WO2004036679A1 - 複合イオン交換膜 - Google Patents

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WO2004036679A1
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ion exchange
chemical formula
membrane
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exchange resin
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Kota Kitamura
Yoshimitsu Sakaguchi
Shigenori Nagahara
Shiro Hamamoto
Naohiko Takimoto
Hideki Sugihara
Satoshi Takase
Tooru Kitagawa
Miyako Saito
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Toyo Boseki Kabushiki Kaisha
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/20Manufacture of shaped structures of ion-exchange resins
    • C08J5/22Films, membranes or diaphragms
    • C08J5/2206Films, membranes or diaphragms based on organic and/or inorganic macromolecular compounds
    • C08J5/2218Synthetic macromolecular compounds
    • C08J5/2256Synthetic macromolecular compounds based on macromolecular compounds obtained by reactions other than those involving carbon-to-carbon bonds, e.g. obtained by polycondensation
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0289Means for holding the electrolyte
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2381/00Characterised by the use of macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing sulfur with or without nitrogen, oxygen, or carbon only; Polysulfones; Derivatives of such polymers
    • C08J2381/06Polysulfones; Polyethersulfones
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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    • H01M2300/0017Non-aqueous electrolytes
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    • H01M2300/0082Organic polymers
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    • H01M2300/0094Composites in the form of layered products, e.g. coatings
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    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to a composite ion exchange membrane. More specifically, the present invention relates to a composite ion exchange membrane having excellent mechanical strength and ion conductivity (proton conductivity).
  • polymer electrolyte fuel cells using polymer solid electrolyte membranes have features such as high energy density, and low operating temperature compared to other types of fuel cells, making them easy to start and stop.
  • development as power supply devices for electric vehicles and distributed power generation has been progressing.
  • direct methanol fuel cells which also use a solid polymer electrolyte membrane and directly supply methanol as fuel, are being developed for use as power sources for portable devices.
  • polymer solid electrolyte membrane a membrane containing a proton conductive ion exchange resin is usually used.
  • polymer solid electrolyte membranes are required to have properties such as fuel permeation suppression properties and mechanical strength that prevent permeation of fuel such as hydrogen and methanol.
  • a membrane containing a perfluorocarbon sulfonic acid polymer into which a sulfonic acid group is introduced such as Naphion (registered trademark) manufactured by DuPont, USA, is known.
  • the membrane containing the perfluorocarbon sulfonic acid polymer softens above 100 ° C, the operating temperature of the fuel cell using this membrane is limited to 80 ° C or lower. As the operating temperature increases, there are various advantages such as energy efficiency, miniaturization of equipment, and improvement in catalytic activity. Therefore, heat-resistant polymer solid electrolyte membranes have been studied.
  • Polysulfone has high heat resistance and is excellent in processability, such as being soluble in strong organic solvents, and is therefore suitable as a raw material for polymer solid electrolyte membranes.
  • polysulfone usually introduces a sulfonic acid group by a sulfonating agent such as concentrated sulfuric acid or sulfuric anhydride, but it is difficult to control the sulfonation reaction by this method. For this reason, the desired degree of sulfonation could not be adjusted, and problems such as gelation were caused by non-uniform sulfonation and side reactions.
  • hydrocarbon-based polymer solid electrolyte including the sulfone-introduced polysulfone is more hydrated and swollen than a membrane containing a perfluorocarbon sulfonic acid polymer.
  • a technique by mixing with a basic polymer is being studied.
  • This technique is intended to suppress swelling by crosslinking sulfonic acid groups in a polymer solid electrolyte membrane with a basic polymer.
  • a mixture of a polyethersulfone polymer having a sulfonic acid group, a polyetheretherketone polymer having a sulfonic acid group (acidic polymer), and a polybenzimidazole polymer (a basic polymer) (For example, see WO99 / 54389 pamphlet).
  • a membrane containing a sulfonated product of a styrene Z-dibutylbenzene copolymer is well known for being used in an early polymer electrolyte fuel cell.
  • this polymer solid electrolyte membrane did not exhibit satisfactory properties as a fuel cell due to the poor durability of the polymer skeleton itself.
  • there is a technique relating to an ion exchanger obtained by subjecting a chloromethyl group in a polymer to a cross-linking reaction using a Lewis acid as a catalyst see, for example, JP-A-2-248434 and JP-A-2-245035).
  • a catalyst is required for the Kakebachi reaction of this technology. Therefore, when a polymer and a catalyst are mixed to obtain a molded product of an ion exchanger, the remaining catalyst is a problem. Further, when a molded article of a polymer is treated with a catalyst to obtain a molded article of an ion exchanger, there is a problem that a bridging reaction does not easily occur inside the molded article of the polymer.
  • the polymer solid electrolyte when used as an ion exchange membrane, particularly when it is used as a proton exchange membrane of a fuel cell, the higher the ion conductivity of the membrane, the better the performance. Therefore, if the sulfonic acid group concentration in the membrane is increased, the ionic conductivity increases.
  • those with a high degree of sulfonation swell significantly, and when used as a proton exchange membrane for fuel cells, gas crossover, cross leak, electrode separation, breakage, etc. problem Tends to occur.
  • a main object of the present invention is to provide a composite ion exchange membrane having high swelling resistance and excellent mechanical strength and ion conductivity. Disclosure of the invention
  • the present inventors have developed a composite ion comprising a ion exchange resin composition containing a sulfonated polysulfone obtained by polymerization from a sulfonated monomer, and a porous support membrane.
  • a composite ion comprising a ion exchange resin composition containing a sulfonated polysulfone obtained by polymerization from a sulfonated monomer, and a porous support membrane.
  • the present inventors have developed an ion-exchange resin composition containing an aromatic polyether obtained by polymerizing a specific raw material and a derivative thereof or a derivative thereof, into a support membrane having continuous voids penetrating the membrane. It has been found that by impregnating, a composite ion-exchange membrane having high swelling resistance and excellent mechanical strength and ionic conductivity can be obtained.
  • the present inventors have found that the aromatic polyether and / or a derivative thereof It has been made clear that the performance of the composite ion exchange membrane is further improved when it has a specific chemical structure.
  • the present inventors have clarified that the performance of the composite ion exchange membrane is further improved by making the composite ion exchange membrane have a specific structure, and have completed the present invention.
  • the composite ion exchange membrane of the present invention is a composite ion exchange membrane comprising: an ion exchange resin composition; and a support membrane having continuous voids penetrating the membrane.
  • the ion-exchange resin composition is a support membrane in which voids are impregnated with the ion-exchange resin composition.
  • the ion-exchange resin composition mainly includes a compound represented by the chemical formula 1, an aromatic dihalogen compound, and a bisphenol compound.
  • An aromatic polyether and / or a derivative thereof obtained by mixing a monomer component as a component with an alkali metal carbonate and / or bicarbonate and polymerizing the mixture in an organic solvent is used as a main component.
  • a composite ion exchange membrane which is an ion exchange resin composition containing an ion exchange resin.
  • X represents any of H, Li, Na, and K atoms. Represents any of F, C1, Br and I atoms.
  • the composite ion exchange membrane of the present invention is a composite ion exchange membrane comprising: an ion exchange resin composition; and a support membrane having continuous voids penetrating the membrane.
  • the ion-exchange resin composition is formed by bonding units represented by the chemical formulas 2A and 2B with the chemical formulas 2A and 2B, respectively.
  • a composite ion-exchange membrane which is an ion-exchange resin composition containing an ion-exchange resin containing B at a ratio of n: m.
  • a r 1-O (chemical formula 2A)
  • a ri and A r 3 are each independently Ar 2 represents one or more divalent organic groups including an aromatic ring having an electron-withdrawing group, and n represents an integer in the range of 1 to 100. And m represents an integer in the range of 0 to 100, respectively.
  • Ar 2 is preferably one or more types of binding units selected from the group consisting of the binding units represented by Chemical Formula 3, Chemical Formula 4, and Chemical Formula 5.
  • Ar and Ar 3 are preferably one or more types of binding units independently selected from the binding units represented by Chemical Formulas 6 and 7.
  • both Ar and Ar 3 are binding units represented by Chemical Formula 6, and Ar 2 is a binding unit represented by Chemical Formula 3, and n and m Is more preferably an integer in the range of 1 to 1,000 that satisfies Equation 1.
  • the Ar and the Ar 3 are each a bonding unit represented by the chemical formula 6
  • the Ar 2 is a bonding unit represented by the chemical formula 4
  • n and m are It may be an integer in the range of 1 to 100 ° that satisfies Equation 2.
  • Ar and Ar 3 are each a bonding unit represented by Chemical Formula 7
  • Ar 2 is a bonding unit represented by Chemical Formula 3
  • n and m May be an integer in the range of 1-1000 that satisfies Equation 3.
  • the composite ion exchange membrane of the present invention preferably has a surface layer made of the ion exchange resin composition on both sides of the support membrane.
  • the thickness of each of the surface layers is preferably in the range of 1 to 50 ⁇ , and preferably not more than half of the total thickness of the composite ion exchange membrane. Further, it is recommended that the porosity of at least one surface of the support membrane is in the range of 40 to 95%.
  • the ion exchange resin composition in the composite ion exchange membrane of the present invention is obtained by crosslinking an ion exchange resin having an ionic group in a molecule and having a photocrosslinkable group and / or a thermally crosslinkable group in a molecule. It is preferable to contain the obtained crosslinked ion exchange resin.
  • the photocrosslinkable group is a crosslinkable group having the chemical structure represented by Chemical Formula 8 It is preferable to include both crosslinkable groups of the chemical structure represented by Formula 9
  • R represents an aliphatic hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms.
  • O represents an integer ranging from 1 to 4.
  • the thermal crosslinkable group is desirably at least one type of thermal crosslinkable group selected from the group consisting of the thermal crosslinkable groups having the chemical structures represented by Chemical Formulas 10 to 15.
  • (In Chemical Formula 10 to Chemical Formula 15, 1 to! ⁇ 9 are each independently a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, a phenyl group, or an aromatic group having 6 to 20 carbon atoms. group,. P representing either a halogen atom, a hydrogen atom, a hydrocarbon group having 1 to 1 0 the range carbon atoms, a halogen, a nitro group,. T representing either one S 0 3 T group, Represents an H atom or a monovalent metal ion, and n represents an integer in the range of 1 to 4.)
  • the ionic group is preferably a sulfonic acid group and / or a phosphonic acid group.
  • the polymer main chain of the ion exchange resin is preferably a polyethersulfone main chain or a polyetherketone main chain.
  • the composite ion exchange membrane of the present invention preferably has a surface layer made of the ion exchange resin composition on both sides of the support membrane.
  • each of the surface layers is preferably in the range of 1 to 50 and not more than half of the total thickness of the composite ion exchange membrane. Further, it is recommended that the porosity of at least one surface of the support membrane is in the range of 40 to 95 ° / 0 .
  • the support membrane preferably contains a polybenzazole-based polymer as a material.
  • the support membrane contains 0.5 to 2 masses of the polybenzazole-based polymer. It is preferable that the isotropic solution containing a content in the range of / 0 is formed into a film shape and then solidified.
  • a straight line that passes through the composite ion exchange membrane in the thickness direction is set as an analysis region, and an electron probe microanalyzer is used for elements contained only in the ion exchange resin.
  • the variation of the X-ray count value is within 50% in CV value.
  • a straight line that passes through the composite ion exchange membrane in the thickness direction is set as an analysis region, and an electron probe microanalyzer is used for elements contained only in the ion exchange resin.
  • the number of analysis points that take 5% or less of the maximum value of the X-ray count value of the measurement element is within the range of 0 to 30% of all the analysis points. Preferably, there is.
  • FIG. 1 is a schematic view schematically showing a cross-sectional structure of an example of the composite ion exchange membrane of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing a photograph of an image of an example of a support membrane used in the present invention, which was dried at a critical point before being combined with an ion exchange resin composition, and the surface thereof was observed with a scanning electron microscope. is there.
  • BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to embodiments.
  • the composite ion exchange membrane of the present invention is a composite ion exchange membrane comprising an ion exchange resin composition and a support membrane having continuous voids penetrating the membrane.
  • the ion-exchange resin composition is a support membrane impregnated with the ion-exchange resin composition.
  • the ion-exchange resin composition comprises a monomer represented by the chemical formula 1, an aromatic dihalogen compound, and a bisphenol compound. , An alkali metal carbonate and / or bicarbonate, and an ion-exchange resin containing, as a main component, an aromatic polyester obtained by polymerizing the mixture in an organic solvent and Z or a derivative thereof.
  • X represents any one of H, L i, N a, and ⁇ atoms.
  • the compound of the above-mentioned formula 1 is, for example, 4,4′-dichlorodiphenolenolephone, 4,4′-diphneorolodiphenylenolenolephone, 4,4′-dichlorobenzophenone, 4,4′difluorene It can be obtained by heating a compound such as robenzophenone with fuming sulfuric acid or the like to sulfonate it.
  • Y in the above chemical formula 1 is preferably F or C1 because reactivity becomes high.
  • X in the above chemical formula 1 is preferably not an H atom, and is preferably an Na or K atom.
  • the aromatic dihalogen compound in the present invention refers to a compound having at least one aromatic ring and at least two halogen atoms bonded to the aromatic ring.
  • an aromatic dihalogen compound a compound in which an electron-withdrawing group is bonded to the same aromatic ring to which a halogen atom is bonded is preferable, and an ortho- or para-position to the halogen atom is preferable. Those that are bound are more preferred.
  • examples of the electron-withdrawing group include a sulfone group, a sulfonole group, a carboenole group, a phosphine oxide group, a nitro group, and a cyano group.
  • the halogen atom is preferably an F or C 1 atom. Further, two or more halogen atoms may be bonded to the same aromatic ring or to another aromatic ring.
  • aromatic dihalogen compound examples include compounds having the chemical structures represented by Chemical Formula 10A to Chemical Formula 10I.
  • the compound of chemical formula 10C has two or more halogen atoms, but the halogen atoms that substantially contribute to the polymerization reaction are Since they are two, they can be suitably used for polymer synthesis like other aromatic dihalogen compounds.
  • the aromatic dihalogen compound in the present invention includes, among the compounds represented by the above-mentioned chemical formulas 1OA to 10I, 4,4, dichlorodiphenylsulfone, 4,4′diphnorelodiphenyleninoresnorefone, Particularly preferred are 6-dichlorobenzotrinole and 2,6-dibenzobenzonitrile, and most preferred are 2,6-dichlorobenzonitrile and 2,6 difluorobenzonitrile.
  • the above-mentioned bisphenol compound refers to a compound having a chemical structure having two hydroxyl groups (phenolic hydroxyl groups) bonded to an aromatic ring.
  • the aromatic polyether and / or a derivative thereof which are the main components of the ion exchange resin used in the present invention, mainly include the compound represented by the above chemical formula 1, an aromatic dihalogen compound, and a bisphenol compound.
  • the monomer component can be obtained by mixing a carbonate and / or bicarbonate of an alkali metal and heating the mixture in an organic solvent to cause a polymerization reaction.
  • the above organic solvent is a highly polar organic solvent, for example, N-methyl-2-pyrrolidone, N, N, -dimethylacetamide, N, ⁇ '-dimethylhonolemamide,
  • Non-protonic polar solvents such as ⁇ holane, dimethyl / sulfoxide / hexoxide, and hexametinolephosphonamide can be suitably used.
  • dimethyl-2-pyrrolidone, sulfolane, and the like which have a high boiling point, are particularly preferable because the reaction rate can be increased to increase the reaction rate.
  • alkali metal carbonate and / or bicarbonate for example, potassium carbonate, sodium carbonate and the like are preferable.
  • the compound represented by the above chemical formula 1 ′ easily absorbs moisture, it is preferable to dry the compound in advance. Further, water generated by the reaction of the above bisphenol compound with the carbonate and / or bicarbonate of the alkali metal causes a side reaction, so that the water is formed before the reaction with the raw material monomer occurs. It is preferable to remove it outside.
  • the dehydration in the system can be performed by any known method, such as azeotropic distillation with toluene, benzene, or benzene, or adsorption with a dehydrating agent such as calcium hydride, anhydrous sodium sulfate, or molecular sheep. Can be any known method, such as azeotropic distillation with toluene, benzene, or benzene, or adsorption with a dehydrating agent such as calcium hydride, anhydrous sodium sulfate, or molecular sheep.
  • a dehydrating agent such as calcium hydride, anhydrous
  • the temperature of the above polymerization reaction is preferably 150 ° C. or higher, and more preferably 180 ° C. or higher. Further, this temperature is preferably at most 300 ° C, more preferably at most 250 ° C. If the temperature is lower than 150 ° C, the degree of polymerization tends to be insufficient.If the temperature exceeds 300 ° C, side reactions such as crosslinking and decomposition tend to be remarkable. There is.
  • the time of the polymerization reaction is preferably 3 hours or more, and more preferably 5 hours or more.
  • the time is preferably 50 hours or less, and more preferably 30 hours or less. If this time is less than 3 hours In this case, the degree of polymerization and the recovery rate of the polymer tend to decrease. If the time exceeds 50 hours, it becomes difficult to obtain a polymer having desired properties due to side reactions such as crosslinking and decomposition. There is a tendency.
  • the above polymerization reaction is preferably performed in an atmosphere of an inert gas such as nitrogen.
  • the ion exchange resin containing the aromatic polyether and / or a derivative thereof as a main component is isolated and then purified.
  • the composite ion-exchange membrane of the present invention may be used as a part of the material of the composite ion-exchange membrane of the present invention, or may be dissolved or dispersed in a solution and impregnated as it is into a support membrane. May be.
  • the aromatic polyether obtained by the above polymerization reaction and the ion exchange resin containing Z or a derivative thereof as a main component can be isolated by any known method. In general, isolation is performed by reprecipitation in methanol, ethanol, acetone, etc., or a mixed solvent thereof.
  • the polymerization solution may be filtered to remove inorganic salts and the like in advance.
  • the ion-exchange resin isolated by reprecipitation can be treated in hot water to remove impurities such as solvents, oligomers, residual monomers, and inorganic salts.
  • the ion-exchange resin isolated by reprecipitation can be treated with sulfuric acid, hydrochloric acid, or the like to convert the sulfonic acid group from an alkali metal salt to an acid.
  • the ion-exchange resin isolated by reprecipitation can be isolated by filtering and drying to remove the reprecipitation solvent. Impregnation of the ion exchange resin composition into the support membrane>
  • the ion exchange resin isolated as described above is dissolved in an organic solvent to form a solution, and then impregnated into the support membrane, whereby the support membrane and the isolated ion exchange resin are separated.
  • the composite ion-exchange membrane of the present invention can be obtained by forming a composite with the ion-exchange resin composition contained therein.
  • examples of the above organic solvent include N-methyl-1-pyrrolidone, N, N'-dimethylacetamide, N, N'-dimethylformamide, snoreholane, dimethylsulfoxide, and hexamethylphosphone. It is preferable to use an amide or the like. it can. Among these organic solvents, N, N'-dimethylacetamide, N, N'-dimethylformamide, N-methyl-2-pyrrolidone and the like are particularly preferred.
  • the polymer solution of the ion exchange resin is impregnated directly into the support membrane. You can also. At that time, the polymerization solution in which the ion exchange resin is dissolved or dispersed may be filtered or centrifuged to remove inorganic salts and the like from the polymerization solution in which the ion exchange resin is dissolved or dispersed.
  • N-methyl-12-pyrrolidone, N, N'-dimethylacetamide, N, N'-dimethylhonolemamide, sulfolane, dimethylene are appropriately added to the polymerization solution in which the ion exchange resin is dissolved or dispersed.
  • concentration of the ion exchange resin in the polymerization solution may be adjusted by adding a good solvent such as noresulfoxide or hexametinolephosphonamide.
  • the complexation of the ion exchange resin composition with the support membrane can be performed by impregnating the support membrane with a solution in which the ion exchange resin is dissolved or dispersed, and then removing the solvent. it can.
  • the solution in which the ion exchange resin is dissolved or dispersed the polymerization solution may be used as it is, or a solution in which the isolated ion exchange resin is dissolved or dispersed in the solvent again may be used.
  • the sulfonic acid group of the above ion exchange resin may be of an acid type, but is preferably a salt with an alkali metal or the like in order to suppress the decomposition of the solvent.
  • the concentration of the ion-exchange resin in the solution in which the above-mentioned ion-exchange resin is dissolved or dispersed is preferably at least 5 wt%, more preferably at least 10 wt%. Further, the concentration is preferably 50 wt% or less, more preferably 40 wt% or less.
  • concentration of the ion-exchange resin is less than 5 wt%, the ion-exchange resin content in the composite ion-exchange membrane of the present invention tends to decrease, so that the ion conductivity tends to decrease. If it exceeds 5 O wt ° / 0 , the viscosity of the solution in which the ion exchange resin is dissolved or dispersed tends to increase, and handling tends to be difficult.
  • a solution in which the above ion exchange resin is dissolved or dispersed may cause turbidity of the solution or gel.
  • V including a non-solvent such as water or alcohol as long as the conversion does not occur.
  • the solvent in the support membrane before impregnation is the same as the ion exchange resin solution. It is preferable that the solvent is replaced. If it is difficult to perform the replacement all at once in the process of replacing the solvent, the replacement may be performed stepwise by immersing in a mixed solvent having a different mixing ratio of each solvent.
  • the time, temperature, bath ratio, etc. of the impregnation are not particularly limited, and the shape, size, and porosity of the support membrane are not limited.
  • Use conditions that are suitable for the ion exchange resin, the porosity, the chemical structure and molecular weight of the above ion exchange resin, and the concentration and viscosity of the solution in which the above ion exchange resin is dissolved or dispersed. Can be.
  • drying method for removing the solvent from the support membrane impregnated with the solution in which the above ion exchange resin is dissolved or dispersed is not particularly limited, and may be any known method such as hot air, infrared rays, and reduced pressure. Can do it.
  • the composite ion exchange membrane of the present invention When the sulfonic acid group in the ion exchange resin contained in the ion exchange resin composition provided in the composite ion exchange membrane of the present invention is a salt, the composite ion exchange membrane is treated with an acid to obtain a sulfonate. The acid group may be converted to the acid form.
  • the composite ion exchange membrane of the present invention is used as a proton exchange membrane of a fuel cell, it is preferable to use an acid type.
  • the acid used for the conversion to the sulfonic acid group in the ion exchange resin is, for example, 0.1 to; a strong acid such as sulfuric acid, hydrochloric acid, or perchloric acid having a concentration of LO mol ZL. Solutions can be mentioned.
  • the complex ion exchange membrane of the present invention may be heated during the above-mentioned conversion to the sulfonic acid group acid type in the ion exchange resin. After the acid treatment, it is preferable to sufficiently wash the composite ion exchange membrane of the present invention with water or hot water so that free strong acid does not remain in the composite ion exchange membrane. Here, when drying the washed composite ion-exchange membrane of the present invention, it is preferable to fix it on a frame.
  • n and m in the above chemical formulas 2A and 2B are 1 to 100
  • Z is preferably an H atom.
  • Z in Chemical Formula 2A is an H atom.
  • a r 2 represents a divalent organic group having an electron-withdrawing group.
  • Ar 2 is preferably an aromatic group to which an electron-withdrawing group is bonded, among divalent organic groups having an electron-withdrawing group.
  • the electron-withdrawing group include a sulfone group, a sulfonolene group, a phenol group, a phosphinoxide group, an ethoxy group, and a cyano group.
  • the electron-withdrawing group is preferably bonded to the aromatic group at the ortho or para position with respect to the oxygen atom of the ether bond.
  • examples of Ar 2 include bonding units having the chemical structures represented by Chemical Formulas 12A to 12E.
  • the bonding units having these chemical structures are more preferable, and the bonding units having the chemical structure represented by Chemical Formula 3 or Chemical Formula 4 are particularly preferable.
  • the bonding unit having the chemical structure represented by 4 is most preferable.
  • a r! And Ar 3 each represent a divalent organic group.
  • a bisphenol compound is used. Bonding units having a chemical structure obtained by removing two hydroxyl groups from the compounds exemplified above.
  • a ri and A r 3 may be the same or different. Further, each of A ri and Ar 3 may be composed of two or more different types of bonding units. Among the above-mentioned A ri and A r 3, particularly preferred binding unit of the chemical structure represented by Chemical Formula 6 and Formula 7, bound units of the chemical structure represented by Chemical Formula 6 is most preferred.
  • Ar 2 is a bonding unit having the chemical structure represented by Chemical Formula 3, and n and m Is more preferably an integer in the range of 1 to 100 that satisfies the expression (1).
  • a resin, a r and a 1: a binding unit of the chemical structure 3 are both represented by the chemical formula 6
  • a coupling unit of the chemical structure a r 2 is expressed by chemical formula 4
  • An ion-exchange resin having a forming a bond unit of the chemical structure A ri and A r 3 are both represented by the chemical formula 7, in binding units of the chemical structure A r 2 is represented by Formula 3 Yes, it is even more preferred that n and m are integers in the range of 1-1000 that satisfy Equation 3.
  • n / (n + m) in Formulas 1 to 3 When n / (n + m) in Formulas 1 to 3 is increased, the force for improving ionic conductivity is increased, and simultaneously the swelling property with water is increased, and the morphological stability of the membrane tends to be impaired. In addition, when nZ (n + m) in Equations 1 to 3 decreases, ionic conductivity tends to decrease, but methanol permeability tends to decrease. For solid polymer fuel cells using hydrogen as fuel, a membrane with a large n / (n + m) and high ionic conductivity is suitable.
  • a membrane having a small n / (n + m) and a small swelling due to water and a low methanol permeability is suitable.
  • Ar and Ar 3 are both bonding units of the chemical structure of Chemical Formula 6
  • Ar 2 is a bonding unit of the chemical structure represented by Chemical Formula 3
  • n and m satisfy Formula 4.
  • An integer in the range of 1 to 1,000 is more preferable when used as a polymer solid electrolyte membrane of a polymer electrolyte fuel cell using hydrogen as a fuel.
  • a resin, a binding unit of the chemical structures a and a iota ⁇ 3 are all represented by the chemical formula 6
  • a coupling unit of the chemical structure a r 2 is expressed by chemical formula 4
  • n, m is An integer in the range of 1 to 1,000 that satisfies Equation 5 is more preferable when used as a polymer solid electrolyte membrane of a polymer electrolyte fuel cell using hydrogen as a fuel.
  • Ar and Ar 3 are both bonding units of the chemical structure represented by Chemical Formula 7
  • Ar 2 is a bonding unit of the chemical structure represented by Chemical Formula 3
  • n and m are An integer in the range of 1 to 1000 that satisfies Equation 6 is even more preferable.
  • a ri and Ar 3 are both bonding units of the chemical structure of Chemical Formula 6
  • Ar 2 is a bonding unit of the chemical structure represented by Chemical Formula 3
  • n and m satisfy Formula 7
  • An integer in the range of 1000 is more preferable when the polymer is used as a polymer solid electrolyte membrane of a direct methanol fuel cell using methanol as a fuel.
  • a resin, Ar i and Ar 3 are both bonding units having the chemical structure represented by Chemical Formula 6, 2 is a bonding unit having the chemical structure represented by Chemical Formula 4, and n and m are Formula 8
  • An integer in the range of 1 to 1000 that satisfies the above condition is more preferable when used as a polymer solid electrolyte membrane of a direct methanol fuel cell using methanol as a fuel.
  • a resin, A and Ar 3 are both bonding units of the chemical structure represented by Chemical Formula 7
  • Ar 2 is a bonding unit of the chemical structure represented by Chemical Formula 3
  • n and m are formulas. If it satisfies 9 and is an integer in the range of 1 to 1000, the polymer solid electrolyte membrane of the direct methanol fuel cell using methanol as fuel It is more preferable when used.
  • the water contained in the humidified fuel gas or oxidizing gas or the water generated by the reaction in a polymer electrolyte fuel cell depends on the water produced in the reaction.
  • Each ion exchange membrane swells with water. If the swelling property of the ion exchange membrane is large, it is not preferable because the membrane is easily damaged and the electrode is easily peeled off.
  • Ar and Ar 3 are both bonding units of the chemical structure represented by Chemical Formula 6, and Ar 2 is a chemical unit represented by Chemical Formula 4.
  • the structure that is a bonding unit of the structure is a particularly preferable structure because it has less swelling property with water.
  • Equation 5 those where n and m satisfy Equation 5 are suitable as ion exchange membranes for polymer electrolyte fuel cells, and those where n and m satisfy Equation 8 are suitable as ion exchange membranes for direct methanol fuel cells. ing.
  • the ion-exchange resin composition of the present invention is a cross-linked ion-exchange resin obtained by cross-linking an ion-exchange resin having an ionic group in a molecule and having a photocrosslinkable group and / or a heat crosslinkable group in a molecule. It is preferable to contain a resin.
  • the ion-exchange resin in the case of having an ionic group in the molecule and having a photocrosslinkable group and Z or a heat-crosslinkable group in the molecule is in an uncrosslinked state. Called "uncrosslinked ion exchange resin".
  • the ionic group in the molecule of the uncrosslinked ion exchange resin is not particularly limited, but may be, for example, a sulfonic acid group, a phosphonic acid group, a phosphoric acid group, a carboxylic acid group, or an alkali metal thereof. It is preferably a salt with such as.
  • an ionic group refers to a group that can be dissociated into ions.
  • the ion-exchange resin composition of the present invention uses a monomer (chemical formula 1) having a sulfonic acid group as an essential component or a bonding unit (chemical formula 2A). Have as required.
  • the ion exchange resin composition of the present invention may further have an ionic group selected from the above.
  • the ion conductivity is further improved.
  • having a phosphonic acid group has the advantage of exhibiting ionic conductivity even at high temperatures.
