WO2020017113A1 - Polymer electrolyte, method for producing same, polymer electrolyte membrane using same, catalyst layer, membrane/electrode assembly and fuel cell - Google Patents

Polymer electrolyte, method for producing same, polymer electrolyte membrane using same, catalyst layer, membrane/electrode assembly and fuel cell Download PDF

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国立大学法人山梨大学
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Abstract

The present invention relates to a polymer electrolyte which is composed of a hydrophobic segment that has a structure represented by general formula (1) and a hydrophilic segment that has a sulfonic acid group, while having the main chain mainly composed of aromatic rings, and which is configured such that the hydrophobic segment and the hydrophilic segment are joined to each other by means of direct bonds of the aromatic rings. (In general formula (1), each of Ra and Rb independently represents a fluorine atom or a perfluoroalkyl group; y represents an integer of 1-2,000; and a hydrogen atom on a benzene ring may be substituted by a fluorine atom, an alkyl group, a perfluoroalkyl group, an aryl group, an aralkyl group or a cyano group.) Consequently, the present invention provides: a polymer electrolyte which achieves high proton conductivity, while having high oxidation degradation resistance and gas barrier properties, and which is suitable for use as a polymer electrolyte membrane and is able to be easily produced, while exhibiting good solubility in solvents and excellent formability such as film forming properties; a method for producing this polymer electrolyte; a polymer electrolyte membrane; a catalyst layer; a membrane/electrode assembly; and a fuel cell.

Description

高分子電解質、その製造方法、それを用いた高分子電解質膜、触媒層、膜/電極接合体、及び燃料電池Polymer electrolyte, method for producing the same, polymer electrolyte membrane using the same, catalyst layer, membrane / electrode assembly, and fuel cell
 本発明は、固体高分子形燃料電池に好適な高分子電解質、その製造方法、それを用いた高分子電解質膜、燃料電池用触媒層、燃料電池用膜/電極接合体、及び燃料電池に関する。 The present invention relates to a polymer electrolyte suitable for a polymer electrolyte fuel cell, a method for producing the same, a polymer electrolyte membrane using the same, a catalyst layer for a fuel cell, a membrane / electrode assembly for a fuel cell, and a fuel cell.
 地球温暖化等の環境問題等の観点から、高効率でクリーンなエネルギー源の開発が求められている。その要求に対する一つの候補として燃料電池が注目されている。特に、高分子電解質を用いた固体高分子形燃料電池は、新エネルギー技術の柱の一つとして期待されている。固体高分子形燃料電池に使用される電解質膜としては、ナフィオン(Nafion)(登録商標)に代表されるパーフルオロカーボンスルホン酸膜が広く検討されている。パーフルオロカーボンスルホン酸膜は、高いプロトン伝導性を有し、耐酸性、耐酸化性等の化学的安定性に優れているとされているが、ガス遮断性が十分ではなかった。 か ら From the viewpoint of environmental problems such as global warming, the development of highly efficient and clean energy sources is required. A fuel cell is attracting attention as one candidate for the demand. In particular, polymer electrolyte fuel cells using polymer electrolytes are expected as one of the pillars of new energy technology. As an electrolyte membrane used for a polymer electrolyte fuel cell, a perfluorocarbon sulfonic acid membrane represented by Nafion (registered trademark) has been widely studied. The perfluorocarbon sulfonic acid membrane is said to have high proton conductivity and to be excellent in chemical stability such as acid resistance and oxidation resistance, but gas barrier properties were not sufficient.
 このような背景から、固体高分子型燃料電池用電解質膜として、近年、スルホン酸基を有する親水性セグメントと、スルホン酸基を実質的に有さない疎水性セグメントからなる共重合体で構成された炭化水素系電解質膜が注目されている。このような高分子電解質の製造法としては、水酸基やスルフィド基等の求核性官能基を有するユニットと、ハロゲン等の脱離性置換基を有するユニットを予め用意し、それらの求核置換反応を利用する方法が挙げられる(特許文献1)。この製造方法は簡便であるが、樹脂骨格にエーテル結合や、チオエーテル結合が生成するため、燃料電池用電解質膜として利用した場合、酸化劣化しやすい(非特許文献1)という問題があった。 From such a background, in recent years, an electrolyte membrane for a polymer electrolyte fuel cell has recently been composed of a copolymer comprising a hydrophilic segment having a sulfonic acid group and a hydrophobic segment having substantially no sulfonic acid group. Attention has been paid to hydrocarbon-based electrolyte membranes. As a method for producing such a polymer electrolyte, a unit having a nucleophilic functional group such as a hydroxyl group or a sulfide group and a unit having a leaving substituent such as a halogen are prepared in advance, and the nucleophilic substitution reaction thereof is performed. (Patent Document 1). Although this production method is simple, there is a problem that, since an ether bond or a thioether bond is generated in the resin skeleton, when it is used as an electrolyte membrane for a fuel cell, it is easily oxidized and deteriorated (Non-Patent Document 1).
 そこで、特許文献2及び3では、親水性セグメントと疎水性セグメントを炭素-炭素直接結合で連結し、スルホン酸基の近傍からエーテル結合やチオエーテル結合を排除するという試みがなされている。特許文献4には、親水性セグメントと疎水性セグメントの主鎖構造からエーテル結合やチオエーテル結合等のヘテロ結合を完全に排除し、炭素-炭素直接結合で連結したポリフェニレン型の高分子電解質として、親水性モノマーと疎水性モノマーを炭素-炭素直接結合でランダムに連結したポリフェニレン型の高分子電解質が記載されている。特許文献5には、スルホン酸基が導入され、主鎖が芳香環からなる親水性セグメントと、スルホン酸基を有さず、主鎖が芳香環からなる疎水性セグメントが芳香環の炭素-炭素直接結合で連結され、さらに、疎水性セグメントの芳香環も炭素-炭素直接結合で連結された高分子電解質が提案されている。 Therefore, in Patent Documents 2 and 3, an attempt has been made to connect the hydrophilic segment and the hydrophobic segment by a direct carbon-carbon bond, and to eliminate an ether bond or a thioether bond from the vicinity of the sulfonic acid group. Patent Document 4 discloses a polyphenylene-type polymer electrolyte in which a hetero bond such as an ether bond or a thioether bond is completely eliminated from the main chain structure of a hydrophilic segment and a hydrophobic segment, and which is connected by a carbon-carbon direct bond. A polyphenylene-type polymer electrolyte in which a hydrophilic monomer and a hydrophobic monomer are randomly linked by a carbon-carbon direct bond is described. Patent Literature 5 discloses that a sulfonic acid group-introduced hydrophilic segment having a main chain composed of an aromatic ring and a hydrophobic segment having no sulfonic acid group and having a main chain composed of an aromatic ring have an aromatic ring carbon-carbon. There has been proposed a polymer electrolyte which is connected by a direct bond and further has an aromatic ring of a hydrophobic segment also connected by a carbon-carbon direct bond.
特開2005-126684号公報JP 2005-126684 A 特開2008-88420号公報JP 2008-88420 A 特開2012-229418号公報JP 2012-229418 A 特開2013-191375号公報JP 2013-191375 A 特開2017-179345号公報JP 2017-179345 A
 しかしながら、特許文献2及び3に記載の高分子電解質では、疎水性セグメントにポリエーテルスルホンや、ポリエーテルケトン等のユニットを有する骨格が用いられる場合があり、フェントン試験(Fenton試験)で評価した高分子電解質膜の耐酸化性はまだ十分と言える水準には達していなかった。特許文献4に記載の高分子電解質において、親水性モノマーのスルホン酸基は電子供与性基を含む連結基で芳香環に接続されていることから、その製造プロセスは煩雑である。特許文献5に記載の高分子電解質においても、疎水性セグメントの製造が煩雑な場合がある。さらに、従来の芳香環を多数含む炭化水素系高分子電解質は、沸点の高い非プロトン性極性溶媒(例えばジメチルスルホキシド、N-メチルピロリドン等)にしか溶解せず、製膜する際、乾燥に高温で長時間を要し、また、乾燥後にも膜中に溶媒が残留するので、水洗等の後処理により除去する必要があった。 However, in the polymer electrolytes described in Patent Literatures 2 and 3, a skeleton having a unit such as polyether sulfone or polyether ketone may be used for the hydrophobic segment in some cases. The oxidation resistance of the molecular electrolyte membrane has not yet reached a satisfactory level. In the polymer electrolyte described in Patent Document 4, since the sulfonic acid group of the hydrophilic monomer is connected to the aromatic ring by a linking group containing an electron donating group, the production process is complicated. Also in the polymer electrolyte described in Patent Literature 5, production of the hydrophobic segment may be complicated. Furthermore, conventional hydrocarbon-based polymer electrolytes containing a large number of aromatic rings are dissolved only in aprotic polar solvents having a high boiling point (eg, dimethyl sulfoxide, N-methylpyrrolidone, etc.). It takes a long time, and the solvent remains in the film even after drying, so it has been necessary to remove it by a post-treatment such as washing with water.
 本発明は、高いプロトン伝導度を発現し、酸化劣化に対する耐性が高く、ガス遮断性が良好な高分子電解質膜として使用でき、製造が容易であり、低沸点のアルコール類にも溶解する高分子電解質、その製造方法、それを用いた高分子電解質膜、燃料電池用触媒層、燃料電池用膜/電極接合体、及び燃料電池を提供する。 The present invention is a polymer that exhibits high proton conductivity, has high resistance to oxidative degradation, can be used as a polymer electrolyte membrane having good gas barrier properties, is easy to manufacture, and is soluble in low-boiling alcohols. Provided are an electrolyte, a method for producing the same, a polymer electrolyte membrane using the same, a catalyst layer for a fuel cell, a membrane / electrode assembly for a fuel cell, and a fuel cell.
 本発明は、下記一般式(1)で表される構造を有する疎水性セグメント、及びスルホン酸基を有し主鎖が主に芳香環からなる親水性セグメントで構成され、疎水性セグメントと親水性セグメントが芳香環の直接結合で連結されていることを特徴とする高分子電解質に関する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000007
(前記一般式(1)中、Ra、Rbはそれぞれ独立にフッ素、又はパーフルオロアルキル基を表し、yは1~2000の整数を表し、ベンゼン環上の水素はフッ素、アルキル基、パーフルオロアルキル基、アリール基、アラルキル基、及びシアノ基からなる群から選ばれる一つ以上で置換されていてもよい。)
The present invention comprises a hydrophobic segment having a structure represented by the following general formula (1), and a hydrophilic segment having a sulfonic acid group and having a main chain mainly composed of an aromatic ring. The present invention relates to a polymer electrolyte, wherein segments are connected by a direct bond of an aromatic ring.
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000007
(In the general formula (1), R a and R b each independently represent fluorine or a perfluoroalkyl group, y represents an integer of 1 to 2,000, and hydrogen on the benzene ring represents fluorine, an alkyl group, (It may be substituted with one or more selected from the group consisting of a fluoroalkyl group, an aryl group, an aralkyl group, and a cyano group.)
 本発明の1以上の好ましい態様において、前記一般式(1)中、Ra及びRbが、いずれもトリフルオロメチル基である。本発明の1以上の好ましい態様において、前記一般式(1)中、yが6~500の整数である。 In one or more preferred embodiments of the present invention, in the general formula (1), Ra and Rb are each a trifluoromethyl group. In one or more preferred embodiments of the present invention, in the general formula (1), y is an integer of 6 to 500.
 本発明の1以上の好ましい態様において、前記親水性セグメントが、下記式群(2)で表される構造群から選択される1以上の構造を有する。本発明の1以上のさらに好ましい態様において、前記親水性セグメントが、下記式群(15)で表される構造群から選択される1以上の構造を有する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000008
(前記式群(2)中、wは1~4の整数を表し、k及びlはそれぞれ0~4の整数を表し、かつk+lは1以上の整数である。pは0~10の整数、qは0~10の整数、rは1~4の整数を表す。Aは、-CO-、-SO2-、及び-C(CF32-からなる群から選ばれた少なくとも1種の構造を表す。Dは、-CO-、-SO2-、-SO-、-CONH-、-COO-、-(CF2t-(tは1~10の整数)、及び-C(CF32-からなる群から選ばれた少なくとも1種の構造を表す。Eは直接結合、又は、-(CH2j-(jは1~10の整数)、-C(CH32-、-O-、及び-S-からなる群から選ばれた少なくとも1種の構造を表す。Ar1は、-SO3H又は-O(CH2zSO3H(zは1~12の整数)で表される置換基を有する芳香族基を表す。)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000009
(前記式群(15)中、wは1~4の整数を表し、k及びlはそれぞれ0~4の整数を表し、かつk+lは1以上の整数である。)
In one or more preferred embodiments of the present invention, the hydrophilic segment has one or more structures selected from the group of structures represented by the following formula group (2). In one or more more preferred embodiments of the present invention, the hydrophilic segment has one or more structures selected from the group of structures represented by the following formula group (15).
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000008
(In the above formula group (2), w represents an integer of 1 to 4, k and l each represent an integer of 0 to 4, and k + 1 is an integer of 1 or more. P is an integer of 0 to 10, q represents an integer of 0 to 10, r represents an integer of 1 to 4. A represents at least one member selected from the group consisting of -CO-, -SO 2- , and -C (CF 3 ) 2- . D represents —CO—, —SO 2 —, —SO—, —CONH—, —COO—, — (CF 2 ) t — (t is an integer of 1 to 10), and —C (CF 3 ) represents at least one kind of structure selected from the group consisting of 2-, E is a direct bond, or-(CH 2 ) j- (j is an integer of 1 to 10), -C (CH 3 ) 2 Represents at least one structure selected from the group consisting of —, —O—, and —S—, where Ar 1 is —SO 3 H or —O (CH 2 ) z SO 3 H (z is 1 to 12) of It represents an aromatic group having a substituent represented by a number).)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000009
(In the above formula group (15), w represents an integer of 1 to 4, k and l each represent an integer of 0 to 4, and k + 1 is an integer of 1 or more.)
 本発明の1以上のさらに好ましい態様において、前記高分子電解質は下記一般式(3)で表される構造を有する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000010
(前記一般式(3)中、xは1~2000の整数、yは1~2000の整数を表す。)
In one or more more preferred embodiments of the present invention, the polymer electrolyte has a structure represented by the following general formula (3).
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000010
(In the general formula (3), x represents an integer of 1 to 2000, and y represents an integer of 1 to 2000.)
 また、本発明は、前記の高分子電解質の製造方法であって、下記一般式(4)で表される構造を有する化合物と、下記式群(5)で表される構造群から選択される構造を有する1以上の化合物を、遷移金属化合物の存在下に共重合することを特徴とする高分子電解質の製造方法に関する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000011
 (前記一般式(4)中、Halは、塩素、臭素、又はヨウ素を表し、Ra、Rbはそれぞれ独立にフッ素、又はパーフルオロアルキル基を表し、ベンゼン環上の水素はフッ素、アルキル基、パーフルオロアルキル基、アリール基、アラルキル基、及びシアノ基からなる群から選ばれる一つ以上で置換されていてもよい。)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000012
(前記式群(5)中、Halは、塩素、臭素、又はヨウ素を表し、wは1~4の整数を表し、k及びlはそれぞれ0~4の整数を表し、かつk+lは1以上の整数である。pは0~10の整数、qは0~10の整数、rは1~4の整数を表す。Aは、-CO-、-SO2-、及び-C(CF32-からなる群から選ばれた少なくとも1種の構造を表す。Dは、-CO-、-SO2-、-SO-、-CONH-、-COO-、-(CF2t-(tは1~10の整数)、及び-C(CF32-からなる群から選ばれた少なくとも1種の構造を表す。Eは直接結合、又は、-(CH2j-(jは1~10の整数)、-C(CH32-、-O-、及び-S-からなる群から選ばれた少なくとも1種の構造を表す。Ar1は、-SO3H又は-O(CH2zSO3H(zは1~12の整数)で表される置換基を有する芳香族基を表す。Mは水素、アルカリ金属、炭素数1~12のアルキル基、炭素数5~12のシクロアルキル基、炭素数6~18のアリール基、又は炭素数7~20のアラルキル基を表す。)
Further, the present invention is the method for producing a polymer electrolyte described above, wherein the compound is selected from a compound having a structure represented by the following general formula (4) and a structure group represented by the following formula group (5). The present invention relates to a method for producing a polymer electrolyte, comprising copolymerizing one or more compounds having a structure in the presence of a transition metal compound.
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000011
(In the general formula (4), Hal represents chlorine, bromine, or iodine, R a and R b each independently represent fluorine or a perfluoroalkyl group, and hydrogen on the benzene ring represents fluorine or an alkyl group. , A perfluoroalkyl group, an aryl group, an aralkyl group, and a cyano group.
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000012
(In the formula group (5), Hal represents chlorine, bromine, or iodine, w represents an integer of 1 to 4, k and l each represent an integer of 0 to 4, and k + 1 represents 1 or more. P is an integer of 0 to 10, q is an integer of 0 to 10, r is an integer of 1 to 4. A is —CO—, —SO 2 —, and —C (CF 3 ) 2 -Represents at least one structure selected from the group consisting of-, wherein D is -CO-, -SO 2- , -SO-, -CONH-, -COO-,-(CF 2 ) t- (t is Represents an at least one structure selected from the group consisting of an integer of 1 to 10) and —C (CF 3 ) 2 —, wherein E is a direct bond or — (CH 2 ) j — (j is 1 to 10 integer), - C (CH 3) 2 -, - O-, and .Ar 1 representing at least one structure selected from the group consisting of -S- are, -SO 3 H or O (CH 2) z SO 3 H (z is an integer between 1 and 12) .M representing an aromatic group having a substituent represented by hydrogen, an alkali metal, an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, carbon atoms Represents a cycloalkyl group having 5 to 12 carbon atoms, an aryl group having 6 to 18 carbon atoms, or an aralkyl group having 7 to 20 carbon atoms.)
 また、本発明は、前記の高分子電解質を用いた高分子電解質膜に関する。 The present invention also relates to a polymer electrolyte membrane using the above-mentioned polymer electrolyte.
