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JP2006045512A - Polymer electrolyte membrane and fuel cell using the same - Google Patents

Polymer electrolyte membrane and fuel cell using the same Download PDF

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JP2006045512A
JP2006045512A JP2005186132A JP2005186132A JP2006045512A JP 2006045512 A JP2006045512 A JP 2006045512A JP 2005186132 A JP2005186132 A JP 2005186132A JP 2005186132 A JP2005186132 A JP 2005186132A JP 2006045512 A JP2006045512 A JP 2006045512A
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Japan
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group
substituent
polymer electrolyte
carbon atoms
electrolyte membrane
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Application number
JP2005186132A
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Japanese (ja)
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Shin Saito
伸 齋藤
Hiroshi Shinoda
浩志 信田
Daizaburo Yashiki
大三郎 屋鋪
Katsuhiko Iwasaki
克彦 岩崎
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.)
Sumitomo Chemical Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Chemical Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a polymer electrolyte membrane having excellent mechanical properties. <P>SOLUTION: (1) The polymer electrolyte membrane has an elastic modulus of 400-900 MPa at 23°C and a relative humidity of 50%, wherein all of its polymers as a constituent have an aromatic ring in its main chain, at least one type has an aliphatic chain in its main chain, and at least one type is a polymer electrolyte. (2) The polymer electrolyte membrane (1) has an ion-exchange capacity of 0.2-4 meq/g. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、高分子電解質膜に関し、詳しくは、特定の弾性率を有することを特徴とする高分子電解質膜に関するものである。   The present invention relates to a polymer electrolyte membrane, and more particularly to a polymer electrolyte membrane having a specific elastic modulus.

近年、環境負荷の少ないエネルギー源を模索する試みが種々なされている。なかでも燃料電池、特に固体高分子電解質膜を用いる固体高分子電解質型燃料電池は、排出物質は水のみである等の利点から、自動車等の動力源としての応用が期待されている。   In recent years, various attempts have been made to search for an energy source having a low environmental load. Among them, fuel cells, particularly solid polymer electrolyte fuel cells using a solid polymer electrolyte membrane, are expected to be applied as a power source for automobiles and the like because of the advantage that the emission material is only water.

かかる固体高分子電解質型燃料電池用の高分子電解質膜として、ナフィオン(Nafion、デュポン社登録商標)に代表されるパーフルオロアルキルスルホン酸等の高分子電解質から得られる膜があるが、非常に高価であること、耐熱性が低いこと、膜強度が低く何らかの補強をしないと実用的でないことなどの問題が指摘されている。   As a polymer electrolyte membrane for such a solid polymer electrolyte fuel cell, there is a membrane obtained from a polymer electrolyte such as perfluoroalkyl sulfonic acid represented by Nafion (registered trademark of DuPont), but it is very expensive. However, problems such as low heat resistance, low film strength, and impracticality without some reinforcement have been pointed out.

一方、上記高分子電解質に替わり得る安価な高分子電解質の開発が近年活発化している。なかでも耐熱性に優れフィルム強度の高い芳香族ポリエーテルにスルホン酸基を導入した高分子、すなわち側鎖にスルホン酸基を有し主鎖が芳香族系である芳香族系高分子が有望視されており、例えば、スルホン化ポリエーテルケトン系(特許文献1)、スルホン化ポリエーテルスルホン系(特許文献2、3)が提案されている。   On the other hand, development of inexpensive polymer electrolytes that can replace the polymer electrolytes has recently been activated. Among them, a polymer with sulfonic acid groups introduced into an aromatic polyether with excellent heat resistance and high film strength, that is, an aromatic polymer with a sulfonic acid group in the side chain and an aromatic main chain is promising. For example, a sulfonated polyether ketone system (Patent Document 1) and a sulfonated polyethersulfone system (Patent Documents 2 and 3) have been proposed.

ところで、高分子電解質膜は、燃料電池セル・スタック内でセパレータやガスケット、ガス拡散層などに狭持され、かつ高い面圧がかけられている。このような条件下で、電流の変化や起動・停止に伴い、膜の吸水量が変化し寸法変化を起こすため、燃料電池用高分子電解質膜の要求特性の一つとして、吸水・乾燥に伴う膨張・収縮に対する耐久性が高いことが挙げられる。   By the way, the polymer electrolyte membrane is sandwiched between a separator, a gasket, a gas diffusion layer, and the like in the fuel cell stack, and a high surface pressure is applied. Under these conditions, the amount of water absorption of the membrane changes as the current changes and starts / stops, causing a dimensional change. As one of the required characteristics of the polymer electrolyte membrane for fuel cells, it is accompanied by water absorption / drying. The durability against expansion / contraction is high.

このことから、機械的性質を向上せしめた高分子電解質膜が提案されている。例えば、フィルム耐折れ性を改善するものとして、スルホン化ポリアリーレンにポリエチレングリコールまたはその誘導体を添加してなる弾性率が2400〜5400MPaの膜(特許文献4)、スルホン化ポリアリーレン膜とテトラフルオロエチレン共重合体膜とが積層されてなる弾性率3300〜5400MPaの複合膜(特許文献5)、含フッ素共重合体からなる弾性率が170〜270MPa、350MPaである膜(特許文献5、6)が提案されている。
しかしながら、これらの高分子電解質膜は燃料電池セル・スタック内における機械的耐久性が未だ不十分であるという問題があった。
For this reason, polymer electrolyte membranes with improved mechanical properties have been proposed. For example, a film having a modulus of elasticity of 2400 to 5400 MPa obtained by adding polyethylene glycol or a derivative thereof to sulfonated polyarylene (Patent Document 4), a sulfonated polyarylene film, and tetrafluoroethylene are used to improve film folding resistance. A composite film (Patent Document 5) having an elastic modulus of 3300 to 5400 MPa obtained by laminating a copolymer film, and a film (Patent Documents 5 and 6) having an elastic modulus of 170 to 270 MPa and 350 MPa made of a fluorine-containing copolymer. Proposed.
However, these polymer electrolyte membranes have a problem that the mechanical durability in the fuel cell stack is still insufficient.

特表平11−502249号公報Japanese National Patent Publication No. 11-502249 特開平10−45913号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-45913 特開平10−21943号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-21944 特開2002−008440JP 2002-008440 A 特開2002−008447JP 2002-008447 A 特開平11−329062号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-329062

本発明者は、より優れた機械的性質を持つ高分子電解質膜を見出すべく、鋭意検討を重ねた結果、23℃、相対湿度50%において400MPa〜900MPaという特定の弾性率を有する特定の高分子電解質膜が、燃料電池セル・スタック内等においても優れた機械的耐久性を示すことを見出し、本発明を完成した。   As a result of intensive studies to find a polymer electrolyte membrane having superior mechanical properties, the inventor has developed a specific polymer having a specific elastic modulus of 400 MPa to 900 MPa at 23 ° C. and 50% relative humidity. The present inventors have found that the electrolyte membrane exhibits excellent mechanical durability even in the fuel cell stack and the like, thereby completing the present invention.

すなわち本発明は、
[1] 弾性率が23℃、相対湿度50%において400MPa〜900MPaであって、構成成分としての高分子における、全てがその主鎖に芳香環を有し、少なくとも1種がその主鎖に脂肪族鎖を有し、かつ少なくとも1種が高分子電解質であることを特徴とする高分子電解質膜を提供するものである。
That is, the present invention
[1] Elastic modulus is 400 to 900 MPa at 23 ° C. and 50% relative humidity, and all of the polymers as constituents have an aromatic ring in the main chain, and at least one kind is a fat in the main chain. The present invention provides a polymer electrolyte membrane having a family chain and at least one polymer electrolyte.

さらに、本発明は、
[2] 高分子電解質膜のイオン交換容量が、0.2〜4meq/gであることを特徴とする上記[1]の高分子電解質膜を提供するものである。
Furthermore, the present invention provides
[2] The polymer electrolyte membrane according to the above [1], wherein the polymer electrolyte membrane has an ion exchange capacity of 0.2 to 4 meq / g.

また、本発明は、
[3] 高分子電解質が、繰り返し単位として、下記一般式(1)で示される単位を少なくとも有するか又は下記一般式(2)で示される単位と下記一般式(3)で示される単位とを少なくとも有することを特徴とする上記[1]または[2]の高分子電解質膜を提供するものである。
―[(Ar1n―R1―(Ar2m―X1]― (1)
(式中、R1は置換基を有していてもよい炭素数2〜10のアルキレン基、置換基を有していてもよい炭素数2〜10のオキシアルキレン基、置換基を有していてもよい炭素数2〜10のオキシアルキレンオキシ基から選ばれる基を表し、Ar1、Ar2は互いに独立に、置換基を有していてもよいフェニレン基、置換基を有していてもよいビフェニリレン基、置換基を有していてもよいトリフェニレン基、置換基を有していてもよいナフチレン基から選ばれる基を表し、R1、Ar1、Ar2の少なくともいずれかはイオン交換性基を有する。X1は直接結合、−O−、−S−、−CO−、−SO−、−SO2−のいずれかを表す。n、mはそれぞれ0または1を表し、n+mは1または2である。)
―[(Ar3o―R2―(Ar4p―X2]― (2)
−(Ar5−Z1−Ar6−Z2)− (3)
(式中、R2は置換基を有していてもよい炭素数2〜10のアルキレン基、置換基を有していてもよい炭素数2〜10のオキシアルキレン基、置換基を有していてもよい炭素数2〜10のオキシアルキレンオキシ基から選ばれる基を表し、Ar3、Ar4、Ar5、Ar6は互いに独立に、置換基を有していてもよいフェニレン基、置換基を有していてもよいビフェニリレン基、置換基を有していてもよいトリフェニレン基、置換基を有していてもよいナフチレン基から選ばれる基を表し、Ar5、Ar6の少なくとも何れかがイオン交換性基を有する。X2、Z1、Z2は互いに独立に、直接結合、−O−、−S−、−CO−、−SO−、−SO2−のいずれかを表し、o、pはそれぞれ独立に0または1を表す。)
The present invention also provides:
[3] The polymer electrolyte has, as a repeating unit, at least a unit represented by the following general formula (1) or a unit represented by the following general formula (2) and a unit represented by the following general formula (3). The polymer electrolyte membrane according to the above [1] or [2] is characterized by comprising at least.
— [(Ar 1 ) n —R 1 — (Ar 2 ) m —X 1 ] — (1)
(In the formula, R 1 has an optionally substituted alkylene group having 2 to 10 carbon atoms, an optionally substituted oxyalkylene group having 2 to 10 carbon atoms, and a substituent. Represents a group selected from oxyalkyleneoxy groups having 2 to 10 carbon atoms, and Ar 1 and Ar 2 may each independently have a phenylene group or a substituent which may have a substituent. Represents a group selected from a good biphenylylene group, an optionally substituted triphenylene group, and an optionally substituted naphthylene group, and at least one of R 1 , Ar 1 , and Ar 2 is ion-exchangeable X 1 represents a direct bond, —O—, —S—, —CO—, —SO—, —SO 2 —, n and m each represents 0 or 1, and n + m represents 1 Or 2.
— [(Ar 3 ) o —R 2 — (Ar 4 ) p —X 2 ] — (2)
- (Ar 5 -Z 1 -Ar 6 -Z 2) - (3)
(In the formula, R 2 has an optionally substituted alkylene group having 2 to 10 carbon atoms, an optionally substituted oxyalkylene group having 2 to 10 carbon atoms, and a substituent. Represents a group selected from oxyalkyleneoxy groups having 2 to 10 carbon atoms, and Ar 3 , Ar 4 , Ar 5 , Ar 6 are each independently a phenylene group or a substituent which may have a substituent. Represents a group selected from a biphenylylene group which may have a substituent, a triphenylene group which may have a substituent, and a naphthylene group which may have a substituent, and at least one of Ar 5 and Ar 6 is X 2 , Z 1 and Z 2 each independently represent a direct bond, —O—, —S—, —CO—, —SO— or —SO 2 —, and o , P each independently represents 0 or 1.)

また、本発明は、
[4] イオン交換性基が、−SO3H、−PO(OH)2、−COOH、−SO2NHSO2−から選ばれる酸基であることを特徴とする上記[3]の高分子電解質膜を提供するものである。
The present invention also provides:
[4] The polymer electrolyte of [3] above, wherein the ion-exchange group is an acid group selected from —SO 3 H, —PO (OH) 2 , —COOH, and —SO 2 NHSO 2 —. A membrane is provided.