  • the average content of the ionic groups in the uncrosslinked ion exchange resin is preferably at least 0.1 lmmol / g, and more preferably at least 1. Ommo 1 Zg.
  • the average content of the ionic group is preferably 5.Ommo 1 Zg or less, and more preferably 4.Ommo 1 / g or less.
  • the crosslinkable group of the uncrosslinked ion exchange resin used in the present invention needs to be a crosslinkable reactive group such as a heat crosslinkable group and / or a photocrosslinkable group.
  • the crosslinkable group of the uncrosslinked ion exchange resin used in this effort must contain at least a thermally crosslinkable group or a photocrosslinkable group, but may contain other crosslinkable reactive groups. Absent.
  • thermocrosslinkable group refers to a group having a property of being crosslinked by heating.
  • a photocrosslinkable group refers to a group having a property of being crosslinked by light irradiation.
  • crosslinkable group is a concept including both a thermally crosslinkable group and a photocrosslinkable group, and further includes another crosslinkable reactive group.
  • the average content of these crosslinkable groups in the uncrosslinked ion exchange resin used in the present invention is preferably one or more in one molecule, and more preferably 1 mmo 1 / kg or more. .
  • the average content is preferably 5,000 mmO1 / kg or less, and more preferably 50 Ommo1 / kg or less.
  • the average content of the crosslinkable group is 5,000 OmmolZkg. If it exceeds, the ion conductivity tends to decrease, and the flexibility of the membrane after cross-linking tends to be lost, making handling difficult.
  • crosslinkable groups can be crosslinked by treating them with a method according to the respective reactivity. That is, the thermally crosslinkable group can be crosslinked by heat treatment, and the photocrosslinkable group can be crosslinked by light irradiation treatment.
  • the thermally crosslinkable group preferably possessed by the uncrosslinked ion exchange resin used in the present invention is not particularly limited, and examples thereof include a multiple bond group such as an ethylene group and an ethur group, a benzoxazine group and an oxazole group. Can be.
  • These heat crosslinkable groups may be present in the main chain of the uncrosslinked ion exchange resin used in the present invention, may be present as a side chain, or may be present as a terminal group. It is particularly preferred that it is present as a terminal group of an uncrosslinked ion exchange resin.
  • such a thermally crosslinkable group is obtained by mixing a raw material monomer having a chemical structure having a thermal crosslinkable group with another raw material monomer having a chemical structure having no thermal crosslinkable group, and It can be introduced into the uncrosslinked ion exchange resin used in the present invention by performing a polymerization reaction as a raw material monomer which plays a role of a terminal stopper.
  • the average content of the thermally crosslinkable group in the uncrosslinked ion exchange resin used in the present invention is preferably at least lmmo 1 / kg, more preferably at least 5 mmo 1 / kg. Further, the average content of the thermally crosslinkable group is preferably 1,0 O Ommo 1 / kg or less, and more preferably 50 Ommo 1 / g or less.
  • the average content of the thermo-crosslinkable group is less than 1 mmo1 Zkg, the effect of suppressing swelling due to crosslinking tends to be extremely small. If it exceeds 1 / kg, the molecular weight of the uncrosslinked ion-exchange resin tends to decrease, making it difficult to form a membrane.
  • Crosslinking of the thermally crosslinkable group of the uncrosslinked ion exchange resin used in the present invention can be performed by heat treatment. Note that this heat treatment is preferably performed in an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon.
  • the temperature of this heat treatment is preferably 100 ° C. or higher, and more preferably 200 ° C. or higher. Further, the temperature of the heat treatment is preferably 400 ° C. or lower, more preferably 300 ° C. or lower. If the temperature of this heat treatment is lower than 100 ° C, the crosslinking reaction tends not to proceed sufficiently. If the temperature of this heat treatment exceeds 400 ° C, thermal decomposition of the ion exchange resin itself tends to occur. Tend to be. Further, the time of this heat treatment is preferably at least 1 second, more preferably at least 60 seconds. Further, the time of this heat treatment is preferably 100 hours or less, and more preferably 30 hours or less.
  • the resin composition containing the uncrosslinked ion exchange resin may contain any known polymerization initiator such as an azo-based polymerization initiator and a peroxide-based polymerization initiator. An initiator may be added.
  • thermocrosslinkable group of the uncrosslinked ion exchange resin used in the present invention is one or more thermocrosslinkable groups selected from the group consisting of thermocrosslinkable groups having a chemical structure represented by Chemical Formulas 10 to 15.
  • the group is
  • the thermally crosslinkable group of the non-crosslinked ion exchange resin used in the present invention is not particularly limited, and examples thereof include a benzophenone group, an ⁇ -diketone group, an acyloin group, an acyloin ether group, a benzylalkyl ketal group, Examples include an acetophenone group, a group composed of polynuclear quinones, a thioxanthone group, and an acylphosphine group.
  • photocrosslinkable groups a group capable of generating a radical by light such as a benzophenone group, an aromatic group having a saturated hydrocarbon group such as a methyl group or an ethyl group, and an ethylenically unsaturated group It is particularly preferable to use a combination with a group capable of reacting with a radical, such as a group.
  • a phobic group reaction may occur only with a group that generates a radical by light, such as a benzophenone group.
  • a group capable of reacting with a radical is not necessarily required, and the uncrosslinked ion exchange resin used in the present invention may have only a radical generating group.
  • photocrosslinkable groups may be present in the main chain of the uncrosslinked ion exchange resin used in the present invention, may be present as side chains, or may be present as terminal groups. It is particularly preferred that it is present as a terminal group of a crosslinked ion exchange resin.
  • such a photocrosslinkable group is obtained by mixing a raw material monomer having a chemical structure having a photocrosslinkable group with another raw material monomer having a chemical structure having no photocrosslinkable group, and forming a copolymerized monomer. It can be introduced into the uncrosslinked ion-exchange resin used in the present invention by conducting a polymerization reaction as a raw material monomer which plays a role of a terminal stopper.
  • the average content of photocrosslinkable groups in the uncrosslinked ion exchange resin used in the present invention is preferably at least lmmo1 / kg, more preferably at least 5mmo1 kg. .
  • the average content of the photocrosslinkable group is preferably not more than 50,000 mm / 1 / kg, and more preferably not more than 500 mm / 1 / g.
  • this photocrosslinkable group is less than l mmoi Z kg, The effect of suppressing swelling tends to be extremely small. If the average content of the photocrosslinkable group exceeds 5,000 Ommo1 / kg, the ion conductivity is reduced, and the flexibility of the membrane after crosslinking is increased. There is a tendency that handling becomes difficult due to loss of properties.
  • crosslinking of the photocrosslinkable group of the uncrosslinked ion exchange resin used in the present invention can be performed by light irradiation treatment.
  • this light irradiation treatment is preferably performed in an atmosphere of an inert gas such as nitrogen or argon.
  • the temperature at the time of this light irradiation treatment is preferably room temperature (25 ° C.) or more, and more preferably 50 ° C. or more. Further, the temperature at the time of this light irradiation treatment is preferably 250 ° C. or lower, and more preferably 200 ° C. or lower.
  • room temperature 25 ° C
  • the crosslinking reaction tends to hardly proceed, and when the temperature at the time of this light irradiation treatment exceeds 250 ° C, Side reactions such as decomposition tend to occur easily.
  • the time of the light irradiation treatment is preferably 1 second or more, and more preferably 30 seconds or more. Further, the time of this light irradiation treatment is preferably 100 hours or less, and more preferably 30 hours or less. If the time of this light irradiation treatment is less than 1 second, the progress of the crosslinking reaction tends to be uneven in the plane direction of the film, and if the time of this light irradiation treatment exceeds 100 hours, Side reactions such as decomposition and degradation of the ion exchange resin tend to occur easily.
  • the photocrosslinkable group of the uncrosslinked ion exchange resin used in the present invention includes both a crosslinkable group having a chemical structure represented by Chemical Formula 8 and a crosslinkable group having a chemical structure represented by Chemical Formula 9. Is preferred.
  • R represents an aliphatic hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms.
  • O represents an integer in the range of 1 to 4.
  • the uncrosslinked ion exchange resin used in the present invention is represented by Chemical Formula 8 and Chemical Formula 9. It is preferable that both include two types of photocrosslinkable groups having the chemical structure.
  • the other cross-linkable reactive groups of the non-cross-linked ion exchange resin used in the present invention are not particularly limited. For example, amino groups, epoxy groups, hydroxyl groups, halogen groups, halomethyl groups, carboxyl groups And other reactive groups.
  • a specific compound as a raw material of the crosslinkable group.
  • These compounds may be added to the condensation polymerization reaction system for obtaining the polymer main chain as raw materials from the beginning, or may be added at a stage when the condensation polymerization reaction has progressed to some extent.
  • the compound for introducing a thermally crosslinkable group into the polymer main chain of the non-crosslinked ion exchange resin used in the present invention is not particularly limited.
  • the following chemical formulas 16A to 16K And at least one compound selected from the group consisting of compounds having the chemical structure represented by
  • the thermal crosslinkable group having the chemical structure represented by the above chemical formula 10 is, as represented by the following chemical formula 17, a phenolic hydroxyl group. It can be obtained by reacting formaldehyde with a polymer main chain having a terminal.
  • R ′ represents any of a hydrogen atom, an alkynole group having 1 to 10 carbon atoms, a phenyl group, and an aromatic group having 6 to 20 carbon atoms.
  • the compound for introducing a radical-generating group, which is a kind of photocrosslinkable group, into the polymer main chain of the uncrosslinked ion exchange resin used in the present invention is not particularly limited.
  • One or more compounds selected from the group consisting of compounds having the chemical structures represented by Chemical Formula 18A to Chemical Formula 18D can be given.
  • a compound for introducing a group that reacts with a radical that is a kind of photocrosslinkable group also referred to as a radical reactive group in the present specification
  • a radical reactive group in the present specification a radical reactive group in the present specification
  • the above-mentioned radical-generating group and radical-reactive group may be in the same polymer main chain or in different polymer main chains.
  • the non-crosslinked ion exchange resin used in the present invention includes two or more types of uncrosslinked ion exchange resins including an uncrosslinked ion exchange resin having a radical generating group and an uncrosslinked ion exchange resin having a radical reactive group. Resins may be used as a mixture, or an uncrosslinked ion exchange resin having both a radical generating group and a radical reactive group may be used alone. May be used.
  • L is an H atom or a monovalent metal ion. To indicate r and! ) Each independently represents any positive integer.
  • the ion exchange resin in the present invention has a monomer having a sulfonic acid group or a bonding unit as described above, the ion exchange resin must have an ionic group as an essential force. Groups may be introduced. When an ionic group is further introduced into an uncrosslinked ion exchange resin, it is preferable to use a specific compound serving as a raw material of the ionic group. These compounds may be added to the condensation polymerization reaction system for obtaining the polymer main chain as raw materials from the beginning, or may be added at a stage when the condensation polymerization reaction has progressed to some extent. Further, an ionic group may be introduced into the polymer main chain into which the above-mentioned bridging group has already been introduced.
  • the compound for introducing an ionic group into the polymer main chain of the uncrosslinked ion-exchange resin used in the present invention is not particularly limited.
  • the ionic group is a sulfonic acid group
  • an anhydride is used.
  • Sulfonating agents such as sulfuric acid, sulfuric anhydride complexes, fuming sulfuric acid, concentrated sulfuric acid, and chlorosulfonic acid can be used.
  • a molded article of a polymer main chain having a crosslinkable group is prepared by adding sulfuric anhydride or sulfuric anhydride. It is possible to use a method of treating with a sulfonating agent such as a complex, fuming sulfuric acid, concentrated sulfuric acid, and chlorosulfonic acid.
  • a sulfonating agent such as a complex, fuming sulfuric acid, concentrated sulfuric acid, and chlorosulfonic acid.
  • a method of reacting a sulfonating agent with a polymer main chain having a crosslinkable group dissolved in a solvent inert to the sulfonating agent can also be used.
  • a method in which a sulfonating agent is reacted in a state where a polymer main chain having a crosslinkable group is swollen with an appropriate solvent can also be used.
  • a method of directly reacting a polymer main chain having a crosslinkable group with a sulfonating agent can also be used.
  • the above sulfonating agent may be used as it is, or may be used after being dissolved and dispersed in an appropriate solvent. Further, the above sulfonation reaction can be performed in a gas phase or a liquid phase.
  • the temperature of the sulfonation reaction is preferably at least 100 ° C, more preferably at least 130 ° C. Further, the temperature of the sulfonation reaction is preferably 100 ° C. or lower, more preferably 80 ° C. or lower. preferable. If the temperature of the sulfonation reaction is lower than 110 ° C., the viscosity of the solution will increase significantly, or the reaction rate will decrease, making it difficult to obtain the desired sulfonate. If the temperature of the sulfonation reaction exceeds 10 ° C., side reactions such as polymer decomposition and cross-linking tend to occur.
  • the time of the above-mentioned sulfonation reaction is preferably 1 hour or more, and more preferably 2 hours or more.
  • the time for the sulfonation reaction is preferably 100 hours or less, and more preferably 80 hours or less. If the sulfonation reaction time is less than 1 hour, the sulfonation tends to be non-uniform or not proceed sufficiently, and if the sulfonation temperature exceeds 100 hours. However, side reactions such as polymer decomposition and cross-linking tend to occur easily.
  • Ion-exchange resin used in the composite ion-exchange membrane of the present invention has a molecular weight of preferably 1,000 or more, and more preferably 5,000 or more.
  • the molecular weight is preferably 1,000 or less, and more preferably 5,000 or less, because the balance between physical properties and workability can be obtained.
  • the molecular weight is less than 1,000, the formation of a film becomes difficult, and the swelling and water solubility of the film tend to increase. If it exceeds 0, the solution viscosity tends to be very large, making handling difficult.
  • the degree of polymerization of the ion exchange resin used in the present invention can also be represented by a logarithmic viscosity measured by a method described later. That is, the ion exchange resin used in the present invention is
  • the logarithmic viscosity at 30 ° C when dissolved in a 0.25 g / d1 N-methyl-2-pyrrolidone solution is preferably 0.1 or more, particularly preferably 0.4 or more. Is more preferred.
  • the logarithmic viscosity is preferably 2.0 or less, and more preferably 1.5 or less.
  • the logarithmic viscosity is less than 0.1, it tends to be difficult to form a film or the swelling or water solubility of the film tends to increase.
  • the solution viscosity tends to be very large, making handling difficult.
  • the support membrane used for the composite ion exchange membrane of the present invention needs to be a porous support membrane having continuous voids penetrating the membrane. This is because good ion conductivity cannot be obtained unless the ion exchange resin composition is impregnated in continuous voids penetrating the membrane.
  • the porosity of the support membrane of the present invention is preferably at least 90% by volume, more preferably at least 95% by volume.
  • the porosity is, of course, 100 vol% or less, and preferably 99 vol% or less.
  • the porosity is less than 95% by volume, the content of the ion-exchange resin contained in the composite ion-exchange membrane of the present invention when the ion-exchange resin composition is impregnated into a support membrane is reduced. Ion conductivity tends to decrease. If the porosity exceeds 99% by volume, the strength of the support membrane or the composite membrane tends to decrease.
  • the porosity of at least one surface of the support membrane of the present invention is preferably 40% or more, more preferably 50% or more, and most preferably 60% or more.
  • the porosity is naturally 100% or less, but preferably 95% or less.
  • the porosity is less than 40%, when the ion exchange resin composition is impregnated in the support membrane, it is difficult for the ion exchange resin to be impregnated inside the voids of the support membrane. Conductivity may decrease.
  • the porosity exceeds 95%, the strength of the support membrane or the composite membrane tends to decrease.
  • the material for forming the support used in the present invention is not particularly limited.
  • a polyolefin-based resin containing a polyethylene-based or polypropylene-based polymer, a porous membrane, a fluorine-containing polymer containing a polytetrafluoroethylene-based polymer, or the like Resin-based porous membrane, polyimide-based resin porous membrane containing polyimide-based polymer, polyamide-based resin porous membrane containing polyamide-based polymer, cell-based resin-based porous membrane containing cellulose-based polymer, A polybenzazole-based resin porous film containing a polybenzazole-based polymer is exemplified.
  • polybenzazole-based resin porous membranes containing polybenzazole-based polymers are superior in heat resistance and strength, and can be made thinner. Therefore, it is particularly preferable as a material for forming the support membrane used in the present invention.
  • the support membrane used in the present invention when the support membrane used in the present invention is made of a polybenzazole-based resin porous membrane containing a polybenzazole-based polymer, the support membrane used in the present invention uses the polybenzazole-based polymer as a material. , 5 to 2 mass. /.
  • the support membrane is preferably obtained by molding an isotropic solution containing a content in the above range into a film form, and solidifying the molded solution to obtain the support membrane.
  • a support membrane containing such a polybenzazole-based polymer as a material is formed from a solution containing a polybenzazole-based polymer, and is washed by contacting with a poor solvent to coagulate the membrane. It can be obtained by:
  • the solution containing the polybenzazole-based polymer is a solution exhibiting optical anisotropy
  • a porous material having a large porosity and continuous voids capable of impregnating a large amount of ion exchange resin is used. Since a film containing the polybenzazole-based polymer as a material may not be obtained, it is preferable to use an isotropic solution as the solution containing the polybenzazole-based polymer.
  • the polybenzazole-based polymer used as the support membrane in the present invention refers to a polymer having a structure including an oxazole ring, a thiazole ring, and an imidazole ring in a polymer chain, and a repeating unit represented by the following general formula. What is included in the chain. (Chemical formula 21-1) 21-2)
  • U u 2, u 3 is an aromatic unit, various aliphatic group, an aromatic group, Ha androgenic group, a hydroxyl group, Yutoro group, have a Shiano group, triflate Ruo b substituent group such as a methyl group May be.
  • aromatic units include monocyclic units such as benzene ring, condensed ring units such as naphthalene, anthracene, and pyrene, and polycyclic aromatic units in which two or more aromatic units are connected via any bond. Units may be used.
  • the positions of N and B in the aromatic unit are not particularly limited as long as they are arranged so as to form a benzazole ring.
  • these are not only hydrocarbon-based aromatic units, but also aromatic rings It may be a heterocyclic aromatic unit containing N, ⁇ , S, etc. B indicates 0, S, NH.
  • Equation 22 1
  • T 1 T 2 represents CH or N
  • ⁇ 3 is a direct bond, ⁇ —, SS ⁇ 2 —, — C (CH 3 ) 2 —, one C (CF 3 ) 2 —, one C ⁇ Show one.
  • T 2 is preferably represented by the following general formula.
  • u 3 is preferably one represented by the following formula.
  • polybenzazole-based polymers may be homopolymers having the above-mentioned repeating units, or may be random, alternating or block copolymers obtained by combining the above-mentioned structural units.
  • the binding unit contained in the polybenzazole-based polymer used in the present invention is not particularly limited, but, for example, is preferably selected from binding units capable of forming a lyotropic liquid crystal polymer.
  • polybenzazole-based structural unit containing a binding unit capable of forming a lyotropic liquid crystal polymer include those represented by the following structural formula.
  • a polyimide-based structural unit a polyamide-based structural unit, a polyamide-imide-based structural unit, a polyoxydiazole-based structural unit, a polyazomethine-based structural unit, a polybenzazole-imide-based structural unit, Examples thereof include an ether ketone-based constituent unit and a polyethersulfone-based constituent unit.
  • polyimide structural unit examples include those represented by the following general formula.
  • u 4 is represented by a tetravalent aromatic unit, but is preferably represented by the following structure.
  • U 5 is a divalent aromatic unit, and is preferably represented by the following structure.
  • substituents such as a methyl group, a methoxy group, a halogen group, a trifluoromethyl group, a hydroxyl group, a nitro group, and a cyano group may be present on the aromatic ring shown here.
  • polyamide imide-based structural unit examples include those represented by the following structure. (Chemical formula 40)
  • u g is may prefer those selected from structures represented as examples of the u 5 'N
  • polyamidoimide structural units include those represented by the following structural formula.
  • U 0 is preferably selected from the structures shown as specific examples of U 5 above.
  • polyoxydiazole structural units include those represented by the following structural formula.
  • polyazomethine structural unit examples include those represented by the following structure.
  • U u and u 12 are preferably selected from the structures shown as specific examples of u 6 above.
  • Specific examples of these polyazomethine-based structural units include those represented by the following structural formula.
  • polybenzazole imide-based structural unit examples include those represented by the following structural formula.
  • u 13 and u 14 are preferably selected from the structures shown as specific examples of the above u 4 .
  • polybenzazole imide-based structural units include those represented by the following structural formula.
  • the polyetherketone-based structural unit and the polyethersulfone-based structural unit generally have a structure in which an aromatic unit is connected with a ketone bond and a sulfone bond together with an ether bond, and a structural component selected from the following structural formula including.
  • an amino group, a carboxyl group, a hydroxyl group, a halogen group, or the like is introduced at the terminal of a butt composed of a polybenzazole-based polymer, and a reaction in the synthesis of these aromatic polymers is performed.
  • Polymerization may be carried out as a component, or a carboxyl group may be introduced into the terminal of a unit containing these aromatic polymer constituent units to carry out polymerization as a reaction component in the synthesis of a polybenzazole polymer.
  • the polybenzazole-based polymer used in the present invention can be obtained by subjecting the above-mentioned bonding unit to condensation polymerization in a polyphosphoric acid solvent.
  • the polymerization degree of the polybenzazole polymer used in the present invention is represented by an intrinsic viscosity, and the intrinsic viscosity is preferably 15 dLZg or more, particularly preferably 20 dL / g or more. More preferred.
  • the intrinsic viscosity is 35 dL / g or less. Is more preferable, and particularly preferably 26 dL / g or less.
  • the strength of the support membrane obtained by using a polybenzazole-based polymer as a material tends to decrease. If the intrinsic viscosity exceeds 35 dLZg, The concentration range of the polybenzazole-based polymer in the polybenzazole-based polymer solution from which an isotropic solution can be obtained is limited, and it may be difficult to form a support membrane under isotropic conditions.
  • a casting method in which the polymer solution is cast on a substrate using a doctor blade or the like.
  • the polymer solution is extruded from a linear slit die, the polymer solution is blow-extruded from a circumferential slit die, or the polymer solution sandwiched between two substrates is rolled with a roller.
  • Any method of forming the polymer solution into a film such as a sandwich method of pressing or a spin coating method, can be used.
  • film forming methods particularly preferred film forming methods suitable for the purpose of the support film used in the present invention are a casting method and a sandwich method.
  • Various substrates such as glass plate, metal plate, resin film, etc., and various porous materials are used for the purpose of controlling the void structure of the support film during solidification, etc.
  • the polybenzazole-based polymer solution used in the present invention is formed on the support membrane with a composition under isotropic conditions. is there.
  • the concentration of the polybenzazole-based polymer in the solution of the polybenzazole-based polymer used in the present invention is preferably at least 0.5%, more preferably at least 0.8%. Further, this concentration is preferably 2% or less, and more preferably 1.5% or less. If this concentration is less than 0.5%, the viscosity of the solution of the polybenzazole-based polymer becomes small, and the applicable film-forming method is limited, and the strength of the obtained support film may be reduced. If the concentration exceeds 2%, it is difficult to obtain a support film having a high porosity, or depending on the polymer composition and the degree of polymerization of the polybenzazole-based polymer, The solution of the limer may show anisotropy.
  • the following method can be employed. That is, a specific example is a method of separating a polybenzazole-based polymer solid from the polybenzazole-based polymer solution obtained by the polymerization reaction and adjusting the concentration by adding a solvent again and dissolving.
  • a specific example is a method of separating a polybenzazole-based polymer solid from the polybenzazole-based polymer solution obtained by the polymerization reaction and adjusting the concentration by adding a solvent again and dissolving.
  • a solvent is added to the polybenzazole-based polymer solution. And then adjust the concentration.
  • a method of directly obtaining a solution of the polybenzazole-based polymer in the above-mentioned concentration range by adjusting the polymerization composition of the polybenzazole-based polymer may be mentioned.
  • preferable solvents to be used for adjusting the concentration of the solution of the polybenzazole polymer used in the present invention include, for example, methanesulfonic acid, dimethylsulfuric acid, polyphosphoric acid, sulfuric acid, trifluoroacetic acid and the like, or A mixed solvent obtained by combining these solvents can also be used. Of these, methanesulfonic acid and polyphosphoric acid are particularly preferred.
  • a method for realizing the porous structure of the support membrane used in the present invention for example, a method in which a solution of a formed isotropic polybenzazole-based polymer is brought into contact with a poor solvent to solidify the solution.
  • the poor solvent is preferably a solvent that is miscible with the solvent of the polybenzazole-based polymer solution, and may be in a liquid phase state or a gas phase state.
  • a method of combining solidification with a poor solvent in a gas phase and solidification with a poor solvent in a liquid phase can also be preferably used.
  • the poor solvent used for the above coagulation water, an aqueous acid solution, an aqueous inorganic salt solution, and an organic solvent such as alcohols, glycols, and glycerin can be used.
  • an organic solvent such as alcohols, glycols, and glycerin
  • the surface porosity of the support membrane ⁇ the porosity may decrease, or a discontinuous cavity may be formed inside the support membrane. Special care must be taken when selecting a poor solvent for coagulation, as it may cause problems.
  • the aqueous solution of water, an aqueous solution of methanesulfonic acid, an aqueous solution of phosphoric acid, an aqueous solution of glycerin and an aqueous solution of an inorganic salt such as an aqueous solution of magnesium chloride are used.
  • the surface and internal structure and porosity of the support membrane can be controlled.
  • particularly preferred coagulation means are a method of coagulation by contact with water vapor, a method of coagulation by contact with water after a brief contact with water vapor at the beginning of coagulation, and a method of coagulation with methanesulfonic acid aqueous solution.
  • a method of contacting and solidifying are used as the solidification of the solution of the polybenzazole polymer proceeds.
  • the support membrane tends to contract. Therefore, during solidification, a tenter or a fixed frame may be used in order to suppress the occurrence of shear due to uneven shrinkage of the support film.
  • the support membrane solidified as described above has problems such as promotion of decomposition of the polybenzazole-based polymer due to the residual solvent, and outflow of the residual solvent when used as a material for the composite ion exchange membrane. Thorough cleaning is desirable to avoid.
  • This washing can be performed by immersing the support membrane in a washing solution.
  • a particularly preferred cleaning solution is water. Washing with water is preferably carried out until the pH of the washing liquid when the support membrane is immersed in water is in the range of 5 to 8, and is carried out until the pH is in the range of 6.5 to 7.5. Is more preferable.
  • the support used in the present invention is obtained.
  • a support membrane made of a polybenzazole-based polymer having a structure most suitable for the purpose of the membrane is obtained. That is, the support film is a porous support film having continuous voids having openings with an appropriate porosity on at least one surface of the support film.
  • This support membrane has a three-dimensional network structure formed from fibrinole-like fibers of a polybenzazole-based polymer, and has three-dimensionally continuous voids.
  • the structure of the supporting membrane can be determined by observing the surface of the supporting membrane in water using an atomic force microscope, Also, it can be confirmed by cross-sectional observation by transmission electron microscope observation of a support film that retains its structure in water by epoxy embedding and de-epoxy.
  • the porosity of the support membrane in the present invention is preferably 90 ° / 0 or more, more preferably 95% or more. If the porosity is smaller than this range, the content of the ion-exchange resin when the ion-exchange resin is compounded is small, and the ionic conductivity is undesirably reduced.
  • the support membrane of the present invention has openings on both sides.
  • the porosity of at least one surface is preferably at least 40%, more preferably at least 50%, particularly preferably at least 60%. If the porosity of at least one surface is smaller than this range, the adhesion between the layer of the support membrane in which the ion exchange resin is impregnated and the layers of the ion exchange resin formed on both sides of the support membrane This is not preferred because not only the ion conductivity decreases, but also the ion exchange resin layer easily peels off.
  • the porous support membrane obtained from the solution of the isotropic polybenzazole-based polymer has a void structure as the volume of the liquid inside the voids of the support membrane decreases by drying.
  • the characteristic feature is that the apparent volume of the support membrane is greatly reduced due to shrinkage.
  • the shrinkage occurs in the film thickness direction.
  • the apparent film thickness of the support membrane after drying is the same as the film thickness before drying. It is usually in the range of 0.5 to 10%.
  • a large shrinkage does not occur in a porous support membrane other than the support membrane used in the present invention, for example, a support membrane made of a porous membrane made of an expanded polytetrafluoroethylene polymer.
  • the support membrane used in the present invention Due to such characteristics of the support membrane used in the present invention, when the liquid inside the voids of the support membrane was replaced with a solution containing the ion exchange resin composition and then dried, the support membrane was impregnated inside the voids. As the solvent of the solution containing the ion exchange resin composition evaporates and the volume of the solution containing the ion exchange resin composition decreases, the support membrane also shrinks. Therefore, it is possible to easily obtain a dense composite ion exchange membrane structure in which voids inside the support membrane are filled with the precipitated ion exchange resin composition. Due to the structure of the composite ion exchange membrane, the composite ion exchange membrane of the present invention exhibits excellent dimensional stability, mechanical strength, and fuel permeation suppression properties.
  • the solvent of the solution containing the ion-exchange resin composition described above is a solvent that does not dissolve, decompose, or extremely swell the support membrane made of polybenzazole-based polymer, and can dissolve the ion-exchange resin composition. You can choose from: However, in order to remove the solvent and precipitate the ion-exchange resin composition after impregnating the support membrane with the solution containing the ion-exchange resin composition, the solvent is evaporated using a means such as heating or decompression. Preferably, it can be removed by such means.
  • solvents examples include N, N, monodimethylformamide, N, N'-dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone, hexamethylphosphonamide, dimethylsulfoxide, and sulfolane.
