β−トリフルオロスチレンとのコポリマーより得られる高分子組成物に関する。より詳細には、本発明は、α，β，β−トリフルオロスチレンと、スルホニルフルオリド置換α，β，β−トリフルオロスチレンを含む置換α，β，β−トリフルオロスチレンとのコポリマーに関する。これらのコポリマーは加水分解され、イオン交換部分を有する高分子組成物を与える。このイオン交換部分を含む得られる高分子組成物は、例えば電気化学燃料電池のような電気化学用途における固体高分子電解質としての使用に特に適している。発明の背景 α，β，β−トリフルオロスチレンと種々の置換α，β，β−トリフルオロスチレンとのコポリマーより得られ、置換基の少なくとも１つがイオン交換部分である高分子組成物は、1995年６月６日に発行された関連米国特許第 5,422,411号に開示されているように、イオン交換膜としての有用性を有している。通常、イオン交換部分は、未置換α，β，β−トリフルオロスチレンユニットを含むコポリマー（いわゆる「ベースコポリマー」）に、これらのユニットの少なくとも一部の芳香族置換によって導入される。これは通常、ベースコポリマーを製造し、精製し、次いで芳香族置換し、さらにイオン交換部分を含むコポリマーを単離し、精製することを含む。イオン交換官能基を導入する他の方法では、共重合の前にイオン交換部分もしくはマスクされているイオン交換部分が１以上のモノマーに存在する。マスクされているイオン交換部分（これは簡単な方法によって対応するイオン交換部分に転化する）の使用は有利である。発明の概要本発明の高分子組成物は（上式中、ｍは０より大きい整数であり、ｎ、ｐ、及びｑは０又は０より大きい整数であり、Ａ₁、Ａ₂、及びＡ₃は水素、ハロゲン、アルキル、ペルフルオロアルキル、ＣＦ＝ＣＦ₂、ＣＮ、ＮＯ₂、ＯＨ、Ｏ−Ｒからなる群より選ばれ、ここでＲはアルキル、ペルフルオロアルキル及びアリールからなる群より選ばれる）を含む。上記高分子組成物は、下式を有するモノマー異性体の重合（この場合、ｍのみが０より大きい整数である）又は共重合（この場合、ｍは０より大きい整数であり、ｎ、ｐ及びｑの少なくとも１つが０より大きい整数である）により製造される。スルホニルフルオリド部分（−ＳＯ₂Ｆ）は、例えば加水分解のような従来の方法によってスルホン酸（−ＳＯ₃Ｈ）に転化される。Ａ₁、Ａ₂、及びＡ₃置換基を周知の方法により、例えばＣＮ基を加水分解してＣＯＯＨを形成し、又は通常の還元剤（例えばラネーニッケル）により還元して１級アミンを形成し、その後このＡ₁、Ａ₂、及びＡ₃置換基をイオン交換部分に変換してもよい。従って、Ａ₁ 、Ａ₂、及びＡ₃が選ばれる群は、ＳＯ₃Ｈ、ＰＯ₂Ｈ₂、ＰＯ₃Ｈ₂、ＣＨ₂ＰＯ₃Ｈ₂ 、ＣＯＯＨ、ＯＳＯ₃Ｈ、ＯＰＯ₂Ｈ₂、ＯＰＯ₃Ｈ₂、ＮＲ₃ ⁺（Ｒはアルキル、ペルフルオロアルキル及びアリールからなる群より選ばれる）及びＣＨ₂ＮＲ₃ ⁺（Ｒはアルキル、ペルフルオロアルキル及びアリールからなる群より選ばれる）からなっていてもよく、得られる高分子組成物は、スルホニルフルオリド部分及び１以上のタイプのイオン交換部分を含んでいてもよく、またカチオン交換部分とアニオン交換部分の両方を含んでいてもよい。