また、本発明は、
[5] 高分子電解質における主鎖が、芳香族系セグメントと脂肪族系セグメントからなるブロック共重合体であることを特徴とする上記[1]〜[4]いずれかの高分子電解質膜を提供するものである。
[6] 繰り返し単位として、下記一般式(4)で示される単位を少なくとも有する高分子非電解質を含有するか又は下記一般式(5)で示される単位と下記一般式(6)で示される単位とを少なくとも有する高分子非電解質を含有することを特徴とする上記[1]〜[5]いずれかの高分子電解質膜を提供するものである。
―[(Ar7q―R3―(Ar8r―X3]― (4)
(式中、R3は置換基を有していてもよい炭素数2〜10のアルキレン基、置換基を有していてもよい炭素数2〜10のオキシアルキレン基、置換基を有していてもよい炭素数2〜10のオキシアルキレンオキシ基から選ばれる基を表し、Ar7、Ar8は互いに独立に、置換基を有していてもよいフェニレン基、置換基を有していてもよいビフェニリレン基、置換基を有していてもよいトリフェニレン基、置換基を有していてもよいナフチレン基から選ばれる基を表す。X3は直接結合、−O−、−S−、−CO−、−SO−、−SO2−のいずれかを表す。q、rはそれぞれ0または1を表し、q+rは1または2である。

−(R4―X4)− (5)
−(Ar9−Z3−Ar10−Z4)− (6)
(式中、R4は置換基を有していてもよい炭素数2〜10のアルキレン基、置換基を有していてもよい炭素数2〜10のオキシアルキレン基、置換基を有していてもよい炭素数2〜10のオキシアルキレンオキシ基から選ばれる基を表し、Ar9、Ar10は互いに独立に、置換基を有していてもよいフェニレン基、置換基を有していてもよいビフェニリレン基、置換基を有していてもよいトリフェニレン基、置換基を有していてもよいナフチレン基から選ばれる基を表し、X4、Z3、Z4は互いに独立に、直接結合、−O−、−S−、−CO−、−SO−、−SO2−のいずれかを表す。)
[7] 高分子非電解質が、ブロック共重合体であることを特徴とする上記[6]の高分子電解質膜を提供するものである。
加えて、本発明は、
[8] 上記[1]〜[7]いずれかの高分子電解質膜を用いてなることを特徴とする燃料電池を提供するものである。
The present invention also provides:
[5] The polymer electrolyte membrane according to any one of [1] to [4], wherein the main chain in the polymer electrolyte is a block copolymer composed of an aromatic segment and an aliphatic segment. To do.
[6] As a repeating unit, a polymer nonelectrolyte having at least a unit represented by the following general formula (4) is contained, or a unit represented by the following general formula (5) and a unit represented by the following general formula (6) The polymer electrolyte membrane according to any one of the above [1] to [5] is provided.
— [(Ar 7 ) q —R 3 — (Ar 8 ) r —X 3 ] — (4)
(In the formula, R 3 has an optionally substituted alkylene group having 2 to 10 carbon atoms, an optionally substituted oxyalkylene group having 2 to 10 carbon atoms, and a substituent. Represents a group selected from oxyalkyleneoxy groups having 2 to 10 carbon atoms, and Ar 7 and Ar 8 may each independently have a phenylene group or a substituent which may have a substituent. X 3 represents a group selected from a good biphenylylene group, an optionally substituted triphenylene group, and an optionally substituted naphthylene group, X 3 represents a direct bond, —O—, —S—, —CO. Represents-, -SO-, or -SO 2- , q and r each represents 0 or 1, and q + r represents 1 or 2;
)
-(R 4 -X 4 )-(5)
-(Ar 9 -Z 3 -Ar 10 -Z 4 )-(6)
(In the formula, R 4 has an optionally substituted alkylene group having 2 to 10 carbon atoms, an optionally substituted oxyalkylene group having 2 to 10 carbon atoms, and a substituent. Represents a group selected from oxyalkyleneoxy groups having 2 to 10 carbon atoms, and Ar 9 and Ar 10 may independently have a phenylene group or a substituent which may have a substituent. Represents a group selected from a good biphenylylene group, a triphenylene group which may have a substituent, and a naphthylene group which may have a substituent, and X 4 , Z 3 and Z 4 are each independently a direct bond, It represents any of —O—, —S—, —CO—, —SO—, and —SO 2 —.)
[7] The polymer electrolyte membrane of [6] above, wherein the polymer non-electrolyte is a block copolymer.
In addition, the present invention provides:
[8] A fuel cell comprising the polymer electrolyte membrane according to any one of [1] to [7] is provided.

本発明の高分子電解質膜は、弾性率が23℃、相対湿度50%において400MPa〜900MPaであって、構成成分としての高分子における、全てがその主鎖に芳香環を有し、少なくとも1種がその主鎖に脂肪族鎖を有し、かつ少なくとも1種が高分子電解質であるが故に、優れた機械的耐久性を示す。   The polymer electrolyte membrane of the present invention has an elastic modulus of 400 MPa to 900 MPa at a temperature of 23 ° C. and a relative humidity of 50%, and the polymer as a constituent component has an aromatic ring in its main chain, and at least one kind Has an aliphatic chain in its main chain and at least one is a polyelectrolyte, and therefore exhibits excellent mechanical durability.

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明における高分子電解質膜は、23℃、相対湿度50%における弾性率が、400MPa〜900MPaであることを特徴とする。弾性率が低すぎると燃料電池セル・スタックの中で膜がクリープすることが懸念され、500MPa以上であることが好ましく、さらに好ましくは550MPa以上、とりわけ好ましくは600MPa以上である。また、弾性率が高すぎると膜の脆性が高くなり、870MPa以下であることが好ましく、さらに好ましくは840MPa以下、とりわけ好ましくは800MPa以下である。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The polymer electrolyte membrane in the present invention is characterized in that the elastic modulus at 23 ° C. and 50% relative humidity is 400 MPa to 900 MPa. If the elastic modulus is too low, the membrane may creep in the fuel cell stack, and is preferably 500 MPa or more, more preferably 550 MPa or more, and particularly preferably 600 MPa or more. On the other hand, if the elastic modulus is too high, the brittleness of the film increases, and it is preferably 870 MPa or less, more preferably 840 MPa or less, and particularly preferably 800 MPa or less.

また本発明の高分子電解質膜は、構成成分としての高分子における、全てがその主鎖に芳香環を有し、少なくとも1種がその主鎖に脂肪族鎖を有し、かつ少なくとも1種が高分子電解質であることを特徴とする。構成成分としての高分子は、その全てが高分子電解質であっても、高分子電解質と電解質ではない高分子(以下、高分子非電解質と略称する)の混合物であっても良い。
これらの高分子電解質、高分子非電解質は、本発明においては、その全てが主鎖に芳香族環を有し、その少なくとも1種がその主鎖に脂肪族鎖を有するものであるが、中でも高分子電解質主鎖に芳香族環と脂肪族鎖の両方を有する場合が好ましく、とりわけ主鎖が芳香族系セグメントと脂肪族系セグメントのブロック共重合体であるものが好ましい。ここで、主鎖に芳香族環を有さない高分子電解質及び/又は高分子非電解質が構成成分に含まれると、高分子電解質膜のガラス転移温度が低く、耐熱性に乏しいものになったり、膜の耐水性が低下したりする傾向があり好ましくない。
In the polymer electrolyte membrane of the present invention, in the polymer as a constituent component, all have an aromatic ring in the main chain, at least one kind has an aliphatic chain in the main chain, and at least one kind It is a polymer electrolyte. The polymer as a constituent component may be a polymer electrolyte or a mixture of a polymer electrolyte and a polymer that is not an electrolyte (hereinafter abbreviated as a polymer non-electrolyte).
In the present invention, all of these polymer electrolytes and polymer non-electrolytes have an aromatic ring in the main chain, and at least one of them has an aliphatic chain in the main chain. The polymer electrolyte main chain preferably has both an aromatic ring and an aliphatic chain, and in particular, the main chain is preferably a block copolymer of an aromatic segment and an aliphatic segment. Here, when a polymer electrolyte and / or a polymer non-electrolyte that does not have an aromatic ring in the main chain are included in the constituent components, the glass transition temperature of the polymer electrolyte membrane is low and the heat resistance is poor. , The water resistance of the film tends to decrease, which is not preferable.

またこれらの高分子電解質、高分子非電解質は、その分子量が、GPC法によるポリスチレン換算の数平均分子量で表して、通常1000〜1000000程度である。
ここで、数平均分子量が1000より小さいと膜強度が低下する傾向にあり、好ましくは5000以上、より好ましくは20000以上である。また数平均分子量が1000000より大きいと溶媒への溶解に時間がかかったり、溶液粘度が高くなり過ぎたりして製膜加工が困難になる傾向があり、好ましくは500000以下、より好ましくは300000以下である。
The molecular weight of these polymer electrolytes and polymer non-electrolytes is usually about 1,000 to 1,000,000, expressed in terms of polystyrene-reduced number average molecular weight by the GPC method.
Here, when the number average molecular weight is less than 1000, the film strength tends to decrease, preferably 5000 or more, more preferably 20000 or more. On the other hand, if the number average molecular weight is larger than 1,000,000, it takes a long time to dissolve in the solvent or the solution viscosity becomes too high, and the film forming process tends to be difficult, preferably 500,000 or less, more preferably 300,000 or less. is there.

また高分子電解質としては、イオン交換性基として、例えば、−SO3H、−COOH、−PO(OH)2、−P(OH)2、−SO2NHSO2−、−Ph(OH)(Phはフェニレン基を表す)等の陽イオン交換基、−NH2、−NHR、−NRR'、−NRR'R''+、−NH3 +等(R、R'、R''は、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基等を表す)等の陰イオン交換基を有する高分子が挙げられる。かかるイオン交換性基は、高分子の主鎖を構成している芳香族環に直接導入されていても良いし、主鎖を構成している芳香族環上や脂肪族鎖上の置換基、側鎖等に導入されていても良い。
これらのイオン交換性基は、その一部または全部が対イオンとの塩を形成していても良いが、燃料電池用の高分子電解質膜として実際に使用される際には、陽イオン交換基すなわち酸基である場合が好ましく、実質的に全ての酸基が遊離酸である場合が好ましい。
好ましい酸基としては、−SO3H、−PO(OH)2、−COOH、−SO2NHSO2−などが挙げられる。より好ましくは、−SO3H、−PO(OH)2であり、とりわけ−SO3Hが好ましい。
As also polyelectrolyte, as the ion exchange group, for example, -SO 3 H, -COOH, -PO (OH) 2, -P (OH) 2, -SO 2 NHSO 2 -, - Ph (OH) ( Ph cation exchange groups such as a phenylene group), -NH 2, -NHR, -NRR ', - NRR'R''+, -NH 3 + etc. (R, R', R '' is alkyl And a polymer having an anion exchange group such as a cycloalkyl group and an aryl group. Such an ion-exchange group may be directly introduced into the aromatic ring constituting the main chain of the polymer, the substituent on the aromatic ring or the aliphatic chain constituting the main chain, It may be introduced into a side chain or the like.
Some or all of these ion exchange groups may form a salt with a counter ion, but when actually used as a polymer electrolyte membrane for a fuel cell, the cation exchange group That is, the case where it is an acid group is preferable, and the case where substantially all the acid groups are free acids is preferable.
Preferred acid groups, -SO 3 H, -PO (OH ) 2, -COOH, -SO 2 NHSO 2 - and the like. More preferred are —SO 3 H and —PO (OH) 2 , and —SO 3 H is particularly preferred.

本発明の高分子電解質膜の構成成分である高分子電解質は、これを用いた高分子電解質膜のイオン交換容量が、0.2〜4meq/g程度になるようなイオン交換容量のものが通常使用される。
ここで、高分子電解質膜のイオン交換容量が4meq/gを超えると膜の耐水性が低下する傾向にあり、好ましくは3meq/g以下、より好ましくは2.5meq/g以下である。また高分子電解質膜のイオン交換容量が0.2meq/gより低いと膜のイオン伝導度が低下し、燃料電池として出力が低下する傾向にあり、好ましくは0.5meq/g以上、より好ましくは0.8meq/g以上である。従って、高分子電解質は、高分子電解質膜が高分子非電解質を含む場合には、通常0.2〜5.0meq/g程度のイオン交換容量のものから、好ましくは0.5〜4.0meq/g程度、より好ましくは1.0〜3.0meq/g程度のイオン交換容量のものから選定されることになる。また高分子非電解質を含まない場合には、高分子電解質膜について示した上述の範囲のイオン交換当量を有するものから通常選定されることになる。
The polymer electrolyte, which is a constituent of the polymer electrolyte membrane of the present invention, usually has an ion exchange capacity such that the ion exchange capacity of the polymer electrolyte membrane using the polymer electrolyte membrane is about 0.2 to 4 meq / g. used.
Here, when the ion exchange capacity of the polymer electrolyte membrane exceeds 4 meq / g, the water resistance of the membrane tends to decrease, preferably 3 meq / g or less, more preferably 2.5 meq / g or less. Further, when the ion exchange capacity of the polymer electrolyte membrane is lower than 0.2 meq / g, the ionic conductivity of the membrane tends to decrease, and the output as a fuel cell tends to decrease, preferably 0.5 meq / g or more, more preferably 0.8 meq / g or more. Therefore, when the polymer electrolyte membrane contains a polymer non-electrolyte, the polymer electrolyte usually has an ion exchange capacity of about 0.2 to 5.0 meq / g, preferably 0.5 to 4.0 meq. / G, more preferably, one having an ion exchange capacity of about 1.0 to 3.0 meq / g. When the polymer non-electrolyte is not included, it is usually selected from those having an ion exchange equivalent in the above-mentioned range shown for the polymer electrolyte membrane.