  • Protic polar solvents alcohols such as methanol, ethanol, propanol, and butanol; polar solvents such as acetone methionolethinole ketone; phenols such as cresonole; water; and mixed solvents thereof be able to.
  • the support membrane used in the present invention is a support membrane made of a polybenzazole-based polymer, it has high heat resistance. For this reason, ion exchange containing a high-boiling-point solvent, which cannot be used in the production of a conventionally known composite ion-exchange membrane using a polytetrafluoroethylene support membrane that generates a cleaving from a temperature of about 100 ° C. Resin set A composite ion exchange membrane can be made using the solution of the product. From this, it can be said that the support membrane used in the present invention has excellent characteristics from the viewpoint that many types of ion exchange resin compositions can be selected.
  • the concentration of the ion exchange resin in the solution of the ion exchange resin composition used in the present invention is not particularly limited, but is preferably 1% by mass / 0 or more, particularly preferably 10% by mass or more. More preferably, there is.
  • the concentration is preferably 50% by mass or less, more preferably 40% by mass or less. This concentration is 1 mass. If the concentration is less than 50% by mass, the ion exchange resin content in the composite membrane tends to decrease. The strength of the composite membrane becomes too large to reduce the reinforcing effect, the power generation performance decreases due to the thickness of the composite membrane becoming too large, and the impregnation of the ion exchange resin solution into the support membrane becomes incomplete, resulting in voids in the composite membrane. Tends to occur.
  • the content of the ion exchange resin in the composite ion exchange membrane of the present invention is preferably 50% by mass or more, more preferably 80% by mass or more. Further, this content is naturally less than 100% by mass, but is preferably not more than 99% by mass. If the content is less than 50% by mass, sufficient electric power generation performance cannot be obtained due to an increase in the conductive resistance of the composite ion exchange membrane or a decrease in water retention of the composite ion exchange membrane. Tends to be unfavorable. If the content exceeds 99% by mass, the strength and swelling resistance of the composite membrane tend to decrease. It is desirable that the composite ion exchange membrane of the present invention has less non-uniformity in the content of the ion exchange resin therein.
  • the variation in the X-ray count value is 50% in CV value. %, More preferably within 40%, particularly preferably within 25%. If the variation of the X-ray count value is larger than this, the content of the ion exchange resin inside the composite ion exchange membrane is uneven, the ionic conductivity of the membrane decreases, and the mechanical strength of the composite membrane also decreases. Therefore, there is a possibility that sufficient power generation performance cannot be obtained.
  • the composite ion exchange membrane of the present invention has an ion exchange resin inside. It is desirable that the non-existing area be as small as possible. That is, when a line analysis is performed using an electron probe microanalyzer in an analysis region that traverses the composite film in the thickness direction, the X-ray count value of the element to be measured is a value at an analysis point in the composite film. Of the analysis points having a value of 5% or less with respect to the maximum value of the total analysis points is in the range of 0 to 30%, more preferably 0 to 20%, and still more preferably 0 to 10%. It is desirable that there be.
  • the thickness of the composite ion exchange membrane of the present invention is preferably 10 ⁇ or more, and more preferably 20 ⁇ or more.
  • the thickness is preferably 500 ⁇ m or less, and more preferably 100 ⁇ m or less. If the thickness is less than 10 / xm, a problem such as a large fuel crossover tends to occur. If the thickness exceeds 500 im, the conductive resistance of the composite ion exchange membrane tends to increase.
  • the thickness of the composite ion-exchange membrane of the present invention may be adjusted by adjusting the concentration of a solution of the polybenzazole-based polymer forming the support membrane when preparing the support membrane, or by adjusting the solution containing the ion-exchange resin composition. It can be controlled by adjusting the concentration of water.
  • the composite ion exchange membrane of the present invention preferably includes a surface layer comprising the above ion exchange resin composition on both sides of the above support membrane.
  • the composite ion-exchange membrane of the present invention comprises a support membrane and an ion-exchange resin composition.
  • the surface layers 1 and 3 made of the ion-exchange resin composition containing no are included, more excellent characteristics are exhibited.
  • the composite ion exchange membrane of the present invention has high mechanical strength and excellent adhesion to the electrode layer when the electrode layer is formed on a brute force surface. This is because it has characteristics. '
  • the thickness of each of the surface layers is preferably 1 m or more, In particular, it is more preferably at least 2 ⁇ . Further, this thickness is preferably 50 ⁇ or less, and more preferably 30 ⁇ or less. Further, it is preferable that this thickness does not exceed half of the total thickness of the composite ion exchange membrane. If the thickness is less than 1 Aim, the adhesion to the electrode layer may be reduced, and the ionic conductivity may be reduced.
  • the thickness exceeds 50 ⁇ or exceeds half of the total thickness of the composite ion exchange membrane, the effect of reinforcement by the composite layer does not reach the outermost surface of the composite ion exchange membrane, and the composite ion exchange membrane When moisture is absorbed, only the surface layer may swell greatly and the surface layer may peel off from the composite layer.
  • composite ion exchange membrane of the present invention in order to further improve properties such as mechanical strength, ion conductivity, and peeling resistance of the crosslinked ion exchange resin composition layer formed on the surface, composite ion exchange membrane is used.
  • a method of heat-treating the film under appropriate conditions can also be preferably used.
  • the composite ion exchange membrane of the present invention further contains an ion exchange resin composition in order to adjust the thickness of the surface layer of the ion exchange resin composition formed on the surface. It may be immersed in a solution. Further, in the composite ion exchange membrane of the present invention, a solution containing the ion exchange resin composition is applied to the composite ion exchange membrane and then dried, so that the adhesion amount of the layer of the ion exchange resin composition is obtained. May be added.
  • the solution containing the ion exchange resin composition adhered to the surface of the support membrane Part of the ion-exchange resin composition layer by dropping it with a scraper, air knife, roller, etc., or absorbing it with a solution-absorbing material such as filter paper or sponge. Or other methods can be used.
  • a method of further improving the adhesiveness of the layer of the ion exchange resin composition by applying a heat press can also be used.
  • the composite ion exchange membrane of the present invention having such a structure has high ionic conductivity and excellent mechanical strength.
  • the composite filter of the present invention is used.
  • the on-exchange membrane can be used as a polymer solid electrolyte membrane of a polymer electrolyte fuel cell.
  • ion exchange resins used in Examples and Comparative Examples of the present invention were synthesized as in the following Synthesis Examples.
  • the ion exchange resins of Synthesis Examples 2 to 12 were synthesized in the same manner as in Synthesis Example 1 except that the types and molar ratios of the monomers were changed as shown in Table 1.
  • Table 1 also shows the measurement results of the yield and logarithmic viscosity of the ion-exchange resin. table 1
  • DCDPS 4,4'-dichlorodiphenyl sulfone
  • this solution was formed on a glass plate heated to 90 ° C. using an applicator having a clearance of 300 ⁇ at a film formation speed of 5 mm / sec.
  • the dope film thus formed on the glass plate is kept at 25 ° C and relative humidity of 80 as it is. / 0 to position it in the constant temperature and humidity bath coagulated 1 hour, and then washed with water and the resulting film until the washing liquid shows a pH 7 ⁇ 0. 5
  • a support membrane was prepared.
  • the prepared support film was confirmed to be a porous film having continuous pores with openings on both sides by surface morphology observation with an atomic force microscope and cross-sectional morphology observation with a transmission electron microscope. did.
  • the porosity of the support membrane was 69% and the porosity was 98%.
  • the support membrane was fixed in a stainless steel frame in water, and immersed in a 25% aqueous solution of dimethylacetamide (DMAc), a 50% aqueous solution of DMAc, and a 75% aqueous solution of DMAc for 1 hour each. Thereafter, the solvent was finally immersed in DMAc to replace the solvent contained in the support membrane with DMAc from water.
  • DMAc dimethylacetamide
  • Comparative Example 1 unlike Examples 1 and 12, the ion-exchange resin synthesized in Synthesis Example 1 was formed alone without forming a composite membrane. '
  • the composite ion exchange membranes of Comparative Examples 2 to 12 were prepared in the same manner as Comparative Example 1 except that the ion exchange resin used as the material for the ion exchange membrane was changed to the ion exchange resin of the synthesis example shown in Table 2. did.
  • the measured logarithmic viscosity of the ion exchange resin was 0.63 dlZg. ⁇
  • the yield of the obtained ion exchange resin was 45.3 g (74% yield).
  • the measured logarithmic viscosity of the ion exchange resin was 0.61 dl / g.
  • the yield of the obtained ion exchange resin was 48.0 g (yield 92%).
  • methanesulfonic acid was added to a dope containing polyphosphoric acid containing 14% by mass of a polyparaphenylene cis benzobisoxazole polymer with an intrinsic viscosity of 24 dL / g, and diluted with methanesulfonic acid.
  • An isotropic solution having a sol concentration of 1% by mass was prepared.
  • This solution is then 90.
  • a film was formed on a glass plate heated to C at a film forming speed of 5 mm / sec using an applicator with a clearance of 30 ⁇ m.
  • the dope film formed on the glass plate in this way is left as it is in a constant temperature / humidity bath at 25 ° C and a relative humidity of 80% for 1 hour to coagulate.
  • the resulting film is washed with a pH of 7 ⁇ 0. Washing was carried out until the value of 5 was reached to form a support membrane.
  • the prepared support membrane was confirmed to be a porous membrane having continuous voids with openings on both sides by observing the surface morphology with an atomic force microscope and the cross-sectional morphology with a transmission electron microscope. It was confirmed by observation. As a result of observation, the porosity of the support membrane was 69% and the porosity was 98%.
  • the support membrane was fixed in a stainless steel frame in water, and immersed in a 25% aqueous solution of dimethylacetamide (DMAc), a 50% aqueous solution of DMAc, and a 75% aqueous solution of DMAc for 1 hour each. Then, the solvent contained in the support membrane was immersed in DMA c to replace water with DMA c.
  • DMAc dimethylacetamide
  • the support membrane obtained as described above is immersed in a solution containing the ion exchange resin composition at 25 ° C. for 15 hours, taken out of the solution, and impregnated inside the membrane.
  • Solvent in solution containing attached ion exchange resin is volatilized by hot air and dried I let it.
  • the dried film is dried under reduced pressure at 120 ° C overnight, and then, while fixed to a metal frame, is irradiated with light using an ultraviolet lamp under a nitrogen atmosphere at 50 ° C for 1 hour. did.
  • the membrane was treated with 1 mo1 / L sulfuric acid at 80 ° C for 1 hour to convert the sulfonic acid group into an acid form, and further washed with water until no acid could be detected. Then, when the washed membrane was air-dried, a composite ion exchange membrane having a thickness of 47 was obtained.
  • the ionic group concentration of the obtained composite ion exchange membrane was 2. lme q / g, the content of the ion exchange resin was 93%, and the thickness of the composite layer was 14 ⁇ . Further, the obtained composite ion exchange membrane had a mass reduction rate of 0% in a water resistance test and an ion conductivity of 0.3 OS / cm.
  • the obtained composite ion exchange membrane exhibited good water resistance and ionic conductivity, and was flexible, tough, and excellent in handleability.
  • a support membrane was prepared in the same manner as in Example 13, and the support membrane was fixed to a stainless steel film in water, and a 25% aqueous solution of dimethylacetamide (DMAc) was used. After immersing in a 50% aqueous solution and a 75% aqueous DMAc solution for 1 hour each, the solvent was finally immersed in DMAc to replace the solvent contained in the support membrane from water with DMAc.
  • DMAc dimethylacetamide
  • the support membrane obtained as described above is immersed in a solution containing the ion exchange resin composition at 25 ° C. for 15 hours, taken out of the solution, impregnated into the membrane, and adhered to the membrane surface.
  • the solvent in the solution containing the ion-exchange resin was evaporated by hot air and dried.
  • the dried film was dried under reduced pressure at 70 ° C. for 3 days, and then heat-treated at 200 ° C. for 1 hour under a nitrogen atmosphere while being fixed to a metal frame.
  • the membrane removed from the frame is treated in lmo 1 / L sulfuric acid at 80 ° C for 1 hour, The sulfonic acid group was converted to the acid form, washed with water until free acid could not be detected, and air-dried to obtain a 0.004 cm thick composite ion-exchange membrane.
  • the ionic group concentration of the obtained composite ion exchange membrane was 1.9 meq / g, the content of the ion exchange resin was 92%, and the thickness of the composite layer was 14 ⁇ .
  • the obtained composite ion exchange membrane had a mass reduction rate of 0% in a water resistance test and an ion conductivity of 0.29 SZ cm.
  • the obtained composite ion exchange membrane exhibited good water resistance and ionic conductivity, and was flexible, tough, and excellent in handleability.
  • a solution dissolved in 6 g of dimethylacetamide was cast on a glass plate to a thickness of 300 ⁇ m, and dried under reduced pressure at 70 ° C. for 3 days.
  • the membrane was treated with 1 mo1 / L sulfuric acid at 80 ° C for 1 hour to convert the sulfonic acid group into an acid form, and further washed with water until no acid could be detected.
  • a transparent ion-exchange membrane having a thickness of 47 ⁇ was obtained.
  • the ionic group concentration of the ion exchange membrane of this comparative example was 2.2 ⁇ eq / g.
  • the mass loss rate in the water resistance test of the ion exchange membrane of this comparative example was 0%, and the ion conductivity was 0.1 SS SZcm, indicating good water resistance and ion conductivity. Was hard, inflexible, and somewhat brittle.
  • the film was fixed on a metal frame and treated at 200 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere.
  • the membrane was treated with lmo 1 / L sulfuric acid at 80 ° C for 1 hour to convert the sulfonic acid group into an acid form, and further washed with water until no acid could be detected.
  • the washed membrane After W air drying, a transparent ion-exchange membrane with a thickness of 49 ⁇ was obtained.
  • the ionic group concentration of the ion exchange membrane of this comparative example was 2.1 meqZg.
  • the mass loss rate of the ion exchange membrane of this comparative example in the water resistance test was 0. /.
  • the I on conductivity is 0. 3 3 SZ C m, inflexible and force the film is also hard to show good water resistance and ion conductivity was slightly brittle.
  • the composite ion-exchange membranes or the ion-exchange membranes of Comparative Examples 13 to 15 exhibited defects in any of the indicators such as ion conductivity, swelling resistance, mechanical strength, and water resistance. It is difficult to use it suitably as a polymer solid electrolyte membrane.
  • the composite ion-exchange membranes of Examples 13 and 14 have good ionic conductivity, are also good in terms of complexation, and are suppressed in swelling, and have a high water resistance. Therefore, it has been clarified that the composite ion exchange membrane has excellent characteristics and can be suitably used as a polymer solid electrolyte membrane for a fuel cell.
  • the viscosity of the polymer solution adjusted to a concentration of 0.5 g ZL using methanesulfonic acid as a solvent was measured using an Ubbelohde viscometer in a thermostat at 25 ° C. The viscosity was calculated.
  • the surface porosity of the support membrane was measured by the following method.
  • the support membrane dried at the critical point in this manner is coated with a platinum coating having a thickness of 150 ⁇ and accelerated by using SEM (S-800) manufactured by Hitachi, Ltd. At a voltage of 10 kV and a sample tilt angle of 30 degrees, observation with a scanning electron microscope (SEM) was performed. went.
  • a field of view corresponding to a 5 ⁇ angle was selected on a scanning electron micrograph of a 10,000 ⁇ magnification of the surface of the support membrane, and the area corresponding to the outermost surface of the membrane was selected.
  • the image is taken into a computer using an image scanner, and the image is analyzed using Scion Image, an image analysis software manufactured by Scion, USA. From the histogram of the image, the ratio occupied by the black part in the image was measured.
  • reference numeral 4 denotes fibrils of the support membrane
  • reference numeral 5 denotes voids.
  • the above operation was performed three times for one sample, and the average value was calculated to obtain the surface porosity of the support membrane.
  • the weight of water obtained from the difference between the weight of the support membrane in a water-containing state and the weight of the support membrane in an absolutely dry state is divided by the density of water to obtain water that fills the voids in the membrane.
  • the volume Vw [mL] was obtained.
  • the porosity of the support membrane was determined by the following calculation from Vw and the volume Vm [mL] of the membrane containing water.
  • the thickness of the composite layer constituting the composite ion-exchange membrane, and the thickness of the surface layer made of the ion-exchange resin composition without the support membrane formed on both sides of the composite layer sandwiching the composite layer are as follows. Was measured as follows.
  • the tip of the block was cut with a diamond knife (SK2045, manufactured by Sumitomo Electric Industries, Ltd.) using an ultramicrotome (LKB, 208 8ULTROTOME V) to expose a smooth cross section.
  • LKB low-density polyethylene glycol
  • 208 8ULTROTOME V ultramicrotome
  • the part closest to the outer surface of the composite ion-exchange membrane is the outermost surface of the composite layer, and the part of the composite ion-exchange membrane The distance to the outer surface was defined as the thickness of the surface layer.
  • a platinum wire (diameter: 0.2 mm) was pressed against the surface of a strip-shaped composite ion exchange membrane sample using a self-made measurement probe (manufactured by Teflon (registered trademark)), and the temperature was kept at 80 ° C 95% RH at a constant temperature of 5%.
  • the sample is held in a constant-humidity oven (LH-20-01) manufactured by Nagano Kagaku Kikai Seisakusho Co., Ltd., and the AC impedance at 10 KHz between platinum wires is measured by SOL ARTRON, 1250. Measured by FREQUENCY RE S PONSE ANAL YSER.
  • the measurement was performed while changing the distance between the electrodes, and from the gradient plotting the distance between the electrodes and the measured resistance value, the ionic conductivity with the contact resistance between the membrane and the platinum wire canceled was calculated by the following equation.
  • Ion conductivity [S / cm] 1 / film width [cm] x film thickness [cm] x resistance gradient [ ⁇ / cm]
  • the ion-exchange resin was dissolved in an N-methyl-2-pyrrolidone solution to a polymer concentration of 0.25 g / d 1 and measured at 30 ° C. using an Ostwald viscometer.
  • Ion exchange equivalent [me q / g] (10—titration [ml]) / 2 (viii) Measurement method of ion exchange resin (ICP) content of composite ion exchange membrane
  • the ion exchange resin content of the composite ion exchange membrane was measured by the following method. First, the basis weight D c [g / m 2 ] of the composite ion exchange membrane dried in vacuum at 110 ° C. for 6 hours was measured. Next, the support membrane under the same manufacturing conditions as those used for the production of the composite ion exchange membrane was dried without forming the ion exchange resin composition into a composite, and the basis weight of the dry support membrane D s [g / m 2 ] Was measured. Then, from these values, the ion exchange resin content of the composite ion exchange membrane was determined by the following calculation.
  • the swellability of the composite ion exchange membrane was measured as follows.
  • the film thickness of the composite ion exchange membrane was measured immediately after removal.
  • the rate of change (%) with respect to the thickness of the composite ion exchange membrane before the hot water treatment was defined as the swellability of the composite ion exchange membrane.
  • Methanol permeation rate (mm o I'm— 2 'sec- 1 ) slope of plot (mm o 1 / sec) ⁇ area of sample (m 2 )
  • the ion-exchange membranes of Comparative Examples 1 to 12 using the ion-exchange resin as a sole material have good ionic conductivity itself, but have significant swelling. It is difficult to use it suitably as a polymer solid electrolyte membrane.
  • the composite ion-exchange membranes of Examples 1 to 12 have good ion conductivity, are also good in terms of compounding, and are suppressed in swelling. It has been clarified that the composite ion exchange membrane has excellent properties and can be suitably used as an electrolyte membrane. Further, the composite ion-exchange membranes of Examples 1 to 12 are ion-exchange membranes composed of only the corresponding ion-exchange resin, compared to Comparative Example 13, in which the ion conductivity was hardly reduced and the methanol permeability was small. I have.
  • the composite ion exchange membranes of Examples 4 and 10 to 12 having a small ion exchange capacity can be suitably used as a polymer solid electrolyte membrane of a direct methanol fuel cell because the methanol permeability is particularly small.
  • a composite membrane piece cut to a width of 30 O / imX and a length of 5 mm is made of a resin with a composition of Lubeac 812 (manufactured by Nacalai Tesque) / Lubeac NMA (manufactured by Nacalai Tesque) / DMP 30 (manufactured by TAAB)-100/89/3 Embed and cure the block at 60 ° C for 12 hours.
  • the X-ray count value of the target element was read by setting the beam diameter to the minimum with a high-angle back of 5111 and a low-angle back of 5 m at the position of the spectroscope fixed so as to be incident on the crystal.
  • the measurement area was a straight line that traversed the composite membrane in the thickness direction.
  • the distribution state of the ion exchange resin was determined using the X-ray count value of sulfur, which is an element contained only in the ion exchange resin.
  • the variation in the X-ray count value of sulfur in the composite ion-exchange membrane was 21% and 58%, respectively, when represented by CV values.
  • the composite ion exchange membrane of the present invention has a more uniform ion exchange resin distribution in the composite membrane than the composite ion exchange membrane of the present invention, and is a superior membrane.
  • the acceleration voltage, irradiation current, and measurement time were randomly selected at the center of the composite film at five points at the same distance from the film surface, and point analysis was performed in advance under the above-mentioned spectrometer conditions and beam diameter. Conditions were adopted in which the measured values varied within CV 20%. In the obtained line analysis data, those having the minimum value at the closest point from both surfaces outside the composite membrane were connected as a baseline, and this was subtracted to calculate the count value at each point. Of these, only the data in the region within the composite membrane was adopted, and the number of points that were less than 5% of the maximum value was calculated. The measurement was performed 10 times while changing the analysis position, and the average value was used as the target value.
  • the composite ion-exchange membrane of the present invention is more excellent than the composite ion-exchange membranes of the present invention because the unevenness of the distribution of the ion-exchange resin in the composite membrane is small and there is almost no composite portion with a small amount of the ion-exchange resin. It is.
  • the composite ion exchange membrane of the present invention is a composite ion exchange membrane having high swelling resistance and excellent mechanical strength and ion conductivity.
  • the composite ion exchange membrane of the present invention can be suitably used as a polymer solid electrolyte membrane of a polymer electrolyte fuel cell.

