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JP4773085B2 - Polyazole solution - Google Patents

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JP4773085B2
JP4773085B2 JP2004374413A JP2004374413A JP4773085B2 JP 4773085 B2 JP4773085 B2 JP 4773085B2 JP 2004374413 A JP2004374413 A JP 2004374413A JP 2004374413 A JP2004374413 A JP 2004374413A JP 4773085 B2 JP4773085 B2 JP 4773085B2
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Description

本発明は、ポリアゾール溶液に関し、ポリアゾールをプロトン溶媒に溶解した溶液とその用途に関するものである。   The present invention relates to a polyazole solution, and relates to a solution obtained by dissolving polyazole in a proton solvent and its use.

耐熱性で化学的に安定なポリアゾール樹脂は、エンプラフィルムや電子基板材料として利用されている。特にポリアゾール樹脂溶液は長、短繊維、不織布、該繊維を焼成した炭素繊維、各種膜、多孔フィルム、各種塗料、各種構造材料、各種絶縁材料、固体高分子電解質型燃料電池用改質材、燃料電池以外の電池セパレーター改質用、各種膜表面に塗布し表面改質用、医療用血液透析膜、血漿分離膜等に検討されている。しかし、安定なポリアゾール樹脂溶液を得ることは難しいことは既に知られている(例えば特許文献1)。ポリアゾール樹脂が特定の有機溶媒に溶解する場合でもその溶解性は会合物の形成及び他の因子のために時間と共に減少する。溶液中の繰返しアゾール単位をふくむポリマー濃度が比較的高い時、アゾールの会合が急速に起こる。特にプロトン溶媒を溶媒として使用する場合には、プロトン溶媒の溶解性が劣るため、高濃度で溶解することはできていなかった。   Heat resistant and chemically stable polyazole resins are used as engineering plastic films and electronic substrate materials. In particular, polyazole resin solutions are long, short fibers, non-woven fabrics, carbon fibers obtained by firing the fibers, various membranes, porous films, various paints, various structural materials, various insulating materials, solid polymer electrolyte fuel cell modifiers, fuel It is being studied for battery separator modification other than batteries, coating on various membrane surfaces, surface modification, medical hemodialysis membranes, plasma separation membranes, and the like. However, it is already known that it is difficult to obtain a stable polyazole resin solution (for example, Patent Document 1). Even when a polyazole resin is dissolved in a particular organic solvent, its solubility decreases with time due to the formation of aggregates and other factors. When the polymer concentration, including repeating azole units in solution, is relatively high, azole association occurs rapidly. In particular, when a proton solvent is used as a solvent, the solubility of the proton solvent is inferior, so that it cannot be dissolved at a high concentration.

またポリアゾール樹脂はアセトン、ジメチルスルホキシド(DMSO)やジメチルアセトアミド(DMAC)、ジメチルホルムアミド(DMF)等の非プロトン性溶媒に溶解することが知られている。しかし、これらの非プロトン性溶媒はそれ自体が人体に有害であり、地球環境的にもよいとはいえない。更にこれらの非プロトン性溶媒は、沸点が高く、除去のため高温を必要とし、また精製に時間がかかる等の欠点があり、生産性に劣る等の問題がある。また経時的に、例えば加工中に分解して有害なアミン化合物、酢酸塩等を発生し、使用目的によっては有害なものとなってしまう。また、非プロトン性溶液の粘度の安定性が悪く、部分的にゲル化し、不均一になる場合がある。
WO2002/036661
Polyazole resins are known to dissolve in aprotic solvents such as acetone, dimethyl sulfoxide (DMSO), dimethylacetamide (DMAC), and dimethylformamide (DMF). However, these aprotic solvents themselves are harmful to the human body and are not good for the global environment. Furthermore, these aprotic solvents have a problem that they have high boiling points, require high temperatures for removal, take time for purification, and are inferior in productivity. Further, over time, for example, it decomposes during processing to generate harmful amine compounds, acetates, etc., which may be harmful depending on the purpose of use. In addition, the viscosity of the aprotic solution is poorly stable and may partially gel and become non-uniform.
WO2002 / 036661

即ち、本発明は、ポリアゾール溶液に関し、経時的安定性のあるポリアゾールのプロトン溶媒溶液を得ることである。   That is, the present invention relates to a polyazole solution, and is to obtain a proton solvent solution of polyazole that is stable over time.

本発明者らは上記課題を解決するために鋭意検討した結果、ポリアゾール系化合物をアルカリ金属酸化物の存在下で、プロトン溶媒に溶解する事を見出し、本発明を完成した。
即ち本発明は、
(1)、ポリアゾール系化合物(A成分)、及びアルカリ金属水酸化物(B成分)がプロトン性溶媒に溶解しており、溶液中のA成分の質量%が0.005〜25wt%で、B成分の質量%が0.001〜25wt%、A成分に対するB成分の質量比(B/A)が1以下であることを特徴とするポリアゾール溶液。
(2)、該ポリアゾール系化合物が、ポリイミダゾール系化合物、ポリベンズイミダゾール系化合物、ポリベンゾビスイミダゾール系化合物、ポリベンゾオキサゾール系化合物、ポリオキサゾール系化合物、ポリチアゾール系化合物、ポリベンゾチアゾール系化合物から選ばれる1種類以上の化合物から成る事を特徴とする(1)に記載のポリアゾール溶液。
(3)、該ポリアゾール系化合物が、ポリ[2,2’−(m−フェニレン)−5,5’−ビスベンゾイミダゾール]であることを特徴とする(1)に記載のポリアゾール溶液。
As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that a polyazole compound can be dissolved in a proton solvent in the presence of an alkali metal oxide, thereby completing the present invention.
That is, the present invention
(1), a polyazole compound (A component), and an alkali metal hydroxide (B component) are dissolved in a protic solvent, and the mass% of the A component in the solution is 0.005 to 25 wt%; A polyazole solution, wherein the mass% of the component is 0.001 to 25 wt%, and the mass ratio (B / A) of the B component to the A component is 1 or less.
(2) The polyazole compound is a polyimidazole compound, a polybenzimidazole compound, a polybenzobisimidazole compound, a polybenzoxazole compound, a polyoxazole compound, a polythiazole compound, or a polybenzothiazole compound. The polyazole solution according to (1), which comprises at least one selected compound.
(3) The polyazole solution according to (1), wherein the polyazole compound is poly [2,2 ′-(m-phenylene) -5,5′-bisbenzimidazole].

本発明のポリアゾール溶液は、環境に有害な非プロトン性溶媒を使用することなく、経時的に安定性の高いポリアゾール溶液を得ることができるため、耐熱性を要する様々な産業用途に用いることが出来る。   The polyazole solution of the present invention can be used for various industrial applications requiring heat resistance because a highly stable polyazole solution can be obtained over time without using an aprotic solvent harmful to the environment. .

