WO2004033534A1 - スルホン酸基を含有するポリアリーレンエーテル系化合物、それを含有する組成物、およびそれらの製造方法 - Google Patents

スルホン酸基を含有するポリアリーレンエーテル系化合物、それを含有する組成物、およびそれらの製造方法 Download PDF

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WO2004033534A1
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aromatic
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Yoshimitsu Sakaguchi
Kota Kitamura
Shigenori Nagahara
Masahiro Yamashita
Junko Nakao
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Toyo Boseki Kabushiki Kaisha
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Definitions

  • the present invention relates to a polyarylene ether compound containing a sulfonic acid group, a composition containing the same, and a method for producing them.
  • the present invention relates to a sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound useful as a polymer electrolyte membrane.
  • a water electrolysis tank or a fuel cell can be used as an example of an electrochemical device using a solid polymer electrolyte as an ion conductor instead of a liquid electrolyte.
  • the polymer membrane used for these must be chemically, thermally, electrochemically and mechanically sufficiently stable as well as proton conductivity as a cation exchange membrane.
  • perfluorocapone sulfonic acid membranes typically Naphion (registered trademark) manufactured by DuPont, USA, have been used as a material that can be used for a long time.
  • Naphion registered trademark
  • the object of the present invention is to provide heat resistance, dimensional stability at high temperatures, processability, and ion conductivity by using a polyarylene ether compound having a sulfonic acid group, which has good polymerizability and is useful as a polymer electrolyte membrane.
  • An object of the present invention is to obtain an excellent polymer material, particularly useful as an ion conductive membrane.
  • the present invention provides a polyarylene ether compound containing the polymer constituents represented by the general formulas (1) and (2).
  • Ar represents a divalent aromatic group
  • Y represents a sulfone group or a ketone group
  • X represents H or a monovalent cation species
  • Ar ′ represents a divalent aromatic group
  • At least one of Ar or Ar ′ contains one Ph—Ph— group and has a structure other than a bonded sulfonic acid group, wherein one O—Ar—O—cut or one O—A One unit of r'_ ⁇ , or the sum of these units, accounts for 52% by mass or more of the polymer structure.
  • the polyarylene ether compound of the present invention contains polymer components represented by the general formulas (3) and (4).
  • X 2 represents H or a monovalent cation species.
  • the polyarylene ether compound of the present invention further comprises a polymer component represented by the general formula (5) and the general formula (6).
  • ⁇ ⁇ , 1 1 2 Oyobi 11 3 represents the number of bonds of the sulfonic acid groups per aromatic ring, eta iota, n 2 and n 3 are each independently And n 2 + n 3 is an integer of 1 to 4.
  • X 3 is one or more functional groups selected from the group consisting of CN, —CO ⁇ Y, —CONR 2 ;
  • Y represents hydrogen, a metal atom, or various ammoniums; Represents one or two groups selected from the group consisting of alkyl groups.
  • Oyobi sigma 2 is a lower alkyl group TansoHara child number 1 6, a lower alkoxyl group, TansoHara child number 1 6 lower carboxyl groups of 1 to 6 carbon atoms, 1 to 6 carbon atoms One or more functional groups selected from the group consisting of lower carbonyl group, nitro group, amino group, hydroxyl group, and halogen atom.
  • the polyarylene ether compound of the present invention further includes a polymer component represented by the general formula (7).
  • 11 4 Oyobi 11 5 represents a bond number of the sulfonic acid groups per aromatic ring, n 4 and n 5 independently to represent an integer of 0 to 2, n 4 + n 5 is an integer of 1 to 4.
  • the polyarylene ether compound of the present invention has a sulfonic acid group content of 0.3 to 3.5 meq / g, and more preferably, a sulfonic acid group content of 0.2 to 6. Within Ome q / g.
  • a sulfonic acid group is introduced into a polyarylene ether polymer containing 52% by mass or more of a dioxybiphenylene unit (111PhPh- Ph—) in the polymer structure.
  • a polyarylene ether compound having a structure.
  • the polyarylene ether compound of the present invention contains polymer components represented by the general formulas (3) and (4).
  • X 2 represents H or a monovalent cation species.
  • the polyarylene ether compound of the present invention further comprises polymer components represented by the following general formulas (5) and (6).
  • n 2 and n 3 represent the number of sulfonic acid groups per aromatic ring, and ni , n 2 and n 3 each independently represent 0 to An integer 2, 11 2 + 11 3 Aru an integer of from 1 to 4.
  • X 3 is one or more functional groups selected from the group consisting of CN, -COOY, and _C ⁇ NR 2 ;
  • Y represents hydrogen, a metal atom, and various ammoniums;
  • R is hydrogen and alkyl Represents one or two groups selected from the group consisting of groups.
  • Z 1 and Z 2 are a lower alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a lower alkoxyl group having 1 to 6 carbon atoms, a lower carboxyl group having 1 to 6 carbon atoms, and a lower carboxyl group having 1 to 6 carbon atoms.
  • One or more functional groups selected from the group consisting of a carbonyl group, a nitro group, an amino group, a hydroxyl group, and a halogen atom, and 1 and 2 represent Z 1 and Z per aromatic ring.
  • 2 represents the number of bonds
  • r 1 and r 2 are each independently an integer of 0 to 4, and ns + r 1 ⁇ n 3 + r 2 ⁇ 4.
  • the polyarylene ether compound of the present invention further includes a polymer component represented by the general formula (7).
  • 1 1 4 Oyobi! 1 5 represents a bond number of the sulfonic acid groups per aromatic ring, n 4 and n 5 independently to 0-2 integer, n 4 + n 5 is an integer of 1 to 4.
  • the sulfonic acid group content is in the range of 0.2 to 6.
  • the method for producing a polyarylene ether compound of the present invention comprises polymerizing a compound represented by the general formulas (13) and (14) by a nucleophilic aromatic substitution reaction containing a monomer as a monomer. It is characterized by.
  • Y 2 represents a sulfone group or a ketone group
  • X 6 represents a monovalent cation species
  • 4 represents chlorine or fluorine.
  • the method for producing a polyarylene ether compound of the present invention comprises a compound represented by the general formula:
  • Y 2 represents a sulfone group or a ketone group
  • X 6 represents a monovalent cation species
  • Z 4 represents chlorine or fluorine.
  • the present invention also provides a composition comprising the above polyarylene ether compound in an amount of 50 to 100% by mass.
  • the present invention also provides a composition
  • a composition comprising a polybenzimidazole-based compound containing a polymer component represented by the general formula (8) and the above-mentioned polyarylene ether-based compound.
  • m 1 represents an integer of 1 to 4
  • R 1 represents a tetravalent aromatic bond unit capable of forming an imidazole ring
  • R 2 represents a divalent aromatic bond unit
  • R 1 and R 2 may be a condensed ring is conjugate or multiple aromatic rings may be a single ring of any aromatic ring may have a stable substituent
  • Z 3 is Represents a sulfonic acid group and / or a phosphonic acid group, a part of which may have a salt structure.
  • m 2 represents an integer of 1 to 4
  • Ar ′ ′ represents a divalent aromatic bond unit
  • X 4 represents — ⁇ _, one S — 2 —, one C (CH 3 ) 2 —, -C (CF 3 ) 2 —, one or more selected from the group consisting of one OP h ⁇ one, and P h represents a divalent aromatic bonding unit, and '0.2 ⁇ n 6 ⁇ 1.0.
  • m 3 represents an integer of 1 to 4
  • Ar '' represents an aromatic bond unit
  • X 5 one O-, one S0 2 -, one S-, one CH 2 -, one ⁇ _Ph_ ⁇ is at least one selected from the group ing from scratch
  • Ph represents a divalent aromatic bond Yuyutto
  • 11 7 is in the range of 0.2 to 1.0.
  • the amount of the sulfonic acid and / or the phosphonic acid contained in the polyarylene ether compound and / or the polybenzimidazole compound is 0.5 to 4. 0 equivalents / kg.
  • the present invention also provides an ion conductive film containing the above compound.
  • the average thickness is 7 mm o 1 / ⁇ 2 ⁇ sec or less at 5 M 25 ° C methanol permeation rate of the aqueous methanol solution to the membrane of 50 ⁇ .
  • the method for producing an ionic conductor of the present invention includes a step of casting a solution containing a polyarylene ether compound and a solvent such that a cast thickness is in a range of 10 to 1000 / im. Drying the cast solution.
  • the present invention also provides a composite comprising the above-mentioned ion conductive membrane and an electrode.
  • the present invention also provides a fuel cell comprising the above-described composite.
  • the fuel cell of the present invention uses methanol as a fuel.
  • the present invention also provides an adhesive characterized by containing the above-mentioned polyarylene ether compound.
  • FIG. 4 is a chart showing an IR spectrum of the sulfonated aromatic polyether-based film obtained in Example 7.
  • FIG. 5 is a graph showing the power generation characteristics of the sulfonated polyaryl ether and Naphion 112 (registered trademark) obtained with S—DCDP S; DCBN-38: 62. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • the present invention provides a polymer material having excellent dimensional stability at high temperatures, heat resistance, processability, and ion conductivity, and particularly useful as an ion conductive film, by using a polyarylene ether compound in which sulfonic acid is introduced on an aromatic ring.
  • the polyarylene ether-based compound having a sulfonic acid group of the present invention has a feature that dimensional change and elution are small, especially under high temperature and high humidity conditions.
  • the present invention also achieves the above object by introducing, in a polyarylene ether-based compound in which sulfonic acid is introduced on an aromatic ring, a specific amount or more of a dioxybiphenylene structure in a polymer structure. Can be done.
  • an aromatic polyether compound having a sulfonic acid group introduced therein needs to introduce a large number of sulfonic acid groups to exhibit ionic conductivity.
  • the swellability of the fuel cell also increases, and it is easy for fuel cells to operate at high temperatures.
  • the present invention by introducing a specific amount or more of a dioxybiphenylene structural unit into a polymer, swelling can be suppressed even when the sulfonic acid group introduction rate is increased to achieve high ionic conductivity.
  • the dimensional stability is distinctive at high temperatures. In addition, it shows good characteristics in workability.
  • the present invention also provides a composition containing a polyarylene imidazole compound together with a sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound. This makes it possible to obtain a polymer electrolyte membrane that can be formed by a simple membrane forming process and that exhibits high ionic conductivity while suppressing membrane expansion under high temperature and high humidity.
  • the present invention will be described in more detail.
  • the sulfonic acid group-containing polyarylene ether-based compound of the present invention is characterized by containing components represented by the following general formulas (1) and (2).
  • Ar is a divalent aromatic group
  • Y is a sulfone group or a ketone group, or ⁇ !
  • a r ′ represents a divalent aromatic group
  • the sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound of the present invention may contain structural units other than those represented by the above general formulas (1) and (2).
  • the structural units other than those represented by the general formula (1) or (2) are preferably 50% by mass or less of the polyarylene ether into which the sulfonic acid of the present invention has been introduced.
  • the content is 50% by mass or less, the characteristics of the sulfonate group-containing polyarylene ether-based compound of the present invention can be sufficiently utilized.
  • the sulfonic acid group-containing polyarylene ether-based compound of the present invention also contains a dioxybiphenylene unit (1 O—Ph—Ph — ⁇ 1) in the polymer structure in an amount of 52% by mass or more, and further has a sulfonic acid group.
  • the polyarylene ether-based compound of the present invention is a polymer mainly composed of an aromatic ring, in which an aromatic ring is connected with an ether bond as a mode of connection, and in addition to the ether bond, a direct bond, a ketone, a sulfone, Bonding modes generally used for forming aromatic polymers such as sulfides, various alkylenes, imides, amides, esters, and urethanes may be present.
  • the number of ether bonds is preferably one or more per repeating unit of the main constituent component, and particularly preferably two or more.
  • the aromatic ring may include not only a hydrocarbon-based aromatic ring but also a heterocyclic ring.
  • the aromatic ring unit includes an alkyl group, an alkoxy group, an aromatic group, a hydrocarbon group such as an aryloxy group, a halogen group, a nitro group, a cyano group, an amino group, a halogenated alkyl group, a carboxyl group, a phosphonic acid group, a hydroxyl group, and the like. May have any substituent.
  • the sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound of the present invention is characterized in that the aromatic polymer containing dioxybiphenylene unit (molecular weight per unit is equivalent to 184.1.19) in a structure of the polymer is 52% by mass or more. It has a structure in which a sulfonic acid group is introduced into an aromatic polyether polymer. That is, in the excluded skeleton structure bound sulfonic acid groups, relative to the aromatic polyether-based polymer containing a di-O alkoxy-bi Hue Ellen Interview Knit 5 2 mass 0/0 or more, sulfonic acid group-introduced Has a structure ing.
  • the dioxybiphenylene unit When the dioxybiphenylene unit is at least 52% by mass, swelling due to humidity is small even if a sufficient amount of sulfonic acid groups are introduced to obtain sufficient ion conductivity, and particularly high temperature It shows excellent dimensional stability under wet conditions. Biff Enirenyunitto more preferably in the range from 5 4 mass 0/0 above. If the biphenylene unit is less than 52% by mass, when sulfonic acid groups are introduced under the same conditions, dimensional changes due to swelling under high temperature and high humidity conditions will increase.
  • the expression that the sulfonic acid group has been introduced may be directly introduced on the aromatic ring in the polymer, or may be introduced via a substituent of the aromatic ring.
  • sulfonic acid group-containing polyarylene ether-based compound of the present invention those containing the components represented by the following general formulas (3) and (4) are particularly preferable. This is because having a biphenylene structure results in excellent dimensional stability under high-temperature and high-humidity conditions and high toughness of the film.
  • X 2 represents H or a monovalent cation species.
  • the polyarylene ether-based compound of the present invention can contain a compound having the following general formulas (5) and (6) together as a constituent if necessary.
  • n, n 2 , n 3 represents the bonding number of sulfonic acid groups per aromatic ring, 0 is independently each 11 I n 2, n 3 2 Is an integer of! ⁇ +: ⁇ is an integer of ⁇ ⁇ . That is, the structural unit represented by the formula (5) may have up to two sulfonic acid groups introduced therein. On the other hand, at least one sulfonic acid group needs to be introduced into the structural unit represented by the formula (6), and the number of sulfonic acid groups per aromatic ring is not more than two. Need to be. If three or more sulfonic acid groups are introduced per ring, the problem of reduced water resistance such as swelling due to water at high temperatures will occur.
  • X 3 is one or more functional groups selected from the group consisting of one CN, —COOY 1 , —CONR 2 , and Y 1 is hydrogen, metal Represents an atom or various ammonium groups, and R represents one or two groups selected from hydrogen and an alkyl group. That is, to the structural unit represented by the formula (5), in addition to the sulfonic acid group, a cyano group, a carboxyl group, an amide group, or a derivative thereof may be bonded. Among them, it is preferable that at least a part contains a cyano group.
  • the bonding position of each is not particularly limited, but the phenylene group is preferably a paraphenylene group or a metaphenylene group. Further, as the structural unit represented by the formula (5), a ⁇ -cyano-2,6-phenylene group is particularly preferable.
  • sigma 1 Oyobi 2 2 are each independent selected from lower alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, lower alkoxy Le group having 1 to 6 carbon atoms One or more selected from the group consisting of a lower carboxyl group having 1 to 6 carbon atoms, a lower power carbonyl group having 1 to 6 carbon atoms, a nitro group, an amino group, a hydroxyl group, and a halogen atom. Is a functional group!
  • ⁇ Independently represents the number of bonds of Z 1 and Z 2 per aromatic ring, and r 1 and r 2 are each independently Te is an integer of 0 ⁇ 4, r ⁇ + r 1 ⁇ , a n 3 + r 2 4. That is, the expression
  • the structural unit represented by (6) includes a lower alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a lower alkoxyl group having 1 to 6 carbon atoms, and a lower force having 1 to 6 carbon atoms. And at least one functional group selected from the group consisting of a group, a lower carbonyl group having 1 to 6 carbon atoms, a nitro group, an amino group, a hydroxyl group, and a halogen atom.
  • the polyarylene ether compound of the present invention may optionally have the following general formula
  • n 4, n 5 represents the bonding number of the sulfonic acid groups per aromatic ring, n 4 and n 5 independently to represent an integer of 0 to 2, 1 1 4 + 1 1 5 1 It is an integer of 4. That is, it is preferable that at least one sulfonic acid group is introduced into the structural unit represented by the formula (7), and the number of sulfonic acid groups introduced per aromatic ring is two. It is preferably within the range. This is because if sulfonic acid groups are not added, it is disadvantageous to develop sufficient ionic conductivity, and if three or more sulfonic acid groups are introduced per aromatic ring. This is because the problem of reduced water resistance due to swelling due to water at high temperatures is likely to occur.
  • the sulfonic acid group in the sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound of the present invention may be directly introduced on the aromatic ring, or may be introduced via a substituent on the aromatic ring.
  • the sulfonic acid group may be present in an acid form with a proton, or may be present as various salts such as a metal salt and an amine salt.
  • the sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound of the present invention when the components represented by the general formulas (1) and (2) are contained, the sulfonic acid group content is 0.3 to 3.5 meciZg. Is preferably within the range. If less than 0.3me qZg, sufficient ionic conductivity when used as an ion conductive membrane When it is higher than 3.5 meq / g, the ion conductive membrane is subjected to high temperature and high humidity conditions.]]] The swelling becomes so large that it is not suitable for use.
  • the sulfonic acid group content is 0%. It is preferable to be introduced in the range of 2 to 6. Ome q / g. If it is less than 0.2me qZg, sufficient ionic conductivity will not be exhibited. 6. If it exceeds Ome q / g, the water resistance tends to decrease. Of these, it is preferably in the range of 1.0 to 3. Qme q / g, and particularly preferably in the range of 1.5 to 2.3 meq / g. The sulfonic acid group content can be determined experimentally by titration.
  • the polyarylene ether compound of the present invention utilizes an aromatic nucleophilic substitution reaction of an activated dihalogenated aromatic compound and an aromatic dihydroxy compound, or an aromatic nucleophilic substitution reaction of a halogenated aromatic hydroxy compound.
  • a sulfonic acid group can be introduced into the polymer by introducing a sulfonic acid group into at least one of the monomers, or by reacting with an appropriate sulfonating agent after polymerization as an aromatic polyester.
  • activation of the activated dihalogenated aromatic compound means that the reactivity to the aromatic nucleophilic substitution reaction is increased by the presence of the electron withdrawing group.
  • the structure of the activated dihalogenated aromatic compound that can be used in the aromatic nucleophilic substitution reaction is not particularly limited, but it is possible to use 4,4,1-dichlorodiphenylsulfone, 4,4'-diphnoleology. Phenoinolenolephon, 4,4 'dichlorodiphenylenoketone, 4,4' diphnoleodifenolenoketone, 2,6-dichlorobenzene benzonitorinole, 2,6_diphnoleobenzonetrinole, 2,4 Benzonitrile, 2,4-diphenoleno, 2,5-dichlorobenzole, 2,5-diphnole benzonitrile, etc.
  • the activated dihalogenated aromatic compound does not contain biphenyl lentite, In this case, it is particularly preferable to use a dihalogenated aromatic compound having a low molecular weight.
  • These activated dihalogenated aromatic compounds can be used alone, but a plurality of dihalogenated aromatic compounds can be used in combination.
  • examples of the aromatic dihydroxy compound used for the aromatic nucleophilic substitution reaction include 4,4′-biphenoleno, bis (4-hydroxydroxyphene-nore) snorehon, and 1,1-bis (4-hydroxydrenophene).
  • aromatic diols that can be used for polymerization of a polyarylene ether-based compound by an aromatic nucleophilic substitution reaction can also be used. These aromatic diols can be used alone, or a plurality of aromatic diols can be used in combination. In order to introduce the biphenylene unit into the polyarylene ether compound of the present invention, the use of 4,4, -biphenyl is particularly preferred.
  • the halogenated aromatic hydroxy compound used in the aromatic nucleophilic substitution reaction is not particularly limited, but 4-hydroxy-4 ′ monochlorobenzophenone, 4-hydroxy-14 ′ — 4'-Chlorodiphenylenolesnorethone, 4-Hydroxy-4, -Fournolology Phenylsnorehone, 4-Chloro-4 '-(p-Hydroxyphenol) diphene
  • snorrephon 4-fluoro-4 '-(p-hydroxypheninole) benzophenone, and the like.
  • these halogenated aromatic hydroxy compounds may be reacted together to synthesize an aromatic polyether compound.
  • the sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound of the present invention is polymerized using a sulfonic acid group-containing monomer by an aromatic nucleophilic substitution reaction, a compound obtained by introducing a sulfonic acid group into any monomer is used.
  • the polymerization is preferably performed by an aromatic nucleophilic substitution reaction containing a compound represented by the following general formula (13) or (14) as a monomer.
  • Y 2 represents a sulfone group or a ketone group
  • X 6 represents a monovalent cation species
  • Z 4 represents chlorine or fluorine.
  • Specific examples of the compound represented by the general formula (13) include 3,3′-disulfo-4,4′—dichlorodipheninolesnorefone, 3,3,1-disunolefo-14,4 ′ Ninoresnolephon, 3, 3'-disunolefo-1,4'-dichlorodiphenoletone, 3,3'-disulfo-1,4'-diphnoleodiphenolesulfone, and their sulfonic acid groups Is a salt with a monovalent cation species.
  • the monovalent cation species may be sodium, potassium, other metal species, various amines, and the like, but is not limited thereto.
  • Specific examples of the compound represented by the general formula (14) include 2,6-dibenzobenzonitrile, 2,6-dibenzolebenzonitrile, 2,4-dibenzobenzonitrile, and 2,4-difluorobenzene.
  • Benzonitrile, 2,5-dichlorobenzonitrile and 2,5-difluorobenzonitrile can be mentioned.
  • various activated difluoroaromatic compounds / dichloroaromatic compounds can be used in combination with the compounds represented by the general formulas (13) and (14) as monomers.
  • Examples of these compounds are 4,4'-dichlorodiphenylenolesnorefone, 4,4'-diphnorolodiphene-norresnorefone, 4,4'-diphnolenobenzophenone, and 4,4'-dichlorobenzene.
  • Examples include, but are not limited to, nzophenone, and other aromatic dihalogen compounds, aromatic dinitro compounds, and aromatic dishino compounds that are active in the aromatic nucleophilic substitution reaction can also be used.
  • Ar in the component represented by the above general formula (1) and Ar ′ in the component represented by the above general formula (2) are generally the same as those described above in the aromatic nucleophilic substitution polymerization.
  • This is a structure introduced from an aromatic diol component monomer that undergoes an aromatic nucleophilic substitution reaction with the compound represented by the general formulas (13) and (14).
  • aromatic di-monomers examples include 4,4'-biphenylenole, bis (4-hydroxyphenynore) snorehon, 1,1-bis (4-hydroxyphenolene) ethane, and 2,2-bis (4-Hydroxyphene) propane, bis (4-hydroxyphene) methane, 2,2-bis (4-hydroxyphene) butane, 3,3-bis (4-hydroxyphene) ) Pentane, 2,2-bis (4-hydroxy-1,3,5-dimethylphenol) propane, bis (4-hydroxy3,5-dimethylphenyl) methane, bis (4-hydroxy2, 5-Dimethylphenyl) methane, bis (4-hydroxyphenolene) phenolemethane, bis (4-hydroxyphenylenole) dipheninolemethane, 9,9-bis (4-hydroxyphenylenole) funeno Oren, 9,9-bis (3-methynoleic 4-hydroxydroxyphene) phenololene, 2,2-bis (4-hydroxydi
  • aromatic diols that can be used for polymerization of a polyarylene ether-based compound by an aromatic nucleophilic substitution reaction can also be used. These aromatic diols can be used alone, but a plurality of aromatic diols can be used in combination.
  • the sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound of the present invention is polymerized by an aromatic nucleophilic substitution reaction, it can be represented by the above general formulas (13) and (14).
  • a polymer can be obtained by reacting an activated difluoroaromatic compound containing a compound and / or an aromatic diol with an aromatic diol in the presence of a basic compound.
  • the polymerization can be carried out in a temperature range of 0 to 350 ° C., preferably at a temperature of 50 to 250 ° C. When the temperature is lower than 0 ° C, the reaction tends to be insufficient, and when the temperature is higher than 350 ° C, decomposition of the polymer tends to start.
  • the reaction can be carried out without a solvent, but is preferably carried out in a solvent.
  • usable solvents include N-methyl-1-pyrrolidone, N, N-dimethylacetamide, N, N-dimethylformamide, dimethylsulfoxide, diphenylsulfone, and sulfolane.
  • the solvent is not limited to this, and may be any one that can be used as a stable solvent in the aromatic nucleophilic substitution reaction.
  • These organic solvents may be used alone or as a mixture of two or more.
  • the basic compound include sodium hydroxide, sodium hydroxide, sodium carbonate, potassium carbonate, sodium hydrogencarbonate, potassium hydrogencarbonate, and the like, provided that the aromatic diol can form an active phenoxide structure.
  • water may be generated as a by-product.
  • water can be removed as an azeotrope out of the system by coexisting toluene or the like in the reaction system.
  • a water absorbing material such as molecular sieve can be used.
  • the desired polymer is obtained by removing the solvent from the reaction solution by evaporation and, if necessary, washing the residue. Further, the polymer can be precipitated as a solid by adding the reaction solution to a solvent having a low solubility of the polymer, and the polymer can be obtained by filtering the precipitate.