本発明の高分子組成物は、（上式中、ｎは０より大きい整数であり、ｍ、ｐ、及びｑは０又は０より大きい整数であり、Ａ₂及びＡ₃は水素、ハロゲン、アルキル、ペルフルオロアルキル、ＣＦ＝ＣＦ₂、ＣＮ、ＮＯ₂、ＯＨ、Ｏ−Ｒからなる群より選ばれ、ここでＲはアルキル、ペルフルオロアルキル及びアリールからなる群より選ばれ、Ｘ、Ｂ及びＤはＳＯ₂Ｆ、ＳＯ₃Ｈ、ＰＯ₂Ｈ₂、ＰＯ₃Ｈ₂、ＣＨ₂ＰＯ₃Ｈ₂、ＣＯＯＨ、ＯＳＯ₃Ｈ、ＯＰＯ₂Ｈ₂、ＯＰＯ₃Ｈ₂、ＮＲ₃ ⁺（Ｒはアルキル、ペルフルオロアルキル及びアリールからなる群より選ばれる）及びＣＨ₂ＮＲ₃ ⁺（Ｒはアルキル、ペルフルオロアルキル及びアリールからなる群より選ばれる）からなる群より選ばれ、そしてＤが選ばれる群はさらに水素からなっていてもよく、ｍがおより大きい整数でありかつＸがＳＯ₂Ｆである場合、Ｂが選ばれる群はさらに水素からなっていてもよい）をさらに含む。Ａ₂及びＡ₃が選ばれる群は、ＳＯ₃Ｈ、ＰＯ₂Ｈ₂、ＰＯ₃Ｈ₂、ＣＨ₂ＰＯ₃Ｈ₂、ＣＯＯＨ、ＯＳＯ₃Ｈ、ＯＰＯ₂Ｈ₂、ＯＰＯ₃Ｈ₂、ＮＲ₃ ⁺（Ｒはアルキル、ペルフルオロアルキル及びアリールからなる群より選ばれる）及びＣＨ₂ ＮＲ₃ ⁺（Ｒはアルキル、ペルフルオロアルキル及びアリールからなる群より選ばれる）からさらになっていてもよい。得られる高分子組成物はホモポリマー及びコポリマー組成物を含んでいてもよく、モノマーフラグメントに１以上のイオン交換部分が結合している高分子組成物も含んでいてもよい。芳香族環上の置換基（ＳＯ₂Ｆ、Ａ₁、Ａ₂、Ａ₃、Ｘ、Ｂ及びＤ）は各々、上記化学式において、これらの置換基について芳香族環を横切っている化学結合において示しているように、オルト、メタもしくはパラ位に位置している。本発明のコポリマー組成物は、２成分、３成分、又は４成分であってもよい。本発明の高分子組成物は、本質的に上記化学ユニットからなる。従って、このポリマーは所定量の他のモノマー、例えばスチレンを含んでいてもよい。例えば、寸法安定性を高める、膨潤を低下させる、機械特性を改質する、又はイオン交換選択性を制御することが望ましい用途に対して、本発明の高分子組成物に架橋を導入することが好ましい。２より多くのモノマーを含む高分子組成物についての上記化学式（ｍ、ｎ、ｐ、ｑの少なくとも３つが０より大きい）は、モノマーが高分子組成物に存在することを示すが、各式において示すモノマーの順序には制限されない。例えば、所定のモノマーより形成されたランダムな線状コポリマー及び／又は線状ブロックコポリマーが共に包含される。本発明の高分子組成物は、膜に成形されることが適しており、好ましくはイオン交換膜として、最も好ましくは電気化学燃料電池におけるカチオン交換膜として用いられる。好ましい実施態様の詳細な説明本発明の高分子組成物は、α，β，β−トリフルオロスチレンと種々の置換α ，β，β−トリフルオロスチレンとのコポリマーより形成される。一態様において、本発明の高分子組成物は、（上式中、ｍは０より大きい整数であり、ｎ、ｐ及びｑは０又は０より大きい整数であり、Ａ₁、Ａ₂及びＡ₃は水素、ハロゲン、アルキル、ペルフルオロアルキル、ＣＦ＝ＣＦ₂、ＣＮ、ＮＯ₂、ＯＨ、Ｏ−Ｒ（Ｒはアルキル、ペルフルオロアルキル及びアリールからなる群より選ばれる）からなる群より選ばれる）を含む。この高分子組成物は、化学式を有するモノマーの重合により形成される。ｍのみが０より大きい整数である場合の実施態様において、得られる高分子組成物はホモポリマーである。ｍが０より大きい整数でありかつｎ、ｐ及びｑの少なくとも１つが０より大きい整数である場合の実施態様において、得られる高分子組成物はコポリマーである。コポリマー組成物において、上記スルホニルフルオリド−α，β，β−トリフルオロスチレンモノマーは、下式（上式中、Ａは水素、ハロゲン、アルキル、ペルフルオロアルキル、ＣＦ＝ＣＦ₂ 、ＣＮ、ＮＯ₂、ＯＨ、Ｏ−Ｒ（Ｒはアルキル、ペルフルオロアルキル及びアリールからなる群より選ばれる）からなる群より選ばれる）を有する置換α，β，β−トリフルオロスチレンの群より選ばれる他のモノマーと反応される。