本発明について、以下具体的に説明する。
まず、本発明に使用できるプロトン性溶媒について説明する。本発明のプロトン性溶媒とは、水、アルコール類、脂肪酸などのように解離してプロトンを放出する溶媒を言う。下記にプロトン性溶媒の例を示すが、解離してプロトンを放出する溶媒であれば、これに限定されるものではない。またプロトン性溶媒の内、水以外をプロトン性有機溶媒とする。プロトン性溶媒の例としては、水、脂肪族アルコール類として、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール、イソブチルアルコール、tert−ブチルアルコール、1−ペンタノール、2−ペンタノール、3−ペンタノール、2−メチル−1−ブタノール、イソペンチルアルコール、tert−ペンチルアルコール、3−メチル−2−ブタノール、ネオペンチルアルコール、1−ヘキサノール、2−メチル−1−ペンタノール、4−メチルー2−ペンタノール、2−エチル−1−ブタノール、1−へプタノール、2−ヘプタノール、3−ヘプタノール、1−オクタノール、2−オクタノール、2−メチル−1−ヘキサノール、1−ノナノール、3,5,5−トリメチル−1−ヘキサノール、1−デカノール、1−ウンデカノール、1−ドデカノール、アリルアルコール、プロパンギルアルコール、ベンジルアルコール、シクロヘキサノール、1−メチル−シクロヘキサノール、2−メチルシクロヘキサノール、3−メチルシクロヘキサノール、4−メチルシクロヘキサノール、α−テルピネオール、アビエチノール、フーゼル油、複数の官能基を有するものとして、2−メトキシエタノール、2−エトキシエタノール、2−(メトキシメトキシ)エタノール、2−イソプロポキシエタノール、2−ブトキシエタノール、2−(イソペンチルオキシ)エタノール、2−(へキシルオキシ)エタノール、2−フェノキシエタノール、2−(ベンジルオキシ)エタノール、フルフリルアルコール、テトラヒドロフルフリルアルコール、ジエチレングリコール、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、トリエチレングリコール、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、テトラエチレングリコール、ポリエチレングリコール、1−メトキシ−2−プロパノール、1−エトキシ−2−プロパノール、ジプロピレングリコール、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、ポリプロピレングリコール、ジアセトンアルコール、2−クロロエタノール、1−クロロ−2−プロパノール、3−クロロ−1,2−プロパンジオール、1,3−ジクロロ−2−プロパンノール、2,2,2−トリフルオロエタノール、3−ヒドロキシプロピオノニトリル、2−アミノエタノール、2−(ジエチルアミノ)エタノール、2−(ジエチルアミノ)エタノール、ジエタノールアミン、N−ブチルジエタノールアミン、トリエタノールアミン、トリイソプロパノールアミン、2,2’−チオジエタノール、ジオール類として、1,2−エタンジオール、1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオール、1,2−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、2,3−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、2−ブテン−1,4−ジオール、2−メチル−2,4−ペンタンジオール、2−エチル−1,3−ヘキサンジオール、グリセリン、2−エチル−2−(ヒドロキシメチル)−1,3−プロパンジオール、1,2,6−ヘキサントリオール、フェノール類として、フェノール、クレゾール、o−クレゾール、m−クレゾール、p−クレゾール、キシレノール類、フッ素化アルコール類として、一般式[CF−(CF−(CH−OH]でありx=1〜20、y=0〜19でかつx+yが20以下のものやフッ素などでハロゲン化置換したアルコール等がある。これらの溶媒は単独で用いても構わないし、2種類以上を混合して用いても構わない。
The present invention will be specifically described below.
First, the protic solvent that can be used in the present invention will be described. The protic solvent of the present invention refers to a solvent that dissociates and releases protons such as water, alcohols, and fatty acids. Although the example of a protic solvent is shown below, if it is a solvent which dissociates and discharge | releases a proton, it will not be limited to this. Of the protic solvents, those other than water are used as protic organic solvents. Examples of protic solvents include water, aliphatic alcohols such as methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, isobutyl alcohol, tert-butyl alcohol, 1-pentanol, 2 -Pentanol, 3-pentanol, 2-methyl-1-butanol, isopentyl alcohol, tert-pentyl alcohol, 3-methyl-2-butanol, neopentyl alcohol, 1-hexanol, 2-methyl-1-pentanol 4-methyl-2-pentanol, 2-ethyl-1-butanol, 1-heptanol, 2-heptanol, 3-heptanol, 1-octanol, 2-octanol, 2-methyl-1-hexanol, 1-nonanol, 3,5,5-trimethyl-1-hexano 1-decanol, 1-undecanol, 1-dodecanol, allyl alcohol, propanegyl alcohol, benzyl alcohol, cyclohexanol, 1-methyl-cyclohexanol, 2-methylcyclohexanol, 3-methylcyclohexanol, 4-methylcyclo Hexanol, α-terpineol, abietinol, fusel oil, those having a plurality of functional groups, 2-methoxyethanol, 2-ethoxyethanol, 2- (methoxymethoxy) ethanol, 2-isopropoxyethanol, 2-butoxyethanol, 2 -(Isopentyloxy) ethanol, 2- (hexyloxy) ethanol, 2-phenoxyethanol, 2- (benzyloxy) ethanol, furfuryl alcohol, tetrahydrofurfuryl alcohol , Diethylene glycol, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, triethylene glycol, triethylene glycol monomethyl ether, tetraethylene glycol, polyethylene glycol, 1-methoxy-2-propanol, 1-ethoxy-2-propanol, diethylene glycol Propylene glycol, dipropylene glycol monomethyl ether, dipropylene glycol monoethyl ether, tripropylene glycol monomethyl ether, polypropylene glycol, diacetone alcohol, 2-chloroethanol, 1-chloro-2-propanol, 3-chloro-1,2- Propanediol, 1,3-dichloro-2-propanol, 2,2,2-to Fluoroethanol, 3-hydroxypropiononitrile, 2-aminoethanol, 2- (diethylamino) ethanol, 2- (diethylamino) ethanol, diethanolamine, N-butyldiethanolamine, triethanolamine, triisopropanolamine, 2,2′-thio Diethanol and diols include 1,2-ethanediol, 1,2-propanediol, 1,3-propanediol, 1,2-butanediol, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol, 2, 3-butanediol, 1,5-pentanediol, 2-butene-1,4-diol, 2-methyl-2,4-pentanediol, 2-ethyl-1,3-hexanediol, glycerin, 2-ethyl- 2- (Hydroxymethyl) -1,3-propanedioe , 1,2,6-hexanetriol, as phenols, phenol, cresol, o- cresol, m- cresol, p- cresol, xylenols, as fluorinated alcohols of the general formula [CF 3 - (CF 2) x - (CH 2) y -OH] a and x = 1~20, y = 0~19 a and x + y is halogenated substituted alcohol, etc. 20 following ones or fluorine. These solvents may be used alone or in combination of two or more.

次に本発明に用いることができるポリアゾール系化合物について説明する。
ポリアゾール系化合物(A成分)はポリイミダゾール系化合物、ポリベンズイミダゾール系化合物、ポリベンゾビスイミダゾール系化合物、ポリベンゾオキサゾール系化合物、ポリオキサゾール系化合物、ポリチアゾール系化合物、ポリベンゾチアゾール系化合物等の環内に窒素原子を1個以上を含む複素五員環化合物の重合体をいい、窒素以外に酸素、イオウを含むものであっても構わない。
ポリアゾール系化合物の分子量は重量平均分子量で300〜500000のものが使用できる。
Next, the polyazole compound that can be used in the present invention will be described.
Polyazole compounds (component A) are rings such as polyimidazole compounds, polybenzimidazole compounds, polybenzobisimidazole compounds, polybenzoxazole compounds, polyoxazole compounds, polythiazole compounds, and polybenzothiazole compounds. It refers to a polymer of a hetero five-membered ring compound containing one or more nitrogen atoms, and may contain oxygen and sulfur in addition to nitrogen.
The molecular weight of the polyazole compound may be 300 to 500,000 in terms of weight average molecular weight.