  • the polyarylene ether compound of the present invention can also be synthesized by an aromatic electrophilic substitution reaction known as a Friedel-Crafts reaction.
  • the aromatic monomers that are subjected to electrophilic attack include diphenyl ether and 1,4-diphenyl.
  • Aromatic dicarboxylic acid chloride can be used as the monomer that performs the electrophilic attack.
  • terephthalic acid chloride isophthalic acid chloride, 2,6-naphthalene dichloride olevonic acid chloride, 1,5-naphthalene dichloride olevonic acid chloride, 4,4'-biphenylene chloride Normal olevonic acid chloride, diphenyl ether 1,3'-dicarboxylic acid, diphenyl ether 1,4,4 'dicarboxylic acid, benzophenone 1,4,4'-dicarboxylic acid, etc., which are generally used in this reaction, are used.
  • Polymerization can also be carried out in combination with a self-condensation type monomer such as 4-phenoxybenzoic acid chloride.
  • the conditions for the aromatic electrophilic substitution reaction are not particularly limited.
  • a Friedel-Crafts reaction using aluminum chloride as a catalyst can be used.
  • the solvent at this time 1,2-dichloroethane, dichloromethane, halogen-containing hydrocarbons such as 1,1,2,2-tetrachloropentaethane, and chlorinated honolem, nitrobenzene, carbon disulfide and the like can be used.
  • other solvent systems such as hydrogen fluoride and boron trifluoride, and other catalyst systems such as zinc chloride, aluminum bromide, ferric chloride, and titanium tetrachloride can also be used.
  • aromatic dicarboxylic acid Dehydration polycondensation can also be performed in polyphosphoric acid or the like as a monomer.
  • a sulfonate is obtained with respect to the obtained polyarylene ether compound.
  • the sulfonation reaction yields the sulfonated polyarylene ether compound of the present invention.
  • X 7 represents chlorine or fluorine.
  • the polyarylene ether-based compound obtained in a form having no sulfonic acid group is converted into a sulfonic acid group-containing polyarylene by performing a sulfonation reaction.
  • It can be an ether compound.
  • it can be obtained by performing a sulfonation reaction of a polyarylene ether-based compound containing a structural unit in which either n 2 or n 3 is 0.
  • the sulfonating agent used for producing the polyarylene ether-based compound containing a sulfonic acid group is not particularly limited.
  • compounds in which a lower alkyl group is substituted at the ortho position on both sides of the sulfonic acid group for example, 1,3,5_trimethylbenzene-12-sulfonic acid, 1,2,4,5 —Tetramethylbenzene-1-sulfonic acid, 1,2,3,5-tetramethylbenzene-1-sulfonic acid, 1,2,3,4,5-pentamethylenobenzene-1-6-sulfonic acid, 1,3,5 _ Trimethylbenzene-1,2,4-disulfuric acid, 1,3,5-triethylbenzene-12-sulfonic acid, and the like are particularly preferred, and 1,3,5-trimethylbenzene-12- Sulfonic acid is most preferred.
  • these sulfonating agents are used in an amount of 30 to 50,000 parts by mass based on 100 parts by mass of the polyarylene ether compound. And more preferably in the range of 50 to 10,000 parts by mass. If the amount of the sulfonating agent is less than 30 parts by mass, the sulfonation reaction tends not to proceed sufficiently, and if the amount of the sulfonating agent exceeds 50,000 parts by mass, the sulfonated There is a tendency that much labor is required for the treating agent.
  • the organic solvent used for producing the sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound of the present invention is not particularly limited, and the polyarylene ether compound and / or the sulfonating agent are not particularly limited. Can be used as long as it does not dissolve the compound and does not adversely affect the sulfonation reaction. Specific examples include halogenated aliphatic hydrocarbons such as chlorophonolem, dichloromethane, 1,2-dichloroethane, trichloroethane, tetrachloroethane, trichloroethylene, tetrachloroethylene, and halogens such as dichlorobenzene and trichlorobenzene.
  • halogenated aliphatic hydrocarbons such as chlorophonolem, dichloromethane, 1,2-dichloroethane, trichloroethane, tetrachloroethane, trichloroethylene, tetrachloroethylene
  • Aromatic compounds such as nitromethane, nitrobenzene, etc .; tricyclic benzenes such as trimethylbenzene, triptylbenzene, tetramethylbenzene, pentamethylbenzene, etc .; and complex ring compounds such as snoreholane, etc.
  • Linear, branched or cyclic aliphatic hydrocarbons such as octane, decane, cyclohexane and the like can be mentioned.
  • solvents may be used alone or in combination of two or more.
  • the amount of the solvent used is appropriately selected depending on the type of the polyarylene ether compound and the type of the sulfonating agent. It is preferably in the range of 100 to 2,000 parts by mass with respect to 100 parts by mass. If the amount of the solvent is less than 100 parts by mass, it tends to be difficult to proceed with a uniform sulfonation reaction, and if the amount of the solvent exceeds 2000 parts by mass, There is a tendency that much effort is required for later separation of the solvent from the sulfonating agent and recovery of the solvent.
  • the amount of sulfonic acid group introduced can be controlled by setting sulfonating conditions such as a sulfonating agent, a reaction temperature, and a reaction time with respect to the polyarylene ether-based compound, if necessary.
  • the sulfonation reaction is preferably performed at a reaction temperature in the range of 120 to 150 ° C and a reaction time in the range of 0.1 to 100 hours. If the reaction temperature is lower than ⁇ 20 ° C., the reaction rate of the sulfonation reaction becomes slow, and if the reaction temperature exceeds 150 ° C., there is a problem that the control of the sulfonation becomes difficult.
  • polyarylene ether compound containing a sulfonic acid group of the present invention it is preferable to perform sulfonation under an inert gas atmosphere such as a nitrogen gas or an argon gas. This is for preventing the obtained polymer from being oxidized and deteriorated. (Polymer logarithmic viscosity)
  • the sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound of the present invention preferably has a polymer logarithmic viscosity of 0.1 or more as measured by the method described later. If the logarithmic viscosity is less than 0.1, the film tends to be brittle when formed as an ion conductive film.
  • the reduced specific viscosity is more preferably 0.3 or more. On the other hand, if the reduced specific viscosity exceeds 5, undesirably, problems with processability arise, such as difficulty in dissolving the polymer.
  • a polar organic solvent such as N-methylpyrrolidone or N, N-dimethylacetamide can be used. It can also be measured using concentrated sulfuric acid.
  • the sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound of the present invention can be used alone, but is preferably used in combination with a polybenzimidazole compound. Further, the sulfonated polyarylene ether-based compound of the present invention can be used in combination with other polymers.
  • polyesters such as polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, and polyethylene naphthalate
  • polyamides such as nylon 6, nylon 6,6, nylon 6,10, and nylon 12
  • the composition containing an acidic group-containing polybenzimidazole-based compound together with the polyarylene ether-based compound of the present invention has excellent not only durability but also processability and ionic conductivity. New materials that exhibit properties can be obtained. Due to such excellent properties, the composition of the present invention can be suitably used as a material for a solid polymer electrolyte membrane for a fuel cell.
  • the polyarylene ether compound of the present invention accounts for 50% by mass or more and 100% by mass of the whole composition. / 0 is preferably contained. More preferably 70 mass. / 0 or more and less than 100% by mass.
  • the content of the sulfonic acid group-containing aromatic polyether compound of the present invention is less than 50% by mass of the whole resin composition, the sulfonic acid group concentration of the ion conductive membrane containing this resin composition becomes low, which is favorable. In addition, there is a tendency that a high ionic conductivity cannot be obtained, and a unit containing a sulfonic acid group becomes a discontinuous phase, and the mobility of the conductive ion tends to decrease.
  • the composition is obtained by mixing the polybenzimidazole-based compound with the polyaryleneether-based compound of the present invention. Can be done. Then, the mixed polymer composition can be extruded from a polymerization solution, an isolated polymer, a re-dissolved polymer solution, or the like, and formed into a fiber or film by any method such as spinning, rolling, casting, or the like. . In these molding steps, it is preferable to mold from a solution dissolved in an appropriate solvent.
  • Non-proton polar solvents such as N, N-dimethylacetamide, N, N-dimethylformamide, dimethylsulfoxide, N-methyl-2-pyrrolidone and hexamethylphosphonamide
  • Suitable acids can be selected from strong acids such as, but not limited to, polyphosphoric acid, methanesulfonic acid, sulfuric acid, and trifluoroacetic acid.
  • molding from an organic solvent system is particularly preferred.
  • These solvents may be used as a mixture of two or more as much as possible.
  • a solvent obtained by adding a Lewis acid such as lithium bromide, lithium chloride or aluminum chloride may be used as a means for improving solubility.
  • the polymer concentration in the solution is 0.1 to 50 It is preferably in the range of%. If it is too low, moldability will deteriorate, and if it is too high, processability will deteriorate.
  • composition of the present invention may contain, if necessary, for example, an antioxidant, a heat stabilizer, a lubricant, a tackifier, a plasticizer, a crosslinking agent, a viscosity modifier, an antistatic agent, an antibacterial agent, an antifoaming agent, Various additives such as a dispersant, a polymerization inhibitor and the like may be contained.
  • the acidic group-containing polybenzimidazole compound in the present invention has the following formula:
  • m 1 represents an integer of 1 to 4
  • R 1 represents a tetravalent aromatic binding unit capable of forming an imidazole ring
  • R 2 represents a divalent aromatic unit
  • R 1 And R 2 may each be a single aromatic ring, a combination of a plurality of aromatic rings or a condensed ring, and may have a stable substituent
  • Z 3 represents a sulfonic acid group and / or a phosphonic acid group, and a part thereof may have a salt structure.
  • the route for synthesizing the acidic group-containing polybenzimidazole-based compound of the present invention having the structure represented by the above formula (8) is not particularly limited, but is usually an aromatic tetramine which can form an imidazole ring in the compound. And a compound selected from the group consisting of aromatic dicarboxylic acids and derivatives thereof with one or more compounds selected from the group consisting of aromatic dicarboxylic acids and derivatives thereof.
  • a sulfonic acid group or a phosphonic acid group or a dicarboxylic acid containing a salt thereof in the dicarboxylic acid to be used the sulfonic acid group or the phosphonic acid group is introduced into the obtained polybenzimidazole. can do.
  • the sulfonic acid group-dicarboxylic acid containing a phosphonic acid group can be used alone or in combination of one or more types. However, it is also possible to use a sulfonic acid group-containing dicarboxylic acid and a phosphonic acid group-containing dicarboxylic acid at the same time.
  • a benzimidazole-based binding unit (a component of a polybenzimidazole-based compound), an aromatic dicarboxylic acid-bonded unit having a sulfonic acid group and / or a phosphonic acid group, and a sulfonic acid group
  • the aromatic dicarboxylic acid binding unit having no phosphonic acid group and other binding units are linked by random polymerization and Z or alternating polymerization.
  • these polymerization types are not limited to one type, and two or more types of polymerization types may coexist in the same compound.
  • the binding unit represented by the structure represented by the following formula (9) and (10) is represented by n 6 : (1—n 6 ) is particularly preferable.
  • the molar ratio is 0.2 ⁇ ⁇ 6 ⁇
  • aromatic tetramine that gives the sulfonic acid group-containing polybenzimidazole-based compound containing the component represented by the above formula (8) are not particularly limited.
  • 3,3 ', 4,4'-tetraaminodiphenyl ether, 3,3', 4,4'-tetraaminodiphene which can form a binding unit represented by the formula (10); ⁇ Resphone, 2,2-bis (3,4-diaminophenyl) propane, 2,2-bis (3,4-diaminophenyl) hexafluoropropane, 1,4-bis (3,4-diaminophenoki) B) Benzene and their derivatives are particularly preferred.
  • aromatic tetramine derivatives include salts with acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid, and phosphoric acid.
  • acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid, and phosphoric acid.
  • these compounds may be used alone or in combination. Further, these compounds may contain a known antioxidant such as tin (II) chloride or a phosphorous acid compound as required.
  • an aromatic dicarboxylic acid containing one to four sulfonic acid groups can be selected.
  • examples thereof include 2,5-dicarboxybenzenesulfonic acid, 3,5-dicarboxybenzenesulfonic acid, 2,5-dicarboxy-1,4-benzenedidisolenoic acid, and 4,6-dicanololevoxy-1 Sulfonic acid-containing dicarboxylic acids such as 2,3-benzenedisnoroleic acid, 2,2'-disulfo-4,4'-biphenyldicarboxylic acid, 3,3'-disulfo-4,4'-biphenyldicarboxylic acid, and the like; These derivatives can be mentioned.
  • Derivatives include sodium and potassium Any alkali metal salt, ammonium salt, alkyl ammonium salt and the like can be mentioned.
  • the structure of the sulfonic acid group-containing dicarponic acid is not particularly limited to these.
  • M 1 in the above formula (8) is selected from an integer of 1 to 4. If m 1 is 5 or more, the water resistance of the polymer tends to decrease, which is not preferable.
  • the sulfonic acid group-containing dicarboxylic acids can be introduced not only alone but also in the form of copolymers with dicarboxylic acids that do not contain sulfonic acid groups and phosphonic acid groups.
  • dicarboxylic acids that can be used with the sulfonic acid group-containing dicarboxylic acids include terephthalic acid, isophtalic acid, naphthalenedicarboxylic acid, diphenylethyldicarboxylic acid, diphenylsulfonic dicarboxylic acid, biphenyldicarboxylic acid, and tartaric acid.
  • polyester raw materials such as phenyldicarboxylic acid and 2,2-bis (4-force phenolic phenol) hexafluoropropane, can be used, and are limited to those exemplified here. is not.
  • the purity of the dicarboxylic acid having a sulfonic acid group is not particularly limited, but is preferably 98% or more, more preferably 99% or more.
  • Polyimidazole polymerized from a dicarboxylic acid containing a sulfonic acid group as a raw material tends to have a lower degree of polymerization than a case using a dicarboxylic acid containing no sulfonic acid group. It is preferable to use dicarponic acid containing as high a purity as possible.
  • a sulfonic acid group-containing dicarboxylic acid effectively clear the sulfonic acid by the 2 0 mole 0/0 or more in the total dicarboxylic acid can do.
  • the acid is further preferably 5 0 mole 0/0 above.
  • Examples of the phosphonic acid group-containing polybenzimidazole-based compound containing the component represented by the above formula (8) include a bond tub represented by the following formulas (11) and (12).
  • n 7 one containing as a constituent component in a molar ratio of (l _ n 7) is preferred especially.
  • m 3 represents an integer from 1 to 4
  • a r ′ ′ represents an aromatic bonding unit
  • the molar ratio satisfies the equation 0. 2 ⁇ n 7 ⁇ l. 0.
  • aromatic tetramine that gives the phosphonic acid group-containing polyimidazole represented by the above formula (8) are not particularly limited, but include, for example, 1,2,4,5-tetraaminobenzene, 3 , 3'-diaminobenzidine, 3,3 ', 4,4'-tetraaminodiphenyl ether, 3,3', 4,4'-tetraaminonodiphenylthioether, 3,3 ', 4,4'-tetra Aminodiphenyl sulfone, 2,2-bis (3,4-diaminopheninole) propane, bis (.3,4-diaminophenyl) methane, 2,2-bis (3,4 diaminophen) L) Hexafunorolopropane, 1,4-bis (3,4-diaminophenoxy) benzene, etc.
  • 3,3 ', 4,4'-tetraaminodiphenylenolate can form the binding unit represented by the above formula (9), 3,3', 4,4,4 ⁇ Tetraaminodiphenylenolesnorethone, 3, 3 ', 4,4'-tetraaminodiphenylthioether, bis (3,4-diaminopheneole) methane, 1,4-bis (3,4-diaminophenoxy) benzene and derivatives thereof are particularly preferred. .
  • aromatic tetramine derivatives include salts with acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid, and phosphoric acid.
  • acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid, and phosphoric acid.
  • these compounds may be used alone or in combination. Further, these compounds may contain a known antioxidant such as tin (II) chloride or a phosphorous acid compound, if necessary.
  • the aromatic dicarboxylic acid having a phosphonic acid group and its derivative used in synthesizing the polybenzimidazole-based compound having a phosphonic acid group represented by the above formula (11) are not particularly limited.
  • Compounds having 1 to 4 phosphonic acid groups in the aromatic dicarboxylic acid skeleton can be suitably used.
  • Specific examples thereof include aromatic dicarboxylic acids having a phosphonic acid group such as 2,5-dicarboxyphenylphosphonic acid, 3,5-dicarboxyphenolephosphonic acid, 2,5-bisphosphoterephthalic acid, and the like. And derivatives thereof. It is not preferable that the aromatic dicarboxylic acid skeleton has five or more phosphonic acid groups, since the water resistance of the polymer tends to decrease.
  • examples of the phosphonic acid derivatives of these aromatic dicarboxylic acids having a phosphonic acid group include alkali metal salts such as sodium and potassium, and ammonium and alkylammonium salts.
  • these compounds may be used alone or in combination.
  • these compounds may contain a known antioxidant such as tin (II) chloride or a phosphite compound, if necessary.
  • the structure of the aromatic dicarboxylic acid having a phosphonic acid group is not limited to these, but the aromatic dicarboxylic acid having a phenylphosphonic acid type phosphonic acid group as shown here is preferable.
  • the purity of the aromatic dicarboxylic acid having a phosphonic acid group used for synthesizing the polybenzimidazole compound in the present invention is not particularly limited, but is preferably 97% or more, more preferably 98% or more.
  • Aromatic dica having phosphonic acid group Polybenzimidazole compounds polymerized from rubonic acid tend to have a lower degree of polymerization than aromatic dicarboxylic acids without sulfonic acid and phosphonic acid groups.
  • the aromatic dicarboxylic acid having a phosphonic acid group preferably has as high a purity as possible.
  • the degree of polymerization of the obtained polybenzimidazole-based compound tends to be low, which tends to be unsuitable as a material for a solid polymer electrolyte.
  • aromatic dicarboxylic acids having a phosphonic acid group may be used alone, but do not contain a sulfonic acid group and a phosphonic acid group! / By copolymerizing with an aromatic dicarboxylic acid, It may be used for the synthesis of a polybenzimidazole compound having a phosphonic acid group in the present invention.
  • the aromatic dicarboxylic acid having no sulfonic acid group and no phosphonic acid group that can be used together with the aromatic dicarboxylic acid having a phosphonic acid group is not particularly limited. Examples thereof include terephthalic acid, isophthalic acid, and naphthalene.
  • Polyester raw materials such as dicarboxylic acid, diphenyl ethereolecanoleponic acid, diphenyl sulfone dicarboxylic acid, biphenyl dicarboxylic acid, terphenyl dicarboxylic acid, 2,2-bis (4-carboxyphenyl) hexafluoropropane
  • dicarboxylic acid diphenyl ethereolecanoleponic acid
  • diphenyl sulfone dicarboxylic acid biphenyl dicarboxylic acid
  • terphenyl dicarboxylic acid 2,2-bis (4-carboxyphenyl) hexafluoropropane
  • these compounds may be used alone or in combination. Further, these compounds may contain a known antioxidant such as tin (II) chloride or a phosphorous acid compound as necessary.
  • the polybenzimidazole-based compound of the present invention when an aromatic dicarponic acid having no sulfonic acid group and no phosphonic acid group is used together with an aromatic dicarponic acid having a phosphonic acid group, By mixing the aromatic dicarboxylic acid having a phosphonic acid group so as to have a content of at least 20 mol%, the excellent effects of the polybenzimidazole compound in the present invention having a phosphonic acid group can be obtained. Can be clarified. Further, in order to bring out the outstanding effect of the polybenzimidazole-based compound having a phosphonic acid group in the present invention, the content of the aromatic dicarboxylic acid having a phosphonic acid group must be determined.
  • the content of aromatic dicarboxylic acid having a phosphonic acid group is 20 mol. /. If it is less than 3, the electrical conductivity of the polybenzimidazole-based compound in the present invention tends to be low, and it tends to be unsuitable as a material for a solid polymer electrolyte.
  • the above-mentioned aromatic dicarboxylic acid having a sulfonic acid group and the aromatic dicarboxylic acid having a phosphonic acid group may be used alone, but the copolymerization reaction of both of them makes it possible to obtain the present invention. May be used for the synthesis of a polybenzimidazole-based compound having a sulfonic acid group and Z or a phosphonic acid group.
  • the aromatic dicarboxylic acid having a sulfonic acid group and the aromatic dicarboxylic acid having a phosphonic acid group may be used alone, but they do not contain a sulfonic acid group and a phosphonic acid group.
  • the polybenzimidazole-based compound having a sulfonic acid group Z or a phosphonic acid group of the present invention may be synthesized by a copolymerization reaction with an aromatic dicarboxylic acid.
  • polymerization by a similar mechanism using methanesulfonic acid / phosphorus pentoxide mixed solvent system instead of polyphosphoric acid can also be applied.
  • methanesulfonic acid / phosphorus pentoxide mixed solvent system instead of polyphosphoric acid
  • polymerization using polyphosphoric acid which is generally used, is preferred.
  • a precursor polymer having a polyamide structure or the like is synthesized by a reaction in an appropriate organic solvent or in the form of a mixed raw material monomer melt.
  • a method of converting to a desired polybenzimidazole structure by a cyclization reaction by a suitable heat treatment or the like can be used.
  • the reaction time for synthesizing the polybenzimidazole compound of the present invention cannot be specified unconditionally because there is an optimum reaction time depending on the combination of individual raw material monomers, but the long reaction time as conventionally reported is not possible.
  • the thermal stability of the obtained polybenzimidazole-based compound is reduced.
  • a polybenzimidazole-based compound having a sulfonic acid group and a Z or phosphonic acid group can be obtained with high heat stability.
  • the reaction temperature for synthesizing the polybenzimidazole compound in the present invention cannot be generally specified because there is an optimum reaction temperature depending on the combination of the individual raw material monomers.
  • a reaction of the resulting polybenzimidazole-based compound with a sulfonic acid group and / or a phosphonic acid group In some cases, it may not be possible to control the amount of phenol introduced. In this case, it is preferable to lower the reaction temperature within a range where the effects of the present invention can be obtained.
  • the repeating units may be randomly polymerized and / or alternated. It has the characteristic of exhibiting stable performance as a material for polymer electrolyte membranes due to the combination by dynamic polymerization.
  • all monomer raw materials are charged from the initial stage of polymerization at a blending ratio including equivalence. It is preferable to make by the method of putting.
  • the polybenzimidazole-based compound can be synthesized by block polymerization instead of random polymerization or alternating polymerization. Synthesize the oligomer of the component It is preferable to carry out the polymerization after adjusting the blending ratio so that the equivalence is adjusted including the second component by adding a nomer raw material.
  • the molecular weight of the polybenzimidazole-based compound having a sulfonic acid group and / or a phosphonic acid group is not particularly limited, but is preferably 1,000 or more, and 3,000 or more. The above is more preferable. Further, the molecular weight is preferably 1, 000, 000 or less, more preferably 200, 000 or less. When the molecular weight is less than 1,000, it is difficult to obtain a molded product having good properties from a polybenzimidazole-based compound due to a decrease in viscosity. On the other hand, if the molecular weight exceeds 1, 000, 0000, it becomes difficult to mold a polybenzimidazole compound due to an increase in viscosity.
  • the molecular weight of the polybenzimidazole-based compound having a sulfonic acid group and / or a phosphonic acid group in the present invention can be substantially evaluated by the logarithmic viscosity measured in concentrated sulfuric acid.
  • the logarithmic viscosity is preferably 0.25 or more, and more preferably 0.40 or more.
  • the logarithmic viscosity is preferably 10 or less, and more preferably 8 or less.
  • the logarithmic viscosity is less than 0.25, it becomes difficult to obtain a molded article having good properties from a polybenzimidazole compound due to a decrease in viscosity.
  • the logarithmic viscosity exceeds 10, it becomes difficult to mold a polybenzimidazole compound due to an increase in viscosity.
  • a known method can be used as a method for obtaining a molded body from the solution.
  • the solvent can be removed by heating, drying under reduced pressure, or immersing in a polymer non-solvent that is miscible with a solvent that dissolves the polymer to obtain a molded article of polybenzimidazole containing a sulfonic acid group and / or a phosphonic acid group.
  • the solvent is an organic solvent
  • the solvent is preferably distilled off by heating or drying under reduced pressure.
  • the solvent is a strong acid, it is preferable to soak in water, methanol, acetone, or the like.
  • a preferred method for forming a membrane containing the polyarylene-based compound and the sulfonic acid group-containing polybenzimidazole compound of the present invention is casting from a solution.
  • the film can be obtained by removing the solvent from the cast solution as described above. Drying of the solvent is preferable from the viewpoint of film uniformity. Further, in order to avoid decomposition and deterioration of the polymer and the solvent, it is preferable to dry under reduced pressure and at the lowest possible temperature.
  • a glass plate, a polytetrafluoroethylene plate, or the like can be used as the substrate to be cast. When the viscosity of the solution is high, heating the substrate or the solution and casting at a high temperature lowers the viscosity of the solution and allows easy casting.