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Abstract

イオン交換樹脂組成物と、膜を貫通する連続した空隙を有する支持体膜と、を備える複合イオン交換膜であって、前記支持体膜は、前記空隙中に前記イオン交換樹脂組成物を含浸する支持体膜であり、前記イオン交換樹脂組成物は、特定の化学構造を有する化合物と、芳香族ジハロゲン化合物と、ビスフェノール化合物と、をアルカリ金属の炭酸塩および/または重炭酸塩と混合し、これらの混合物を有機溶媒中で重合させて得られる芳香族ポリエーテルおよび/またはその誘導体を主成分とするイオン交換樹脂を含有するイオン交換樹脂組成物である、複合イオン交換膜によって耐膨潤性が高く、機械的強度とイオン伝導性とに優れる複合イオン交換膜を提供することができる。

Description

明細書 複合イオン交換膜 技術分野
本発明は、 複合イオン交換膜に関する。 詳しくは、 本発明は、 機械的強度とィ オン伝導性 (プロトン伝導性) とに優れる複合イオン交換膜に関する。 背景技術
近年、 エネルギー効率や環境性に優 た新しい発電技術が注目を集めている。 中でも高分子固体電解質膜を使用した固体高分子形燃料電池はエネルギー密度が 高く、 また、 他の方式の燃料電池に比べて運転温度が低いため起動、 停止が容易 であるなどの特徴を有するため、 電気自動車や分散発電などの電源装置としての 開発が進んできている。 また、 同じく高分子固体電解質膜を使用し、 燃料として メタノールを直接供給する直接メタノール型燃料電池も携帯機器の電源などの用 途に向けた開発が進んでいる。
高分子固体電解質膜には、 通常、 プロ トン伝導性のイオン交換樹脂を含む膜が 使用される。 高分子固体電解質膜にはプロトン伝導性以外にも、 燃料の水素ゃメ タノールなどの透過を防ぐ燃料透過抑止性や機械的強度などの特性が必要である。 このような高分子固体電解質膜としては、 たとえば米国デュポン社製ナフイオン (登録商標) に代表されるようなスルホン酸基を導入したパーフルォロカーボン スルホン酸ポリマーを含む膜が知られている。
しかしながら、 パーフルォロカーボンスルホン酸ポリマーを含む膜は 1 0 0 °C 以上では軟化するため、 この膜を用いた燃料電池では運転温度が 8 0 °C以下に制 限されていた。 運転温度が上がると、 エネルギー効率、 装置の小型化、 触媒活性 の向上など、 さまざまな利点があるため、 耐熱性の高分子固体電解質膜が検討さ れてきた。
そこで、 パーフルォ口カーボンスルホン酸ポリマーを含む膜に代わる高分子固 体電解質膜として、 ポリエーテルエーテルケトン系やポリエーテルスルホン系、 ポリスルホン系などのポリマーに、 スルホン酸基などのイオン性基を導入したポ リマーを含有する、 いわゆる炭化水素系高分子固体電解質が近年盛んに検討され ている。
その中の一つに、 スルホン酸基を導入したポリスルホンを含む膜がある (たと えば、 エフ ノレフラノ (F. Lu f r a n o) 他 3名著、 「スルホネィテッド ポリスノレホン ァズ プロマイジング メンブランズ フォー ポリマー エレ タ トロライ ト フユエル セノレズ」 (Su l f o n a t e d P o l y s u l f o n e a s P r om i s i n g Memb r a n e s f o r P o l ym e r E l e c t r o l y t e F e l C e l l s) 、 ジャーナル ォブ アプライ ド ポリマー サイエンス (J o u r n a l o f Ap p l i e d P o l yme r S c i e n c e) , (米国) 、 ジョン ワイリー アンド サ ンズ インク (J o h n Wi l e y & S o n s, I n c. ) 、 2000 年、 77号、 p. 1250- 1257を参照) 。 ポリスルホンは高い耐熱性を有 し、 力つ有機溶媒に可溶であるなど加工性に優れることから、 高分子固体電解質 膜の原料として適している。 しかし、 通常ポリスルホンは、 濃硫酸や無水硫酸な どのスルホン化剤によってスルホン酸基を導入するが、 この方法ではスルホン化 反応の制御が困難であった。 そのため、 所望のスルホン化度に調節できなかった り、 不均一なスルホン化や副反応によって、 ゲル化などの問題を起こす場合があ つた。
また、 前記スルホン酸基を導入したポリスルホンを含めた炭化水素系高分子固 体電解質は、 パーフルォロカーボンスルホン酸ポリマーを含む膜に比べて、 水和. 膨潤しゃすく、 高湿度下での耐水性に問題があった。
このような膨潤を抑制する方策の一つとして、 塩基性ポリマーとの混合による 技術が検討されている。 この技術は、 高分子固体電解質膜中のスルホン酸基を、 塩基性ポリマーによって架橋することで膨潤を抑制しょうとするものである。 た とえば、 スルホン酸基を有するポリエーテルスルホン系ポリマーや、 スルホン酸 基を有するポリエーテルエーテルケトン系ポリマー (酸性ポリマー) などと、 ポ リベンズィミダゾール系ポリマー (塩基性ポリマ一) との混合物を用いる技術な どがある (たとえば、 国際公開第 99/54389号パンフレッ トを参照) 。 また、 イオン性基であるスルホン酸基間を共有結合により架橋することで、 膨 潤を抑制する技術も検討されている (たとえば、 特開平 6— 931 14 (US 5 438082、 EP 057479 1 B 1) 、 国際公開第 99/61 141号パン フレツト、 国際公開第 99/38897号パンフレツトを参照) 。
し力 し、 上記の技術は、 いずれも膨潤自体は抑制できるものの、 イオン性基が 架橋反応によりイオン性を示さなくなるため、 ィォン伝導性が低下するという問 題点があった。
また、 架橋構造を有する高分子固体電解質膜として、 スチレン Zジビュルベン ゼン共重合体のスルホン化物を含む膜は、 初期の固体高分子形燃料電池に使用さ れたことで良く知られている。 しかし、 この高分子固体電解質膜は、 ポリマー骨 格そのものの耐久性に乏しく、 燃料電池として満足な性質を示さなかった。 さらに、 ルイス酸を触媒としてポリマー中のクロロメチル基を架橋反応させて 得られるイオン交換体に関する技術もある (たとえば、 特開平 2— 248434 号公報、 特開平 2— 245035号公報を参照) 。 しかし、 この技術の架橘反応 ·には、 触媒が必要である。 よって、 ポリマーと触媒を混合してイオン交換体の成 形体を得る場合には、 触媒の残留が問題となる。 また、 ポリマーの成形体を触媒 で処理してイオン交換体の成形体を得る場合には、 ポリマーの成形体の内部で架 橋反応が起こりにくいことが問題となる。
そこで、 既存のポリマーをスルホン化するのではなく、 スルホン酸基を有する モノマーを重合して、 スルホン化ポリマーを合成し高分子固体電解質として利用 することが検討されている (たとえば、 特開平 5— 1 149号公報および米国特 許出願公開第 2002/0091 225号明細書を参照) 。 これらのスルホン化 ポリマーは、 スルホン化度の調節が容易にでき、 均一な溶液が得やすいため優れ ている。 ここで、 高分子固体電解質をイオン交換膜として用いる場合、 特に燃料 電池のプロトン交換膜として用いる場合には、 膜のイオン伝導性が高いほど性能 が良くなる。 そのため、 膜中のスルホン酸基濃度を大きくすれば、 イオン伝導性 は大きくなる。 しかしながら、 上記のスルホン化ポリマーの中でもスルホン化度 が大きいものは膨潤が著しくなるため、 燃料電池のプロトン交換膜として使用し た場合に、 ガスのクロスオーバー、 クロスリーク、 電極の剥離、 破損などの問題 が生じる傾向がある。
そのため、 高分子固体電解質膜に種々の補強材を組合わせることで、 高分子固 体電解質膜の機械的強度を向上させ、 寸法変化を抑制する技術が検討されている。 その一つとして、 スルホン化モノマーから重合したスルホン化ポリマーと類似の 構造の非スルホン化ポリマーとをブレンドすることで補強することが行なわれて いる (たとえば、 特開平 5— 4 0 3 1号公報を参照) 。 しかしながら、 スルホン 化ポリマーと非スルホン化ポリマーとは極性が大きく異なるため相溶しにくく、 均一な膜が得られないという欠点があつた。
また、 スルホン化ポリマーの補強を多孔質の支持体膜で行なうことも提案され ている (たとえば、 国際公開第 0 0 / 2 2 6 8 4号パンフレットを参照) 。 しか しながら、 スルホン化ポリマーとしては、 既存のポリマーのスルホン化物のみが 挙げられており、 より優れた高分子電解質であるスルホン化モノマーから重合し たスルホン化ポリマーを用いた例は、 この文献には記載されていない。 また、 こ の文献に記載されている支持体は膜の空隙率が小さいために、 複合膜化するとィ ォン伝導性が低下するという欠点があった。
上記の現状に基づき、 本発明の主要な課題は、 耐膨潤性が高く、 機械的強度と ィォン伝導性とに優れる複合ィォン交換膜を提供することである。 発明の開示
本発明者らは、 上記の課題を解決するためには、 スルホン化モノマーから重合 されて得られるスルホン化ポリスルホンを含有するィォン交換樹脂組成物と、 多 孔質の支持体膜とを備える複合イオン交換膜を用いればよいとの着想を得、 その ような複合イオン交換膜の中から、 燃料電池における高分子固体電解質膜として 好適な特性を有するものを見出すべく、 鋭意研究開発を行った。
その結果、 本発明者らは、 特定の原料を重合して得られる芳香族ポリエーテル およびノまたはその誘導体を含有するィォン交換樹脂組成物を、 膜を貫通する連 続した空隙を有する支持体膜に含浸することにより、 耐膨潤性が高く、 機械的強 度とイオン伝導性とに優れる複合ィオン交換膜を得られることを見出した。
また、 本発明者らは、 上記の芳香族ポリエーテルおよび/またはその誘導体が 特定の化学構造を有する場合には、 さらに複合イオン交換膜の性能が向上するこ とを明ら力にした。 そして、 本発明者らは、 上記の複合イオン交換膜を特定の構 造にすることによって、 さらに複合イオン交換膜の性能が向上することを明らか にし、 本発明の完成に至った。
すなわち、 本発明の複合イオン交換膜は、 イオン交換樹脂組成物と、 膜を貫通 する連続した空隙を有する支持体膜と、 を備える複合イオン交換膜であって、 こ の支持体膜は、 この空隙中にこのィォン交換樹脂組成物を含浸する支持体膜であ り、 このイオン交換樹脂組成物は、 化学式 1で表される化合物と、 芳香族ジハロ ゲン化合物と、 ビスフエノ一ル化合物とを主成分とするモノマー成分を、 アル力 リ金属の炭酸塩および/または重炭酸塩と混合し、 これらの混合物を有機溶媒中 で重合させて得られる芳香族ポリエーテルおよび/またはその誘導体を主成分と するィォン交換樹脂を含有するィォン交換樹脂組成物である、 複合ィオン交換膜 である。
(化学式 1 )
Figure imgf000007_0001
(なお、 化学式 1において、 Qは一 S (= θ ) 2—基または— C (= 0 ) —基を 表わす。 Xは H, L i, N a , K原子のいずれかを表わす。 Υは F , C 1 , B r , I原子のいずれかを表わす。 )
あるいは、 本発明の複合イオン交換膜は、 イオン交換樹脂組成物と、 膜を貫通 する連続した空隙を有する支持体膜と、 を備える複合イオン交換膜であって、 こ の支持体膜は、 この空隙中にこのイオン交換樹脂組成物を含浸する支持体膜であ り、 このイオン交換樹脂組成物は、 化学式 2 Aと化学式 2 Bとで表される結合単 位をそれぞれ化学式 2 A:化学式 2 B = n : mの比率で含有するイオン交換樹脂 を含有するイオン交換樹脂組成物である、 複合ィオン交換膜である。 A r 1一 O (化学式 2A)
Figure imgf000008_0001
A r 2一〇 (化学式 2B)
(なお、 化学式 2 Aおよび化学式 2 Bにおいて、 Zは H, L i, N a , K, 脂肪 族または芳香族アミン由来のカチオンのいずれかを表わす。 A r iおよび A r 3 はそれぞれ独立して 1種類以上の二価の有機基を表わす。 A r 2は電子吸引性基 を有する芳香環を含む 1種類以上の二価の有機基を表わす。 nは 1〜1 0 0 0の 範囲の整数を、 mは 0〜1 0 0 0の範囲の整数を、 それぞれ表わす。 )
ここで、 この A r 2は、 化学式 3、 化学式 4、 化学式 5で表される結合単位か らなる群より選ばれる 1種類以上の結合単位であることが好ましい。
Figure imgf000008_0002
(なお、 化学式 3、 化学式 4、 化学式 5において、 Aは他の結合単位との結合部 位を表わす。 )
また、 この A r およびこの A r 3は、 化学式 6および化学式 7で表される結 合単位よりそれぞれ独立して選ばれる 1種類以上の結合単位であることが望まし い。
Figure imgf000009_0001
(なお、 化学式 6および化学式 7において、 Aは他の結合単位との結合部位を表 わす。 )
さらに、 この A r およびこの A r 3は、 いずれもこの化学式 6で表される結 合単位であり、 この A r 2は、 この化学式 3で表される結合単位であり、 この n およびこの mは、 数式 1を満たす 1〜1 000の範囲の整数であることがさらに 好ましい。
0. 2≤n/ (n+m) ≤ 0. 8 (数式 1 )
あるいは、 この A r およびこの A r 3は、 いずれもこの化学式 6で表される 結合単位であり、 この A r 2は、 この化学式 4で表される結合単位であり、 この nおよびこの mは、 数式 2を満たす 1〜1 00◦の範囲の整数であってもよい。
0. 2≤n/ (n+m) ≤ 0. 8 (数式 2)
または、 この A r およびこの A r 3は、 いずれもこの化学式 7で表される結 合単位であり、 この A r 2は、 この化学式 3で表される結合単位であり、 この n およびこの mは、 数式 3を満たす 1〜1 000の範囲の整数であってもよい。
0. 3≤n/ (n+m) ≤ 0. 7 (数式 3 )
そして、 本発明の複合イオン交換膜は、 このイオン交換樹脂組成物からなる表 面層をこの支持体膜の両面に備えることが好ましい。 また、 この表面層のそれぞ れの厚みは、 1〜50 μπιの範囲であり、 かっこの複合イオン交換膜の全厚みの 半分を超えない範囲であることが望ましい。 さらに、 この支持体膜の少なくとも 一方の面の開孔率は、 40〜9 5%の範囲にあることが推奨される。
また、 本発明の複合イオン交換膜におけるイオン交換樹脂組成物は、 分子中に イオン性基を有し、 かつ分子中に光架橋性基および または熱架橋性基を有する ィオン交換樹脂を架橋して得られる架橋イオン交換樹脂を含有するものであるこ とが好ましい。
ここで、 この光架橋性基は、 化学式 8で表される化学構造の架橋性基および化 学式 9で表される化学構造の架橋性基をともに含むことが好ましい
Figure imgf000010_0001
0
(化学式 8) (化学式 9)
(化学式 8および化学式 9において、 Rは炭素数が 1 ~ 1 0の範囲の脂肪族炭化 水素基を表わす。 oは、 1〜4の範囲の整数を表わす。 )
そして、 この熱架橋性基は、 化学式 1 0〜化学式 1 5で表される化学構造の熱 架橋性基からなる群より選ばれる 1種類以上の熱架橋性基であることが望ましい。
(化学式")
式 1 3)
式 1 5)
Figure imgf000010_0002
(化学式 1 0〜化学式 1 5において、 1〜!^9は、 それぞれ独立に、 水素原子、 炭素数 1〜1 0の範囲のアルキル基、 フエニル基、 炭素数 6〜2 0の範囲の芳香 族基、 ハロゲン原子のいずれかを表わす。 Pは、 水素原子、 炭素数 1〜1 0の範 囲の炭化水素基、 ハロゲン、 ニトロ基、 一 S 03 T基のいずれかを表わす。 Tは、 H原子あるいは 1価の金属イオンを表わす。 nは、 1〜4の範囲の整数を表わ す。 )
また、 このイオン性基は、 スルホン酸基および/またはホスホン酸基であるこ とが好ましい。 さらに、 このイオン交換樹脂のポリマー主鎖は、 ポリエーテルス ルホン系主鎖またはポリエーテルケトン系主鎖であることが望ましい。 そして、 本発明の複合イオン交換膜は、 このイオン交換樹脂組成物からなる表 面層をこの支持体膜の両面に備えることが好ましい。
ここで、 この表面層のそれぞれの厚みは、 1〜5 0 の範囲であり、 かつ前 記複合イオン交換膜の全厚みの半分を超えない範囲であることが望ましい。 また、 この支持体膜の少なくとも一方の面の開孔率は、 4 0〜 9 5 °/0の範囲にあること が推奨される。
さらに、 この支持体膜は、 ポリベンザゾール系ポリマーを材質として含むこと が好ましい。
そして、 この支持体膜は、 このポリベンザゾール系ポリマーを 0 . 5〜2質 量。 /0の範囲の含有率で含む等方性溶液を膜状に成型した後、 凝固させて得られた ものであることが望ましい。
また、 本発明の複合イオン交換膜は、 その断面において、 複合イオン交換膜を 厚み方向に縦断する直線を分析領域に設定し、 イオン交換樹脂のみが含有する元 素について電子プローブマイクロアナライザーを用レ、線分析を行う場合に、 X線 カウント値のばらつきが C V値で 5 0 %以内となるものであることが好ましい。 さらにまた、 本発明の複合イオン交換膜は、 その断面において、 複合イオン交 換膜を厚み方向に縦断する直線を分析領域に設定し、 イオン交換樹脂のみが含有 する元素について電子プローブマイクロアナライザーを用いて線分析を行つた際、 該測定元素の X線カウント値について、 最大値に対して 5 %以下の値をとる分析 点の数が全分析点の 0〜 3 0 %の範囲であるものであることが好ましい。 図面の簡単な説明 、
図 1は、 本発明の複合イオン交換膜の一例の断面構造の概略を示す模式図であ る。
図 2は、 本発明に用いる支持体膜の一例を、 イオン交換樹脂組成物との複合化 前に臨界点乾燥して、 その表面を走査型電子顕微鏡で観察した像の写真を写した 図である。 発明を実施するための最良の形態 以下、 実施の形態を示して本発明をより詳細に説明する。
<複合イオン交換膜 >
本発明の複合イオン交換膜は、 イオン交換樹脂組成物と、 膜を貫通する連続し た空隙を有する支持体膜とを備える複合イオン交換膜であって、 この支持体膜は、 この空隙中にこのィォン交換樹脂組成物を含浸する支持体膜であり、 このイオン 交換樹脂組成物は、 化学式 1で表される化合物と、 芳香族ジハロゲン化合物と、 ビスフエノール化合物とを主成分とするモノマー成分を、 アルカリ金属の炭酸塩 および/または重炭酸塩と混合し、 これらの混合物を有機溶媒中で重合させて得 られる芳香族ポリエ一テルおよび Zまたはその誘導体を主成分とするィォン交換 樹脂を含有するィオン交換樹脂組成物である、 複合ィォン交換膜である。
(化学式 1 )
Figure imgf000012_0001
(なお、 化学式 1において、 Qは一S (= θ) 2—基または一 C (=〇) 一基を 表わす。 Xは H, L i , N a , Κ原子のいずれかを表わす。 Υは F , C 1 , B r : I原子のいずれかを表わす。 )
ここで、 上記の化学式 1の化合物は、 たとえば、 4 , 4 'ージクロロジフエ- ノレスノレホン、 4, 4 '—ジフノレオロジフエニノレスノレホン、 4, 4 '—ジクロロベン ゾフヱノン、 4 , 4 'ージフルォロベンゾフエノンなどの化合物を発煙硫酸など で加熱してスルホン化することにより得ることができる。
また、 上記の化学式 1における Qは、 一 S (= 0 ) 2—基であることが、 モノ マーおよびポリマーの溶解性が向上するため好ましい。 さらに、 上記の化学式 1 における Yは、 Fまたは C 1であることが、 反応性が高くなるため好ましい。 そ して、 上記の化学式 1における Xは、 H原子ではないほうが好ましく、 N a、 K 原子であることが好ましい。
ここで、 上記の化学式 1で表される化合物として好ましい例を化学式 8 A〜化 学式 8 Dおよびィヒ学式 9 A〜化学式 9 D (それぞれ複数の化学式を含む) として 示す。
Figure imgf000013_0001
(ィ匕学式 8A) (化学式 8B)
Figure imgf000013_0002
(化学式 8C) (化学式 8D)
Figure imgf000013_0003
(化学式 9A) (化学式 9B)
Figure imgf000013_0004
(化学式 9C) (化学式 9D) 本発明における芳香族ジハロゲン化合物は、 少なくとも 1つの芳香族環と、 芳 香族環に結合した少なくとも二つのハロゲン原子とを有する化合物を指す。 かか る芳香族ジハロゲン化合物としては、 ハロゲン原子が結合しているのと同一の芳 香環に電子吸引性基が結合しているものが好ましく、 ハロゲン原子に対してオル ト位もしくはパラ位に結合しているものがより好ましい。 さらに、 電子吸引性基 としては、 たとえば、 スルホン基、 スルホ二ノレ基、 カルボエノレ基、 フォスフィン ォキシド基、 ニトロ基、 シァノ基などを挙げることができる。 そして、 ハロゲン 原子は Fまたは C 1原子が好ましい。 また、 二つ以上のハロゲン原子は同一の芳 香環に結合していても、 別の芳香環に結合していてもよい。
ここで、 上記の芳香族ジハロゲン化合物の好ましい例として、 化学式 1 0 A〜 化学式 1 0 Iに表される化学構造の化合物が挙げられる。
Figure imgf000014_0001
(化学式 1 OA) (化学式 1 OB)
Figure imgf000014_0002
(化学式 10C) (化学式 10D) (化学式 ΙΟΕ)
Figure imgf000014_0003
(化学式 1 OF) (化学式 10G) (化学式 10H) (化学式 101) なお、 化学式 10Cの化合物は、 二つ以上のハロゲン原子を有しているが、 実 質的に重合反応に寄与するハロゲン原子は二つであるため、 他の芳香族ジハ口ゲ ン化合物と同様に、 ポリマー合成に好適に用いることができる。
本 明における芳香族ジハロゲン化合物は、 上記の化学式 1 OA〜化学式 10 Iに表される化合物の中でも、 4, 4,ージクロロジフエ-ルスルホン、 4, 4' ージフノレォロジフエニノレスノレホン、 2, 6—ジクロロべンゾ-トリノレ、 2, 6— ジブルォ口べンゾニトリルが特に好ましく、 2, 6—ジクロ口べンゾ トリル、 2, 6ージフルォロベンゾニトリルが最も好ましい。
そして、 上記のビスフエノール化合物とは、 芳香環に結合した水酸基 (フエノ ール性水酸基) を 2個有する化学構造の化合物を表わす。
ここで、 上記のビスフユノール化合物の好ましい例として、 化学式 1 1A〜化 学式 1 1 Pに表される化学構造の化合物を挙げる。
Figure imgf000015_0001
(化学式 11 A) (化学式 11 B) (化学式 11 C) (化学式 11 D)
(化学式 11 F)
Figure imgf000015_0002
(化学式 11 H)
(化学式 11 J)
(化学式 111)
Figure imgf000015_0003
(化学式 11 ϋ
Figure imgf000015_0004
(化学式 11 M) H00
Figure imgf000015_0005
¾ -°H (化学式 N)
(化学式 11 p)
Figure imgf000015_0006
また、 上記のビスフエノール化合物としては、 化学式 1 1 A〜化学式 1 1 Pに 表される化学構造の化合物の中でも、 4, 4'ービフエノール、 9 , 9一ビス (ヒ ドロキシフエニル) フルオレンが特に好ましく、 4, 4'—ビフエノールカ S 最も好ましい。 くイオン交換樹脂の製造方法 >
そして、 本発明に用いるイオン交換樹脂の主成分である芳香族ポリエーテルお よび/またはその誘導体は、 上記の化学式 1で表される化合物と、 芳香族ジハロ ゲン化合物と、 ビスフエノール化合物とを主成分とするモノマー成分を、 アル力 リ金属の炭酸塩および/または重炭酸塩とを混合し、 有機溶媒中で加熱して重合 反応を生じさせることにより得られる。
ここで、 上記の有機溶媒としては、 高極性有機溶媒である、 たとえば、 N—メ チルー 2—ピロリ ドン、 N , N,ージメチルァセトアミ ド、 N , Ν'—ジメチルホ ノレムアミ ド、 ス^^ホラン、 ジメチ^/ス^/ホキシド、 へキサメチノレホスホンアミ ド などの非プロ トン性極性溶媒を好適に用いることができる。 また、 これらの溶媒 の中でも、 沸点が高い Ν—メチルー 2—ピロリ ドン、 スルホランなどが、 反応温 度を高くして反応速度を大きくできるため特に好ましい。
上記のアルカリ金属の炭酸塩および/または重炭酸塩としては、 たとえば、 炭 酸カリウム、 炭酸ナトリウムなどが好ましい。
また、 上記の化学式 1'で表される化合物は吸湿しやすいため、 前もって乾燥し ておくことが好ましい。 さらに、 上記のビスフエノール化合物とアルカリ金属の 炭酸塩および Ζまたは重炭酸塩との反応で生成する水は、 副反応の原因となるた め、 原料モノマーとの間の反応が起こるより前に系外に取り除くことが好ましい。 ここで、 系内の脱水は、 トルエン、 ベンゼン、 クロ口ベンゼンなどとの共沸、 水 素化カルシウム、 無水硫酸ナトリウム、 モレキュラーシープなどの脱水剤による 吸着など、 公知の任意の方法を用レ、ることができる。
さらに、 上記の重合反応の温度は、 1 5 0 °C以上であることが好ましく、 特に 1 8 0 °C以上であればより好ましい。 また、 この温度は、 3 0 0 °C以下であるこ とが好ましく、 特に 2 5 0 °C以下であればより好ましい。 この温度 1 5 0 °C未 満の場合には、 重合度が十分に上がらない傾向があり、 この温度が 3 0 0 °Cを超 えると、 架橋や分解などの副反応が著しくなるという傾向がある。
そして、 上記の重合反応の時間は、 3時間以上であることが好ましく、 特に 5 時間以上であればより好ましい。 また、 この時間は、 5 0時間以下であることが 好ましく、 特に 3 0時間以下であればより好ましい。 この時間が 3時間未満の場 合には、 ポリマーの重合度や回収率が低下するという傾向があり、 この時間が 5 0時間を超えると、 架橋や分解などの副反応により目的の特性を有するポリマー を得ることが困難になるという傾向がある。
また、 上記の重合反応は、 窒素などの不活性ガス雰囲気中で行なうことが好ま しい。
そして、 上記の方法で重合反応を行なって芳香族ポリエーテルおよび/または その誘導体を得た場合、 この芳香族ポリエーテルおよびノまたはその誘導体を主 成分とするィオン交換樹脂は、 単離してから本発明の複合ィオン交換膜の材質の 一部として用いてもよいし、 あるいは溶液中に溶解あるいは分散した状態で、 そ のまま支持体膜中に含浸させて、 本発明の複合ィォン交換膜を製造してもよい。 ここで、 上記の重合反応で得られた芳香族ポリエーテルおよび Zまたはその誘 導体を主成分とするイオン交換樹脂の単離は、 公知の任意の方法で行なうことが できるが、 たとえば、 水、 メタノーノレ、 エタノール、 アセトンなど、 およびこれ らの混合溶媒中で再沈して単離することが一般的である。
また、 上記のイオン交換樹脂を再沈して単離する前に、 重合溶液を濾過してあ らかじめ無機塩などを除いてもよい。 そして、 再沈して単離されたイオン交換樹 脂は、 熱水中で処理するなどして、 溶媒、 オリゴマー、 残留したモノマー、 無機 塩などの不純物を除くことができる。 さらに、 再沈して単離されたイオン交換樹 脂は、 硫酸、 塩酸などで処理して、 スルホン酸基をアルカリ金属塩から酸へ変換 しておくこともできる。 これらの操作の後、 再沈して単離されたイオン交換樹脂 は、 濾過し、 乾燥することにより再沈溶媒を取除いて単離することができる。 くイオン交換樹脂組成物の支持体膜中への含浸 >
上記のようにして単離されたイオン交換樹脂を、 有機溶媒に溶解して溶液とし た上で、 支持体膜中に含浸させることにより、 支持体膜と、 単離されたイオン交 換樹脂を含有するィォン交換樹脂組成物とを複合化して、 本発明の複合ィオン交 換膜を得ることができる。
ここで、 上記の有機溶媒としては、 たとえば、 N—メチル一 2—ピロリ ドン、 N, N'—ジメチルァセトアミ ド、 N, Ν'—ジメチルホルムアミ ド、 スノレホラン、 ジメチルスルホキシド、 へキサメチルホスホンアミドなどを好適に用いることが できる。 また、 これらの有機溶媒の中でも、 N, N ' —ジメチルァセトアミ ド、 N, N ' —ジメチルホルムアミ ド、 N—メチルー 2 _ピロリ ドンなどが特に好ま しい。
また、 上記のようにして得られたィォン交換樹脂を含有するィオン交換樹脂組 成物を支持体膜中に含浸させる際には、 イオン交換樹脂の重合溶液をそのまま支 持体膜中に含浸させることもできる。 その際、 イオン交換樹脂が溶解または分散 した重合溶液を濾過や遠心沈降することによって、 イオン交換樹脂が溶解または 分散した重合溶液から無機塩などを除いておいてもよい。