また、ポリアゾール系化合物は、上記の環内に窒素原子1個以上を含む複素五員環化合物がp−フェニレン基、m−フェニレン基、ナフタレン基、ジフェニレンエーテル基、ジフェニレンスルホン基、ビフェニレン基、ターフェニル基、2,2−ビス(4−カルボキシフェニレン)ヘキサフルオロプロパン基などの2価の芳香族基と結合した化合物を繰り返し単位とする重合体であることが耐熱性を得る上で更に好ましく、具体的には、ポリベンズイミダゾールからなるポリアゾール系化合物が好ましい。更に好ましくは、ポリ[2,2’−(m−フェニレン)−5,5’−ビスベンゾイミダゾール]である。
また本発明に用いることができるポリアゾール系化合物は下記の一般的な変性方法を用いて、分子骨格の自由な位置に更にイオン交換基が導入されていてもよい。イオン交換基を導入した変成ポリアゾール系化合物としては、アミノ基、四級アンモニウム基、カルボキシル基、スルホン酸基、ホスホン酸基などを1種以上導入したものをいう。このイオン交換の導入により、後述する他のポリマーを混合して膜を得た場合、ポリアゾール樹脂と他のポリマーとの接合性や密着性を改善でき、ポリアゾールと他のポリマーとの間で起こる界面剥離等の現象を抑制し、機械強度を向上できる。
また、アニオン性のイオン交換基をポリアゾール樹脂に導入することは、他のポリマーに電解質ポリマーを用いた場合、電解質膜全体のイオン交換容量を増加させる事ができ、燃料電池のイオン交換膜として本発明の膜を利用する場合に電池運転時に高い出力を得ることができるため、有用である。このポリアゾール系化合物へのイオン交換基の導入量は、イオン交換容量にして0.1〜3.5meq/gを有することが好ましく、更に好ましくは0.5〜2meq/gである。またこれらを上述のイオン交換基を有しないものに混合しても良い。
In addition, the polyazole compound includes a hetero five-membered ring compound containing one or more nitrogen atoms in the above ring, p-phenylene group, m-phenylene group, naphthalene group, diphenylene ether group, diphenylene sulfone group, biphenylene group. In order to obtain heat resistance, the polymer is a polymer having a repeating unit of a compound bonded to a divalent aromatic group such as a terphenyl group or a 2,2-bis (4-carboxyphenylene) hexafluoropropane group. Specifically, a polyazole compound composed of polybenzimidazole is preferable. More preferable is poly [2,2 ′-(m-phenylene) -5,5′-bisbenzimidazole].
The polyazole compound that can be used in the present invention may further have an ion exchange group introduced at a free position of the molecular skeleton by using the following general modification method. The modified polyazole compound into which an ion exchange group has been introduced refers to a compound into which one or more amino groups, quaternary ammonium groups, carboxyl groups, sulfonic acid groups, phosphonic acid groups or the like have been introduced. By introducing this ion exchange, when a film is obtained by mixing other polymers described later, the bondability and adhesion between the polyazole resin and the other polymer can be improved, and the interface that occurs between the polyazole and the other polymer. Phenomena such as peeling can be suppressed and mechanical strength can be improved.
In addition, the introduction of an anionic ion exchange group into the polyazole resin can increase the ion exchange capacity of the entire electrolyte membrane when an electrolyte polymer is used as another polymer. When the membrane of the invention is used, a high output can be obtained during battery operation, which is useful. The amount of ion exchange groups introduced into the polyazole compound is preferably 0.1 to 3.5 meq / g, more preferably 0.5 to 2 meq / g, in terms of ion exchange capacity. Moreover, you may mix these with what does not have the above-mentioned ion exchange group.

尚、これらのポリアゾール系化合物、変性ポリアゾール系化合物は、1種類で用いてもよく、また2種類以上を混合して使用することもできる。
ポリアゾール系化合物の変性方法は特に限定されないが、例えば、ポリアゾールに発煙硫酸、濃硫酸、無水硫酸及びその錯体、プロパンサルトンなどのスルトン類、α−ブロモトルエンスルホン酸、クロロアルキルホスホン酸などを用いて、イオン交換基を導入してもよいし、ポリアゾール系化合物のモノマーの合成時にイオン交換基を含有させたものを重合させてもよい。
一方、本発明で用いることができるアルカリ金属水酸化物(B成分)とは、LiOH、NaOH、KOH、RbOH、CsOH、FrOHなどの一価のアルカリ金属水酸化物があげられ、中でもNaOHが同時に混合するポリアゾール系化合物の溶解性の面から好ましい。
These polyazole compounds and modified polyazole compounds may be used alone or in combination of two or more.
The method for modifying the polyazole compound is not particularly limited. For example, fuming sulfuric acid, concentrated sulfuric acid, anhydrous sulfuric acid and its complex, sultone such as propane sultone, α-bromotoluenesulfonic acid, chloroalkylphosphonic acid, etc. are used for polyazole. Thus, an ion exchange group may be introduced, or a polymer containing an ion exchange group may be polymerized at the time of synthesizing the monomer of the polyazole compound.
On the other hand, the alkali metal hydroxide (component B) that can be used in the present invention includes monovalent alkali metal hydroxides such as LiOH, NaOH, KOH, RbOH, CsOH, and FrOH. It is preferable from the viewpoint of solubility of the polyazole compound to be mixed.

次に、上述のポリアゾール系化合物とアルカリ金属水酸化物とをプロトン性溶媒に溶解させて得られる溶液の製造方法について詳説する。
ポリアゾール系化合物の溶解にはプロトン性有機溶媒と水との混合物からなるプロトン性溶媒が用いられるが、ポリアゾール系化合物との親和性が良好なものであればこれらに限定されるものではない。プロトン性有機溶媒と水との混合物とする場合、プロトン性有機溶媒と水の混合比はプロトン性有機溶媒が1に対して、水0.5以下が好ましく、より好ましくは0.3以下で、更にポリアゾール系化合物の溶解性を高めるためには、0.1以下が好ましい。
Next, a method for producing a solution obtained by dissolving the above-mentioned polyazole compound and alkali metal hydroxide in a protic solvent will be described in detail.
For the dissolution of the polyazole compound, a protic solvent composed of a mixture of a protic organic solvent and water is used. However, the polyazole compound is not limited thereto as long as the affinity with the polyazole compound is good. When a mixture of a protic organic solvent and water is used, the mixing ratio of the protic organic solvent and water is preferably 0.5 or less, more preferably 0.3 or less, with respect to 1 for the protic organic solvent. Furthermore, 0.1 or less is preferable in order to increase the solubility of the polyazole compound.

プロトン性溶媒の中でも、製造上、高沸点の溶媒は除去のため高温を必要し、好ましくないため、沸点が250℃以下の溶媒であり、好ましくは160℃以下の溶媒であり、更に好ましくは、沸点160℃以下の脂肪族アルコール類であり、特に好ましくはメタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール、イソブチルアルコール、tert−ブチルアルコール等である。
一方、アルカリ金属水酸化物はポリアゾール系化合物と同様のプロトン性溶媒を用いることが可能である。また、アルカリ金属水酸化物は水溶液として添加することもできる。
本発明では、ポリアゾール系化合物の溶液にアルカリ金属水酸化物を直接添加しても構わないし、ポリアゾール系化合物の溶液にアルカリ金属水酸化物の溶液を添加しても構わないが、均一混合するには、後者が好ましい。
Among the protic solvents, a high-boiling solvent in production requires a high temperature for removal and is not preferable. Therefore, the boiling point is a solvent having a boiling point of 250 ° C. or lower, preferably a solvent having a boiling point of 160 ° C. or lower, more preferably, Aliphatic alcohols having a boiling point of 160 ° C. or less, particularly preferably methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, isobutyl alcohol, tert-butyl alcohol and the like.
On the other hand, the alkali metal hydroxide can use the same protic solvent as the polyazole compound. The alkali metal hydroxide can also be added as an aqueous solution.
In the present invention, the alkali metal hydroxide may be added directly to the polyazole compound solution, or the alkali metal hydroxide solution may be added to the polyazole compound solution. The latter is preferred.