  • the thickness of the solution at the time of casting is not particularly limited, but is preferably from 10 to 100 ⁇ . If the thickness is too small, the shape of the film cannot be maintained. If the thickness is too large, a non-uniform film tends to be formed. More preferably, it is 100 to 50 ⁇ .
  • a known method can be used as a method for controlling the cast thickness of the solution. For example, the thickness can be controlled by using an applicator, a doctor blade, or the like, or by controlling the thickness and the amount of the solution with a constant casting area using a glass dish. A more uniform film can be obtained from the cast solution by adjusting the solvent removal rate. For example, when heating, it is possible to lower the evaporation rate at the initial stage by lowering the temperature.
  • the coagulation rate of the polymer can be adjusted by leaving the solution in the air or inert gas for an appropriate time.
  • the film of the present invention can have any thickness depending on the purpose, but is preferably as thin as possible from the viewpoint of ion conductivity. Specifically, it is preferably at most 20 ⁇ , more preferably at most 50 // m, most preferably at most 20 ⁇ . (Manufacture of molded body)
  • the sulfonic acid group-containing polyarylene ether-based compound and the composition thereof of the present invention can be formed into a molded article such as a fiber or a film by any method such as extrusion, spinning, rolling or casting. Among them, molding from a solution dissolved in an appropriate solvent is preferable.
  • the solvent include aprotic polar solvents such as N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, dimethylsulfoxide, N-methyl-12-pyrrolidone, and hexamethylphosphonamide; methanol; An appropriate alcohol can be selected from alcohols such as ethanol, but is not limited to these. These solvents may be used as a mixture of two or more as much as possible.
  • the compound concentration in the solution is 0.1 to 50 mass. It is preferably in the range of / 0 . If the concentration of the compound in the solution is less than 0.1% by mass, it tends to be difficult to obtain a good molded product, and if it exceeds 50% by mass, the processability tends to deteriorate.
  • a method for obtaining a molded body from a solution can be performed by a conventionally known method. For example, a molded article can be obtained by removing the solvent by heating, drying under reduced pressure, immersing in a compound non-solvent that can be mixed with a solvent that dissolves the compound, and the like. When the solvent is an organic solvent, the solvent is preferably distilled off by heating or drying under reduced pressure.
  • the sulfonic acid group in the molded article thus obtained may contain a salt form with a cation group, but if necessary, can be converted to a free sulfonic acid group by acid treatment. You can also.
  • An ion conductive membrane can also be produced from the sulfonic acid group-containing polyarylene ether compound of the present invention and its composition.
  • the most preferable method for forming the ion conductive membrane is casting from a solution, and the ion conducting membrane can be obtained by removing the solvent from the cast solution as described above. It is preferable to remove the solvent by drying from the viewpoint of the uniformity of the ion conductive membrane. Further, in order to avoid decomposition or deterioration of the compound or the solvent, drying can be performed under reduced pressure at a temperature as low as possible.
  • the thickness of the solution at the time of casting is not particularly limited, but is preferably from 10 to 100 ⁇ . More preferably, it is 50 to 500 ⁇ . If the thickness of the solution is less than 10 / m, it tends to be impossible to maintain the form as an ion conductive film, and if the thickness is more than 100 / im, an uneven polymer electrolyte membrane tends to be formed. .
  • a known method can be used to control the cast thickness of the solution.
  • the thickness it is possible to control the thickness by using an applicator, a doctor blade, or the like, or to control the thickness by controlling the amount and concentration of the solution with a constant casting area using a glass petri dish.
  • a more uniform film can be obtained from the cast solution by adjusting the removal rate of the solvent.
  • the removal rate of the solvent For example, when heating, it is possible to lower the evaporation rate at the initial stage by lowering the temperature.
  • the solidification rate of the compound can be adjusted by leaving the solution in air or an inert gas for an appropriate time.
  • the sulfonated dioxybiphenylene structure capable of giving the sulfonated polyarylene ether compound of the present invention or the sulfonated polyarylene ether compound of the present invention by a sulfonation reaction.
  • the sulfonation reaction is carried out while maintaining the film shape, thereby obtaining the ion of the present invention. It can be a conductive film.
  • the various sulfonating agents described above can be used.
  • a gaseous or mist-like sulfonating agent described in Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 63-292922 It is also possible to sulfonate.
  • the ion conductive film of the present invention can have any thickness depending on the purpose, but is preferably as thin as possible from the viewpoint of ion conductivity. Specifically, it is preferably from 5 to 200 m, more preferably from 5 to 50 m, and most preferably from 5 to 20 m. If the thickness of the ion conductive membrane is thinner than 5 ⁇ , handling of the ion conductive membrane becomes difficult, and a short circuit or the like tends to occur when a fuel cell is manufactured. The resistance value increases and the power generation of the fuel cell Performance tends to decrease.
  • the sulfonic acid groups in the membrane may include those in the form of a metal salt, but can be converted to free sulfonic acid by appropriate acid treatment.
  • the ion conductivity of the ion conductive film is preferably 1.0 ⁇ 10 ⁇ 3 S / cm or more.
  • ion conductivity is 1. is 0 X 10- 3 S / cm or more, Ri tended to good output is obtained in the fuel cell using the ion conductive membrane, 1. 0 X 10_ 3 S / If it is less than cm, the output of the fuel cell tends to decrease.
  • the ion conductive membrane of the present invention is characterized in that it is also useful for a direct methanol fuel cell using methanol as a fuel.
  • An ion conductive membrane is preferred, in which a membrane having an average thickness of 50 tm is prepared and the methanol permeation rate measured at 25 ° C. using a 5 M aqueous methanol solution is 7 mm 0 1 / m 2 ⁇ sec or less.
  • the methanol permeation rate is preferably 4 mm o 1 / m 2 ⁇ sec or less, which is preferable for b, and more preferably 1 mm o 1 / m 2 'sec or less.
  • a film having an average thickness of 50 ⁇ refers to a film having an average thickness of substantially 48 ⁇ to an average thickness of 52 ⁇ .
  • a composite of the ion conductive film or film of the present invention and an electrode can be obtained.
  • the composite can be prepared by a conventionally known method, for example, a method of applying an adhesive to the electrode surface and bonding the ion conductive film and the electrode, or a method of bonding the ion conductive film and the electrode. And the method of heating and pressurizing.
  • a method is preferred in which an adhesive mainly containing the sulfonic acid group-containing polyarylene ether-based compound of the present invention and its resin composition is applied to the electrode surface and bonded. Ionic conduction This is because the adhesiveness between the membrane and the electrode is improved, and it is considered that the ion conductivity of the ion conductive membrane is less likely to be impaired.
  • a fuel cell can also be manufactured using the above-mentioned joined body of the ion conductive film or film and the electrode.
  • the ion conductive membrane or film of the present invention is excellent in heat resistance, processability, and ion conductivity, so that it can withstand high-temperature operation, is easy to manufacture, and has a high output. Can be provided.
  • Solution viscosity Polymer powder is dissolved in N-methylpiperidone at a concentration of 0.5 g / d1 and the viscosity is measured using a Ubbelohde viscometer in a thermostat at 30 ° C. ln [ta / tb] Zc) (ta is the number of seconds the sample solution has fallen, tb is the number of seconds that the solvent alone has fallen, and c is the polymer concentration).
  • TGA Measured at a heating rate of 10 ° C / min in an argon atmosphere using a thermogravimeter (TGA-50) manufactured by Shimadzu Corporation. Remove) .
  • Ion conductivity measurement A platinum wire (diameter: 0.2 mm) is pressed against the surface of a strip-shaped membrane sample using a self-made measurement probe (made of tetrafluoroethylene), and the temperature is constant at 80 ° C and 95% RH.
  • the sample was held in an oven (Nagano Kagaku Kikai Seisakusho Co., Ltd., LH-20-01), and the impedance between platinum wires was measured by SOLARTR ⁇ N 1250 F REQUENC Y RESPONSE AN ALYSER.
  • the contact distance between the film and the platinum wire was canceled out by the following formula, and the conductivity was calculated from the gradient in which the measured distance was varied and the measured resistance value estimated from the C-C plot was plotted.
  • Conductivity [S / cm] 1 / Film width [cm] X Film thickness [cm] X Resistance gradient [QZcm]
  • Method for measuring the amount of dioxybiphenylene groups in the polymer skeleton structure If the monomer charge ratio is clear during polymer polymerization, the amount of dioxybiphenylene groups in the skeleton structure can be calculated therefrom. Determine the dioxybiphenylene content by R measurement You can also. At this time, it is also useful to refer to structural information such as the amount of sulfonic acid groups obtained from the ion exchange capacity (IEC) and the infrared spectrum.
  • IEC ion exchange capacity
  • H-NMR measurement Measured at 80 ° C in a DMSO-d6 solution using a Gemini-200 NMR spectrometer from VARIAN.
  • Methanol permeation rate The liquid fuel permeation rate of the ion exchange membrane was measured as the methanol permeation rate by the following method. Ion exchange membrane with an average thickness of 50 / im immersed in a 5M (mol / liter) aqueous methanol solution adjusted to 25 ° C for 24 hours (If the average thickness is in the range of 48 ⁇ to 52 ⁇ ⁇ membrane) into a ⁇ cell, inject 100 ml of 5 5 aqueous methanol solution into one side of the cell, and 100 ml of ultrapure water (18 ⁇ cm) into the other cell, at 25 ° C. The amount of methanol diffusing into ultrapure water through the ion-exchange membrane was measured using a gas chromatograph while stirring the cells on both sides. The area of the ion-exchange membrane was 2.0 cm 2 ).
  • Ion exchange capacity (IEC): The sample dried in a nitrogen atmosphere was weighed, stirred with an aqueous sodium hydroxide solution, and stopped by back titration with an aqueous hydrochloric acid solution. Power generation evaluation: A small amount of ultrapure water and isopropyl alcohol were added to a Pt / Ru catalyst-supported carbon (Tanaka Kikinzoku Kogyo Co., Ltd., TEC 61 E54) and wetted. Part number: SE—2019.2) was added so that the weight ratio of Pt / Ru catalyst-supported carbon to naphion would be 2.5: 1. Next, the mixture was stirred to prepare an anode catalyst paste.
  • IEC Ion exchange capacity
  • This catalyst paste is applied to Toray's carbon paper TGPH-060, which serves as a gas diffusion layer, by screen printing so that the amount of platinum deposited is 2 mg / cm 2, and dried to produce carbon paper with an anode electrode catalyst layer did. Also, a small amount of ultrapure water and isopropyl alcohol were added to a Pt catalyst-supporting carbon (Tanaka Kikinzoku Kogyo Co., Ltd. TEC 10V40E) to wet it, and then a 20% Nafion solution (product number: SE—201) manufactured by DuPont was used. 9 2) was added so that the weight ratio of Pt catalyst-carrying carbon to naphion was 2.5: 1, and the mixture was stirred to prepare a catalyst paste for power sword.
  • Pt catalyst-supporting carbon Teanaka Kikinzoku Kogyo Co., Ltd. TEC 10V40E
  • This catalyst paste is applied to Toray carbon paper TGPH-060, which has been subjected to a water-repellent treatment, so that the amount of platinum adhered is lmg / cm 2, and then dried. Par was prepared.
  • the membrane sample is sandwiched between the above two types of carbon paper with an electrode catalyst layer so that the electrode catalyst layer is in contact with the membrane sample, and pressurized and heated at 130 ° C and 8 MPa by a hot press method for 3 minutes. Thus, a membrane-electrode assembly was obtained.
  • This assembly was assembled into an evaluation fuel cell FC25-02SP manufactured by Electrochem, and a power generation test was performed using a fuel cell power generation tester (manufactured by Toyo Corporation).
  • Example 2 3,3'-Ichinosoreho 4,4'-Dichlorodiphenenoresnorephon disodium salt (abbreviation: S—DCDP S) 3. 9251 g (0.0 O 0799mo le), 2, 6-diclo benzonitrile (Polymerization was carried out in the same manner as in Example 1 except that the abbreviation: DCBN) was changed to 2.7904 g (0.0126 22 mol 1 e) to obtain a polymer. The logarithmic viscosity of the polymer was 1.58.
  • the polymer NMP solution whose concentration has been adjusted is cast on a glass plate on a hot plate with its thickness adjusted, and the NMP is distilled off until it becomes a film.After immersion in water, the average thickness is 50 The ⁇ film was adjusted. The resulting film was treated in dilute sulfuric acid (concentrated sulfuric acid 6 ml, water 300 ml) for 1 hour to remove salts, and then immersed in pure water for 1 hour to remove acid components. When the ionic conductivity of this film was measured, it showed a value of 0.11 SZcm. The 3% weight loss temperature (measured based on the sample weight at 200 ° C) of the film by thermogravimetry was 389. The methanol permeation rate was 3.92 mmol / m 2 'sec. Even when the obtained film was immersed in boiling water for 5 hours, the film morphology was maintained well.
  • the dioxybiphenylene group content of the present polymer skeleton structure is 54.3 wt%.
  • the logarithmic viscosity of the polymer was 0.92.
  • the IEC measured by titration of the produced film was 2.19 meq / g, the ionic conductivity was 0.28 S / cm, and the 3% weight loss temperature was 381 ° C. This film was left in a saturated steam atmosphere at 130 ° C for 4 hours, but the film morphology was well maintained.
  • Example 2 When a polymer was synthesized in Example 1 without using DCBN, the obtained polymer became water-soluble and could not be evaluated as an ionic conductive film.
  • Example 1 When a polymer was synthesized in Example 1 without using S_DCDPS, a polymer having a logarithmic viscosity of 2.76 was obtained in a reaction time of 2.5 hours. The ionic conductivity of the film was below the measurement limit.
  • Example 3 S—DCD PS 11.872 g (0.024 17 mol 1 e), 4,4′-dichlorodiphenylsulfone (abbreviation: DCDP S) 8.482 g (0. 0 29 54mo 1 e), 4, 4 '-bipheno 1 0.000 g (0.05 3 7 Omo 1 e), potassium carbonate 8.5 3 6 g (0.06 1 76mo, 1 e),
  • the same evaluation was performed as NMP10Om1.
  • the amount of dioxybiphenylene groups in the present polymer skeleton structure was 46.
  • the logarithmic viscosity of the polymer polymerized for 1 hour was 0.71.
  • the IEC measured by titration of the produced film was 1.69 meq / g, the ionic conductivity was 0.19 S / cm, and the 3% weight loss temperature was 372 ° C.
  • the film was left at 130 ° C in a saturated steam atmosphere for 4 hours, but the film was fused and the morphology was observed. (Example 5)
  • the logarithmic viscosity of the polymer was 1,65.
  • the dioxybiphenylene group content of the polymer is 64.6 wt%.
  • 1 g of the polymer was heated to 65 ° C with 20 ml of concentrated sulfuric acid and stirred for 7 hours.
  • the polymer solution was poured into water to recover the polymer, and the solution was repeatedly washed with water until the washing solution became neutral, and then dried.
  • the yield of the resulting sulfonated polymer was 1.lg.
  • the IEC determined by titration was 1.6 lme qZg. This sample was left in a saturated steam atmosphere at 130 ° C for 4 hours, but no clear change in morphology was observed.
  • the logarithmic viscosity of the polymer was 1.06. 1 g of the polymer was dissolved in 5 ml of NMP, cast to a thickness of about 200 m on a glass plate on a hot plate, NMP was distilled off until a film was formed, and then immersed in water—over night. The obtained film was immersed in concentrated sulfuric acid at room temperature for 90 minutes. The acid component was removed by boiling in pure water for 1 hour, and after drying, the IEC determined by titration of this film was 2.43 meq / g. / cm value. The 3% weight loss temperature (measured based on the sample weight at 200 ° C) of the film by thermogravimetry was 331 ° C. Fig. 4 shows the IR spectrum of this film.
  • Example 8 Using the polymer obtained in Example 8, a film similar to that in Example 7 was produced. The obtained film was immersed in concentrated sulfuric acid at room temperature for 90 hours. The acid component was removed by boiling in pure water for 1 hour, and after drying, the IEC determined by titration was 1.17 me ci / g. The ionic conductivity was measured. It was S / cm.
  • TAS 3,3,, 4,4'-Tetraaminodiphenylsulfone
  • STA 2,5-dicanoleoxybenzenesulfonate monosodium
  • STA purity 99%
  • STA 2,5-dicanoleoxybenzenesulfonate monosodium
  • STA purity 99%
  • STA 2,5-dicanoleoxybenzenesulfonate monosodium
  • STA 2,5-dicanoleoxybenzenesulfonate monosodium
  • STA 2,5-dicanoleoxybenzenesulfonate monosodium
  • STA purity 99%
  • 445 g 5.389 x 10—3mo le
  • poly 20 48 g of phosphoric acid (phosphorus pentoxide content: 75%) and 16.41 g of phosphorus pentoxide are weighed into a polymerization vessel. Pour nitrogen and raise the temperature to 100 ° C with gentle stirring on an oil bath.
  • TTS 100 This acidic group-containing polybenzimidazole polymer is referred to as TTS 100.
  • the ionic conductivity at 80 ° C and 95% RH was 0.004 S / cm.
  • the permeation rate of methanol was 1.15 mmo 1 / m 2 ⁇ sec.
  • This film cut into 1 cm squares was immersed in hot water at 100 ° C for 1 hour, but no change was found in the film shape.
  • 3% weight loss temperature by thermogravimetry of film (sample weight at 200 ° C was measured at 372 ° C.
  • the IEC determined by titration showed 2.18.
  • thermogravimetric 3% weight loss temperature of the film (measured based on the sample weight at 200 ° C) was 357 ° C.
  • the IEC determined by titration was 1.81.
  • the ionic conductivity at 80 ° C and 95% RH was 0.16 S / cm.
  • This film cut into 1 cm square was immersed in hot water at 1 ° C for 1 hour, but no change was found in the film shape.
  • the thermogravimetric 3% weight loss temperature (measured based on the sample weight at 200 ° C) of the film was 376 ° C.
  • the IEC determined by titration was 2.60.
  • the ion exchange capacity was 2.02 meq / g.
  • the logarithmic viscosity measured with the NMP solution was 1.67.
  • the 3% weight loss temperature based on the weight at 200 ° C was 346 ° C.
  • Methanol permeation rate showed 6. 81 mmo 1 / m 2 ⁇ sec. lc
  • the film cut into square meters was immersed in hot water at 100 ° C for 1 hour, but no change was found in the film shape.
  • Example 1 polymerization was carried out for 20 hours using 6.2992 g (0.01065 mol 1 e) of 3,3′-disulfo-1,4′-dichlorodiphenylketone disodium salt instead of S—DCDP S. .
  • the logarithmic viscosity of the obtained polymer was 0.67.
  • the value was 0.14 S / cm.
  • the thermogravimetric 3% weight loss temperature (measured based on the sample weight at 200 ° C) of this film was 358 ° C.
  • a film was prepared in the same manner as in Example 3, and the obtained film was immersed in concentrated sulfuric acid for 3 hours at room temperature, and then washed with water to maintain the original film shape.
  • the ion exchange capacity was 3.15 meq / g.
  • the ion conductivity of this film was measured to be 80. It showed a value of 0.56 S / cm at C95% RH, and showed a value of 0.02 SZ cm even when the humidity condition was 50% RH.
  • the thermogravimetric 3% weight loss temperature of this film (measured based on the sample weight at 200 ° C) was 361 ° C. Methanol permeation rate, 9. 97mmo 1 / m 2 - showed sec. Even if the obtained film was immersed in boiling water for 5 hours, the film morphology was maintained well.
  • thermogravimetric 3% weight loss temperature of the film (measured based on the sample weight at 200 ° C) was 371 ° C.
  • the finolem cut into 1 cm squares was immersed in hot water at 100 ° C for 1 hour, but no change was found in the film shape.
  • the thermogravimetric 3% weight loss temperature of the film (measured based on the sample weight at 200 ° C) was 366 ° C.
  • Polymerization was carried out in the same manner as in Example 2 except that 5.5199 g of bisphenol A was used instead of 4,4′-biphenol to obtain a polymer.
  • the logarithmic viscosity of the polymer was 1.31.
  • the ionic conductivity of the produced film was measured and found to be 0.14 S / cm.
  • the thermogravimetric 3% weight loss temperature of this film was 362 ° C.
  • the methanol permeation rate was 6.6 1 mm o 1 Zm 2 ⁇ sec. Even if the obtained film was immersed in boiling water for 5 hours, the film morphology was well maintained.
  • Example 2 an equimolar amount of 2,6-dichlorobenzonitrile was used in place of 2,6-dichlorobenzonitrile.
  • the polymer was synthesized using 4-difluobenzene.
  • the logarithmic viscosity of the polymer was 0.61.
  • the ionic conductivity of the produced film was measured and found to be 0.11 SZcm.
  • the 3% weight loss temperature of this film by thermogravimetry was 371 ° C. Methanol permeation rate, 4. 24mmo 1 / m 2 - showed sec. Even if the obtained film was immersed in boiling water for 5 hours, the film morphology was well maintained.
