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JP2002332366A - Process for preparing sulfonate group-containing polymer film - Google Patents

Process for preparing sulfonate group-containing polymer film

Info

Publication number
JP2002332366A
JP2002332366A JP2001140331A JP2001140331A JP2002332366A JP 2002332366 A JP2002332366 A JP 2002332366A JP 2001140331 A JP2001140331 A JP 2001140331A JP 2001140331 A JP2001140331 A JP 2001140331A JP 2002332366 A JP2002332366 A JP 2002332366A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
polymer
film
general formula
group
type
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2001140331A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takehiro Koga
健裕 古賀
Masanori Ikeda
池田  正紀
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Asahi Kasei Corp
Original Assignee
Asahi Kasei Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Asahi Kasei Corp filed Critical Asahi Kasei Corp
Priority to JP2001140331A priority Critical patent/JP2002332366A/en
Publication of JP2002332366A publication Critical patent/JP2002332366A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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  • Treatments Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)
  • Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an efficient process for preparing a polymeric, solid electrolyte film. SOLUTION: In a process for preparing a sulfonate group-containing fluorine polymer, a fluorine polymer containing a repeating unit having a sulfonyl fluoride group at its side chain terminal is treated with an amine to obtain a polymer, which is heat molded and subsequently treated with an acid to be converted, via a single step, into a fluorine polymer containing a repeating unit having a sulfonate group.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池用隔膜な
どのフッ素系高分子電解質膜として有用なフッ素系ポリ
マー膜の製造方法に関する。
The present invention relates to a method for producing a fluorine-based polymer membrane useful as a fluorine-based polymer electrolyte membrane such as a fuel cell diaphragm.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、電解質として固体高分子隔膜を用
いた燃料電池が、小型軽量化が可能であり、かつ比較的
低温でも高い出力密度が得られることから注目され、特
に自動車用途に向けた開発が加速されている。このよう
な目的に用いられる固体高分子電解質には、優れたプロ
トン伝導度、適度な保水性、水素ガス、酸素ガス等に対
するガスバリア性などが要求される。このような要件を
満たす材料として、スルホン酸基やホスホン酸基を主
鎖、あるいは側鎖の末端に有する高分子が種々検討さ
れ、多くの材料が提案されてきている(O.Savad
ogo、 Jounal of New Materi
als for Electrochemical S
ystems I、47−66(1998)など)。し
かし、実際の燃料電池運転条件下では、電極において高
い酸化力を有する活性酸素種が発生し、特に長期に渡り
燃料電池を安定に運転させるためには、このような過酷
な酸化雰囲気下での耐久性が要求される。現在までに提
案されている多くの炭化水素系材料は、燃料電池の運転
の初期特性に関しては優れた特性を示すものが多いが、
長期運転に関しては不安を指摘される例が多い。
2. Description of the Related Art In recent years, fuel cells using a solid polymer membrane as an electrolyte have been attracting attention because they can be reduced in size and weight and have a high output density even at a relatively low temperature. Development is accelerating. Solid polymer electrolytes used for such purposes are required to have excellent proton conductivity, appropriate water retention, gas barrier properties against hydrogen gas, oxygen gas, and the like. As a material satisfying such requirements, various polymers having a sulfonic acid group or a phosphonic acid group at the terminal of a main chain or a side chain have been studied, and many materials have been proposed (O. Savad).
ogo, Journal of New Materi
als for Electrochemical S
systems I, 47-66 (1998)). However, under actual fuel cell operating conditions, active oxygen species having high oxidizing power are generated at the electrodes, and in order to stably operate the fuel cell over a long period of time, especially under such a severe oxidizing atmosphere, Durability is required. Many hydrocarbon-based materials that have been proposed to date show excellent characteristics with respect to the initial characteristics of fuel cell operation,
In many cases, concerns have been raised about long-term operation.

【0003】このため、現在、実用化に向けた検討とし
ては、下記一般式(4):
For this reason, at present, studies for practical use include the following general formula (4):

【化4】 (上記一般式(4)中、mは0または1、nは2または
3、k、lは1以上の整数で、1.5≦k/l≦14)
で表されるパーフルオロポリマーが主に採用されてい
る。
Embedded image (In the above general formula (4), m is 0 or 1, n is 2 or 3, k, l is an integer of 1 or more, and 1.5 ≦ k / l ≦ 14)
Is mainly employed.

【0004】このポリマーは、熱溶融による成型温度と
熱分解温度が極めて近く、一般式(4)の構造のままで
熱成型をすることは一般に困難である。そこで通常は熱
可塑性を持つ下記一般式(5):
[0004] This polymer has an extremely close molding temperature and thermal decomposition temperature due to thermal melting, and it is generally difficult to perform thermoforming with the structure of general formula (4). Therefore, the following general formula (5) which usually has thermoplasticity:

【化5】 (上記一般式(5)中、m、nは上記一般式式(4)と
同じ)で表されるパーフルオロビニルエーテルモノマー
とテトラフルオロエチレン(TFE)との共重合体を溶
融成型により製膜した後、鹸化及び酸処理反応を施すこ
とによって上記一般式(4)の構造の膜を得ている。
Embedded image (In the general formula (5), m and n are the same as the general formula (4).) A copolymer of a perfluorovinyl ether monomer represented by the general formula (4) and tetrafluoroethylene (TFE) was formed by melt molding. Thereafter, a film having the structure represented by the general formula (4) is obtained by performing saponification and acid treatment reactions.

【0005】すなわち、従来は、側鎖末端が−SO2
型である含フッ素ポリマーを溶融成型などによりフィル
ムに成型し、このフィルムをNaOHやKOHなどのア
ルカリによりスルホン酸塩型に変換後、さらに塩酸など
の酸との反応により−SO3H型に変換するという手段
が用いられている。
That is, conventionally, the terminal of the side chain is -SO 2 F
The fluoropolymer of the type molded into a film by such melt molding, converting the film converted to alkali by sulfonate type, such as NaOH or KOH, to further -SO 3 H form by reaction with an acid such as hydrochloric acid Means is used.

【0006】ところが、このような従来の製膜プロセス
においては、実用的な共重合組成の−SO2 F型共重合
体のフィルムをロールプロセス等により連続処理を行お
うとした場合、以下のような問題がある。 1)−SO2 F型ではフィルムが柔らかすぎて張力を高
く出来ず、高速製膜が出来ないとか、製膜中にたるみが
発生しやすい等の問題がある。また、さらに、−SO2
F型ポリマーではフィルムの粘着性が高いため、合紙な
どを用いてフィルム同士の粘着を防ぐ必要があり、生産
性が妨げられている。 2)さらには、フィルム処理工程、特に鹸化工程(アル
カリ処理工程)においては、高温、長時間の反応が必要
である。又、さらに本工程においては、鹸化前後のフィ
ルムの寸法変化が著しく、そのため製膜中での皺が発生
しやすく、それを抑制するためにも生産性を上げること
が困難である。なお、−SO2 F型ポリマーのアルカリ
処理により得られるスルホン酸塩型ポリマーの製膜が可
能であれば−SO3 H型への変換が容易であるため好ま
しいが、実際には−SO3 M(M=アルカリ金属、アル
カリ土類金属)の型では成型可能な温度が高温になり、
工業的に有利に製膜する事は困難である。
However, in such a conventional film forming process, when a continuous process is performed on a film of a -SO 2 F type copolymer having a practical copolymer composition by a roll process or the like, the following process is required. There's a problem. 1) -SO 2 F type film has problems such that the film is too soft to increase the tension, and high-speed film formation cannot be performed, and sag tends to occur during film formation. Further, -SO 2
Since the F-type polymer has high adhesiveness of the film, it is necessary to prevent the adhesiveness between the films using interleaving paper or the like, which hinders productivity. 2) Further, in the film treatment step, particularly in the saponification step (alkali treatment step), a high-temperature and long-time reaction is required. Further, in this step, the dimensional change of the film before and after saponification is remarkable, so that wrinkles are likely to occur during the film formation, and it is difficult to increase the productivity in order to suppress the wrinkles. Although preferred for film formation of the sulfonate-type polymer obtained by alkaline treatment of -SO 2 F type polymer is easy to convert to possible -SO 3 H type, actually -SO 3 M In the case of (M = alkali metal, alkaline earth metal) mold, the moldable temperature becomes high,
It is difficult to form a film industrially advantageously.