好ましい方法において、上記モノマーは、遊離基開始剤及び乳化剤を含む水性媒体中で、約35℃〜100 ℃、好ましくは45℃〜65℃の温度において、不活性雰囲気中で約24〜74時間混合される。通常、本発明の高分子組成物の製造に用いられる重合法は周知である。この重合法の好適な参考文献は、John Wiley & Sons 発行のBillmeyer，Jr.によるTextbook of Polymer Science、３版である。上記式の高分子組成物の他の態様において、ｍは０より大きい整数であり、ｎ、ｐ及びｑの少なくとも１つが０より大きい整数である場合、Ａ₁、Ａ₂及びＡ₃ が選ばれる群は、ＳＯ₃Ｈ、ＰＯ₂Ｈ₂、ＰＯ₃Ｈ₂、ＣＨ₂ＰＯ₃Ｈ₂、ＣＯＯＨ、ＯＳＯ₃Ｈ、ＯＰＯ₂Ｈ₂、ＯＰＯ₃Ｈ₂、ＮＲ₃ ⁺（Ｒはアルキル、ペルフルオロアルキル及びアリールからなる群より選ばれる）、及びＣＨ₂ＮＲ₃ ⁺（Ｒはアルキル、ペルフルオロアルキル及びアリールからなる群より選ばれる）からさらになる。従って、得られる高分子組成物は、スルホニルフルオリド部分及び１種以上のイオン交換部分を含み、カチオン交換部分とアニオン交換部分の両方を含んでいてもよい。他の態様において、本発明の高分子組成物は、を含む。この他の態様の一実施態様において、ｍ及びｎは０より大きい整数であり、ｐ及びｑは０又は０より大きい整数であり、Ａ₂及びＡ₃は水素、ハロゲン、アルキル、ペルフルオロアルキル、ＣＦ＝ＣＦ₂、ＣＮ、ＮＯ₂、ＯＨ、Ｏ−Ｒ（Ｒはアルキル、ペルフルオロアルキル及びアリールからなる群より選ばれる）からなる群より選ばれ、Ｂ及びＤは水素、ＳＯ₂Ｆ、ＳＯ₃Ｈ、ＰＯ₂Ｈ₂、ＰＯ₃Ｈ₂、ＣＨ₂ ＰＯ₃Ｈ₂、ＣＯＯＨ、ＯＳＯ₃Ｈ、ＯＰＯ₂Ｈ₂、ＯＰＯ₃Ｈ₂、ＮＲ₃ ⁺（Ｒはアルキル、ペルフルオロアルキル及びアリールからなる群より選ばれる）及びＣＨ₂ ＮＲ₃ ⁺（Ｒはアルキル、ペルフルオロアルキル及びアリールからなる群より選ばれる）からなる群より選ばれる。他の実施態様において、ｍ及びｎ０より大きい整数であり、ｐ及びｑの少なくとも１つが０より大きい整数である場合、Ａ₂及びＡ₃が選ばれる群は、ＳＯ₃Ｈ、ＰＯ₂Ｈ₂、ＰＯ₃Ｈ₂、ＣＨ₂ＰＯ₃Ｈ₂、ＣＯＯＨ、ＯＳＯ₃Ｈ、ＯＰＯ₂Ｈ₂、ＯＰＯ₃Ｈ₂、ＮＲ₃ ⁺（Ｒはアルキル、ペルフルオロアルキル及びアリールからなる群より選ばれる）及びＣＨ₂ＮＲ₃ ⁺（Ｒはアルキル、ペルフルオロアルキル及びアリールからなる群より選ばれる）からさらになる。上記式の高分子組成物のさらに他の実施態様において、ｎが０より大きい整数であり、ｍ、ｐ及びｑが０であるか又は０より大きい整数である場合、ＸはＳＯ₂ Ｆであり、Ａ₂及びＡ₃は水素、ハロゲン、アルキル、ペルフルオロアルキル、ＣＦ＝ＣＦ₂、ＣＮ、ＮＯ₂、ＯＨ、Ｏ−Ｒ（Ｒはアルキル及びペルフルオロアルキルからなる群より選ばれる）からなる群より選ばれ、ＸはＳＯ₃Ｈ、ＰＯ₂Ｈ₂ 、ＰＯ₃Ｈ₂、ＣＨ₂ＰＯ₃Ｈ₂、ＣＯＯＨ、ＯＳＯ₃Ｈ、ＯＰＯ₂Ｈ₂、ＯＰＯ₃Ｈ₂、ＮＲ₃ ⁺（Ｒはアルキル、ペルフルオロアルキル及びアリールからなる群より選ばれる）及びＣＨ₂ＮＲ₃ ⁺（Ｒはアルキル、ペルフルオロアルキル及びアリールからなる群より選ばれる）からなる群より選ばれ、ＢはＳＯ₂Ｆ、ＳＯ₃Ｈ、ＰＯ₂Ｈ₂、ＰＯ₃Ｈ₂、ＣＨ₂ＰＯ₃Ｈ₂、ＣＯＯＨ、ＯＳＯ₃Ｈ、ＯＰＯ₂Ｈ₂、ＯＰＯ₃Ｈ₂、ＮＲ₃ ⁺（Ｒはアルキル、ペルフルオロアルキル及びアリールからなる群より選ばれる）及びＣＨ₂ＮＲ₃ ⁺（Ｒはアルキル、ペルフルオロアルキル及びアリールからなる群より選ばれる）からなる群より選ばれ、Ｄは水素、ＳＯ₂Ｆ、ＳＯ₃Ｈ、ＰＯ₂Ｈ₂、ＰＯ₃Ｈ₂、ＣＨ₂ ＰＯ₃Ｈ₂、ＣＯＯＨ、ＯＳＯ₃Ｈ、ＯＰＯ₂Ｈ₂、ＯＰＯ₃Ｈ₂、ＮＲ₃ ⁺（Ｒはアルキル、ペルフルオロアルキル及びアリールからなる群より選ばれる）及びＣＨ₂ ＮＲ₃ ⁺（Ｒはアルキル、ペルフルオロアルキル及びアリールからなる群より選ばれる）からなる群より選ばれる。従って、得られる高分子組成物はホモポリマーもしくはコポリマーを含む。他の実施態様において、ｍ及びｎが０より大きい整数であり、ｐ及びｑの少なくとも１つが０より大きい整数である場合、Ａ₂及びＡ₃が選ばれる群は、ＳＯ₃Ｈ、ＰＯ₂Ｈ₂、ＰＯ₃Ｈ₂、ＣＨ₂ＰＯ₃Ｈ₂、ＣＯＯＨ、ＯＳＯ₃Ｈ、ＯＰＯ₂Ｈ₂、ＯＰＯ₃Ｈ₂、ＮＲ₃ ⁺（Ｒはアルキル、ペルフルオロアルキル及びアリールからなる群より選ばれる）及びＣＨ₂ＮＲ₃ ⁺（Ｒはアルキル、ペルフルオロアルキル及びアリールからなる群より選ばれる）からさらになる。イオン交換部分は、これらのユニットの少なくとも一部の芳香族置換により、未置換α，β，β−トリフルオロスチレンユニットを含むコポリマー（いわゆるベースコポリマー）に導入される。例えば、側未置換フェニル環を導入するベースコポリマーは、カチオン交換もしくはアニオン交換高分子材料を与えるために、スルホン化、ホスホリル化、カルボキシル化、４級アミノアルキル化もしくはクロロメチル化されていてよく、及び−ＣＨ₂ＰＯ₃Ｈ₂、−ＣＨ₂ＮＲ₃ ⁺（Ｒはアルキルである）もしくは−ＣＨ₂ＮＡｒ₃ ⁺（Ａｒは置換もしくは未置換芳香族基である）及び他の置換基を含むよう改質されていてもよい。さらにこの側フェニル部分は、ポリマー上に−ＯＳＯ₃Ｈ、−ＯＰＯ₂Ｈ₂及び−ＯＰＯ₃Ｈ₂カチオン交換部分を発生させる公知の方法によって処理されたヒドロキシル基を含んでいてもよい。カチオン交換膜を形成するために用いられる通常のスルホン化反応において、コポリマーは適当な溶媒に溶解され、次いでスルホン化剤、例えばクロロスルホン酸もしくは三酸化硫黄のルイス酸ベース錯体と反応される。このような反応に用いられる溶媒は、塩素化脂肪族炭化水素、例えばジクロロエタン、テトラクロロエチレン及びクロロホルムからなる群より選ばれる。このコポリマー溶液は、スルホン化剤を含む溶液の添加前に完全に均質にされる。次いでこの反応は約10 ℃から溶媒の沸点までの温度、又は好ましくは18℃〜40℃の温度において行われる。コポリマーの官能化を確実にするため、この反応は約１〜４時間、又は反応温度によってはそれ以上の時間続けられる。スルホニルフルオリド部分（−ＳＯ₂Ｆ）を含むコポリマーは加水分解され、ポリマー上に−ＳＯ₃Ｈカチオン交換サイトを形成する。通常の加水分解反応において、スルホニルフルオリドは、高温において濃厚な水酸化アルカリ金属水溶液中の加水分解により遊離スルホン酸官能基に転化される。−ＳＯ₂Ｆを−ＳＯ₃ Ｈに加水分解するこの方法及び他の方法は当業者に周知である。−ＳＯ₃Ｈ部分を導入する最近の方法は、ベースコポリマーのスルホン化に利点を与える。例えば、これは得られるポリマーのイオン交換能の制御を改良し、加水分解は芳香族置換によるよりも簡単な反応である。芳香族置換に通常用いられる方法において、すべての反応性側フェニル環の反応の前のイオノマーの沈澱は生成物中のイオン交換能を低下させる。