  • Naphion 112 registered trademark

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Description

明細書 スルホン酸基を含有するポリアリーレンエーテル系化合物、 それを含有する組成物、 およびそれらの製造方法 技術分野
本発明は、 高分子電解質膜として有用なスルホン酸基含有するポリアリーレン エーテル系化合物に関す ものである。 背景技術
液体電解質のかわりに高分子固体電解質をイオン伝導体として用いる電気化学 的装置の例として、 水電解槽や燃料電池を上げることができる。 これらに用いら れる高分子膜は、 カチオン交換膜としてプロトン導電率とともに化学的、 熱的、 電気化学的および力学的に十分安定なものでなくてはならない。 このため、 長期 にわたり使用できるものとしては、 主に米デュポン社製の 「ナフイオン （登録商 標） 」 を代表例とするパーフルォロカーポンスルホン酸膜が使用されてきた。 し かしながら、 ナフイオン膜を 1 o o °cを越える条件で運転しょうとすると、 膜の 含水率が急激に落ちるほか、 膜の軟化も顕著となる。 このため、 将来が期待され るメタノールを燃料とする燃料電池においては、 膜内のメタノール透過による性 能低下がおこり、 十分な性能を発揮することはできない。 また、 現在主に検討さ れている水素を燃料として 8 0 °C付近で運転する燃料電池においても、 膜のコス トが高すぎることが燃料電池技術の確立の障害として指摘されている。
このような欠点を克服するため、 非フッ素系芳香族環含有ポリマーにスルホン 酸基を導入した高分子電解質膜が種々検討されている。 ポリマー骨格どしては、 耐熱性や化学的安定性を考慮すると、 ポリアリ一レンエーテルケトン類ゃポリァ リ一レンエーテルスルホン類などの、 芳香族ポリエーテル系化合物を有望な構造 としてとらえることができ、 ポリアリールエーテルスルホンをスルホン化したも の （例えば、 ジャーナル ■ ォブ ' メンブラン ' サイエンス （ Journal of Membrane Science) 、 （オランダ） 1 9 9 3年、 8 3卷、 P . 2 1 1— 2 2 0参 照。 ） 、 ポリエーテルエーテルケトンをスルホン化したもの （例えば、 特開平 6 — 931 14号公報 （第 1 5— 17頁） 参照。 ） 、 スルホン化ポリスチレン等が 報告されている。
このなかで、 4， 4' ービフエノールをモノマーとして含むスルホン化ポリア リーレンエーテルも報告されているが （例えば、 国際公開特許 WOO 0/247 96参照） 、 高温高湿下でポリマーが膨潤する問題を抱えており、 特にスルホン 化率が高くなる組成においてその傾向が顕著となる。 また、 これらポリマーのス ルホン化反応により芳香環上に導入されたスルホン酸基は一般に熱により脱離し やすい傾向にあり、 これを改善する方法として電子吸引性芳香環上にスルホン酸 基を導入したモノマーを用いて重合することで、 熱的に安定性の高いスルホン化 ポリアリールエーテルスルホン系化合物が報告されている （例えば、 米国特許出 願公開第 2002/009 1 225号明細書 （第 1— 2頁） 参照） 。 この場合、 モノマーの反応性が低いために、 ポリマーを得るのに長時間の重合を必要とする 問題が生じている （例えば、 エーシーエス ' ポリマー ' プレプリント （ACS Polymer Preprints) 、 （米国） 、 2000年、 41 (2) 卷、 P. 1 388— 1 389参照） 。 そこでは、 共重合する他のモノマーとして 4, 4' ービフエノ ールを用いることが記載されているが、 ここにおいても高温高湿下でポリマーが 膨潤する問題を抱えており、 特にスルホン化率が高くなる組成においてその傾向 が顕著となる。 発明の開示
本発明の目的は、 重合性が良好であるとともに高分子電解質膜として有用なス ルホン酸基を導入したポリアリーレンエーテル系化合物により、 耐熱性、 高温で の寸法安定性、 加工性、 イオン伝導性にすぐれた、 特にイオン伝導膜として有用 な高分子材料を得ることにある。
本発明は、 一般式 （1) および一般式 （2) で示されるポリマー構成成分を含 むことを特徴とするポリアリーレンエーテル系化合物を提供する。 (1)
)
Figure imgf000005_0001
ただし、 Arは 2価の芳香族基、 Yはスルホン基またはケトン基、 Xは Hまたは 1価のカチオン種を示し、 Ar ' は 2価の芳香族基を示す。
好ましくは、 前記 A rまたは A r ' のうち少なくとも一方が、 一 Ph— Ph— 基を含み、 結合したスルホン酸基を除いた骨格構造において、 一 O— Ar— O— ュュットまたは一 O— A r ' _〇一ユニット、 あるいはこれらのユニッ トの合計 が、 ポリマー構造中の 52質量％以上を占める。
好ましくは、 本発明のポリアリーレンエーテル化合物は、 一般式 （3) および 一般式 （4) で表わされるポリマー構成成分を含む。
Figure imgf000005_0002
ただし、 X2は、 Hまたは 1価のカチオン種を表わす。
好ましくは、 本発明のポリアリーレンエーテル化合物は、 -般式 （5) および 一般式 （6) で表わされるポリマー構成成分をさらに含む。
Figure imgf000006_0001
ただし、 式 （5) および （6) において、 η ι， 112ぉょび11 3は、 芳香環あたり のスルホン酸基の結合数を表わし、 η ι, n2および n3はそれぞれ独立して 0〜 2の整数であり、 n 2+ n 3は 1〜4の整数である。 X3は、 一CN, — CO〇Y， — CONR2よりなる群から選択される 1種または 2種以上の官能基であり、 Y は水素、 金属原子、 各種アンモニゥムを表わし、 Rは水素およびアルキル基から なる群より選択される 1種または 2種の基を表わす。 21ぉょび∑2は、 炭素原 子数 1〜 6の低級アルキル基、 炭素原子数 1〜 6の低級アルコキシル基、 炭素原 子数 1〜 6の低級カルボキシル基、 炭素原子数 1〜 6の低級カルボニル基、 二ト 口基、 アミノ基、 ヒドロキシル基、 ハロゲン原子よりなる群より選択される 1種 または 2種以上の官能基であり、 ！^ぉょび^： ^ま、 芳香環あたりの および Z 2のそれぞれの結合数を表わし、 r 1および r 2はそれぞれ独立して 0〜4の整数 であり、 ns+ r
Figure imgf000006_0002
n3+ r 2 4である。
好ましくは、 本発明のポリアリーレンエーテル化合物は、 一般式 （7) で表わ されるポリマー構成成分をさらに含む。
Figure imgf000006_0003
ただし、 式 （7) において、 114ぉょび11 5は、 芳香環あたりのスルホン酸基の 結合数を表わし、 n4および n5はそれぞれ独立して 0〜2の整数であり、 n4 + n5は、 1〜4の整数である。 好ましくは、 本発明のポリアリーレンエーテル化合物は、 スルホン酸基含有量 が、 0. 3〜3. 5me q/gの範囲内であり、 また好ましくは、 スルホン酸基 含有量が、 0. 2〜6. Ome q/gの範囲内である。
本発明はまた、 ポリマー構造中にジォキシビフエ-レンユニット （一〇一P h 一 Ph—〇—） を 52質量％以上含むポリアリ一レンエーテル系高分子に対-して、 スルホン酸基を導入した構造であることを特徴とするポリアリーレンェ一テル系 化合物を提供する。
好ましくは、 本発明のポリアリーレンエーテル化合物は、 一般式 （3) および 一般式 （4) で表わされるポリマー構成成分を含む。
Figure imgf000007_0001
ただし、 X2は、 Hまたは 1価のカチオン種を表わす。
好ましくは、 本発明のポリアリーレンエーテノレ化合物は、 -般式 （5) および 一般式 （6) で表わされるポリマー構成成分をさらに含む。
Figure imgf000007_0002
ただし、 式 （5) および （6) において、 n2および n3は、 芳香環あたり のスルホン酸基の結合数を表わし、 n i, n 2および n 3はそれぞれ独立して 0〜 2の整数であり、 112 + 11 3は1〜4の整数でぁる。 X3は、 一 CN, -COOY, _C〇NR2よりなる群から選択される 1種または 2種以上の官能基であり、 Y は水素、 金属原子、 各種アンモユウムを表わし、 Rは水素およびアルキル基から なる群より選択される 1種または 2種の基を表わす。 Z1および Z2は、 炭素原 子数 1〜6の低級アルキル基、 炭素原子数 1〜6の低級アルコキシル基、 炭素原 子数 1〜 6の低級カルボキシル基、 炭素原子数 1〜 6の低級カルボニル基、 ュト 口基、 アミノ基、 ヒドロキシル基、 ハロゲン原子よりなる群より選択される 1種 または 2種以上の官能基であり、 1ぉょび 2は、 芳香環あたりの Z1および Z 2のそれぞれの結合数を表わし、 r 1および r 2はそれぞれ独立して 0〜4の整数 であり、 ns+ r 1^ n3+ r 2≤4である。
好ましくは、 本発明のポリアリーレンエーテル化合物は、 一般式 （7) で表わ されるポリマー構成成分をさらに含む。
Figure imgf000008_0001
ただし、 式 （7) において、 114ぉょび!1 5は、 芳香環あたりのスルホン酸基の 結合数を表わし、 n4および n5はそれぞれ独立して 0〜 2の整数であり、 n4 + n5は、 1〜4の整数である。
好ましくは、 スルホン酸基含有量が、 0. 2〜6. Ome q/gの範囲内であ る。
好ましくは、 本発明のポリアリーレンエーテル化合物の製造方法は、 一般式 (1 3) および (14) で表わされる化合物とビスフエノール系化合物とをモノ マーとして含む芳香族求核置換反応により重合することを特徴とする。
Figure imgf000009_0001
ただし、 Y2はスルホン基またはケトン基、 X6は 1価のカチオン種、 Ζ4は塩素 またはフッ素を示す。
好ましくは、 本発明のポリアリーレンエーテル化合物の製造方法は、 一般式
(13) および (14) で表わされる化合物とビスフエノール系化合物とをモノ マーとして含む芳香族求核置換反応により重合することを特徴とする。
Figure imgf000009_0002
ただし、 Y 2はスルホン基またはケトン基、 X 6は 1価のカチオン種、 Z4は塩素 またはフッ素を示す。
本発明はまた、 上記のポリアリーレンエーテル化合物を 50〜100質量％含 有することを特徴とする組成物を提供する。
本発明はまた、 一般式 （8) で表わされるポリマー構成成分を含むポリべンズ イミダゾール系化合物と、 上記のポリアリーレンエーテル系化合物とを含有する ことを特徴とする組成物を提供する。 (8)
Figure imgf000010_0001
ただし、 式中、 m1は 1から 4の整数を表わし、 R1はイミダゾール環を形成可 能な 4価の芳香結合ュニットを表わし、 R2は 2価の芳香族結合ュニットを表わ し、 R1および R 2はいずれも芳香環の単環であっても複数の芳香環の結合体ま たは縮合環であってもよく、 安定な置換基を有していてもよく、 Z3はスルホン 酸基および/またはホスホン酸基を表わし、 その一部が塩構造となつていてもよ レ、。
好ましくは、 本発明の組成物は、 ポリべンズィミダゾール系化合物が一般式 (9) と （10) とで表わされるポリマー構成成分を、 （9) ： (10) =n 6 ： (1一 n6) のモル比で含有する。
Figure imgf000010_0002
ただし、 式中、 m2は 1〜4の整数を表わし、 Ar ' ' は、 2価の芳香族結合ュ ニットを表わし、 X4は、 ー〇_、 一 S〇2—、 一C (CH3) 2—、 -C (C F 3) 2—、 一OP h〇一からなる群より選択される 1種以上であり、 P hは 2価 の芳香族結合ユニットを表わし、' 0. 2≤n6≤ 1. 0である。
好ましくは、 本発明の組成物は、 ポリべンズイミダゾール系化合物が一般式 (1 1) と （1 2) とで表わされるポリマー構成成分を、 （1 1) ： (12) = n (1 - n 7) のモル比で含有する c
Figure imgf000011_0001
ただし、 式中、 m3は 1〜4の整数を表わし、 Ar， ' ' は芳香族結合ユニット を表わし、 X5は一 O—、 一S02—、 一 S―、 一 CH2—、 一〇Ph〇一からな る群より選択される 1種以上であり、 Phは 2価の芳香族結合ュュットを表わし、 117は0. 2〜1. 0の範囲内である。
好ましくは、 本発明の組成物は、 前記ポリアリーレンエーテル系化合物おょぴ /またはポリべンズイミダゾール系化合物中に含まれる、 スルホン酸および/ま たはホスホン酸の量が 0. 5〜4. 0当量/ k gである。
本発明はまた、 上記の化合物を含有することを特徴とするィォン伝導膜を提供 する。
好ましくは、 本発明のイオン伝導膜は、 平均厚さが 50 μπιの膜に対する 5 M のメタノール水溶液のメタノール透過速度が 25 °Cにおいて 7 mm o 1 /ηι2 · s e c以下である。
好ましくは、 本発明のイオン伝導体の製造方法は、 ポリアリーレンエーテル化 合物と、 溶剤とを含有する溶液を、 キャスト厚が 10〜1000 /imの範囲とな るようにキャストする工程と、 キャストした溶液を乾燥させる工程とを含む。 本発明はまた、 上記のイオン伝導膜と電極とを含有することを特徴とする複合 体を提供する。
本発明はまた、 上記の複合体を含有することを特徴とする燃料電池を提供する。 好ましくは、 本発明の燃料電池は、 燃料としてメタノールを用いる。
本発明はまた、 上記のポリアリーレンエーテル化合物を含有することを特徴と する接着剤を提供する。 図面の簡単な説明
図 1は、 S—DCDP S ： DCBN=44 ： 56で得られたスルホン化ポリア リ一ノレエーテノレの I Rスぺク トノレを示すチヤ一トである。
図 2は、 S— DCDPS ： DCBN= 38 ： 62で得られたスルホン化ポリア リールエーテルの I Rスぺクトルを示すチヤ一トである。
図 3は、 S— DCDP S ： DCBN= 38 ： 62で得られたスルホン化ポリア リールエーテルの TGAチャートである。
図 4は、 実施例 7で得られたスルホン化芳香族ポリエーテル系フィルムの I R スぺクトルを示すチャートである。
図 5は、 S— DCDP S ； DCBN- 38 ： 62で得られたスルホン化ポリアリ ールエーテルおよびナフイオン 11 2 (登録商標） の発電特性を示すグラフである。 発明を実施するための最良の形態
本発明は、 芳香環上にスルホン酸を導入したポリアリーレンエーテル系化合物 により、 高温での寸法安定性、 耐熱性、 加工性、 イオン伝導性にすぐれた、 特に イオン伝導膜として有用な高分子材料を提供するものであり、 本発明のスルホン 酸基を含有するポリアリーレンエーテル系化合物は、 特に高温高湿条件下でも寸 法変化や溶出することが少ない特徴を有している。 すなわち、 電子吸引性の芳香 環上にスルホン酸基を導入したモノマーとして、 3， 3 ' 一ジスルホ一 4， 4， —ジクロロジフエニルスルホン誘導体を用いてポリアリーレンエーテルを合成す ることにより、 高温でもスルホン酸基が脱離しにくいポリマーを提供することが できるとともに、 3， 3 ' 一ジスルホ一 4， 4， ージクロロジフエ-ルスルホン 誘導体とともにジハ口べンゾ-トリルを併用していることにより、 重合性の低い 3, 3 ' 一ジスルホ一 4， 4 ' ージクロロジフエ-ルスルホン誘導体を使用して いても短時間で高重合度のポリアリーレンエーテル化合物が得られる特徴も有し ている。
本発明はまた、 芳香環上にスルホン酸を導入したポリアリーレンエーテル系化 合物において、 ポリマー構造中に特定量以上のジォキシビフエユレン構造ュェッ トを導入することにより、 上記目的を達成し得るものである。
一般に、 スルホン酸基を導入した芳香族ポリエーテル化合物はイオン伝導性を 発現するために多くのスルホン酸基を導入する必要があるが、 スルホン酸基の導 入はイオン伝導性を高めると同時にポリマーの膨潤性も増加し、 燃料電池として 高温条件での運転に問題が生じやすい。 本発明は、 ポリマー中に特定量以上のジ ォキシビフエ二レン構造ュニットを導入することにより、 高いイオン伝導性を発 現するためにスルホン酸基導入率を高めても膨潤性を抑制することができ、 特に 高温でその寸法安定性が明確となる特徴を示すことを見いだしたものである。 し かも、 加工性においても良好な特性を示すものである。
本発明はまた、 スルホン酸基を含有するポリアリーレンエーテル系化合物とと もに、 ポリべンズィミダゾール系化合物を含む組成物を提供する。 これにより、 簡潔な製膜プロセスで成形できるとともに、 高温高湿下での膜膨張を抑えながら、 高いイオン伝導特性を示す高分子電解質膜を得ることができる。 以下本発明をよ り詳細に説明する。
(ポリアリ一レンエーテル系化合物)
本発明のスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物は、 下記一般式 ( 1 ) および一般式 （2 ) で示される構成成分を含むことを特徴とする。
(1 )
Figure imgf000013_0001
Figure imgf000013_0002
ただし、 A rは 2価の芳香族基、 Yはスルホン基またはケトン基、 ^ま^！また は 1価のカチオン種を示し、 A r ' は 2価の芳香族基を示す。
また、 本発明のスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物においては、 上記一般式 （1 ) および一般式 （2 ) で示される以外の構造単位が含まれていて もかまわない。 このとき、 上記一般式 （1 ) または一般式 （2 ) で示される以外 の構造単位は本発明のスルホン酸を導入したポリアリーレンエーテルの 5 0質 量％以下であることが好ましい。 5 0質量％以下とすることにより、 本発明のス ルホン酸基含有ポリァリーレンエーテル系化合物の特性を十分に活かすことがで さる。
本発明のスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物はまた、 ポリマー 構造中にジォキシビフエ二レンユニット （一 O— P h— P h _〇一） を 5 2質 量％以上含み、 さらにスルホン酸基が導入された構造であることを特徴とする化 合物である。 本発明のポリアリーレンエーテル系化合物は、 主として芳香環から 構成される高分子において、 芳香環ュ-ットが連結する様式としてエーテル結合 が含まれ、 エーテル結合以外に、 直接結合、 ケトン、 スルホン、 スルフィ ド、 各 種アルキレン、 イミ ド、 アミ ド、 エステル、 ウレタン等、 芳香族系ポリマーの形 成に一般的に使用される結合様式が存在していてもよい。 エーテル結合は主構成 成分の繰り返し単位あたり 1個以上あることが好ましく、 2個以上あることが特 に好ましい。 芳香環は炭化水素系芳香環だけでなく、 ヘテロ環などを含んでいて もよい。 また、 芳香環ュュットと共に一部脂肪族系ユニットがポリマーを構成し ていてもかまわない。 芳香環ユニットは、 アルキル基、 アルコキシ基、 芳香族基、 ァリロキシ基等の炭化水素系基、 ハロゲン基、 ニトロ基、 シァノ基、 アミノ基、 ハロゲン化アルキル基、 カルボキシル基、 ホスホン酸基、 水酸基等、 任意の置換 基を有していてもよい。
本発明のスルホン酸基を含有するポリアリーレンエーテル系化合物は、 ポリマ 一構造中にジォキシビフエ二レンユニット （単位あたりの分子量が 1 8 4 . 1 9 に相当） を 5 2質量％以上含有する該芳香族ポリエーテル系高分子に、 スルホン 酸基が導入された構造を有している。 すなわち、 結合したスルホン酸基を除外し た骨格構造において、 ジォキシビフエエレンュニットを 5 2質量0 /0以上含有する 該芳香族ポリエーテル系高分子に対して、 スルホン酸基が導入された構造を有し ている。 ジォキシビフエ二レンユニットが 5 2質量％以上であることにより、 十 分なィォン伝導性を弓 Iき出すために必要な量のスルホン酸基を導入しても、 湿度 による膨潤が小さく、 特に高温高湿下での寸法安定性に優れた特性を示す。 ビフ ェニレンュニットが 5 4質量0 /0以上であればより好ましい。 ビフエ二レンユエッ トが 5 2質量％未満であると、 同様の条件にスルホン酸基を導入した場合、 高温 高湿条件では膨潤による寸法変化が大きくなってしまう。 ここで、 スルホン酸基 が導入されたとは、 ポリマー中の芳香環上に直接導入されていてもよく、 芳香環 の置換基を介して導入されていてもよい。
本発明のスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物としては、 下記一 般式 （3 ) および一般式 （4 ) で示される構成成分を含むものが特に好ましい。 ビフエュレン構造を有していることにより高温高湿条件での寸法安定性に優れる とともに、 フィルムの強靱性も高いものとなるからである。
Figure imgf000015_0001
ただし、 X 2は Hまたは 1価のカチオン種を示す。
本発明のポリアリーレンエーテル系化合物は、 必要に応じて下記の一般式 ( 5 ) および （6 ) を有する化合物を一緒に構成成分として含有することができ る。
Figure imgf000016_0001
ここで、 式 （5) および （6) において、 n , n2， n3は芳香環あたりのスル ホン酸基の結合数を表し、 11ぃ n 2, n3はそれぞれ独立して 0〜 2の整数であ り、 ！^+：^^は丄〜 の整数でぁる。 すなわち、 式 （5) で表される構成単位 には 2個以内でスルホン酸基が導入されていてもよい。 一方、 式 （6) で表され る構成単位には少なくとも 1個のスルホン酸基が導入されている必要があり、 さ らに芳香環 1環あたりのスルホン酸基の導入数は 2個以内である必要がある。 芳 香環 1環あたり 3個以上のスルホン酸基を導入した場合には、 高温時における水 による膨潤などの耐水性の低下という問題が生じることになる。 式 （5) で表さ れる構成単位において、 X3は、 一 CN、 -COOY1, — CONR2よりなる群 から選ばれる 1種または 2種以上の官能基であり、 Y1は水素、 金属原子、 各種 アンモニゥム基を表し、 Rは水素およびアルキル基から選ばれる 1種または 2種 の基を表す。 すなわち、 式 （5) で表される構成単位には、 スルホン酸基以外に、 シァノ基、 力ルポキシル基、 アミ ド基や、 それらの誘導体が結合していてもよい。 このうち、 少なくとも一部にシァノ基が含まれている場合が好ましい。 また、 そ れぞれの結合位置は特に限定されることはないが、 フエエレン基としては、 パラ フエ二レン基または、 メタフエ二レン基が好ましい。 さらに、 式 （5) で表され る構成単位としては、 丄—シァノ— 2, 6—フエエレン基が得に好ましい。
また、 式 （6) で表される構成単位において、 ∑1ぉょび22は、 それぞれ独 立して炭素原子数 1〜6の低級アルキル基、 炭素原子数 1〜6の低級アルコキシ ル基、 炭素原子数 1〜6の低級カルボキシル基、 炭素原子数 1〜6の低級力ルポ ニル基、 ニトロ基、 アミノ基、 ヒ ドロキシル基、 ハロゲン原子、 よりなる群から 選ばれる 1種または二種以上の官能基であり、 ！^ぉょび！： ^ま、 それぞれ独立 して芳香環あたりの Z1, Z 2の結合数を表し、 r 1および r 2はそれぞれ独立し て 0〜4の整数であり、 r^+ r 1^ , n3+ r 2 4である。 すなわち、 式
(6) で表される構成単位には、 スルホン酸基以外に炭素原子数 1〜6の低級ァ ルキル基、 炭素原子数 1〜6の低級アルコキシル基、 炭素原子数 1〜6の低級力 ルポキシル基、 炭素原子数 1〜 6の低級カルボニル基、 ュトロ基、 アミノ基、 ヒ ドロキシノレ基、 ハロゲン原子、 よりなる群から選ばれる 1種以上の官能基が付加 されていてもよい。
本発明のポリアリーレンエーテル系化合物は、 必要に応じて、 下記の一般式
(7) で表わされる構成単位を含有してもよい。
Figure imgf000017_0001
ここで、 n4， n 5は芳香環あたりのスルホン酸基の結合数を表し、 n4および n 5はそれぞれ独立して 0〜2の整数であり、 114+ 115は1〜4の整数でぁる。 す なわち、 式 （7) で表される構成単位には、 少なくとも 1個のスルホン酸基が導 入されている場合が好ましく、 さらに芳香環 1環あたりのスルホン酸基の導入数 は 2個以内であることが好ましい。 これは、 スルホン酸基が増入されていない場 合には、 十分なイオン伝導性を発現するには不利になるためであり、 また芳香環 あたり 3個以上のスルホン酸基が導入されると、 高温時における水による膨潤な どのために耐水性が低下する問題を生じやすくなるためである。
(スルホン酸基）
本発明のスルホン酸基を含有するポリアリーレンエーテル系化合物におけるス ルホン酸基は芳香環上に直接導入されていてもよく、 芳香環の置換基を介して導 入されていてもよい。 スルホン酸基は、 プロ トンをともなう酸型で存在する他、 金属塩、 アミン系塩等、 各種の塩として存在してもよい。