【0007】米国特許第3,784,399号公報にお
いて、−SO2 F型のポリマー膜表面をアンモニアで表
面処理することによりスルホンアミド(−SO2
2 )化した膜が、食塩電解の用途に好適に使用しうる
ことが開示されている。該ポリマー膜に関する技術は、
水存在下でのアミンとの反応により得られる中間体ポリ
マーを経て最終的に−SO3 H型ポリマーの膜に誘導す
る本発明とは、膜の化学構造においても、用途において
も異なるものである。
In US Pat. No. 3,784,399, sulfonamide (—SO 2 N) is obtained by treating the surface of a —SO 2 F type polymer film with ammonia.
H 2) phased film, it can be suitably used in the brine electrolysis applications is disclosed. The technology related to the polymer membrane is as follows.
Via Intermediate polymer obtained by reaction of an amine in the presence of water with the present invention that induces the film finally -SO 3 H type polymer, in the chemical structure of the film is different from even in applications .

【0008】また、特開昭50−49394号公報に
は、側鎖末端−SO3 H型ポリマーあるいはその塩を、
第三アミンや第四アンモニウム塩基等と接触させ、次い
で接触させた重合体を溶融処理するフッ素化重合体の処
理方法が開示されている。当該技術は、−SO3 H型ポ
リマーフィルムの欠陥部分を溶融処理により補修するこ
とを目的にしたものであり、本発明において示される、
1)―SO2 F型ポリマーの水存在下でのアミン化合物
との接触による処理、2)当該変性膜の特性およびその
特性を活かした高生産性製膜法、あるいは、3)前記工
程で得られた膜の酸処理のみによる高生産性−SO3
型化処理等とは、方法、用途においても異なるものであ
る。
Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 50-49394 discloses a polymer having a side chain terminal —SO 3 H type or a salt thereof.
A method for treating a fluorinated polymer is disclosed in which the polymer is brought into contact with a tertiary amine, a quaternary ammonium base, or the like, and then the polymer that has been brought into contact is melt-treated. The technology has the purpose of a defective portion of the -SO 3 H type polymer film repair by melt processing, shown in the present invention,
1) treatment of the -SO 2 F type polymer by contact with an amine compound in the presence of water, 2) characteristics of the modified film and a high-productivity film forming method utilizing the characteristics, or Productivity-SO 3 H by only acid treatment of the treated membrane
It differs from the patterning process in the method and application.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記プロトン
型固体電解質膜製造における粘着性、加工性、さらには
加水分解プロセスの繁雑性等の問題点を解消し、燃料電
池等の用途に適したプロトン型固体電解質膜を効率よく
製造する方法および、その製膜工程に適した新規前駆体
ポリマーを提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the problems of tackiness, processability, and complexity of the hydrolysis process in the production of the proton-type solid electrolyte membrane, and is suitable for use in fuel cells and the like. It is an object of the present invention to provide a method for efficiently producing a proton-type solid electrolyte membrane and a novel precursor polymer suitable for the film-forming process.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記課題を
解決するために鋭意研究を重ねた結果、水存在下でアミ
ン化合物で処理したポリマーを中間体として経由するこ
とで、効率よく目的プロトン伝導性ポリマーを製造でき
ることを見い出し、本発明をなすに至った。即ち本発明
は、下記一般式(1):
Means for Solving the Problems The inventors of the present invention have conducted intensive studies to solve the above-mentioned problems, and as a result, it has been found that a polymer treated with an amine compound in the presence of water is used as an intermediate to efficiently achieve the object. The inventors have found that a proton conductive polymer can be produced, and have accomplished the present invention. That is, the present invention provides the following general formula (1):

【化6】 −Rf −SO3 H (1) (上記一般式(1)中、Rf は炭素数1〜4のパーフル
オロアルキレン基を表す)で表されるスルホン酸基を側
鎖に含有するポリマーからなる膜の製造方法であって、
Embedded image In the side chain, a sulfonic acid group represented by —R f —SO 3 H (1) (in the above general formula (1), R f represents a perfluoroalkylene group having 1 to 4 carbon atoms) A method for producing a film comprising a polymer, comprising:

【0011】下記一般式(2)The following general formula (2)

【化7】 −Rf −SO2 F (2) (上記一般式(2)中、Rf は上記一般式(1)と同
じ)で表される置換基を側鎖に含有するポリマーを、水
の存在下でアミン化合物と接触させる工程、2)得られ
た変性ポリマーを溶融製膜する工程、3)得られた膜を
酸で処理する工程を順次経ることを特徴とする方法であ
り、
Embedded image A polymer containing a substituent represented by the side chain represented by —R f —SO 2 F (2) (in the above formula (2), R f is the same as in the above formula (1)) A step of bringing into contact with an amine compound in the presence of water, 2) a step of melt-forming the obtained modified polymer, and 3) a step of treating the obtained film with an acid.

【0012】スルホン酸基含有側鎖が下記式(3)The sulfonic acid group-containing side chain has the following formula (3)

【化8】 (上記式(3)中、mは0または1、nは2または3)
で表されることを特徴とする、スルホン酸基を側鎖に含
有するポリマーからなる膜の製造方法であり、さらにこ
の場合のスルホン酸基1個当たりの分子量(Equiv
alent weight::以下EWと表現する)が
400〜1500であることを特徴とする、スルホン酸
基を側鎖に含有するポリマーからなる膜の製造方法に関
するものである。
Embedded image (In the above formula (3), m is 0 or 1, n is 2 or 3)
The method for producing a membrane comprising a polymer having a sulfonic acid group in a side chain, characterized in that the molecular weight per one sulfonic acid group (Equiv
The present invention relates to a method for producing a membrane comprising a polymer containing a sulfonic acid group in a side chain, wherein the weight of the polymer (alent weight: hereinafter referred to as EW) is 400 to 1500.

【0013】以下、本発明について詳細に説明する。す
なわち、本発明者等は従来のスルホン酸前駆体である−
SO2 F型のポリマーを、水の存在下でアミン化合物で
処理することにより、容易に高熱安定性の熱可塑性の中
間体ポリマーに変換出来る事を見出した。該中間体ポリ
マーは、高い熱分解温度を示すとともに、低温領域での
溶融成型が可能であるので、ポリマーを変性させること
なくマイルドな条件で安定して溶融製膜できるものであ
る。
Hereinafter, the present invention will be described in detail. That is, the present inventors are conventional sulfonic acid precursors-
It has been found that by treating an SO 2 F type polymer with an amine compound in the presence of water, it can be easily converted to a thermoplastic intermediate polymer having high heat stability. Since the intermediate polymer exhibits a high thermal decomposition temperature and can be melt-molded in a low temperature region, it can be stably melt-formed under mild conditions without denaturing the polymer.

【0014】本発明者等は、さらに、この方法で得られ
た該中間体ポリマーの膜は、−SO 2 F基を有するポリ
マーの膜に比べて粘着性が低く、膜同士を重ね合わせて
も粘着しにくく剥がしやすいため合紙が不要である事、
さらには、−SO2 F型ポリマーの膜に比べ弾性率が高
く、高いテンションをかけた高速製膜が可能である事等
の特徴を有し、高生産性での製膜に適している事を見出
した。また、この方法で得られた該中間体ポリマーの膜
は、温和な条件での酸処理のみで容易に−SO3 H型ポ
リマーに変換できる事、さらには、当該酸処理工程前後
での膜の寸法変化が少ないため−SO2 Fポリマー膜の
鹸化処理工程のような皺の発生を気にしなくて良い事等
から、高生産性での高品質な−SO3 H型ポリマー膜製
造に適している事が分かった。
The present inventors have further obtained this method.
The intermediate polymer membrane is -SO TwoPoly with F group
Adhesion is lower than that of the
No sticky paper is necessary because it is hard to stick and easy to peel off,
Furthermore, -SOTwoHigh elastic modulus compared to F-type polymer film
That high-speed film formation with high tension is possible
Has been found to be suitable for film production with high productivity.
did. Also, a film of the intermediate polymer obtained by this method
Is easily obtained by only acid treatment under mild conditions.ThreeH-type port
That it can be converted to rimer, and before and after the acid treatment step
Changes in the film size at-TwoF polymer membrane
No need to worry about wrinkles like saponification process
From high quality -SO with high productivityThreeMade of H-type polymer film
It turned out to be suitable for construction.