さらに、この方法は膜製造前にさらに精製工程を必要とする。−ＳＯ₂Ｆ部分を含み、イオン交換部分を含まないコポリマーは溶媒キャスト、又は好ましくは押し出しにより膜を製造することができる。得られる膜は容易に加水分解され、上記のようなスルホン化膜を与える。大スケール膜製造において好ましい方法である押し出しは、非イオン性コポリマーの特徴である低いガラス転移温度によってさらに促進される。本発明の好ましい高分子組成物は、（上式中、ｍ、ｎ及びｐは０より大きい整数であり、Ａ₁及びＡ₂は水素、フッ素、ＣＦ₃、及びパラフェニルからなる群より選ばれる）を含む。これらの組成物は上記の方法を用いてイオン交換部分を導入する組成物に転化される。ここで「アリール」とは、置換もしくは未置換芳香族環を意味する。上記実施態様における芳香族環上の置換基（ＳＯ₂Ｆ、Ａ₁、Ａ₂、Ａ₃、Ｘ、Ｂ及びＤ）はオルト、メタもしくはパラ位に配置されてよい。この実施態様の好ましい態様において、この置換基はメタもしくはパラ位に配置される。こうして製造されるコポリマーは、α，β，β−トリフルオロスチレン（ＴＦＳ）のみから形成されたホモポリマー材料と比較して好ましい熱安定性、耐薬品性及び機械特性、例えば引張強度を有する。ジビニルベンゼン架橋ポリスチレンの製造に用いるような、当業者に周知の方法を用いて架橋を導入してもよい。例えば膜材料の機械特性及び物理特性を高めるための架橋は、本発明の高分子組成物を膜に形成する前又は好ましくは後に適当な基の反応によって導入される。その後の架橋に適した側フェニル環上に置換基を有するモノマーが制御された量でコポリマーに導入され、膜中の架橋の程度が制御される。以下の例は説明であって、本発明を限定するものではない。実施例１は、ヨードベンゼンからのｐ−スルホニルフルオリドα，α，β−トリフルオロスチレンの合成を説明する。実施例２は、ｐ−スルホニルフルオリド−α，β，β−トリフルオロスチレン、α，β，β−トリフルオロスチレン及びｍ−トリフルオロメチル−α，β，β−トリフルオロスチレンの乳化共重合を説明する。実施例３は、ｐ−フェノキシ−α，β，β−トリフルオロスチレン、α，β，β−トリフルオロスチレン及びｍ−トリフルオロメチル−α，β，β−トリフルオロスチレンの乳化共重合を説明する。実施例４及び５は、本発明の高分子組成物の製造に用いてよい一般的な方法を説明する。実施例４は、ホモポリマーもしくはコポリマーを製造するため、１種以上のモノマー（固体もしくは液体）に用いてよい一般的な乳化重合反応を説明する。実施例５は、−ＳＯ₂Ｆ部分を−ＳＯ₃Ｈに転化させるために用いてよい通常の加水分解法を説明する。実施例１ｐ−スルホニルフルオリド−α，β，β−トリフルオロスチレン (a) P．Sanecchi，Polish Journal of Chemistry，Vol.66，101-110(1992)に記載の方法に従ってｐ−ヨードベンゼンスルホニルクロリドを製造する。機械攪拌器、加熱マントル、ＨＣｌトラップに接続したアダプターホースを有する水冷冷却器、２リットルの添加漏斗及び不活性ガス流入口を備えた乾燥した５リットルの三口丸底フラスコに2.5 リットルのクロロホルム及びクロロスルホン酸(503g、4.32モル)を加える。この混合物を加熱して穏やかに還流させ、0.5 リットルのクロロホルム中のヨードベンゼン(400g、1.96モル)の溶液を１時間かけて加え、その間、反応混合物の色は黄色から暗赤紫色に変化し、ＨＣｌを発生する。さらに１時間還流させて加熱する。