 本発明の1以上のさらに好ましい態様において、前記高分子電解質膜のイオン交換容量(IEC)が2.0~3.6meq./gである。また、本発明の1以上のさらに好ましい態様において、前記高分子電解質膜のフェントン溶液(2ppmのFeSO4を含む3%H22)中において80℃で1時間処理するフェントン試験における重量保持率が95%以上である。 In one or more more preferred embodiments of the present invention, the polymer electrolyte membrane has an ion exchange capacity (IEC) of 2.0 to 3.6 meq. / G. In one or more more preferred embodiments of the present invention, a weight retention rate in a Fenton test in which the polymer electrolyte membrane is treated at 80 ° C. for 1 hour in a Fenton solution (3% H 2 O 2 containing 2 ppm of FeSO 4 ). Is 95% or more.
 また、本発明は、前記の高分子電解質を用いた燃料電池用触媒層に関する。 The present invention also relates to a fuel cell catalyst layer using the polymer electrolyte.
 また、本発明は、前記の高分子電解質を用いた燃料電池用膜/電極接合体に関する。 本 The present invention also relates to a membrane / electrode assembly for a fuel cell using the above-mentioned polymer electrolyte.
 また、本発明は、前記の高分子電解質を用いた燃料電池に関する。 The present invention also relates to a fuel cell using the above-mentioned polymer electrolyte.
 本発明によれば、高いプロトン伝導度を発現し、酸化劣化に対する耐性が高く、ガス遮断性が良好な高分子電解質膜として使用でき、入手容易な原料から簡便な反応を用いて製造することができ、高沸点の非プロトン性極性溶媒のみならず、アルコール類のような低沸点の溶媒に高い溶解性を有するため、製膜等の成形が容易である高分子電解質を提供することができる。また、該高分子電解質を用いた高いプロトン伝導度を発現し、酸化劣化に対する耐性が高く、ガス遮断性が良好な高分子電解質膜を提供することができる。また、本発明によれば、簡便かつ容易に、高いプロトン伝導度を発現し、燃料電池の運転条件下においても酸化劣化に対する耐性が高く、ガス遮断性が良好な高分子電解質膜として使用し得る高分子電解質を作製することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it expresses high proton conductivity, is highly resistant to oxidative degradation, can be used as a polymer electrolyte membrane having good gas barrier properties, and can be manufactured from easily available raw materials using a simple reaction. It is possible to provide a polymer electrolyte that is easily soluble in not only a high-boiling aprotic polar solvent but also a low-boiling solvent such as an alcohol, so that molding such as film formation is easy. In addition, it is possible to provide a polymer electrolyte membrane which exhibits high proton conductivity using the polymer electrolyte, has high resistance to oxidative deterioration, and has good gas barrier properties. Further, according to the present invention, it is possible to easily and easily develop a high proton conductivity, have a high resistance to oxidative deterioration even under the operating conditions of a fuel cell, and use the polymer electrolyte membrane with a good gas barrier property. A polymer electrolyte can be made.
図1は、高分子電解質膜のプロトン伝導度を示すグラフである。FIG. 1 is a graph showing the proton conductivity of the polymer electrolyte membrane. 図2は、高分子電解質膜の粘弾性を示すグラフであり、(a)は貯蔵弾性率を示し、(b)は損失弾性率を示し、(c)は損失正接を示す。FIG. 2 is a graph showing the viscoelasticity of the polymer electrolyte membrane, where (a) shows the storage modulus, (b) shows the loss modulus, and (c) shows the loss tangent. 図3は、高分子電解質膜のFenton試験前後のプロトン伝導度を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing the proton conductivity of the polymer electrolyte membrane before and after the Fenton test. 図4は、高分子電解質膜のFenton試験前後の粘弾性を示すグラフであり、(a)は貯蔵弾性率を示し、(b)は損失弾性率を示し、(c)は損失正接を示す。FIG. 4 is a graph showing viscoelasticity of the polymer electrolyte membrane before and after the Fenton test, where (a) shows the storage modulus, (b) shows the loss modulus, and (c) shows the loss tangent. 図5は、高分子電解質膜の開回路電圧耐久試験の結果を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing a result of an open circuit voltage endurance test of the polymer electrolyte membrane. 図6は、高分子電解質膜のガス透過性を示すグラフであり、(a)は水素透過性を示し、(b)は酸素透過性を示す。FIG. 6 is a graph showing gas permeability of the polymer electrolyte membrane, where (a) shows hydrogen permeability and (b) shows oxygen permeability.
 本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を行った。その結果、下記一般式(1)で表される疎水性セグメント、及び、スルホン酸基を有し主鎖が主に芳香環からなる親水性セグメントで構成され、疎水性セグメントと親水性セグメントが芳香環の直接結合で連結した高分子電解質は、入手容易な原料を用いて簡便に製造することができる上、溶媒への高い溶解性を有するため、製膜等の成形が容易であること、並びに該高分子電解質を用いた高分子電解質膜が、高プロトン伝導度を有し、酸化劣化に対する耐性が高く、ガス遮断性が良好であることを見出した。 The present inventors have conducted intensive studies to solve the above-mentioned problems. As a result, a hydrophobic segment represented by the following general formula (1) and a hydrophilic segment having a sulfonic acid group and a main chain mainly composed of an aromatic ring are formed, and the hydrophobic segment and the hydrophilic segment are aromatic. The polymer electrolyte connected by a direct bond of the ring can be easily produced using readily available raw materials, and has high solubility in a solvent, so that it is easy to form a membrane or the like, and It has been found that a polymer electrolyte membrane using the polymer electrolyte has high proton conductivity, high resistance to oxidative deterioration, and good gas barrier properties.
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000013
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000013
 前記一般式(1)中、Ra、Rbはそれぞれ独立にフッ素、又はパーフルオロアルキル基を表し、yは1~2000の整数を表し、ベンゼン環上の水素はフッ素、アルキル基、パーフルオロアルキル基、アリール基、アラルキル基、及びシアノ基からなる群から選ばれる一つ以上で置換されていてもよい。 In the general formula (1), R a and R b each independently represent fluorine or a perfluoroalkyl group, y represents an integer of 1 to 2,000, and hydrogen on the benzene ring is fluorine, an alkyl group, or a perfluoroalkyl group. It may be substituted with one or more selected from the group consisting of an alkyl group, an aryl group, an aralkyl group, and a cyano group.
 本発明の1以上の実施形態について詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。 1 One or more embodiments of the present invention will be described in detail. Note that the present invention is not limited to the following embodiments.
 前記一般式(1)中、yは1~2000の整数であり、好ましくは5~1500であり、より好ましくは6~600であり、さらに好ましくは8~500であり、さらにより好ましくは8~250である。yが2000を超えると、高分子電解質が高粘度で溶媒に溶解しにくく、成形が困難になる。 In the general formula (1), y is an integer of 1 to 2000, preferably 5 to 1500, more preferably 6 to 600, still more preferably 8 to 500, and still more preferably 8 to 500. 250. If y exceeds 2,000, the polymer electrolyte has a high viscosity and is difficult to dissolve in a solvent, making molding difficult.
 前記一般式(1)中、ベンゼン環の水素は、フッ素、アルキル基、パーフルオロアルキル基、アリール基、アラルキル基、及びシアノ基からなる群から選ばれる一つ以上で置換されていてもよいが、入手の容易性から、すべて水素であることが好ましい。 In the general formula (1), the hydrogen of the benzene ring may be substituted with one or more selected from the group consisting of fluorine, an alkyl group, a perfluoroalkyl group, an aryl group, an aralkyl group, and a cyano group. From the standpoint of availability, all are preferably hydrogen.
 前記一般式(1)中、Ra及びRbは、それぞれ独立にフッ素又はパーフルオロアルキル基である。パーフルオロアルキル基の種類としては特に限定はないが、例えば、炭素数が1~10であってもよく、炭素数が1~5であってもよく、炭素数が1~3であってもよい。パーフルオロアルキル基としては、具体的には、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、ヘプタフルオロプロピル基等が例示され、入手の容易さから、トリフルオロメチル基が好ましい。 In the general formula (1), R a and R b are each independently a fluorine or a perfluoroalkyl group. The type of the perfluoroalkyl group is not particularly limited, but may be, for example, 1 to 10 carbon atoms, 1 to 5 carbon atoms, or 1 to 3 carbon atoms. Good. Specific examples of the perfluoroalkyl group include a trifluoromethyl group, a pentafluoroethyl group, a heptafluoropropyl group, and the like, and a trifluoromethyl group is preferable in terms of availability.
 前記一般式(1)で表される構造を有する疎水性セグメントとして、特に限定されないが、具体的には、下記式群(6)で表される構造等が挙げられる。下記式群(6)中、yは1~2000の整数であり、好ましくは5~1500であり、より好ましくは6~600であり、さらに好ましくは8~500であり、さらにより好ましくは8~250である。yが2000を超えると、高分子電解質が高粘度で溶解しにくく、成形が困難になる。 と し て The hydrophobic segment having the structure represented by the general formula (1) is not particularly limited, but specific examples include a structure represented by the following formula group (6). In the following formula group (6), y is an integer of 1 to 2000, preferably 5 to 1500, more preferably 6 to 600, still more preferably 8 to 500, and still more preferably 8 to 500. 250. If y exceeds 2,000, the polymer electrolyte has a high viscosity and is difficult to dissolve, making molding difficult.
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000014
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000014
 一般式(1)で表される構造を有する疎水セグメントにおいて、2つの芳香環が、-C(Ra)(Rb)-で表される基で連結されているため、疎水性セグメントは屈曲した構造を有し、高沸点の非プロトン性極性溶媒のみならず、アルコール類のような低沸点の溶媒への溶解性が高くなり、フィルム等への成形が容易になる。 In the hydrophobic segment having the structure represented by the general formula (1), the two aromatic rings are connected by a group represented by -C (R a ) (R b )-, so that the hydrophobic segment is bent. The solubility in not only a high-boiling aprotic polar solvent but also a low-boiling solvent such as an alcohol is increased, and molding into a film or the like becomes easy.
 本発明の1以上の実施態様の高分子電解質において、疎水性セグメントは、前記一般式(1)で表される構造を有するセグメントに加え、本発明の効果を損なわない範囲で他のセグメントを有していてもよい。他のセグメントは特に限定されないが、一般式(1)で表される構造を有するセグメント及びスルホン酸基を有し、主鎖が主に芳香環からなる親水性セグメントと芳香環の直接結合で連結する構造を有するものが好ましく、例えば、下記一般式(7)で表されるメタフェニレンセグメント、下記一般式(8)で表されるパラフェニレンセグメント等が例示される。他のセグメントは、一つであってもよく、一つ以上であってもよい。 In the polymer electrolyte according to one or more embodiments of the present invention, the hydrophobic segment has, in addition to the segment having the structure represented by the general formula (1), another segment within a range not to impair the effects of the present invention. It may be. The other segment is not particularly limited, but has a segment having a structure represented by the general formula (1) and a sulfonic acid group, and is connected by a direct bond between a hydrophilic segment mainly composed of an aromatic ring and an aromatic ring. A structure having the following structure is preferable, and examples thereof include a metaphenylene segment represented by the following general formula (7) and a paraphenylene segment represented by the following general formula (8). The other segment may be one, or one or more.
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000015
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000015
 前記一般式(7)中、R1~R4はそれぞれ独立に、水素、フッ素、アルキル基、パーフルオロアルキル基、アリール基、アラルキル基、又はシアノ基を表す。uは1~1500の整数を表す。原料の入手性から、R1~R4はすべて水素であることが好ましい。uは、好ましくは5~500であり、さらに好ましくは6~250である。uが1500を越えると高分子電解質が溶解しにくく、高粘度となり成形が困難になるおそれがある。 In the general formula (7), R 1 to R 4 each independently represent hydrogen, fluorine, an alkyl group, a perfluoroalkyl group, an aryl group, an aralkyl group, or a cyano group. u represents an integer of 1 to 1500. From the viewpoint of availability of raw materials, it is preferable that all of R 1 to R 4 be hydrogen. u is preferably from 5 to 500, and more preferably from 6 to 250. If u exceeds 1500, the polymer electrolyte is difficult to dissolve, resulting in high viscosity, which may make molding difficult.
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000016
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000016
 前記一般式(8)中、R5~R8はそれぞれ独立に、水素、フッ素、アルキル基、パーフルオロアルキル基、アリール基、アラルキル基、又はシアノ基を表す。vは1~1500の整数を表す。原料の入手性から、R5~R8はすべて水素であることが好ましい。vは、好ましくは5~500であり、さらに好ましくは6~250である。vが1500を越えると高分子電解質が溶解しにくく、高粘度となり成形が困難になるおそれがある。 In the general formula (8), R 5 to R 8 each independently represent hydrogen, fluorine, an alkyl group, a perfluoroalkyl group, an aryl group, an aralkyl group, or a cyano group. v represents an integer of 1 to 1500. From the viewpoint of availability of raw materials, it is preferable that all of R 5 to R 8 are hydrogen. v is preferably from 5 to 500, and more preferably from 6 to 250. If v exceeds 1500, the polymer electrolyte is difficult to dissolve and has a high viscosity, which may make molding difficult.
 一般式(7)で表される構造を有するメタフェニレンセグメント、及び/又は、一般式(8)で表される構造を有するパラフェニレンセグメントを導入することにより、分子鎖の屈曲性を制御し、電解質膜としての剛直性及び/又は柔軟性を調整することができる。 By introducing a metaphenylene segment having a structure represented by the general formula (7) and / or a paraphenylene segment having a structure represented by the general formula (8), the flexibility of the molecular chain is controlled, The rigidity and / or flexibility of the electrolyte membrane can be adjusted.
 疎水性セグメント、具体的には、一般式(1)で表される構造を有するセグメント、並びに、必要に応じて用いる一般式(7)で表される構造を有するメタフェニレンセグメント、及び/又は、一般式(8)で表される構造を有するパラフェニレンセグメントの主鎖を構成する芳香環が、脂肪族の炭素-水素結合を含まないパーフルオロアルキル基又は直接結合で連結され、エーテル結合やチオエーテル結合等のヘテロ結合を含まず、また、疎水性セグメントと親水性セグメントも芳香環の炭素-炭素直接結合で連結されていると、燃料電池運転下の厳しい酸化条件に対し、高い耐久性を発現する。 A hydrophobic segment, specifically, a segment having a structure represented by the general formula (1), and a metaphenylene segment having a structure represented by the general formula (7) used as necessary, and / or The aromatic ring constituting the main chain of the paraphenylene segment having the structure represented by the general formula (8) is connected by a perfluoroalkyl group not containing an aliphatic carbon-hydrogen bond or a direct bond, and an ether bond or a thioether No hetero bonds such as bonds, and the hydrophobic segment and the hydrophilic segment are also connected by a direct carbon-carbon bond of the aromatic ring, exhibiting high durability against severe oxidation conditions during fuel cell operation. I do.
 前記スルホン酸基を有し主鎖が主に芳香環からなる親水性セグメント(以下、スルホン酸基含有親水性セグメントともいう。)は、スルホン酸基を有し主鎖が主に芳香環からなり、かつ、スルホン酸基が芳香環に直接結合しているものである。当該セグメントがスルホン酸基を有するので、高分子電解質がプロトン伝導性を発現し、主鎖が主に芳香環からなるので、耐熱性及び化学的耐久性に優れるものになる。 The hydrophilic segment having a sulfonic acid group and having a main chain mainly composed of an aromatic ring (hereinafter also referred to as a sulfonic acid group-containing hydrophilic segment) has a sulfonic acid group and a main chain mainly composed of an aromatic ring. And a sulfonic acid group directly bonded to an aromatic ring. Since the segment has a sulfonic acid group, the polymer electrolyte exhibits proton conductivity and the main chain is mainly composed of an aromatic ring, so that the polymer electrolyte has excellent heat resistance and chemical durability.
 前記スルホン酸基としては、例えば、スルホン酸基、スルホン酸基の塩、スルホン酸エステル基等が挙げられる。すなわち、スルホン酸基は、例えば、ナトリウム、カリウム等の塩になっていてもよいし、ネオペンチルエステル、メチルエステル、プロピルエステル等のエステル基で保護されていてもよい。特にスルホン酸基含有親水性セグメント前駆体の合成中や合成後は、塩やエステル等の保護基を有する状態になっているのが好ましいことが多いが、当該高分子電解質が、例えば燃料電池の電解質膜として用いられる場合は、無機酸の水溶液等に浸漬することにより、スルホン酸基に変換して使用されることが多い。よって、本発明においては、スルホン酸基としては、容易にスルホン酸基になる状態の基であれば、塩やエステル等の保護基を有する状態の基も含まれる。 Examples of the sulfonic acid group include a sulfonic acid group, a salt of the sulfonic acid group, and a sulfonic acid ester group. That is, the sulfonic acid group may be in the form of a salt such as sodium or potassium, or may be protected by an ester group such as neopentyl ester, methyl ester, or propyl ester. Particularly during or after the synthesis of the sulfonic acid group-containing hydrophilic segment precursor, it is often preferable to have a state having a protecting group such as a salt or an ester, but the polymer electrolyte is, for example, a fuel cell. When used as an electrolyte membrane, it is often used after being immersed in an aqueous solution of an inorganic acid or the like to be converted into a sulfonic acid group. Therefore, in the present invention, the sulfonic acid group includes a group having a protecting group such as a salt or an ester as long as the group easily converts to a sulfonic acid group.
 スルホン酸基の量は、スルホン酸基含有親水性セグメントを形成する繰り返し単位当たり、1~6個が好ましく、1~4個がより好ましい。6個よりスルホン酸基の量が多くなると、当該セグメントの水溶性が高くなり、合成中の取り扱いが難しくなる傾向がある。1個より少ないと十分なプロトン伝導性が発現しにくくなる傾向がある。 The amount of the sulfonic acid group is preferably 1 to 6, more preferably 1 to 4, per repeating unit forming the sulfonic acid group-containing hydrophilic segment. When the amount of the sulfonic acid group is more than 6, the water solubility of the segment is increased, and handling during synthesis tends to be difficult. If the number is less than one, sufficient proton conductivity tends to be hardly developed.