また、 この場合、 イオン交換樹脂が溶解または分散した重合溶液に、 適宜 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 ホノレムアミ ド、 スルホラン、 ジメチノレスルホキシド、 へキサメチノレホスホンァミ ドなどの良溶媒を追加して、 この重合溶液中のイオン交換樹脂の濃度を調整して おいてもよい。
ここで、 支持体膜と上記のイオン交換樹脂組成物との複合化は、 支持体膜にィ オン交換樹脂を溶解または分散した溶液を含浸した後、 溶媒を除去することによ り行なうことができる。 イオン交換樹脂を溶解または分散した溶液は、 重合溶液 をそのまま用いてもよいし、 単離したイオン交換樹脂を再度、 溶媒に溶解または 分散した溶液を用いてもよい。
上記のイオン交換樹脂のスルホン酸基は、 酸型であってもよいが、 溶媒の分解 を抑制するためにはアルカリ金属などとの塩であることが好ましい。
上記のイオン交換樹脂を溶解または分散した溶液中における、 イオン交換樹脂 の濃度は、 5 w t %以上であることが好ましく、 特に 1 0 w t %以上であればよ り好ましい。 また、 この濃度は、 5 O w t %以下であることが好ましく、 特に 4 0 w t %以下であればより好ましい。 このィオン交換樹脂の濃度が 5 w t %未満 の場合には、 本発明の複合イオン交換膜中のイオン交換樹脂の含有率が少なくな るためにイオン伝導性が低下する傾向があり、 この濃度が 5 O w t °/0を超えると、 イオン交換樹脂を溶解または分散した溶液の粘度が增大して取扱いが困難になる 傾向がある。 '
また、 上記のイオン交換樹脂を溶解または分散した溶液は、 溶液の濁りやゲル 化が生じない範囲で、 水やアルコールなどの非溶媒を含んで V、てもよい。
ここで、 支持体膜が上記のィオン交換樹脂を溶解または分散した溶液と相溶し ない溶媒を含んでいる場合には、 含浸する前に支持膜中の溶媒を、 イオン交換樹 脂溶液と同一の溶媒に置換しておくことが好ましい。 なお、 溶媒の置換の過程で、 一度に置換することが困難な場合には、 それぞれの溶媒の混合比率の異なる混合 溶媒に浸漬するなどして、 段階的に置換してもよい。
また、 支持体膜を上記のイオン交換樹脂を溶解または分散した溶液に含浸する 場合、 含浸の時間、 温度、 浴比などは、.特に限定されず、 支持体膜の形状、 大き さ、 空隙率、 開孔率など、 あるいは上記のイオン交換樹脂の化学構造、 分子量な ど、 あるいは上記のイオン交換樹脂を溶解または分散した溶液の濃度、 粘度など の条件に応じて、 それぞれ適した条件を用いることができる。
さらに、 上記のイオン交換樹脂を溶解または分散した溶液を含浸した支持体膜 力 ら溶媒を除去するための乾燥方法は、 特に限定されず'、 熱風、 赤外線、 減圧な ど公知の任意の方法で行なうことができる。
そして、 本発明の複合イオン交換膜に備わるイオン交換樹脂組成物に含有され るイオン交換樹脂中のスルホン酸基が塩になっている場合には、 この複合イオン 交換膜を酸で処理してスルホン酸基を酸型に変換しておくこともできる。 なお、 本発明の複合イオン交換膜を燃料電池のプロ トン交換膜として用いる場合には、 酸型で用いることが好ましい。
この場合、 上記のイオン交換樹脂中のスルホン酸基酸型への変換に用いる酸と しては、 たとえば、 0 . 1〜; L O m o l Z Lの濃度の硫酸、 塩酸、 過塩素酸など の強酸の溶液を挙げることができる。
ここで、 上記のイオン交換樹脂中のスルホン酸基酸型への変換の処理の際には、 本発明の複合イオン交換膜を加熱してもよい。 また、 この酸処理の後は、 本発明 の複合イオン交換膜を水や熱水で充分洗浄して、 遊離の強酸が複合イオン交換膜 中に残存しないようにすることが好ましい。 ここで、 洗浄した本発明の複合ィォ ン交換膜を乾燥する場合には、 枠に固定して行なう方が好ましい。
くイオン交換樹脂の化学構造 >
本発明に用いるィォン交換樹脂は、 化学式 2 Aと化学式 2 Bとで表される結合 単位をそれぞれ化学式 2 A:化学式 2 B=n : mの比率で含有する化学構造を有 するイオン交換樹脂として表わすこともできる。
― (化学式 2A)
Figure imgf000020_0001
一 Ar 2— O— Ar 3— O— (化学式 2B) (なお、 化学式 2 Aおよび化学式 2 Bにおいて、 Zは H, L i, Na, K, 脂肪 族または芳香族ァミン由来のカチオンのいずれかを表わす。 A r iおよび A r 3 はそれぞれ独立して 1種類以上の二価の有機基を表わす。 A r 2は電子吸引性基 を有する芳香環を含む 1種類以上の二価の有機基を表わす。 nは 1〜1 000の 範囲の整数を、 mは 0〜1 000の範囲の整数を、 それぞれ表わす。 )
ここで、 上記の化学式 2 Aと化学式 2 Bとにおける nおよび mは、 1〜1 00
0の範囲の整数であるが、 0. 2 nZ (n+m) ≤ 0. 9の数式を満たす範囲 の整数であることが好ましい。
ここで、 本発明の複合イオン交換膜を、 燃料電池のプロトン交換膜 (水素を燃 料とするような固体高分子形燃料電池の高分子固体電解質膜) として用いる場合 には、 化学式 2 Aにおける Zは H原子であることが好ましい。 また、 本発明の複 合イオン交換膜を、 メタノールを燃料として用いる直接メタノール型燃料電池の 高分子固体電解質膜として用いる場合には、 化学式 2 Aにおける Zは H原子であ ることが好ましい。
また、 上記の化学式 2 Bにおいて、 A r 2は電子吸引性基を有する二価の有機 基を表わす。 さらに、 A r 2は電子吸引性基を有する二価の有機基の中でも、 電 子吸引性基が結合した芳香族基であることが好ましい。 前記電子吸引性基として は、 たとえば、 スルホン基、 スルホ-ノレ基、 力ノレボニル基、 フォスフィンォキシ ド基、.エトロ基、 シァノ基などを挙げることができる。 さらに、 電子吸引性基は、 エーテル結合の酸素原子に対して芳香族基のオルト位またはパラ位に結合してい ることが好ましい。 ここで、 A r 2の例としては化学式 1 2 A〜化学式 1 2 Eに表される化学構造 の結合単位を挙げることができる。
(化学式 1 2A) (化学式 1 2B)
Figure imgf000021_0001
(化学式 1 2C) (化学式 1 2D) (化学式 1 2E)
Figure imgf000021_0002
(なお、 化学式 1 2 A〜化学式 1 2 Eにおいて、 Aは他の結合単位との結合部位 を表わす。 )
なお、 これらの化学構造の結合単位の中でも、 化学式 3〜化学式 5で表される 化学構造の結合単位がより好ましく、 さらに化学式 3または化学式 4で表される 化学構造の結合単位が特に好ましく、 化学式 4で表される化学構造の結合単位が 最も好ましい。
Figure imgf000021_0003
(なお、 化学式 3、 化学式 4、 化学式 5において、 Aは他の結合単位との結合部 位を表わす。 )
また、 上記の A r!および A r 3は、 それぞれ二価の有機基を表わす。 その例 として、 上記の化学式 1 1 A〜化学式 1 1 Pにおいてビスフエノール化合物とし て例示した化合物から 2つの水酸基を除いた化学構造の結合単位を挙げることが できる。
ここで、 A r iと A r3とは、 同一であっても異なっていてもよい。 また、 A r iと A r 3とのそれぞれが、 違った 2種類以上の結合単位からなっていてもよい。 上記の A r iおよび A r 3の中でも、 化学式 6および化学式 7で表される化学 構造の結合単位が特に好ましく、 化学式 6で表される化学構造の結合単位が最も 好ましい。
(化学式 7)
Figure imgf000022_0001
(なお、 化学式 6および化学式 7において、 Aは他の結合単位との結合部位を表 わす。 )
ここで、 本発明に用いるイオン交換樹脂は、 化学式 2 Aと化学式 2 Bとで表さ れる結合単位をそれぞれ化学式 2 A:化学式 2 B = n : mの比率で含有する化学 構造を有するイオン交換樹脂であって、 さらに A r iおよび A r 3がいずれも化 学式 6の化学構造の結合単位であり、 A r 2が化学式 3で表される化学構造の結 合単位であり、 n、 mが数式 1を満たす 1〜 1 0 0 0の範囲の整数であれば、 よ り一層好ましい。
0. 2≤ n/ (n+m) ≤ 0. 8 (数式 1 )
あるいは、 本発明に用いるイオン交換樹脂は、 化学式 2 Aと化学式 2 Bとで表 される結合単位をそれぞれ化学式 2 A:化学式 2 B=n : mの比率で含有する化 学構造を有するイオン交換樹脂であって、 A r および A 1: 3がいずれも化学式 6で表される化学構造の結合単位であり、 A r 2が化学式 4で表される化学構造 の結合単位であり、 n、 mが数式 2を満たす 1〜 1 0 0 0の範囲の整数であって も、 より一層好ましい。
0. 2≤ n/ (n+m) ≤ 0. 8 (数式 2)
また、 本発明に用いるイオン交換樹脂は、 化学式 2 Aと化学式 2 Bとで表され る結合単位をそれぞれ化学式 2 A:化学式 2 B = n : mの比率で含有する化学構 造を有するイオン交換樹脂であって、 A r iおよび A r 3がいずれも化学式 7で 表される化学構造の結合単位であり、 A r 2が化学式 3で表される化学構造の結 合単位であり、 n、 mが数式 3を満たす 1〜1 000の範囲の整数であっても、 より一層好ましい。
0. 3≤ n/ (n+m) ≤ 0. 7 (数式 3)
数式 1〜3における n/ (n+m) が大きくなるとイオン伝導性が向上する力 同時に水による膨潤性が大きくなり膜の形態安定性が損なわれる傾向が出てくる。 また、 数式 1〜3における nZ (n+m) が小さくなると、 イオン伝導性は低下 するもののメタノールの透過性が小さくなる傾向がある。 水素を燃料とする固体 高分子形燃料電池では、 n/ (n+m) が大きくて高いイオン伝導性を示す膜が 適している。 また、 メタノールを燃料とする直接メタノール型燃料電池では通常 メタノールを水溶液として用いるため、 n/ (n+m) が小さくて水による膨潤 とメタノール透過性が少ない膜が適している。
本発明に用いるィォン交換樹脂は、 化学式 2 Aと化学式 2 Bとで表される結合 単位をそれぞれ化学式 2 A:化学式 2 B = n : mの比率で含有する化学構造を有 するイオン交換樹脂であって、 さらに A rェおよび A r 3がいずれも化学式 6の 化学構造の結合単位であり、 Ar 2が化学式 3で表される化学構造の結合単位で あり、 n、 mが数式 4を満たす 1〜 1 000の範囲の整数であれば、 水素を燃料 とするような固体高分子形燃料電池の高分子固体電解質膜として用いる場合によ り一層好ましい。
0. 5≤n/ (n+m) ≤ 0. 7 (数式 4)
あるいは、 本発明に用いるイオン交換樹脂は、 化学式 2 Aと化学式 2 Bとで表 される結合単位をそれぞれ化学式 2 A:化学式 2 B=n : mの比率で含有する化 学構造を有するイオン交換樹脂であって、 A および A ι·3がいずれも化学式 6 で表される化学構造の結合単位であり、 A r2が化学式 4で表される化学構造の 結合単位であり、 n、 mが数式 5を満たす 1〜 1 000の範囲の整数であれば、 水素を燃料とするような固体高分子形燃料電池の高分子固体電解質膜として用い る場合により一層好ましい。
0. 4≤ n/ (n+m) ≤ 0. 8 (数式 5) また、 本発明に用いるイオン交換樹脂は、 化学式 2 Aと化学式 2 Bとで表され る結合単位をそれぞれ化学式 2 A:化学式 2B=n : mの比率で含有する化学構 造を有するイオン交換樹脂であって、 A r および A r 3がいずれも化学式 7で 表される化学構造の結合単位であり、 A r 2が化学式 3で表される化学構造の結 合単位であり、 n、 mが数式 6を満たす 1〜1000の範囲の整数であっても、 より一層好ましい。
0. 4≤ n/ (n+m) ≤ 0. 6 (数式 6)
本発明に用いるィオン交換樹脂は、 化学式 2 Aと化学式 2 Bとで表される結合 単位をそれぞれ化学式 2 A:化学式 2B=n : mの比率で含有する化学構造を有 するイオン交換樹脂であって、 さらに A r iおよび A r 3がいずれも化学式 6の 化学構造の結合単位であり、 Ar 2が化学式 3で表される化学構造の結合単位で あり、 n、 mが数式 7を満たす 1〜1000の範囲の整数であれば、 メタノール を燃料として用いる直接メタノール型燃料電池の高分子固体電解質膜として用い る場合により一層好ましい。
0. 2≤n/ (n+m) ≤ 0. 5 (数式 7)
あるいは、 本発明に用いるイオン交換樹脂は、 化学式 2 Aと化学式 2 Bとで表 される結合単位をそれぞれ化学式 2 A:化学式 2 B = 11 : mの比率で含有する化 学構造を有するイオン交換樹脂であって、 Ar iおよび Ar 3がいずれも化学式 6で表される化学構造の結合単位であり、 て 2が化学式 4で表される化学構造 の結合単位であり、 n、 mが数式 8を満たす 1〜 1000の範囲の整数であれば、 メタノールを燃料として用いる直接メタノール型燃料電池の高分子固体電解質膜 として用いる場合により一層好ましい。
0. 2≤ n/ (n+m) ≤ 0. 5 (数式 8)
また、 本発明に用いるイオン交換樹脂は、 化学式 2 Aと化学式 2 Bとで表され る結合単位をそれぞれ化学式 2 A:化学式 2 B = n : mの比率で含有する化学構 造を有するイオン交換樹脂であって、 A および A r 3がいずれも化学式 7で表 される化学構造の結合単位であり、 A r 2が化学式 3で表される化学構造の結合 単位であり、 n、 mが数式 9を満たす 1〜 1000の範囲の整数であれば、 メタ ノールを燃料として用いる直接メタノール型燃料電池の高分子固体電解質膜とし て用いる場合により一層好ましい。
0 . 3≤n / ( n + m) ≤ 0 . 5 (数式 9 )
燃料電池において、 固体高分子形燃料電池であれば加湿された燃料ガスや酸化 ガスに含まれる水分や、 反応で生成する水によって、 直接メタノール型燃料電池 であれば燃料として供給するメタノール水溶液中の水によって、 それぞれイオン 交換膜は膨潤する。 イオン交換膜の膨潤性が大きいと、 膜の破損や電極のはがれ などが起こりやすくなるため好ましくない。 以上に挙げた本発明におけるイオン 交換樹脂の好ましい構造の中でも、 A r および A r 3がいずれも化学式 6で表 される化学構造の結合単位であり、 A r 2が化学式 4で表される化学構造の結合 単位である構造のものが、 水による膨潤性がより小さいので、 特に好ましい構造 である。 その中でも、 n、 mが数式 5を満たすものは固体高分子形燃料電池のィ オン交換膜として適しており、 n、 mが数式 8を満たすものは直接メタノール型 燃料電池のイオン交換膜として適している。
くィォン性基およぴ架橋性基 >
本発明におけるイオン交換樹脂組成物は、 分子中にイオン性基を有し、 かつ分 子中に光架橋性基および/または熱架橋性基を有するィォン交換樹脂を架橋して 得られる架橋イオン交換樹脂を含有するのが、 好ましい。 なお、 本明細書中にお いて、 分子中にイオン性基を有し、 かつ分子中に光架橋性基および Zまたは熱架 橋性基を有する場合のイオン交換樹脂の未架橋状態のものを 「未架橋イオン交換 樹脂」 と呼ぶ。
前記未架橋イオン交換樹脂が分子中に有するイオン性基は、 特に限定されるも のではないが、 たとえば、 スルホン酸基、 ホスホン酸基、 リン酸基、 カルボン酸 基など、 あるいはそれらのアルカリ金属などとの塩であることが好ましい。 なお 本明細書において、 イオン性基とは、 イオンに解離することのできる基を示す。 ここで、 上述したように本発明におけるイオン交換樹脂組成物は、 スルホン酸基 を必須とするモノマー (化学式 1 ) 、 あるいは結合単位 (化学式 2 A) を用いた ものであるため、 イオン性基を必須として有する。 本発明におけるイオン交換樹 脂組成物は、 上記中から選ばれるイオン性基をさらに有していてもよい。 たとえ ば、 スルホン酸基をさらに有すると、 イオン伝導性がさらに向上される。 また、 たとえばホスホン酸基を有すると、 高温でもイオン伝導性を示す利点がある。 未架橋イオン交換樹脂中のイオン性基の平均含有量は、 0. lmmo l/g以 上であることが好ましく、 特に 1. Ommo 1 Zg以上であることがより好まし レ、。 また、 このイオン性基の平均含有量は、 5. Ommo 1 Zg以下であること が好ましく、 特に 4. Ommo 1/g以下であることがより好ましい。 このィォ ン性基の平均含有量が 0. 1 mm o 1 / g未満の場合には、 ィオン伝導性が著し く低下する傾向があり、 このイオン性基の平均含有量が 5. Ommo l/gを超 えると、 架橋で抑制できないほど膜の膨潤性が著しく大きくなるという傾向があ る。 - そして、 本発明に用いる未架橋イオン交換樹脂の有する架橋性基は、 熱架橋性 基および/または光架橋性基などの架橋性の反応性基であることが必要である。 本努明に用いる未架橋イオン交換樹脂の有する架橋性基は、 少なくとも熱架橋性 基または光架橋性基を含んでいる必要があるが、 他の架橋性の反応性基を含んで いても構わない。 ここで、 なお、 本明細書において、 熱架橋性基とは、 加熱する ことによって架橋する性質を有する基を示す。 また、 本明細書において、 光架橋 性基とは、 光照射によって架橋する性質を有する基を示す。 さらに、 本明細書に おいて、 架橋性基とは、 熱架橋性基と光架橋性基とをともに含み、 さらには他の 架橋性の反応性基をも含む概念である。
さらに、 本発明に用いる未架橋ィォン交換樹脂中のこれらの架橋性基の平均含 有量は、 1分子中 1個以上であることが好ましく、 特に lmm o 1/k g以上で あることがより好ましい。 また、 この平均含有量は、 5, 000 mm o 1/k g 以下であることが好ましく、 特に 50 Ommo 1 / k. g以下であることがより好 ましい。 この架橋性基の平均含有量が 1分子中 1個未満の場合には、 架橋による 膨潤 制効果は極めて小さくなるという傾向があり、 この架橋性基の平均含有量 が 5, 00 Ommo lZk gを超えると、 イオン伝導性が低下したり、 架橋後の 膜の柔軟性が失われて取扱いが困難になるという傾向がある。
これらの架橋性基は、 それぞれの反応性に応じた方法で処理することにより架 橋させることができる。 すなわち、 熱架橋性基は、 加熱処理により架橋させるこ とができ、 光架橋性基は、 光照射処理により架橋させることができる。 く熱架橋性基 >
本発明に用いる未架橋イオン交換樹脂が好ましく有する熱架橋性基は、 特に限 定するものではないが、 たとえば、 エチレン基、 ェチュル基などの多重結合基や、 ベンゾォキサジン基、 ォキサゾール基などを挙げることができる。
さらに、 これらの基は、 メチル基、 フエエル基などの置換基を有していてもよ い。 なお、 これらの熱架橋性基は、 本発明に用いる未架橋イオン交換樹脂中の主 鎖中に存在してもよく、 側鎖として存在してもよく、 末端基として存在してもよ いが、 未架橋イオン交換樹脂の末端基として存在することが特に好ましい。
ここで、 このような熱架橋性基は、 熱架橋性基を有する化学構造を有する原料 モノマーを、 熱架橋性基を有さない化学構造を有する他の原料モノマーと混合し て、 共重合モノマーや末端停止剤の役割を担う原料モノマーとして重合反応させ ることで、 本発明に用いる未架橋イオン交換樹脂に導入することができる。
また、 本発明に用いる未架橋イオン交換樹脂中の熱架橋性基の平均含有量は、 lmmo 1 /k g以上であることが好ましく、 特に 5mm o 1 /k g以上である ことがより好ましい。 また、 この熱架橋性基の平均含有量は、 1, O O Ommo 1 /k g以下であることが好ましく、 特に 50 Omm o 1 / g以下であること がより好ましい。 この熱架橋性基の平均含有量が 1 mm o 1 Zk g未満の場合に は、 架橋による膨潤抑制効果は極めて小さくなるという傾向があり、 この熱架橋 性基の平均含有量が 1, 00 Ommo 1 /k gを超えると、 未架橋イオン交換樹 脂の分子量が低下して膜の形成が困難になる傾向がある。
本発明に用いる未架橋イオン交換樹脂の有する熱架橋性基の架橋は、 加熱処理 によって行なうことができる。 なお、 この加熱処理は窒素、 アルゴンなどの不活 性ガス雰囲気中で行なうことが好ましい。
また、 この加熱処理の温度は、 1 00°C以上であることが好ましく、 特に 20 0°C以上であることがより好ましい。 さらに、 この加熱処理の温度は、 400°C 以下であることが好ましく、 特に 300°C以下であることがより好ましい。 この 加熱処理の温度が 1 00°C未満の場合には、 架橋反応が十分に進行しない傾向が あり、 この加熱処理の温度が 400°Cを超えると、 イオン交換樹脂そのものの熱 分解が起こりやすくなるという傾向がある。 さらに、 この加熱処理の時間は、 1秒以上であることが好ましく、 特に 6 0秒 以上であることがより好ましい。 また、 この加熱処理の時間は、 1 0 0時間以下 であることが好ましく、 特に 3 0時間以下であることがより好ましい。 この加熱 処理の時間が 1秒未満の場合には、 膜の内部まで十分に熱が伝わらず架橋反応が 不均一になるという傾向があり、 この加熱処理の時間が 1 0 0時間を超えると、 ィォン交換樹脂そのものの分解や変性が起こりやすくなるという傾向がある。 そして、 この加熱処理を行なう場合に応じて、 未架橋イオン交換樹脂を含有す る樹脂組成物中には、 ァゾ系重合開始剤、 過酸化物系重合開始剤などの公知の任 意の重合開始剤を添加してもよい。
また、 本発明に用いる未架橋イオン交換樹脂の有する熱架橋性基は、 化学式 1 0〜化学式 1 5で表される化学構造の熱架橋性基からなる群より選ばれる 1種類 以上の熱架橋性基であることが望ましい。
(化学式 1 1 )
式 1 3)
式 1 5)
Figure imgf000028_0001
(化学式 1 0〜化学式 1 5において、 1〜!^は、 それぞれ独立に、 水素原子、 炭素数 1〜1 0の範囲のアルキル基、 フエニル基、 炭素数 6〜 2 0の範囲の芳香 族基、 ハロゲン原子のいずれかを表わす。 Pは、 水素原子、 炭素数 1〜1 0の範 囲の炭化水素基、 ハロゲン、 ニトロ基、 一 S〇3T基のいずれかを表わす。 Tは、 H原子あるいは 1価の金属イオンを表わす。 oは、 1〜4の範囲の整数を表わ す。 ) なお、 これらの熱架橋性基は、 単一の種類のみであってもよいが、 複数の種類 の熱架橋性基が同一の未架橋イオン交換樹脂の分子中に混在していてもよい。 <光架橋性基 >
本発明に用いる未架橋イオン交換樹脂の有する熱架橋性基は、 特に限定するも のではないが、 たとえば、 ベンゾフエノン基、 α—ジケトン基、 ァシロイン基、 ァシロインエーテル基、 ベンジルアルキルケタール基、 ァセトフエノン基、 多核 キノン類からなる基、 チォキサントン基、 ァシルフォスフィン基などを挙げるこ とができる。
また、 これらの光架橋性基の中でも、 ベンゾフエノン基などの光によりラジカ ルを発生することのできる基と、 メチル基やェチル基などの飽和炭化水素基を有 する芳香族基、 エチレン性不飽和基などの、 ラジカルと反応することのできる基 とを組合わせて用いることが特に好ましい。
もっとも、 未架橋イオン交換樹脂の骨格構造によっては、 ベンゾフエノン基な どの光でラジカルを発生する基だけでも、 架橘反応が起きる場合がある。 その場 合には、 ラジカルと反応することのできる基は必ずしも必要ではなく、 本発明に ■ 用いる未架橋イオン交換樹脂は、 ラジカル発生基だけを有していてもよい。
なお、 これらの光架橋性基は、 本発明に用いる未架橋イオン交換樹脂中の主鎖 中に存在してもよく、 側鎖として存在してもよく、 末端基として存在してもよい 1 未架橋イオン交換樹脂の末端基として存在することが特に好ましい。
ここで、 このような光架橋性基は、 光架橋性基を有する化学構造を有する原料 モノマーを、 光架橋性基を有さない化学構造を有する他の原料モノマーと混合し て、 共重合モノマーや末端停止剤の役割を担う原料モノマーとして重合反応させ ることで、 本発明に用いる未架橋ィォン交換樹脂に導入することができる。 また、 本発明に用いる未架橋イオン交換樹脂中の光架橋性基の平均含有量は、 l mm o 1 / k g以上であることが好ましく、 特に 5 mm o 1ノ k g以上である ことがより好ましい。 また、 この光架橋性基の平均含有量は、 5 , 0 0 O mm o 1 / k g以下であることが好ましく、 特に 5 0 O mm o 1 / \ g以下であること がより好ましい。
この光架橋性基の平均含有量が l mm o i Z k g未満の場合には、 架橋による 膨潤抑制効果は極めて小さくなるという傾向があり、 この光架橋性基の平均含有 量が 5 , 0 0 O mm o 1 / k gを超えると、 イオン伝導性が低下したり、 架橋後 の膜の柔軟性が失われて取扱いが困難になるという傾向がある。
ここで、 本発明に用いる未架橋イオン交換樹脂の有する光架橋性基の架橋は、 光照射処理によって行なうことができる。 なお、 この光照射処理は窒素、 ァルゴ ンなどの不活性ガス雰囲気中で行なうことが好ましい。
また、 この光照射処理の際の温度は、 室温 (2 5 °C) 以上であることが好まし く、 特に 5 0 °C以上であることがより好ましい。 さらに、 この光照射処理の際の 温度は、 2 5 0 °C以下であることが好ましく、 特に 2 0 0 °C以下であることがよ り好ましい。 この光照射処理の際の温度が室温 (2 5 °C) 未満の場合には、 架橋 反応が進行し難い傾向があり、 この光照射処理の際の温度が 2 5 0 °Cを超えると、 分解などの副反応が起こりやすくなる傾向がある。
さらに、 この光照射処理の時間は、 1秒以上であることが好ましく、 特に 3 0 秒以上であることがより好ましい。 また、 この光照射処理の時間は、 1 0 0時間 以下であることが好ましく、 特に 3 0時間以下であることがより好ましい。 この 光照射処理の時間が 1秒未満の場合には、 架橋反応の進行度が膜の面方向で不均 一になる傾向があり、 この光照射処理の時間が 1 0 0時間を超えると、 イオン交 換樹脂の分解や劣化などの副反応が起こりやすくなる傾向がある。 , ここで、 本発明に用いる未架橋イオン交換樹脂の有する光架橋性基は、 化学式 8で表される化学構造の架橋性基および化学式 9で表される化学構造の架橋性基 をともに含むことが好ましい。
(R)。
Figure imgf000030_0001
0
(化学式 8) (化学式 9)
(化学式 8および化学式 9において、 Rは炭素数が 1〜1 0の範囲の脂肪族炭化 水素基を表わす。 oは、 1〜4の範囲.の整数を表わす。 )
なお、 本発明に用いる未架橋イオン交換樹脂は、 化学式 8および化学式 9で表 される化学構造の二種類の光架橋性基をともに含むことが好ましい。
<その他の架橋性を有する反応性基 >
本発明に用いる未架橋イオン交換樹脂の有するその他の架橋性を有する反応性 基としては、 特に限定するものではないが、 たとえば、 アミノ基、 エポキシ基、 ヒドロキシル基、 ハロゲン基、 ハロメチル基、 カルボキシル基などの反応性基が 挙げられる。
<未架橋イオン交換樹脂のポリマー主鎖への架橋性基の導入 >
本発明に用いる未架橋イオン交換樹脂のポリマー主鎖への架橋性基の導入を行 うためには、 架橋性基の原料となる特定の化合物を用いることが好ましい。 なお、 これらの化合物は、 ポリマー主鎖を得るための縮合重合反応系に最初から原料と して加えておいてもよいし、 この縮合重合反応がある程度進んだ段階で加えても よい。
本発明に用いる未架橋イオン交換樹脂のポリマー主鎖に熱架橋性基を導入する ための化合物としては、 特に限定されるものではないが、 たとえば、 下記の化学 式 1 6 A〜化学式 1 6 Kで表される化学構造を有する化合物からなる群より選ば れる 1種類以上の化合物を挙げることができる。
Figure imgf000031_0001
(化学式 1 6 A) (化学式 1 6B) (化学式 1 6C)
HO-C-CH CI-C-CH F-C-CH
H2 、CH2 H2 、CH2 H2 、CH2
(化学式 1 6D) (化学式 1 6E) (化学式 1 6F)
HO-C-C=CH C卜 C一 OCH F— C— Cョ CH
H2 H2 H2
(化学式 1 6G) (化学式 1 6H) (化学式 1 6 i )
Figure imgf000031_0002
なお、 これらの化合物は、 単独で用いてもよいし、 複数の種類を混合して用い てもよい。
