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JP4467387B2 - Solid polymer electrolyte membrane for direct methanol solid polymer fuel cell - Google Patents
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JP4467387B2 - Solid polymer electrolyte membrane for direct methanol solid polymer fuel cell - Google Patents

Solid polymer electrolyte membrane for direct methanol solid polymer fuel cell Download PDF

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JP4467387B2 JP2004250946A JP2004250946A JP4467387B2 JP 4467387 B2 JP4467387 B2 JP 4467387B2 JP 2004250946 A JP2004250946 A JP 2004250946A JP 2004250946 A JP2004250946 A JP 2004250946A JP 4467387 B2 JP4467387 B2 JP 4467387B2
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Description

本発明は、耐溶剤性及び耐水性に優れており、広い温度範囲及び湿度範囲にわたり高いプロトン伝導性を示す直接型メタノール固体高分子型燃料電池用固体高分子電解質膜に関する。
The present invention is excellent in solvent resistance and water resistance, relates to a solid polymer electrolyte membrane for direct methanol solid polymer fuel cell showing a high proton conductivity over a wide temperature range and humidity range.

固体高分子電解質材料として、いわゆる陽イオン交換樹脂に属するポリマー、例えば、ポリスチレンスルホン酸、ポリビニルスルホン酸、パーフルオロスルホン酸ポリマー、パーフルオロカルボン酸ポリマー[Polymer Preprints, Japan Vol. 42, No. 7, pp. 2490〜2492 (1993), Polymer Preprints, Japan Vol. 43, No. 3, pp. 735〜736 (1994), Polymer Preprints, Japan Vol. 42, No. 3, p. 730 (1993)]等が報告されている。   Polymers belonging to so-called cation exchange resins such as polystyrene sulfonic acid, polyvinyl sulfonic acid, perfluorosulfonic acid polymer, perfluorocarboxylic acid polymer [Polymer Preprints, Japan Vol. 42, No. 7, pp. 2490-2492 (1993), Polymer Preprints, Japan Vol. 43, No. 3, pp. 735-736 (1994), Polymer Preprints, Japan Vol. 42, No. 3, p. 730 (1993)] etc. Has been reported.

特に側鎖にスルホン酸基を有する固体高分子材料は、特定のイオンと強固に結合したり、陽イオン又は陰イオンを選択的に透過したりする性質を有しているので、粒子状、繊維状又は膜状に成形され、電気透析膜、拡散透析膜、電池隔膜等の各種用途に利用されている。中でもNafion(デュポン(株)製)の商標で知られるパーフルオロ骨格の側鎖にスルホン酸基を有するフッ素系高分子電解質膜は耐熱性及び耐薬品性に優れており、苛酷な条件下での使用に耐える電解質膜として実用化されている。しかし上記のようなフッ素系電解質膜は非常に高価であるという問題を抱えている。   In particular, a solid polymer material having a sulfonic acid group in the side chain has a property of binding firmly to a specific ion or selectively transmitting a cation or an anion. It is formed into a shape or a membrane and is used in various applications such as electrodialysis membranes, diffusion dialysis membranes, and battery membranes. Above all, a fluoropolymer electrolyte membrane having a sulfonic acid group in the side chain of the perfluoro skeleton known by the trademark Nafion (manufactured by DuPont) is excellent in heat resistance and chemical resistance, and can be used under severe conditions. It has been put to practical use as an electrolyte membrane that can withstand use. However, the fluorine-based electrolyte membrane as described above has a problem that it is very expensive.

このような状況下、特開2003-86021号は分子内に1個以上のリン酸基及び1個以上のエチレン性不飽和結合を有するリン酸基含有不飽和単量体と、分子内に1個以上のスルホン酸基及び1個以上のエチレン性不飽和結合を有するスルホン酸基含有不飽和単量体との共重合体からなる固体高分子電解質膜を提案している。特開2003-86021号の固体高分子電解質膜は比較的安価に製造できるだけでなく、導電性が著しく高く、導電性の温度依存性が低く、耐熱性及び耐溶剤性に優れている点で従来の固体高分子材料と一線を画すものであった。   Under such circumstances, JP-A-2003-86021 discloses a phosphate group-containing unsaturated monomer having at least one phosphate group and at least one ethylenically unsaturated bond in the molecule, and 1 in the molecule. A solid polymer electrolyte membrane comprising a copolymer of at least one sulfonic acid group and a sulfonic acid group-containing unsaturated monomer having at least one ethylenically unsaturated bond is proposed. The solid polymer electrolyte membrane disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-86021 can be manufactured at a relatively low cost, and has a high conductivity, a low temperature dependence of conductivity, and excellent heat resistance and solvent resistance. It was in line with the solid polymer material.

しかし固体高分子電解質膜を燃料電池、特に直接型メタノール固体高分子型燃料電池に用いる場合、固体高分子電解質膜の一面に設けられた燃料極に、メタノール及び水からなる燃料を直接供給するので、導電性だけでなく、耐溶剤性及び耐水性が求められる。これに対して特開2003-138088号(特許文献1)はリン酸基含有不飽和単量体の重合体及びポリアミド樹脂を加熱処理してなる固体高分子電解質を開示している。特許文献1の固体高分子電解質は比較的安価に製造できるだけでなく、導電性、耐溶剤性及び耐水性に優れている。   However, when a solid polymer electrolyte membrane is used in a fuel cell, particularly a direct methanol solid polymer fuel cell, a fuel composed of methanol and water is directly supplied to a fuel electrode provided on one surface of the solid polymer electrolyte membrane. In addition to conductivity, solvent resistance and water resistance are required. On the other hand, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-138088 (Patent Document 1) discloses a solid polymer electrolyte obtained by heating a polymer of a phosphate group-containing unsaturated monomer and a polyamide resin. The solid polymer electrolyte disclosed in Patent Document 1 can be manufactured at a relatively low cost, and is excellent in conductivity, solvent resistance, and water resistance.

特開2003-138088号JP2003-138088

しかし燃料電池用の固体高分子電解質膜には、導電性、耐溶剤性及び耐水性の全てに対して一層の向上が求められている。   However, solid polymer electrolyte membranes for fuel cells are required to further improve conductivity, solvent resistance and water resistance.

従って、本発明の目的は、比較的低コストで製造でき、幅広い温度領域及び湿度領域で高いプロトン伝導性を有し、かつ優れた耐溶剤性及び耐水性を有する直接型メタノール固体高分子型燃料電池用固体高分子電解質膜を提供することである。
Accordingly, an object of the present invention is a direct methanol solid polymer fuel that can be produced at a relatively low cost, has high proton conductivity in a wide temperature range and humidity range, and has excellent solvent resistance and water resistance. It is to provide a solid polymer electrolyte membrane for a battery .

上記目的に鑑み鋭意研究の結果、本発明者らは、(a) 分子内にリン酸基及びエチレン性不飽和結合を各々1個以上有するリン酸基含有不飽和単量体と、(b) エチレン性不飽和結合を有する炭化水素基を各々分子内に少なくとも1個有する水素化ブタジエンオリゴマー、水素化イソプレンオリゴマー及びこれらの誘導体からなる群から選ばれた少なくとも一種の水素化共役ジエン系液状オリゴマーとを共重合すると、幅広い温度領域及び湿度領域で高いプロトン伝導性を有し、かつ優れた耐溶剤性及び耐水性を有する直接型メタノール固体高分子型燃料電池用固体高分子電解質膜が得られることを見出し、本発明に想到した。
As a result of diligent research in view of the above object, the present inventors have obtained (a) a phosphate group-containing unsaturated monomer having at least one phosphate group and one or more ethylenically unsaturated bonds in the molecule, and (b) At least one hydrogenated conjugated diene-based liquid oligomer selected from the group consisting of a hydrogenated butadiene oligomer having at least one hydrocarbon group having an ethylenically unsaturated bond in each molecule, a hydrogenated isoprene oligomer, and derivatives thereof; Copolymerization of a solid polymer electrolyte membrane for direct methanol solid polymer fuel cells with high proton conductivity in a wide range of temperature and humidity, and excellent solvent resistance and water resistance As a result, the present invention has been conceived.

すなわち、本発明の直接型メタノール固体高分子型燃料電池用固体高分子電解質膜は、少なくとも
(a) 分子内にリン酸基及びエチレン性不飽和結合を各々1個以上有するリン酸基含有不飽和単量体と、
(b) 式(1a):

Figure 0004467387
で表される繰り返し単位(ただしR 1 及びR 2 はそれぞれ独立に水素基又はメチル基であり、かつR 1 及びR 2 の少なくとも一方は水素基である)で構成された重合体鎖、式(1b):
Figure 0004467387
で表され、前記重合体鎖の一方の末端に結合した構造単位(ただしR 1 及びR 2 は式(1a)と同じであり、R 3 は(i) エチレン性不飽和結合を1個以上有し、かつ他の原子団を有してもよい炭化水素基、(ii) エチレン性不飽和結合を有さず、かつ他の原子団を有してもよい炭化水素基又は(iii) 水素基である)、及び式(1c):
Figure 0004467387
で表され、前記重合体鎖の他方の末端に結合した構造単位(ただしR 1 及びR 2 は式(1a)と同じであり、R 4 は(i) エチレン性不飽和結合を1個以上有し、かつ他の原子団を有してもよい炭化水素基、(ii) エチレン性不飽和結合を有さず、かつ他の原子団を有してもよい炭化水素基又は(iii) 水素基である)からなり、かつ前記R 3 及びR 4 の少なくとも一方は前記(i) エチレン性不飽和結合を有する炭化水素基であり、数平均分子量が500〜50,000である水素化共役ジエン系液状オリゴマー
とを共重合してなることを特徴とする。
That is, the solid polymer electrolyte membrane for direct methanol solid polymer fuel cell of the present invention has at least
(a) a phosphate group-containing unsaturated monomer having at least one phosphate group and at least one ethylenically unsaturated bond in the molecule;
(b) Formula (1a):
Figure 0004467387
A polymer chain comprising a repeating unit represented by the formula ( wherein R 1 and R 2 are each independently a hydrogen group or a methyl group, and at least one of R 1 and R 2 is a hydrogen group): 1b):
Figure 0004467387
And a structural unit bonded to one end of the polymer chain (where R 1 and R 2 are the same as in formula (1a), and R 3 has (i) one or more ethylenically unsaturated bonds) And (ii) a hydrocarbon group that does not have an ethylenically unsaturated bond and may have another atomic group, or (iii) a hydrogen group And formula (1c):
Figure 0004467387
And a structural unit bonded to the other end of the polymer chain (where R 1 and R 2 are the same as in formula (1a), and R 4 has (i) one or more ethylenically unsaturated bonds) And (ii) a hydrocarbon group that does not have an ethylenically unsaturated bond and may have another atomic group, or (iii) a hydrogen group And at least one of R 3 and R 4 is (i) a hydrocarbon group having an ethylenically unsaturated bond, and a number average molecular weight of 500 to 50,000 is a hydrogenated conjugated diene-based liquid oligomer And is copolymerized.

前記(a) リン酸基含有不飽和単量体と前記(b) 水素化共役ジエン系液状オリゴマーの配合割合は、式[(前記(a) リン酸基含有不飽和単量体)/(前記(b) 水素化共役ジエン系液状オリゴマー)]により表される質量比が99/1〜40/60の範囲であるのが好ましい。   The blending ratio of the (a) phosphate group-containing unsaturated monomer and the (b) hydrogenated conjugated diene-based liquid oligomer is expressed by the formula [((a) phosphate group-containing unsaturated monomer) / (above (b) Hydrogenated conjugated diene-based liquid oligomer)] is preferably in the range of 99/1 to 40/60.

前記リン酸基含有不飽和単量体は、下記一般式(2):

Figure 0004467387
(ただしR 5 H又はCH 3 であり、R 6 H、CH 3 又はCH 2 Clであり、nは1〜6の整数である。)により表される化合物を含むのが好ましい。
The phosphate group-containing unsaturated monomer has the following general formula ( 2 ):
Figure 0004467387
(Wherein R 5 is H or CH 3, R 6 is H, CH 3 or CH 2 Cl, n is an integer of 1-6.) Preferably contains a compound represented by the.

本発明の直接型メタノール固体高分子型燃料電池用固体高分子電解質膜は、前記(a) リン酸基含有不飽和単量体と、前記(b) 水素化共役ジエン系液状オリゴマーと、(c) 前記(a)及び(b)以外の不飽和単量体とを共重合してなるものであってもよい。前記(c)は、(c-1)(i) エチレン性不飽和結合と、(ii) スルホン酸基、カルボン酸基、アルコール性水酸基及びアミノ基からなる群から選ばれた少なくとも一種の官能基とを各々1個以上分子内に有する不飽和単量体、並びに(c-2) 分子内に1個以上のエチレン性不飽和結合を有するが、スルホン酸基、カルボン酸基、アルコール性水酸基及びアミノ基のいずれも有さず、かつ(メタ)アクリロニトリル、(メタ)アクリル酸エステル類、置換又は無置換のスチレン類、塩化ビニル、酢酸ビニル及び分子内に1個以上のフッ素基と1個以上のエチレン性不飽和結合とを有するフッ素基含有不飽和単量体からなる群から選ばれた少なくとも一種の不飽和単量体のいずれか又はこれらの両方であるのが好ましい。前記(a)と前記(c)との質量比は20/80以上が好ましい。前記(c-1)と前記(c-2)との質量比は(100/0)〜(50/50)が好ましい。
The solid polymer electrolyte membrane for a direct methanol solid polymer fuel cell according to the present invention comprises (a) a phosphate group-containing unsaturated monomer , (b) a hydrogenated conjugated diene-based liquid oligomer , and (c) ) It may be formed by copolymerization with unsaturated monomers other than (a) and (b) . (C) is (c-1) (i) at least one functional group selected from the group consisting of an ethylenically unsaturated bond and (ii) a sulfonic acid group, a carboxylic acid group, an alcoholic hydroxyl group and an amino group. And (c-2) having at least one ethylenically unsaturated bond in the molecule, but having a sulfonic acid group, a carboxylic acid group, an alcoholic hydroxyl group, and Does not have any amino group, and (meth) acrylonitrile, (meth) acrylic acid esters, substituted or unsubstituted styrenes, vinyl chloride, vinyl acetate, and one or more fluorine groups and one or more in the molecule And at least one unsaturated monomer selected from the group consisting of fluorine-containing unsaturated monomers having an ethylenically unsaturated bond, or both of them. The mass ratio of (a) to (c) is preferably 20/80 or more. The mass ratio of (c-1) to (c-2) is preferably (100/0) to (50/50).