ポリアゾール系化合物(A成分)とアルカリ金属水酸化物(B成分)の混合の際、添加するB成分の量は、A成分に対するB成分の質量比が1以下であり、A成分の質量%が0.005〜25wt%で、B成分の質量%が0.001〜25wt%がであり、より好ましくはA成分の質量%が0.001〜20wt%で、B成分の質量%が0.001〜20wt%がであり、更に好ましくはA成分の質量%が0.01〜15wt%で、B成分の質量%が0.01〜15wt%がである。B成分が少ない場合はポリアゾール系化合物の未溶解物が生じ、多い場合にはポリアゾール系化合物の溶解性が向上するものの、アルカリ金属水酸化物の沈殿を生じる。   When mixing the polyazole compound (component A) and the alkali metal hydroxide (component B), the amount of component B added is such that the mass ratio of component B to component A is 1 or less, and the mass% of component A is 0.005 to 25 wt%, B component mass% is 0.001 to 25 wt%, more preferably A component mass% is 0.001 to 20 wt%, and B component mass% is 0.001. More preferably, the mass% of the A component is 0.01 to 15 wt%, and the mass% of the B component is 0.01 to 15 wt%. When the B component is small, an undissolved product of the polyazole compound is generated. When the B component is large, the solubility of the polyazole compound is improved, but precipitation of alkali metal hydroxide occurs.

また、成型体を得る上ではB成分の量は少ないほど好ましく、A成分に対するB成分の質量比が1以下であり、好ましくは0.8以下、更に好ましくは0.5以下である。
溶解に際しては、B成分の水溶液にA成分を添加し、これにプロトン性有機溶媒を添加した後、加温する方法が溶解性を高める上で好ましい。溶解温度は溶解性を高めることができるため、高いほど好ましく、10〜160℃が好ましい。また使用したプロトン性有機溶媒、またはプロトン性有機溶媒と水との混合物の沸点を超える場合には、オートクレーブを使用することが好ましい。また、この溶解に際して、通常の攪拌を行う事が好ましい。また加温に要する時間は1時間以上が好ましく、更に好ましくは3時間以上である。
Further, in order to obtain a molded body, the amount of the B component is preferably as small as possible, and the mass ratio of the B component to the A component is 1 or less, preferably 0.8 or less, and more preferably 0.5 or less.
In the dissolution, a method in which the component A is added to the aqueous solution of the component B, a protic organic solvent is added thereto, and then the mixture is heated is preferable for improving the solubility. Since dissolution temperature can raise solubility, it is so preferable that it is high, and 10-160 degreeC is preferable. Moreover, when exceeding the boiling point of the used protic organic solvent or the mixture of a protic organic solvent and water, it is preferable to use an autoclave. Moreover, it is preferable to perform normal stirring at the time of this dissolution. Further, the time required for heating is preferably 1 hour or longer, more preferably 3 hours or longer.

ポリアゾール溶液は未溶解の不純物を除去するために、通常のろ過が可能である。
また本発明のポリアゾール溶液は、他の有機系、無機系の補強材とのその溶液と混合して、使用することができる。有機系補強材としては、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンブタレート(PBT)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、液晶ポリエステル類を含むポリエステル、トリアセチルセルロース(TAC)、ポリアリレート、ポリエーテル、ポリカーボネート(PC)、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、セロファン、芳香族ポリアミド、ポリビニルアルコール、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリビニルクロライド(PVC)、ポリスチレン(PS)、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体(ABS)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリアミド、ポリアセタール(POM)、ポリフェニレンテレフタレート(PPE)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリエーテルアミド(PEI)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリイミド(PI)、ポリメチルペンテン(PMP)、ポリテトラフルオロエチレン、(PTFE)、フッ素化エチレンープロピレン(FEP)、テトラフルオロエチレン−エチレン(ETFE)コポリマー、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、リベンザゾール(PBZ)またはポリベンズオキサゾール(PBO)、 ポリベンゾチアゾール(PBT)、およびポリベンズイミダゾール(PBI)ポリ マー、ポリパラフェニレンテレフタルイミド(PPTA)が挙げられる。その他の補強材料としては、ポリスルホン(PSU)、ポリイミド(PI)、ポリフェニレンオキシド(PPO)、ポリフェニレンスルホキシド(PPSO)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、ポリフェニレンスルフィドスルホン(PPS/SO2)、ポリパラフェニレン(PPP)、ポリフェニルキノキサリン(PPQ)、ポリアリールケトン(PK)、およびポリエーテルケトン(PEK)ポリマーや、ポリエーテルスルホンPES)、ポリエーテルエーテルスルホン(PEES)、ポリアリールスルホン、ポリアリールエーテルスルホン(PAS)、ポリフェニルスルホン(PPSU)、およびポリフェニレンスルホン(PPSO2)ポリマーが挙げられる。好ましいポリイミドポリマーには、ポリエーテルイミドポリマー、ならびにフッ素化ポリイミド、ポリエーテルケトンポリマーには、ポリエーテルケトン(PEK)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリエーテルケトン−ケトン(PEKK)、ポリエーテルエーテルケトン−ケトン(PEEKK)、およびポリエーテルケトンエーテルケトン−ケトン(PEKEKK)ポリマー、また無機系の補強材料として、塩基性マグネシウム、マグネシウム、ホウ酸マグネシウム、二ホウ化チタン、グラファイト、酸化アルミニウムおよびこれらの水和物、酸化ケイ素、酸化チタン、炭化ケイ素、窒化ケイ素、チタン酸カリウム、ホウ酸アルミニウム、酸化亜鉛、硫酸マグネシウムのうちのいずれか、およびそれらの複合材料、酸化アルミニウムおよびこれらの水和物、酸化ケイ素、酸化チタン、炭化ケイ素、窒化ケイ素、チタン酸カリウム、ホウ酸アルミニウム、ホウ酸マグネシウム、二ホウ化チタン、グラファイトが挙げられる。
これらの補強材は本発明のポリアゾール溶液と混合可能な溶媒に溶解したものを適宜使用できる。これらの補強材は単独で用いても構わないし、2種以上を混合しても構わない。また混合後、未溶解物をろ過しても構わない。また用途により、該B成分のアルカリ金属水酸化物由来の成分は成膜後除去されることが好ましい。除去の方法としては、水洗処理又は自由な溶媒で膨潤処理した後、抽出ないし、中和しても良い。
成膜方法としては、シャーレ、ガラス板、フィルム等に塗工溶液を厚みが均一になるように、ブレード、エアナイフ、リバースロールといった機構を有するブレードコーター、グラビアコーター、コンマコーターといった装置によって膜厚を制御しながらキャスト成膜して枚葉の塗工膜とすることもできるし、長尺のフィルムのような場合には連続的にキャストして連続成膜することもできる。
The polyazole solution can be filtered normally to remove undissolved impurities.
Further, the polyazole solution of the present invention can be used by mixing with other organic or inorganic reinforcing materials. Examples of organic reinforcing materials include polyethylene terephthalate (PET), polyethylene butarate (PBT), polyethylene naphthalate (PEN), polyester including liquid crystal polyesters, triacetyl cellulose (TAC), polyarylate, polyether, polycarbonate (PC ), Polysulfone, polyethersulfone, cellophane, aromatic polyamide, polyvinyl alcohol, polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyvinyl chloride (PVC), polystyrene (PS), acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer (ABS), Polymethyl methacrylate (PMMA), polyamide, polyacetal (POM), polyphenylene terephthalate (PPE), polybutylene terephthalate (PBT), polyphenol Rensulfide (PPS), polyamideimide (PAI), polyetheramide (PEI), polyetheretherketone (PEEK), polyimide (PI), polymethylpentene (PMP), polytetrafluoroethylene, (PTFE), fluorination Ethylene-propylene (FEP), tetrafluoroethylene-ethylene (ETFE) copolymer, polyvinylidene fluoride (PVDF), rebenzazole (PBZ) or polybenzoxazole (PBO), polybenzothiazole (PBT), and polybenzimidazole (PBI) Examples thereof include polymers and polyparaphenylene terephthalimide (PPTA). Other reinforcing materials include polysulfone (PSU), polyimide (PI), polyphenylene oxide (PPO), polyphenylene sulfoxide (PPSO), polyphenylene sulfide (PPS), polyphenylene sulfide sulfone (PPS / SO2), polyparaphenylene (PPP). , Polyphenylquinoxaline (PPQ), polyaryl ketone (PK), and polyether ketone (PEK) polymers, polyether sulfone PES), polyether ether sulfone (PEES), polyaryl sulfone, polyaryl ether sulfone (PAS) , Polyphenylsulfone (PPSU), and polyphenylenesulfone (PPSO2) polymers. Preferred polyimide polymers include polyetherimide polymers, as well as fluorinated polyimides, and polyetherketone polymers include polyetherketone (PEK), polyetheretherketone (PEEK), polyetherketone-ketone (PEKK), and polyetherether. Ketone-ketone (PEEKK), and polyetherketone etherketone-ketone (PEKEKK) polymers, and inorganic reinforcing materials such as basic magnesium, magnesium, magnesium borate, titanium diboride, graphite, aluminum oxide and these Hydrate, silicon oxide, titanium oxide, silicon carbide, silicon nitride, potassium titanate, aluminum borate, zinc oxide, magnesium sulfate, and composite materials thereof, aluminum oxide Um and hydrates thereof, silicon oxide, titanium oxide, potassium carbide, silicon nitride, titanate, aluminum borate, magnesium borate, titanium diboride, and graphite.
These reinforcing materials can be appropriately used those dissolved in a solvent that can be mixed with the polyazole solution of the present invention. These reinforcing materials may be used alone or in combination of two or more. Moreover, you may filter an undissolved substance after mixing. Depending on the application, the component derived from the alkali metal hydroxide of the component B is preferably removed after film formation. As a removal method, it may be extracted or neutralized after washing with water or swelling with a free solvent.
As a film forming method, the coating solution is applied to a petri dish, a glass plate, a film, or the like so that the thickness of the coating solution is uniform by using a blade coater, a gravure coater, a comma coater having a mechanism such as a blade, an air knife, or a reverse roll. The film can be cast to form a single-coated film while being controlled, or in the case of a long film, the film can be continuously cast to form a continuous film.