本発明のスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物において、 上記一 般式 （1) および （2) で示される構成成分を含有する際に、 スルホン酸基含有 量が 0. 3〜3. 5me ciZgの範囲にあることが好ましい。 0. 3me qZg よりも少ない場合には、 イオン伝導膜として使用したときに十分なイオン伝導性 を示さない傾向があり、 3. 5m e q/gよりも大きい場合にはイオン伝導膜を 高温高湿条件においた場合に]]莫膨潤が大きくなりすぎて使用に適さなくなる傾向 がある。
また、 本発明において、 ポリアリーレンエーテル系化合物中に結合したスルホ ン酸基を除外した骨格構造において、 ジォキシビフエ二レンユニットを 52質 量％以上含有する場合には、 スルホン酸基含有量が、 0. 2〜6. Ome q/g の範囲で導入されていることが好ましい。 0. 2me qZgよりも少ない場合は、 十分なイオン伝導性が発現しなくなる。 6. Ome q/gより多くなると、 耐水 性が低下する傾向となる。 このうち、 1. 0〜3. Qme q/gの範囲にあるこ とが好ましく、 1. 5〜2. 3me q/gの範囲にあることが特に好ましい。 なお、 スルホン酸基含有量は滴定により実験的に求めることができる。
(ポリマー構成成分およびポリマーの製法）
本発明のポリアリーレンエーテル系化合物は、 活性化ジハロゲン化芳香族化合 物と芳香族ジヒ ドロキシ化合物の芳香族求核置換反応、 またはハロゲン化芳香族 ヒドロキシ化合物の芳香族求核置换反応を利用して合成することができる。 モノ マーの少なくとも 1種にスルホン酸基を導入しておくこと、 または芳香族ポリエ 一テルとして重合した後に適当なスルホン化剤を用いた反応により、 スルホン酸 基をポリマー中に導入することができる。 ここで、 活性化ジハロゲン化芳香族化 合物の 「活性化」 とは、 電子吸引基の存在により芳香族求核置換反応への反応性 が高くなっていることを意味する。
芳香族求核置換反応で使用できる活性化ジハ口ゲン化芳香族化合物の構造はと くに制限されるものではないが、 4, 4， 一ジクロロジフエニルスルホン、 4， 4 ' —ジフノレォロジフエニノレスノレホン、 4, 4 ' ージクロロジフエニノレケトン、 4, 4 ' ージフノレォロジフエニノレケトン、 2， 6—ジクロ口べンゾニトリノレ、 2, 6 _ジフノレオ口べンゾニトリノレ、 2, 4—ジクロ口べンゾニトリノレ、 2, 4—ジ フノレオ口べンゾニトリノレ、 2， 5—ジクロロべンゾェトリノレ、 2, 5 _ジフノレオ 口べンゾニトリル等を挙げることができる。 シァノフエ二レン基を導入するため のモノマーとしては 2， 6—ジク口口べンゾ-トリルを用いることが好ましい。 また、 活性化ジハロゲン化芳香族化合物にビフエ-レンュ-ットが含まれない場 合には、 分子量の低いジハロゲン化芳香族化合物を用いることが特に好ましい。 これら活性化ジハロゲン化芳香族化合物は、 単独で使用することができるが、 複 数のジハロゲン化芳香族化合物を併用することも可能である。
本発明において、 芳香族求核置換反応に用いる芳香族ジヒドロキシ化合物とし ては、 4 , 4 ' —ビフエノーノレ、 ビス （4ーヒ ドロキシフエ-ノレ） スノレホン、 1 , 1一ビス （4ーヒ ドロキシフエ二ノレ） ェタン、 2， 2 _ビス （4—ヒ ドロキシフ ェニノレ） プロパン、 ビス （4—ヒ ドロキシフエ二ノレ） メタン、 2， 2 _ビス （4 —ヒ ドロキシフエ二ノレ） ブタン、 3 , 3—ビス （4—ヒ ドロキシフエ二ノレ） ペン タン、 2 , 2一ビス ( 4—ヒ ドロキシ一 3 , 5—ジメチノレフエニル) プロパン、 ビス （4—ヒ ドロキシ一 3， 5—ジメチノレフエニル） メタン、 ビス （4—ヒ ドロ キシ一 2 , 5 _ジメチノレフエ-ノレ） メタン、 ビス （4—ヒ ドロキシフエエノレ） フ ェュノレメタン、 ビス ( 4—ヒ ドロキシフエ二ノレ) ジフエエノレメタン、 ビス ( 4 - ヒ ドロキシフエノキシ） 一 4 , 4 ' —ビフエ二ノレ、 4 , 4 ' 一ビス （4ーヒ ドロ キシフエ二ノレ） ジフエニノレエ一テル、 9 , 9—ビス （4ーヒ ドロキシフエ二ノレ） フノレオレン、 9 , 9一ビス ( 3—メチノレ一4—ヒ ドロキシフエェノレ） フルオレン、 2 , 2―ビス ( 4—ヒ ドロキシフエ二ノレ) へキサフゾレオ口プロノヽ °ン、 ハイ ドロキ ノン、 レゾルシン等があげられるが、 この他にも芳香族求核置換反応によるポリ ァリーレンエーテル系化合物の重合に用いることができる各種芳香族ジオールを 使用することもできる。 これら芳香族ジオールは、 単独で使用することができる 、 複数の芳香族ジオールを併用することも可能である。 本発明のポリアリーレ ンエーテル系化合物にビフエエレンユニッ トを導入するには、 4， 4， ービフエ ノールの使用によるものが特に好ましい。
また、 本発明において、 芳香族求核置換反応に用いるハロゲン化芳香族ヒドロ キシ化合物としても特に制限されることはないが、 4ーヒドロキシー 4 ' 一クロ 口べンゾフエノン、 4ーヒ ドロキシ一 4 ' —フノレ才ロベンゾフエノン、 4ーヒ ド 口キシ一 4 ' —クロロジフエニノレスノレホン、 4—ヒ ドロキシー 4， ーフノレォロジ フエニルスノレホン、 4—クロロー 4 ' - ( p—ヒ ドロキシフエェノレ） ジフエ二ノレ スノレホン、 4一フルオロー 4 ' 一 （p—ヒ ドロキシフエ二ノレ） ベンゾフエノン、 等を例として挙げることができる。 これらは、 単独で使用することができるほか、 2種以上の混合物として使用することもできる。 さらに、 活性化ジハロゲン化芳 香族化合物と芳香族ジヒドロキシ化合物の反応においてこれらのハロゲン化芳香 族ヒドロキシ化合物を共に反応させて芳香族ポリエーテル系化合物を合成しても よい。
本発明のスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物において、 芳香族 求核置換反応により、 スルホン酸基含有モノマーを用いて重合する場合には、 任 意のモノマーにスルホン酸基を導入したものを用いてもよいが、 特に、 下記一般 式 （1 3 ) および一般式 （1 4 ) で表される化合物をモノマーとして含む芳香族 求核置換反応により重合することが好ましい。
Figure imgf000020_0001
ただし、 Y 2はスルホン基またはケトン基、 X 6は 1価のカチオン種、 Z 4は塩素 またはフッ素を示す。
—般式 （1 3 ) で表される化合物の具体例としては、 3， 3 ' 一ジスルホー 4 , 4 ' —ジクロロジフエニノレスノレホン、 3， 3， 一ジスノレホ一4 , 4 ' ージフルォ ロジフエニノレスノレホン、 3 , 3 ' —ジスノレホ一 4， 4 ' —ジクロロジフエュノレケ トン、 3， 3 ' 一ジスルホ一 4， 4 ' —ジフノレォロジフエエノレスルホン、 および それらのスルホン酸基が 1価カチオン種との塩になったものが挙げられる。 1価 カチオン種としては、 ナトリウム、 カリウムや他の金属種や各種アミン類等でも よく、 これらに制限される訳ではない。 一般式 （1 4 ) で表される化合物の具体 例としては、 2， 6—ジクロ口べンゾニトリノレ、 2 , 6—ジフノレオ口ベンゾニト リノレ、 2， 4ージクロ口べンゾニトリル、 2， 4ージフルォロベンゾニトリル、 2 , 5—ジクロ口べンゾニトリルおよび 2， 5—ジフルォロベンゾニトリルを挙 げることができる。 上述の芳香族求核置換反応において、 上記一般式 （13) 、 (14) で表され る化合物とともに各種活性化ジフルォロ芳香族化合物ゃジクロロ芳香族化合物を モノマーとして併用することもできる。 これらの化合物例としては、 4, 4' 一 ジクロロジフエニノレスノレホン、 4， 4 ' ージフノレォロジフエ-ノレスノレホン、 4， 4' 一ジフノレオ口べンゾフエノン、 4, 4 ' —ジクロ口べンゾフエノン等が挙げ られるがこれらに制限されることなく、 芳香族求核置換反応に活性のある他の芳 香族ジハロゲン化合物、 芳香族ジニトロ化合物、 芳香族ジシァノ化合物なども使 用することができる。
また、 上述の一般式 （1) で表される構成成分中の A rおよび上述の一般式 (2) で表される構成成分中の A r ' は、 一般には芳香族求核置換重合において 上述の一般式 （1 3) 、 (14) で表される化合物と芳香族救核置換反応をする 芳香族ジオール成分モノマーより導入される構造である。 このような芳香族ジォ 一 モノマーの例としては、 4, 4 ' ービフエノーノレ、 ビス （4—ヒ ドロキシフ ェニノレ） スノレホン、 1, 1—ビス （4—ヒ ドロキシフエ-ノレ） ェタン、 2， 2 - ビス （4ーヒ ドロキシフエ-ノレ） プロパン、 ビス （4—ヒ ドロキシフエ二ノレ） メ タン、 2， 2—ビス （4—ヒ ドロキシフエ-ノレ） ブタン、 3， 3—ビス （4—ヒ ドロキシフエェノレ） ペンタン、 2, 2—ビス (4ーヒ ドロキシ一 3， 5—ジメチ ノレフエ二ノレ） プロパン、 ビス （4—ヒ ドロキシー 3, 5—ジメチルフエ二ノレ） メ タン、 ビス (4ーヒ ドロキシー 2， 5—ジメチルフエニル） メタン、 ビス (4 - ヒ ドロキシフエュノレ） フエエノレメタン、 ビス （4ーヒ ドロキシフエ二ノレ） ジフエ 二ノレメタン、 9, 9―ビス (4—ヒ ドロキシフエ二ノレ) フノレオレン、 9， 9ービ ス （3—メチノレー 4ーヒ ドロキシフエ二ノレ） フノレオレン、 2， 2―ビス (4ーヒ ドロキシフエエル） へキサフルォロプロパン、 ハイ ドロキノン、 レゾルシン等が あげられるが、 この他にも芳香族求核置換反応によるポリアリーレンエーテル系 化合物の重合に用いることができる各種芳香族ジオールを使用することもできる。 これら芳香族ジオールは、 単独で使用することができるが、 複数の芳香族ジォー ルを併用することも可能である。
本発明のスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物を芳香族求核置換 反応により重合する場合、 上記一般式 （1 3) および一般式 （14) で表せる化 合物を含む活性化ジフルォロ芳香族化合物及び またはジク口口芳香族化合物と 芳香族ジオール類を塩基性化合物の存在下で反応させることで重合体を得ること ができる。 重合は、 0〜 3 5 0 °Cの温度範囲で行うことができるが、 5 0〜2 5 0 °Cの温度であることが好ましい。 0 °Cより低い場合には、 十分に反応が進まな い傾向にあり、 3 5 0 °Cより高い場合には、 ポリマーの分解も起こり始める傾向 がある。 反応は、 無溶媒下で行うこともできるが、 溶媒中で行うことが好ましい。 使用できる溶媒としては、 N—メチル一 2—ピロリ ドン、 N， N _ジメチルァセ トアミ ド、 N， N—ジメチルホルムアミ ド、 ジメチルスルホキシド、 ジフエ-ル スルホン、 スルホランなどを挙げることができるが、 これらに限定されることは なく、 芳香族求核置換反応において安定な溶媒として使用できるものであればよ い。 これらの有機溶媒は、 単独でも 2種以上の混合物として使用されてもよい。 塩基性化合物としては、 水酸化ナトリゥム、 水酸化力リゥム、 炭酸ナトリゥム、 炭酸カリウム、 炭酸水素ナトリウム、 炭酸水素カリウム等があげられるが、 芳香 族ジオール類を活性なフエノキシド構造にしうるものであれば、 これらに限定さ れず使用することができる。 芳香族求核置換反応においては、 副生物として水が 生成する場合がある。 この際は、 重合溶媒とは関係なく、 トルエンなどを反応系 に共存させて共沸物として水を系外に除去することもできる。 水を系外に除去す る方法としては、 モレキュラーシーブなどの吸水材を使用することもできる。 芳 香族求核置換反応を溶媒中で行う場合、 得られるポリマー濃度として 5〜5 0質 量％となるようにモノマーを仕込むことが好ましい。 5質量％よりも少ない場合 は、 重合度が上がりにくい傾向がある。 一方、 5 0質量％よりも多い場合には、 反応系の粘性が高くなりすぎ、 反応物の後処理が困難になる傾向がある。 重合反 応終了後は、 反応溶液より蒸発によって溶媒を除去し、 必要に応じて残留物を洗 浄することによって、 所望のポリマーが得られる。 また、 反応溶液を、 ポリマー の溶解度が低い溶媒中に加えることによって、 ポリマーを固体として沈殿させ、 沈殿物の濾取によりポリマーを得ることもできる。
本発明のポリアリーレンエーテル系化合物は、 フリーデルクラフツ反応として 知られる芳香族求電子置換反応によっても合成することができる。 この際の求電 子的攻撃を受ける芳香族モノマーとしてはジフエ-ルエーテル、 1 , 4ージフエ ノキシベンゼン、 1 , 3—ジフエノキシベンゼン、 4 , 4 ' ージフエノキシジフ ェニノレ、 3， 3 ' —ジフエノキシジフエ二ノレ、 ビス （4一フエニノレフエノキシ） - 1 , 4—ベンゼン、 ビス （4一フエニノレフエノキシ） _ 4， 4 ' ービフエ二ノレ、 4—フエノキシビフエ二ノレ、 ビス （4—フエノキシフエ二ノレ） エーテノレ、 ビス ( 3—フエノキシフエ-ル） エーテル、 4， 4 ' —ビス （4一フエノキシフエ二 ノレ） ジフエニノレエーテノレ、 4 , 4 ' ージフエノキシベンゾフエノン、 1 , 4ービ ス （4一フエノキシベンゾィノレ） ベンゼン、 1 , 3—ビス （4—フエノキシベン ゾィノレ） ベンゼン、 ビス [ 4一 （4 _フエノキシベンゾィノレ） フエェノレ] エーテ ノレ、 ビス [ 4一 （ 3—フエノキシベンゾィノレ） フエ二ノレ] ェ一テノレ、 ビフエ二ノレ、 ターフェニル、 クォーターフエニル等一般に本反応で使用されるものを使用する ことができ、 2種以上を組み合わせて使用することもできる。 このうち、 例えば 4， 4 ' —ビス （4—フエノキシフエ-ル） ジフエニルエーテルのようにその構 造内にジォキシビフエユレン構造を含有するものを主成分とすることが好ましい。 求電子的攻撃をするモノマーとしては、 芳香族ジカルボン酸クロリ ドを使用す ることができる。 これらの例としては、 テレフタル酸クロリ ド、 イソフタル酸ク 口リ ド、 2， 6—ナフタレンジ力ノレボン酸クロリ ド、 1 , 5—ナフタレンジ力ノレ ボン酸クロリ ド、 4， 4 ' —ビフエニ レジ力ノレボン酸クロリ ド、 ジフエュ エー テル一 3， 3 ' —ジカルボン酸、 ジフエニルエーテル一 4， 4 ' ージカルボン酸、 ベンゾフエノン一 4 , 4 ' —ジカルボン酸、 等一般に本反応で使用されるものを 用いることができ、 2種以上を組み合わせて使用することもできる。 また、 4一 フエノキシ安息香酸ク口リ ドなどの自己縮合型モノマーを併用して重合すること もできる。
上記芳香族求電子置換反応条件は特に限定されることはないが、 例えば塩化ァ ルミユウムを触媒とするフリーデルクラフツ反応を用いることができる。 このと き溶媒としては、 1 , 2—ジクロロェタン、 ジクロロメタン、 1， 1 , 2 , 2 - テトラクロ口ェタン、 クロ口ホノレム等のハロゲン含有炭化水素、 ニトロベンゼン、 二硫化炭素などが使用することができる。 これ以外にも、 フッ化水素 Ζ三フッ化 ホウ素系等の他溶媒系や、 塩化亜鉛、 臭化アルミニウム、 塩化第二鉄、 四塩化チ タンなどの他の触媒系、 等を用いることもできる。 また、 芳香族ジカルボン酸を モノマーとしてポリリン酸中等で脱水重縮合することもできる。
本発明において、 ジォキシビフエ二レン構造を与えるモノマー上にスルホン酸 基が導入されていないモノマーを用いてポリアリ一レンエーテル系化合物を合成 する際には、 得られたポリアリーレンエーテル系化合物に対してスルホン化反応 を行うことにより本発明のスルホン化ポリアリーレンエーテル系化合物をえるこ とができる。 この際、 モノマーとして下記一般式 （1 5) とともに一般式 （1 6) で表される化合物をモノマーとして含む芳香族求核置換反応によって重合体 を得、 得られたポリマーをスルホン化することが好ましい。
Figure imgf000024_0001
式 （15) において、 X7は塩素またはフッ素を示す。
芳香族求核置換反応、 芳香族求電子置換反応のいずれにおいても、 スルホン酸 基を有しない形で得られたポリアリ一レンエーテル系化合物は、 スルホン化反応 を行うことによりスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物とすること ができる。 また、 上記一般式 （6) においては、 n2, n3のいずれかが 0であ る構成単位を含有するポリアリーレンエーテル系化合物のスルホン化反応を行な うことにより得ることができる。 スルホン酸基を含有するポリアリーレンエーテ ル系化合物を製造するために用いられるスルホン化剤としては、 特に限定される ものではないが、 たとえば、 濃硫酸や発煙硫酸 （例えば、 Solid State Ionics, 1 06, P. 219 (1998) に開示） 、 クロル硫酸 （例えば、 J. Polym. Sci., Polym. Chem.， 22, P. 295 (1984に開示） ） 、 無水硫酸錯体 （例え ば、 J. Polym. Sci., Polym. Chem., 22， P. 721 (1984) 、 J. Polym. Sci., Polym. Chem., 23, P. 1231 (1985) 等に開示） などを好適に 使用することができる
また、 該周知のスルホン化剤に加えて、 特許第 2884189号公報に記載の スルホン化剤、 すなわち、 1， 3， 5—トリメチルベンゼン一 2—スノレホン酸、 1， 3, 5—トリメチルベンゼン一 2， 4一ジスルホン酸、 1， 2, 4—トリメ チノレベンゼン一 5—スノレホン酸、 1, 2, 4—ト リメチノレベンゼン一 3—スノレホ ン酸、 1， 2， 3—トリメチルベンゼン一 4—スルホン酸、 1, 2, 3， 4ーテ トラメチルベンゼン一 5—スルホン酸、 1 , 2， 3 , 5—テトラメチノレベンゼン —4ースノレホン酸、 1, 2， 4， 5—テトラメチノレベンゼン一 3—スノレホン酸、 1， 2, 4， 5—テトラメチノレベンゼン一 3， 6 _ジスノレホン酸、 1， 2, 3, 4, 5 _ペンタメチルベンゼン一 6—スルホン酸、 1， 3, 5—トリェチルベン ゼン一 2—スルホン酸、 1ーェチルー 3, 5—ジメチルベンゼン— 4ースルホン 酸、 1—ェチル一3, 4—ジメチルベンゼン一 6—スルホン酸、 1—ェチノレ 2， 5—ジメチルベンゼン一 3—スルホン酸、 1， 2, 3， 4—テトラェチノレべンゼ ン一 5—スルホン酸、 1， 2， 4, 5—テトラェチルベンゼン一 3—スルホン酸、 1， 2, 3， 4, 5 _ペンタエチノレベンゼン一 6—スノレホン酸、 1， 3， 5—ト リィソプロピノレベンゼン一 2—スノレホン酸、 1一プロピノレ一 3， 5一ジメチノレべ ンゼン _ 4ースルホン酸などを用いることも可能である。
上記のスルホン化剤の中でも、 スルホン酸基の両側のオルト位に低級アルキル 基が置換された化合物、 たとえば、 1， 3, 5_トリメチルベンゼン一 2—スル ホン酸、 1， 2, 4， 5—テトラメチルベンゼン一 3—スルホン酸、 1, 2， 3 , 5—テトラメチルベンゼン一 4—スルホン酸、 1, 2, 3, 4, 5一ペンタメチ ノレベンゼン一 6—スルホン酸、 1， 3, 5 _ト リメチルベンゼン一 2， 4一ジス ルホン酸、 1, 3， 5—トリェチルベンゼン一 2—スルホン酸、 等が特に好まし く、 さらには、 1， 3， 5—トリメチルベンゼン一 2—スルホン酸が最も好まし い。
ここで、 本発明のスルホン酸基を含有するポリアリーレンエーテル系化合物を 製造する際は、 ポリアリーレンエーテル系化合物 100質量部に対して、 これら のスルホン化剤は 30〜50， 000質量部の範囲で加えることが好ましく、 5 0〜 10, 000質量部の範囲で加えればさらに好ましい。 スルホン化剤の添加 量が 30質量部未満の場合には、 スルホン化反応が十分に進行しない傾向があり、 スルホン化剤の添加量が 50, 000質量部を越える場合には、 反応後のスルホ ン化剤処理に多くの労力が必要となる傾向がある。
また、 本発明のスルホン酸基を含有するポリァリーレンエーテル系化合物を製 造するために用いられる有機溶媒としては、 特に限定されるものではなぐ、 ポリ ァリーレンエーテル系化合物および/またはスルホン化剤を溶解し、 スルホン化 反応に悪影響を及ぼさないものであれば従来公知のものを使用することができる。 具体例としては、 クロロホノレム、 ジクロロメタン、 1 , 2—ジクロロェタン、 ト リクロロエタン、 テトラクロロェタン、 トリクロロエチレン、 テトラクロロェチ レン、 などのハロゲン化脂肪族炭化水素類、 ジクロロベンゼン、 トリクロ口ベン ゼン、 等のハロゲン化芳香族炭化水素類、 ニトロメタン、 ニトロベンゼン、 など のュトロ化合物、 トリメチルベンゼン、 トリプチルベンゼン、 テトラメチルベン ゼン、 ペンタメチルベンゼン、 などのァノレキルベンゼン類、 スノレホラン、 等の複 素環化合物類、 オクタン、 デカン、 シクロへキサン、 等の直鎖、 分岐鎖または環 状の脂肪族炭化水素類が挙げられる。
これらの溶剤は、 一種または二種以上を混合してもよく、 その使用量は、 ポリ ァリーレンエーテル系化合物およぴスルホン化剤の種類によりことなり適宜選択 されるが、 通常はスルホン化剤 1 0 0質量部に対して 1 0 0〜2， 0 0 0質量部 の範囲にあることが好ましい。 溶剤の量が 1 0 0質量部未満の場合には、 均一な スルホン化反応を進めることが困難となる傾向があり、 溶剤の量が 2 , 0 0 0質 量部を超える場合には、 反応後の溶剤とスルホン化剤との分離、 溶剤の回収に多 くの労力が必要となる傾向がある。
スルホン酸基導入量は必要に応じ、 ポリアリ一レンエーテル系化合物に対して、 スルホン化剤、 反応温度、 反応時問等のスルホン化条件を設定することによりコ ントロールすることができる。 反応温度は一 2 0〜1 5 0 °Cの範囲、 反応時間は 0 . 1 - 1 0 0時間の範囲でスルホン化反応を行うことが好ましい。 反応温度が - 2 0 °C未満では、 スルホン化反応の反応速度が遅くなり、 反応温度が 1 5 0 °C を超えると、 スルホン化の制御が困難となってしまう問題がある。 また、 本発明 のスルホン酸基を含有するポリアリーレンエーテル系化合物を得るためには、 窒 素ガス、 アルゴンガスなどの不活性ガス雰囲気下でスルホン化を行うことが好ま しい。 得られる重合体が酸化劣化することを防止するためである。 (ポリマー対数粘度）
また、 本発明のスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物は、 後で述 ベる方法により測定したポリマー対数粘度が 0 . 1以上であることが好ましい。 対数粘度が 0 . 1よりも小さいと、 イオン伝導膜として成形したときに、 膜が脆 くなりやすくなる。 還元比粘度は、 0 . 3以上であることがさらに好ましい。 一 方、 還元比粘度が 5を超えると、 ポリマーの溶解が困難になるなど、 加工性での 問題が出てくるので好ましくない。 なお、 対数粘度を測定する溶媒としては、 ― 般に N—メチルピロリ ドン、 N , N—ジメチルァセトアミ ドなどの極性有機溶媒 を使用することができるが、 これらに溶解性が低い場合には濃硫酸を用いて測定 することもできる。
(組成物）
本発明のスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物は、 単体として使 用することができるが、 ポリべンズイミダゾール系化合物とともに混合して使用 されることが好ましい。 また、 本発明のスルホン基含有ポリアリーレンエーテル 系化合物は、 その他のポリマーと組み合わせて使用することもできる。 これらの ポリマーとしては、 例えばポリエチレンテレフタレート、 ポリブチレンテレフタ レート、 ポリエチレンナフタレートなどのポリエステノレ類、 ナイロン 6、 ナイ口 ン 6， 6、 ナイロン 6， 1 0、 ナイロン 1 2などのポリアミ ド類、 ポリメチルメ タクリレート、 ポリメタクリノレ酸エステル類、 ポリメチルアタリレート、 ポリア クリル酸エステル類などのアタリレート系樹脂、 ポリアクリル酸系樹脂、 ポリメ タクリル酸系樹脂、 ポリエチレン、 ポリプロピレン、 ポリスチレンゃジェン系ポ リマーを含む各種ポリオレフイン、 ポリウレタン系樹脂、 酢酸セルロース、 ェチ ルセルロースなどのセルロース系樹脂、 ポリアリレート、 ァラミ ド、 ポリカーボ ネート、 ポリフエ-レンスノレフイ ド、 ポリフエ二レンォキシド、 ポリスノレホン、 ポリエーテノレスノレホン、 ポリエーテノレエーテノレケトン、 ポリエーテノレイミ ド、 ポ リイミド、 ポリアミ ドイミ ド、 ポリベンズィミダゾール、 ポリベンズォキサゾー ノレ、 ポリべンズチアゾールなどの芳香族系ポリマー、 エポキシ樹脂、 フエノール 樹脂、 ノボラック樹脂、 ベンゾォキサジン樹脂などの熱硬化性樹脂等、 特に制限 はない。 上記ポリベンズィミダゾール系の化合物ゃポリビュルピリジンなどの塩 基性ポリマーとの組成物は、 ポリマー寸法性の向上のために特に好ましい組み合 わせと言える。