前記リン酸基含有不飽和単量体は下記一般式(3):

Figure 0004467387
(ただしR7及びR10はそれぞれ独立にH又はCH 3 であり、R8及びR9はそれぞれ独立にH、CH 3 又はCH 2 Clであり、k及びpはそれぞれ独立に1〜6の整数である。)により表されるリン酸基含有ジエステル系不飽和単量体を含んでもよい。
The phosphate group-containing unsaturated monomer is represented by the following general formula (3):
Figure 0004467387
(Where R 7 and R 10 are each independently H or CH 3 , R 8 and R 9 are each independently H, CH 3 or CH 2 Cl , and k and p are each independently an integer of 1 to 6) The phosphoric acid group-containing diester unsaturated monomer represented by

本発明の固体高分子電解質膜は、幅広い温度領域及び湿度領域で高いプロトン伝導性を有し、かつ優れた耐溶剤性及び耐水性を有する。本発明の固体高分子電解質膜は、(1) 水素化共役ジエン系液状オリゴマー単位、及びリン酸基含有不飽和単量体のエチレン性不飽和結合に由来する炭化水素骨格からなる疎水部と、(2) リン酸基含有不飽和単量体に由来するリン酸基、エステル結合及びアルキレンオキシド基の連鎖からなる親水部とを有するので、リン酸基等からなる親水部が効率的なプロトン伝導経路となるものと推測される。また本発明の固体高分子電解質膜は、上記疎水部の存在により、優れた耐溶剤性及び耐水性を発現するものと推測される。   The solid polymer electrolyte membrane of the present invention has high proton conductivity in a wide temperature range and humidity range, and has excellent solvent resistance and water resistance. The solid polymer electrolyte membrane of the present invention comprises (1) a hydrophobic portion comprising a hydrogenated conjugated diene-based liquid oligomer unit and a hydrocarbon skeleton derived from an ethylenically unsaturated bond of a phosphate group-containing unsaturated monomer; (2) Since the phosphoric acid group-containing unsaturated monomer has a hydrophilic part composed of a phosphate group, an ester bond, and an alkylene oxide group, the hydrophilic part composed of a phosphate group and the like has an efficient proton conduction. Presumed to be a route. The solid polymer electrolyte membrane of the present invention is presumed to exhibit excellent solvent resistance and water resistance due to the presence of the hydrophobic portion.

このような特性を有する本発明の固体高分子電解質膜は、一次電池用電解質膜、二次電池用電解質膜、燃料電池用電解質膜、表示素子膜、各種センサー膜、信号伝達媒体膜、固体コンデンサー膜、イオン交換膜などに好適に利用できる。特に直接型メタノール固体高分子型燃料電池の電解質膜として用いた場合に、優れたメタノールクロスオーバー防止性(メタノールが固体高分子電解質膜を透過してしまうのを防止できる性能)を発現するものと推測される。   The solid polymer electrolyte membrane of the present invention having such characteristics includes an electrolyte membrane for a primary battery, an electrolyte membrane for a secondary battery, an electrolyte membrane for a fuel cell, a display element membrane, various sensor membranes, a signal transmission medium membrane, a solid capacitor It can be suitably used for membranes, ion exchange membranes and the like. In particular, when used as an electrolyte membrane of a direct methanol solid polymer fuel cell, it exhibits excellent methanol crossover prevention properties (performance capable of preventing methanol from permeating the solid polymer electrolyte membrane) Guessed.

[1] リン酸基含有不飽和単量体
リン酸基含有不飽和単量体は下記一般式(2):

Figure 0004467387
(ただしR 5 は水素又はアルキル基であり、R 6 は水素又は置換もしくは無置換のアルキル基であり、nは1〜6の整数である。)により表すことができる。R 5 はH又はCH3であり、R 6 はH、CH3又はCH2Clであるのが好ましい。
[1] Phosphoric acid group-containing unsaturated monomer The phosphoric acid group-containing unsaturated monomer has the following general formula ( 2 ):
Figure 0004467387
Where R 5 is hydrogen or an alkyl group, R 6 is hydrogen or a substituted or unsubstituted alkyl group, and n is an integer of 1 to 6. R 5 is preferably H or CH 3 and R 6 is preferably H, CH 3 or CH 2 Cl.

一般式(2)により表されるリン酸基含有不飽和単量体(リン酸基含有不飽和単量体(I))のうち代表的なものの構造式及び物性をそれぞれ表1及び表2に示す。これらの単量体はユニケミカル(株)から商品名Phosmer(登録商標)として販売されている。ただし本発明に使用できるリン酸基含有不飽和単量体はこれらに限定されるものではない。リン酸基含有不飽和単量体(I)は単独で用いてもよいし、その2種以上を併用しても良い。
Tables 1 and 2 show the structural formulas and physical properties of representative ones of the phosphate group-containing unsaturated monomers represented by the general formula ( 2 ) (phosphate group-containing unsaturated monomers (I)), respectively. Show. These monomers are sold by Unichemical Corporation under the trade name Phosmer (registered trademark). However, the phosphate group-containing unsaturated monomer that can be used in the present invention is not limited to these. The phosphate group-containing unsaturated monomer (I) may be used alone or in combination of two or more thereof.

Figure 0004467387
Figure 0004467387

Figure 0004467387
Figure 0004467387

リン酸基は解離していてもよいし、錯塩を形成していても良い。錯塩を形成する場合、電荷を中和させるため、例えば第1級、第2級、第3級又は第4級のアルキル基、アリル基、アラルキル基等を含有するアンモニウムイオンやモノ、ジ又はトリアルカノールアミン残基と錯塩を形成するのが好ましく、特にN+R11 4-f(OH)f(但しR11は炭素数1〜18のアルキル基、炭素数6〜12の芳香族基及び炭素数6〜12の脂環族基からなる群から選ばれた少なくとも一種を表し、fは1〜3の正の整数を表す。)が好ましい。 The phosphoric acid group may be dissociated or may form a complex salt. When forming a complex salt, in order to neutralize the charge, for example, ammonium ions containing mono-, di- or tri-alkyl groups such as primary, secondary, tertiary or quaternary alkyl groups, allyl groups, aralkyl groups, etc. It is preferable to form a complex salt with an alkanolamine residue, particularly N + R 11 4-f (OH) f (wherein R 11 is an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, an aromatic group having 6 to 12 carbon atoms, and carbon. It represents at least one selected from the group consisting of alicyclic groups of formula 6 to 12, and f represents a positive integer of 1 to 3).

リン酸基含有不飽和単量体としては、下記一般式(3):

Figure 0004467387
(ただしR7及びR10はそれぞれ独立に水素基又はアルキル基であり、R8及びR9はそれぞれ独立に水素基又は置換もしくは無置換のアルキル基であり、k及びpはそれぞれ独立に1〜6の整数である。)により表されるリン酸基含有ジエステル系不飽和単量体(リン酸基含有不飽和単量体(II))、下記一般式(4):
Figure 0004467387
(ただしR12及びR15はそれぞれ独立に水素基又はアルキル基であり、R13及びR14はそれぞれ独立に水素基又は置換もしくは無置換のアルキル基であり、r及びsはそれぞれ独立に1〜6の整数である。)により表されるピロリン酸基含有不飽和単量体(リン酸基含有不飽和単量体(III))、及び下記一般式(5):
Figure 0004467387
(ただしR16、R19及びR21はそれぞれ独立に水素基又はアルキル基であり、R17、R18及びR20はそれぞれ独立に水素基又は置換もしくは無置換のアルキル基であり、x、y及びzはそれぞれ独立に1〜6の整数である。)により表されるリン酸基含有不飽和単量体(IV)も使用可能である。 As the phosphate group-containing unsaturated monomer, the following general formula (3):
Figure 0004467387
(However, R 7 and R 10 are each independently a hydrogen group or an alkyl group, R 8 and R 9 are each independently a hydrogen group or a substituted or unsubstituted alkyl group, and k and p are each independently 1 to 1) The phosphoric acid group-containing diester unsaturated monomer (phosphoric acid group-containing unsaturated monomer (II)) represented by the following general formula (4):
Figure 0004467387
(Wherein R 12 and R 15 are each independently a hydrogen group or an alkyl group, R 13 and R 14 are each independently a hydrogen group or a substituted or unsubstituted alkyl group, and r and s are each independently 1 to 1) A pyrophosphate group-containing unsaturated monomer (phosphate group-containing unsaturated monomer (III)) represented by the following general formula (5):
Figure 0004467387
(However, R 16 , R 19 and R 21 are each independently a hydrogen group or an alkyl group, R 17 , R 18 and R 20 are each independently a hydrogen group or a substituted or unsubstituted alkyl group, and x, y And z are each independently an integer of 1 to 6.) It is also possible to use a phosphate group-containing unsaturated monomer (IV) represented by:

リン酸基含有不飽和単量体(II)としては、ジ(メタクリロイルオキシエチル)ホスフェート及びジ(アクリロイルオキシエチル)ホスフェートが好ましい。リン酸基含有不飽和単量体(III)としては、ジ(メタクリロイルオキシエチル)アシッド・ピロホスフェート及びジ(アクリロイルオキシエチル)アシッド・ピロホスフェートが好ましい。   As the phosphate group-containing unsaturated monomer (II), di (methacryloyloxyethyl) phosphate and di (acryloyloxyethyl) phosphate are preferable. As the phosphate group-containing unsaturated monomer (III), di (methacryloyloxyethyl) acid pyrophosphate and di (acryloyloxyethyl) acid pyrophosphate are preferable.

リン酸基含有不飽和単量体(I)はプロトン伝導性に優れており、リン酸基含有不飽和単量体(II)〜(IV)は架橋作用を有し製膜性に優れているので、リン酸基含有不飽和単量体(I)と、リン酸基含有不飽和単量体(II)〜(IV)からなる群から選ばれた少なくとも一種とを併用してもよい。このような併用により膜のプロトン伝導性と耐溶剤性と膜強度のバランスが向上する。中でもリン酸基含有不飽和単量体(I)及び(II)を併用するのが好ましい。リン酸基含有不飽和単量体(I)と、リン酸基含有不飽和単量体(II)〜(IV)からなる群から選ばれた少なくとも一種とを併用する場合、式[リン酸基含有不飽和単量体(I)]/[リン酸基含有不飽和単量体(II)〜(IV)の合計]により表される配合モル比は1/0.05〜1/2であるのが好ましい。   The phosphoric acid group-containing unsaturated monomer (I) has excellent proton conductivity, and the phosphoric acid group-containing unsaturated monomers (II) to (IV) have a crosslinking action and excellent film forming properties. Therefore, the phosphate group-containing unsaturated monomer (I) and at least one selected from the group consisting of the phosphate group-containing unsaturated monomers (II) to (IV) may be used in combination. Such a combination improves the balance of proton conductivity, solvent resistance and membrane strength of the membrane. Among them, it is preferable to use the phosphate group-containing unsaturated monomers (I) and (II) in combination. When the phosphate group-containing unsaturated monomer (I) and at least one selected from the group consisting of the phosphate group-containing unsaturated monomers (II) to (IV) are used in combination, the formula [phosphate group Containing molar ratio represented by [containing unsaturated monomer (I)] / [total of phosphate group-containing unsaturated monomers (II) to (IV)] is 1 / 0.05 to 1/2. preferable.

リン酸基含有重合体が上述のようなリン酸基含有不飽和単量体成分を含むことにより、固体高分子電解質に高い水保持能力を付与でき、高導電性を有する膜が得られる。   When the phosphate group-containing polymer contains a phosphate group-containing unsaturated monomer component as described above, a high water retention capability can be imparted to the solid polymer electrolyte, and a highly conductive film can be obtained.

[2] 水素化共役ジエン系液状オリゴマー
上記リン酸基含有不飽和単量体と共重合させる水素化共役ジエン系液状オリゴマーとして、エチレン性不飽和結合を有する炭化水素基を、各々分子内に少なくとも1個有する水素化ブタジエンオリゴマー、水素化イソプレンオリゴマー及びこれらの誘導体からなる群から選ばれた少なくとも一種を使用する。水素化共役ジエン系液状オリゴマーは、下記一般式(1):

Figure 0004467387
(但しR3及びR4はそれぞれ独立に(i) エチレン性不飽和結合を1個以上有し、かつ他の原子団を有してもよい炭化水素基、(ii) エチレン性不飽和結合を有さず、かつ他の原子団を有してもよい炭化水素基又は(iii) 水素基であり、かつR3及びR4の少なくとも一方は前記(i) エチレン性不飽和結合を有する炭化水素基であり、R 1 及びR 2 はそれぞれ独立に水素基又はメチル基であり、かつR 1 及びR 2 の少なくとも一方は水素基であり、mは重合度を表す。)により表されるものが好ましい。ただし水素化共役ジエン系液状オリゴマーとして、式(1)に示すような重合体鎖中の水素化共役ジエン単位が1,2-結合であるものに限定する趣旨ではなく、水素化共役ジエン単位が1,4-結合であるものであってもよい。
[2] Hydrogenated conjugated diene-based liquid oligomer As the hydrogenated conjugated diene-based liquid oligomer to be copolymerized with the above-mentioned phosphate group-containing unsaturated monomer, each hydrocarbon group having an ethylenically unsaturated bond is at least in the molecule. At least one selected from the group consisting of one hydrogenated butadiene oligomer, one hydrogenated isoprene oligomer, and derivatives thereof is used. The hydrogenated conjugated diene-based liquid oligomer has the following general formula ( 1 ):
Figure 0004467387
(However, R 3 and R 4 are each independently (i) a hydrocarbon group which has one or more ethylenically unsaturated bonds and may have other atomic groups, and (ii) an ethylenically unsaturated bond. A hydrocarbon group that does not have and may have another atomic group or (iii) a hydrogen group, and at least one of R 3 and R 4 has (i) a hydrocarbon having an ethylenically unsaturated bond R 1 and R 2 are each independently a hydrogen group or a methyl group, and at least one of R 1 and R 2 is a hydrogen group, and m represents the degree of polymerization). preferable. However, the hydrogenated conjugated diene-based liquid oligomer is not intended to be limited to those in which the hydrogenated conjugated diene unit in the polymer chain as shown in the formula ( 1 ) is a 1,2-bond. It may be a 1,4-bond.

