WO2011125616A1 - Polymer solid electrolyte and polymer transducer using the same - Google Patents

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利典 加藤
壮敏 奥野
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株式会社クラレ
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    • C08J2353/02Characterised by the use of block copolymers containing at least one sequence of a polymer obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds; Derivatives of such polymers of vinyl aromatic monomers and conjugated dienes

Definitions

  • substituents that may have are, for example, methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, butyl group, isobutyl group, sec-butyl group, tert-butyl group, pentyl group, neopentyl group And alkyl groups such as hexyl group, octyl group and 2-ethylhexyl group, alkoxy groups such as methoxy group, ethoxy group, isopropoxy group, tert-butoxy group, methylethoxy group and ethylethoxy group.
  • Anion Y - and the polymer chains may be bonded directly or may be bonded through a linking group.
  • No particular limitation on the kind of the linking group R 4 is, from the viewpoint of ease of introduction, an alkylene group, an arylene group, and the like (poly) alkylene glycol group. These groups may have a substituent.
  • a method may be exemplified in which phosphorus trichloride and anhydrous aluminum chloride are added to the copolymer and reacted to introduce a phosphinic acid group into the aromatic ring, and then the phosphinic acid group is oxidized with nitric acid to form a phosphonic acid group.
  • the present inventors selected from imidazolium salts, pyridinium salts, and ammonium salts having a conjugated anion of an acid (weak acid) having a pKa larger than the acid dissociation constant (pKa) of the acid group with respect to the sulfonic acid group. It was found that the cation of the sulfonic acid group can be directly and easily converted into an onium cation containing a Group 15 element such as an imidazolium cation, a pyridinium cation, or an ammonium cation by acting at least one salt.
  • a Group 15 element such as an imidazolium cation, a pyridinium cation, or an ammonium cation by acting at least one salt.
  • Production Example 4 Polymer solid electrolyte (IV)
  • a polymer solid electrolyte (IV) was obtained by performing the same operation except that sulfonated SEBS was used instead of sulfonated mSEBmS.
  • a portion of the obtained polymer solid electrolyte (IV) was immersed in saline overnight, and after removing the electrolyte, the sodium chloride aqueous solution was regulated with a 0.01 N aqueous sodium hydroxide solution.

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Abstract

Provided is a polymer solid electrolyte that is lightweight and pliable, functions with stability even in a water-free environment, and has excellent flexibility. Also provided is a polymer transducer that uses the same. The polymer solid electrolyte is a solid at room temperature and the polymer chain thereof has unbonded mobile cations, including an onium cation containing a group 15 element. Moreover, the polymer transducer has at least one pair of electrodes and, disposed between the electrodes, a polymer solid electrolyte that is a solid at room temperature. The cations that are unbonded to the polymer chain forming the polymer solid electrolyte and are capable of moving through the polymer solid electrolyte include an onium cation containing a group 15 element. 