本発明の高分子電解質膜は、上記のような高分子電解質またはこれと高分子非電解質からなるものであるが、好適に用いられる高分子電解質としては、例えば繰り返し単位として、下記一般式(1)で示される単位を少なくとも有するもの、下記一般式(2)で示される単位と下記一般式(3)で示される単位とを少なくとも有するもの等が挙げられる。
―[(Ar1n―R1―(Ar2m―X1]― (1)
(式中、R1は置換基を有していてもよい炭素数2〜10のアルキレン基、置換基を有していてもよい炭素数2〜10のオキシアルキレン基、置換基を有していてもよい炭素数2〜10のオキシアルキレンオキシ基から選ばれる基を表し、Ar1、Ar2は互いに独立に、置換基を有していてもよいフェニレン基、置換基を有していてもよいビフェニリレン基、置換基を有していてもよいトリフェニレン基、置換基を有していてもよいナフチレン基から選ばれる基を表し、R1、Ar1、Ar2の少なくともいずれかはイオン交換性基を有する。X1は直接結合、−O−、−S−、−CO−、−SO−、−SO2−のいずれかを表す。n、mはそれぞれ0または1を表し、n+mは1または2である。)
The polymer electrolyte membrane of the present invention is composed of the polymer electrolyte as described above or a polymer non-electrolyte as described above. As the polymer electrolyte suitably used, for example, as a repeating unit, the following general formula (1 And those having at least a unit represented by the following general formula (2) and a unit represented by the following general formula (3).
— [(Ar 1 ) n —R 1 — (Ar 2 ) m —X 1 ] — (1)
(In the formula, R 1 has an optionally substituted alkylene group having 2 to 10 carbon atoms, an optionally substituted oxyalkylene group having 2 to 10 carbon atoms, and a substituent. Represents a group selected from oxyalkyleneoxy groups having 2 to 10 carbon atoms, and Ar 1 and Ar 2 may each independently have a phenylene group or a substituent which may have a substituent. Represents a group selected from a good biphenylylene group, an optionally substituted triphenylene group, and an optionally substituted naphthylene group, and at least one of R 1 , Ar 1 , and Ar 2 is ion-exchangeable X 1 represents a direct bond, —O—, —S—, —CO—, —SO—, —SO 2 —, n and m each represents 0 or 1, and n + m represents 1 Or 2.

―[(Ar3o―R2―(Ar4p―X2]― (2)
−(Ar5−Z1−Ar6−Z2)− (3)
(式中、R2は置換基を有していてもよい炭素数2〜10のアルキレン基、置換基を有していてもよい炭素数2〜10のオキシアルキレン基、置換基を有していてもよい炭素数2〜10のオキシアルキレンオキシ基から選ばれる基を表し、Ar3、Ar4、Ar5、Ar6は互いに独立に、置換基を有していてもよいフェニレン基、置換基を有していてもよいビフェニリレン基、置換基を有していてもよいトリフェニレン基、置換基を有していてもよいナフチレン基から選ばれる基を表し、Ar5、Ar6の少なくとも何れかがイオン交換性基を有する。X2、Z1、Z2は互いに独立に、直接結合、−O−、−S−、−CO−、−SO−、−SO2−のいずれかを表し、o、pはそれぞれ独立に0または1を表す。)
— [(Ar 3 ) o —R 2 — (Ar 4 ) p —X 2 ] — (2)
- (Ar 5 -Z 1 -Ar 6 -Z 2) - (3)
(In the formula, R 2 has an optionally substituted alkylene group having 2 to 10 carbon atoms, an optionally substituted oxyalkylene group having 2 to 10 carbon atoms, and a substituent. Represents a group selected from oxyalkyleneoxy groups having 2 to 10 carbon atoms, and Ar 3 , Ar 4 , Ar 5 , Ar 6 are each independently a phenylene group or a substituent which may have a substituent. Represents a group selected from a biphenylylene group which may have a substituent, a triphenylene group which may have a substituent, and a naphthylene group which may have a substituent, and at least one of Ar 5 and Ar 6 is X 2 , Z 1 and Z 2 each independently represent a direct bond, —O—, —S—, —CO—, —SO— or —SO 2 —, and o , P each independently represents 0 or 1.)

また本発明の高分子電解質膜において、好適に用いられる高分子非電解質としては、例えば繰り返し単位として、下記一般式(4)で示される単位を少なくとも有すか又は下記一般式(5)で示される単位と下記一般式(6)で示される単位とを少なくとも有するもの等が挙げられる。
―[(Ar7q―R3―(Ar8r―X3]― (4)
(式中、R3は置換基を有していてもよい炭素数2〜10のアルキレン基、置換基を有していてもよい炭素数2〜10のオキシアルキレン基、置換基を有していてもよい炭素数2〜10のオキシアルキレンオキシ基から選ばれる基を表し、Ar7、Ar8は互いに独立に、置換基を有していてもよいフェニレン基、置換基を有していてもよいビフェニリレン基、置換基を有していてもよいトリフェニレン基、置換基を有していてもよいナフチレン基から選ばれる基を表す。X3は直接結合、−O−、−S−、−CO−、−SO−、−SO2−のいずれかを表す。q、rはそれぞれ0または1を表し、q+rは1または2である。

−(R4―X4)− (5)
−(Ar9−Z3−Ar10−Z4)− (6)
(式中、R4は置換基を有していてもよい炭素数2〜10のアルキレン基、置換基を有していてもよい炭素数2〜10のオキシアルキレン基、置換基を有していてもよい炭素数2〜10のオキシアルキレンオキシ基から選ばれる基を表し、Ar9、Ar10は互いに独立に、置換基を有していてもよいフェニレン基、置換基を有していてもよいビフェニリレン基、置換基を有していてもよいトリフェニレン基、置換基を有していてもよいナフチレン基から選ばれる基を表し、X4、Z3、Z4は互いに独立に、直接結合、−O−、−S−、−CO−、−SO−、−SO2−のいずれかを表す。)
In the polymer electrolyte membrane of the present invention, examples of the polymer non-electrolyte suitably used include at least a unit represented by the following general formula (4) as a repeating unit or represented by the following general formula (5). Examples thereof include those having at least a unit and a unit represented by the following general formula (6).
— [(Ar 7 ) q —R 3 — (Ar 8 ) r —X 3 ] — (4)
(In the formula, R 3 has an optionally substituted alkylene group having 2 to 10 carbon atoms, an optionally substituted oxyalkylene group having 2 to 10 carbon atoms, and a substituent. Represents a group selected from oxyalkyleneoxy groups having 2 to 10 carbon atoms, and Ar 7 and Ar 8 may each independently have a phenylene group or a substituent which may have a substituent. X 3 represents a group selected from a good biphenylylene group, an optionally substituted triphenylene group, and an optionally substituted naphthylene group, and X 3 represents a direct bond, —O—, —S—, —CO. Represents-, -SO-, or -SO 2- , q and r each represents 0 or 1, and q + r represents 1 or 2;
)
-(R 4 -X 4 )-(5)
-(Ar 9 -Z 3 -Ar 10 -Z 4 )-(6)
(In the formula, R 4 has an optionally substituted alkylene group having 2 to 10 carbon atoms, an optionally substituted oxyalkylene group having 2 to 10 carbon atoms, and a substituent. Represents a group selected from oxyalkyleneoxy groups having 2 to 10 carbon atoms, and Ar 9 and Ar 10 may independently have a phenylene group or a substituent which may have a substituent. Represents a group selected from a good biphenylylene group, a triphenylene group which may have a substituent, and a naphthylene group which may have a substituent, and X 4 , Z 3 and Z 4 are each independently a direct bond, It represents any of —O—, —S—, —CO—, —SO—, and —SO 2 —.)

ここで、置換基を有していてもよい炭素数2〜10のアルキレン基としては、例えばエチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ペンチレン基、へキシレン基、へプチレン基、オクチレン基、ノニレン基、デカメチレン基等の他に、これらに、メチル、エチル、n−プロピルなどの炭素数1〜6のアルキル基、メトキシ、エトキシ、n−プロポキシなどの炭素数1〜6のアルコキシ基、トリフルオロメチルなどの炭素数1〜6のハロゲン化アルキル基、トリフルオロメトキシなどの炭素数1〜6のハロゲン化アルコキシ基、フェニル、ナフチルなどの炭素数6〜14のアリール基、フェノキシ、ナフチルオキシなどの炭素数6〜14のアリールオキシ基、アセチル基、ベンゾイル基、フルオロ、クロロ、ブロモなどのハロゲノ基、水酸基などが置換したもの等が挙げられる。置換基が複数ある場合は、それらは同一であっても異なっていても良い。
中でもハロゲノ基が置換した炭素数2〜10のアルキレン基が好ましく、2,2,3,3,4,4−ヘキサフルオロペンチレン基、2,2,3,3,4,4,5,5,6,6−デカフルオロヘプチレン基等の炭素数2〜10の部分ハロゲン化アルキレン基、1,1,2−トリフルオロ−2−クロロエチレン基、テトラフルオロエチレン基、オクタフルオロブチレン基、ドデカフルオロへキシレン基、ヘキサデカフルオロオクチレン基等の炭素数2〜10の過ハロゲン化アルキレン基などがより好ましい。とりわけ好ましくはテトラフルオロエチレン基、オクタフルオロブチレン基、ドデカフルオロへキシレン基、ヘキサデカフルオロオクチレン基などである。
Here, as the alkylene group having 2 to 10 carbon atoms which may have a substituent, for example, ethylene group, propylene group, butylene group, pentylene group, hexylene group, heptylene group, octylene group, nonylene group, In addition to decamethylene group, etc., these include alkyl groups having 1 to 6 carbon atoms such as methyl, ethyl and n-propyl, alkoxy groups having 1 to 6 carbon atoms such as methoxy, ethoxy and n-propoxy, trifluoromethyl and the like C 1-6 halogenated alkyl group, C 1-6 halogenated alkoxy group such as trifluoromethoxy, C 6-14 aryl group such as phenyl, naphthyl, phenoxy, naphthyloxy, etc. 6-14 aryloxy groups, acetyl groups, benzoyl groups, halogeno groups such as fluoro, chloro and bromo, hydroxyl groups, etc. Such as those obtained by conversion and the like. When there are a plurality of substituents, they may be the same or different.
Among these, an alkylene group having 2 to 10 carbon atoms substituted with a halogeno group is preferred, and a 2,2,3,4,4-hexafluoropentylene group, 2,2,3,3,4,4,5,5. A partially halogenated alkylene group having 2 to 10 carbon atoms such as 1,6,6-decafluoroheptylene group, 1,1,2-trifluoro-2-chloroethylene group, tetrafluoroethylene group, octafluorobutylene group, A perhalogenated alkylene group having 2 to 10 carbon atoms such as dodecafluorohexylene group and hexadecafluorooctylene group is more preferable. Particularly preferred are tetrafluoroethylene group, octafluorobutylene group, dodecafluorohexylene group, hexadecafluorooctylene group and the like.

また置換基を有していてもよい炭素数2〜10のオキシアルキレン基としては、例えばオキシエチレン基、オキシプロピレン基、オキシブチレン基、オキシペンチレン基、オキシへキシレン基、オキシへプチレン基、オキシオクチレン基、オキシノニレン基、オキシデカメチレン基等の他に、これらに、メチル、エチル、n−プロピルなどの炭素数1〜6のアルキル基、メトキシ、エトキシ、n−プロポキシなどの炭素数1〜6のアルコキシ基、トリフルオロメチルなどの炭素数1〜6のハロゲン化アルキル基、トリフルオロメトキシなどの炭素数1〜6のハロゲン化アルコキシ基、フェニル、ナフチルなどの炭素数6〜14のアリール基、フェノキシ、ナフチルオキシなどの炭素数6〜14のアリールオキシ基、アセチル基、ベンゾイル基、フルオロ、クロロ、ブロモなどのハロゲノ基、水酸基などが置換したもの等が挙げられる。置換基が複数ある場合は、それらは同一であっても異なっていても良い。
中でも、ハロゲノ基が置換した炭素数2〜10のオキシアルキレン基が好ましく、オキシ−(2,2,3,3,4,4−ヘキサフルオロ)ペンチレン基、オキシ−(2,2,3,3,4,4,5,5,6,6−デカフルオロ)ヘプチレン基等の炭素数2〜10の部分ハロゲン化オキシアルキレン基、オキシ−(1,1,2−トリフルオロ−2−クロロ)エチレン基、オキシ−(テトラフルオロ)エチレン基、オキシ−(オクタフルオロ)ブチレン基、オキシ−(ドデカフルオロ)へキシレン基、オキシ−(ヘキサデカフルオロ)オクチレン基等の炭素数2〜10の過ハロゲン化オキシアルキレン基がより好ましい。とりわけ好ましくは、オキシ−(テトラフルオロ)エチレン基、オキシ−(オクタフルオロ)ブチレン基、オキシ−(ドデカフルオロ)へキシレン基、オキシ−(ヘキサデカフルオロ)オクチレン基などである。
Examples of the optionally substituted oxyalkylene group having 2 to 10 carbon atoms include an oxyethylene group, an oxypropylene group, an oxybutylene group, an oxypentylene group, an oxyhexylene group, an oxyheptylene group, In addition to oxyoctylene group, oxynonylene group, oxydecamethylene group, etc., these may also include alkyl groups having 1 to 6 carbon atoms such as methyl, ethyl, n-propyl, etc., and 1 carbon atom such as methoxy, ethoxy, n-propoxy, etc. 1 to 6 alkoxy groups, C1-C6 halogenated alkyl groups such as trifluoromethyl, C1-C6 halogenated alkoxy groups such as trifluoromethoxy, and C6-C14 aryls such as phenyl and naphthyl. Group, aryloxy group having 6 to 14 carbon atoms such as phenoxy, naphthyloxy, acetyl group, benzoyl group Fluoro, chloro, halogeno groups such as bromo, and a hydroxyl group and the like obtained by substituting. When there are a plurality of substituents, they may be the same or different.
Among them, an oxyalkylene group having 2 to 10 carbon atoms substituted with a halogeno group is preferable, and an oxy- (2,2,3,4,4-hexafluoro) pentylene group, oxy- (2,2,3,3). , 4,4,5,5,6,6-decafluoro) heptylene group or the like, a partially halogenated oxyalkylene group having 2 to 10 carbon atoms, oxy- (1,1,2-trifluoro-2-chloro) ethylene Perhalogenation having 2 to 10 carbon atoms such as oxy- (tetrafluoro) ethylene group, oxy- (octafluoro) butylene group, oxy- (dodecafluoro) hexylene group, oxy- (hexadecafluoro) octylene group An oxyalkylene group is more preferred. Particularly preferred are oxy- (tetrafluoro) ethylene group, oxy- (octafluoro) butylene group, oxy- (dodecafluoro) hexylene group, oxy- (hexadecafluoro) octylene group and the like.