R3及びR4はそれぞれ独立に(i) エチレン性不飽和結合を1個以上有し、かつ他の原子団を有してもよい炭化水素基、(ii) エチレン性不飽和結合を有さず、かつ他の原子団を有してもよい炭化水素基又は(iii) 水素基であり、かつR3及びR4の少なくとも一方が前記(i) エチレン性不飽和結合を有する炭化水素基である限り特に制限はない。R3及びR4が有してもよい他の原子団としては、ウレタン結合、エステル結合、エーテル結合、イソシアネート基、水酸基、カルボキシル基及びアルコキシ基からなる群から選ばれた少なくとも一種が挙げられる。R3及びR4の具体例として(メタ)アクリル基が挙げられる。 R 3 and R 4 are each independently (i) a hydrocarbon group which has one or more ethylenically unsaturated bonds and may have other atomic groups, and (ii) has an ethylenically unsaturated bond. And (iii) a hydrogen group that may have other atomic groups, and at least one of R 3 and R 4 is the hydrocarbon group having (i) an ethylenically unsaturated bond. As long as there is no particular limitation. Examples of other atomic groups that R 3 and R 4 may have include at least one selected from the group consisting of urethane bonds, ester bonds, ether bonds, isocyanate groups, hydroxyl groups, carboxyl groups, and alkoxy groups. Specific examples of R 3 and R 4 include a (meth) acryl group.

水素化共役ジエン系液状オリゴマーの分子量に特に制限はないが、数平均分子量が500〜50,000のものが好ましい。式(1)により表される水素化共役ジエン系液状オリゴマーの市販品として、例えば「NISSO-PB TEAI-1000」(日本曹達(株)製)等がある。 Although there is no restriction | limiting in particular in the molecular weight of a hydrogenated conjugated diene type liquid oligomer, A thing with a number average molecular weight of 500-50,000 is preferable. Examples of commercially available hydrogenated conjugated diene liquid oligomers represented by the formula ( 1 ) include “NISSO-PB TEAI-1000” (manufactured by Nippon Soda Co., Ltd.).

水素化共役ジエン系液状オリゴマーは、必要に応じて他の水素化共役ジエン系単量体単位を含有してもよい。例えば水素化共役ジエン系液状オリゴマーが水素化ブタジエンオリゴマー又はその誘導体である場合、水素化イソプレン単量体単位を含んでもよい。水素化共役ジエン系液状オリゴマーが水素化イソプレンオリゴマー又はその誘導体である場合、水素化ブタジエン単量体単位を含んでもよい。その他の水素化共役ジエン系単量体単位としては、各々水素化された2,3-ジメチル-1,3-ブタジエン、1,3-ペンタジエン、2-メチル-1,3-ペンタジエン、1,3-ヘキサジエン、4,5-ジエチル-1,3-オクタジエン、3-ブチル-1,3-オクタジエン、クロロプレン等の単量体単位が挙げられる。   The hydrogenated conjugated diene-based liquid oligomer may contain other hydrogenated conjugated diene-based monomer units as necessary. For example, when the hydrogenated conjugated diene-based liquid oligomer is a hydrogenated butadiene oligomer or a derivative thereof, a hydrogenated isoprene monomer unit may be included. When the hydrogenated conjugated diene-based liquid oligomer is a hydrogenated isoprene oligomer or a derivative thereof, a hydrogenated butadiene monomer unit may be included. Other hydrogenated conjugated diene monomer units include hydrogenated 2,3-dimethyl-1,3-butadiene, 1,3-pentadiene, 2-methyl-1,3-pentadiene, 1,3 -Monomer units such as hexadiene, 4,5-diethyl-1,3-octadiene, 3-butyl-1,3-octadiene and chloroprene.

水素化共役ジエン系液状オリゴマーはオレフィンを共重合成分として含んでもよい。この場合、水素化共役ジエン系液状オリゴマーはランダムコポリマー、ブロックコポリマー又はグラフトコポリマーのいずれでもよい。   The hydrogenated conjugated diene-based liquid oligomer may contain an olefin as a copolymerization component. In this case, the hydrogenated conjugated diene-based liquid oligomer may be a random copolymer, a block copolymer, or a graft copolymer.

固体高分子電解質膜が上述のような水素化共役ジエン系液状オリゴマーを含むことにより、耐溶剤性、特にメタノールクロスオーバー防止性(直接型メタノール固体高分子型燃料電池の電解質膜として用いた場合に、メタノールが固体高分子電解質膜を透過してしまうのを防止できる性能)が向上する。   By including the hydrogenated conjugated diene-based liquid oligomer as described above, the solid polymer electrolyte membrane has solvent resistance, particularly methanol crossover prevention (when used as an electrolyte membrane of a direct methanol solid polymer fuel cell) , Performance capable of preventing methanol from permeating the solid polymer electrolyte membrane).

[3] 配合割合
固体高分子電解質膜中の(a) リン酸基含有不飽和単量体及び(b) 水素化共役ジエン系液状オリゴマーの配合割合は、式[((a) リン酸基含有不飽和単量体)/((b) 水素化共役ジエン系液状オリゴマー)]により表される質量比が99/1〜40/60の範囲であるのが好ましく、95/5〜50/50の範囲であるのがより好ましい。この比が40/60未満だと、導電性が不十分であり、一方99/1超だと耐溶剤性や耐水性が不十分である。
[3] Blending ratio The blending ratio of (a) phosphate group-containing unsaturated monomer and (b) hydrogenated conjugated diene-based liquid oligomer in the solid polymer electrolyte membrane is expressed by the formula [((a) phosphate group-containing The mass ratio represented by (unsaturated monomer) / ((b) hydrogenated conjugated diene-based liquid oligomer)] is preferably in the range of 99/1 to 40/60, and is preferably 95/5 to 50/50. A range is more preferable. If this ratio is less than 40/60, the conductivity is insufficient, while if it exceeds 99/1, the solvent resistance and water resistance are insufficient.

[4] 共重合できる他の不飽和単量体
固体高分子電解質膜は、リン酸基含有不飽和単量体及び水素化共役ジエン系液状オリゴマーと共重合できる他の不飽和単量体を共重合してなるものであってもよい。共重合できる他の不飽和単量体は次の2群(1) 官能基を含有するもの及び(2) 官能基を含有しないものに大別できる。
(1) 官能基を含有する不飽和単量体
官能基を含有する不飽和単量体は、分子内に少なくとも1つの官能基と、少なくとも1つのエチレン性不飽和結合を有する化合物である。官能基としては、酸性基、アミノ基(アミド基も有するものも含む)等を挙げることができる。酸性基としてスルホン酸基、カルボン酸基及びアルコール性水酸基からなる群から選ばれた少なくとも一種が好ましい。エチレン性不飽和結合を有する骨格としては、(メタ)アクリレート骨格、(メタ)アリルエステル骨格等を挙げることができる。
[4] Other unsaturated monomers that can be copolymerized The solid polymer electrolyte membrane contains a phosphate group-containing unsaturated monomer and another unsaturated monomer that can be copolymerized with a hydrogenated conjugated diene-based liquid oligomer. It may be obtained by polymerization. Other unsaturated monomers that can be copolymerized can be broadly divided into the following two groups: (1) those containing functional groups and (2) those containing no functional groups.
(1) Unsaturated monomer containing functional group An unsaturated monomer containing a functional group is a compound having at least one functional group and at least one ethylenically unsaturated bond in the molecule. Examples of the functional group include an acidic group and an amino group (including those having an amide group). The acidic group is preferably at least one selected from the group consisting of a sulfonic acid group, a carboxylic acid group and an alcoholic hydroxyl group. Examples of the skeleton having an ethylenically unsaturated bond include a (meth) acrylate skeleton and a (meth) allyl ester skeleton.

(i) スルホン酸基含有不飽和単量体
スルホン酸基を含有する不飽和単量体の例示化合物としては、下記一般式(6):

Figure 0004467387
(ただしR22は水素基又はメチル基である。)により表される化合物、下記一般式(7):
Figure 0004467387
(ただしR23は水素基又はメチル基であり、Y1は置換もしくは無置換の炭素数1〜6のアルキレン基又は炭素数6〜12のアリーレン基である。)により表される化合物、及び下記一般式(8):
Figure 0004467387
(ただしR24は水素基又はメチル基であり、X1は−O−基又は−NH−基であり、Y2は置換もしくは無置換の炭素数1〜6のアルキレン基又は炭素数6〜12のアリーレン基である。)により表される化合物からなる群から選ばれた少なくとも一種が好ましい。 (i) Unsaturated monomer containing sulfonic acid group As an exemplary compound of an unsaturated monomer containing a sulfonic acid group, the following general formula (6):
Figure 0004467387
(Wherein R 22 is a hydrogen group or a methyl group), a compound represented by the following general formula (7):
Figure 0004467387
Wherein R 23 is a hydrogen group or a methyl group, and Y 1 is a substituted or unsubstituted alkylene group having 1 to 6 carbon atoms or an arylene group having 6 to 12 carbon atoms, and General formula (8):
Figure 0004467387
(Wherein R 24 is a hydrogen group or a methyl group, X 1 is an —O— group or an —NH— group, and Y 2 is a substituted or unsubstituted alkylene group having 1 to 6 carbon atoms or 6 to 12 carbon atoms. And at least one selected from the group consisting of compounds represented by formula (1):

上記一般式(6)〜(8)のいずれかにより表されるスルホン酸基含有不飽和単量体としては、アリルスルホン酸(allyl sulfonic acid)、メタアリルスルホン酸(methallyl sulfonic acid)、ビニルスルホン酸、p-スチレンスルホン酸、(メタ)アクリル酸ブチル-4-スルホン酸、(メタ)アクリロオキシベンゼンスルホン酸、2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸(ターシャリーブチルアクリルアミドスルホン酸)等が挙げられる。好ましくはビニルスルホン酸、p-スチレンスルホン酸及びターシャリーブチルアクリルアミドスルホン酸である。ただしアリルスルホン酸(allyl sulfonic acid)、メタアリルスルホン酸(methallyl sulfonic acid)は、そのアリル(allyl)基が、退化的連鎖移動(degradative chain transfer)を起こすので、使用量を僅少にするのが好ましい。具体的には、リン酸基含有不飽和単量体及び他の不飽和単量体の合計を100質量%として、多くても10質量%程度の使用量にする。   Examples of the sulfonic acid group-containing unsaturated monomer represented by any one of the general formulas (6) to (8) include allyl sulfonic acid, methallyl sulfonic acid, and vinyl sulfone. Acid, p-styrenesulfonic acid, (meth) acrylic acid butyl-4-sulfonic acid, (meth) acrylooxybenzenesulfonic acid, 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid (tertiary butylacrylamidesulfonic acid), etc. Can be mentioned. Preferred are vinyl sulfonic acid, p-styrene sulfonic acid and tertiary butyl acrylamide sulfonic acid. However, allyl sulfonic acid and methallyl sulfonic acid have a degradative chain transfer because the allyl group causes a degradative chain transfer. preferable. Specifically, the total of the phosphate group-containing unsaturated monomer and other unsaturated monomers is 100% by mass, and the amount used is at most about 10% by mass.

スルホン酸基は解離していてもよいし、錯塩を形成していても良い。錯塩を形成する場合、リン系酸残基含有不飽和単量体について上述したようなアンモニウムイオンもしくはアミン残基又はアルカリ金属と錯塩を形成するのが好ましい。   The sulfonic acid group may be dissociated or may form a complex salt. When forming a complex salt, it is preferable to form a complex salt with an ammonium ion, an amine residue or an alkali metal as described above for the unsaturated monomer containing a phosphorus acid residue.

(ii) カルボン酸基を含有する不飽和単量体
カルボン酸基を含有する不飽和単量体の例示化合物としては、(メタ)アクリル酸、クロトン酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、マレイン酸無水物等が挙げられる。これらは単独でもよいし、2種以上を併用しても良い。
(ii) Unsaturated monomer containing a carboxylic acid group Examples of unsaturated monomers containing a carboxylic acid group include (meth) acrylic acid, crotonic acid, maleic acid, fumaric acid, itaconic acid, maleic acid. An acid anhydride etc. are mentioned. These may be used alone or in combination of two or more.

(iii) アルコール性水酸基を含有する不飽和単量体
アルコール性水酸基を含有する不飽和単量体としては、グリセロールジメタクリレート[例えば商品名「ブレンマーGMR」、「ブレンマーGMR-R」(以上日本油脂(株)製)等]、グリセロールメタクリレートアクリレート[例えば商品名「ブレンマーGAM」、「ブレンマーGAM-R」(以上日本油脂(株)製)等]、1,6-ヘキサンジオールジグリシジルエーテルアクリレート[例えば商品名「NK オリゴ EA-5521」(新中村化学工業(株)製)等]、1,4-ブタンジオールジグリシジルエーテルアクリレート[例えば商品名「NK オリゴ EA-5520」(新中村化学工業(株)製)等]、ビスフェノールA型エポキシアクリレート[例えば商品名「NK オリゴ EA-1020」(新中村化学工業(株)製)等]、及び2-ヒドロキシ(メタ)アクリレート類(例えば2-ヒドロキシメチル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート等)が挙げられる。中でもグリセロールジメタクリレート、グリセロールメタクリレートアクリレート、1,6-ヘキサンジオールジグリシジルエーテルアクリレート、1,4-ブタンジオールジグリシジルエーテルアクリレート及びビスフェノールA型エポキシアクリレートは、エチレン性不飽和基を分子内に2個有する観点から好ましい。
(iii) Unsaturated monomer containing alcoholic hydroxyl group The unsaturated monomer containing alcoholic hydroxyl group includes glycerol dimethacrylate [for example, “Blemmer GMR”, “Blemmer GMR-R” (Nippon Yushi). Etc.)], glycerol methacrylate acrylate [e.g., trade name "Blemmer GAM", "Blenmer GAM-R" (manufactured by Nippon Oil & Fats Co., Ltd.)], 1,6-hexanediol diglycidyl ether acrylate [e.g. Product name “NK Oligo EA-5521” (manufactured by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd.), etc.], 1,4-butanediol diglycidyl ether acrylate [eg, product name “NK Oligo EA-5520” (Shin Nakamura Chemical Co., Ltd.) Etc.)], bisphenol A type epoxy acrylate [for example, “NK Oligo EA-1020” (manufactured by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd.)], and 2-hydroxy (meta ) Acrylates (for example, 2-hydroxymethyl (meth) acrylate, 2-hydroxyethyl (meth) acrylate, etc.). Among them, glycerol dimethacrylate, glycerol methacrylate acrylate, 1,6-hexanediol diglycidyl ether acrylate, 1,4-butanediol diglycidyl ether acrylate and bisphenol A type epoxy acrylate have two ethylenically unsaturated groups in the molecule. It is preferable from the viewpoint.