Description

高分子固体電解質、及びそれを用いた高分子トランスデューサPolymer solid electrolyte and polymer transducer using the same
 本発明は高分子トランスデューサとその製造方法、及びそれに用いられる高分子固体電解質とその製造方法に関する。 The present invention relates to a polymer transducer and a manufacturing method thereof, and a polymer solid electrolyte used therein and a manufacturing method thereof.
 近年、医療機器やマイクロマシンなどの分野においては小型かつ軽量なアクチュエータやセンサといった、ある種類のエネルギーを別の種類のエネルギーに変換するトランスデューサの必要性が高まっている。また産業用として、或いはパーソナルロボットなどの分野において、軽量で柔軟性に富むトランスデューサの必要性が高まっている。 In recent years, in the fields of medical equipment and micromachines, there is an increasing need for transducers that convert one type of energy into another type of energy, such as small and lightweight actuators and sensors. In addition, in the field of industrial use or personal robots, there is an increasing need for transducers that are light and flexible.
 この様な多くの分野で軽量、柔軟なアクチュエータとして高分子アクチュエータに注目が集まっている。これまでにも種々の方式の高分子アクチュエータが報告されている。なかでも動作電圧が低く、且つ空気中での安定な動作が可能な高分子アクチュエータとして、イオン液体と高分子とからなる固体電解質を用いたものが開示されている(例えば、特許文献1~5、及び非特許文献1~4参照)。また、これらの高分子アクチュエータは、変形を与えた場合にはセンサとしても機能する高分子トランスデューサである(例えば非特許文献4参照)。 In such many fields, polymer actuators are attracting attention as lightweight and flexible actuators. Various types of polymer actuators have been reported so far. Among them, a polymer actuator that uses a solid electrolyte composed of an ionic liquid and a polymer is disclosed as a polymer actuator having a low operating voltage and capable of stable operation in air (for example, Patent Documents 1 to 5). And non-patent documents 1 to 4). These polymer actuators are polymer transducers that also function as sensors when deformed (see, for example, Non-Patent Document 4).
 上述した高分子トランスデューサに用いられる高分子固体電解質は、室温で液状であるイオン液体を高分子に保持させて固体電解質としたものである。これらは高いイオン伝導率を持つものの、場合によってはイオン液体がブリードアウトすることがある。また、かかる高分子固体電解質は、熱可塑性であるが故に耐熱性に劣る場合もあり、このような場合にはイオン液体を保持する高分子を架橋して用いる方法もある(例えば、特許文献6及び7)。 The polymer solid electrolyte used in the polymer transducer described above is a solid electrolyte obtained by holding an ionic liquid that is liquid at room temperature in a polymer. Although these have high ionic conductivity, the ionic liquid may bleed out in some cases. In addition, such a polymer solid electrolyte may be inferior in heat resistance because it is thermoplastic, and in such a case, there is a method in which a polymer holding an ionic liquid is used after crosslinking (for example, Patent Document 6). And 7).
特開2005-176428号公報JP 2005-176428 A 特開2006-288040号公報JP 2006-288040 A 国際公開第2008/044546号International Publication No. 2008/044546 米国特許出願公開第2005/0103706号明細書US Patent Application Publication No. 2005/0103706 米国特許出願公開第2006/0266642号明細書US Patent Application Publication No. 2006/0266642 特開2004-98199号公報JP 2004-98199 A 特開2005-223967号公報JP 2005-223967 A
 前述した高分子固体電解質は、液状であるイオン液体を高分子に保持させて固体電解質としたものであるため、液漏れの危険性や液の漏出による性能の変化が発生するおそれがある。また、かかる高分子固体電解質を用いた高分子トランスデューサでは、更に応答性等の向上が望まれている。 Since the above-described solid polymer electrolyte is a solid electrolyte by holding a liquid ionic liquid in a polymer, there is a risk of liquid leakage or performance change due to liquid leakage. Further, in a polymer transducer using such a polymer solid electrolyte, further improvement in responsiveness or the like is desired.
 そこで、本発明は、軽量かつ柔軟で、水のない環境においても安定的に機能し、且つ可撓性にも優れている高分子固体電解質、それを用いた高分子トランスデューサ及びそれらの製造方法を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention provides a polymer solid electrolyte that is lightweight and flexible, functions stably even in an environment without water, and is excellent in flexibility, a polymer transducer using the polymer electrolyte, and a method of manufacturing the same. The purpose is to provide.
 本発明者等は、前記目的を達成すべく検討を重ねた結果、可動イオンがアニオンのみであり、且つ室温で固体性状を示す物質のみにより構成されている高分子固体電解質を、一対の電極の間に配設した高分子トランスデューサによれば、その性能、とりわけ変形センサとしての性能に優れることを見出し、本発明に到達した。 As a result of repeated studies to achieve the above object, the present inventors have determined that a polymer solid electrolyte composed only of a substance whose mobile ion is only an anion and exhibits a solid property at room temperature is used for a pair of electrodes. It has been found that the polymer transducer disposed between them is excellent in performance, particularly as a deformation sensor, and has reached the present invention.
 前記目的を達成するためになされた、請求の範囲の請求項1に記載された高分子固体電解質は室温で固体であって、高分子鎖に非結合の可動なカチオンに、第15族元素を含むオニウムカチオンが含まれていることを特徴とする。 The polymer solid electrolyte according to claim 1, which has been made to achieve the object, is a solid at room temperature, and a group 15 element is added to a movable cation that is not bonded to a polymer chain. An onium cation is contained.
 同じく、前記目的を達成するためになされた、請求項2に記載された高分子トランスデューサは、少なくとも一対の電極と、前記電極間に配設され室温で固体性状の高分子固体電解質とを具備する高分子トランスデューサであって、前記高分子固体電解質を構成する高分子鎖に非結合で前記高分子固体電解質内を可動なカチオンに第15族元素を含むオニウムカチオンが含まれていることを特徴とする。 Similarly, the polymer transducer according to claim 2, which has been made to achieve the object, includes at least a pair of electrodes and a polymer solid electrolyte disposed between the electrodes and having a solid property at room temperature. A polymer transducer, characterized in that an onium cation containing a group 15 element is contained in a cation that is non-bonded to a polymer chain constituting the polymer solid electrolyte and movable in the polymer solid electrolyte. To do.
 請求項3に記載された高分子トランスデューサは、請求項2に記載されたものであって、前記電極には、導電性物質とバインダーとが含まれ、前記バインダーの少なくとも1成分が、前記カチオンを含有する高分子固体電解質であることを特徴とする。 The polymer transducer according to claim 3 is the polymer transducer according to claim 2, wherein the electrode includes a conductive substance and a binder, and at least one component of the binder contains the cation. It is characterized by being a polymer solid electrolyte.
 請求項4に記載された高分子トランスデューサは、請求項2に記載されたものであって、前記高分子固体電解質に含まれている重合体が、下記化学式(1)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
(式(1)中、R~Rの各々は独立して、水素原子、フッ素原子、炭素数1~8の直鎖状或いは分岐鎖状であり、その水素原子の一部又は全部がフッ素原子に置換していてもよいアルキル基又は炭素数6~14のアリール基を表し、カチオンXに対するアニオンYが重合体を形成する高分子主鎖と直接又はRを介して連結されている。Rは炭素数1~10であり、その水素原子の一部又は全部がフッ素原子に置換していてもよいアルキレン基、1~3個の置換基を有していてもよい炭素数6~14のアリーレン基、又は、置換基を有していてもよく、その水素原子の一部又は全部がフッ素原子に置換されていてもよい炭素数2~50の(ポリ)アルキレングリコール基を表す。)で示される繰り返し単位を含むことを特徴とする。
The polymer transducer described in claim 4 is the polymer transducer described in claim 2, wherein the polymer contained in the polymer solid electrolyte is represented by the following chemical formula (1):
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
(In the formula (1), each of R 1 to R 3 is independently a hydrogen atom, a fluorine atom, a linear or branched chain having 1 to 8 carbon atoms, and a part or all of the hydrogen atoms are Represents an alkyl group which may be substituted with a fluorine atom or an aryl group having 6 to 14 carbon atoms, and an anion Y with respect to the cation X + is linked to the polymer main chain forming the polymer directly or via R 4. R 4 has 1 to 10 carbon atoms, and part or all of the hydrogen atoms may be an alkylene group which may be substituted with a fluorine atom, or a carbon which may have 1 to 3 substituents. An arylene group having 6 to 14 carbon atoms, or a (poly) alkylene glycol group having 2 to 50 carbon atoms which may have a substituent and part or all of the hydrogen atoms may be substituted with fluorine atoms And a repeating unit represented by To do.
 請求項5に記載された高分子トランスデューサは、請求項2に記載されたものであって、前記高分子固体電解質に含まれている重合体が、下記化学式(2)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
(式(2)中、Rは水素原子、炭素数1~8の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基又は炭素数6~14のアリール基を表し、カチオンXに対するアニオンYはRを介して芳香環と連結されており、Rは、炭素数1~10のアルキレン基、1~3個の置換基を有していてもよい炭素数6~14のアリーレン基、置換基を有していてもよい(ポリ)アルキレングリコール基又は直接結合を表し、Rは水素又は炭素数1~3のアルキル基又はアルコキシ基を表し、nは1~3の数、mは1~4の数であって、m+nが5であることを満たす数である。)で示される単位を含む重合体ブロック(A)と、実質的にイオン基を有しておらず、25℃においてゴム状である重合体ブロック(B)とを有するブロック共重合体であることを特徴とする。
The polymer transducer according to claim 5 is the polymer transducer according to claim 2, wherein the polymer contained in the polymer solid electrolyte is represented by the following chemical formula (2):
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
(In the formula (2), R 1 represents a hydrogen atom, a linear or branched alkyl group having 1 to 8 carbon atoms or an aryl group having 6 to 14 carbon atoms, and the anion Y for the cation X + is R 5 is coupled to the aromatic ring through a, R 5 is an alkylene group having 1 to 10 carbon atoms, 1 to 3 substituents the carbon atoms, which may have 6 to 14 arylene group, a substituted group (Poly) alkylene glycol group or a direct bond, which may have a hydrogen atom, R 6 represents hydrogen, an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms or an alkoxy group, n represents a number of 1 to 3, m represents 1 to And a polymer block (A) containing a unit represented by the following formula: m + n is a number satisfying that m + n is 5) and a rubber having substantially no ionic groups at 25 ° C. It is a block copolymer having a polymer block (B) in the form of To.
 請求項6に記載された高分子トランスデューサは、請求項5に記載されたものであって、前記重合体ブロック(A)が、スチレン及び/又はα-メチルスチレンのベンゼン環の4位にイオン基が直接結合しイオン基を形成するアニオンがスルホン酸アニオンである繰返し単位を含み、前記重合体ブロック(B)が、炭素-炭素二重結合の一部又は全部が水素添加されていてもよい1,3-ブタジエン単位及び/又はイソプレン単位からなるものである。 The polymer transducer described in claim 6 is the polymer transducer described in claim 5, wherein the polymer block (A) has an ionic group at the 4-position of the benzene ring of styrene and / or α-methylstyrene. In the polymer block (B), a part or all of the carbon-carbon double bond may be hydrogenated including a repeating unit in which an anion directly bound to form an ionic group is a sulfonate anion. , 3-butadiene units and / or isoprene units.
 請求項7に記載された高分子トランスデューサは、請求項4に記載されたものであって、カチオンXが、イミダゾリウムカチオン、ピリジニウムカチオン、アンモニウムカチオンから選ばれるオニウムカチオンであることを特徴とする。 The polymer transducer according to claim 7 is the polymer transducer according to claim 4, wherein the cation X + is an onium cation selected from an imidazolium cation, a pyridinium cation, and an ammonium cation. .
 請求項8に記載された高分子固体電解質の製造方法は、スチレン単位及びα-メチルスチレン単位の少なくとも一方からなる重合体ブロック(a)と、炭素-炭素二重結合の一部又は全部が水素添加されていてもよい1,3-ブタジエン単位及びイソプレン単位の少なくとも一方からなる重合体ブロック(b)とを有するブロック共重合体(c)に対し、前記スチレン単位及びα-メチルスチレン単位の少なくとも一部のベンゼン環をスルホン化した後、前記ベンゼン環に結合しているスルホン酸基のカチオンのプロトンを、トルエンスルホン酸よりも酸解離定数の大きな酸の共役アニオンを有するイミダゾリウム塩、ピリジニウム塩、アンモニウム塩から選ばれる少なくとも1種を作用させることによって、イミダゾリウムカチオン、ピリジニウムカチオン、アンモニウムカチオンから選ばれるオニウムカチオンに変換することを特徴とする。 The method for producing a solid polymer electrolyte according to claim 8 comprises a polymer block (a) comprising at least one of a styrene unit and an α-methylstyrene unit, and a part or all of carbon-carbon double bonds are hydrogen. The block copolymer (c) having a polymer block (b) comprising at least one of 1,3-butadiene unit and isoprene unit which may be added, and at least of the styrene unit and α-methylstyrene unit After sulfonation of a part of the benzene ring, the proton of the cation of the sulfonic acid group bonded to the benzene ring is an imidazolium salt or pyridinium salt having a conjugate anion of an acid having a larger acid dissociation constant than toluenesulfonic acid. By acting at least one selected from ammonium salts, an imidazolium cation, pyridini It is characterized by being converted to an onium cation selected from an um cation and an ammonium cation.
 請求項9に記載された高分子トランスデューサの製造方法は、スルホン酸基を有するポリマーをバインダーとする電極と、スルホン酸基を有するポリマーで形成した電解質層とを積層した積層体を、アンモニア、アミン、スルホン酸よりも酸解離定数の大きな酸の共役アニオンを有するイミダゾリウム塩、ピリジニウム塩、アンモニウム塩から選ばれた少なくとも一種を含む溶液に浸漬する工程を有することを特徴とする。 The method for producing a polymer transducer according to claim 9 is a method in which a laminate obtained by laminating an electrode using a polymer having a sulfonic acid group as a binder and an electrolyte layer formed of a polymer having a sulfonic acid group is added to ammonia, amine And immersing in a solution containing at least one selected from imidazolium salts, pyridinium salts, and ammonium salts having a conjugated anion of an acid having a larger acid dissociation constant than sulfonic acid.
 本発明に係る高分子固体電解質は、高分子トランスデューサに有用であって、軽量かつ柔軟で、水のない環境においても安定的に機能し、且つ可撓性にも優れている。更に、かかる高分子固体電解質は、室温で固体性状を示す物質のみにより構成されているため、液漏れの危険性や液の漏出をなくすことができる。この様な、高分子固体電解質を用いた本発明に係る高分子トランスデューサは、耐衝撃性に優れ、変形センサとして使用した場合には、大きな電圧信号が得られる。しかも、その高分子固体電解質からの液漏れの危険性や液の漏出による性能の変化を回避できる。 The solid polymer electrolyte according to the present invention is useful for a polymer transducer, is lightweight and flexible, functions stably in an environment without water, and is excellent in flexibility. Furthermore, since such a polymer solid electrolyte is composed only of a substance exhibiting a solid property at room temperature, the risk of liquid leakage and liquid leakage can be eliminated. The polymer transducer according to the present invention using such a polymer solid electrolyte has excellent impact resistance, and a large voltage signal can be obtained when used as a deformation sensor. Moreover, it is possible to avoid the risk of liquid leakage from the polymer solid electrolyte and the change in performance due to liquid leakage.
 以下、本発明を実施するための形態を詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらの形態に限定されるものではない。 Hereinafter, modes for carrying out the present invention will be described in detail, but the scope of the present invention is not limited to these modes.
 本発明に係る高分子トランスデューサに用いられている高分子固体電解質は、室温(23℃)で固体性状の高分子固体電解質であって、この高分子固体電解質のカチオンは、その高分子鎖に結合されておらず高分子固体電解質内を可動する可動イオンのみである。かかるカチオンは、第15族元素を含むオニウムカチオンである。第15族元素としては窒素又はリンが好ましく、窒素がより好ましい。この高分子固体電解質では、その高分子主鎖に結合されているアニオンに、オニウムカチオンがカウンターカチオンとして存在している。この様に、オニウムカチオンは、高分子固体電解質を形成する高分子主鎖に結合しておらず、高分子固体電解質内を拡散できる。また、かかる高分子固体電解質は使用温度で固体であることが好ましい。使用温度とは通常、-30~80℃の範囲である。 The solid polymer electrolyte used in the polymer transducer according to the present invention is a solid polymer electrolyte at room temperature (23 ° C.), and the cation of the solid polymer electrolyte is bonded to the polymer chain. It is not a mobile ion that can move in the polymer solid electrolyte. Such a cation is an onium cation containing a Group 15 element. The group 15 element is preferably nitrogen or phosphorus, more preferably nitrogen. In this polymer solid electrolyte, an onium cation is present as a counter cation in the anion bonded to the polymer main chain. Thus, the onium cation is not bonded to the polymer main chain forming the polymer solid electrolyte, and can diffuse in the polymer solid electrolyte. Moreover, it is preferable that this polymer solid electrolyte is a solid at use temperature. The use temperature is usually in the range of −30 to 80 ° C.
 かかる高分子固体電解質としては、
 下記化学式(1)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
(式(1)中、R~Rの各々は独立して、水素原子、フッ素原子、炭素数1~8の直鎖状或いは分岐鎖状であり、その水素原子の一部又は全部がフッ素原子に置換していてもよいアルキル基又は炭素数6~14のアリール基を表し、カチオンXに対するアニオンYが重合体を形成する高分子主鎖と直接又はRを介して連結されている。Rは炭素数1~10であり、その水素原子の一部又は全部がフッ素原子に置換していてもよいアルキレン基、1~3個の置換基を有していてもよい炭素数6~14のアリーレン基、又は、置換基を有していてもよく、その水素原子の一部又は全部がフッ素原子に置換されていてもよい炭素数2~50の(ポリ)アルキレングリコール基を表す。)
で示される繰り返し単位を含む重合体が高分子固体電解質に含まれていることが好ましい。
 ここで、これらの有していてもよい置換基とは、例えばメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、ペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、2-エチルヘキシル基などのアルキル基、メトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基、tert-ブトキシ基、メチルエトキシ基、エチルエトキシ基などのアルコキシ基等が挙げられる。
As such a polymer solid electrolyte,
The following chemical formula (1)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