【0015】なお、先述したように、特開昭50−49
394号公報には、側鎖末端−SO 3 H型ポリマーある
いはその塩を、第三アミンや第四アンモニウム塩基等と
接触させ、次いで接触させた重合体を溶融処理するフッ
素化重合体の処理方法が開示されている。当該技術は、
−SO3 H型ポリマーフィルムの欠陥部分を溶融処理に
より補修することを目的にしたものである。したがっ
て、当該公報には、本願の特徴である、1)―SO2
型ポリマーの水存在下でのアミン化合物との接触による
処理、2)当該変性膜の特性およびその特性を活かした
高生産性製膜法、あるいは、3)前記工程で得られた膜
の酸処理のみによる高生産性−SO3 H型化処理等につ
いては全く記載されていない。
As described above, Japanese Patent Application Laid-Open No. 50-49 / 1979
No. 394 discloses a side chain terminal -SO ThreeH-type polymer
Or its salts with tertiary amines, quaternary ammonium bases, etc.
Contact and then melt-process the contacted polymer.
A method for treating a denatured polymer is disclosed. The technology is
-SOThreeH-type polymer film for defect processing
It is intended for more repair. Accordingly
Therefore, the gazette contains the features of the present application, 1) -SOTwoF
Contact of amine-type polymers with amine compounds in the presence of water
Treatment 2) The properties of the modified membrane and its properties were utilized
High productivity film forming method, or 3) film obtained in the above step
Productivity-SO only by acid treatmentThreeH-form treatment etc.
Is not described at all.

【0016】以下に、本発明についてさらに詳しく説明
する。なお、−SO3 H型のポリマーを本発明に使用す
るアミン化合物と接触させることにより本発明の熱可塑
性のポリマーと同等のポリマーに変換することが可能で
あり、このポリマーは本発明の方法と同様の手法にて製
膜可能である。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail. Incidentally, it is possible to convert the thermoplastic polymer and equivalent polymers of the present invention by contacting an amine compound to use polymers of -SO 3 H type in the present invention, a method of the polymer present invention A film can be formed by the same method.

【0017】本発明の方法で使用するアミン化合物とし
てはスルホン酸とアンモニウム塩を形成する多様な構造
の窒素原子含有化合物が該当するが、通常は下記一般式
(6):
As the amine compound used in the method of the present invention, a nitrogen-containing compound having various structures forming an ammonium salt with sulfonic acid is applicable, and usually, the following general formula (6):

【化9】 NR1 2 3 (6) で表される。ここで、上記一般式(6)において、
1 、R2 、R3 は水素、アルキル基、アリール基、ア
ラルキル基である(互いに同じであっても、異なってい
てもよい。)か、又はR1 、R2 、R3 のうちの2個以
上が連結して環構造を形成してもよい。R1 、R2 、R
3 のうち、水素の数は通常3個以内であり、好ましくは
2以下、特に好ましくは1以下である。
Embedded image It is represented by NR 1 R 2 R 3 (6). Here, in the general formula (6),
R 1 , R 2 , and R 3 are hydrogen, an alkyl group, an aryl group, or an aralkyl group (which may be the same or different), or one of R 1 , R 2 , and R 3 Two or more may be linked to form a ring structure. R 1 , R 2 , R
Among 3 , the number of hydrogen is usually 3 or less, preferably 2 or less, particularly preferably 1 or less.

【0018】また、用いられるアミン化合物はなるべく
コンパクトな構造のものが、操作性が良好であることか
ら好ましく、従ってR1 、R2 、R3 がアルキル基、ア
リール基、アラルキル基のいずれの場合とも、炭素数は
通常は12個以内、好ましくは8個以内、特に好ましく
は3個以内である。さらにR1 、R2 、R3 は結合して
環を形成していてもよく、その場合にはR1 、R2 、R
3 の炭素数の合計は20個以内が好ましく、さらにこの
場合、環が共役系であっても構わない。
The amine compound to be used preferably has a compact structure as much as possible because of good operability. Therefore, when R 1 , R 2 and R 3 are any of an alkyl group, an aryl group and an aralkyl group, In both cases, the number of carbon atoms is usually within 12 carbon atoms, preferably within 8 carbon atoms, particularly preferably within 3 carbon atoms. Further, R 1 , R 2 , and R 3 may combine to form a ring, in which case R 1 , R 2 , R 3
The total number of carbon atoms in 3 is preferably 20 or less, and in this case, the ring may be conjugated.

【0019】R1 、R2 、R3 がアルキル基の場合、具
体的にはメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピ
ル基、ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、t
−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、シ
クロヘキシル基、シクロへプチル基、ピロリジル基、ピ
ペリジル基等が挙げられる。またアリール基、アラルキ
ル基の場合、具体的にはフェニル基、トリル基、キシリ
ル基、ベンジル基、フェネチル基、ナフチル基、ビフェ
ニル基等が挙げられる。また、共役系の環化合物の場合
の例としては、該アミン化合物としてピロール、ピリジ
ン、ピリミジン、アルキル置換又は無置換のイミダゾー
ル等が挙げられる。
When R 1 , R 2 and R 3 are alkyl groups, specifically, methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, isobutyl, sec-butyl, t
-Butyl, pentyl, hexyl, heptyl, cyclohexyl, cycloheptyl, pyrrolidyl, piperidyl and the like. In the case of an aryl group or an aralkyl group, specific examples include a phenyl group, a tolyl group, a xylyl group, a benzyl group, a phenethyl group, a naphthyl group, and a biphenyl group. In the case of a conjugated ring compound, examples of the amine compound include pyrrole, pyridine, pyrimidine, alkyl-substituted or unsubstituted imidazole, and the like.

【0020】なお、アミン化合物としてアンモニアを使
用した場合には、溶融温度が高く、溶融温度と熱分解温
度との差が小さくなるため、好ましくはアミン化合物と
しては有機アミンが使用される。また、アミン化合物と
して第四アンモニウム化合物を使った場合には、生成ポ
リマーの酸処理によるスルホン酸型ポリマーへの変換が
困難であり、本発明には適さない。
When ammonia is used as the amine compound, an organic amine is preferably used as the amine compound because the melting temperature is high and the difference between the melting temperature and the thermal decomposition temperature is small. When a quaternary ammonium compound is used as the amine compound, it is difficult to convert the resulting polymer into a sulfonic acid type polymer by acid treatment, which is not suitable for the present invention.