さらに、一度、キャスト、または押出し成膜した膜を後述する乾燥処理をする前にブレード、エアナイフ、ローラーによって膜厚を再度制御することも可能である。
製造された膜は用途を限定されず使用可能であるが、例えば、電子材料用のエンプラやその他の耐熱性及び高強度、耐薬品性、ガスバリアー性、耐磨耗性を用する用途などに使用可能である。
また、本発明の溶液は各種膜や固体高分子電解質型燃料電池用膜、電極及び膜電極接合体や燃料電池以外の電池セパレーター、膜補強材等において、その表面に塗工し、ポリアゾール樹脂層を形成させることや本発明の溶液を混合した該成型物の溶液から得ることで、該膜及びセパレーターの分解、劣化やガス及び溶液、溶媒の透過を低減させ、機械強度を向上させることができ、膜及びセパレーターの耐久性、耐劣化性を向上できる。またこれらのポリアゾール樹脂層の厚みは、その膜の機能に応じて任意に設定できる。
Further, it is possible to control the film thickness again with a blade, an air knife, or a roller before the film once cast or extruded is subjected to a drying process described later.
The manufactured film can be used without any limitation, but for example, engineering plastics for electronic materials and other applications using heat resistance and high strength, chemical resistance, gas barrier properties, and abrasion resistance. It can be used.
The solution of the present invention is applied to the surface of various membranes, membranes for solid polymer electrolyte fuel cells, electrodes and membrane electrode assemblies, battery separators other than fuel cells, membrane reinforcing materials, etc., and a polyazole resin layer Or by obtaining from the solution of the molded product mixed with the solution of the present invention, the decomposition and deterioration of the membrane and separator and the permeation of gas, solution and solvent can be reduced, and the mechanical strength can be improved. In addition, the durability and deterioration resistance of the membrane and separator can be improved. Moreover, the thickness of these polyazole resin layers can be arbitrarily set according to the function of the film | membrane.

上記した成膜方法は溶液の粘度やその他の性状に合わせて選択する事ができ、限定されるものではない。またポリアゾール溶液を自由な方法で多数回塗工してもよい。
尚、塗工溶液は成膜する前処理として真空脱泡法で気泡を除去することが膜厚や品質を制御する上で好ましい。更に気泡が抜けやすくするため、膜厚の均一化のために、水よりも沸点の高い高沸点のプロトン性溶媒を添加することも可能である。また成膜された膜中に存在する溶媒を除去する方法として、適正な溶液、溶媒中に成膜を投入して脱溶媒する溶媒浸漬法などの方法をとることもできる。
上記の手法により成膜した膜を通常の乾燥を行う。加熱乾燥の温度は40〜250℃が好ましい。この温度が高すぎると、または急加熱すると、乾燥時の気泡や厚みむらを生じ、均一な膜厚精度を有する正常な電解質膜が得られない。また低すぎると乾燥時間が長くなり、生産性が低下する。また、この加熱乾燥は2段、3段等に分けて行う事もでき、初段で膜厚などが均一な膜を得て、その後更に高い温度で加熱する方法も可能である。この方法を用いると初段の乾燥温度を低くし、乾燥時間を長くすることで、乾燥斑がなく、平面性の高い膜を得ることができる。
加熱乾燥は、例えば、熱風下や低湿度風下で乾燥されるが、テンターや金枠で拘束された状態やこれらの拘束のない状態、例えば、本発明膜が密着しない支持体上や空気流を利用したフローティング等の方法で乾燥することができる。
以上の製造方法で得られる膜は加熱乾燥処理によって黄色または赤褐色を呈し、均一な膜となる。
The film forming method described above can be selected according to the viscosity of the solution and other properties, and is not limited. The polyazole solution may be applied many times by a free method.
In addition, it is preferable that the coating solution removes bubbles by a vacuum defoaming method as a pretreatment to form a film in terms of controlling the film thickness and quality. Further, in order to make bubbles easier to escape, it is possible to add a high boiling protic solvent having a boiling point higher than that of water in order to make the film thickness uniform. In addition, as a method for removing the solvent present in the formed film, a method such as a solvent dipping method in which a film is placed in an appropriate solution or solvent to remove the solvent can be used.
The film formed by the above method is subjected to normal drying. The drying temperature is preferably 40 to 250 ° C. If this temperature is too high, or if it is heated rapidly, bubbles and uneven thickness will occur during drying, and a normal electrolyte membrane with uniform film thickness accuracy cannot be obtained. Moreover, when too low, drying time will become long and productivity will fall. Also, this heat drying can be carried out in two stages, three stages, etc., and a method of obtaining a film having a uniform film thickness at the first stage and then heating at a higher temperature is also possible. When this method is used, the drying temperature at the first stage is lowered and the drying time is lengthened, whereby a film having no drying spots and high flatness can be obtained.
Heat drying is performed under hot air or low-humidity air, for example, but is constrained by a tenter or a metal frame, or is not constrained, for example, on a support that does not adhere to the membrane of the present invention or airflow. It can be dried by a method such as floating.
The film obtained by the above production method exhibits a yellow or reddish brown color by heat drying, and becomes a uniform film.