置換基を有していてもよい炭素数2〜10のオキシアルキレンオキシ基としては、
例えばオキシエチレンオキシ基、オキシプロピレンオキシ基、オキシブチレンオキシ基、オキシペンチレンオキシ基、オキシへキシレンオキシ基、オキシへプチレンオキシ基、オキシオクチレンオキシ基、オキシノニレンオキシ基、オキシデカメチレンオキシ基等の他に、これらに、メチル、エチル、n−プロピルなどの炭素数1〜6のアルキル基、メトキシ、エトキシ、n−プロポキシなどの炭素数1〜6のアルコキシ基、トリフルオロメチルなどの炭素数1〜6のハロゲン化アルキル基、トリフルオロメトキシなどの炭素数1〜6のハロゲン化アルコキシ基、フェニル、ナフチルなどの炭素数6〜14のアリール基、フェノキシ、ナフチルオキシなどの炭素数6〜14のアリールオキシ基、アセチル基、ベンゾイル基、フルオロ、クロロ、ブロモなどのハロゲノ基、水酸基などが置換したもの等が挙げられる。置換基が複数ある場合は、それらは同一であっても異なっていても良い。
中でもハロゲノ基が置換した炭素数2〜10のオキシアルキレンオキシ基が好ましく、オキシ−(2,2,3,3,4,4−ヘキサフルオロ)ペンチレン−オキシ基、オキシ−(2,2,3,3,4,4,5,5,6,6−デカフルオロ)ヘプチレン−オキシ基等の炭素数2〜10の部分ハロゲン化オキシアルキレンオキシ基、オキシ−(1,1,2−トリフルオロ−2−クロロ)エチレン−オキシ基、オキシ−(テトラフルオロ)エチレン−オキシ基、オキシ−(オクタフルオロ)ブチレン−オキシ基、オキシ−(ドデカフルオロ)へキシレン−オキシ基、オキシ−(ヘキサデカフルオロ)オクチレン−オキシ基等の炭素数2〜10の過ハロゲン化オキシアルキレンオキシ基がより好ましい。とりわけ好ましくは、オキシ−(テトラフルオロ)エチレン−オキシ基、オキシ−(オクタフルオロ)ブチレン−オキシ基、オキシ−(ドデカフルオロ)へキシレン−オキシ基、オキシ−(ヘキサデカフルオロ)オクチレン−オキシ基などである。
As the oxyalkyleneoxy group having 2 to 10 carbon atoms which may have a substituent,
For example, oxyethyleneoxy group, oxypropyleneoxy group, oxybutyleneoxy group, oxypentyleneoxy group, oxyhexyleneoxy group, oxyheptyleneoxy group, oxyoctyleneoxy group, oxynonyleneoxy group, oxydecamethyleneoxy group In addition to these, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms such as methyl, ethyl and n-propyl, an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms such as methoxy, ethoxy and n-propoxy, and a carbon such as trifluoromethyl C1-C6 halogenated alkyl groups, C1-C6 halogenated alkoxy groups such as trifluoromethoxy, C6-C14 aryl groups such as phenyl and naphthyl, C6-C6 such as phenoxy and naphthyloxy 14 aryloxy groups, acetyl groups, benzoyl groups, fluoro, chloro Halogeno groups such as bromo, and a hydroxyl group and the like obtained by substituting. When there are a plurality of substituents, they may be the same or different.
Among them, an oxyalkyleneoxy group having 2 to 10 carbon atoms substituted with a halogeno group is preferable, and is an oxy- (2,2,3,4,4-hexafluoro) pentylene-oxy group or oxy- (2,2,3 , 3,4,4,5,5,6,6-decafluoro) heptylene-oxy group or the like, a partially halogenated oxyalkyleneoxy group having 2 to 10 carbon atoms, such as oxy- (1,1,2-trifluoro-) 2-chloro) ethylene-oxy group, oxy- (tetrafluoro) ethylene-oxy group, oxy- (octafluoro) butylene-oxy group, oxy- (dodecafluoro) hexylene-oxy group, oxy- (hexadecafluoro) A perhalogenated oxyalkyleneoxy group having 2 to 10 carbon atoms such as an octylene-oxy group is more preferable. Particularly preferably, oxy- (tetrafluoro) ethylene-oxy group, oxy- (octafluoro) butylene-oxy group, oxy- (dodecafluoro) hexylene-oxy group, oxy- (hexadecafluoro) octylene-oxy group, etc. It is.

また置換基を有していてもよいフェニレン基、置換基を有していてもよいビフェニリレン基、置換基を有していてもよいトリフェニレン基、置換基を有していてもよいナフチレン基における置換基としては、例えばメチル、エチル、n−プロピルなどの炭素数1〜6のアルキル基、メトキシ、エトキシ、n−プロポキシなどの炭素数1〜6のアルコキシ基、トリフルオロメチルなどの炭素数1〜6のハロゲン化アルキル基、トリフルオロメトキシなどの炭素数1〜6のハロゲン化アルコキシ基、フェニル、ナフチルなどの炭素数6〜14のアリール基、フェノキシ、ナフチルオキシなどの炭素数6〜14のアリールオキシ基、アセチル基、ベンゾイル基、フルオロ、クロロ、ブロモなどのハロゲノ基、水酸基、などが挙げられる。置換基は複数有していても良く、この場合は同一であっても異なるものであっても良い。
置換基を有していてもよいフェニレン基の好ましい例としては、例えば、1,4−フェニレン基、1,3−フェニレン基、1,2−フェニレン基、及びこれらに、メチル、エチル、n−プロピルなどの炭素数1〜6のアルキル基、メトキシ、エトキシ、n−プロポキシなどの炭素数1〜6のアルコキシ基、トリフルオロメチルなどの炭素数1〜6のハロゲン化アルキル基、トリフルオロメトキシなどの炭素数1〜6のハロゲン化アルコキシ基、フェニル、ナフチルなどの炭素数6〜14のアリール基、フェノキシ、ナフチルオキシなどの炭素数6〜14のアリールオキシ基、アセチル基、ベンゾイル基、フルオロ、クロロ、ブロモなどのハロゲノ基、水酸基などが置換したもの等が挙げられる。置換基が複数ある場合は、それらは同一であっても異なっていても良い。中でも、これらの置換基で置換されていてもよい1,4−フェニレン基が好ましい。
Further, substitution in a phenylene group which may have a substituent, a biphenylylene group which may have a substituent, a triphenylene group which may have a substituent, or a naphthylene group which may have a substituent Examples of the group include alkyl groups having 1 to 6 carbon atoms such as methyl, ethyl and n-propyl, alkoxy groups having 1 to 6 carbon atoms such as methoxy, ethoxy and n-propoxy, and 1 to 3 carbon atoms such as trifluoromethyl. 6 halogenated alkyl groups, halogenated alkoxy groups having 1 to 6 carbon atoms such as trifluoromethoxy, aryl groups having 6 to 14 carbon atoms such as phenyl and naphthyl, and aryls having 6 to 14 carbon atoms such as phenoxy and naphthyloxy Examples thereof include an oxy group, an acetyl group, a benzoyl group, a halogeno group such as fluoro, chloro and bromo, and a hydroxyl group. There may be a plurality of substituents, and in this case, they may be the same or different.
Preferable examples of the phenylene group which may have a substituent include, for example, 1,4-phenylene group, 1,3-phenylene group, 1,2-phenylene group, and methyl, ethyl, n- C1-C6 alkyl groups such as propyl, C1-C6 alkoxy groups such as methoxy, ethoxy and n-propoxy, C1-C6 halogenated alkyl groups such as trifluoromethyl, trifluoromethoxy, etc. A halogenated alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, an aryl group having 6 to 14 carbon atoms such as phenyl and naphthyl, an aryloxy group having 6 to 14 carbon atoms such as phenoxy and naphthyloxy, an acetyl group, a benzoyl group, fluoro, Examples include those substituted with a halogeno group such as chloro and bromo, and a hydroxyl group. When there are a plurality of substituents, they may be the same or different. Among these, a 1,4-phenylene group which may be substituted with these substituents is preferable.

置換基を有していてもよいビフェニリレン基の好ましい例としては、例えば、4,4’−ビフェニリレン基、3,3’−ビフェニリレン基、3,4’−ビフェニリレン基、及びこれらに、メチル、エチル、n−プロピルなどの炭素数1〜6のアルキル基、メトキシ、エトキシ、n−プロポキシなどの炭素数1〜6のアルコキシ基、トリフルオロメチルなどの炭素数1〜6のハロゲン化アルキル基、トリフルオロメトキシなどの炭素数1〜6のハロゲン化アルコキシ基、フェニル、ナフチルなどの炭素数6〜14のアリール基、フェノキシ、ナフチルオキシなどの炭素数6〜14のアリールオキシ基、アセチル基、ベンゾイル基、フルオロ、クロロ、ブロモなどのハロゲノ基、水酸基などが置換したもの等が挙げられる。置換基が複数ある場合は、それらは同一であっても異なっていても良い。中でも、これらの置換基で置換されていてもよい4,4’−ビフェニリレン基が好ましい。
また置換基を有していてもよいトリフェニレン基の好ましい例としては、例えば、4,4”−トリフェニレン基、3,3”−トリフェニレン基、3,4”−トリフェニレン基、及びこれらに、メチル、エチル、n−プロピルなどの炭素数1〜6のアルキル基、メトキシ、エトキシ、n−プロポキシなどの炭素数1〜6のアルコキシ基、トリフルオロメチルなどの炭素数1〜6のハロゲン化アルキル基、トリフルオロメトキシなどの炭素数1〜6のハロゲン化アルコキシ基、フェニル、ナフチルなどの炭素数6〜14のアリール基、フェノキシ、ナフチルオキシなどの炭素数6〜14のアリールオキシ基、アセチル基、ベンゾイル基、フルオロ、クロロ、ブロモなどのハロゲノ基、水酸基などが置換したもの等が挙げられる。置換基が複数ある場合は、それらは同一であっても異なっていても良い。中でも、これらの置換基で置換されていてもよい4,4”−トリフェニレン基が好ましい。
Preferred examples of the biphenylylene group which may have a substituent include, for example, 4,4′-biphenylylene group, 3,3′-biphenylylene group, 3,4′-biphenylylene group, and methyl, ethyl , An alkyl group having 1 to 6 carbon atoms such as n-propyl, an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms such as methoxy, ethoxy and n-propoxy, a halogenated alkyl group having 1 to 6 carbon atoms such as trifluoromethyl, tri C1-C6 halogenated alkoxy groups such as fluoromethoxy, C6-C14 aryl groups such as phenyl and naphthyl, C6-C14 aryloxy groups such as phenoxy and naphthyloxy, acetyl groups and benzoyl groups , Halogeno groups such as fluoro, chloro, and bromo, and those substituted with a hydroxyl group. When there are a plurality of substituents, they may be the same or different. Among these, a 4,4′-biphenylylene group which may be substituted with these substituents is preferable.
Preferred examples of the triphenylene group which may have a substituent include, for example, 4,4 "-triphenylene group, 3,3" -triphenylene group, 3,4 "-triphenylene group, and methyl, An alkyl group having 1 to 6 carbon atoms such as ethyl and n-propyl, an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms such as methoxy, ethoxy and n-propoxy, a halogenated alkyl group having 1 to 6 carbon atoms such as trifluoromethyl, C1-C6 halogenated alkoxy groups such as trifluoromethoxy, C6-C14 aryl groups such as phenyl and naphthyl, C6-C14 aryloxy groups such as phenoxy and naphthyloxy, acetyl groups, and benzoyl Group, a halogeno group such as fluoro, chloro and bromo, a hydroxyl group substituted, etc. There are a plurality of substituents. If, they may be the same or different among them, it may be substituted with these substituents 4,4 "-. Triphenylene group.