本発明において、 特に、 本発明のポリアリーレンエーテル系化合物とともに、 酸性基含有ポリベンズィミダゾール系化合物を含む,組成物により、 耐久性だけで なく、 加工性やイオン伝導性などにおいても優れた性質を示す新規材料を得るこ とができる。 このような優れた性質を有するため、 本発明における上記組成物は、 燃料電池用の固体高分子電解質膜用材料として好適に使用することができる。 本発明のポリアリーレンエーテル系化合物は、 組成物全体の 5 0質量％以上 1 0 0質量。 /0未満含まれていることが好ましい。 より好ましくは 7 0質量。 /0以上 1 0 0質量％未満である。 本発明のスルホン酸基含有芳香族ポリエーテル系化合物 の含有量が樹脂組成物全体の 5 0質量％未満の場合には、 この樹脂組成物を含む イオン伝導膜のスルホン酸基濃度が低くなり良好なイオン伝導性が得られない傾 向にあり、 また、 スルホン酸基を含有するユニットが非連続相となり伝導するィ ォンの移動度が低下する傾向にある。
本発明のポリアリーレンエーテル系化合物とポリべンズイミダゾール系化合物 とを含有する組成物を得るには、 ポリべンズィミダゾール系化合物と本発明のポ リアリ一レンエーテル系化合物とを混合することにより得ることが出来る。 そし て、 この混合されたポリマー組成物は、 重合溶液、 単離したポリマー、 および再 溶解させたポリマー溶液等から押し出し、 紡糸、 圧延、 キャストなど任意の方法 で繊維やフィルムに成形することができる。 これらの成形過程の中では、 適当な 溶媒に溶解した溶液から成形することが好ましい。 溶解する溶媒としては、 N , N—ジメチルァセトアミ ド、 N, N—ジメチルホルムアミ ド、 ジメチルスルホキ シド、 N—メチルー 2 _ピロリ ドン、 へキサメチルホスホンアミ ドなど非プロ ト ン極性溶媒や、 ポリリン酸、 メタンスルホン酸、 硫酸、 トリフルォロ酢酸などの 強酸から適切なものを選ぶことができるがこれらに限定されるものではない。 こ れらのうち、 特に有機溶媒系から成形することが好ましい。 これらの溶媒は、 可 能な範囲で複数を混合して使用してもよい。.また、 溶解性を向上させる手段とし て、 臭化リチウム、 塩化リチウム、 塩化アルミニウムなどのルイス酸を有機溶媒 に添加したものを溶媒としてもよい。 溶液中のポリマー濃度は 0 . 1〜5 0質 量％の範囲であることが好ましい。 低すぎると成形性が悪化し、 高すぎると加工 性が悪化する。
なお、 本発明の組成物は、 必要に応じて、 例えば酸化防止剤、 熱安定剤、 滑剤、 粘着付与剤、 可塑剤、 架橋剤、 粘度調整剤、 静電気防止剤、 抗菌剤、 消泡剤、 分 散剤、 重合禁止剤、 などの各種添加剤を含んでいてもよい。
くポリベンズィミダゾール系化合物 >
本発明における酸性基含有ポリべンズィミダゾール系化合物は、 下記の式
( 8 ) で表される構造を含んでいることを特徴としている。
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式 （8 ) においては、 m 1は、 1から 4の整数を表し、 R 1はイミダゾール環を 形成できる 4価の芳香族結合ュニットを、 R 2は 2価の芳香族ュニットを表し、 R 1および R 2はいずれも芳香環の単環であっても複数の芳香環の結合体あるい は縮合環であってもよく、 安定な置換基を有していてもよい。 Z 3は、 スルホン 酸基および/またはホスホン酸基を表し、 その一部が塩構造となっていてもよい。 上記の式 （8 ) で示す構造を含む本発明における酸性基含有ポリべンズイミダ ゾール系化合物を合成する経路は特には限定されないが、 通常は化合物中のィミ ダゾール環を形成し得る芳香族テトラミン類およびそれらの誘導体よりなる群か ら選ばれる一種以上の化合物と、 芳香族ジカルボン酸およびその誘導体よりなる 群から選ばれる一種以上の化合物との反応により合成することができる。 その際、 使用するジカルボン酸の中にスルホン酸基やホスホン酸基、 またはそれらの塩を 含有するジカルボン酸を使用することで、 得られるポリべンズイミダゾール中に スルホン酸基やホスホン酸基を導入することができる。 スルホン酸基ゃホスホン 酸基を含むジカルボン酸はそれぞれ一種以上組み合わせて使用することが出来る が、 スルホン酸基含有ジカルボン酸とホスホン酸基含有ジカルボン酸を同時に使 用することも可能である。 ここで、 本発明において、 ポリべンズイミダゾール系化合物の構成要素である ベンズイミダゾール系結合ュ-ットゃ、 スルホン酸基および/またはホスホン酸 基を有する芳香族ジカルボン酸結合ュニットゃ、 スルホン酸基もホスホン酸基も 有さない芳香族ジカルボン酸結合ユニットや、 その他の結合ユエットは、 ランダ ム重合および Zまたは交互的重合により結合していることが好ましい。 また、 こ れらの重合形式は一種に限られず、 二種以上の重合形式が同一の化合物中で並存 していてもよレ、。
上記の式 （8) で示される構成成分を含むスルホン酸基含有ポリべンズイミダ ゾール系化合物のうち、 下記の式 （9) と （10) で示される構造で表される結 合ユニットを n6 : (1— n6) のモル比で構成成分として含むものが特に好ま しい。
Figure imgf000030_0001
Figure imgf000030_0002
式 （9) およぴ式 （10) においては、 in2は 1から 4の整数を表し、 Ar ' ' は芳香族結合ユニットを表し、 X4は一〇一、 一 S02—、 -C (CH3) 2—、 一 C (CF3) 2―、 一 OPhO—より群から選ばれる 1種以上であり、 P hは
2価の芳香族結合ユニットを表すものとする。 また、 モル比は、 0. 2^η6≤
1. 0の式を満たす。
上記の式 （9) 、 （10) において、 m2が 5よりも大きいと、 得られるポリ マーの耐水性が劣る傾向にあり、 モル比 n6が 0. 2よりも小さいと、 十分なィ ォン伝導性を示さない傾向となる。
上記の式 （8) で示される構成成分を含むスルホン酸基含有ポリべンズイミダ ゾール系化合物を与える芳香族テトラミンの具体例としては、 特に限定されるも のではないが、 たとえば、 1, 2， 4, 5—テトラアミノベンゼン、 3, 3' — ジァミノべンジジン、 3， 3' , 4, 4' —テトラアミノジフエニルエーテル、 3， 3 ' , 4, 4 ' —テトラアミノジフエ二ルチオエーテル、 3， 3 ' ， 4, 4' —テトラアミノジフエニルスルホン、 2， 2—ビス （3， 4—ジァミノフエ ニル） プロパン、 ビス (3， 4—ジァミノフエニル） メタン、 2, 2一ビス (3， 4ージァミノフエニル） へキサフルォロプロパン、 1, 4—ビス （3, 4—ジァ ミノフエノキシ） ベンゼン、 などおよびこれらの誘導体が挙げられる。 これらの うち、 式 （10) で表される結合ユニットを形成することができる、 3, 3' , 4, 4 ' —テトラアミノジフエニルエーテル、 3， 3 ' ， 4， 4' ーテトラアミ ノジフエ；^レス ホン、 2， 2—ビス （3， 4ージァミノフエ二ノレ） プロパン、 2, 2—ビス （3， 4—ジァミノフエニル） へキサフルォロプロパン、 1， 4— ビス （3, 4—ジアミノフエノキシ） ベンゼンおよびこれらの誘導体が特に好ま しい。
これらの芳香族テトラミン類の誘導体の具体例としては、 塩酸、 硫酸、 リン酸 などの酸との塩などを挙げることができる。 また、 これらの化合物は単独で使用 してもよいが、 同時に複数使用することもできる。 さらに、 これらの化合物は、 必要に応じて塩化すず （I I) や亜リン酸化合物などの公知の酸化防止剤を含ん でいてもよい。
上述の式 （8) の構造を与えるスルホン酸基含有ジカルボン酸は、 芳香族系ジ カルボン酸中に 1個から 4個のスルホン酸基を含有するものを選択することがで きるが、 具体例としては、 例えば、 2, 5—ジカルボキシベンゼンスルホン酸、 3, 5—ジカルボキシベンゼンスルホン酸、 2, 5—ジカルボキシ一 1, 4—ベ ンゼンジスノレホン酸、 4, 6—ジカノレボキシ一 1, 3—ベンゼンジスノレホン酸、 2, 2 ' 一ジスルホー 4， 4 ' ービフエニルジカルボン酸、 3, 3 ' 一ジスルホ —4, 4 ' —ビフエニルジカルボン酸、 等のスルホン酸含有ジカルボン酸及びこ れらの誘導体を挙げることができる。 誘導体としては、 ナトリウム、 カリウムな どのアルカリ金属塩や、 アンモニゥム塩、 アルキルアンモユウム塩などをあげる ことができる。 スルホン酸基含有ジカルポン酸の構造は特にこれらに限定される ことはない。 上述の式 （8 ) における m 1は、 1から 4の整数より選ばれる。 m 1が 5以上であると、 ポリマーの耐水性が低下する傾向が出てくるので好ましく ない。
スルホン酸基含有ジカルボン酸はそれら単独だけでなく、 スルホン酸基および ホスホン酸基を含有しないジカルポン酸とともに共重合の形で導入することがで きる。 スルホン酸基含有ジカルボン酸とともに使用できるジカルボン酸例として は、 テレフタル酸、 ィソフタル酸、 ナフタレンジ力ノレボン酸、 ジフエ二ルェ一テ ルジカルボン酸、 ジフエ-ルスルホンジカルボン酸、 ビフエ-ルジカルボン酸、 ターフェニルジカルボン酸、 2 , 2—ビス （4—力ノレボキシフエ二ノレ） へキサフ ルォロプロパン等ポリエステル原料として報告されている一般的なジカルボン酸 を使用することができ、 ここで例示したものに限定されるものではない。
スルホン酸基を含有するジカルボン酸の純度は特に制限されるものではないが、 9 8 %以上が好ましく、 9 9 %以上がより好ましい。 スルホン酸基を含有するジ カルボン酸を原料として重合されたポリイミダゾールは、 スルホン酸基を含有し ないジカルボン酸を用いた場合に比べて、 重合度が低くなる傾向が見られるため、 スルホン酸基を含有するジカルポン酸はできるだけ純度が高いものを用いること が好ましい。 スルホン酸基含有ジカルボン酸とともにスルホン酸基を含有しない ジカルボン酸を使用する場合、 スルホン酸基含有ジカルボン酸を全ジカルボン酸 中の 2 0モル0 /0以上とすることでスルホン酸の効果を明確にすることができる。 スルホン酸のきわだった効果を引き出すためには、 5 0モル0 /0以上であることが さらに好ましい。 スルホン酸基を有する芳香族ジカルボン酸の含有率が 2 0モ ル％未満の場合には、 ポリベンズィミダゾール系化合物の導電率が低下して固体 高分子電解質の材料として適さないものとなる傾向がある。
上記の式 （8 ) で示される構成成分を含むホスホン酸基含有ポリべンズイミダ ゾール系化合物としては、 下記の式 （1 1 ) と式 （1 2 ) で示される構造で表さ れる結合ュュットを n 7 : ( l _ n 7) のモル比で構成成分として含むものが特 に好ましい。
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式 （ 1 1) および式 （1 2) においては、 m3は 1から 4の整数を表し、 A r ' ' ' は芳香族結合ユニットを表し、 X5¾_0—、 _S〇2—、 一 S—、 一 CH2-, 一〇P hO—より群から選ばれる 1種以上であり、 Phは 2価の芳香 族結合ユニットを表すものとする。 また、 モル比は、 0. 2≤n7≤ l. 0の式 を満たす。
上記の式 （1 1) 、 （1 2) において、 m3が 5よりも大きいと、 得られるポ リマーの耐水性が劣る傾向にあり、 モル比 n7が 0. 2よりも小さレヽと、 十分な イオン伝導性を示さない傾向となる。
上記の式 （8) で示されるホスホン酸基含有ポリイミダゾールを与える芳香族 テトラミンの具体例としては、 特に限定されるものではないが、 たとえば、 1, 2, 4, 5—テトラアミノベンゼン、 3, 3 ' —ジァミノべンジジン、 3， 3' ， 4， 4' ーテトラアミノジフエニルエーテル、 3, 3 ' ， 4, 4 ' ーテトラアミ ノジフエ二ルチオエーテル、 3, 3' , 4， 4 ' —テトラアミノジフエ-ルスル ホン、 2， 2—ビス （3， 4—ジァミノフエ二ノレ） プロパン、 ビス （.3, 4—ジ 了ミノフエニル) メタン、 2, 2一ビス (3, 4ージァミノフエエル) へキサフ ノレォロプロパン、 1， 4一ビス （3, 4—ジアミノフエノキシ） ベンゼン、 など およびこれらの誘導体が挙げられる。 これらのうち、 上記の式 （9) で表される 結合ユニットを形成することが出来る、 3， 3' ， 4， 4' ーテトラアミノジフ ェニノレエーテノレ、 3， 3' ， 4， 4， ーテトラアミノジフエニノレスノレホン、 3, 3 ' , 4， 4 ' —テトラアミノジフエ二ルチオエーテル、 ビス （3， 4—ジアミ ノフエェノレ） メタン、 1， 4 _ビス （3 , 4—ジアミノフエノキシ） ベンゼンお よびこれらの誘導体が特に好ましい。
これらの芳香族テトラミン類の誘導体の具体例としては、 塩酸、 硫酸、 リン酸 などの酸との塩などを挙げることができる。 また、 これらの化合物は単独で使用 してもよいが、 同時に複数使用することもできる。 さらに、 これらの化合物は、 必要に応じて塩化すず （I I ) や亜リン酸化合物などの公知の酸化防止剤を含ん でいてもよい。
上記の式 （1 1 ) で示されるホスホン酸基を有するポリべンズイミダゾール系 化合物を合成する際に用いるホスホン酸基を有する芳香族ジカルボン酸およびそ の誘導体としては、 特に限定されるものではなく、 芳香族ジカルボン酸骨格中に 1個から 4個のホスホン酸基を有する化合物を好適に使用することができる。 具 体例としては、 2 , 5—ジカルボキシフエ-ルホスホン酸、 3 , 5—ジカルボキ シフエュノレホスホン酸、 2， 5—ビスホスホソテレフタル酸、 などのホスホン酸 基を有する芳香族ジカルボン酸およびこれらの誘導体を挙げることができる。 芳 香族ジカルボン酸骨格中に 5個以上のホスホン酸基を有すると、 ポリマーの耐水 性が低下する傾向が出てくるので好ましくない。
ここで、 これらのホスホン酸基を有する芳香族ジカルボン酸のホスホン酸誘導 体としては、 ナトリウム、 カリウムなどのアルカリ金属塩や、 アンモ-ゥム塩、 アルキルアンモニゥム塩などをあげることができる。 また、 これらの化合物は単 独で使用してもよいが、 同時に複数使用することもできる。 さらに、 これらの化 合物は、 必要に応じて塩化すず （I I ) や亜リン酸化合物などの公知の酸化防止 剤を含んでいてもよい。
そして、 ホスホン酸基を有する芳香族ジカルボン酸の構造はこれらに限定され ることはないが、 ここに示したようなフエニルホスホン酸基型のホスホン酸基を 有する芳香族ジカルボン酸が好ましい。
本発明におけるポリべンズイミダゾール系化合物の合成に用いる、 ホスホン酸 基を有する芳香族ジカルボン酸の純度は特に限定されるものではないが、 9 7 % 以上が好ましく、 9 8 %以上がより好ましい。 ホスホン酸基を有する芳香族ジカ ルボン酸を原料として重合されたポリべンズィミダゾール系化合物は、 スルホン 酸基およびホスホン酸基を有さない芳香族ジカルボン酸を原料として用いた場合 に比べて、 重合度が低くなる傾向が見られるため、 ホスホン酸基を有する芳香族 ジカルボン酸はできるだけ純度が高いものを用いることが好ましい。 すなわち、 芳香族ジカルボン酸の純度が 9 7 %未満の場合には、 得られるポリベンズィミダ ゾール系化合物の重合度が低下して固体高分子電解質の材料として適さないもの となる傾向がある。
上記のホスホン酸基を有する芳香族ジカルボン酸はそれら単独だけで使用して もよいが、 スルホン酸基およびホスホン酸基を含有しな!/、芳香族ジカルボン酸と ともに共重合反応することにより、 本発明におけるホスホン酸基を有するポリべ ンズイミダゾール系化合物の合成に用いてもよい。 ホスホン酸基を有する芳香族 ジカルボン酸とともに使用できるスルホン酸基およびホスホン酸基を有さない芳 香族ジカルボン酸としては、 特に限定されるものではないが、 たとえば、 テレフ タル酸、 イソフタル酸、 ナフタレンジカルボン酸、 ジフエニルエーテノレジカノレポ ン酸、 ジフエニルスルホンジカルボン酸、 ビフエ-ルジカルボン酸、 ターフェ- ルジカルボン酸、 2 , 2—ビス ( 4 _カルボキシフエニル) へキサフルォロプロ パンなどのポリエステル原料として報告されている一般的な芳香族ジカルボン酸 を使用することができる。
また、 これらの化合物は単独で使用してもよいが、 同時に複数使用することも できる。 さらに、 これらの化合物は、 必要に応じて塩化すず （I I ) や亜リン酸 化合物などの公知の酸化防止剤を含んでいてもよい。
本発明におけるポリべンズイミダゾール系化合物の合成において、 ホスホン酸 基を有する芳香族ジカルポン酸とともにスルホン酸基およびホスホン酸基を有さ ない芳香族ジカルポン酸を使用する場合、 全芳香族ジカルポン酸中におけるホス ホン酸基を有する芳香族ジカルボン酸の含有率を 2 0モル％以上となるように配 合することで、 本発明におけるポリべンズイミダゾール系化合物がホスホン酸基 を有することによる優れた効果を明確にすることができる。 また、 本発明におけ るポリベンズィミダゾール系化合物がホスホン酸基を有することによるきわだつ た効果を引き出すためには、 ホスホン酸基を有する芳香族ジカルボン酸の含有率 を 5 0モル％以上となるように配合することがさらに好ましい。 ホスホン酸基を 有する芳香族ジカルボン酸の含有率が 2 0モル。/。未満の場合には、 本発明におけ るポリベンズィミダゾール系化合物の導電率が低下して固体高分子電解質の材料 として適さないものとなる傾向がある。
ここで、 上記のスルホン酸基を有する芳香族ジカルボン酸おょぴホスホン酸基 を有する芳香族ジカルボン酸は、 それら単独だけで使用してもよいが、 両者を共 重合反応することにより、 本発明におけるスルホン酸基および Zまた.はホスホン 酸基を有するポリベンズィミダゾール系化合物の合成に用いてもよい。
また、 このとき、 上記のスルホン酸基を有する芳香族ジカルボン酸およびホス ホン酸基を有する芳香族ジカルボン酸は、 それらのみで混合使用してもよいが、 スルホン酸基およびホスホン酸基を含有しない芳香族ジカルボン酸とともに共重 合反応することにより、 本発明のスルホン酸基おょぴ Zまたはホスホン酸基を有 するポリべンズィミダゾール系化合物を合成してもよい。
上述の芳香族テトラミン類およびそれらの誘導体よりなる群から選ばれる一種 以上の化合物と、 芳香族ジカルボン酸およびその誘導体よりなる群から選ばれる 一種以上の化合物とを用いて、 スルホン酸基および Zまたはホスホン酸基を有す るポリべンズイミダゾール系化合物を合成する方法は、 特に限定されるものでは なレヽ力 、 7こと . s J. F. Wolfe, Encyclopedia of Polymer Science and Engineering, 2nd Edition, Vol. 11， p. 601 (1988)に記載されるようなポリ リ ン酸を溶媒とする脱水、 環化重合により合成することができる。 また、 ポリリン 酸のかわりにメタンスルホン酸/五酸化リン混合溶媒系を用いた同様の機構によ る重合を適用することもできる。 なお、 熱安定性の高いポリべンズイミダゾール 系化合物を合成するには、 一般によく使用されるポリリン酸を用いた重合が好ま しレ、。
さらに、 本発明におけるポリべンズイミダゾール系化合物を得るには、 たとえ ば、 適当な有機溶媒中や混合原料モノマー融体の形での反応でポリアミ ド構造な どを有する前駆体ポリマーを合成しておき、 その後の適当な熱処理などによる環 化反応で目的のポリベンズィミダゾール構造に変換する方法なども使用すること ができる。 また、 本発明のポリべンズイミダゾール系化合物を合成する際の反応時間は、 個々の原料モノマーの組み合わせにより最適な反応時間があるので一概には規定 できないが、 従来報告されているような長時間をかけた反応では、 スルホン酸基 および/またはホスホン酸基を有する芳香族ジカルボン酸などの原料モノマーを 含む系では、 得られたポリベンズィミダゾール系化合物の熱安定性が低下してし まう場合もあり、 この場合には反応時間を本発明の効果の得られる範囲で短くす ることが好ましい。 このように反応時間を短くすることにより、 スルホン酸基お よび Zまたはホスホン酸基を有するポリべンズィミダゾール系化合物も熱安定性 の高い状態で得ることができる。
そして、 本発明におけるポリべンズイミダゾール系化合物を合成する際の反応 温度は、 個々の原料モノマーの組み合わせにより最適な反応温度があるのでー概 には規定できないが、 従来報告されているような高温による反応では、 スルホン 酸基および zまたはホスホン酸基を有する芳香族ジカルポン酸などの原料モノマ 一を含む系では、 得られたポリべンズイミダゾール系化合物へのスルホン酸基お よび/またはホスホン酸基の導入量の制御が不能となる場合もあり、 この場合に は反応温度を本発明の効果の得られる範囲で低くすることが好ましい。 このよう に反応温度を低くすることにより、 酸性基の量が多いポリベンズィミダゾール系 化合物へのスルホン酸基および/またはホスホン酸基の導入量の制御を可能とし、 当該化合物を熱安定性の高い状態で得ることができる。
また、 本発明におけるポリべンズイミダゾール系化合物の合成後においては繰 り返し単位を構成することになる原料モノマーが複数の種類からなる場合には、 該操返し単位同士はランダム重合および/または交互的重合により結合している ことで、 高分子電解質膜の材料として安定した性能を示す特徴を持つ。 ここで、 本発明におけるポリベンズィミダゾール系化合物をランダム重合および Zまたは 交互的重合の重合形式により合成するには、 すべてのモノマー原料を重合初期か ら当量性を合わせた配合割合で仕込んでおく方法で作ることが好ましい。
なお、 ポリベンズィミダゾール系化合物をランダム重合や交互的重合ではなく ブロック重合により合成することもできるが、 その際には、 当量性をずらした配 合割合のモノマー原料の仕込み条件で第一成分のオリゴマーを合成し、 さらにモ ノマー原料を追加して第二成分も含めて当量性が合う形に配合割合を調整した上 で重合を行なうことが好ましい。
本発明において、 スルホン酸基および/またはホスホン酸基を有するポリベン ズイミダゾール系化合物の分子量は、 特に限定されるものではないが、 1， 0 0 0以上であることが好ましく、 3 , 0 0 0以上であればより好ましい。 また、 こ の分子量は 1 , 0 0 0 , 0 0 0以下であることが好ましく、 2 0 0， 0 0 0以下 であればより好ましい。 この分子量が 1 , 0 0 0未満の場合には、 粘度の低下に よりポリベンズィミダゾール系化合物から良好な性質を備えた成形物を得ること が困難となる。 また、 この分子量が 1， 0 0 0， 0 0 0を超えると粘度の上昇に よりポリべンズイミダゾール系化合物を成形することが困難になる。 また、 本発 明におけるスルホン酸基および/またはホスホン酸基を有するポリべンズイミダ ゾール系化合物の分子量は、 実質的には濃硫酸中で測定した場合の対数粘度で評 価することができる。 そして、 この対数粘度は 0 . 2 5以上であることが好まし く、 特に 0 . 4 0以上であればより好ましい。 また、 この対数粘度は 1 0以下で あることが好ましく、 特に 8以下であればより好ましい。 この対数粘度が 0 . 2 5未満の場合には、 粘度の低下によりポリべンズィミダゾール系化合物から良好 な性質を備えた成形物を得ることが困難となる。 また、 この対数粘度が 1 0を超 えると粘度の上昇によりポリベンズィミダゾール系化合物を成形することが困難 になる。
これまで報告されている、 ポリアリーレンエーテル系化合物とポリべンズイミ ダゾール等の塩基性ポリマーからなるプレンド組成物は、 ポリマー間の酸塩基相 互作用で、 ポリマーの溶解時に沈殿が起こってしまう。 そのため、 ァミン化合物 などを添加することで、 酸性基ポリマーを塩にすることで、 両ポリマーを同一溶 媒に溶解させている。 このため、 例えばイオン伝導膜に成形した後、 プロトン伝 導性を付与するためには、 酸処理をしてアミン塩をはずす工程が必要であった。 本発明における酸性基含有ポリベンズィミダゾールは塩基性ポリマー鎖内に酸性 基を有しているため、 加えた酸性基含有ポリマーと塩を形成して沈殿することが ない特徴を有している。 このため、 両ポリマーをそのまま同一溶媒に均一に溶解 することが出来、 イオン伝導膜として成形した後、 そのままプロトン伝導特性を 示すという利点を有している。
溶液から成形体を得る方法は公知の方法を用いることができる。 例えば加熱、 減圧乾燥、 ポリマーを溶解する溶媒と混和できるポリマー非溶媒への浸漬などに よって、 溶媒を除去しスルホン酸基および/またはホスホン酸基含有ポリベンズ ィミダゾールの成形体を得ることができる。 溶媒が有機溶媒の場合は、 加熱又は 減圧乾燥で溶媒を留去させることが好ましい。 溶媒が強酸の場合には、 水、 メタ ノール、 ァセトンなどに浸漬することが好ましい。
本発明のポリアリ一レン系化合物とスルホン酸基含有ポリベンズィミダゾール 化合物とを含む膜を成形する好ましい方法は、 溶液からのキャストである。 キヤ ストした溶液から前記のように溶媒を除去して膜を得ることができる。 溶媒の除 去は、 乾燥することが膜の均一性からは好ましい。 また、 ポリマーや溶媒の分解 や変質をさけるため、 減圧下でできるだけ低い温度で乾燥することが好ましい。 キャストする基板には、 ガラス板やポリテトラフロロエチレン板などを用いるこ とができる。 溶液の粘度が高い場合には、 基板や溶液を加熱して高温でキャス ト すると溶液の粘度が低下して容易にキャストすることができる。 キャス トする際 の溶液の厚みは特に制限されないが、 1 0〜1 0 0 0 μ πιであることが好ましい。 薄すぎると膜としての形態を保てなくなり、 厚すぎると不均一な膜ができやすく なる。 より好ましくは 1 0 0〜5 0 Ο μ πιである。 溶液のキャス ト厚を制御する 方法は公知の方法を用いることができる。 例えば、 アプリケーター、 ドクタープ レードなどを用いて一定の厚みにしたり、 ガラスシャーレなどを用いてキャス ト 面積を一定にして溶液の量や濃度で厚みを制御することができる。 キャストした 溶液は、 溶媒の除去速度を調整することでより均一な膜を得ることができる。 例 えば、 加熱する場合には最初の段階では低温にして蒸発速度を下げたりすること ができる。 また、 水などの非溶媒に浸漬する場合には、 溶液を空気中や不活性ガ ス中に適当な時間放置しておくなどしてポリマーの凝固速度を調整することがで きる。 本発明の膜は目的に応じて任意の膜厚にすることができるが、 イオン伝導 性の面からはできるだけ薄いことが好ましい。 具体的には 2 0 Ο μ πι以下である ことが好ましく、 5 0 // m以下であることがさらに好ましく、 2 0 μ πι以下であ ることが最も好ましい。 (成形体の製造）