 前記スルホン酸基含有親水性セグメントは、主鎖が主に芳香環からなるものである。ここで「主に芳香環からなる」とは、スルホン酸基含有親水性セグメントにおける主鎖の連結基(エーテル基、チオエーテル基、スルホン基、ケトン基、スルフィド基等)以外の部分の分子量を100%とした場合、その70%以上が芳香環からなるということを意味する。芳香環としては、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、ビフェニル、硫黄や窒素等を含む芳香族複素環等が挙げられる。主鎖が主に芳香環からなると、化学的熱的な安定性が高い。このような主鎖構造としては、ポリエーテル、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルスルホン、ポリケトン、ポリスルホン、ポリスルフィド、ポリフェニレン、ポリイミド、ポリベンズイミダゾール等が例示される。 ス ル ホ ン The sulfonic acid group-containing hydrophilic segment has a main chain mainly composed of an aromatic ring. Here, “mainly composed of an aromatic ring” means that the molecular weight of a portion other than the main chain linking group (ether group, thioether group, sulfone group, ketone group, sulfide group, etc.) in the sulfonic acid group-containing hydrophilic segment is 100%. % Means that 70% or more thereof is composed of an aromatic ring. Examples of the aromatic ring include benzene, naphthalene, anthracene, biphenyl, and an aromatic heterocyclic ring containing sulfur, nitrogen, and the like. When the main chain is mainly composed of an aromatic ring, chemical and thermal stability is high. Examples of such a main chain structure include polyether, polyether ketone, polyether ether ketone, polyether sulfone, polyether ether sulfone, polyketone, polysulfone, polysulfide, polyphenylene, polyimide, polybenzimidazole and the like.
 前記スルホン酸基含有親水性セグメントは、下記式群(2)で表される構造群から選択される1以上の構造を有するものが好ましい。 The sulfonic acid group-containing hydrophilic segment preferably has one or more structures selected from the structural group represented by the following formula group (2).
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000017
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000017
 前記式群(2)中、wは1~4の整数、k及びlはそれぞれ0~4の整数を表し、かつk+lは1以上の整数である。pは0~10の整数、qは0~10の整数、rは1~4の整数を表す。Aは、-CO-、-SO2-、及び-C(CF32-からなる群から選ばれた少なくとも1種の構造を表し、好ましくは、-SO2-、及び、-C(CF32-からなる群から選ばれた少なくとも1種の構造であり、より好ましくは-C(CF32-である。Dは、-CO-、-SO2-、-SO-、-CONH-、-COO-、-(CF2t-(tは1~10の整数)、及び-C(CF32-からなる群から選ばれた少なくとも1種の構造を表し、好ましくは、-SO2-、-SO-、-CONH-、-COO-、-(CF2t-(tは1~10の整数)、及び-C(CF32-からなる群から選ばれた少なくとも1種の構造を表し、より好ましくは、-(CF2t-(tは1~10の整数)、及び-C(CF32-からなる群から選ばれた少なくとも1種の構造を表す。Eは直接結合、又は、-(CH2j-(jは1~10の整数)、-C(CH32-、-O-、及び-S-からなる群から選ばれた少なくとも1種の構造を表す。Ar1は、-SO3H又は-O(CH2zSO3H(zは1~12の整数)で表される置換基を有する芳香族基を表す。 In the above formula group (2), w represents an integer of 1 to 4, k and l each represent an integer of 0 to 4, and k + 1 is an integer of 1 or more. p represents an integer of 0 to 10, q represents an integer of 0 to 10, and r represents an integer of 1 to 4. A represents at least one kind of structure selected from the group consisting of —CO—, —SO 2 —, and —C (CF 3 ) 2 —, preferably, —SO 2 — and —C (CF 3 ) at least one structure selected from the group consisting of 2- , more preferably -C (CF 3 ) 2- . D represents —CO—, —SO 2 —, —SO—, —CONH—, —COO—, — (CF 2 ) t — (t is an integer of 1 to 10), and —C (CF 3 ) 2 — And represents at least one structure selected from the group consisting of: preferably, -SO 2- , -SO-, -CONH-, -COO-,-(CF 2 ) t- (t is an integer of 1 to 10) ) And at least one structure selected from the group consisting of -C (CF 3 ) 2- , more preferably-(CF 2 ) t- (t is an integer of 1 to 10), and -C It represents at least one structure selected from the group consisting of (CF 3 ) 2 —. E is a direct bond or at least one selected from the group consisting of — (CH 2 ) j — (j is an integer of 1 to 10), —C (CH 3 ) 2 —, —O—, and —S— Represents the structure of the species. Ar 1 represents an aromatic group having a substituent represented by —SO 3 H or —O (CH 2 ) z SO 3 H (z is an integer of 1 to 12).
 前記スルホン酸基含有親水性セグメントは、原料が入手しやすい、および、構造中にヘテロ結合がなく、化学的耐久性に優れるという観点から、下記式群(15)で表される構造群から選択される1以上の構造を有することが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000018
(前記式群(15)中、wは1~4の整数を表し、k及びlはそれぞれ0~4の整数を表し、かつk+lは1以上の整数である。)
The sulfonic acid group-containing hydrophilic segment is selected from the group of structures represented by the following formula group (15) from the viewpoint that raw materials are easily available, and there is no hetero bond in the structure and the chemical durability is excellent. It is preferable to have one or more structures.
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000018
(In the above formula group (15), w represents an integer of 1 to 4, k and l each represent an integer of 0 to 4, and k + 1 is an integer of 1 or more.)
 前記式群(2)で表される構造を有するスルホン酸基含有親水性セグメントは、特に限定されないが、具体的には、下記式群(9)で表される構造等が挙げられる。 ス ル ホ ン The sulfonic acid group-containing hydrophilic segment having the structure represented by the formula group (2) is not particularly limited, and specific examples include a structure represented by the following formula group (9).
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000019
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000019
 本発明の1以上の実施形態において、高分子電解質は、下記一般式(3)で表される構造を有することが特に好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000020
(一般式(3)中、xは1~2000の整数、yは1~2000の整数を表す。)
In one or more embodiments of the present invention, it is particularly preferable that the polymer electrolyte has a structure represented by the following general formula (3).
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000020
(In the general formula (3), x represents an integer of 1 to 2000, and y represents an integer of 1 to 2000.)
 前記一般式(3)で表される構造を有する高分子電解質におけるスルホン酸基含有親水性セグメントは、原料が入手しやすいとともに、当該セグメントにおけるスルホン酸基当量が高く、他のスルホン酸基含有親水性セグメントに比較して、より少ない使用量で、高いプロトン伝導率が得られるというメリットがある。また、前記一般式(3)で表される構造を有する高分子電解質において、疎水性セグメントとしてのヘキサフルオロイソプロピリデンジフェニル構造は、その前駆体が比較的安価な原料から簡便に合成することができ、好ましい。 The sulfonic acid group-containing hydrophilic segment in the polymer electrolyte having the structure represented by the general formula (3) is easily available as a raw material, has a high sulfonic acid group equivalent in the segment, and has another sulfonic acid group-containing hydrophilic property. There is an advantage that a higher proton conductivity can be obtained with a smaller amount of use as compared with the acidic segment. In the polymer electrolyte having the structure represented by the general formula (3), the hexafluoroisopropylidene diphenyl structure as a hydrophobic segment can be easily synthesized from a relatively inexpensive raw material as a precursor. ,preferable.
 前記一般式(3)において、xは1~2000の整数、yは1~2000の整数であり、好ましくは、xは2~800の整数、yは5~1500の整数であり、より好ましくは、xは3~800の整数、yは6~600の整数であり、さらに好ましくは、xは4~600の整数、yは8~500の整数であり、さらにより好ましくは、xは4~400の整数、yは8~250の整数である。xが2000を越えると、高分子電解質の親水性が高くなりすぎ、膨潤耐性が低くなったり、水に溶解してしまう可能性がある。一方、yの値が2000より大きいと、溶媒に溶解しにくく、製膜時の成形性が低下する。 In the general formula (3), x is an integer of 1 to 2000, y is an integer of 1 to 2000, preferably x is an integer of 2 to 800, and y is an integer of 5 to 1500, more preferably , X is an integer of 3 to 800, y is an integer of 6 to 600, more preferably x is an integer of 4 to 600, y is an integer of 8 to 500, and still more preferably, x is 4 to 600. An integer of 400 and y is an integer of 8 to 250. When x exceeds 2,000, the hydrophilicity of the polymer electrolyte becomes too high, and the swelling resistance may be reduced, or the polymer electrolyte may be dissolved in water. On the other hand, when the value of y is more than 2,000, it is difficult to dissolve in a solvent, and the moldability at the time of forming a film is reduced.
 次に、本発明の高分子電解質の製造方法について説明する。本発明の高分子電解質の製造方法に特に制約はないが、スルホン酸基含有親水性セグメントの前駆体と、及び一般式(1)で表される構造を有する疎水性セグメントの前駆体を連結する方法が好ましく用いられる。ここで、前駆体とは、後述する共重合反応により、それぞれ、スルホン酸基含有親水性セグメント、一般式(1)で表される構造を有する疎水性セグメントとなる、反応部位を持つ化合物のことをいう。本発明においては、スルホン酸基含有親水性セグメントと一般式(1)で表される構造を有する疎水性セグメントが芳香環の直接結合で連結されるので、それぞれのセグメントの前駆体は、芳香環が直接結合で連結されるための官能基を有する必要がある。 Next, a method for producing the polymer electrolyte of the present invention will be described. Although there is no particular limitation on the method for producing a polymer electrolyte of the present invention, a precursor of a sulfonic acid group-containing hydrophilic segment and a precursor of a hydrophobic segment having a structure represented by the general formula (1) are linked. The method is preferably used. Here, the precursor is a compound having a reactive site that becomes a sulfonic acid group-containing hydrophilic segment and a hydrophobic segment having a structure represented by the general formula (1), respectively, by a copolymerization reaction described below. Say. In the present invention, since the sulfonic acid group-containing hydrophilic segment and the hydrophobic segment having the structure represented by the general formula (1) are connected by a direct bond of an aromatic ring, the precursor of each segment is an aromatic ring. Must have a functional group to be directly linked.
 例えば、前記一般式(1)で表される構造を有する疎水性セグメントの前駆体として下記一般式(4)で表される構造を有する化合物と、スルホン酸基含有親水性セグメントの前駆体として下記式群(5)で表される構造群から選択される構造を有する1以上の化合物を、金属銅を用いたUllmannカップリング反応や、特許文献3に記載されている方法に従い、遷移金属化合物を用いてカップリングする方法等を用いて連結することができる。 For example, as a precursor of a hydrophobic segment having a structure represented by the general formula (1), a compound having a structure represented by the following general formula (4), and as a precursor of a sulfonic acid group-containing hydrophilic segment, One or more compounds having a structure selected from the structure group represented by Formula Group (5) are converted to a transition metal compound according to an Ullmann coupling reaction using copper metal or a method described in Patent Document 3. The coupling can be performed by using a coupling method.
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000021
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 前記一般式(4)中、Halは、塩素、臭素、又はヨウ素を表し、Ra、Rbはそれぞれ独立にフッ素、又はパーフルオロアルキル基を表し、ベンゼン環上の水素はフッ素、アルキル基、パーフルオロアルキル基、アリール基、アラルキル基、及びシアノ基からなる群から選ばれる一つ以上で置換されていてもよい。入手しやすい観点から、前記一般式(4)中、ベンゼン環上の水素は置換されていない、すなわち全て水素であることが好ましい。 In the general formula (4), Hal represents chlorine, bromine, or iodine, R a and R b each independently represent fluorine or a perfluoroalkyl group, and hydrogen on the benzene ring represents fluorine, an alkyl group, It may be substituted with one or more selected from the group consisting of a perfluoroalkyl group, an aryl group, an aralkyl group, and a cyano group. From the viewpoint of easy availability, it is preferable that the hydrogen on the benzene ring in the general formula (4) is not substituted, that is, all hydrogens.
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000022
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000022
 前記式群(5)中、Halは、塩素、臭素、又はヨウ素を表し、wは1~4の整数を表し、k及びlはそれぞれ0~4の整数を表し、かつk+lは1以上の整数である。pは0~10の整数、qは0~10の整数、rは1~4の整数を表す。Aは、-CO-、-SO2-、及び-C(CF32-からなる群から選ばれた少なくとも1種の構造を表し、好ましくは、-SO2-、及び-C(CF32-からなる群から選ばれた少なくとも1種の構造であり、より好ましくは-C(CF32-である。Dは、-CO-、-SO2-、-SO-、-CONH-、-COO-、-(CF2t-(tは1~10の整数)、及び-C(CF32-からなる群から選ばれた少なくとも1種の構造を表し、好ましくは、-SO2-、-SO-、-CONH-、-COO-、-(CF2t-(tは1~10の整数)、及び-C(CF32-からなる群から選ばれた少なくとも1種の構造を表し、より好ましくは、-(CF2t-(tは1~10の整数)、及び-C(CF32-からなる群から選ばれた少なくとも1種の構造を表す。Eは直接結合又は、-(CH2j-(jは1~10の整数)、-C(CH32-、-O-、及び-S-からなる群から選ばれた少なくとも1種の構造を表す。Ar1は、-SO3H又は-O(CH2zSO3H(zは1~12の整数)で表される置換基を有する芳香族基を表す。Mは水素、アルカリ金属、炭素数1~12のアルキル基、炭素数5~12のシクロアルキル基、炭素数6~18のアリール基、又は炭素数7~20のアラルキル基を表す。 In the formula group (5), Hal represents chlorine, bromine, or iodine, w represents an integer of 1 to 4, k and l each represent an integer of 0 to 4, and k + 1 represents an integer of 1 or more. It is. p represents an integer of 0 to 10, q represents an integer of 0 to 10, and r represents an integer of 1 to 4. A represents at least one structure selected from the group consisting of —CO—, —SO 2 —, and —C (CF 3 ) 2 —, and preferably represents —SO 2 — and —C (CF 3). ) 2 — at least one structure selected from the group consisting of —, more preferably —C (CF 3 ) 2 —. D represents —CO—, —SO 2 —, —SO—, —CONH—, —COO—, — (CF 2 ) t — (t is an integer of 1 to 10), and —C (CF 3 ) 2 — And represents at least one structure selected from the group consisting of: preferably, -SO 2- , -SO-, -CONH-, -COO-,-(CF 2 ) t- (t is an integer of 1 to 10) ) And at least one structure selected from the group consisting of -C (CF 3 ) 2- , more preferably-(CF 2 ) t- (t is an integer of 1 to 10), and -C It represents at least one structure selected from the group consisting of (CF 3 ) 2 —. E is a direct bond or at least one selected from the group consisting of-(CH 2 ) j- (j is an integer of 1 to 10), -C (CH 3 ) 2- , -O- and -S- Represents the structure of Ar 1 represents an aromatic group having a substituent represented by —SO 3 H or —O (CH 2 ) z SO 3 H (z is an integer of 1 to 12). M represents hydrogen, an alkali metal, an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, a cycloalkyl group having 5 to 12 carbon atoms, an aryl group having 6 to 18 carbon atoms, or an aralkyl group having 7 to 20 carbon atoms.
 前記一般式(4)で表される構造を有する化合物として、特に限定されないが、具体的には、下記式群(10)で表される化合物等が挙げられる。 化合物 The compound having the structure represented by the general formula (4) is not particularly limited, but specific examples include a compound represented by the following formula group (10).
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000023
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000023
 前記式群(10)で表される化合物群において、塩素原子が臭素又はヨウ素に置き換わった化合物も好適に用いることができる。これらの中でも原料の入手性の点から以下の式群(11)で表される構造を有する化合物が好ましい。 に お い て In the compound group represented by the formula group (10), a compound in which a chlorine atom is replaced with bromine or iodine can also be suitably used. Among these, compounds having a structure represented by the following formula group (11) are preferable from the viewpoint of availability of raw materials.
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000024
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 前記一般式(4)で表される構造を有する化合物の製造法としては特に限定はないが、例えば、Macromolecules 1999、32、6418や、米国特許4503254号公報に記載されているように、対応するフェノール系化合物の水酸基をハロゲンに変換することにより合成することができる。 The method for producing the compound having the structure represented by the general formula (4) is not particularly limited, and for example, as described in Macromolecules @ 1999, 32, 6418, and US Patent No. 4,503,254. It can be synthesized by converting a hydroxyl group of a phenolic compound into a halogen.
 前記式群(5)で表される構造を有する化合物の具体例としては、下記式群(12)で表される構造を有する化合物などが挙げられる。 具体 Specific examples of the compound having a structure represented by the formula group (5) include a compound having a structure represented by the following formula group (12).
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000025
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000025
 前記式群(12)で表される構造を有する化合物群において、塩素原子が臭素又はヨウ素に置き換わった化合物も好適に用いることができる。また、Mは、前記式群(5)で説明したように、水素、アルカリ金属、炭素数1~12のアルキル基、炭素数5~12のシクロアルキル基、炭素数6~18のアリール基、又は炭素数7~20を表し、重合条件に応じて、適切に選択される。 に お い て In the compound group having the structure represented by the formula group (12), a compound in which a chlorine atom is replaced with bromine or iodine can also be suitably used. M is hydrogen, an alkali metal, an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, a cycloalkyl group having 5 to 12 carbon atoms, an aryl group having 6 to 18 carbon atoms, as described in the formula group (5), Alternatively, it represents 7 to 20 carbon atoms, and is appropriately selected depending on the polymerization conditions.