(In the formula (1), each of R 1 to R 3 is independently a hydrogen atom, a fluorine atom, a linear or branched chain having 1 to 8 carbon atoms, and a part or all of the hydrogen atoms are Represents an alkyl group which may be substituted with a fluorine atom or an aryl group having 6 to 14 carbon atoms, and an anion Y with respect to the cation X + is linked to the polymer main chain forming the polymer directly or via R 4. R 4 has 1 to 10 carbon atoms, and part or all of the hydrogen atoms may be an alkylene group which may be substituted with a fluorine atom, or a carbon which may have 1 to 3 substituents. An arylene group having 6 to 14 carbon atoms, or a (poly) alkylene glycol group having 2 to 50 carbon atoms which may have a substituent and part or all of the hydrogen atoms may be substituted with fluorine atoms Represents.)
It is preferable that the polymer containing the repeating unit shown by is contained in the polymer solid electrolyte.
Here, these substituents that may have are, for example, methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, butyl group, isobutyl group, sec-butyl group, tert-butyl group, pentyl group, neopentyl group And alkyl groups such as hexyl group, octyl group and 2-ethylhexyl group, alkoxy groups such as methoxy group, ethoxy group, isopropoxy group, tert-butoxy group, methylethoxy group and ethylethoxy group.
 かかる化学式(1)で示される高分子固体電解質での可動イオンであるカチオンXとしては、イミダゾリウムカチオン、1-メチルイミダゾリウムカチオン、1,3-ジメチルイミダゾリウムカチオン、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムカチオン、3-エチル-1-メチルイミダゾリウムカチオン、3-ブチル-1-メチルイミダゾリウムカチオン、3-ヘキシル-1-メチルイミダゾリウムカチオン、3-オクチル-1-メチルイミダゾリウムカチオンなどのイミダゾリウムカチオン類;ピリジニウムカチオン、N-メチルピリジニウムカチオン、N-エチルピリジニウムカチオン、N-ブチルピリジニウムカチオンなどのピリジニウムカチオン類;アンモニウムカチオン、メチルアンモニウムカチオン、ジメチルアンモニウムカチオン、トリメチルアンモニウムカチオン、テトラメチルアンモニウムカチオン、エチルアンモニウムカチオン、ジエチルアンモニウムカチオン、トリエチルアンモニウムカチオン、テトラエチルアンモニウムカチオン、ブチルアンモニウムカチオン、ジブチルアンモニウムカチオン、トリブチルアンモニウムカチオン、テトラブチルアンモニウムカチオン、メチルトリブチルアンモニウムカチオンなどのアンモニウムカチオン類を挙げることができる。また、安定性の更なる向上や高分子固体電解質の溶剤溶解性を高める観点から、2位の炭素上の水素原子が有機基に置換されているイミダゾリウムカチオンであることが好ましく例示でき、2位がメチル基、エチル基等で置換したイミダゾリウムカチオンを好ましい例として挙げることができる。なかでも、イミダゾリウムカチオン、ピリジニウムカチオン、アンモニウムカチオンが好適である。これらは単独で用いても、2種類以上を併用してもよい。ところで、一般的に用いられる金属カチオンを具備する高分子固体電解質を用いた高分子トランスデューサでは、ある程度は機能するが、例えばセンサとして使用したときの信号強度などの点では、上述したオニウムカチオンを用いたほうが優れた性能を示す傾向にある。 The cation X + which is a mobile ion in the polymer solid electrolyte represented by the chemical formula (1) includes imidazolium cation, 1-methylimidazolium cation, 1,3-dimethylimidazolium cation, 1-ethyl-3- Such as methyl imidazolium cation, 3-ethyl-1-methyl imidazolium cation, 3-butyl-1-methyl imidazolium cation, 3-hexyl-1-methyl imidazolium cation, 3-octyl-1-methyl imidazolium cation, etc. Imidazolium cations; pyridinium cations such as pyridinium cation, N-methylpyridinium cation, N-ethylpyridinium cation, N-butylpyridinium cation; ammonium cation, methylammonium cation, dimethylammonium cation Thion, trimethyl ammonium cation, tetramethyl ammonium cation, ethyl ammonium cation, diethyl ammonium cation, triethyl ammonium cation, tetraethyl ammonium cation, butyl ammonium cation, dibutyl ammonium cation, tributyl ammonium cation, tetrabutyl ammonium cation, methyl tributyl ammonium cation, etc. Mention may be made of ammonium cations. Further, from the viewpoint of further improving the stability and improving the solvent solubility of the polymer solid electrolyte, an imidazolium cation in which the hydrogen atom on the 2-position carbon is substituted with an organic group can be preferably exemplified. Preferable examples include imidazolium cations whose positions are substituted with a methyl group, an ethyl group, or the like. Of these, imidazolium cation, pyridinium cation, and ammonium cation are preferable. These may be used alone or in combination of two or more. By the way, a polymer transducer using a polymer solid electrolyte having a metal cation that is generally used functions to some extent, but for example, in terms of signal intensity when used as a sensor, the above-described onium cation is used. Tend to show better performance.
 更に、可動イオンとしてのカチオンXに対するアニオンYは、高分子固体電解質の高分子主鎖に結合されている。かかるアニオンYとしては、カルボン酸アニオン、スルホン酸アニオン、ホスホン酸アニオンなどを挙げることができる。イオンの解離度を高める観点からより強い酸の共役アニオンであることが好ましく、スルホン酸アニオン、ホスホン酸アニオンが好ましく、特に高分子への導入容易性の観点も含めるとスルホン酸アニオンが好ましい。この様に、化学式(1)で示される高分子固体電解質中では、カチオンXのみが可動イオンである。一方、イオン液体を高分子に保持した固体電解質では、カチオンとアニオンとの両方が拡散してイオン伝導する。後述するように、化学式(1)で示される高分子固体電解質を用いた高分子トランスデューサは、イオン液体を高分子に保持した固体電解質を用いた高分子トランスデューサに比較して、優れた性能を示す。 Furthermore, the anion Y for the cation X + as a mobile ion is bonded to the polymer main chain of the polymer solid electrolyte. Examples of the anion Y 2 - include a carboxylic acid anion, a sulfonic acid anion, and a phosphonic acid anion. From the viewpoint of increasing the degree of ion dissociation, a stronger conjugated anion of an acid is preferable, and a sulfonic acid anion and a phosphonic acid anion are preferable, and a sulfonic acid anion is particularly preferable from the viewpoint of easy introduction into a polymer. Thus, in the polymer solid electrolyte represented by the chemical formula (1), only the cation X + is a mobile ion. On the other hand, in a solid electrolyte in which an ionic liquid is held in a polymer, both cations and anions are diffused to conduct ions. As will be described later, the polymer transducer using the solid polymer electrolyte represented by the chemical formula (1) exhibits superior performance compared to the polymer transducer using the solid electrolyte in which the ionic liquid is held in the polymer. .
 かかるアニオンYが結合している高分子鎖については、特に制限はなく、ビニル系高分子、縮合系高分子、生体高分子、天然高分子などのいずれであってもよい。ビニル系高分子の例としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン-1、ポリイソブチレンなどのポリオレフィン類、ポリスチレン、ポリα-メチルスチレンなどのポリスチレン類、ポリメチルメタクリレート、ポリエチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート、ポリ2-ヒドロキシエチルメタクリレート、ポリメチルアクリレート、ポリエチルアクリレート、ポリブチルアクリレート、ポリ2-ヒドロキシエチルアクリレートなどのポリ(メタ)アクリレート類、ポリ塩化ビニル、ポリテトラフルオロエチレン、ポリヘキサフルオロプロピレン、ポリフッ化ビニリデンなどのハロゲン含有ポリマー類、ポリ(1,3-ブタジエン)、ポリイソプレン、ポリ(1,3-シクロヘキサジエン)等のポリ共役ジエン類又はその水素添加物などを挙げることができる。また、縮合系高分子の例としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、ポリε-カプロラクトンなどのポリエステル類、ナイロン-6、ナイロン-6,12、ナイロン-6T、ナイロン-9Tなどのポリアミド類、ポリウレタン類、ポリシロキサン類等を挙げることができる。これらのうちでも、取扱い性や入手容易性の観点からポリスチレン類、ポリ(メタ)アクリレート類であることが好ましく、カチオン基の導入容易性の観点からポリスチレン類であることがより好ましい。 The polymer chain to which the anion Y 2 - is bonded is not particularly limited and may be any of a vinyl polymer, a condensation polymer, a biopolymer, a natural polymer, and the like. Examples of vinyl polymers include polyolefins such as polyethylene, polypropylene, polybutene-1, polyisobutylene, polystyrenes such as polystyrene and poly α-methylstyrene, polymethyl methacrylate, polyethyl methacrylate, polybutyl methacrylate, poly 2 -Poly (meth) acrylates such as hydroxyethyl methacrylate, polymethyl acrylate, polyethyl acrylate, polybutyl acrylate, poly 2-hydroxyethyl acrylate, polyvinyl chloride, polytetrafluoroethylene, polyhexafluoropropylene, polyvinylidene fluoride, etc. Halogen-containing polymers, poly (1,3-butadiene), polyisoprene, poly (1,3-cyclohexadiene) and other polyconjugated dienes or hydrogenation thereof Or the like can be mentioned things. Examples of the condensation polymer include polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polybutylene terephthalate, polylactic acid, polyglycolic acid, polyε-caprolactone, and other polyesters, nylon-6, nylon-6,12, nylon- Examples thereof include polyamides such as 6T and nylon-9T, polyurethanes, polysiloxanes, and the like. Among these, polystyrenes and poly (meth) acrylates are preferable from the viewpoints of handleability and availability, and polystyrenes are more preferable from the viewpoint of ease of introduction of a cationic group.
 アニオンYと高分子鎖は、直接結合していてもよいし、連結基を介して結合していてもよい。但し、カチオンXの運動性が高いほど、高分子固体電解質のイオン伝導率が良好であることが予測され、連結基Rを介していることが好ましい。連結基Rの種類に特に制限はないが、導入の容易性の観点からは、アルキレン基、アリーレン基、(ポリ)アルキレングリコール基などを挙げることが出来る。これらの基は置換基を有していてもよい。また、連結基Rが長くなったり、大きくなったりした場合には、全体のイオン基濃度を低下させるため、結果として、カチオンXの運動性の向上による効果を打ち消してしまうと考えられる。この観点から、連結基Rが置換基を有していてもよいアルキレン基である場合には、炭素数が1~10であることが好ましい。また、連結基Rが置換基を有していてもよいアリーレン基である場合には、炭素数6~14であることが好ましい。更に、連結基Rが置換基を有していてもよい(ポリ)アルキレングリコール基である場合には、炭素数2~50であることが好ましい。 Anion Y - and the polymer chains may be bonded directly or may be bonded through a linking group. However, it is predicted that the higher the mobility of the cation X +, the better the ionic conductivity of the polymer solid electrolyte, and it is preferable that the cation X + is via the linking group R 4 . No particular limitation on the kind of the linking group R 4 is, from the viewpoint of ease of introduction, an alkylene group, an arylene group, and the like (poly) alkylene glycol group. These groups may have a substituent. Further, when the linking group R 4 becomes longer or larger, the total ionic group concentration is lowered, and as a result, it is considered that the effect of improving the mobility of the cation X + is negated. From this viewpoint, when the linking group R 4 is an alkylene group which may have a substituent, the number of carbon atoms is preferably 1 to 10. In addition, when the linking group R 4 is an arylene group which may have a substituent, it preferably has 6 to 14 carbon atoms. Furthermore, when the linking group R 4 is a (poly) alkylene glycol group which may have a substituent, it preferably has 2 to 50 carbon atoms.
 前述した化学式(1)で表される高分子固体電解質のうちで、イオン基導入の容易性や高分子固体電解質の柔軟性、可撓性の観点からは、
 下記化学式(2)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006
(式(2)中、Rは水素原子、炭素数1~8の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基又は炭素数6~14のアリール基を表し、カチオンXに対するアニオンYはRを介して芳香環と連結されており、Rは、炭素数1~10のアルキレン基、1~3個の置換基を有していてもよい炭素数6~14のアリーレン基、置換基を有していてもよい(ポリ)アルキレングリコール基又は直接結合を表し、Rは水素又は炭素数1~3のアルキル基又はアルコキシ基を表し、nは1~3の数、mは1~4の数であって、m+nが5であることを満たす数である。)
で示される繰り返し単位を含む重合体ブロック(A)と、実質的にイオン基を有しておらず、25℃においてゴム状である重合体ブロック(B)とを含むブロック共重合体が高分子固体電解質に含まれていることが好ましい。尚、化学式(2)中のn,mは整数であってもよい。
Among the polymer solid electrolytes represented by the chemical formula (1) described above, from the viewpoint of ease of introduction of ion groups, flexibility of the polymer solid electrolyte, and flexibility,
The following chemical formula (2)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006
(In the formula (2), R 1 represents a hydrogen atom, a linear or branched alkyl group having 1 to 8 carbon atoms or an aryl group having 6 to 14 carbon atoms, and the anion Y for the cation X + is R 5 is coupled to the aromatic ring through a, R 5 is an alkylene group having 1 to 10 carbon atoms, 1 to 3 substituents the carbon atoms, which may have 6 to 14 arylene group, a substituted group (Poly) alkylene glycol group or a direct bond, which may have a hydrogen atom, R 6 represents hydrogen, an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms or an alkoxy group, n represents a number of 1 to 3, m represents 1 to 4 is a number satisfying m + n being 5.)
A block copolymer containing a polymer block (A) containing a repeating unit represented by the formula (B) and a polymer block (B) which has substantially no ionic group and is rubbery at 25 ° C. is a polymer. It is preferably contained in the solid electrolyte. In addition, n and m in chemical formula (2) may be integers.
 ここで、重合体ブロック(A)としては、入手容易性、製造容易性の観点から、Rは水素原子又はメチル基であり、Rは直接結合が好ましく、nは1~2の数であることが好ましい。また、Rは水素原子であることが好ましい。かかる重合体ブロック(A)の好ましい具体例としては、ポリスチレン及び/又はポリα-メチルスチレンの4位にスルホン酸アニオンが結合しており、対カチオンが1,3-二置換イミダゾリウムカチオン、1,2,3-三置換イミダゾリウムカチオンから選ばれる一種又は複数種のカチオンである重合体ブロックを挙げることができる。 Here, as the polymer block (A), R 1 is a hydrogen atom or a methyl group, R 5 is preferably a direct bond, and n is a number of 1 to 2 from the viewpoint of availability and ease of production. Preferably there is. R 6 is preferably a hydrogen atom. As a preferred specific example of such a polymer block (A), a sulfonate anion is bonded to the 4-position of polystyrene and / or poly α-methylstyrene, and the counter cation is a 1,3-disubstituted imidazolium cation, 1 , 2,3-trisubstituted imidazolium cations. One or a plurality of types of cation polymer blocks may be mentioned.
 また、重合体ブロック(B)としては、25℃においてゴム状である限り制限はないが、好ましい例としては、ポリブタジエン、ポリイソプレン、ポリ(ブタジエン-r-イソプレン)、ポリ(スチレン-r-ブタジエン)、ポリ(スチレン-r-イソプレン)、ポリ(アクリロニトリル-r-ブタジエン)などのポリ共役ジエン類、これらのポリ共役ジエン類に含まれる炭素-炭素二重結合の一部又は全部が水素添加されている水添ポリ共役ジエン類、ポリn-ブチルアクリレート、ポリ2-エチルヘキシルアクリレート、ポリ2-エチルヘキシルメタクリレートなどのポリ(メタ)アクリレート類、ポリイソブチレン、ポリシロキサン類などを挙げることができる。これらのうちでも、ゴムとしての性質や重合体ブロック(A)へのイオン基導入の際の副反応を抑制する観点から、炭素-炭素二重結合の全てが水素添加された水添ポリブタジエン、水添ポリイソプレン、水添ポリ(ブタジエン-r-イソプレン)またはポリイソブチレンであることが好ましい。 The polymer block (B) is not limited as long as it is rubbery at 25 ° C., but preferred examples include polybutadiene, polyisoprene, poly (butadiene-r-isoprene), poly (styrene-r-butadiene). ), Poly (styrene-r-isoprene), poly (acrylonitrile-r-butadiene) and other polyconjugated dienes, and some or all of the carbon-carbon double bonds contained in these polyconjugated dienes are hydrogenated. Examples thereof include hydrogenated polyconjugated dienes, poly (meth) acrylates such as poly n-butyl acrylate, poly 2-ethylhexyl acrylate, and poly 2-ethylhexyl methacrylate, polyisobutylene, and polysiloxanes. Among these, hydrogenated polybutadiene, water in which all carbon-carbon double bonds are hydrogenated, from the viewpoint of suppressing the side reaction upon introduction of ionic groups into the polymer block (A) as a property of rubber. It is preferably a hydrogenated polyisoprene, a hydrogenated poly (butadiene-r-isoprene) or a polyisobutylene.
 ブロック共重合体のブロックシーケンスに特に制限はないが、A-B型のジブロックポリマー、A-B-A、B-A-Bのトリブロックポリマー、A-B-A-Bのテトラブロックポリマー、A-B-A-B-A、B-A-B-A-Bのペンタブロックポリマー、(A-B)-X、(B-A)-X型のスターポリマーなどを挙げることができる。これらのうちでも製造の容易性や高分子固体電解質の力学的なタフネスの観点から、A-B-A型のトリブロックコポリマー、A-B-A-B-A型のペンタブロックコポリマーであることが好ましく、A-B-A型のトリブロックコポリマーであることがより好ましい。ブロック共重合体の数平均分子量は、1万~100万であるのが好ましい。重合体ブロック(A)及び(B)の各合計の質量比は、1:9~9:1であるのが好ましい。 There are no particular restrictions on the block sequence of the block copolymer, but AB type diblock polymer, ABA, BAB triblock polymer, and ABAB tetrablock polymer , ABABABA, BABABAB block polymer, (AB) n -X, (BA) n -X type star polymer, etc. Can do. Among these, from the viewpoint of ease of production and dynamic toughness of the solid polymer electrolyte, it should be an ABA type triblock copolymer or an ABABA type pentablock copolymer. It is more preferable that it is an ABA type triblock copolymer. The number average molecular weight of the block copolymer is preferably 10,000 to 1,000,000. The total mass ratio of the polymer blocks (A) and (B) is preferably 1: 9 to 9: 1.
 また、ブロック共重合体は、必要に応じて重合体ブロック(A)及び重合体ブロック(B)とは別の重合体ブロックを有していてもよい。この重合体ブロックは1つであっても複数であってもよく、複数である場合には同じ化学構造を有するものであってもよいし、異なる化学構造を有するものであってもよい。このような重合体ブロックを構成する重合体の例としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン-1、ポリ4-メチル-1-ペンテン等のポリオレフィン類、ポリp-メチルスチレン、ポリp-エチルスチレン、ポリp-アダマンチルスチレン、ポリp-t-ブチルスチレン等のp位に置換基を有するポリスチレン類、ポリメチルメタクリレート、ポリエチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート、ポリ2-ヒドロキシエチルメタクリレート、ポリメチルアクリレート、ポリエチルアクリレート、ポリブチルアクリレート、ポリ2-ヒドロキシエチルアクリレートなどのポリ(メタ)アクリレート類、ポリ塩化ビニル、ポリテトラフルオロエチレン、ポリヘキサフルオロプロピレン、ポリフッ化ビニリデンなどのハロゲン含有ポリマー類、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、ポリε-カプロラクトンなどのポリエステル類、ナイロン-6、ナイロン-6,12、ナイロン-6T、ナイロン-9Tなどのポリアミド類、ポリウレタン類、ポリシロキサン類等を挙げることができる。 Moreover, the block copolymer may have a polymer block different from the polymer block (A) and the polymer block (B) as necessary. The polymer block may be one or plural, and if it is plural, it may have the same chemical structure or may have different chemical structures. Examples of the polymer constituting such a polymer block include polyolefins such as polyethylene, polypropylene, polybutene-1, poly-4-methyl-1-pentene, poly p-methyl styrene, poly p-ethyl styrene, poly Polystyrenes having substituents at the p-position such as p-adamantyl styrene and poly pt-butyl styrene, polymethyl methacrylate, polyethyl methacrylate, polybutyl methacrylate, poly 2-hydroxyethyl methacrylate, polymethyl acrylate, polyethyl acrylate Containing halogens such as poly (meth) acrylates such as polybutyl acrylate and poly 2-hydroxyethyl acrylate, polyvinyl chloride, polytetrafluoroethylene, polyhexafluoropropylene and polyvinylidene fluoride Limers, polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polybutylene terephthalate, polylactic acid, polyglycolic acid, polyesters such as poly-ε-caprolactone, polyamides such as nylon-6, nylon-6,12, nylon-6T, nylon-9T , Polyurethanes, polysiloxanes and the like.