(iv) アミノ基含有不飽和単量体
アミノ基含有不飽和単量体としては、分子内に置換又は無置換のアミノ基及びエチレン性不飽和結合を各々1個以上有するものである限り特に制限はない。アミノ基含有不飽和単量体として、例えば(a) 下記一般式(9):

Figure 0004467387
(ただしR25は水素基又はメチル基であり、R26及びR27はそれぞれ独立に水素基、炭素数1〜4のアルキル基又は炭素数6〜10のアリール基であり、X2は−O−基又は−NH−基であり、Y3は置換もしくは無置換の炭素数1〜6のアルキレン基又は置換もしくは無置換の炭素数6〜16のアリーレン基である。)により表される化合物、(b) 下記一般式(10):
Figure 0004467387
(ただしR28は水素基又はメチル基であり、R29及びR30はそれぞれ独立に水素基、炭素数1〜4のアルキル基又は炭素数6〜10のアリール基である。)により表される化合物、(c) 下記一般式(11):
Figure 0004467387
(ただしR31は水素基又はメチル基であり、R32及びR33はそれぞれ独立に水素基、炭素数1〜4のアルキル基又は炭素数6〜10のアリール基であり、Y4は置換もしくは無置換の炭素数1〜6のアルキレン基又は置換もしくは無置換の炭素数6〜16のアリーレン基である。)により表される化合物、(d) 下記一般式(12):
Figure 0004467387
(ただしR34は水素基又はメチル基であり、R35及びR36はそれぞれ独立に水素基、炭素数1〜4のアルキル基又は炭素数6〜10のアリール基である。)により表される化合物、(e) 下記一般式(13):
Figure 0004467387
(ただしR37及びR38はそれぞれ独立に水素基又はメチル基であり、R39は水素基、炭素数1〜4のアルキル基又は炭素数6〜10のアリール基であり、Y5及びY6はそれぞれ独立に置換もしくは無置換の炭素数1〜6のアルキレン基又は置換もしくは無置換の炭素数6〜16のアリーレン基である。)により表される化合物、及び(f) 1個以上のビニル基を有するヘテロ環状アミン化合物からなる群から選ばれた少なくとも一種が挙げられる。 (iv) Amino group-containing unsaturated monomer The amino group-containing unsaturated monomer is not particularly limited as long as it has at least one substituted or unsubstituted amino group and one or more ethylenically unsaturated bonds in the molecule. There is no. As an amino group-containing unsaturated monomer, for example, (a) the following general formula (9):
Figure 0004467387
(However, R 25 is a hydrogen group or a methyl group, R 26 and R 27 are each independently a hydrogen group, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, or an aryl group having 6 to 10 carbon atoms, and X 2 is —O -Group or -NH- group, and Y 3 is a substituted or unsubstituted alkylene group having 1 to 6 carbon atoms or a substituted or unsubstituted arylene group having 6 to 16 carbon atoms.) (b) The following general formula (10):
Figure 0004467387
Wherein R 28 is a hydrogen group or a methyl group, and R 29 and R 30 are each independently a hydrogen group, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, or an aryl group having 6 to 10 carbon atoms. Compound (c) The following general formula (11):
Figure 0004467387
(However, R 31 is a hydrogen group or a methyl group, R 32 and R 33 are each independently a hydrogen group, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms or an aryl group having 6 to 10 carbon atoms, and Y 4 is substituted or An unsubstituted alkylene group having 1 to 6 carbon atoms or a substituted or unsubstituted arylene group having 6 to 16 carbon atoms.) (D) the following general formula (12):
Figure 0004467387
Wherein R 34 is a hydrogen group or a methyl group, and R 35 and R 36 are each independently a hydrogen group, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, or an aryl group having 6 to 10 carbon atoms. Compound (e) The following general formula (13):
Figure 0004467387
(However, R 37 and R 38 are each independently a hydrogen group or a methyl group, R 39 is a hydrogen group, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, or an aryl group having 6 to 10 carbon atoms, and Y 5 and Y 6 And each independently represents a substituted or unsubstituted alkylene group having 1 to 6 carbon atoms or a substituted or unsubstituted arylene group having 6 to 16 carbon atoms, and (f) one or more vinyls And at least one selected from the group consisting of heterocyclic amine compounds having a group.

上記式(9)により表されるアミノ基含有不飽和単量体として、例えばN,N-ジメチルアミノメチル(メタ)アクリレート、N,N-ジエチルアミノメチル(メタ)アクリレート、N,N-ジプロピルアミノメチル(メタ)アクリレート、N,N-ジブチルアミノメチル(メタ)アクリレート、N,N-ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N-ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N-ジプロピルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N-ジブチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N-ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリレート、N,N-ジエチルアミノプロピル(メタ)アクリレート、N,N-ジプロピルアミノプロピル(メタ)アクリレート、N,N-ジブチルアミノプロピル(メタ)アクリレート、N,N-ジメチルアミノブチル(メタ)アクリレート、N,N-ジエチルアミノブチル(メタ)アクリレート、N,N-ジプロピルアミノブチル(メタ)アクリレート、N,N-ジブチルアミノブチル(メタ)アクリレート、N,N-ジメチルアミノメチル(メタ)アクリルアミド、N,N-ジエチルアミノメチル(メタ)アクリルアミド、N,N-ジプロピルアミノメチル(メタ)アクリルアミド、N,N-ジブチルアミノメチル(メタ)アクリルアミド、N,N-ジメチルアミノエチル(メタ)アクリルアミド、N,N-ジエチルアミノエチル(メタ)アクリルアミド、N,N-ジプロピルアミノエチル(メタ)アクリルアミド、N,N-ジブチルアミノエチル(メタ)アクリルアミド、N,N-ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド、N,N-ジエチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド、N,N-ジプロピルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド、N,N-ジブチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド、N,N-ジメチルアミノブチル(メタ)アクリルアミド、N,N-ジエチルアミノブチル(メタ)アクリルアミド、N,N-ジプロピルアミノブチル(メタ)アクリルアミド、N,N-ジブチルアミノブチル(メタ)アクリルアミド等が挙げられる。   Examples of the amino group-containing unsaturated monomer represented by the above formula (9) include N, N-dimethylaminomethyl (meth) acrylate, N, N-diethylaminomethyl (meth) acrylate, and N, N-dipropylamino. Methyl (meth) acrylate, N, N-dibutylaminomethyl (meth) acrylate, N, N-dimethylaminoethyl (meth) acrylate, N, N-diethylaminoethyl (meth) acrylate, N, N-dipropylaminoethyl ( (Meth) acrylate, N, N-dibutylaminoethyl (meth) acrylate, N, N-dimethylaminopropyl (meth) acrylate, N, N-diethylaminopropyl (meth) acrylate, N, N-dipropylaminopropyl (meth) Acrylate, N, N-Dibutylaminopropyl (meth) acrylate, N, N-dimethylaminobutyl (meth) acrylate, N, N-diethyl Minobutyl (meth) acrylate, N, N-dipropylaminobutyl (meth) acrylate, N, N-dibutylaminobutyl (meth) acrylate, N, N-dimethylaminomethyl (meth) acrylamide, N, N-diethylaminomethyl ( (Meth) acrylamide, N, N-dipropylaminomethyl (meth) acrylamide, N, N-dibutylaminomethyl (meth) acrylamide, N, N-dimethylaminoethyl (meth) acrylamide, N, N-diethylaminoethyl (meth) Acrylamide, N, N-dipropylaminoethyl (meth) acrylamide, N, N-dibutylaminoethyl (meth) acrylamide, N, N-dimethylaminopropyl (meth) acrylamide, N, N-diethylaminopropyl (meth) acrylamide, N, N-dipropylaminopropyl (meth) acrylamide, N, N-dibutylamino Lopyl (meth) acrylamide, N, N-dimethylaminobutyl (meth) acrylamide, N, N-diethylaminobutyl (meth) acrylamide, N, N-dipropylaminobutyl (meth) acrylamide, N, N-dibutylaminobutyl ( And (meth) acrylamide.

上記式(10)により表されるアミノ基含有不飽和単量体として、例えばビニルアミン、N-ビニルジメチルアミン、N-ビニルジエチルアミン、N-ビニルジフェニルアミン等が挙げられる。   Examples of the amino group-containing unsaturated monomer represented by the above formula (10) include vinylamine, N-vinyldimethylamine, N-vinyldiethylamine, N-vinyldiphenylamine and the like.

上記式(11)により表されるアミノ基含有不飽和単量体として、例えばアリルアミン、N,N-ジメチル-p-アミノスチレン 、N,N-ジエチル-p-アミノスチレン 、ジメチル(p-ビニルベンジル)アミン、ジエチル(p-ビニルベンジル)アミン、ジメチル(p-ビニルフェネチル)アミン、ジエチル(p-ビニルフェネチル)アミン、ジメチル(p-ビニルベンジルオキシメチル)アミン、ジメチル[2-(p-ビニルベンジルオキシ)エチル]アミン、ジエチル(p-ビニルベンジルオキシメチル)アミン、ジエチル[2-(p-ビニルベンジルオキシ)エチル]アミン、ジメチル(p-ビニルフェネチルオキシメチル)アミン、ジメチル[2-(p-ビニルフェネチルオキシ)エチル]アミン、ジエチル(p-ビニルフェネチルオキシメチル)アミン、ジエチル[2-(p-ビニルフェネチルオキシ)エチル]アミン等が挙げられる。   Examples of the amino group-containing unsaturated monomer represented by the above formula (11) include allylamine, N, N-dimethyl-p-aminostyrene, N, N-diethyl-p-aminostyrene, dimethyl (p-vinylbenzyl) ) Amine, diethyl (p-vinylbenzyl) amine, dimethyl (p-vinylphenethyl) amine, diethyl (p-vinylphenethyl) amine, dimethyl (p-vinylbenzyloxymethyl) amine, dimethyl [2- (p-vinylbenzyl) Oxy) ethyl] amine, diethyl (p-vinylbenzyloxymethyl) amine, diethyl [2- (p-vinylbenzyloxy) ethyl] amine, dimethyl (p-vinylphenethyloxymethyl) amine, dimethyl [2- (p- Vinylphenethyloxy) ethyl] amine, diethyl (p-vinylphenethyloxymethyl) amine, diethyl [2- (p-vinylphenethyloxy) Ii) ethyl] amine and the like.

上記式(12)により表されるアミノ基含有不飽和単量体として、例えばアクリルアミド、メタクリルアミド、N,N-ジメチルアクリルアミド、N,N-ジメチルメタクリルアミド等が挙げられる。   Examples of the amino group-containing unsaturated monomer represented by the above formula (12) include acrylamide, methacrylamide, N, N-dimethylacrylamide, N, N-dimethylmethacrylamide and the like.

上記式(13)により表されるアミノ基含有不飽和単量体として、例えばジアリルメチルアミン等が挙げられる。   Examples of the amino group-containing unsaturated monomer represented by the above formula (13) include diallylmethylamine.

1個以上のビニル基を有するヘテロ環状アミン化合物として、例えば2-ビニルピリジン、3-ビニルピリジン、4-ビニルピリジン、1-ビニルイミダゾール、2-ビニルイミダゾール、4-ビニルイミダゾール、5-ビニルイミダゾール、1-ビニルピラゾール、3-ビニルピラゾール、4-ビニルピラゾール、1-ビニルトリアゾール、2-ビニルピリミジン、4-ビニルピリミジン、5-ビニルピリミジン、2-ビニルピラジン、3-ビニルピリダジン、4-ビニルピリダジン、2-ビニルトリアジン、N-ビニルピロール、N-ビニルインドール、N-ビニルカルバゾール、N-ビニルピロリドン、N-ビニル-ε-カプロラクタム、N-ビニルスクシンイミド、N-ビニルグルタルイミド、N-ビニルフタルイミド等が挙げられる。   Examples of heterocyclic amine compounds having one or more vinyl groups include 2-vinylpyridine, 3-vinylpyridine, 4-vinylpyridine, 1-vinylimidazole, 2-vinylimidazole, 4-vinylimidazole, 5-vinylimidazole, 1-vinylpyrazole, 3-vinylpyrazole, 4-vinylpyrazole, 1-vinyltriazole, 2-vinylpyrimidine, 4-vinylpyrimidine, 5-vinylpyrimidine, 2-vinylpyrazine, 3-vinylpyridazine, 4-vinylpyridazine, 2-vinyltriazine, N-vinylpyrrole, N-vinylindole, N-vinylcarbazole, N-vinylpyrrolidone, N-vinyl-ε-caprolactam, N-vinylsuccinimide, N-vinylglutarimide, N-vinylphthalimide, etc. Can be mentioned.

中でもアミノ基含有不飽和単量体としては、固体高分子電解質膜の耐溶剤性を良好にする観点から、上記式(9)、(11)及び(13)により表されるものが好ましく、上記式(9)により表されるものがより好ましい。   Among them, the amino group-containing unsaturated monomer is preferably represented by the above formulas (9), (11) and (13) from the viewpoint of improving the solvent resistance of the solid polymer electrolyte membrane, What is represented by Formula (9) is more preferable.

(2) 官能基を含有しない不飽和単量体
官能基を含有しない不飽和単量体としては、(1)に記載した以外の、常温で気体でない、分子内に1個以上のエチレン性不飽和結合を有する不飽和単量体はすべて対象になるが、中でも(メタ)アクリロニトリル;メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、アルキル(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル酸エステル類;置換又は無置換のスチレン類;塩化ビニル、酢酸ビニル等のビニル類が好適に使用される。1分子内に複数個のエチレン性不飽和結合を含有するエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ヘキサメチレンジオールジ(メタ)アクリレートやジビニルベンゼンなども共重合体の耐溶剤性を改良する目的をもって使用される。
(2) Unsaturated monomer that does not contain a functional group As the unsaturated monomer that does not contain a functional group, other than those described in (1), at least one ethylenically unsaturated group in the molecule that is not gas at normal temperature. All unsaturated monomers having a saturated bond are targeted, but (meth) acrylonitrile; (meth) acrylic esters such as methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, alkyl (meth) acrylate; substitution Alternatively, unsubstituted styrenes; vinyls such as vinyl chloride and vinyl acetate are preferably used. Ethylene glycol di (meth) acrylate, trimethylolpropane tri (meth) acrylate, hexamethylenediol di (meth) acrylate, divinylbenzene, and the like containing a plurality of ethylenically unsaturated bonds in one molecule are also resistant to the copolymer. Used for the purpose of improving solvent properties.