置換基を有していてもよいナフチレン基の好ましい例としては、例えば、1,4−ナフチレン基、2,3−ナフチレン基、1,5−ナフチレン基、2,6−ナフチレン基、2,7−ナフチレン基、1,8−ナフチレン基、及びこれらに、メチル、エチル、n−プロピルなどの炭素数1〜6のアルキル基、メトキシ、エトキシ、n−プロポキシなどの炭素数1〜6のアルコキシ基、トリフルオロメチルなどの炭素数1〜6のハロゲン化アルキル基、トリフルオロメトキシなどの炭素数1〜6のハロゲン化アルコキシ基、フェニル、ナフチルなどの炭素数6〜14のアリール基、フェノキシ、ナフチルオキシなどの炭素数6〜14のアリールオキシ基、アセチル基、ベンゾイル基、フルオロ、クロロ、ブロモなどのハロゲノ基、水酸基などが置換したもの等が挙げられる。置換基が複数ある場合は、それらは同一であっても異なっていても良い。中でも、これらの置換基で置換されていてもよい1,4−ナフチレン基、1,5−ナフチレン基、2,6−ナフチレン基、2,7−ナフチレン基が好ましい。   Preferable examples of the naphthylene group which may have a substituent include, for example, 1,4-naphthylene group, 2,3-naphthylene group, 1,5-naphthylene group, 2,6-naphthylene group, 2,7 A naphthylene group, a 1,8-naphthylene group, and an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms such as methyl, ethyl and n-propyl, and an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms such as methoxy, ethoxy and n-propoxy , Halogenated alkyl groups having 1 to 6 carbon atoms such as trifluoromethyl, halogenated alkoxy groups having 1 to 6 carbon atoms such as trifluoromethoxy, aryl groups having 6 to 14 carbon atoms such as phenyl and naphthyl, phenoxy and naphthyl Substituted by aryloxy groups having 6 to 14 carbon atoms such as oxy, acetyl groups, benzoyl groups, halogeno groups such as fluoro, chloro and bromo, and hydroxyl groups Ones, and the like. When there are a plurality of substituents, they may be the same or different. Among these, a 1,4-naphthylene group, a 1,5-naphthylene group, a 2,6-naphthylene group, and a 2,7-naphthylene group that may be substituted with these substituents are preferable.

前記一般式(1)で示される単位の代表例としては、遊離酸の形で表すと、例えば下記のものが挙げられる。ここで、kはそれぞれ独立に0、1または2を表し、各単位中のkの少なくとも何れか一つは1または2である。

Figure 2006045512
As a typical example of the unit represented by the general formula (1), the following may be mentioned in the form of a free acid. Here, k independently represents 0, 1 or 2, and at least one of k in each unit is 1 or 2.
Figure 2006045512

また前記一般式(2)で示される単位の具体例としては、例えば下記のものが挙げられる。

Figure 2006045512
Specific examples of the unit represented by the general formula (2) include the following.
Figure 2006045512

一般式(3)で示される単位の具体例としては、遊離酸の形で表すと、例えば下記のものが挙げられる。

Figure 2006045512
Specific examples of the unit represented by the general formula (3) include the following when expressed in the form of a free acid.
Figure 2006045512

また前記一般式(4)で示される単位の具体例としては、例えば下記のものが挙げられる。

Figure 2006045512
Specific examples of the unit represented by the general formula (4) include the following.
Figure 2006045512

また前記一般式(5)で示される単位の具体例としては、例えば下記のものが挙げられる。

Figure 2006045512
Specific examples of the unit represented by the general formula (5) include the following.
Figure 2006045512

前記一般式(6)で示される単位の具体例としては、例えば下記のものが挙げられる。

Figure 2006045512
Specific examples of the unit represented by the general formula (6) include the following.
Figure 2006045512

本発明において、好適に用いられる高分子電解質としては、上記のような一般式(1)で示される繰返し単位を少なくとも有するもの、上記のような一般式(2)で示される繰返し単位と上記のような一般式(3)で示される繰返し単位とを少なくとも有するものなどが挙げられるが、さらに他の繰返し単位を有することもできる。複数の繰返し単位を有する場合は、交互共重合体であっても、ランダム共重合体であっても、ブロック共重合体であっても、グラフト共重合体であっても良い。
また好適に用いられる高分子非電解質としては、上記のような一般式(4)で示される繰返し単位を少なくとも有するもの、上記のような一般式(5)で示される繰返し単位と上記のような一般式(6)で示される繰返し単位とを少なくとも有するものなどが挙げられるが、さらに他の繰返し単位を有することもできる。複数の繰返し単位を有する場合は、交互共重合体であっても、ランダム共重合体であっても、ブロック共重合体であっても、グラフト共重合体であっても良い。
In the present invention, the polymer electrolyte preferably used includes those having at least the repeating unit represented by the general formula (1) as described above, the repeating unit represented by the general formula (2) as described above, and the above-mentioned Although what has at least the repeating unit shown by such General formula (3) etc. is mentioned, it can also have another repeating unit. When it has a plurality of repeating units, it may be an alternating copolymer, a random copolymer, a block copolymer, or a graft copolymer.
The polymer non-electrolyte preferably used includes those having at least the repeating unit represented by the general formula (4) as described above, the repeating unit represented by the general formula (5) as described above, and the above-mentioned Although what has at least the repeating unit shown by General formula (6) is mentioned, it can also have another repeating unit. When it has a plurality of repeating units, it may be an alternating copolymer, a random copolymer, a block copolymer, or a graft copolymer.

本発明における高分子電解質、高分子非電解質は、例えば、アルカリ存在下に、対応するジハロゲノ化合物と対応するジオール化合物を溶媒中で縮合する等の公知の方法により製造することができる。
具体例を示すと、下式(7)で表される高分子電解質は、1,6−ビス(4−フルオロフェニル)−ドデカフルオロへキサンと4,4’−ジヒドロキシビフェニルと4,4’−ジフルオロ−3,3’−ジスルホジフェニルスルホンとをアルカリ存在下、重縮合して製造することができる。また下式(8)で表される高分子電非解質は、鎖末端に水酸基を有するポリエチレンオキシドと両末端をフッ素化したポリエーテルスルホンを反応させることで製造することができる。

Figure 2006045512
The polymer electrolyte and polymer non-electrolyte in the present invention can be produced by a known method such as condensation of a corresponding dihalogeno compound and a corresponding diol compound in a solvent in the presence of an alkali.
As a specific example, the polymer electrolyte represented by the following formula (7) is 1,6-bis (4-fluorophenyl) -dodecafluorohexane, 4,4′-dihydroxybiphenyl, and 4,4′-. Difluoro-3,3′-disulfodiphenylsulfone can be produced by polycondensation in the presence of an alkali. In addition, the polymer electrolyzed protein represented by the following formula (8) can be produced by reacting polyethylene oxide having a hydroxyl group at the chain end with polyethersulfone having both ends fluorinated.
Figure 2006045512

本発明の高分子電解質膜は、構成する高分子として、上記のような高分子電解質の他に、上記のような高分子非電解質を含んでいて良いが、その組合せとしては特に制限がなく、高分子電解質1種のみから構成される高分子電解質膜であっても、複数種の高分子電解質と複数種の高分子非電解質から構成される高分子電解質であってもよい。
かかる高分子電解質膜を製造するに当り、その方法は特に制限はないが、溶液状態より製膜する方法(溶液キャスト法)が好ましく使用される。
具体的には、高分子電解質及び必要に応じて用いる高分子非電解質とを適当な溶媒に溶解し、その溶液をガラス板上に流延塗布し、溶媒を除去することにより高分子電解質膜が製膜される。製膜に用いる溶媒は、高分子電解質及び必要に応じて用いる高分子非電解質を溶解可能であり、その後に除去し得るものであるならば特に制限はなく、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド(DMAc)、N−メチル−2−ピロリドン、ジメチルスルホキシド等の非プロトン性極性溶媒、ジクロロメタン、クロロホルム、1,2−ジクロロエタン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン等の塩素系溶媒、メタノール、エタノール、プロパノール等のアルコール類、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル等のアルキレングリコールモノアルキルエーテルなどが好適に用いられる。これらは単独で用いることもできるが、必要に応じて2種以上の溶媒を混合して用いることもできる。中でも、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン、ジメチルスルホキシド等がポリマーの溶解性が高く好ましい。
The polymer electrolyte membrane of the present invention may contain a polymer non-electrolyte as described above in addition to the polymer electrolyte as described above, but the combination is not particularly limited, Even a polymer electrolyte membrane composed of only one type of polymer electrolyte may be a polymer electrolyte composed of a plurality of types of polymer electrolytes and a plurality of types of polymer non-electrolytes.
In producing such a polymer electrolyte membrane, the method is not particularly limited, but a method of forming a membrane from a solution state (solution casting method) is preferably used.
Specifically, a polymer electrolyte membrane and a polymer non-electrolyte used as necessary are dissolved in an appropriate solvent, the solution is cast on a glass plate, and the solvent is removed to obtain a polymer electrolyte membrane. A film is formed. The solvent used for film formation is not particularly limited as long as it is capable of dissolving the polymer electrolyte and the polymer non-electrolyte used as necessary, and can be removed thereafter. N, N-dimethylformamide, N, Aprotic polar solvents such as N-dimethylacetamide (DMAc), N-methyl-2-pyrrolidone, dimethylsulfoxide, chlorinated solvents such as dichloromethane, chloroform, 1,2-dichloroethane, chlorobenzene, dichlorobenzene, methanol, ethanol, Alcohols such as propanol, alkylene glycol monoalkyl ethers such as ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, propylene glycol monomethyl ether, and propylene glycol monoethyl ether are preferably used. These can be used singly, but two or more solvents can be mixed and used as necessary. Of these, dimethylformamide, dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone, dimethylsulfoxide and the like are preferable because of high solubility of the polymer.

また本発明の高分子電解質膜は、多孔性のフィルムやシート(多孔膜)との含浸複合化や、繊維状高分子との混合等の方法により得られる複合膜であっても良い。
すなわち、本発明の高分子電解質膜の構成成分の内、少なくとも1種以上の高分子電解質及び/又は高分子非電解質からなる多孔性のフィルムやシート(多孔膜)に、本発明の高分子電解質膜の構成成分である高分子電解質及び/又は高分子非電解質を含浸複合化することで複合膜を得ることができる。このとき、多孔性のフィルムやシートの構成成分としては高分子非電解質を含む場合が好ましく、含浸させる成分としては高分子電解質を含むことが好ましい。
また、本発明の高分子電解質膜の構成成分の内、少なくとも1種以上の高分子電解質及び/又は高分子非電解質からなる繊維状物と、本発明の高分子電解質膜の構成成分である高分子電解質及び/又は高分子非電解質を混合して製膜することで複合膜を得ることができる。このとき、繊維状物の構成成分としては高分子非電解質を含む場合が好ましく、繊維状物と混合させる成分としては高分子電解質を含むことが好ましい。
The polymer electrolyte membrane of the present invention may be a composite membrane obtained by a method such as impregnation with a porous film or sheet (porous membrane) or mixing with a fibrous polymer.
That is, among the constituents of the polymer electrolyte membrane of the present invention, the polymer electrolyte of the present invention is applied to a porous film or sheet (porous membrane) made of at least one polymer electrolyte and / or polymer non-electrolyte. A composite membrane can be obtained by impregnating and polymerizing a polymer electrolyte and / or a polymer non-electrolyte, which are constituent components of the membrane. At this time, the constituent of the porous film or sheet preferably includes a polymer non-electrolyte, and the component to be impregnated preferably includes a polymer electrolyte.
In addition, among the constituent components of the polymer electrolyte membrane of the present invention, a fibrous material composed of at least one polymer electrolyte and / or a polymer non-electrolyte, and a high component that is a constituent component of the polymer electrolyte membrane of the present invention. A composite membrane can be obtained by forming a film by mixing a molecular electrolyte and / or a polymer non-electrolyte. At this time, the constituent of the fibrous material preferably includes a polymer non-electrolyte, and the component mixed with the fibrous material preferably includes a polymer electrolyte.

ここで多孔膜は、高分子電解質膜の強度や柔軟性、耐久性のさらなる向上のために使用されるため、その使用目的を満たすものであればその形状によらず用いることができるが、固体高分子型燃料電池の隔膜として使用する場合は、膜厚は通常1〜100μm、好ましくは3〜30μm、さらに好ましくは5〜20μm、孔径は通常0.01〜10μm、好ましくは0.02〜7μm、空隙率は通常20〜98%、好ましくは30〜95%である。また、多孔膜の材質としては、高分子非電解質、並びに、主鎖に脂肪族鎖を有する高分子である場合が好ましい。これらの多孔膜の製造方法としては、公知の手法を用いることができる。
またここで繊維状物は、高分子電解質膜の強度や柔軟性、耐久性のさらなる向上のために使用されるため、その使用目的を満たすものであればその長さ、太さなどの形状によらず用いることができる。固体高分子型燃料電池の隔膜として使用する場合は、高分子電解質膜中に占める繊維状物の重量組成比は、0.1%乃至20%である場合が好ましい。また、繊維状物の材質としては、高分子非電解質、並びに、主鎖に脂肪族鎖を有する高分子である場合が好ましい。これらの繊維状物の製造方法としては、公知の手法を用いることができる。
Here, since the porous membrane is used for further improvement of the strength, flexibility and durability of the polymer electrolyte membrane, it can be used regardless of its shape as long as it satisfies its intended purpose. When used as a membrane for a polymer fuel cell, the film thickness is usually 1 to 100 μm, preferably 3 to 30 μm, more preferably 5 to 20 μm, and the pore diameter is usually 0.01 to 10 μm, preferably 0.02 to 7 μm. The porosity is usually 20 to 98%, preferably 30 to 95%. In addition, the material of the porous membrane is preferably a polymer non-electrolyte and a polymer having an aliphatic chain in the main chain. As a method for producing these porous films, a known method can be used.
In addition, since the fibrous material is used to further improve the strength, flexibility, and durability of the polymer electrolyte membrane, the fibrous material can be formed into a shape such as a length and a thickness as long as the purpose of use is satisfied. It can be used regardless. When used as a diaphragm for a polymer electrolyte fuel cell, the weight composition ratio of the fibrous material in the polymer electrolyte membrane is preferably 0.1% to 20%. The material of the fibrous material is preferably a polymer non-electrolyte and a polymer having an aliphatic chain in the main chain. A known method can be used as a method for producing these fibrous materials.