 かかる別の重合体ブロックには、所定の機能を担わせることができる。例えば、別の重合体ブロックに、形状安定性を補強する作用を期待する場合には、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ4-メチル-1-ペンテン、ポリ塩化ビニル、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリ乳酸、ナイロン-6、ナイロン-6,12、ナイロン6T、ナイロン-9T等の結晶性ポリマーや、ポリp-メチルスチレン、ポリp-アダマンチルスチレン、ポリp-t-ブチルスチレン等の高いガラス転移温度を有するポリマーからなる重合体ブロックを用いることが好ましい。尚、かかる別の重合体ブロックには、重合体ブロック(A)とは異なる機能を期待するため、実質上、イオン基が含まれていないことが一般的である。 Such another polymer block can have a predetermined function. For example, when another polymer block is expected to reinforce shape stability, polyethylene, polypropylene, poly-4-methyl-1-pentene, polyvinyl chloride, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyethylene Crystalline polymers such as naphthalate, polybutylene terephthalate, polylactic acid, nylon-6, nylon-6,12, nylon 6T, nylon-9T, polyp-methylstyrene, polyp-adamantylstyrene, polypt- It is preferable to use a polymer block made of a polymer having a high glass transition temperature such as butylstyrene. In addition, since the function different from a polymer block (A) is anticipated in this another polymer block, it is common that an ionic group is not included substantially.
 上述のようなブロック共重合体のより具体的な例としては、スチレン及び/又はα-メチルスチレンのベンゼン環の4位に、スルホン酸アニオン基が直接結合しており、対カチオンが1,3-二置換イミダゾリウムカチオン、1,2,3-三置換イミダゾリウムカチオンから選ばれる一種又は複数種のカチオンである重合体ブロック(A)と、1,3-ブタジエン単位及び/又はイソプレン単位からなり炭素-炭素二重結合の一部又は全部が水素添加されている重合体ブロック(B)とからなり、ブロックシーケンスがA-B-Aであるトリブロック共重合体を挙げることができる。 As a more specific example of the block copolymer as described above, a sulfonate anion group is directly bonded to the 4-position of the benzene ring of styrene and / or α-methylstyrene, and the counter cation is 1,3. -A polymer block (A) which is one or plural kinds of cations selected from a disubstituted imidazolium cation and a 1,2,3-trisubstituted imidazolium cation, and a 1,3-butadiene unit and / or an isoprene unit. A triblock copolymer comprising a polymer block (B) in which a part or all of carbon-carbon double bonds are hydrogenated and having a block sequence of ABA can be mentioned.
 次に、本発明を構成する高分子固体電解質の製造方法は、スチレン単位及びα-メチルスチレン単位の少なくとも一方からなる重合体ブロック(a)と、炭素-炭素二重結合の一部又は全部が水素添加されていてもよい1,3-ブタジエン単位及びイソプレン単位の少なくとも一方からなる重合体を含む重合体ブロック(b)とを有するブロック共重合体(c)に対し、前記スチレン単位及びα-メチルスチレン単位の少なくとも一部のベンゼン環をスルホン化した後、前記ベンゼン環に結合しているスルホン酸基のカチオンのプロトンを、トルエンスルホン酸よりも酸解離定数の大きな酸の共役アニオンを有するイミダゾリウム塩、ピリジニウム塩、アンモニウム塩から選ばれる少なくとも1種を作用させることによって、イミダゾリウムカチオン、ピリジニウムカチオン、アンモニウムカチオンから選ばれるオニウムカチオンに変換する方法によることができる。かかる方法では、前駆体として、一般的にリビングアニオン重合法で製造されるスチレン系熱可塑性エラストマーを用いる。このスチレン系熱可塑性エラストマーとしては、例えばポリスチレン-b-ポリ(1,3-ブタジエン)-b-ポリスチレン(SBS)、及びこれの水素添加物(SEBS)、ポリスチレン-b-ポリイソプレン-b-ポリスチレン(SIS)、及びこれの水素添加物(SEPS)、ポリスチレン-b-ポリ(1,3-ブタジエン-r-イソプレン)-ポリスチレンの水素添加物(SEEPS)を好適に用いることができる。これらは市場にて容易に入手することができる。また、リビングカチオン重合法で製造されるポリスチレン-b-ポリイソブチレン-b-ポリスチレン(SiBuS)も用いることができる。これも市場にて容易に入手することができる。尚、これらは実験室やベンチスケールレベルでも容易に得ることができる。 Next, the method for producing a solid polymer electrolyte constituting the present invention comprises a polymer block (a) comprising at least one of a styrene unit and an α-methylstyrene unit, and a part or all of carbon-carbon double bonds. A block copolymer (c) having a polymer block (b) containing a polymer comprising at least one of 1,3-butadiene units and isoprene units, which may be hydrogenated, with respect to the styrene units and α- After sulfonation of at least a part of the benzene ring of the methylstyrene unit, an imidazole having an acid conjugate anion having an acid dissociation constant larger than that of toluenesulfonic acid is used as a cation proton of the sulfonic acid group bonded to the benzene ring. By acting at least one selected from a lithium salt, a pyridinium salt, and an ammonium salt, an imidazolium cutlet is obtained. It can be performed by a method of converting to an onium cation selected from on, pyridinium cation and ammonium cation. In such a method, a styrene thermoplastic elastomer generally produced by a living anion polymerization method is used as a precursor. Examples of the styrenic thermoplastic elastomer include polystyrene-b-poly (1,3-butadiene) -b-polystyrene (SBS) and hydrogenated products thereof (SEBS), polystyrene-b-polyisoprene-b-polystyrene. (SIS), hydrogenated product thereof (SEPS), and polystyrene-b-poly (1,3-butadiene-r-isoprene) -polystyrene hydrogenated product (SEEPS) can be preferably used. These are readily available on the market. Polystyrene-b-polyisobutylene-b-polystyrene (SiBuS) produced by the living cationic polymerization method can also be used. This is also readily available on the market. These can also be easily obtained at the laboratory or bench scale level.
 ここでより具体的な例として、ポリα-メチルスチレンとポリ共役アルカジエンのブロック共重合体の水素添加物の製造について説明する。製造の方法としては以下のような方法が挙げられる。
(1)テトラヒドロフラン溶媒中でジアニオン型重合開始剤を用いて共役アルカジエン化合物を重合した後に、-78℃の温度条件下においてα-メチルスチレンを重合させトリブロック共重合体を得る方法[マクロモレキュールズ(Macromolecules)1969年, 第2巻第5号,p.453-458]。
(2)α-メチルスチレンをアニオン重合開始剤を用いてバルク重合を行った後に、共役アルカジエン化合物を重合させ、その後テトラクロロシラン等のカップリング剤によりカップリング反応を行いスター型ブロック共重合体を得る方法[カウチェ.グミ,クンスタスト.(Kautsch. Gummi, Kunstst.,) 1984年, 第37巻第5号,p.377-399;ポリマー ブレティン(Polymer Bulletin), 1984年, 第12巻, p.71-77]。
(3)非極性溶媒中、有機リチウム化合物を開始剤として用い、0.1~10質量%の濃度の極性化合物の存在下、-30~30℃の温度にて、5~50質量%の濃度のα-メチルスチレンを重合させ、得られるリビングポリマーに共役アルカジエン化合物を重合させた後、カップリング剤を添加してトリブロック共重合体を得る方法。
これらのうちでも、工業的経済性の観点から、特に(3)の方法が好ましい方法として採用される。尚、これらの方法において、反応させる成分を変えたり、追加したりすることによって、高分子固体電解質の前駆体として、他の重合体ブロックを有するブロック共重合体を得ることも出来る。
Here, as a more specific example, the production of a hydrogenated product of a block copolymer of poly α-methylstyrene and polyconjugated alkadiene will be described. Examples of the production method include the following methods.
(1) A method of obtaining a triblock copolymer by polymerizing a conjugated alkadiene compound using a dianionic polymerization initiator in a tetrahydrofuran solvent and then polymerizing α-methylstyrene under a temperature condition of −78 ° C. [macromolecule Macromolecules 1969, Vol. 2, No. 5, p. 453-458].
(2) After bulk polymerization of α-methylstyrene using an anionic polymerization initiator, a conjugated alkadiene compound is polymerized, and then a coupling reaction is performed with a coupling agent such as tetrachlorosilane to form a star-type block copolymer. How to get [Cauche. Gummy, Kunstast. (Kautsch. Gummi, Kunstst.) 1984, Vol. 37, No. 5, p. 377-399; Polymer Bulletin, 1984, Vol. 12, p. 71-77].
(3) A concentration of 5 to 50% by mass in a nonpolar solvent using an organolithium compound as an initiator at a temperature of −30 to 30 ° C. in the presence of a polar compound at a concentration of 0.1 to 10% by mass. A method of polymerizing α-methylstyrene of the above, polymerizing a conjugated alkadiene compound to the resulting living polymer, and then adding a coupling agent to obtain a triblock copolymer.
Among these, the method (3) is particularly adopted as a preferable method from the viewpoint of industrial economy. In these methods, a block copolymer having another polymer block can be obtained as a precursor of the solid polymer electrolyte by changing or adding a component to be reacted.
 次に、上述した方法で得られたブロック共重合体を、水素添加触媒の存在下、水素と反応させることで共役アルカジエン化合物に由来する炭素-炭素二重結合を水素添加することができる。このとき用いる溶媒としては例えば、シクロヘキサン、トルエン、ベンゼン等の炭化水素溶媒、テトラヒドロフラン、1,4-ジオキサン等のエーテル系溶媒を挙げることができる。これらの有機溶媒は単独で使用しても、2種類以上を併用してもよいが、円滑な水素添加反応の進行の観点から、使用溶媒はシクロヘキサンであることが好ましい。また、水素添加触媒の例としては、ニッケル系チーグラー触媒、コバルト系チーグラー触媒などのチーグラー触媒、チタノセン触媒などのメタロセン触媒等を挙げることができる。これらの水素添加触媒は単独で使用しても、2種類以上を併用してもよいが、特段の目的が無い場合においては通常1種類を用いる。これらのうちでも工業的経済性、取扱い容易性の観点からニッケル系チーグラー触媒であることが好ましい。ニッケル系チーグラー触媒の調製方法に特に制限はないが、例えば有機酸のニッケル塩とトリアルキルアルミニウムを反応させることにより調製することができる。水素添加を行う際の温度は0~100℃、水素圧力は10~10000kPaの範囲に於いて行うことができ、さらには20~90℃、水素圧力500~3000kPaの範囲内で行うことが、円滑な水素添加反応の進行、工業的経済性から好ましい。 Next, the carbon-carbon double bond derived from the conjugated alkadiene compound can be hydrogenated by reacting the block copolymer obtained by the above-described method with hydrogen in the presence of a hydrogenation catalyst. Examples of the solvent used at this time include hydrocarbon solvents such as cyclohexane, toluene and benzene, and ether solvents such as tetrahydrofuran and 1,4-dioxane. These organic solvents may be used alone or in combination of two or more. However, from the viewpoint of a smooth hydrogenation reaction, the solvent used is preferably cyclohexane. Examples of the hydrogenation catalyst include Ziegler catalysts such as nickel-based Ziegler catalysts and cobalt-based Ziegler catalysts, metallocene catalysts such as titanocene catalysts, and the like. These hydrogenation catalysts may be used alone or in combination of two or more, but one type is usually used when there is no particular purpose. Of these, nickel-based Ziegler catalysts are preferred from the viewpoints of industrial economy and ease of handling. Although there is no restriction | limiting in particular in the preparation method of a nickel-type Ziegler catalyst, For example, it can prepare by making nickel salt of organic acid and a trialkylaluminum react. The temperature during the hydrogenation can be 0 to 100 ° C., the hydrogen pressure can be in the range of 10 to 10000 kPa, and further 20 to 90 ° C. and the hydrogen pressure in the range of 500 to 3000 kPa. It is preferable in view of the progress of the hydrogenation reaction and industrial economy.
 上述した方法で、例えばポリα-メチルスチレン-b-ポリ(1,3-ブタジエン)-b-ポリα-メチルスチレンの水素添加物(以下、mSEBmSと記載することがある)を得ることができる。次いで、このポリマーのα-メチルスチレン由来の芳香環の4位にスルホン酸基(-SOH)を導入する(以下、単に「スルホン化」と称することがある)。かかるスルホン化は周知の方法で行うことができる。例えば、mSEBmSの有機溶媒溶液や懸濁液を調製し、スルホン化剤を添加し混合する方法や、mSEBmSに直接ガス状のスルホン化剤を添加する方法等が例示される。使用されるスルホン化剤としては、硫酸、硫酸と脂肪族酸無水物との混合物(例えば、アセチルサルフェート)、クロロスルホン酸、クロロスルホン酸とトリメチルシリルクロライドの混合物系、三酸化硫黄、三酸化硫黄とトリエチルホスフェートとの混合物系、さらに2,4,6-トリメチルベンゼンスルホン酸に代表される芳香族有機スルホン酸等が例示される。これらは単独で用いてもよいし、複数種を組み合わせてもよい。また、使用する有機溶媒としては、ヘキサン、シクロヘキサン等の脂肪族炭化水素、塩化メチレン、二塩化エチレン等のハロゲン化炭化水素等が例示できる。これらは単独で用いてもよいし、複数種を組み合わせてもよい。 By the above-described method, for example, a hydrogenated product of poly α-methylstyrene-b-poly (1,3-butadiene) -b-polyα-methylstyrene (hereinafter sometimes referred to as mSEBmS) can be obtained. . Next, a sulfonic acid group (—SO 3 H) is introduced into the 4-position of the aromatic ring derived from α-methylstyrene of the polymer (hereinafter, sometimes simply referred to as “sulfonation”). Such sulfonation can be performed by a known method. For example, a method of preparing an organic solvent solution or suspension of mSEBmS, adding a sulfonating agent and mixing, a method of adding a gaseous sulfonating agent directly to mSEBmS, and the like are exemplified. As the sulfonating agent used, sulfuric acid, a mixture of sulfuric acid and an aliphatic acid anhydride (for example, acetyl sulfate), chlorosulfonic acid, a mixture system of chlorosulfonic acid and trimethylsilyl chloride, sulfur trioxide, sulfur trioxide and Examples thereof include a mixture system with triethyl phosphate, and aromatic organic sulfonic acid represented by 2,4,6-trimethylbenzenesulfonic acid. These may be used alone or in combination. Examples of the organic solvent to be used include aliphatic hydrocarbons such as hexane and cyclohexane, and halogenated hydrocarbons such as methylene chloride and ethylene dichloride. These may be used alone or in combination.
 次いで、得られた共重合体にホスホン酸基を導入するホスホン化の方法について述べる。かかるホスホン化は、公知のホスホン化の方法を採用することができ、例えば、共重合体の有機溶媒溶液や懸濁液を調製し、無水塩化アルミニウムの存在下、該共重合体にクロロメチルエーテル等を反応させて芳香環にハロメチル基を導入後、これに三塩化リンと無水塩化アルミニウムを加えて反応させ、更に加水分解反応を施してホスホン酸基を導入する方法等が挙げられる。或いは、この共重合体に三塩化リンと無水塩化アルミニウムを加えて反応させ、芳香環にホスフィン酸基を導入後、硝酸によりホスフィン酸基を酸化してホスホン酸基とする方法等が例示できる。 Next, a phosphonation method for introducing a phosphonic acid group into the obtained copolymer will be described. For this phosphonation, a known phosphonation method can be employed. For example, an organic solvent solution or suspension of a copolymer is prepared, and chloromethyl ether is added to the copolymer in the presence of anhydrous aluminum chloride. And the like, after introducing a halomethyl group into an aromatic ring, phosphorus trichloride and anhydrous aluminum chloride are added and reacted, and a hydrolysis reaction is further introduced to introduce a phosphonic acid group. Alternatively, a method may be exemplified in which phosphorus trichloride and anhydrous aluminum chloride are added to the copolymer and reacted to introduce a phosphinic acid group into the aromatic ring, and then the phosphinic acid group is oxidized with nitric acid to form a phosphonic acid group.
 次に、スルホン酸基が導入された重合体を前駆体とする場合を具体例として、対カチオンをオニウムカチオンへと変換する方法について述べる。スルホン酸は通常、十分に強い酸であり、イミダゾール誘導体、ピリジン誘導体、アミン誘導体との間で容易に酸-塩基反応が進行する。その結果、
 下記化学式(3)~(5)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000007
(式(3)~(5)中、Rは有機基を表す)
に示す構造の塩を形成する。
Next, a method for converting a counter cation into an onium cation will be described by taking a polymer having a sulfonic acid group introduced as a precursor as a specific example. A sulfonic acid is usually a sufficiently strong acid, and an acid-base reaction easily proceeds between an imidazole derivative, a pyridine derivative, and an amine derivative. as a result,
The following chemical formulas (3) to (5)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000007
(In the formulas (3) to (5), R represents an organic group)
A salt having the structure shown in FIG.
 ここで、本発明者等は、スルホン酸基に対し、酸基の酸解離定数(pKa)よりもpKaの大きな酸(弱い酸)の共役アニオンを有するイミダゾリウム塩、ピリジニウム塩、アンモニウム塩から選ばれる少なくとも一種の塩を作用させることによって、スルホン酸基の対カチオンを、イミダゾリウムカチオン、ピリジニウムカチオン、アンモニウムカチオン等の第15族元素を含むオニウムカチオンに、直接かつ容易に変換できることを見出した。例えば、スルホン酸基がベンゼンスルホン酸(pKa=2.1)であった場合、上述した第15族元素を含むオニウムカチオンと下記のアニオンとからなる塩により処理する方法が挙げられる。このアニオンとしては、ギ酸(pKa=3.77)、酢酸(pKa=4.76)等のカルボン酸の共役アニオン、炭酸アニオン(炭酸のpKa=6.35)や、ヒドロキシルアニオン(酸としての水の共役アニオン、水のpKa=15.7)、硫化水素(pKa=7.0)、青酸(pKa=9.4)、チオシアン酸(pKa=4.0)等の鉱酸の共役アニオンを挙げることができる。これらのうちでも、カチオン交換の容易性や入手容易性から酢酸アニオン、炭酸アニオン、ヒドロキシルアニオンであることが好ましく、これらのアニオンを持つ塩の調製や取扱い時の安全性の観点からは酢酸アニオンであることがより好ましい。かかる塩としては、3-エチル-1-メチルイミダゾリウムアセテート、3-エチル-1,2-ジメチルイミダゾリウムヒドロキシドが好適である。 Here, the present inventors selected from imidazolium salts, pyridinium salts, and ammonium salts having a conjugated anion of an acid (weak acid) having a pKa larger than the acid dissociation constant (pKa) of the acid group with respect to the sulfonic acid group. It was found that the cation of the sulfonic acid group can be directly and easily converted into an onium cation containing a Group 15 element such as an imidazolium cation, a pyridinium cation, or an ammonium cation by acting at least one salt. For example, when the sulfonic acid group is benzenesulfonic acid (pKa = 2.1), a method of treating with a salt composed of the above-described onium cation containing a Group 15 element and the following anion can be mentioned. Examples of the anions include conjugated anions of carboxylic acids such as formic acid (pKa = 3.77) and acetic acid (pKa = 4.76), carbonate anions (pKa of carbonate = 6.35), and hydroxyl anions (water as an acid). Conjugated anions of water, pKa of water = 15.7), hydrogen sulfide (pKa = 7.0), hydrocyanic acid (pKa = 9.4), thiocyanic acid (pKa = 4.0) and the like. be able to. Among these, acetate anion, carbonate anion, and hydroxyl anion are preferable from the viewpoint of ease of cation exchange and availability. From the viewpoint of safety during preparation and handling of salts having these anions, acetate anion is preferable. More preferably. As such a salt, 3-ethyl-1-methylimidazolium acetate and 3-ethyl-1,2-dimethylimidazolium hydroxide are preferable.