 スルホン酸基含有親水性セグメントの前駆体は、対応する芳香族系化合物に、スルホン酸化剤を作用させることにより製造することができる。スルホン酸化剤としては公知のものを使用することができ、例示するならば、硫酸、無水硫酸、クロロスルホン酸、アセチル硫酸、発煙硫酸等が挙げられる。クロロスルホン酸、及び/又は発煙硫酸が適度な反応性を有しているために好ましい。スルホン酸化反応において、溶媒は用いてもよく、用いなくてもよい。溶媒を用いる場合、溶媒としては、スルホン酸化剤に対して不活性なものであればよく、例えば、炭化水素系溶媒、及びハロゲン化炭化水素等が挙げられる。炭化水素系溶媒としては、飽和脂肪族炭化水素等が挙げられ、特に炭素数5~15の直鎖状又は分岐状の炭化水素が好ましく、溶解度の点から、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、及びデカン等がより好ましい。ハロゲン化炭化水素としては、ハロゲン化飽和脂肪族炭化水素、及びハロゲン化芳香族炭化水素等が挙げられる。ハロゲン化飽和脂肪族炭化水素としては、例えば、モノクロロメタン、ジクロロメタン、トリクロロメタン、テトラクロロメタン、モノクロロエタン、ジクロロエタン、トリクロロエタン、テトラクロロエタン等が挙げられ、取り扱いの容易さからジクロロメタンが好ましい。ハロゲン化芳香族炭化水素としては、例えば、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、トリクロロベンゼン等が挙げられ、取り扱いの容易さからクロロベンゼンが好ましい。溶媒は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。 The precursor of the sulfonic acid group-containing hydrophilic segment can be produced by reacting a corresponding aromatic compound with a sulfonating agent. Known sulfone oxidizing agents can be used, and examples thereof include sulfuric acid, sulfuric anhydride, chlorosulfonic acid, acetyl sulfate, fuming sulfuric acid and the like. Chlorosulfonic acid and / or fuming sulfuric acid are preferable because they have appropriate reactivity. In the sulfonation reaction, a solvent may or may not be used. When a solvent is used, the solvent only needs to be inert to the sulfone oxidizing agent, and examples thereof include a hydrocarbon-based solvent and a halogenated hydrocarbon. Examples of the hydrocarbon-based solvent include saturated aliphatic hydrocarbons, and particularly preferred are linear or branched hydrocarbons having 5 to 15 carbon atoms. From the viewpoint of solubility, pentane, hexane, heptane, octane, and Decane and the like are more preferred. Examples of the halogenated hydrocarbon include a halogenated saturated aliphatic hydrocarbon, a halogenated aromatic hydrocarbon, and the like. Examples of the halogenated saturated aliphatic hydrocarbon include, for example, monochloromethane, dichloromethane, trichloromethane, tetrachloromethane, monochloroethane, dichloroethane, trichloroethane, tetrachloroethane, etc., and dichloromethane is preferable from the viewpoint of easy handling. As the halogenated aromatic hydrocarbon, for example, chlorobenzene, dichlorobenzene, trichlorobenzene and the like can be mentioned, and chlorobenzene is preferable from the viewpoint of easy handling. One type of solvent may be used alone, or two or more types may be used in combination.
 スルホン酸化反応時の反応温度は、反応に応じて適宜設定すればよく、具体的にはスルホン酸化剤の最適使用範囲である-80℃~200℃に設定すればよく、より好ましくは-50℃~150℃であり、さらに好ましくは-20℃から130℃である。-80℃よりも低温であれば反応が遅くなり、目的とするスルホン酸化が100%まで進行しない傾向があり、200℃よりも高温であれば副反応が起こる傾向がある。スルホン酸化反応時の反応時間は、原料となる芳香族系化合物の構造により適宜選択され得るが、通常1分間~50時間程度の範囲内であればよい。1分間より短いと均一なスルホン酸化が進行しない傾向があり、50時間より長いと副反応が起こる傾向がある。 The reaction temperature at the time of the sulfonation reaction may be appropriately set according to the reaction, and specifically, may be set at -80 ° C to 200 ° C, which is the optimum use range of the sulfone oxidizing agent, and more preferably -50 ° C. To 150 ° C, more preferably from -20 ° C to 130 ° C. If the temperature is lower than −80 ° C., the reaction tends to be slow, and the desired sulfonation tends not to proceed to 100%. If the temperature is higher than 200 ° C., side reactions tend to occur. The reaction time at the time of the sulfonation reaction can be appropriately selected depending on the structure of the aromatic compound to be used as a raw material, but may be generally within a range of about 1 minute to 50 hours. If it is shorter than 1 minute, uniform sulfonation tends not to progress, and if it is longer than 50 hours, side reactions tend to occur.
 スルホン酸化反応におけるスルホン酸化剤の添加量は、原料の芳香族系化合物に含まれるスルホン酸化される部位の全量を1当量とした場合、1~50当量であることが好ましい。1当量より少ないと、スルホン酸化される部位が不均一になる傾向があり、一方、50当量より多いと副反応が起こる傾向がある。 The amount of the sulfone oxidizing agent to be added in the sulfone oxidation reaction is preferably 1 to 50 equivalents when the total amount of the sulfonated sites contained in the raw material aromatic compound is 1 equivalent. If the amount is less than 1 equivalent, the site to be sulphonated tends to be non-uniform, while if it is more than 50 equivalents, side reactions tend to occur.
 スルホン酸化反応における原料の芳香族系化合物の濃度は、スルホン酸化剤と接触させた場合に均一に反応が進行すれば特に限定されないが、副反応が起きにくくすることと、溶媒量抑制によるコスト優位性の観点から、スルホン酸化反応に用いた化合物全体の重量に対して1~30重量%であることが好ましい。 The concentration of the aromatic compound as a raw material in the sulfone oxidation reaction is not particularly limited as long as the reaction proceeds uniformly when it is brought into contact with a sulfone oxidizing agent. From the viewpoint of properties, the amount is preferably 1 to 30% by weight based on the total weight of the compounds used in the sulfonation reaction.
 スルホン酸基含有親水性セグメントのみのイオン交換容量(以下、イオン交換容量をIECと示すこともある。)は、高分子電解質膜としてのIECが高く設定でき、また低加湿下で高いプロトン伝導性を発現することができる点から、2.0meq./g以上であることが好ましい。meq./gは、ミリ当量/gを意味する。スルホン酸基含有親水性セグメントのIECは、NMRの分析による計算や、共重合により得られた電解質のIEC(従来公知の方法、例えば滴定等により容易に求められる。)を、スルホン酸基含有親水性セグメントの重量割合で除すること等により求めることができる。 The ion exchange capacity of only the sulfonic acid group-containing hydrophilic segment (hereinafter, the ion exchange capacity is sometimes referred to as IEC) can be set to a high IEC as a polymer electrolyte membrane, and also has a high proton conductivity under low humidification. From the point that 2.0 meq. / G or more. meq. / G means milliequivalents / g. The IEC of the sulfonic acid group-containing hydrophilic segment can be calculated by NMR analysis or by calculating the IEC of the electrolyte obtained by copolymerization (which is easily obtained by a conventionally known method, for example, titration). By dividing by the weight ratio of the sex segment.
 スルホン酸基含有親水性セグメントの前駆体のスルホン酸基は保護された形態であってもよい。 ス ル ホ ン The sulfonic acid group of the precursor of the sulfonic acid group-containing hydrophilic segment may be in a protected form.
 高分子電解質の主鎖の剛直性及び/又は柔軟性を調整するために、前記一般式(7)で表される構造を有するメタフェニレンセグメント、及び/又は、前記一般式(8)で表される構造を有するパラフェニレンセグメントを導入する場合は、一般式(7)で表される構造を有するメタフェニレンセグメントの前駆体として、例えば、下記一般式(13)で表される構造を有する化合物、前記一般式(8)で表される構造を有するパラフェニレンセグメントとして、例えば、下記一般式(14)で表される化合物を用いることができる。 In order to adjust the rigidity and / or flexibility of the main chain of the polymer electrolyte, a metaphenylene segment having a structure represented by the general formula (7) and / or a metaphenylene segment represented by the general formula (8) When a paraphenylene segment having a structure represented by the general formula (7) is introduced, as a precursor of a metaphenylene segment having a structure represented by the general formula (7), for example, a compound having a structure represented by the following general formula (13): As the paraphenylene segment having the structure represented by the general formula (8), for example, a compound represented by the following general formula (14) can be used.
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000026
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 前記一般式(13)中、Halは、塩素、臭素、又はヨウ素を表し、R1~R4はそれぞれ独立に、水素、フッ素、アルキル基、パーフルオロアルキル基、アリール基、アラルキル基、又はシアノ基を表す。 In the general formula (13), Hal represents chlorine, bromine, or iodine, and R 1 to R 4 each independently represent hydrogen, fluorine, an alkyl group, a perfluoroalkyl group, an aryl group, an aralkyl group, or a cyano group. Represents a group.
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000027
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 前記一般式(14)中、Halは、塩素、臭素、又はヨウ素を表し、R5~R8はそれぞれ独立に、水素、フッ素、アルキル基、パーフルオロアルキル基、アリール基、アラルキル基、又はシアノ基を表す。 In the general formula (14), Hal represents chlorine, bromine, or iodine, and R 5 to R 8 each independently represent hydrogen, fluorine, an alkyl group, a perfluoroalkyl group, an aryl group, an aralkyl group, or a cyano group. Represents a group.
 前記一般式(13)で表される構造を有する化合物の具体例としては、1,3-ジクロロベンゼン、1,3-ジブロモベンゼン、1,3-ジヨードベンゼン、2,6-ジクロロトルエン、2,6-ジブロモトルエン、2,6-ジヨードトルエン、2,6-ジクロロ-1,4-ジメチルベンゼン、2,6-ジブロモ-1,4-ジメチルベンゼン、2,6-ジヨード-1,4-ジメチルベンゼン、2,6-ジクロロ-1,3-ジメチルベンゼン、2,6-ジブロモ-1,3-ジメチルベンゼン、2,6-ジヨード-1,3-ジメチルベンゼン、2,6-ジクロロベンゾニトリル、2,4-ジクロロベンゾニトリル、2,6-ジクロロフルオロベンゼン、及び3,5-ジクロロフルオロベンゼン等が挙げられる。これらは、1種を単独で用いても良く、2種以上を組み合わせて用いても良い。これらのうち、入手が容易である点で、1,3-ジクロロベンゼン、2,6-ジクロロトルエン、及び2,6-ジクロロベンゾニトリルからなる群から選ばれる1種以上が好ましく、安価である点で1,3-ジクロロベンゼンがより好ましい。 Specific examples of the compound having the structure represented by the general formula (13) include 1,3-dichlorobenzene, 1,3-dibromobenzene, 1,3-diiodobenzene, 2,6-dichlorotoluene, 2,6-dibromotoluene, 2,6-diiodotoluene, 2,6-dichloro-1,4-dimethylbenzene, 2,6-dibromo-1,4-dimethylbenzene, 2,6-diiodo-1,4- Dimethylbenzene, 2,6-dichloro-1,3-dimethylbenzene, 2,6-dibromo-1,3-dimethylbenzene, 2,6-diiodo-1,3-dimethylbenzene, 2,6-dichlorobenzonitrile, Examples include 2,4-dichlorobenzonitrile, 2,6-dichlorofluorobenzene, and 3,5-dichlorofluorobenzene. These may be used alone or in combination of two or more. Of these, at least one selected from the group consisting of 1,3-dichlorobenzene, 2,6-dichlorotoluene, and 2,6-dichlorobenzonitrile is preferable in terms of easy availability, and inexpensive. And 1,3-dichlorobenzene is more preferred.
 前記一般式(14)で表される化合物の具体例としては、1,4-ジクロロベンゼン、1,4-ジブロモベンゼン、1,4-ジヨードベンゼン、2,5-ジクロロトルエン、2,5-ジブロモトルエン、2,5-ジヨードトルエン、2,5-ジクロロ-1,4-ジメチルベンゼン、2,5-ジブロモ-1,4-ジメチルベンゼン、2,5-ジヨード-1,4-ジメチルベンゼン、2,5-ジクロロ-1,3-ジメチルベンゼン、2,5-ジブロモ-1,3-ジメチルベンゼン、2,5-ジヨード-1,3-ジメチルベンゼン、2,5-ジクロロベンゾニトリル、及び2,5-ジクロロフルオロベンゼン等が挙げられる。これらは、1種を単独で用いても良く、2種以上を組み合わせて用いてもよい。これらのうち、入手が容易である点で、1,4-ジクロロベンゼン、2,5-ジクロロトルエン、2,5-ジクロロベンゾニトリルが好ましく、安価である点で、1,4-ジクロロベンゼンがより好ましい。 Specific examples of the compound represented by the general formula (14) include 1,4-dichlorobenzene, 1,4-dibromobenzene, 1,4-diiodobenzene, 2,5-dichlorotoluene, and 2,5-dichlorotoluene. Dibromotoluene, 2,5-diiodotoluene, 2,5-dichloro-1,4-dimethylbenzene, 2,5-dibromo-1,4-dimethylbenzene, 2,5-diiodo-1,4-dimethylbenzene, 2,5-dichloro-1,3-dimethylbenzene, 2,5-dibromo-1,3-dimethylbenzene, 2,5-diiodo-1,3-dimethylbenzene, 2,5-dichlorobenzonitrile, and 2, 5-dichlorofluorobenzene and the like. These may be used alone or in combination of two or more. Of these, 1,4-dichlorobenzene, 2,5-dichlorotoluene, and 2,5-dichlorobenzonitrile are preferred because they are easily available, and 1,4-dichlorobenzene is more preferred because it is inexpensive. preferable.
 遷移金属化合物としては、ニッケル系化合物、及びパラジウム系化合物が好ましく用いられ、より好ましくは、ビス(1,5-シクロオクタジエン)ニッケル、及びテトラキストリフェニルホスフィンニッケル等の0価ニッケル錯体が用いられる。また、塩化ニッケル、臭化ニッケル、ジクロロビストリフェニルホスフィンニッケル等の2価のニッケル化合物を、亜鉛等の還元剤の存在下に使用してもよい。0価ニッケル錯体は、カップリング反応の活性が高い半面、高価であり、水分や酸素に対して敏感で取り扱いに注意を要する。一方、2価ニッケル化合物は、活性はやや低いものの安価であり、水分や酸素に対して安定であるため、取り扱いは容易である。 As the transition metal compound, a nickel-based compound and a palladium-based compound are preferably used, and more preferably, a zero-valent nickel complex such as bis (1,5-cyclooctadiene) nickel and tetrakistriphenylphosphine nickel is used. . Further, a divalent nickel compound such as nickel chloride, nickel bromide, and dichlorobistriphenylphosphine nickel may be used in the presence of a reducing agent such as zinc. A zero-valent nickel complex has high activity in the coupling reaction, but is expensive, sensitive to moisture and oxygen, and requires careful handling. On the other hand, the divalent nickel compound is inexpensive, though slightly active, and is stable to moisture and oxygen, so that it is easy to handle.
 また、スルホン酸基含有親水性セグメントの前駆体と、疎水性セグメントの前駆体の一方にボロン酸官能基を導入し、他方にハロゲンを導入しておき、パラジウム触媒を用いた鈴木-宮浦カップリング反応を用いることもできる。 Also, a boronic acid functional group is introduced into one of a precursor of a sulfonic acid group-containing hydrophilic segment and a precursor of a hydrophobic segment, and a halogen is introduced into the other, and Suzuki-Miyaura coupling using a palladium catalyst is performed. Reactions can also be used.
 重合反応用溶媒としては、疎水性セグメントの前駆体、及びスルホン酸基含有親水性セグメントの前駆体等の反応物質、並びに生成する高分子電解質を溶解するものが好ましく、具体例としては、芳香族炭化水素系溶媒、ハロゲン系溶媒、エーテル系溶媒、ケトン系溶媒、アミド系溶媒、スルホン系溶媒、スルホキシド系溶媒等が挙げられる。これらの中でも、生成する高分子電解質の溶解度の観点から、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン、N-メチル-2-ピロリドン等のアミド系溶媒、ジクロロベンゼン、トリクロロベンゼン等のハロゲン系溶媒、ジメチルスルホキシド等の硫黄系溶媒が好ましい。これら重合反応溶媒は1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合してもよい。 As the solvent for the polymerization reaction, a solvent which dissolves a reactant such as a precursor of a hydrophobic segment and a precursor of a sulfonic acid group-containing hydrophilic segment, and a polymer electrolyte to be produced are preferable. Examples thereof include a hydrocarbon solvent, a halogen solvent, an ether solvent, a ketone solvent, an amide solvent, a sulfone solvent, and a sulfoxide solvent. Among these, from the viewpoint of the solubility of the produced polymer electrolyte, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, N-methyl-2-pyrrolidone and the like are preferred. Amide solvents, halogen solvents such as dichlorobenzene and trichlorobenzene, and sulfur solvents such as dimethyl sulfoxide are preferred. One of these polymerization reaction solvents may be used alone, or two or more thereof may be mixed.
 遷移金属化合物を用いるカップリング反応を行う場合は、反応系を脱水することが好ましい。脱水の方法は特に限定されないが、上記の溶媒に共沸溶媒を混合し、加熱して共沸脱水する方法が好ましく用いられる。 行 う When performing a coupling reaction using a transition metal compound, it is preferable to dehydrate the reaction system. The method of dehydration is not particularly limited, but a method of mixing an azeotropic solvent with the above-mentioned solvent and heating to carry out azeotropic dehydration is preferably used.
 共沸溶媒としては特に限定はないが、ベンゼン、トルエン、キシレン、ヘキサン、シクロヘキサン、オクタン、クロロベンゼン、ジオキサン、及びテトラヒドロフラン等を用いることができ、重合反応用溶媒に応じて、適宜選択される。 The azeotropic solvent is not particularly limited, but benzene, toluene, xylene, hexane, cyclohexane, octane, chlorobenzene, dioxane, tetrahydrofuran and the like can be used, and are appropriately selected according to the solvent for the polymerization reaction.
 共沸脱水は、共沸溶媒の沸点に依存するが、100~200℃の範囲で行うことが好ましい。100℃未満では脱水速度が遅く実用的でなく、200℃を超えると重合反応用溶媒も留去されてしまうので好ましくない。 The azeotropic dehydration depends on the boiling point of the azeotropic solvent, but is preferably performed in the range of 100 to 200 ° C. If the temperature is lower than 100 ° C., the dehydration rate is too slow to be practical.
 前記一般式(13)で表される構造を有する化合物及び/又は前記一般式(14)で表される構造を有する化合物を使用する場合、脱水温度によってはそれらの化合物が一部蒸発してしまい、重合収率が低下したり、設定値よりも大きなイオン交換容量を有する高分子電解質が得られることがある。このような場合、他の成分を脱水した後に混合物を冷却してから、これらの化合物を添加すると、高分子電解質が高収率で得られることから好ましい。 When a compound having a structure represented by the general formula (13) and / or a compound having a structure represented by the general formula (14) is used, some of the compounds evaporate depending on a dehydration temperature. In some cases, the polymerization yield may be reduced, or a polymer electrolyte having an ion exchange capacity larger than the set value may be obtained. In such a case, it is preferable to add the compounds after cooling the mixture after dehydrating other components, since a high yield of the polymer electrolyte can be obtained.