かかる多孔膜や繊維状物との複合化方法に特に制限は無く、例えば高分子電解質溶液中に多孔膜を含浸し、多孔膜を取り出した後に溶媒を乾燥させて複合膜を得る方法や、高分子電解質溶液を多孔膜に塗布し、溶媒を乾燥させて複合膜を得る方法、多孔膜に減圧下で高分子電解質溶液を接触させ、その後常圧に戻す事で溶液を多孔膜空孔内に含浸させ、溶媒を乾燥させて複合膜を得る方法、繊維状物と高分子電解質溶液を混合し、その後に前記した溶液キャスト方法に準じて製膜する方法等が挙げられる。   There is no particular limitation on the method of combining the porous membrane and the fibrous material. For example, a method of obtaining a composite membrane by impregnating the porous membrane in a polymer electrolyte solution and taking out the porous membrane and then drying the solvent, A method of applying a molecular electrolyte solution to a porous membrane and drying the solvent to obtain a composite membrane, contacting the porous membrane with a polymer electrolyte solution under reduced pressure, and then returning to normal pressure by bringing the solution into the pores of the porous membrane Examples thereof include a method of impregnating and drying a solvent to obtain a composite membrane, a method of mixing a fibrous material and a polymer electrolyte solution, and then forming a membrane according to the solution casting method described above.

かくして高分子電解質膜が得られるが、本発明においては、23℃、相対湿度50%における弾性率が、400MPa〜900MPaであるものが選定される。
次に燃料電池について説明する。
本発明の燃料電池は、上記のような高分子電解質膜の両面に、触媒および集電体としての導電性物質を接合することにより製造することができる。
該触媒としては、水素または酸素との酸化還元反応を活性化できるものであれば特に制限はなく、公知のものを用いることができるが、白金の微粒子を用いることが好ましい。
白金の微粒子は活性炭や黒鉛などの粒子状または繊維状のカーボンに担持されて用いることが好ましい。
また集電体としての導電性物質に関しても、公知の材料を用いることができるが、多孔質性のカーボン不織布またはカーボンペーパーが、原料ガスを触媒へ効率的に輸送するために好ましい。
ここで、多孔質性のカーボン不織布またはカーボンペーパーに白金微粒子または白金微粒子を担持したカーボンを接合させる方法、およびそれを高分子電解質膜と接合させる方法については、例えば、J. Electrochem. Soc.: Electrochemical Science and Technology, 1988, 135(9), 2209 に記載されている方法等の公知の方法を用いることができる。
Thus, a polymer electrolyte membrane can be obtained. In the present invention, a polymer electrolyte having an elastic modulus of 400 MPa to 900 MPa at 23 ° C. and a relative humidity of 50% is selected.
Next, the fuel cell will be described.
The fuel cell of the present invention can be produced by bonding a catalyst and a conductive material as a current collector to both surfaces of the polymer electrolyte membrane as described above.
The catalyst is not particularly limited as long as it can activate the oxidation-reduction reaction with hydrogen or oxygen, and a known catalyst can be used, but platinum fine particles are preferably used.
Platinum fine particles are preferably used by being supported on particulate or fibrous carbon such as activated carbon or graphite.
As for the conductive substance as the current collector, a known material can be used, but a porous carbon non-woven fabric or carbon paper is preferable in order to efficiently transport the raw material gas to the catalyst.
Here, for a method of bonding platinum fine particles or carbon carrying platinum fine particles to a porous carbon non-woven fabric or carbon paper, and a method of bonding it to a polymer electrolyte membrane, see, for example, J. Org. Electrochem. Soc. : Known methods such as those described in Electrochemical Science and Technology, 1988, 135 (9), 2209 can be used.

以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited to these.

弾性率
日本工業規格(JIS K 7127)に準拠して23℃、相対湿度50%下において実施した引っ張り試験から弾性率を求めた。
Elastic modulus The elastic modulus was determined from a tensile test conducted at 23 ° C. and 50% relative humidity in accordance with Japanese Industrial Standard (JIS K 7127).

乾湿サイクル試験
カーボンに担持された白金触媒(白金担時量30%)10mgをNafion(デュポン社の登録商標)の低級アルコール溶液(水を10wt%含む)(Aldrich社製)0.1mlと混合してペースト状とし、電極材料としての多孔質性のカーボン織布に塗布、乾燥し、触媒が固定された電極材料としての集電体を得た。この集電体を膜の両面に重ね合せ、膜−電極接合体を得た。この膜−電極接合体を燃料電池セルに組み込むことで燃料電池単セルを得た。
95℃に保った燃料電池単セルのアノード・カソード両側に、95℃に保ったバブラーを通した加湿窒素を30分、バブラーを通さない乾燥窒素を30分送り込むプロセスを1サイクルとした。この乾湿サイクルに対する膜の機械的劣化の指標として、膜の水素透過量を用いた。水素透過量があるレベル以上に達するサイクル数が大きいほど、機械的耐久性が高いと言える。
水素透過量は次の方法で測定した。燃料電池単セルのアノード側に水素、カソード側に窒素を送り込み、ポテンショスタット/ガルバノスタットを接続した。まず、両極とも背圧を1atm(ゲージの読み)に設定し、電圧を0.2V〜0.6Vの間で掃引し、そのときに得られた電流の値(Ib)を記録した。次に、アノード側の背圧はそのままにカソード側の背圧を0.5atm(ゲージの読み)に設定し、電圧を0.2V〜0.6Vの間で掃引し、そのときに得られた電流の値(Iu)を記録した。このとき、背圧が等しい場合と差圧がかかっている場合の電流の差、すなわちIb−Iuを透過水素の体積に換算し、水素透過量とした。
Dry / wet cycle test 10 mg of platinum catalyst supported on carbon (platinum loading 30%) was mixed with 0.1 ml of a lower alcohol solution of Nafion (registered trademark of DuPont) (containing 10 wt% of water) (manufactured by Aldrich). The paste was applied to a porous carbon woven fabric as an electrode material and dried to obtain a current collector as an electrode material on which the catalyst was fixed. This current collector was superposed on both sides of the membrane to obtain a membrane-electrode assembly. A single fuel cell was obtained by incorporating this membrane-electrode assembly into a fuel cell.
A process in which humidified nitrogen passing through a bubbler maintained at 95 ° C. for 30 minutes and dry nitrogen not passing through a bubbler for 30 minutes was sent to both sides of the anode and cathode of a fuel cell single cell maintained at 95 ° C. for one cycle. The hydrogen permeation amount of the membrane was used as an index of the mechanical deterioration of the membrane with respect to this wet and dry cycle. It can be said that the greater the number of cycles at which the hydrogen permeation amount exceeds a certain level, the higher the mechanical durability.
The hydrogen permeation amount was measured by the following method. Hydrogen was sent to the anode side and nitrogen to the cathode side of the single fuel cell, and a potentiostat / galvanostat was connected. First, the back pressure was set to 1 atm (gauge reading) for both electrodes, the voltage was swept between 0.2 V to 0.6 V, and the current value (I b ) obtained at that time was recorded. Next, the back pressure on the cathode side was set to 0.5 atm (gauge reading) while the back pressure on the anode side was kept unchanged, and the voltage was swept between 0.2 V to 0.6 V and obtained at that time. The current value (I u ) was recorded. At this time, the difference in current between when the back pressure is equal and when the differential pressure is applied, that is, I b −I u is converted to the volume of permeated hydrogen, and the hydrogen permeation amount is obtained.

粘度測定
高分子電解質をN、N−ジメチルホルムアミド(DMF)に溶解させ、0.01g/mL溶液とした。この溶液の比粘度を40℃、ウベローデ型粘度計にて測定した。
Viscosity measuring polymer electrolyte was dissolved in N, N-dimethylformamide (DMF) to prepare a 0.01 g / mL solution. The specific viscosity of this solution was measured at 40 ° C. with an Ubbelohde viscometer.

合成例1
ランダム共重合体(RC−1)の合成例
フラスコに室温下、p−フルオロヨードベンゼン26.64gと脱水ジメチルスルホキシド100mlを入れ、銅粉末15.24gを加え、110℃で攪拌した。ここに1,6−ジヨードドデカフルオロへキサン30.46gをゆっくりと滴下し、120℃で24時間攪拌した。反応溶液を放冷後ろ過した後、水溶液に滴下し析出物を回収した。析出物をアセトンに溶解させ、ろ過した後、アセトンを留去した。残留物をメタノールに溶解させ、水中に析出させた。析出物を減圧蒸留(155℃、5mmHg)で精製し、目的の1,6−ビス(4−フルオロフェニル)ドデカフルオロへキサン(以下M−1と略称する)を得た。
以下にNMR測定結果を示す。1H−NMR(ppm):7.49、7.77、19F−NMR(ppm):−108、−110、−122。
次いで、フラスコに、窒素気流下、4,4’−ジヒドロキシビフェニルを2g、炭酸カリウム1.559g、N−メチルピロリドン14ml、トルエン5mlを加えた。180℃にてトルエンを留去しながら、共沸脱水を行なった。 次いで、上記M−1を2.634g、4,4’−ジフルオロジフェニルスルホン−3,3’−ジスルホン酸カリウムを2.635g加え、180℃で8.5時間攪拌した。放冷後の反応液を塩酸酸性メタノール中に滴下し、得られた沈殿物を濾過回収し、メタノール、水で洗浄した後、40℃にて減圧乾燥した。
ランダム共重合体である下記式(9)の高分子電解質RC−1が茶色の粉末として5.82g得られた。該高分子電解質のイオン交換容量を滴定法により測定したところ、1.3meq/gであった。また、RC−1の比粘度は1.25であった。

Figure 2006045512
Synthesis example 1
Synthesis Example of Random Copolymer (RC-1) In a flask, 26.64 g of p-fluoroiodobenzene and 100 ml of dehydrated dimethyl sulfoxide were placed at room temperature, 15.24 g of copper powder was added, and the mixture was stirred at 110 ° C. 30.46 g of 1,6-diiodododecafluorohexane was slowly added dropwise thereto and stirred at 120 ° C. for 24 hours. The reaction solution was allowed to cool and then filtered, and then added dropwise to the aqueous solution to collect the precipitate. The precipitate was dissolved in acetone and filtered, and then acetone was distilled off. The residue was dissolved in methanol and precipitated into water. The precipitate was purified by distillation under reduced pressure (155 ° C., 5 mmHg) to obtain the desired 1,6-bis (4-fluorophenyl) dodecafluorohexane (hereinafter abbreviated as M-1).
The NMR measurement results are shown below. 1 H-NMR (ppm): 7.49, 7.77, 19 F-NMR (ppm): -108, -110, -122.
Next, 2 g of 4,4′-dihydroxybiphenyl, 1.559 g of potassium carbonate, 14 ml of N-methylpyrrolidone, and 5 ml of toluene were added to the flask under a nitrogen stream. Azeotropic dehydration was carried out while distilling off toluene at 180 ° C. Next, 2.634 g of M-1 above, 2.635 g of potassium 4,4′-difluorodiphenylsulfone-3,3′-disulfonate were added, and the mixture was stirred at 180 ° C. for 8.5 hours. The reaction liquid after standing to cool was dropped into acidic methanol in hydrochloric acid, and the resulting precipitate was collected by filtration, washed with methanol and water, and dried under reduced pressure at 40 ° C.
5.82g of polymer electrolyte RC-1 of following formula (9) which is a random copolymer was obtained as brown powder. When the ion exchange capacity of the polymer electrolyte was measured by a titration method, it was 1.3 meq / g. The specific viscosity of RC-1 was 1.25.
Figure 2006045512

合成例2
ポリエーテルスルホン(末端−F型)の合成例
フラスコに窒素下、住友化学工業製スミカエクセルPES4003P(住友化学工業製、水酸基末端ポリエーテルスルホン、数平均分子量:39000)1000g、炭酸カリウム7.59g、DMAc2500ml、およびトルエン500mlを加え、160℃にて加熱撹拌して共沸脱水した。室温にて放冷後、デカフルオロビフェニル53.6gを加え80℃にて3.5時間加熱撹拌した。放冷後、反応液を大量の水に滴下し、得られた沈殿物をろ過回収し、メタノール/アセトン混合溶媒で洗浄後、80℃にて乾燥して両末端F基の下記式(10)のポリマー(以下P−1と略称する)を得た。