 かかる反応に用いる溶媒としては、シクロヘキサン、トルエン、ベンゼンなどの炭化水素溶媒、テトラヒドロフラン、1,4-ジオキサンなどのエーテル系溶媒、アセトニトリルなどのニトリル系溶媒、プロピレンカーボネート等のカーボネート系溶媒、クロロホルム、ジクロロメタン、テトラクロロエタン等のハロゲン系溶媒、メタノール、エタノール、プロパノール、エチレングリコールなどのアルコール系溶媒、水などを使用することができ、これらは単独で用いても、2種類以上を併用してもよい。また反応は均一系で進行させても、不均一系で進行させてもよい。 Solvents used in the reaction include hydrocarbon solvents such as cyclohexane, toluene, and benzene, ether solvents such as tetrahydrofuran and 1,4-dioxane, nitrile solvents such as acetonitrile, carbonate solvents such as propylene carbonate, chloroform, and dichloromethane. Further, halogen solvents such as tetrachloroethane, alcohol solvents such as methanol, ethanol, propanol, and ethylene glycol, water, and the like can be used. These may be used alone or in combination of two or more. Further, the reaction may proceed in a homogeneous system or may proceed in a heterogeneous system.
 この様にして得られた高分子固体電解質には、室温で固体性状を示す物質のみで構成されている。ここで、室温とは1~30℃の範囲であり、好ましくは23℃である。室温で液体性状を示す物質が含まれている高分子固体電解質では、後述するように高分子トランスデューサとして用いた場合には、高分子トランスデューサの性能、例えば変形センサとして使用した場合の電圧信号の強度が低下する。また、本発明に係る高分子固体電解質は、その効果を損なわない範囲で他の樹脂、ポリマー類や以下に示す添加剤を含有していてもよい。添加剤の例としては、フェノール系安定剤、硫黄系安定剤、リン系安定剤、光安定剤、帯電防止剤、離型剤、難燃剤、発泡剤、顔料、染料、増白剤を各単独で又は2種類以上を組み合わせて用いてもよい。樹脂、ポリマー類としては、上述したものを用いることができる。更に、本発明に係る高分子固体電解質には、必要に応じて、その効果を損なわない範囲で無機充填剤を含有していてもよい。かかる無機充填剤の具体例としては、タルク、炭酸カルシウム、シリカ、ガラス繊維、マイカ、カオリン、酸化チタン、モンモリロナイト、アルミナ等が挙げられる。 The solid polymer electrolyte thus obtained is composed only of a substance that exhibits solid properties at room temperature. Here, the room temperature is in the range of 1 to 30 ° C., preferably 23 ° C. For polymer solid electrolytes containing substances that exhibit liquid properties at room temperature, the performance of the polymer transducer, for example, the strength of the voltage signal when used as a deformation sensor, when used as a polymer transducer, as will be described later. Decreases. Moreover, the polymer solid electrolyte according to the present invention may contain other resins, polymers, and additives shown below as long as the effects thereof are not impaired. Examples of additives include phenolic stabilizers, sulfur stabilizers, phosphorus stabilizers, light stabilizers, antistatic agents, mold release agents, flame retardants, foaming agents, pigments, dyes, and whitening agents. Or two or more types may be used in combination. As the resin and polymers, those described above can be used. Furthermore, the polymer solid electrolyte according to the present invention may contain an inorganic filler as long as the effect thereof is not impaired. Specific examples of such inorganic fillers include talc, calcium carbonate, silica, glass fiber, mica, kaolin, titanium oxide, montmorillonite, and alumina.
 この様にして得られた高分子固体電解質は、一対の電極間に挟み込むことによって本発明に係る高分子トランスデューサを形成できる。かかる一対の電極としては、金属薄膜、金属箔、金属や金属化合物、導電性カーボン、導電性高分子等の導電性物質が分散した樹脂の成形体などを用いることができる。より好適にはこれらの導電性物質が高分子固体電解質中に分散しているものを挙げることができる。ここで用いる金属の例としては、金、銀、銅、白金、アルミニウム、ニッケルなどを;金属化合物の例としては酸化ルテニウム(RuO)、酸化チタン(TiO)、酸化スズ(SnO)、二酸化イリジウム(IrO)、酸化タンタル(Ta)、インジウム-スズ複合酸化物(ITO)、硫化亜鉛(ZnS)などを;導電性カーボンの例としては、カーボンブラック、単層カーボンナノチューブ(SWCNT)、二層カーボンナノチューブ(DWCNT)、多層カーボンナノチューブ(MWCNT)等のカーボンナノチューブ、気相成長炭素繊維(VGCF)などを;導電性高分子の例としては、ポリアセチレン、ポリピロール、ポリチオフェン及びこれらの誘導体などを挙げることができる。これらは単独で用いてもよいし、2種類以上を用いてもよい。取扱いの容易性や電気化学的安定性の観点からは導電性カーボンであることが好ましく、高分子トランスデューサの性能の観点からはカーボンブラック、カーボンナノチューブであることがより好ましい。また、これらの導電性物質の分散の母体(マトリクス)となる物質としては高分子固体電解質であることが好ましく、特にこれまでに述べてきた高分子固体電解質であることが高分子トランスデューサの性能の観点より好ましい。 The polymer solid electrolyte thus obtained can be sandwiched between a pair of electrodes to form a polymer transducer according to the present invention. As such a pair of electrodes, a metal thin film, a metal foil, a molded body of a resin in which a conductive substance such as a metal or a metal compound, conductive carbon, or a conductive polymer is dispersed can be used. More preferable examples include those in which these conductive substances are dispersed in a polymer solid electrolyte. Examples of metals used here include gold, silver, copper, platinum, aluminum, nickel, etc .; examples of metal compounds include ruthenium oxide (RuO 2 ), titanium oxide (TiO 2 ), tin oxide (SnO 2 ), Examples of conductive carbon include iridium dioxide (IrO 2 ), tantalum oxide (Ta 2 O 5 ), indium-tin composite oxide (ITO), and zinc sulfide (ZnS); carbon black, single-walled carbon nanotubes ( SWCNT), double-walled carbon nanotubes (DWCNT), carbon nanotubes such as multi-walled carbon nanotubes (MWCNT), vapor-grown carbon fibers (VGCF), etc .; Examples of conductive polymers include polyacetylene, polypyrrole, polythiophene, Derivatives and the like can be mentioned. These may be used alone or in combination of two or more. From the viewpoint of easy handling and electrochemical stability, conductive carbon is preferable, and from the viewpoint of the performance of the polymer transducer, carbon black and carbon nanotube are more preferable. In addition, it is preferable that the substance serving as a matrix (matrix) for dispersion of these conductive substances is a polymer solid electrolyte, and in particular, the polymer solid electrolyte described so far is the performance of the polymer transducer. More preferable from the viewpoint.
 かかる高分子トランスデューサには、電極層の更に外側に、その長手方向の抵抗を低減すべく、集電体を設けてもよい。集電体としては例えば、金、銀、銅、白金、アルミニウムなどの金属箔や金属薄膜;金、銀、ニッケル等の金属粉またはカーボンパウダー、カーボンナノチューブ、炭素繊維等の炭素微粉とバインダー樹脂とからなる成形体;織物、紙、不織布等の布帛や高分子フィルムなどにスパッタやメッキなどの方法により金属薄膜を形成したものなどを挙げることができる。これらのうちでも可撓性の観点からは金属粉とバインダー樹脂とからなる膜状成形体、布帛や高分子フィルムなどに金属薄膜を形成したものであることが好ましい。集電体は高分子トランスデューサを構成する一対の電極のうち少なくとも一方の電極の外側(高分子固体電解質が配設される側に対して反対の側)に配設することができる。 In such a polymer transducer, a current collector may be provided on the outer side of the electrode layer in order to reduce the resistance in the longitudinal direction. Examples of current collectors include metal foils and metal thin films such as gold, silver, copper, platinum, and aluminum; metal powders such as gold, silver, and nickel; carbon powders such as carbon powder, carbon nanotubes, and carbon fibers; and a binder resin. A molded body comprising: a metal thin film formed by a method such as sputtering or plating on a fabric such as woven fabric, paper or nonwoven fabric, or a polymer film. Among these, from the viewpoint of flexibility, it is preferable that a metal thin film is formed on a film-like molded body, a fabric, a polymer film, or the like made of a metal powder and a binder resin. The current collector can be disposed outside at least one of the pair of electrodes constituting the polymer transducer (on the side opposite to the side on which the polymer solid electrolyte is disposed).
 かかる高分子トランスデューサの形状には特に制限はなく、例えば膜状、フィルム状、シート状、板状、繊維状、円柱状、柱状、球状など種々の形が可能である。このうち、膜状、フィルム状、シート状、板状の高分子トランスデューサを製造する場合には、例えば、膜状に成形した高分子固体電解質上に、その両面にシート状の電極層を相互に絶縁が確保される状態で貼合わせ、必要に応じ集電層を塗工法等により形成させる方法;膜状に成形した高分子固体電解質の両面に電極を構成する成分を含む溶液又は分散液を塗工して相互に絶縁した電極を形成し、必要に応じて集電層を塗工法等により形成させる方法;フィルム基材上に必要に応じて集電層を形成させた後、電極を構成する成分を含む溶液又は分散液、高分子固体電解質を構成する成分を含む溶液又は分散液、電極を構成する成分を含む溶液又は分散液の順序で塗工/乾燥を行って電極層-高分子固体電解質層-電極層の積層構造を形成させた後、必要に応じて集電層を形成させ、さらに必要に応じてカバーとしてフィルム基材を貼合わせる方法;フィルム基材上に必要に応じて集電層を形成させた後、電極を構成する成分を含む溶液又は分散液、高分子固体電解質を構成する成分を含む溶液又は分散液の順序で塗工/乾燥を行って電極層-高分子固体電解質層の積層構造を形成させて出来たフィルム状前駆体同士を、高分子固体電解質層面同士を熱プレスやラミネートによって貼合わせる方法、などを挙げることができる。かかるフィルム基材としては、一般的に用いられるポリマーフィルム、例えば、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリエチレンナフタレートフィルム、ポリオレフィンフィルム、ポリウレタンフィルム、ポリ塩化ビニルフィルム、エラストマーフィルムなどを用途に応じて適宜用いることができる。尚、このフィルム基材は高分子トランスデューサを使用する際に除去してもよいし、そのまま一体としてもよい。そのまま一体として用いる場合にはフィルム基材は保護層として作用する。 The shape of such a polymer transducer is not particularly limited, and various shapes such as a film shape, a film shape, a sheet shape, a plate shape, a fiber shape, a columnar shape, a columnar shape, and a spherical shape are possible. Among these, in the case of manufacturing a membrane-like, film-like, sheet-like, or plate-like polymer transducer, for example, sheet-like electrode layers are formed on both sides of a polymer solid electrolyte formed into a membrane shape. A method in which insulation is secured and a current collecting layer is formed by a coating method if necessary; a solution or dispersion containing the components constituting the electrode is applied to both sides of the polymer solid electrolyte formed into a film shape. A method of forming electrodes insulated from each other and forming a current collecting layer by a coating method or the like as necessary; forming a current collecting layer on a film substrate as necessary, and then forming an electrode Coating / drying in the order of a solution or dispersion containing the components, a solution or dispersion containing the components constituting the polymer solid electrolyte, and a solution or dispersion containing the components constituting the electrode to form an electrode layer-polymer solid A laminated structure of electrolyte layer-electrode layer is formed Then, a current collecting layer is formed if necessary, and a film base material is pasted as a cover if necessary; a current collecting layer is optionally formed on the film base material, and then an electrode is formed. A layered structure of electrode layer-polymer solid electrolyte layer was formed by coating / drying in the order of solution or dispersion liquid containing component and solution or dispersion liquid containing component constituting polymer solid electrolyte Examples thereof include a method in which the film-like precursors are bonded to each other by heat pressing or laminating the surfaces of the polymer solid electrolyte layers. As such a film substrate, a polymer film generally used, for example, a polyethylene terephthalate film, a polyethylene naphthalate film, a polyolefin film, a polyurethane film, a polyvinyl chloride film, an elastomer film or the like can be appropriately used depending on the application. . The film substrate may be removed when using the polymer transducer or may be integrated as it is. When used as it is, the film substrate acts as a protective layer.
 前記の膜状、フィルム状、シート状又は板状の高分子トランスデューサでは、その電極層、高分子固体電解質層、必要に応じて配設される集電層、フィルム基材の各厚さは特に制限されず、高分子トランスデューサの用途等により適宜調整することができる。但し、電極層の厚さは1μm~10mmの範囲内であることが好ましく、5μm~1mmの範囲内であることがより好ましく、10~500μmの範囲内であることがさらに好ましい。また、高分子固体電解質の厚さは1μm~10mmの範囲内であることが好ましく、5μm~1mmの範囲内であることがより好ましく、10~500μmの範囲内であることがさらに好ましい。集電層を設ける場合にはその厚みは1nm~1mmの範囲内であることが好ましく、5nm~100μmの範囲内であることがより好ましく、10nm~50μmの範囲内であることがさらに好ましい。フィルム基材の厚みとしては、保護層としてそのまま使用するか否かに関わらず、製造時の取扱い容易性の観点や保護層としての強度の観点から1μm~10mmの範囲内であることが好ましく、10μm~1mmの範囲内であることが好ましく、30μm~500μmの範囲内であることがさらに好ましい。 In the membrane-like, film-like, sheet-like or plate-like polymer transducer, the thicknesses of the electrode layer, the polymer solid electrolyte layer, the current collecting layer arranged as necessary, and the film substrate are particularly It is not limited and can be adjusted as appropriate depending on the use of the polymer transducer. However, the thickness of the electrode layer is preferably in the range of 1 μm to 10 mm, more preferably in the range of 5 μm to 1 mm, and still more preferably in the range of 10 to 500 μm. The thickness of the solid polymer electrolyte is preferably in the range of 1 μm to 10 mm, more preferably in the range of 5 μm to 1 mm, and still more preferably in the range of 10 to 500 μm. When the current collecting layer is provided, the thickness thereof is preferably in the range of 1 nm to 1 mm, more preferably in the range of 5 nm to 100 μm, and still more preferably in the range of 10 nm to 50 μm. The thickness of the film base material is preferably in the range of 1 μm to 10 mm from the viewpoint of ease of handling during production and the strength as the protective layer, regardless of whether or not it is used as it is as a protective layer. The thickness is preferably in the range of 10 μm to 1 mm, and more preferably in the range of 30 μm to 500 μm.
 本発明に係る高分子トランスデューサは、空気中、水中、真空中、有機溶媒中で動作することができる。更に、使用環境に応じて、適宜封止を施してもよい。封止材としては特に制限はなく、各種樹脂などを挙げることができる。 The polymer transducer according to the present invention can operate in air, water, vacuum, and organic solvent. Furthermore, sealing may be appropriately performed according to the use environment. There is no restriction | limiting in particular as a sealing material, Various resin etc. can be mentioned.
 この様な本発明に係る高分子トランスデューサに外部より変位、圧力等の機械的エネルギーを加えると、相互に絶縁した電極間に電気エネルギーとして電位差(電圧)を発生させることができる。このため、本発明に係る高分子トランスデューサを、変動、変位又は圧力を検知する変形センサ(変形センサ素子)として使用することもできる。 When mechanical energy such as displacement and pressure is applied to the polymer transducer according to the present invention from the outside, a potential difference (voltage) can be generated as electrical energy between the mutually insulated electrodes. For this reason, the polymer transducer according to the present invention can also be used as a deformation sensor (deformation sensor element) for detecting fluctuation, displacement, or pressure.
 本発明の適用する高分子固体電解質、その製造方法及び高分子トランスデューサを実施例1~4に示す。また、本発明の適用外である組成物を比較例1~2に示す。 Examples 1 to 4 show a polymer solid electrolyte to which the present invention is applied, a production method thereof, and a polymer transducer. Compositions that are not applicable to the present invention are shown in Comparative Examples 1 and 2.
(材料)
 本実施例及び比較例で使用した材料について以下に示す。
(material)
The materials used in the examples and comparative examples are shown below.
(1)ポリスチレン-b-ポリ(1,3-ブタジエン)-b-ポリスチレンの水素添加物(SEBS):株式会社クラレ製「セプトン8007」をトルエンに溶解させた後、水により3回洗浄し、次いで大過剰のアセトンに再沈殿させて精製したものを用いた。
(2)ポリスチレン-b-ポリイソプレン-b-ポリスチレンの水素添加物(SEPS):株式会社クラレ製「セプトン2002」をトルエンに溶解させた後、水により3回洗浄し、次いで大過剰のアセトンに再沈殿させて精製したものを用いた。
(3)ポリα-メチルスチレン-b-ポリ(1,3-ブタジエン)-ポリα-メチルスチレンの水素添加物(mSEBmS):公知の方法(国際公開第02/40611号)と同様の方法で、ポリα-メチルスチレン-b-ポリ(1,3-ブタジエン)-b-ポリα-メチルスチレン型トリブロック共重合体を合成した。得られたトリブロック共重合体の数平均分子量[ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)測定、ポリスチレン換算]は76,000であり、H-NMR(核磁気共鳴)から求められた1,3-ブタジエンに由来する1,4-結合量は55%、α-メチルスチレン単位の含有量は30質量%であった。合成したトリブロック共重合体のシクロヘキサン溶液を調製し、十分に窒素置換を行った耐圧容器に仕込んだ後、Ni/Al系のチーグラー型水素添加触媒を用いて、水素雰囲気下80℃で5時間の水素添加反応を行いmSEBmSを得た。得られたmSEBmSの水素添加率はH-NMRより99.6mol%であった。
(1) Polystyrene-b-poly (1,3-butadiene) -b-polystyrene hydrogenated product (SEBS): “Septon 8007” manufactured by Kuraray Co., Ltd. was dissolved in toluene and then washed three times with water. Subsequently, the product purified by reprecipitation in a large excess of acetone was used.
(2) Polystyrene-b-polyisoprene-b-polystyrene hydrogenated product (SEPS): “Septon 2002” manufactured by Kuraray Co., Ltd. was dissolved in toluene, washed three times with water, and then washed with a large excess of acetone. What was purified by reprecipitation was used.