以上の製造方法により得られた膜は、必要に応じて、酸および/または水で洗浄する洗浄工程を行っても構わない。洗浄は膜中のアルカリ水酸化物を除去する目的で行われる。またこの洗浄工程においては、酸、温度、時間、溶媒などを制御し、得られた膜が必要に応じて膨潤する条件でこれを洗浄することができ、これにより洗浄の効果を上げることができる。   The film obtained by the above production method may be subjected to a washing step of washing with an acid and / or water as necessary. Washing is performed for the purpose of removing the alkali hydroxide in the film. In this washing step, the acid, temperature, time, solvent, etc. can be controlled, and the resulting film can be washed under conditions that swell as necessary, thereby increasing the washing effect. .

酸による洗浄に使用される酸は塩酸、硫酸、硝酸、リン酸、過酸化水素、ホスホン酸、ホスフィン酸等の無機酸あるいは酒石酸、シュウ酸、酢酸、ギ酸、トリフルオロ酢酸、アスパラギン酸、アミノ安息香酸、アミノエチルホスホン酸、イノシン、グリセリンリン酸、ジアミノ酪酸、ジクロロ酢酸、システイン、ジメチルシステイン、ニトロアニリン、ニトロ酢酸、ピクリン酸、ピコリン酸、ヒスチジン、ビピリジン、ピラジン、プロリン、マレイン酸、メタンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、トルエンスルホン酸、トリクロロ酢酸等の有機酸を単独、またはこれらの無機酸や有機酸を水、メチルエチルケトン、アセトニトリル、炭酸プロピレン、ニトロメタン、ジメチルスルホキシド、N,N−ジメチルホルムアミド、N−メチル−2−ピロリドン、ピリジン、メタノール、エタノール、アセトン等の溶液として使用してもよい。   Acids used for cleaning with acids are inorganic acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, phosphoric acid, hydrogen peroxide, phosphonic acid, phosphinic acid, or tartaric acid, oxalic acid, acetic acid, formic acid, trifluoroacetic acid, aspartic acid, aminobenzoic acid. Acid, aminoethylphosphonic acid, inosine, glycerin phosphate, diaminobutyric acid, dichloroacetic acid, cysteine, dimethylcysteine, nitroaniline, nitroacetic acid, picric acid, picolinic acid, histidine, bipyridine, pyrazine, proline, maleic acid, methanesulfonic acid , Trifluoromethanesulfonic acid, toluenesulfonic acid, trichloroacetic acid and the like alone, or these inorganic acids and organic acids are water, methyl ethyl ketone, acetonitrile, propylene carbonate, nitromethane, dimethyl sulfoxide, N, N-dimethylformamide, N −Me -2-pyrrolidone, pyridine, methanol, ethanol, may be used as a solution in acetone.

尚、本発明の膜は、プロトン性溶媒の塗工液を使用しているため、脱離し難い不純物が少なく、従来の非プロトン溶媒を使用した方法に比して、簡単に洗浄することができる。
また、水による洗浄も必要に応じて行われ、特に酸による洗浄を行った場合には膜中に残留する酸を除去する目的で行われるが、酸による洗浄を行わない場合でも膜中の不純物の除去を目的に実施することができる。
洗浄に使用する溶媒は水のほか、pH1〜7の各種の有機溶媒が使用できる。洗浄に水を使用する場合、水洗水のpHが6〜7になるまで充分に行われるのが好ましい。
In addition, since the membrane of the present invention uses a coating solution of a protic solvent, there are few impurities that are difficult to desorb and can be easily cleaned as compared with a method using a conventional aprotic solvent. .
In addition, cleaning with water is performed as necessary, and in particular, when cleaning with acid is performed for the purpose of removing the acid remaining in the film, impurities in the film can be obtained even without cleaning with acid. It can be carried out for the purpose of removal.
As the solvent used for washing, various organic solvents having a pH of 1 to 7 can be used in addition to water. When using water for washing | cleaning, it is preferable to fully carry out until the pH of washing water becomes 6-7.

以下の実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されることはない。本発明における諸物性の試験方法は次の通りである。
(1)固形分濃度
乾燥した室温の秤量瓶の重量を精秤し、これをW0とする。測定した秤量瓶に測定物を約10g入れ、精秤し、W1とする。これを真空度110℃、0.10MPa以下で3hr以上乾燥した後、シリカゲル入りのデシケーター中で冷却し、室温になった後に精秤し、W2とする。(W2−W0)/(W1−W0)を百分率で表し、これを固形分濃度とする。上記を計5回測定しその平均を固形分濃度とする。
(2)ポリアゾール量測定
ポリアゾール溶液中のポリアゾール成分を水などのポリアゾール溶液の貧溶媒に析出させ、充分に同貧溶媒で洗浄した後、充分に乾燥した。このポリアゾール成分を充分に粉砕した後、0.5〜1%の濃度で溶解できる重水素化した溶媒に溶かし、この液をフーリエ交換型核磁気共鳴分析装置(Fourie Transform Nuclear Magnetic Resonance:FT−NMR、日本電子(株)EX−270型)を用いて測定し、その構造を確定させた
有機元素分析法(元素分析装置 型式 ヤナコ CHN CODER MT−5型(柳本株式会社製))により、溶液中の窒素を定量し、上述のアゾール構造から溶液中のポリアゾール樹脂量を算出した。
(3)アルカリ金属水酸化物の定量
溶液中のアルカリ金属水酸化物添加量を変更した数種類のサンプルを測定し、プラズマ発光分析装置(ICPS−7000、島津製作所(株)製)を用いて、添加したアルカリ金属酸化物濃度と吸光度の検量線を作成した。次に本発明の電解質ポリマー溶液溶液の吸光度をはかり、検量線から濃度を決定した。
(4)水分量測定
溶液中の水分量はカールフィッシャー水分計(MKS−20、京都電子工業(株)社製)を用いて測定した。
(5)水以外のプロトン性有機溶媒の測定
溶液中の有機溶媒は、ガスクロマトグラフィー(GC−14A、島津製作所製)によって分析、定量を行った。
(6)吸光度測定
測定する溶液を脱泡した後、UV−VIS吸光度測定装置(日本分光(株)製、V−550)を用いて、光路長10mmの石英セルの空気での吸光度をブランクとし、同じセルに測定溶液を入れた時の850nmの吸光度(ABS)を測定する。
(7)伝導度測定
膜サンプルを湿潤状態(湯温80℃の湯浴を2時間、浸漬した直後の状態)にて切り出し、厚みtを測定する。これを、幅1cm、長さ5cmの膜長さ方向の伝導度を測定する2端子式の伝導度測定セルに装着する。このセルを80℃のイオン交換水中に入れ、交流インピダンス法により、周波数10kHzにおける実数成分の抵抗値rを測定し、以下の式からイオン伝導度σを導出する。
The present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the present invention is not limited to these examples. The test methods for various physical properties in the present invention are as follows.
(1) Concentration of solid content The weight of a dry room temperature weighing bottle is precisely weighed and is designated as W0. About 10 g of the measurement object is put into the measured weighing bottle, precisely weighed, and set to W1. This was dried at 110 ° C. and 0.10 MPa or less for 3 hours or more, then cooled in a desiccator containing silica gel, and after reaching room temperature, weighed precisely to obtain W2. (W2-W0) / (W1-W0) is expressed as a percentage, and this is defined as the solid content concentration. The above is measured a total of 5 times and the average is taken as the solid content concentration.
(2) Measurement of polyazole amount The polyazole component in the polyazole solution was precipitated in a poor solvent of a polyazole solution such as water, sufficiently washed with the poor solvent, and then sufficiently dried. After sufficiently pulverizing the polyazole component, the polyazole component is dissolved in a deuterated solvent that can be dissolved at a concentration of 0.5 to 1%, and this solution is then subjected to Fourier Transform Nuclear Magnetic Resonance (FT-NMR). , JEOL Co., Ltd. EX-270 type), and the structure was determined by an organic elemental analysis method (elemental analyzer Yanaco CHN CODER MT-5 type (manufactured by Yanagimoto Co., Ltd.)) The amount of polyazole resin in the solution was calculated from the above azole structure.
(3) Quantification of alkali metal hydroxide Measure several types of samples in which the amount of alkali metal hydroxide added in the solution is changed, and use a plasma emission analyzer (ICPS-7000, manufactured by Shimadzu Corporation), A calibration curve of the added alkali metal oxide concentration and absorbance was prepared. Next, the absorbance of the electrolyte polymer solution of the present invention was measured, and the concentration was determined from a calibration curve.
(4) Water content measurement The water content in the solution was measured using a Karl Fischer moisture meter (MKS-20, manufactured by Kyoto Electronics Industry Co., Ltd.).
(5) Measurement of protic organic solvent other than water The organic solvent in the solution was analyzed and quantified by gas chromatography (GC-14A, manufactured by Shimadzu Corporation).
(6) Absorbance measurement After defoaming the solution to be measured, using a UV-VIS absorbance measurement device (manufactured by JASCO Corporation, V-550), the absorbance in the air of a quartz cell having an optical path length of 10 mm was used as a blank. The absorbance (ABS) at 850 nm when the measurement solution is put in the same cell is measured.
(7) Conductivity measurement A membrane sample is cut out in a wet state (a state immediately after immersing a hot water bath at a hot water temperature of 80 ° C. for 2 hours), and the thickness t is measured. This is mounted on a two-terminal conductivity measuring cell that measures the conductivity in the film length direction having a width of 1 cm and a length of 5 cm. This cell is placed in ion-exchanged water at 80 ° C., the resistance value r of the real component at a frequency of 10 kHz is measured by an alternating current impedance method, and the ionic conductivity σ is derived from the following equation.