【0021】ポリマーのアミン化合物処理に際し、処理
する具体的な方法としては特に制限はしないが、アミン
化合物と水の混合溶液、あるいはそれに加えて有機溶剤
を含む溶液を満たした浴にフレーク状、粉末状あるいは
ペレット状のポリマーを浸漬する方法、アミン化合物と
水の混合溶液、あるいはそれに加えて有機溶剤を含む溶
液をスプレーなどの方法によりポリマーに塗布する方
法、さらにガス状のアミン化合物と水が共存する雰囲気
下にフレーク状、粉末状あるいはペレット状のポリマー
を保持する方法などが挙げられる。この際のアミン化合
物および水の必要量に関しては、処理するポリマーの量
を基にして決定される。水の量は一般には処理するポリ
マーの−SO2 F基と当量以上が用いられる。上限に関
しては限定を必要としない。また、アミン化合物の量は
処理するポリマーの−SO2 F基と当量以上の量であれ
ば良く、好ましくは処理するポリマーの−SO2 F基の
2倍当量以上の量であり、上限に関しては限定を必要と
しない。また、それぞれの場合、水とアミン化合物を混
合させる方法として、ポリマーを投入する前に混合させ
ておくことが最も好ましいが、水を含まないアミン化合
物雰囲気下に、水で濡れたポリマーを処理環境下に投入
しても構わない。またそれぞれの場合において、必要に
応じ加熱することは全く差し支えない。この場合の温度
の下限は、実際に−SO2 F基が現実的な速度で変性さ
れる温度であり、具体的には、0℃以上、より好ましく
は15℃以上、さらに好ましくは50℃以上である。上
限は、アミン化合物処理後のポリマーが熱的に変成する
温度未満であれば良いが、通常は300℃以下、好まし
くは250℃以下である。また、処理時間に関しては、
ポリマーが完全に変換される時間より長ければ良く、特
に制限はしないが、あまりに長時間の処理は生産効率の
上から好ましくはない。さらに、この場合、副生するフ
ッ化水素のトラップ剤として適当な塩基性化合物を用い
ることができ、具体的には、過剰に用いたNR1 2
3 そのもの、NaF、またはアルカリ金属の炭酸塩等を
用いることができる。
The method of treating the polymer with the amine compound is not particularly limited, but a flake, powder, or the like may be added to a bath filled with a mixed solution of the amine compound and water or a solution containing an organic solvent. Method of immersing polymer in the form of pellets or pellets, method of applying a mixed solution of amine compound and water or a solution containing an organic solvent to the polymer by spraying, etc., and gaseous amine compound and water coexist For example, a method of holding a flake-like, powder-like, or pellet-like polymer in an atmosphere in which the flakes are formed. The required amount of the amine compound and water at this time is determined based on the amount of the polymer to be treated. The amount of water is generally more -SO 2 F group equivalents of the polymer to be processed is used. No upper limit is required. The amount of amine compound may be a -SO 2 F group and the amount of more than equivalent of the polymer to be processed is preferably in an amount of more than 2 equivalents of -SO 2 F groups in the polymer to be processed, with respect to the upper limit No limitation is required. In each case, it is most preferable to mix the water and the amine compound before adding the polymer.However, in a water-free amine compound atmosphere, the polymer wetted with water is treated in a treatment environment. You can put it down. In each case, heating may be performed as needed. The lower limit of the temperature in this case is the temperature at which the —SO 2 F group is actually denatured at a realistic rate, and specifically, is 0 ° C. or higher, more preferably 15 ° C. or higher, and further preferably 50 ° C. or higher. It is. The upper limit may be lower than the temperature at which the polymer after the amine compound treatment is thermally denatured, but is usually 300 ° C or lower, preferably 250 ° C or lower. Regarding the processing time,
It is sufficient that the time is longer than the time when the polymer is completely converted, and there is no particular limitation, but too long treatment is not preferable in terms of production efficiency. Further, in this case, an appropriate basic compound can be used as a trapping agent for hydrogen fluoride produced as a by-product, and specifically, NR 1 R 2 R
3 itself, NaF, an alkali metal carbonate or the like can be used.

【0022】本発明で処理するポリマーは、例えば上記
一般式(2)で表される置換基を側鎖に含有するビニル
モノマーと他のビニルモノマーとの共重合により得るこ
とが出来る。ここで、−Rf −は炭素数1〜4のパーフ
ルオロアルキレン基であり、具体的には例えば下記式
(7)に例示されるものが挙げられる。
The polymer to be treated in the present invention can be obtained, for example, by copolymerizing a vinyl monomer having a substituent represented by the above general formula (2) in the side chain with another vinyl monomer. Here, -R f - is a perfluoroalkylene group having 1 to 4 carbon atoms, and specific examples thereof include those exemplified for example by the following equation (7).

【化10】 Embedded image

【0023】従って、例えば上記一般式(2)で表され
る置換基を側鎖に含有するビニルモノマーとは、具体的
には記下式(8)に例示されるものが挙げられる。
Accordingly, for example, the vinyl monomer having a substituent represented by the above general formula (2) in the side chain is specifically exemplified by the following formula (8).

【化11】 Embedded image

【0024】なかでも、下記一般式(9)In particular, the following general formula (9)

【化12】 (上記一般式(9)中、mは0または1、nは2または
3)で表されるものが操作性が良好で特に好ましい。
Embedded image (In the above general formula (9), m is 0 or 1, n is 2 or 3) It is particularly preferable because of good operability.

【0025】また、相手となる共重合モノマーとしては
1種または2種以上のフッ素化オレフィン、1種または
2種以上の非フッ素化オレフィン、フッ素化オレフィン
と非フッ素化オレフィンの組み合わせいずれでもよく、
燃料電池用隔膜等して用いる場合はフッ素化オレフィン
が好ましく、パーフルオロオレフィンがさらに好まし
く、テトラフルオロエチレンが特に好ましい。さらにポ
リマー構造を考えた場合、上記一般式(9)とテトラフ
ルオロエチレンからなる組み合わせ、すなわち、下記一
般式(5)
The comonomers to be mated may be one or more fluorinated olefins, one or more non-fluorinated olefins, or a combination of a fluorinated olefin and a non-fluorinated olefin,
When used as a fuel cell diaphragm or the like, a fluorinated olefin is preferred, a perfluoroolefin is more preferred, and tetrafluoroethylene is particularly preferred. Further considering the polymer structure, a combination of the above general formula (9) and tetrafluoroethylene, that is, the following general formula (5)

【化13】 (上記一般式(5)中、mは0または1、nは2または
3、k、lは1以上の整数で、1.5≦k/l≦14)
で示されるポリマーであることが最適である。ここでフ
ッ素化オレフィンを例示すれば、テトラフルオロエチレ
ンの他、トリフルオロクロロエチレン、トリフルオロエ
チレン、フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレ
ン、パーフルオロメチルビニルエーテル、パーフルオロ
プロピルビニルエーテル等が挙げられる。上記一般式
(2)で表される置換基を側鎖に含有するポリマーがこ
れらのモノマーとの共重合体である場合、その組成比
は、得られた−SO2 F型ポリマーを加水分解してスル
ホン酸含有ポリマーに変換したときに、スルホン酸1個
当たりの分子量(Equivalent weigh
t)が400〜1500の範囲になるように設定するこ
とが好ましく、600〜1200の範囲がさらに好まし
く、700〜1100の範囲がさらに好ましい。また、
共重合組成比を重量%で表せば、上記一般式(1)で表
されるスルホン酸基を側鎖に含有する繰り返し単位の成
分の比率は95〜30重量%が好ましく、90〜40%
がさらに好ましく、85〜45%がさらに好ましい。
Embedded image (In the general formula (5), m is 0 or 1, n is 2 or 3, k, l is an integer of 1 or more, and 1.5 ≦ k / l ≦ 14)
Most preferably, it is a polymer represented by Here, examples of the fluorinated olefin include tetrafluoroethylene, trifluorochloroethylene, trifluoroethylene, vinylidene fluoride, hexafluoropropylene, perfluoromethyl vinyl ether, perfluoropropyl vinyl ether, and the like. When the polymer containing the substituent represented by the above general formula (2) in the side chain is a copolymer with these monomers, the composition ratio is determined by hydrolyzing the obtained —SO 2 F type polymer. When converted to a sulfonic acid-containing polymer by the above method, the molecular weight per sulfonic acid (Equivalent weight)
Preferably, t) is set to be in the range of 400 to 1500, more preferably in the range of 600 to 1200, and still more preferably in the range of 700 to 1100. Also,
If the copolymer composition ratio is expressed in terms of% by weight, the proportion of the component of the repeating unit containing a sulfonic acid group represented by the above general formula (1) in the side chain is preferably 95 to 30% by weight, and 90 to 40% by weight.
Is more preferable, and 85 to 45% is more preferable.