 また、カップリングに使用する遷移金属化合物として2価ニッケル化合物等を使用する場合は、スルホン酸基がアルキル基等で保護されたスルホン酸基含有親水性セグメントの前駆体を用いることが好ましいが、共沸脱水時の温度が高すぎると、保護基が脱離してしまい、重合を阻害することがある。このような場合も、他の成分を脱水した後に混合物を冷却し、当該スルホン酸基含有親水性セグメント前駆体を添加すると、高い収率で高分子量の重合体が得られるので好ましい。 When a divalent nickel compound or the like is used as a transition metal compound used for coupling, it is preferable to use a precursor of a sulfonic acid group-containing hydrophilic segment in which a sulfonic acid group is protected by an alkyl group or the like, If the temperature at the time of azeotropic dehydration is too high, the protecting group may be eliminated, which may inhibit polymerization. Also in such a case, it is preferable to cool the mixture after dehydrating other components and to add the sulfonic acid group-containing hydrophilic segment precursor, since a high molecular weight polymer can be obtained in a high yield.
 本発明の1以上の実施形態において、前記高分子電解質の数平均分子量は、1,000~500,000が好ましく、より好ましくは5,000~200,000であり、さらに好ましくは、7,000~150,000であり、さらにより好ましくは7,000~100,000である。数平均分子量が1,000より小さいと膜にした場合の強度が不足する傾向があり、一方、500,000より大きいと、溶媒への溶解性が低下し、ハンドリング性が悪化する傾向がある。高分子電解質の数平均分子量は、後述の実施例に記載の方法から求めることができる。 In one or more embodiments of the present invention, the number average molecular weight of the polymer electrolyte is preferably from 1,000 to 500,000, more preferably from 5,000 to 200,000, and still more preferably from 7,000. 150150,000, and even more preferably 7,000 ~ 100,000. If the number average molecular weight is less than 1,000, the strength when formed into a film tends to be insufficient. On the other hand, if it is more than 500,000, the solubility in a solvent tends to decrease, and the handleability tends to deteriorate. The number average molecular weight of the polymer electrolyte can be determined by the method described in Examples below.
 本発明の1以上の実施形態において、前記高分子電解質には、スルホン酸基が0.5~4.0meq./gの割合で含まれることが好ましく、1.2~3.8meq./gがより好ましく、1.4~3.6meq./gがさらに好ましく、2.0~3.6meq./gがさらにより好ましい。0.5meq./g未満であると、プロトン伝導度が不十分となる傾向があり、4.0meq./gを超えると、膜とした場合に強度を維持することが困難となる傾向がある。 に お い て In one or more embodiments of the present invention, the polymer electrolyte has a sulfonic acid group of 0.5 to 4.0 meq. / G, preferably from 1.2 to 3.8 meq. / G is more preferable, and 1.4 to 3.6 meq. / G is more preferable, and 2.0 to 3.6 meq. / G is even more preferred. 0.5 meq. / G, the proton conductivity tends to be insufficient, and 4.0 meq. If it exceeds / g, it tends to be difficult to maintain the strength of the film.
 本発明の1以上の実施形態において、前記高分子電解質におけるスルホン酸基の当量を上述した範囲にするためには、前記高分子電解質における親水性セグメントの繰り返し単位に対する疎水性セグメントの繰り返し単位のモル比、例えば、前記高分子電解質が一般式(3)で表される構造を有する場合、x/yが、0.15~3.5であることが好ましく、0.40~3.0であることがより好ましく、0.80~2.5であることがさらに好ましい。 In one or more embodiments of the present invention, in order to set the equivalent of the sulfonic acid group in the polymer electrolyte to the above-described range, the molar ratio of the repeating unit of the hydrophobic segment to the repeating unit of the hydrophilic segment in the polymer electrolyte may be adjusted. When the polymer electrolyte has a structure represented by the general formula (3), x / y is preferably 0.15 to 3.5, and more preferably 0.40 to 3.0. More preferably, it is more preferably 0.80 to 2.5.
 本発明の高分子電解質は、様々な産業上の利用が考えられ、その利用(用途)については、特に制限されるものではないが、高分子電解質膜、燃料電池用触媒層、燃料電池用膜/電極接合体、燃料電池に好適である。 The polymer electrolyte of the present invention can be used in various industries. The use (use) of the polymer electrolyte is not particularly limited, but may be a polymer electrolyte membrane, a catalyst layer for a fuel cell, or a membrane for a fuel cell. Suitable for electrode assemblies and fuel cells.
 本発明の1以上の実施形態において、高分子電解質膜は、前記の高分子電解質を任意の方法で膜状に成形したものである。このような製膜方法としては、公知の方法が適宜使用され得る。上記公知の方法としては、例えば、ホットプレス法、インフレーション法、Tダイ法等の溶融押出成形、キャスト法、エマルション法等の溶液からの製膜方法が例示され得る。例えばキャスト法は、粘度を調整した高分子電解質の溶液を、ガラス板等の平板上に、バーコーター、ブレードコーター等を用いて塗布し、溶媒を気化させて膜を得る方法である。工業的には溶液を連続的にコートダイからベルト上に塗布し、溶媒を気化させて長尺物を得る方法も一般的なキャスト法である。 に お い て In one or more embodiments of the present invention, the polymer electrolyte membrane is obtained by forming the above-mentioned polymer electrolyte into a membrane by any method. A known method can be appropriately used as such a film forming method. Examples of the known methods include melt extrusion molding such as hot press method, inflation method, T-die method and the like, and film forming method from solution such as casting method and emulsion method. For example, the casting method is a method in which a solution of a polymer electrolyte whose viscosity has been adjusted is applied to a flat plate such as a glass plate using a bar coater, a blade coater, or the like, and a solvent is vaporized to obtain a film. Industrially, a method of continuously applying a solution from a coat die onto a belt and evaporating the solvent to obtain a long product is also a general casting method.
 炭化水素系電解質のキャスト法製膜には、従来、高沸点の非プロトン性極性溶媒が用いられており、代表例として、ジメチルスルホキシド、N-メチルピロリドン、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド等が使用されてきた。これらは、炭化水素系電解質の良溶媒であるが、高沸点であるために、キャスト後の乾燥に高温かつ長時間を要するという問題があった。また、乾燥後にも膜中に一定量の溶媒が残留するため、膜を水洗するなどして、除去する必要があった。本発明における高分子電解質は、上記のような非プロトン性溶媒に溶解するのみならず、メタノール、エタノール、及びイソプロパノール等の低沸点アルコール類にも溶解する。このため、キャスト後の乾燥は比較的低温、短時間で完了し、ほとんど膜中に残留しないので、水洗などの後工程を省略できる。 Conventionally, a high-boiling aprotic polar solvent has been used for the casting of a hydrocarbon-based electrolyte by casting. Typical examples thereof include dimethyl sulfoxide, N-methylpyrrolidone, N, N-dimethylformamide, and N, N-. Dimethylacetamide and the like have been used. These are good solvents for hydrocarbon-based electrolytes, but because of their high boiling points, there is a problem that drying after casting requires a high temperature and a long time. Further, since a certain amount of solvent remains in the film even after drying, it was necessary to remove the film by washing it with water or the like. The polymer electrolyte in the present invention dissolves not only in the above-mentioned aprotic solvent but also in low-boiling alcohols such as methanol, ethanol, and isopropanol. For this reason, drying after casting is completed at a relatively low temperature and in a short time, and hardly remains in the film, so that post-processing such as washing with water can be omitted.
 高分子電解質膜の分子配向等を制御するために、得られた高分子電解質膜に対して二軸延伸等の処理を施したり、結晶化度を制御するための熱処理を施したりしてもよい。また、高分子電解質膜の機械的強度を向上させるために各種フィラーを添加したり、ガラス不織布等の補強剤と高分子電解質膜とをプレスにより複合化させてもよい。 In order to control the molecular orientation of the polymer electrolyte membrane, the obtained polymer electrolyte membrane may be subjected to a treatment such as biaxial stretching, or may be subjected to a heat treatment for controlling the crystallinity. . In addition, various fillers may be added to improve the mechanical strength of the polymer electrolyte membrane, or a reinforcing agent such as a glass nonwoven fabric and the polymer electrolyte membrane may be combined by pressing.
 高分子電解質膜の厚さは、用途に応じて任意の厚さを選択することができる。例えば、得られる高分子電解質膜の内部抵抗を低減することを考慮した場合、高分子電解質膜の厚みは薄い程よい。一方、得られた高分子電解質膜のガス遮断性やハンドリング性を考慮すると、高分子電解質膜の厚みは薄すぎると好ましくない場合がある。これらを考慮すると、高分子電解質膜の厚みは、5~300μmが好ましく、10~100μmがより好ましく、また、燃料電池として出力を重視する場合等は10~50μmが特に好ましい。高分子電解質膜の厚さが5~300μmであれば、製造が容易であり、膜抵抗と機械物性のバランスが取れており、燃料電池材料として加工する際のハンドリング性にも優れる。 任意 The thickness of the polymer electrolyte membrane can be arbitrarily selected depending on the application. For example, in consideration of reducing the internal resistance of the obtained polymer electrolyte membrane, the thinner the polymer electrolyte membrane, the better. On the other hand, in consideration of the gas barrier properties and the handling properties of the obtained polymer electrolyte membrane, if the thickness of the polymer electrolyte membrane is too small, it may not be preferable. Taking these into consideration, the thickness of the polymer electrolyte membrane is preferably 5 to 300 μm, more preferably 10 to 100 μm, and particularly preferably 10 to 50 μm when emphasis is placed on output as a fuel cell. When the thickness of the polymer electrolyte membrane is 5 to 300 μm, the production is easy, the membrane resistance and the mechanical properties are well balanced, and the handling property when processing as a fuel cell material is excellent.
 なお、前記高分子電解質膜の特性をさらに向上させるために、電子線、γ線、イオンビーム等の放射線を照射させることも可能である。これらにより、高分子電解質膜中に架橋構造等が導入でき、さらに性能が向上する場合がある。またプラズマ処理やコロナ処理等の各種表面処理により、高分子電解質膜表面の触媒層との接着性を上げる等の特性向上を図ることもできる。 In addition, in order to further improve the characteristics of the polymer electrolyte membrane, it is possible to irradiate radiation such as an electron beam, γ-ray, or ion beam. As a result, a crosslinked structure or the like can be introduced into the polymer electrolyte membrane, and the performance may be further improved. Various surface treatments such as a plasma treatment and a corona treatment can also improve properties such as increasing the adhesiveness of the polymer electrolyte membrane surface to the catalyst layer.
 前記高分子電解質膜は、イオン交換容量(IEC)が0.5~4.0meq./gであることが好ましく、1.2~3.8meq./gであることがより好ましく、1.4~3.6meq./gであることがさらに好ましく、2.0~3.6meq./gであることがさらにより好ましい。0.5meq./g未満であるとプロトン伝導性が低くなりすぎる傾向があり、4.0meq./gを超えると水による膨潤で機械強度が著しく低下する傾向がある。 高分子 The polymer electrolyte membrane has an ion exchange capacity (IEC) of 0.5 to 4.0 meq. / G, preferably from 1.2 to 3.8 meq. / G, more preferably 1.4 to 3.6 meq. / G, more preferably 2.0 to 3.6 meq. / G is even more preferred. 0.5 meq. / G, the proton conductivity tends to be too low. / G, the mechanical strength tends to be significantly reduced due to swelling with water.
 本発明の1以上の実施形態において、高分子電解質のイオン交換容量(IEC)を上述した範囲にするためには、前記高分子電解質における親水性セグメントの繰り返し単位に対する疎水性セグメントの繰り返し単位のモル比、例えば、前記高分子電解質が一般式(3)で表される構造を有する場合、x/yが、0.15~3.5であることが好ましく、0.40~3.0であることがより好ましく、0.80~2.5であることがさらに好ましい。 In one or more embodiments of the present invention, in order to keep the ion exchange capacity (IEC) of the polyelectrolyte in the above-described range, the molar ratio of the repeating unit of the hydrophobic segment to the repeating unit of the hydrophilic segment in the polyelectrolyte may be adjusted. When the polymer electrolyte has a structure represented by the general formula (3), x / y is preferably 0.15 to 3.5, and more preferably 0.40 to 3.0. More preferably, it is more preferably 0.80 to 2.5.
 以上のようにして得られる本発明の高分子電解質膜は、一般式(1)で表される構造を有する疎水性セグメント、及びスルホン酸基を有し主鎖が主に芳香環からなる親水性セグメントが、芳香環の直接結合で連結されている高分子電解質から得られるので、高い化学的耐久性を有し、燃料電池運転時の過酷な酸化条件に耐えることができる。 The polymer electrolyte membrane of the present invention obtained as described above has a hydrophobic segment having a structure represented by the general formula (1) and a hydrophilic segment having a sulfonic acid group and a main chain mainly composed of an aromatic ring. Since the segment is obtained from a polymer electrolyte connected by a direct bond of an aromatic ring, it has high chemical durability and can withstand severe oxidizing conditions during fuel cell operation.
 高分子電解質膜の化学的耐久性は各種の試験法で評価することができるが、酸化劣化に対する耐性を評価する試験である、過酸化水素水を用いたフェントン試験(Fenton試験)が簡便で好ましく用いられる。Fenton試験は後述の実施例の中に具体的な試験条件を示すが、適当なサイズの電解質膜を、微量の硫酸鉄(II)を含む一定濃度の過酸化水素水に浸漬し、一定時間加熱した後に、試験片の重量、分子量、イオン交換容量等を測定して、試験前からの保持率を記録するものである。 Although the chemical durability of the polymer electrolyte membrane can be evaluated by various test methods, a Fenton test using hydrogen peroxide solution (Fenton test), which is a test for evaluating resistance to oxidative deterioration, is simple and preferable. Used. The Fenton test shows specific test conditions in the examples described later. An electrolyte membrane of an appropriate size is immersed in a certain concentration of hydrogen peroxide containing a small amount of iron (II) sulfate, and heated for a certain time. After the test, the weight, molecular weight, ion exchange capacity and the like of the test piece are measured, and the retention rate before the test is recorded.
 従来の炭化水素系電解質膜は、主鎖中にエーテル基、カルボニル基、スルホン基等を含んでいるものが多く、Fenton試験後の物性保持率はきわめて低いものであった。これに対し、本発明の高分子電解質膜は、前記の構造を有するためにFenton試験後も高い保持率を示す。燃料電池の運転条件に耐えるためには、Fenton試験後、具体的にはフェントン溶液(2ppmのFeSO4を含む3%H22)中において80℃で1時間処理するFenton試験後の重量保持率が80%以上であることが好ましく、90%以上であることがより好ましく、95%以上であることがさらに好ましい。重量保持率が80%より小さい場合、膜の分解が進み、プロトン伝導度が低くなったり、破膜により燃料ガスのクロスオーバーが起こる等、燃料電池の運転に支障が出る恐れがある。 Many conventional hydrocarbon-based electrolyte membranes contain an ether group, a carbonyl group, a sulfone group, or the like in the main chain, and the retention of physical properties after the Fenton test is extremely low. On the other hand, the polymer electrolyte membrane of the present invention has a high retention even after the Fenton test because of having the above structure. In order to withstand the operating conditions of the fuel cell, weight retention after the Fenton test, specifically, treatment at 80 ° C. for 1 hour in a Fenton solution (3% H 2 O 2 containing 2 ppm FeSO 4 ) The ratio is preferably 80% or more, more preferably 90% or more, and even more preferably 95% or more. If the weight retention is less than 80%, the decomposition of the membrane will proceed, the proton conductivity will decrease, and the fuel gas will crossover due to the rupture of the membrane, which may hinder the operation of the fuel cell.
 本発明の1以上の実施形態において、燃料電池用触媒層は、前記の高分子電解質を含有してなるものである。具体的には、当該燃料電池用触媒層は、前記の高分子電解質、燃料電池用触媒、必要に応じて撥水剤やバインダー樹脂から構成されるものである。本発明の高分子電解質を使用することにより、固体高分子形燃料電池や直接メタノール型燃料電池のアノード又はカソード触媒層に好適な、優れた発電特性を示すことができる。 に お い て In one or more embodiments of the present invention, the fuel cell catalyst layer contains the above-mentioned polymer electrolyte. Specifically, the fuel cell catalyst layer is composed of the polymer electrolyte, the fuel cell catalyst, and, if necessary, a water repellent or a binder resin. By using the polymer electrolyte of the present invention, excellent power generation characteristics suitable for an anode or cathode catalyst layer of a polymer electrolyte fuel cell or a direct methanol fuel cell can be exhibited.
 燃料電池用触媒は、当業者にとって従来公知の燃料電池用触媒であればよく、導電性触媒担体と当該導電性触媒担体に担持された触媒活性物質を含むものであればよく、その他の具体的な構成については特に限定されない。具体的には、燃料電池の電極反応に対して活性な触媒が使用される。アノード側では、燃料(水素やメタノール等)の酸化能を有する触媒が使用される。カソード側では、酸化剤(酸素等)の還元能を有する触媒が使用される。 The fuel cell catalyst may be any fuel cell catalyst conventionally known to those skilled in the art, and may be any as long as it contains a conductive catalyst carrier and a catalytically active substance supported on the conductive catalyst carrier. The configuration is not particularly limited. Specifically, a catalyst that is active for the electrode reaction of the fuel cell is used. On the anode side, a catalyst capable of oxidizing a fuel (eg, hydrogen or methanol) is used. On the cathode side, a catalyst capable of reducing an oxidizing agent (such as oxygen) is used.
 導電性触媒担体としては、具体的には、カーボンブラック、ケッチェンブラック(商品名)、活性炭、カーボンナノホーン、カーボンナノチューブ等の高表面積のカーボン担体が挙げられ、触媒担持能や電子伝導性、電気化学的安定性等から、これらの材料が好ましい。 Specific examples of the conductive catalyst carrier include a carbon carrier having a high surface area such as carbon black, Ketjen black (trade name), activated carbon, carbon nanohorn, and carbon nanotube. These materials are preferable from the viewpoint of chemical stability and the like.
 触媒活性物質としては、具体的には、白金、コバルト、ルテニウム等が例示でき、これらを1種を単独で、あるいはこれらの少なくとも1種を含んだ合金、さらには任意の混合物として使用しても構わない。特に燃料の酸化能、酸化剤の還元能、耐久性を考慮すると、白金又は白金を含む合金であることが好ましい。これらは必要に応じて、安定化や長寿命化のために、鉄、錫、希土類元素等を用い、3成分以上で構成してもよい。 Specific examples of the catalytically active substance include platinum, cobalt, ruthenium and the like. These may be used singly or as an alloy containing at least one of these, or even as an arbitrary mixture. I do not care. In particular, in consideration of the oxidizing ability of the fuel, the reducing ability of the oxidant, and the durability, platinum or an alloy containing platinum is preferable. These may be composed of three or more components using iron, tin, a rare earth element or the like for stabilization and prolonging the life as needed.