σ=l/(r×t×w)
σ:イオン伝導度(S/cm)
t:厚み(cm)
r:抵抗値(Ω)
l(=5):膜長(cm)
w(=1):膜幅(cm)
次に実施例、比較例を説明する。
σ = 1 / (r × t × w)
σ: Ionic conductivity (S / cm)
t: thickness (cm)
r: Resistance value (Ω)
l (= 5): film length (cm)
w (= 1): film width (cm)
Next, examples and comparative examples will be described.

[実施例1]
ポリベンゾイミダゾール(シグマアルドリッチジャパン(株)社製、重量平均分子量27000)1gを充分に粉砕し、8wt%NaOH水溶液10gとエタノール20g添加した後、80℃で1hr加熱攪拌し、ポリベンゾイミダゾールを充分に溶解させた後、エタノール75gを加えて、80℃で加熱攪拌した。ポリベンゾイミダゾールは溶解状となり、赤褐色透明のポリベンゾイミダゾール溶液が得られた。本溶液の吸光度は0.01であった。0.45μのポリプロピレン製のフィルターで加圧することなく、ろ過できた。
この溶液はポリベンゾイミダゾールが1.0wt%、NaOH(溶液中のNaを水酸化物として換算)が0.8wt%、水が8.7wt%、エタノールが89.5wt%であった。また同様液を30mlを密閉した容器中に入れ、室温で30日放置したが、沈殿物はなかった。
[Example 1]
After sufficiently pulverizing 1 g of polybenzimidazole (Sigma Aldrich Japan Co., Ltd., weight average molecular weight 27000), adding 10 g of 8 wt% NaOH aqueous solution and 20 g of ethanol, the mixture is heated and stirred at 80 ° C. for 1 hr, and polybenzimidazole is sufficiently added. Then, 75 g of ethanol was added, and the mixture was heated and stirred at 80 ° C. The polybenzimidazole was dissolved and a reddish brown transparent polybenzimidazole solution was obtained. The absorbance of this solution was 0.01. Filtration was possible without applying pressure with a 0.45 μ polypropylene filter.
In this solution, polybenzimidazole was 1.0 wt%, NaOH (converted Na in the solution as a hydroxide) was 0.8 wt%, water was 8.7 wt%, and ethanol was 89.5 wt%. The same solution was placed in a sealed container of 30 ml and allowed to stand at room temperature for 30 days, but no precipitate was found.

この液にパーフルオロカーボンスルホン酸樹脂膜(旭化成(株)製、アシプレックス(登録商標)、S1002、膜厚50μ)を予め200℃で10分処理した後、1時間浸漬し、引き上げて、160℃で1hr熱処理した。次に多量の2N−HCl水溶液に同膜を室温で2hr浸漬し、洗浄した。この膜を25℃55%RHで乾燥し、膜表層部がポリベンゾイミダゾールに結合した膜を得た。
この膜を、槽を二つに仕切るよう、また各々の層からの漏れがないように設置し、5cmの面積をもつ隔膜となるようにした。この一方の槽に10%のメタノール水溶液、他方に純水を入れ、1hr経過後の純水側溶液のメタノール量をガスクロマトグラフィーで測定した。その結果、本発明の溶液を塗布せずに実施した同様の実験の行った場合は0.5wt%に対して、純水中のメタノール量は0.1wt%であった。またイオン伝導度は塗布前(S1002のみ)が0.19S/cmだったのに対して、0.14S/cmとイオン伝導性もさほど低下せず、メタノールの透過を効果的に抑制できることが判った。
In this solution, a perfluorocarbon sulfonic acid resin film (Asaplex (registered trademark), S1002, S1002, film thickness 50 μ) manufactured by Asahi Kasei Co., Ltd. was previously treated at 200 ° C. for 10 minutes, then immersed for 1 hour, pulled up, and 160 ° C. For 1 hour. Next, the film was immersed in a large amount of 2N-HCl aqueous solution for 2 hours at room temperature and washed. This membrane was dried at 25 ° C. and 55% RH to obtain a membrane in which the membrane surface layer portion was bonded to polybenzimidazole.
This membrane was installed so as to divide the tank in two and so as not to leak from each layer, so as to form a diaphragm having an area of 5 cm 2 . A 10% aqueous methanol solution was added to one tank, and pure water was added to the other, and the amount of methanol in the pure water-side solution after 1 hr was measured by gas chromatography. As a result, when a similar experiment conducted without applying the solution of the present invention was performed, the amount of methanol in pure water was 0.1 wt% with respect to 0.5 wt%. In addition, the ionic conductivity was 0.19 S / cm before coating (only S1002), but 0.14 S / cm and the ionic conductivity did not decrease so much, and it was found that the permeation of methanol can be effectively suppressed. It was.

[実施例2]
実施例1と同様にポリベンゾイミダゾール溶液を作成した。この溶液を乾燥後の厚みが厚さ10μとなるようにシャーレ中に入れ、水平に保たれた45℃のホットプレート上で2hr乾燥した後、60℃で1hr、80℃で1hr同様に加熱乾燥した。この膜を40℃のN,N−ジメチルアセトアミドの溶液に入れ、膨潤させた後、室温の2N−硫酸水溶液中に2hr入れて、洗浄乾燥し、厚さ約20μの褐色の膜を得た。JIS K7127に規定された方法により引張試験機(島津製作所(株)製、AGS−1KNG)を用いて25℃、55%RH雰囲気で測定した。その結果、引張強度は1000kgf/cm、引張弾性率4010kgf/cm、伸度30%で、通常のエンプラフィルムと同等の強度を有していた。この膜は、従来のポリベンゾイミダゾールフィルムと同等の強度を有し、プロトン性溶媒で溶解したポリアゾール樹脂から得られ、同膜中の不純物が少ないことから、エレクトロニクス用耐熱フィルムとして利用可能である。
[Example 2]
A polybenzimidazole solution was prepared in the same manner as in Example 1. This solution is placed in a petri dish so that the thickness after drying is 10 μm, dried on a 45 ° C. hot plate kept horizontal for 2 hours, and then dried by heating in the same manner at 60 ° C. for 1 hour and at 80 ° C. for 1 hour. did. This membrane was placed in a solution of N, N-dimethylacetamide at 40 ° C. to swell, then placed in a 2N aqueous sulfuric acid solution at room temperature for 2 hours, washed and dried to obtain a brown membrane having a thickness of about 20 μm. It measured in 25 degreeC and 55-% RH atmosphere using the tension tester (Shimadzu Corp. make, AGS-1KNG) by the method prescribed | regulated to JISK7127. As a result, the tensile strength was 1000 kgf / cm 2 , the tensile modulus was 4010 kgf / cm 2 , the elongation was 30%, and the strength was equivalent to that of a normal engineering plastic film. This film has a strength equivalent to that of a conventional polybenzimidazole film, is obtained from a polyazole resin dissolved in a protic solvent, and can be used as a heat-resistant film for electronics because there are few impurities in the film.