【0026】本発明で示される、上記一般式(2)で表
される置換基を側鎖に含有するポリマーをアミン化合物
で処理して得られる変性ポリマー(以下、「本発明の前
駆体ポリマー」と表現する)は、フィルム状に成形して
使用する。フィルム化方法としては、各種の方法が採用
されるが、通常は溶融製膜法が用いられる。溶融製膜方
法としては、粉末状、フレーク状、あるいはそれらをペ
レット状に成形したアミン処理ポリマーを、カレンダー
法、インフレーション法、Tダイ法、切削法、エマルシ
ョン法、ホットプレス法などにより成型する方法が例示
される。このうち、製膜の生産性を考慮すると、Tダイ
法およびインフレーション法がより好ましい。この際の
熱処理温度は、本発明の前駆体ポリマーが溶融し、充分
な流動性を有する温度以上であり、本発明の前駆体ポリ
マーが熱分解する温度未満である。従って成形温度とし
ては、上記の範囲内であれば広範な温度が採用可能であ
るが、生産性を考慮すると通常は100℃〜400℃、
好ましくは150℃〜370℃、特に好ましくは180
℃〜350℃の範囲の温度が使用される。
A modified polymer (hereinafter referred to as "precursor polymer of the present invention") obtained by treating a polymer having a substituent represented by the above general formula (2) in the side chain represented by the general formula (2) with an amine compound Is expressed as a film. Various methods are employed as a film forming method, and usually, a melt film forming method is used. As a melt film forming method, a method in which an amine-treated polymer formed into a powder, a flake, or a pellet is formed by a calender method, an inflation method, a T-die method, a cutting method, an emulsion method, a hot press method, or the like. Is exemplified. Among them, the T-die method and the inflation method are more preferable in consideration of the productivity of the film formation. The heat treatment temperature at this time is equal to or higher than the temperature at which the precursor polymer of the present invention melts and has sufficient fluidity, and lower than the temperature at which the precursor polymer of the present invention thermally decomposes. Therefore, as the molding temperature, a wide range of temperatures can be adopted as long as the molding temperature is within the above range.
Preferably 150 ° C to 370 ° C, particularly preferably 180 ° C.
Temperatures in the range of ° C to 350 ° C are used.

【0027】その他にも、アミン化合物で処理したポリ
マーが溶解可能な溶剤にポリマーを溶解し、キャスト法
により製膜する方法も例示される。この場合の溶剤の例
としては、エタノール、プロピルアルコールなどのアル
コール類およびそれらと水との混合溶媒、含フッ素アル
コール類、含フッ素有機化合物とアルコールとの混合溶
媒、酸アミド類などが挙げられる。
In addition, a method in which a polymer is dissolved in a solvent in which a polymer treated with an amine compound is soluble and a film is formed by a casting method is also exemplified. Examples of the solvent in this case include alcohols such as ethanol and propyl alcohol, and a mixed solvent thereof with water, a fluorinated alcohol, a mixed solvent of a fluorinated organic compound and an alcohol, and an acid amide.

【0028】このようにして得られた本発明の前駆体ポ
リマーのフィルムは酸により加水分解反応を行うことに
より容易にスルホン酸型に変換される。ここで用いる酸
としては、塩酸、硫酸、硝酸、燐酸、臭化水素水などの
鉱酸やこれらと水あるいは有機溶剤との混合物、トリフ
ルオロメタンスルホン酸、トリフルオロ酢酸を代表とす
る有機酸やこれらと水あるいは有機溶剤との混合物など
が例示される。混合に用いる有機溶剤としては、酸と混
和し、かつ本発明の前駆体ポリマーを膨潤させ得る物が
好ましく、この例としては、メタノール、エタノール、
イソプロピルアルコールなどのアルコール類、アセトン
などのケトン類、ジメトキシエタンなどのエーテル類、
やHFC43−10meeなどのハロゲン系溶剤などが
挙げられる。
The precursor polymer film of the present invention thus obtained is easily converted to a sulfonic acid type by performing a hydrolysis reaction with an acid. Examples of the acid used here include mineral acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, phosphoric acid, and aqueous hydrogen bromide, and mixtures of these with water or an organic solvent, and organic acids such as trifluoromethanesulfonic acid and trifluoroacetic acid. And a mixture of water and an organic solvent. As the organic solvent used for mixing, a substance which is miscible with an acid and is capable of swelling the precursor polymer of the present invention is preferable. Examples of the organic solvent include methanol, ethanol,
Alcohols such as isopropyl alcohol, ketones such as acetone, ethers such as dimethoxyethane,
And a halogen-based solvent such as HFC43-10mee.

【0029】酸処理の方法としては、酸とフィルムとを
接触させうる方法であれば、どのような方法でも構わな
いが、例として、酸を満たした浴中にフィルムを浸漬さ
せる方法や、フィルムに酸をスプレーやドクターブレー
ドなどを用いて塗布する方法、酸蒸気で満たされた槽内
にフィルムを投入する方法などが挙げられる。また、そ
れぞれの処理の場合に、必要に応じて熱を加えても全く
差し支えない。この場合の温度の下限は、実際に−SO
3 H基に現実的な速度で変性される温度であり、具体的
には、0℃以上、より好ましくは15℃以上、さらに好
ましくは30℃以上である。また、上限はアミン化合物
で処理したポリマーおよび−SO3 H型に変換されたポ
リマーが熱変形等をしない温度未満であれば良いが、通
常は300℃以下、好ましくは250℃以下、特に好ま
しくは180℃以下である。また、処理時間は−SO3
H基への変換が可能な時間であれば良く、上下限は特に
限定しないが、あまりに長い時間をかけることは生産効
率上好ましくない。以上のように、本発明の製造方法に
よれば、燃料電池用隔膜等のフッ素系高分子電解質膜に
利用できるフッ素系スルホン酸膜を、高生産性で製造す
ることが出来る。
As the acid treatment method, any method may be used as long as it can bring the acid into contact with the film. Examples of the method include a method of immersing the film in a bath filled with acid and a method of immersing the film in an acid-filled bath. And a method of applying a film to a tank filled with an acid vapor by using a spray or a doctor blade. In each case, heat may be applied if necessary. The lower limit of the temperature in this case is actually -SO
The temperature is a temperature at which the 3 H group is denatured at a practical rate, specifically, 0 ° C. or higher, more preferably 15 ° C. or higher, and further preferably 30 ° C. or higher. The upper limit may be less than the temperature at which the polymer has been converted to polymer and the -SO 3 H form was treated with an amine compound does not thermal deformation, etc., but is usually 300 ° C. or less, preferably 250 ° C. or less, particularly preferably 180 ° C. or less. The processing time is -SO 3
The upper and lower limits are not particularly limited, as long as the time can be converted to the H group, but it is not preferable to take an excessively long time in terms of production efficiency. As described above, according to the production method of the present invention, a fluorine-based sulfonic acid membrane that can be used for a fluorine-based polymer electrolyte membrane such as a fuel cell diaphragm can be produced with high productivity.

【0030】以下、本発明を実施例に基づいて説明す
る。
Hereinafter, the present invention will be described with reference to examples.