(3) Poly α-methylstyrene-b-poly (1,3-butadiene) -poly α-methylstyrene hydrogenated product (mSEBmS): in the same manner as a known method (International Publication No. WO02 / 40611) A poly α-methylstyrene-b-poly (1,3-butadiene) -b-polyα-methylstyrene type triblock copolymer was synthesized. The number average molecular weight [measured by gel permeation chromatography (GPC), converted to polystyrene] of the obtained triblock copolymer was 76,000, and 1,3-butadiene determined from 1 H-NMR (nuclear magnetic resonance) The amount of 1,4-bond derived from was 55%, and the content of α-methylstyrene units was 30% by mass. A cyclohexane solution of the synthesized triblock copolymer was prepared and charged into a pressure-resistant vessel that had been sufficiently purged with nitrogen. Then, the Ni / Al Ziegler-type hydrogenation catalyst was used for 5 hours at 80 ° C. in a hydrogen atmosphere. The hydrogenation reaction was carried out to obtain mSEBmS. The hydrogenation rate of the obtained mSEBmS was 99.6 mol% from 1 H-NMR.
(3)無水酢酸:和光純薬工業株式会社より購入してそのまま用いた。
(4)濃硫酸:和光純薬工業株式会社より購入してそのまま用いた。
(5)ジクロロメタン:キシダ化学株式会社より購入し、モレキュラーシーブ(4A)に接触させたものを用いた。
(6)3-エチル-1-メチルイミダゾリウムアセテート:アルドリッチ社より購入し、そのまま用いた。
(7)3-エチル-1,2-ジメチルイミダゾリウムブロマイド:関東化学株式会社より購入し、そのまま用いた。
(8)3-エチル-1-イミダゾリウムブロマイド:アルドリッチ社より購入し、そのまま用いた。
(9)3-エチル-1-イミダゾリウムテトラフルオロボレート:アルドリッチ社より購入し、そのまま用いた。
(10)アニオン交換樹脂:オルガノ株式会社より購入した「アンバーライト IRA400 OH AG」を、水で湿潤させて用いた。
(11)テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液(10w/v%):東京化成工業株式会社より購入し、そのまま用いた。
(3) Acetic anhydride: purchased from Wako Pure Chemical Industries, Ltd. and used as it is.
(4) Concentrated sulfuric acid: purchased from Wako Pure Chemical Industries, Ltd. and used as it is.
(5) Dichloromethane: A product purchased from Kishida Chemical Co., Ltd. and contacted with molecular sieve (4A) was used.
(6) 3-ethyl-1-methylimidazolium acetate: purchased from Aldrich and used as it is.
(7) 3-ethyl-1,2-dimethylimidazolium bromide: purchased from Kanto Chemical Co., Inc. and used as it was.
(8) 3-Ethyl-1-imidazolium bromide: Purchased from Aldrich and used as is.
(9) 3-Ethyl-1-imidazolium tetrafluoroborate: purchased from Aldrich and used as is.
(10) Anion exchange resin: “Amberlite IRA400 OH AG” purchased from Organo Corporation was used after being wetted with water.
(11) Tetramethylammonium hydroxide aqueous solution (10 w / v%): purchased from Tokyo Chemical Industry Co., Ltd. and used as it is.
(12)テトラエチルアンモニウムヒドロキシド水溶液(10w/v%):東京化成工業株式会社より購入し、そのまま用いた。
(13)テトラプロピルアンモニウムヒドロキシド水溶液(10w/v%):東京化成工業株式会社より購入し、そのまま用いた。
(14)テトラn-ブチルアンモニウムヒドロキシド水溶液(10w/v%):東京化成工業株式会社より購入し、そのまま用いた。
(15)トリn-ブチルメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液(20w/v%):アルドリッチ社より購入し、そのまま用いた。
(16)アンモニア水(10%):和光純薬工業株式会社より購入し、そのまま用いた。
(17)イミダゾール水溶液(10%):和光純薬工業株式会社より購入したイミダゾールを、蒸留水に濃度が10%(w/v)となるように溶解させて水溶液として用いた。
(18)導電性カーボンブラック:ライオン株式会社より購入した「ケッチェンブラックEC600JD」を、150℃で12時間、真空乾燥したものを用いた。
(19)0.01規定 水酸化ナトリウム標準水溶液:和光純薬工業株式会社より購入し、そのまま用いた。
(20)1%フェノールフタレイン エタノール溶液:和光純薬工業株式会社より購入し、そのまま用いた。
 その他の溶媒、試薬類は市販品を購入し、必要に応じて一般的な方法で精製したものを用いた。
(12) Tetraethylammonium hydroxide aqueous solution (10 w / v%): purchased from Tokyo Chemical Industry Co., Ltd. and used as it is.
(13) Tetrapropylammonium hydroxide aqueous solution (10 w / v%): purchased from Tokyo Chemical Industry Co., Ltd. and used as it is.
(14) Tetra n-butylammonium hydroxide aqueous solution (10 w / v%): Purchased from Tokyo Chemical Industry Co., Ltd. and used as it was.
(15) Tri-n-butylmethylammonium hydroxide aqueous solution (20 w / v%): Purchased from Aldrich and used as it was.
(16) Ammonia water (10%): purchased from Wako Pure Chemical Industries, Ltd. and used as it was.
(17) Imidazole aqueous solution (10%): Imidazole purchased from Wako Pure Chemical Industries, Ltd. was dissolved in distilled water to a concentration of 10% (w / v) and used as an aqueous solution.
(18) Conductive carbon black: “Ketjen Black EC600JD” purchased from Lion Co., Ltd., vacuum-dried at 150 ° C. for 12 hours was used.
(19) 0.01N standard aqueous sodium hydroxide solution: purchased from Wako Pure Chemical Industries, Ltd. and used as is.
(20) 1% phenolphthalein ethanol solution: purchased from Wako Pure Chemical Industries, Ltd. and used as it is.
Other solvents and reagents used were commercially available products that were purified by general methods as needed.
(参考製造例1)
mSEBmSのスルホン化
 mSEBmS 355gを撹拌機付きのガラス製反応容器中にて1時間真空乾燥し、次いで、窒素で系内を置換した後、塩化メチレン3Lを加え、35℃にて2時間撹拌して溶解した。溶解後、塩化メチレン155mL中、0℃にて無水酢酸34.7mLと濃硫酸77.5mLとを反応させて得られたスルホン化剤(アセチルサルフェート)を、5分間かけて徐々に滴下した。35℃にて7時間撹拌後、10Lの蒸留水の中に撹拌しながら反応溶液を注ぎ、スルホン化mSEBmSを凝固析出した。析出した固形分を90℃の蒸留水で30分間洗浄し、更に濾別した。この洗浄及び濾別の作業を洗浄水のpHに変化がなくなるまで繰返し、最後に濾集した重合体を真空乾燥してスルホン化mSEBmSを得た。得られたスルホン化mSEBmSのα-メチルスチレン単位のベンゼン環のスルホン化率はH-NMR(核磁気共鳴)スペクトル測定から49.8mol%、プロトン交換容量は1.08mmol/gであった。
(Reference Production Example 1)
Sulfonation of mSEBmS 355 g of mSEBmS was vacuum-dried in a glass reaction vessel equipped with a stirrer for 1 hour, and after replacing the system with nitrogen, 3 L of methylene chloride was added and stirred at 35 ° C. for 2 hours. Dissolved. After dissolution, a sulfonating agent (acetyl sulfate) obtained by reacting 34.7 mL of acetic anhydride and 77.5 mL of concentrated sulfuric acid at 0 ° C. in 155 mL of methylene chloride was gradually added dropwise over 5 minutes. After stirring at 35 ° C. for 7 hours, the reaction solution was poured into 10 L of distilled water while stirring to coagulate and precipitate sulfonated mSEBmS. The precipitated solid was washed with distilled water at 90 ° C. for 30 minutes and further filtered. This washing and filtering operation was repeated until there was no change in the pH of the washing water. Finally, the polymer collected by filtration was vacuum-dried to obtain sulfonated mSEBmS. The sulfonation rate of the benzene ring of the α-methylstyrene unit of the obtained sulfonated mSEBmS was 49.8 mol% from 1 H-NMR (nuclear magnetic resonance) spectrum measurement, and the proton exchange capacity was 1.08 mmol / g.
(参考製造例2)
SEBSのスルホン化
 参考製造例1において、mSEBmSに代えてSEBSを用い、反応時間及び用いるスルホン化剤の量を変化させる以外は同様の操作を行ってスルホン化SEBSを得た。得られたスルホン化SEBSのスチレン単位のベンゼン環のスルホン化率は48.5mol%、プロトン交換容量は1.21mmol/gであった。
(Reference Production Example 2)
Sulfonation of SEBS In Reference Production Example 1, SEBS was used in place of mSEBmS, and the same operation was performed except that the reaction time and the amount of the sulfonating agent used were changed to obtain sulfonated SEBS. The resulting sulfonated SEBS had a styrene unit benzene ring sulfonation rate of 48.5 mol% and a proton exchange capacity of 1.21 mmol / g.
(参考製造例3)
3-エチル-1,2-ジメチルイミダゾリウムヒドロキシド水溶液の合成
 3-エチル-1,2-ジメチルイミダゾリウムブロマイド 10gを蒸留水50mLに溶解させた。次いでこの溶液と大過剰のアニオン交換樹脂(アンバーライト IRA400 OH AG)を室温で撹拌しながら24時間接触させて臭化物イオンをヒドロキシルイオンへ変換した。更に、水溶液からアニオン交換樹脂を濾過により除去し、3-エチル-1,2-ジメチルイミダゾリウムヒドロキシド水溶液を得た。
(Reference Production Example 3)
Synthesis of 3-ethyl-1,2-dimethylimidazolium hydroxide aqueous solution 10 g of 3-ethyl-1,2-dimethylimidazolium bromide was dissolved in 50 mL of distilled water. This solution was then contacted with a large excess of anion exchange resin (Amberlite IRA400 OH AG) at room temperature for 24 hours to convert bromide ions to hydroxyl ions. Further, the anion exchange resin was removed from the aqueous solution by filtration to obtain an aqueous 3-ethyl-1,2-dimethylimidazolium hydroxide solution.
(製造例1)
高分子固体電解質(I)の製造
 参考製造例1で得られたスルホン化mSEBmSをテトラヒドロフラン(THF)/メタノール混合溶媒(重量比 8/2)からキャストして膜状とした。10g分の膜を、3-エチル-1-メチルイミダゾリウムアセテート5.5gを水100mLに溶解させた水溶液に浸漬した。浸漬は24時間行った。更に、水溶液中から膜を回収し、5回、水で洗浄、続いてメタノールで1回洗浄した。得られた膜を一昼夜真空乾燥し、高分子固体電解質(I)を得た。得られた高分子固体電解質(I)の一部を食塩水中に一晩浸漬し、電解質を取り除いた後の食塩水を0.01規定の水酸化ナトリウム水溶液で適定したところ、高分子固体電解質(I)のプロトン交換容量はゼロであり、スルホン酸の全てのプロトンが第15族元素を含むオニウムカチオンである3-エチル-1-メチルイミダゾリウムカチオンに置換された高分子固体電解質であることがわかった。
(Production Example 1)
Production of Polymer Solid Electrolyte (I) The sulfonated mSEBmS obtained in Reference Production Example 1 was cast from a tetrahydrofuran (THF) / methanol mixed solvent (weight ratio 8/2) to form a film. A 10 g portion of the membrane was immersed in an aqueous solution in which 5.5 g of 3-ethyl-1-methylimidazolium acetate was dissolved in 100 mL of water. Immersion was performed for 24 hours. Further, the membrane was recovered from the aqueous solution, washed 5 times with water, and then once with methanol. The obtained membrane was vacuum-dried all day and night to obtain a polymer solid electrolyte (I). A portion of the obtained polymer solid electrolyte (I) was immersed in saline overnight, and after removing the electrolyte, the saline was adjusted with a 0.01 N aqueous sodium hydroxide solution to obtain a polymer solid electrolyte. The proton exchange capacity of (I) is zero, and all the protons of sulfonic acid are polymer solid electrolytes substituted with 3-ethyl-1-methylimidazolium cation, which is an onium cation containing a Group 15 element I understood.
(製造例2)
高分子固体電解質(II)
 製造例1において、スルホン化mSEBmSに代えて参考製造例2で得られたスルホン化SEBSを用いた以外は同様の操作を行い高分子固体電解質(II)を得た。得られた高分子固体電解質(II)の一部を食塩水中に一晩浸漬し、電解質を取り除いた後の食塩水を0.01規定の水酸化ナトリウム水溶液で適定したところ、高分子固体電解質(II)のプロトン交換容量はゼロであり、スルホン酸の全てのプロトンが第15族元素を含むオニウムカチオンである3-エチル-1-メチルイミダゾリウムカチオンに置換された高分子固体電解質であることがわかった。
(Production Example 2)
Polymer solid electrolyte (II)
A solid polymer electrolyte (II) was obtained in the same manner as in Production Example 1 except that the sulfonated SEBS obtained in Reference Production Example 2 was used in place of the sulfonated mSEBmS. A portion of the obtained polymer solid electrolyte (II) was immersed in saline overnight, and after removing the electrolyte, the saline was adjusted with a 0.01 N aqueous sodium hydroxide solution. (II) has a proton exchange capacity of zero, and is a polymer solid electrolyte in which all protons of sulfonic acid are replaced with 3-ethyl-1-methylimidazolium cation, which is an onium cation containing a Group 15 element. I understood.
(製造例3)
高分子固体電解質(III)
 製造例1において、3-エチル-1-メチルイミダゾリウムアセテートの水溶液に代えて、参考製造例3で製造した3-エチル-1,2-ジメチルイミダゾリウムヒドロキシド水溶液(3-エチル-1,2-ジメチルイミダゾリウムヒドロキシドを4.6g含む)を用いた以外は同様の操作を行い高分子固体電解質(III)を得た。得られた高分子固体電解質(III)の一部を食塩水中に一晩浸漬し、電解質を取り除いた後の食塩水を0.01規定の水酸化ナトリウム水溶液で適定したところ、高分子固体電解質(III)のプロトン交換容量はゼロであり、スルホン酸の全てのプロトンが第15族元素を含むオニウムカチオンである3-エチル-1,2-ジメチルイミダゾリウムカチオンに置換された高分子固体電解質であることがわかった。
(Production Example 3)
Polymer solid electrolyte (III)
Instead of the aqueous solution of 3-ethyl-1-methylimidazolium acetate in Production Example 1, the aqueous 3-ethyl-1,2-dimethylimidazolium hydroxide produced in Reference Production Example 3 (3-ethyl-1,2, A solid polymer electrolyte (III) was obtained in the same manner as above except that 4.6 g of dimethylimidazolium hydroxide was used. A portion of the obtained polymer solid electrolyte (III) was immersed in saline overnight, and after removing the electrolyte, the saline was adjusted with a 0.01 N aqueous sodium hydroxide solution. In the solid polymer electrolyte in which the proton exchange capacity of (III) is zero and all protons of sulfonic acid are replaced with 3-ethyl-1,2-dimethylimidazolium cation, which is an onium cation containing a Group 15 element I found out.
(製造例4)
高分子固体電解質(IV)
 製造例3において、スルホン化mSEBmSに代えて、スルホン化SEBSを用いる以外は同様の操作を行い高分子固体電解質(IV)を得た。得られた高分子固体電解質(IV)の一部を食塩水中に一晩浸漬し、電解質を取り除いた後の食塩水を0.01規定の水酸化ナトリウム水溶液で適定したところ、高分子固体電解質(IV)のプロトン交換容量はゼロであり、スルホン酸の全てのプロトンが第15族元素を含むオニウムカチオンである3-エチル-1,2-ジメチルイミダゾリウムカチオンに置換された高分子固体電解質であることがわかった。
(Production Example 4)
Polymer solid electrolyte (IV)
In Production Example 3, a polymer solid electrolyte (IV) was obtained by performing the same operation except that sulfonated SEBS was used instead of sulfonated mSEBmS. A portion of the obtained polymer solid electrolyte (IV) was immersed in saline overnight, and after removing the electrolyte, the sodium chloride aqueous solution was regulated with a 0.01 N aqueous sodium hydroxide solution. The proton exchange capacity of (IV) is zero, and a solid polymer electrolyte in which all protons of sulfonic acid are replaced with 3-ethyl-1,2-dimethylimidazolium cation, which is an onium cation containing a Group 15 element. I found out.
(製造例5~9)
高分子固体電解質(V)~(IX)
 製造例1において、3-エチル-1-メチルイミダゾリウムアセテートの水溶液に代えて、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド水溶液、テトラプロピルアンモニウムヒドロキシド水溶液、テトラn-ブチルアンモニウムヒドロキシド水溶液、トリn-ブチルメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液を用いた以外は同様の操作を行い高分子固体電解質(V)~(IX)を得た。高分子固体電解質(V)~(IX)の各々の一部を食塩水中に一晩浸漬し、電解質を取り除いた後の食塩水を0.01規定の水酸化ナトリウム水溶液で適定したところ、高分子固体電解質(V)~(IX)のプロトン交換容量はゼロであり、スルホン酸の全てのプロトンが第15族元素を含むオニウムカチオンであるテトラメチルアンモニウムカチオン、テトラエチルアンモニウムカチオン、テトラプロピルアンモニウムカチオン、テトラn-ブチルアンモニウムカチオン、トリn-ブチルメチルアンモニウムカチオンである高分子固体電解質であることがわかった。
(Production Examples 5 to 9)
Polymer solid electrolyte (V) to (IX)
In Production Example 1, instead of the aqueous solution of 3-ethyl-1-methylimidazolium acetate, an aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide, an aqueous solution of tetraethylammonium hydroxide, an aqueous solution of tetrapropylammonium hydroxide, an aqueous solution of tetra-n-butylammonium hydroxide, Polymer solid electrolytes (V) to (IX) were obtained in the same manner except that an aqueous solution of tri-n-butylmethylammonium hydroxide was used. A portion of each of the polymer solid electrolytes (V) to (IX) was immersed in saline overnight, and after removing the electrolyte, the saline was adjusted with a 0.01 N aqueous sodium hydroxide solution. The proton exchange capacities of the molecular solid electrolytes (V) to (IX) are zero, and all protons of the sulfonic acid are onium cations containing a group 15 element such as tetramethylammonium cation, tetraethylammonium cation, tetrapropylammonium cation, It was found that the polymer solid electrolyte was a tetra n-butylammonium cation and a tri-n-butylmethylammonium cation.
(比較製造例1)
 製造例1において、3-エチル-1-メチルイミダゾリウムアセテートの水溶液に代えて、3-エチル-1-メチルイミダゾリウムブロマイドの水溶液を用いた以外は同様の操作を行い高分子固体電解質(XII)を得た。得られた高分子固体電解質(XII)の一部を食塩水中に一晩浸漬し、電解質を取り除いた後の食塩水を0.01規定の水酸化ナトリウム溶液で適定したところ、高分子固体電解質のプロトン交換容量は1.05mmol/gであり、原料のスルホン化mSEBmSと同等のプロトン交換容量を示した。このことからスルホン酸のプロトンは第15族元素を含むオニウムカチオンには置換されていないことがわかった。
(Comparative Production Example 1)
A polymer solid electrolyte (XII) was prepared in the same manner as in Production Example 1, except that an aqueous solution of 3-ethyl-1-methylimidazolium bromide was used instead of the aqueous solution of 3-ethyl-1-methylimidazolium acetate. Got. A portion of the obtained polymer solid electrolyte (XII) was immersed in saline overnight, and after removing the electrolyte, the saline was adjusted with a 0.01 N sodium hydroxide solution to obtain a polymer solid electrolyte. The proton exchange capacity was 1.05 mmol / g, indicating a proton exchange capacity equivalent to that of the raw material sulfonated mSEBmS. This indicates that the proton of sulfonic acid is not substituted with an onium cation containing a Group 15 element.
(比較製造例2)
 比較製造例1において、3-エチル-1-メチルイミダゾリウムテトラフルオロボレートの水溶液を用いる以外は同様の操作を行い高分子固体電解質(XIII)を得た。得られた高分子固体電解質(XIII)の一部を食塩水中に一晩浸漬し、電解質を取り除いた後の食塩水を0.01規定の水酸化ナトリウム溶液で適定したところ、高分子固体電解質のプロトン交換容量は1.04mmol/gであり、原料のスルホン化mSEBmSと同等のプロトン交換容量を示した。このことからスルホン酸のプロトンは第15族元素を含むオニウムカチオンには置換されていないことがわかった。
(Comparative Production Example 2)
In the same manner as in Comparative Production Example 1, except that an aqueous solution of 3-ethyl-1-methylimidazolium tetrafluoroborate was used, a polymer solid electrolyte (XIII) was obtained. A portion of the obtained polymer solid electrolyte (XIII) was immersed in saline overnight, and after removing the electrolyte, the saline was adjusted with a 0.01 N sodium hydroxide solution to obtain a polymer solid electrolyte. The proton exchange capacity was 1.04 mmol / g, indicating a proton exchange capacity equivalent to that of the sulfonated mSEBmS as a raw material. This indicates that the proton of sulfonic acid is not substituted with an onium cation containing a Group 15 element.
 上記の参考製造例、製造例及び比較製造例をまとめを、下記〔表1〕に示す。

Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
 表1から明らかなように、本発明の高分子固体電解質の製造方法によれば、スルホン酸のプロトンを容易に第15族元素を含むオニウムカチオンに変換することができることがわかる。
A summary of the above Reference Production Examples, Production Examples and Comparative Production Examples is shown in [Table 1] below.

Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
As can be seen from Table 1, according to the method for producing a solid polymer electrolyte of the present invention, the proton of sulfonic acid can be easily converted to an onium cation containing a Group 15 element.
(製造実施例1)
高分子トランスデューサの製造
(1)参考製造例1で得られたスルホン化mSEBmS 50gを、ジイソプロピルベンゼン/1-ヘキサノール混合溶媒(重量比8/2)200gに溶解させた(電解質溶液Aとする)。
(2)(1)で作製した溶液Aにケッチェンブラック4.4gを加えて混合し、ホモジナイザーを用いて均一に混合した(電極分散液B)。また、市販の銀ペーストで配電線を設けたポリプロピレン製のフィルム(厚み50μm)上に、スクリーン印刷機を用いて電極分散液Bを塗工し、その後80℃で乾燥した。この工程を電極の乾燥膜厚が100μmになるまで行った(積層体A)。得られた積層体Aに、スクリーン印刷機を用いて電解質溶液Aを塗工し、その後80℃で乾燥したこの工程をスルホン化mSEBmSの乾燥膜厚が15μmになるまで行った(積層体B)。更に、得られた積層体Bを、0.2Mに調製した3-エチル-1-メチルイミダゾリウムアセテート水溶液に、1時間浸漬させた。浸漬後の積層体Bは、蒸留水で充分に洗浄を行い、その後十分に乾燥を行った。この洗浄後の積層体Bは、プロトン交換容量の測定を実施したところプロトン交換容量は0mmol/lであり、電極及び電解質中に存在していたスルホン酸基のプロトンは、すべて3-エチル-1-メチルイミダゾリウムカチオンに変換されていることが確認された。次いで、洗浄乾燥を施した積層体Bの二枚を、電解質面同士が接着するように重ね合わせ、この状態で100℃で5分間プレスをすることで高分子トランスデューサ(1)を得た。尚、この際、トランスデューサとしての評価を行うため、リード線を設けた。
(Production Example 1)
Production of Polymer Transducer (1) 50 g of the sulfonated mSEBmS obtained in Reference Production Example 1 was dissolved in 200 g of diisopropylbenzene / 1-hexanol mixed solvent (weight ratio 8/2) (referred to as electrolyte solution A).
(2) 4.4 g of ketjen black was added to the solution A prepared in (1) and mixed, and then uniformly mixed using a homogenizer (electrode dispersion B). Moreover, the electrode dispersion liquid B was applied on a polypropylene film (thickness 50 μm) provided with a distribution line with a commercially available silver paste using a screen printer, and then dried at 80 ° C. This process was performed until the dry film thickness of the electrode reached 100 μm (laminate A). This step of applying the electrolyte solution A to the obtained laminate A using a screen printer and then drying at 80 ° C. was performed until the dry film thickness of the sulfonated mSEBmS was 15 μm (laminate B). . Further, the obtained laminate B was immersed in a 3-ethyl-1-methylimidazolium acetate aqueous solution prepared to 0.2 M for 1 hour. The laminate B after the immersion was sufficiently washed with distilled water and then sufficiently dried. The layered product B after washing was measured for proton exchange capacity. As a result, the proton exchange capacity was 0 mmol / l. All protons of the sulfonic acid groups present in the electrode and the electrolyte were all of 3-ethyl-1 -It was confirmed that it was converted to methylimidazolium cation. Next, two layers of the laminated body B subjected to washing and drying were overlapped so that the electrolyte surfaces were bonded to each other, and in this state, the polymer transducer (1) was obtained by pressing at 100 ° C. for 5 minutes. At this time, lead wires were provided for evaluation as transducers.
(製造実施例2~4)
高分子トランスデューサの製造
 製造実施例1において、3-エチル-1-メチルイミダゾリウムアセテート水溶液に代えて、3-エチル-1,2-ジメチルイミダゾリウムヒドロキシド水溶液、テトラメチルアンモニウム水溶液を用いる以外は同様の操作を行って、高分子トランスデューサ(2)~(3)を得た。
(Production Examples 2 to 4)
Production of Polymer Transducer Same as in Production Example 1, except that 3-ethyl-1,2-dimethylimidazolium hydroxide aqueous solution and tetramethylammonium aqueous solution were used instead of 3-ethyl-1-methylimidazolium acetate aqueous solution Thus, polymer transducers (2) to (3) were obtained.
(比較製造例3)
高分子トランスデューサの製造
 製造実施例1において、イオン交換の工程を行わなかった以外は同様の操作を行って、高分子トランスデューサ(4)を得た。
(Comparative Production Example 3)
Production of Polymer Transducer A polymer transducer (4) was obtained in the same manner as in Production Example 1 except that the ion exchange step was not performed.
(比較製造例4)
高分子トランスデューサの製造
 製造実施例1において、洗浄乾燥した積層体Bを、乳酸エチルに10分間接触させた。表面に残存した乳酸エチルを拭き取った。この後、製造実施例1と同様の操作を行って、高分子トランスデューサ(5)を得た。
(Comparative Production Example 4)
Production of Polymer Transducer In Production Example 1, the washed and dried laminate B was brought into contact with ethyl lactate for 10 minutes. The ethyl lactate remaining on the surface was wiped off. Thereafter, the same operation as in Production Example 1 was performed to obtain a polymer transducer (5).
(実施例1~3及び比較例1~2)
 製造実施例1~3及び比較製造例1~2で得られた高分子トランスデューサの各々のセンサ性能を下記〔表2〕に示す。