[実施例3]
ポリベンゾイミダゾール(シグマアルドリッチジャパン(株)社製、重量平均分子量27000)1gを充分に粉砕し、16wt%NaOH水溶液5gとエタノール20g添加した後、80℃で1hr加熱攪拌した。本溶液の吸光度は0.05であった。0.45μのポリプロピレン製のフィルターで加圧することなく、ろ過できた。
この溶液はポリベンゾイミダゾールが3.8wt%、NaOH(溶液中のNaを水酸化物として換算)が3.1wt%、水が16.1wt%、エタノールが77.0wt%であった。また同様液を30mlを密閉した容器中に入れ、室温で30日放置したが、沈殿物はなかった。
[Example 3]
1 g of polybenzimidazole (manufactured by Sigma-Aldrich Japan Co., Ltd., weight average molecular weight 27000) was sufficiently pulverized, 5 g of 16 wt% NaOH aqueous solution and 20 g of ethanol were added, and the mixture was heated and stirred at 80 ° C. for 1 hr. The absorbance of this solution was 0.05. Filtration was possible without applying pressure with a 0.45 μ polypropylene filter.
In this solution, polybenzimidazole was 3.8 wt%, NaOH (converted Na in the solution as a hydroxide) was 3.1 wt%, water was 16.1 wt%, and ethanol was 77.0 wt%. The same solution was placed in a sealed container of 30 ml and allowed to stand at room temperature for 30 days, but no precipitate was found.

[実施例4]
ポリベンゾイミダゾール(シグマアルドリッチジャパン(株)社製、重量平均分子量27000)5gを充分に粉砕し、25wt%NaOH水溶液10gとエタノール20g添加した後、80℃で1hr加熱攪拌した。本溶液の吸光度は0.08であった。
この溶液はポリベンゾイミダゾールが14.3wt%、NaOH(溶液中のNaを水酸化物として換算)が8.6wt%、水が20.0wt%、エタノールが57.1wt%であった。また同様液を30mlを密閉した容器中に入れ、室温で30日放置したが、沈殿物はなかった。
[Example 4]
5 g of polybenzimidazole (manufactured by Sigma-Aldrich Japan Co., Ltd., weight average molecular weight 27000) was sufficiently pulverized, and 10 g of 25 wt% NaOH aqueous solution and 20 g of ethanol were added, followed by heating and stirring at 80 ° C. for 1 hr. The absorbance of this solution was 0.08.
This solution was 14.3 wt% polybenzimidazole, 8.6 wt% NaOH (converted Na in the solution as a hydroxide), 20.0 wt% water, and 57.1 wt% ethanol. The same solution was placed in a sealed container of 30 ml and allowed to stand at room temperature for 30 days, but no precipitate was found.

[比較例1]
ポリベンゾイミダゾール(シグマアルドリッチジャパン(株)社製、重量平均分子量27000)を充分に粉砕した。得られた粉末を110℃で恒量まで乾燥した。
この粉末を1gと99gのエタノールを不活性ガス化のリアクターに入れ、80℃で3hr処理した。ポリベンゾイミダゾールの粉末は溶解せず、沈殿を生じた。
[比較例2]
ポリベンゾイミダゾール(シグマアルドリッチジャパン(株)社製、重量平均分子量27000)8gを充分に粉砕し、25wt%NaOH水溶液5gとエタノール5g添加した後、80℃で1hr加熱攪拌した。ポリベンゾイミダゾールの粉末は溶解せず、沈殿を生じた。
[Comparative Example 1]
Polybenzimidazole (manufactured by Sigma-Aldrich Japan Co., Ltd., weight average molecular weight 27000) was sufficiently pulverized. The obtained powder was dried at 110 ° C. to a constant weight.
This powder was charged with 1 g and 99 g of ethanol in an inert gasification reactor and treated at 80 ° C. for 3 hours. The polybenzimidazole powder did not dissolve and resulted in precipitation.
[Comparative Example 2]
8 g of polybenzimidazole (manufactured by Sigma-Aldrich Japan Co., Ltd., weight average molecular weight 27000) was sufficiently pulverized, added with 5 g of 25 wt% NaOH aqueous solution and 5 g of ethanol, and then heated and stirred at 80 ° C. for 1 hr. The polybenzimidazole powder did not dissolve and resulted in precipitation.

本発明のポリアゾール溶液は長、短繊維、不織布、該繊維を焼成した炭素繊維、各種膜、多孔フィルム、各種塗料、各種構造材料、各種絶縁材料、固体高分子電解質型燃料電池用改質材、燃料電池以外の電池セパレーター改質用、各種膜表面に塗布し表面改質用、医療用血液透析膜、血漿分離膜等に使用される。   The polyazole solution of the present invention includes long, short fibers, non-woven fabrics, carbon fibers obtained by firing the fibers, various membranes, porous films, various paints, various structural materials, various insulating materials, solid polymer electrolyte fuel cell modifiers, Used for reforming battery separators other than fuel cells, applied to various membrane surfaces and used for surface reforming, medical hemodialysis membranes, plasma separation membranes, and the like.

Claims (3)

ポリアゾール系化合物(A成分)、及びアルカリ金属水酸化物(B成分)がプロトン性溶媒に溶解しており、溶液中のA成分の質量%が0.005〜25wt%で、B成分の質量%が0.001〜25wt%、A成分に対するB成分の質量比(B/A)が1以下であることを特徴とするポリアゾール溶液。 A polyazole compound (A component) and an alkali metal hydroxide (B component) are dissolved in a protic solvent, and the mass% of the A component in the solution is 0.005 to 25 wt%, and the mass% of the B component. 0.001 to 25 wt%, and the mass ratio (B / A) of the B component to the A component is 1 or less. 該ポリアゾール系化合物が、ポリイミダゾール系化合物、ポリベンズイミダゾール系化合物、ポリベンゾビスイミダゾール系化合物、ポリベンゾオキサゾール系化合物、ポリオキサゾール系化合物、ポリチアゾール系化合物、ポリベンゾチアゾール系化合物から選ばれる1種類以上の化合物から成る事を特徴とする請求項1に記載のポリアゾール溶液。 The polyazole compound is one kind selected from a polyimidazole compound, a polybenzimidazole compound, a polybenzobisimidazole compound, a polybenzoxazole compound, a polyoxazole compound, a polythiazole compound, and a polybenzothiazole compound. The polyazole solution according to claim 1, comprising the above compound. 該ポリアゾール系化合物が、ポリ[2,2’−(m−フェニレン)−5,5’−ビスベンゾイミダゾール]であることを特徴とする請求項1に記載のポリアゾール溶液。 The polyazole solution according to claim 1, wherein the polyazole compound is poly [2,2 '-(m-phenylene) -5,5'-bisbenzimidazole].
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