【実施例1】下記式(10):Example 1 The following formula (10):

【化14】 で表されるポリマー粉末10g(EW=950、Mel
t Index=20.2(温度270C、荷重2. 1
6kg、オレフィス径2. 09mmφ、長さ8mmで測定し
た値))をジエチルアミン190mlと水10mlの混
合溶液中に入れ、これを70℃油浴中にて1.5時間加
熱還流した。その後、粉末を濾過し、流水で充分に水洗
後、乾燥した。この赤外線吸収スペクトルを測定したと
ころ(日本バイオ・ラッド社製FTS−60A/896
型FT−IR)、1460cm-1付近に観測される−S
2 Fに起因する吸収ピークが消失し、2800cm-1
〜3000cm-1周辺に−NCH2 CH3 に起因する吸
収ピークが現れることが確認された。さらに、上記処理
済粉末の熱分解挙動を熱重量測定(島津製作所製、TG
A50)によりAr気流下、毎分10℃の昇温速度で測
定したところ、5%重量減となる温度が393℃であっ
た。このことから、かかる中間体ポリマーは優れた耐熱
性を持つことが判る。
Embedded image 10 g of polymer powder represented by the formula (EW = 950, Mel
t Index = 20.2 (Temperature 270C, Load 2.1
6 kg, orifice diameter 2.09 mmφ, length 8 mm)) were placed in a mixed solution of 190 ml of diethylamine and 10 ml of water, and the mixture was heated and refluxed in a 70 ° C. oil bath for 1.5 hours. Thereafter, the powder was filtered, sufficiently washed with running water, and dried. When this infrared absorption spectrum was measured (FTS-60A / 896 manufactured by Japan Bio-Rad Co., Ltd.)
Type FT-IR), -S observed around 1460 cm -1
The absorption peak due to O 2 F disappears and 2800 cm −1
The absorption peak attributable to peripheral ~3000Cm -1 to -NCH 2 CH 3 appears was confirmed. Further, the thermal decomposition behavior of the treated powder was measured by thermogravimetry (TG, manufactured by Shimadzu Corporation).
The temperature at which the weight was reduced by 5% was 393 ° C. when measured at a rate of 10 ° C./minute under an Ar gas flow according to A50). This indicates that such an intermediate polymer has excellent heat resistance.

【0031】次に上記中間体ポリマー粉末を270℃に
加熱した平板プレス機により50kgf/cm2 の荷重
で1分間加圧したところ、わずかに黄色に着色したフィ
ルムが得られた。また、このフィルムは、フィルム同士
の密着性が低く、二枚のフィルムを重ね合わせ軽く押さ
えた後に片方のフィルムを手で持ち上げると容易に分離
した。さらに上記フィルムの弾性率をバイブロン(オリ
エンテック社製DDV−01FP)により測定したとこ
ろ、25℃において5.4×109 dyne/cm2
あった。これに対し、−SO2 F型のフィルムの弾性率
を同様に測定したところ、25℃において2.9×10
8 dyne/cm2 であった。すなわち、アミン処理を
行ったポリマーのフィルムは、処理前に比べ、弾性率が
大幅に高くなっていることが示された。
Next, the intermediate polymer powder was pressed with a load of 50 kgf / cm 2 for 1 minute using a flat plate press machine heated to 270 ° C., whereby a slightly yellow colored film was obtained. In addition, this film had low adhesion between the films, and was easily separated when one of the films was lifted by hand after the two films were overlapped and lightly pressed. Further, the modulus of elasticity of the above film was measured by Vibron (DDV-01FP manufactured by Orientec Co.) and found to be 5.4 × 10 9 dyne / cm 2 at 25 ° C. On the other hand, when the elastic modulus of the —SO 2 F type film was measured in the same manner, 2.9 × 10 2 at 25 ° C.
It was 8 dyne / cm 2 . That is, it was shown that the polymer film subjected to the amine treatment had a significantly higher elastic modulus than that before the treatment.

【0032】このフィルム(乾燥状態で5.0cm×
5.0cmの正方形)を3N硫酸に30ml中に浸漬
し、130℃の湯浴中にて10分間加熱還流した。その
後フィルムを取り出し、流水で充分に水洗後、赤外線吸
収スペクトルを測定したところ、このスペクトルは−S
2 F型のフィルムを水酸化カリウム溶液、次いで酸で
処理して得られた−SO3 H型ポリマーのフィルムのス
ペクトルと一致した。これにより、中間体ポリマーは−
SO3 H型に変換されたことが確認された。また、変換
後の膜の乾燥状態での寸法は、両辺とも5.1cm以下
であり、酸処理前と比べて寸法変化は小さかった。
This film (5.0 cm × dry state)
(5.0 cm square) was immersed in 30 ml of 3N sulfuric acid and heated and refluxed in a 130 ° C. water bath for 10 minutes. Thereafter, the film was taken out, washed sufficiently with running water, and the infrared absorption spectrum was measured.
O 2 F type film potassium hydroxide solution, then match the spectrum of the film of the -SO 3 H type polymer obtained by treatment with an acid. Thereby, the intermediate polymer is-
It was confirmed that it was converted to SO 3 H form. The dimensions of the film after conversion in the dry state were 5.1 cm or less on both sides, and the dimensional change was smaller than before the acid treatment.

【0033】[0033]

【比較例1】実施例1で用いたものと同じ−SO2 F型
の粉末20gを水酸化カリウム30g、ジメチルスルホ
キシド20g、水50gの混合溶液に浸漬し、90℃で
2時間加熱処理した後に水洗し、さらに2N硫酸中、8
0℃で3時間加熱処理、水洗、乾燥することにより−S
3 H型の粉末を得た。この粉末の熱分解挙動を実施例
1と同様の方法で測定したところ、5%重量減となる温
度が280℃であった。かかる−SO3 H型ポリマーを
実施例1と同様の方法で熱成形したところ、茶色に着色
し、また平滑なフィルムも得られなかった。このことか
ら、−SO3 H型ポリマーは成形に適する耐熱性を持た
ないことがわかった。また、−SO2 F型のフィルム
(乾燥状態で5cm×5.0cmの正方形)を水酸化カ
リウム30g、ジメチルスルホキシド20g、水50g
の混合溶液に浸漬し、90℃で2時間加熱処理した後に
水洗し、さらに2N硫酸中、80℃で1時間加熱処理、
水洗、乾燥することにより−SO3 H型に変換した後、
乾燥し、寸法を測定したところ、5.6cm×5.5で
あり、大きく膨潤していた。
Comparative Example 1 20 g of the same -SO 2 F type powder as used in Example 1 was immersed in a mixed solution of 30 g of potassium hydroxide, 20 g of dimethyl sulfoxide and 50 g of water, and heated at 90 ° C. for 2 hours. Wash with water and then add 8
Heat treatment at 0 ° C. for 3 hours, washing with water, and drying to give -S
O 3 H type powder was obtained. When the thermal decomposition behavior of this powder was measured by the same method as in Example 1, the temperature at which the weight was reduced by 5% was 280 ° C. Was thermoformed in such -SO 3 H type polymer in the same manner as in Example 1, colored brown and did not obtain a smooth film. Therefore, -SO 3 H type polymer was found to not have a heat resistance suitable for molding. Also, -SO 2 F type film potassium (5 cm × 5.0 cm square in the dry state) hydroxide 30g, dimethyl sulfoxide 20g, water 50g
And heat-treated at 90 ° C for 2 hours, washed with water, and further heat-treated at 80 ° C for 1 hour in 2N sulfuric acid.
Washed with water, it converted to -SO 3 H type by drying,
After drying and measuring the size, it was 5.6 cm × 5.5, and was largely swollen.

【0034】[0034]

【実施例2】下記式(11):Embodiment 2 The following formula (11):

【化15】 で表されるポリマー粉末(EW=820)10gを、ト
リエチルアミン190mlと水10ml中に入れ、これ
を80℃油浴中にて2時間加熱還流した。その後、粉末
を濾過し、流水で充分に水洗、乾燥後、280℃に加熱
した平板プレス機により50kgf/cm2 の荷重で1
分間加圧したところ、ほぼ無色透明のフィルムが得られ
た。このフィルムの赤外線吸収スペクトルを測定したと
ころ、−SO2 Fに起因する吸収ピークが消失し、−N
CH2 CH3 に起因する吸収ピークが現れた。
Embedded image Was placed in 190 ml of triethylamine and 10 ml of water, and the mixture was heated and refluxed in an oil bath at 80 ° C. for 2 hours. Thereafter, the powder was filtered, thoroughly washed with running water, dried, and dried at a load of 50 kgf / cm 2 by a flat plate press heated to 280 ° C.
After pressurizing for minutes, an almost colorless and transparent film was obtained. Measurement of the infrared absorption spectrum of this film, absorption peaks caused by -SO 2 F disappears, -N
An absorption peak due to CH 2 CH 3 appeared.