これらの化合物を用いて導入される熱架橋性基の中でも、 上記の化学式 1 0で 表される化学構造を有する熱架橋性基は、 下記の化学式 1 7に表されるように、 フエノール性水酸基末端を有するポリマー主鎖に、 ホルムアルデビドぉよぴァ.ミ ンを反応させることで得ることができる。
Figure imgf000032_0001
(化学式 1 7)
(化学式 1 7において、 R ' は水素原子、 炭素数 1〜1 0の範囲のアルキノレ基、 フエニル基、 炭素数 6〜2 0の範囲の芳香族基のいずれかを表わす。 )
なお、 これらの化合物は、 単独で用いてもよいし、 複数の種類を混合して用い てもよい。
また、 本発明に用いる未架橋イオン交換樹脂のポリマー主鎖に光架橋性基の一 種であるラジカル発生基を導入するための化合物としては、 特に限定されるもの ではないが、 たとえば、 下記の化学式 1 8 A〜化学式 1 8 Dで表される化学構造 を有する化合物からなる群より選ばれる 1種類以上の化合物を挙げることができ. る。
Figure imgf000032_0002
(化学式 1 8A) (化学式" I 8B)
Figure imgf000032_0003
(化学式 1 8C) (化学式 18D) なお、 これらの化合物は、 単独で用いてもよいが、 複数の種類を混合して用い てもよい。
また、 本発明に用いる未架橋イオン交換樹脂のポリマー主鎖に光架橋性基の一 種であるラジカルと反応する基 (本明細書において、 ラジカル反応性基とも記載 する) を導入するための化合物としては、 特に限定するものではないが、 たとえ ば、 下記の化学式 1 9 A〜化学式 1 9 Fで表される化学構造を有する化合物から なる群より選ばれる 1種類以上の化合物を挙げることができる。
Figure imgf000033_0001
(化学式 1 9A) (化学式 1 9B)
Figure imgf000033_0002
(化学式 1 9C) (化学式 1 9D)
Figure imgf000033_0003
(化学式 1 9E) (化学式 1 9F) なお、 これらの化合物は、 単独で用いてもよいが、 複数の種類を混合して用い てあよい。
ここで、 本発明に用いる未架橋イオン交換樹脂においては、 上記のラジカル発 生基とラジカル反応性基とは、 同一のポリマー主鎖にあっても、 別々のポリマー 主鎖にあってもよい。
また、 本発明に用いる未架橋イオン交換樹脂としては、 ラジカル発生基を有す る未架橋イオン交換樹脂と、 ラジカル反応性基を有する未架橋イオン交換樹脂と を含む二種以上の未架橋イオン交換樹脂を混合して用いてもよいし、 あるいはラ ジカル発生基とラジカル反応性基とをともに有する未架橋イオン交換樹脂を単独 で用いてもよい。
ここで、 本発明に用いる未架橋イオン交換樹脂の化学構造の具体例を下記の化 学式 2 O A〜化学式 2 0 Iとして表わす。 なお、 本発明に用いる未架橋イオン交 換樹脂の化学構造は、 これらの化学構造に限定されるものではない。
Figure imgf000034_0001
〔化学式 20C)
Figure imgf000034_0002
(化学式 20E)
Figure imgf000034_0003
(化学式 2 O A〜化学式 2 0 Iにおいて、 Lは、 H原子あるいは一価の金属ィォ ンを表わす。 rおよび!)は、 それぞれ独立して、 任意の正の整数を表わす。 ) く未架橋ィオン交換樹脂のポリマー主鎖へのイオン性基の導入 >
本発明におけるイオン交換樹脂は、 上記のようにスルホン酸基を有するモノマ 一または結合単位を有するため、 イオン性基を必須として有するものではある力 当該イオン交換樹脂のポリマー主鎖に、 さらにイオン性基を導入してもよい。 未架橋イオン交換樹脂にイオン性基をさらに導入する場合には、 イオン性基の 原料となる特定の化合物を用いることが好ましい。 なお、 これらの化合物は、 ポ リマー主鎖を得るための縮合重合反応系に最初から原料として加えておいてもよ いし、 この縮合重合反応がある程度進んだ段階で加えてもよい。 また、 上記の架 橋性基が既に導入されたポリマー主鎖にイオン性基を導入してもよい。
本発明に用いる未架橋イオン交換樹脂のポリマー主鎖にイオン性基を導入する ための化合物としては、 特に限定するものではないが、 たとえば、 イオン性基が スルホン酸基である場合には、 無水硫酸、 無水硫酸の錯体、 発煙硫酸、 濃硫酸、 クロロスルホン酸などのスルホン化剤などを用いることができる。
ここで、 上記のように架橋性基を既に導入されたポリマー主鎖にイオン性基を 導入するためには、 たとえば、 架橋性基を有するポリマー主鎖の成形体を、 無水 硫酸、 無水硫酸の錯体、 発煙硫酸、 濃硫酸、 クロロスルホン酸などのスルホン化 剤で処理する方法を用いることができる。
あるいは、 架橋性基を有するポリマー主鎖を、 スルホン化剤に対して不活性な 溶媒に溶解した状態で、 スルホン化剤を反応させる方法を用いることもできる。 また、 架橋性基を有するポリマー主鎖を、 適当な溶媒で膨潤させた状態で、 スル ホン化剤を反応させる方法を用いることもできる。 さらに、 架橋性基を有するポ リマー主鎖を、 直接スルホン化剤と反応させる方法を用いることもできる。 なお、 上記のスルホン化剤はそのまま用いてもよいし、 適当な溶媒に溶解、 分 散した状態で用いることもできる。 また、 上記のスルホン化反応は、 気相や液相 で行なうことができる。
そして、 上記のスルホン化反応の温度は、 一 1 0 0 °C以上であることが好まし く、 特に一 3 0 °C以上であることがより好ましい。 また、 このスルホン化反応の 温度は、 1 0 0 °C以下であることが好ましく、 特に 8 0 °C以下であることがより 好ましい。 このスルホン化反応の温度が一 1 0 o°c未満の場合には、 溶液の粘度 が著しく上昇したり、 反応速度が低下して所望のスルホン化物を得ることが困難 になる傾向があり、 このスルホン化反応の温度が 1 0 o°cを超えると、 ポリマー の分解や架橋などの副反応が起きやすくなる傾向がある。
また、 上記のスルホン化反応の時間は、 1時間以上であることが好ましく、 特 に 2時間以上であることがより好ましい。 また、 このスルホン化反応の時間は、 1 0 0時間以下であることが好ましく、 特に 8 0時間以下であることがより好ま しい。 このスルホン化反応の時間が 1時間未満の場合には、 スルホン化が不均一 になったり、 十分に進行しなかったりする傾向があり、 このスルホン化反応の温 度が 1 0 0時間を超えると、 ポリマーの分解や架橋などの副反応が起きやすくな る傾向がある。
<イオン交換樹脂の特性〉
本発明の複合イオン交換膜に用いるイオン交換樹脂 (上記分子中にイオン性基 を有し、 力つ、 光架橋性基および/または熱架橋性基を有する場合には、 未架橋 イオン交換樹脂) の分子量は、 1 , 0 0 0以上であることが好ましく、 特に 5, 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、 特に 5 0 0, 0 0 0以下であれば、 物性と加工性のバ ランスが取れるためにより好ましい。 この分子量が 1 , 0 0 0未満の場合には、 膜の形成が困難になったり、 膜の膨潤性や水溶性が大きくなってしまう傾向があ り、 この分子量が 1 , 0 0 0 , 0 0 0を超えると、 溶液粘度が非常に大きくなる ため取扱いが困難になるという傾向がある。
ここで、 本発明に用いるイオン交換樹脂の重合度は、 後述する方法で測定され る対数粘度で表わすこともできる。 すなわち、 本発明に用いるイオン交換樹脂を
0 . 2 5 g / d 1の N—メチルー 2 _ピロリ ドン溶液に溶解した場合の 3 0 °Cに おける対数粘度は、 0 . 1以上であることが好ましく、 特に 0 . 4以上であるこ とがより好ましい。 また、 この対数粘度は、 2 . 0以下であることが好ましく、 特に 1 . 5以下であることがより好ましい。
この対数粘度が 0 . 1未満の場合には、 膜の形成が困難になったり、 膜の膨潤 性や水溶性が大きくなつてしまう傾向があり、 この対数粘度が 2. 0を超えると、 溶液粘度が非常に大きくなるため取扱いが困難になるという傾向がある。
<支持体膜 >
本発明の複合イオン交換膜に用いる支持体膜は、 膜を貫通する連続した空隙を 有する多孔性の支持体膜である必要がある。 膜を貫通する連続した空隙内にィォ ン交換樹脂組成物が含浸されていなければ、 良好なィオン伝導性を得ることがで きないからである。
ここで、 本発明の支持体膜の空隙率は 9 0体積%以上であることが好ましく、 特に 9 5体積%以上であることがより好ましい。 そして、 この空隙率は、 当然に 1 0 0体積%以下であり、 9 9体積%以下であることが好ましい。 この空隙率が 9 5体積%未満の場合には、 イオン交換樹脂組成物を支持体膜に含浸させた場合 の本発明の複合イオン交換膜中に含まれるイオン交換樹脂の含有率が小さくなつ てイオン伝導性が低下する傾向がある。 また、 この空隙率が 9 9体積%を超える と、 支持体膜や複合膜の強度が低下するという傾向がある。
本発明の支持体膜は、 少なくとも一方の面の開孔率が 4 0 %以上であることが 好ましく、 特に 5 0 %以上であることがより好ましく、 さらに 6 0 %以上であれ ば最も好ましい。 また、 この開孔率は、 当然に 1 0 0 %以下であるが、 9 5 %以 下であることが好ましい。 この開孔率が 4 0 %未満である場合には、 支持体膜中 にイオン交換樹脂組成物を含浸させる際に、 支持体膜の空隙内部にイオン交換樹 脂が含浸されにくくなるため、 イオン伝導性が低下する場合がある。 また、 この 開孔率が 9 5 %を超えると、 支持体膜や複合膜の強度が低下するという傾向があ る。
本発明に用いる支持体を形成する材質としては、 特に限定されず、 たとえば、 ポリエチレン系、 ポリプロピレン系などのポリマーを含むポリオレフィン系樹脂 多孔質膜、 ポリテトラフルォロエチレン系などのポリマーを含むフッ素系樹脂多 孔質膜、 ポリイミ ド系ポリマーを含むポリイミ ド系樹脂多孔質膜、 ポリアミ ド系 ポリマーを含むポリアミド系樹脂多孔質膜、 セルロース系ポリマーを含むセル口 ース系樹脂系多孔質膜、 ポリベンザゾール系ポリマーを含むポリベンザゾール系 樹脂多孔質膜が挙げられる。 これらの材質の中でも、 ポリベンザゾール系ポリマ 一を含むポリベンザゾール系樹脂多孔質膜が、 耐熱性、 強度に優れ、 薄膜化が可 能であるため、 本発明に用いる支持体膜を形成する材質として特に好ましい。 ここで、 本発明に用いる支持体膜がポリベンザゾール系ポリマーを含むポリベ ンザゾール系樹脂多孔質膜を材質とする場合には、 本発明に用いる支持体膜は、 このポリベンザゾール系ポリマーを 0 , 5〜 2質量。/。の範囲の含有率で含む等方 性溶液を膜状に成型し、 成型されたこの溶液を凝固させてこの支持体膜を得るこ とにより得られる支持体膜であることが好ましい。 このようなポリベンザゾール 系ポリマーを材質として含む支持体膜は、 ポリベンザゾール系ポリマーを含む溶 液から製膜され、 貧溶媒と接触させて凝固させられることにより得られた膜を洗 浄することにより得られる。
ここで、 上記のポリベンザゾール系ポリマーを含む溶液が光学異方性を示す溶 液である場合には、 イオン交換樹脂を大量に含浸できるような、 空隙率の大きな 連続した空隙を有する多孔質のポリベンザゾール系ポリマーを材質として含む膜 が得られない場合があるため、 ポリベンザゾール系ポリマーを含む溶液としては. 等方性の溶液を用いることが好ましい。
本発明における支持体膜として使用されるポリベンザゾール系ポリマーとは、 ポリマー鎖中にォキサゾール環、 チアゾール環、 イミダゾール環を含む構造のポ リマーをいい、 下記一般式で表される繰り返し単位をポリマー鎖中に含むものを いう。 (化学式 21— 1 ) 21— 2)
Figure imgf000038_0001
ここで、 U u2, u3は、 芳香族単位を示し、 各種脂肪族基、 芳香族基、 ハ ロゲン基、 水酸基、 ュトロ基、 シァノ基、 トリフルォロメチル基等の置換基を有 していても良い。 これら芳香族単位は、 ベンゼン環などの単環系単位、 ナフタレ ン、 アントラセン、 ピレンなどの縮合環系単位、 それらの芳香族単位が 2個以上 任意の結合を介してつながった多環系芳香族単位でも良い。 また、 芳香族単位に おける Nおよび Bの位置はベンザゾール環を形成できる配置であれば特に限定さ れるものではない。 さらに、 これらは炭化水素系芳香族単位だけでなく、 芳香環 内に N, 〇, S等を含んだヘテロ環系芳香族単位でも良い。 Bは 0, S, NHを 示す。
上記 は、 下記一般式で表されるものが好ましい。 式 22— 1)
(化学式 22-2)
Figure imgf000039_0001
ここで、 T1 T2は CHまたは Nを示し、 Τ 3は直接結合、 一Ο— , S S〇2— , — C (CH3) 2—, 一 C (CF3) 2—, 一 C〇一を示す。
T2は、 下記一般式で表されるものが好ましい。
Figure imgf000040_0001
Figure imgf000040_0002
Figure imgf000040_0003
Figure imgf000040_0004
(化学式 23-13) (化学式 23-14) (化学式 23— 15) (化学式 23— 16)
Figure imgf000040_0005
(化学式 23— 1フ) (化学式 23— 18) (化学式 23— 19) (化学式 23— 20)
Figure imgf000040_0006
(化学式 23— 21) (化学式 23— 22) (化学式 23— 23) ここで、 Wは一 O—, 一 S—, 一 S02— ' -C (CH3) 2—, 一 C (C F ) 2—, —CO—を示す。
u3は、 下記一般式で表されるものが好ましい。
(化学式 24)
Figure imgf000040_0007
これらポリベンザゾール系ポリマーは、 上述の繰り返し単位を有するホモポリ マーであっても良いが、 上記構造単位を組み合わせたランダム、 交互あるいはブ ロック共重合体であっても良く、 例えば米国特許出願公開第 2 0 0 2 / 0 0 9 1 2 2 5号明細書、 米国特許第 4 7 0 3 1 0 3号、 米国特許第 4 5 3 3 6 9 2号、 米国特許第 4 5 3 3 7 2 4号、 米国特許第 4 5 3 3 6 9 3号、 米国特許第 4 5 3 9 5 6 7号、 米国特許第 4 5 7 8 4 3 2号等に記載されたものなども例示される。 また、 本発明に用いるポリベンザゾール系ポリマーに含まれる結合単位として は、 特に限定するものではないが、 たとえば、 ライオト口ピック液晶ポリマーを 形成し得る結合単位から選択されることが好ましい。
これらライオト口ピック液晶ポリマーを形成し得る結合単位を含むポリベンザ ゾール系構成単位の具体例としては、 下記構造式で表すものを例示することがで さる。
Figure imgf000042_0001
(化学式 25— 1) (化学式 25— 2)
Figure imgf000042_0002
(化学式 25— 3) 〈化学式 25— 4)
Figure imgf000042_0003
(化学式 25-5) (化学式 25— 6)
Figure imgf000042_0004
(化学式 25— 7) (化学式 25— 8)
Figure imgf000042_0005
(化学式 25— 9) (化学式 25— 10)
(化学式 26— 1 ) (化学式 26— 2)
Figure imgf000043_0001
(化学式 26— 3) (化学式 26 - 4)
Figure imgf000043_0002
Figure imgf000043_0003
Figure imgf000043_0004
Figure imgf000043_0005
Figure imgf000043_0006
Figure imgf000044_0001
(化学式 27— 1) (化学式 27— 2)
Figure imgf000044_0002
(化学式 27— 3) (化学式 27— 4)
Figure imgf000044_0003
(化学式 27— 5) (化学式 27— 6)
Figure imgf000044_0004
(化学式 27— 7) (化学式 27— 8)
Figure imgf000044_0005
(化学式 27— 9) (化学式 27— 10)
Figure imgf000044_0006
(化学式 27— 11) (化学式 27— 12)
Figure imgf000045_0001
Figure imgf000045_0002
Figure imgf000045_0003
Figure imgf000045_0004
(化学式 29— 1) (化学式 29— 2)
Figure imgf000045_0005
(化学式 29— 3) (化学式 29— 4)
(化学式 29 - 6)
Figure imgf000045_0006
(化学式 29 - 7) (化学式 29 - 8)
Figure imgf000045_0007
Figure imgf000046_0001
(化学式 30— υ (化学式 30 - 2)
(化学式 30— 3)
Figure imgf000046_0002
(化学式 30— 5) (化学式 30— 6)
Figure imgf000046_0003
(化学式 30— 7) (化学式 30— 8)
Figure imgf000046_0004
(化学式 30— 11) (化学式 30— 12)
Figure imgf000047_0001
Figure imgf000047_0002
Figure imgf000047_0003
Figure imgf000047_0004
(化学式 31 - 1 0) (化学式 31— 1 1 ) さらに、 これらポリベンザゾール系構成単位だけでなく、 他のポリマー構成単 位とのランダム、 交互あるいはブロック共重合体であっても良い。 この時、 他の ポリマー構成単位としては耐熱性に優れた芳香族系ポリマー構成単位から選ばれ ることが好ましい。 具体的には、 ポリイミ ド系構成単位、 ポリアミ ド系構成単位、 ポリアミドイミ ド系構成単位、 ポリォキシジァゾール系構成単位、 ポリアゾメチ ン系構成単位、 ポリベンザゾールイミ ド系構成単位、 ポリエーテルケトン系構成 単位、 ポリエーテルスルホン系構成単位などを挙げることができる。
ポリイミ ド系構成単位の例としては、 下記一般式で表されるものが挙げられる。
(化学式 32)
Figure imgf000047_0005
ここで、 u 4は四価の芳香族単位で表されるが 下記構造で表されるものが好 ましい。
Figure imgf000048_0001
(化学式 33— 1 ) (化学式 33— 2) (化学式 33— 3) (化学式 33— 4)
Figure imgf000048_0002
(化学式 33— 5) (化学式 33— 6) (化学式 33— 7 ) (化学式 33— 8)
また、 U 5は二価の芳香族単位であり、 下記構造で表されるものが好ましい。 ここで示される芳香環上には、 メチル基、 メ トキシ基、 ハロゲン基、 トリフルォ ロメチル基、 水酸基、 ニトロ基、 シァノ基等の各種置換基が存在していても良い。
Figure imgf000048_0003
(化学式 34— 1 ) 〈化学式 34— 2) (化学式 343〉 (化学式 344)
Figure imgf000048_0004
(化学式 34— 5) (化学式 34— 6) (化学式 34— 7) (化学式 348) これらポリイミ ド系構成単位の具体例としては、 下記構造式で表すものを例示 することができる。
Figure imgf000049_0001
(化学式 35— 1 ) (化学式 35— 2)
Figure imgf000049_0002
(化学式 35— 3) (化学式 35— 4)
Figure imgf000049_0003
(化学式 35— 5) (化学式 35— 6)
Figure imgf000049_0004
(化学式 35—フ) (化学式 35— 8)
Figure imgf000049_0005
(化学式 36— 1 ) (化学式 36— 2)
Figure imgf000049_0006
(化学式 36— 3) (化学式 36— 4)
Figure imgf000049_0007
(化学式 36— 5) アミ ド系構成単位の例としては、 下記構造式で表されるものが挙げられる
Figure imgf000050_0001
(化学式 39— 1 ) (化学式 39— 2)
Figure imgf000050_0002
(化学式 39— 3) (化学式 39- 4)
ポリアミ ドイミ ド系構成単位の例としては、 下記構造で表されるものが挙げら れる。 (化学式 40)
Figure imgf000051_0001
で、 ugは上記 u5の具体例として示される構造から選ばれるものが好ま しレ' N
これらポリアミ ドイミド構成単位の具体例としては、 下記構造式で表すものを 例示することができる。
Figure imgf000051_0002
(化学式 41— 1 ) (化学式 41一 2) ポリオ ール系構成単位の例としては、 下記構造式で表されるものが 挙げられる
〇.
-U 10 \ (化学式 42)
N
で、 U 0は上記 U 5の具体例として示される構造から選ばれるものが好ま しい。
これらポリォキシジァゾール系構成単位の具体例としては、 下記構造式で表す ものを例示することができる。
Figure imgf000051_0003
(化学式 43— 1 ) (化学式 43— 2)
ポリアゾメチン系構成単位の例としては、 下記構造で表されるものが挙げられ る。
— Un— C=N-U12— N=C— (化学式 44)
H ここで、 U u , u 1 2は、 上記 u6の具体例として示される構造から選ばれるも のが好ましい。 これらポリアゾメチン系構成単位の具体例としては、 下記構造式で表すものを 例示することができる。
Figure imgf000052_0001
(化学式 45- 1 ) (化学式 45— 2)
Figure imgf000052_0002
(化学式 45— 3) (化学式 45— 4)
Figure imgf000052_0003
(化学式 45 - 5) ポリベンザゾールイミド系構成単位の例としては、 下記構造式で表されるもの が挙げられる。
(化学式 46)
Figure imgf000052_0004
ここで、 u1 3、 u 1 4は上記 u4の具体例として示される構造から選ばれるもの が好ましい。
これらポリベンザゾールイミド系構成単位の具体例としては、 下記構造式で表 すものを例示することができる。
Figure imgf000052_0005
ポリエーテルケトン系構成単位、 ポリエーテルスルホン系構成単位は、 一般に 芳香族ュニットをェ一テル結合とともにケトン結合ゃスルホン結合で連結した構 造を有するものであり、 下記構造式から選択される構造成分を含む。
0
一 U15— 0— — u16— s— — u20— o-u21— o—
(化学式 48— 1 ) (化学式 48— 2) (化学式 48— 3)
Figure imgf000053_0001
(化学式 48— 4) (化学式 485) (化学式 48— 6) ここで、 U i 5〜U 2 3はそれぞれ独立に下記構造で表されるものが好ましい。 ここで示される芳香環上には、 メチル基、 メ トキシ基、 ハロゲン基、 トリフルォ ロメチル基、 水酸基、 ニトロ基、 シァノ基等の各種置換基が存在していても良い。
Figure imgf000053_0002
(化学式 49— 1 ) (化学式 49一 2) (化学式 493) (化学式 49— 4)
Figure imgf000053_0003
(化学式 49一 5) (化学式 49一 6) (化学式 49-7) これらポリエーテルケトン系構成単位の具体例としては、 下記構造式で表すも のを例示することができる。
Figure imgf000054_0001
(化学式 50— 2)
(化学式 50— 1 )
Figure imgf000054_0002
(化学式 50— 3) (化学式 50— 4)
Figure imgf000054_0003
(化学式 50— 5) (化学 50— 6)
Figure imgf000054_0004
(化学式 50— 7) (化学式 50 - 8) これらポリベンザゾ一ル系ポリマー構成単位と共に共重合できる芳香族ポリマ 一構成単位は、 厳密にポリマー鎖内の繰り返し単位を指しているのではなく、 ポ リマー主鎖中にポリベンザゾール系構成単位と共に存在できる構成単位を示して いるものである。 これら共重合できる芳香族ポリマー構成単位は一種だけでなく 二種以上を組み合わせて共重合することもできる。 このような共重合体を合成す るには、 ポリベンザゾール系ポリマー構成単位からなるュュット末端にアミノ基 カルボキシル基、 水酸基、 ハロゲン基等を導入して、 これらの芳香族系ポリマー の合成における反応成分として重合しても良いし、 これらの芳香族系ポリマー構 成単位を含むュニット末端にカルボキシル基を導入してポリベンザゾール系ポリ マーの合成における反応成分として重合しても良い。
ここで、 本発明に用いるポリベンザゾール系ポリマーは、 上記のような結合単 位をポリ燐酸溶媒中で縮合重合させることにより得られる。
そして、 本発明に用いるポリベンザゾール系ポリマーの重合度は極限粘度で表 され、 この極限粘度は、 1 5 d LZ g以上であることが好ましく、 特に 2 0 d L / g以上であることがより好ましい。 また、 この極限粘度は、 3 5 d L/ g以下 であることが好ましく、 特に 2 6 d L/ g以下であることがより好ましい。 この極限粘度が 1 5 d LZ g未満の場合には、 ポリベンザゾール系ポリマーを 材質として得られる支持体膜の強度が低くなる傾向があり、 この極限粘度が 3 5 d LZ gを超えると、 等方性の溶液が得られるポリベンザゾール系ポリマー溶液 中のポリベンザゾール系ポリマーの濃度範囲が限られ、 等方性の条件での支持体 膜の製膜が困難となる場合がある。
また、 本発明に用いるポリベンザゾール系ポリマーを含む溶液からの支持体膜 の製膜方法としては、 ドクタ一ブレードなどを用いて、 このポリマー溶液を基板 上にキャスティングする流延法と呼ばれる製膜方法のほかにも、 直線状スリット ダイからこのポリマー溶液を押出す方法や、 円周状スリットダイからこのポリマ 一溶液をブロー押出しする方法、 二枚の基体に挟んだこのポリマー溶液をローラ 一でプレスするサンドイッチ法、 スピンコート法など、 このポリマー溶液を膜状 に成型するあらゆる方法が使用できる。
そして、 これらの製膜方法の中でも、 本発明に用いる支持体膜の目的に適し.た 特に好ましい製膜方法は、 流延法、 サンドイッチ法である。 流延法の基板やサン ドイッチ法の基体には、 ガラス板や金属板、 樹脂フィルムなどの他、 凝固時の支 持体膜の空隙構造を制御することなどの目的で、 種々の多孔質材料を基板、 基体 として好ましく用いることができる。
また、 本発明で用いるポリベンザゾール系ポリマーの溶液は、 均一でかつ空隙 率の大きな支持体膜を得るためには、 等方性条件の組成で支持体膜に製膜するこ とが重要である。
そのため、 本発明に用いるポリベンザゾール系ポリマーの溶液中のポリベンザ ゾール系ポリマーの濃度は、 0 . 5 %以上であることが好ましく、 特に 0 . 8 % 以上であることがより好ましい。 また、 この濃度は、 2 %以下であることが好ま しく、 特に 1 . 5 %以下であることがより好ましい。 この濃度が 0. 5 %未満の 場合には、 ポリベンザゾ一ル系ポリマーの溶液の粘度が小さくなり、 適用できる 製膜方法が限られ、 得られる支持体膜の強度が小さくなる場合がある。 また、 こ の濃度が 2 %を超えると、 空隙率の大きな支持体膜が得にくい場合や、 ポリベン ザゾール系ポリマーのポリマー組成や重合度によっては、 ポリベンザゾール系ポ リマーの溶液が異方性を示す場合がある。
本発明に用いるポリベンザゾール系ポリマーの溶液の濃度を上記で示したよう な範囲に調整するには、 次に示すような方法をとる事ができる。 すなわち、 重合 反応により得られたポリベンザゾール系ポリマーの溶液から一且ポリベンザゾー ル系ポリマーの固体を分離し、 再度溶媒を加えて溶解することで濃度調整を行な う方法などが具体例として挙げられる。
さらには、 ポリ燐酸中で縮合重合反応により得られた状態のポリベンザゾール 系ポリマーの溶液から、 ポリベンザゾール系ポリマーの固体を分離することなく- そのポリベンザゾール系ポリマーの溶液に溶媒を加えて希釈し、 濃度調整を行な う方法なども挙げられる。 あるいは、 ポリベンザゾール系ポリマーの重合組成を 調整することで、 上記濃度範囲のポリベンザゾール系ポリマーの溶液を直接得る 方法なども挙げられる。
ここで、 本発明に用いるポリベンザゾール系ポリマーの溶液の濃度調整に用い るのに好ましい溶媒としては、 たとえば、 メタンスルホン酸、 ジメチル硫酸、 ポ リ燐酸、 硫酸、 トリフルォロ酢酸などが挙げられ、 あるいはこれらの溶媒を組み 合わせた混合溶媒を用いることもできる。 これらの中でも、 メタンスルホン酸、 ポリリン酸が特に好ましい。