Figure JPOXMLDOC01-appb-T000009
 表2から明らかなように、製造実施例1~4の高分子トランスデューサは、製造比較例1~2の高分子トランスデューサに比較して、センサとして使用した際に、高い信号強度を示しており、センサとして好適に用いることができる。
(Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 2)
The sensor performance of each of the polymer transducers obtained in Production Examples 1 to 3 and Comparative Production Examples 1 and 2 is shown in [Table 2] below.

Figure JPOXMLDOC01-appb-T000009
As is clear from Table 2, the polymer transducers of Production Examples 1 to 4 showed higher signal strength when used as sensors than the polymer transducers of Production Comparative Examples 1 and 2, It can be suitably used as a sensor.
 本発明に用いられる高分子固体電解質は、簡便に作製することができ、且つ高分子固体電解質として、とりわけ高分子トランスデューサ用の電解質として優れた性能を示す。また、本発明に係る高分子トランスデューサは、変形センサとして高い性能を示し、種々の変形や変位を計測する柔軟なセンサとして好適に使用できる。 The solid polymer electrolyte used in the present invention can be easily produced and exhibits excellent performance as a solid polymer electrolyte, particularly as an electrolyte for a polymer transducer. The polymer transducer according to the present invention exhibits high performance as a deformation sensor and can be suitably used as a flexible sensor for measuring various deformations and displacements.

Claims (9)

  1.  室温で固体であって、高分子鎖に非結合の可動なカチオンに、第15族元素を含むオニウムカチオンが含まれていることを特徴とする高分子固体電解質。 A solid polymer electrolyte characterized in that an onium cation containing a Group 15 element is contained in a movable cation that is solid at room temperature and is not bonded to a polymer chain.
  2.  少なくとも一対の電極と、前記電極間に配設され室温で固体性状の高分子固体電解質とを具備する高分子トランスデューサであって、
     前記高分子固体電解質を構成する高分子鎖に非結合で前記高分子固体電解質内を可動なカチオンに第15族元素を含むオニウムカチオンが含まれていることを特徴とする高分子トランスデューサ。
    A polymer transducer comprising at least a pair of electrodes and a solid polymer electrolyte that is disposed between the electrodes and is solid at room temperature,
    A polymer transducer characterized in that an onium cation containing a Group 15 element is contained in a cation that is non-bonded to a polymer chain constituting the polymer solid electrolyte and moves in the polymer solid electrolyte.
  3.  前記電極には、導電性物質とバインダーとが含まれ、前記バインダーの少なくとも1成分が、前記カチオンを含有する高分子固体電解質であることを特徴とする請求項2に記載の高分子トランスデューサ。 3. The polymer transducer according to claim 2, wherein the electrode includes a conductive substance and a binder, and at least one component of the binder is a solid polymer electrolyte containing the cation.
  4.  前記高分子固体電解質に含まれている重合体が、下記化学式(1)
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
    (式(1)中、R~Rの各々は独立して、水素原子、フッ素原子、炭素数1~8の直鎖状或いは分岐鎖状であり、その水素原子の一部又は全部がフッ素原子に置換していてもよいアルキル基又は炭素数6~14のアリール基を表し、カチオンXに対するアニオンYが重合体を形成する高分子主鎖と直接又はRを介して連結されている。Rは炭素数1~10であり、その水素原子の一部又は全部がフッ素原子に置換していてもよいアルキレン基、1~3個の置換基を有していてもよい炭素数6~14のアリーレン基、又は、置換基を有していてもよく、その水素原子の一部又は全部がフッ素原子に置換されていてもよい炭素数2~50の(ポリ)アルキレングリコール基を表す。)
    で示される繰り返し単位を含むことを特徴とする請求項2に記載の高分子トランスデューサ。
    The polymer contained in the polymer solid electrolyte has the following chemical formula (1)
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
    (In the formula (1), each of R 1 to R 3 is independently a hydrogen atom, a fluorine atom, a linear or branched chain having 1 to 8 carbon atoms, and a part or all of the hydrogen atoms are Represents an alkyl group which may be substituted with a fluorine atom or an aryl group having 6 to 14 carbon atoms, and an anion Y with respect to the cation X + is linked to the polymer main chain forming the polymer directly or via R 4. R 4 has 1 to 10 carbon atoms, and part or all of the hydrogen atoms may be an alkylene group which may be substituted with a fluorine atom, or a carbon which may have 1 to 3 substituents. An arylene group having 6 to 14 carbon atoms, or a (poly) alkylene glycol group having 2 to 50 carbon atoms which may have a substituent and part or all of the hydrogen atoms may be substituted with fluorine atoms Represents.)
    The polymer transducer according to claim 2, comprising a repeating unit represented by:
  5.  前記高分子固体電解質に含まれている重合体が、下記化学式(2)
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
    (式(2)中、Rは水素原子、炭素数1~8の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基又は炭素数6~14のアリール基を表し、カチオンXに対するアニオンYはRを介して芳香環と連結されており、Rは、炭素数1~10のアルキレン基、1~3個の置換基を有していてもよい炭素数6~14のアリーレン基、置換基を有していてもよい(ポリ)アルキレングリコール基又は直接結合を表し、Rは水素又は炭素数1~3のアルキル基又はアルコキシ基を表し、nは1~3の数、mは1~4の数であって、m+nが5であることを満たす数である。)
    で示される単位を含む重合体ブロック(A)と、実質的にイオン基を有しておらず、25℃においてゴム状である重合体ブロック(B)とを有するブロック共重合体であることを特徴とする請求項2に記載の高分子トランスデューサ。
    The polymer contained in the polymer solid electrolyte has the following chemical formula (2)
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
    (In the formula (2), R 1 represents a hydrogen atom, a linear or branched alkyl group having 1 to 8 carbon atoms or an aryl group having 6 to 14 carbon atoms, and the anion Y for the cation X + is R 5 is coupled to the aromatic ring through a, R 5 is an alkylene group having 1 to 10 carbon atoms, 1 to 3 substituents the carbon atoms, which may have 6 to 14 arylene group, a substituted group (Poly) alkylene glycol group or a direct bond, which may have a hydrogen atom, R 6 represents hydrogen, an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms or an alkoxy group, n represents a number of 1 to 3, m represents 1 to 4 is a number satisfying m + n being 5.)
    It is a block copolymer having a polymer block (A) containing a unit represented by the formula (1) and a polymer block (B) which has substantially no ionic group and is rubbery at 25 ° C. The polymer transducer according to claim 2, wherein
  6.  前記重合体ブロック(A)が、スチレン及び/又はα-メチルスチレンのベンゼン環の4位にイオン基が直接結合しイオン基を形成するアニオンがスルホン酸アニオンである繰返し単位を含み、前記重合体ブロック(B)が、炭素-炭素二重結合の一部又は全部が水素添加されていてもよい1,3-ブタジエン単位及び/又はイソプレン単位からなる請求項5に記載の高分子トランスデューサ。 The polymer block (A) includes a repeating unit in which an anion in which an ionic group is directly bonded to the 4-position of a benzene ring of styrene and / or α-methylstyrene to form an ionic group is a sulfonate anion, 6. The polymer transducer according to claim 5, wherein the block (B) comprises 1,3-butadiene units and / or isoprene units in which part or all of carbon-carbon double bonds may be hydrogenated.
  7.  カチオンXが、イミダゾリウムカチオン、ピリジニウムカチオン、アンモニウムカチオンから選ばれるオニウムカチオンであることを特徴とする請求項4に記載の高分子トランスデューサ。 The polymer transducer according to claim 4, wherein the cation X + is an onium cation selected from an imidazolium cation, a pyridinium cation, and an ammonium cation.
  8.  スチレン単位及びα-メチルスチレン単位の少なくとも一方からなる重合体ブロック(a)と、炭素-炭素二重結合の一部又は全部が水素添加されていてもよい1,3-ブタジエン単位及びイソプレン単位の少なくとも一方からなる重合体ブロック(b)とを有するブロック共重合体(c)に対し、前記スチレン単位及びα-メチルスチレン単位の少なくとも一部のベンゼン環をスルホン化した後、
     前記ベンゼン環に結合しているスルホン酸基のカチオンのプロトンを、トルエンスルホン酸よりも酸解離定数の大きな酸の共役アニオンを有するイミダゾリウム塩、ピリジニウム塩、アンモニウム塩から選ばれる少なくとも1種を作用させることによって、イミダゾリウムカチオン、ピリジニウムカチオン、アンモニウムカチオンから選ばれるオニウムカチオンに変換することを特徴とする高分子固体電解質の製造方法。
    A polymer block (a) comprising at least one of a styrene unit and an α-methylstyrene unit, and a 1,3-butadiene unit and an isoprene unit in which a part or all of carbon-carbon double bonds may be hydrogenated. For the block copolymer (c) having at least one polymer block (b), sulfonated at least a part of the benzene ring of the styrene unit and α-methylstyrene unit,
    The cation proton of the sulfonic acid group bonded to the benzene ring acts on at least one selected from imidazolium salts, pyridinium salts, and ammonium salts having an acid conjugate anion having a larger acid dissociation constant than toluenesulfonic acid. To produce an onium cation selected from an imidazolium cation, a pyridinium cation, and an ammonium cation, thereby producing a solid polymer electrolyte.
  9.  スルホン酸基を有するポリマーをバインダーとする電極と、スルホン酸基を有するポリマーで形成した電解質層とを積層した積層体を、アンモニア、アミン、スルホン酸よりも酸解離定数の大きな酸の共役アニオンを有するイミダゾリウム塩、ピリジニウム塩、アンモニウム塩から選ばれた少なくとも一種を含む溶液に浸漬する工程を有することを特徴とする高分子トランスデューサの製造方法。 A laminate in which an electrode having a polymer having a sulfonic acid group as a binder and an electrolyte layer formed of a polymer having a sulfonic acid group is laminated with a conjugate anion of an acid having an acid dissociation constant larger than that of ammonia, amine or sulfonic acid. A method for producing a polymer transducer, comprising a step of immersing in a solution containing at least one selected from an imidazolium salt, a pyridinium salt, and an ammonium salt.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012069416A (en) * 2010-09-24 2012-04-05 Kuraray Co Ltd Paste for forming electrode and polymer transducer including electrode film comprising coating film of the paste
JP2013116934A (en) * 2011-12-01 2013-06-13 Sumitomo Chemical Co Ltd Ionic conductor
JP2014215530A (en) * 2013-04-26 2014-11-17 ソニー株式会社 Polymer device, method of manufacturing the same, camera module, and imaging unit
WO2015083545A1 (en) * 2013-12-02 2015-06-11 ソニー株式会社 Ion conduction film, polymer element, electronic device, camera module, and imaging device

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015138606A1 (en) * 2014-03-11 2015-09-17 Raven Industries, Inc. High reliability gnss correction

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001247635A (en) * 1999-12-28 2001-09-11 Nippon Shokubai Co Ltd Polymer and solid polyelectrolyte containing the same
JP2005029655A (en) * 2003-07-10 2005-02-03 Toyota Central Res & Dev Lab Inc Polymer electrolyte composition
JP2007336790A (en) * 2006-06-19 2007-12-27 Kuraray Co Ltd Polymer electrochemical element
WO2010024338A1 (en) * 2008-08-28 2010-03-04 セントラル硝子株式会社 Fluorine-containing polymer and polymer solid electrolyte using same

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07335258A (en) * 1994-06-13 1995-12-22 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> High molecular solid electrolyte
JPH08306385A (en) * 1995-05-10 1996-11-22 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Polymer electrolyte

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001247635A (en) * 1999-12-28 2001-09-11 Nippon Shokubai Co Ltd Polymer and solid polyelectrolyte containing the same
JP2005029655A (en) * 2003-07-10 2005-02-03 Toyota Central Res & Dev Lab Inc Polymer electrolyte composition
JP2007336790A (en) * 2006-06-19 2007-12-27 Kuraray Co Ltd Polymer electrochemical element
WO2010024338A1 (en) * 2008-08-28 2010-03-04 セントラル硝子株式会社 Fluorine-containing polymer and polymer solid electrolyte using same

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012069416A (en) * 2010-09-24 2012-04-05 Kuraray Co Ltd Paste for forming electrode and polymer transducer including electrode film comprising coating film of the paste
JP2013116934A (en) * 2011-12-01 2013-06-13 Sumitomo Chemical Co Ltd Ionic conductor
JP2014215530A (en) * 2013-04-26 2014-11-17 ソニー株式会社 Polymer device, method of manufacturing the same, camera module, and imaging unit
WO2015083545A1 (en) * 2013-12-02 2015-06-11 ソニー株式会社 Ion conduction film, polymer element, electronic device, camera module, and imaging device
JPWO2015083545A1 (en) * 2013-12-02 2017-03-16 デクセリアルズ株式会社 Ion conductive membrane, polymer element, electronic device, camera module and imaging device
US9752001B2 (en) 2013-12-02 2017-09-05 Dexerials Corporation Ion conductive film, polymer element, electronic device, camera module, and imaging device

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