【0035】このフィルムを3N硫酸に30ml中に浸
漬し、130℃の湯浴中にて10分間加熱還流した。そ
の後フィルムを取り出し、流水で充分に水洗後、赤外線
吸収スペクトルを測定したところ、このスペクトルは未
処理のポリマーからなるフィルムを水酸化カリウム溶
液、次いで酸で処理して得られた−SO3 H型ポリマー
のフィルムのスペクトルと完全に一致した。これによ
り、中間体ポリマーは−SO3 H型に変換されたことが
確認された。
This film was immersed in 30 ml of 3N sulfuric acid and heated and refluxed in a 130 ° C. water bath for 10 minutes. Thereafter, the film was taken out, washed sufficiently with running water, and the infrared absorption spectrum was measured. The spectrum was obtained by treating a film made of an untreated polymer with a potassium hydroxide solution and then an acid to obtain -SO 3 H type. It was in perfect agreement with the spectrum of the polymer film. Thus, the intermediate polymer to have been converted into -SO 3 H type was confirmed.

【0036】[0036]

【実施例3】実施例1で用いたものと同じ−SO2 F型
のポリマー粉末5gを20%アンモニア水100mlと
ともにマイクロボンベ中に入れ、これを90℃油浴中に
て2時間加熱した。その後、粉末を濾過し、流水で充分
に水洗後、320℃に加熱した平板プレス機により50
kgf/cm2 の荷重で1分間加圧したところ、ほぼ無
色透明のフィルムが得られた。このフィルムの赤外線吸
収スペクトルを測定したところ、−SO2 Fに起因する
吸収ピークが消失し、3000cm-1〜3500cm-1
周辺に−NHに起因する吸収が現れた。また、このフィ
ルムは、フィルム同士の密着性が低く、二枚のフィルム
を重ね合わせ軽く押さえた後に片方のフィルムを手で持
ち上げると容易に分離した。
Example 3 5 g of the same -SO 2 F type polymer powder as used in Example 1 was placed in a microbomb with 100 ml of 20% aqueous ammonia and heated in a 90 ° C. oil bath for 2 hours. Thereafter, the powder was filtered, washed sufficiently with running water, and then washed with a flat plate press heated to 320 ° C.
When pressed under a load of kgf / cm 2 for 1 minute, an almost colorless and transparent film was obtained. Measurement of the infrared absorption spectrum of this film, absorption peaks caused by -SO 2 F disappears, 3000cm -1 ~3500cm -1
Absorption due to -NH appeared around. In addition, this film had low adhesion between the films, and was easily separated when one of the films was lifted by hand after the two films were overlapped and lightly pressed.

【0037】また、処理後の粉末を320℃に加熱した
平板プレス機で50kgf/cm2で プレスし、30
分間加熱したところ、ごくうすくこげ茶色に着色した。
しかし、加熱前後の赤外線吸収スペクトルを比較したと
ころ、スペクトルには、全くといって良い程、違いがな
かった。従って、この処理後のポリマーは比較的良好な
耐熱性を持っていると思われる。このフィルムを3N硫
酸に30ml中に浸漬し、130℃の湯浴中にて2時間
加熱還流した。その後フィルムを取り出し、流水で充分
に水洗後、赤外線吸収スペクトルを測定したところ、こ
のスペクトルは−SO2 F型のフィルムを水酸化カリウ
ム溶液、次いで酸で処理して得られた−SO3 H型ポリ
マーのフィルムのスペクトルと一致した。これにより、
中間体ポリマーは−SO3 H型に変換されたことが確認
された。
The powder after the treatment was pressed at 50 kgf / cm 2 by a flat plate press heated to 320 ° C.
Upon heating for a minute, it turned very dark brown.
However, when the infrared absorption spectra before and after heating were compared, the spectra were almost completely different. Therefore, the polymer after this treatment seems to have relatively good heat resistance. The film was immersed in 30 ml of 3N sulfuric acid and heated and refluxed in a 130 ° C. water bath for 2 hours. Then the film was taken out, after thoroughly washed with running water, was subjected to infrared spectrum, -SO 3 H type this spectrum obtained by processing the film of the -SO 2 F form potassium hydroxide solution, then with acid It was consistent with the spectrum of the polymer film. This allows
Intermediate polymer was confirmed to have been converted to -SO 3 H type.

【0038】[0038]

【実施例4】実施例1で用いたものと同じ−SO2 F型
のポリマー粉末5gをn−ブチルアミン95mlと水5
mlの混合溶液中に入れ、80℃油浴中にて2時間加熱
還流した。その後、ペレットを取り出し、流水で充分に
水洗後、270℃に加熱した平板プレス機により50k
gf/cm2 の荷重で1分間加圧したところ、ごくわず
かに黄色に着色したフィルムが得られた。このフィルム
の赤外線吸収スペクトルを測定したところ、−SO2
に起因する吸収ピークが消失し、−NCH2 CH2 CH
2 CH3 に起因する吸収ピークが現れた。このフィルム
を3N硫酸に30ml中に浸漬し、130℃の湯浴中に
て10分間加熱還流した。その後フィルムを取り出し、
流水で充分に水洗後、赤外線吸収スペクトルを測定した
ところ、このスペクトルは−SO2 F型のフィルムを水
酸化カリウム溶液、次いで酸で処理して得られた−SO
3 H型ポリマーのフィルムのスペクトルと一致した。こ
れにより、中間体ポリマーは−SO3 H型に変換された
ことが確認された。
Example 4 5 g of the same -SO 2 F type polymer powder as used in Example 1 was mixed with 95 ml of n-butylamine and 5 ml of water.
The mixture was placed in a mixed solution (ml) and heated under reflux in an oil bath at 80 ° C for 2 hours. Thereafter, the pellets were taken out, washed thoroughly with running water, and then heated to 270 ° C. with a flat plate press at 50k.
When pressed under a load of gf / cm 2 for 1 minute, a very slightly yellow colored film was obtained. When the infrared absorption spectrum of this film was measured, it was found that -SO 2 F
Absorption peak attributable disappeared in, -NCH 2 CH 2 CH
An absorption peak due to 2 CH 3 appeared. The film was immersed in 30 ml of 3N sulfuric acid and heated and refluxed in a 130 ° C. water bath for 10 minutes. Then take out the film,
After thoroughly washed with running water, was subjected to infrared spectrum, -SO the spectrum obtained by processing the film of the -SO 2 F form potassium hydroxide solution, then with acid
The spectrum was consistent with that of the film of the 3 H-type polymer. Thus, the intermediate polymer to have been converted into -SO 3 H type was confirmed.

【0039】[0039]

【実施例5】実施例1で用いたものと同じ−SO2 F型
のポリマー粉末5gをジエチルアミン50mlと水0.
2mlの混合溶液中に入れ、70℃油浴中にて2時間加
熱還流した。その後、ペレットを取り出し、流水で充分
に水洗後、270℃に加熱した平板プレス機により50
kgf/cm2 の荷重で1分間加圧したところ、わずか
に黄色に着色したフィルムが得られた。このフィルムの
赤外線吸収スペクトルを測定したところ、−SO2 Fに
起因する吸収ピークが消失し、−NCH2 CH 3 に起因
する吸収ピークが現れた。このフィルムを3N硫酸に3
0ml中に浸漬し、130℃の湯浴中にて10分間加熱
還流した。その後フィルムを取り出し、流水で充分に水
洗後、赤外線吸収スペクトルを測定したところ、このス
ペクトルは−SO2 F型のフィルムを水酸化カリウム溶
液、次いで酸で処理して得られた−SO3 H型ポリマー
のフィルムのスペクトルと一致した。これにより、中間
体ポリマーは−SO3 H型に変換されたことが確認され
た。
Embodiment 5 Same as in Example 1, -SOTwoF type
Of polymer powder (5 g) in 50 ml of diethylamine and 0.1 ml of water.
2 ml of the mixed solution, and added in a 70 ° C. oil bath for 2 hours.
Heated to reflux. After that, remove the pellet and run it with running water.
After washing with water, the plate was heated to
kgf / cmTwoPressing for 1 minute with a load of
A yellow colored film was obtained. Of this film
When the infrared absorption spectrum was measured, -SOTwoTo F
Absorption peak disappeared, and -NCHTwoCH ThreeDue to
Absorption peak appeared. Put this film in 3N sulfuric acid
Immerse in 0ml and heat in 130 ℃ water bath for 10 minutes
Refluxed. After that, remove the film and run it with running water.
After washing, the infrared absorption spectrum was measured.
The vector is -SOTwoDissolve F-type film with potassium hydroxide
-SO obtained by treatment with liquid and then acidThreeH-type polymer
Of the film. This allows for intermediate
Body polymer is -SOThreeIt was confirmed that it was converted to H-type
Was.