ＧＣによる分析によって、ｐ−ヨードベンゼンスルホニルクロリドに完全に転化したことが示される。この混合物を６リットルの分離漏斗に入れ、下層のほとんど鉱酸である層を捨てる。有機層を中和し、ＭｇＳＯ₄上で乾燥させる。溶媒蒸発により黄色の固体としてｐ−ヨードベンゼンスルホニルクロリドを約593g得る。この生成物を、必要により真空中で蒸留することによりさらに精製してもよい。 (b) 1971年２月２日に発行の米国特許第 3,560,568号に記載の方法と同様の方法を用いてｐ−ヨードベンゼンスルホニルフルオリドを製造する。上記実施例１(a)で製造したｐ−ヨードベンゼンスルホニルクロリド(593g、1. 96モル)を2.5 リットルのアセトンに溶解し、加熱マントル、機械攪拌器及び水冷冷却器を備えた５リットルの三口丸底フラスコに入れる。フッ化カリウム(126 g、2.17モル)及び約25mLの水を加え、還流において約５時間加熱する。冷却し、反応体を濾過し、溶媒を除去して固体を与える。これは真空中において蒸留することにより精製すると、白色固体としてｐ−ヨードベンゼンスルホニルフルオリドを504g与える（90％）。 (c) P.L.Heinze及びD.J.BurtonらのJournal of Organic Chemistry，Vol.53， 2714-2720(1980)に記載の方法に従って製造した、ＤＭＦ中の1,1,2-トリフルオロエテニル亜鉛ブロミドブロモトリフルオロエチレン(106g、0.66モル)を、水冷冷却器及び不活性ガス流入口を備えた１リットルの丸底フラスコに加える。実施例１(ii)に記載のようにして製造したｐ−ヨードベンゼンスルホニルフルオリド (128.5g、0.45モル)、パラジウム(0)ビス（ジベンジリデンアセトン）(1.60g、2 .8 ミリモル)及びトリフェニルホスフィン(1.86g、7.1 ミリモル)を加え、約55 ℃までゆっくり加熱し、この温度で反応により発生した熱を用いて温度を約100 ℃以下に保持する（氷水槽により冷却する）。発熱が停止したら、冷却槽をとりはずし、外部加熱を用いて75℃に３時間保持する。次いで真空中（１mmHg以下）でフラッシ蒸留し、90％以上の液体成分を単離する。蒸留物を、１リットルの脱イオン水を含む２リットルの分液漏斗に注ぐ。この分液漏斗中の生成物をペンタンで抽出する(３×250mL)。ペンタン抽出物を合わせ、水で洗浄し(３×250mL)、無水ＭｇＳＯ₄上で乾燥し、濾過し、蒸発させて透明な黄色の粘稠な液体を残す。この粗生成物を真空中で蒸留し、透明な淡黄色の液体として表題の化合物であるｐ−スルホニルフルオリド−α，β，β−トリフルオロスチレンを得る(74.8g 、69％)。実施例２ｐ−スルホニルフルオリド−α，β，β−トリフルオロスチレン、ｍ−トリフルオロメチル−α，β，β−トリフルオロスチレン及びα，β，β−トリフルオロスチレンの乳化共重合水冷冷却器、不活性ガス流入口及びサーモカップルを備えた１リットルの三口フラスコに350mL の窒素脱気した水、ドデシルアミンヒドロクロリド(6.80g、27ミリモル)及び以下のモノマー、α，β，β−トリフルオロスチレン(13.3g、85ミリモル)、ｍ−トリフルオロメチル−α，β，β−トリフルオロスチレン(9.90g、85ミリモル)及びｐ−スルホニルフルオリド−α，β，β−トリフルオロスチレン(40g、0.167 モル)を加える。開始剤である過硫酸カリウム( 0.52g、1.8 ミリモル)を加え、反応温度を50℃に高め、この温度に約72時間保持する。