またフッ素基含有不飽和単量体を共重合成分を含むことにより、固体高分子電解質膜の耐熱性及び耐水性が向上する。フッ素基含有不飽和単量体は、(イ)少なくとも1個のフッ素基を有するフッ素基含有(メタ)アクリル酸エステル類、(ロ)少なくとも1個のフッ素基を有するフッ素基含有(メタ)アクリル酸類、(ハ)少なくとも1個のフッ素基を有するフッ素基含有アルキル基及び/又は少なくとも1個のフッ素基と1個のエチレン性不飽和結合とを有するフッ素基含有オレフィン系不飽和単量体、並びに(ニ)少なくとも1個のフッ素基を含有するフッ素基含有アルキレン基と2個のエチレン性不飽和結合とを有するフッ素基含有ジエン系不飽和単量体からなる群から選ばれた少なくとも一種であるのが好ましい。   Moreover, the heat resistance and water resistance of a solid polymer electrolyte membrane are improved by including a copolymer component with a fluorine group-containing unsaturated monomer. Fluorine group-containing unsaturated monomers are (i) fluorine group-containing (meth) acrylic acid esters having at least one fluorine group, and (b) fluorine group-containing (meth) acrylic having at least one fluorine group. Acids, (c) a fluorine-containing alkyl group having at least one fluorine group and / or a fluorine-containing olefinically unsaturated monomer having at least one fluorine group and one ethylenically unsaturated bond, And (d) at least one selected from the group consisting of a fluorine group-containing diene unsaturated monomer having a fluorine group-containing alkylene group containing at least one fluorine group and two ethylenically unsaturated bonds. Preferably there is.

フッ素基含有(メタ)アクリル酸エステル類としては、下記一般式(14):

Figure 0004467387
(ただしX3は水素基、フッ素基、少なくとも1個のフッ素基を有するフッ素基含有メチル基又はメチル基であり、R40は少なくとも1個のフッ素基を含有するフッ素基含有アルキル基又はアルキル基である。)により表されるものが好ましい。 As fluorine group-containing (meth) acrylic acid esters, the following general formula (14):
Figure 0004467387
(Where X 3 is a hydrogen group, a fluorine group, a fluorine group-containing methyl group or a methyl group having at least one fluorine group, and R 40 is a fluorine group-containing alkyl group or alkyl group containing at least one fluorine group) Is preferred.

上記一般式(14)において、R40の炭素数は1〜10であるのが好ましく、1〜5であるのがより好ましい。R40がフッ素基を含有するフッ素基含有アルキル基であり、かつその炭素数が2以上である場合、末端メチル基の水素基が全てフッ素基で置換されているのが好ましい。R40は直鎖構造であっても分岐構造であってもよい。R40はフッ素以外の他のハロゲン原子を有していてもよい。R40はヘテロ原子を有していてもよい。ヘテロ原子としては、R40中の炭素−炭素結合間に含まれるエーテル性酸素原子、チオエーテル性硫黄原子等が挙げられる。 In the general formula (14), R 40 preferably has 1 to 10 carbon atoms, and more preferably 1 to 5 carbon atoms. When R 40 is a fluorine group-containing alkyl group containing a fluorine group and has 2 or more carbon atoms, it is preferable that all of the hydrogen groups of the terminal methyl group are substituted with fluorine groups. R 40 may be a linear structure or a branched structure. R 40 may have a halogen atom other than fluorine. R 40 may have a hetero atom. Examples of the hetero atom include an etheric oxygen atom and a thioetheric sulfur atom contained between carbon-carbon bonds in R 40 .

上記一般式(14)により表されるフッ素基含有(メタ)アクリル酸エステル類としては、2,2,2-トリフルオロエチルアクリレート、2,2,2-トリフルオロエチルメタクリート、ターシャリーブチル-α-(トリフルオロメチル)アクリレート、トリフルオロエチル-α-(トリフルオロメチル)アクリレート、パーフロロオクチルエチル(メタ)アクリレート等が挙げられる。中でもフッ素基含有(メタ)アクリル酸エステル類としては、2,2,2-トリフルオロエチルメタクリート及びターシャリーブチル-α-(トリフルオロメチル)アクリレートが好ましい。   Fluorine group-containing (meth) acrylic esters represented by the general formula (14) include 2,2,2-trifluoroethyl acrylate, 2,2,2-trifluoroethyl methacrylate, tertiary butyl- Examples include α- (trifluoromethyl) acrylate, trifluoroethyl-α- (trifluoromethyl) acrylate, and perfluorooctylethyl (meth) acrylate. Among them, as the fluorine group-containing (meth) acrylic acid esters, 2,2,2-trifluoroethyl methacrylate and tertiary butyl-α- (trifluoromethyl) acrylate are preferable.

フッ素基含有(メタ)アクリル酸類としては、下記一般式(15):

Figure 0004467387
(ただしX4は少なくとも1個のフッ素基を有するフッ素基含有メチル基又はフッ素基である。)により表されるものが好ましい。上記一般式(15)においてX4はパーフルオロメチル基又はフッ素基であるのがより好ましい。フッ素基含有(メタ)アクリル酸類としては、α-(トリフルオロメチル)アクリル酸が特に好ましい。 As fluorine-containing (meth) acrylic acids, the following general formula (15):
Figure 0004467387
(Wherein X 4 is a fluorine group-containing methyl group or fluorine group having at least one fluorine group) is preferred. In the general formula (15), X 4 is more preferably a perfluoromethyl group or a fluorine group. As the fluorine group-containing (meth) acrylic acid, α- (trifluoromethyl) acrylic acid is particularly preferable.

フッ素基含有オレフィン系不飽和単量体としては下記一般式(16):

Figure 0004467387
(ただしRf1は少なくとも1個のフッ素基を含有するフッ素基含有アルキル基であり、X5、X6及びX7はそれぞれ独立に水素基又はフッ素基である。)又は下記一般式(17):
Figure 0004467387
(ただしX8、X9及びX10はそれぞれ独立に少なくとも1個のフッ素基を有するフッ素基含有メチル基又はフッ素基であり、X11はフッ素基、その他のハロゲン、少なくとも1個のフッ素基を有するフッ素基含有メチル基、アルコキシ基、フッ素基含有アルコキシ基、アルキル基又は水素基である。)により表されるものが好ましい。 The fluorine group-containing olefinically unsaturated monomer is represented by the following general formula (16):
Figure 0004467387
(Wherein Rf 1 is a fluorine group-containing alkyl group containing at least one fluorine group, and X 5 , X 6 and X 7 are each independently a hydrogen group or a fluorine group) or the following general formula (17) :
Figure 0004467387
(However, X 8 , X 9 and X 10 are each independently a fluorine-containing methyl group or fluorine group having at least one fluorine group, and X 11 is a fluorine group, other halogens, or at least one fluorine group. Preferably a fluorine group-containing methyl group, an alkoxy group, a fluorine group-containing alkoxy group, an alkyl group or a hydrogen group.

上記一般式(16)中のフッ素基を含有するフッ素基含有アルキル基Rf1はパーフルオロアルキル基であるのが好ましい。Rf1の炭素数は1〜20であるのが好ましく、1〜10であるのがより好ましい。Rf1は直鎖構造であっても分岐構造であってもよいが、直鎖構造であるのが好ましい。Rf1はフッ素以外の他のハロゲン原子を有していてもよい。Rf1はヘテロ原子を有していてもよい。ヘテロ原子としては、Rf1中の炭素−炭素結合間に含まれるエーテル性酸素原子、チオエーテル性硫黄原子等が挙げられる。 The fluorine group-containing alkyl group Rf 1 containing a fluorine group in the general formula (16) is preferably a perfluoroalkyl group. Rf 1 preferably has 1 to 20 carbon atoms, more preferably 1 to 10 carbon atoms. Rf 1 may be a linear structure or a branched structure, but is preferably a linear structure. Rf 1 may have a halogen atom other than fluorine. Rf 1 may have a hetero atom. Examples of the hetero atom include an etheric oxygen atom and a thioetheric sulfur atom contained between carbon-carbon bonds in Rf 1 .

上記一般式(16)により表されるフッ素基含有オレフィン系不飽和単量体としては、下記一般式(18):

Figure 0004467387
(但しRf1は上記式(16)と同じである。)により表されるものがより好ましい。 Examples of the fluorine-containing olefinically unsaturated monomer represented by the general formula (16) include the following general formula (18):
Figure 0004467387
(Wherein Rf 1 is the same as that in the above formula (16)) is more preferable.

上記一般式(18)により表されるフッ素基含有オレフィン系不飽和単量体としては、(パーフルオロブチル)エチレン、(パーフルオロヘキシル)エチレン、(パーフルオロオクチル)エチレン、(パーフルオロデシル)エチレン等が挙げられる。中でもフッ素基含有オレフィン系不飽和単量体としては、(パーフルオロブチル)エチレン、(パーフルオロヘキシル)エチレン及び(パーフルオロオクチル)エチレンが好ましい。   Examples of the fluorine group-containing olefinically unsaturated monomer represented by the general formula (18) include (perfluorobutyl) ethylene, (perfluorohexyl) ethylene, (perfluorooctyl) ethylene, and (perfluorodecyl) ethylene. Etc. Of these, (perfluorobutyl) ethylene, (perfluorohexyl) ethylene and (perfluorooctyl) ethylene are preferable as the fluorine group-containing olefinic unsaturated monomer.

上記一般式(17)中のX8、X9及びX10としては、パーフルオロメチル基又はフッ素基が好ましい。上記一般式(17)中のX11がアルキル基、アルコキシ基又はフッ素基含有アルコキシ基である場合、それらの炭素数は1〜10であるのが好ましい。上記一般式(17)により表されるフッ素基含有オレフィン系不飽和単量体としては、ヘキサフルオロプロペン、クロロトリフルオロエチレン、1-メトキシ−(パーフルオロ-2-メチル-1-プロペン)等が挙げられる。 X 8 , X 9 and X 10 in the general formula (17) are preferably a perfluoromethyl group or a fluorine group. When X 11 in the general formula (17) is an alkyl group, an alkoxy group, or a fluorine group-containing alkoxy group, the carbon number thereof is preferably 1 to 10. Examples of the fluorine group-containing olefinically unsaturated monomer represented by the general formula (17) include hexafluoropropene, chlorotrifluoroethylene, 1-methoxy- (perfluoro-2-methyl-1-propene) and the like. Can be mentioned.

フッ素基含有ジエン系不飽和単量体としては、下記一般式(19):

Figure 0004467387
(ただしRf2は少なくとも1個のフッ素基を含有するフッ素基含有アルキレン基であり、X12、X13、X14、X15、X16及びX17はそれぞれ独立に水素基又はフッ素基である。)により表されるものが好ましい。 As the fluorine group-containing diene unsaturated monomer, the following general formula (19):
Figure 0004467387
(However, Rf 2 is a fluorine-containing alkylene group containing at least one fluorine group, and X 12 , X 13 , X 14 , X 15 , X 16 and X 17 are each independently a hydrogen group or a fluorine group. .) Are preferred.

上記一般式(19)中の少なくとも1個のフッ素基を含有するフッ素基含有アルキレン基Rf2はパーフルオロアルキレン基であるのが好ましい。Rf2の炭素数は1〜20であるのが好ましく、1〜10であるのがより好ましい。Rf2は直鎖構造であっても分岐構造であってもよいが、直鎖構造であるのが好ましい。Rf2はフッ素以外の他のハロゲン原子を有していてもよい。Rf2はヘテロ原子及び/又はヘテロ原子団を有していてもよい。ヘテロ原子としては、Rf2中の炭素−炭素結合間に含まれるエーテル性酸素原子、チオエーテル性硫黄原子等が挙げられる。ヘテロ原子団としてはエステル結合等が挙げられる。 The fluorine group-containing alkylene group Rf 2 containing at least one fluorine group in the general formula (19) is preferably a perfluoroalkylene group. Rf 2 preferably has 1 to 20 carbon atoms, more preferably 1 to 10 carbon atoms. Rf 2 may be a linear structure or a branched structure, but is preferably a linear structure. Rf 2 may have a halogen atom other than fluorine. Rf 2 may have a hetero atom and / or a hetero atom group. The hetero atom, carbon in Rf 2 - etheric oxygen atoms contained in the carbon-carbon bond, and the like thioether sulfur atom. Examples of the hetero atom group include an ester bond.

上記一般式(19)により表されるフッ素基含有オレフィン系不飽和単量体としては、下記一般式(20):

Figure 0004467387
(但しRf2は上記式(19)と同じである。)により表されるものが、より好ましい。 Examples of the fluorine-containing olefinically unsaturated monomer represented by the general formula (19) include the following general formula (20):
Figure 0004467387
(Wherein Rf 2 is the same as that in the above formula (19)) is more preferable.

上記一般式(20)により表されるフッ素基含有ジエン系不飽和単量体としては、1,4-ジビニル(パーフルオロブチレン)(別名:1,4-ジビニルオクタフルオロブタン)、1,6-ジビニル(パーフルオロヘキシレン)(別名:1,6-ジビニルドデカフルオロヘキサン)及び1,8-ジビニル(パーフルオロオクチレン)(別名:1,8-ジビニルヘキサデカフルオロオクタン)が好ましい。   Examples of the fluorine-containing diene unsaturated monomer represented by the general formula (20) include 1,4-divinyl (perfluorobutylene) (also known as 1,4-divinyloctafluorobutane), 1,6- Divinyl (perfluorohexylene) (alias: 1,6-divinyldodecafluorohexane) and 1,8-divinyl (perfluorooctylene) (alias: 1,8-divinylhexadecafluorooctane) are preferred.

上記4種の各フッ素基含有不飽和単量体は、単独で用いてもよいし、2種以上を併用しても良い。2種以上を併用する場合、例えばフッ素基含有オレフィン系不飽和単量体及び/又はフッ素基含有ジエン系不飽和単量体と、フッ素基含有(メタ)アクリル酸エステル類及び/又はフッ素基含有(メタ)アクリル酸類とを混合した組成等を挙げることができる。   Each of the above four types of fluorine group-containing unsaturated monomers may be used alone or in combination of two or more. When using 2 or more types together, for example, fluorine group-containing olefinic unsaturated monomer and / or fluorine group-containing diene unsaturated monomer, fluorine group-containing (meth) acrylic acid esters and / or fluorine group-containing The composition etc. which mixed (meth) acrylic acid can be mentioned.