本発明に用いる支持体膜の多孔質構造を実現する手段としては、 たとえば、 製 膜された等方性のポリベンザゾール系ポリマーの溶液を、 貧溶媒と接触させて凝 固させる方法を用いる。 この貧溶媒は、 ポリベンザゾール系ポリマーの溶液の溶 媒と混和できる溶媒であることが好ましく、 液相状態であつても気相状態であつ てもよい。 さらに、 気相状態の貧溶媒による凝固と液相状態の貧溶媒による凝固 を組合わせる方法も好ましく用いることができる。
ここで、 上記の凝固に用いる貧溶媒としては、 水、 酸水溶液、 無機塩水溶液の 他、 アルコール類、 グリコール類、 グリセリンなどの有機溶媒などを利用するこ とができる。 ただし、 使用するポリベンザゾール系ポリマーの溶液との組合せに よっては、 支持体膜の表面開孔率ゃ空隙率が小さくなつたり、 支持体膜の内部に 不連続な空洞ができたりするなどの問題が生じる場合があるため、 凝固に用いる 貧溶媒の選択には特に注意が必要である。 また、 本発明における等方性のポリベンザゾール系ポリマーの溶液の凝固にお いては、 水蒸気、 メタンスルホン酸水溶液、 リン酸水溶液、 グリセリン水溶液の 他、 塩化マグネシゥム水溶液などの無機塩水溶液などの中力 ら貧溶媒を選択し、 さらに凝固条件を選択することにより、 支持体膜の表面および内部の構造、 空隙 率を制御することができる。
これらの中でも、 特に好ましい凝固の手段は、 水蒸気と接触させて凝固する方 法や、 凝固の初期において水蒸気に短時間接触させた後に水に接触させて凝固す る方法、 およびメタンスルホン酸水溶液に接触させて凝固する方法などである。 そして、 ポリベンザゾール系ポリマ の溶液の凝固が進むと、 支持体膜は収縮 しょうとする。 そのため、 凝固が進行する間は、 支持体膜の不均一な収縮による シヮの発生などを抑制する目的で、 テンターや固定枠を用いる場合もある。 また、 ガラス板などの基板上に成型したポリベンザゾール系ポリマーの溶液を凝固する 場合には、 基板面の粗さを制御することで、 基板上での支持体膜の収縮を制御す る場合もある。
さらに、 上記のようにして凝固された支持体膜は、 残留する溶媒によるポリべ ンザゾール系ポリマーの分解の促進や、 複合イオン交換膜の材質として使用する 際に残留溶媒が流出するなどの問題を避ける目的で、 十分に洗浄することが望ま しい。 この洗浄は、 支持体膜を洗浄液に浸漬することで行なうことができる。 特 に好ましい洗浄液は水である。 水による洗浄は、 支持体膜を水中に浸漬したとき の洗液の p Hが 5〜8の範囲になるまで行なうことが好ましく、 p Hが 6 . 5〜 7 . 5の範囲になるまで行なうことがさらに好ましい。
そして、 上記に述べた特定の濃度範囲のポリベンザゾール系ポリマーの等方性 溶液を用い、 上記に述べたような方法から選ばれた適当な凝固手段を用いること により、 本発明に用いる支持体膜の目的に最も適した構造を有するポリべンザゾ ール系ポリマーを材質とする支持体膜が得られる。 すなわち、 支持体膜の少なく とも一方の表面に適当な開孔率の開孔部を持つ連続した空隙を有する多孔質の支 持体膜である。 この支持体膜は、 ポリベンザゾール系ポリマーのフィプリノレ状繊 維から形成される立体網目構造からなり、 三次元的に連続した空隙を有する。 か 力 る支持体膜の構造は、 原子聞力顕微鏡を用いた水中での支持体膜の表面の観察、 および、 エポキシ包埋ー脱エポキシにより水中の構造を保持した支持体膜の透過 型電子顕微鏡観察による断面観察によつて確認することができる。
本発明における支持体膜は、 その空隙率が 9 0 °/0以上であることが好ましく、 さらに好ましくは 9 5 %以上である。 空隙率がこの範囲よりも小さいと、 イオン 交換樹脂を複合化させた場合のイオン交換樹脂の含有率が小さく、 イオン導電性 が低下するため好ましくない。
本発明の支持体膜は両面に開孔部を持つ。 少なく とも一方の面の開孔率は 4 0 %以上であることが好ましく、 さらに好ましくは 5 0 %以上、 特に好ましくは 6 0 %以上である。 少なくとも一方の面の開孔率がこの範囲よりも小さいと、 内 部にィォン交換樹脂が含浸された支持体膜の層と、 支持体膜の両面に形成された イオン交換樹脂の層との密着性が低下し、 イオン導電性が低下するだけでなく、 該イオン交換樹脂層が剥離しやすくなるため好ましくない。
く複合ィォン交換膜の製造方法 >
上述のような方法で得られたポリベンザゾール系ポリマーを材質とする多孔質 の支持体膜にイオン交換榭脂耝成物を含浸させ、 複合イオン交換膜を得る方法に ついて説明する。
すなわち、 この支持体膜を乾燥させずに、 イオン交換樹脂組成物を含む溶液に 浸漬し、 この支持体膜の内部の液をィォン交換樹脂組成物を含む溶液に置換して 力 乾燥させる方法により、 複合イオン交換膜を得る方法について説明する。 なお、 この支持体膜内部の液がイオン交換樹脂組成物を含む溶液の溶媒組成と 異なる場合には、 その溶媒組成にあわせてあらかじめ内部の液を置換しておく方 法を採る場合もある。
ここで、 等方性のポリベンザゾール系ポリマーの溶液から得られる多孔質の支 持体膜は、 乾燥により支持体膜の空隙内部の液体の体積が減少するのにしたがつ て、 空隙構造が収縮するため、 支持体膜の見かけの体積が大幅に減少するという 特徴を有する。
そのため、 この支持体膜の内部にイオン交換樹脂組成物を含浸することなく金 属の枠などに固定して面方向の収縮を制限して乾燥させた場合には、 収縮は膜厚 方向に起こり、 この支持体膜における乾燥後の見かけの膜厚は、 乾燥前の膜厚の 0 . 5〜 1 0 %の範囲になることが通常である。
なお、 本発明に用いる支持体膜以外の多孔質支持体膜、 たとえば、 延伸ポリテ トラフルォロエチレンポリマーを材質とする多孔質膜からなる支持体膜ではこの ような大幅な収縮は起こらない。
本発明に用いる支持体膜のこのような特徴により、 この支持体膜の空隙内部の 液をイオン交換樹脂組成物を含む溶液に置換してから乾燥させた場合には、 空隙 内部に含浸されたこのイオン交換樹脂組成物を含む溶液の溶媒が蒸発して、 この ィオン交換樹脂組成物を含む溶液の体積が減少するにつれて、 この支持体膜も収 縮する。 そのため、 この支持体膜の内部の空隙が析出したイオン交換樹脂組成物 によって満たされた、 緻密な複合イオン交換膜の構造を容易に得ることができる。 この複合イオン交換膜の構造によって、 本発明の複合イオン交換膜は、 優れた寸 法安定性、 機械強度、 燃料透過抑止性を示すことになる。
そして、 上記に記述したイオン交換樹脂組成物を含む溶液の溶媒は、 ポリベン ザゾール系ポリマーを材質とする支持体膜を溶解、 分解あるいは極端に膨潤させ ず、 かつイオン交換樹脂組成物を溶解できる溶媒の中から選ぶことができる。 ただし、 イオン交換樹脂組成物を含む溶液を支持体膜に含浸させた後に、 溶媒 を除去してィオン交換樹脂組成物を析出させるためには、 溶媒は加熱や減圧など の手段を用いて蒸発させるなどして除去することができるものであることが好ま しい。
このような溶媒としては、 たとえば、 N, N, 一ジメチルホルムアミ ド、 N, N ' ージメチルァセトアミ 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、 ジメチルスルホキシド、 スルホランなどの非プロトン性極性溶媒や、 メタノール、 エタノール、 プロパノール、 ブタノールなどのアルコ一ノレ類、 ァセ トンゃメチノレエチノレケトンなどの極性溶媒、 クレゾーノレなどのフエノール類、 水、 およびこれらの混合溶媒などを挙げることができる。
本発明に用いる支持体膜は、 ポリベンザゾール系ポリマーを材質とする支持体 膜である場合には、 高い耐熱性を有する。 そのため、 1 0 0 °C程度の温度からク リーブを生じるポリテトラフルォロエチレン製の支持体膜を用いる従来公知の複 合イオン交換膜の作製では使用できない、 高沸点の溶媒を含むイオン交換樹脂組 成物の溶液を使用して複合イオン交換膜を作製できる。 このことからも、 本発明 に用いる支持体膜は、 多くの種類のイオン交換樹脂組成物が選択できるという観 点から優れた特徴を有するといえる。
なお、 本発明に用いるイオン交換樹脂組成物の溶液中のイオン交換樹脂の濃度 は、 特に限定されるものではないが、 1質量 °/0以上であることが好ましく、 特に 1 0質量%以上であることがより好ましい。 また、 この濃度は、 5 0質量%以下 であることが好ましく、 特に 4 0質量%以下であることがより好ましい。 この濃 度が 1質量。ん未満の場合には、 複合膜中のィオン交換樹脂含有量が低下するとい う傾向があり、 この濃度が 5 0質量%を超えると、 複合膜中で複合層の厚みが占 める割合が低下して補強効果が小さくなったり、 複合膜の膜厚が大きくなりすぎ て発電性能が低下したり、 支持体膜へのイオン交換樹脂溶液の含浸が不完全にな つて複合膜中に空隙が生じやすくなるという傾向がある。
さらに、 本発明の複合イオン交換膜に占めるイオン交換樹脂の含有率は、 5 0 質量%以上であることが好ましく、 特に 8 0質量%以上であることがより好まし い。 また、 この含有率は当然に 1 0 0質量%未満であるが、 9 9質量%以下であ ることが好ましい。 この含有率が 5 0質量%未満の場合には、 複合イオン交換膜 の導電抵抗が大きくなつたり、 複合イオン交換膜の保水性が低下したりして、 十 分な発電性能が得られないため好ましくない傾向がある。 また、 この含有率が 9 9質量%を超えると、 複合膜の強度や耐膨潤性が低下するという傾向がある。 本発明の複合イオン交換膜は、 その内部におけるイオン交換樹脂の含有率の不 均一が少ないことが望ましい。 すなわち、 複合膜を厚み方向に縦断する直線につ いて、 イオン交換樹脂のみが含有する元素について電子プローブマイクロアナラ ィザーを用い線分析を行う場合について、 X線カウント値のばらつきが C V値で 5 0 %以内であるのが好ましく、 4 0 %以内であることがより好ましく、 2 5 % 以内であることが特に好ましい。 X線カウント値のばらつきがこれより多い場合、 複合イオン交換膜の内部におけるイオン交換樹脂の含有率が不均一であり、 膜の イオン伝導性が低下し、 さらに複合膜の機械的強度が低下するため、 十分な発電 性能が得られなレ、虞があるためである。
また、 本発明の複合イオン交換膜は、 その内部において、 イオン交換樹脂が存 在しない領域ができるだけ少ないことが望ましい。 すなわち、 該複合膜を厚み方 向に縦断する分析領域において電子プローブマイクロアナライザーを用いて線分 析を行った際、 該測定元素の X線カウント値について、 複合膜内の分析点におけ る値のうちの最大値に対して 5 %以下の値をとる分析点の数が全分析点の 0〜 3 0 %、 より好ましくは 0〜2 0 %、 さらに好ましくは 0〜1 0 %の範囲であるこ とが望ましい。 最大値に対して 5 %以下の値をとる分析点の数がこれより多い場 合、 複合イオン交換膜の内部において、 イオン交換樹脂が存在しない領域、 すな わちイオン伝導に寄与しない領域が多くなり、 膜のイオン伝導性が低下するため、 十分な発電性能が得られない。
く複合イオン交換膜の構造〉 ,
本発明の複合イオン交換膜の厚みは、 1 0 μ ιη以上であることが好ましく、 特 に 2 0 μ πι以上であることがより好ましい。 また、 この厚みは、 5 0 0 μ m以下 であることが好ましく、 特に 1 0 0 m以下であることがより好ましい。 この厚 みが 1 0 /x m未満の場合には、 燃料のクロスオーバーなどが大きくなるという問 題が生じやすくなる。 また、 この厚みが 5 0 0 i mを超えると、 複合イオン交換 膜の導電抵抗が増大する傾向がある。
本発明の複合ィオン交換膜の厚みは、 支持体膜を作製する際に支持体膜を形成 するポリベンザゾール系ポリマーの溶液の濃度ゃクリァランスを調整したり、 ィ オン交換樹脂組成物を含む溶液の濃度を調整することによって、 制御することが できる。
また、 本発明の複合イオン交換膜は、 上記のイオン交換樹脂組成物からなる表 面層を上記の支持体膜の両面に備えることが好ましい。
すなわち、 本発明の複合イオン交換膜は、 図 1に示すように、 支持体膜とィォ ン交換樹脂組成物とを備える複合層 2を挟む形で、 この複合層 2の両面に支持体 膜を含まないイオン交換樹脂組成物からなる表面層 1 , 3を有しているとさらに 優れた特性を示す。 このような構造を有することにより、 本発明の複合イオン交 換膜は、 高い機械的強度を有し、 力つ表面に電極層を形成させた場合の電極層と の密着性に優れるという優れた特性を有することとなるためである。 '
ここで、 この表面層のそれぞれの厚みは、 1 m以上であることが好ましく、 特に 2 μ ιη以上であることがより好ましい。 また、 この厚みは、 5 0 μ ιη以下で あることが好ましく、 特に 3 0 μ πι以下であることがより好ましい。 さらに、 こ の厚みは、 複合イオン交換膜の全厚みの半分を超えないことが好ましい。 この厚 みが 1 Ai m未満の場合には、 電極層との密着性が低下し、 イオン伝導性が低下す る場合がある。 またこの厚みが 5 0 μ πιを超えるカ あるいは複合イオン交換膜 の全厚みの半分を超える場合には、 複合層による補強の効果が複合ィォン交換膜 の最外表面まで及ばず、 複合イオン交換膜が吸湿した場合に表面層のみが大きく 膨潤して表面層が複合層から剥離する場合がある。
また、 本発明の複合イオン交換膜においては、 機械的強度やイオン伝導性、 表 面に形成される架橋イオン交換樹脂組成物層の耐剥離性などの特性をさらに向上 させる目的で、 複合イオン交換膜を適当な条件で熱処理する方法も好ましく用い ることができる。
また、 本発明の複合イオン交換膜においては、 表面に形成されるイオン交換樹 脂組成物の表面層の厚みを調整するために、 この複合イオン交換膜をさらにィォ ン交換樹脂組成物を含む溶液に浸漬してもよい。 さらに、 本発明の複合イオン交 换膜においては、 この複合イオン交換膜にイオン交換樹脂組成物を含む溶液を塗 布したりしてから乾燥することにより、 イオン交換樹脂組成物の層の付着量を增 加させてもよい。
あるいは、 本発明の複合イオン交換膜においては、 この複合イオン交換膜をィ オン交換樹脂組成物を含む溶液に浸漬した後に、 支持体膜の表面に付着したィォ ン交換樹脂組成物を含む溶液の一部を、 スクレーパー、 エアナイフ、 ローラーな どで搔落としたり、 ろ紙ゃスポンジのような溶液吸収性のある材料で吸収したり することにより、 ィオン交換樹脂組成物の層の付着量を減少させたりする方法も 用いることができる。
さらには、 本発明の複合イオン交換膜においては、 熱プレスをかけることによ りィォン交換樹脂組成物の層の密着性をさらに向上させるなどの方法を併せて用 いることもできる。
このような構造を有する、 本発明の複合イオン交換膜は、 高いイオン伝導性を 有しながら、 機械的強度に優れる。 また、 その特性を生かして、 本発明の複合ィ オン交換膜は、 固体高分子形燃料電池の高分子固体電解質膜として利用すること ができる。
実施例
以下、 実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、 本発明はこれらに限定 されるものではない。
ぐイオン交換樹脂の合成 >
まず、 本発明の実施例および比較例に用いるイオン交換樹脂を、 下記の合成例 のようにして合成した。
( i ) 合成例 1
まず、 4, 4 '—ジクロロジフエ-ノレスノレホン一 3, 3'—ジスノレホン酸ソーダ
1 2. 28 g (25. 0 mm o 1 ) 、 4, 4'—クロロジフエニノレスノレホン 7. 18 g (25. Omm o 1 ) 、 4, 4'—ビフエノール 9. 3 1 g (50. Om mo 1 ) N 炭酸力リウム 7. 95 g (57. 5 mm o 1 ) 、 N—メチル一 2—ピ ロリ ドン 100m 1、 トルエン 1 5m 1を、 窒素導入管、 攪拌翼、 ディ一ンスタ ークトラップ、 温度計を取り付けた 20 Om 1枝付きフラスコに入れ、 オイルバ ス中で攪拌しつつ窒素気流下で加熱した。
次いで、 トルエンとの共沸による脱水を 140°Cで行なった後、 トルエンを全 て留去した。 その後、 200°Cに昇温し、 15時間加熱した。 続いて、 室温まで 冷却した溶液を 20 O Om lの純水に注ぎイオン交換樹脂を再沈させた。 そして、 濾過したイオン交換樹脂は 50 °Cで減圧乾燥して、 合成例 1のイオン交換樹脂を 得た。
( i i ) 合成例 2〜 1 2
モノマーの種類およびモル比を表 1に示すように変えた点以外は、 合成例 1と 同様にして、 合成例 2〜1 2のイオン交換樹脂を合成した。 なお、 イオン交換樹 脂の収率および対数粘度の測定結果を表 1に併せて示す。 表 1
Figure imgf000064_0001
DCBN: 2, 6—ジクロロベンゾニ卜リル
DCDPS:4, 4'—ジクロロジフエニルスルホン
BP :4, 4'—ビフエノール
BPF:9, 9—ビス(4—ヒドロキシフエニル)フルオレン
( i i i) 比較合成例 1
まず、 ポリフエ-ルスルホン (アルドリ ツチ社製、 商品名 P o 1 y p h e 11 y
1 s u 1 f o n e) l O gを、 100 gの濃硫酸に溶解した。 次いで、 5°Cの冷 水浴中で 30%発煙硫酸 4 m 1 (S〇3として 0. 03mo l ) を滴下し、 3時 間反応させた。 その後、 反応溶液を水に注いで再沈し、 遊離の酸が洗浄液に pH 試験紙で検出できなくなるまで水で洗浄し、 濾過した後、 50 °Cで減圧乾燥して、 比較合成例 1のスルホン化ポリフエニルスルホンを得た。 なお、 収率は 90 %で あった。
ぐ実施例 1〉
まず、 ポリ憐酸中に極限粘度25 d L/gのポリパラフエ-レンシスべンゾビ スォキサゾールポリマーを 14質量0 /0含んだドープに、 メタンスルホン酸を加え て希釈し、 ポリパラフエ-レンシスべンゾビスォキサゾーノレ濃度 1質量%の等方 性溶液を調製した。
次いで、 この溶液を、 90°Cに加熱したガラス板上にクリアランス 300 μπι のアプリケータを用いて製膜速度 5 mmノ秒で製膜した。 このようにしてガラス 板上に製膜したドープ膜をそのまま 25°C、 相対湿度 80。/0の恒温恒湿槽中に置 いて 1時間凝固し、 生成した膜を洗液が pH7±0. 5を示すまで水洗を行って 支持体膜を作成した。
続いて、 作成した支持体膜は両面に開孔部を持つ連続した空孔を有する多孔質 の膜であることを原子間力顕微鏡による表面形態観察および、 透過型 子顕微鏡 による断面形態観察により確認した。 なお、 観察による測定の結果、 支持体膜の 開孔率は 6 9 %、 空隙率は 9 8 %だった。
その後、 この支持体膜を水中でステンレス製のフレームに固定し、 ジメチルァ セトアミ ド (DMA c ) 2 5 %水溶液、 DMA c 5 0 %水溶液、 DMA c 7 5 % 水溶液の順にそれぞれ 1時間ずっ浸漬した後、 最終的に DMA cに浸漬して支持 体膜に含まれる溶媒を水から DMA cに置換した。
そして、 合成例 1で重合反応により作製したイオン交換樹脂 1 0 gを 4 0 gの DMA cとともに 3日間攪拌してィオン交換樹脂を含む溶液を作成した。 次いで、 上記の支持体膜をこのイオン交換樹脂を含む溶液に 2 5 °Cで 1 5時間浸潰した後 溶液から取出し、 膜の内部に含浸および膜表面に付着したイオン交換樹脂を含む 溶液中の溶媒を熱風により揮発させ乾燥させた。
さらに、 乾燥させた膜は 1 2 0 °Cで一晩減圧乾燥を行なった。 その後、 膜を 8 0 °Cの l m o 1 /L硫酸で 1時間処理してスルホン酸基を酸型に変換し、 さらに 酸が検出できなくなるまで水で洗浄し、 実施例 1の複合ィオン交換膜を得た。 <実施例 2〜 1 2 >
複合ィォン交換膜の材質となるィォン交換樹脂を、 表 2に示す合成例のイオン 交換樹脂に変更した点以外は、 実施例 1と同様にして、 実施例 2〜 1 2の複合ィ オン交換膜を作製した。
表 2
Figure imgf000066_0001
IEC:イオン交換当 S
<比較例 1〉
比較例 1においては、 実施例 1〜 1 2とは異なり、 合成例 1で合成したイオン 交換樹脂を複合膜化せず、 単独で膜を作製した。 '
すなわち、 まず、 合成例 1のイオン交換樹脂 0. 8 gを、 3. 2 gのジメチル ァセトアミ ドに溶解した溶液を、 300 μιηの厚みでガラス板上にキャストし、 70でで 3日間減圧乾燥した。
次いで、 ガラス板から膜を剥離した後、 膜を 60°Cの lmo 1ZL硫酸で 1時 間処理してスルホン酸基を酸型に変換し、 さらに酸が検出できなくなるまで水で 洗浄した。 そして、 洗浄した膜を風乾し、 比較例 1のイオン交換膜を得た。 く比較例 2〜 1 2 >
イオン交換膜の材質となるイオン交換樹脂を、 表 2に示す合成例のィオン交換 樹脂に変更した点以外は、 比較例 1と同様にして、 比較例 2〜 1 2の複合ィオン 交換膜を作製した。
く比較例 13>
比較合成例 1で重合反応により作製したスルホン化ポリフエニルスノレホンを用 いた他は、 実施例 1と同様にして、 複合イオン交換膜を作製した。 比較合成例の ィオン交換樹脂の溶液は粘度が高く、 ややゲル的な挙動を示した。
<イオン交換樹脂の合成〉
( i ) 合成例 1 3 :架橋性基を有するイオン交換樹脂 (1) の合成
まず、 4, 4'ージクロロジフエ-ノレスノレホン一 3, 3'—ジスノレホン酸ソーダ 39. 30 g (80. Ommo l ) 、 4, 4'ージフルォロベンゾフエノン 4.
28 g (20. Ommo l) 、 2, 2—ビス ( 4ーヒ ドロキシー 3—メチルフエ ニル) プロパン 25. 63 g (100. Ommo 1 ) 、 炭酸力リウム 15. 89 g (1 1 5. Ommo 1 ) 、 N—メチルー 2—ピロリ ドン 20 Om 1、 トルエン
3 Om lを、 窒素導入管、 攪拌翼、 ディーンスタークトラップ、 温度計を取付け た 1, 00 Om 1枝付きフラスコに入れ、 オイルバス中で攪拌しつつ窒素気流下 で力 II熱した。
次いで、 トルエンとの共沸による脱水を 140°Cで行なった後、 トルエンを全 て留去した。 その後、 200°Cに昇温し、 1 5時間加熱した。 続いて、 室温まで 冷却した溶液を 5000m lの純水に注ぎイオン交換樹脂を再沈させた。 そして、 濾過したイオン交換樹脂は 50°Cで減圧乾燥した。
なお、 測定したイオン交換樹脂の対数粘度は、 0. 63 d lZgだった。 ·また、 得られたイオン交換樹脂の収量は、 45. 3 g (収率 74%) だった。
( i i ) 合成例 14 :架橋性基を有するイオン交換樹脂 (2)
まず、 4, 4'ージクロロジフエニノレスノレホン一 3 , 3 '_ジスノレホン酸ソーダ 29. 48 g (60. Ommo l ) 、 4, 4'ージクロロジフエ-ノレスノレホン 1 1. 49 g (40. Ommo 1 ) 、 4, 4'ービフエノーノレ 18. 25 g (98. 0 mm o 1 ) 、 炭酸力リウム 1 5. 89 g (1 15. 0 mm o 1 ) 、 N—メチル 一 2—ピロリ ドン 17 Om 1、 トルエン 3 Om 1を、 窒素導入管、 攪拌翼、 ディ ーンスタークトラップ、 温度計を取付けた 1, 00 Om 1枝付きフラスコに入れ、 オイルバス中で攪拌しつつ窒素気流下で加熱した。
次いで、 トルエンとの共沸による脱水を 140°Cで行なった後、 トルエンを全 て留去した。 その後、 200°Cに昇温し、 1 5時間加熱した。 続いて、 反応溶液 を 140°Cまで冷却してから、 4ーェチニノレフエノーノレ 0. 240 g (2. Om mo 1 ) とトルエン 3 Om 1とを加え、 さらに 2時間攪拌した。 その後、 室温ま で冷却した溶液を 5000mlの純水に注ぎィオン交換樹脂を再沈させた。 そし て、 濾過したイオン交換樹脂は 50°Cで減圧乾燥した。
なお、 測定したイオン交換樹脂の対数粘度は、 0. 61 d l/gだった。 また、 得られたイオン交換樹脂の収量は、 48. 0 g (収率 92%) だった。
く実施例 1 3 >
まず、 ポリ燐酸中に極限粘度 24 d L/gのポリパラフエ二レンシスべンゾビ スォキサゾールポリマーを 14質量%含んだドープに、 メタンスルホン酸を加え て希釈し、 ポリパラフエ二レンシスべンゾビスォキサゾール濃度 1質量%の等方 性溶液を調製した。
次いで、 この溶液を、 90。Cに加熱したガラス板上に、 クリアランス 30 Ο μ mのアプリケータを用いて、 製膜速度 5 mm/秒で製膜した。 このようにしてガ ラス板上に製膜したドープ膜を、 そのまま 25°C、 相対湿度 80%の恒温恒湿槽 中に置いて 1時間凝固し、 生成した膜を洗液が pH7±0. 5を示すまで水洗を 行つて支持体膜を作成した。
続いて、 作成した支持体膜は、 両面に開孔部を持つ連続した空隙を有する多孔 質の膜であることを、 原子間力顕微鏡による表面形態観察および、 透過型電子顕 微鏡による断面形態観察により確認した。 なお、 観察による測定の結果、 支持体 膜の開孔率は 69 %、 空隙率は 98 %だった。
その後、 この支持体膜を水中でステンレス製のフレームに固定し、 ジメチルァ セトアミド (DMA c ) 25 %水溶液、 DMA c 50 %水溶液、 DMA c 75 % 水溶液の順にそれぞれ 1時間づっ浸漬した後、 最終的に DMA cに浸漬して支持 体膜に含まれる溶媒を水から DMA cに置換した。
そして、 合成例 1 3で重合した架橋性基を有するイオン交換樹脂 (1) 20 g を、 80 gの DMA cとともに 3日間攪拌して、 ィオン交換樹脂組成物を含む溶 液を作成した。
次いで、 上記のようにして得た支持体膜を、 このイオン交換樹脂組成物を含む 溶液に 25°Cで 1 5時間浸漬した後、 溶液から取り出し、 膜の内部に含浸おょぴ 膜表面に付着したィオン交換樹脂を含む溶液中の溶媒を熱風により揮発させ乾燥 させた。
そして、 乾燥させた膜は、 120°Cで一晩減圧乾燥を行なった後、 金属製の枠 に固定したまま、 窒素雰囲気下、 50°Cの条件下、 紫外線ランプを用いて 1時間 光照射した。
その後、 膜を 80°Cの 1 mo 1 /L硫酸で 1時間処理してスルホン酸基を酸型 に変換し、 さらに酸が検出できなくなるまで水で洗浄した。 そして、 洗浄した膜 を風乾したところ、 厚み 47 の複合イオン交換膜が得られた。
なお、 得られた複合イオン交換膜のイオン性基濃度は、 2. lme q/gであ り、 イオン交換樹脂の含有率は 93%であり、 複合層の厚みは 14 μιηだった。 また、 得られた複合イオン交換膜は、 耐水性試験での質量減少率は 0%であり、 イオン伝導性は 0. 3 O S/cmであった。
さらに、 得られた複合イオン交換膜は、 良好な耐水性とイオン伝導性を示し、 柔軟かつ強靭でハンドリング性に優れていた。
<実施例 14>
まず、 実施例 13と同様にして支持体膜を作製し、 この支持体膜を水中でステ ンレス製のフ I ^一ムに固定し、 ジメチルァセトアミ ド (DMAc) 25%水溶液、 DMA c 50 %水溶液、 DMA c 75 %水溶液の順にそれぞれ 1時間ずっ浸漬し た後、 最終的に DMA cに浸漬して支持体膜に含まれる溶媒を水から DMA cに 置換した。
次いで、 合成例 14で重合した架橋性基を有するイオン交換樹脂 (2) 20 g を、 80 gの DMA cとともに 3日間撹拌して、 ィオン交換樹脂組成物を含む溶 液を作製した。
続いて、 上記のようにして得た支持体膜をこのイオン交換樹脂組成物を含む溶 液に 25 °Cで 15時間浸漬した後、 この溶液から取出し、 膜の内部に含浸および 膜表面に付着したイオン交換樹脂を含む溶液中の溶媒を熱風により揮発させ乾燥 させた。
その後、 乾燥させた膜は、 70°Cで 3日間減圧乾燥を行った後、 金属製の枠に 固定したまま、 窒素雰囲気下 200°Cで、 1時間加熱処理した。
そして、 枠から取外した膜を、 80°Cの lmo 1 /L硫酸中で 1時間処理して、 スルホン酸基を酸型に変換し、 さらに遊離の酸が検出できなくなるまで水で洗浄 し、 風乾して厚み 0. 0048 c mの複合ィオン交換膜を得た。
なお、 得られた複合イオン交換膜のイオン性基濃度は、 1. 9me q/gであ り、 イオン交換樹脂の含有率は 92%であり、 複合層の厚みは 14 μπιだった。 また、 得られた複合イオン交換膜は、 耐水性試験での質量減少率は 0%であり、 イオン伝導性は 0. 29 SZ cmであった。
さらに、 得られた複合イオン交換膜は、 良好な耐水性とイオン伝導性を示し、 柔軟かつ強靭でハンドリング性に優れていた。
<比較例 14 >
まず、 合成例 1 3の架橋性基を有するイオン交換樹脂 (1) 0. 4 gを、 1.