こうして黄色の粉末が63.1g 得られ、これはトルエン中30℃で測定し、1. 79dL/gの極限粘度数［η］を示す。溶媒としてＣＤＣｌ₃を用いるVARIAN XL-300 NMR 装置において行った¹⁹Ｆ−ＮＭＲ分析により、３つのモノマーフラグメントすべてが混入されていることが確認される。実施例３ｐ−フェノキシ−α，β，β−トリフルオロスチレン、α，β，β−トリフルオロスチレン及びｍ−トリフルオロメチル−α，β，β−トリフルオロスチレンの乳化共重合水冷冷却器、不活性ガス流入口及びサーモカップルを備えた500mL の三口フラスコに350mL の窒素脱気した水、ドデシルアミンヒドロクロリド(4.57g、21ミリモル)及び以下のモノマー、α，β，β−トリフルオロスチレン(4.57g、30ミリモル)、ｍ−トリフルオロメチル−α，β，β−トリフルオロスチレン(6.76g、3 0ミリモル)及びｐ−フェノキシ−α，β，β−トリフルオロスチレン(22.44g、9 0ミリモル)を加える。開始剤である過硫酸カリウム(0.39g、1.4 ミリモル)を加え、反応温度を50℃に高め、この温度に約72時間保持する。こうして淡黄色の粉末が25.5g 得られる。実施例４一般的乳化共重合法攪拌機、水冷冷却器、加熱マントル及び温度調節器を備えた12リットルの反応容器に3.2 リットルの水を加える。水を窒素で約１時間脱気し、反応を窒素雰囲気に保つ。ドデシルアミンヒドロクロリド(58g、0.26モル)を水に加え、攪拌する。この際、所望のモノマーを攪拌しながら容器に加え、エマルジョンを形成する。このエマルジョンの温度を50℃に高め、過硫酸カリウム(4.42g、15ミリモル )を加える。反応を約72時間続ける。その後、２リットルの水を加えてエマルジョンを希釈する。次いで２リットルの水に溶解した水酸化カリウム(80g、1.43モル)の溶液を加える。沈澱したポリマーを75℃において１時間激しく攪拌する。この混合物を冷却後、濾過し、フィルターケーキを新鮮な水で数回洗浄する。濾液をほとんど除去した後、このケーキをソックスレー管に移し、還流メタノールで連続的に抽出することにより洗浄し、導入したモノマーのランダムな線状コポリマーを与える。この得られる生成物（通常オフホワイト色の粉末）は十分純粋である。実施例５一般的加水分解法好ましくは膜の形態のポリマーを60℃において約18時間、過剰の６Ｎの水酸化カリウム水溶液で処理する。次いでこのポリマーを脱イオン水で洗浄し、未反応の水酸化カリウム及びフッ化カリウム副生成物を除去する。スルホニルフルオリド−α，β，β−トリフルオロスチレンを含むモノマー混合物より製造したコポリマーを80％以上の収率で製造し、加水分解により本質的に定量的に対応するスルホン酸同族体に転化する。本発明の特定の態様を説明したが、もちろん、本発明はこれらに限定されず、当業者によって改変してもよい。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ステック，アルフレッド，イー. カナダ国，ブリティッシュコロンビアブイ７ブイ３エイチ７，ウエストバンクーバー，ウエストリッジアベニュー 3956 (72)発明者ローゼンバーグ，ロバート，ディー. カナダ国，オンタリオエム５エム２ピー８，ノースヨーク，ハディントンアベニュ 192

Claims