[5] 各不飽和単量体の使用割合
固体高分子電解質膜のいずれにおいても、リン酸基含有不飽和単量体[1]と、他の不飽和単量体[4]との質量比[1]/[4]は、100/0〜20/80の範囲であるのが好ましく、[1]/[4] = 90/10〜40/60であるのがより好ましい。また他の不飽和単量体[4]の中で、官能基を含有する不飽和単量体(1) とそれ以外の不飽和単量体(2) の質量比は、プロトン伝導性にプラス効果をもたらす不飽和単量体(1)が支配的になるように、不飽和単量体(1)/不飽和単量体(2)=100/0〜50/50の範囲とするのが好ましい。従って、特に酸基を含有する不飽和単量体(1)としてスルホン酸基含有不飽和単量体を使用する場合、リン酸基含有不飽和単量体/スルホン酸基含有不飽和単量体の質量比は100/0〜20/80、好ましくは80/20〜40/60であり、スルホン酸基含有不飽和単量体/他の酸基含有不飽和単量体の質量比は100/0〜50/50である。
[5] Use ratio of each unsaturated monomer Mass ratio of phosphate group-containing unsaturated monomer [1] to other unsaturated monomer [4] in any of the solid polymer electrolyte membranes [1] / [4] is preferably in the range of 100/0 to 20/80, and more preferably [1] / [4] = 90/10 to 40/60. In addition, among other unsaturated monomers [4], the mass ratio of the unsaturated monomer (1) containing a functional group and the other unsaturated monomer (2) is positive for proton conductivity. The unsaturated monomer (1) / unsaturated monomer (2) should be in the range of 100/0 to 50/50 so that the unsaturated monomer (1) that provides the effect is dominant. preferable. Therefore, in particular, when a sulfonic acid group-containing unsaturated monomer is used as the unsaturated monomer (1) containing an acid group, the phosphoric acid group-containing unsaturated monomer / sulfonic acid group-containing unsaturated monomer Is a mass ratio of 100/0 to 20/80, preferably 80/20 to 40/60, and the mass ratio of sulfonic acid group-containing unsaturated monomer / other acid group-containing unsaturated monomer is 100 / 0-50 / 50.

[6] 混合できる他の重合体
固体高分子電解質膜を製造する際の製膜性や、固体高分子電解質膜の強度、耐久性、耐溶剤性、耐水性等を一層向上させるために、固体高分子電解質膜を構成する(共)重合体と相溶できるその他の重合体を混合することができる。その他の重合体としてはポリアミド樹脂、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミド、ポリアクリル酸、メラミン樹脂、セルロース及びその変性物等を挙げることができる。ポリアミド樹脂としては特許文献1に記載のN-アルコキシアルキル化ポリアミドが好ましい。
[6] Other polymers that can be mixed In order to further improve the film-forming properties when producing solid polymer electrolyte membranes, and the strength, durability, solvent resistance, water resistance, etc. of solid polymer electrolyte membranes, Other polymers that are compatible with the (co) polymer constituting the polymer electrolyte membrane can be mixed. Examples of other polymers include polyamide resin, polyvinyl alcohol, polyacrylamide, polyacrylic acid, melamine resin, cellulose, and modified products thereof. As the polyamide resin, N-alkoxyalkylated polyamide described in Patent Document 1 is preferable.

[7] 固体高分子電解質膜の製造方法
本発明の固体高分子電解質膜は、(a) 溶液重合により上記リン酸基含有不飽和単量体及び上記水素化共役ジエン系液状オリゴマーを共重合させた固体高分子電解質を調製し、次いでキャスト法により膜化するか、(b) 上記リン酸基含有不飽和単量体、上記水素化共役ジエン系液状オリゴマー、光増感剤及び溶媒を含有する組成物を流延し、光重合させることにより製造できる。以下溶液重合により固体高分子電解質を調製し、次いでキャスト法により膜化する方法について、詳細に説明する。
[7] Method for Producing Solid Polymer Electrolyte Membrane The solid polymer electrolyte membrane of the present invention comprises (a) copolymerizing the phosphate group-containing unsaturated monomer and the hydrogenated conjugated diene-based liquid oligomer by solution polymerization. (B) containing the phosphate group-containing unsaturated monomer, the hydrogenated conjugated diene-based liquid oligomer, the photosensitizer, and the solvent. It can be produced by casting and photopolymerizing the composition. Hereinafter, a method of preparing a solid polymer electrolyte by solution polymerization and then forming a film by a casting method will be described in detail.

(1) 固体高分子電解質の調製
(イ) 滴下法
まず(水素化共役ジエン系液状オリゴマー+溶媒)からなる溶液(水素化共役ジエン系液状オリゴマー含有溶液)に、[リン酸基含有不飽和単量体+重合開始剤+溶媒(+他の不飽和単量体)]からなる溶液(リン酸基含有不飽和単量体含有溶液:溶液(A))を滴下し、ラジカル重合する方法について説明する。溶媒としては、リン酸基含有不飽和単量体、水素化共役ジエン系液状オリゴマー及び生成する共重合体が全て溶解する共通溶媒を用いる。そのような溶媒としてはN,N-ジメチルアセトアミド(DMAc)、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)、テトラヒヒドロフラン(THF)、ヘキサメチルホスホルアミド(HMPA)、トルエン、メチルエチルケトン(MEK)、メチルイソブチルケトン(MIBK)、ジイソプロピルエーテル(DIPE)、ジオキサン、N,N-ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルスルホキシド(DMSO)等が挙げられる。
(1) Preparation of solid polymer electrolyte (a) Dropping method First, a solution composed of (hydrogenated conjugated diene liquid oligomer + solvent) (hydrogenated conjugated diene liquid oligomer-containing solution) is mixed with a phosphate group-containing unsaturated monomer. A method of radical polymerization by dropping a solution (a phosphate group-containing unsaturated monomer-containing solution: solution (A)) consisting of a monomer + a polymerization initiator + a solvent (+ other unsaturated monomer)] To do. As the solvent, a common solvent in which the phosphate group-containing unsaturated monomer, the hydrogenated conjugated diene liquid oligomer, and the copolymer to be generated are all dissolved is used. Such solvents include N, N-dimethylacetamide (DMAc), N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), tetrahydrofuran (THF), hexamethylphosphoramide (HMPA), toluene, methyl ethyl ketone (MEK) Methyl isobutyl ketone (MIBK), diisopropyl ether (DIPE), dioxane, N, N-dimethylformamide (DMF), dimethyl sulfoxide (DMSO) and the like.

重合開始剤としては、2, 2'-アゾビスイソブチロニトリル、2, 2'-アゾビス(2, 4-ジメチルバレロニトリル)、ジメチル2, 2'-アゾビス(2-メチルプロピオネート)、ジメチル2, 2'-アゾビスイソブチレート等のアゾ系開始剤、あるいはラウリルパーオキシド、ベンゾイルパーオキシド、tert-ブチルパーオキシ・ピバレート等の過酸化物系開始剤等が挙げられる。   As polymerization initiators, 2, 2'-azobisisobutyronitrile, 2,2'-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile), dimethyl 2,2'-azobis (2-methylpropionate), Examples thereof include azo initiators such as dimethyl 2, 2′-azobisisobutyrate, and peroxide initiators such as lauryl peroxide, benzoyl peroxide, and tert-butyl peroxy pivalate.

重合手順について述べる。まず攪拌器、添加器及び還流冷却器付き反応器に水素化共役ジエン系液状オリゴマー含有溶液を入れるとともに、添加器にリン酸基含有不飽和単量体含有溶液(溶液(A))を入れる。溶液(A)の不飽和単量体成分の濃度は5〜70質量%とするのが好ましい。反応器内の気相部に窒素を流通させながら、反応器内を40℃〜100℃、好ましくは50℃〜90℃の温度に昇温する。所定温度到達直後に、添加器内の溶液(A)を所定の時間をかけて滴下する。滴下にかける時間は15〜120分が好ましい。   The polymerization procedure is described. First, a hydrogenated conjugated diene-based liquid oligomer-containing solution is placed in a stirrer, an adder, and a reactor equipped with a reflux condenser, and a phosphate group-containing unsaturated monomer-containing solution (solution (A)) is placed in an adder. The concentration of the unsaturated monomer component in the solution (A) is preferably 5 to 70% by mass. The temperature inside the reactor is raised to a temperature of 40 ° C. to 100 ° C., preferably 50 ° C. to 90 ° C., while nitrogen is passed through the gas phase in the reactor. Immediately after reaching the predetermined temperature, the solution (A) in the adder is dropped over a predetermined time. The dropping time is preferably 15 to 120 minutes.

水素化共役ジエン系液状オリゴマー含有溶液に、溶液(A)を全量添加した後、1〜10時間熟成する。溶液(A)を水素化共役ジエン系液状オリゴマー含有溶液に全量添加した後に、必要に応じて再び重合開始剤を添加してもよい。熟成温度は最初から最後まで一定である必要はなく、熟成末期に温度を上げて未反応単量体を極力少なくする方法をとってもよい。   The whole amount of the solution (A) is added to the hydrogenated conjugated diene-based liquid oligomer-containing solution, followed by aging for 1 to 10 hours. After the entire amount of the solution (A) is added to the hydrogenated conjugated diene-based liquid oligomer-containing solution, the polymerization initiator may be added again as necessary. The aging temperature does not need to be constant from the beginning to the end, and a method of increasing the temperature at the end of aging and reducing the unreacted monomer as much as possible may be adopted.

重合溶液は(不飽和単量体成分+水素化共役ジエン系液状オリゴマー成分)の初期濃度が3〜60質量%であるのが好ましく、5〜30質量%であるのがより好ましい。重合溶液中の(不飽和単量体成分+水素化共役ジエン系液状オリゴマー成分)の初期濃度が上記の好ましい範囲にないと、共重合体がゲル化して様々な溶媒に不溶となるので好ましくない。重合開始剤のトータル使用量は、不飽和単量体成分[リン酸基含有不飽和単量体(+他の不飽和単量体)]を100質量%として0.005〜0.5質量%であるのが好ましく、0.01〜0.3質量%であるのがより好ましい。   The polymerization solution preferably has an initial concentration of (unsaturated monomer component + hydrogenated conjugated diene-based liquid oligomer component) of 3 to 60% by mass, and more preferably 5 to 30% by mass. If the initial concentration of (unsaturated monomer component + hydrogenated conjugated diene-based liquid oligomer component) in the polymerization solution is not within the above preferred range, the copolymer will gel and become insoluble in various solvents. . The total amount of the polymerization initiator used is 0.005 to 0.5% by mass based on 100% by mass of the unsaturated monomer component [phosphate group-containing unsaturated monomer (+ other unsaturated monomer)]. Preferably, it is 0.01-0.3 mass%.

(ロ) 一括添加法
一括添加法は、(水素化共役ジエン系液状オリゴマー+溶媒)からなる溶液に、上記溶液(A)を一括添加すること以外は、上記滴下法と本質的に同じでよい。ただしリン酸基含有不飽和単量体(+他の不飽和単量体)を一括添加する際に、必ずしも溶媒を用いなくてもよい。
(B) Batch addition method The batch addition method may be essentially the same as the dropping method except that the solution (A) is added to a solution consisting of (hydrogenated conjugated diene-based liquid oligomer + solvent). . However, when adding the phosphate group-containing unsaturated monomer (+ other unsaturated monomer) all at once, it is not always necessary to use a solvent.

滴下法又は一括添加法のいずれの方法により得られる固体高分子電解質も、その共重合構造に特に制限はなく、例えばブロック共重合体又はグラフト共重合体のいずれでもよい。ただし固体高分子電解質膜のプロトン伝導性、耐溶剤性及び耐水性の向上効果の観点からブロック共重合体であるのが好ましい。   The solid polymer electrolyte obtained by either the dropping method or the batch addition method is not particularly limited in its copolymer structure, and may be, for example, a block copolymer or a graft copolymer. However, a block copolymer is preferable from the viewpoint of improving proton conductivity, solvent resistance and water resistance of the solid polymer electrolyte membrane.

(2) キャストによる製膜法
溶液重合により調製した固体高分子電解質はキャスト法により膜化する。キャスト法は、固体高分子電解質の溶液を水平なガラス板やトレイ上にキャストし、重合反応に用いた溶媒を蒸発させるものである。溶媒は、キャストした混合溶液を加熱したり、減圧したりすることにより蒸発させる。具体的には90〜150℃の温度で1〜30分程度加熱乾燥処理するのが好ましい。加熱乾燥処理時の圧力は常圧〜10 mmHg(絶対圧)とするのが好ましい。
(2) Casting film formation method The solid polymer electrolyte prepared by solution polymerization is formed into a film by the casting method. In the casting method, a solid polymer electrolyte solution is cast on a horizontal glass plate or tray, and the solvent used in the polymerization reaction is evaporated. The solvent is evaporated by heating or depressurizing the cast mixed solution. Specifically, it is preferable to heat-dry at about 90 to 150 ° C. for about 1 to 30 minutes. The pressure during the heat drying treatment is preferably normal pressure to 10 mmHg (absolute pressure).

加熱及び/又は減圧により溶媒を蒸発させて得られた膜は、残留溶媒、単量体等の未反応成分等の不純物も含んでいるので、不純物を抽出するのが好ましい。抽出は膜を貧溶媒に浸漬した後、取り出すことにより行う。貧溶媒としては水、メタノール等が好ましい。また約0.5〜1Nの塩酸への浸漬と水への浸漬からなる組合せ操作を複数回繰り返すことにより抽出してもよい。貧溶媒として水やメタノールを使用する場合、各々を単独で用いてもよいし、両者を組合せて用いてもよい。1回の抽出操作に使用する貧溶媒の量は、膜の10倍容積〜100倍容積とする。浸漬温度は通常室温でよく、必要に応じて膜が劣化しない程度に加熱しても構わない。浸漬時間に関して、例えば貧溶媒として水又はメタノールを用いて室温で抽出する場合、約24時間浸漬すれば、1回の抽出操作でほぼ不純物を抽出できる。必要に応じて、貧溶媒による抽出を繰り返してもよい。例えば室温での約1Nの塩酸への浸漬と水への浸漬からなる組合せ操作を複数回繰り返した後、さらにメタノールに室温で約24時間浸漬する方法が挙げられる。貧溶媒による抽出を繰り返す場合、各抽出操作の間に加熱減圧乾燥操作を入れてもよい。   Since the film obtained by evaporating the solvent by heating and / or decompression also contains impurities such as residual solvent, unreacted components such as monomers, it is preferable to extract the impurities. Extraction is performed by immersing the membrane in a poor solvent and then removing it. As the poor solvent, water, methanol and the like are preferable. Alternatively, extraction may be performed by repeating a combination operation consisting of immersion in about 0.5 to 1N hydrochloric acid and immersion in water a plurality of times. When water or methanol is used as the poor solvent, each may be used alone or in combination. The amount of the poor solvent used for one extraction operation is 10 to 100 times the volume of the membrane. The immersion temperature is usually room temperature, and if necessary, the film may be heated to such an extent that the film does not deteriorate. With respect to the immersion time, for example, when extraction is performed at room temperature using water or methanol as a poor solvent, the impurities can be almost extracted by one extraction operation if immersed for about 24 hours. You may repeat extraction by a poor solvent as needed. For example, there is a method in which a combination operation consisting of immersion in about 1N hydrochloric acid at room temperature and immersion in water is repeated a plurality of times, and further immersed in methanol at room temperature for about 24 hours. When repeating extraction with a poor solvent, a heating and vacuum drying operation may be performed between the extraction operations.