6 gのジメチルァセトアミドに溶解した溶液を、 300 μ mの厚みでガラス板上 にキャストし、 70 °Cで 3日間減圧乾燥した。
次いで、 ガラス板から膜を剥離した後、 金属製の枠に固定し、 窒素雰囲気下に おいて、 50 Cで紫外線ランプで 1時間光照射した。
その後、 この膜を 80°Cの 1 mo 1 /L硫酸で 1時間処理して、 スルホン酸基 を酸型に変換し、 さらに酸が検出できなくなるまで水で洗浄した。 洗浄した膜は 風乾したところ、 厚み 47 μπιの透明なイオン交換膜が得られた。
本比較例のィオン交換膜のイオン性基濃度は 2. 2 πι e q / gだった。
また、 本比較例のィオン交換膜の耐水性試験での質量減少率は 0 %であり、 ィ オン伝導性は 0. S S SZcmであり、 良好な耐水性とィオン伝導性を示したが、 膜は固くて柔軟性に欠け、 やや脆かった。
<比較例 15>
まず、 合成例 14の架橋性基を有するイオン交換樹脂 (2) 0. 4 gを、 1. 6 gのジメチノレアセトアミ ドに溶解した溶液を、 300 β mの厚みでガラス板上 にキャストし、 70°Cで 3日間減圧乾燥した。
次いで、 ガラス板から膜を剥離した後、 金属製の枠に固定し、 窒素雰囲気下 2 00°Cで 1時間処理した。
その後、 この膜を 80°Cの lmo 1/L硫酸で 1時間処理して、 スルホン酸基 を酸型に変換し、 さらに酸が検出できなくなるまで水で洗浄した。 洗浄した膜は W 風乾したところ、 厚み 4 9 μ πιの透明なイオン交換膜が得られた。
本比較例のィオン交換膜のイオン性基濃度は 2 . 1 m e q Z gだった。
また、 本比較例のイオン交換膜の耐水性試験での質量減少率は 0。/。であり、 ィ オン伝導性は 0. 3 3 SZ C mであり、 良好な耐水性とイオン伝導性を示した力 この膜も固くて柔軟性に欠け、 やや脆かった。
結果、 比較例 1 3〜1 5の複合イオン交換膜またはイオン交換膜は、 イオン伝 導性、 耐膨潤性、 機械的強度、 耐水性などのいずれかの指標において欠点が認め られ、 燃料電池の高分子固体電解質膜として好適に用いることは困難である。 一方で、 実施例 1 3および実施例 1 4の複合イオン交換膜は、 イオン伝導性が 良好であるとともに、 複合化の点でも良好であり、 さらに膨潤についても抑制さ れており、 耐水性にも優れているため、 燃料電池の高分子固体電解質膜として好 適に用いることができる、 優れた特性を有する複合ィオン交換膜であることが明 らかとなつた。
<各種測定方法および評価方法 >
本発明の実施例および比較例においては、 各種測定方法および評価方法は以下 の方法に従つて行なつた。 これらの測定方法およぴ評価方法の結果得られた各種 測定結果および評価結果を、 表 1および表 2に示す。 ,
( i ) 極限粘度の測定方法
支持体膜を形成するポリマーについて、 メタンスルホン酸を溶媒として、 0 . 5 g Z Lの濃度に調整したポリマー溶液の粘度をウベローデ型粘度計を用いて 2 5 °C恒温槽中で測定し、 極限粘度を算出した。
( i i ) 支持体膜の表面開孔率の測定方法
支持体膜の表面開孔率は次の方法により測定した。
まず、 水洗した支持体膜內部の水をエタノールに置換、 さらに酢酸イソアミル に十分置換した後、 (株) 日立製作所製、 臨界点乾燥装置 (H C P— 1 ) を用い て、 C 02臨界点乾燥を施した。
次いで、 このようにして臨界点乾燥した支持体膜に、 厚さ 1 5 0オングスト口 ームの白金コートを施し、 (株) 日立製作所製、 S EM ( S— 8 0 0 ) を用いて 加速電圧 1 0 k V、 試料傾斜角度 3 0度で、 走査型電子顕微鏡 (S EM) 観察を 行った。
続いて、 図 2で示すように、 撮影した支持体膜の表面の撮影倍率 1万倍の走査 型電子顕微鏡写真上で、 5 μιη角に相当する視野を選び、 膜の最外表面に相当す るポリマー部分を白、 それ以外の部分を黒に色分けした後、 イメージスキャナー を用いて画像をコンピューターに取り込み、 米国 S c i o n社製の画像解析ソフ トである、 S c i o n I ma g eを用いて、 画像のヒストグラムから画像中の 黒部分が占める比率を測定した。 なお、 図 2において、 符号 4は支持体膜のフィ プリルを示し、 符号 5は空隙を示す。
そして、 上記の操作を一つのサンプルに対して各 3回行い、 その平均値を計算 して、 支持体膜の表面開孔率とした。
( i i i ) 支持体膜の空隙率の測定方法 ' 支持体膜の空隙率は次の方法により測定した。
まず、 含水状態の支持体膜の重量と、 絶乾状態の支持体膜の重量と、 の差から 求められた水の重量を、 水の密度で除して、 膜内の空隙を満たす水の体積 Vw [mL] を得た。
次いで、 Vwと含水状態の膜の体積 Vm [mL] から以下の計算により支持体 膜の空隙率を求めた。
支持体膜の空隙率 [%] =Vw/Vmxl 00
(i v) 複合イオン交換膜を構成する各層の厚さの測定方法
複合イオン交換膜を構成する複合層の厚さ、 およびこの複合層を挟む形で複合 層の両面に形成された支持体膜を含まないィオン交換樹脂組成物からなる表面層 の厚さは、 下記のようにして測定した。
まず、 幅 300 inx長さ 5 mmに切り出した複合イオン交換膜片を、 ルベア ック 81 2 (ナカライテスタ (株) 製) ノルべアツク NMA (ナカライテスタ (株) 製) /DMP 30 (TAAB製) = 100 Z 89 /4の組成とした樹月旨で 包埋し、 60 °Cで 1 2時間硬化させて試料プロックを作製した。
次いで、 ウルトラミクロ トーム (LKB製、 208 8ULTROTOME V ) を用いて、 平滑な断面が露出するようブロックの先端をダイヤモンドナイ フ (住友電気工業 (株) 製、 SK2045) で切削した。 続いて、 このようにして露出させた複合イオン交換膜の断面を光学顕微鏡で写 真撮影し、 既知の長さのスケールを同倍率で撮影したものと比較することで各層 の厚みを測定した。
支持体膜の空隙率が大きい場合などで、 少なくとも一方の面の表面層とその内 側の複合層とが明確な界面を形成せずに、 界面付近の構造が連続的に変化してい る場合があるが、 その場合は光学顕微鏡で連続的な構造の変化が確認できる部分 のうち、 複合イオン交換膜の外表面に最も近い部分を複合層の最外表面として、 そこから複合イオン交換膜の外表面までの距離を表面層の厚みとした。
(V) イオン伝導性の測定方法
まず、 自作測定用プローブ (テフロン (登録商標) 製) 上で、 短冊状複合ィォ ン交換膜試料の表面に白金線 (直径: 0. 2mm) を押しあて、 80°C9 5%R Hの恒温、 恒湿オーブン ( (株) ナガノ科学機械製作所製、 LH— 20— 0 1) 中に試料を保持し、 白金線間の 1 0 KH zにおける交流ィンピーダンスを S O L ARTRON社製、 1 2 5 0 FREQUENCY RE S PONSE ANAL YS ERにより測定した。
その際、 極間距離を変化させて測定し、 極間距離と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イオン伝導 率を算出した。
イオン伝導率 [S/c m] = 1 /膜幅 [c m] x膜厚 [c m] x抵抗極間勾配 [Ω/cm]
(v i ) イオン交換樹脂の対数粘度の測定方法
イオン交換樹脂を、 ポリマー濃度 0. 25 g/d 1 となるように N—メチルー 2—ピロリ ドン溶液に溶解し、 ォストワルド粘度計を用いて 30°Cで測定した。
(V i i ) 複合イオン交換膜のイオン交換当量の測定方法
まず、 複合イオン交換膜 1 0 Omgを、 0. 0 1 Nの N a〇H水溶液 5 Om 1 に浸漬し、 25 °Cで一晚攪拌した。 その後、 0. 05Nの HC 1水溶液で中和滴 定した。 中和滴定には、 平沼産業 (株) 製、 電位差滴定装置 COMT I TE_ 9 80を用いた。 イオン交換当量は下記式で計算して求めた。
イオン交換当量 [me q/g] = (1 0—滴定量 [m l ] ) / 2 (v i i i) 複合イオン交換膜のイオン交換樹脂 (I CP) 含有率の測定方法 複合イオン交換膜のィオン交換樹脂含有率は以下の方法により測定した。 まず、 1 10°Cで 6時間真空乾燥させた複合イオン交換膜の目付け D c [g/ m2] を測定した。 次いで、 複合イオン交換膜の作製に用いたのと同じ製造条件 の支持体膜を、 イオン交換樹脂組成物を複合化させずに乾燥させて乾燥支持体膜 の目付け D s [g/m2] を測定した。 そして、 これらの値から、 以下の計算に より複合イオン交換膜のイオン交換樹脂含有率を求めた。
イオン交換樹脂含有率 [質量%] = (Dc-D s) ZD cxl O O
( i x) 複合イオン交換膜の膨潤性の評価方法
複合イオン交換膜の膨潤性は以下のようにして測定した。
まず、 複合イオン交換膜を 80°Cの熱水中で 3時間処理したのち、 取出してす ぐに複合イオン交換膜の膜厚を測定した。 熱水処理前の複合イオン交換膜の膜厚 に対する変化率 (%) を複合ィ.オン交換膜の膨潤性とした。
( X ) メタノール透過性の測定
二つのガラス水槽を、 サンプルを隔膜として連結し、 片方の水槽に 5Mのメタ ノール水溶液、 もう片方に蒸留水をそれぞれ入れ、 蒸留水を入れた側のメタノ一 ノレ濃度を適当な時間ごとに定量した。 メタノールの定量はガスクロマトグラフィ 一法で行い、 あらかじめ所定の濃度のメタノール溶液を注入したときのピーク面 積から作成した検量線を用いてメタノール濃度を算出した。 得られたメタノール 濃度を経過時間に対してプロットしたときの傾きから、 以下の式によりメタノー ル透過速度を求めた。
メタノール透過速度 (mm o I ' m—2 ' s e c—1) =プロットの傾き (mm o 1 /s e c) ÷サンプノレ面積 (m2)
これらの測定結果および評価結果から分かるように、 比較例 1〜 12のイオン 交換樹脂を単独の材質とするイオン交換膜は、 イオン伝導性自体は良好であるも のの膨潤が著しいため、 燃料電池の高分子固体電解質膜として好適に用いること は困難である。
また、 比較例 1 3の複合イオン交換膜は、 膨潤自体は抑制されているものの、 複合化が不良であり、 イオン伝導性も低くなつてしまっていたため、 やはり燃料 電池の高分子固体電解質膜として好適に用いることは困難である。
一方で、 実施例 1〜12の複合イオン交換膜は、 イオン伝導性が良好であると ともに、 複合化の点でも良好であり、 さらに膨潤についても抑制されているため、 燃料電池の高分子固体電解質膜として好適に用いることができる、 優れた特性を 有する複合イオン交換膜であることが明らかとなった。 また、 実施例 1〜12の 複合ィォン交換膜は、 対応するィォン交換樹脂のみからなるィォン交換膜である 比較例 13に比べてィオン伝導性がほとんど低下せずにメタノール透過性が小さ くなつている。 中でもイオン交換容量の小さい実施例 4、 10〜12の複合ィォ ン交換膜は、 メタノール透過性が特に小さいため、 直接メタノール型燃料電池の 高分子固体電解質膜として好適に用いることができる。
また、 実施例 1および比較例 13の複合イオン交換膜について、 以下のように して、 イオン交換樹脂分布状態を評価した。
(X i ) 複合イオン交換膜内のイオン交換樹脂分布状態評価 (1)
電子プローブマイクロアナライザー (日本電子製 J.XA— 890 ORL) を用 い、 複合膜においてイオン交換樹脂のみが含有する元素の線分析測定を行った。 幅 30 O/imX長さ 5 mmに切り出した複合膜片をルベアック 812 (ナカライ テスク製) /ルベアック NMA (ナカライテスク製) /DMP 30 (TAAB 製) - 100/89/3の組成とした樹脂で包埋し、 60 °Cで 12時間硬化させ て作成したブロックを、 ウルトラミクロ トーム (LKB製 2088ULTROT OME 5) を用いて幅 300 μιηΧ複合膜厚みの平滑な断面が露出するようブ ロックの先端をダイャモンドナイフ (住友電工製 S Κ 2045 ) で切削した。 測 定面にカーボン蒸着膜を付与したものを測定用試料とした。 500倍の光学顕微 鏡にて測定面の傷、 汚染が認められない測定部位が確保できることを確認し、 目 的元素から発生する X線のうち Κ α線がブラッグの回折条件を満たす角度で分光 結晶に入射するように固定した分光器位置で、 高角バック 5 111、 低角バック 5 mとし、 ビーム径を最小に設定し、 目的元素の X線カウント値を読み取った。 測定領域は、 複合膜を厚み方向に縦断する直線とした。 なお加速電圧、 照射電流、 測定時間については、 複合膜の中心部で膜表面からの距離が等しい 5点を無作為 に選び、 予め上述の分光器条件、 ビーム径にて点分析を行い、 測定値が CV2 0%以内のばらつきになる条件を採用した。 得られた線分析データにおいて、 複 合膜外で両表面からそれぞれ最も近い点で最小値をとるものを結んでベースラィ ンとし、 これを減算して各点のカウント値を算出した。 このうち、 複合膜内の値 について CV値を算出した。 測定は分析位置を変えて 10回行い、 その平均値を も^て目的の値とした。
なお、 複合膜内の領域で η点のデータを収集した場合におけるベースライン減 算後のカウント値を X i ( i = 1, 2, …, n) とした場合の、 CV値 (%) の 算出式は以下の通りである。
Figure imgf000076_0001
<: 垒 ー^ 算術 均値 実施例 1および比較例 1 3の複合イオン交換膜において、 イオン交換樹脂のみ が含有する元素である硫黄についての X線カウント値を用いてイオン交換樹脂の 分布状態を分析した結果、 複合イオン交換膜中の硫黄の X線カウント値のばらつ きは CV値で表すとそれぞれ 21 %、 58%であった。 本発明の複合イオン交換 膜は、 本発明外の複合イオン交換膜に比べて、 複合膜中のイオン交換樹脂の分布 が均一であり、 より優れた膜である。
(x i i) 複合イオン交換膜内のイオン交換樹脂分布状態評価 (2)
波長分散型電子プローブマイクロアナライザ— (日本電子製 J XA— 8900 RL) を用い、 複合膜においてイオン交換樹脂のみが含有する元素の線分析測定 を行つた。 幅 300 μ m X長さ 5 mmに切り出した複合膜片を、 ノレベアック 8 1 2 (ナカライテスタ製) カレべアツク匪 A (ナカライテスク製) /DMP 30
(TAAB製) = 100/89Z3の体積比で混合した樹脂で包埋し、 60°Cで 12時間硬化させて試料ブロックを作製した。 ウルトラミクロトーム ( L K B製 2088ULTROTOME V) を用いて幅 300 m X複合膜厚みの平滑な 断面が露出するようプロックの先端をダイヤモンドナイフ (住友電工製 SK20 4 5 ) で切削した。 測定面にカーボン蒸着膜を約 2 0 0〜3 0 O A厚で付与し、 測定用試料とした。 5 0 0倍の光学顕微鏡にて測定面の傷、 汚染が認められない 測定部位が確保できることを確認し、 目的元素から発生する X線のうち Κ α線が プラッグの回折条件を満たす角度で分光結晶に入射するように固定した分光器位 置で、 高角バック 5 μ πι、 低角バック 5 とし、 ビーム径を最小に設定し、 目 的元素の X線カウント値を読み取った。 測定領域は、 複合膜を厚み方向に縦断す る直線とした。 なお加速電圧、 照射電流、 測定時間については、 複合膜の中心部 で膜表面からの距離が等しい 5点を無作為に選び、 予め上述の分光器条件、 ビー ム径にて点分析を行い、 測定値が C V 2 0 %以内のばらつきになる条件を採用し た。 得られた線分析データにおいて、 複合膜外で両表面からそれぞれ最も近い点 で最小値をとるものを結んでベースラインとし、 これを減算して各点のカウント 値を算出した。 このうち、 複合膜内の領域におけるデータのみを採用し、 最大値 に対して 5 %以下の値となる点の数を算出した。 測定は分析位置を変えて 1 0回 行い、 その平均値をもって目的の値とした。
なお、 n点のデータを収集した場合におけるカウント値を X i ( i = 1 , 2 , ···, n ) とした場合の、 C V値 (%) の算出式は以下の通りである。 雜:: s^¾;S- ' Q: お も < ¾ 2/ν·[¾- ·1: ; ]'
ί
< χ >': ぞ ^ 算術平均値. 実施例 1および比較例 1 3の複合イオン交換膜において、 イオン交換樹脂のみ が含有する元素である硫黄についての X線カウント値を用いてイオン交換樹脂の 分布状態を分析した結果、 複合イオン交換膜中の硫黄の X線カウント値の最大値 に対して 5 %以下の値をとる分析点の数が全分析点に占める割合はそれぞれ 2 %、
4 2 %であった。 本発明の複合イオン交換膜は、 本発明外の複合イオン交換膜に 比べて、 複合膜中のイオン交換樹脂の分布のむらが小さくイオン交換樹脂の少な い複合部分がほとんどないため、 より優れた膜である。
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。 産業上の利用可能性
上記の結果より、 本発明の複合イオン交換膜は、 耐膨潤性が高く、 機械的強度 とィォン伝導性とに優れる複合ィォン交換膜である。
そのため、 本発明の複合イオン交換膜は、 固体高分子形燃料電池の高分子固体 電解質膜として好適に利用することができる。

Claims

請求の範囲
1 . イオン交換樹脂組成物と、 膜を貫通する連続した空隙を有する支持体膜と を備える複合イオン交換膜であって、
前記支持体膜は、 前記空隙中に前記イオン交換樹脂組成物を含浸する支持体膜 であり、
前記イオン交換樹脂組成物は、 化学式 1で表される化合物と、 芳香族ジハロゲ ン化合物と、 ビスフエノール化合物とを主成分とするモノマー成分を、 アルカリ 金属の炭酸塩および または重炭酸塩と混合し、 これらの混合物を有機溶媒中で 重合させて得られる芳香族ポリエーテルおよびノまたはその誘導体を主成分とす るィオン交換樹脂を含有するィォン交換樹脂組成物である、 複合ィォン交換膜。
Figure imgf000079_0001
(なお、 化学式 1において、 Qは一S ( = θ ) 2—基または一 C (= 0) 一基を 表わす。 Xは H, L i , N a , Κ原子のいずれかを表わす。 Υは F, C 1 , B r, I原子のいずれかを表わす。 )
2 . イオン交換樹脂組成物と、 膜を貫通する連続した空隙を有する支持体膜と、 を備える複合イオン交換膜であって、 前記支持体膜は、 前記空隙中に前記イオン 交換樹脂組成物を含浸する支持体膜であり、 前記イオン交換樹脂組成物は、 化学 式 2 Aと化学式 2 Bとで表される結合単位をそれぞれ化学式 2 A':化学式 2 B = n: mの比率で含有するイオン交換樹脂を含有するイオン交換樹脂組成物である、 複合イオン交換膜。 A r 1— O (化学式 2A)
Figure imgf000080_0001
A r 2— O— A r 3一〇一 (化学式 2B)
(なお、 化学式 2 Aおよび化学式 2 Bにおいて、 Zは H, L i , N a , , 脂肪 族または芳香族ァミン由来のカチオンのいずれかを表わす。 A r および A r 3 はそれぞれ独立して 1種類以上の二価の有機基を表わす。 A r 2は電子吸引性基 を有する芳香環を含む 1種類以上の二価の有機基を表わす。 nは 1〜 1 0 0 0の 範囲の整数を、 mは 0〜1 0 0 0の範囲の整数を、 それぞれ表わす。 )
3 . 前記 A r 2は、 化学式 3、 化学式 4、 化学式 5で表される結合単位からな る群より選ばれる 1種類以上の結合単位である、 請求の範囲第 2項に記載の複合 イオン交換膜。
Figure imgf000080_0002
(なお、 化学式 3〜化学式 5において、 Aは他の結合単位との結合部位を表わ す。 )
4 . 前記 A r およぴ前記 A r 3は、 化学式 6およぴ化学式 7で表される結合 単位よりそれぞれ独立して選ばれる 1種類以上の結合単位である、 請求の範囲第 2項に記載の複合イオン交換膜。
Figure imgf000081_0001
(なお、 化学式 6および化学式 7において、 Aは他の結合単位との結合部位を表 わす。 )
5. 前記 Ar および前記 A r 3は、 いずれも前記化学式 6で表される結合単 位であり、 前記 A r 2は、 前記化学式 3で表される結合単位であり、 前記 nおよ び前記 mは、 数式 1を満たす 1〜 1000の範囲の整数である、 請求の範囲第 2 項に記載の複合イオン交換膜。
0. 2≤n/ (n+m) ≤0. 8 (数式 1 )
6. 前記 Ai: および前記 A r 3は、 いずれも前記化学式 6で表される結合単 位であり、 前記 Ar 2は、 前記化学式 4で表される結合単位であり、 前記 nおよ ぴ前記 mは、 数式 2を満たす 1〜 10◦ 0の範囲の整数である、 請求の範囲第 2 項に記載の複合ィオン交換膜。
0. 2≤n/ (n+m) ≤0. 8 (数式 2)
7. 前記 Ar および前記 A r 3は、 いずれも前記化学式 7で表される結合単 位であり、 前記 Ar 2は、 前記化学式 3で表される結合単位であり、 前記 nおよ び前記 mは、 数式 3を満たす 1〜 1000の範囲の整数である、 請求の範囲第 2 項に記載の複合ィオン交換膜。
0. 3≤n/ (n+m) ≤ 0. 7 (数式 3 )
8. 前記イオン交換樹脂組成物が、 分子中にイオン性基を有し、 かつ分子中に 光架橋性基および/または熱架橋性基を有するィォン交換樹脂を架橋して得られ る架橋ィオン交換樹脂を含有することを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の複 合イオン交換膜。
9. 前記光架橋性基は、 化学式 8で表される化学構造の架橋性基および化学式 9で表される化学構造の架橋性基をともに含む、 請求の範囲第 8項に記載の複合 イオン交換膜。
Figure imgf000082_0001
(化学式 8) (化学式 9)
(化学式 8および化学式 9において、 Rは炭素数が 1〜1 0の範囲の脂肪族炭化 水素基を表わす。 oは、 1〜4の範囲の整数を表わす。 )
1 0 . 前記熱架橋性基は、 化学式 1 0〜化学式 1 5で表される化学構造の熱架 橋性基からなる群より選ばれる 1種類以上である、 請求の範囲第 8項に記載の複 合イオン交換膜。
Figure imgf000082_0002
Figure imgf000082_0003
(化学式 1 0〜化学式 1 5において、 !^〜尺9は、 それぞれ独立に、 水素原子、 炭素数 1〜1 0の範囲のアルキル基、 フユニル基、 炭素数 6〜2 0の範囲の芳香 族基、 ハロゲン原子のいずれかを表わす。 Pは、 水素原子、 炭素数 1〜1 0の範 囲の炭化水素基、 ハロゲン、 -トロ基、 一 S〇3 T基のいずれかを表わす。 Tは、 H原子あるいは 1価の金属イオンを表わす。 oは、 1〜4の範囲の整数を表わ す。 )
1 1 . 前記イオン交換樹脂組成物からなる表面層を前記支持体膜の両面に備え る、 請求の範囲第 1項〜第 1 0項のいずれかに記載の複合イオン交換膜。
1 2 . 前記表面層のそれぞれの厚みは、 1〜 5 0 mの範囲であり、 かつ前記 複合イオン交換膜の全厚みの半分を超えない範囲である、 請求の範囲第 1 1項に 記載の複合イオン交換膜。
1 3 . 前記支持体膜の少なくとも一方の面の開孔率は、 4 0〜 9 5 %の範囲に ある、 請求の範囲第 1 1項に記載の複合イオン交換膜。
1 4 . 前記支持体膜は、 ポリベンザゾール系ポリマーを材質として含む、 請求 の範囲第 1 1項に記載の複合イオン交換膜。
1 5 . 前記支持体膜は、 ポリベンザゾール系ポリマ一を材質として含む、 請求 の範囲第 1 2項に記載の複合イオン交換膜。 '
1 6 . 前記支持体膜は、 ポリベンザゾール系ポリマーを材質として含む、 請求 の範囲第 1 3項に記載の複合イオン交換膜。
1 7 . 前記支持体膜が、 前記ポリベンザゾール系ポリマーを 0 . 5〜2質量°/0 の範囲の含有率で含む等方性溶液を膜状に成型した後、 凝固させて得られたもの である、 請求の範囲第 1 4項に記載の複合イオン交換膜。
1 8 . 前記複合イオン交換膜の断面において、 複合イオン交換膜を厚み方向に 縦断する直線を分析領域に設定し、 イオン交換樹脂のみが含有する元素について 電子プローブマイクロアナライザーを用い線分析を行う場合に、 X線カウント値 のばらつきが C V値で 5 0 %以内となることを特徴とする、 請求の範囲第 1項ま たは第 2項に記載の複合イオン交換膜。
1 9 . 前記複合イオン交換膜の断面において、 複合イオン交換膜を厚み方向に 縦断する直線を分析領域に設定し、 イオン交換樹脂のみが含有する元素について 電子プローブマイクロアナライザーを用いて線分析を行った際、 該測定元素の X 線カウント値について、 最大値に対して 5 %以下の値をとる分析点の数が全分析 点の 0〜 3 0 %の範囲であることを特徴とする、 請求の範囲第 1項または第 2項 に記載の複合イオン交換膜。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006025351A1 (ja) * 2004-09-03 2006-03-09 Toray Industries, Inc. 高分子電解質材料、高分子電解質部品、膜電極複合体、および高分子電解質型燃料電池
EP1751811A2 (en) * 2004-05-21 2007-02-14 Sarnoff Corporation Electrochemical power source designs and components
US7713449B2 (en) 2003-03-06 2010-05-11 Toray Industries, Inc. Polymer electrolytic material, polymer electrolytic part, membrane electrode assembly, and polymer electrolyte fuel cell
US8455141B2 (en) 2003-06-25 2013-06-04 Toray Industries, Inc. Polymer electrolyte as well as polymer electrolyte membrane, membrane electrode assembly and polymer electrolyte fuel cell using the same

Families Citing this family (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1760110B1 (en) 2005-09-03 2011-11-02 Samsung SDI Co., Ltd. Polybenzoxazine-based compound, electrolyte membrane including the same, and fuel cell employing the electrolyte membrane
US20070117962A1 (en) * 2005-11-21 2007-05-24 General Electric Company High heat polyethersulfone compositions
US20070128425A1 (en) * 2005-12-07 2007-06-07 3M Innovative Properties Company Reinforced ion-conductive membranes
GB0611600D0 (en) * 2006-06-13 2006-07-19 Itm Fuel Cells Ltd Improvements to membranes
EP2036910B1 (en) * 2007-09-11 2012-06-27 Samsung Electronics Co., Ltd. Benzoxazine-based monomer, polymer thereof, electrode for fuel cell including the same, electrolyte membrane for fuel cell includind the same, and fuel cell using the same
EP2433947B1 (en) 2007-09-11 2014-05-07 Samsung Electronics Co., Ltd. Phosphorous containing benzoxazine-based monomer
KR101366808B1 (ko) * 2007-10-11 2014-02-25 삼성전자주식회사 폴리벤즈이미다졸-염기 복합체, 이로부터 형성된폴리벤조옥사진계 화합물의 가교체 및 이를 이용한연료전지
EP2058321B1 (en) * 2007-11-02 2014-01-08 Samsung Electronics Co., Ltd. Phosphorous containing monomer, polymer thereof, electrode for fuel cell including the polymer, electrolyte membrane for fuel cell including the polymer, and fuel cell using the electrode
US8188210B2 (en) * 2007-11-02 2012-05-29 Samsung Electronics Co., Ltd. Naphthoxazine benzoxazine-based monomer, polymer thereof, electrode for fuel cell including the polymer, electrolyte membrane for fuel cell including the polymer, and fuel cell using the electrode
KR101537311B1 (ko) * 2007-11-02 2015-07-17 삼성전자주식회사 연료전지용 전해질막 및 이를 이용한 연료전지
EP2062891B1 (en) * 2007-11-06 2012-08-08 Samsung Electronics Co., Ltd. Benzoxazine-based monomer, polymer thereof, electrode for fuel cell including the polymer, electrolyte membrane for fuel cell including the polymer, and fuel cell using the electrode
US9803058B2 (en) * 2008-06-24 2017-10-31 Audi Ag Membrane with increased durability from partial ion exchange
TWI340773B (en) * 2008-07-07 2011-04-21 Univ Taipei Medical Method of fabricating nano-fibers by electrospinning
KR101741243B1 (ko) * 2009-08-26 2017-06-15 에보쿠아 워터 테크놀로지스 피티이. 리미티드 이온 교환막
WO2012035402A1 (en) * 2010-09-14 2012-03-22 Council Of Scientific & Industrial Research High flux hollow fiber ultrafiltration membranes and process for the preparation thereof
JP5889907B2 (ja) 2010-10-15 2016-03-22 エヴォクア ウォーター テクノロジーズ エルエルシーEvoqua Water Technologiesllc カチオン交換膜を製造するためのモノマー溶液の製造方法
SG189895A1 (en) 2010-10-15 2013-06-28 Siemens Industry Inc Anion exchange membranes and process for making
CN102456904B (zh) * 2010-10-29 2014-04-09 大连融科储能技术发展有限公司 一种液流储能电池结构
US8975340B2 (en) * 2010-12-15 2015-03-10 Electric Power Research Institute, Inc. Synthesis of sequestration resins for water treatment in light water reactors
US9325025B2 (en) * 2011-04-14 2016-04-26 Basf Se Membrane electrode assemblies and fuel cells with long lifetime
WO2013014420A1 (en) 2011-07-25 2013-01-31 Fujifilm Manufacturing Europe Bv Composite membranes
CN103765650A (zh) * 2011-08-22 2014-04-30 东洋纺株式会社 钒系氧化还原电池用离子交换膜、复合体以及钒系氧化还原电池
SG11201501864RA (en) 2012-10-04 2015-05-28 Evoqua Water Technologies Llc High-performance anion exchange membranes and methods of making same
ES2816948T3 (es) 2012-10-11 2021-04-06 Evoqua Water Tech Llc Membranas de intercambio iónico revestidas
KR101882863B1 (ko) 2013-01-10 2018-08-24 삼성전자주식회사 고분자, 그 제조방법, 이로부터 형성된 복합체, 이를 포함한 전극과 복합막 및 이를 채용한 연료전지
US20150352752A1 (en) * 2013-01-16 2015-12-10 General Electric Company An aqueous -solvent based process for continuous manufacturing of supported ion selective membranes
JP6434732B2 (ja) 2014-07-24 2018-12-05 株式会社アストム イオン交換膜の製造方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS50124881A (ja) * 1974-03-20 1975-10-01
JP2001514431A (ja) * 1997-08-29 2001-09-11 フオスター・ミラー・インコーポレイテツド 複合固体ポリマー電解質膜
WO2002025764A1 (en) * 2000-09-20 2002-03-28 Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. Ion-conducting sulfonated polymeric materials
JP2002203576A (ja) * 2000-12-28 2002-07-19 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 電解質膜及びこれを用いた燃料電池
JP2003217343A (ja) * 2002-01-24 2003-07-31 Toyobo Co Ltd 熱架橋性高分子固体電解質、高分子固体電解質膜及びその製造方法
JP2003217342A (ja) * 2002-01-24 2003-07-31 Toyobo Co Ltd 光架橋性高分子固体電解質、架橋高分子固体電解質膜及びその製造方法

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1984001161A1 (en) * 1982-09-17 1984-03-29 Stanford Res Inst Int Liquid crystalline poly(2,6-benzothiazole) compositions, process and products
US4533693A (en) * 1982-09-17 1985-08-06 Sri International Liquid crystalline polymer compositions, process, and products
US4533692A (en) * 1982-09-17 1985-08-06 Sri International Liquid crystalline polymer compositions, process, and products
US4539567A (en) * 1983-09-12 1985-09-03 Micrometrics, Ltd. Microwave monitor
US4703103A (en) * 1984-03-16 1987-10-27 Commtech International Liquid crystalline polymer compositions, process and products
US4578432A (en) * 1984-05-16 1986-03-25 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Method for making heterocyclic block copolymer
JPH02245035A (ja) 1989-03-17 1990-09-28 Asahi Glass Co Ltd 陽イオン交換体
JPH02248434A (ja) 1989-03-22 1990-10-04 Asahi Glass Co Ltd 改良された陽イオン交換体
JPH051149A (ja) 1991-06-25 1993-01-08 Nippon Steel Corp 耐熱性スルホン酸化ポリスルホン
JPH054031A (ja) 1991-06-27 1993-01-14 Nippon Steel Corp 親水化分離膜
SG73410A1 (en) 1992-06-13 2000-06-20 Hoechst Ag Polymer electrolyte membrane and process for the production thereof
US6248469B1 (en) * 1997-08-29 2001-06-19 Foster-Miller, Inc. Composite solid polymer electrolyte membranes
WO1999038897A1 (fr) * 1998-01-30 1999-08-05 Hydro-Quebec Polymeres sulfones reticules et leur procede de preparation
DE19817376A1 (de) * 1998-04-18 1999-10-21 Univ Stuttgart Lehrstuhl Und I Säure-Base-Polymerblends und ihre Verwendung in Membranprozessen
US6090895A (en) 1998-05-22 2000-07-18 3M Innovative Properties Co., Crosslinked ion conductive membranes
JP2000256486A (ja) * 1999-03-09 2000-09-19 Asahi Chem Ind Co Ltd 補強された陽イオン交換膜
US7361729B2 (en) * 2000-09-20 2008-04-22 Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. Ion-conducting sulfonated polymeric materials
JP3411897B2 (ja) * 2000-10-12 2003-06-03 本田技研工業株式会社 固体高分子型燃料電池の活性固体高分子電解質膜

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS50124881A (ja) * 1974-03-20 1975-10-01
JP2001514431A (ja) * 1997-08-29 2001-09-11 フオスター・ミラー・インコーポレイテツド 複合固体ポリマー電解質膜
WO2002025764A1 (en) * 2000-09-20 2002-03-28 Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. Ion-conducting sulfonated polymeric materials
JP2002203576A (ja) * 2000-12-28 2002-07-19 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 電解質膜及びこれを用いた燃料電池
JP2003217343A (ja) * 2002-01-24 2003-07-31 Toyobo Co Ltd 熱架橋性高分子固体電解質、高分子固体電解質膜及びその製造方法
JP2003217342A (ja) * 2002-01-24 2003-07-31 Toyobo Co Ltd 光架橋性高分子固体電解質、架橋高分子固体電解質膜及びその製造方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MITSURU UEDA, ET AL: "SYNTHESIS AND CHARACTERIZATION OF AROMATIC POLY(ETHER SULFONE)S CONTAINING PENDANT SODIUM SULFONATE", GROUPS' JOURNAL OF POLYMER SCIENCE PART A: POLYMER CHEMISTRY, vol. 31, no. 4, March 1993 (1993-03-01), pages 853 - 858, XP000355246 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7713449B2 (en) 2003-03-06 2010-05-11 Toray Industries, Inc. Polymer electrolytic material, polymer electrolytic part, membrane electrode assembly, and polymer electrolyte fuel cell
US8455141B2 (en) 2003-06-25 2013-06-04 Toray Industries, Inc. Polymer electrolyte as well as polymer electrolyte membrane, membrane electrode assembly and polymer electrolyte fuel cell using the same
EP1751811A2 (en) * 2004-05-21 2007-02-14 Sarnoff Corporation Electrochemical power source designs and components
EP1751811A4 (en) * 2004-05-21 2011-05-18 Sarnoff Corp CONFIGURATIONS AND COMPONENTS OF ELECTROCHEMICAL ENERGY SOURCES
US8592097B2 (en) 2004-05-21 2013-11-26 Sri International Electrochemical power source designs and components
WO2006025351A1 (ja) * 2004-09-03 2006-03-09 Toray Industries, Inc. 高分子電解質材料、高分子電解質部品、膜電極複合体、および高分子電解質型燃料電池

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