 本発明の1以上の実施形態において、燃料電池用触媒層は、前記の高分子電解質、燃料電池用触媒及び溶媒を含む触媒インクを支持体上に塗布し、溶媒を除去することによって調製することができる。溶媒としては、高分子電解質を溶解でき、燃料電池用触媒を被毒しないものであれば何ら制限なく使用可能である。当該触媒インクは、必要に応じて非電解質バインダー、撥水剤、分散剤、増粘剤、造孔剤等の添加剤を含んでいても構わない。また、これらの添加剤は、当業者にとって従来公知のものが使用可能であり、その他の具体的な構成については特に限定されない。 In one or more embodiments of the present invention, the fuel cell catalyst layer is prepared by applying a catalyst ink containing the polymer electrolyte, the fuel cell catalyst and a solvent on a support, and removing the solvent. Can be. As the solvent, any solvent can be used as long as it can dissolve the polymer electrolyte and does not poison the fuel cell catalyst. The catalyst ink may contain additives such as a non-electrolyte binder, a water repellent, a dispersant, a thickener, and a pore-forming agent, if necessary. As these additives, those conventionally known to those skilled in the art can be used, and other specific configurations are not particularly limited.
 前記触媒インクは、粘度や基材の種類に応じて、下記に示すような塗布方法が利用できる。前記触媒インクの基材への塗布方法としては、当業者にとって従来公知の塗布方法であればよく、特に限定されない。例えば、ナイフコーター、バーコーター、スプレー、ディップコーター、スピンコーター、ロールコーター、ダイコーター、カーテンコーター、スクリーン印刷等を利用する方法が列挙できるが、これらに限定されるものではない 塗布 The above-mentioned catalyst ink can use the following coating method depending on the viscosity and the type of the base material. The method for applying the catalyst ink to the substrate is not particularly limited as long as it is a method conventionally known to those skilled in the art. For example, a method using a knife coater, a bar coater, a spray, a dip coater, a spin coater, a roll coater, a die coater, a curtain coater, screen printing, etc. can be listed, but not limited thereto.
 上記において、基材として高分子フィルムを使用した場合には、燃料電池用触媒層転写シートが、基材として導電性多孔質シートを使用した場合には、燃料電池用ガス拡散電極が、それぞれ製造できる。 In the above, when the polymer film is used as the base material, the catalyst layer transfer sheet for the fuel cell is manufactured, and when the conductive porous sheet is used as the base material, the gas diffusion electrode for the fuel cell is manufactured. it can.
 本発明の1以上の実施形態において、燃料電池用膜/電極接合体(以下、「MEA」と表記する。)は、前記の高分子電解質又は前記の高分子電解質膜を用いてなる。かかるMEAは、例えば、固体高分子形燃料電池に好適に用いることができる。MEAを作製する方法は、従来検討されている、パーフルオロカーボンスルホン酸からなる高分子電解質膜やその他の炭化水素系高分子電解質膜(例えば、スルホン酸化ポリエーテルエーテルケトン、スルホン酸化ポリエーテルスルホン、スルホン酸化ポリスルホン、スルホン酸化ポリイミド、スルホン酸化ポリフェニレンサルファイド等)で行われる公知の方法が適用可能である。 に お い て In one or more embodiments of the present invention, a fuel cell membrane / electrode assembly (hereinafter, referred to as “MEA”) is formed using the polymer electrolyte or the polymer electrolyte membrane. Such an MEA can be suitably used, for example, for a polymer electrolyte fuel cell. The method of fabricating the MEA is based on a conventionally studied polymer electrolyte membrane made of perfluorocarbon sulfonic acid and other hydrocarbon polymer electrolyte membranes (for example, sulfonated polyetheretherketone, sulfonated polyethersulfone, sulfone A known method performed with oxidized polysulfone, sulfonated polyimide, sulfonated polyphenylene sulfide, or the like can be applied.
 上述した例以外にも、前記の高分子電解質は、例えば特開2006-179298号公報等で公知になっている固体高分子形燃料電池の電解質として、使用可能である。これらの公知の特許文献に基づけば、当業者であれば、本発明の高分子電解質を用いて容易に固体高分子形燃料電池を構成することができる。 以外 In addition to the examples described above, the above-mentioned polymer electrolyte can be used as an electrolyte of a polymer electrolyte fuel cell known in, for example, JP-A-2006-179298. Based on these known patent documents, those skilled in the art can easily construct a polymer electrolyte fuel cell using the polymer electrolyte of the present invention.
 以下実施例を示し、本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。本発明は以下の実施例に限定されるものではなく、細部については様々な態様が可能であることはいうまでもない。さらに、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、それぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。 Example Hereinafter, an example will be shown, and the embodiment of the present invention will be described in more detail. The present invention is not limited to the following embodiments, and it goes without saying that various embodiments are possible in detail. Furthermore, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications are possible within the scope shown in the claims, and embodiments obtained by appropriately combining the disclosed technical means are also described. Included in the technical scope of the invention.
 各測定は以下のように行った。 Each measurement was performed as follows.
 (分子量の測定)
 分子量は、GPC法により、下記の条件で測定した。
カラム:KF-805L(昭和電工株式会社製)
検出器:Jasco805UV検出器
移動相溶媒:DMF(ジメチルホルムアミド、LiBrを0.05Mとなるように添加)
標準物質:標準ポリスチレン
以下、標準ポリスチレンで換算した数平均分子量をMnと表記し、標準ポリスチレンで換算した重量平均分子量をMwと表記する。
(Measurement of molecular weight)
The molecular weight was measured by the GPC method under the following conditions.
Column: KF-805L (manufactured by Showa Denko KK)
Detector: Jasco 805 UV detector Mobile phase solvent: DMF (dimethylformamide, LiBr added to 0.05M)
Standard substance: below standard polystyrene, the number average molecular weight in terms of standard polystyrene is denoted as Mn, and the weight average molecular weight in terms of standard polystyrene is denoted as Mw.
 (イオン交換容量の測定)
 高分子電解質膜の切片を2MのNaCl水溶液に24時間浸漬した。イオン交換により放出された塩酸を0.01MのNaOH水溶液により定量し、以下の式を用いてイオン交換容量IEC値を算出した。下記式で、NaOH(l)は、定量に用いたNaOH水溶液の体積(L)であり、Wdry(g)は、測定に用いた高分子電解質膜(乾燥後)の切片の重量(g)である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000028
(Measurement of ion exchange capacity)
The section of the polymer electrolyte membrane was immersed in a 2 M aqueous NaCl solution for 24 hours. Hydrochloric acid released by ion exchange was quantified using a 0.01 M NaOH aqueous solution, and the ion exchange capacity IEC value was calculated using the following equation. In the following formula, NaOH (l) is the volume (L) of the NaOH aqueous solution used for quantification, and W dry (g) is the weight (g) of the section of the polymer electrolyte membrane (after drying) used for measurement. It is.
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000028
 (Fenton試験)
 約1×3cmの高分子電解質膜(約30mg)を用意した。該高分子電解質膜を50mLのFenton溶液(2ppmのFeSO4を含む3%H22)中に入れて、80℃で1時間浸漬し、Fenton試験を実施した。Fenton試験後の高分子電解質膜を乾燥し、重量、分子量、及びイオン交換容量を測定し、Fenton試験前の値からの保持率を計算した。
(Fenton test)
A polymer electrolyte membrane of about 1 × 3 cm (about 30 mg) was prepared. The polymer electrolyte membrane was placed in 50 mL of a Fenton solution (3% H 2 O 2 containing 2 ppm of FeSO 4 ) and immersed at 80 ° C. for 1 hour to perform a Fenton test. The polymer electrolyte membrane after the Fenton test was dried, the weight, the molecular weight, and the ion exchange capacity were measured, and the retention from the value before the Fenton test was calculated.
 (プロトン伝導度)
 高分子電解質膜のプロトン伝導度測定は、日本ベル株式会社製の電解質評価装置「MSB-AD-V-FC」を用いて行った。チャンバー内温度は80℃一定で、相対湿度(RH)20%、RH40%、RH60%、RH80%、及び、RH90%の条件下で行った。測定は、RH20%→RH40%→RH60%→RH80%→RH90%→RH80%→RH60%→RH40%→RH20%を1サイクルとして、2サイクル目の湿度降下時の値を測定結果として用いた。高分子電解質膜のサンプルのサイズは1.0cm×3.0cm、Auプローブ間の距離は1.0cmとし、Solartron 1255B/1287(株式会社東陽テクニカ製)を用いて、交流4端子法(300mV、1-100000Hz)により測定を行った。インピーダンスZはボードプロットにより位相角が0°に近い値でかつ1000Hzに近い値を用いた。導電率σ(S/cm)は次式により計算した。
σ=(L/Z)×1/A
ここでLはAuプローブ間の距離(1.0cm)、Aはサンプルの断面積(1cm×膜厚Xcm)である。
(Proton conductivity)
The proton conductivity of the polymer electrolyte membrane was measured using an electrolyte evaluation apparatus “MSB-AD-V-FC” manufactured by Bell Japan. The temperature in the chamber was constant at 80 ° C., and the test was performed under the conditions of 20% relative humidity (RH), 40% RH, 60% RH, 80% RH, and 90% RH. The measurement was performed using RH 20% → RH 40% → RH 60% → RH 80% → RH 90% → RH 80% → RH 60% → RH 40% → RH 20% as one cycle. The sample size of the polymer electrolyte membrane was 1.0 cm × 3.0 cm, the distance between the Au probes was 1.0 cm, and an AC four-terminal method (300 mV, using Solartron 1255B / 1287 (manufactured by Toyo Corporation). (1-100,000 Hz). As the impedance Z, a value having a phase angle close to 0 ° and a value close to 1000 Hz according to a Bode plot was used. The conductivity σ (S / cm) was calculated by the following equation.
σ = (L / Z) × 1 / A
Here, L is the distance between Au probes (1.0 cm), and A is the cross-sectional area of the sample (1 cm × film thickness Xcm).
 (動的粘弾性)
 高分子電解質膜(0.5cm×3cm)の動的粘弾性を、アイティー計測制御株式会社製の動的粘弾性測定装置「DVA-225」を用いて行った。測定周波数10Hz、80℃一定での1%RH/minの湿度上昇速度における相対湿度0%RHから90%RHの貯蔵弾性率(E’)、損失弾性率(E’’)、及び、損失正接(tanδ)の各データを取得した。測定は3サイクル行い、3サイクル目のデータを使用した。
(Dynamic viscoelasticity)
The dynamic viscoelasticity of the polymer electrolyte membrane (0.5 cm × 3 cm) was measured using a dynamic viscoelasticity measuring apparatus “DVA-225” manufactured by IT Measurement Control Co., Ltd. Storage elastic modulus (E ′), loss elastic modulus (E ″), and loss tangent from 0% RH to 90% RH at a humidity rise rate of 1% RH / min at a constant measurement frequency of 10 Hz and 80 ° C. (Tan δ) were obtained. The measurement was performed for three cycles, and the data of the third cycle was used.
 (開回路電圧耐久試験(OCV耐久試験))
 試験に使用する燃料電池セルを以下のようにして作製した。Pt/CB触媒(田中貴金属工業製の「TEC10E50E」)、Nafion(登録商標)分散液(Dupont製の「D-521」、IEC=0.95~1.03mmol/g)、脱イオン水、エタノールを、ボールミルを用いて30分混合し、触媒ペーストを得た。Nafion(登録商標)バインダーと、炭素担体の重量比は、0.7に調整した。高分子電解質膜の両面に、触媒ペーストをスプレー塗布し、60℃で12時間乾燥させ、さらに140℃、10kgfの条件で3分間ホットプレスして触媒塗布電解質膜(CCM)とした。触媒層の有効面積、及び白金担持量は、それぞれ、4.41cm2、0.50±0.02mg/cm2とした。CCMをガス拡散層(SGLカーボン製の「29BC」)ではさみ、アノード、カソード両極ともサーペンタイン型ガス流路を有するカーボンセパレーターを有するセルに組み込んだ。上記のセルを用いてOCV耐久試験を80℃、相対湿度30%で1000時間行った。純水素と空気の流量は、それぞれ100mL/minとした。
(Open circuit voltage endurance test (OCV endurance test))
A fuel cell used for the test was produced as follows. Pt / CB catalyst (“TEC10E50E” manufactured by Tanaka Kikinzoku Kogyo), Nafion® dispersion liquid (“D-521” manufactured by Dupont, IEC = 0.95 to 1.03 mmol / g), deionized water, ethanol Was mixed for 30 minutes using a ball mill to obtain a catalyst paste. The weight ratio of the Nafion (registered trademark) binder to the carbon carrier was adjusted to 0.7. A catalyst paste was spray-coated on both sides of the polymer electrolyte membrane, dried at 60 ° C. for 12 hours, and hot-pressed at 140 ° C. and 10 kgf for 3 minutes to form a catalyst-coated electrolyte membrane (CCM). The effective area of the catalyst layer, and the amount of platinum supported, respectively, 4.41Cm 2, was 0.50 ± 0.02mg / cm 2. The CCM was sandwiched between gas diffusion layers ("29BC" made of SGL carbon), and both the anode and cathode were incorporated into a cell having a carbon separator having a serpentine gas flow path. An OCV durability test was performed at 80 ° C. and a relative humidity of 30% for 1000 hours using the above cell. The flow rates of pure hydrogen and air were each 100 mL / min.
 (ガス透過性)
 水素及び酸素透過性は、GTR-tech製のガス透過性試験機「GTR-20XFYC」を用い、Porapak Qカラムと熱伝導検知器を備えたYanaco製のガスクロマトグラフ試験機「G2700T」を検出器として測定した。アルゴンとヘリウムを、それぞれ水素及び酸素透過性測定のキャリアガスとして用いた。高分子電解質膜をガス入り口と出口を有するセルの中心部に設置し、テストガスを高分子電解質膜の一方の面に、キャリアガスを他方の面に供給した。高分子電解質膜の湿度を均一に保つために、テストガスとキャリアガスの湿度条件は同一に設定した。フローガスのサンプルを採取し、高分子電解質膜を透過したテストガスをガスクロマトグラフを用いて定量した。高分子電解質膜のガス透過係数Q[cm3(STD)cm・cm-2・S-1・cmHg-1]は、以下の式に従い計算した。
 Q=273/T×1/A×B×1/t×l×1/(76-PH2O
ここでT(K)は絶対温度、A(cm2)は透過面積、B(cm3)は透過したガスの体積、t(s)はサンプリング時間、l(cm)は膜厚、PH2O(cmHg)は水蒸気圧を表す。
(Gas permeability)
Hydrogen and oxygen permeability were measured using a gas permeability tester “GTR-20XFYC” manufactured by GTR-tech and a gas chromatograph tester “G2700T” manufactured by Yanaco equipped with a Porapak Q column and a heat conduction detector. It was measured. Argon and helium were used as carrier gases for hydrogen and oxygen permeability measurements, respectively. A polymer electrolyte membrane was placed at the center of a cell having a gas inlet and an outlet, and a test gas was supplied to one side of the polymer electrolyte membrane and a carrier gas was supplied to the other side. In order to keep the humidity of the polymer electrolyte membrane uniform, the humidity conditions of the test gas and the carrier gas were set to be the same. A sample of the flow gas was collected, and the test gas that had passed through the polymer electrolyte membrane was quantified using a gas chromatograph. The gas permeability coefficient Q [cm 3 (STD) cm · cm −2 · S −1 · cmHg −1 ] of the polymer electrolyte membrane was calculated according to the following equation.
Q = 273 / T × 1 / A × B × 1 / t × l × 1 / (76-P H2O )
Here T (K) is the absolute temperature, A (cm 2) is transparent area, B (cm 3) is the volume of permeated gas, t (s) is the sampling time, l (cm) is thickness, P H2 O ( cmHg) represents the water vapor pressure.
 (エタノールへの溶解性)
 約1×3cmの高分子電解質膜(約30mg)をスクリュー管に入れ、エタノール約10mLを加えて密閉し、室温(20±5℃)で24時間放置した。電解質の溶解性を目視で下記の基準で判定した。
A:完全に溶解
B:不溶
(Solubility in ethanol)
A polymer electrolyte membrane (about 30 mg) of about 1 × 3 cm was put in a screw tube, about 10 mL of ethanol was added thereto, the vessel was sealed, and left at room temperature (20 ± 5 ° C.) for 24 hours. The solubility of the electrolyte was visually determined according to the following criteria.
A: completely dissolved B: insoluble
 <疎水性セグメント前駆体の合成例1>
 2,2-ビス(4-クロロフェニル)ヘキサフルオロプロパンは文献記載の方法(Macromolecules 1999、32、6418)に従い合成した。具体的には、250mLのフラスコにジクロロトリフェニルホスホラン(35.7g、107mmol、PPh3Cl2)と4,4’-(ヘキサフルオロイソプロピリデン)ジフェノール(18.1g、53.6mmol)を仕込んだ。反応容器をマントルヒーターを用いて350℃で4時間加熱した。茶色の反応生成物を室温まで冷却し、塩化メチレンに溶解した。当該溶液を、ヘキサンを溶出液として酸化アルミニウムの短いカラムを通過させた。溶媒を留去して目的とする化合物を得た(12.4g、62%)。反応式は、下記の通りである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000029
<Synthesis example 1 of hydrophobic segment precursor>
2,2-bis (4-chlorophenyl) hexafluoropropane was synthesized according to the method described in the literature (Macromolecules 1999, 32, 6418). Specifically, dichlorotriphenylphosphorane (35.7 g, 107 mmol, PPh 3 Cl 2 ) and 4,4 ′-(hexafluoroisopropylidene) diphenol (18.1 g, 53.6 mmol) were placed in a 250 mL flask. I charged. The reaction vessel was heated at 350 ° C. for 4 hours using a mantle heater. The brown reaction product was cooled to room temperature and dissolved in methylene chloride. The solution was passed through a short column of aluminum oxide using hexane as eluent. The solvent was distilled off to obtain the desired compound (12.4 g, 62%). The reaction formula is as follows.