製膜したフィルム(皮膜)をさらに加熱するのが好ましく、これにより共重合体中に組み込まれたリン酸基間で縮合が起こり、機械的強度及び耐溶剤性が向上する。具体的には90〜150℃で1〜30分程度加熱乾燥処理するのが好ましい。加熱乾燥処理時の圧力は常圧〜10 mmHg(絶対圧)とするのが好ましい。   It is preferable to further heat the formed film (coating), whereby condensation occurs between phosphoric acid groups incorporated in the copolymer, and mechanical strength and solvent resistance are improved. Specifically, it is preferable to heat and dry at 90 to 150 ° C. for about 1 to 30 minutes. The pressure during the heat drying treatment is preferably normal pressure to 10 mmHg (absolute pressure).

[8] 固体高分子電解質膜の特性
本発明の固体高分子電解質膜は、90%の相対湿度及び30〜90℃の温度条件下において導電率が10-4〜10-2 S・cm-1の優れたプロトン伝導性を有し、かかるプロトン伝導性の温度依存性が小さい。ここで導電率とは、複素インピーダンス法により測定したデータを平面複素インピーダンス解析し、さらにcole-cole プロット図形処理をして得られた抵抗値から求めたものである。本発明の固体高分子電解質膜は、(1) 水素化共役ジエン系液状オリゴマー単位、及びリン酸基含有不飽和単量体のエチレン性不飽和結合に由来する炭化水素骨格からなる疎水部と、(2) リン酸基含有不飽和単量体に由来するリン酸基、エステル結合及びアルキレンオキシド基の連鎖からなる親水部とを有する構造をとるので、リン酸基等からなる親水部が効率的なプロトン伝導経路となるものと推測される。
[8] Characteristics of the solid polymer electrolyte membrane The solid polymer electrolyte membrane of the present invention has a conductivity of 10 −4 to 10 −2 S · cm −1 under a relative humidity of 90% and a temperature of 30 to 90 ° C. Excellent proton conductivity, and the temperature dependence of the proton conductivity is small. Here, the conductivity is obtained from a resistance value obtained by performing plane complex impedance analysis on data measured by the complex impedance method and further performing cole-cole plot graphic processing. The solid polymer electrolyte membrane of the present invention comprises (1) a hydrophobic portion comprising a hydrogenated conjugated diene-based liquid oligomer unit and a hydrocarbon skeleton derived from an ethylenically unsaturated bond of a phosphate group-containing unsaturated monomer; (2) Since it has a structure having a phosphate group derived from a phosphate group-containing unsaturated monomer, a hydrophilic part consisting of a chain of an ester bond and an alkylene oxide group, the hydrophilic part consisting of a phosphate group or the like is efficient. It is presumed to be a proton conduction path.

本発明の固体高分子電解質膜は、メタノール抽出率及び水抽出率ともに10質量%以下であり、耐メタノール性及び耐水性に優れている。ここでメタノール抽出率は、膜を大過剰のメタノールに室温で24時間浸漬し、105℃で1時間乾燥した後の質量減少を測定したものであり、水抽出率は、膜を大過剰の水に室温で24時間浸漬し、105℃で1時間乾燥した後の質量減少を測定したものである。このような特性を有する本発明の固体高分子電解質膜は、直接型メタノール固体高分子型燃料電池に用いた場合に、メタノールクロスオーバー防止性に優れていることが期待される。   The solid polymer electrolyte membrane of the present invention has both methanol extraction rate and water extraction rate of 10% by mass or less, and is excellent in methanol resistance and water resistance. Here, the methanol extraction rate is the mass loss measured after immersing the membrane in a large excess of methanol at room temperature for 24 hours and drying at 105 ° C. for 1 hour, and the water extraction rate is the water extraction rate. Was measured for the decrease in mass after being immersed for 24 hours at room temperature and dried at 105 ° C. for 1 hour. The solid polymer electrolyte membrane of the present invention having such characteristics is expected to have excellent methanol crossover prevention properties when used in a direct methanol solid polymer fuel cell.

固体高分子電解質膜の厚さは通常30〜200μmであり、好ましくは30〜100μmである。   The thickness of the solid polymer electrolyte membrane is usually 30 to 200 μm, preferably 30 to 100 μm.

本発明を以下の実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。   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.

実施例1〜7
表3に示す組成のアクリロニトリルを含むリン酸基含有不飽和単量体(Phosmer M)含有溶液、及び表4に示す組成の水素化共役ジエン系液状オリゴマー(NISSO-PB TEAI-1000)含有溶液を各々調製し、表5に示す配合質量比に従い、共重合体を調製した。還流冷却管、滴下漏斗、温度計及び窒素ガス導入管を接続した反応装置に、表4に示す組成の水素化共役ジエン系液状オリゴマー含有溶液を入れ、気相部に窒素ガスを導入しながら攪拌し、重合温度80℃まで昇温した。内温が80℃に到達したことを確認後、実施例1〜4では滴下漏斗に入れたリン酸基含有不飽和単量体含有溶液を滴下し、実施例5〜7ではリン酸基含有不飽和単量体含有溶液及び2, 2 ’ -アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)を一括添加した。その後3時間熟成させて、各共重合体を含む溶液を得た。冷却した後、各溶液をそれぞれテフロン(登録商標)シートに流延し、表5に示す条件で乾燥するとともに不純物を抽出することにより固体高分子電解質膜を作製した。
Examples 1-7
A phosphate group-containing unsaturated monomer (Phosmer M) -containing solution containing acrylonitrile having the composition shown in Table 3 and a hydrogenated conjugated diene-based liquid oligomer (NISSO-PB TEAI-1000) -containing solution having the composition shown in Table 4 Each was prepared, and a copolymer was prepared according to the blending mass ratio shown in Table 5. A hydrogenated conjugated diene-based liquid oligomer-containing solution having the composition shown in Table 4 is placed in a reactor connected to a reflux condenser, a dropping funnel, a thermometer, and a nitrogen gas inlet tube, and stirred while introducing nitrogen gas into the gas phase portion. The temperature was raised to a polymerization temperature of 80 ° C. After confirming that the internal temperature reached 80 ° C., in Examples 1 to 4, the phosphate group-containing unsaturated monomer-containing solution placed in the dropping funnel was dropped, and in Examples 5 to 7, phosphate group-containing Saturated monomer-containing solution and 2, 2 '-Azobisisobutyronitrile (AIBN) was added all at once. Thereafter, the solution was aged for 3 hours to obtain a solution containing each copolymer. After cooling, each solution was cast onto a Teflon (registered trademark) sheet, dried under the conditions shown in Table 5, and impurities were extracted to produce a solid polymer electrolyte membrane.

Figure 0004467387
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注:(1) メタクリロイルオキシエチルホスフェート(Phosmer M)を100質量%として0.2質量%の2, 2 ’ -アゾビスイソブチロニトリルを含む。
(2) メタクリロイルオキシエチルホスフェート(分子量:210)。
(3) アクリロニトリル(分子量:53)。
(4) メタクリロイルオキシエチルホスフェート(分子量:210)とジ(メタクリロイルオキシエチル)ホスフェート(分子量:322)とを理論モル比約1:1で含有する組成物、ユニケミカル(株)製。
(5) アクリロイルオキシエチルホスフェート(分子量:196)とジ(アクリロイルオキシエチル)ホスフェート(分子量:294)を理論モル比約1:1で含む組成物、ユニケミカル(株)製。
(6) N,N-ジメチルアセトアミド。
(7) N-メチル-2-ピロリドン。
(8) テトラヒドロフラン。
Notes: (1) 0.2% by mass of 2,2 with 100% by mass of methacryloyloxyethyl phosphate (Phosmer M) '-Including azobisisobutyronitrile.
(2) Methacryloyloxyethyl phosphate (molecular weight: 210).
(3) Acrylonitrile (molecular weight: 53).
(4) A composition containing methacryloyloxyethyl phosphate (molecular weight: 210) and di (methacryloyloxyethyl) phosphate (molecular weight: 322) at a theoretical molar ratio of about 1: 1, manufactured by Unichemical Co., Ltd.
(5) A composition comprising acryloyloxyethyl phosphate (molecular weight: 196) and di (acryloyloxyethyl) phosphate (molecular weight: 294) in a theoretical molar ratio of about 1: 1, manufactured by Unichemical Co., Ltd.
(6) N, N-dimethylacetamide.
(7) N-methyl-2-pyrrolidone.
(8) Tetrahydrofuran.

Figure 0004467387
Figure 0004467387

注:(1) 商品名「NISSO-PB TEAI-1000」、日本曹達(株)製。
(2) N,N-ジメチルアセトアミド。
(3) N-メチル-2-ピロリドン。
(4) テトラヒドロフラン。
Note: (1) Product name “NISSO-PB TEAI-1000”, manufactured by Nippon Soda Co., Ltd.
(2) N, N-dimethylacetamide.
(3) N-methyl-2-pyrrolidone.
(4) Tetrahydrofuran.

Figure 0004467387
表5(続き)
Figure 0004467387
表5(続き)
Figure 0004467387
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Table 5 (continued)
Figure 0004467387
Table 5 (continued)
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注:(1) メタクリロイルオキシエチルホスフェート(分子量:210)。
(2) 商品名「NISSO-PB TEAI-1000」、日本曹達(株)製。
(3) アクリロニトリル(分子量:53)。
(4) リン酸基含有不飽和単量体含有溶液を共役ジエン系液状オリゴマー含有溶液に滴下。
(5) リン酸基含有不飽和単量体含有溶液を共役ジエン系液状オリゴマー含有溶液に一括添加。
(6) N,N-ジメチルアセトアミド。
(7) 2, 2 ’ -アゾビスイソブチロニトリル。
(8) Phosmer Mを100質量%とする。
(9) 膜を大過剰のメタノールに室温で24時間浸漬し、105℃で1時間乾燥した後の質量減少を測定。
(10) 1N塩酸に20分間浸漬後、水に20分間浸漬する抽出操作を3回繰り返した。
(11) メタノールに室温で24時間浸漬した。
Notes: (1) Methacryloyloxyethyl phosphate (molecular weight: 210).
(2) Product name “NISSO-PB TEAI-1000”, manufactured by Nippon Soda Co., Ltd.
(3) Acrylonitrile (molecular weight: 53).
(4) The phosphate group-containing unsaturated monomer-containing solution is dropped into the conjugated diene-based liquid oligomer-containing solution.
(5) Batch addition of phosphate group-containing unsaturated monomer-containing solution to conjugated diene-based liquid oligomer-containing solution.
(6) N, N-dimethylacetamide.
(7) 2, 2 '-Azobisisobutyronitrile.
(8) Phosmer M is 100 mass%.
(9) Measure the mass loss after immersing the membrane in a large excess of methanol at room temperature for 24 hours and drying at 105 ° C for 1 hour.
(10) The extraction operation of immersing in 1N hydrochloric acid for 20 minutes and then in water for 20 minutes was repeated three times.
(11) It was immersed in methanol at room temperature for 24 hours.

実施例8
表3に示す組成のPhosmer 2Mを含むリン酸基含有不飽和単量体含有溶液、及び表4に示す組成の水素化共役ジエン系液状オリゴマー(NISSO-PB TEAI-1000)含有溶液を調製し、表5に示す配合質量比に従った以外は実施例5と同様にして、固体高分子電解質膜を作製した。
Example 8
A phosphate group-containing unsaturated monomer-containing solution containing Phosmer 2M having the composition shown in Table 3 and a hydrogenated conjugated diene-based liquid oligomer (NISSO-PB TEAI-1000) -containing solution having the composition shown in Table 4 were prepared. A solid polymer electrolyte membrane was produced in the same manner as in Example 5 except that the blending mass ratio shown in Table 5 was followed.

実施例9
表3に示す組成のPhosmer 2Aを含むリン酸基含有不飽和単量体含有溶液、及び表4に示す組成の水素化共役ジエン系液状オリゴマー(NISSO-PB TEAI-1000)含有溶液を調製し、表5に示す配合質量比に従った以外は実施例5と同様にして、固体高分子電解質膜を作製した。
Example 9
A phosphate group-containing unsaturated monomer-containing solution containing Phosmer 2A having a composition shown in Table 3 and a hydrogenated conjugated diene-based liquid oligomer (NISSO-PB TEAI-1000) -containing solution having a composition shown in Table 4 were prepared, A solid polymer electrolyte membrane was produced in the same manner as in Example 5 except that the blending mass ratio shown in Table 5 was followed.

Figure 0004467387
Figure 0004467387

注:(1) メタクリロイルオキシエチルホスフェート(分子量:210)。
(2) メタクリロイルオキシエチルホスフェート(分子量:210)とジ(メタクリロイルオキシエチル)ホスフェート(分子量:322)とを理論モル比約1:1で含有する組成物、ユニケミカル(株)製。
(3) アクリロイルオキシエチルホスフェート(分子量:196)とジ(アクリロイルオキシエチル)ホスフェート(分子量:294)を理論モル比約1:1で含む組成物、ユニケミカル(株)製。
(4) 商品名「NISSO-PB TEAI-1000」、日本曹達(株)製。
(5) アクリロニトリル(分子量:53)。
(6) リン酸基含有不飽和単量体含有溶液を共役ジエン系液状オリゴマー含有溶液に滴下。
(7) N-メチル-2-ピロリドン。
(8) テトラヒドロフラン。
(9) 容積比
(10) 2, 2 ’ -アゾビスイソブチロニトリル。
(11) Phosmer Mを100質量%とする。
(12) 膜を大過剰のメタノールに室温で24時間浸漬し、105℃で1時間乾燥した後の質量減少を測定。
(13) メタノールに室温で24時間浸漬した。
Notes: (1) Methacryloyloxyethyl phosphate (molecular weight: 210).
(2) A composition containing methacryloyloxyethyl phosphate (molecular weight: 210) and di (methacryloyloxyethyl) phosphate (molecular weight: 322) at a theoretical molar ratio of about 1: 1, manufactured by Unichemical Co., Ltd.
(3) A composition comprising acryloyloxyethyl phosphate (molecular weight: 196) and di (acryloyloxyethyl) phosphate (molecular weight: 294) at a theoretical molar ratio of about 1: 1, manufactured by Unichemical Co., Ltd.
(4) Product name “NISSO-PB TEAI-1000”, manufactured by Nippon Soda Co., Ltd.
(5) Acrylonitrile (molecular weight: 53).
(6) The phosphate group-containing unsaturated monomer-containing solution is dropped into the conjugated diene-based liquid oligomer-containing solution.
(7) N-methyl-2-pyrrolidone.
(8) Tetrahydrofuran.
(9) Volume ratio
(10) 2, 2 '-Azobisisobutyronitrile.
(11) Phosmer M is 100 mass%.
(12) Measure the mass loss after immersing the membrane in a large excess of methanol at room temperature for 24 hours and drying at 105 ° C for 1 hour.
(13) It was immersed in methanol at room temperature for 24 hours.