Figure 2006045512
Synthesis example 2
Synthesis Example of Polyethersulfone (Terminal-F Type ) 1000 g of Sumika Excel PES4003P (manufactured by Sumitomo Chemical, hydroxyl-terminated polyethersulfone, number average molecular weight: 39000) 1000 g, potassium carbonate 7.59 g under nitrogen in a flask. DMAc 2500 ml and toluene 500 ml were added, and azeotropic dehydration was performed by heating and stirring at 160 ° C. After allowing to cool at room temperature, 53.6 g of decafluorobiphenyl was added and the mixture was heated and stirred at 80 ° C. for 3.5 hours. After allowing to cool, the reaction solution is added dropwise to a large amount of water, and the resulting precipitate is collected by filtration, washed with a methanol / acetone mixed solvent, dried at 80 ° C., and the following formula (10) of both terminal F groups (Hereinafter abbreviated as P-1).
Figure 2006045512

合成例3
ポリエチレンオキシド(以下PEOと略称する)とポリエーテルスルホン(以下PESと略称する)を構成成分とするブロック共重合体の合成例
鎖末端に水酸基を有する分子量70000のPEO 15gをDMAc20mlに溶解させ、トルエン5mlを加えて共沸脱水した後室温まで放冷した。そこへ油性のNaH(60wt%)を30mg加え室温で撹拌し、鎖末端水酸基をナトリウム塩とした。さらに上記P−1を5gを加えて撹拌することにより目的のブロック共重合体を得た。 このブロック共重合体溶液をメタノールに注ぎ、下記式(11)のポリマー(以下BC−1と略称する)を取り出した。1H・NMR測定より各セグメントの重量比を算出したところPES:PEO=1.0:1.9であった。

Figure 2006045512
Synthesis example 3
Polyethylene oxide (hereinafter abbreviated as PEO) and (hereinafter abbreviated as PES) polyethersulfone PEO 15 g of molecular weight 70,000 with a hydroxyl group in Synthesis Example chain ends of the block copolymer as a constituent is dissolved in DMAc20ml the toluene After azeotropic dehydration by adding 5 ml, the mixture was allowed to cool to room temperature. Thereto, 30 mg of oily NaH (60 wt%) was added and stirred at room temperature, and the chain end hydroxyl group was converted to a sodium salt. Furthermore, the target block copolymer was obtained by adding and stirring 5g of said P-1. This block copolymer solution was poured into methanol, and a polymer of the following formula (11) (hereinafter abbreviated as BC-1) was taken out. It was PES: PEO = 1.0: 1.9 when the weight ratio of each segment was computed from < 1 > H * NMR measurement.
Figure 2006045512

合成例4
ポリ(オキシ(3,3’−ジフェニル−4,4’−ビフェニリレン)オキシ−4,4’−ビフェニリレン)(両末端−OH型)の合成例
フラスコに窒素下、3,3’−ジフェニル−4,4’−ジヒドロキシビフェニルを22.12g、4,4’−ジブロモビフェニル19.26g、ベンゾフェノンを80g、およびトルエンを20ml加え、撹拌溶解した。そこへ炭酸カリウム9.49gを添加し、加熱撹拌してトルエンと水の共沸条件下にて脱水後、トルエンを蒸留除去した。さらに、あらかじめ準備した塩化第一銅/キノリン触媒(0.1g/10ml)を5ml加え、210℃で6時間加熱攪拌した。反応液を大量の酢酸酸性メタノールに注ぎ、得られた沈殿物をろ過、乾燥して両末端水酸基の下記式(12)のポリマー(以下P−2と略称する)を得た。

Figure 2006045512
Synthesis example 4
Synthesis example of poly (oxy (3,3′-diphenyl-4,4′-biphenylylene) oxy-4,4′-biphenylylene) (both ends—OH type) 3,3′-diphenyl-4 under nitrogen in a flask , 4′-dihydroxybiphenyl, 19.26 g of 4,4′-dibromobiphenyl, 80 g of benzophenone, and 20 ml of toluene were added and dissolved by stirring. 9.49 g of potassium carbonate was added thereto, heated and stirred, and dehydrated under azeotropic conditions of toluene and water, and then toluene was distilled off. Further, 5 ml of a previously prepared cuprous chloride / quinoline catalyst (0.1 g / 10 ml) was added, and the mixture was heated and stirred at 210 ° C. for 6 hours. The reaction solution was poured into a large amount of acetic acid-containing methanol, and the resulting precipitate was filtered and dried to obtain a polymer of the following formula (12) having hydroxyl groups at both ends (hereinafter abbreviated as P-2).
Figure 2006045512

合成例5
ブロック共重合体(BC−2)の合成例
フラスコに、合成例4の条件に従って合成したP−2を100g、炭酸カリウム8.29g、DMAc3000ml、およびトルエン250mlを加え、150℃にて加熱撹拌して共沸脱水した。室温まで放冷後、合成例2の条件に従って合成したP−1を400g加え80℃にて6時間加熱撹拌した。放冷後、反応液を大量の塩酸酸性メタノールに滴下し、得られた沈殿物をろ過回収し、80℃にて乾燥してブロック共重合体を得た。得られたブロック共重合体を濃硫酸に溶解させ60℃でスルホン化反応を行った。得られた溶液を大量の氷水中に滴下し、沈殿物をろ過回収した。さらに洗液が中性になるまでイオン交換水によるミキサー洗浄を繰返した後、乾燥することにより、スルホン化した下記式(13)ブロック共重合体BC−2を得た。BC−2の重DMSO溶媒中での1H−NMR測定を行った結果、下記参考例1で述べるPESのスルホン化物に起因する各シグナルが実質的に観察されなかったことから、スルホン酸基は実質的にP−1由来のセグメントには導入されておらず、P−2由来のセグメントに選択的に導入されていることを確認した。1H−NMR測定より各セグメントの重量比を算出したところ(PES):(P−2セグメントのスルホン酸置換体)=2.0:1.0であった。また、相対粘度は1.03であり、イオン交換容量を滴定法により測定したところ、1.5meq/gであった。

Figure 2006045512
Synthesis example 5
Synthesis Example of Block Copolymer (BC-2) To a flask, 100 g of P-2 synthesized according to the conditions of Synthesis Example 4, 8.29 g of potassium carbonate, 3000 ml of DMAc, and 250 ml of toluene were added, and the mixture was heated and stirred at 150 ° C. Azeotropic dehydration. After allowing to cool to room temperature, 400 g of P-1 synthesized according to the conditions of Synthesis Example 2 was added and stirred at 80 ° C. for 6 hours. After allowing to cool, the reaction solution was dropped into a large amount of hydrochloric acid methanol, and the resulting precipitate was collected by filtration and dried at 80 ° C. to obtain a block copolymer. The obtained block copolymer was dissolved in concentrated sulfuric acid and subjected to sulfonation reaction at 60 ° C. The obtained solution was dropped into a large amount of ice water, and the precipitate was collected by filtration. Furthermore, after repeating the mixer washing | cleaning by ion-exchange water until a washing | cleaning liquid becomes neutral, it dried and the sulfonated following formula (13) block copolymer BC-2 was obtained. As a result of 1H-NMR measurement of BC-2 in a heavy DMSO solvent, signals resulting from the sulfonated product of PES described in Reference Example 1 below were not substantially observed. In particular, it was confirmed that it was not introduced into the segment derived from P-1, but was selectively introduced into the segment derived from P-2. When the weight ratio of each segment was calculated from 1 H-NMR measurement, it was (PES) :( sulfonic acid substitution product of P-2 segment) = 2.0: 1.0. The relative viscosity was 1.03, and the ion exchange capacity measured by a titration method was 1.5 meq / g.
Figure 2006045512

合成例6
ブロック共重合体(BC−3)の合成例
無水塩化第二鉄0.2gとプロピレンオキシド1mlをエーテル4ml中0℃で10分撹拌した後に、温度を室温まで上げ、減圧にしてエーテルおよび揮発成分を除去して触媒を調整した。これにフェニルグリシジルエーテル17.74gとエピクロロヒドリン2.37gを加え、100℃で1時間、160℃で8時間加熱撹拌した。重合液をメタノール中に注いで析出物をろ過、乾燥することにより、ポリ(フェニルグリシジルエーテル−co−エピクロロヒドリン)のポリマー(以下GE2と略称する)を得た。
スミカエクセルPES5003P(住友化学工業製、水酸基末端ポリエーテルスルホン)の8gと炭酸カリウム0.1gをDMAc40mlとトルエン5mlに溶解し、加熱してトルエンを蒸留した。これにGE2を2g加え160℃で3.5時間加熱攪拌した。反応液を希塩酸に注いでポリマーを析出させ、ろ過、水洗、乾燥してブロック共重合体を回収した。得られたブロック共重合体を濃硫酸40gと混合し溶解した後、大量の水に注いでポリマーを析出させ、ろ過、水洗、乾燥してスルホン化した下記式(14)のブロック共重合体(BC−3)を得た。BC−3のイオン交換容量を滴定法により測定したところ、1.0meq/gであった。一方、BC−3は若干のゲル分を含み、各種溶媒に完溶しないため、比粘度測定は困難であった。

Figure 2006045512
Synthesis Example 6
Synthesis Example of Block Copolymer (BC-3) After stirring 0.2 g of anhydrous ferric chloride and 1 ml of propylene oxide in 4 ml of ether at 0 ° C. for 10 minutes, the temperature was raised to room temperature and the pressure was reduced to ether and volatile components. To prepare a catalyst. To this were added 17.74 g of phenylglycidyl ether and 2.37 g of epichlorohydrin, and the mixture was heated and stirred at 100 ° C. for 1 hour and at 160 ° C. for 8 hours. The polymer solution was poured into methanol and the precipitate was filtered and dried to obtain a poly (phenylglycidyl ether-co-epichlorohydrin) polymer (hereinafter abbreviated as GE2).
8 g of Sumika Excel PES5003P (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., hydroxyl-terminated polyethersulfone) and 0.1 g of potassium carbonate were dissolved in 40 ml of DMAc and 5 ml of toluene, and heated to distill toluene. 2 g of GE2 was added thereto, and the mixture was heated and stirred at 160 ° C for 3.5 hours. The reaction solution was poured into dilute hydrochloric acid to precipitate a polymer, filtered, washed with water, and dried to recover the block copolymer. The obtained block copolymer was mixed with 40 g of concentrated sulfuric acid and dissolved, and then poured into a large amount of water to precipitate a polymer, filtered, washed with water, dried and sulfonated to obtain a block copolymer of the following formula (14) ( BC-3) was obtained. The ion exchange capacity of BC-3 was measured by a titration method and found to be 1.0 meq / g. On the other hand, since BC-3 contains some gel and does not completely dissolve in various solvents, it is difficult to measure specific viscosity.
Figure 2006045512

合成例7
ブロック共重合体(BC−4)の合成例
特開2001−250567号公報の実施例1に記載の方法に準じて合成し、下記式(15)のブロック共重合体BC−4を得た。BC−4の相対粘度は0.91であり、イオン交換容量を滴定法により測定したところ、1.6meq/gであった。

Figure 2006045512
Synthesis example 7
Synthesized according to the method described in Example 1 of Synthesis Example JP 2001-250567 JP-block copolymer (BC-4), to obtain a block copolymer BC-4 of the formula (15). The relative viscosity of BC-4 was 0.91, and the ion exchange capacity measured by a titration method was 1.6 meq / g.
Figure 2006045512

参考例1
スミカエクセルPES5200P(住友化学工業製、クロロ基末端ポリエーテルスルホン)1.5gを10%発煙硫酸20gに溶解させ室温で3日間スルホン化した。その後ポリマーの硫酸溶液を氷水に注いで希釈し、ポリマーの希硫酸溶液を透析膜(UC36−32−100、三光純薬株式会社製)で純水流水中2日間透析し硫酸を除去した。透析後の水溶液を濃縮、乾燥し、スルホン化PESを得た。
スルホン化PESの重DMSO溶媒中での1H−NMR測定を行った結果、スルホン化前のPES5200Pには認められなかった7.05ppm、7.90ppm、8.29ppmにシグナルが観測され、芳香環にスルホン酸基が導入されたことを確認した。
Reference example 1
1.5 g of SUMIKAEXCEL PES5200P (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., chloro group-terminated polyethersulfone) was dissolved in 20 g of 10% fuming sulfuric acid and sulfonated at room temperature for 3 days. Thereafter, the polymer sulfuric acid solution was poured into ice water for dilution, and the polymer dilute sulfuric acid solution was dialyzed with a dialysis membrane (UC36-32-100, manufactured by Sanko Junyaku Co., Ltd.) for 2 days to remove sulfuric acid. The aqueous solution after dialysis was concentrated and dried to obtain sulfonated PES.
As a result of 1H-NMR measurement of sulfonated PES in heavy DMSO solvent, signals were observed in 7.05 ppm, 7.90 ppm, and 8.29 ppm that were not observed in PES5200P before sulfonation, It was confirmed that sulfonic acid groups were introduced.