本発明のスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物およびその組成物 は、 押し出し、 紡糸、 圧延またはキャストなど任意の方法で繊維やフイルムなど の成形体とすることができる。 中でも適当な溶媒に溶解した溶液から成形するこ とが好ましい。 この溶媒としては、 N， N—ジメチルホルムアミ ド、 N, N—ジ メチルァセトアミ ド、 ジメチルスルホキシド、 N—メチル一 2—ピロリ ドン、 へ キサメチルホスホンアミ ドなどの非プロトン性極性溶媒や、 メタノール、 ェタノ ール等のアルコール類から適切なものを選ぶことができるがこれらに限定される ものではない。 これらの溶媒は、 可能な範囲で複数を混合して使用してもよい。 溶液中の化合物濃度は 0 . 1〜5 0質量。 /0の範囲であることが好ましい。 溶液中 の化合物濃度が 0 . 1質量％未満であると良好な成形物を得るのが困難となる傾 向にあり、 5 0質量％を超えると加工性が悪化する傾向にある。 溶液から成形体 を得る方法は従来から公知の方法を用いて行うことができる。 たとえば、 加熱、 減圧乾燥、 化合物を溶解する溶媒と混和することができる化合物非溶媒への浸漬 等によって、 溶媒を除去し成形体を得ることができる。 溶媒が、 有機溶媒の場合 には、 加熱又は減圧乾燥によって溶媒を留去させることが好ましい。 この際、 必 要に応じて他の化合物と複合された形で繊維状、 フィルム状、 ペレット状、 プレ ート状、 ロッド状、 パイプ状、 ボール状、 プロック状などの様々な形状に成形す ることもできる。 溶解挙動が類似する化合物と組み合わせた場合には、 良好な成 形ができる点で好ましい。 このようにして得られた成形体中のスルホン酸基は力 チオン種との塩の形のものを含んでいてもよいが、 必要に応じて酸処理すること によりフリ一のスルホン酸基に変換することもできる。
(イオン伝導膜）
本発明のスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物およびその組成物 からイオン伝導膜を作製することもできる。 イオン伝導膜を成形する手法として 最も好ましいのは、 溶液からのキャストであり、 キャストした溶液から上記のよ うに溶媒を除去してイオン伝導膜を得ることができる。 溶媒の除去は、 乾燥によ ることがイオン伝導膜の均一性からは好ましい。 また、 化合物や溶媒の分解や変 質を避けるため、 減圧下でできるだけ低い温度で乾燥することもできる。 また、 溶液の粘度が高い場合には、 基板や溶液を加熱して高温でキャストすると溶液の 粘度が低下して容易にキャストすることができる。 キャストする際の溶液の厚み は特に制限されないが、 1 0〜1 0 0 0 μ παであることが好ましい。 より好まし くは 5 0〜5 0 0 μ ιηである。 溶液の厚みが 1 0 / mよりも薄いとイオン伝導膜 としての形態を保てなくなる傾向にあり、 1 0 0 0 /i mよりも厚いと不均一な高 分子電解質膜ができやすくなる傾向にある。 溶液のキャスト厚を制御する方法は 公知の方法を用いることができる。 例えば、 アプリケーター、 ドクタープレード などを用いて一定の厚みにしたり、 ガラスシャーレなどを用いてキャスト面積を 一定にして溶液の量や濃度で厚みを制御することができる。 キャストした溶液は、 溶媒の除去速度を調整することでより均一な膜を得ることができる。 例えば、 加 熱する場合には最初の段階では低温にして蒸発速度を下げたりすることができる。 また、 水などの非溶媒に浸漬する場合には、 溶液を空気中や不活性ガス中に適当 な時間放置しておくなどして化合物の凝固速度を調整することができる。
また、 本発明のスルホン化ポリアリーレンエーテル系化合物、 または、 スルホ ン化反応により本発明のスルホン化ポリアリ一レンエーテル系化合物を与えるこ とのできる少なくともスルホン化されていないジォキシビフエ二レン構造を有す る本発明のスルホン化ポリアリーレンエーテル系化合物前駆体または該前駆体を 含む組成物を、 フィルム状に成形しておいた後、 フィルム形状を保ちながらスル ホン化反応を進めることで本発明のイオン伝導膜とすることができる。 この時の スルホン化剤としては、 上述の各種スルホン化剤を用いることができる。 この他 にも、 例えば特開昭 6 3— 2 9 2 9 2 0ゃ特公表 2 0 0 2— 5 4 3 2 2 4に記載 されているような気体状や霧状のスルホン化剤を用いてスルホン化することも可 能である。
本発明のィオン伝導膜は目的に応じて任意の膜厚にすることができるが、 ィォ ン伝導性の面からはできるだけ薄いことが好ましい。 具体的には 5〜2 0 0 ^ m であることが好ましく、 5〜5 0 μ πιであることがさらに好ましく、 5〜2 0 μ mであることが最も好ましい。 イオン伝導膜の厚みが 5 μ πιより薄いとイオン伝 導膜の取扱が困難となり燃料電池を作製した場合に短絡等が起こる傾向にあり、 2 0 0 μ παよりも厚いとイオン伝導膜の電気抵抗値が高くなり燃料電池の発電性 能が低下する傾向にある。 イオン伝導膜として使用する場合、 膜中のスルホン酸 基は金属塩になっているものを含んでいてもよいが、 適当な酸処理によりフリー のスルホン酸に変換することもできる。 この場合、 硫酸、 塩酸、 等の水溶液中に 加熱下あるいは加熱せずに得られた膜を浸漬処理することで行うことも効果的で ある。 また、 イオン伝導膜のイオン伝導率は 1. 0 X 10— 3S/cm以上であ ることが好ましい。 イオン伝導率が 1. 0 X 10—3 S/ cm以上である場合に は、 そのイオン伝導膜を用いた燃料電池において良好な出力が得られる傾向にあ り、 1. 0 X 10_3S/cm未満である場合には燃料電池の出力低下が起こる 傾向にある。
本発明のイオン伝導膜は、 メタノールを燃料とするダイレクトメタノール型燃 料電池にも有用であることが特徴である。 平均厚さ 50 tmの膜を作製し、 5M メタノール水溶液を用いて 25 °Cで測定したメタノール透過速度が 7 mm o 1 / m2 · s e c以下の値を示すイオン伝導膜が好ましい。 メタノール透過速度は 4 mm o 1 / m 2■ s e c以下でめればさ bに好 しく、 1 mm o 1 / m 2 ' s e c以下であればより好ましい。 このようなメタノーノレ透過性を示すときに特に優 れた発電特性を示すためである。 なお、 膜厚が異なるとメタノール透過速度は一 般に大きく異なる傾向を示す。 このためメタノール透過性評価は平均厚み 50 μ mの試料を作製して評価しているが、 実際に燃料電池用イオン伝導膜として使用 する際には、 特に膜厚を限定しているわけではない。 平均厚み 50 μιηの膜とは、 実質上は平均厚み 48 μπιから平均厚み 52 μπιの範囲に入っているものを示す ものとする。
(複合体）
また、 上述した本発明のイオン伝導膜またはフィルム等を電極に設置すること によって、 本発明のィォン伝導膜またはフィルム等と電極との複合体を得ること ができる。 この複合体の作製方法としては、 従来から公知の方法を用いて行うこ とができ、 例えば、 電極表面に接着剤を塗布しイオン伝導膜と電極とを接着する 方法またはィォン伝導膜と電極とを加熱加圧する方法等がある。 この中でも本発 明のスルホン酸基含有ポリアリーレンエーテル系化合物およびその樹脂組成物を 主成分とした接着剤を電極表面に塗布して接着する方法が好ましい。 イオン伝導 膜と電極との接着性が向上し、 ま こ、 イオン伝導膜のイオン伝導性を損なうこと が少なくなると考えられるためである。
(燃料電池）
上述したィオン伝導膜またはフィルム等と電極との接合体を用いて、 燃料電池 を作製することもできる。 本発明のイオン伝導膜またはフィルム等は、 耐熱性、 加工性、 イオン伝導性に優れているため、 高温での運転にも耐えることができ、 作製が容易で、 良好な出力を有する燃料電池を提供することができる。
[実施例]
以下本発明を実施例を用いて具体的に説明するが、 本発明はこれらの実施例に 限定されることはない。 なお、 各種測定は次のように行った。
溶液粘度：ポリマー粉末を 0. 5 g / d 1の濃度で N—メチルピ口リ ドンに溶 解し、 30°Cの恒温槽中でウベローデ型粘度計を用いて粘度測定を行い、 対数粘 度 l n [t a/t b] Zc) で評価した （ t aは試料溶液の落下秒数、 t bは溶 媒のみの落下秒数、 cはポリマー濃度） 。
TGA：島津製作所製熱重量測定計 （TGA— 50) を用い、 アルゴン雰囲気 中、 昇温速度 10°C/m i nで測定を行った （途中、 1 50°Cで 30分保持して 水分を十分除去する) 。
イオン伝導性測定： 自作測定用プローブ （テトラフルォロエチレン製） 上で短 冊状膜試料の表面に白金線 （直径： 0. 2mm) を押しあて、 80°C95%RH の恒温 '恒湿オーブン （株式会社ナガノ科学機械製作所、 LH— 20— 01) 中 に試料を保持し、 白金線間のィンピーダンスを S O L A R T R〇 N社 1250 F REQUENC Y RESPONSE AN A L Y S E Rにより測定した。 極間 距離を変化させて測定し、 極間距離と C一 Cプロットから見積もられる抵抗測定 値をプロットした勾配から以下の式により膜と白金線間の接触抵抗をキャンセル した導電率を算出した。 導電率 [S/cm] = 1/膜幅 [cm] X膜厚 [cm] X抵抗極間勾配 [QZcm]
ポリマー骨格構造中のジォキシビフエ-レン基量の測定方法：ポリマー重合時 にモノマー仕込み比が明確な場合は、 そこから骨格構造中のジォキシビフエエレ ン基量を計算できるが、 H— NM R測定によりジォキシビフエ二レン含有量を求 めることもできる。 この際、 イオン交換容量 （I EC) から求めたスルホン酸基 量や赤外スペク トルなどによる構造情報を参考にすることも有用である。
H— NMR測定： V a r i a n社 G e m i n i - 200 NMR分光器を使用し、 DM S O— d 6溶液、 80 °Cで測定した。
メタノール透過速度：ィオン交瘓膜の液体燃料透過速度はメタノールの透過速 度として、 以下の方法で測定した。 25°Cに調整した 5M (モル/リットル） の メタノール水溶液に 24時間浸漬した平均厚み 50 /imのイオン交換膜 （平均厚 みが 48 μπιから 52 μπιの範囲に入っているものを平均厚み 50 μπιの膜とす る） を Η型セルに挟み込み、 セルの片側に 100m lの 5 Μメタノール水溶液を、 他方のセルに 100m lの超純水 （ 18ΜΩ ■ c m) を注入し、 25°Cで両側の セルを撹拌しながら、 ィオン交換膜を通って超純水中^拡散してくるメタノール 量をガスクロマトグラフを用いて測定することで算出した （イオン交換膜の面積 は、 2. 0 cm2) 。
, イオン交換容量 （I EC) ：窒素雰囲気下でー晚乾燥した試料の重量を量り、 水酸化ナトリゥム水溶液と撹拌処理した後、 塩酸水溶液による逆滴定でもとめた。 発電評価： P t/Ru触媒担持カーボン （田中貴金属工業株式会社 TEC 6 1 E 54) に少量の超純水およびィソプロピルアルコールを加えて湿らせた後、 デ ュポン社製 20 %ナフィオン溶液 （品番： SE— 2019.2) を、 P t/Ru触 媒担持カーボンとナフイオンの重量比が 2. 5 ： 1になるように加えた。 次いで 撹拌してアノード用触媒ペース トを調製した。 この触媒ペース トを、 ガス拡散層 となる東レ製カーボンペーパー TGPH— 060に白金の付着量が 2mg/cm 2になるようにスクリーン印刷により塗布乾燥して、 アノード用電極触媒層付き カーボンペーパーを作製した。 また、 P t触媒担持カーボン （田中貴金属工業株 式会社 T EC 10V40E) に少量の超純水およびィソプロピルアルコールを加 えて湿らせた後、 デュポン社製 20 %ナフィオン溶液 （品番： S E— 201 9 2) を、 P t触媒担持カーボンとナフイオンの重量比が 2. 5 ： 1となるように 加え、 撹拌して力ソード用触媒ペース トを調製した。 この触媒ペース トを、 撥水 加工を施した東レ製カーボンペーパー TGPH— 060に白金の付着量が lmg /cm2となるように塗布■乾燥して、 力ソード用電極触媒層付きカーボンぺー パーを作製した。 上記 2種類の電極触媒層付きカーボンペーパーの間に、 膜試料 を、 電極触媒層が膜試料に接するように挟み、 ホットプレス法により 130°C、 8 MP aにて 3分間加圧、 加熱することにより、 膜一電極接合体とした。 この接 合体を E l e c t r o c h e m社製評価用燃料電池セル F C25— 02SPに組 み込み、 燃料電池発電試験機 （株式会社東陽テク二力製） を用いて発電試験を行 つた。 発電は、 セル温度 40°Cで、 アノードおよび力ソードにそれぞれ 40°Cに 調整した 2mo 1/1のメタノール水溶液 （ 1. 5 m 1 /m i n ) および高純度 酸素ガス （80ml/m i n) を供給しながら行った。
(実施例 1 )
3， 3' —ジスルホー 4， 4' ージクロロジフエニルスノレホン 2ナトリ ウム塩
(略号： S— DCDP S) 5. 2335 g (0. 01065mo l e) 、 2, 6 ージクロ口べンゾニトリノレ （略号： D CBN) 2. 3323 g (0. 01355 9mo 1 e) 、 4, 4 ' —ビフエノール 4. 5086 g (0. 02421 m o 1 e) 、 炭酸力リウム 3. 8484 g (0. 02784mo l e) 、 モレキュラー シーブ 2. 61 gを 100m 1四つ口フラスコに計り取り、 窒素を流した。 35 m 1の NMPを入れて、 150 °Cで一時間撹拌した後、 反応温度を 195— 20 0°Cに上昇させて系の粘性が十分上がるのを目安に反応を続けた （約 5時間） 。 放冷の後、 沈降しているモレキュラーシーブを除いて水中にストランド状に沈殿 させた。 得られたポリマーは、 沸騰水中で 1時間洗浄した後、 乾燥した。 ポリマ —の対数粘度は 1. 24を示した。
ポリマー 1 gを NMP 5 m 1に溶解し、 ホットプレート上ガラス板に約 200 μπι厚にキャス トし、 フィルム状になるまで ΝΜΡを留去した後、 水中にー晚以 上浸漬した。 得られたフィルムは、 希硫酸 （濃硫酸 6m l、 水 300m l ) 中で 1時間沸騰水処理して塩をはずした後、 純水でさらに 1時間煮沸することで酸成 分を除去した。 得られたフィルムの I Rスペク トルを図 1に示す。 本フィルムの イオン伝導性を測定したところ、 0. 17 S/cmの値を示した。 本フィルムの 熱重量測定による 3%重量減少温度 （200°Cでの試料重量を基準にして測定） は 389°Cであった。
(実施例 2) 3, 3 ' 一ジスノレホー 4, 4' —ジクロロジフエニノレスノレホン 2ナトリウム塩 (略号： S— DCDP S) を 3. 9251 g (0. O 0799mo l e) 、 2， 6—ジクロ口べンゾニトリル （略号： DCBN) を 2. 7904 g (0. 01 6 22mo 1 e) とする以外は、 実施例 1と同様にして重合を行い、 ポリマーを得 た。 ポリマーの対数粘度は、 1. 58を示した。
濃度を調整したポリマー NMP溶液を、 ホットプレート上ガラス板に厚みを調 節してキャストし、 フィルム状になるまで NMPを留去した後、 水中にー晚以上 浸漬することで、 厚さ平均 50 μπιのフィルムを調整した。 得られたフィルムは、 希硫酸 （濃硫酸 6m l、 水 300m l) 中で 1時間処理して塩をはずした後、 純 水でさらに 1時間浸漬することで酸成分を除去した。 本フィルムのイオン伝導性 を測定したところ、 0. 1 1 SZcmの値を示した。 本フィルムの熱重量測定に よる 3 %重量減少温度 （200 °Cでの試料重量を基準にして測定） は 389 で あった。 メタノール透過速度は、 3. 92mmo l /m2 ' s e cを示した。 得 られたフィルムを沸騰水中 5時間浸積しても、 膜形態を良好に保持していた。
(実施例 3)
実施例 2において S—DCDP Sと DCBNの比率を変えてポリマーを合成し、 同様の評価を行った。 結果を表 1に示す。 また、 S— DCDPS ： DCBN= 3 8 : 62 (モル比） から得られたポリマーフィルムの I Rスペク トルと TGAチ ヤートを図 2， 3に示す。
Figure imgf000046_0001
(実施例 4) 実施例 3において S—DCDP Sと DCBNの比率を S— DCDP S ： DCB N=48 ： 5 2 (モル比） として、 同様の評価を行った。 本ポリマー骨格構造の ジォキシビフエ二レン基量は、 54. 3w t%である。 ポリマー対数粘度は 0. 9 2であった。 作製したフィルムの滴定でもとめた I ECは、 2. 1 9me q/ g、 イオン伝導率は 0. 28 S/cm、 3 %重量減少温度は 3 8 1 °Cであった。 本フィルムを 1 30°C飽和蒸気雰囲気条件に 4時間放置したが、 フィルム形態を 良好に保持していた。
(比較例 1 )
実施例 1において DCBNを用いずにポリマーを合成したところ、 得られたポ リマーは水溶性となり、 ィオン伝導膜としての評価をすることは出来なかった。
(比較例 2)
実施例 1において S_D CD P Sを用いずにポリマーを合成したところ、 反応 時間 2. 5時間で対数粘度 2. 76のポリマーが得られた。 フィルムのイオン伝 導性は測定限界以下だった。
(比較例 3 )
実施例 1において DCBNの代わりに 4, 4 ' ージクロロジフエニルスルホン 3. 8 9 34 g (0. O 1 3 5 5 9mo l e) を用いて重合したところ、 対数粘 度 0. 70のポリマーを得るのに、 1 6時間を要した。
(比較例 4)
実施例 3において、 S—DCD P S 1 1. 8 7 2 g (0. 0 24 1 7m o 1 e) 、 4, 4' —ジクロロジフエ-ルスルホン （略号： DCDP S) 8. 48 2 g (0. 0 29 54mo 1 e) 、 4, 4 ' —ビフエノ一ノレ 1 0. 000 g ( 0. 05 3 7 Omo 1 e) 、 炭酸カリゥム 8. 5 3 6 g (0. 06 1 76mo, 1 e) , NMP 1 0 Om 1として、 同様の評価を行った。 本ポリマー骨格構造のジォキシ ビフエ二レン基量は、 46. Ow t%であった。 1 1時間重合したポリマー対数 粘度は 0. 7 1であった。 作製したフィルムの滴定でもとめた I ECは、 1. 6 9me q/g、 イオン伝導率は 0. 1 9 S/cm、 3 %重量減少温度は 3 7 2 °C であった。 本フィルムを 1 30°C飽和蒸気雰囲気条件に 4時間放置したが、 フィ ルムが融着し、 形態の崩れが認められた。 (実施例 5 )
比較例 4において、 S— DCDP S 10. 025 g (0. 02041 m o 1 e) 、 DCD P S 1. 851 g (0. 00644mo 1 e) 、 DCBN4. 61 9 g (0. 02685mo 1 e) として、 同様の評価を行った。 本ポリマー骨格 構造のジォキシビフエ-レン基量は、 53. 7w t%であった。 7時間重合した ポリマー対数粘度は 0. 62であった。 作製したフィルムの滴定でもとめた I E Cは、 1. 73me q/g、 イオン伝導率は 0. 16 S/cm、 3 %重量減少温 度は 372°Cであった。 本フィルムを 130°C飽和蒸気雰囲気条件に 4時間放置 したが、 フィルムの融着は認められなかった。
(実施例 6 )
DCBN14. 029 g (0, 081 56mo l e) 、 4， 4 ' —ビフエノー ル 15. 1873 g (0. 08156mo l e) 、 炭酸力リウム 12. 963 g (0. 09379mo 1 e) を 300ml四つ口フラスコに計り取り、 窒素を流 した。 1 10m lの NMPを入れて、 150 °Cで一時間撹拌した後、 反応温度を 195— 200°Cに上昇させて系の粘性が十分上がるのを目安に反応を続けた (約 2時間） 。 放冷の後、 得られたポリマーを水中にス トランド状に沈殿させた。 得られたポリマーは、 沸騰水中で 1時間洗浄した後、 乾燥した。 ポリマーの対数 粘度は 1, 65を示した。 本ポリマーのジォキシビフエ-レン基量は 64. 6 w t%である。 ポリマー 1 gを濃硫酸 20m lとともに 65 °Cに加熱して 7時間攪 拌した。 ポリマー溶液を水中に注いでポリマーを回収し、 洗液が中性になるまで 水洗を繰り返した後乾燥した。 得られたスルホン化ポリマーの収量は 1. l gで あった。 滴定でもとめた I E Cは、 1. 6 lme qZgであった。 本試料を 13 0°C飽和蒸気雰囲気条件に 4時間放置したが、 形態の明確な変化は認められなか つた。
(実施例 7)
S— DCDP S 14. 332 g (0. 02917mo 1 e) 、 DCBN6. 3 87 g (0. 03713mo l e) 、 4, 4 ' —ビフエノ一ノレ 12. 3468 g (0. 06631mo l e) 、 炭酸力リウム 10. 5387 g (0. 07625 mo l e) を 300m l四つ口フラスコに計り取り、 窒素を流した。 1 10m l の NMPを入れて、 1 50°Cで一時間撹拌した後、 反応温度を 1 95— 200 °C に上昇させて系の粘性が十分上がるのを目安に反応を続けた （約 6時間） 。 放冷 の後、 得られたポリマーを水中にス トランド状に沈殿させた。 得られたポリマー は、 沸騰水中で 1時間洗浄した後、 乾燥した。 ポリマーの対数粘度は 1. 06を 示した。 ポリマー 1 gを NMP 5m 1に溶解し、 ホットプレート上ガラス板に約 200 m厚にキャストし、 フィルム状になるまで NMPを留去した後、 水中に —晩以上浸漬した。 得られたフィルムは、 室温下で 90分間濃硫酸中に浸漬した。 純水で 1時間煮沸することで酸成分を除去し、 乾燥の後、 本フィルムの滴定でも とめた I E Cは、 2. 43m e q/gであり、 イオン伝導性を測定したところ、 0. 36 S/cmの値を示した。 本フィルムの熱重量測定による 3%重量減少温 度 （200°Cでの試料重量を基準にして測定） は 3 3 1°Cであった。 本フィルム の I Rスぺク トルを図 4に示す。
(実施例 8 )
実施例 7の重合において、 DCBN9. 237 g (0. 05370mo 1 e) 、 4, 4' —ビフエノール 10. O O O g (0. 05370mo 1 e) 、 炭酸力リ ゥム 8, 536 g (0. 061 76mo l e) 、 NMP 100m 1として、 同様 の反応を行った。 3時間重合したポリマー対数粘度は 2. 76であった。 ポリマ 一 1 gを、 室温下濃硫酸に 63時間浸漬した。 純水で 1時間煮沸することで酸成 分を除去し、 乾燥の後、 滴定でもとめた I E Cは、 1. 9 Ome q/gであった。
(実施例 9 )
実施例 8で得られたポリマーを用いて、 実施例 7と同様のフィルムを作製した。 得られたフィルムを室温下濃硫酸に 90時間浸漬した。 純水で 1時間煮沸するこ とで酸成分を除去し、 乾燥した後、 滴定でもとめた I ECは、 1. 1 7me ci/ gであり、 イオン伝導性を測定したところ、 0. 01 1 S/cmであった。
(比較例 5 )
実施例 9において得られた濃硫酸浸漬前のフィルムのィオン伝導性は測定限界 以下であった。
(実施例 10)
3, 3， ， 4, 4' —テトラアミノジフエ-ルスルホン （略号： TAS) 1. 500 g (5. 389 x l O_3mo l e) 、 2, 5—ジカノレポキシベンゼンス ルホン酸モノナトリウム （略号： STA、 純度 99%) 1. 445 g (5. 38 9 x 10— 3mo l e) 、 ポリ リン酸 （五酸化リン含量 75%) 20. 48 g、 五酸化リン 16. 41 gを重合容器に量り取る。 窒素を流し、 オイルバス上ゆつ くり撹拌しながら 100°Cまで昇温する。 1 00°Cで 1時間保持した後、 1 5 0 °Cに昇温して 1時間、 200 °Cに昇温して 4時間重合した。 重合終了後放冷し、 水を加えて重合物を取り出し、 家庭用ミキサーを用いて p H試験紙中性になるま で水洗を繰り返した。 得られたポリマーは 80°Cで終夜減圧乾燥した。 ポリマー の対数粘度は、 1. 71を示した。 本酸性基含有ポリベンズィミダゾールポリマ —を TT S 100と称する。