<メタノール抽出試験>
実施例1、2、5、6の固体高分子電解質膜を、大過剰のメタノールに室温で24時間浸漬し、105℃で1時間乾燥した後の質量減少を測定した。表5及び6から、いずれの膜でも10質量%以下の優れたメタノール抽出率を示した。
<Methanol extraction test>
The solid polymer electrolyte membranes of Examples 1, 2, 5, and 6 were immersed in a large excess of methanol at room temperature for 24 hours, and the mass loss after drying at 105 ° C. for 1 hour was measured. From Tables 5 and 6, an excellent methanol extraction rate of 10% by mass or less was shown in any membrane.

<プロトン伝導性の評価>
プロトン伝導性は複素インピーダンス法を用いて測定した。上述の方法により作製した実施例1〜9の膜から切り出した3cm×1cmの矩形状サンプルを、開放系インピーダンスセルに設置した。このセルを恒温恒湿器内に設置し、相対湿度:90%、測定温度範囲:30〜90℃でのインピーダンス測定、及び相対湿度範囲:50〜90%、測定温度:80℃でのインピーダンス測定(実施例4、7〜9)を行った。得られたデータを平面複素インピーダンス解析し、その結果をcole-cole プロット図形処理をして得られたサンプルの抵抗値から導電率を求めた。結果を図1〜5に示す。
<Evaluation of proton conductivity>
Proton conductivity was measured using the complex impedance method. A 3 cm × 1 cm rectangular sample cut out from the membranes of Examples 1 to 9 produced by the method described above was placed in an open impedance cell. This cell is installed in a constant temperature and humidity chamber, relative humidity: 90%, measurement temperature range: impedance measurement at 30-90 ° C, and relative humidity range: 50-90%, measurement temperature: impedance measurement at 80 ° C (Examples 4 and 7 to 9) were performed. The obtained data was subjected to plane complex impedance analysis, and the conductivity was obtained from the resistance value of the sample obtained by performing the cole-cole plot graphic processing on the result. The results are shown in FIGS.

図1〜3に示す結果から、本発明の固体高分子電解質膜の導電率は、90%の相対湿度及び30〜90℃の温度範囲において、10-3〜10-2 S・cm-1のオーダーにあり、リン酸基を官能基とする高分子電解質としては良好な水準であり、かつ導電率の温度依存性が小さいことが分かる。また図4及び5に示す結果から、本発明の固体高分子電解質膜の導電率は、80℃の温度及び50〜90%の相対湿度範囲において、10-5〜10-3 S・cm-1のオーダーにあり、リン酸基を官能基とする高分子電解質としては良好な水準であった。 From the results shown in FIGS. 1 to 3, the conductivity of the solid polymer electrolyte membrane of the present invention is 10 −3 to 10 −2 S · cm −1 at 90% relative humidity and 30 to 90 ° C. It can be seen that the polymer electrolyte is in the order and has a good level as a polymer electrolyte having a phosphate group as a functional group, and the temperature dependence of conductivity is small. From the results shown in FIGS. 4 and 5, the conductivity of the solid polymer electrolyte membrane of the present invention is 10 −5 to 10 −3 S · cm −1 at a temperature of 80 ° C. and a relative humidity range of 50 to 90%. Therefore, it was a good level as a polymer electrolyte having a phosphate group as a functional group.

実施例1〜4の固体高分子電解質膜について、温度T(℃)と導電率log(σ/S・cm-1) との関係をcole-cole プロットにより示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between temperature T (degreeC) and electrical conductivity log ((sigma) / S * cm < -1 >) by a cole-cole plot about the solid polymer electrolyte membrane of Examples 1-4. 実施例5〜7の固体高分子電解質膜について、温度T(℃)と導電率log(σ/S・cm-1) との関係をcole-cole プロットにより示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between temperature T (degreeC) and electrical conductivity log ((sigma) / S * cm < -1 >) by a cole-cole plot about the solid polymer electrolyte membrane of Examples 5-7. 実施例8、9の固体高分子電解質膜について、温度T(℃)と導電率log(σ/S・cm-1) との関係をcole-cole プロットにより示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between temperature T (degreeC) and electrical conductivity log ((sigma) / S * cm < -1 >) by the cole-cole plot about the solid polymer electrolyte membrane of Example 8, 9. FIG. 実施例4、7の固体高分子電解質膜について、相対湿度(%)と導電率log(σ/S・cm-1) との関係をcole-cole プロットにより示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between relative humidity (%) and electrical conductivity log ((sigma) / S * cm < -1 >) by a cole-cole plot about the solid polymer electrolyte membrane of Example 4, 7. FIG. 実施例8、9の固体高分子電解質膜について、相対湿度(%)と導電率log(σ/S・cm-1) との関係をcole-cole プロットにより示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between relative humidity (%) and electrical conductivity log ((sigma) / S * cm < -1 >) by a cole-cole plot about the solid polymer electrolyte membrane of Example 8, 9. FIG.

Claims (6)

少なくとも(a) 分子内にリン酸基及びエチレン性不飽和結合を各々1個以上有するリン酸基含有不飽和単量体と、
(b) 式(1a):
Figure 0004467387
で表される繰り返し単位(ただしR 1 及びR 2 はそれぞれ独立に水素基又はメチル基であり、かつR 1 及びR 2 の少なくとも一方は水素基である)で構成された重合体鎖、式(1b):
Figure 0004467387
で表され、前記重合体鎖の一方の末端に結合した構造単位(ただしR 1 及びR 2 は式(1a)と同じであり、R 3 は(i) エチレン性不飽和結合を1個以上有し、かつ他の原子団を有してもよい炭化水素基、(ii) エチレン性不飽和結合を有さず、かつ他の原子団を有してもよい炭化水素基又は(iii) 水素基である)、及び式(1c):
Figure 0004467387
で表され、前記重合体鎖の他方の末端に結合した構造単位(ただしR 1 及びR 2 は式(1a)と同じであり、R 4 は(i) エチレン性不飽和結合を1個以上有し、かつ他の原子団を有してもよい炭化水素基、(ii) エチレン性不飽和結合を有さず、かつ他の原子団を有してもよい炭化水素基又は(iii) 水素基である)からなり、かつ前記R 3 及びR 4 の少なくとも一方は前記(i) エチレン性不飽和結合を有する炭化水素基であり、数平均分子量が500〜50,000である水素化共役ジエン系液状オリゴマー
とを共重合してなることを特徴とする直接型メタノール固体高分子型燃料電池用固体高分子電解質膜。
At least (a) a phosphate group-containing unsaturated monomer having at least one phosphate group and one or more ethylenically unsaturated bonds in the molecule;
(b) Formula (1a):
Figure 0004467387
A polymer chain comprising a repeating unit represented by the formula ( wherein R 1 and R 2 are each independently a hydrogen group or a methyl group, and at least one of R 1 and R 2 is a hydrogen group): 1b):
Figure 0004467387
And a structural unit bonded to one end of the polymer chain (where R 1 and R 2 are the same as in formula (1a), and R 3 has (i) one or more ethylenically unsaturated bonds) And (ii) a hydrocarbon group that does not have an ethylenically unsaturated bond and may have another atomic group, or (iii) a hydrogen group And formula (1c):
Figure 0004467387
And a structural unit bonded to the other end of the polymer chain (where R 1 and R 2 are the same as in formula (1a), and R 4 has (i) one or more ethylenically unsaturated bonds) And (ii) a hydrocarbon group that does not have an ethylenically unsaturated bond and may have another atomic group, or (iii) a hydrogen group And at least one of R 3 and R 4 is (i) a hydrocarbon group having an ethylenically unsaturated bond, and a number average molecular weight of 500 to 50,000 is a hydrogenated conjugated diene-based liquid oligomer A solid polymer electrolyte membrane for a direct methanol solid polymer fuel cell , characterized in that
請求項1に記載の直接型メタノール固体高分子型燃料電池用固体高分子電解質膜において、前記(a) リン酸基含有不飽和単量体と前記(b) 水素化共役ジエン系液状オリゴマーの配合割合は、式[(前記(a) リン酸基含有不飽和単量体)/(前記(b) 水素化共役ジエン系液状オリゴマー)]により表される質量比が99/1〜40/60の範囲であることを特徴とする直接型メタノール固体高分子型燃料電池用固体高分子電解質膜。 The solid polymer electrolyte membrane for a direct methanol solid polymer fuel cell according to claim 1, wherein (a) a phosphate group-containing unsaturated monomer and (b) a hydrogenated conjugated diene-based liquid oligomer are combined. The ratio is such that the mass ratio represented by the formula [((a) phosphate group-containing unsaturated monomer) / ((b) hydrogenated conjugated diene-based liquid oligomer)] is 99/1 to 40/60. A solid polymer electrolyte membrane for a direct methanol solid polymer fuel cell , characterized by being in a range. 請求項1又は2に記載の直接型メタノール固体高分子型燃料電池用固体高分子電解質膜において、前記リン酸基含有不飽和単量体は、下記一般式(2):
Figure 0004467387
(ただしR 5 H又はCH 3 であり、R 6 H、CH 3 又はCH 2 Clであり、nは1〜6の整数である。)により表される化合物を含むことを特徴とする直接型メタノール固体高分子型燃料電池用固体高分子電解質膜。
The solid polymer electrolyte membrane for a direct methanol solid polymer fuel cell according to claim 1 or 2, wherein the phosphate group-containing unsaturated monomer has the following general formula ( 2 ):
Figure 0004467387
(Wherein R 5 is H or CH 3, R 6 is H, CH 3 or CH 2 Cl, n is an integer of 1-6.) Directly, characterized in that it comprises a compound represented by -Type solid polymer electrolyte membrane for solid polymer electrolyte fuel cells .
請求項1〜のいずれかに記載の直接型メタノール固体高分子型燃料電池用固体高分子電解質膜において、前記(a) リン酸基含有不飽和単量体と、前記(b) 水素化共役ジエン系液状オリゴマーと、(c) 前記(a)及び(b)以外の不飽和単量体とを共重合してなり、
前記(c)が、(c-1)(i) エチレン性不飽和結合と、(ii) スルホン酸基、カルボン酸基、アルコール性水酸基及びアミノ基からなる群から選ばれた少なくとも一種の官能基とを各々1個以上分子内に有する不飽和単量体、並びに
(c-2) 分子内に1個以上のエチレン性不飽和結合を有するが、スルホン酸基、カルボン酸基、アルコール性水酸基及びアミノ基のいずれも有さず、かつ(メタ)アクリロニトリル、(メタ)アクリル酸エステル類、置換又は無置換のスチレン類、塩化ビニル、酢酸ビニル及び分子内に1個以上のフッ素基と1個以上のエチレン性不飽和結合とを有するフッ素基含有不飽和単量体からなる群から選ばれた少なくとも一種の不飽和単量体
のいずれか又はこれらの両方であることを特徴とする直接型メタノール固体高分子型燃料電池用固体高分子電解質膜。
The solid polymer electrolyte membrane for a direct methanol solid polymer fuel cell according to any one of claims 1 to 3 , wherein the (a) phosphate group-containing unsaturated monomer and the (b) hydrogenated conjugate A copolymer of a diene-based liquid oligomer and (c) an unsaturated monomer other than (a) and (b),
(C) is at least one functional group selected from the group consisting of (c-1) (i) an ethylenically unsaturated bond and (ii) a sulfonic acid group, a carboxylic acid group, an alcoholic hydroxyl group and an amino group. An unsaturated monomer each having one or more thereof in the molecule, and
(c-2) It has one or more ethylenically unsaturated bonds in the molecule, but has no sulfonic acid group, carboxylic acid group, alcoholic hydroxyl group or amino group, and (meth) acrylonitrile, (meta ) Acrylic esters, substituted or unsubstituted styrenes, vinyl chloride, vinyl acetate and fluorine-containing unsaturated monomers having one or more fluorine groups and one or more ethylenically unsaturated bonds in the molecule At least one unsaturated monomer selected from the group consisting of
A solid polymer electrolyte membrane for a direct methanol solid polymer fuel cell , characterized by being either or both of the above .
請求項4に記載の直接型メタノール固体高分子型燃料電池用固体高分子電解質膜において、前記(a)と前記(c)との質量比は20/80以上であり、前記(c-1)と前記(c-2)との質量比は(100/0)〜(50/50)であることを特徴とする直接型メタノール固体高分子型燃料電池用固体高分子電解質膜。5. The solid polymer electrolyte membrane for a direct methanol solid polymer fuel cell according to claim 4, wherein the mass ratio of (a) to (c) is 20/80 or more, and (c-1) The solid polymer electrolyte membrane for a direct methanol solid polymer fuel cell, wherein the mass ratio of (c-2) to (c-2) is (100/0) to (50/50). 請求項1〜のいずれかに記載の直接型メタノール固体高分子型燃料電池用固体高分子電解質膜において、前記リン酸基含有不飽和単量体は下記一般式(3):
Figure 0004467387
(ただしR7及びR10はそれぞれ独立にH又はCH 3 であり、R8及びR9はそれぞれ独立にH、CH 3 又はCH 2 Clであり、k及びpはそれぞれ独立に1〜6の整数である。)により表されるリン酸基含有ジエステル系不飽和単量体を含むことを特徴とする直接型メタノール固体高分子型燃料電池用固体高分子電解質膜。
The solid polymer electrolyte membrane for a direct methanol solid polymer fuel cell according to any one of claims 1 to 5 , wherein the phosphate group-containing unsaturated monomer is represented by the following general formula (3):
Figure 0004467387
(Where R 7 and R 10 are each independently H or CH 3 , R 8 and R 9 are each independently H, CH 3 or CH 2 Cl , and k and p are each independently an integer of 1 to 6) A solid polymer electrolyte membrane for a direct methanol solid polymer fuel cell , comprising a phosphate ester-containing diester unsaturated monomer represented by:
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