実施例1
合成例1で得たRC−1をDMAcに約15重量%の濃度で溶解し、ガラス板に流延し、80℃で乾燥して溶媒を除去することにより、透明で強靭、かつ柔軟な膜を得た。膜のイオン交換容量を滴定法により測定したところ、1.3meq/gであった。この膜の弾性率と乾湿サイクル試験の結果を表1に示す。
Example 1
A transparent, tough, and flexible film obtained by dissolving RC-1 obtained in Synthesis Example 1 in DMAc at a concentration of about 15% by weight, casting on a glass plate, drying at 80 ° C. and removing the solvent. Got. When the ion exchange capacity of the membrane was measured by a titration method, it was 1.3 meq / g. Table 1 shows the elastic modulus of this film and the results of the wet and dry cycle test.

実施例2
合成例3で得たBC−1、合成例5で得たBC−2を重量比で1:2になるように量り取り、DMAcに約15重量%の濃度で溶解し、ガラス板に流延し、80℃で乾燥して溶媒を除去することにより、透明で強靭、かつ柔軟な膜を得た。膜のイオン交換容量を滴定法により測定したところ、1.0meq/gであった。この膜の弾性率と乾湿サイクル試験の結果を表1に示す。
Example 2
BC-1 obtained in Synthesis Example 3 and BC-2 obtained in Synthesis Example 5 were weighed to a weight ratio of 1: 2, dissolved in DMAc at a concentration of about 15% by weight, and cast onto a glass plate. Then, the film was dried at 80 ° C. to remove the solvent, thereby obtaining a transparent, tough and flexible film. The ion exchange capacity of the membrane was measured by a titration method and found to be 1.0 meq / g. Table 1 shows the elastic modulus of this film and the results of the wet and dry cycle test.

実施例3
合成例6で得たBC−3をDMAcに約15重量%の濃度で溶解し、ガラス板に流延し、80℃で乾燥して溶媒を除去することにより、透明で強靭、かつ柔軟な膜を得た。膜のイオン交換容量を滴定法により測定したところ、1.0meq/gであった。この膜の弾性率と乾湿サイクル試験の結果を表1に示す。
Example 3
A transparent, tough, and flexible film is obtained by dissolving BC-3 obtained in Synthesis Example 6 in DMAc at a concentration of about 15% by weight, casting it on a glass plate, drying at 80 ° C. and removing the solvent. Got. The ion exchange capacity of the membrane was measured by a titration method and found to be 1.0 meq / g. Table 1 shows the elastic modulus of this film and the results of the wet and dry cycle test.

比較例1
実施例2において、BC−1とBC−2を重量比2:1になるように量り取る以外は同様の方法で、透明な膜を得た。膜のイオン交換容量を滴定法により測定したところ、0.5meq/gであった。この膜の弾性率と乾湿サイクル試験の結果を表1に示す。
Comparative Example 1
A transparent film was obtained in the same manner as in Example 2 except that BC-1 and BC-2 were weighed so as to have a weight ratio of 2: 1. The ion exchange capacity of the membrane was measured by a titration method and found to be 0.5 meq / g. Table 1 shows the elastic modulus of this film and the results of the wet and dry cycle test.

比較例2
合成例7で得たBC−4をDMAcに約15重量%の濃度で溶解し、ガラス板に流延し、80℃で乾燥して溶媒を除去することにより、透明褐色な膜を得た。膜のイオン交換容量を滴定法により測定したところ、1.6meq/gであった。この膜の弾性率と乾湿サイクル試験の結果を表1に示す。
Comparative Example 2
BC-4 obtained in Synthesis Example 7 was dissolved in DMAc at a concentration of about 15% by weight, cast on a glass plate, dried at 80 ° C., and the solvent was removed to obtain a transparent brown film. When the ion exchange capacity of the membrane was measured by a titration method, it was 1.6 meq / g. Table 1 shows the elastic modulus of this film and the results of the wet and dry cycle test.

Figure 2006045512
Figure 2006045512

Claims (8)

弾性率が23℃、相対湿度50%において400MPa〜900MPaであって、構成成分としての高分子における、全てがその主鎖に芳香環を有し、少なくとも1種がその主鎖に脂肪族鎖を有し、かつ少なくとも1種が高分子電解質であることを特徴とする高分子電解質膜。   The elastic modulus is 400 MPa to 900 MPa at 23 ° C. and 50% relative humidity, and all of the polymer as a constituent component has an aromatic ring in its main chain, and at least one kind has an aliphatic chain in its main chain. A polymer electrolyte membrane, comprising at least one polymer electrolyte. 高分子電解質膜のイオン交換容量が、0.2〜4meq/gであることを特徴とする請求項1記載の高分子電解質膜。   2. The polymer electrolyte membrane according to claim 1, wherein the polymer electrolyte membrane has an ion exchange capacity of 0.2 to 4 meq / g. 高分子電解質が、繰り返し単位として、下記一般式(1)で示される単位を少なくとも有するか又は下記一般式(2)で示される単位と下記一般式(3)で示される単位とを少なくとも有することを特徴とする請求項1又は2記載の高分子電解質膜。
―[(Ar1n―R1―(Ar2m―X1]― (1)
(式中、R1は置換基を有していてもよい炭素数2〜10のアルキレン基、置換基を有していてもよい炭素数2〜10のオキシアルキレン基、置換基を有していてもよい炭素数2〜10のオキシアルキレンオキシ基から選ばれる基を表し、Ar1、Ar2は互いに独立に、置換基を有していてもよいフェニレン基、置換基を有していてもよいビフェニリレン基、置換基を有していてもよいトリフェニレン基、置換基を有していてもよいナフチレン基から選ばれる基を表し、R1、Ar1、Ar2の少なくともいずれかはイオン交換性基を有する。X1は直接結合、−O−、−S−、−CO−、−SO−、−SO2−のいずれかを表す。n、mはそれぞれ0または1を表し、n+mは1または2である。)
―[(Ar3o―R2―(Ar4p―X2]― (2)
−(Ar5−Z1−Ar6−Z2)− (3)
(式中、R2は置換基を有していてもよい炭素数2〜10のアルキレン基、置換基を有していてもよい炭素数2〜10のオキシアルキレン基、置換基を有していてもよい炭素数2〜10のオキシアルキレンオキシ基から選ばれる基を表し、Ar3、Ar4、Ar5、Ar6は互いに独立に、置換基を有していてもよいフェニレン基、置換基を有していてもよいビフェニリレン基、置換基を有していてもよいトリフェニレン基、置換基を有していてもよいナフチレン基から選ばれる基を表し、Ar5、Ar6の少なくとも何れかがイオン交換性基を有する。X2、Z1、Z2は互いに独立に、直接結合、−O−、−S−、−CO−、−SO−、−SO2−のいずれかを表し、o、pはそれぞれ独立に0または1を表す。)
The polymer electrolyte has at least a unit represented by the following general formula (1) as a repeating unit, or at least a unit represented by the following general formula (2) and a unit represented by the following general formula (3). The polymer electrolyte membrane according to claim 1 or 2.
— [(Ar 1 ) n —R 1 — (Ar 2 ) m —X 1 ] — (1)
(In the formula, R 1 has an optionally substituted alkylene group having 2 to 10 carbon atoms, an optionally substituted oxyalkylene group having 2 to 10 carbon atoms, and a substituent. Represents a group selected from oxyalkyleneoxy groups having 2 to 10 carbon atoms, and Ar 1 and Ar 2 may each independently have a phenylene group or a substituent which may have a substituent. Represents a group selected from a good biphenylylene group, a triphenylene group which may have a substituent, and a naphthylene group which may have a substituent, and at least one of R 1 , Ar 1 and Ar 2 is ion-exchangeable X 1 represents a direct bond, —O—, —S—, —CO—, —SO—, —SO 2 —, n and m each represents 0 or 1, and n + m represents 1 Or 2.
— [(Ar 3 ) o —R 2 — (Ar 4 ) p —X 2 ] — (2)
- (Ar 5 -Z 1 -Ar 6 -Z 2) - (3)
(In the formula, R 2 has an optionally substituted alkylene group having 2 to 10 carbon atoms, an optionally substituted oxyalkylene group having 2 to 10 carbon atoms, and a substituent. Represents a group selected from oxyalkyleneoxy groups having 2 to 10 carbon atoms, and Ar 3 , Ar 4 , Ar 5 , Ar 6 are each independently a phenylene group or a substituent which may have a substituent. Represents a group selected from a biphenylylene group which may have a substituent, a triphenylene group which may have a substituent, and a naphthylene group which may have a substituent, and at least one of Ar 5 and Ar 6 is X 2 , Z 1 and Z 2 each independently represent a direct bond, —O—, —S—, —CO—, —SO— or —SO 2 —, and o And p each independently represents 0 or 1.)
イオン交換性基が、−SO3H、−PO(OH)2、−COOH、−SO2NHSO2−から選ばれる酸基であることを特徴とする請求項3記載の高分子電解質膜。 Ion exchange groups, -SO 3 H, -PO (OH ) 2, -COOH, -SO 2 NHSO 2 - it from a group selected characterized by claim 3 the polymer electrolyte membrane according. 高分子電解質における主鎖が、芳香族系セグメントと脂肪族系セグメントからなるブロック共重合体であることを特徴とする請求項1〜4いずれかに記載の高分子電解質膜。   The polymer electrolyte membrane according to any one of claims 1 to 4, wherein the main chain in the polymer electrolyte is a block copolymer composed of an aromatic segment and an aliphatic segment. 繰り返し単位として、下記一般式(4)で示される単位を少なくとも有する高分子非電解質を含有するか又は下記一般式(5)で示される単位と下記一般式(6)で示される単位とを少なくとも有する高分子非電解質を含有することを特徴とする請求項1〜5いずれかに記載の高分子電解質膜。
―[(Ar7q―R3―(Ar8r―X3]― (4)
(式中、R3は置換基を有していてもよい炭素数2〜10のアルキレン基、置換基を有していてもよい炭素数2〜10のオキシアルキレン基、置換基を有していてもよい炭素数2〜10のオキシアルキレンオキシ基から選ばれる基を表し、Ar7、Ar8は互いに独立に、置換基を有していてもよいフェニレン基、置換基を有していてもよいビフェニリレン基、置換基を有していてもよいトリフェニレン基、置換基を有していてもよいナフチレン基から選ばれる基を表す。X3は直接結合、−O−、−S−、−CO−、−SO−、−SO2−のいずれかを表す。q、rはそれぞれ0または1を表し、q+rは1または2である。

−(R4―X4)− (5)
−(Ar9−Z3−Ar10−Z4)− (6)
(式中、R4は置換基を有していてもよい炭素数2〜10のアルキレン基、置換基を有していてもよい炭素数2〜10のオキシアルキレン基、置換基を有していてもよい炭素数2〜10のオキシアルキレンオキシ基から選ばれる基を表し、Ar9、Ar10は互いに独立に、置換基を有していてもよいフェニレン基、置換基を有していてもよいビフェニリレン基、置換基を有していてもよいトリフェニレン基、置換基を有していてもよいナフチレン基から選ばれる基を表し、X4、Z3、Z4は互いに独立に、直接結合、−O−、−S−、−CO−、−SO−、−SO2−のいずれかを表す。)
As a repeating unit, a polymer non-electrolyte having at least a unit represented by the following general formula (4) is contained, or at least a unit represented by the following general formula (5) and a unit represented by the following general formula (6) The polymer electrolyte membrane according to claim 1, comprising a polymer non-electrolyte having the polymer electrolyte.
— [(Ar 7 ) q —R 3 — (Ar 8 ) r —X 3 ] — (4)
(In the formula, R 3 has an optionally substituted alkylene group having 2 to 10 carbon atoms, an optionally substituted oxyalkylene group having 2 to 10 carbon atoms, and a substituent. Represents a group selected from oxyalkyleneoxy groups having 2 to 10 carbon atoms, and Ar 7 and Ar 8 may each independently have a phenylene group or a substituent which may have a substituent. X 3 represents a group selected from a good biphenylylene group, an optionally substituted triphenylene group, and an optionally substituted naphthylene group, and X 3 represents a direct bond, —O—, —S—, —CO. Represents-, -SO-, or -SO 2- , q and r each represents 0 or 1, and q + r represents 1 or 2;
)
-(R 4 -X 4 )-(5)
-(Ar 9 -Z 3 -Ar 10 -Z 4 )-(6)
(In the formula, R 4 has an optionally substituted alkylene group having 2 to 10 carbon atoms, an optionally substituted oxyalkylene group having 2 to 10 carbon atoms, and a substituent. Represents a group selected from oxyalkyleneoxy groups having 2 to 10 carbon atoms, and Ar 9 and Ar 10 may independently have a phenylene group or a substituent which may have a substituent. Represents a group selected from a good biphenylylene group, a triphenylene group which may have a substituent, and a naphthylene group which may have a substituent, and X 4 , Z 3 and Z 4 are each independently a direct bond, It represents any of —O—, —S—, —CO—, —SO—, and —SO 2 —.)
高分子非電解質が、ブロック共重合体であることを特徴とする請求項6記載の高分子電解質膜。   The polymer electrolyte membrane according to claim 6, wherein the polymer non-electrolyte is a block copolymer. 請求項1〜7いずれかに記載の高分子電解質膜を用いてなることを特徴とする燃料電池。



A fuel cell comprising the polymer electrolyte membrane according to claim 1.



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