【0040】[0040]

【実施例6】ステンレス製200ml耐圧容器に、下記
式(12):
Example 6 In a 200-ml stainless steel pressure-resistant container, the following formula (12):

【化16】 で示されるビニルモノマー15g、30gのHFC43
−10mee及び重合開始剤として(CF3 CF2 CF
2 COO)2 の5%HFC43−10mee溶液0.6
gを入れ、容器内を充分に窒素置換した後、フッ化ビニ
リデン(VdF)で0.8MPaに加圧した。25℃で
攪拌しながら内圧を0.8MPaに保つよう適宜VdF
を追加圧入した。5時間反応後、放圧し、白濁した液体
を得た。この液体にメタノールを加えて固体を析出さ
せ、濾過、メタノール洗浄、乾燥して2.0gの白色固
体を得た。この固体をアセトンに溶解し、19F−NMR
スペクトルを測定した結果、上記式(12)のビニルモ
ノマー:VdF=1:3.5の共重合体であることが確
認された。この−SO2 F型のポリマーをトリエチルア
ミン50ml、アセトン50ml、水50mlの混合溶
液中に浸漬し、60℃の湯浴中にて加熱還流した後、流
水で十分に水洗したのち赤外線吸収スペクトルを測定し
たところSO2 Fに起因する吸収ピークが消滅した。こ
のフレークを200℃に加熱した平板プレス機により5
0kgf/cm2 の荷重で1分間加圧したところ、わず
かに黄色に着色したフィルムが得られた。このフィルム
をさらに3N硫酸30ml中に浸漬し、130℃の湯浴
中にて1.5時間加熱還流した。その後フィルムを取り
出し、流水で充分に水洗後、赤外線吸収スペクトルを測
定したところ、−SO3 H型のフィルムであることが確
認された。
Embedded image 15g, 30g of HFC43
-10mee and (CF 3 CF 2 CF
2 COO) 2 in 5% HFC43-10mee solution 0.6
g, the inside of the container was sufficiently purged with nitrogen, and then pressurized to 0.8 MPa with vinylidene fluoride (VdF). VdF as appropriate so as to maintain the internal pressure at 0.8 MPa while stirring at 25 ° C.
Was additionally press-fitted. After reacting for 5 hours, the pressure was released to obtain a cloudy liquid. Methanol was added to this liquid to precipitate a solid, which was filtered, washed with methanol, and dried to obtain 2.0 g of a white solid. This solid was dissolved in acetone and 19 F-NMR
As a result of measuring the spectrum, it was confirmed that the copolymer was a vinyl monomer of the above formula (12): VdF = 1: 3.5. This -SO 2 F type polymer was immersed in a mixed solution of 50 ml of triethylamine, 50 ml of acetone and 50 ml of water, heated and refluxed in a 60 ° C. water bath, washed sufficiently with running water, and then measured for infrared absorption spectrum. As a result, the absorption peak due to SO 2 F disappeared. The flakes were heated with a flat plate press heated to 200 ° C for 5 minutes.
When pressed under a load of 0 kgf / cm 2 for 1 minute, a slightly yellow colored film was obtained. The film was further immersed in 30 ml of 3N sulfuric acid and heated and refluxed in a 130 ° C. water bath for 1.5 hours. Then the film was taken out, after thoroughly washed with running water, was measured infrared absorption spectrum, it is a film of -SO 3 H type is confirmed.

【0041】[0041]

【発明の効果】本発明のスルホン酸基含有ポリマーの製
造方法は、粘着性の低いポリマーをスルホン酸基含有ポ
リマーフィルムの前駆体として用いることができ、また
製膜後、酸処理の1段階だけでスルホン酸に変換できる
ことから、燃料電池用隔膜の製造方法として極めて有用
である。
According to the method for producing a sulfonic acid group-containing polymer of the present invention, a polymer having low tackiness can be used as a precursor of a sulfonic acid group-containing polymer film. Is very useful as a method for producing a membrane for a fuel cell.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4F073 AA27 BA15 BB01 EA32 EA33 EA34 EA35 EA37 EA38 4J100 AC26P AE38Q AP01Q BA56H BA56Q BA57Q BB18Q CA04 CA31 DA01 EA00 HA25 HB25 HB26 HB44 HB52 HB58 HC27 HC43 HC71 HE12 HE14 JA43 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 4F073 AA27 BA15 BB01 EA32 EA33 EA34 EA35 EA37 EA38 4J100 AC26P AE38Q AP01Q BA56H BA56Q BA57Q BB18Q CA04 CA31 DA01 EA00 HA25 HB25 HB26 HB44 HCB HE14 HC

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 下記一般式(1): 【化1】 −Rf −SO3 H (1) (上記一般式(1)中、Rf は炭素数1〜4のパーフル
オロアルキレン基を表す)で表されるスルホン酸含有基
を側鎖に含有するポリマーからなる膜の製造方法であっ
て、下記一般式(2) 【化2】 −Rf −SO2 F (2) (上記一般式(2)中、Rf は上記一般式(1)と同
じ)で表される置換基を側鎖に含有するポリマーを、水
の存在下でアミン化合物と接触させる工程、2)得られ
た変性ポリマーを溶融製膜する工程、3)得られた膜を
酸で処理する工程を順次経ることを特徴とする方法。
1. The following general formula (1): ## STR00001 ## -R f --SO 3 H (1) (In the above general formula (1), R f represents a perfluoroalkylene group having 1 to 4 carbon atoms.) A method for producing a membrane comprising a polymer containing a sulfonic acid-containing group in the side chain represented by the following general formula (2): -R f -SO 2 F (2) (2) wherein R f is the same as in the above general formula (1)) a step of contacting a polymer containing a substituent represented by the general formula (1) with an amine compound in the presence of water; A method of sequentially forming a polymer by melt-forming a film; and 3) treating the obtained film with an acid.
【請求項2】 請求項1記載のポリマーの製造方法であ
って、スルホン酸含有基を有する側鎖が下記一般式
(3) 【化3】 (上記一般式(3)中、mは0または1、nは2または
3)で表されることを特徴とする、スルホン酸基を側鎖
に含有するポリマーからなる膜の製造方法。
2. The method for producing a polymer according to claim 1, wherein the side chain having a sulfonic acid-containing group has the following general formula (3): (Wherein m is 0 or 1, and n is 2 or 3 in the general formula (3)), wherein the method for producing a membrane comprising a polymer containing a sulfonic acid group in a side chain is characterized by the following formula.
【請求項3】 請求項1又は請求項2記載のポリマーの
製造方法であって、処理により得られるポリマーのスル
ホン酸基1個当たりの分子量(Equivalent
weight)が400〜1500であることを特徴と
する、スルホン酸基を側鎖に含有するポリマーからなる
膜の製造方法。
3. The method for producing a polymer according to claim 1, wherein the polymer obtained by the treatment has a molecular weight per sulfonic acid group (Equivalent).
(weight) is from 400 to 1500, a method for producing a membrane comprising a polymer containing a sulfonic acid group in a side chain.
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