S— DCDPS 5. 9472 g (Ό. 0121 1mo l e) 、 DCBN2. 0 824 g (0. 01 21 1mo l e) 、 4， 4 ' ービフエノ一ノレ 4. 5086 g (0. 02421mo l e) 、 炭酸力リウム 3. 8484 g (0. 02784m o 1 e) を 100m 1四つ口フラスコに計り取り、 窒素を流した。 35m lの N MPを入れて、 1 50°Cで一時間撹拌した後、 反応温度を 195— 200°Cに上 昇させて系の粘性が十分上がるのを目安に反応を続けた （約 5時間） 。 放冷の後、 水中にス トランド状に沈殿させた。 得られたポリマーは、 水浸漬を繰り返して洗 浄した後、 乾燥した。 ポリマーの対数粘度は 1. 24を示した。 このポリマーを S-DCDP S ： DCBN= 1 ： 1ポリマーと称する。
3 gの TTS 100を 15m l NMPにオイルバス上で 1 70°Cに加熱して溶 解させ、 3 gの S— DCDP S ： DCBN= 1 ： 1ポリマーを NMP 9m 1に室 温で溶解させ、 両用液を室温で混合することにより均一溶液を得た。 この溶液を、 ホットプレート上で、 ガラス板上に約 500 μιη厚に流延し、 ΝΜΡを蒸発させ た。 フィルムをガラス板からはがし、 終夜水浸漬後、 70°Cの 1M硫酸水溶液で 1時間処理後、 水洗を繰り返してイオン伝導性測定用フィルムを作製した。 8 0°C95%RHにおけるイオン伝導度は 0. 004 S/ cmを示した。 メタノー ノレ透過速度は、 1. 1 5mmo 1 /m2 · s e cを示した。 1 cm角に切り出し た本フィルムを 100°C熱水に 1時間浸漬したがフィルム形状に変化は見られな かった。 フィルムの熱重量測定による 3%重量減少温度 （200°Cでの試料重量 を基準にして測定） は 372°Cであった。 滴定で求めた I E Cは、 2. 18を示 した。
(実施例 1 1 )
実施例 10と同様にして、 S—DCDPS ： DCBN= 38 ： 62ポリマーを 合成し （得られたポリマーの対数粘度は、 1. 3 1であった） 、 フィルム作製時 に TTS 100を l gを 10 gの NMPに、 S— DCDP S ： DCBN= 38 ： 62ポリマー 4 gを 10 gの NMPに溶解する以外は、 例 10と同様にして評価 した。 80°C95%RHにおけるイオン伝導度は 0. 034 S/cmを示した。 メタノール透過速度は、 2. 62mmo 1 Zm2 ■ s e cを示した。 1 cm角に 切り出した本フィルムを 100°C熱水に 1時間浸漬したがフィルム形状に変化は 見られなかった。 フィルムの熱重量測定による 3 %重量減少温度 （200 °Cでの 試料重量を基準にして測定） は 357°Cであった。 滴定で求めた I ECは、 1. 81を示した。
(実施例 1 2)
実施例 10と同様にして、 S— DCDP S ： DCBN= 70 ： 30ポリマーを 合成し （得られたポリマーの対数粘度は、 1. 02であった） 、 フィルム作製時 に TTS 100を l gを 10 gの NMPに、 S—DCDP S ： DCBN= 70 ： 30ポリマー 4 gを 10 gの NMPに溶解する以外は、 実施例 10と同様にして 評価した。 80°C95%RHにおけるイオン伝導度は 0. 16 S/cmを示した。 1 cm角に切り出した本フィルムを 1◦ 0°C熱水に 1時間浸漬したがフィルム形 状に変化は見られなかった。 フィルムの熱重量測定による 3%重量減少温度 （2 00°Cでの試料重量を基準にして測定） は 376°Cであった。 滴定で求めた I E Cは、 2. 60を示した。
(比較例 6 )
実施例 1 2で合成した S— DCD P S ： DCBN=70 ： 30ポリマーのみで フィルムを作製し、 80°C95 %RHにおけるイオン伝導度を測定したところ 0. 38 S/cmを示した。 し力 し、 1 cm角に切り出した本フィルムを 100°C熱 水に浸漬したところ、 フィルムは大きく膨潤し、 形態が崩れた。
(比較例 7) 実施例 12において、 3丁 を用ぃずに丁八3 zのみでポリべンズイミダゾー ルを合成した。 得られたポリマーの対数粘度は、 2. 33であった。 このポリマ 一を用いて、 実施例 10と同様の組成の S— DCDP S ： DCBN= 70 ： 30 ポリマーとの組成物フィルムを作製して評価した。 ただこの場合は、 混合 NMP 溶液とした際、 酸塩基ポリマーコンプレックスとして沈殿する挙動がみられたた め、 S—DCD P S ： DCBN= 70 : 30のポリマーをトリエチルァミン化し て均一溶液とし、 フィルム化後ァミン塩をはずして目的のブレンドフィルムを作 製する必要があった。 また、 80°C95%RHにおけるイオン伝導度は 0. 00 9 S/ cmと低い値を示した。
(実施例 13 )
4， 4 ' —ビス （4—フエノキシフエ-ル） ジフエニノレエーテノレ 8. 98 g (0. 01773mo l ) 、 イソフタル酸クロリ ド （3. 60 g (0. 0177 3mo 1 ) をジクロロェタン 20 Om 1に溶解し、 氷浴で冷却した後塩化アルミ ユウム 6. 15 g (0. 046 lmo 1 ) を加えた。 1時間攪拌した後、 氷欲を 除き室温でさらに 17時間重合を続けた。 反応物はメタノールに注いでポリマー を取り出し、 希塩酸に引き続き熱水で洗浄を繰り返した後、 乾燥した。 得られた ポリマーを濃硫酸中で測定した対数粘度は 1. 01。 本ポリマー骨格構造のジォ キシビフエ-レン基量は、 57. 9wt%である。
ポリマー 1 gを濃硫酸 20m lに溶解し、 室温で 5時間攪拌した。 ポリマー溶 液を水中に注いでポリマーを回収し、 洗液が中性になるまで水洗を繰り返した後 乾燥した。 得られたスルホン化ポリマーの収量は 1. O gであった。 スルホン化 ポリマー 50 Omgを NMP 2. 5 m 1に室温で攪拌して溶解し、 ホットプレー ト上で加温したガラス板上に厚み 200 μπιにキャストし、 溶媒を留去後、 水浸 漬してフィルムを得た。 フィルムは 100 °C希硫酸中 1時間浸漬処理した後、 1 00°C純水中でさらに 1時間浸漬処理した。 イオン交換容量は、 2. 02me q /gであった。 80°C、 98 %RHで測定したイオン伝導率は、 0. 19 SZc mを示した。 NMP溶液により測定した対数粘度は、 1. 67であった。 TGA 測定において、 200 °Cでの重量を基準にした 3 %重量減少温度は 346 °Cであ つた。 メタノール透過速度は、 6. 81 mmo 1 /m2 · s e cを示した。 l c m角に切り出した本フィルムを 100°C熱水に 1時間浸漬したがフィルム形状に 変化は見られなかった。
(実施例 14)
実施例 1において、 S— DCDP Sのかわりに 3, 3 ' 一ジスルホ一 4, 4 ' —ジクロロジフエ二ルケトン 2ナトリウム塩 6. 2992 g (0. 01065m o 1 e) を用いて、 20時間重合した。 得られたポリマーの対数粘度は 0. 67 を示した。 実施例 1と同様に作製したフィルムのイオン伝導性を測定したところ、 0. 14 S/ cmの値を示した。 本フィルムの熱重量測定による 3%重量減少温 度 （200°Cでの試料重量を基準にして測定） は 358°Cであった。
(実施例 15)
実施例 3と同様にして S—DCDP S ： DCBN= 55 ： 45のポリマーを合 成した。 実施例 3と同様にフィルムを作製し、 得られたフィルムを濃硫酸に 3時 間室温で浸漬したのち、 水洗して得られたフィルムはもとのフィルム形状を維持 していた。 イオン交換容量は、 3. 15me q/gであった。 本フィルムのィォ ン伝導性を測定したところ、 80。C95%RHにおいて 0. 56 S/cmの値を 示し、 湿度条件を 50%RHにしても 0. 02 SZ cmの値を示した。 本フィル ムの熱重量測定による 3%重量減少温度 (200°Cでの試料重量を基準にして測 定） は 361 °Cであった。 メタノール透過速度は、 9. 97mmo 1 /m2 - s e cを示した。 得られたフィルムを沸騰水中 5時間浸積しても、 膜形態を良好に 保持していた。
(実施例 16)
実施例 15と同様にして S— DCDP S ： DCBN= 80 ： 20のポリマーを 合成した。 得られたポリマーを濃硫酸に 1時間室温で浸漬したのち、 水洗して得 られたポリマーのイオン交換容量は、 3. 37me q/gであった。 得られた ポリマーを実施例 1 1における S—DCDP S ： DCBN= 38 ： 62ポリマー の代わりに使用して、 TTS 100とブレンドフィルムを作製した。 得られたフ イルムの 80°C95 %RHにおけるイオン伝導度は 0. 21 S/ cmを示した。 メタノール透過速度は、 1 1. 5mmo 1 /m 2 · s e cを示した。 1 cm角に 切り出した本フイルムを 100 °C熱水に 1時間浸漬したがフィルム形状に変化は 見られなかった。 フィルムの熱重量測定による 3 %重量減少温度 （200°Cでの 試料重量を基準にして測定） は 371°Cであった。
(実施例 17)
実施例 11において、 S— DCDPS ： DCBN= 38 ： 62ポリマーの代わ りに実施例 13で得られたポリマーを用いて同様に評価した。 80°C95%RH におけるイオン伝導度は 0. 051 S/cmを示した。 メタノール透過速度は、 3. ◦ 3mmo 1 Zm2 · s e cを示した。 1 c m角に切り出した本フイノレムを 100°C熱水に 1時間浸漬したがフィルム形状に変化は見られなかった。 フィル ムの熱重量測定による 3 %重量減少温度 ( 200°Cでの試料重量を基準にして測 定） は 366°Cであった。 滴定で求めた I ECは、 1. 39を示した。
(実施例 18)
4, 4 ' —ビフエノールの代わりにビスフエノール A 5. 5199 gを用いる 以外は実施例 2と同様にして重合を行い、 ポリマーを得た。 ポリマーの対数粘度 は、 1. 31を示した。 作製したフィルムのイオン伝導性を測定したところ、 0. 14 S/ cmの値を示した。 本フィルムの熱重量測定による 3%重量減少温度は 362°Cであった。 メタノール透過速度は、 6. 6 1 mm o 1 Zm2 · s e cを 示した。 得られたフィルムを沸騰水中 5時間浸積しても、 膜形態を良好に保持し ていた。
(実施例 19)
実施例 2において、 2， 6—ジクロロべンゾニトリルの代わりに等モル量の 2，
4—ジフルォ口べンゾュトリルを用いてポリマーを合成した。 ポリマーの対数粘 度は、 0. 61を示した。 作製したフィルムのイオン伝導性を測定したところ、 0. 11 SZcmの値を示した。 本フィルムの熱重量測定による 3%重量減少温 度は 371°Cであった。 メタノール透過速度は、 4. 24mmo 1 /m2 - s e cを示した。 得られたフィルムを沸騰水中 5時間浸積しても、 膜形態を良好に保 持していた。
(実施例 20)
実施例 3において S— DCDP S ： DCBN= 38 ： 62 (モル比） で得られ たポリマーから作製したフィルムを用いて、 発電評価を実施した。 得られた結果 を図 5に示す。 デュポン社製ナフイオン 1 1 2 (登録商標） フィルムを用いて、 同様に評価したものに比べ、 優れた発電特性を示していることが認められた。 今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的な ものではないと考えられるべきである。 本発明の範囲は上記した説明ではなくて 特許請求の範囲によって示され、 特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での すべての変更が含まれることが意図される。

Claims

請求の範囲
1. 一般式 （1) および一般式 （2) で示されるポリマー構成成分を含むこと を特徴とするポリアリーレンエーテル系化合物。
Figure imgf000056_0001
ただし、 A rは 2価の芳香族基、 Yはスルホン基またはケトン基、 Xは Hまたは 1価のカチオン種を示し、 Ar' は 2価の芳香族基を示す。
2. 前記 A rまたは A r ' のうち少なくとも一方が、 ー ！！ー ヒー基を含む ことを特徴とする、 請求項 1に記載のポリアリーレンエーテル系化合物。
3. 結合したスルホン酸基を除いた骨格構造において、 一O— Ar—〇ーュニ ットまたは一 O— A r ' —〇ーュ-ット、 あるいはこれらのユニットの合計が、 ポリマー構造中の 52質量％以上を占めることを特徴とする請求項 1に記載のポ リアリ一レンエーテル化合物。
4. 一般式 （3) および一般式 （4) で表わされるポリマー構成成分を含むこ とを特徴とする、 請求項 2に記載のポリァリ一レンエーテル化合物。
Figure imgf000057_0001
ただし、 X2は、 Hまたは 1価のカチオン種を表わす。
5. 一般式 （5) および一般式 （6) で表わされるポリマー構成成分をさらに 含むことを特徴とする、 請求項 1に記載のポリアリ一レンエーテル化合物。
Figure imgf000057_0002
ただし、 式 （5) および （6) において、 η ι， n2および n3は、 芳香環あたり のスルホン酸基の結合数を表わし、 η ι, n2および n3はそれぞれ独立して 0〜 2の整数であり、 112+113は1〜4の整数でぁる。 X3は、 一 CN， -COOY, —CONR2よりなる群から選択される 1種または 2種以上の官能基であり、 Y は水素、 金属原子、 各種アンモユウムを表わし、 Rは水素およびアルキル基から なる群より選択される 1種または 2種の基を表わす。 ∑1ぉょび22は、 炭素原 子数 1〜6の低級アルキル基、 炭素原子数 1〜6の低級アルコキシル基、 炭素原 子数 1〜 6の低級カルボキシル基、 炭素原子数 1〜 6の低級カルボエル基、 二ト 口基、 アミノ基、 ヒドロキシル基、 ハロゲン原子よりなる群より選択される 1種 または 2種以上の官能基であり、 r 1ぉょびr 2は、 芳香環あたりの Z1および Z 2のそれぞれの結合数を表わし、 r 1および r 2はそれぞれ独立して 0〜4の整数 であり、 ns+ i^^A n3+ r 2≤4である。
6, —般式 （7) で表わされるポリマー構成成分をさらに含むことを特徴とす る、 請求項 5に記載のポリアリーレンエーテル化合物。
Figure imgf000058_0001
ただし、 式 （7) において、 ^4ぉょび11 5は、 芳香環あたりのスルホン酸基の 結合数を表わし、 η4および η5はそれぞれ独立して 0〜 2の整数であり、 η4 + η5は、 1〜4の整数である。
7. スルホン酸基含有量が、 0. 3〜3. 5me q/gの範囲内であることを 特徴とする、 請求項 1に記載のポリァリーレンエーテル化合物。
8. スルホン酸基含有量が、 0. 2〜6. Ome q/gの範囲内であることを 特徴とする、 請求項 5に記載のポリアリーレンエーテル化合物。
9. ポリマー構造中にジォキシビフエ-レンユエット （一〇一 Ph— Ph—O -) を 52質量％以上含むポリアリーレンエーテル系高分子に対して、 スルホン 酸基を導入した構造であることを特徴とする、 ポリアリ一レンエーテル系化合物。
10. —般式 （3) および一般式 （4) で表わされるポリマー構成成分を含む ことを特徴とする、 請求項 9に記載のポリァリーレンエーテル化合物。
Figure imgf000059_0001
ただし、 X2は、 Hまたは 1価のカチオン種を表わす。
1. 一般式 （5) および一般式 （6) で表わされるポリマー構成成分をさら ：含むことを特徴とする、 請求項 9に記載のポリアリーレンエーテル化合物。
Figure imgf000059_0002
ただし、 式 （5) および （6) において、 11ぃ n2および n3は、 芳香環あたり のスルホン酸基の結合数を表わし、 η ι, n2およぴ11 3はそれぞれ独立して 0〜 2の整数であり、
11 2 + 113は1〜4の整数でぁる。 X3は、 -CN, -COOY, 一 CONR2よりなる群から選択される 1種または 2種以上の官能基であり、 Y は水素、 金属原子、 各種アンモニゥムを表わし、 Rは水素およびアルキル基から なる群より選択される 1種または 2種の基を表わす。 Z1および Z2は、 炭素原 子数 1〜 6の低級アルキル基、 炭素原子数 1〜 6の低級アルコキシル基、 炭素原 子数 1〜 6の低級カルボキシル基、 炭素原子数 1〜 6の低級カルボ二ル基、 二ト 口基、 アミノ基、 ヒドロキシル基、 ハロゲン原子よりなる群より選択される 1種 または 2種以上の官能基であり、 で 1ぉょび1： 2は、 芳香環あたりの Z1および Z 2のそれぞれの結合数を表わし、 r 1および r 2はそれぞれ独立して 0〜4の整数 であり、 ns+ r
Figure imgf000059_0003
n3+ r 2≤4である。
12. —般式 （7) で表わされるポリマー構成成分をさらに含むことを特徴と する、 請求項 1 1に記載のポリアリーレンエーテル化合物。
Figure imgf000060_0001
ただし、 式 （7) において、 11 4ぉょぴ11 5は、 芳香環あたりのスルホン酸基の 結合数を表わし、 n4および n5はそれぞれ独立して 0〜2の整数であり、 n4 + n5は、 1〜4の整数である。
13. スルホン酸基含有量が、 0. 2〜6. Ome qノ gの範囲内であること を特徴とする、 請求項 9に記載のポリアリーレンエーテル化合物。
14. 一般式 （1 3) および （14) で表わされる化合物とビスフエノール系 化合物とをモノマーとして含む芳香族求核置換反応により重合することを特徴と する、 請求項 1に記載のポリアリーレンエーテル化合物の製造方法。
Figure imgf000060_0002
ただし、 Y 2はスルホン基またはケトン基、 X 6は 1価のカチオン種、 Z4は塩素 またはフッ素を示す。
1 5. —般式 （13) および （14) で表わされる化合物とビスフエノール系 化合物とをモノマーとして含む芳香族求核置換反応により重合することを特徴と する、 請求項 9に記載のポリアリ一レンエーテル化合物の製造方法。
Figure imgf000061_0001
ただし、 Y 2はスルホン基またはケトン基、 X sは 1価のカチオン種、 Z 4は塩素 またはフッ素を示す。
1 6 . 請求項 1に記載のポリアリ一レンエーテル化合物を 5 0〜 1 0 0質量0 /0 含有することを特徴とする組成物。
1 7 . 請求項 9に記載のポリアリ一レンエーテル化合物を 5 0 0 0質量％ 含有することを特徴とする糸且成物。
1 8 . 一般式 （ 8 ) で表わされるポリマー構成成分を含むポリベンズィミダゾ ール系化合物と、 請求項 1に記載のポリアリーレンエーテル系化合物とを含有す ることを特徴とする組成物。
(8)
Figure imgf000061_0002
ただし、 式中、 m 1は 1から 4の整数を表わし、 R 1はイミダゾール環を形成可 能な 4価の芳香結合ュニットを表わし、 R 2は 2価の芳香族結合ュニットを表わ し、 R 1および R 2はいずれも芳香環の単環であっても複数の芳香環の結合体ま たは縮合環であってもよく、 安定な置換基を有していてもよく、 Z 3はスルホン 酸基および Zまたはホスホン酸基を表わし、 その一部が塩構造となっていてもよ レ、。
1 9. 一般式 （ 8 ) で表わされるポリマー構成成分を含むポリベンズィミダゾ ール系化合物と、 請求項 9に記載のポリアリーレンエーテル系化合物とを含有す ることを特徴とする組成物。
(8)
Figure imgf000062_0001
ただし、 式中、 m1は 1から 4の整数を表わし、 R1はイミダゾール環を形成可 能な 4価の芳香結合ュニットを表わし、 R 2は 2価の芳香族結合ュニットを表わ し、 R1および R2はいずれも芳香環の単環であっても複数の芳香環の結合体ま たは縮合環であってもよく、 安定な置換基を有していてもよく、 Z 3はスルホン 酸基および Zまたはホスホン酸基を表わし、 その一部が塩構造となっていてもよ い。
20. ボリベンズィミダゾール系化合物が一般式 （ 9 ) と （10) とで表わさ れるポリマー構成成分を、 （9) ： (10) =n6 ： (1— n 6) のモル比で含 有することを特徴とする、 請求項 18に記載の組成物。
Figure imgf000063_0001
ただし、 式中、 m2は 1〜4の整数を表わし、 Ar ' ' は、 2価の芳香族結合ュ ニットを表わし、 X4は、 一〇一、 一 S02—、 一 C (CH3) 2—、 -C (CF 3) 2_、 一〇P h〇一からなる群より選択される 1種以上であり、 P hは 2価 の芳香族結合ユニットを表わし、 0. 2≤n6≤ l. 0である。
21. ポリベンズィミダゾール系化合物が一般式 （ 9 ) と （10) とで表わさ れるポリマー構成成分を、 （9) ： (10) =n6 ： (1— n6) のモル比で含 有することを特徴とする、 請求項 19に記載の組成物。
Figure imgf000063_0002
ただし、 式中、 m2は 1~4の整数を表わし、 Ar， ' は、 2価の芳香族結合ュ -ットを表わし、 X4は、 一0—、 一 S〇2—、 一 C (CH3) 2—、 -C (CF 3) 2—、 一 OP hO_からなる群より選択される 1種以上であり、 Phは 2価 の芳香族結合ユニットを表わし、 0. 2≤ns≤ l. 0である。
22. ポリべンズイミダゾール系化合物が一般式 （1 1) と （12) とで表わ されるポリマー構成成分を、 （1 1) ： (1 2) -n7 ： (1-n7) のモル比 で含有することを特徴とする、 請求項 18に記載の糸且成物。
Figure imgf000064_0001
ただし、 式中、 m3は 1〜4の整数を表わし、 Ar ' ' ' は芳香族結合ユニット を表わし、 X5は一〇一、 一 S02—、 一 S―、 _CH2—、 一 OP h〇一からな る群より選択される 1種以上であり、 P hは 2価の芳香族結合ュニットを表わし、 1 7は0. 2〜1. 0の範囲内である。
23. ポリべンズイミダゾール系化合物が一般式 （1 1) と （12) とで表わ されるポリマー構成成分を、 （1 1) ： (1 2) =n7 : (1 -n7) のモル比 で含有することを特徴とする、 請求項 1 9に記載の組成物。
Figure imgf000064_0002
ただし、 式中、 m3は 1〜4の整数を表わし、 Ar ' ， ' は芳香族結合ユニット を表わし、 X5はー〇一、 一 S〇2—、 一 S—、 _CH2_、 _〇PhO—からな る群より選択される 1種以上であり、 P hは 2価の芳香族結合ュ-ットを表わし、 n O. 2〜1. 0の範囲内である。
24. 前記ポリアリーレンエーテル系化合物および/またはポリべンズイミダ ゾール系化合物中に含まれる、 スルホン酸およびノまたはホスホン酸の量が 0. 5〜4. 0当量/ k gであることを特徴とする、 請求項 16に記載の組成物。
25. 前記ポリアリーレンエーテル系化合物および/またはポリべンズイミダ ゾール系化合物中に含まれる、 スルホン酸および/またはホスホン酸の量が 0. 5〜4. 0当量/ k gであることを特徴とする、 請求項 1 7に記載の組成物。
26. 請求項 1に記載の化合物を含有することを特徴とするイオン伝導膜。
27. 請求項 9に記載の化合物を含有することを特徴とするイオン伝導膜。
28. 平均厚さが 50 /imの膜に対する 5 Mのメタノール水溶液のメタノール 透過速度が 25°Cにおいて 7mmo 1 /m2 ■ s e c以下であることを特徴とす る請求項 26に記載のィオン伝導膜。
29. 平均厚さが 50 /zmの膜に対する 5 Mのメタノール水溶液のメタノール 透過速度が 25°Cにおいて 7mmo 1 /m2 · s e c以下であることを特徴とす る請求項 27に記載のイオン伝導膜。
30. 請求項 1に記載の化合物と、 溶剤とを含有する溶液を、 キャスト厚が 1 0〜1000 μιηの範囲となるようにキャストする工程と、 キャストした溶液を 乾燥させる工程とを含むことを特徴とする、 請求項 26に記載のイオン伝導膜の 製造方法。
3 1. 請求項 9に記載の化合物と、 溶剤とを含有する溶液を、 キャスト厚が 1 0〜1000 / mの範囲となるようにキャストする工程と、 キャストした溶液を 乾燥させる工程とを含むことを特徴とする、 請求項 27に記載のイオン伝導膜の 製造方法。
32. 請求項 26に記載のイオン伝導膜と電極とを含有することを特徴とする 複合体。
33. 請求項 27に記載のイオン伝導膜と電極とを含有することを特徴とする 複合体。
34. 請求項 32に記載の複合体を含有することを特徴とする燃料電池。
35. 請求項 33に記載の複合体を含有することを特徴とする燃料電池。
36. 燃料としてメタノールを用いることを特徴とする、 請求項 34に記載の 燃料電池。
37. 燃料としてメタノールを用いることを特徴とする、 請求項 35に記載の 燃料電池。
38. 請求項 1に記載の化合物を含有することを特徴とする接着剤。
39. 請求項 9に記載の化合物を含有することを特徴とする接着剤。
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