【特許請求の範囲】１．下式を有する化合物。２．下式を有する化合物。３．下式のホモポリマー。４．下式（上式中、ｍは０より大きい整数である）のポリマーを含む高分子組成物。５．下式（上式中、ｍは０より大きい整数であり、ｎ、ｐ及びｑの少なくとも１つは０より大きい整数であり、Ａ₁、Ａ₂及びＡ₃は水素、ハロゲン、アルキル、ペルフルオロアルキル、ＣＦ＝ＣＦ₂、ＣＮ、ＮＯ₂、ＯＨ、Ｏ−Ｒ（Ｒはアルキル、ペルフルオロアルキル及びアリールからなる群より選ばれる）からなる群より選ばれる）のポリマーを含む高分子組成物。６．Ａ₁、Ａ₂及びＡ₃が選ばれる群がＳＯ₃Ｈ、ＰＯ₂Ｈ₂、ＰＯ₃Ｈ₂、ＣＨ₂ＰＯ₃Ｈ₂、ＣＯＯＨ、ＯＳＯ₃Ｈ、ＯＰＯ₂Ｈ₂、ＯＰＯ₃Ｈ₂、ＮＲ₃ ⁺（Ｒはアルキル、ペルフルオロアルキル及びアリールからなる群より選ばれる）及びＣＨ₂ＮＲ₃ ⁺（Ｒはアルキル、ペルフルオロアルキル及びアリールからなる群より選ばれる）からさらになり、Ａ₁、Ａ₂及びＡ₃の少なくとも１つはＳＯ₃Ｈ、ＰＯ₂Ｈ₂、ＰＯ₃Ｈ₂、ＣＨ₂ＰＯ₃Ｈ₂、ＣＯＯＨ、ＯＳＯ₃Ｈ、ＯＰＯ₂Ｈ₂、ＯＰＯ₃Ｈ₂、ＮＲ₃ ⁺（Ｒはアルキル、ペルフルオロアルキル及びアリールからなる群より選ばれる）及びＣＨ₂ＮＲ₃ ⁺（Ｒはアルキル、ペルフルオロアルキル及びアリールからなる群より選ばれる）からなる群より選ばれる、請求項５記載の高分子組成物。７．組成物が少なくとも一部架橋している、請求項３〜６のいずれか１項に記載の高分子組成物。８．下式（上式中、ｍは０より大きい整数である）のポリマーから本質的になる高分子組成物。９．下式（上式中、ｍは０より大きい整数であり、ｎ、ｐ及びｑの少なくとも１つは０より大きい整数であり、Ａ₁、Ａ₂及びＡ₃は水素、ハロゲン、アルキル、ペルフルオロアルキル、ＣＦ＝ＣＦ₂、ＣＮ、ＮＯ₂、ＯＨ、Ｏ−Ｒ（Ｒはアルキル、ペルフルオロアルキル及びアリールからなる群より選ばれる）からなる群より選ばれる）のポリマーから本質的になる高分子組成物。 10．Ａ₁、Ａ₂及びＡ₃が選ばれる群がＳＯ₃Ｈ、ＰＯ₂Ｈ₂、ＰＯ₃Ｈ₂、ＣＨ₂ＰＯ₃Ｈ₂、ＣＯＯＨ、ＯＳＯ₃Ｈ、ＯＰＯ₂Ｈ₂、ＯＰＯ₃Ｈ₂、ＮＲ₃ ⁺（Ｒはアルキル、ペルフルオロアルキル及びアリールからなる群より選ばれる）及びＣＨ₂ＮＲ₃ ⁺（Ｒはアルキル、ペルフルオロアルキル及びアリールからなる群より選ばれる）からさらになり、Ａ₁、Ａ₂及びＡ₃の少なくとも１つはＳＯ₃Ｈ、ＰＯ₂Ｈ₂、ＰＯ₃Ｈ₂、ＣＨ₂ＰＯ₃Ｈ₂、ＣＯＯＨ、ＯＳＯ₃Ｈ、ＯＰＯ₂Ｈ₂、ＯＰＯ₃Ｈ₂、ＮＲ₃ ⁺（Ｒはアルキル、ペルフルオロアルキル及びアリールからなる群より選ばれる）及びＣＨ₂ＮＲ₃ ⁺（Ｒはアルキル、ペルフルオロアルキル及びアリールからなる群より選ばれる）からなる群より選ばれる、請求項９記載の高分子組成物。 11．組成物が少なくとも一部架橋している、請求項８〜10のいずれか１項に記載の組成物。 12．請求項３〜11のいずれか１項に記載の高分子組成物を含む高分子膜。 13．請求項３〜11のいずれか１項に記載の高分子組成物から本質的になる高分子膜。 14．下式（上式中、ｍ、ｎ及びｐは０より大きい整数であり、Ａ₁及びＡ₂は水素、フッ素、ＣＦ₃及びパラフェノキシからなる群より選ばれる）のポリマーを含む高分子組成物。 15．下式（上式中、ｍ、ｎ及びｐは０より大きい整数であり、Ａ₁及びＡ₂は水素、フッ素、ＣＦ₃及びパラフェノキシからなる群より選ばれる）のポリマーから本質的になる高分子組成物。 16．請求項６又は10のいずれか記載の高分子組成物を含むイオン交換膜。 17．請求項６又は10のいずれか記載の高分子組成物から本質的になるイオン交換膜。 18．請求項16記載のイオン交換膜を含む電気化学燃料電池。 19．請求項17記載のイオン交換膜を含む電気化学燃料電池。