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000029
 <実施例1>
 リービッヒ冷却器とディーン・スタックトラップを備えた100mLの三口フラスコに、窒素雰囲気下、合成例1で得られた2,2-ビス(4-クロロフェニル)ヘキサフルオロプロパン(0.298g、0.8mmol)、2,5-ジクロロベンゼンスルホン酸(0.50g、1.9mmol)、炭酸カリウム(0.316g、2.28mmol)、2,2’-ビピリジル(1.78g、11.34mmol)、ジメチルスルホキシド(6mL)、及びトルエン(6mL)を加えた。混合物を170℃で2時間、共沸脱水した後、トルエンを留去し、混合物を80℃に冷却した。ビス(1,5-シクロオクタジエン)ニッケル(0)(1.56g、5.67mmol)を加え、80℃で3時間、撹拌した。混合物を大過剰の6M塩酸に加え、再沈殿した。粗生成物を濃塩酸、さらにイオン交換水で数回洗浄し、80℃の真空乾燥機で一晩乾燥することにより、高分子電解質を94%の収率で得た。反応式は、下記の通りである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000030
<Example 1>
2,2-bis (4-chlorophenyl) hexafluoropropane (0.298 g, 0.8 mmol) obtained in Synthesis Example 1 was placed in a 100 mL three-neck flask equipped with a Liebig condenser and a Dean stack trap under a nitrogen atmosphere. , 2,5-dichlorobenzenesulfonic acid (0.50 g, 1.9 mmol), potassium carbonate (0.316 g, 2.28 mmol), 2,2′-bipyridyl (1.78 g, 11.34 mmol), dimethylsulfoxide ( 6 mL) and toluene (6 mL). After the mixture was azeotropically dehydrated at 170 ° C. for 2 hours, toluene was distilled off, and the mixture was cooled to 80 ° C. Bis (1,5-cyclooctadiene) nickel (0) (1.56 g, 5.67 mmol) was added, and the mixture was stirred at 80 ° C. for 3 hours. The mixture was added to a large excess of 6M hydrochloric acid and reprecipitated. The crude product was washed several times with concentrated hydrochloric acid and further with ion-exchanged water, and dried overnight in a vacuum drier at 80 ° C. to obtain a polymer electrolyte in a yield of 94%. The reaction formula is as follows.
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000030
 上記で得られた高分子電解質をDMSO中で加熱撹拌することにより溶解させ、ガラスフィルターG3により不純物を取り除き、ポリマー溶液をシリコンゴムで縁取りしたガラス板に流し込み、60℃のホットプレート上で加熱乾燥した。得られた膜を1mol/Lの硫酸水溶液中で一晩処理し、その後純水で洗浄して膜厚が約25μmの膜を得た。この膜をメンブレンフィルターとガラス板を用いてはさみ、重しをのせて、水がなくなるまで大気中で乾燥し、高分子電解質膜を得た。 The polymer electrolyte obtained above is dissolved by heating and stirring in DMSO, impurities are removed by a glass filter G3, the polymer solution is poured into a glass plate bordered with silicon rubber, and dried by heating on a hot plate at 60 ° C. did. The obtained film was treated overnight in a 1 mol / L sulfuric acid aqueous solution, and then washed with pure water to obtain a film having a thickness of about 25 μm. This membrane was sandwiched using a membrane filter and a glass plate, placed on a weight, and dried in the air until water disappeared to obtain a polymer electrolyte membrane.
 <実施例2>
 使用する化合物の量を以下のように変更した以外は、実施例1と同様にして重合を行うことで高分子電解質を作製し、実施例1と同様にして乾燥する前の膜厚が約25μmの高分子電解質膜を得た。合成例1で得られた2,2-ビス(4-クロロフェニル)ヘキサフルオロプロパン(0.298g、0.8mmol)、2,5-ジクロロベンゼンスルホン酸(0.368g、1.4mmol)、炭酸カリウム(0.232g、1.68mmol)、2,2’-ビピリジル(1.45g、9.24mmol)、ジメチルスルホキシド(6mL)、トルエン(6mL)、ビス(1,5-シクロオクタジエン)ニッケル(0)(1.27g、4.62mmol)。
<Example 2>
A polymer electrolyte was prepared by performing polymerization in the same manner as in Example 1 except that the amount of the compound used was changed as follows, and the film thickness before drying was about 25 μm in the same manner as in Example 1. Was obtained. 2,2-bis (4-chlorophenyl) hexafluoropropane (0.298 g, 0.8 mmol) obtained in Synthesis Example 1, 2,5-dichlorobenzenesulfonic acid (0.368 g, 1.4 mmol), potassium carbonate (0.232 g, 1.68 mmol), 2,2′-bipyridyl (1.45 g, 9.24 mmol), dimethyl sulfoxide (6 mL), toluene (6 mL), bis (1,5-cyclooctadiene) nickel (0 ) (1.27 g, 4.62 mmol).
 <実施例3>
 使用する化合物の量を以下のように変更した以外は、実施例1と同様にして重合を行うことで高分子電解質を作製し、実施例1と同様にして乾燥する前の膜厚が約25μmの高分子電解質膜を得た。合成例1で得られた2,2-ビス(4-クロロフェニル)ヘキサフルオロプロパン(0.560g、1.5mmol)、2,5-ジクロロベンゼンスルホン酸(0.289g、1.1mmol)、炭酸カリウム(0.182g、1.32mmol)、2,2’-ビピリジル(1.71g、10.92mmol)、ジメチルスルホキシド(6mL)、トルエン(6mL)、ビス(1,5-シクロオクタジエン)ニッケル(0)(1.50g、5.46mmol)。
<Example 3>
A polymer electrolyte was prepared by performing polymerization in the same manner as in Example 1 except that the amount of the compound used was changed as follows, and the film thickness before drying was about 25 μm in the same manner as in Example 1. Was obtained. 2,2-bis (4-chlorophenyl) hexafluoropropane (0.560 g, 1.5 mmol), 2,5-dichlorobenzenesulfonic acid (0.289 g, 1.1 mmol) obtained in Synthesis Example 1, potassium carbonate (0.182 g, 1.32 mmol), 2,2′-bipyridyl (1.71 g, 10.92 mmol), dimethyl sulfoxide (6 mL), toluene (6 mL), bis (1,5-cyclooctadiene) nickel (0 ) (1.50 g, 5.46 mmol).
 <比較例1>
 リービッヒ冷却器を備え、窒素パージしている1L一口フラスコ中に、1,4-フェニレンジボロン酸(9.76g、58.9mmol)、1-ブロモ-3-ヨードベンゼン(50.0g、177mmol)、トリ(o-トリル)ホスフィン(1.34g、4.42mmol)、2M炭酸カリウム水溶液(100mL、200mmol)、トルエン(320mL)及びエタノール(120mL)を加えた。次いで得られた懸濁液中に酢酸パラジウム(198mg、0.883mmol)を加えて80℃で18時間撹拌した。反応混合物を室温まで放冷し、超純水及びトルエンで希釈後不溶物をセライト(登録商標)でろ別した。ろ液2層を分離後、水層をトルエンで抽出し合わせた有機層を減圧下濃縮した。得られた残渣にメタノールを加えて超音波をかけると、固体が析出した。生じた固体をろ過により回収し、メタノール洗浄及び60℃にて減圧乾燥することで中間体である3,3''-ジブロモ-p-ターフェニルを淡黄色固体として得た(15.6g、68%収率)。反応式は、下記のとおりである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000031
<Comparative Example 1>
1,4-phenylenediboronic acid (9.76 g, 58.9 mmol), 1-bromo-3-iodobenzene (50.0 g, 177 mmol) in a 1 L one-neck flask equipped with a Liebig condenser and purged with nitrogen. , Tri (o-tolyl) phosphine (1.34 g, 4.42 mmol), 2M aqueous potassium carbonate solution (100 mL, 200 mmol), toluene (320 mL) and ethanol (120 mL). Then, palladium acetate (198 mg, 0.883 mmol) was added to the obtained suspension, and the mixture was stirred at 80 ° C for 18 hours. The reaction mixture was allowed to cool to room temperature, diluted with ultrapure water and toluene, and filtered to remove insolubles using Celite (registered trademark). After separating two layers of the filtrate, the aqueous layer was extracted with toluene, and the combined organic layers were concentrated under reduced pressure. When methanol was added to the obtained residue and ultrasonic waves were applied, a solid was deposited. The resulting solid was collected by filtration, washed with methanol and dried at 60 ° C. under reduced pressure to obtain 3,3 ″ -dibromo-p-terphenyl as a pale yellow solid as an intermediate (15.6 g, 68). %yield). The reaction formula is as follows.
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000031
 リービッヒ冷却器を備え、窒素パージしている500mL一口フラスコ中に、先に得られた3,3''-ジブロモ-p-ターフェニル(15.6g、40.2mmol)、3-クロロフェニルボロン酸(25.2g、161mmol)、炭酸ナトリウム(17.1g、161mmol)、DMF(120mL)及び超純水(160mL)を加えた。次いで得られた懸濁液中に酢酸パラジウム(903mg、4.02mmol)を加えて60℃で24時間撹拌した。反応混合物を室温まで放冷し、超純水及びトルエンで希釈後不溶物をセライト(登録商標)でろ別した。ろ液を超純水で洗浄し、減圧下濃縮した。得られた残渣にメタノールを加えて超音波をかけ、生じた灰色固体をろ取、メタノール洗浄し、さらに得られた固体を酢酸エチル/ジクロロメタン(体積比:1/2、約700mL)中に再度溶かし、活性炭素(約2g)を加えることで不純物を除去した。活性炭素をろ別後、ろ液を減圧下乾燥することで、3,3''''-ジクロロー1,1':3',1'':4'',1''':3''',1''''-キンクフェニルを白色固体として得た(14.2g、収率78%)。反応式は、下記のとおりである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000032
In a 500 mL one-neck flask equipped with a Liebig condenser and purged with nitrogen, 3,3 ″ -dibromo-p-terphenyl (15.6 g, 40.2 mmol) obtained above, 3-chlorophenylboronic acid ( 25.2 g, 161 mmol), sodium carbonate (17.1 g, 161 mmol), DMF (120 mL) and ultrapure water (160 mL) were added. Then, palladium acetate (903 mg, 4.02 mmol) was added to the obtained suspension, and the mixture was stirred at 60 ° C for 24 hours. The reaction mixture was allowed to cool to room temperature, diluted with ultrapure water and toluene, and filtered to remove insolubles using Celite (registered trademark). The filtrate was washed with ultrapure water and concentrated under reduced pressure. Methanol was added to the obtained residue, and ultrasonic waves were applied thereto. The resulting gray solid was collected by filtration, washed with methanol, and the obtained solid was re-dissolved in ethyl acetate / dichloromethane (volume ratio: 1/2, about 700 mL). Dissolve and remove impurities by adding activated carbon (about 2 g). After filtering off the activated carbon, the filtrate was dried under reduced pressure to give 3,3 ″ ″-dichloro-1,1 ′: 3 ′, 1 ″: 4 ″, 1 ′ ″: 3 ″. ', 1''''-Kinkphenyl was obtained as a white solid (14.2 g, 78% yield). The reaction formula is as follows.
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000032
 リービッヒ冷却器とディーン・スタックトラップを備え、窒素パージしている100mLの三口フラスコ中へ、2,5-ジクロロベンゼンスルホン酸2水和物(2.5mmol)と上記で得られたキンクフェニルジクロロモノマー(1.1mmol)、2,2'-ビピリジル(11mmol)、炭酸カリウム(2.8mmol)を加え、ジメチルスルホキシド(DMSO)(22mL)へ溶解した。脱水操作のために、共沸剤として脱水トルエン(4mL)を加えた。最初に170℃へと昇温し、脱水操作を2時間行った。水とトルエンを除去後、80℃へと温度を下げ、ビス(1,5-シクロオクタジエン)ニッケル(0)(11mmol)を加えてカップリング重合反応を開始した。3時間反応後放冷し、メタノール中へと滴下した。得られた黒色固体を塩酸洗浄2回、純水洗浄3回行い、真空乾燥することで黄色の重合体を収率97%で得た。反応式は、下記のとおりである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000033
Into a 100 mL three-necked flask equipped with a Liebig condenser and Dean stack trap and purged with nitrogen, 2,5-dichlorobenzenesulfonic acid dihydrate (2.5 mmol) and the kink phenyldichloro monomer obtained above (1.1 mmol), 2,2′-bipyridyl (11 mmol) and potassium carbonate (2.8 mmol) were added and dissolved in dimethyl sulfoxide (DMSO) (22 mL). For the dehydration operation, dehydrated toluene (4 mL) was added as an azeotropic agent. First, the temperature was raised to 170 ° C., and the dehydration operation was performed for 2 hours. After removing water and toluene, the temperature was lowered to 80 ° C., and bis (1,5-cyclooctadiene) nickel (0) (11 mmol) was added to start a coupling polymerization reaction. After the reaction for 3 hours, the mixture was allowed to cool and dropped into methanol. The obtained black solid was washed twice with hydrochloric acid and three times with pure water, and dried under vacuum to obtain a yellow polymer in a yield of 97%. The reaction formula is as follows.
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000033
 上記で得られた重合体を用いた以外は、実施例1と同様にして乾燥する前の膜厚が約25μmの高分子電解質膜を得た。 高分子 A polymer electrolyte membrane having a thickness of about 25 μm before drying was obtained in the same manner as in Example 1 except that the polymer obtained above was used.
 <比較例2>
 還流管とDeanStark管を取り付けた500mLの4つ口フラスコに、4,4’-ジクロロジフェニルスルホン(31.6g,110mmol)、4,4’-ジヒドロキシベンゾフェノン(21.4g,100mmol)、炭酸カリウム(20.7g,150mmol)、ジメチルアセトアミド(200mL)、及びトルエン(50mL)を加えた。混合物を170℃に加熱し、生成した水を除去しながら35時間、攪拌を続けた。4,4’-ジクロロジフェニルスルホン(0.5g)を追加し、さらに5時間攪拌した。混合物を、濾紙を用いて濾過し、過剰の炭酸カリウムを除去した後、濾液を500mLのメタノールに注いで、生成物を再沈殿させた。生成物を減圧下、70℃で4時間乾燥させた後、500mLの純水で、60℃で2回洗浄、さらに500mLのメタノールで60℃で1回洗浄し、減圧下、70℃で一晩乾燥させ、下記反応式で示される反応によって疎水部オリゴマーを41.5g得た。GPC法で測定した分子量はMn=5400、Mw=13900であった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000034
<Comparative Example 2>
In a 500 mL four-necked flask equipped with a reflux tube and a Dean Stark tube, 4,4′-dichlorodiphenylsulfone (31.6 g, 110 mmol), 4,4′-dihydroxybenzophenone (21.4 g, 100 mmol), potassium carbonate ( 20.7 g, 150 mmol), dimethylacetamide (200 mL), and toluene (50 mL). The mixture was heated to 170 ° C. and stirring was continued for 35 hours while removing generated water. 4,4′-Dichlorodiphenyl sulfone (0.5 g) was added, and the mixture was further stirred for 5 hours. After the mixture was filtered using filter paper to remove excess potassium carbonate, the filtrate was poured into 500 mL of methanol to reprecipitate the product. The product was dried under reduced pressure at 70 ° C. for 4 hours, then washed twice with 500 mL of pure water at 60 ° C., further once with 500 mL of methanol at 60 ° C., and overnight at 70 ° C. under reduced pressure. After drying, 41.5 g of a hydrophobic oligomer was obtained by the reaction represented by the following reaction formula. The molecular weight measured by the GPC method was Mn = 5400 and Mw = 13900.
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000034
 リービッヒ冷却器とディーン・スタックトラップを備え、窒素パージしている2Lの三口フラスコ中へ、2,5-ジクロロベンゼンスルホン酸ナトリウム(31.36g,126mmol)、上記で得られた疎水部オリゴマー(16g,3.5mmol)、2,2’-ビピリジル(47.68g,306mmol)、ジメチルスルホキシド(704mL)、トルエン(176mL)を仕込み、170℃で2時間脱水を行なった。水とトルエンを除去後、80℃へと温度を下げ、ビス(1,5-シクロオクタジエン)ニッケル(0)(40g,145.6mmol)を加えて重合を開始した。2時間反応後、放冷し、反応物をメタノール(2L)に注いで再沈殿させた。得られた固体を6mol/L塩酸(2×2L)で洗浄し、さらに濾液が中性になるまで水で繰り返し洗浄した。減圧下、105℃で乾燥し、目的の重合体を29.9g得た(粗生成物の収率84%)。反応式は下記のとおりである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000035
Into a 2 L three-necked flask equipped with a Liebig condenser and a Dean stack trap and purged with nitrogen, sodium 2,5-dichlorobenzenesulfonate (31.36 g, 126 mmol), the hydrophobic oligomer obtained above (16 g) , 3.5 mmol), 2,2′-bipyridyl (47.68 g, 306 mmol), dimethyl sulfoxide (704 mL), and toluene (176 mL), and the mixture was dehydrated at 170 ° C. for 2 hours. After removing water and toluene, the temperature was lowered to 80 ° C., and bis (1,5-cyclooctadiene) nickel (0) (40 g, 145.6 mmol) was added to initiate polymerization. After reacting for 2 hours, the mixture was allowed to cool, and the reaction product was poured into methanol (2 L) to cause reprecipitation. The obtained solid was washed with 6 mol / L hydrochloric acid (2 × 2 L), and then repeatedly washed with water until the filtrate became neutral. It was dried at 105 ° C. under reduced pressure to obtain 29.9 g of a target polymer (yield of crude product: 84%). The reaction formula is as follows.
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000035
 上記で得られた重合体を用いた以外は、実施例1と同様にして乾燥する前の膜厚が約25μmの高分子電解質膜を得た。 高分子 A polymer electrolyte membrane having a thickness of about 25 μm before drying was obtained in the same manner as in Example 1 except that the polymer obtained above was used.
 <比較例3>
 市販されてるパーフルオロスルホン酸系電解質膜「Nafion(登録商標)NRE212」(膜厚50μm)を比較例3として用いた。
<Comparative Example 3>
A commercially available perfluorosulfonic acid-based electrolyte membrane “Nafion (registered trademark) NRE212” (film thickness 50 μm) was used as Comparative Example 3.
 実施例1~3及び比較例1~2で得られた乾燥後の高分子電解質膜を用いて、平均分子量、イオン交換容量(IEC)、耐酸化性(Fenton試験)、およびエタノールへの溶解性の評価を、上記の方法に従い実施した。また、親水性セグメントの繰り返し単位の繰り返し数(x)、疎水性セグメントの繰り返し単位の繰り返し数(y)、およびそのモル比(x/y)を、高分子電解質の数平均分子量(Mn)とIECから計算した。それらの結果を下記表1に示した。 Using the dried polymer electrolyte membranes obtained in Examples 1-3 and Comparative Examples 1-2, average molecular weight, ion exchange capacity (IEC), oxidation resistance (Fenton test), and solubility in ethanol Was evaluated according to the method described above. Further, the number of repeating units of the hydrophilic segment (x), the number of repeating units of the hydrophobic segment (y), and the molar ratio (x / y) thereof are defined as the number average molecular weight (Mn) of the polymer electrolyte. Calculated from IEC. The results are shown in Table 1 below.
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000036
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000036
 表1のデータから、実施例1~3の電解質膜は、原料の仕込み比を調整することにより、IECを広い範囲で制御できることが確認された。また、耐酸化性が高いことが知られている比較例1の電解質膜(特許文献5)と同様に、Fenton試験に対して高い耐性、すなわち酸化劣化に対する耐性が高いことが分かった。一方、分子鎖中にエーテル結合等のヘテロ結合を有する比較例2の電解質膜は、Fenton試験で分子鎖が分解し、平均分子量やIECの保持率が極めて低かった。また、実施例1~3の電解質はエタノールに溶解するが、比較例の電解質はいずれもエタノールに溶解しなかった。 デ ー タ From the data in Table 1, it was confirmed that the electrolyte membranes of Examples 1 to 3 can control IEC over a wide range by adjusting the charge ratio of the raw materials. In addition, similarly to the electrolyte membrane of Comparative Example 1 (Patent Document 5), which is known to have high oxidation resistance, it was found that the resistance to the Fenton test was high, that is, the resistance to oxidation degradation was high. On the other hand, in the electrolyte membrane of Comparative Example 2 having a hetero bond such as an ether bond in the molecular chain, the molecular chain was decomposed in the Fenton test, and the average molecular weight and IEC retention were extremely low. Further, the electrolytes of Examples 1 to 3 were dissolved in ethanol, but none of the electrolytes of Comparative Examples were dissolved in ethanol.
 実施例1~3及び比較例1~3の高分子電解質膜のプロトン伝導度を、上述した方法のとおりに測定した。その結果を図1に示した。 (4) The proton conductivity of the polymer electrolyte membranes of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 was measured as described above. The result is shown in FIG.
 図1から分かるように、実施例1~3の高分子電解質膜は、IECが高くなるとともにプロトン伝導度は高くなり、実施例2の高分子電解質膜は、同等のIECを有する比較例1の高分子電解質膜と同等の高いプロトン伝導度を有していた。また、実施例1及び2の高分子電解質膜は、市販品である比較例3の高分子電解質膜と比べて、相対湿度が40%以上の領域において、より高いプロトン伝導度を示した。 As can be seen from FIG. 1, the polymer electrolyte membranes of Examples 1 to 3 have higher IEC and higher proton conductivity, and the polymer electrolyte membrane of Example 2 has the same IEC as that of Comparative Example 1 having the same IEC. It had high proton conductivity equivalent to that of the polymer electrolyte membrane. In addition, the polymer electrolyte membranes of Examples 1 and 2 exhibited higher proton conductivity in the region where the relative humidity was 40% or more than the polymer electrolyte membrane of Comparative Example 3 which is a commercially available product.
 実施例1及び2、並びに比較例1及び3の高分子電解質膜の粘弾性を、上述した方法のとおりに測定した。その結果を図2に示した。図2(a)は貯蔵弾性率を示し、図2(b)は損失弾性率を示し、図2(c)は損失正接を示している。 粘 The viscoelasticity of the polymer electrolyte membranes of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 3 were measured as described above. The result is shown in FIG. 2A shows the storage modulus, FIG. 2B shows the loss modulus, and FIG. 2C shows the loss tangent.
 図2のデータから、実施例の高分子電解質膜は、比較例の高分子電解質膜と同様、粘弾性の湿度依存性が小さく、燃料電池運転時の乾燥湿潤が繰り返される条件においても機械的に安定であることが示唆された。 From the data in FIG. 2, it was found that the polymer electrolyte membrane of the example had a small humidity dependence of viscoelasticity, similarly to the polymer electrolyte membrane of the comparative example, and mechanically operated under dry and wet conditions during fuel cell operation. It was suggested to be stable.
 実施例1及び2の高分子電解質膜のFenton試験前後のプロトン伝導度を上述した方法のとおりに測定し、その結果を図3に示した。 (4) The proton conductivity of the polymer electrolyte membranes of Examples 1 and 2 before and after the Fenton test was measured according to the method described above, and the results are shown in FIG.
 図3から分かるように、実施例1及び2の電解質膜は、Fenton試験後も試験前(初期)と比べてプロトン伝導度にほとんど変化はなく、高い耐酸化性を有していた。 分 か る As can be seen from FIG. 3, the electrolyte membranes of Examples 1 and 2 showed little change in proton conductivity after the Fenton test compared with before the test (initial stage), and had high oxidation resistance.
 実施例1及び2の高分子電解質膜のFenton試験前後の粘弾性を測定し、その結果を図4に示した。図4(a)は貯蔵弾性率を示し、図4(b)は損失弾性率を示し、図4(c)は損失正接を示している。 (4) The viscoelasticity of the polymer electrolyte membranes of Examples 1 and 2 before and after the Fenton test was measured, and the results are shown in FIG. 4A shows the storage modulus, FIG. 4B shows the loss modulus, and FIG. 4C shows the loss tangent.
 図4から分かるように、実施例1及び2の電解質膜のFenton試験後の動的粘弾性は、初期と比べてほとんど変化がなく、化学的耐久性が高かった。 分 か る As can be seen from FIG. 4, the dynamic viscoelasticity of the electrolyte membranes of Examples 1 and 2 after the Fenton test hardly changed compared to the initial stage, and the chemical durability was high.
 実施例2及び比較例1の高分子電解質膜を用いて上述したとおりにOCV耐久試験を実施した。結果を図5に示した。 O An OCV durability test was performed using the polymer electrolyte membranes of Example 2 and Comparative Example 1 as described above. The results are shown in FIG.
 図5から分かるように、実施例2の高分子電解質膜の開回路電圧は、比較例1に比較して経時での低下が小さく、化学的な耐久性がより高かった。 分 か る As can be seen from FIG. 5, the open circuit voltage of the polymer electrolyte membrane of Example 2 was smaller than that of Comparative Example 1 over time, and the chemical durability was higher.
 実施例2、比較例1及び3の高分子電解質膜のガス透過性を上述したとおりに測定した。その結果を図6に示した。図6(a)は水素透過性を示し、図6(b)は酸素透過性を示している。 ガ ス The gas permeability of the polymer electrolyte membranes of Example 2, Comparative Examples 1 and 3 was measured as described above. FIG. 6 shows the result. FIG. 6A shows hydrogen permeability, and FIG. 6B shows oxygen permeability.
 図6から分かるように、実施例2の高分子電解質膜のガス透過性は、比較例1の電解質膜に比較してやや高いものの、比較例3のパーフルオロスルホン酸系電解質膜よりも低い(ガス遮断性が高い)結果となった。 As can be seen from FIG. 6, the gas permeability of the polymer electrolyte membrane of Example 2 was slightly higher than the electrolyte membrane of Comparative Example 1, but was lower than that of the perfluorosulfonic acid-based electrolyte membrane of Comparative Example 3 (gas (High barrier property).
 以上のように、本発明の高分子電解質は、プロトン伝導性が高く、耐酸化性及び化学的耐久性に優れ、機械物性の湿度依存性が小さく、さらに高いガス遮断性を有する。製造が容易で、沸点が低いアルコール類溶媒への溶解性が良好なため製膜等の成形性に優れ、燃料電池の電解質膜等に好適である。 As described above, the polymer electrolyte of the present invention has high proton conductivity, excellent oxidation resistance and chemical durability, low mechanical properties of humidity dependency, and high gas barrier properties. Since it is easy to produce and has good solubility in alcohol solvents having a low boiling point, it has excellent moldability such as film formation and is suitable for an electrolyte membrane of a fuel cell.

Claims (13)

  1.  下記一般式(1)で表される構造を有する疎水性セグメント、及びスルホン酸基を有し主鎖が主に芳香環からなる親水性セグメントで構成され、疎水性セグメントと親水性セグメントが芳香環の直接結合で連結されていることを特徴とする高分子電解質。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
     (前記一般式(1)中、Ra及びRbは、それぞれ、独立にフッ素又はパーフルオロアルキル基を表し、yは1~2000の整数を表し、ベンゼン環上の水素はフッ素、アルキル基、パーフルオロアルキル基、アリール基、アラルキル基、及びシアノ基からなる群から選ばれる一つ以上で置換されていてもよい。)
    A hydrophobic segment having a structure represented by the following general formula (1), and a hydrophilic segment having a sulfonic acid group and a main chain mainly composed of an aromatic ring, wherein the hydrophobic segment and the hydrophilic segment are aromatic rings. A polymer electrolyte characterized by being connected by a direct bond of
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
    (In the general formula (1), R a and R b each independently represent a fluorine or perfluoroalkyl group, y represents an integer of 1 to 2,000, and hydrogen on the benzene ring is fluorine, an alkyl group, (It may be substituted with one or more selected from the group consisting of a perfluoroalkyl group, an aryl group, an aralkyl group, and a cyano group.)
  2.  前記一般式(1)中、Ra及びRbが、いずれもトリフルオロメチル基である請求項1に記載の高分子電解質。 The polymer electrolyte according to claim 1, wherein in the general formula (1), Ra and Rb are both trifluoromethyl groups.
  3.  前記一般式中、yが6~500の整数である請求項1又は2に記載の高分子電解質。 高分子 The polymer electrolyte according to claim 1, wherein in the general formula, y is an integer of 6 to 500.
  4.  前記親水性セグメントが、下記式群(2)で表される構造群から選択される1以上の構造を有することを特徴とする請求項1~3のいずれか1項に記載の高分子電解質。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
     (前記式群(2)中、wは1~4の整数を表し、k及びlはそれぞれ0~4の整数を表し、かつk+lは1以上の整数である。pは0~10の整数、qは0~10の整数、rは1~4の整数を表す。Aは、-CO-、-SO2-、及び-C(CF32-からなる群から選ばれた少なくとも1種の構造を表す。Dは、-CO-、-SO2-、-SO-、-CONH-、-COO-、-(CF2t-(tは1~10の整数)、及び-C(CF32-からなる群から選ばれた少なくとも1種の構造を表す。Eは直接結合、又は、-(CH2j-(jは1~10の整数)、-C(CH32-、-O-、及び-S-からなる群から選ばれた少なくとも1種の構造を表す。Ar1は、-SO3H又は-O(CH2zSO3H(zは1~12の整数)で表される置換基を有する芳香族基を表す。)
    The polymer electrolyte according to any one of claims 1 to 3, wherein the hydrophilic segment has one or more structures selected from a group of structures represented by the following formula group (2).
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
    (In the above formula group (2), w represents an integer of 1 to 4, k and l each represent an integer of 0 to 4, and k + 1 is an integer of 1 or more. P is an integer of 0 to 10, q represents an integer of 0 to 10, r represents an integer of 1 to 4. A represents at least one member selected from the group consisting of -CO-, -SO 2- , and -C (CF 3 ) 2- . D represents —CO—, —SO 2 —, —SO—, —CONH—, —COO—, — (CF 2 ) t — (t is an integer of 1 to 10), and —C (CF 3 ) represents at least one kind of structure selected from the group consisting of 2-, E is a direct bond, or-(CH 2 ) j- (j is an integer of 1 to 10), -C (CH 3 ) 2 Represents at least one structure selected from the group consisting of —, —O—, and —S—, where Ar 1 is —SO 3 H or —O (CH 2 ) z SO 3 H (z is 1 to 12) of It represents an aromatic group having a substituent represented by a number).)
  5.  前記親水性セグメントが、下記式群(15)で表される構造群から選択される1以上の構造を有する請求項1~4のいずれか1項に記載の高分子電解質。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
    (前記式群(15)中、wは1~4の整数を表し、k及びlはそれぞれ0~4の整数を表し、かつk+lは1以上の整数である。)
    5. The polymer electrolyte according to claim 1, wherein the hydrophilic segment has one or more structures selected from the group of structures represented by the following formula group (15).
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
    (In the above formula group (15), w represents an integer of 1 to 4, k and l each represent an integer of 0 to 4, and k + 1 is an integer of 1 or more.)
  6.  下記一般式(3)で表される構造を有する請求項1~5のいずれか1項に記載の高分子電解質。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
    (前記一般式(3)中、xは1~2000の整数、yは1~2000の整数を表す。)
    The polymer electrolyte according to any one of claims 1 to 5, having a structure represented by the following general formula (3).
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
    (In the general formula (3), x represents an integer of 1 to 2000, and y represents an integer of 1 to 2000.)
  7.  請求項1~6のいずれか1項に記載の高分子電解質の製造方法であって、
     下記一般式(4)で表される構造を有する化合物と、下記式群(5)で表される構造群から選択される構造を有する1以上の化合物を、遷移金属化合物の存在下に共重合することを特徴とする高分子電解質の製造方法。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
    (前記一般式(4)中、Halは、塩素、臭素、又はヨウ素を表し、Ra、Rbは、それぞれ、独立にフッ素又はパーフルオロアルキル基を表し、ベンゼン環上の水素はフッ素、アルキル基、パーフルオロアルキル基、アリール基、アラルキル基、及びシアノ基からなる群から選ばれる一つ以上で置換されていてもよい。)
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006
    (前記式群(5)中、Halは、塩素、臭素、又はヨウ素を表し、wは1~4の整数を表し、k及びlはそれぞれ0~4の整数を表し、かつk+lは1以上の整数である。pは0~10の整数、qは0~10の整数、rは1~4の整数を表す。Aは、-CO-、-SO2-、及び-C(CF32-からなる群から選ばれた少なくとも1種の構造を表す。Dは、-CO-、-SO2-、-SO-、-CONH-、-COO-、-(CF2t-(tは1~10の整数)、及び-C(CF32-からなる群から選ばれた少なくとも1種の構造を表す。Eは直接結合、又は、-(CH2j-(jは1~10の整数)、-C(CH32-、-O-、及び-S-からなる群から選ばれた少なくとも1種の構造を表す。Ar1は、-SO3H、又は-O(CH2zSO3H(zは1~12の整数)で表される置換基を有する芳香族基を表す。Mは水素、アルカリ金属、炭素数1~12のアルキル基、炭素数5~12のシクロアルキル基、炭素数6~18のアリール基、又は炭素数7~20のアラルキル基を表す。)
    The method for producing a polymer electrolyte according to any one of claims 1 to 6, wherein
    A compound having a structure represented by the following general formula (4) and one or more compounds having a structure selected from a structure group represented by the following formula group (5) are copolymerized in the presence of a transition metal compound. A method for producing a polymer electrolyte.
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
    (In the general formula (4), Hal represents chlorine, bromine or iodine, R a and R b each independently represent a fluorine or a perfluoroalkyl group, and hydrogen on the benzene ring is fluorine or alkyl. Group, a perfluoroalkyl group, an aryl group, an aralkyl group, and a cyano group.
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006
    (In the formula group (5), Hal represents chlorine, bromine, or iodine, w represents an integer of 1 to 4, k and l each represent an integer of 0 to 4, and k + 1 represents 1 or more. P is an integer of 0 to 10, q is an integer of 0 to 10, r is an integer of 1 to 4. A is —CO—, —SO 2 —, and —C (CF 3 ) 2 -Represents at least one structure selected from the group consisting of-, wherein D is -CO-, -SO 2- , -SO-, -CONH-, -COO-,-(CF 2 ) t- (t is Represents an at least one structure selected from the group consisting of an integer of 1 to 10) and —C (CF 3 ) 2 —, wherein E is a direct bond or — (CH 2 ) j — (j is 1 to 10 integer), - C (CH 3) 2 -, - O-, and .Ar 1 representing at least one structure selected from the group consisting of -S- are, -SO 3 H, the -O (CH 2) z SO 3 H (z is an integer between 1 and 12) .M representing an aromatic group having a substituent represented by hydrogen, an alkali metal, an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, carbon Represents a cycloalkyl group having 5 to 12 carbon atoms, an aryl group having 6 to 18 carbon atoms, or an aralkyl group having 7 to 20 carbon atoms.)
  8.  請求項1~6のいずれか1項に記載の高分子電解質を用いた高分子電解質膜。 (7) A polymer electrolyte membrane using the polymer electrolyte according to any one of (1) to (6).
  9.  イオン交換容量(IEC)が2.0~3.6meq./gである請求項8に記載の高分子電解質膜。 が Ion exchange capacity (IEC) is 2.0 to 3.6 meq. The polymer electrolyte membrane according to claim 8, wherein the ratio is / g.
  10.  フェントン溶液(2ppmのFeSO4を含む3%H22)中において80℃で1時間処理するフェントン試験における重量保持率が95%以上である請求項8又は9記載の高分子電解質膜。 Fenton solution (2ppm 3% H 2 O 2 containing FeSO 4) of the weight retention ratio Fenton's test for 1 hour at 80 ° C. 95% or more according to claim 8 or 9, wherein the polymer electrolyte membrane in a.
  11.  請求項1~6のいずれか1項に記載の高分子電解質を用いた燃料電池用触媒層。 A catalyst layer for a fuel cell using the polymer electrolyte according to any one of claims 1 to 6.
  12.  請求項1~6のいずれか1項に記載の高分子電解質を用いた燃料電池用膜/電極接合体。 (7) A membrane / electrode assembly for a fuel cell using the polymer electrolyte according to any one of (1) to (6).
  13.  請求項1~6のいずれか1項に記載の高分子電解質を用いた燃料電池。 (7) A fuel cell using the polymer electrolyte according to any one of (1) to (6).
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